FR2586951A1 - Boring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un appareil a aléser d'un type nouveau dont la prise de cotes est obtenue par déformation élastique du porte-outils autour de son axe. The present invention relates to a boring apparatus of a new type, the measurement of which is obtained by elastic deformation of the tool holder around its axis.
Il s'applique à toutes les broches de machines outils et tout particulièrement aux aléseuses et fraiseuses. It applies to all spindles of machine tools and especially to boring and milling machines.
On connaît de très nombreux types d'appareils a alé ser. Certains sont communément appelés "têtas & aléser". Dans ce cas, l'outil coupant peut être déplacé et mis a la cote, sur des distances relativement importantes, par n importe quel système de glissières dont la partie mobile est mue par un système vis/écrou ; par conséquent, lorsque l'on veut modifier la cote de l'alésage à usiner, on déplace la partie coupante au "grain" d'une valeur correspondant à l'enlèvement de copeaux désiré. Many types of random devices are known. Some are commonly called "tetas & ream". In this case, the cutting tool can be moved and dimensioned, over relatively large distances, by any system of slides, the moving part of which is moved by a screw / nut system; therefore, when you want to change the dimension of the bore to be machined, the cutting part is moved to the "grain" by a value corresponding to the desired chip removal.
On conçoit dans ce type d'appareils qu'il y ait, entre le cone permettant de lier l'appareil & la broche de la machine et la partie coupante su grain des jeux dus dus a l'empilage de plusieurs pièces pouvant provoquer, lors de la coupe, des vibrations. D'autre part, ce type d'appareils présente l'incon- vénient autre cher et relativement fragile. It is conceivable in this type of apparatus that there is, between the cone making it possible to link the apparatus & the spindle of the machine and the cutting part on the grain of the games due to the stacking of several parts which can cause, during cutting, vibrations. On the other hand, this type of device has the disadvantage of another expensive and relatively fragile.
On connatt d'autres types d'appareils à aléser dits "alésoirs expansibles". La prise de cotes s'effectue par défor- mation globale de l'ensemble de la partie coupante. Il n'y a donc pas, dans ce cas précis, déplacement, par rapport à l'axe de rotation de l'appareil, de l'arête coupante du grain mais déformation de l'ensemble des arêtas coupantes par rapport a l'axe de rotation. We know other types of boring devices called "expandable reamers". Dimensions are taken by overall deformation of the entire cutting part. There is therefore not, in this specific case, displacement, relative to the axis of rotation of the device, of the cutting edge of the grain but deformation of all the cutting edges relative to the axis of rotation.
Il existe également un troisième type d'appareils à aléser, appelés "barres à aléser" comportant en leur extrémité un outil coupant intégré à un système extensible. Cet ensemble est logé dans un alésage radial. There is also a third type of boring apparatus, called "boring bars" comprising at their end a cutting tool integrated into an expandable system. This assembly is housed in a radial bore.
Le but recherché, selon l'invention était de reédier aux inconvénients et aux limites des appareil précités
L'appareil a aléser, selon lsinvention, est établi sur la base d'un concept nouveau permettant la prise de cotes avec une tolérance précise.The aim sought, according to the invention was to remedy the drawbacks and limits of the aforementioned apparatus
The boring apparatus, according to the invention, is established on the basis of a new concept allowing the taking of dimensions with a precise tolerance.
Selon une première caractéristique de l'invention, l'appareil & aléser est remarquable en ce qu'il est agencé pour permettre la prise de cotes par déformation de la fibre neutre longitudinale de l'axe porte-outils. According to a first characteristic of the invention, the & reamer is remarkable in that it is arranged to allow the taking of dimensions by deformation of the longitudinal neutral fiber of the tool holder axis.
Cette déformation est obtenue par la flexion, sous un effort modulable et réglable, d'une partie de l'axe porte-outils contenu entre deux appuis. This deformation is obtained by bending, under a modular and adjustable force, of a part of the tool-holder axis contained between two supports.
Suivant une autre caractéristique, l'axe porte-outils de l'appareil à aléser, peut entre porté, dans sa partie fléchis- sante, en une extrémité par un système de billes et de cônes, l'autre appui se faisant soit par une membrane flexible solidaire du porte-outils et bloqué sur le c8ne de fixation, soit par une coupelle élastique en liaison avec un Çônc ménagé à la hauteur de l'appui de l'axe porte-outils. According to another characteristic, the tool-holder axis of the boring apparatus can be carried, in its bending part, at one end by a system of balls and cones, the other support being made either by a flexible membrane integral with the tool holder and blocked on the fixing c8ne, either by an elastic cup in connection with a cone formed at the level of the support of the tool holder axis.
