WO2007051839A1 - Dispositif de perçage à oscillations axiales - Google Patents

Dispositif de perçage à oscillations axiales Download PDF

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WO2007051839A1
WO2007051839A1 PCT/EP2006/068075 EP2006068075W WO2007051839A1 WO 2007051839 A1 WO2007051839 A1 WO 2007051839A1 EP 2006068075 W EP2006068075 W EP 2006068075W WO 2007051839 A1 WO2007051839 A1 WO 2007051839A1
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WO
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output shaft
gear
gear wheel
shaft
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/068075
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English (en)
Inventor
George Florin Moraru
Daniel Brun-Picard
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Universite Paul Cezanne D'aix Marseille Iii
Ecole Nationale Superieure D'arts Et Metiers (Ensam)
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Publication date
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/32—Feeding working-spindles
    • B23Q5/326—Feeding working-spindles screw-operated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B35/00—Methods for boring or drilling, or for working essentially requiring the use of boring or drilling machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B45/008—Gear boxes, clutches, bearings, feeding mechanisms or like equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
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    • B23B47/34—Arrangements for removing chips out of the holes made; Chip- breaking arrangements attached to the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q5/38—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously
    • B23Q5/40—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously by feed shaft, e.g. lead screw
    • B23Q5/402—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously by feed shaft, e.g. lead screw in which screw or nut can both be driven

Definitions

  • the present invention relates to the field of machining operations of parts, such as holes, and particularly deep holes.
  • Drilling is one of the most commonly used machining operations in the industry and represents a significant part of the actual work time devoted to the production of mechanical parts.
  • the evacuation of chips formed during drilling is a limiting aspect for many operations, particularly with regard to the production of deep holes. Chip jamming can cause breakage or pronounced wear of the drill tool or a significant drop in productivity, including the imposed limitation of cutting parameters such as rotational speed or feed rate.
  • Drilling units are also known comprising cam mechanisms, hydraulic mechanisms or even elastic mechanisms to impose oscillations to the tool during drilling.
  • cam mechanisms comprising cam mechanisms, hydraulic mechanisms or even elastic mechanisms to impose oscillations to the tool during drilling.
  • these axial oscillations vary the thickness of the chips, thereby allowing their fragmentation and evacuation. Nevertheless, such mechanisms are complex, cumbersome and difficult to adapt.
  • An object of the present invention is therefore to provide an improved drilling unit for chip fragmentation during drilling.
  • Another object of the present invention is to provide a drilling unit for solving at least one of the aforementioned drawbacks.
  • a device for controlling a drilling tool comprising an input transmission shaft and an output transmission shaft adapted to be coupled to the tool, the input shafts. and output being coupled together by means of coupling means adapted to transform a rotational movement of the input shaft into a translation movement of the output shaft along a longitudinal axis of the output shaft characterized in that the coupling means comprises gear means adapted to transform the rotational movement of the input shaft into a translation movement composed of the output shaft comprising a uniform translational component according to the axis and an oscillation component along the axis.
  • the gear means comprises a driving gear wheel coupled to the input shaft and a driven gear wheel coupled to the output shaft, the driving and driven gear wheels having a transmission ratio varying from during the rotation of the input shaft, this transmission ratio may also have an average value over a turn of the input shaft which is equal to an integer or the inverse of an integer;
  • the gear means comprises at least one gear wheel with a non-circular primitive for varying the gear ratio; the gear wheel with a non-circular primitive meshes with a gear wheel of the gear means, this gear wheel having a primitive with a non-circular conjugate profile so that the gear between these two gear wheels with non-circular primitives remain continuous;
  • the gear means comprises at least one gear wheel with an eccentric axis of rotation to vary the gear ratio; the gear wheel with an eccentric axis of rotation meshes with a gear wheel of the gear means, also having an eccentric axis of rotation so that the gear between these two eccentric axes of rotation wheels remains continuous;
  • the driven gear wheel coupled to the output shaft comprises a thread intended to cooperate with a threading provided on the output shaft, so that a rotation of the driven gear wheel causes the compound translational movement;
  • the output shaft can be fixed to a connecting shaft, in which case the driven gear wheel comprises a thread intended to cooperate with a thread provided on the connecting shaft fixed to the output shaft, so that a rotation of the driven gear wheel causes the translational movement composed of the output shaft;
  • the control device may further comprise means for rotating the output shaft about the axis, the number of oscillations along the axis per revolution of the output shaft being non-integer;
  • the coupling means comprise a second gear means, the second gear means being the means for rotating the output shaft from the rotational movement of the input shaft;
  • the second gear means comprises a driven gear wheel which is coupled to the output shaft so as to allow translation movement along the axis of the output shaft relative to the driven gear wheel of the output shaft;
  • a drilling unit comprising a drilling tool and a control device according to the invention for controlling the drilling tool.
  • FIG. 1 is an illustration of the kinematics of the device of FIG. drilling tool control according to a first embodiment of the invention
  • Figures 2a and 2b show a first example of non-circular primitives gear wheels of the control device according to the invention
  • FIGS. 3a and 3b show a second example of non-circular gear wheel primitives of the control device according to the invention
  • FIG. 4 is an illustration of the kinematics of the drilling tool control device according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a front view of a drilling unit comprising a drilling tool control device according to the second embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a section of the drilling unit along the broken line A-A of Figure 5;
  • FIG. 7 is an illustration of the kinematics of the drilling tool control device according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 8 is an illustration of the kinematics of the piercing tool controller according to a fourth embodiment of the invention;
  • Fig. 9 is an illustration of the kinematics of the piercing tool controller according to a fifth embodiment of the invention.
  • the chips that form during the drilling of a material, with a drilling unit, can be evacuated much more easily if they break up at the same time as they form. This fragmentation is possible if the drilling tool, coupled to the drilling unit and comprising for example a drill, follows an oscillating advance movement, obtained by the superposition of a constant speed movement and a oscillating movement.
  • the drilling unit according to the invention comprises a device for controlling the drilling tool, this control device being characterized by a kinematic chain which is capable of generating an oscillating advance movement of the drilling tool from a rotational movement of the drive shaft of the drilling unit.
  • This kinematic solution relies on the use of variable transmission ratio gear means.
  • This gear means is operable to couple an input drive shaft of the drilling unit to an output transmission shaft, so that the variable rotational movement generated from a rotational movement of the input transmission shaft due to the variable transmission ratio, is converted into an oscillating forward motion of the output transmission shaft.
  • the transmission ratio between a driving gearwheel and a driven gearwheel is denoted uk, and its reverse.
  • FIG. 1 represents a kinematic diagram of the control device according to one embodiment of the invention, and in particular coupling means comprising a gear means 1 making it possible to transform the rotational movement of the input transmission shaft 2 in an oscillating advance movement of the output transmission shaft 3.
  • This gear means 1 comprises a driving gear wheel
  • the gear means is provided so that the transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear wheel 4 varies during the rotational movement of the input shaft 2.
  • the gear means 1 can be adapted so that the transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear 4 has a mean value over a turn of the corresponding input shaft 4. to an integer or the opposite of an integer.
  • variable transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear wheel 4 is obtained by the use of one or more gear wheels having a primitive not circular. It is also conceivable to use one or more gear wheels comprising an eccentric axis of rotation.
  • the control device illustrated in FIG. 1 comprises a gear means 1 whose variable transmission ratio is obtained by the use of the variation gear wheels 6 and 7 which each have non-circular primitives. Conjugated non-circular primitives will be selected so that the gear between these two wheels is continuous over time.
