FR3066421A1 - MECHANICAL HEAD FOR ORBITAL DRILLING OR FOR TROCHOIDAL MACHINING, INTENDED TO BE MOUNTED ON A MACHINE TOOL, ON A ROBOT ARM, ON A PORTABLE UNIT - Google Patents
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- B23C2220/52—Orbital drilling, i.e. use of a milling cutter moved in a spiral path to produce a hole
Abstract
La présente invention concerne une tête pour usinage trochoïdal, 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.The present invention relates to a head for trochoidal machining, comprising: - an X-axis coupling plug; a support shaped as a shaft with axis X2 and fixed to the coupling socket so that X2 is parallel to X; a hypocycloidal gear mechanism comprising: a housing whose inner periphery constitutes a ring gear, an input shaft, coupled to the support, hollow and rotatably mounted in the bearing housing, an axis output shaft X2, adapted to carry a tool, rotatably mounted in the input shaft on bearings, • at least one speed multiplication stage comprising an input satellite pinion mounted to rotate around the input shaft, the satellite output gear of the stage being in meshing with the ring gear and with a central pinion of the output shaft, - a rigid connection means adapted to stop rotation of the housing.
Description
TETE MECANIQUE POUR PERÇAGE ORBITAL OU POUR USINAGE TROCHOÏDAL, DESTINEE A ETRE MONTEE SUR UNE MACHINE-OUTIL, SUR UN BRAS DE ROBOT, SUR UNE UNITE PORTATIVEMECHANICAL HEAD FOR ORBITAL DRILLING OR FOR TROCHOIDAL MACHINING, TO BE MOUNTED ON A MACHINE TOOL, ON A ROBOT ARM, ON A PORTABLE UNIT
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne le domaine du perçage orbital et le domaine de l’usinage trochoïdal. Elle concerne en particulier une tête mécanique dédiée à la mise en œuvre d’un tel usinage.The present invention relates to the field of orbital drilling and the field of trochoidal machining. It relates in particular to a mechanical head dedicated to the implementation of such machining.
La tête de perçage orbital ou d’usinage trochoïdal 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.The orbital or trochoidal drilling head according to the invention is intended to interface with any existing machine and therefore to be mounted at the end of the robot arm, on a machine tool or on a portable drilling unit which can be moved and used manually by an operator.
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.Drilling units are commonly used in the aeronautical industry to drill holes in aircraft parts being assembled. They are placed on the part concerned and locked by an operator, on drilling grids, in housings provided for this purpose. Once the drilling unit is locked in position, the operator starts the automatic drilling-drilling cycle, which is then completed, moves the unit to the next location, and so on.
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.Machine tools can also carry out the machining operations concerned with the field of the invention. In the case of an orbital drilling, the cutting tool is usually a two-size cutter. The machine tool prints this tool helically in the axis of the hole to be made, which offsets the tool allowing orbital drilling.
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.A robot arm can also, in principle, carry out the machining operations concerned with the field of the invention. The robot arm is then equipped with a drilling effector, that is to say a machining machine of reduced size and weight, which it transports and positions in order to carry out the drilling operations at the planned points. In order to compensate for the flexibility of the robot arm (also known by the English term of compliance) and to obtain sufficient local rigidity to ensure good machining quality, this effector can rest on the workpiece or on the tool which carries this part.
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.The invention aims in particular to improve the drilling and reaming operations of stacks of layers of common materials, in particular in the aeronautical and space field, such as metallic materials, for example aluminum, titanium, steel or inconel, composite materials, such as materials based on glass fibers, carbon fibers, fibrous materials in a resin matrix, or honeycomb materials, or stacks of these materials.
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.The industrial applications concerned by the invention are numerous. Among these, in the aeronautics and space sector, these may be specific holes intended for fastenings, such as holes in the root of a wing of a new aircraft, in its connection with the fuselage, or even profile holes constituting a fuselage frame. Also holes and bores in titanium on parts of thin sheet metal parts like parts of aircraft engines. The holes to be produced must be cylindrical and / or conical, in thicknesses which may be significant in materials and / or in multi-material stacks, typically a bilayer stack of carbon / aluminum or tri-layers of carbon / titanium / aluminum.
