FR2779191A1 - Rotary guide and support for crankshaft whilst being machined - Google Patents
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Abstract
Description
-1 --1 -
DISPOSITIF DE GUIDAGE EN ROTATION DE PIECES DE DEVICE FOR GUIDING THE ROTATION OF WORKPIECES
REVOLUTION, NOTAMMENT DE VILEBREQUINS, LORS DE LEUR REVOLUTION, ESPECIALLY CRANKSHAFT, DURING THEIR
USINAGEMACHINING
La présente invention a trait au domaine de l'usinage de pièces de révolution, notamment de vilebrequins et concerne plus particulièrement les adaptations permettant d'assurer pour certaines applications spécifiques un usinage des portées, manetons et extrémités de telles The present invention relates to the field of machining of parts of revolution, in particular of crankshafts and relates more particularly to the adaptations making it possible to ensure for certain specific applications a machining of the bearings, crankpins and ends of such
pièces dans les meilleures conditions. parts in the best conditions.
Le concept original de l'invention a été décelée par The original concept of the invention was detected by
la demanderesse en menant des recherche sur une machine- the plaintiff by conducting research on a machine-
outil de l'art antérieur décrite dans son brevet français prior art tool described in its French patent
n 94 14826. Ce brevet décrit et représente une machine- n 94 14826. This patent describes and represents a machine-
outil pour l'usinage de vilebrequins, le procédé de travail et la chaîne d'usinage d'une telle machine-outil ayant pour objet de diminuer les temps morts dus aux opérations dites auxiliaires telles celles de débridage, de bridage, de chargement, de déchargement et d'indexage de la pièce sur la machine-outil. La machine-outil, affectée notamment à l'usinage par tournage-arasage de vilebrequins pour des moteurs à quatre cylindres en ligne, comprend, agencés sur un bâti le long de l'axe de transfert d'une chaîne d'usinage desdits vilebrequins et dans un même plan horizontal: un poste d'usinage équipé d'au moins un disque porte-outils assurant les opérations de tournage-arasage des vilebrequins, - et deux stations de travail qui, assurant l'entraînement en rotation de deux vilebrequins, sont disposées parallèlement en amont et en aval du poste d'usinage, de telle sorte que le disque porte- outils de ce dernier monté mobile le long de l'axe de transfert puisse évoluer selon un mouvement de va-et-vient d'une station de travail à l'autre et assurer l'usinage d'un vilebrequin pendant les opérations auxiliaires nécessaires à l'installation d'un nouveau vilebrequin sur l'autre -2- tool for the machining of crankshafts, the working process and the machining chain of such a machine tool having the aim of reducing the idle times due to the so-called auxiliary operations such as those of unclamping, clamping, loading, unloading and indexing of the part on the machine tool. The machine tool, assigned in particular to the machining by turning-shaving of crankshafts for four-cylinder in-line engines, comprises, arranged on a frame along the transfer axis of a chain of machining of said crankshafts and in the same horizontal plane: a machining station equipped with at least one tool-carrying disc ensuring the turning-leveling operations of the crankshafts, - and two workstations which, ensuring the rotational drive of two crankshafts, are arranged parallel upstream and downstream of the machining station, so that the tool-disc of the latter mounted mobile along the transfer axis can move in a reciprocating movement of a station work to the other and ensure the machining of a crankshaft during the auxiliary operations necessary for the installation of a new crankshaft on the other -2-
station de travail, et vice-versa.workstation, and vice versa.