Suivant une autre caractéristique, l'arbre porteoutils de l'appareil à aléser peut titre raccourci et ne plus porter directement l'outil coupant, ce dernier étant indépendant d'un barreau venant se loger en bout de l'appareil à aléser, objet de la présente invention. According to another characteristic, the tool-holder shaft of the boring apparatus can be shortened and no longer directly carry the cutting tool, the latter being independent of a bar which is housed at the end of the boring apparatus, the object of the present invention.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le système d'introduction de la charge ou de l'effort provoquant la flexion du barreau porte-outils entre les deux appuis, peut titre obtenu par différents moyens, disposés dans le corps de l'appareil à aléser et agissant directement sur l'axe porte-outil. According to another characteristic of the invention, the system for introducing the load or the force causing the bending of the tool holder bar between the two supports, can be obtained by different means, arranged in the body of the device. to be bored and acting directly on the tool holder axis.
Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description. These characteristics and others will emerge from the following description.
Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une ma nièce non limitative aux figures des dessins oci
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil à aléser avec le porte-outils intégré à l'appareil et où l'élément élastique est indépendant du porte-outils g 17in- troduction de la charge s'effectue par un fluide. To fix the object of the invention illustrated by a non-limiting niece to the figures of the oci drawings
Figure 1 is a longitudinal sectional view of a boring device with the tool holder integrated into the device and where the elastic element is independent of the tool holder g 17 introduction of the load is effected by a fluid .
la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une première variante de l'appareil selon l'invention, dans ce cas l'élément élastique fait partie du porte-outils. Par ailleurs, l'effort de flexion est transmis par un matériau souple et déformable du type élastomère,
la figure 3 est une vue en coupe longitudinale sem- blable & la figure 2, illustrant la variation géométrique du porte-outils sous l'effet d'un effort appliqué entre ses deux appuis, le déplacement angulaire de l'axe porte-outils étant illustré en -----------~~~~~ traits --------------------- mixtes.Figure 2 is a longitudinal sectional view of a first variant of the apparatus according to the invention, in this case the elastic element is part of the tool holder. Furthermore, the bending force is transmitted by a flexible and deformable material of the elastomer type,
Figure 3 is a similar longitudinal section view & Figure 2, illustrating the geometric variation of the tool holder under the effect of a force applied between its two supports, the angular displacement of the tool holder axis being illustrated in ----------- ~~~~~ lines --------------------- mixed.
la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième variante o le porte-outils est amovible et reçoit a l'une de ses extrémités une barre amovible porte-outils,
la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil à aléser semblable à celui de la figure 4, mais oh le second appui est solidaire du porte-barres,
la figure 6 est une vue en élévation de l'appareil à aléser suivant l'axe A.f. de la figure 1.FIG. 4 is a view in longitudinal section of a third variant where the tool holder is removable and receives at one of its ends a removable tool holder bar,
FIG. 5 is a view in longitudinal section of a boring device similar to that of FIG. 4, but oh the second support is integral with the bar holder,
FIG. 6 is a view in elevation of the apparatus to be bored along the axis Af of FIG. 1.
Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. In order to make the object of the invention more concrete, it is now described in a nonlimiting manner illustrated in the figures of the drawings.
On a illustré figure 1, a titre d'exemple, un appareil a aléser suivant l'invention qui comprend un conne (1) normalisé, adaptable à toute broche de machine outils et avantageusement aux fraiseuses, aléseuses, perceuses. La liaison avec la broche de la machine s'effectue par la partie conique, les deux entailles (19) ainsi que la partie filetée arrière (20) recevant le tirant de broche non illustré aux dessins. Illustrated in Figure 1, by way of example, a boring device according to the invention which comprises a standard cone (1), adaptable to any spindle of machine tools and advantageously to milling machines, boring machines, drills. The connection with the machine spindle is made by the conical part, the two notches (19) as well as the rear threaded part (20) receiving the spindle tie not shown in the drawings.
L'attachement de fixation peut Btre du type conique, cylindrique, prismatique, carré ou autre.The fixing attachment may be of the conical, cylindrical, prismatic, square or other type.