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 ou d’usinage trochoïdal, avec un même degré de qualité.The invention aims to allow drilling and boring of all diameters in stacks of all materials of all thicknesses currently achievable by the orbital drilling process or trochoidal machining, with the same degree of quality.
Etat de la techniqueState of the art
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.The requirements in the execution of drilling and boring operations for certain applications, in particular in the aeronautical and space fields are high.
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 :For these applications, axial drilling poses problems which have impacts on production costs and / or quality, among which we can cite:
- usure rapide et coût forêt,- rapid wear and forest cost,
- effort de coupe axial important, typiquement de l’ordre de 100 à 200 daN,- significant axial cutting force, typically of the order of 100 to 200 daN,
- impossibilité d’obtenir la qualité requise des alésages réalisés directement après perçage,- impossibility of obtaining the required quality of bores made directly after drilling,
- 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.- cost of obtaining the hole too high due to a complex range to be implemented, due to the need to correct the geometry of the hole, the surface condition, the delamination defects in composite materials, by the passage of '' a plurality of different tools in the pilot hole made in drilling.
Dans ce cadre, le procédé de perçage orbital apporte un certain nombre d’avantages qui rendent son utilisation particulièrement pertinente.In this context, the orbital drilling process brings a number of advantages which make its use particularly relevant.
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.Orbital drilling is a milling drilling operation in which the center of a cutter describes an orbit around the center of the hole to be made while turning on its own axis and moving in the axial direction. Thus, the orbital drilling allows the machining of bores at high speed of rotation by the cutting tool which follows helical paths. This allows in particular to precisely adjust the diameter of the hole without requiring excessive precision in the production of the cutting tool.
Par rapport à un perçage classique où l’axe de l’outil est coaxial à l’axe 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.Compared to a conventional drilling where the axis of the tool is coaxial with the axis of the orifice to be drilled, an orbital drilling also makes it possible to reduce the torque for rotating the tool as well as the axial force of penetration of the tool into the workpiece. Orbital drilling methods have other advantages, including the extension of the life of the cutting tools, the absence of burrs (in the case of metallic materials), the absence of delamination at the inlet and outlet of the orifice (in the case of composite materials), greater reproducibility, the reduction in the number of drills of different diameters, obtaining high precision on the diameter of the orifice (which in particular makes it possible to avoid subsequent operations to correct the geometry or the surface condition of the bore), and the reduction in cutting forces.
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.The orbital drilling method is therefore already widespread in the aeronautical field, and has in particular provided very good results for the boring of large-diameter orifices in parts made of bilayer stacks of the carbon fiber / aluminum type. The applicant company is currently carrying out tests in order to determine the optimal cutting tool for drilling tri-layer carbon / titanium / aluminum stacks.
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 :However, robots, machine tools or drilling units that are used in production cannot generally support the integration of an existing orbital drilling effector, because they are not suitable for it. In fact, the known orbital drilling effectors have several characteristics which hinder this integration, including:
- 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 ;- a large size, with a typical length of 500 mm to 1000 mm. This has in particular an impact on the volume of work of the means of 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 ;-a weight which cannot be overlooked, typically from 20 daN to 150 daN. This impacts the dimensioning of the rigidity of the axes of the means of production, which it may be necessary to adapt;
- 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.- the difficulty of integrating the effector into the production equipment. It is generally necessary to add a coupler coupling with integration of complex wiring, while the means of production was not designed to support this wiring.
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.Thus, due to the delicate integration of an orbital drilling effector or an orbital head on existing production means, the operations of changing effector or orbital heads are made complex.
