FR2902680A1

FR2902680A1 - Elongated tool holder for manufacturing e.g. differential case, has elongated body extending along axis of body, and head fixing tool to one end of body and connected to body through removable torsion damping unit

Info

Publication number: FR2902680A1
Application number: FR0605504A
Authority: FR
Inventors: Walter Belluco; Audrey Marty; Jean Pierre Pain
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-12-28
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: FR2902680B1

Abstract

The holder (1) has an elongated body (10) extending along an axis of body, and a body`s end clamping unit (13) e.g. male cone, connecting the tool holder to a machine tool. A head (12) fixes the tool to another end of the body and is connected to the body through a removable torsion damping unit (11). The body includes a reinforcement near the clamping unit, where the reinforcement is made of more rigid material e.g. tungsten carbide, than that of the body. The damping unit has two metallic plates connected to each other by a vulcanized elastomer layer.

Description

1 Porte-outil de forme allongée, en particulier pour l'usinage de corps1 Elongated tool holder, particularly for body machining

creux. L'invention concerne un porte-outil de forme allongée, en particulier destiné à l'usinage de forme de corps creux tels que des boîtiers de différentiels. hollow. The invention relates to an elongated tool holder, in particular for machining shaped hollow bodies such as differential housings.

L'usinage de l'intérieur d'un boîtier de différentiel se caractérise par des contraintes mécaniques importantes, dues d'une part au fait que la surface usinée présente des discontinuités, et d'autre part au fait que la surface brute, obtenue par moulage de fonte peut présenter un désaxage important par rapport à la forme finale à obtenir. Les discontinuités proviennent en particulier des paliers pour le support des satellites et des planétaires. Machining of the inside of a differential housing is characterized by significant mechanical stresses, due firstly to the fact that the machined surface has discontinuities, and secondly to the fact that the gross area obtained by cast iron can have a large misalignment compared to the final shape to obtain. The discontinuities come in particular bearings for the support of satellites and planetary.

Ces contraintes mécaniques sont associées à des contraintes géométriques qui obligent, pour l'accès des surfaces à usiner, à prévoir un outil avec un long porte-à-faux. Toutes les conditions sont réunies pour générer et entretenir un phénomène vibratoire qui se traduit par un mauvais état de la surface usinée. On réduit actuellement ce phénomène en prévoyant des passes d'usinage d'épaisseur limitée, ce qui oblige à prévoir plusieurs passes successives avant d'obtenir la surface finie. These mechanical stresses are associated with geometric constraints that require, for the access of the surfaces to be machined, to provide a tool with a long overhang. All conditions are met to generate and maintain a vibratory phenomenon that results in a poor condition of the machined surface. This phenomenon is currently reduced by providing machining passes of limited thickness, which makes it necessary to provide several successive passes before obtaining the finished surface.

On connaît par le document US 5,413,318 une barre porte-outil d'alésage. Ce porte-outil comporte un corps allongé destiné à être fixé à une extrémité Document US Pat. No. 5,413,318 discloses a tool bar for boring. This tool holder has an elongate body for attachment to one end

2 dans une broche de machine-outil, et apte à supporter un outil à l'autre extrémité du corps. Le corps comporte un logement dans lequel une masselotte est ajustée avec un faible jeu. La masselotte est suspendue par des anneaux en élastomère, tandis que le jeu est rempli par un liquide visqueux. Un tel assemblage permet un amortissement de la flexion de la barre. Une telle barre s'avère en pratique encore 10 insuffisamment adaptée pour l'usinage des boîtiers de différentiels tel que décrit plus haut. L'invention vise à fournir un porte-outil permettant de réaliser des opérations d'alésage, même avec de fortes passes et l'usinage de surfaces 15 discontinues, sans générer de phénomènes oscillatoires. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un porte-outil comportant un corps s'étendant selon un axe de corps, des moyens d'encastrement à 20 une extrémité du corps destinés à lier le porte-outil à une broche de machine-outil, rotative autour d'un axe de broche sensiblement parallèle à l'axe de corps, des moyens de support pour la fixation d'un outil à l'autre extrémité du corps. Les moyens de 25 support sont reliés au corps par l'intermédiaire de moyens d'amortissement en torsion. On a constaté qu'en disposant des moyens d'amortissement en torsion avec les moyens de support, on obtenait une réduction importante des 30 vibrations du porte-outil et un meilleur état de la surface usinée. La disposition de ces moyens 2 in a machine tool spindle, and able to support a tool at the other end of the body. The body has a housing in which a weight is adjusted with a small clearance. The weight is suspended by elastomeric rings, while the game is filled with a viscous liquid. Such an assembly allows a damping of the bending of the bar. Such a bar is in practice still insufficiently suited for machining the differential housings as described above. The object of the invention is to provide a tool holder which makes it possible to carry out boring operations, even with large passes and the machining of discontinuous surfaces, without generating oscillatory phenomena. With these objects in view, the object of the invention is a tool holder comprising a body extending along a body axis, a body end fitting means for binding the tool holder to a spindle of machine tool, rotatable about a pin axis substantially parallel to the body axis, support means for attaching a tool to the other end of the body. The support means is connected to the body via torsion damping means. It has been found that by providing the torsion damping means with the support means, a significant reduction in the vibration of the tool holder and a better state of the machined surface is achieved. The disposition of these means

