EP0362449A1 - Machine d'usinage par abrasion ultrasonore - Google Patents

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EP0362449A1
EP0362449A1 EP88402533A EP88402533A EP0362449A1 EP 0362449 A1 EP0362449 A1 EP 0362449A1 EP 88402533 A EP88402533 A EP 88402533A EP 88402533 A EP88402533 A EP 88402533A EP 0362449 A1 EP0362449 A1 EP 0362449A1
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EP
European Patent Office
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tool
machining
vibrations
ultrasonic
assembly
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EP88402533A
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German (de)
English (en)
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EP0362449B1 (fr
Inventor
Gérard Campergue
Roger Gouhier
Dominique Horriere
Alain Thiriot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Original Assignee
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
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Publication date
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Publication of EP0362449A1 publication Critical patent/EP0362449A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency

Definitions

  • the present invention relates to a machine for machining by ultrasonic abrasion, in particular for the machining of insulating, hard, brittle or brittle materials such as glass, quartz, silicon carbide, alumina, or when the machined parts to be obtained are quite complicated shapes.
  • a "sonotrode” is carried carrying at the end a tool which communicates to an abrasive suspended in a liquid ultrasonic vibrations. These have the effect of micro-tapping the workpiece and eroding it.
  • the tool whose shape is that of the impression you want to make, sinks into the room, reproducing in it its own form.
  • such a machine comprises: - a support assembly for the workpieces; - A vibrating assembly terminated by a tool holder and suitable for animating the tool with a reciprocating movement at ultrasonic frequency and for communicating these vibrations to a liquid abrasive for machining; - a system for controlled descent of the tool into the workpiece; - the tool attack surface being perpendicular to the axis of the tool holder, so that machining by ultrasonic abrasion is carried out at the end of the tool; - a device for regulating the descent of the tool; and - between the vibrating assembly and a fixed frame, acousto-mechanical filters arranged in nodes of longitudinal amplitude of the vibrations.
  • the vibrating assembly is perfectly immobilized in elongation, but it also makes it consider that in each sector the harmonic longitudinal vibration is accompanied by a radial vibration in phase quadrature. This radial vibration therefore presents a belly of amplitude to this fixation. It is therefore absolutely necessary to decouple the vibrating assembly perfectly from the frame so as not to transmit its radial vibrations to it.
  • the main object of the present invention is to develop an acousto-mechanical filter which satisfies this additional condition.
  • a machining machine of the type defined at the start will, in accordance with the present invention, be essentially characterized in that an acousto-mechanical filter consists essentially of two concentric rings connected by equidistant bridges, the inner ring being elastically deformable under the effect of radial vibrations.
  • Another object of the invention is to obtain perfect regulation of the machining conditions of the part to be machined, in particular as regards the depth of machining and the pressure exerted by the tool on the part.
  • the machine can also be characterized in that the device for regulating the descent of the tool essentially comprises, for maintaining the gap between the tool and the machining surface at a constant value.
  • a capacitive type force sensor capable of controlling, via an electronic regulation chain, a motor for controlling the vertical movement of a mobile assembly carrying the vibrating assembly.
  • Another object of the present invention is to eliminate these other drawbacks of the prior art, and in particular to obtain a machine for machining by ultrasonic abrasion which allows the production of imprints of complex shapes, without being dependent on a tool. costly specific limited in precision and dimensions.
  • a machine for machining by ultrasonic abrasion in accordance with the present invention capable of carrying out contour machining, can also be characterized in that it comprises a digital movement control device capable of moving the workpiece by relative to the tool in two directions perpendicular to each other and perpendicular to the axis of the tool holder.
  • the tool can be of very simple geometric shape and of particularly reduced dimensions, since it is by relative displacements between the attack surface of the tool and the part. to machine, in two directions perpendicular to each other, that one can obtain the desired complex shapes of machining, and no longer, as in the prior art, having to give the tool said complex shapes desired.