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 ellemême, 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.In the case of machine tools, an evolution could be envisaged so that they implement orbital drilling, in order to achieve the helical trajectory of the cutting tool. In this case, the digital control ensures the control of the axes of the machine tool so as to achieve this helical trajectory via the machine tool itself, and not via an effector. However, this leads to the fact that the axes of the machine tool are directly responsible for accelerating large masses, in particular the masses of the columns, gantries and slides constituting the machine tool, and this over very short strokes , of the order of 1 mm to 2 mm. This would also imply a very precise tool trajectory, of the order of a few microns at the tip of the tool, with two inversions of the movement of each machine working axis, during each rotation of the axis of the tool on its orbital path. Under these conditions, the backlash during repetitive reciprocating movements generated by this process would generate defects in the machining operations which would amplify over time, by fatigue of the axes of the machine tool, until they become prohibitive.
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.There is therefore a need to improve the orbital drilling process, in particular in order to overcome the drawbacks of existing effectors, and to allow easy interfacing, that is to say mounting / dismounting on any type of existing production equipment. , namely robots, machine tools or existing drilling units, both automatically when the equipment has an automatic tool change, and manually by an operator, as for an existing cutting tool.
L’usinage trochoïdal consiste à réaliser un fraisage selon une trajectoire trochoïde, c’est-à-dire au sens mathématique du terme selon une courbe décrite par un point lié à un disque de rayon roulant sans glisser sur une droite.Trochoidal machining consists of milling along a trochoid trajectory, that is to say in the mathematical sense of the term according to a curve described by a point linked to a disk of rolling radius without sliding on a straight line.
Un usinage trochoïdal permet des passes très profondes avec des vitesses de coupe élevées.Trochoidal machining allows very deep passes with high cutting speeds.
Un usinage trochoïdal permet d'usiner des rainures ou fentes avec une largeur plus grande que le diamètre de coupe de l'outil, ce qui est avantageux comparativement à un fraisage classique avec lequel la largeur de fente ou rainure est celle de la fraise à rainurer. L'utilisation d'une fraise à queue dans la méthode trochoïde rend efficace et commode d'usiner plusieurs largeurs de fentes en utilisant le même diamètre d'outil.Trochoidal machining makes it possible to machine grooves or slots with a width greater than the cutting diameter of the tool, which is advantageous compared to a conventional milling with which the width of slot or groove is that of the milling cutter . Using a shank cutter in the trochoid method makes it efficient and convenient to machine multiple slit widths using the same tool diameter.
Des fraises à queue étroite peuvent être utilisées, ce qui permet des vitesses d'alimentation et de vitesse supérieures à celles autorisées par les fraises à rainurer classiques.Narrow shank cutters can be used, allowing higher feed and speed speeds than those allowed by conventional grooving cutters.
L’usinage trochoïdal est souvent mis en œuvre comme moyen plus rapide d'usiner des fentes ou rainures par rapport à un fraisage classique.Trochoidal machining is often used as a faster way to machine slots or grooves compared to conventional milling.
En pratique, l’usinage trochoïdal trouve son intérêt dans le cas d’usinage réputés difficiles de par les contraintes rencontrées (métaux durs, ouverture de poches...).In practice, trochoidal machining finds its interest in the case of machining deemed difficult by the constraints encountered (hard metals, opening of pockets ...).
Cela étant à ce jour, les machines et outils mis en œuvre pour l’usinage trochoïdal présentent un certain nombre d’inconvénients. EN particulier, il est nécessaire de faire une interpolation entre les différents axes de la machine avec une programmation de la commande qui peut être complexe. Egalement l’usinage dans des matériaux durs très spécifiques, comme le titane, implique des efforts conséquents à délivrer et peut générer une usure prématurée des fraises, en tant qu’outils de coupe utilisés.However, to date, the machines and tools used for trochoidal machining have a certain number of drawbacks. In particular, it is necessary to interpolate between the different axes of the machine with programming of the control which can be complex. Also machining in very specific hard materials, such as titanium, involves significant efforts to deliver and can generate premature wear of the cutters, as cutting tools used.
Il existe donc aussi un besoin d’améliorer pour améliorer le procédé d’usinage trochoïdal, notamment pour des applications d’usinage de matériaux durs voire très durs, comme le titane.There is therefore also a need to improve in order to improve the trochoidal machining process, in particular for applications for machining hard or even very hard materials, such as titanium.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s).The object of the invention is to respond at least in part to this (s) need (s).
