Procédé d'usinage par avance modulée et dispositif pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé d'usinage par avance modulée.
Dans les procédés d'usinage connus, et notamment dans les opérations de chariotage et de tronçonnage, l'avance de l'outil dans la pièce est généralement effectuée soit en imprimant à l'outil un mouvement à vitesse constante au cours d'une passe donnée, soit en l'entraînant selon un mouvement à vitesse constante combiné avec un mouvement cyclique symétrique, ce dernier mouvement pouvant être parallèle ou perpendiculaire au premier.
De tels procédés présentent un certain nombre d'inconvénients.
Un de ces inconvénients résulte du fait que l'effort de coupe relativement élevé mis en jeu entraîne un important dégagement de chaleur localisé dans la partie active de l'outil par suite du frottement permanent de l'outil contre le métal. Il s'ensuit une consommation d'énergie importante ce qui grève d'autant le coût opérationnel final. De plus la localisation de la source de chaleur dans la partie la plus mince de l'outil, amène une élévation importante de température de la partie active de celui-ci et diminue sa résistance de façon notable.
Un autre inconvénient découle du fait que les copeaux de métal résultant de telles opérations d'usinage ne peuvent, dans le cas d'une avance réalisée à vitesse constante, être spontanément détachés de la pièce à usiner. Pour obtenir leur séparation de la pièce en cours d'usinage, il est nécessaire, soit de donner à l'outil une forme spéciale, soit de lui adjoindre un dispositif brisecopeaux, ce qui entraîne notamment une augmentation de l'effort de coupe, par suite de l'enroulement du copeau sur lui-même, ainsi qu'une usure rapide de l'outil. On constate, en effet, que le copeau vient généralement frotter en permanence sur la partie de l'outil située au voisinage de la pointe et contribue à restreindre l'évacuation de chaleur de la partie active de l'outil vers l'arrière.
En outre, le copeau empêche l'arrivée du liquide refroidissant sur la pointe de l'outil et s'oppose, de ce fait, à son action sur la partie active de l'outil, en particulier lorsque des copeaux de grande épaisseur sont engendrés.
Un autre inconvénient des méthodes classiques résulte du fait que les copeaux engendrés par de tels procédés présentent généralement un volume relativement important ainsi que des formes très irrégulières.
Il s'ensuit que de tels copeaux ne sont pas toujours entraînés par le liquide d'arrosage, et que leur accumulation nécessite de procéder à l'arrêt de la machine-outil ou du centre d'usinage pour assurer leur évacuation.
Un autre inconvénient résulte du fait que dans de tels procédés, la vitesse de coupe est relativement limitée ce qui entraîne des temps d'usinage plus longs et, en conséquence des prix de revient élevés.
Par ailleurs, dans le cas particulier du moletage, on sait qu'une telle opération est réalisée en appliquant très fortement sur la pièce à moleter entraînée en rotation, un rouleau ou autre organe réalisé en un métal très dur, sur lequel sont gravés les motifs de moletage à reproduire.
On conçoit donc que dans ce cas, il soit également nécessaire de mettre en jeu une grande énergie, ce qui conduit à un prix de réalisation particulièrement élevé.
Par ailleurs, il est nécessaire de disposer d'au moins un rouleau graveur par motif de moletage, ce qui entraîne pour l'industriel la sujétion de prévoir un stock important de tels organes.
La présente invention a pour but de proposer un procédé d'usinage et notamment de moletage rapide et amélioré permettant de remédier aux inconvénients rappelés ci-dessus.
Le procédé d'usinage selon l'invention dans lequel la pièce à usiner est entraînée en rotation autour d'un axe, l'outil étant animé de deux mouvements rectilignes de translation faisant tous deux un angle constant avec l'axe, le premier mouvement étant un mouvement uniforme tandis que la vitesse du deuxième mouvement varie de façon cyclique en fonction du temps et présente temporairement une valeur suffisante pour atteindre la phase plastique du métal, caractérisé par le fait que chaque cycle est formé par deux phases dissymétriques distinctes présentant des durées différant entre elles, et par le fait que la vitesse maximale est atteinte en un temps supérieur à la moitié du temps pendant lequel elle garde une valeur positve.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est constitué par un premier vérin hydraulique à double effet d'entraînement du porte-outil dont le piston lié au porte-outil comprend deux compartiments étanches et indépendants l'un par rapport à l'autre, un inverseur de flux à commande électrique pouvant acheminer un fluide sous pression indifféremment vers l'un ou l'autre des compartiments du premier vérin, tandis que le fluide contenu dans le compartiment non alimenté du vérin est évacué vers une canalisation de sortie et vice versa, une valve à tiroir pouvant progressivement acheminer le fluide en provenance de la canalisation de sortie de l'inverseur de flux, vers l'une ou l'autre de deux canalisations, une première canalisation débouchant dans un réservoir d'huile par l'intermédiaire d'un premier dispositif étrangleur,
et une deuxième canalisation débouchant également dans le même réservoir d'huile par l'intermédiaire d'un deuxième dispositif étrangleur, un deuxième vérin hydraulique à double effet de commande de la valve, dont le piston lié au tiroir de valve, délimite deux compartiments étanches et indépendants l'un par rapport à l'autre, un électrodistributeur pouvant alimenter indifféremment l'un ou l'autre des compartiments du deuxième vérin en fluide sous pression, le fluide contenu dans le compartiment non alimenté étant évacué vers le réservoir par l'intermédiaire de canalisations munies d'étrangleurs, un dispositif de commande de l'électro-distributeur délivrant un signal carré,
la vitesse minimale et la vitesse maximale d'avance du premier vérin d'entraînement du porte-outil étant déterminées respectivement par le réglage des étrangleurs associés à la première et la deuxième canalisation débouchant de la valve à tiroir, caractérisé par le fait que la durée et la forme de la phase de pénétration et de la phase de ralentissement de chaque cycle d'avance de l'outil sont réglées par les étrangleurs associés aux canalisations débouchant de l'électrodistributeur, la valeur de l'amplitude de l'avance étant par ailleurs établie par l'amplitude du signal carré émis par le dispositif de commande.
Un tel procédé et un tel dispositif d'usinage présentent un certain nombre d'avantages.
Un des premiers avantages résulte du fait que l'avance modulée de l'outil conduit à un échauffement cyclique de la partie active de l'outil comportant en particulier une période d'avance nulle au cours de laquelle la quantité de chaleur accumulée sur la partie active de l'outil au cours de l'avance maximale a le temps de se propager en partie dans la masse de l'outil, et de se dissiper en partie par rayonnement et en partie par convection au contact du liquide de refroidissement, abaissant par là même la température maximale de cette partie de l'outil. Il en résulte une usure moindre de la pointe de l'outil.
Un autre avantage résulte du fait que l'avance modulée de l'outil conduit à un effort de coupe réduit, durant la phase de ralentissement, ce qui limite les pertes calorifiques résultant du frottement entre l'outil et le métal constituant la pièce et permet l'évacuation de la chaleur. Il en découle un appréciable gain d'énergie ce qui entraîne une notable diminution du prix de revient opérationnel.
Un autre avantage découle du fait que les copeaux de métal engendrés se détachent spontanément de la pièce lors de la phase de ralentissement de l'outil. Un tel procédé d'usinage permet de se libérer de toute sujetion entraînée par l'utilisation soit d'outils de forme spéciale, soit d'outils munis de dispositifs brise-copeaux, dont le prix est notablement plus élevé que celui des outils ordinairement utilisés.
Le détachement spontané du copeau conduit à un autre avantage du fait que, dans un tel procédé, le copeau ne vient plus frotter sur une partie de l'outil localisée à proximité de la partie active, mais au contraire son point de contact avec l'outil balaye une importante surface de l'outil éloignée en générale de la pointe, ce qui entraîne une usure moindre de l'outil. La possibilité de refroidir efficacement au moyen du liquide d'arrosage la pointe de l'outil diminue également son usure. ll s'ensuit que la durée des outils d'usinage est notablement augmentée, ce qui contribue à nouveau à diminuer le coût opérationnel.