3 d'amortissement en torsion à proximité de la partie coupante de l'outil permet d'éviter de transmettre des mouvements de torsion du corps et d'éviter de la mettre en résonance dans une mode de vibration en torsion. De préférence, le corps comporte en outre des moyens d'amortissement en flexion à proximité des moyens d'amortissement en torsion. L'amortissement en torsion est complété par un amortissement en flexion, de manière complémentaire. De plus, les moyens d'amortissement en flexion sont placés près de l'extrémité du porte-outil, du côté de l'outil, pour absorbés les mouvements qui sont susceptibles d'être de la plus grande amplitude, afin d'optimiser leur efficacité. De manière complémentaire, le corps comporte un renfort à proximité des moyens d'encastrement, le renfort étant réalisé dans une matière plus rigide que celle du corps. Les matières les plus rigides que l'on connaisse sont en général plus fragiles. Cependant, en les utilisant sous forme d'insert, on associe les propriétés de ténacité de la matière du corps, telle que de l'acier, avec celles de rigidité de l'insert. L'insert est placé de manière avantageuse du côté des moyens d'encastrement afin de renforcer la zone ou les contraintes en flexion sont les plus importantes. Il est fixé au corps par exemple par frettage ou par brasage dans un logement, ou sous forme de barrettes longitudinales sur les faces externes du corps. Le renfort est par exemple en carbure de tungstène. 3 torsion damping near the cutting portion of the tool avoids transmitting twisting movements of the body and avoid resonating in a torsional vibration mode. Preferably, the body further comprises bending damping means in the vicinity of the torsion damping means. The torsional damping is completed by a bending damping, in a complementary manner. In addition, the bending damping means are placed near the end of the tool holder, on the tool side, to absorb the movements that are likely to be of the greatest amplitude, in order to optimize their movement. efficiency. In a complementary manner, the body comprises a reinforcement close to the embedding means, the reinforcement being made in a more rigid material than that of the body. The most rigid materials that we know are generally more fragile. However, by using them in the form of an insert, the tenacity properties of the material of the body, such as steel, are combined with those of rigidity of the insert. The insert is advantageously placed on the side of the embedding means in order to reinforce the zone where the bending stresses are the most important. It is attached to the body for example by shrinking or brazing in a housing, or in the form of longitudinal bars on the outer faces of the body. The reinforcement is for example tungsten carbide.