Exposé de l’inventionStatement of the invention
Pour ce faire, l’invention concerne une tête pour perçage orbital ou pour usinage trochoïdal, comprenant :To do this, the invention relates to a head for orbital drilling or for trochoidal machining, comprising:
- 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 ;- a coupling socket with an axis of rotation X and adapted to be coupled to the free end of, or to an electro-spindle carried by a robot arm, a portable drilling unit or a machine tool;
- 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;- A support partly shaped as an axis of rotation X2 and fixed to the coupling so that its axis X2 is parallel and eccentric with respect to the axis of rotation X according to an eccentricity e defining the orbital radius of the drilling;
- un mécanisme à train d’engrenages hypocycloïdal formant un multiplicateur de vitesses comprenant :- a hypocycloid gear train mechanism forming a speed multiplier comprising:
• 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,• a casing whose inner periphery constitutes a ring gear, • an input shaft coupled to, or extending the shaft part of the support, the input shaft being hollow and rotatably mounted inside the casing by the intermediate first bearings, • an output shaft with an axis of rotation X2, suitable for carrying a cutting tool, such as a milling cutter; the output shaft being mounted for rotation inside the input shaft by means of second bearings, • at least one speed multiplication stage comprising at least one input satellite gear mounted for rotation on a flange fixed around the input shaft, the output satellite pinion of the stage or stages being mounted in mesh on the one hand with the toothed ring and on the other hand with a central output pinion fixed around the output shaft,
- 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.- a rigid connection means adapted to stop the casing in rotation by pressing on a fixed point on the robot arm, the portable drilling unit or the machine tool.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en une tête pour le perçage orbital ou pour l’usinage trochoïdal 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’électro-broche d’un équipement de production.Thus, the invention essentially consists of a head for orbital drilling or for trochoidal machining by means of a cutting tool carried by an output shaft at a speed multiplier by hypocycloidal train integrated in the head, the latter directly coupled to the electro-spindle of production equipment.
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 l’axe d’usinage.The production equipment can be just as well a machining machine, a robot or a drilling unit, which can be standard, insofar as it satisfies the conditions necessary to support this head according to the invention, it is that is to say an item of equipment which incorporates a correctly dimensioned electro-spindle, and which is provided with a mechanism allowing the advance with the required quality and precision of this electro-spindle in the machining axis.
Le multiplicateur de vitesses multiplie ainsi la vitesse de rotation de l’électrobroche de l’équipement et son arbre de sortie entraîne l’outil de coupe à la vitesse multipliée, selon une trajectoire orbitale que décrit l’axe de l’outil à une vitesse qui est celle de l’électro-broche.The speed multiplier thus multiplies the speed of rotation of the electrospindle of the equipment and its output shaft drives the cutting tool at the multiplied speed, according to an orbital trajectory that describes the axis of the tool at a speed which is that of the electro-spindle.
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 l’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 l’électro-broche.A rigid support element, such as a rod, makes it possible to stop in rotation the casing of the multiplier which also constitutes the body of the head. Thus, the rigid element is supported by one of its ends on a fixed point on the production equipment. This fixed point can be the sheath of the electro-spindle at the end of a robot arm or in a portable drilling unit or in a machine tool, or one of the parts which supports the electro-spindle.
La tête de perçage orbital ou d’usinage trochoïdal 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.The orbital drilling or trochoidal machining head according to the invention can therefore be mounted in a machine tool which can be standard instead of a usual cutting tool.
L’avance de la tête selon l’invention, selon la direction parallèle à l’axe 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.The advance of the head according to the invention, in the direction parallel to the axis X of rotation can be obtained by linear interpolation of the axes of the equipment or by an additional axis dedicated to this advance function, which can be advantageously integrated into the head.