Selon une première variante, l'arbre porte-outils (4) est porté par deux appuis. L'appui arrière est constitué, ainsi qu'il apparaît par la coupe partielle effectuée, par un ensemble de deux cônes inversés et opposés entre lesquels est disposé un jeu de billes. Plus particulièrement l'extrémité arrière (4-1) de l'arbre porte-outils est profilée avec une cavité (4-2) autorisant le centrage et roulement de bille. En position opposée et en regard est prévue une bague (21) filetée introduite dans l'alésage intérieur (1-1) du corps (1). Cette bague présente une échancrure (21-1) avant autorisant le centrage des billes (s) précitées ou autres moyens équivalents.Ladite bague est agencée avec un profil å six pans ou équivalent pour assurer son réglage en profondeur. Ladite bague fait office de vis de réglage. According to a first variant, the tool-holder shaft (4) is carried by two supports. The rear support is constituted, as it appears by the partial cut made, by a set of two inverted and opposite cones between which is arranged a set of balls. More particularly, the rear end (4-1) of the tool-holder shaft is profiled with a cavity (4-2) authorizing the centering and rolling of the ball. In the opposite position and facing is provided a threaded ring (21) introduced into the internal bore (1-1) of the body (1). This ring has a notch (21-1) before allowing the centering of the abovementioned balls (s) or other equivalent means. Said ring is arranged with a hexagonal profile or equivalent to ensure its depth adjustment. Said ring acts as an adjustment screw.
L'appui avant est assuré par le positionnement et l'appui d'une coupelle flexible (2 > sur la portée conique (4-3 > prévue dans la partie médiane de l'arbre porte-outil (4). The front support is ensured by the positioning and support of a flexible cup (2> on the conical seat (4-3> provided in the middle part of the tool-holder shaft (4).
Plus particulièrement, ladite coupelle cylindrique présente une ouverture centrale (2-1) conique lui permettant de s'adapter sur la portée conique (4-3 > . En outre, elle comPrend une collerette intérieure (2-2) autorisant son centrage par rapport au corps (1), Elle est agencée dans la partie avant avec des ouvertures (2-3 / 2-4) pour le positionnement de vis (6-10) pénétrant dans le corps (1) muni d'ouvertures en regard et complémentaires. En se référant aux figures, la vis (b) est introduite dans au moins une ouverture ou canal (1-2) pentu et profilé débouchant dans l'alésage intérieur dudit corps sensiblement dans sa partie centrale.Cette vis réglable en positon forme en bout, directement ou d'une manière rapportée, piston (8) susceptible d'agir en pression sur un fluide (9). Une bague d'étanchéité (10) est intercalée dans l'extrémité du conduit entre le fluide et la bille (7) venant en appui sur l'axe porte-outil (4 > . Ainsi réalisée, la vis (6 > et les éléments suivants permettent l'introduction et le réglage de l'effort de flexion au porteoutils. La charge normale est transmise par la bille (7 > entre les deux appuis de l'axe porte-outils.Bien que cela ne soit pas illustré, la vis au niveau de sa zone de commande comportera un certain nombre de repères mobiles par rapport a un repère fixe ménagé dans la coupelle de fanon que l'opérateur puisse connaître la valeur de l'enlèvement de copeaux qu'il désire enlever en une seule opération sur la pièce a traiter. More particularly, said cylindrical cup has a conical central opening (2-1) allowing it to adapt to the conical bearing surface (4-3>. In addition, it includes an inner collar (2-2) allowing it to be centered relative to to the body (1), It is arranged in the front part with openings (2-3 / 2-4) for the positioning of screws (6-10) penetrating into the body (1) provided with facing and complementary openings Referring to the figures, the screw (b) is introduced into at least one sloping and profiled opening or channel (1-2) opening into the internal bore of said body substantially in its central part. end, directly or in a reported manner, piston (8) capable of acting under pressure on a fluid (9). A sealing ring (10) is interposed in the end of the conduit between the fluid and the ball ( 7) bearing on the tool holder axis (4>. Thus produced, the screw (6> and the following elements allow t the introduction and adjustment of the bending force on the tool holder. The normal load is transmitted by the ball (7> between the two supports of the tool-holder axis. Although this is not illustrated, the screw at its control zone will have a certain number of movable marks relative to a fixed mark in the baleen cup that the operator can know the value of the removal of shavings that he wishes to remove in a single operation on the part to be treated.