  • the tool will therefore be inexpensive and can be developed very quickly. It is also important to note that the tool may be unique regardless of the shape to be obtained, since it is possible, thanks to the invention, to contour machining.
  • the tool can for example perform grooving in a closed circuit on the perimeter to be cut, or by sweeping on the surface to be dug. It will also grooving in open circuit on the workpiece is possible by terminating the circuit loop outside the workpiece when the grooving extends to the edge of the workpiece. When the grooving is limited inside the room, the movement system can go back and forth.
  • a machine according to the present invention namely established according to the general principles which have just been exposed, may have a certain number of additional characteristics and advantages, which will appear on reading the embodiment given below by way of in no way limitative.
  • FIG. 1 reference is made in 1 to a support assembly intended to carry the parts p to be machined. he it is a set with displacements X, Y, namely that it consists of two tables 2 and 3, one of which (2) can move relative to a fixed frame 4 in a horizontal direction Y, and of which the other (3) can move relative to the previous one in a horizontal direction X perpendicular to the direction Y. Between the table 2 and the fixed frame 4, as well as between the table 2 and the table 3, a sliding high precision can be obtained by any suitable known means, for example by dovetail slides.
  • the position of tables 2 and 3 is identified at all times by optical reading displacement sensors (not shown).
  • the displacement of these tables is obtained by means of electric motors M y and M x controlled by a computer 5.
  • the workpiece p is placed in a sprinkling tank 6 for recovering the abrasive liquid, which contains a metal plate for supporting the workpiece p .
  • a pump 7 which takes the liquid from the tank 6 and reinjects it there by means of the tool, which has been referenced at 8.
  • FIG. 2 which is a part of Figure 1 shown on a larger scale and in more detail, shows the vibrating assembly, generally referenced at 9.
  • This vibrating assembly consists of a stack of three distinct cylindrical parts 10, 11 and 12, each of length ⁇ / 2, ⁇ designating the wavelength of the vibrations.
  • the first part 10 consists of a transducer which comprises two pellets 13 of piezoelectric ceramic (titanate, lead zirconate PZT), prestressed between two cylinders 14, 14 ′ of titanium with identical masses and lengths equal to ⁇ / 4.
  • PZT piezoelectric ceramic
  • the second part 11 is a longitudinal vibration amplitude adapter. It is either made of titanium or duralumin, of bicylindrical shape and of length equal to twice ⁇ / 4. The square of the diameter ratio of the two sections 15, 15 ′ which constitute it defines the adaptation ratio.
  • the third part 12 is a second adapter more commonly known as a "sonotrode", and terminated by the machining tool 8. Like the second part 11, it is generally of two-cylinder shape and of the same material. The ratio between the diameters of the two parts 16, 16 ′ which constitute it is this time a function of the shape and the mass of the tool 8, whether the latter is in one piece with the sonotrode, or attached.
  • FIGS. 3 and 4 it has been shown how the connection between the tool 8 and the sonotrode 12 can be ensured.
  • This connection is ensured by an interlocking with a Morse taper of conicity equal to 5%, a portion of conical outer surface 8 ′ of the tool 8 fitting into a hollow of corresponding shape 16 ⁇ of the terminal portion 16 ′ of the sonotrode 12.
  • This blocking is maintained by a bicylindrical stud 17 with two differential threads 18, 18 ′.
  • the fine pitch thread 18 ′ of the upper large diameter part of the stud engages in a corresponding tapped hole 19 ′ of the sonotrode 12, while the coarse pitch thread 18 of the lower small diameter part of the stud s 'engages in a corresponding tapped hole 19 in part 8' of the tool.
  • This connection system has the advantage of increasing the contact surface between the sonotrode 12 and the tool 8, and therefore of allowing better transmission of vibrations to the tool, while ensuring their excellent axial coincidence.
  • FIG. 1 there is also shown a decoupling system between the vibrating assembly 9 and the frame 4 of the machine, this system being intended to stop the ultrasonic vibrations at the level of the connection between the vibrating assembly and the frame, while maintaining this vibrating assembly perfectly perpendicular to the surface to be machined.