  • Such closed non-circular closed primitives for the variable gear wheels 6 and 7 make it possible to have a transmission ratio, denoted M 3 , between these two wheels that varies over time.
  • These closed non-circular primitives may be selected so that the transmission ratio M 3 has an average value over a turn of the input shaft 2 equal to an integer or the inverse of a whole number .
  • Figures 2a-2b and 3a-3b show non-circular primitives P6 and P7 that could be selected for the variation gear wheels 6 and 7.
  • first intermediate gearwheel 8 fixed on a first intermediate shaft 9 is also provided, on which the variation gearwheel 7 is also fixed.
  • second intermediate gearwheel 10 fixed to a second intermediate shaft 11 to which is also attached the variation gear wheel 6.
  • the first and second intermediate shafts 9 and 11 are coupled to the control device via pivot connections, respectively denoted 12 and 13.
  • the first and second intermediate gear wheels 8 and 10 respectively make it possible to engage the driving gear wheel 4 and driven gear wheel 5.
  • the driven gearwheel 5 of the gear means 1 is coupled to the output shaft 3 via a helical link 14.
  • This helical linkage 14 thus makes it possible to transform the variable rotation movement of the gearwheel. driven gear 5 relative to the output shaft 3 in a corresponding variable translation movement of the output shaft 3.
  • the oscillating advance movement of the output shaft 3 can indeed be considered as a movement of compound translation comprising a uniform translational component along the axis of the output shaft 3, that is to say a rectilinear translational component with a constant or quasi-constant speed, and an oscillation component along the axis of the output shaft 3.
  • the output shaft 3 may also be rotated about its longitudinal axis. In this case, the rotation speed of the output shaft 3 enters into the calculation of its feedrate because the helical linkage 14 will transform the relative rotational movement between the driven gearwheel 5 and the drive shaft. output 3 in a translation movement.
  • the device control device may therefore include a means specifically for putting the output shaft 3 in rotation, but it may also include a coupling means adapted to put the output shaft 3 in rotation.
  • the coupling means of the control device further comprise a second gear means 15 which makes it possible to transform the rotational movement of the input shaft 2 into a gear. rotational movement of the output shaft 3.
  • a driving gear wheel 16 on the input shaft 2 meshing with a driven gear wheel 17 coupled to the output shaft 3 so that a rotation of the input shaft 2 causes rotation of the driving gear wheel 16 and consequently a rotation of the driven gear wheel 17.
  • the driven gear wheel 17 is coupled to the output shaft 3 by a slide linkage 18 so that rotation of the driven gearwheel 17 causes rotation of the output shaft 3, while still allowing translation of the output shaft output 3 relative to the driven gear wheel 17.
  • the gear means 1 and 15 are dimensioned according to the feed parameters and axial oscillations allowing, when the output shaft is coupled to a drilling tool (comprising for example a drill), effective fragmentation of the chips. generated by drilling. It may even be envisaged to size the control devices so as to cause a periodic interruption of the cut by the output of the piercing tool of the material to be pierced.
  • a drilling tool comprising for example a drill
  • variation gear wheels 6 and 7 are dimensioned and arranged so that the transmission ratio M 3 is variable and has an average value equal to an integer or the inverse of a whole number. .
  • T 3 I with ⁇ the rotation angle of the variation gear wheel 7 and ⁇ a constant, relatively low grip, defining the amplitude of the variation of the inverse transmission ratio z 3 .
  • the symbol z 3 denotes the average value over one revolution of the inverse transmission ratio z 3 .
  • the feedrate Va of the output shaft 3 can be written:
  • A is defined as the amplitude of the oscillations added to the motion
  • a conventional piercing unit is generally characterized by a piercing tool having an advance of about 0.05 mm per revolution of the drill, with a helical link having a pitch of about 2 mm.
  • ⁇ is chosen so as to obtain a correlation between the frequency of axial oscillations and the rotation frequency so that fragmentation of the chips is possible.
  • variation gear wheels 6 and 7 with non-circular conjugate primitives such as:
  • a is chosen so that fragmentation of the chip is feasible for a given ratio ⁇ .
  • a value of a adapted one can for example refer to the publication Study of the behavior of the system "Piece-Tool-Machine" in regime of cut vibratory [Thesis of Doctorate - National School of Arts and Crafts - ENSAM (2002)] G. Moraru.
  • FIG. 4 illustrates a control device according to another embodiment of the invention. Indeed, this control device operates according to the alternative kinematic diagram illustrated in FIG.
  • This kinematic solution has the same characteristics as that illustrated in FIG. 1, in that it makes it possible in particular to transform the rotational movement of the input shaft 102 into an oscillating advance movement of the output shaft 103. , which is also rotated.
  • the unit gear of the first gear means 1 (consisting of the gear wheels 4 and 8) has been removed.
  • the variation gear wheel 107 henceforth also plays the role of driving wheel.
  • a third intermediate gear wheel 120 has been interposed between the second intermediate gear wheel 110 and the first driven gear wheel 105, so that the first driven gear wheel 105 rotates in the same gear. meaning that the second gear wheel conducted 117.
  • control device corresponding to the kinematic solution of FIG. 4 can therefore be physically designed on the basis of the kinematic and structural parameters theoretically calculated for the kinematic solution of FIG.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate a drilling unit comprising the control device corresponding to the kinematic diagram of FIG. 4.
  • FIGS. 5 and 6 respectively show a front view and a sectional view of a drilling unit 30 consisting of a casing 31 enclosing the control device according to the embodiment of the invention in accordance with the kinematic solution of FIG. figure 4.
  • the input shaft 32 of the drilling unit is rotated via a motor (not shown).
  • a motor not shown
  • On this input shaft 32 are fixed two toothed gear wheels (use key fasteners not shown), namely the toothed gear wheel 33 which has a non-circular primitive and which corresponds to the gear wheel of variation 107 of the kinematic diagram of FIG. 4, and a toothed gear wheel 34, having 40 teeth, and corresponding to the second gear wheel
  • FIG. 4 shows the driving gear 116 of the kinematic diagram.
  • These two toothed gear wheels 33 and 34 are the driving gear wheels respectively of the first and second gearing means of the control device of the invention, which make it possible to implement movement of the driven gearwheels, respectively the toothed gearwheels 35 and 36, so that the output shaft 37 has a rotational movement and an oscillating forward movement.
  • the drilling unit 30 will be able to break up the chips formed during the drilling of a hole.
  • the toothed gear 34 meshes directly with the toothed gear wheel 36, which has 32 teeth.
  • This toothed gear wheel 36 is fixed to a spline ring 38, this splined ring 38 surrounding the output shaft 37 which is also splined, so that only a translational movement along the longitudinal axis of the spline shaft outlet 37 with respect to the fluted ring 38 is possible.
  • this splined ring 38 is coupled to the housing 31 of the piercing unit via a pivot connection, so that the rotational movement of the toothed gear wheel 36 causes the fluted ring to rotate. 38 which in turn allows the output shaft 37 to rotate about its longitudinal axis by means of the splines of the output shaft 37 and the fluted collar 38.
  • the toothed gear wheel 33 is provided for meshing with another toothed gear wheel having a non-circular primitive, namely the toothed gear wheel 39 which corresponds to the variation gear wheel 106 of the solution. 4.
  • the toothed gear wheels 33 and 39 have primitives as illustrated in FIGS. 3a and 3b.
  • the toothed gear wheel 39 is fixed on an intermediate shaft 40 which is itself coupled to the housing 31 of the drilling unit 30 by a pivot connection.
