FR3066420B1 - Tete mecanique pour percage orbital, destinee a etre montee sur une machine-outil, sur un bras de robot, sur une unite portative - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une tête pour perçage orbital, comprenant : - une prise d'accouplement d'axe X ; - un support conformé en arbre d'axe X2 et fixé à la prise d'accouplement de sorte que X2 soit parallèle à X ; - un mécanisme à engrenages hypocycloïdal comprenant : • un carter dont la périphérie intérieure constitue une couronne dentée, • un arbre d'entrée, accouplé au support, creux et monté en rotation dans le carter sur roulements, • un arbre de sortie d'axe X2, adapté pour porter un outil, monté en rotation dans l'arbre d'entrée sur roulements, • au moins un étage de multiplication de vitesses comprenant un pignon satellite d'entrée monté en rotation autour de l'arbre d'entrée, le pignon satellite de sortie de l'étage étant en engrènement avec la couronne dentée et avec un pignon central de l'arbre de sortie, - un moyen de liaison rigide adapté pour arrêter en rotation le carter.

Description

TETE MECANIQUE POUR PERÇAGE ORBITAL, DESTINEE A ETRE MONTEE SUR UNE MACHINE-OUTIL, SUR UN BRAS DE ROBOT, SUR UNE UNITE PORTATIVE

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine du perçage orbital. Elle concerne en particulier une tête mécanique dédiée à la mise en œuvre d’un tel usinage.

La tête de perçage orbital selon l’invention est destinée à s’interfacer avec toute machine existante et donc à être montée en bout de bras de robot, sur une machine-outil ou sur une unité portative de perçage qui peut être déplacée et utilisée manuellement par un opérateur.

Les unités de perçage sont couramment mises en œuvre dans l’industrie aéronautique pour réaliser des perçages dans des pièces d’avion en cours d’assemblage. Elles sont mises en place sur la pièce concernée et verrouillées par un opérateur, sur des grilles de perçage, dans des logements prévus à cet effet. Une fois l’unité de perçage verrouillée en position, l’opérateur déclenche le cycle d’usinage-perçage qui se déroule automatiquement, puis celui-ci terminé, il déplace l’unité à l’emplacement suivant, et ainsi de suite.

Les machines-outils peuvent également réaliser les opérations d’usinage concernées par le domaine de l’invention. Dans le cas d’un perçage orbital, l’outil de coupe est usuellement une fraise deux tailles. La machine-outil imprime un déplacement hélicoïdal à cet outil dans l’axe du trou à réaliser, ce qui réalise l’excentration de l’outil permettant le perçage orbital.

Un bras de robot peut également, en principe, réaliser les opérations d’usinage concernées par le domaine de l’invention. Le bras de robot est alors équipé d’un effecteur de perçage, c’est-à-dire une machine d’usinage de taille et de poids réduits, qu’il transporte et positionne afin de réaliser les opérations de perçage aux points prévus. Afin de compenser la souplesse du bras de robot (également connue sous le terme anglais de compliance) et d’obtenir une rigidité locale suffisante pour assurer une bonne qualité de l’usinage, cet effecteur peut prendre appui sur la pièce à usiner ou sur l’outillage qui porte cette pièce. L’invention vise notamment à améliorer les opérations de perçages et d’alésage d’empilements de couches de matériaux courants, notamment dans le domaine aéronautique et spatial, tels que des matériaux métalliques, par exemple l’aluminium, le titane, l’acier ou l’inconel, des matériaux composites, comme les matériaux à base de fibres de verre, fibres de carbone, des matériaux fibreux dans une matrice de résine, ou encore des matériaux en nid d’abeille, ou des empilements de ces matériaux.

Les applications industrielles concernées par l’invention sont nombreuses. Parmi celles-ci, dans le domaine de l’aéronautique et du spatial, il peut s’agir de perçages spécifiques destinés à des fixations, comme des perçages à l’emplanture d’une voilure d’un nouvel avion, dans sa liaison avec le fuselage, ou encore des perçages de profilés constituant un cadre de fuselage. Egalement des perçages et alésages dans le titane sur éléments de pièces en tôle mince comme des parties de moteurs d’avions. Les perçages à réaliser doivent être cylindriques et/ou coniques, dans des épaisseurs qui peuvent être importantes de matériaux et/ou dans des empilements multi-matériaux, typiquement un empilement bicouche de carbone/aluminium ou tri-couches de carbone/titane/aluminium. L’invention vise à permettre des perçages et des alésages de tous diamètres dans des empilements de tous matériaux de toutes épaisseurs actuellement réalisables par le procédé de perçage orbital, avec un même degré de qualité.