  • FIGS. 1 and 2 also show the amplitude of the longitudinal vibrations of the vibrating assembly (in solid lines), as well as the amplitude of the radial vibrations (in dashes).
  • each electro-acoustic filter 20 consists of two concentric rings 23, 24 connected together by three equidistant bridges 25 and connected to the adapter by three other bridges 26 equidistant from each other, offset from the former by 60 °.
  • the inner ring 24 is elastically deformable according to the radial vibrations.
  • the more massive outer ring 23 is connected to a movable assembly 27 of the frame by a flange 28 ( Figure 1).
  • the machine also comprises, as already indicated at the beginning, a device for regulating the descent of the tool 8, intended to keep the distance between the attack surface of the tool and the surface to be machined constant.
  • the force sensor consists of a blade 30 embedded at one end and which forms an electrode of a capacitor.
  • the entire weight of the mobile system 9-27 of the machine rests on this blade 30 when the machining is operating correctly.
  • a capacitive sensor is arranged which comprises a detection electrode 31, forming the other electrode of the capacitor associated with the deformation of the blade 30.
  • the sensor blade 30 When the machining speed slows down, for one of the reasons mentioned above, the sensor blade 30 is slightly relieved and the inter-electrode distance (blade-sensor) increases. The system responds by slowing the downhill Mz engine.
  • FIGS. 1 and 5 we have also referred to: - 32 a movable stop driven by the motor Mz and supporting the embedded blade 30; - 33 a motor control amplifier Mz; - 34 a reference capacitor; - 35 a comparator of the bridge imbalance type, controlling the amplifier 33; and - 36 an average speed setpoint.
  • the invention has the following important advantages: -
  • the attack surface of the tool is perpendicular to the axis of the sonotrode and remains at a constant distance from the workpiece, this distance depending on the size of the abrasive grains used and the amplitude of the vibrations ultrasonic, which gives the workpiece an excellent quality of finish;
  • the adjustment of the distance between the leading surface of the tool and the surface of the workpiece is obtained via a force sensor giving the minimum contact pressure of the tool on the workpiece through the moving abrasive charge;
  • the tool can be made from very hard and resistant materials, for example polycrystalline diamond, given its simple shape.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

Machine d'usinage par abrasion ultrasonore, du type comportant un ensemble (1) de support des pièces (p) à usiner ; un ensemble vibrant (9) terminé par un porte-outil (12) et propre à animer l'outil (8) d'un mouvement de va-et-vient à fréquence ultrasonore et à communiquer ces vibrations à un abrasif liquide d'usinage ; un système de descente contrôlée de l'outil vers la pièce à usiner, la surface d'attaque de l'outil (8) étant perpendiculaire à l'axe du porte-outil (12), de sorte que l'usinage par abrasion ultrasonore soit réalisé en bout d'outil ; un dispositif de régulation de la descente de l'outil ; et, entre l'ensemble vibrant (9) et un bâti fixe (4), des filtres acousto-mécaniques (20) disposés en des noeuds (21,22) d'amplitude longitudinale des vibrations. Un filtre acousto-mécanique (20) est constitué essentiellement de deux bagues concentriques (23,24) reliées par des pontets équidistants (25), la bague intérieure (24) étant déformable élastiquement sous l'effet des vibrations radiales.

Description

  • La présente invention concerne une machine d'usinage par abrasion ultrasonore, notamment pour l'usinage des matériaux isolants, durs, friables ou cassants comme le verre, le quartz, le carbure de sili­cium, l'alumine, ou lorsque les pièces usinées à obtenir sont de formes assez compliquées. Das une telle machine on met en oeuvre une "sonotrode" portant en bout un outil qui communique à un abrasif en suspension dans un liquide des vibrations ultrasonores. Celles-ci ont pour effet d'opérer un micromartellement sur la pièce à usi­ner et de l'éroder. L'outil, dont la forme est celle de l'empreinte que l'on veut réaliser, s'enfonce dans la pièce, reproduisant en elle sa forme propre.