Un autre avantage découle du fait que les copeaux engendrés par un tel procédé présentent un volume réduit, ainsi que des formes spirales très régulières. n en résulte qu'après leur brisure, les copeaux sont très facilement entraînés par le liquide d'arrosage dans le bac de récupération, et ceci permet d'éviter de procéder à l'arrêt de la machine-outil en vue d'assurer leur évacuation.
Un autre avantage résulte du fait qu'un tel procédé faisant travailler l'outil à une température plus basse permet d'augmenter notablement la vitesse de coupe, sans risque notable de bris de l'outil, ce qui conduit à un temps d'usinage minimal et en conséquence à un prix de revient modique.
De plus, il convient particulièrement de signaler qu'un tel procédé permet d'atteindre la phase plastique du métal usiné, ce qui se traduit à nouveau par la possibilité d'imprimer à l'outil une vitesse d'avance encore plus grande, tout en diminuant à nouveau la consommation d'énergie.
Un autre avantage découle du fait que le présent procédé permet, pour une vitesse d'avance donnée, d'obtenir un état de surface amélioré vis-à-vis des procédés d'usinage classiques, ce qui se traduit à nouveau par une diminution du temps opératoire.
Dans le cas particulier du moletage, il est donc possible d'usiner au moyen d'un seul et unique outil, divers motifs tout en réalisant une importante économie de puissance, les pressions mises en jeu entre l'outil et la pièce étant comparables à celles utilisées dans un proches sus d'usinage classique.
Un autre avantage résulte du fait que le présent dispositif permet de réaliser sur une pièce des motifs présentant des dimensions et des formes très variées, et cela par réglage des divers paramètres d'usinage, sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre un outil de forme appropriée.
Plusieurs formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention seront décrites, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 représente un cycle d'entraînement de l'outil conformément au présent procédé.
La fig. 2 est un schéma d'un premier dispositif hydraulique.
La fig. 3 représente un autre cycle d'entraînement de l'outil.
Les fig. 4 et 5 représentent un second dispositif hydraulique en deux phases de fonctionnement différentes.
La fig. 6 est une vue en coupe partielle du dispositif des fig. 4 et 5 monté sur un chariot de tour.
La fig. 7 représente des exemples de formes géométriques obtenues par le présent procédé.
La courbe montrée en fig. 1 représente, en fonction d'un temps t, un cycle de variation de la vitesse d'avance
V de l'outil. Ce cycle comprend deux phases dissymétriques, la phase de pénétration J' de durée J et la phase de ralentisement K' de durée K, le rapport J/K étant sensiblement supérieur à 2 et de valeur déterminée en fonction de la nature du métal constituant la pièce à usiner.
Dans la phase J' la vitesse V d'avance de l'outil croît depuis une valeur minimale I en général pratiquement nulle jusqu'à une valeur maximale H, tandis que dans la phase K' la vitesse d'avance de l'outil décroît depuis la valeur H jusqu'à la valeur I.
Le cycle décrit ci-dessus est répété dans le temps selon une fréquence qui est fonction de la vitesse de rotation de la pièce à usiner.
Le dispositif hydraulique selon la fig. 2 mettant en oeuvre ce cycle comprend un électrodistributeur 1 à tiroir commandé par un électro-aimant 2 coopérant avec un ressort 3, l'excitation de l'électro-aimant étant assurée par un générateur d'impulsions de fréquence réglable non représenté pouvant notamment délivrer un signal carré. L'électrodistributeur 1 est connecté à quatre canalisations: une première canalisation 4, reliée à une source S d'huile sous pression de l'orde de 30 bars (non représentée); une deuxième canalisation 5, communiquant avec un réservoir d'huile 6; une troisième canalisation 7, reliée à un dispositif à section variable dit a étrangleur 8, et enfin une quatrième canalisation 9 reliée à un autre étrangleur 10. Les étrangleurs 8 et 10 sont shuntés respectivement par des clapets de nonretour 11 et 12 au moyen des canalisations 13 et 14.
L'électrodistributeur 1 a pour rôle, lorsque l'électroaimant 2 n'est pas excité, de relier, d'une part, la canalisation 4 à la canalisation 9 et, d'autre part, la canalisation 5 à la canalisation 7.
Inversement, lorsque l'électro-aimant est excité, le tiroir de l'électrodistributeur se déplace et assure de la sorte la mise en communication de la canalisation 4 avec la canalisation 7, tandis que la canalisation 5 se trouve reliée à la canalisation 9. Par ailleurs, l'étrangleur 8 est relié au compartiment 15 d'un vérin à double effet 16 au moyen de la canalisation 17 tandis que l'étrangleur 10 est relié au compartiment 18 du vérin 16 par l'intermédiaire de la canalisation 19. Le piston 20 du vérin 16 commande au moyen d'un arbre 21 le tiroir d'un distributeur 22 ayant pour rôle de mettre en communication la canalisation 23 soit avec la canalisation 24, soit avec la canalisation 25.
La canalisation 24 est reliée au réservoir d'huile 6 par l'intermédiaire d'un étrangleur réglable 26, tandis que la canalisation 25 se subdivise en deux branches, une première branche 27 reliée au réservoir d'huile 6 par l'intermédiaire d'un étrangleur réglable 28 et d'un clapet de non-retour 29, et une deuxième branche 30 alimentant un électrodistributeur 31 commandé par un électro-aimant 32 coopérant avec un ressort 33. L'électrodistributeur 31 est à son tour relié au réservoir 6 au moyen d'une canalisation 34 par l'intermédiaire d'un clapet de non-retour 35. L'électrodistributeur 31 n'assure la mise en communication mutuelle des canalisations 30 et 34 que lorsque l'électro-aimant 32 n'est pas excité.
La canalisation 23 est reliée à un inverseur de flux 36 commandé par un électro-aimant 37 coopérant avec un ressort 38. Cet inverseur de flux 36 est par ailleurs connecté à trois autres canalisations: une canalisation 39 reliée à une source S de pression d'huile, non repré sentée; une canalisation 40 aboutissant dans le compartiment 41 d'un vérin 42 à double effet, et enfin une canalisation 43 aboutissant dans le compartiment 44 du vérin.
L'inverseur de flux 36 a pour rôle, lorsque l'électroaimant 37 est excité de relier entre elles, d'une part, les canalisations 23 et 43 et, d'autre part, les canalisations 39 et 40, tandis que lorsque l'électro-aimant n'est plus excité, le ressort 38 assure la mise en relation des canalisations 23 et 40 et 39 et 43 entre elles, respectivement.
Le piston 45 du vérin 42 est relié au moyen de l'arbre 46 au porte-outil de la machine, non représenté sur la figure.
L'ensemble de ce dispositif fonctionne de la façon suivante lorsque les électro-aimants 32 et 37 sont excités (cas normal):
L'amplitude de l'avance de l'outil étant déterminée une fois pour toutes, on procède, au préalable, d'une part, au réglage des étrangleurs 8 et 10 en fonction des formes des portions de courbes K', J' (fig. 1) que l'on désire obtenir, et d'autre part, au réglage des étrangleurs 26 et 28 en fonction respectivement des vitesses d'avance minimales et maximales que l'on désire assurer.
On alimente l'électro-aimant 2 par un signal de forme carrée au moyen du générateur non représenté, c'està-dire, par une tension passant instantanément d'une valeur nulle à une valeur maximale donnée et vice versa.
Lorsque la tension est maximale le tiroir de l'électrodistributeur 1 est repoussé et le ressort 3 comprimé, il s'ensuit que l'huile sous pression passe successivement de la canalisation 4 dans la canalisation 7 puis surtout dans la canalisation 13 et très peu dans l'étrangleur 8, par suite de l'abaissement du clapet de non-retour 11, et enfin elle pénètre dans le compartiment 15 du vérin 16 par l'intermédiaire de la canalisation 17. Le piston 20 est repoussé dans le sens de la flèche f et entraîne dans le même sens le tiroir de la valve 22, cependant que l'huile remplissant le compartiment 18 du vérin 16 est acheminée par l'intermédiaire de la canalisation 19 dans l'étrangleur 10, tandis que le clapet de non-retour 12 s'oppose à son passage dans la canalisation 14.