Etat de la technique

Les exigences dans l’exécution des opérations de perçages et d’alésage de certaines applications, en particulier dans les domaines aéronautique et spatial sont élevées.

Pour ces applications, le perçage axial pose des problèmes qui ont des impacts sur les coûts de production et/ou la qualité parmi lesquels on peut citer : - usure rapide et coût forêt, - effort de coupe axial important, typiquement de l’ordre de 100 à 200 daN, - impossibilité d’obtenir la qualité requise des alésages réalisés directement après perçage, - coût d’obtention du trou trop important dû à une gamme complexe à mettre en œuvre, du fait de la nécessité de corriger la géométrie du trou, l’état de surface, les défauts de délaminage dans les matériaux composites, par le passage d’une pluralité d’outils différents dans l’avant-trou réalisé en perçage.

Dans ce cadre, le procédé de perçage orbital apporte un certain nombre d’avantages qui rendent son utilisation particulièrement pertinente.

Le perçage orbital est une opération de perçage par fraisage selon laquelle le centre d'une fraise décrit une orbite autour du centre du trou à réaliser tout en tournant sur son axe propre et en se déplaçant dans la direction axiale. Ainsi, le perçage orbital permet la réalisation d’usinages d’alésages à grande vitesse de rotation par l’outil de coupe qui suit des trajectoires hélicoïdales. Cela permet notamment d’ajuster avec précision le diamètre du trou sans pour autant nécessiter une précision de réalisation excessive de l’outil de coupe.

Par rapport à un perçage classique où Taxe de l’outil est coaxial à Taxe de l’orifice à percer, un perçage orbital permet en outre de diminuer le couple d’entraînement en rotation de l’outil ainsi que l’effort axial de pénétration de l’outil dans la pièce à percer. Les procédés de perçage orbital comportent d’autres avantages, dont l’allongement de la durée de vie des outils de coupe, l’absence de bavures (dans le cas de matériaux métalliques), l’absence de délaminage en entrée et en sortie de l’orifice (dans le cas de matériaux composites), une plus grande reproductibilité, la réduction du nombre de forets de diamètres différents, l’obtention d’une grande précision sur le diamètre de l’orifice (ce qui permet notamment d’éviter des opérations ultérieures de correction de la géométrie ou de l’état de surface de l’alésage), et la diminution des efforts de coupe.

Le procédé de perçage orbital est donc déjà répandu dans le domaine aéronautique, et a en particulier fourni de très bons résultats pour l’alésage d’orifices de large diamètre dans des pièces constituées d’empilements bicouches de type fibres de carbone/aluminium. La société déposante procède actuellement à des essais dans le but de déterminer l’outil coupant optimal dans le cadre de perçage d’empilements tri-couches carbone/titane/aluminium.

Toutefois, les robots, les machines-outils ou les unités de perçage qui sont utilisées en production ne peuvent en général supporter l’intégration d’un effecteur de perçage orbital existant, car ils n’y sont pas adaptés. En effet, les effecteurs de perçage orbital connus présentent plusieurs caractéristiques faisant obstacle à cette intégration, parmi lesquelles : - un encombrement important, avec une longueur typique de 500 mm à 1000 mm. Ceci a notamment un impact sur le volume de travail du moyen de production ; -un poids qui ne peut pas être négligé, typiquement de 20 daN à 150 daN. Ceci impacte le dimensionnement de la rigidité des axes du moyen de production, qu’il peut être nécessaire d’adapter ; - la difficulté à intégrer l’effecteur dans l’équipement de production. Il est en général nécessaire d’ajouter un accouplement par coupleur avec intégration d’un câblage complexe, alors que le moyen de production n’a pas été conçu pour supporter ce câblage.

Ainsi, en raison de l’intégration délicate d’un effecteur de perçage orbital ou d’une tête orbitale sur les moyens de production existants, les opérations de changement d’effecteur ou de têtes orbitales sont rendues complexes.