Bien que répondant parfaitement aux besoins des utilisateurs d'une chaîne de fabrication de vilebrequins complètement automatisée, la demanderesse a remarqué que ce type de machine-outil pouvait avoir une contrainte pour certaines applications en ne proposant qu'une accessibilité limitée aux différents postes de travail, notamment lors d'une installation manuelle des pièces à usiner. En effet, la disposition d'un poste d'usinage entre deux stations de travail réduit les possibilités d'accès, ce qui oblige les concepteurs à prévoir un portique muni de bras de préhension assurant le passage des pièces ou vilebrequins à usiner d'une première station de travail à une autre, ou pour changer le ou les Although perfectly meeting the needs of users of a fully automated crankshaft production line, the Applicant has noticed that this type of machine tool may have a constraint for certain applications by offering only limited accessibility to the various workstations. , especially during manual installation of workpieces. Indeed, the arrangement of a machining station between two workstations reduces the possibilities of access, which obliges the designers to provide a gantry provided with gripping arms ensuring the passage of the parts or crankshafts to be machined from a first workstation to another, or to change the
outils du poste d'usinage.machining station tools.
En outre, une autre contrainte de la machine-outil telle que précédemment conçue réside dans le fait que la préhension du vilebrequin formant la pièce de révolution à usiner est réalisée par les mandrins qui, situés à chaque extrémité du vilebrequin, referment leurs mors sur ces dernières afin d'entraîner et guider en rotation le vilebrequin lors de l'opération d'usinage. Cette disposition empêche l'usinage sur ces stations de travail des extrémités de vilebrequins. Aussi, l'usinage complet d'une pièce de révolution n'est pas possible à partir In addition, another constraint of the machine tool as previously designed lies in the fact that the gripping of the crankshaft forming the part of revolution to be machined is carried out by the mandrels which, located at each end of the crankshaft, close their jaws on these to drive and guide the crankshaft in rotation during the machining operation. This arrangement prevents machining of the ends of the crankshafts on these workstations. Also, the complete machining of a part of revolution is not possible from
d'une telle installation.of such an installation.
Une solution à ces contraintes, développée par la A solution to these constraints, developed by
demanderesse, réside dans la réalisation d'une machine- plaintiff, resides in the realization of a machine-
outil adoptant des stations de travail comprenant une seule broche et donc un seul mandrin pour réaliser tool adopting workstations comprising a single spindle and therefore a single mandrel for producing
l'entraînement en rotation de la pièce de révolution. the rotational drive of the part of revolution.
Cette solution présente notamment les avantages suivants, à savoir: - de faciliter l'accès au poste d'usinage ainsi qu'aux deux stations de travail, - d'autoriser un manipulateur à assurer la pose et -3- la dépose des pièces à usiner dans les stations de travail, - et de permettre l'usinage des extrémités des pièces de révolution dès lors qu'un seul mandrin est utilisé pour la tenue de la pièce. Néanmoins, cette solution est difficilement applicable pour l'usinage de certaines pièces de révolution, dont les pièces de révolutions longues, telles les vilebrequins. En effet, lors de la rotation de la pièce de révolution, son extrémité libre peut être soumise à un débattement radial qui peut se révéler être un inconvénient pour l'opération d'usinage dans de bonnes conditions et notamment lors de l'usinage de l'extrémité This solution has in particular the following advantages, namely: - to facilitate access to the machining station as well as to the two workstations, - to authorize a manipulator to ensure the installation and -3- removal of the parts to machine in workstations, - and allow the machining of the ends of the parts of revolution as soon as a single mandrel is used to hold the part. However, this solution is difficult to apply for the machining of certain parts of revolution, including parts of long revolutions, such as crankshafts. Indeed, during the rotation of the part of revolution, its free end can be subjected to a radial clearance which can prove to be a drawback for the machining operation in good conditions and in particular during the machining of the 'end
de la pièce de révolution.of the piece of revolution.
Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à garantir un guidage efficace d'une pièce de révolution longue lors de sa mise en rotation à une de ses extrémités par un actionneur tout en autorisant une accessibilité optimale avec un usinage complet. Ces recherches ont abouti à la conception d'un dispositif de guidage d'une pièce de révolution, particulièrement On the basis of this fact, the applicant has carried out research aimed at guaranteeing effective guidance of a long part of revolution when it is rotated at one of its ends by an actuator while allowing optimum accessibility with complete machining. . This research led to the design of a device for guiding a part of revolution, particularly
avantageux en pouvant s'appliquer aussi bien à la machine- advantageous by being able to apply as well to the machine-
outil décrite dans l'art antérieur qu'à d'autres tool described in the prior art than others
applications impliquant un guidage auxiliaire. applications involving auxiliary guidance.