Cette huile est ensuite renvoyée au réservoir 6 par l'intermédiaire des canalisations 9 et 5 reliées entre elles par l'intermédiaire du tiroir du distributeur 1. Dans le même temps l'huile sous pression en provenance du réservoir S, non représenté, est acheminée par la canalisation 39 vers l'inverseur du flux 36 qui la dirige à son tour vers le compartiment 41 du vérin 42 au moyen de la canalisation 40.
Le piston 45 du vérin 42 entraîne l'arbre 46 lié au porte outil non représenté dans le sens de la flèche F, tandis que l'huile contenue dans le compartiment 44 du vérin 42 est refoulée dans la canalisation 43 reliée à la canalisation 23 par l'inverseur de flux 36 ; l'huile pénètre ensuite dans la valve 22 qui la dirige progressivement par l'intermédiaire de la canalisation 25 successivement vers l'étrangleur 28 et le réservoir 6. Au moment où la tension carrée alimentant l'électro-aimant 2 devient nulle, la vitesse d'avance de l'outil a atteint sa valeur maximale H (voir fig. 1) et on a réalisé de la sorte selon la description qui précède la phase de pénétration J' de l'outil.
Lorsque la tension est nulle, le ressort 3 repousse le tiroir de 1' électro distributeur 1 mettant de la sorte en communication mutuelle les canalisations 5 et 7 et les canalisations 4 et 9.
L'huile sous pression en provenance du réservoir S (non représenté) passe ainsi de la canalisation 4 à la canalisation 9, puis emprunte la canalisation 14 du clapet 12, et parvient au compartiment 18 du vérin 16 par l'intermédiaire de la canalisation 19 en poussant le vérin dans le sens de la flèche i.
L'huile contenue dans le compartiment 15 du vérin 16 est refoulée par la canalisation 17 dans l'étrangleur 8, le clapet de non-retour 11 interdisant son passage dans la canalisation 13, cette huile emprunte par la suite les canalisations 7 et 5 et elle s'écoule dans le réservoir 6.
Il résulte du mouvement décrit que le tiroir de la valve 22 entraîné par l'arbre 21 solidaire du piston 20 du vérin 16, met progressivement en relation la canalisation 23 avec la canalisation 24. En conséquence, l'huile sous pression en provenance du réservoir S (non représenté) par l'intermédiaire de la canalisation 39 emprunte la canalisation 40 (l'inverseur de flux 36 se trouvant toujours dans la même position) puis débouche dans le com- partiment 41 du vérin 42 entraînant à nouveau dans le sens de la flèche F l'outil lié à l'arbre 46 solidaire du piston 45 du vérin, tandis que l'huile contenue dans le compartiment 44 est refoulée successivement dans la canalisation 43, la canalisation 23, puis se trouve progressivement acheminée dans la canalisation 24 et l'étrangleur 26 avant d'être renvoyée au réservoir 6.
Durant la partie du cycle décrite ci-dessus, avec l'électro-aimant 2 non excité, l'avance suit la partie K' de la fig. 1. Ensuite la tension alimentant l'électro-aimant 2 redevient maximale, l'électrodistributeur 1 met en communication les canalisations 4 et 7 ainsi que 5 et 9 et le cycle recommence.
I1 y a lieu de noter par ailleurs que lorsqu'une passe a été effectuée, on peut ramener très rapidement l'outil en arrière. Par exemple, pour déplacer l'outil dans le sens contraire à la flèche F. Il suffit, d'une part, de faire cesser l'excitation de l'électro-aimant 32 de l'électrodistributeur 31 mettant ainsi en communication les canalisations 30 et 34 et, d'autre part, de faire cesser l'excitation de l'électro-aimant 37 de 1'inverseur de flux 36, ce qui entraîne notamment la mise en communication des canalisations 43 et 39, ainsi que des canalisations 40 et 23. De la sorte, l'huile du compartiment 41 du vérin 42 s'écoule très rapidement dans le réservoir 6 en empruntant successivement les canalisations 40, 23, 25, 30 et 34 à travers le clapet de non-retour 35 parcouru dans le sens qui abaisse la bille de blocage de ce dernier.
En particulier, ce processus se produit spontanément dans le cas d'une panne de courant, les électro-aimants 32 et 37 n'étant plus excités et les ressorts 38 et 33 ma- noeuvrant alors les tiroirs des organes distributeurs, ce qui tend à écarter l'outil de sa position de travail.
L'ensemble de l'appareillage se trouve ainsi libéré de toute contrainte de pression.
Le dispositif de commande de l'avance de l'outil décrit est réalisé exclusivement par des procédés hydrauliques. On peut remplacer tout ou partie des dispositifs hydrauliques par un appareillage à base d'électroaimants commandés par des éléments d'électronique transistorisés ou miniaturisés.
De même, il est possible de remplacer une partie de la commande hydraulique par une came. Ainsi par exemple l'électro-aimant 2 agissant sur l'électrodistributeur 1, et le générateur de signaux carrés disposé en amont peuvent être remplacés sans difficulté par une came manoeu- vrant le tiroir du distributeur 1.
On a représenté à la fig. 3, un autre cycle de variation de la vitesse V du deuxième mouvement de translation rectiligne ou avance modulée de l'outil en fonction du temps t (courbe 1) comportant également deux phases dissymétriques. On voit sur ce graphique que dans une première phase, la vitesse V croît depuis une valeur nulle ou sensiblement nulle, pour atteindre au point A une première valeur maximale V1, puis décroît jusqu'au point B où elle atteint à nouveau une valeur nulle.
Puis dans une deuxième phase, la vitesse V croît à nouveau pour atteindre en D une deuxième valeur maximale V2 de signe contraire à la première, puis décroît à nouveau pour s'annuler au point E, et ainsi de suite. On comprend aisément que la portion de la courbe OAB correspond à une avance de l'outil dans un sens, tandis que la portion BDE correspond à une avance dirigée en sens inverse. Par ailleurs, les portions de courbe OA et
BD correspondent à une accélération positive, tandis que les portions AB et DE correspondent à une accélération négative. On a indiqué également sur la fig. 3 la droite 2 qui représente la vitesse constante Vo d'entraînement de l'outil selon le premier mouvement de translation s'ajoutant évidement à sa vitesse modulée, dans le cas où les deux avances sont dirigées dans des directions parallèles.
La droite 3, symétrique de la droite 2 par rapport à l'axe des abscisses, coupe la courbe 1 aux points C et C' respectivement. On voit donc qu'au point C ainsi qu'au point C', la vitesse totale de l'outil par rapport à la pièce à usiner présente une valeur nulle. En conséquence, au point C le copeau précédemment formé se détache spontanément de la pièce, puis à partir du point C l'outil se dégage de la pièce pour finalement y pénétrer à nouveau au point C' et ainsi de suite.
Le dispositif hydraulique selon la fig. 4, comprend un vérin hydraulique 101 dont le piston 102 entraîne l'outil 103 au moyen d'une tige 104, le piston délimitant deux compartiments 105 et 106 étanches et indépendants l'un de l'autre. Ces compartiments sont mis en communication avec un distributeur de fluide hydraulique 107, par l'intermédiaire de dispositifs étrangleurs shuntés par des clapets de non-retour. C'est ainsi que le compartiment 105 est relié à l'étrangleur 108 shunté par le clapet
109 au moyen de la tubulure 110, puis au distributeur 107, par l'intermédiaire de la tuyauterie 111. De même, le compartiment 106 est relié à l'étrangleur 112, shunté par le clapet 113 au moyen de la tubulure 114, puis au distributeur 107, par la canalisation 115.
Le distributeur 107 se trouve, à son tour, relié d'une part à un distributeur pilote 117 au moyen des canalisa tions 118 et 119 et d'autre part aux canalisations 120 et 121 reliant le distributeur pilote à un groupe de pompage 122, à débit constant, et ce au moyen de canalisations 123 et 124, respectivement, le groupe de pompage 122 étant constitué par une pompe 125 et une bâche 126 auxquelles aboutissent les canalisations 121 et 120, respectivement. Par ailleurs, le distributeur pilote 117 est solidaire d'une première tringle 127, dont l'extrémité supérieure 128 est introduite dans une fourchette 129 reliée à la tige 104 au moyen d'une deuxième tringle 130, l'amplitude d'ouverture de la fourchette pouvant être modifiée au moyen de vis 131 et 132.