Les avantages de la tête selon l’invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :The advantages of the head according to the invention are numerous, among which we can cite:
- elle utilise l’équipement de production (robot, unité de perçage, machineoutil) 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 l’électro-broche de l’équipement, lubrification de l’outil, entrainement en rotation par la broche ou l’électrobroche 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 d’usinage trochoïdal de perçage orbital, c’est-à-dire un entrainement d’un outil d’usinage en rotation sur lui-même, combiné à un entrainement de l’axe de l’outil dans un mouvement orbital précis autour de l’axe d’usinage, avec un rapport adéquat entre vitesses de rotation du mouvement orbital et de l’outil de coupe.- it uses the production equipment (robot, drilling unit, machine tool) as it exists without any adaptation being necessary. Thus, the following functions are easily ensured: linear interpolation of the axes, rigid and precise mounting of the cutting tool at the end of the spindle shaft or of the electro-spindle of the equipment, lubrication of the tool , rotational drive by the spindle or the electrospindle of the equipment. The head according to the invention therefore constitutes an autonomous device attached to equipment fitted with a spindle or an electro-spindle and which implements the trochoidal machining process of orbital drilling, that is to say a drive of a machining tool in rotation on itself, combined with a drive of the tool axis in a precise orbital movement around the machining axis, with an adequate ratio between rotation speeds of the orbital motion and the cutting tool.
- 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 ;- It has a reduced longitudinal size. Typically this size is of the same order of magnitude as that of a usual cutting tool, which has the advantage of having little impact on the volume of machine work since the accesses are not modified;
- son poids est tout à fait réduit, ce qui a pour avantage de ne pas impacter la capacité des axes machines.- Its weight is completely reduced, which has the advantage of not impacting the capacity of the machine axes.
La tête de perçage orbital ou d’usinage trochoïdal 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.The orbital drilling or trochoidal machining head according to the invention therefore differs from orbital drilling effectors according to the prior art process, by the ease with which it can interface with existing equipment / machines. In particular, the head can be taken from a tool magazine, then, after use, be replaced by a machine tool itself, in the same way as if it were a conventional machining tool .
Spécifiquement, pour l’usinage trochoïdal de matériaux durs voire très durs, particulièrement le titane, les avantages d’une tête selon l’invention qui peuvent être mis en avant sont les suivants :Specifically, for the trochoidal machining of hard or even very hard materials, particularly titanium, the advantages of a head according to the invention which can be highlighted are the following:
- pas d'interpolation de mouvements sur une machine d’usinage ;- no interpolation of movements on a machining machine;
- simplicité de la programmation du programme d’usinage ;- simplicity of programming the machining program;
- réduction significative des efforts radiaux à fournir ;- significant reduction of the radial efforts to be provided;
- réduction de la température sur le tranchant de l'outil ;- temperature reduction on the cutting edge of the tool;
- augmentation de la durée de vie accrue des outils de coupe.- increased service life of cutting tools.
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.Advantageously, the support is removably fixed to the coupling socket by means of an eccentric system so that when the fixing is removed, a relative rotation of the support relative to the coupling socket allows modification of the eccentricity e of the axis of rotation X2 with respect to the axis of rotation X. It is thus possible to adjust the orbital eccentricity of the cutting tool.
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.According to a particular embodiment, the hypocycloidal train comprises a single speed multiplication stage, the input satellite pinion also constituting the output satellite pinion. This embodiment is suitable for a large diameter cutting tool, such that the central output pinion fixed around the output shaft may include a large number of teeth.
Selon un autre mode de réalisation, le train hypocycloïdal comprend deux étages de multiplication de vitesses en cascade dont :According to another embodiment, the hypocycloidal train comprises two stages of multiplication of cascade speeds, of which:
- 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 ;- a first stage comprising an input satellite gear rotatably mounted on the flange fixed around the input shaft, and an intermediate gear meshing with the input satellite gear;
- 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.- a second stage comprising an intermediate shaft fixed to the intermediate pinion of the first stage and rotatably mounted around the input shaft by means of third bearings, a satellite output pinion meshing with the central pinion fixed around the output shaft.