4 Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'amortissement en torsion comportent au moins deux plaques métalliques perpendiculaires à l'axe de corps, reliées entre elles par une couche de matière élasto-visqueuse. La matière élasto-visqueuse est par exemple un élastomère, qui a des propriétés intrinsèques d'élasticité et de d'amortissement visqueux. Un tel assemblage privilégie un mouvement relatif des plaques sous forme de glissement, d'autant plus si on utilise plusieurs plaques intermédiaires avec des couches d'élastomère entre toutes les plaques. De préférence, les moyens d'amortissement en torsion comportent un centreur fixé au corps, s'étendant perpendiculairement aux plaques, les plaques étant montées pivotantes sur le centreur. Ainsi, le mouvement autorisé des plaques est un pivotement relatif autour de l'axe du centreur. Selon un mode de réalisation, les moyens d'amortissement en flexion comportent une masselotte dans un logement du corps, un liquide visqueux emplissant l'espace entre la masselotte et les parois du logement. La circulation du liquide entre les parois du logement et la masselotte lorsque le corps est soumis à des oscillations permet d'absorber de l'énergie de ce mouvement et de diminuer l'amplitude des oscillations. De manière particulière, la masselotte est reliée au corps par des supports élastiques. According to a particular embodiment, the torsion damping means comprise at least two metal plates perpendicular to the body axis, interconnected by a layer of elasto-viscous material. The elasto-viscous material is for example an elastomer, which has intrinsic properties of elasticity and viscous damping. Such an assembly favors a relative movement of the plates in sliding form, especially if several intermediate plates are used with layers of elastomer between all the plates. Preferably, the torsion damping means comprise a centraliser fixed to the body, extending perpendicular to the plates, the plates being pivotally mounted on the centraliser. Thus, the allowed movement of the plates is a relative pivoting around the axis of the centraliser. According to one embodiment, the bending damping means comprise a counterweight in a housing of the body, a viscous liquid filling the space between the weight and the walls of the housing. The circulation of the liquid between the walls of the housing and the weight when the body is subjected to oscillations allows to absorb the energy of this movement and to reduce the amplitude of the oscillations. In particular, the weight is connected to the body by elastic supports.

Selon une disposition avantageuse, les moyens d'amortissement en torsion sont amovibles. Ainsi, il est possible d'adapter le même porte-outil en fonction des opérations d'usinage à réaliser, en choisissant des caractéristiques de rigidité et d'amortissement différentes. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un porte- outil conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue de côté du porte-outil de la figure 1 équipé d'un outil la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 15 III-III de la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2. Un porte-outil 1 conforme à un mode de réalisation de l'invention est représenté sur les 20 figures 1 à 3. Il comporte un corps 10 allongé s'étendant selon un axe de corps A. A l'une de ses extrémités, il comporte des moyens d'encastrement 13, destinés à lier le porte-outil 1 à une broche de machine-outil, non représentée. Les moyens 25 d'encastrement 13 sont par exemple un cône mâle normalisé pour le montage des porte-outils. L'axe de broche B, confondu avec l'axe du cône, et l'axe du corps A sont parallèles et légèrement décalés, mais ils pourraient être alignés. 30 Le porte-outil 1 est destiné à recevoir une According to an advantageous arrangement, the torsion damping means are removable. Thus, it is possible to adapt the same tool holder depending on the machining operations to be performed, by choosing different stiffness and damping characteristics. The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent on reading the description which follows, the description referring to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of a compliant toolholder; to the invention; FIG. 2 is a side view of the tool holder of FIG. 1 equipped with a tool; FIG. 3 is a sectional view along the line III - III of FIG. 2; FIG. 4 is a sectional view along the line of FIG. line IV-IV of Figure 2. A tool holder 1 according to one embodiment of the invention is shown in Figures 1 to 3. It comprises an elongated body 10 extending along a body axis A. At one of its ends, it comprises embedding means 13, intended to bind the tool holder 1 to a machine tool spindle, not shown. The embedding means 13 are for example a standard male cone for mounting the tool holders. The spindle axis B, coinciding with the axis of the cone, and the axis of the body A are parallel and slightly offset, but they could be aligned. The tool holder 1 is intended to receive a

