FR2804624A1

FR2804624A1 - MACHINING TOOL WITH WEAR COMPENSATION ACTUATED ACCORDING TO THE AXIS OF THE TOOL, AND METHODS OF USE

Info

Publication number: FR2804624A1
Application number: FR0001363A
Authority: FR
Inventors: Guy Perrin; Eric Franco; Benoit Ely
Original assignee: Sandvik Coromant SNC
Current assignee: Sandvik Holding France SAS
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-10
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: EP1251989A1; AU2001231886A1; WO2001056728A1; FR2804624B1

Abstract

The invention concerns a machining tool comprising a tool body (2) whereon is fixed at least a cartridge (17) bearing a cutting element (18), a screw (4) extending along the axis of said tool body (2) and comprising a screw head (9) accessible from a frontal orifice (15) provided on the tool body (2), a partly threaded median portion (8) and a threaded rod (10), longitudinal locking means (5, 7) preventing the screw (4) from moving longitudinally relative to the tool body (2), friction means rotating the screw relative to the tool (2), a mobile unit (20) capable of being screwed on the threaded rod (10), and transmission means (3, 6, 11) between said mobile unit (20) and each of said cartridges (17) such that the axial displacement of the mobile unit (20) results in a wear compensating displacement of the cartridge part (17) bearing the cutting element (18). The invention is useful for providing automatic tool wear compensation.

Description

La présente invention concerne un outil d'usinage de precision (par exemple un outil d'alésage de tourillonnage) muni d'un dispositif de compensation automatique d'usure. The present invention relates to a precision machining tool (for example a turret boring tool) provided with an automatic wear compensation device.

On rappelle que la fonction de la compensation 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 malgré l'usure progress' de l'arête, afin de ne pas avoir à remplacer l'élément coupant trop souvent. It is recalled that the function of compensation of maintaining the cutting edge of a cutting element (removable insert for example) in the optimal cutting position relative to the tool body despite the progressive wear of the edge, so not having to replace the cutting element too often.

Jusqu'à une date récente, les machines à usiner etaient conçues chacune en vue d'une application particulière (alésage, tourillonnage, surfaçage, perçage, et ainsi de suite). Quand une telle machine comportait un mécanisme de compensation, ce dernier pouvait être intégré sans trop de di ficultés à la broche machine. Mais de nos jours, 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 dédiée des nouveaux mécanismes de compensation doit nécessairement être conçue pour se loger au niveau de l'outil de coupe proprement dit. Until recently, the machines to be machined were each designed for a particular application (reaming, journalling, surfacing, drilling, and so on). When such a machine had a compensation mechanism, the latter could be integrated without too much difficulty into the machine spindle. But nowadays, the needs in terms of machines for multiple applications, for example for "machining centers", no longer allow to carry out the compensation by means of a dedicated spindle. As the spindle is standard, the dedicated part of the new compensation mechanisms must necessarily be designed to be housed at the level of the cutting tool itself.

Divers dispositifs de compensation associés à une broche standard ont donc été proposés récemment. Or ces dispositifs présentent tous l'inconvénient d'utiliser, pour mettre en #uvre la compensation d'usure, un moyen d'actionnement auxiliaire (moteur ou opération manuelle), d' une complexité mécanique et pratique non négligeable. Various compensation devices associated with a standard spindle have therefore been proposed recently. However, these devices all have the drawback of using, to implement the wear compensation, an auxiliary actuation means (motor or manual operation), of considerable mechanical and practical complexity.

La présente invention résout ce problème au moyen d'un mécanisme intégré dans l'outil d'usinage le long de axe, de manière à pouvoir actionner la compensation automatique au moyen de la broche machine elle-même, 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 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'elément coupant. The present invention solves this problem by means of a mechanism integrated in the machining tool along the axis, so as to be able to activate the automatic compensation by means of the machine spindle itself, which, we repeat, is quite 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 of screw accessible from a front orifice provided on the tool body, a partially threaded middle part and a threaded rod, a longitudinal locking means preventing the screw from moving longitudinally relative to the tool body, a means of friction in rotation of the screw relative to the tool body, a mobile unit which can be screwed onto said threaded rod, and a transmission means between said mobile unit and each of said cartridges such that the axial displacement of the mobile unit causes a compensatory displacement of wear of the part of the cartridge carrying the cutting element.