  • On this intermediate shaft 40 is also fixed a toothed gear wheel 41, comprising 41 teeth, which makes it possible to rotating the toothed gear wheel 35 via an intermediate gear wheel 42, this intermediate gear wheel 42 acting as the third intermediate gear wheel 120 of the kinematic solution of FIG. 4.
  • a toothed gear wheel 42 comprising 24 teeth has been chosen.
  • rotation of the intermediate shaft 40 causes rotation of the toothed gear wheel 41 which then sets the toothed gear 35 in rotation through the intermediate gearwheel 42.
  • the gearwheel toothed gear 35 is coupled to a threaded ring 43, this threaded ring 43 surrounding the output shaft 37 which is provided with a thread on its outer surface at the level of the threaded ring 43, so that a rotation of the Threaded ring 43 causes a longitudinal translation movement of the output shaft 37.
  • the rotation of the toothed gear wheel 35 causes a translation of the output shaft 37 by the action of the thread of the threaded ring 43
  • the output shaft 37 is splined over its entire outer surface, and it is further provided, at the threaded ring 43, a thread on the same outer surface.
  • an output shaft 37 which will only be partially splined and which will therefore be provided, at the level of the threaded ring 43, on its outer surface with a threaded portion alone. This separation of the grooved portion and the threaded portion of the output shaft 43 increases the bearing capacity of the two links.
  • Such a device can very easily be produced physically by inverting the proposed solutions for the control device according to the kinematic solution of FIG. 4.
  • FIG. 8 illustrates a kinematic solution for a control device according to a fourth embodiment of the invention. This kinematic solution is once again very close to that illustrated in FIG.
  • the helical connection 114 puts the output shaft 103 in translation through a connecting shaft 123, which the output shaft 103 passes longitudinally, and inside which the output shaft 103 can not rotate.
  • the driven gearwheel 105 and the linkage shaft 123 are helically coupled to transform the rotational movement of the driven gearwheel 105 into translational movement of the linkage shaft 123 through the use of conjugated threads for example.
  • the translation of the connecting shaft 123 puts the output shaft 103 in translation also.
  • This solution allows easy machining of parts.
  • the actual separation of the threads and splines increases the bearing capacity of these links.
  • FIG. 9 illustrates a kinematic solution for a control device according to a fifth embodiment of the invention, this kinematic solution only once again differing very slightly from that illustrated in FIG. 4.
  • an intermediate gear wheel 124 is interposed. enter here second driving gear wheel 116 and the second driven gear wheel 117 so that the first driven gear wheel 105 and the second driven gear wheel 117 rotate in the same direction. It should be noted that in order to maintain the direction of rotation of the output shaft 103, it is necessary to reverse the direction of rotation of the input shaft 102 with respect to the embodiment of FIG. 4.
  • This solution has the advantage of minimizing the moment of inertia of the elements driven by the variable gear wheels 106 and 107, each having non-circular primitives.
  • the gear wheels of variation 106 and 107 to non-circular primitive impose a rotation speed variation, and therefore cause successive acceleration and deceleration.
  • the force passing through these gear wheels of variation 106 and 107 to noncircular primitive is proportional to the moment of total inertia (brought to the intermediate shaft 111) of the elements which are driven in the movement.
  • only two gears are used downstream of the non-circular primitive gear wheels, instead of three in the kinematic solution of FIG. 4, which makes it possible to reduce the overall moment of inertia.
  • control device makes it possible to meet the requirements for chip evacuation in a wide range of applications (drilling in the full boreholes with pre-holes , twist drill, holes and bore 3/4, etc.). Its scope can thus extend to many areas of industry (naval, automotive, aerospace, medical, etc.).
  • the drill tool control device of the invention can be adapted to any type of drilling unit, automatic or not, portable or not, etc. It will be particularly interesting for drilling deep holes in difficult materials.
  • control device of the invention allows other movements of the output shaft and therefore the associated drilling tool.
  • it can for example be adapted so that it can further allow a recoil movement of the drilling tool, at higher speed, for a gain in productivity.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande d'un outil de perçage, comprenant un arbre de transmission d'entrée (2) et un arbre de transmission de sortie (3) apte à être couplé à l'outil, les arbres d'entrée (2) et de sortie (3) étant couplés entre eux par l'intermédiaire de moyens de couplage aptes à transformer un mouvement de rotation de l'arbre d'entrée (2) en un mouvement de translation de l'arbre de sortie (3) selon un axe longitudinal de l'arbre de sortie (3), caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un moyen d'engrenage (1 ) apte à transformer le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée (2) en un mouvement de translation composé de l'arbre de sortie (3) comprenant une composante de translation uniforme selon l'axe et une composante d'oscillation selon l'axe.

Description

Dispositif de perçage à oscillations axiales
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des opérations d'usinage de pièces, telles que des perçages, et notamment des perçages de grande profondeur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le perçage est l'une des opérations d'usinage les plus utilisées dans l'industrie et représente une part importante du temps effectif de travail consacré à la réalisation de pièces mécaniques. L'évacuation des copeaux formés lors du perçage est un aspect limitatif pour beaucoup d'opérations, notamment en ce qui concerne la réalisation des trous profonds. Le bourrage des copeaux peut provoquer la casse ou une usure prononcée de l'outil de perçage ou une baisse importante de productivité, notamment par la limitation imposée de paramètres de coupe comme la vitesse de rotation ou la vitesse d'avance.
Il existe plusieurs solutions permettant de résoudre ce problème d'évacuation des copeaux. Ces solutions peuvent être liées à des utilisations particulières de la machine qu'on appelle unité de perçage (paramètres de coupe, cycle de débourrage, lubrification de l'alésage) mais sont plus souvent liées à des modifications structurelles de l'outil de perçage commandé par l'unité de perçage.
C'est ainsi qu'il est possible de modifier la géométrie de l'outil de perçage, tel qu'un foret, pour qu'il induise une fragmentation des copeaux lors de leur formation. Cette solution présente néanmoins des inconvénients liés à sa spécificité. En effet, modifier la géométrie de l'outil ne sera possible que pour des forets présentant un diamètre relativement grand, et une telle solution n'est par ailleurs que faiblement efficace pour des alliages ductiles. On connaît également des unités de perçage comprenant des mécanismes à cames, des mécanismes hydrauliques ou encore des mécanismes élastiques pour imposer des oscillations à l'outil lors du perçage. Ainsi, lors de l'avance de l'outil de perçage, ces oscillations axiales font varier l'épaisseur des copeaux, permettant de ce fait leur fragmentation et leur évacuation. Néanmoins, de tels mécanismes sont complexes, encombrants et difficilement adaptables. En outre, ils sont souvent disposés dans un porte-outil permettant de coupler l'unité de perçage à l'outil de perçage, ce qui réduit la durée de vie et la fiabilité des mécanismes utilisés, du fait notamment des chocs importants subis, et donc la fiabilité des unités de perçage utilisées. Un but de la présente invention est donc de proposer une unité de perçage améliorée permettant une fragmentation des copeaux lors du perçage.
Un autre but de la présente invention est de fournir une unité de perçage permettant de résoudre au moins l'un des inconvénients précités.
EXPOSE DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit selon l'invention un dispositif de commande d'un outil de perçage, comprenant un arbre de transmission d'entrée et un arbre de transmission de sortie apte à être couplé à l'outil, les arbres d'entrée et de sortie étant couplés entre eux par l'intermédiaire de moyens de couplage aptes à transformer un mouvement de rotation de l'arbre d'entrée en un mouvement de translation de l'arbre de sortie selon un axe longitudinal de l'arbre de sortie, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un moyen d'engrenage apte à transformer le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée en un mouvement de translation composé de l'arbre de sortie comprenant une composante de translation uniforme selon l'axe et une composante d'oscillation selon l'axe.
Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif de commande selon l'invention sont les suivants : le moyen d'engrenage comprend une roue d'engrenage menante couplée à l'arbre d'entrée et une roue d'engrenage menée couplée à l'arbre de sortie, les roues d'engrenage menante et menée présentant un rapport de transmission variant au cours de la rotation de l'arbre d'entrée, ce rapport de transmission pouvant également avoir une valeur moyenne sur un tour de l'arbre d'entrée qui est égal à un nombre entier ou à l'inverse d'un nombre entier ;
- le moyen d'engrenage comprend au moins une roue d'engrenage avec une primitive non circulaire pour faire varier le rapport de transmission ; la roue d'engrenage avec une primitive non circulaire engrène une roue d'engrenage du moyen d'engrenage, cette roue d'engrenage ayant une primitive avec un profil non circulaire conjugué de sorte que l'engrenage entre ces deux roues d'engrenage avec des primitives non circulaires reste continu ;
- le moyen d'engrenage comprend au moins une roue d'engrenage avec un axe de rotation excentré pour faire varier le rapport de transmission ; la roue d'engrenage avec un axe de rotation excentré engrène une roue d'engrenage du moyen d'engrenage, ayant également un axe de rotation excentré de sorte que l'engrenage entre ces deux roues à axes de rotation excentrés reste continu ;
- la roue d'engrenage menée couplée à l'arbre de sortie comprend un filetage destiné à coopérer avec un filetage prévu sur l'arbre de sortie, de sorte qu'une rotation de la roue d'engrenage menée entraîne le mouvement de translation composé de l'arbre de sortie ; l'arbre de sortie peut être fixé à un arbre de liaison, auquel cas la roue d'engrenage menée comprend un filetage destiné à coopérer avec un filetage prévu sur l'arbre de liaison fixé à l'arbre de sortie, de sorte qu'une rotation de la roue d'engrenage menée entraîne le mouvement de translation composé de l'arbre de sortie ; le dispositif de commande peut en outre comprendre un moyen pour mettre en rotation l'arbre de sortie autour de l'axe, le nombre d'oscillations selon l'axe par tour de l'arbre de sortie pouvant être non entier ; - les moyens de couplage comprennent un deuxième moyen d'engrenage, le deuxième moyen d'engrenage étant le moyen pour mettre en rotation l'arbre de sortie, à partir du mouvement de rotation de l'arbre d'entrée ; le deuxième moyen d'engrenage comprend une roue d'engrenage menée qui est couplée à l'arbre de sortie de manière à autoriser un mouvement de translation selon l'axe de l'arbre de sortie par rapport à la roue d'engrenage menée du deuxième moyen d'engrenage ; - la roue d'engrenage menée du deuxième moyen d'engrenage et l'arbre de sortie sont pourvus de cannelures aptes à coopérer pour autoriser le mouvement de translation selon l'axe de l'arbre de sortie par rapport à la roue d'engrenage menée du deuxième moyen d'engrenage.
On prévoit également une unité de perçage comprenant un outil de perçage et un dispositif de commande selon l'invention pour commander l'outil de perçage.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une illustration de la cinématique du dispositif de commande d'outil de perçage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 2a et 2b représentent un premier exemple de primitives non circulaires de roues d'engrenage du dispositif de commande selon l'invention ; les figures 3a et 3b représentent un deuxième exemple de primitives non circulaires de roues d'engrenage du dispositif de commande selon l'invention ;
- la figure 4 est une illustration de la cinématique du dispositif de commande d'outil de perçage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de face d'une unité de perçage comprenant un dispositif de commande d'outil de perçage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 est une coupe de l'unité de perçage selon la ligne brisée A-A de la figure 5 ; - la figure 7 est une illustration de la cinématique du dispositif de commande d'outil de perçage selon un troisième mode de réalisation de l'invention. la figure 8 est une illustration de la cinématique du dispositif de commande d'outil de perçage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; la figure 9 est une illustration de la cinématique du dispositif de commande d'outil de perçage selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Les copeaux qui se forment au cours du perçage d'un matériau, avec une unité de perçage, peuvent être évacués beaucoup plus facilement si ces derniers se fragmentent en même temps qu'ils se forment. Cette fragmentation est possible si l'outil de perçage, couplé à l'unité de perçage et comprenant par exemple un foret, suit un mouvement d'avance oscillant, obtenu par la superposition d'un mouvement à vitesse constante et d'un mouvement oscillant. L'unité de perçage selon l'invention comprend un dispositif de commande de l'outil de perçage, ce dispositif de commande étant caractérisé par une chaîne cinématique qui est capable de générer un mouvement d'avance oscillant de l'outil de perçage à partir d'un mouvement de rotation de l'arbre moteur de l'unité de perçage.
Cette solution cinématique repose sur l'utilisation d'un moyen d'engrenage à rapport de transmission variable. Ce moyen d'engrenage permet de coupler un arbre de transmission d'entrée de l'unité de perçage à un arbre de transmission de sortie, de sorte que le mouvement de rotation variable, généré à partir d'un mouvement de rotation de l'arbre de transmission d'entrée du fait du rapport de transmission variable, est transformé en un mouvement d'avance oscillant de l'arbre de transmission de sortie.
Dans l'ensemble de la description, on note uk le rapport de transmission entre une roue d'engrenage menante et une roue d'engrenage menée, et ik son inverse. Conformément à la notation généralement utilisée, le rapport de transmission uk est défini comme le quotient entre la vitesse de rotation de la roue d'engrenage menante et la vitesse de rotation de la roue d'engrenage menée, et donc : 1 ω m. enante uk = — =
^k ^ menée
La figure 1 représente un schéma cinématique du dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention, et notamment des moyens de couplage comprenant un moyen d'engrenage 1 permettant de transformer le mouvement de rotation de l'arbre de transmission d'entrée 2 en un mouvement d'avance oscillant de l'arbre de transmission de sortie 3.
Ce moyen d'engrenage 1 comprend une roue d'engrenage menante
4 couplée à l'arbre d'entrée 2 et permettant d'engrener une roue d'engrenage menée 5 couplée à l'arbre de sortie 3. Le moyen d'engrenage est prévu pour que le rapport de transmission entre la roue d'engrenage menée 5 et la roue d'engrenage menante 4 varie au cours du mouvement de rotation de l'arbre d'entrée 2.
En outre, le moyen d'engrenage 1 peut être adapté pour que le rapport de transmission entre la roue d'engrenage menée 5 et la roue d'engrenage menante 4 ait une valeur moyenne sur un tour de l'arbre d'entrée 4 correspondant à un nombre entier ou à l'inverse d'un nombre entier.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le rapport de transmission variable entre la roue d'engrenage menée 5 et la roue d'engrenage menante 4 est obtenu par l'utilisation d'une ou plusieurs roues d'engrenage ayant une primitive non circulaire. On peut également envisager d'utiliser une ou plusieurs roues d'engrenage comprenant un axe de rotation excentré.
Le dispositif de commande illustré à la figure 1 comprend un moyen d'engrenage 1 dont le rapport de transmission variable est obtenu par l'utilisation des roues d'engrenage de variation 6 et 7 qui possèdent chacune des primitives non circulaires. On choisira des primitives non circulaires conjuguées fermées pour que l'engrenage entre ces deux roues soit continu au cours du temps.
