EP1251989A1 - Outil d'usinage avec compensation d'usure actionnee selon l'axe de l'outil, et procedes d'utilisation - Google Patents

Outil d'usinage avec compensation d'usure actionnee selon l'axe de l'outil, et procedes d'utilisation

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EP1251989A1
EP1251989A1 EP01903932A EP01903932A EP1251989A1 EP 1251989 A1 EP1251989 A1 EP 1251989A1 EP 01903932 A EP01903932 A EP 01903932A EP 01903932 A EP01903932 A EP 01903932A EP 1251989 A1 EP1251989 A1 EP 1251989A1
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EP
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screw
tool body
tool
machining
mobile unit
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Withdrawn
Application number
EP01903932A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guy Perrin
Eric Franco
Benoít ELY
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Sandvik Holding France SAS
Original Assignee
Sandvik Coromant SNC
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/03—Boring heads
    • B23B29/034—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings
    • B23B29/03403—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable before starting manufacturing
    • B23B29/03421—Boring heads with tools moving radially, e.g. for making chamfers or undercuttings radially adjustable before starting manufacturing by pivoting the tool carriers or by elastic deformation

Definitions

  • Machining tool with wear compensation actuated along the axis of the tool Machining tool with wear compensation actuated along the axis of the tool, and methods of use.
  • the present invention relates to a precision machining tool (for example a boring or turning tool) provided with an automatic wear compensation device. It is recalled that the function of the compensation is to maintain the cutting edge of a cutting element (removable insert for example) in the optimal cutting position relative to the lean tool body the progressive wear of the edge, so not to have to replace the cutting element too often.
  • a cutting element removable insert for example
  • the machines to be machined were each designed for a particular application (reaming, whirling, surfacing, drilling, and so on). When such a ⁇ Hchine included a compensation mechanism, the latter could be integrated without too much difficulty into the machine spindle.
  • the present invention solves this problem by means of a mechanism integrated in the machining tool along its axis, so as to be able to actuate the automatic compensation by means of the machine spindle itself, which, we repeat, is completely standard.
  • the spindle motor being used both for machining and for compensation, this results in a very advantageous economy and simplicity of use compared to the prior art.
  • the invention therefore provides a machining tool comprising a tool body on which at least one cartridge carrying a cutting element has been fixed, a screw extending along the axis of said tool body and comprising a head.
  • the latter provides a manual wear compensation method as well as an automatic wear compensation method, following a machining phase, which use the machining tool according to
  • Said manual wear compensation method comprises the following steps: a screwdriver is inserted into said front hole of the tool body so as to couple the blade of said screwdriver with said screw head, and the screw of the quantity required to offset each cutting element simultaneously by the quantity used to compensate for the wear of its cutting edge.
  • Said automatic wear compensation method comprises the following steps: the machine spindle control leads the machining tool to a screwdriver fixed within the axes of the machine spindle, said front hole of the tool body is inserted on said screwdriver so as to couple the blade of the screwdriver with said screw head, and the machine spindle is rotated, by means of the spindle control, by the quantity required to simultaneously offset each cutting element by the quantity used to compensate for the wear of its cutting edge.
  • FIG. 1 is a perspective view from above of a boring tool according to the invention, showing the cutting area
  • Figure 2 is another perspective view from above of the boring tool shown in Figure 1, showing a window
  • Figure 3a is a side elevation partially cut longitudinally of the same boring tool
  • Figure 3b is an end view of the same boring tool.
  • the figures show, by way of example, a boring tool (machining of cylinder block drums, finishing of rod ends or suspension pivots, and so on), but the invention applies equally well to other types of precision machining, such as turning (machining of crankshaft or engine camshaft, valve body flange, and so on).
  • Said reaming tool consists of a tool body 2 on which a cartridge 17 has been fixed, for example by means of bolts 16.
  • the cartridge 17 carries a removable plate 18 comprising a cutting spout 1.
  • the body 2 is roughly cylindrical in shape, and has at its rear end 13 the projections and grooves suitable for fixing the tool on a standard machine spindle (not shown).
  • the main part of the compensation mechanism according to the invention is located inside the tool along its axis, and opens at the front end 14 of the tool body 2 on a front orifice 15.
  • This main part is constituted a screw 4, the head 9 of which is accessible from the front orifice 15, and a mobile unit 20 which can move along the threaded rod 10 of the screw 4.
  • This mobile unit 20 consists for example of an internally threaded satellite roller nut 19, which is surrounded by a ring 11 and leaned against a nut 12.
  • the screw head 9 is surrounded by a ring 5 mounted on the tool body 2.
  • the screw 4 comprises, between the screw head 9 and the threaded rod 10, a middle part 8 partially threaded on which a nut 7 is screwed provided with a radial screw making it possible to block the nut 7 relative to the screw
  • the assembly formed by the ring 5 and the nut 7 has the effect of preventing the axial translation of the screw 4 relative to the tool body 2, as clearly shown in FIG. 3a.
  • a pin passing radially through the nut 7 and the middle part 8 and held in place by a rod instead of said radial screw and the mutually associated threads of the nut 7 and the middle part 8, it is obviously possible to use a pin passing radially through the nut 7 and the middle part 8 and held in place by a rod.
  • the screw head 9 is provided with means (not shown) serving to brake the rotation of the screw head 9 relative to the ring 5; this means of friction in rotation of the screw 4 can for example consist of a ball housed in a peripheral groove 21 etched on the middle part 8, and pushed by a radial spring whose compression is preset.
  • the compensation phases are distinct from the machining phases.
  • the screw 4 is rotated relative to the tool body 2; as the screw 4 cannot move longitudinally, its rotation has the effect of causing the axial translation of the mobile unit 20 relative to the tool body 2.
  • the ring 11 of the mobile unit 20 has a radial projection 6 , which is fitted into a sloping wedge 3 having roughly the shape of a strip extending on the internal longitudinal side of the cartridge 17, so that the longitudinal movement of the mobile unit 20 causes that of the sloping wedge 3.
  • the latter has the effect of twisting the part of the cartridge 17 supporting the cutting element 18, including the cutting spout 1, this fact shifts, in the case of a boring tool, in a radial direction.
  • the tests carried out on the mechanism according to the invention have shown that it is possible, by virtue of it, to control the movement of the cutting spout 1 with a step less than a micrometer.
  • the degree of wear of the insert 18 is measured for a given machining job so as to be able to determine how much the cutting spout 1 must be offset, and therefore by what associated angle it is necessary turn the screw 4 relative to the tool body 2, during each compensation phase.
  • a passive auxiliary element (not shown) which mainly consists of a screwdriver fixed within reach of the axes of the machine spindle, for example in horizontal position on a wall of a center of machining including the machine. This, under the action of a standard numerical control, leads the boring tool to the screwdriver and places the orifice 15 of the boring tool on the screwdriver so that the blade of the screwdriver engages on the screw head 9. All that remains is to rotate the machine spindle to obtain the desired rotation of screw 4.
  • the transmission means it may be provided in the case of a machining tool provided with several cutting elements that the displacement of the mobile unit 20 causes the wear compensation of several of these elements at a time; it will also be easy, in this case, to provide that each cutting element will benefit from a different compensation value in relation to its wear speed (for example in the case where the machining tool both finishing pads and semi-finishing pads). Similarly, it will be appropriate for certain applications, to cause an axial displacement, or if necessary both axial and radial, of the cutting elements.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