  • Généralement, une telle machine comporte :
    - un ensemble de support des pièces à usiner ;
    - un ensemble vibrant terminé par un porte-outil et propre à animer l'outil d'un mouvement de va-et-vient à fréquence ultrasonore et à communiquer ces vibra­tions à un abrasif liquide d'usinage ;
    - un système de descente contrôlée de l'outil dans la pièce à usiner ;
    - la surface d'attaque de l'outil étant perpendiculaire à l'axe du porte-outil, de sorte que l'usinage par abrasion ultrasonore soit réalise en bout d'outil ;
    - un dispositif de régulation de la descente de l'outil ; et
    - entre l'ensemble vibrant et un bâti fixe, des filtres acousto-mécaniques disposés en des noeuds d'amplitude longitudinale des vibrations.
  • Du fait de cette disposition des filtres acousto-mécaniques, l'ensemble vibrant est parfaitement immobilisé en élongation, mais il fait aussi considérer qu'en chaque secteur la vibration longitudinale harmo­nique est accompagnée d'une vibration radiale en quadrature de phase. Cette vibration radiale présente donc un ventre d'amplitude à cette fixation. Il est par suite absolument nécessaire de découpler parfaitement l'ensemble vibrant du bâti pour ne pas lui transmettre ses vibrations radiales.
  • Le but principal de la présente invention est d'élaborer un filtre acousto-mécanique qui satisfasse cette condition supplémentaire.
  • A cette fin, une machine d'usinage du type défi­ni au début sera, conformément à la présente invention, essentiellement caractérisée en ce qu'un filtre acousto-­mécanique est constitué essentiellement de deux bagues concentriques reliées par des pontets équidistants, la bague intérieure étant déformable élastiquement sous l'effet des vibrations radiales.
  • Un autre but de l'invention est d'obtenir une régulation parfaite des conditions d'usinage de la pièce à usiner, notamment quant à la profondeur d'usinage et à la pression exercée par l'outil sur la pièce.
  • Pour ce faire, la machine pourra encore être caractérisée en ce que le dispositif de régulation de la descente de l'outil comprend essentiellement, pour le maintien à une valeur constant de l'intervalle entre l'outil et la surface d'usinage de même que de la pres­sion exercée par l'outil sur la surface à usiner, un capteur de force de type capacitif propre à commander, par l'intermédiaire d'une chaîne de régulation électro­nique, un moteur de commande de déplacement vertical d'un ensemble mobile portant l'ensemble vibrant.
  • Un autre inconvénient des machines de la tech­nique antérieure réside dans le fait que la réalisation d'outils de formes complexes --pour l'obtention de pièces usinées de formes également complexes-- est coûteuse et nécessite des délais de fabrication impor­tants. Par ailleurs il s'avère que l'outil s'use rapi­dement et que les formes réalisables sont limitées en finesse et en dimensions.
  • Enfin on comprend que le prix de l'outil croît rapidement avec les dimensions des pièces à réaliser.
  • Un autre but de la présente invention est d'éli­miner ces autres inconvénients de la technique anté­rieure, et notamment d'obtenir une machine d'usinage par abrasion ultrasonore qui permette la réalisation d'em­preintes de formes complexes, sans être tributaire d'un outil spécifique coûteux limité en précision et dimen­sions.
  • A cet effet une machine d'usinage par abrasion ultrasonore conforme à la présente invention, propre à effectuer un usinage par contournage, pourra encore être caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif numé­rique de commande de déplacement propre à déplacer la pièce à usiner par rapport à l'outil dans deux direc­tions perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à l'axe du porte-outil.