De telles primitives non circulaires conjuguées fermées pour les roues d'engrenage de variation 6 et 7 permettent d'avoir un rapport de transmission, noté M3, entre ces deux roues variable au cours du temps. On pourra choisir ces primitives non circulaires conjuguées fermées de façon à ce que le rapport de transmission M3 ait une valeur moyenne sur un tour de l'arbre d'entrée 2 égale à un nombre entier ou à l'inverse d'un nombre entier.
Les figures 2a-2b et 3a-3b représentent des primitives non circulaires P6 et P7 qui pourraient être choisies pour les roues d'engrenage de variation 6 et 7. Sur les figures 2a-2b, les primitives P6 et P7 sont telles que le rapport de transmission inverse h entre les roues d'engrenage de variation soit égal à i3 = 1 + 0,4. cos(θ ) , les roues d'engrenages représentées à la figure 2b comprenant chacune 30 dents et θ désignant l'angle de rotation de la roue d'engrenage de variation 7. Sur les figures 3a- 3b, les primitives P6 et P7 sont telles que le rapport de transmission inverse h entre les roues d'engrenage de variation soit égal à i3 = 1 + 0,1. cos(θ ) , les roues d'engrenages représentées à la figure 3b comprenant chacune 30 dents. Même si les valeurs utilisées sur ces exemples pour l'amplitude de variation et le nombre de dents sont purement illustratives et non limitatives, on notera que des amplitudes de variation de l'ordre de 0,1 seront préférées. En outre, si les primitives non circulaires correspondent, sur ces exemples, à des variations sinusoïdales des rapports de transmission inverses /3 autour d'une valeur moyenne, elles pourraient également être choisis non sinusoïdales.
Dans le moyen d'engrenage 1 illustré à la figure 1 , on prévoit en outre une première roue d'engrenage intermédiaire 8 fixée sur un premier arbre intermédiaire 9 sur lequel est également fixée la roue d'engrenage de variation 7. On prévoit également une deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10 fixée quant à elle sur un deuxième arbre intermédiaire 11 auquel est également fixée la roue d'engrenage de variation 6.
Les premier et deuxième arbres intermédiaires 9 et 11 sont couplés au dispositif de commande par l'intermédiaire de liaisons pivot, respectivement notées 12 et 13. Les première et deuxième roues d'engrenage intermédiaires 8 et 10 permettent quant à elles d'engrener respectivement la roue d'engrenage menante 4 et la roue d'engrenage menée 5.
La roue d'engrenage menante 4 étant fixée à l'arbre d'entrée 2, un mouvement de rotation de l'arbre d'entrée 2 entraîne une rotation de la roue d'engrenage menante 4 qui engrène de ce fait la première roue d'engrenage intermédiaire 8. La rotation de cette première roue intermédiaire d'engrenage 8 entraîne la rotation du premier arbre intermédiaire 9 par rapport au dispositif de commande et donc, par conséquent, la rotation de la roue d'engrenage de variation 7. Le mouvement de rotation de la roue d'engrenage de variation 7 entraîne une rotation de la roue d'engrenage de variation 6. Le deuxième arbre intermédiaire 11 est par conséquent également mis en rotation, mais avec une vitesse de rotation variable du fait de la géométrie des roues d'engrenage de variation 6 et 7. Enfin, la rotation du deuxième arbre intermédiaire 11 entraîne la rotation de la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10, qui à son tour engrène la roue d'engrenage menée 5, toujours selon une vitesse de rotation variable.
La roue d'engrenage menée 5 du moyen d'engrenage 1 est couplée à l'arbre de sortie 3 par l'intermédiaire d'une liaison hélicoïdale 14. Cette liaison hélicoïdale 14 permet ainsi de transformer le mouvement de rotation variable de la roue d'engrenage menée 5 par rapport à l'arbre de sortie 3 en un mouvement de translation variable correspondant de l'arbre de sortie 3. Le mouvement d'avance oscillant de l'arbre de sortie 3 peut en effet être considéré comme un mouvement de translation composée comprenant une composante de translation uniforme selon l'axe de l'arbre de sortie 3, c'est à dire une composante de translation rectiligne à vitesse constante ou quasi constante, et une composante d'oscillation selon l'axe de l'arbre de sortie 3.
Outre ce mouvement d'avance oscillant, l'arbre de sortie 3 pourra également être animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal. Dans ce cas, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 3 entre dans le calcul de sa vitesse d'avance car la liaison hélicoïdale 14 va transformer le mouvement de rotation relative entre la roue d'engrenage menée 5 et l'arbre de sortie 3 en un mouvement de translation. Le dispositif de commande selon l'invention pourra donc comprendre un moyen spécifiquement destiné à mettre l'arbre de sortie 3 en rotation, mais il pourra aussi comprendre un moyen de couplage adapté pour mettre cet arbre de sortie 3 en rotation. En effet, dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de couplage du dispositif de commande comprennent en outre un deuxième moyen d'engrenage 15 qui permet de transformer le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée 2 en un mouvement de rotation de l'arbre de sortie 3. On peut par exemple prévoir de fixer une roue d'engrenage menante 16 sur l'arbre d'entrée 2 engrenant sur une roue d'engrenage menée 17 couplée à l'arbre de sortie 3 de façon à ce qu'une rotation de l'arbre d'entrée 2 entraîne une rotation de la roue d'engrenage menante 16 et par voie de conséquence une rotation de la roue d'engrenage menée 17. La roue d'engrenage menée 17 est couplée à l'arbre de sortie 3 par une liaison glissière 18 de sorte qu'une rotation de la roue d'engrenage menée 17 entraîne une rotation de l'arbre de sortie 3, tout en permettant néanmoins une translation de l'arbre de sortie 3 par rapport à la roue d'engrenage menée 17. Ainsi, la translation de l'arbre de sortie 3 due au premier moyen d'engrenage 1 reste possible, et l'arbre de sortie 3 peut avoir un mouvement d'avance oscillant, tout en ayant également un mouvement de rotation sur lui-même.
Les moyens d'engrenage 1 et 15 sont dimensionnés en fonction des paramètres d'avance et d'oscillations axiales permettant, lorsque l'arbre de sortie est couplé à un outil de perçage (comprenant par exemple un foret), une fragmentation efficace des copeaux générés par le perçage. On peut même également envisager de dimensionner les dispositifs de commande de façon à provoquer une interruption périodique de la coupe par la sortie de l'outil de perçage du matériau à percer. Pour un dispositif de commande comprenant un premier moyen d'engrenage 1 et un deuxième moyen d'engrenage 2 conformes au schéma cinématique de la figure 1 , on peut écrire :
G)1 = G)0 J1
G)2 = (ùo .i3.i2 ω3 = ω0i3 ωc = ωι où coo est la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 2,
Figure imgf000013_0001
est la vitesse de rotation de la deuxième roue d'engrenage menée 17, α>3 est la vitesse de rotation de la roue d'engrenage de variation 6 (et de la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10), ω2 est la vitesse de rotation de la première roue d'engrenage menée 5, ωc est la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 3 autour de son axe longitudinal, i\ est l'inverse du rapport de transmission Mi du deuxième moyen d'engrenage 15 (c'est à dire le rapport de transmission
Figure imgf000013_0002
entre la deuxième roue d'engrenage menée 17 et la deuxième roue d'engrenage menante 16), h est l'inverse du rapport de transmission M2 entre la première roue d'engrenage menée 5 et la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10, et h est l'inverse du rapport de transmission variable, c'est-à-dire le rapport de transmission M3 entre les roues d'engrenage de variation 6 et 7. Le rapport de transmission M entre la première roue d'engrenage menante 4 et la première roue d'engrenage intermédiaire 8 est, dans notre exemple, pris égal à 1 , sans que cela soit obligatoire.