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 'usinage selon l'invention. According to another aspect of the invention, the latter provides a manual wear compensation process as well as an automatic wear compensation process, following a machining phase, which use the tool 'machining according to the '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. 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 is turned by the quantity required to simultaneously offset each cutting element by the quantity used to compensate for the wear of its cutting edge.

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 présente invention ressortiront de la description ci-dessous d'un mode de réalisation présenté à titre d'exemple, ladite description s'appuyant sur les figures annexées, dans lesquelles la figure 1 est une vue en perspective de haut d' 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 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 vanne, et ainsi de suite). Ledit outil d'alésage est constitué d'un corps d'outil 2 sur lequel on a fixé cartouche 17, par exemple au moyen de boulons 16. Le cartouche porte une plaquette amovible 18 comportant bec de coupe 1. 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. Other advantages, aims and characteristics of the present invention will emerge from the description below of an embodiment presented by way of example, said description being based on the appended figures, in which FIG. 1 is a view in top perspective of 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 an observation window , Figure 3a is a side elevation partially cut longitudinally of the same boring tool, and 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 barrels, finishing of rod ends or suspension pivots, and so on), but the invention applies equally well to d '' other types of precision machining, for example in turning (machining of crankshaft or engine camshaft, valve body flange, and so on). Said reaming tool consists of a tool body 2 on which the cartridge 17 has been fixed, for example by means of bolts 16. The cartridge carries a removable plate 18 comprising cutting spout 1.

Le corps 2 est en gros de forme cylindrique, et présente au niveau son extrémité postérieure 13 les saillies et gorges adéquates pour la fixation de l'outil sur une broche machine standard (non représentée). 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).

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 l'orifice frontal 15, et d'une unité mobile 20 pouvant se déplacer le long de 1a tige filetée 10 de la vis 4. Cette unité mobile 20 est constituée par exemple d'un écrou rouleau satellite 19 fileté intérieurement, qui est entouré par une bague 11 et adossé à un écrou 12. 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 is constituted for example of an internally threaded satellite roller nut 19, which is surrounded by a ring 11 and backed by a nut 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 tete 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 l'écrou 7 par rapport à la vis 4. L'ensemble formé par la bague 5 et l'écrou 7 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 l'écrou 7 et de la partie médiane 8, on peut évidemment utiliser une goupille traversant radialement l'écrou 7 et la partie médiane 8 et maintenue en place par un jonc. 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 4. The assembly formed by the ring 5 and the nut 7 has the effect of prohibiting the axial translation of the screw 4 relative to the body d tool 2, as clearly shown in Figure 3a. Instead of the said radial screw and the mutually associated threads of the nut 7 and of 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.

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. On the other hand, 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.

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 emboitée 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. The compensation phases are distinct from the machining phases. To carry out wear compensation, 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, whose cutting spout 1, therefore, 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 to control the movement of the cutting spout 1 with a step less than a micrometer. Before performing the compensation, 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.

On peut naturellement faire tourner la vis 4 par actionnement manuel en insérant un tournevis dans l'orifice 15, mais l'avantage essentiel présenté par la presente invention vis-à-vis de l'art antérieur est de pouvoir effectuer la compensation d'usure automatiquement se servant de la commande de broche machine, c'est-à-dire sans aucun moteur supplémentaire. It is naturally possible to rotate the screw 4 by manual actuation by inserting a screwdriver in the orifice 15, but the essential advantage presented by the present invention with respect to the prior art is to be able to carry out wear compensation automatically using the machine spindle control, i.e. without any additional motor.

Pour pouvoir actionner automatiquement la rotation 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 numerique 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 la lame du tournevis s'engage sur la tete de vis 9. Il ne reste plus alors qu'à faire tourner la broche machine pour obtenir la rotation souhaitée de la vis 4. In order to be able to automatically activate the rotation of the screw 4, a passive auxiliary element (not shown) is used which mainly consists of a screwdriver fixed within reach of the axes of the machine spindle, for example in a horizontal position on a wall of a 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 the screw 4.

Dans 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 sécurité, constitué par exemple d'un support de tournevis qui se dérobera automatiquement si l'accouplement de la lame de tournevis avec la tête de vis 9 échoue. Également pour des raisons de sécurité, il est bon 'équiper le support de tournevis d'un limiteur de couple. If there is a risk that the machine spindle control presents the reaming tool in the wrong position in front of the screwdriver, it is a good idea to provide a safety mechanism, consisting for example of a screwdriver holder which will automatically steal if the coupling of the screwdriver blade with the screw head 9 fails. Also for safety reasons, it is good to equip the screwdriver holder with a torque limiter.