La présente invention propose un outil d'usinage comprenant un corps d'outil (2) sur lequel on a fixé au moins un cartouche (17) portant un élément coupant (18), une vis (4) s'étendant le long de l'axe dudit corps d'outil (2) et comportant une tête de vis (9) accessible à partir d'un orifice frontal (15) aménagé sur le corps d'outil (2), une partie médiane (8) partiellement filetée et une tige filetée (10), un moyen de blocage longitudinal (5, 7) empêchant la vis (4) de se déplacer longitudinalement par rapport au corps d'outil (2), un moyen de frottement en rotation de la vis (4) par rapport au corps d'outil (2), une unité mobile (20) pouvant se visser sur ladite tige filetée (10), et un moyen de transmission (3, 6, 11) entre ladite unité mobile (20) et chacun desdits cartouches (17) tel que le déplacement axial de l'unité mobile (20) entraîne un déplacement compensatoire d'usure de la partie du cartouche (17) portant l'élément coupant (18). Application à la compensation d'usure automatique.

Description

Outil d'usinage avec compensation d'usure actionnée selon l'axe de l'outil, et procédés d'utilisation.
La présente invention concerne un outil d'usinage de précision (par exemple un outil d'alésage ou de tourillonnage) muni d'un dispositif de compensation automatique d'usure. On rappelle que la fonction de la compensation est de maintenir l'arête coupante d'un élément coupant (plaquette amovible par exemple) dans la position de coupe optimale par rapport au corps d'outil maigre l'usure progressive de l'arête, afin de ne pas avoir a remplacer 1 ' élément coupant trop souvent . Jusqu'à une date récente, les machines à usiner étaient conçues chacune en vue d'une application particulière (alésage, tourillonnage, surfaçage, perçage, et arnsi de suite) . Quand une telle πHchine comportait un mécanisme de compensation, ce dernier pouvait être intégré sans trop de difficultés à la broche machine. Mais de nos j ours, les besoins en termes de machines pour applications multiples, par exemple pour les "centres d'usinage", ne permettent plus d'effectuer la compensation au moyen d'une broche dédiée. La broche étant standard, la partie αédiée des nouveaux mécanismes de compensation doit nécessairement être conçue pour se loger au niveau de l'outil de coupe proprement dit.
Divers dispositifs de compensation associés à une brocήe standard ont donc été proposés récemment. Or ces dispositifs présentent tous l'inconvénient d'utiliser, pour mettre en oeuvre la compensation d'usure, un moyen d ' actionnement auxiliaire (moteur ou opération manuelle) , d'où une complexité mécanique et pratique non négligeable.
La présente invention résout ce problème au moyen d'un mécanisme intégré dans l'outil d'usinage le long de son axe, de πanière a pouvoir actionner la compensation automatique au moyen de la broche machine elle-mâre, qui, répétons-le, est tout à fait standard. Le moteur de broche servant à la fois à l'usinage et à la compensation, il en résulte une économie et une simplicité d'utilisation très avantageuses par rapport à l'art antérieur. L'invention propose donc un outil d'usinage comprenant un corps d'outil sur lequel on a fixé au moins un cartouche portant un élément coupant, une vis s ' étendant le long de l'axe dudit corps d'outil et comportant une tête de vis accessible à partir d'un orifice frontal aménagé sur le corps d'outil, une partie médiane partiellement filetée et une tige filetée, un moyen de blocage longitudinal empêchant la vis de se déplacer longitudinalement par rapport au corps d'outil, un moyen de frottement en rotation de la vis par rapport au corps d'outil, une unité mobile pouvant se visser sur ladite tige filetée, et un moyen de transmission entre ladite unité mobile et chacun desdits cartouches tel que le déplacement axial de l'unité mobile entraîne un déplacement compensatoire d'usure de la partie du cartouche portant l'élément coupant. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci propose un procédé de compensation manuelle d'usure ainsi qu'un procédé de compensation automatique d'usure, suite à une phase d'usinage, qui utilisent l'outil d'usinage selon