Dans le cas des machines-outils, on pourrait envisager une évolution pour qu’elles mettent en œuvre le perçage orbital, afin de réaliser la trajectoire hélicoïdale de l’outil de coupe. Dans ce cas, la commande numérique assure le pilotage des axes de la machine-outil de façon à réaliser cette trajectoire hélicoïdale via la machine-outil elle-même, et non via un effecteur. Mais, cela conduit à ce que ce soient directement les axes de la machine-outil qui supporteraient des accélérations de masses importantes, en particulier les masses des colonnes, des portiques et des coulisseaux constituant la machine-outil, et ce sur de très faibles courses, de l’ordre de 1 mm à 2 mm. Cela impliquerait également une trajectoire de l’outil d’une très grande précision, de l’ordre de quelques microns à la pointe de l’outil, avec deux inversions du mouvement de chaque axe de travail machine, au cours de chaque rotation de l’axe de l’outil sur sa trajectoire orbitale. Dans ces conditions, les jeux à l’inversion lors des mouvements alternatifs répétitifs générés par ce procédé généreraient des défauts sur les usinages qui s’amplifieraient avec le temps, par fatigue des axes de la machine-outil, jusqu’à devenir rédhibitoires.

Il existe donc un besoin pour améliorer le procédé de perçage orbital, notamment afin de pallier les inconvénients des effecteurs existants, et de permettre un interfaçage aisé, c’est-à-dire un montage/démontage sur tout type d’équipement de production existants, à savoir les robots, machines-outils ou unités de perçage existants, et ce aussi bien de manière automatique lorsque l’équipement dispose d’un changement d’outil automatique, que manuellement par un opérateur, comme pour un outil de coupe existant.

Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.

Exposé de T invention

Pour ce faire, l’invention concerne une tête pour perçage orbital, comprenant : - une prise d’accouplement d’axe de rotation X et adaptée pour être accouplée à l’extrémité libre de, ou à une électro-broche portée par un bras de robot, une unité de perçage portative ou une machine-outil ; - un support conformé en partie en arbre d’axe de rotation X2 et fixé à la prise d’accouplement de sorte que son axe X2 soit parallèle et excentré par rapport à l’axe de rotation X selon une excentration e définissant le rayon orbital du perçage; - un mécanisme à train d’engrenages hypocycloïdal formant un multiplicateur de vitesses comprenant : • un carter dont la périphérie intérieure constitue une couronne dentée, • un arbre d’entrée accouplé à, ou prolongeant la partie arbre du support, l’arbre d’entrée étant creux et monté en rotation à l’intérieur du carter par l’intermédiaire de premiers roulements, • un arbre de sortie d’axe de rotation X2, adapté pour porter un outil de coupe, tel qu’une fraise ; l’arbre de sortie étant monté en rotation à l’intérieur de l’arbre d’entrée par l’intermédiaire de deuxièmes roulements, • au moins un étage de multiplication de vitesses comprenant au moins un pignon satellite d’entrée monté en rotation sur une bride fixée autour de l’arbre d’entrée, le pignon satellite de sortie de l’étage ou des étages étant monté en engrènement d’une part avec la couronne dentée et d’autre part avec un pignon central de sortie fixé autour de l’arbre de sortie, - un moyen de liaison rigide adapté pour arrêter en rotation le carter par appui sur un point fixe du bras du robot, de l’unité de perçage portative ou de la machine-outil.

Ainsi, l’invention consiste essentiellement en une tête pour le perçage orbital au moyen d’un outil de coupe porté par un arbre de sortie à un multiplicateur de vitesses par train hypocycloïdal intégré dans la tête, celle-ci s’accouplant directement à l’électrobroche d’un équipement de production. L’équipement de production peut être tout aussi bien une machine d’usinage, un robot ou une unité de perçage, qui peuvent être standards, dans la mesure où il satisfait aux conditions nécessaires pour supporter cette tête selon l’invention, c’est-à-dire un équipement qui intègre une électro-broche correctement dimensionnée, et qui est doté d’une mécanique permettant l’avance avec la qualité et la précision requises de cette électro-broche dans Taxe d’usinage.