  • Grâce à cette disposition et à celles qui pré­cèdent, on comprend que l'outil pourra être de forme géométrique très simple et de dimensions particulière­ment réduites, puisque c'est par des déplacements rela­tifs entre la surface d'attaque de l'outil et la pièce à usiner, selon deux directions perpendiculaires l'une à l'autre, que l'on pourra obtenir les formes complexes d'usinage souhaitées, et non plus, comme dans l'art antérieur, en devant conférer à l'outil lesdites formes complexes souhaitées. L'outil sera donc peu coûteux et pourra être élaboré très rapidement. Il est aussi im­portant de noter que l'outil pourra être unique quelle que soit la forme à obtenir, puisque l'on peut réaliser, grâce à l'invention, un usinage par contournage.
  • Grâce au dispositif de déplacement à deux dimen­sions, l'outil pourra par exemple effectuer un rainurage en circuit fermé sur le périmètre à découper, ou par balayage sur la surface à creuser. Il sera également possible d'effectuer un rainurage en circuit ouvert sur la pièce à usiner en terminant la boucle du circuit à l'extérieur de la pièce lorsque le rainurage se prolonge jusqu'au bord de la pièce. Lorsque le rainurage est limité à l'intérieur de la piéce, le système de déplace­ment peut effectuer un va-et-vient.
  • Lorsqu'un circuit ou un balayage d'usinage aura été effectué sur la pièce à usiner, on pourra procéder à une autre passe, après descente de l'outil, en suivant le même circuit ou le même tracé de balayage, et obtenir ainsi l'usinage sur la profondeur souhaitée , par autant de passes successives qu'il sera nécessaire.
  • Une machine conforme à la présente invention, à savoir établie selon les principes généraux qui viennent d'être exposés, pourra présenter un certain nombre de caractéristiques et avantages complémentaires, lesquels apparaîtront à la lecture de l'exemple de réalisation donné ci-dessous à titre nullement limitatif.
  • La description qui suit est faite avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel :
    • - la figure 1 est une vue schématique générale en éléva­tion d'une fraiseuse à ultrasons conforme à l'inven­tion ;
    • - la figure 2 représente l'ensemble vibrant de la machi­ne de la figure 1 ;
    • - la figure 2a est une vue en plan d'un filtre acousto-­mécanique ;
    • - la figure 3 montre les moyens de liaison entre le porte-outil et l'outil, avec des coupes axiales par­tielles de ces pièces ;
    • - la figure 4 montre l'outil et le porte-outil assem­blés, avec coupe axiale partielle ; et
    • - la figure 5 est un schéma de principe du système de descente contrôlée de l'outil.
  • Sur la figure 1 on a référence en 1 un ensemble de support destine à porter les pièces p à usiner. Il s'agit d'un ensemble à déplacements X, Y, à savoir qu'il est constitué de deux tables 2 et 3 dont l'une (2) peut se déplacer par rapport à un bâti fixe 4 une direc­tion horizontale Y, et dont l'autre (3) peut se déplacer par rapport à la précédente dans une direction horizon­table X perpendiculaire à la direction Y. Entre la table 2 et le bâti fixe 4, de même qu'entre la table 2 et la table 3, un coulissement de haute précision peut être obtenu par tous moyens connus appropriés, par exemple par des glissières en queue d'aronde.
  • La position des tables 2 et 3 est repérée à cha­que instant par des capteurs de déplacement à lecture optique (non representés). Le déplacement de ces tables est obtenu grâce à des moteurs électriques My et Mx com­mandés par un calculateur 5.
  • La pièce à usiner p est disposée dans un bac d'arrosage 6 de récupération du liquide abrasif, qui contient une plaque métallique de support de la pièce à usiner p. Comme visible sur la figure 1, la circulation du liquide abrasif est assurée par une pompe 7 qui pré­lève le liquide dans la bac 6 et l'y réinjecte par l'intermédiaire de l'outil, lequel a été référence en 8.
  • La figure 2, qui est une partie de la figure 1 représentée à plus grande échelle et de façon plus dé­taillée, montre l'ensemble vibrant, référencé globale­ment en 9.