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.According to another embodiment, the hypocycloidal train further comprises a third cascade multiplier stage downstream of the second multiplication stage, the third stage comprising the output satellite pinion meshing with the central pinion fixed around the output shaft . This embodiment is particularly suitable for the case of a small diameter cutting tool, such as the central output pinion fixed around the output shaft can only have a reduced number of teeth.
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.Preferably, the multiplication ratio of the hypocycloidal train between the input shaft and the output shaft is determined as a function of the number of teeth of the central output pinion so that the number of tooth passages per orbital rotation of l the tool is between 50 and 70, preferably of the order of 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.Advantageously, the hypocycloidal train is dimensioned so that for a speed of rotation of the input shaft between 100 and 1000 rpm, the speed of rotation of the output shaft is between 1000 and 10 000 r / 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.The speed of rotation of the cutting tool is determined according to the material to be machined. The maximum output shaft rotation speeds can be in the order of 10,000 rpm for the machining of light materials.
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.Advantageously also, the head has a lubrication channel passing through the coupling socket, the support and the output shaft in order to supply the cutting tool with lubrication liquid from the connection of the electro-spindle of the robot arm, portable drilling unit or machine tool.
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.According to a particular embodiment, the head incorporates a machining spindle or electro-spindle arranged between the coupling socket and the input shaft, the spindle or electro-spindle being adapted to rotate the shaft d 'Entrance. Thus, the head directly integrates the means for ensuring the rotary drive of the tool.
ίοίο
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.According to another embodiment, the head further comprises a linear axis adapted to ensure the displacement of the cutting tool in the direction parallel to the axis X of rotation. This mode is particularly advantageous if the production equipment carrying the head does not have a linear advance working axis in a direction parallel to the X axis.
L’invention concerne également une utilisation de la tête telle que décrite précédemment pour réaliser un perçage orbital ou pour réaliser un usinage trochoïdal 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.The invention also relates to a use of the head as described above for carrying out an orbital drilling or for carrying out trochoidal machining from a robot arm, a portable drilling unit or a machine tool on which or which head is mounted.
Description détailléedetailed description
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 aux figures annexées parmi lesquelles :Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly on reading the detailed description of the invention given by way of illustration and not limitation, with reference to the appended figures among which:
- la figure 1 est une coupe longitudinale d’une tête de perçage orbital selon l’invention ;- Figure 1 is a longitudinal section of an orbital drilling head according to the invention;
- la figure 2 est une vue en perspective d’une tête selon l’invention en configuration montée sur une machine-outil ;- Figure 2 is a perspective view of a head according to the invention in configuration mounted on a machine tool;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d’un exemple d’usinage trochoïdal de rainures réalisé avec une tête selon l’invention ;- Figure 3 is a schematic perspective view of an example of trochoidal machining of grooves made with a head according to the invention;
- la figure 4 est vue schématique de dessus correspondant à la figure 3.- Figure 4 is a schematic top view corresponding to Figure 3.
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.In the following description and throughout the application, the terms "front" and "rear", "upstream" and "downstream" are to be understood with reference to the arrangement of the machining tool by relative to a robot arm, a portable drilling unit or a machine tool on which the drilling head according to the invention is mounted, and therefore relative to the part to be drilled.
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.Thus, the front or upstream end of the head according to the invention is the end closest to the cutting tool and therefore to the workpiece while the rear end is closer to the robot arm, the machine - tool or portable drilling unit.
Les termes « avance » et « recul » sont donc à considérer par rapport aux termes avant et arrière précités.The terms “advance” and “retreat” are therefore to be considered in relation to the above-mentioned front and rear terms.
La tête d’usinage orbital ou d’usinage trochoïdal 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 électro-broche, destiné à exécuter une ou plusieurs opérations d’usinage sur une pièce.The orbital or trochoidal machining head according to the invention represented in FIG. 1 and designated by the reference 1 firstly comprises, in its upstream part, a coupling socket 2 adapted to be coupled to the end free of a robot arm which incorporates an electro-spindle, intended to execute one or more machining operations on a part.
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.This coupling piece 2 can be coupled to any type of machining robot or to a portable drilling unit or to a machine tool, each of these production equipments incorporating an electro-spindle.