Selon l'invention, le dispositif de guidage d'une pièce de révolution, telle un vilebrequin, est du type de celui dont une des extrémités de la pièce de révolution est insérée dans un dispositif d'entraînement en rotation classique, tels les mors d'un mandrin, à des fins d'usinage de ladite pièce selon tout procédé, l'extrémité laissée libre de ladite pièce de révolution étant guidée au niveau d'une surface sensiblement cylindrique de la pièce de révolution et théoriquement coaxiale avec celle insérée dans les mors du susdit mandrin d'entraînement par According to the invention, the device for guiding a part of revolution, such as a crankshaft, is of the type of which one of the ends of the part of revolution is inserted in a conventional rotation drive device, such as the jaws of '' a mandrel, for the purpose of machining said part according to any method, the free end of said part of revolution being guided at a substantially cylindrical surface of the part of revolution and theoretically coaxial with that inserted in the jaw of the above drive mandrel by
au moins un palier de guidage en rotation. at least one guide bearing in rotation.
Selon la caractéristique principale de l'invention, -4- ledit palier de guidage est alimenté en fluide et interpose un film dudit fluide entre ladite surface cylindrique extérieure de la susdite pièce de révolution à According to the main characteristic of the invention, said guide bearing is supplied with fluid and interposes a film of said fluid between said outer cylindrical surface of the above-mentioned part of revolution at
guider et la surface intérieure du palier. guide and the inner surface of the bearing.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'assurer l'usinage de portées cylindriques intérieures ou extérieures concentriques à des portées fonctionnelles déjà réalisées, en guidant la pièce de révolution au niveau de ces This characteristic is particularly advantageous in that it allows the machining of internal or external cylindrical surfaces concentric to functional surfaces already produced, by guiding the piece of revolution at these
portées.litters.
D'autre part, ce choix technologique judicieux permet de ne pas détériorer l'état des surfaces de guidage lors de la mise en rotation. L'interposition d'un fluide a pour effet d'auto-centrer l'extrémité de la pièce de révolution par rapport à l'extrémité en prise dans les mors du mandrin. Un autre avantage de l'interposition d'un film de fluide pour assurer le guidage permet au dispositif de guidage de reproduire le contexte d'utilisation réel de la pièce, notamment lorsque la pièce de révolution est un vilebrequin. Un autre avantage dans l'utilisation d'un fluide réside dans le fait que ledit fluide assure un équilibre optimal lors de la rotation de la pièce de révolution. En effet, un fluide permet de corriger les défauts de forme On the other hand, this judicious technological choice makes it possible not to deteriorate the state of the guide surfaces during the rotation. The interposition of a fluid has the effect of self-centering the end of the part of revolution with respect to the end engaged in the jaws of the mandrel. Another advantage of the interposition of a film of fluid for guiding allows the guiding device to reproduce the context of real use of the part, in particular when the part of revolution is a crankshaft. Another advantage in the use of a fluid lies in the fact that said fluid ensures an optimal balance during the rotation of the part of revolution. Indeed, a fluid makes it possible to correct shape defects
de la surface cylindrique que le palier guide. of the cylindrical surface that the bearing guides.
Selon un mode préféré de réalisation, ledit fluide According to a preferred embodiment, said fluid
est du type liquide.is of the liquid type.