  • Cet ensemble vibrant est constitué d'un empilage de trois parties cylindriques distinctes 10, 11 et 12, chacunes de longueur λ/2, λ désignant la longueur d'onde des vibrations.
  • La première partie 10 est constituée d'un trans­ducteur qui comprend deux pastilles 13 en céramique piézoélectrique (titanate, zirconate de plomb PZT), pré­contraintes entre deux cylindres 14, 14′ de titane de masses identiques et de longueurs égales à λ /4.
  • La seconde partie 11 est un adaptateur d'ampli­tude de vibration longitudinale. Il est soit en titane, soit en duralumin, de forme bicylindrique et de longueur égale à deux fois λ /4. Le carré du rapport des diamè­tres des deux sections 15, 15′ qui le constituent défi­nit le rapport d'adaptation.
  • La troisième partie 12 est un second adaptateur plus communément appelé "sonotrode", et terminée par l'outil d'usinage 8. Comme la seconde partie 11, elle est généralement de forme bicylindrique et de même maté­riau. Le rapport entre les diamètres des deux parties 16, 16′ qui la constituent est cette fois fonction de la forme et de la masse de l'outil 8, que ce dernier soit monobloc avec la sonotrode, ou rapporté.
  • Sur les figures 3 et 4 on a montré de quelle fa­çon la liaison entre l'outil 8 et la sonotrode 12 peut être assurée. Cette liaison est assurée par un emboîte­ment à cône morse de conicité égale à 5 %, une partie de surface extérieure conique 8′ de l'outil 8 s'emboîtant dans un creux de forme correspondante 16˝ de la partie terminale 16′ de la sonotrode 12. Ce blocage est maintenu par un goujon bicylindrique 17 à deux filetages différentiels 18, 18′. Le filetage à pas fin 18′ de la partie supérieure de gros diamètre du goujon s'engage dans un trou taraudé correspondant 19′ de la sonotrode 12, tandis que le filetage à pas plus gros 18 de la partie inférieure de petit diamètre du goujon s'engage dans un trou taraudé correspondant 19 de la partie 8′ de l'outil.
  • Ce système de liaison présente l'avantage d'aug­menter la surface de contact entre la sonotrode 12 et l'outil 8, et donc de permettre une meilleure transmis­sion des vibrations à l'outil, tout en assurant leur excellente coïncidence axiale.
  • En outre, il rend facile un ajustage de l'ensem­ble vibrant 9 qui vient d'être décrit sur la fréquence de résonance, par léger déplacement du goujon 17 dans son logement, ce qui évite d'opérer par retouches suc­cessives de la longueur de la sonotrode.
  • Sur la figure 1, et de façon plus détaillée sur la figure 2, on a également représenté un système de découplage entre l'ensemble vibrant 9 et le bâti 4 de la machine, ce système étant destiné à arrêter les vibrations ultrasonores au niveau de la liaison entre l'ensemble vibrant et le bâti, tout en maintenant cet ensemble vibrant parfaitement perpendiculaire à la sur­face à usiner.
  • Sur les figure 1 et 2 on a aussi représenté l'amplitude des vibrations longitudinales de l'ensemble vibrant (en trait continu), ainsi que l'amplitude des vibrations radiales (en tirets).
  • Comme le montre en particulier la figure 2, lorsque l'ensemble oscille sur son mode propre, la fixa­tion au bâti se fait en un noeud d'amplitude longitudi­nale de vibration. L'ensemble vibrant est parfaitement immobilisé en élongation.
  • Pour obtenir, comme mentionné plus haut, le découplage radial souhaité, on peut avantageusement uti­liser les filtres acousto-mécaniques 20 visibles de pro­fil sur la figure 2 et en plan sur la figure 2a, et qui sont disposés, selon ce qui vient d'être expliqué plus haut, en des noeuds (21 et 22) d'amplitude longitudinale des vibrations. Chaque filtre électro-acoustique 20 est constitué de deux bagues concentriques 23, 24 reliées entre elles par trois pontets équidistants 25 et reliées à l'adaptateur par trois autres pontets 26 équidistants entre eux, décalés des premiers de 60°. La bague inté­rieure 24 est déformable élastiquement au gré des vibra­tions radiales. La bague extérieure plus massive 23 est reliée à un ensemble mobile 27 du bâti par une bride 28 (figure 1).