Un tel dispositif fonctionne de la façon suivante:
Supposons comme il est représenté à la fig. 4 que le piston 102 du vérin 101 se trouve vers la droite et se déplace vers la gauche. Le distributeur pilote 117 est maintenu dans la position représentée, par la fourchette 129 et la vis 131 coopérant avec l'extrémité 128 de la tringle 127. En conséquence, une partie de l'huile sous pression en provenance de la pompe 125 et acheminée par la canalisation 121 vers le distributeur pilote 117 est dirigée dans la canalisation 118 vers le distributeur 107 maintenu de la sorte dans la position indiquée sur la fig. 4.
Dans le même temps, une autre partie de l'huile en provenance de la pompe 125 est acheminée dans la canalisation 124 vers le distributeur 107 puis dans la canalisation 111; elle passe en majeure partie par le clapet de non-retour 109 et très peu dans l'étrangleur 108, puis atteint le compartiment 105 du vérin 101 repoussant ainsi le piston 102 vers la gauche, tandis que l'huile contenue dans le compartiment 106 du vérin 101 est refoulée dans la canalisation 114 et l'étrangleur 112 pour atteindre le distributeur 107 par l'intermédiaire de la canalisation 115 cette huile est ensuite dirigée au moyen de la canalisation 123 vers la canalisation 120 pour finalement s'écouler dans la bâche 126.
Le piston 102 ayant atteint la position indiquée à la fig. 5, le distributeur pilote 117 est repoussé vers la gauche, un tel déplacement étant assuré au moyen de la fourchette 129 et de la vis 132 coopérant avec la tringle 128.
A ce moment, une partie de l'huile sous pression en provenance de la pompe 125 et acheminée par la canalisation 121 vers le distributeur pilote 117 est dirigée dans la canalisation 119 vers le distributeur 107 amené et maintenu de la sorte dans la position indiquée sur la fig. 5.
Dans le même temps, une autre partie de l'huile provenant de la pompe 125 est acheminée dans la canalisation 124 vers le distributeur 107 puis dans la canalisation 115; elle passe en majeure partie par le clapet de non-retour 113 et très peu dans l'étrangleur 112, puis atteint le compartiment 106 du vérin 101 repoussant ainsi le piston 102 vers la droite, tandis que l'huile contenue dans le compartiment 105 du vérin 101 est refoulée dans la canalisation 110 et l'étrangleur 108 pour atteindre le distributeur 107 par l'intermédiaire de la canalisation 111, cette huile est ensuite dirigée au moyen de la canalisation 123 vers la canalisation 120 pour finalement s'écouler dans la bâche 126.
Le piston 2 ayant atteint à nouveau la position représentée à la fig. 4, le distributeur pilote 117 est repoussé vers la droite, un tel déplacement étant assuré au moyen de la fourchette 129 et de la vis 131 coopérant avec la tringle 128, et ainsi de suite.
Dans le dispositif décrit la fréquence de répétition des cycles est réglée au moyen des étrangleurs 108 et 112, l'amplitude de l'avance de tels cycles étant fonction de l'écartement des vis 131 et 132 de la fourchette 129.
Une variante consiste à associer à la pompe 122 un régulateur de débit d'une part, et à éliminer du circuit les étrangleurs 108 et 112 ainsi que les clapets de non-retour 109 et 113 d'autre part.
Dans ce cas, la fréquence de répétition des cycles est réglée en ajustant le débit de la pompe 122, l'amplitude de l'avance de tels cycles étant comme précédemment, fonction de l'écartement des vis 131 et 132 de la fourchette 129.
On a représenté schématiquement en référence à la fig. 6 l'ensemble du dispositif monté sur un chariot de tour 240, qui comporte un axe de fixation 241 dont l'extrémité 242 est filetée.
Ce dispositif comprend un boîtier 243 dans lequel sont disposés les organes décrits fig. 4 et 5, à savoir principalement le distributeur pilote 117, le distributeur 107, les étrangleurs 108 et 112 ansi que leurs clapets 109 et 113, la fourchette 129, ainsi que les canalisations reliant de tels organes entre eux. On a représenté uniquement parmi ces organes le vérin 101 et la tige 104, ainsi que les canalisations 120 et 121 pouvant être adaptées au groupe de pompage 122. Le boîtier 243 comporte sur une de ses faces une glissière 244 en L comportant un manchon 245 emboîté sur l'axe de fixation 241 et reposant en outre sur le chariot du tour. La tige 104 est liée à une partie vibrante 246 pouvant se déplacer sur la glissière 244, un jeu 247 étant aménagé autour du manchon 245.
Par ailleurs, l'outil 103 et le porte-outil 248 peuvent être fixés sur la partie vibrante par tout moyen approprié.
On conçoit donc que le montage et le démontage d'un tel ensemble sur le chariot d'un tour peuvent être très rapidement et très simplement effectués.
Pour effectuer le montage, il suffit d'emboîter le manchon 245 sur l'axe de fixation 241 et de l'assujettir au moyen d'un simple écrou vissé sur la partie filetée 242 de l'axe 241.
Dans le cas où les deux mouvements imprimés à l'outil présentent des directions parallèles entre elles, on constate que la fréquence de répétition des cycles d'une part, et la vitesse de rotation de la pièce d'autre part, sont indépendantes, entre elles, tandis que dans le cas où les cycles mis en oeuvre présentent la forme illustrée fig 1, ceux-ci sont répétés selon une fréquence qui est fono tion de la vitesse de rotation de la pièce à usiner.
De plus, on conçoit que dans ce cas, l'amplitude du déplacement cyclique ou avance modulée de l'outil doit être au moins égale à la valeur de l'avance réalisée à vitesse constante pour permettre le détachement spontané du copeau de métal.
Dans le cas où le premier mouvement de translation est effectué dans une direction perpendiculaire à l'axe de la pièce à usiner, tandis que le deuxième mouvement de translation est effectué dans une direction parallèle à l'axe, on constate une diminution particulièrement marquée de l'effort de coupe vis-à-vis des procédés classiques, la section des copeaux ainsi obtenue étant très notablement réduite.
Dans le cas où le premier mouvement de translation est effectué dans une direction parallèle à l'axe de la pièce à usiner, tandis que le deuxième mouvement de translation est effectué dans une direction perpendi culaire à l'axe, il est possible d'usiner en une seule passe des formes géométrique ou cannelures quelconques et plus particulièrement d'effectuer des opérations de moletage.
On a représenté à la fig. 7 quelques exemples de cannelures obtenues dans le cas où l'on réalise un nombre entier de cycles de translation de l'outil à vitesse variable, pour un tour de la pièce à usiner.
C'est ainsi qu'en référence à la fig. 7a, on a réalisé un cycle pour un tour de la pièce à usiner et on a obtenu de la sorte sur la pièce 250, une unique cannelure 251.
En référence à la fig. 7b, on a réalisé deux cycles pour un tour de la pièce à usiner et on a obtenu de la sorte sur la pièce 250 deux cannelures 252 et 253 diamétralement opposées et de plus faibles dimensions que celles de la cannelure 251.
Selon la fig. 7c, on a réalisé trois cycles pour un tour de la pièce à usiner et on a obtenu de la sorte sur la pièce 250 trois cannelures 254, 255 et 256 disposées à 1200 l'une par rapport à l'autre, et plus petites que les précédentes.
On voit donc que si l'on réalise n cycles par tour de pièce, on obtient pour un tour de la pièce n cannelures dont les dimensions diminuent lorsque n augmente. I1 faut remarquer également qu'au cours des tours de pièce ultérieurs, les cannelures réalisées sont disposées sur n génératrices de la pièce à usiner, équidistantes entre elles.
Bien entendu, il est possible de régler la profondeur et la longueur développée des cannelures ainsi usinées.