1 ' invention. Ledit procédé de compensation manuelle d'usure comprend les étapes suivantes : on insère un tournevis dans ledit orifice frontal du corps d'outil de manière à accoupler la lame dudit tournevis avec ladite tête de vis, et l'on fait tourner la vis de la quantité requise pour décaler simultanément chaque élément coupant de la quantité servant à compenser l'usure de son arête de coupe.
Ledit procédé de compensation automatique d'usure comprend les étapes suivantes : la commande de broche machine conduit l'outil d'usinage jusqu'à un tournevis fixé à portée des axes de la broche machine, on insère ledit orifice frontal du corps d'outil sur ledit tournevis de manière à accoupler la lame du tournevis avec ladite tête de vis, et l'on fait tourner la broche machine, au moyen de la commande de broche, de la quantité requise pour décaler simultanément chaque élément coupant de la quantité servant à compenser l'usure de son arête de coupe. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous d'un mode de réalisation présenté à titre d'exemple, ladite description s ' ppuyant sur les figures annexées, dans lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective de haut d'un outil d'alésage selon l'invention, montrant la zone de coupe, la figure 2 est une autre vue en perspective de haut de l'outil d'alésage représenté sur la figure 1, montrant une fenêtre d'observation, la figure 3a est une élévation latérale partiellement coupée longitudinalement du même outil d'alésage, et la figure 3b est une vue en bout du même outil d' alésage. Les figures montrent, à titre d'exemple, un outil d'alésage (usinage de fûts de carter cylindre, finition de têtes de bielles ou de pivots de suspension, et ainsi de suite), mais l'invention s'applique aussi bien à d'autres types d'usinage de précision, par exemple au tourillonnage (usinage de vilebrequin ou d'arbre à cames moteur, de bride de corps de vanne, et ainsi de suite) . Ledit outil d'alésage est constitué d'un corps d'outil 2 sur lequel on a fixé un cartouche 17, par exemple au moyen de boulons 16. Le cartouche 17 porte une plaquette amovible 18 comportant un bec de coupe 1.
Le corps 2 est en gros de forme cylindrique, et présente au niveau de son extrémité postérieure 13 les saillies et les gorges adéquates pour la fixation de 1 ' outil sur une broche machine standard (non représentée) . La partie principale du mécanisme de compensation selon l'invention est située à l'intérieur de l'outil selon son axe, et débouche à l'extrémité antérieure 14 du corps d'outil 2 sur un orifice frontal 15. Cette partie principale est constituée d'une vis 4, dont la tête 9 est accessible à partir de l'orifice frontal 15, et d'une unité mobile 20 pouvant se déplacer le long de la tige filetée 10 de la vis 4. Cette unité mobile 20 est constituée par exemple d'un écrou à rouleau satellite 19 fileté intérieurement, qui est entouré par une bague 11 et adossé à un écrou 12.
La tête de vis 9 est entourée par une bague 5 montée sur le corps d'outil 2. La vis 4 comporte, entre la tête de vis 9 et la tige filetée 10, une partie médiane 8 partiellement filetée sur laquelle on visse un écrou 7 muni d'une vis radiale permettant de bloquer 1 ' écrou 7 par rapport à la vis
4. L'ensemble formé par la bague 5 et 1 ' écrou 7 a pour effet d'interdire la translation axiale de la vis 4 par rapport au corps d'outil 2, comme le montre clairement la figure 3a. A la place de ladite vis radiale et des filets mutuellement associés de 1 ' écrou 7 et de la partie médiane 8, on peut évidemment utiliser une goupille traversant radialement 1 ' écrou 7 et la partie médiane 8 et maintenue en place par un jonc .
D'autre part, la tête de vis 9 est munie d'un moyen (non représenté) servant à freiner la rotation de la tête de vis 9 par rapport à la bague 5 ; ce moyen de frottement en rotation de la vis 4 peut par exemple être constitué d'une bille logée dans une rainure périphérique 21 gravée sur la partie médiane 8, et poussée par un ressort radial dont la compression est préréglée.