En outre, il est avantageux de munir le corps 'outil 2 d'une fenêtre d'observation 22 permettant de surveiller la position de l'unité mobile 20 sur la tige filetée . 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 tige filetée 10 au cours des phases de compensation. In addition, it is advantageous to provide the tool body 2 with an observation window 22 making it possible to monitor the position of the mobile unit 20 on the threaded rod. This possibility will be particularly useful for initial adjustments, that is to say when one has just fixed new cutting elements on the machining tool according to the invention. the mobile unit 20 will then be placed in the ideal position to then allow it to move unhindered forwards or backwards of the threaded rod 10 during the compensation phases.

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' pourra s'en inspirer pour réaliser d'autres variantes sans pour autant sortir de l'invention. Par exemple, en ce 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 s des plaquettes de finition et des plaquettes de demi-finition).The embodiment of the invention described above has been presented as an example illustrating the principles of the present invention, but it is clear that those skilled in the art will be able to draw inspiration therefrom to carry out other variants without departing from the invention. For example, with regard to the transmission means, in the case of a machining tool provided with several cutting elements, it could be provided 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 s finishing plates and semi-finishing plates).

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. Similarly, it will be appropriate for certain applications, to cause an axial displacement, or if necessary both axial and radial, of the cutting elements.

Claims

<U> CLAIMS </U>

1. Machining tool, characterized in that it comprises a tool body (2) on which at least one cartridge (17) has been fixed carrying a cutting element (18), a screw (4) extending along the axis of said tool body (2) and comprising a screw head (9) accessible from a front orifice (15) arranged on the tool body (2), a middle part (8 ) partially threaded a threaded rod (10), a longitudinal locking means (5, 7) preventing the screw (4 from moving longitudinally relative to the tool body (2), a means of friction in rotation of the screw ( 4) relative to the tool body (2), a mobile unit (20) capable of screwing said threaded rod (10), and a transmission means (3, 6, 11) between said mobile unit (20) and each of said cartridges (17 such that the axial displacement of the mobile unit (20) causes a compensatory wear displacement of the part of the cartridge (17) carrying the cutting element (18). e according to claim 1, characterized in that said longitudinal locking means consists of a ring (5) mounted on said tool body (2), and a nut (7) screwed onto the threaded part of said middle part (8) and provided with a radial screw making it possible to block the nut (7) relative to said screw (4). Machining tool according to claim 1 or claim 2, characterized in that said rotational friction means consists of a ball housed in a peripheral groove (21) etched on said middle part (8), and pushed by a radial spring with compression preset. 4. Machining tool according to any one of the preceding claims, characterized in that said mobile unit (20) consists of an internally threaded satellite roller nut (19), which is surrounded by a ring (11) and backed by a nut (12). Machining tool according to any one of the preceding claims, characterized in that said transmission means consists of a radial projection 6) of the mobile unit (20), which is fitted into a sloping wedge (3) having roughly the shape of a strip extending the internal longitudinal side of the cartridge (17), so that the longitudinal displacement of the mobile unit (20) causes that of the sloping wedge (3), the latter having the effect twisting the part of the cartridge (17) supporting the cutting element (18). 6. A method of manual wear compensation following a machining phase, characterized in that it uses a machining tool according to any one of claims 1 '5, and comprises the following steps: a screwdriver is inserted into said front hole (15) tool body (2) so as to couple the blade of said screwdriver with said screw head (9), and the screw (4) is turned by the amount required to simultaneously offset each cutting element (18 of the quantity used to compensate for the wear of its cutting edge Automatic method of compensation for wear following a machining phase, characterized in that it uses a machining tool according to any one of claims 1 to 5, and comprises the following steps, the machine spindle control leads the machining tool to a screwdriver fixed within reach of the axes of the machine spindle, inserting said front hole (15) of the tool body (2 ) on said screwdriver so as to couple er the screwdriver blade with said screw head (9), and the machine spindle is rotated, by means of the spindle control, by the quantity required to offset each cutting element (18) simultaneously by the quantity used to compensate for the wear of its cutting edge.