On veille dans le cadre de l’invention à ce que la liaison entre la prise 2 et l’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.It is ensured in the context of the invention that the connection between the socket 2 and the electro-spindle of the production equipment is very precise, in order to obtain the performance required in terms of rigidity and centering of the head 1.
La prise d’accouplement 2 est axisymétrique sur une majeure partie de sa hauteur autour de l’axe de rotation X correspondant à celui de l’électro-broche de l’équipement sur lequel la tête 1 selon l’invention est montée.The coupling 2 is axisymmetric over a major part of its height around the axis of rotation X corresponding to that of the electro-spindle of the equipment on which the head 1 according to the invention is mounted.
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 l’axe de rotation X2 est excentré d’une valeur e avec l’axe de rotation X.The head 2 is removably attached by an eccentric system to a support 3, part of which forms a shaft 31 of axis of rotation X2. Thus the axis of rotation X2 is offset by a value e with the axis of 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.The eccentric system consists of the downstream part 21 of the coupling socket. The annular downstream part 21 is centered on an axis XI which is eccentric by an eccentricity ei with respect to the axis 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.Screws 22 fix the annular part 21 to the support 3 by means of washers 23 which are shaped with a peripheral profile complementary to that of the annular part 21. Thus, as illustrated, the tightening of each screw 22 comes to tighten the annular part 21 between a washer 23 and the support 3.
L’arbre 31 du support d’axe X2 est quant à lui excentré par rapport à l’axe XI d’une excentration e2.The shaft 31 of the support of axis X2 is offset from the axis XI of an offset e 2 .
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.The eccentricity e of the axis X2 relative to the axis X defines the eccentricity of the machining tool relative to the axis of rotation of the electro-spindle of the production equipment. The values of the eccentricities ei and e 2 are fixed and determined by the dimensioning of the parts.
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.The eccentricity e of the machining tool is adjustable as follows: by loosening the screws 22, the coupling socket 2 and therefore its downstream part 22 can be rotated relative to the support 3. In other words, we modify the angular orientation of the annular part 22. This operation modifies the angular relationship between the axes X, XI and X2, and thereby the distance e between the axes X and X2. Once the value of the eccentricity has been set, which can be read in particular thanks to a graduated scale at the outer periphery of the part 22, the tightening of the screws 21 again causes the support to be pressed between the edges of the washers 23 and 22 and the tightening of the latter against the support 3.
A titre indicatif, l’excentricité peut être comprise entre 1 mm et 3 mm.As an indication, the eccentricity can be between 1 mm and 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.The downstream part of the drilling head 1 comprises a hypocycloidal train 4 forming a speed multiplier whose casing 40 which also forms the body of the head is connected to a fixed point of the production equipment, as detailed below. The inner periphery 41 of the housing 40 is toothed. The toothed ring 41 thus formed forms the outside sun gear of the 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.The speed multiplier 4 is intended to multiply the speed of rotation between its input shaft 42 and its output shaft 43 which carries the cutting tool O. In other words, the multiplier 4 makes it possible to multiply the speed of rotation of l machining tool O around its axis 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.The input shaft 42 which is hollow, is an extension of the shaft 31 or is coupled to the latter. Figure 1 shows the shafts 31 and 42 as two separate parts, which can be assembled by screwing or welding.
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.The input shaft 42 is rotatably mounted inside the casing 4 by means of bearings 51. The mounting of the bearings 51 is carried out with a negative operating clearance, that is to say a preload.
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.The output shaft 43 is rotatably mounted inside the input shaft 42 by means of bearings 52, which are preferably also preloaded.
Une bride 44 est fixée autour de l’arbre d’entrée 42.A flange 44 is fixed around the input shaft 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.A first satellite pinion 45 is mounted in rotation on this flange 44. This first satellite pinion 45 meshes on the one hand with the ring gear 41 and on the other hand with an intermediate pinion 46 fixed on the upstream part of an intermediate shaft 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.This intermediate shaft 47 is rotatably mounted around the input shaft 42 by means of bearings 53, which are also preferably preloaded.