Le multiplicateur de vitesses multiplie ainsi la vitesse de rotation de T électrobroche de l’équipement et son arbre de sortie entraîne l’outil de coupe à la vitesse multipliée, selon une trajectoire orbitale que décrit Taxe de l’outil à une vitesse qui est celle de T électro-broche.

Un élément rigide d’appui, tel qu’une biellette, permet d’arrêter en rotation le carter du multiplicateur qui constitue également le corps de la tête. Ainsi, l’élément rigide vient s’appuyer par une de ses extrémités sur un point fixe sur l’équipement de production. Ce point fixe peut être le fourreau de T électro-broche en extrémité d’un bras de robot ou dans une unité de perçage portative ou dans une machine-outil, ou une des pièces qui supporte T électro-broche.

La tête de perçage selon l’invention peut donc être montée dans une machine-outil qui peut être standard en lieu et place d’un outil de coupe usuel. L’avance de la tête selon l’invention, selon la direction parallèle à Taxe X de rotation peut être obtenu par interpolation linéaire des axes de l’équipement ou par un axe supplémentaire dédié à cette fonction d’avance, qui peut être avantageusement intégré à la tête.

Les avantages de la tête selon l’invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer : - elle utilise l’équipement de production (robot, unité de perçage, machine-outil) tel qu’il existe sans qu’aucune adaptation ne soit nécessaire. Ainsi, les fonctions suivantes sont aisément assurées : interpolation linéaire des axes, montage rigide et précis de l’outil de coupe en extrémité de l’arbre de la broche ou de T électro-broche de l’équipement, lubrification de l’outil, entrainement en rotation par la broche ou Télectro-broche de l’équipement. La tête selon l’invention constitue donc un dispositif autonome rapporté sur un équipement muni d’une broche ou d’une électro-broche et qui met en œuvre le procédé de perçage orbital, c’est-à-dire un entrainement d’un outil d’usinage en rotation sur lui-même, combiné à un entrainement de Taxe de l’outil dans un mouvement orbital précis autour de Taxe d’usinage, avec un rapport adéquat entre vitesses de rotation du mouvement orbital et de l’outil de coupe. - elle présente un encombrement longitudinal réduit. Typiquement cet encombrement est du même ordre de grandeur que celui d’un outil coupant habituel, ce qui a pour avantage d’avoir peu d’impact sur le volume de travail machine puisque les accès ne sont pas modifiés ; - son poids est tout à fait réduit, ce qui a pour avantage de ne pas impacter la capacité des axes machines.

La tête de perçage orbital selon l’invention se distingue donc des effecteurs de perçage orbital selon l’art antérieur procédé, par la facilité avec laquelle elle peut s’interfacer avec les équipements/machines existants. En particulier, la tête peut être prise dans un magasin outil, puis, après utilisation, être remise en place par une machine-outil elle-même, de la même façon que s’il s’agissait d’un outil d’usinage conventionnel.

Avantageusement, le support est fixé de manière amovible à la prise d’accouplement par l’intermédiaire d’un système à excentrique de telle sorte que lorsque la fixation est enlevée, une rotation relative du support par rapport à la prise d’accouplement permet une modification de l’excentration e de l’axe de rotation X2 par rapport à l’axe de rotation X. Il est ainsi possible de régler l’excentration orbitale de l’outil de coupe.

Selon un mode de réalisation particulier, le train hypocycloïdal comprend un unique étage de multiplication de vitesses, le pignon satellite d’entrée constituant également le pignon satellite de sortie. Ce mode de réalisation est adapté pour un outil de coupe de grand diamètre, tel que le pignon central de sortie fixé autour de l’arbre de sortie peut comporter un nombre important de dents.

Selon un autre mode de réalisation, le train hypocycloïdal comprend deux étages de multiplication de vitesses en cascade dont : - un premier étage comprenant un pignon satellite d’entrée monté en rotation sur la bride fixée autour de l’arbre d’entrée, et un pignon intermédiaire en engrènement avec le pignon satellite d’entrée ; - un deuxième étage comprenant un arbre intermédiaire fixé au pignon intermédiaire du premier étage et monté en rotation autour de l’arbre d’entrée par l’intermédiaire de troisièmes roulements, un pignon satellite de sortie en engrènement avec le pignon central fixé autour de l’arbre de sortie.