Les phases de compensation sont distinctes des phases d'usinage. Pour effectuer une compensation d'usure, on fait tourner la vis 4 par rapport au corps d'outil 2 ; comme la vis 4 ne peut pas se déplacer longitudinalement, sa rotation a pour effet de provoquer la translation axiale de l'unité mobile 20 par rapport au corps d'outil 2. La bague 11 de l'unité mobile 20 présente une saillie radiale 6, qui est emboîtée dans une cale pentée 3 ayant en gros la forme d'une réglette s ' étendant sur le côté longitudinal interne du cartouche 17, de sorte que le mouvement longitudinal de l'unité mobile 20 entraîne celui de la cale pentée 3. Ce dernier a pour effet de tordre la partie du cartouche 17 soutenant l'élément de coupe 18, dont le bec de coupe 1, de ce fait, se décale, dans le cas d'un outil d'alésage, dans une direction radiale. Les essais effectués sur le mécanisme selon l'invention ont montré qu'on peut grâce à lui commander le déplacement du bec de coupe 1 avec un pas inférieur au micromètre.
Avant d'effectuer la compensation, on mesure le degré d'usure de la plaquette 18 pour un travail d'usinage donné de manière à pouvoir déterminer de quelle quantité le bec de coupe 1 doit être décalé, et donc de quel angle associé on doit tourner la vis 4 par rapport au corps d'outil 2, durant chaque phase de compensation.
On peut naturellement faire tourner la vis 4 par actionnement manuel en insérant un tournevis dans 1 ' orifice 15, mais l'avantage essentiel présenté par la présente invention vis-à-vis de l'art antérieur est de pouvoir effectuer la compensation d'usure automatiquement en se servant de la commande de broche machine, c'est-à-dire sans aucun moteur supplémentaire.
Pour pouvoir actionner automatiquement la rotation de la vis 4, on utilise un élément auxiliaire passif (non représenté) constitué principalement d'un tournevis fixé à portée des axes de la broche machine, par exemple en position horizontale sur une paroi d'un centre d'usinage comprenant la machine. Celle-ci, sous l'action d'une commande numérique standard, conduit l'outil d'alésage jusqu'au tournevis et place l'orifice 15 de l'outil d'alésage sur le tournevis de manière à ce que la lame du tournevis s'engage sur la tête de vis 9. Il ne reste plus alors qu'à faire tourner la broche machine pour obtenir la rotation souhaitée de la vis 4. Dans les cas où il existe un risque que la commande de broche machine présente l'outil d'alésage dans une position erronée devant le tournevis, il est bon de prévoir un mécanisme de sécurité, constitué par exemple d'un support de tournevis qui se dérobera automatiquement si 1 ' accouplement de la lame de tournevis avec la tête de vis 9 échoue. Également pour des raisons de sécurité, il est bon d'équiper le support de tournevis d'un iimiteur de couple.
En outre, il est avantageux de munir le corps d'outil 2 d'une fenêtre d'observation 22 permettant de surveiller la position de l'unité mobile 20 sur la tige filetée 10. Cette possibilité sera particulièrement utile pour les réglages initiaux, c'est-à-dire lorsque l'on vient de fixer des éléments de coupe neufs sur l'outil d'usinage selon l'invention : on mettra alors l'unité mobile 20 dans la position idéale pour lui permettre ensuite de se déplacer sans entrave vers l'avant ou vers l'arrière de la tige filetée 10 au cours des phases de compensation.
Le mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus a été présenté en tant qu'exemple illustrant les principes de la présente invention, mais il est bien clair que l'homme de l'art pourra s'en inspirer pour réaliser d'autres variantes sans pour autant sortir de l'invention. Par exemple, en ce qui concerne le moyen de transmission, on pourra prévoir dans le cas d'un outil d'usinage muni de plusieurs éléments de coupe que le déplacement de l'unité mobile 20 entraîne la compensation d'usure de plusieurs de ces éléments à la fois ; il sera d'ailleurs facile, dans ce cas, de prévoir que chaque élément de coupe bénéficiera d'une valeur de compensation différente en rapport avec sa vitesse d'usure (par exemple dans le cas où l'outil d'usinage porte à la fois des plaquettes de finition et des plaquettes de demi- finition) . De même, il sera approprié pour certaines applications, d'entraîner un déplacement axial, ou le cas échéant à la fois axial et radial, des éléments de coupe.