Dans ce but, il suffit d'agir par exemple sur les étrangleurs 108 et 112 (fig. 4 et 5) de telle sorte que la vitesse de pénétration de l'outil dans la pièce et sa vitesse de dégagement soient modifiées. On voit donc qu'il est possible de moleter en une seule passe une pièce donnée.
Dans le cas où l'on réalise un nombre fractionnaire de cycles de translation de l'outil à vitesse variable pour un tour de la pièce à usiner ou autrement dit un déphasage entre ces deux paramètres, les cannelures engendrées se répartissent sur des hélices dont le pas est directement lié au déphasage. En outre, le pas de ces hélices est à droite ou à gauche selon le sens du déphasage. n est ainsi possible d'engendrer des filets de formes diverses notamment ronds ou trapézoïdaux en réglant la vitesse de rotation de la pièce, la fréquence de répétition dans le temps des cycles de déplacement de l'outil à vitesse variable ainsi que le déphasage.
On conçoit également dans ce dernier cas que le réglage de tels paramètres permet également d'effectuer une opération de moletage, le nombre de motifs par unité de surface ainsi que leur forme et leurs dimensions pouvant varier dans de très grandes limites.
REVENDICATION I
Procédé d'usinage par avance modulée, dans lequel la pièce à usiner est entraînée en rotation autour d'un axe, l'outil étant animé de deux mouvements rectilignes de translation faisant tous deux un angle constant avec l'axe, le premier mouvement étant un mouvement uniforme tandis que la vitesse du deuxième mouvement varie de façon cyclique en fonction du temps et présente temporairement une valeur suffisante pour atteindre la phase plastique du métal, caractérisé par le fait que chaque cycle est formé par deux phases dissymétriques distinctes présentant des durées différentes entre elles, et par le fait que la vitesse maximale est atteinte en un temps supérieur à la moitié du temps pendant lequel elle garde une valeur positive.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que les phases comprennent une première phase (J') de pénétration de l'outil dans la pièce et une deuxième phase (Il') de ralentissement de l'avance, la phase de pénétration (J') au cours de laquelle la vitesse de l'avance de l'outil croît depuis une valeur nulle ou sensiblement nulle jusqu'à une valeur maximale (H) ayant une durée (J) supérieure au double de la durée de la phase de ralentissement, la vitesse du premier mouvement de translation rectiligne et uniforme étant nulle ou sensiblement nulle.
2. Procédé selon la revendication I ou la sous-revendication 1, caractérisé par le fait que pour chaque matériau déterminé, la fréquence des cycles d'usinage dépend de la vitesse de rotation de la pièce.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que les phases comprennent une première phase dans laquelle la vitesse croît depuis une valeur nulle ou sensiblement nulle pour atteindre une première valeur maximale (V1) puis décroît jusqu'à une valeur nulle et une deuxième phase dans laquelle la vitesse croît pour atteindre une deuxième valeur maximale (V2) de signe contraire au signe de la première valeur, puis décroît jusqu'à une valeur nulle ou sensiblement nulle.
4. Procédé selon la revendication I ou la sous-revendication 3, caractérisé par le fait que les mouvements de translation sont effectués tous deux dans une direction parallèle à l'axe de la pièce à usiner.
5. Procédé selon la revendication I ou la sous-revendication 3, caractérisé par le fait que le premier mouvement de translation est effectué dans une direction parallèle à l'axe de la pièce à usiner, tandis que le deuxième mouvement de translation est effectué dans une direction perpendiculaire à l'axe de ladite pièce.
6. Procédé selon la revendication I ou la sous-revendication 3, caractérisé par le fait que les mouvements de translation sont effectués tous deux dans une direction perpendiculaire à l'axe de la pièce à usiner.
7. Procédé selon la revendication I ou la sous-revendication 3, caractérisé par le fait que le premier mouvement de translation est effectué dans une direction perpendiculaire à l'axe de la pièce à usiner, tandis que le deuxième mouvement de translation est effectué dans une direction parallèle à l'axe de la pièce.
REVENDICATION ll
Dispositif hydraulique à commande électrique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un premier vérin hydraulique à double effet d'entraînement du porte-outil, dont ] e piston lié au porte-outil, comprend deux compartiments étanches et indépendants l'un par rapport à l'autre, un inverseur de flux à commande électrique pouvant acheminer un fluide sous pression indifféremment vers l'un ou l'autre des compartiments du premier vérin, tandis que le fluide contenu dans le compartiment non alimenté du vérin est évacué vers une canalisation de sortie, et vice versa, une valve à tiroir pouvant progressivement acheminer le fluide en provenance de la canalisation de sortie de l'inverseur de flux, vers l'une ou l'autre des deux canalisations,
une première canalisation
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Modulated feed machining method and device for its implementation
The present invention relates to a modulated feed machining process.
In the known machining methods, and in particular in the stock removal and parting operations, the advance of the tool in the part is generally carried out either by imparting to the tool a movement at constant speed during one pass. given, or by driving it according to a movement at constant speed combined with a symmetrical cyclic movement, the latter movement being able to be parallel or perpendicular to the first.
Such methods have a number of drawbacks.
One of these drawbacks results from the fact that the relatively high cutting force involved causes a significant release of heat located in the active part of the tool as a result of the permanent friction of the tool against the metal. This results in significant energy consumption, which increases the final operating cost accordingly. In addition, the location of the heat source in the thinnest part of the tool brings about a significant rise in temperature of the active part thereof and significantly reduces its resistance.
Another drawback arises from the fact that the metal shavings resulting from such machining operations cannot, in the case of a feed carried out at constant speed, be spontaneously detached from the workpiece. To obtain their separation from the part being machined, it is necessary either to give the tool a special shape or to add a chip breaker device to it, which in particular leads to an increase in the cutting force, by following the winding of the chip on itself, as well as rapid wear of the tool. It is observed, in fact, that the chip generally rubs permanently on the part of the tool situated in the vicinity of the tip and contributes to restricting the evacuation of heat from the active part of the tool towards the rear.
In addition, the chip prevents the arrival of the cooling liquid on the tip of the tool and therefore opposes its action on the active part of the tool, in particular when chips of great thickness are generated. .
Another drawback of conventional methods results from the fact that the chips generated by such methods generally have a relatively large volume as well as very irregular shapes.
It follows that such chips are not always entrained by the coolant, and that their accumulation requires stopping the machine tool or the machining center to ensure their evacuation.
Another drawback results from the fact that in such processes, the cutting speed is relatively limited, which results in longer machining times and, consequently, high cost prices.
Furthermore, in the particular case of knurling, it is known that such an operation is carried out by applying very strongly to the piece to be knurled driven in rotation, a roller or other member made of a very hard metal, on which the patterns are engraved. knurling to reproduce.
It will therefore be understood that in this case, it is also necessary to bring into play a great deal of energy, which leads to a particularly high production price.
Furthermore, it is necessary to have at least one engraving roller per knurling pattern, which for the industrialist involves the subjection of providing a large stock of such components.
The object of the present invention is to propose a machining process, and in particular rapid and improved knurling, which makes it possible to remedy the drawbacks mentioned above.
The machining method according to the invention in which the workpiece is rotated around an axis, the tool being driven by two rectilinear translational movements both making a constant angle with the axis, the first movement being a uniform movement while the speed of the second movement varies cyclically as a function of time and temporarily has a sufficient value to reach the plastic phase of the metal, characterized by the fact that each cycle is formed by two distinct asymmetric phases having durations differing between them, and by the fact that the maximum speed is reached in a time greater than half of the time during which it keeps a positive value.