Selon un autre mode de réalisation, le train hypocycloïdal comprend en outre un troisième étage multiplicateur en cascade en aval du deuxième étage de multiplication, le troisième étage comprenant le pignon satellite de sortie en engrènement avec le pignon central fixé autour de l’arbre de sortie. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté au cas d’un outil de coupe de faible diamètre, tel que le pignon central de sortie fixé autour de l’arbre de sortie ne peut comporter qu’un nombre réduit de dents.

De préférence, le rapport de multiplication du train hypocycloïdal entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie est déterminé en fonction du nombre de dents du pignon centrale de sortie de sorte que le nombre de passages de dent par rotation orbitale de l’outil est compris entre 50 et 70, de préférence de l’ordre de 60.

Avantageusement, le train hypocycloïdal est dimensionné de telle sorte que pour une vitesse de rotation de l’arbre d’entrée comprise entre 100 et 1000 tr/min, la vitesse de rotation de l’arbre de sortie est comprise entre 1000 et 10 000 tr/min.

La vitesse de rotation de l’outil de coupe est déterminée selon le matériau à usiner. Les vitesses de rotation de l’arbre de sortie maximales peuvent être de l’ordre de 10 000 tr/min, pour l’usinage de matériaux légers.

Avantageusement encore, la tête comporte un canal de lubrification traversant la prise d’accouplement, le support et l’arbre de sortie afin d’alimenter l’outil de coupe en liquide de lubrification à partir de la connexion de l’électro-broche du bras de robot, de l’unité de perçage portative ou de la machine-outil.

Selon un mode de réalisation particulier, la tête intègre une broche d’usinage ou électro-broche agencée entre la prise d’accouplement et l’arbre d’entrée, la broche ou électro-broche étant adaptée pour mettre en rotation l’arbre d’entrée. Ainsi, la tête intègre directement les moyens d’assurer l’entraînement en rotation de l’outil.

Selon un autre mode de réalisation, la tête comprend en outre un axe linéaire adapté pour assurer le déplacement de l’outil de coupe selon la direction parallèle à l’axe X de rotation. Ce mode est particulièrement avantageux si l’équipement de production portant la tête ne possède pas d’axe de travail d’avance linéaire selon une direction parallèle à l’axe X. L’invention concerne également une utilisation de la tête telle que décrite précédemment pour réaliser le perçage orbital à partir d’un bras de robot, d’une unité de perçage portative ou d’une machine-outil sur lequel ou laquelle la tête est montée.

Description détaillée D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence à la figure unique qui est une coupe longitudinale d’une tête de perçage orbital selon l’invention.

Dans la description qui va suivre ainsi que dans l’ensemble de la demande, les termes « avant » et « arrière », « amont » et « aval » sont à comprendre en référence à l’agencement de l’outil d’usinage par rapport à un bras de robot, une unité de perçage portative ou une machine-outil sur lequel la tête de perçage selon l’invention est montée, et donc par rapport à la pièce à percer.

Ainsi, l’extrémité avant ou amont de la tête selon linvention est l’extrémité la plus proche de l’outil de coupe et donc de la pièce à percer tandis que l’extrémité arrière est plus proche du bras de robot, de la machine-outil ou de l’unité de perçage portative.

Les termes « avance » et « recul » sont donc à considérer par rapport aux termes avant et arrière précités.

La tête d’usinage orbital selon l’invention représentée en figure 1 et désignée par la référence 1 comprend tout d’abord, dans sa partie amont, une prise d’accouplement 2 adaptée pour être accouplée à l’extrémité libre d’un bras de robot qui intègre une électrobroche, destiné à exécuter une ou plusieurs opérations d’usinage sur une pièce,

Cette pièce d’accouplement 2 peut être accouplée à souhait n’importe quel type de robot d’usinage ou à une unité portative de perçage ou à une machine-outil, chacun de ces équipements de production intégrant une électro-broche.

On veille dans le cadre de l’invention à ce que la liaison entre la prise 2 et T électro-broche de l’équipement de production soit très précise, afin d’obtenir les performances requises en termes de rigidité et de centrage de la tête 1.

La prise d’accouplement 2 est axisymétrique sur une majeure partie de sa hauteur autour de Taxe de rotation X correspondant à celui de T électro-broche de l’équipement sur lequel la tête 1 selon l’invention est montée.