Les roues d'engrenage de variation 6 et 7 sont dimensionnées et agencées de manière à ce que le rapport de transmission M3 soit variable et qu'il ait une valeur moyenne égale à un nombre entier ou à l'inverse d'un nombre entier. On choisira par exemple des roues d'engrenage de variation 6 et 7 telles que le rapport de transmission inverse U ait une variation sinusoïdale autour d'une valeur moyenne unitaire. Ainsi : Z3 = l + ε.cos(θ )
T3 = I avec θ l'angle de rotation de la roue d'engrenage de variation 7 et ε une constante, prise relativement faible, définissant l'amplitude de la variation du rapport de transmission inverse z3. Le symbole z3 désigne la valeur moyenne sur un tour du rapport de transmission inverse z3. Pour le cas de notre exemple, où le rapport de transmission u est pris égal à 1 on peut écrire : θ = ωoi
On peut donc écrire :
G)3 = ω0.[l + ε.cos(ω0/)]
G)3 = G)0
La vitesse d'avance Va de l'arbre de sortie 3 peut s'écrire :
((D2 - (D1 ) a P' 2π où p est le pas de l'hélice définissant la liaison hélicoïdale 14 entre la première roue d'engrenage menée 5 et l'arbre de sortie 3.
On peut donc écrire :
G)n G)n G)n
Va = P-irL(h-h - H) = P-^(H - h) + p.-±i2.e.cos(ω0.t)
ZK ZK ZK
Le mouvement d'avance Xa est donc donné par la formule :
Figure imgf000014_0001
En outre, si on définit le nombre d'oscillations axiales par tour d'arbre ω3 ω0 1 η comme η = — - = — - alors on a η = — puisque ωc = G)1 = ω0.Z1 .
Or, le mouvement d'avance Xa peut également s'écrire :
Xa = \vadt = f.— -.t + A.sin(r\.ωc.t) = f.— -.t + f.a.sin(r\.ωc.t)
où A est défini comme l'amplitude des oscillations ajoutées au mouvement
d'avance, et a = — est l'amplitude relative, avec / l'avance par tour de
l'arbre de sortie 3 par rapport à la deuxième roue d'engrenage menée 17.
Par identification, nous obtenons les formules suivantes qui permettront de régler le mécanisme d'engrenage de façon à obtenir le régime vibratoire souhaité :
h = J —_ η σ + 1 h = η σ ε = 2πr\.a. σ + 1
avec σ correspondant au facteur de démultiplication entre le pas p de la liaison hélicoïdale 14 et l'avance moyenne /de l'arbre de sortie 3 par tour
(σ =A P
II est possible de dimensionner correctement les moyens d'engrenage 1 et 15 du dispositif de commande selon l'invention pour qu'un outil de perçage couplé à l'arbre de sortie 3 du dispositif soit capable de fragmenter les copeaux formés lors du perçage.
Une unité de perçage usuelle est généralement caractérisée par un outil de perçage ayant une avance d'environ 0,05 mm par tour de foret, avec une liaison hélicoïdale ayant un pas de l'ordre de 2 mm. La démultiplication σ entre le pas p de la liaison hélicoïdale et l'avance
moyenne /"par tour de foret est donc de l'ordre de 0,025
Figure imgf000016_0001
En outre, η est choisi de façon à obtenir une corrélation entre la fréquence d'oscillations axiales et la fréquence de rotation pour que la fragmentation des copeaux soit possible. Pour ainsi faire, et comme décrit dans la publication Etude du comportement du système "Pièce-Outil- Machine" en régime de coupe vibratoire [Thèse de Doctorat - Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - ENSAM (2002)] de G. Moraru, il est préférable que η soit un nombre non entier. En effet, si η est un nombre entier, la fragmentation des copeaux ne peut intervenir qu'avec une extrusion forte imposée par la face d'appui de l'outil à la matière, provoquant généralement une forte usure et des efforts de coupe importants. On prendra donc par exemple η = 0,8.
Il convient alors de dimensionner les moyens d'engrenage de façon à ce que les rapports de transmission des engrenages classiques (Z1 et i2), ainsi que la valeur de l'amplitude ε de variation du rapport de transmission variable U vérifient :
I1 = - = 1,25 η
L = ^i « 1,28125 η ε = 2πη .α. -^- ≈ 0,1226 - α σ + 1 On pourra par exemple prendre une deuxième roue d'engrenage menante 16 comportant 40 dents et une deuxième roue d'engrenage 17
40 comportant 32 dents de sorte que Z1 = — = 1,25 . De la même façon, on
pourra prendre une deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10 comportant 41 dents et une première roue d'engrenage menée 5
41 comportant 32 dents, de sorte que Z2 = — ≈ 1,28125. Dans le cas présenté
il n'y a pas d'erreur d'approximation, mais en général, les valeurs théoriques calculées plus haut sont légèrement corrigées pour que les rapports réels Z1 et z2 soient des nombres rationnels.
Dans cette configuration, les paramètres η et σ sont les suivants :
η = 1 = 0,8 h
Z1 40
Ces valeurs pour les paramètres η et σ permettant une fragmentation efficace des copeaux, avec une avance moyenne du foret / d'environ
0,05 mm par tour et un pas p de la liaison hélicoïdale de 2 mm, on peut construire les roues d'engrenage de variation 6 et 7 avec des primitives non circulaires conjuguées telles que :
ε = 2π h ~ h .a ≈ 0,\226.a
Z2 .Z1
On choisit la valeur de a de manière à ce que la fragmentation du copeau soit réalisable pour un rapport η donné. Pour choisir une valeur de a adaptée, on pourra par exemple se référer à la publication Etude du comportement du système "Pièce-Outil-Machine" en régime de coupe vibratoire [Thèse de Doctorat - Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - ENSAM (2002)] de G. Moraru.
Les moyens d'engrenage 1 et 15 du dispositif de commande selon l'invention étant désormais théoriquement définis tant au niveau de la cinématique qu'au niveau structurel, il ne reste qu'à concevoir matériellement le dispositif de commande répondant à ces caractéristiques théoriques.
La figure 4 illustre un dispositif de commande selon un autre mode de réalisation de l'invention. En effet, ce dispositif de commande fonctionne selon le schéma cinématique alternatif illustré à la figure 4.
Cette solution cinématique a les mêmes caractéristiques que celle illustrée à la figure 1 , en ce qu'elle permet notamment de transformer le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée 102 en un mouvement d'avance oscillant de l'arbre de sortie 103, celui-ci étant également mis en rotation.
En effet, selon cette solution cinématique alternative, l'engrenage unitaire du premier moyen d'engrenage 1 (composé des roues d'engrenage 4 et 8) a été supprimé. La roue d'engrenage de variation 107 joue donc désormais également le rôle de roue menante. En outre, une troisième roue d'engrenage intermédiaire 120 a été intercalée entre la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 110 et la première roue d'engrenage menée 105, de façon à ce que la première roue d'engrenage menée 105 tourne dans le même sens que la deuxième roue d'engrenage menée 117.
Les calculs qui ont été développés pour la solution cinématique de la figure 1 sont similaires pour cette solution cinématique alternative. Cela revient en effet à écrire :
.* .** σ + 1 ι2 = ι2.ι2 = η avec Z2 et i2 * les rapports de transmission inverses respectifs des rapports de transmission U2 et u2 * . Le nombre de dents de la troisième roue d'engrenage intermédiaire
120 n'intervient pas dans l'expression de la vitesse de rotation finale ω2. On choisira donc une troisième roue d'engrenage intermédiaire 120 qui permettra une optimisation de la conception et du comportement du mécanisme.