6 tête 12 formant des moyens de support à l'autre extrémité du corps 10. La tête 12 supporte l'outil de coupe proprement dit, ayant par exemple la forme d'une plaquette 120. Différents modèles de tête 12 peuvent être utilisés, en fonction de l'usinage à réaliser. Conformément à l'invention, des moyens d'amortissement en torsion 11 sont interposés entre le corps 10 et la tête 12. Les moyens d'amortissement en torsion 11 ont la forme extérieure d'un disque amovible s'étendant transversalement à l'axe de corps A. La tête 12 est fixée par des vis 121 traversant le disque et venant se visser dans le corps 10. Les moyens d'amortissement en torsion 11 comportent une pluralité de plaques 110 métalliques perpendiculaires à l'axe du corps et reliées entre elles par des couches 111 d'élastomère vulcanisé sur les plaques 110. Les plaques 110 sont percées en leur centre de manière à être montées pivotantes sur un centreur 109 fixé au corps 10 et s'étendant perpendiculairement aux plaques 110. Le corps 10 comporte un alésage 100 central s'étendant sur presque toute sa longueur, et débouchant sur une face sur laquelle les moyens d'amortissement en torsion 11 s'appuient. L'alésage forme un logement 100 pour un insert 101 en carbure de tungstène, plus rigide que l'acier du corps 10, et réalisant un renfort du corps 10. L'insert 101 est placé dans l'alésage 100 par frettage à chaud, de telle sorte qu'il est parfaitement lié au corps 10. L'insert 101 se trouve ainsi du côté des moyens d'encastrement 13. 6 head 12 forming support means at the other end of the body 10. The head 12 supports the cutting tool itself, having for example the shape of a plate 120. Different head models 12 can be used, function of the machining to be performed. According to the invention, torsion damping means 11 are interposed between the body 10 and the head 12. The torsion damping means 11 have the outer shape of a removable disk extending transversely to the axis The head 12 is fixed by screws 121 passing through the disk and screwed into the body 10. The torsion damping means 11 comprise a plurality of metal plates 110 perpendicular to the axis of the body and connected between they by layers 111 of vulcanized elastomer on the plates 110. The plates 110 are drilled in their center so as to be pivotally mounted on a centralizer 109 fixed to the body 10 and extending perpendicular to the plates 110. The body 10 comprises a central bore 100 extending over almost its entire length, and opening on a face on which the torsion damping means 11 rest. The bore forms a housing 100 for a tungsten carbide insert 101, which is stiffer than the steel of the body 10, and provides reinforcement for the body 10. The insert 101 is placed in the bore 100 by heat shrinking, so that it is perfectly connected to the body 10. The insert 101 is thus on the side of the embedding means 13.

7 On trouve ensuite, formant les moyens d'amortissement en flexion, empilés dans le logement 100 et dans l'ordre depuis l'insert 101, une première rondelle souple 102, une masselotte 103, une deuxième rondelle souple 104, une rondelle rigide 105 et un bouchon 106. Le diamètre de la masselotte 103 est inférieur à celui du logement 100 de manière à laisser subsister un jeu entre sa périphérie et les parois du logement 100, dans lequel un liquide visqueux tel que de l'huile est versé. La masselotte 103 comporte deux gorges circonférentielles 1030 dans lesquelles deux joints toriques 107 sont placés. Les joints 107 servent d'une part de support élastique à la masselotte 103, en la plaçant de manière centrée par rapport au logement 100, et d'autre part à réaliser une étanchéité pour le liquide visqueux. Le corps 10 comporte deux orifices radiaux 150 débouchant dans le logement 100 en regard de la masselotte 103 pour amener ou évacuer le liquide visqueux. Les orifices radiaux 150 sont obturés par des vis 15. Les moyens d'amortissement en flexion sont ainsi placés à proximité des moyens d'amortissement en torsion 11. Les rondelles souples 102, 104 sont réalisées par exemple en élastomère. La rondelle rigide 105 est par exemple métallique. Le bouchon 106 permet de fermer le logement 100. Il est fixé par deux vis- pointeau 16 coopérant avec une gorge circonférentielle 1060 du bouchon 106. Il comporte en son centre une vis de pression 108 destinée à agir axialement sur la rondelle rigide, de manière à comprimer les rondelles souples 102, 104 contre la masselotte 103. Then, forming the bending damping means, stacked in the housing 100 and in order from the insert 101, a first flexible washer 102, a counterweight 103, a second flexible washer 104, a rigid washer 105 and a plug 106. The diameter of the weight 103 is less than that of the housing 100 so as to leave a gap between its periphery and the walls of the housing 100, wherein a viscous liquid such as oil is poured. The weight 103 comprises two circumferential grooves 1030 in which two O-rings 107 are placed. The joints 107 serve on the one hand elastic support to the weight 103, placing it centrally relative to the housing 100, and on the other hand to achieve a seal for the viscous liquid. The body 10 has two radial orifices 150 opening into the housing 100 opposite the weight 103 to bring or remove the viscous liquid. The radial orifices 150 are closed by screws 15. The bending damping means are thus placed close to the torsion damping means 11. The flexible washers 102, 104 are made for example of elastomer. The rigid washer 105 is for example metallic. The plug 106 makes it possible to close the housing 100. It is fixed by two needle screws 16 cooperating with a circumferential groove 1060 of the plug 106. It comprises at its center a pressure screw 108 intended to act axially on the rigid washer, so as to compressing the flexible washers 102, 104 against the counterweight 103.