Un deuxième pignon satellite 48 est monté en rotation sur la partie aval de l’arbre intermédiaire 47.A second satellite pinion 48 is mounted for rotation on the downstream part of the intermediate shaft 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.This second satellite pinion 48 meshes on the one hand with the ring gear 41 and on the other hand with a central output pinion 49 fixed around the output shaft 43. The fixing of the central pinion 49 on the output shaft 43 just like that of the flange 44 on the input shaft 42 is preferably made by hooping F or by a mechanical fixing.
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.The flange 44, the first satellite pinion 45 and the intermediate pinion 46 constitutes, with the ring gear 41, a first multiplication stage 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.The intermediate shaft 47, the second planet gear 48 and the central output gear 49 constitute, with the toothed ring 41, a second multiplication stage E2 in cascade with the first 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.As an indicative example, for a cutting tool O with a diameter of 10 mm, a total multiplication ratio of the order of 10 can be provided with a ratio of 2.5 for the first stage El and equal to 4 for the second stage E2.
Lin 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.A 10 mm diameter cutting tool can indeed have six teeth: with a multiplication factor of the speed of rotation equal to 10, we therefore obtain sixty tooth passages per revolution of the electro-spindle shaft. Indeed, the surface condition of the bore to be obtained by the orbital drilling which is linked to the degree of roughness in turn depends on the frequency of passage of the tooth. From the experience of the inventors, a ratio of 60 is quite adequate.
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 l’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.To block in rotation the casing 40 of the speed multiplier and therefore the ring gear 41, a connecting rod 6 is linked by one of its ends to the casing 40 and by the other to a fixed point of the body of the electro-spindle or of production equipment. As illustrated, the arrangement of this rod 7 advantageously allows the clearance necessary for the operation of the eccentric system described above.
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.The advance of the machining tool O is obtained by the working axes of the production equipment either by an axis dedicated to this function, or, in the absence of such a linear advance axis, by a coordinated movement of the work axes.
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 l’électrobroche jusqu’à l’outil d’usinage O.As illustrated, a central channel 7 produced through the coupling socket 2 of the support 3 and the output shaft 43, allows the passage of lubricant from the electrospindle to the machining tool O.
D’autres variantes et avantages de l’invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l’invention.Other variants and advantages of the invention can be achieved without departing from the scope of the 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 l’ordre de 10 mm.For example, the hypocycloidal train 4 illustrated comprises two multiplication stages El, E2 in cascade which are perfectly suitable for rotating a cutting tool O with a diameter of the order of 10 mm at desirable speeds.
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.A tool with a diameter less than 10 mm can be rotated with a reduced number of teeth compared to a tool with a diameter of 10 mm. It can then be envisaged to add an additional stage to the speed multiplier 4, in cascade with the stages El, E2 in order to increase the multiplication ratio.
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.On the contrary, a tool with a diameter greater than 10 mm can have a greater number of teeth. In this case, it is possible to remove a stage from the speed multiplier 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 10 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.The machining tool O can preferably be mounted / dismounted manually from the tool attachment which carries it in the output shaft 43. The mounting of the tool in its attachment can be done by shrinking, by means of '' clamping by pliers or any other device. The machining tool is preferably a two-size type cutter.
On a représenté en figure 2 une tête selon l’invention telle qu’elle est montée sur une machine-outil standard.There is shown in Figure 2 a head according to the invention as it is mounted on a standard machine tool.
Avec une fraise standard 8, la tête 1 selon l’invention permet de réaliser 15 aisément des rainures R dans une pièce P en titane selon une trajectoire trochoïde T comme montré en figures 3 et 4.With a standard cutter 8, the head 1 according to the invention makes it possible to easily produce grooves R in a piece P of titanium according to a trochoid trajectory T as shown in FIGS. 3 and 4.
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.The invention is not limited to the examples which have just been described; one can in particular combine together characteristics of the examples illustrated within variants not illustrated.
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| FR3066420B1 (en) | 2019-07-05 |
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