Claims

REVENDICATIONS
1. Outil d'usinage comportant : un corps d'outil (2) sur lequel on a fixé au moins un cartouche (17) portant un élément coupant (18), et une vis (4) s ' étendant le long de l'axe dudit corps d'outil (2) et comportant une tête de vis (9) accessible à partir d'un orifice frontal (15) aménagé sur le corps d'outil (2) caractérisé en ce que la vis comporte une partie médiane (8) partiellement filetée et une tige filetée (10), ainsi qu'un moyen de blocage longitudinal 1 ' empêchant de se déplacer longitudinalement par rapport au corps d'outil (2), ledit moyen de blocage étant constitué d'une bague (5) montée sur ledit corps d'outil (2), et d'un écrou (7) vissé sur la partie filetée de ladite partie médiane (8) et muni d'une vis radiale permettant de bloquer 1 ' écrou (7) par rapport à ladite vis (4) et en ce que l'outil d'usinage comprend : un moyen de frottement en rotation de la vis (4) par rapport au corps d'outil (2), une unité mobile (20), constituée d'un écrou à rouleau satellite (19) fileté intérieurement, qui est entouré par une bague (11) et adossé à un écrou (12), l'unité mobile pouvant se visser sur ladite tige filetée (10) , et un moyen de transmission constitué d'une saillie radiale (6) de l'unité mobile (20), emboîtée dans une cale pentée (3) en forme de réglette s ' étendant sur le côté longitudinal interne du cartouche (17) , de sorte que le déplacement longitudinal de l'unité mobile (20) entraîne celui de la cale pentée et un déplacement compensatoire d'usure de la partie du cartouche (17) portant l'élément coupant (18) .
2. Outil d'usinage selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de frottement en rotation est constitué d'une bille logée dans une rainure périphérique (21) gravée sur ladite partie médiane (8), et poussée par un ressort radial dont la compression est préréglée .
3. Procédé de compensation manuelle d'usure suite à une phase d'usinage, caractérisé en ce qu'il utilise un outil d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 , et comprend les étapes suivantes : on insère un tournevis dans ledit orifice frontal (15) du corps d'outil (2) de manière à accoupler la lame dudit tournevis avec ladite tête de vis (9) , et on fait tourner la vis (4) de la quantité requise pour décaler simultanément chaque élément coupant (18) de la quantité servant à compenser l'usure de son arête de coupe.
4. Procédé de compensation automatique d'usure suite à une phase d'usinage, caractérisé en ce qu'il utilise un outil d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 , et comprend les étapes suivantes : la commande de broche machine conduit l'outil d'usinage jusqu'à un tournevis fixé à portée des axes de la broche machine, on insère ledit orifice frontal (15) du corps d'outil (2) sur ledit tournevis de manière à accoupler la lame du tournevis avec ladite tête de vis (9), et on fait tourner la broche machine, au moyen de la commande de broche, de la quantité requise pour décaler simultanément chaque élément coupant (18) de la quantité servant à compenser l'usure de son arête de coupe.
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