On peut donc concevoir matériellement le dispositif de commande correspondant à la solution cinématique de la figure 4 en se basant sur les paramètres cinématiques et structurels théoriquement calculés pour la solution cinématique de la figure 1.
Les roues d'engrenage de variation utilisées sont conçues avec des primitives qui permettent d'obtenir un rapport de transmission variable M3 tel que son inverse z3 soit défini par : Z3 = 1 + 0,1 • cos(ω0 • i)
U = 1
Les figures 5 et 6 illustrent une unité de perçage comprenant le dispositif de commande répondant au schéma cinématique de la figure 4.
Les figures 5 et 6 représentent respectivement une vue de face et une vue en coupe d'une unité de perçage 30 constituée d'un carter 31 enfermant le dispositif de commande selon le mode de réalisation de l'invention conforme à la solution cinématique de la figure 4.
L'arbre d'entrée 32 de l'unité de perçage est mis en rotation par l'intermédiaire d'un moteur (non représenté). Sur cet arbre d'entrée 32, sont fixées deux roues d'engrenage dentées (utilisation de fixations à clavettes non représentées), à savoir la roue d'engrenage dentée 33 qui a une primitive non circulaire et qui correspond à la roue d'engrenage de variation 107 du schéma cinématique de la figure 4, et une roue d'engrenage dentée 34, ayant 40 dents, et correspondant à la deuxième roue d'engrenage menante 116 du schéma cinématique de la figure 4. Ces deux roues d'engrenage dentées 33 et 34 sont les roues d'engrenage menantes respectivement des premier et deuxième moyens d'engrenage du dispositif de commande de l'invention, qui permettent de mettre en mouvement les roues d'engrenage menées, à savoir respectivement les roues d'engrenage dentées 35 et 36, pour que l'arbre de sortie 37 ait un mouvement de rotation et un mouvement d'avance oscillant. Ainsi, en couplant cet arbre de sortie 37 à un outil de perçage, par exemple un foret, l'unité de perçage 30 sera apte à fragmenter les copeaux formés pendant le perçage d'un trou. Ainsi, la roue d'engrenage dentée 34 engrène directement la roue d'engrenage dentée 36, qui comporte 32 dents. Cette roue d'engrenage dentée 36 est fixée à une bague cannelée 38, cette bague cannelée 38 entourant l'arbre de sortie 37 qui est lui aussi cannelé, de sorte que seul un mouvement de translation selon l'axe longitudinal de l'arbre de sortie 37 par rapport à la bague cannelée 38 est possible. En outre, cette bague cannelée 38 est couplée au carter 31 de l'unité de perçage par l'intermédiaire d'une liaison pivot, de sorte que le mouvement de rotation de la roue d'engrenage dentée 36 entraîne la rotation de la bague cannelée 38 qui permet à son tour de mettre en rotation l'arbre de sortie 37 autour de son axe longitudinal grâce aux cannelures de l'arbre de sortie 37 et de la bague cannelée 38.
La roue d'engrenage dentée 33 est quant à elle prévue pour engrener une autre roue d'engrenage dentée ayant une primitive non circulaire, à savoir la roue d'engrenage dentée 39 qui correspond à la roue d'engrenage de variation 106 de la solution cinématique de la figure 4. Les roues d'engrenage dentées 33 et 39 ont des primitives telles qu'illustrées aux figures 3a et 3b. La roue d'engrenage dentée 39 est fixée sur un arbre intermédiaire 40 qui est lui-même couplé au carter 31 de l'unité de perçage 30 par une liaison pivot. Sur cet arbre intermédiaire 40 est également fixée une roue d'engrenage dentée 41 , comprenant 41 dents, qui permet de mettre en rotation la roue d'engrenage dentée 35 par l'intermédiaire d'une roue d'engrenage intermédiaire 42, cette roue d'engrenage intermédiaire 42 jouant le rôle de la troisième roue d'engrenage intermédiaire 120 de la solution cinématique de la figure 4. On a choisi ici une roue d'engrenage dentée 42 comprenant 24 dents. Ainsi, la rotation de l'arbre intermédiaire 40 entraîne la rotation de la roue d'engrenage dentée 41 qui met alors la roue d'engrenage dentée 35 en rotation par l'intermédiaire de la roue d'engrenage intermédiaire 42. La roue d'engrenage dentée 35 est couplée à une bague filetée 43, cette bague filetée 43 venant entourer l'arbre de sortie 37 qui est doté d'un filetage sur sa surface extérieure au niveau de la bague filetée 43, de sorte qu'une rotation de la bague filetée 43 entraîne un mouvement de translation longitudinal de l'arbre de sortie 37. Ainsi, la rotation de la roue d'engrenage dentée 35 entraîne une translation de l'arbre de sortie 37 par l'action du filetage de la bague filetée 43. Notons que l'arbre de sortie 37 selon cette réalisation est cannelé sur toute sa surface extérieure, et il est en outre pourvu, au niveau de la bague filetée 43, d'un filetage sur cette même surface extérieure. On pourra néanmoins également envisager un arbre de sortie 37 qui ne sera que partiellement cannelé et qui sera donc pourvu, au niveau de la bague fileté 43, sur sa surface extérieure, d'une partie filetée seule. Cette séparation de la partie cannelée et de la partie filetée de l'arbre de sortie 43 permet d'accroître la capacité portante des deux liaisons.
On peut également concevoir un dispositif de commande selon le mode de réalisation conforme au schéma cinématique illustré à la figure 7. Cette solution cinématique ne diffère que très légèrement de la solution cinématique de la figure 4.
En effet, on propose selon ce mode de réalisation d'inverser les liaisons cinématiques des premier et deuxième moyens d'engrenage 101 et 115, et par conséquent de coupler la première roue d'engrenage menée
105 avec l'arbre de sortie 103 par l'intermédiaire d'une liaison glissière 121 et de coupler la deuxième roue d'engrenage menée 117 avec l'arbre de sortie 103 par l'intermédiaire d'une liaison hélicoïdale 122.
On pourra très facilement réaliser matériellement un tel dispositif en inversant les solutions proposées pour le dispositif de commande conforme à la solution cinématique de la figure 4.
La figure 8 illustre une solution cinématique pour un dispositif de commande selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Cette solution cinématique est une fois de plus très proche de celle illustrée à la figure 4.
En effet, selon ce mode de réalisation, la liaison hélicoïdale 114 met l'arbre de sortie 103 en translation par l'intermédiaire d'un arbre de liaison 123, que l'arbre de sortie 103 traverse longitudinalement, et à l'intérieur duquel l'arbre de sortie 103 ne peut pas tourner. Ainsi, la roue d'engrenage menée 105 et l'arbre de liaison 123 sont couplés par une liaison hélicoïdale pour transformer le mouvement de rotation de la roue d'engrenage menée 105 en un mouvement de translation de l'arbre de liaison 123, par l'utilisation de filetages conjugués par exemple. Ainsi, la translation de l'arbre de liaison 123 met l'arbre de sortie 103 en translation également. Celle solution permet un usinage beaucoup facile des pièces. En outre, la séparation réelle du filetage et des cannelures permet d'accroître la capacité portante de ces liaisons.
La figure 9 illustre une solution cinématique pour un dispositif de commande selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, cette solution cinématique ne différant une fois de plus que très légèrement de celle illustrée à la figure 4.