The device for implementing the method according to the invention consists of a first double-acting hydraulic cylinder for driving the tool holder, the piston of which connected to the tool holder comprises two sealed compartments which are independent from one another. 'another, an electrically controlled flow reverser capable of conveying a pressurized fluid to either of the compartments of the first cylinder, while the fluid contained in the non-supplied compartment of the cylinder is evacuated to an outlet pipe and vice versa, a slide valve being able to progressively convey the fluid coming from the outlet pipe of the flow reverser, to one or the other of two pipes, a first pipe opening into an oil tank through the intermediary of a first choke device,
and a second pipe also opening into the same oil reservoir via a second throttling device, a second double-acting hydraulic cylinder for controlling the valve, the piston of which is linked to the valve spool, delimits two sealed compartments and independent with respect to each other, a solenoid valve being able to supply either one or the other of the compartments of the second cylinder with pressurized fluid, the fluid contained in the non-supplied compartment being discharged to the reservoir by the intermediate pipes fitted with restrictors, a control device for the solenoid valve delivering a square signal,
the minimum speed and the maximum speed of advance of the first drive cylinder of the tool holder being determined respectively by the adjustment of the restrictors associated with the first and the second pipe emerging from the slide valve, characterized in that the duration and the shape of the penetration phase and of the deceleration phase of each cycle of advance of the tool are regulated by the restrictors associated with the pipes emerging from the solenoid valve, the value of the amplitude of the advance being by elsewhere established by the amplitude of the square signal emitted by the control device.
Such a method and such a machining device have a certain number of advantages.
One of the first advantages results from the fact that the modulated feed of the tool leads to cyclical heating of the active part of the tool comprising in particular a zero feed period during which the quantity of heat accumulated on the part active of the tool during the maximum feed has time to propagate partly in the mass of the tool, and to dissipate partly by radiation and partly by convection in contact with the coolant, lowering by there even the maximum temperature of this part of the tool. This results in less wear on the tool tip.
Another advantage results from the fact that the modulated feed of the tool leads to a reduced cutting force, during the slowing down phase, which limits the heat losses resulting from the friction between the tool and the metal constituting the part and allows heat dissipation. This results in an appreciable energy saving which leads to a notable reduction in the operational cost price.
Another advantage stems from the fact that the metal chips generated spontaneously detach from the part during the slowing down phase of the tool. Such a machining process makes it possible to be freed from any problem caused by the use either of tools of special shape or of tools fitted with chip-breaking devices, the price of which is notably higher than that of the tools ordinarily used. .
The spontaneous detachment of the chip leads to another advantage owing to the fact that, in such a process, the chip no longer rubs on a part of the tool located near the active part, but on the contrary its point of contact with the tool sweeps a large area of the tool, usually away from the tip, resulting in less tool wear. The ability to effectively cool the tip of the tool with coolant also reduces wear. It follows that the duration of the machining tools is significantly increased, which again contributes to reducing the operating cost.
Another advantage stems from the fact that the chips generated by such a process have a reduced volume, as well as very regular spiral shapes. The result is that after their breaking, the chips are very easily entrained by the coolant in the recovery tank, and this makes it possible to avoid stopping the machine tool in order to ensure their evacuation.
Another advantage results from the fact that such a method making the tool work at a lower temperature makes it possible to significantly increase the cutting speed, without appreciable risk of the tool breaking, which leads to a machining time. minimal and consequently at a low cost price.
In addition, it should be particularly noted that such a process makes it possible to reach the plastic phase of the machined metal, which again results in the possibility of printing the tool at an even greater feed rate, while again reducing energy consumption.
Another advantage stems from the fact that the present method makes it possible, for a given feed rate, to obtain an improved surface finish compared to conventional machining methods, which again results in a reduction in the operating time.
In the particular case of knurling, it is therefore possible to machine, using a single and unique tool, various patterns while achieving significant power savings, the pressures brought into play between the tool and the part being comparable to those used in a close known conventional machining.
Another advantage results from the fact that the present device makes it possible to produce on a part patterns having very varied dimensions and shapes, and this by adjusting the various machining parameters, without it being necessary to use a tool. of appropriate shape.
Several embodiments of the device for implementing the method according to the invention will be described, by way of example, with reference to the appended drawing in which:
Fig. 1 shows a drive cycle of the tool according to the present method.
Fig. 2 is a diagram of a first hydraulic device.
Fig. 3 shows another drive cycle of the tool.
Figs. 4 and 5 show a second hydraulic device in two different operating phases.
Fig. 6 is a partial sectional view of the device of FIGS. 4 and 5 mounted on a lathe carriage.
Fig. 7 shows examples of geometric shapes obtained by the present process.
The curve shown in fig. 1 represents, as a function of a time t, a cycle of variation of the speed of advance
V of the tool. This cycle comprises two asymmetric phases, the penetration phase J 'of duration J and the slowing phase K' of duration K, the J / K ratio being appreciably greater than 2 and having a value determined according to the nature of the metal constituting the workpiece.
In phase J 'the feed rate V of the tool increases from a minimum value I which is generally practically zero to a maximum value H, while in phase K' the feed speed of the tool decreases from the H value to the I value.
The cycle described above is repeated over time at a frequency which is a function of the speed of rotation of the workpiece.
The hydraulic device according to fig. 2 implementing this cycle comprises a spool solenoid valve 1 controlled by an electromagnet 2 cooperating with a spring 3, the excitation of the electromagnet being provided by a pulse generator of adjustable frequency, not shown, able in particular to deliver a square wave. The solenoid valve 1 is connected to four pipes: a first pipe 4, connected to a source S of pressurized oil of the order of 30 bars (not shown); a second pipe 5, communicating with an oil tank 6; a third pipe 7, connected to a variable section device called a throttle 8, and finally a fourth pipe 9 connected to another throttle 10. The throttles 8 and 10 are respectively shunted by nonreturn valves 11 and 12 by means of the pipes 13 and 14.
The role of the solenoid valve 1, when the electromagnet 2 is not energized, is to connect, on the one hand, the pipe 4 to the pipe 9 and, on the other hand, the pipe 5 to the pipe 7.
Conversely, when the electromagnet is energized, the solenoid valve spool moves and in this way ensures that the pipe 4 is placed in communication with the pipe 7, while the pipe 5 is connected to the pipe 9. Furthermore, the choke 8 is connected to the compartment 15 of a double-acting cylinder 16 by means of the pipe 17 while the choke 10 is connected to the compartment 18 of the cylinder 16 via the pipe 19. The piston 20 of the jack 16 controls by means of a shaft 21 the spool of a distributor 22 whose role is to put the pipe 23 in communication either with the pipe 24 or with the pipe 25.
The pipe 24 is connected to the oil tank 6 by means of an adjustable restrictor 26, while the pipe 25 is subdivided into two branches, a first branch 27 connected to the oil tank 6 by means of an adjustable throttle 28 and a non-return valve 29, and a second branch 30 supplying a solenoid valve 31 controlled by an electromagnet 32 cooperating with a spring 33. The solenoid valve 31 is in turn connected to the reservoir 6 at the by means of a pipe 34 via a non-return valve 35. The solenoid valve 31 ensures the mutual communication of the pipes 30 and 34 only when the electromagnet 32 is not energized. .
Line 23 is connected to a flow reverser 36 controlled by an electromagnet 37 cooperating with a spring 38. This flow reverser 36 is also connected to three other lines: a line 39 connected to a pressure source S of oil, not shown; a pipe 40 terminating in the compartment 41 of a double-acting cylinder 42, and finally a pipe 43 terminating in the compartment 44 of the cylinder.
The role of the flow reverser 36, when the electromagnet 37 is energized, is to connect together, on the one hand, the pipes 23 and 43 and, on the other hand, the pipes 39 and 40, while when the electromagnet is no longer excited, the spring 38 ensures the connection of the pipes 23 and 40 and 39 and 43 between them, respectively.
The piston 45 of the jack 42 is connected by means of the shaft 46 to the tool holder of the machine, not shown in the figure.
The whole of this device operates as follows when the electromagnets 32 and 37 are excited (normal case):
The amplitude of the advance of the tool being determined once and for all, one proceeds, first, on the one hand, to the adjustment of the restrictors 8 and 10 according to the shapes of the portions of curves K ', J' ( Fig. 1) that one wishes to obtain, and on the other hand, to the adjustment of the throttles 26 and 28 as a function respectively of the minimum and maximum advance speeds that it is desired to ensure.
The electromagnet 2 is supplied with a square-shaped signal by means of the generator, not shown, that is to say, by a voltage passing instantaneously from a zero value to a given maximum value and vice versa.