8 Le corps 10, l'insert 101, les rondelles souples 102, 104 et rigide 105, la masselotte 103, le bouchon 106, la vis de pression 108 et le centreur 109 sont percés selon leurs axes de manière à former un conduit de lubrification 14, pour conduire du liquide de lubrification depuis la broche jusqu'à la tête 12. Lors de l'usinage d'une surface discontinue ou présentant de fortes variations d'épaisseur, des efforts très variables sont générés sur la plaquette 120. Ces efforts peuvent mettre en résonance le porte-outil 1, dans un mode de torsion selon l'axe du corps A et dans un mode de flexion entre les moyens d'encastrement 13 et la tête 12. 8 The body 10, the insert 101, the flexible washers 102, 104 and rigid 105, the weight 103, the stopper 106, the pressure screw 108 and the centralizer 109 are drilled along their axes so as to form a lubrication duct 14, for driving lubricating liquid from the spindle to the head 12. When machining a discontinuous surface or having large variations in thickness, very variable forces are generated on the wafer 120. These efforts can resonate the tool holder 1, in a torsion mode along the axis of the body A and in a bending mode between the embedding means 13 and the head 12.

Bien que présentant une souplesse augmentée, par rapport à un corps plein, les moyens d'amortissement en torsion 11 autorisent un pivotement relatif des plaques 110 entre elles autour du centreur 109. Cependant, les couches 111 d'élastomère absorbent une partie de l'énergie de vibration en torsion, diminuant ainsi rapidement l'amplitude de celles-ci. Cet amortissement entraîne aussi une diminution des sollicitations en flexion transmises par la tête 12 au corps 10. Although having increased flexibility, compared to a solid body, the torsion damping means 11 allow relative pivoting of the plates 110 between them around the centraliser 109. However, the elastomer layers 111 absorb part of the vibration energy in torsion, thus rapidly decreasing the amplitude of these. This damping also results in a reduction of the bending stresses transmitted by the head 12 to the body 10.

Par ailleurs, par le battement inertiel de la masselotte 103 dans le logement 100, ainsi que par la flexion du logement 100 lui-même, le liquide visqueux est mis en mouvement, par exemple par des effets de cisaillement. Le liquide absorbe ainsi de l'énergie, ce qui diminue l'amplitude des oscillations de flexion. Moreover, by the inertial beat of the flyweight 103 in the housing 100, as well as by the bending of the housing 100 itself, the viscous liquid is set in motion, for example by shearing effects. The liquid thus absorbs energy, which decreases the amplitude of the bending oscillations.

Claims

A tool carrier having a body (10) extending along a body axis (A), embedding means (13) at one end of the body (10) for binding the tool holder (1) to a machine tool, support means (12) for attaching a tool to the other end of the body (10), characterized in that the support means (12) are connected to the body via torsion damping means (11).

2. A tool holder according to claim 1, wherein the body (10) comprises bending damping means in the vicinity of the torsion damping means (11).

3. Tool holder according to claim 1 or 2, wherein the body (10) comprises a reinforcement (101) near the embedding means (13), the reinforcement (101) being made of a material more rigid than that of the body (10).

4. Tool holder according to claim 3, wherein the reinforcement (101) is tungsten carbide.

A tool holder according to claim 1, wherein the torsion damping means (11) comprises at least two metal plates (110) perpendicular to the body axis (A), interconnected by a layer (111). ) of elasto-viscous material.

A tool holder according to claim 5, wherein the torsion damping means (11) comprises a centering device (109) attached to the body (10), extending perpendicularly to the plates (110), the plates (110) being pivotally mounted on the centering device (109).

7. Tool holder according to claim 2, wherein the bending damping means comprise a feeder (103) in a housing (100) of the body (10), a viscous liquid filling the space between the feeder (103) and the walls of the housing (100).

8. Tool holder according to claim 7, wherein the weight (103) is connected to the body (10) by resilient supports (102, 104, 107).

The tool holder of claim 5, wherein the torsion damping means (11) is removable.