La tête 2 est fixée de manière amovible par un système à excentrique à un support 3 dont une partie forme un arbre 31 d’axe de rotation X2. Ainsi Taxe de rotation X2 est excentré d’une valeur e avec Taxe de rotation X.

Le système à excentrique est constitué de la partie aval 21 de la prise d’accouplement. La partie aval annulaire 21 est centrée sur un axe XI qui est excentré d’une excentration ei par rapport à l’axe X.

Des vis 22 fixent la partie annulaire 21 au support 3 par l’intermédiaire de rondelles 23 qui sont conformées avec un profil périphérique complémentaire de celui de la partie annulaire 21. Ainsi, comme illustré, le serrage de chaque vis 22 vient serrer la partie annulaire 21 entre une rondelle 23 et le support 3. L’arbre 31 du support d’axe X2 est quant à lui excentré par rapport à l’axe XI d’une excentration β2. L’excentration e de l’axe X2 par rapport à l’axe X définit l’excentration de l’outil d’usinage par rapport à l’axe de rotation de l’électro-broche de l’équipement de production. Les valeurs des excentrations ei et e2 sont fixes et déterminées par le dimensionnement des pièces. L’excentration e de l’outil d’usinage est réglable comme suit : en desserrant les vis 22, on peut mettre en rotation la prise d’accouplement 2 et donc sa partie aval 22 par rapport au support 3. Autrement dit, on modifie l’orientation angulaire de la pièce annulaire 22. Cette opération modifie la relation angulaire entre les axes X, XI et X2, et par là la distance e entre les axes X et X2. Une fois la valeur de l’excentration réglée, qui peut être lue notamment grâce à une échelle graduée en périphérie extérieure de la partie 22, le serrage à nouveau des vis 21 vient provoquer l’appui entre les bords des rondelles 23 et de la partie 22 et le serrage de cette dernière contre le support 3. A titre indicatif, l’excentricité peut être comprise entre 1 mm et 3 mm.

La partie aval de la tête de perçage 1 comprend un train hypocycloïdal 4 formant un multiplicateur de vitesses dont le carter 40 qui forme également le corps de la tête est relié à un point fixe de l’équipement de production, comme détaillé ci-après. La périphérie intérieure 41 du carter 40 est dentée. La couronne dentée 41 ainsi constituée forme le planétaire extérieur du train 4.

Le multiplicateur de vitesses 4 est destiné à multiplier la vitesse de rotation entre son arbre d’entrée 42 et son arbre de sortie 43 qui porte l’outil de coupe O. Autrement dit, le multiplicateur 4 permet de multiplier la vitesse de rotation de l’outil d’usinage O autour de son axe X2. L’arbre d’entrée 42 qui est creux, constitue le prolongement de l’arbre 31 ou est accouplé à ce dernier. La figure 1 représente les arbres 31 et 42 comme deux pièces distinctes, qui peuvent être assemblées par vissage ou par soudage. L’arbre d’entrée 42 est monté en rotation à l’intérieur du carter 4 par l’intermédiaire de roulements 51. Le montage des roulements 51 est réalisé avec un jeu de fonctionnement négatif, c'est-à-dire une précharge. L’arbre de sortie 43 est monté en rotation à l’intérieur de l’arbre d’entrée 42 par l’intermédiaire de roulements 52, qui sont de préférence également préchargés.

Une bride 44 est fixée autour de l’arbre d’entrée 42.

Un premier pignon satellite 45 est montée en rotation sur cette bride 44. Ce premier pignon satellite 45 engrène d’une part avec la couronne dentée 41 et d’autre part avec un pignon intermédiaire 46 fixé sur la partie amont d’un arbre intermédiaire 47.

Cet arbre intermédiaire 47 est monté en rotation autour de l’arbre d’entrée 42 par l’intermédiaire de roulements 53, eux aussi de préférence préchargés.

Un deuxième pignon satellite 48 est monté en rotation sur la partie aval de l’arbre intermédiaire 47.

Ce deuxième pignon satellite 48 engrène d’une part avec la couronne dentée 41 et d’autre part avec un pignon central de sortie 49 fixé autour de l’arbre de sortie 43. La fixation du pignon central 49 sur l’arbre de sortie 43 tout comme celle de la bride 44 sur l’arbre d’entrée 42 est de préférence réalisée par frettage F ou par une fixation mécanique.