Selon un autre mode de réalisation, le fluide constituant le film de guidage dudit palier est du type air. L'utilisation de l'air comme fluide d'un palier de guidage est particulièrement avantageuse en ce qu'elle évite les problèmes de pollution et de recyclage du liquide. Cet air pourra être de type sec ou bien entendu, According to another embodiment, the fluid constituting the guide film of said bearing is of the air type. The use of air as the fluid of a guide bearing is particularly advantageous in that it avoids the problems of pollution and recycling of the liquid. This air may be of the dry type or, of course,
éventuellement additionné d'un lubrifiant quelconque. possibly added any lubricant.
Selon une caractéristique particulièrement -5- avantageuse de l'invention, ledit palier de guidage s'ouvre pour autoriser l'insertion de ladite surface cylindrique coaxiale de l'extrémité libre de ladite pièce de révolution sur ledit palier et se referme de façon précise pour en assurer le guidage en rotation lors de la mise en mouvement en rotation réalisée par le mandrin d'entraînement. Cette caractéristique est remarquable en ce qu'elle autorise le guidage au niveau de l'extrémité laissée libre de pièces longues telles un vilebrequin non seulement à l'extrémité elle-même mais aussi sur un des paliers de guidage présents le long d'un vilebrequin. En fait, un tel dispositif a pour avantage de permettre le guidage d'une surface cylindrique pré- usinée quelle qu'en soit sa position par rapport à l'extrémité de ladite pièce. Bien entendu, la position optimale se situe lorsqu'il est possible de rapprocher la zone de guidage le According to a particularly advantageous characteristic of the invention, said guide bearing opens to allow the insertion of said coaxial cylindrical surface of the free end of said part of revolution on said bearing and closes precisely to guiding it in rotation during the setting in motion in rotation produced by the drive mandrel. This characteristic is remarkable in that it allows guiding at the end left free of long parts such as a crankshaft not only at the end itself but also on one of the guide bearings present along a crankshaft . In fact, such a device has the advantage of allowing the guiding of a pre-machined cylindrical surface whatever its position relative to the end of said part. Of course, the optimal position is when it is possible to bring the guide area closer together.
plus près possible de la zone d'enlèvement des copeaux. as close as possible to the chip removal area.
Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la The fundamental concepts of the invention having just been exposed above in their most basic form, other details and characteristics will emerge more clearly on reading the
description qui suit, donnant à titre d'exemple non description which follows, giving by way of example no
limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un dispositif de guidage conforme à limiting and with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a guide device in accordance with
l'invention. Cette description se réfère aux dessins the invention. This description refers to the drawings
annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un mode de réalisation d'un dispositif de guidage conforme à l'invention, La figure 2 est une vue de côté du dispositif de annexed in which: FIG. 1 is a schematic overview of an embodiment of a guide device according to the invention, FIG. 2 is a side view of the device
guidage de la figure 1.guide of figure 1.
Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1, le dispositif de guidage référencé dans son ensemble D est solidaire d'un bâti référencé B d'une machine-outil ayant pour fonction l'usinage d'une pièce de révolution longue As illustrated in the drawing of Figure 1, the guide device referenced as a whole D is integral with a frame referenced B of a machine tool having the function of machining a long part of revolution
, ici un vilebrequin., here a crankshaft.