  • La machine comporte par ailleurs, comme déjà indiqué au début, un dispositif de régulation de la descente de l'outil 8, destiné à maintenir constante la distance entre la surface d'attaque de l'outil et la surface à usiner.
  • Ce dispositif est visible en partie à la figure 1 mais son schéma de principe général est fourni à la figure 5. Sur ces deux figures on a utilisé dans la mesure du possible les mêmes références pour désigner les mêmes parties ou organes du dispositif.
  • Pour que l'intervalle entre l'outil et la surfa­ce d'usinage reste constant , avec une pression constan­te sur la surface à usiner, il convient bien évidemment que l'outil 8 descende dans la pièce p au fur et à me­sure que celle-ci se creuse. On utilise l'effet de la pesanteur agissant sur un système de bras de levier et de contrepoids réglables schématisés en 29, soutenant l'ensemble mobile 27 auquel est fixé l'ensemble vibrant 9.
  • Cette solution est valable lorsque la surface d'usinage est grande ; dans ce cas, les contrepoids sont importants, de l'ordre du kilogramme. Mais lorsque les surfaces d'usinage sont petites et que, de plus, une grande finesse d'exécution est demandée, les masses mises en jeu sont telles qu'elles ne compensent pas les frottements des axes d'articulation du bras de levier et ceux du couple des poulies de renvoi. Le système est alors arrêté par les frottements secs du montage, et il faut alors charger exagérément en masse, ce qui intro­duit des écaillages importants et même une rupture de la pièce. De plus, il arrive au cours de la descente de l'outil que l'abrasif ne circule pas régulièrement ou que la concentration en abrasif change. Il s'ensuit un ralentissement, voire un arrêt de descente. Toute la pression est alors transmise à la pièce et il y a rupture immédiate. Pour éviter ces inconvénients, on prévoit un capteur de force qui corrige la vitesse de descente. Le capteur de force est constitué d'une lame 30 encastrée à une extrémité et qui forme une électrode d'un condensateur. Tout le poids du système mobile 9-27 de la machine repose sur cette lame 30 lorsque l'usinage fonctionne correctement. En regard de cette électrode, est disposé un capteur capacitif qui comporte une élec­trode de détection 31, formant l'autre électrode du condensateur associée à la déformation de la lame 30. Une chaîne électronique, à déséquilibre de pont, corrige la vitesse de descente de la butée.
  • Lorsque la vitesse d'usinage ralentit, pour une des raisons citées plus haut, la lame 30 du capteur se trouve légèrement soulagée et la distance inter­électrodes (lame-capteur) augmente. Le système réagit en ralentissant le moteur Mz de descente.
  • Sur les figures 1 et 5 on a encore référencé en :
    - 32 une butée mobile entraînée par le moteur Mz et supportant la lame encastrée 30 ;
    - 33 un amplificateur de commande du moteur Mz ;
    - 34 un condensateur à capacité de référence ;
    - 35 un comparateur du type à déséquilibre de pont, commandant l'amplificateur 33 ; et
    - 36 une consigne de vitesse moyenne.