La bride 44, le premier pignon satellites 45 et le pignon intermédiaire 46 constitue avec la couronne dentée 41, un premier étage de multiplication El. L’arbre intermédiaire 47, le deuxième pignon satellites 48 et le pignon central de sortie 49 constitue avec la couronne dentée 41, un deuxième étage de multiplication E2 en cascade avec le premier El. A titre d’exemple indicatif, pour un outil de coupe O de 10 mm de diamètre, on peut prévoir un rapport de multiplication total de l’ordre de 10 avec un rapport de 2,5 pour le pemier étage El et égal à 4 pour le deuxième étage E2.

Un outil de coupe de diamètre 10 mm peut en effet comporter six dents: avec un facteur de multiplication de la vitesse de rotation égal à 10, on obtient donc soixante passages de dent par tour de l’arbre de l’électro-broche. En effet, l’état de surface de l’alésage à obtenir par le perçage orbital qui est lié au degré de rugosité dépend à son tour de la fréquence de passage de dent. D’après l’expérience des inventeurs, un rapport de 60 est tout-à-fait convenable.

Pour bloquer en rotation le carter 40 du multiplicateur de vitesses et donc la couronne dentée 41, une biellette 6 est liée par une de ses extrémités au carter 40 et par l’autre à un point fixe du corps de T électro-broche ou de l’équipement de production. Comme illustré, l’agencement de cette biellette 7 permet avantageusement le débattement nécessaire au fonctionnement du système à excentrique décrit ci-avant. L’avance de l’outil d’usinage O est obtenue par les axes de travail de l’équipement de production soit par un axe dédié à cette fonction, soit, en l’absence d’un tel axe d’avance linéaire, par un mouvement coordonné des axes de travail.

Comme illustré, un canal central 7 réalisé au travers de la prise d’accouplement 2 du support 3 et de l’arbre de sortie 43, permet le passage de lubrifiant depuis Télectro-broche jusqu’à l’outil d’usinage O. D’autres variantes et avantages de l’invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Par exemple, le train hypocycloïdal 4 illustré comprend deux étages de multiplication El, E2 en cascade qui conviennent parfaitement pour mettre en rotation à des vitesses souhaitables un outil de coupe O de diamètre de Tordre de 10 mm.

Un outil de diamètre inférieur à 10 mm peut être mis en rotation avec un nombre de dents réduit par rapport à un outil de diamètre égal à 10 mm. Il peut alors être envisagé d’ajouter un étage supplémentaire au multiplicateur de vitesse 4, en cascade avec les étages El, E2 afin d’en augmenter le rapport de multiplication.