When the voltage is maximum, the spool of the solenoid valve 1 is pushed back and the spring 3 compressed, it follows that the pressurized oil passes successively from the pipe 4 into the pipe 7 then especially into the pipe 13 and very little into the pipe. the throttle 8, following the lowering of the non-return valve 11, and finally it enters the compartment 15 of the cylinder 16 through the pipe 17. The piston 20 is pushed back in the direction of the arrow f and drives in the same direction the spool of the valve 22, while the oil filling the compartment 18 of the cylinder 16 is conveyed through the pipe 19 into the choke 10, while the non-return valve 12 opposes its passage through line 14.
This oil is then returned to the reservoir 6 by means of the pipes 9 and 5 interconnected by the intermediary of the spool of the distributor 1. At the same time the pressurized oil from the reservoir S, not shown, is conveyed. via the pipe 39 towards the flow reverser 36 which in turn directs it to the compartment 41 of the jack 42 by means of the pipe 40.
The piston 45 of the cylinder 42 drives the shaft 46 linked to the tool holder, not shown in the direction of the arrow F, while the oil contained in the compartment 44 of the cylinder 42 is discharged into the pipe 43 connected to the pipe 23 by the flow reverser 36; the oil then enters the valve 22 which directs it progressively through the pipe 25 successively towards the restrictor 28 and the reservoir 6. When the square voltage supplying the electromagnet 2 becomes zero, the speed of advance of the tool has reached its maximum value H (see fig. 1) and the penetration phase J 'of the tool has been carried out in this way according to the description above.
When the voltage is zero, the spring 3 pushes back the spool of the solenoid valve 1 thereby putting in mutual communication the pipes 5 and 7 and the pipes 4 and 9.
The pressurized oil from the reservoir S (not shown) thus passes from the pipe 4 to the pipe 9, then takes the pipe 14 of the valve 12, and reaches the compartment 18 of the cylinder 16 via the pipe 19 by pushing the cylinder in the direction of arrow i.
The oil contained in the compartment 15 of the cylinder 16 is discharged through the pipe 17 into the choke 8, the non-return valve 11 preventing its passage into the pipe 13, this oil then passes through the pipes 7 and 5 and it flows into tank 6.
It results from the movement described that the slide valve 22 driven by the shaft 21 integral with the piston 20 of the cylinder 16, gradually connects the pipe 23 with the pipe 24. Consequently, the pressurized oil from the reservoir S (not shown) via the pipe 39 takes the pipe 40 (the flow reverser 36 still being in the same position) then opens into the compartment 41 of the cylinder 42 driving again in the direction of the arrow F the tool linked to the shaft 46 integral with the piston 45 of the cylinder, while the oil contained in the compartment 44 is successively discharged into the pipe 43, the pipe 23, then is gradually routed into the pipe 24 and the choke 26 before being returned to the reservoir 6.
During the part of the cycle described above, with the electromagnet 2 not excited, the advance follows the part K 'of FIG. 1. Then the voltage supplying the electromagnet 2 becomes maximum again, the solenoid valve 1 connects pipes 4 and 7 as well as 5 and 9 and the cycle begins again.
I1 should also be noted that when a pass has been made, the tool can be brought back very quickly. For example, to move the tool in the direction opposite to the arrow F. It suffices, on the one hand, to stop the excitation of the electromagnet 32 of the solenoid valve 31, thus placing the pipes 30 in communication. and 34 and, on the other hand, to stop the excitation of the electromagnet 37 of the flow reverser 36, which in particular brings about the placing in communication of the pipes 43 and 39, as well as the pipes 40 and 23. In this way, the oil from the compartment 41 of the cylinder 42 flows very quickly into the reservoir 6 by successively borrowing the pipes 40, 23, 25, 30 and 34 through the non-return valve 35 traversed in the direction which lowers the locking ball of the latter.
In particular, this process occurs spontaneously in the event of a power failure, the electromagnets 32 and 37 no longer being excited and the springs 38 and 33 then operating the spools of the distributing members, which tends to move the tool out of its working position.
The entire apparatus is thus freed from any pressure constraint.
The device for controlling the advance of the tool described is produced exclusively by hydraulic methods. It is possible to replace all or part of the hydraulic devices by an apparatus based on electromagnets controlled by transistorized or miniaturized electronic elements.
Likewise, it is possible to replace part of the hydraulic control with a cam. Thus, for example, the electromagnet 2 acting on the solenoid valve 1, and the square wave generator arranged upstream can be replaced without difficulty by a cam operating the valve spool 1.
There is shown in FIG. 3, another cycle of variation of the speed V of the second rectilinear translational movement or modulated advance of the tool as a function of time t (curve 1) also comprising two asymmetric phases. It can be seen on this graph that in a first phase, the speed V increases from a zero or substantially zero value, to reach at point A a first maximum value V1, then decreases to point B where it again reaches zero.
Then in a second phase, the speed V increases again to reach at D a second maximum value V2 of opposite sign to the first, then decreases again to cancel out at point E, and so on. It is easily understood that the portion of the curve OAB corresponds to a feed of the tool in one direction, while the portion BDE corresponds to a feed directed in the opposite direction. In addition, the portions of the curve OA and
BD correspond to a positive acceleration, while the portions AB and DE correspond to a negative acceleration. It has also been indicated in FIG. 3 the line 2 which represents the constant speed Vo for driving the tool according to the first translational movement, obviously adding to its modulated speed, in the case where the two feeds are directed in parallel directions.
Line 3, symmetrical to line 2 with respect to the abscissa axis, intersects curve 1 at points C and C 'respectively. It can therefore be seen that at point C as well as at point C ', the total speed of the tool relative to the part to be machined has a zero value. Consequently, at point C the previously formed chip spontaneously detaches from the part, then from point C the tool is released from the part to finally enter it again at point C 'and so on.
The hydraulic device according to fig. 4, comprises a hydraulic cylinder 101, the piston 102 of which drives the tool 103 by means of a rod 104, the piston defining two compartments 105 and 106 sealed and independent of one another. These compartments are placed in communication with a hydraulic fluid distributor 107, by means of throttling devices shunted by non-return valves. This is how the compartment 105 is connected to the choke 108 shunted by the valve
109 by means of the pipe 110, then to the distributor 107, by means of the pipe 111. Similarly, the compartment 106 is connected to the choke 112, shunted by the valve 113 by means of the pipe 114, then to the distributor 107, through line 115.
The distributor 107 is, in turn, connected on the one hand to a pilot distributor 117 by means of the pipes 118 and 119 and on the other hand to the pipes 120 and 121 connecting the pilot distributor to a pumping unit 122, to constant flow rate, and this by means of pipes 123 and 124, respectively, the pumping unit 122 being constituted by a pump 125 and a tank 126 to which the pipes 121 and 120 lead, respectively. Furthermore, the pilot distributor 117 is integral with a first rod 127, the upper end 128 of which is introduced into a fork 129 connected to the rod 104 by means of a second rod 130, the opening amplitude of the fork can be changed by means of screws 131 and 132.
Such a device works as follows:
Suppose, as shown in fig. 4 that the piston 102 of the jack 101 is to the right and moves to the left. The pilot distributor 117 is held in the position shown by the fork 129 and the screw 131 cooperating with the end 128 of the rod 127. Consequently, part of the pressurized oil coming from the pump 125 and conveyed by the pipe 121 towards the pilot distributor 117 is directed in the pipe 118 towards the distributor 107 thus maintained in the position indicated in FIG. 4.
At the same time, another part of the oil coming from the pump 125 is conveyed in the line 124 to the distributor 107 then in the line 111; most of it passes through the non-return valve 109 and very little through the throttle 108, then reaches the compartment 105 of the cylinder 101 thus pushing the piston 102 to the left, while the oil contained in the compartment 106 of the cylinder 101 is forced back into the pipe 114 and the choke 112 to reach the distributor 107 via the pipe 115 this oil is then directed through the pipe 123 to the pipe 120 to finally flow into the tank 126 .
The piston 102 having reached the position indicated in FIG. 5, the pilot distributor 117 is pushed back to the left, such a movement being provided by means of the fork 129 and of the screw 132 cooperating with the rod 128.