  • Ceci étant, on constate que l'invention présente les importants avantages suivants :
    - La surface d'attaque de l'outil est perpendiculaire à l'axe de la sonotrode et reste à une distance cons­tante de la pièce à usiner, cette distance dépendant de la dimension des grains d'abrasif utilisé et de l'amplitude des vibrations ultrasonores, ce qui confè­re à la pièce réalisée une excellente qualité de finition ;
    - Le réglage de la distance entre la surface d'attaque de l'outil et la surface de la pièce à usiner est obtenu par l'intermédiaire d'un capteur de force donnant la pression minimale de contact de l'outil sur la pièce à travers la charge d'abrasif en mouvement ;
    - L'outil peut être réalisé dans des matériaux très durs et résistants, par exemple du diamant polycristallin, compte tenu de sa forme simple. Il présente donc une usure bien moindre pour un travail équivalent, ce qui permet une précision d'usinage accrue ;
    - Il n'y a pas d'adaptation d'impédance acoustique à chaque changement d'outil (sonotrode standard) ;
    - L'ensemble vibrant, des pastilles piézoélectriques jusqu'à l'outil, peut être monobloc. Cet ensemble monobloc, sans solution de continuité par goujons, inévitable par la méthode d'usinage classique, permet la meilleure transmission possible des vibrations à l'outil.
    - Il est possible de réaliser un "Kit Ultrasons" adapta­ble sur toute machine outil à commande numérique ;
    - La dimension des pièces n'est plus limitée par la puissance de l'usineuse mais par la longueur et la précision de déplacement des tables X, Y. Cette limite est généralement moins contraignante que celle de la puissance ; et
    - Dans l'usinage par contournage, objet de la présente demande, l'outil 8, généralement cylindrique, est par­faitement concentrique à la sonotrode 12.

Claims (5)

1. Machine d'usinage par abrasion ultrasonore, du type comportant un ensemble (1) de support des pièces (p) à usiner ; un ensemble vibrant (9) terminé par un porte-outil (12) et propre à animer l'outil (8) d'un mouvement de va-et-vient à fréquence ultrasonore et à communiquer ces vibrations à un abrasif liquid d'usi­nage ; un système de descente contrôlée de l'outil vers la pièce à usiner, la surface d'attaque de l'outil (8) étant perpendiculaire à l'axe du porte-outil (12), de sorte que l'usinage par abrasion ultrasonore soit réali­sé en bout d'outil ' un dispositif de régulation de la descente de l'outil ; et, entre l'ensemble vibrant (9) et un bâti fixe (4), des filtres acousto-mécaniques (20) disposés en des noeuds (21,22) d'amplitude longitudinale des vibrations, caractérisée en ce qu'un filtre acousto-­mécanique (20) est constitué essentiellement de deux bagues concentriques (23,24) reliées par des pontets équidistants (25), la bague intérieure (24) étant déformable élastiquement sous l'effet des vibrations radiales.
2. Machine selon la revendication 1, carac­térisée en ce que la liaison et le centrage relatif entre le porte-outil (12) et l'outil (8) sont assurés par l'intermédiaire d'un goujon (17) à deux filetages (18,18′), l'un de ces filetages (18′) étant engagé dans un trou taraudé (19′) du porte-outil (12), tandis que l'autre filetage (18) est engagé dans un trou taraudé (19) de l'outil (8), ce dernier étant engagé et centré dans le porte-outil (12) par un emboîtement conique (8′, 16˝).
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, carac­térisée en ce que le dispositif de régulation de la des­cente de l'outil (8) comprend essentiellement, pour le maintien à une valeur constante de l'intervalle entre l'outil et la surface d'usinage de même que de la pres­sion exercée par l'outil (8) sur la surface à usiner, un capteur de force de type capacitif (30,31) propre à com­mander, par l'intermédiaire d'une chaîne de régulation électronique (33-36), un moteur (Mz) de commande du dé­placement vertical d'un ensemble mobile (27) portant l'ensemble vibrant (9).
4. Machine selon la revendication 3, caractéri­sée en ce que ledit ensemble mobile (27) porte sur une lame encastrée (30) qui constitue avec une électrode (31) ledit capteur de force (30,31).
5. Machine selon l'un quelconque des revendica­tions précédentes, pour l'usinage de pièces par contour­nage, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif numérique de commande de déplacement propre à déplacer la pièce à usiner (p) par rapport à l'outil (8) dans les deux directions (X,Y) perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à l'axe du porte-outil (12).
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