-6- Une des extrémités 110 est insérée dans les mors d'un mandrin référencé M de ladite machine-outil, à des fins d'usinage dudit vilebrequin 100 par un outil O, l'extrémité 120 laissée libre dudit vilebrequin 100 est, quant à elle, guidée au niveau d'une surface sensiblement cylindrique du vilebrequin et théoriquement coaxiale avec celle insérée dans les mors du mandrin M d'entraînement par un palier de guidage en rotation constituant ledit dispositif de guidage et référencé D. Selon l'invention et comme illustré sur le dessin de la figure 2, ledit palier de guidage D interpose un film F de liquide entre ladite surface cylindrique extérieure du vilebrequin 100 à guider et la surface intérieure du palier D. Ce dispositif de guidage D a non seulement pour avantage d'assurer le guidage d'une pièce longue entraînée à une extrémité seulement mais également de corriger les défauts de cylindricité de la surface qu'elle guide du fait de la nature même du liquide qui, lors de la rotation du vilebrequin, auto-centre ce dernier par rapport à un One of the ends 110 is inserted into the jaws of a mandrel referenced M of said machine tool, for the purpose of machining said crankshaft 100 by a tool O, the end 120 left free of said crankshaft 100 is, as to it, guided at a substantially cylindrical surface of the crankshaft and theoretically coaxial with that inserted in the jaws of the drive mandrel M by a guide bearing in rotation constituting said guide device and referenced D. According to the invention and as illustrated in the drawing in FIG. 2, said guide bearing D interposes a film F of liquid between said outer cylindrical surface of the crankshaft 100 to be guided and the inner surface of the bearing D. This guide device D not only has the advantage of '' guiding a long piece driven at one end only but also correcting the cylindrical defects of the surface it guides due to the very nature of the liqu ide which, during the rotation of the crankshaft, self-centers the latter with respect to a
axe de rotation fictif.fictitious axis of rotation.
Un autre avantage d'un dispositif à interposition de fluide réside dans le fait que, contrairement à un dispositif à galets, il évite un échauffement prématurée de la zone guidée lors de l'usinage de par la circulation Another advantage of a device with fluid interposition is that, unlike a roller device, it prevents premature heating of the guided area during machining by circulation
du liquide.some cash.
D'autre part, dès lors que l'élément de guidage lui même à savoir le liquide, est inusable, un palier de guidage utilisant une telle technologie offre une durée de On the other hand, as soon as the guide element itself, namely the liquid, is wear-free, a guide bearing using such technology offers a duration of
vie très longue.very long life.
Selon le mode de réalisation illustré, le palier de guidage 200 est constitué au niveau de sa surface de guidage d'une succession de chambres C accueillant chacune le liquide de guidage de façon à ce que lorsque ledit palier 200 accueille la pièce à usiner 100, la surface sensiblement cylindrique guidée de cette dernière forme -7- une paroi supplémentaire auxdites chambres C, le jeu laissé entre la surface intérieure du palier et ladite surface cylindrique autorisant la création d'un film de According to the illustrated embodiment, the guide bearing 200 is constituted at its guide surface by a succession of chambers C each receiving the guide liquid so that when said bearing 200 receives the workpiece 100, the substantially cylindrical guided surface of the latter forms an additional wall to said chambers C, the clearance left between the internal surface of the bearing and said cylindrical surface authorizing the creation of a film of
liquide de guidage.guide fluid.
Ce liquide, selon un mode préféré mais non limitatif de réalisation, est du type liquide de coupe. Aussi, l'utilisation d'un palier à interposition de liquide entre la surface du palier 200 et la surface à guider permet This liquid, according to a preferred but non-limiting embodiment, is of the cutting liquid type. Also, the use of a bearing with liquid interposition between the surface of the bearing 200 and the surface to be guided allows
l'utilisation d'un liquide déjà utilisé sur la machine- the use of a liquid already used on the machine-
outil sur laquelle est installé ledit dispositif de guidage D. tool on which said guide device D is installed.
Ainsi, selon le liquide utilisé sur ladite machine- Thus, depending on the liquid used on said machine-
outil, le liquide de coupe utilisé pour alimenter le palier peut être du type liquide à huile entière ou bien tool, the cutting fluid used to supply the bearing can be of the whole oil liquid type or else
du type aqueux.of the aqueous type.
Selon un premier mode préféré de réalisation, ledit palier de guidage 200 est du type hydrostatique. Le liquide est alors envoyé sous pression vers les chambres C According to a first preferred embodiment, said guide bearing 200 is of the hydrostatic type. The liquid is then sent under pressure to the chambers C
du palier 200.from level 200.