La coupelle flexible (2) est fixée par une pluralité de vis (10) disposées régulièrement sur sa périphérie dans des ouvertures (1-3) réalisées sur la portée cylindrique avant du corps. Par ailleurs, ladite coupelle comporte une zone (2-5) de flexion entre sa bordure périphérique extérieure (2-6) et sa zone d'appui (2-7) sur la partie conique (4-3) de l'axe porteoutils. Cette zone de flexion offre une double fonction d'auto- riser une légère rotation du porte-outils et l'introduction par flexion axiale de la précontrainte. The flexible cup (2) is fixed by a plurality of screws (10) regularly arranged on its periphery in openings (1-3) made on the front cylindrical surface of the body. Furthermore, said cup has a bending zone (2-5) between its outer peripheral edge (2-6) and its bearing zone (2-7) on the conical part (4-3) of the tool-holder axis. . This bending zone offers a dual function of allowing a slight rotation of the tool holder and the introduction by axial bending of the preload.
On notera que la bague ou vis de réglage (3) avec un blocage plus ou moins important introduit l'effort de précon- trainte entre les deux points d'appui avant et arrière, de façon & ce qu'il nty ait, quel que soit l'effort de coupe, aucun jeu possible dans la liaison axe/porte-outi ls/cone d'entraînement, évitant ainsi tout risque de vibration au moment de la coupe. It will be noted that the ring or adjusting screw (3) with a more or less significant blocking introduces the prestressing force between the two front and rear support points, so that it does not have, whatever or the cutting force, no play possible in the axis / tool holder / drive cone link, thus avoiding any risk of vibration when cutting.
Par ailleurs et en complément, l'extrémité du porteoutils est agencée pour recevoir l'outil coupant (12), une vis (13 > assurant son blocage en position. Furthermore and in addition, the end of the tool holder is arranged to receive the cutting tool (12), a screw (13> ensuring its locking in position.
On a illustré figure 2, une variante de réalisation de l'appareil a aléser. Illustrated in Figure 2, an alternative embodiment of the boring apparatus.
Dans ce cas, la coupelle flexible (2) ou élément élastique fait partie du porte-outils et présente un flasque circulaire (14) ou membrane & paroi mince déformable. In this case, the flexible cup (2) or elastic element is part of the tool holder and has a circular flange (14) or thin deformable membrane & wall.
En variante de la figure 1, le système d'introduction de la charge ou de l'effort provoquant la flexion de l'axe porteoutils entre les appuis est obtenu par l'utilisation d'un matériau souple déformable (15) tel que visco-élastique en élasto- mère ou autres, soumis comme précédemment à l'action d'une vis- piston (6). Il s'agit d'une illustration possible étant consi déré que le système d'introduction pourrait autre celui de la figure 1. In a variant of FIG. 1, the system for introducing the load or the force causing the bending of the tool-holder axis between the supports is obtained by the use of a flexible deformable material (15) such as visco- elastic in elastomer or others, subjected as before to the action of a screw-piston (6). This is a possible illustration considering that the introduction system could be different from that of FIG. 1.
On a montré figure 3 de manière amplifiée, la défor- mation angulaire de l'axe porte-outil soumis a l'action de charge donnée par le réglage de la vis (6). Lorsque l'opérateur introduit, en vue "de prendre sa cote" un effort par blocage de la vis, l'axe porte-outils fléchit entre des deux points d'appuis avant et arrière provoquant une déformation de sa fibre neutre longitudinale, créant ainsi un éloignement de l'arête coupante de l'outil par rapport à l'axe de rotation de ce dernier. FIG. 3 shows in an amplified manner, the angular deformation of the tool-holder axis subjected to the load action given by the adjustment of the screw (6). When the operator introduces, in order to "take his dimension" a force by blocking the screw, the tool holder axis bends between two front and rear support points causing a deformation of its longitudinal neutral fiber, thus creating a distance from the cutting edge of the tool relative to the axis of rotation of the latter.
On a représenté a la figure 4, une variante de réalisation d'une part de l'axe porte-outil (4) pris en lui-mEme et d'autre part, des moyens acceptant la charge provoquant la flexion dudit axe, ces deux dispositions n'étant pas liées l'une à l'autre mais pouvant être combinées avec les réalisation précé- dentes. Elles ont été regroupées pour ne pas augmenter les des sins explicatifs. There is shown in Figure 4, an alternative embodiment on the one hand of the tool holder axis (4) taken in itself and on the other hand, means accepting the load causing the bending of said axis, these two provisions which are not linked to each other but which can be combined with the previous embodiments. They have been grouped together so as not to increase the explanatory sins.