At this time, part of the pressurized oil coming from the pump 125 and conveyed by the line 121 to the pilot distributor 117 is directed in the line 119 to the distributor 107 brought and thus maintained in the position indicated on fig. 5.
At the same time, another part of the oil coming from the pump 125 is conveyed in the line 124 to the distributor 107 then in the line 115; most of it passes through the non-return valve 113 and very little through the throttle 112, then reaches the compartment 106 of the cylinder 101 thus pushing the piston 102 to the right, while the oil contained in the compartment 105 of the cylinder 101 is forced into the pipe 110 and the throttle 108 to reach the distributor 107 via the pipe 111, this oil is then directed by means of the pipe 123 towards the pipe 120 to finally flow into the tank 126.
The piston 2 having again reached the position shown in FIG. 4, the pilot distributor 117 is pushed back to the right, such movement being provided by means of the fork 129 and of the screw 131 cooperating with the rod 128, and so on.
In the device described, the cycle repetition frequency is regulated by means of the throttles 108 and 112, the amplitude of the advance of such cycles being a function of the spacing of the screws 131 and 132 of the fork 129.
A variant consists in associating with the pump 122 a flow regulator on the one hand, and in eliminating from the circuit the throttles 108 and 112 as well as the non-return valves 109 and 113 on the other hand.
In this case, the cycle repetition frequency is adjusted by adjusting the flow rate of the pump 122, the amplitude of the advance of such cycles being, as before, a function of the spacing of the screws 131 and 132 of the fork 129.
Schematically shown with reference to FIG. 6 the entire device mounted on a lathe carriage 240, which comprises a fixing pin 241 whose end 242 is threaded.
This device comprises a housing 243 in which the members described in FIG. 4 and 5, namely mainly the pilot distributor 117, the distributor 107, the restrictors 108 and 112 as well as their valves 109 and 113, the fork 129, as well as the pipes connecting such members together. Only the cylinder 101 and the rod 104 have been shown among these members, as well as the pipes 120 and 121 which can be adapted to the pumping unit 122. The housing 243 comprises on one of its faces an L-shaped slide 244 comprising a nested sleeve 245. on the fixing axis 241 and further resting on the lathe carriage. The rod 104 is linked to a vibrating part 246 which can move on the slide 244, a clearance 247 being arranged around the sleeve 245.
Furthermore, the tool 103 and the tool holder 248 can be fixed to the vibrating part by any suitable means.
It is therefore understood that the assembly and disassembly of such an assembly on the carriage of a lathe can be carried out very quickly and very simply.
To perform the assembly, it suffices to fit the sleeve 245 onto the fixing pin 241 and secure it by means of a simple nut screwed onto the threaded part 242 of the pin 241.
In the case where the two movements imparted to the tool have directions parallel to each other, it is observed that the repetition frequency of the cycles on the one hand, and the speed of rotation of the part on the other hand, are independent, between they, while in the case where the cycles used have the form illustrated in FIG. 1, they are repeated at a frequency which is based on the speed of rotation of the workpiece.
In addition, it is understood that in this case, the amplitude of the cyclic displacement or modulated feed of the tool must be at least equal to the value of the feed carried out at constant speed to allow the spontaneous detachment of the metal chip.
In the case where the first translational movement is performed in a direction perpendicular to the axis of the workpiece, while the second translational movement is performed in a direction parallel to the axis, there is a particularly marked decrease in the cutting force vis-à-vis conventional methods, the section of the chips thus obtained being very notably reduced.
In the case where the first translational movement is performed in a direction parallel to the axis of the workpiece, while the second translational movement is performed in a direction perpendicular to the axis, it is possible to machine in a single pass any geometric shapes or grooves and more particularly to perform knurling operations.
There is shown in FIG. 7 some examples of splines obtained in the case where a whole number of translation cycles of the tool at variable speed is carried out, for one revolution of the workpiece.
Thus, with reference to FIG. 7a, a cycle was carried out for one revolution of the workpiece and in this way a single groove 251 was obtained on the workpiece 250.
With reference to FIG. 7b, two cycles were carried out for one revolution of the workpiece and thus obtained on the workpiece 250 two diametrically opposed splines 252 and 253 and of smaller dimensions than those of the spline 251.
According to fig. 7c, three cycles were carried out for one revolution of the workpiece and thus obtained on the workpiece 250 three splines 254, 255 and 256 arranged at 1200 with respect to each other, and smaller than the previous ones.
It can therefore be seen that if n cycles are carried out per revolution of the part, for one revolution of the part n grooves are obtained, the dimensions of which decrease when n increases. It should also be noted that during subsequent turns of the part, the splines produced are placed on n generatrices of the part to be machined, equidistant from one another.
Of course, it is possible to adjust the depth and the developed length of the grooves thus machined.
For this purpose, it suffices to act, for example, on the restrictors 108 and 112 (fig. 4 and 5) so that the speed of penetration of the tool into the workpiece and its release speed are modified. We can therefore see that it is possible to knur a given part in a single pass.
In the case where a fractional number of translation cycles of the tool at variable speed is carried out for one revolution of the workpiece or in other words a phase shift between these two parameters, the splines generated are distributed over helices whose pas is directly related to the phase shift. In addition, the pitch of these propellers is to the right or to the left depending on the direction of the phase shift. It is thus possible to generate threads of various shapes, in particular round or trapezoidal, by adjusting the speed of rotation of the part, the frequency of repetition over time of the cycles of movement of the tool at variable speed as well as the phase shift.
It is also understood in the latter case that the adjustment of such parameters also makes it possible to perform a knurling operation, the number of patterns per unit area as well as their shape and their dimensions being able to vary within very wide limits.
CLAIM I
Modulated feed machining method, in which the workpiece is rotated around an axis, the tool being driven by two rectilinear translational movements both making a constant angle with the axis, the first movement being a uniform movement while the speed of the second movement varies cyclically as a function of time and temporarily has a sufficient value to reach the plastic phase of the metal, characterized by the fact that each cycle is formed by two distinct asymmetric phases having different durations between them, and by the fact that the maximum speed is reached in a time greater than half of the time during which it keeps a positive value.
SUB-CLAIMS
1. Method according to claim I, characterized in that the phases comprise a first phase (J ') of penetrating the tool into the workpiece and a second phase (Il') of slowing down the advance, the phase of penetration (J ') during which the speed of the feed of the tool increases from a zero or substantially zero value to a maximum value (H) having a duration (J) greater than twice the duration of the slowing down phase, the speed of the first rectilinear and uniform translational movement being zero or substantially zero.
2. Method according to claim I or sub-claim 1, characterized in that for each determined material, the frequency of the machining cycles depends on the speed of rotation of the part.
3. Method according to claim I, characterized in that the phases comprise a first phase in which the speed increases from a zero or substantially zero value to reach a first maximum value (V1) then decreases to a zero value and a second phase in which the speed increases to reach a second maximum value (V2) with a sign opposite to the sign of the first value, then decreases to a zero or substantially zero value.
4. Method according to claim I or sub-claim 3, characterized in that the translational movements are both performed in a direction parallel to the axis of the workpiece.
5. Method according to claim I or sub-claim 3, characterized in that the first translational movement is performed in a direction parallel to the axis of the workpiece, while the second translational movement is performed in a direction perpendicular to the axis of said part.
6. Method according to claim I or sub-claim 3, characterized in that the translational movements are both performed in a direction perpendicular to the axis of the workpiece.
7. Method according to claim I or sub-claim 3, characterized in that the first translational movement is performed in a direction perpendicular to the axis of the workpiece, while the second translational movement is performed in a direction parallel to the axis of the part.
CLAIM ll
Electrically controlled hydraulic device for implementing the method according to claim I, characterized in that it comprises a first double-acting hydraulic cylinder for driving the tool holder, of which] th piston linked to the tool holder, comprises two watertight compartments independent from each other, an electrically controlled flow reverser capable of conveying a pressurized fluid to either of the compartments of the first cylinder, while the fluid contained in the non-supplied compartment of the cylinder is evacuated towards an outlet pipe, and vice versa, a slide valve being able to progressively convey the fluid coming from the outlet pipe of the flow reverser, towards one or the other of the two pipelines,
a first pipe
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