Selon un autre mode préféré de réalisation, ledit palier de guidage 200 est du type hydrodynamique. Dans cette application, c'est le mouvement de la pièce de révolution à usiner qui crée une pression dans le film de liquide. Suivant l'invention, le palier de guidage en rotation comprend deux parties 210 et 220, qui assemblées, forment les parois intérieures d'un cylindre, à savoir: - une première partie inférieure 210 fixe solidaire du bâti B auquel est liée la partie fixe dudit dispositif d'entraînement M, et - une deuxième partie supérieure 220 mobile se séparant de la partie inférieure 210 afin d'autoriser l'insertion de la pièce de révolution, ici le vilebrequin , dans le palier 200 avant de reprendre sa position initiale par rapport à la susdite partie inférieure 210 According to another preferred embodiment, said guide bearing 200 is of the hydrodynamic type. In this application, it is the movement of the part to be machined that creates pressure in the film of liquid. According to the invention, the rotary guide bearing comprises two parts 210 and 220, which together, form the inner walls of a cylinder, namely: - a first fixed lower part 210 fixed to the frame B to which the fixed part is linked of said drive device M, and - a second mobile upper part 220 separating from the lower part 210 in order to allow the insertion of the part of revolution, here the crankshaft, in the bearing 200 before returning to its initial position by compared to the above lower part 210
afin d'assurer le guidage dudit vilebrequin 100. in order to guide said crankshaft 100.
-8- Selon un mode préféré de réalisation, la translation permettant au palier de guidage 200 de passer d'une position ouverte autorisant l'insertion de la pièce à guider à une position fermée autorisant le guidage de ladite pièce à guider est assurée par un dispositif à vérin. Le fonctionnement d'une machine-outil comprenant un According to a preferred embodiment, the translation allowing the guide bearing 200 to pass from an open position authorizing the insertion of the part to be guided to a closed position authorizing the guiding of said part to be guided is ensured by a cylinder device. The operation of a machine tool comprising a
tel dispositif de guidage D est simple et le suivant. such guide device D is simple and the following.
Le vilebrequin 100 est mis en place avec son extrémité 110 dans les mors du mandrin M d'une broche d'entraînement et un des paliers usinés dans une phase d'usinage précédente dans le berceau constitué par la partie inférieure 210 du palier de guidage 200, la partie The crankshaft 100 is placed with its end 110 in the jaws of the mandrel M of a drive spindle and one of the bearings machined in a previous machining phase in the cradle formed by the lower part 210 of the guide bearing 200 , the part
supérieure étant escamotée.upper being retracted.
La partie supérieure 220 du palier est remise en place en coiffant la partie inférieure 210 et le palier reconstitué est alors alimenté en liquide pour créer le film de guidage F avec l'extrémité 110 de guidage enserrée dans les mors du mandrin M, Le vilebrequin est alors mis en rotation par le mandrin M et l'outil O est approché de façon classique pour réaliser l'usinage voulu. L'outil peut être aussi bien fixe que tournant, unique que multiple, ou même de type meule. Le dessin schématique d'un autre outil The upper part 220 of the bearing is replaced by covering the lower part 210 and the reconstituted bearing is then supplied with liquid to create the guide film F with the guide end 110 enclosed in the jaws of the mandrel M, The crankshaft is then rotated by the mandrel M and the tool O is approached in a conventional manner to carry out the desired machining. The tool can be either fixed or rotating, single or multiple, or even of the grinding wheel type. The schematic drawing of another tool
tournant O' illustre une des possibilités précitées. turning point O 'illustrates one of the above possibilities.
On comprend que le dispositif de guidage en rotation qui vient d'être cidessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et It is understood that the device for guiding in rotation which has just been described and shown above, was for the purpose of disclosure rather than limitation. Of course, various arrangements, modifications and
améliorations pourront être apportés à l'exemple ci- improvements could be made to the example below
dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention above, without departing from the scope of the invention
pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. taken in its broadest aspects and spirit.
-9--9-
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Applications Claiming Priority (1)
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