Sur cette figure correspondant à certains cas d'utilisation avantageux de l'appareil à aléser, la pièce (16) soumise à la flexion n'est plus directement le porte-outils comme précédemment mais est agencée avec un trou borgne (16-1) pour recevoir à l'une de ses extrémités la barre porte-outils, non illustrée. Cette barre est de toute longueur appropriée selon l'utilisation correspondante. Une ouverture (16-2) permet lin- troduction d'une vis de blocage de la barre. La pièce (14) est solidarisée par une clavette ou autre moyen équivalent au corps (1). Elle présente en outre, comme précédemment, une portée m- diane conique sur laquelle s'ajoute la coupelle flexible < ? > . In this figure corresponding to certain advantageous use cases of the boring apparatus, the part (16) subjected to bending is no longer directly the tool holder as previously but is arranged with a blind hole (16-1) to receive at one of its ends the tool bar, not shown. This bar is of any suitable length according to the corresponding use. An opening (16-2) allows the insertion of a bar locking screw. The part (14) is secured by a key or other means equivalent to the body (1). It also has, as before, a conical center bearing to which is added the flexible cup <? >.
Dans cette version, le deuxième appui permettant l'introduction de la recharge ou précontrainte par l'intermé- diaire de la bague ou vis est indépendant de l'axe porte-outils, puisqu'il intervient au niveau du porte-barre. In this version, the second support allowing the introduction of the refill or preload by means of the ring or screw is independent of the tool holder axis, since it occurs at the level of the bar holder.
Concernant le système d'introduction de la charge, en variante, on a illustrée l'utilisation d'un train de billes sol- licitées en pression d'appui par la vis-piston (6 > . As regards the load introduction system, as a variant, the use of a train of balls solicited under bearing pressure by the screw-piston has been illustrated.
La figure 5 est semblable a la figure 4 à la diff4- rence près que la pièce ( porte-barreaux est agencée directement ou d'une manière rapportée avec un flasque ou membrane souple (18-1) déformable susceptible d'encaisser les variations de positions de l'axe porte-outils. FIG. 5 is similar to FIG. 4 except that the part (bar holder is arranged directly or in an attached manner with a deformable flange or flexible membrane (18-1) capable of absorbing variations in positions of the tool-holder axis.
Il est bien évident que sans sortir du cadre de l'in vention, d'autres réalisations sont possibles au niveau de l'in- troduction de la charge, au niveau des moyens pour la mise en précontrainte. It is quite obvious that without departing from the scope of the invention, other embodiments are possible at the level of the introduction of the load, at the level of the means for the prestressing.
Les avantages ressortent bien de la description. En particulier, on souligne le fait que cet appareil permet de donner un alésage, une tolérance précise. Le fait d'introduire une précontrainte entre les appuis présente l'avantage de supprimer tout jeu éliminant tout risque de vibration du porte-outils lors d'une opération d'usinage. The advantages are apparent from the description. In particular, it is emphasized that this device makes it possible to give a bore, a precise tolerance. The fact of introducing a prestress between the supports has the advantage of eliminating any play eliminating any risk of vibration of the tool holder during a machining operation.
De plus, la précontrainte est réglable, on peut ainsi modifier la fréquence propre de l'appareil et ainsi éviter les vitesses critiques d'usinage. Furthermore, the preload is adjustable, it is thus possible to modify the natural frequency of the device and thus avoid critical machining speeds.
L'appareil est en outre de conception simple, peu couveuse et d'une grande fiabilité de pression. The device is furthermore of simple design, low incubation and high pressure reliability.
On souligne également la facilité de mesurage et d'établissement de la cote å réaliser. Celle-ci est mesurée par l'action de la vis de commande (6) en égard d'une graduation de référence et est proportionnelle a l'effort introduit entre les deux appuis du porte-outils. The ease of measuring and establishing the dimension to be carried out is also emphasized. This is measured by the action of the control screw (6) with regard to a reference scale and is proportional to the force introduced between the two supports of the tool holder.
L'invention ne se limite aucunement & celui de ses modes dSapplication non plus qu'a ceux des modes de réalisation de ces diverses parties ayant plus spécialement été indiquées. The invention is in no way limited to that of its modes of application any more than to those of the embodiments of these various parts which have been more particularly indicated.
Elle en embrasse au contraire toutes les variantes. On the contrary, it embraces all variants.
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