Au contraire, un outil de diamètre supérieur à 10 mm peut compter un plus grand nombre de dents. Dans ce cas, il est envisageable de supprimer un étage du multiplicateur de vitesse 4. L’outil d’usinage O peut être de préférence monté/démonté manuellement de l’attachement outil qui le porte dans l’arbre de sortie 43. Le montage de l’outil dans son attachement peut se faire par frettage, au moyen d’un serrage par pinces ou par tout autre dispositif. L’outil d’usinage est de préférence une fraise de type à deux tailles. L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Tête (1) pour perçage orbital, comprenant : - une prise d’accouplement (2) d’axe de rotation X et adaptée pour être accouplée à l’extrémité libre de, ou à une électro-broche portée par un bras de robot, une unité de perçage portative ou une machine-outil ; - un support (3) conformé en partie en arbre (31) d’axe de rotation X2 et fixé à la prise d’accouplement (2) de sorte que son axe X2 soit parallèle et excentré par rapport à l’axe de rotation X selon une excentration e définissant le rayon orbital du perçage; - un mécanisme à train d’engrenages hypocycloïdal (4) formant un multiplicateur de vitesses comprenant : • un carter (40) dont la périphérie intérieure constitue une couronne dentée (41), • un arbre d’entrée (42) accouplé à ou prolongeant la partie arbre (31) du support (3), l’arbre d’entrée étant creux et monté en rotation à l’intérieur du carter par l’intermédiaire de premiers roulements (51), • un arbre de sortie (43) d’axe de rotation X2, adapté pour porter un outil de coupe, tel qu’une fraise ; l’arbre de sortie étant monté en rotation à l’intérieur de l’arbre d’entrée par l’intermédiaire de deuxièmes roulements (52), • au moins un étage de multiplication de vitesses (El ; E2) comprenant au moins un pignon satellite d’entrée (45) monté en rotation sur une bride (44) fixée autour de l’arbre d’entrée, le pignon satellite de sortie (48) de l’étage ou des étages étant monté en engrènement d’une part avec la couronne dentée (41) et d’autre part avec un pignon central de sortie (49) fixé autour de l’arbre de sortie, - un moyen de liaison rigide (6) adapté pour arrêter en rotation le carter (40) par appui sur un point fixe au bras du robot, de l’unité de perçage portative ou de la machine-outil.
2. 2. Tête (1) selon la revendication 1, le support (3) étant fixé de manière amovible à la prise d’accouplement par l’intermédiaire d’un système à excentrique de telle sorte que lorsque la fixation est enlevée, une rotation relative du support (3) par rapport à la prise d’accouplement (2) permet une modification de l’excentration e de l’axe de rotation X2 par rapport à l’axe de rotation X.
3. 3. Tête (1) selon la revendication 1 ou 2, le train hypocycloïdal comprenant un unique étage de multiplication de vitesses, le pignon satellite d’entrée constituant également le pignon satellite de sortie.
4. 4. Tête (1) selon la revendication 1 ou 2, le train hypocycloïdal comprenant deux étages de multiplication de vitesses (El, E2), en cascade dont : - un premier (El) comprenant un pignon satellite d’entrée (45) monté en rotation sur la bride (44) fixée autour de l’arbre d’entrée (42), et un pignon intermédiaire (46) en engrènement avec le pignon satellite d’entrée (45); - un deuxième (E2) comprenant un arbre intermédiaire (47) fixé au pignon intermédiaire du premier étage (El) et monté en rotation autour de l’arbre d’entrée (42) par l’intermédiaire de troisièmes roulements (53), un pignon satellite de sortie (48) en engrènement avec le pignon central (49) fixé autour de l’arbre de sortie (42).
5. 5. Tête (1) selon la revendication 4, le train hypocycloïdal comprenant en outre un troisième étage multiplicateur en cascade en aval du deuxième étage de multiplication, le troisième étage comprenant le pignon satellite de sortie en engrènement avec le pignon central fixé autour de l’arbre de sortie.
6. 6. Tête (1) selon Tune des revendications précédentes, le rapport de multiplication du train hypocycloïdal entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie étant déterminé en fonction du nombre de dents du pignon central de sortie (49) de sorte que le nombre de passages de dent par rotation orbitale de l’outil est compris entre 50 et 70, de préférence de Tordre de 60.
7. 7. Tête (1) selon Tune des revendications précédentes, le train hypocycloïdal étant dimensionné de telle sorte que pour une vitesse de rotation de l’arbre d’entrée comprise entre 100 et 1000 tr/min, la vitesse de rotation de l’arbre de sortie est comprise entre 1000 et 10 000 tr/min.
8. 8. Tête (1) selon Tune des revendications précédentes, comportant un canal de lubrification (7) traversant la prise d’accouplement (2), le support (3) et l’arbre de sortie (42) afin d’alimenter l’outil de coupe (O) en liquide de lubrification à partir de la connexion de T électro-broche du bras de robot, de l’unité de perçage portative ou de la machine-outil.
9. 9. Tête (1) selon l’une des revendications précédentes, intégrant une broche d’usinage ou électro-broche agencée entre la prise d’accouplement et l’arbre d’entrée, la broche ou électro-broche étant adaptée pour mettre en rotation l’arbre d’entrée.
10. 10. Tête (1) selon la revendication 9, comprenant en outre un axe linéaire adapté pour assurer le déplacement de l’outil de coupe (O) selon la direction parallèle à l’axe X de rotation.
11. 11. Utilisation de la tête (1) selon l’une des revendications précédentes pour réaliser le perçage orbital à partir d’un bras de robot, d’une unité de perçage portative ou d’une machine-outil sur lequel ou laquelle la tête est montée.