Dans ce mode de réalisation, plutôt que d'intercaler une roue d'engrenage intermédiaire entre la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 110 et la première roue d'engrenage menée 105 comme à la figure 4, on intercale une roue d'engrenage intermédiaire 124 entre la deuxième roue d'engrenage menante 116 et la deuxième roue d'engrenage menée 117 de façon à ce que la première roue d'engrenage menée 105 et la deuxième roue d'engrenage menée 117 tournent dans le même sens. Il convient de noter que pour conserver le sens de rotation de l'arbre de sortie 103, il est nécessaire d'inverser le sens de rotation de l'arbre d'entrée 102 par rapport au mode de réalisation de la figure 4.
Cette solution présente l'avantage de minimiser le moment d'inertie des éléments entraînés par les roues d'engrenage de variation 106 et 107 ayant chacune des primitives non circulaires. En effet, les roues d'engrenage de variation 106 et 107 à primitive non circulaire imposent une variation de vitesse de rotation, et provoquent par conséquent des accélérations et décélérations successives. L'effort qui transite par ces roues d'engrenage de variation 106 et 107 à primitive non circulaire est proportionnel au moment d'inertie total (amené à l'arbre intermédiaire 111 ) des éléments qui sont entraînés dans le mouvement. Selon ce cinquième mode de réalisation, on utilise seulement deux roues dentées en aval des roues d'engrenage à primitive non circulaire, au lieu de trois dans la solution cinématique de la figure 4, ce qui permet de réduire le moment d'inertie global.
Le dispositif de commande selon l'invention, et en particulier les modes de réalisation conformes aux différentes solutions cinématiques exposées, permet de répondre aux contraintes d'évacuation de copeaux dans une large plage d'application (perçage dans le plein, perçages avec avant trous, perçage à foret hélicoïdal, perçages et alésage 3/4, etc). Son champ d'application peut ainsi s'étendre à de nombreux domaines de l'industrie (naval, automobile, aérospatial, médical, etc.).
Il présente l'avantage de pouvoir être totalement intégré dans l'unité de perçage et pas dans l'outil de perçage, ce qui permettra notamment une meilleure maîtrise des oscillations imposées à l'outil de perçage et donc un gain de robustesse de l'unité de perçage. Les bonnes caractéristiques de forme, amplitude et fréquence des oscillations générées permettent également de prolonger la durée de vie de l'outil de perçage et de l'unité de perçage.
En outre, les gains de productivité attendus sont très élevés et, du fait de la facilité d'évacuation des copeaux fragmentés, il sera possible de réduire l'utilisation de fluides, souvent nocifs, destinés à l'évacuation des copeaux.
Enfin, le dispositif de commande d'outil de perçage de l'invention peut être adapté à tout type d'unité de perçage, automatique ou non, portative ou non, etc. Il sera particulièrement intéressant pour le perçage de trous profonds, dans des matériaux difficiles.
On peut également envisager d'adapter le dispositif de commande de l'invention pour qu'il permette d'autres mouvements de l'arbre de sortie et donc de l'outil de perçage associé. Ainsi, on peut par exemple l'adapter pour qu'il puisse en outre permettre un mouvement de recul de l'outil de perçage, à vitesse plus élevée, pour un gain de productivité.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée du dispositif de commande d'unité de perçage selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande d'un outil de perçage, comprenant un arbre de transmission d'entrée (2;102) et un arbre de transmission de sortie (3;103) apte à être couplé à l'outil, les arbres d'entrée (2;102) et de sortie (3;103) étant couplés entre eux par l'intermédiaire de moyens de couplage aptes à transformer un mouvement de rotation de l'arbre d'entrée (2; 102) en un mouvement de translation de l'arbre de sortie (3;103) selon un axe longitudinal de l'arbre de sortie (3;103), caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un moyen d'engrenage (1 ;101 ) apte à transformer le mouvement de rotation de l'arbre d'entrée (2; 102) en un mouvement de translation composé de l'arbre de sortie (3;103) comprenant une composante de translation uniforme selon l'axe et une composante d'oscillation selon l'axe.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le moyen d'engrenage (1 ;101 ) comprend une roue d'engrenage menante (4;107) couplée à l'arbre d'entrée (2; 102) et une roue d'engrenage menée (5; 105) couplée à l'arbre de sortie (3;103), les roues d'engrenage menante et menée présentant un rapport de transmission variant au cours de la rotation de l'arbre d'entrée (2; 102).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport de transmission a une valeur moyenne sur un tour de l'arbre d'entrée (2; 102) qui est égal à un nombre entier ou à l'inverse d'un nombre entier.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen d'engrenage (1 ;101 ) comprend au moins une roue d'engrenage (7;107) avec une primitive non circulaire pour faire varier le rapport de transmission.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roue d'engrenage (7;107) avec une primitive non circulaire engrène une roue d'engrenage (6;106) du moyen d'engrenage (1 ;101 ), cette roue d'engrenage (6;106) ayant une primitive avec un profil non circulaire conjugué de sorte que l'engrenage entre ces deux roues d'engrenage avec des primitives non circulaires reste continu.
6. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen d'engrenage (1 ;101 ) comprend au moins une roue d'engrenage avec un axe de rotation excentré pour faire varier le rapport de transmission.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la roue d'engrenage avec un axe de rotation excentré engrène une roue d'engrenage du moyen d'engrenage (1 ;101 ), ayant également un axe de rotation excentré de sorte que l'engrenage entre ces deux roues à axes de rotation excentrés reste continu.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la roue d'engrenage menée (5;105) couplée à l'arbre de sortie
(3; 103) comprend un filetage destiné à coopérer avec un filetage prévu sur l'arbre de sortie (3;103), de sorte qu'une rotation de la roue d'engrenage menée (5; 105) entraîne le mouvement de translation composé de l'arbre de sortie (3; 103).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (103) est fixé à un arbre de liaison (123), et en ce que la roue d'engrenage menée (105) comprend un filetage destiné à coopérer avec un filetage prévu sur l'arbre de liaison (123) fixé à l'arbre de sortie (3; 103), de sorte qu'une rotation de la roue d'engrenage menée (5; 105) entraîne le mouvement de translation composé de l'arbre de sortie (3;103).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour mettre en rotation l'arbre de sortie (3;103) autour de l'axe.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le nombre d'oscillations selon l'axe par tour de l'arbre de sortie (3; 103) est non entier.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 , caractérisé en ce que le moyen d'engrenage (1 ;101 ) est un premier moyen d'engrenage (1 ;101 ), et en ce que les moyens de couplage comprennent un deuxième moyen d'engrenage (15; 115), le deuxième moyen d'engrenage (15; 115) étant le moyen pour mettre en rotation l'arbre de sortie (3; 103), à partir du mouvement de rotation de l'arbre d'entrée (2;102).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le deuxième moyen d'engrenage (15; 115) comprend une roue d'engrenage menée (17; 117) qui est couplée à l'arbre de sortie de manière à autoriser un mouvement de translation selon l'axe de l'arbre de sortie (3;103) par rapport à la roue d'engrenage menée (17; 117) du deuxième moyen d'engrenage (15;115).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la roue d'engrenage menée (17;117) du deuxième moyen d'engrenage (15;115) et l'arbre de sortie (3; 103) sont pourvus de cannelures aptes à coopérer pour autoriser le mouvement de translation selon l'axe de l'arbre de sortie (3;103) par rapport à la roue d'engrenage menée (17; 117) du deuxième moyen d'engrenage (15;115).
15. Unité de perçage comprenant un outil de perçage et un dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes pour commander l'outil de perçage.
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