CH702859B1 - Dispositif et procédé de décolletage-fraisage. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un dispositif et un procédé d’usinage par fraisage de pièces (2) qui comportent chacune au moins une surface (20) générée par un déplacement de rotation relative autour d’un premier axe (21), d’une part, d’un élément de base (22) à partir duquel chaque pièce (2) doit être obtenue et, d’autre part, d’au moins deux outils de fraisage (4, 5) réalisant un enlèvement de matière sur cet élément de base (22), la matière étant prélevée en au moins deux couches qui sont superposées, dont une première couche ayant au moins une première épaisseur déterminée et une seconde couche ayant au moins une seconde épaisseur prédéterminée.

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un dispositif d’usinage par fraisage de pièces qui comportent chacune au moins une surface générée par un déplacement de rotation relative autour d’un axe, d’une part, d’un élément de base à partir duquel chaque pièce doit être obtenue et, d’autre part, d’au moins un outil de fraisage réalisant un enlèvement de matière sur cet élément de base.

[0002] Par fraisage, dans le contexte de cette demande, on désigne toutes sortes d’usinage à outil rotatif: fraisage, meulage, affûtage ou polissage, par exemple.

[0003] Par fraise, ou outil de fraisage, on désigne un outil rotatif (fraise ou meule, par exemple) qui, comportant au moins une arrête de coupe ou une surface d’abrasion, est entraîné en rotation sur lui-même, de manière telle que chaque arrête de coupe ou surface d’abrasion qu’il comporte se déplace sur une trajectoire circulaire.

[0004] Par l’expression «déplacement de rotation relative autour d’un axe», on désigne: – une rotation au moins partielle de l’élément de base autour d’un axe, l’outil de fraisage ne se déplaçant pas lui-même autour de cet axe, – un déplacement de l’outil de fraisage selon quelconque trajectoire autour de la pièce, et/ou – un déplacement de rotation de l’élément de base et un déplacement de l’outil de fraisage autour de la pièce, les deux déplacements ayant des vitesses différentes.

[0005] Pendant le fraisage, il y a généralement aussi un lent déplacement linéaire de l’outil par rapport à l’élément de base, en même temps que la rotation de l’élément de base autour du tel axe.

[0006] L’invention se rapporte également aux machines pour la mise en œuvre du procédé ainsi qu’aux pièces usinées selon ce procédé.

[0007] On sait que dans le domaine de la fabrication mécanique, une opération d’usinage d’une pièce consiste à enlever de la matière à un élément de base pour réaliser une pièce dont les formes et les dimensions sont prédéfinies.

[0008] Dans au moins certaines parties d’une telle pièce, l’épaisseur de la matière à enlever est souvent telle qu’elle ne peut être enlevée en une seule fois, c’est-à-dire en une seule passe, à défaut de quoi les contraintes mécaniques imposées à l’outil et à l’élément de base sont préjudiciables, notamment, à la durée de vie de l’outil, les hautes températures générées dans la surface et le corps de la pièce par un tel fraisage à une seule passe, et les problèmes associés à cette augmentation de la température, comme le durcissement de la matière de la pièce, ou sa déformation thermique, et par conséquence la perte de précision et de la qualité du travail obtenu.

[0009] L’enlèvement de la matière épaisse par un outil de fraisage nécessite également; soit un ralentissement de la trajectoire de l’outil de fraisage relatif à la pièce, ce qui étendrait le temps d’usinage; soit une augmentation de la force entre l’outil de fraisage et la surface, ce qui aggrave les problèmes d’augmentation de température mentionnés ci-dessus, et cette force peut aussi contribuer à une déformation mécanique de la pièce et, par conséquence, la précision et la qualité du travail obtenu.

[0010] Pour remédier à ces inconvénients, il est connu d’enlever la matière en au moins deux couches qui sont superposées, dont une première couche («couche d’ébauche») ayant au moins une première épaisseur déterminée, et une seconde couche («couche de finition») ayant au moins une seconde épaisseur prédéterminée.

[0011] A cet effet, il est connu de l’art d’utiliser un système de fraisage avec une série de deux ou plusieurs outils, disposés tels que les différentes couches soient enlevées successivement par les outils, un outil à la fois. Il est aussi connu de disposer les outils le long d’un chemin de fraisage pour permettre l’automatisation des étapes successives de fraisage en ce que l’élément de base soit déplacé d’une zone où le premier outil enlève une couche d’ébauche, à une seconde zone où un second outil enlève une seconde couche, qui peut être une couche finition, les couches étant enlevées une couche à la fois, par un outil à la fois. Dans ces systèmes connus, la rotation relative entre l’élément de base et les outils est effectuée en ce que chaque outil est déplacé en rotation, suivant une trajectoire autour de l’élément de base.

[0012] Toutefois, ce système a des inconvénients, par exemple: – l’enlèvement de matière en plusieurs étapes, couche par couche, nécessite un temps d’usinage étendu, chaque étape contribuant au temps total. – le temps minimum d’usinage à chaque étape dépend de la longueur de la trajectoire de l’outil, c’est-à-dire le temps requis pour l’outil de faire un tour entier de l’élément de base. – afin de réduire l’usure des outils, on utilise de préférence des outils à grand diamètre (plus grand diamètre → circonférence augmentée → usure réduite). Puisque la longueur de la trajectoire d’un outil autour de l’élément de base dépend obligatoirement du diamètre de l’outil même, il existe un conflit entre le besoin de réduire l’usure de l’outil et le besoin de réduire le temps d’usinage. – chaque fraisage nécessite une force transverse non-équilibrée sur la pièce, ce qui peut contribuer à une déformation mécanique de la pièce et, par conséquence, à une perte de précision et de la qualité du travail obtenu. – la pièce peut subir des changements notables de température pendant et après chaque étape de fraisage. Cette suite de changements de température peut également contribuer à un durcissement ou à une déformation thermique de la pièce.

[0013] Un résultat que l’invention vise à obtenir est un dispositif et un procédé d’usinage qui permettent de réaliser avec précision des pièces pouvant comporter des surfaces de révolution non symétriques par rapport à un axe de révolution.

[0014] Un autre résultat que l’invention vise à obtenir est un dispositif et un procédé qui permettent de réduire le temps de fabrication de telles pièces.

[0015] A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif selon la revendication 1 et un procédé selon la revendication 9.

[0016] L’invention a également pour objet les pièces usinées par le dispositif de l’invention ou selon le procédé de l’invention.

[0017] Le respect de ces caractéristiques techniques permet, notamment, d’accroître la vitesse de réalisation de pièces de révolution non symétriques en combinant la technique d’usinage par fraisage avec la technique d’usinage par tournage.

[0018] Egalement, ce procédé permet aussi d’augmenter la précision d’usinage de telles pièces.

[0019] L’invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après faite à titre d’exemple non limitatif en regard des dessins ci-annexés qui représentent schématiquement: <tb>Fig. 1 :<SEP>un procédé de fraisage connu de l’art antérieur. <tb>Fig. 2 :<SEP>un procédé de fraisage avec plusieurs étapes de fraisage, connu de l’état de l’art. <tb>Fig. 3 :<SEP>en vue localement et de dessus, une partie du dispositif selon l’invention. <tb>Fig. 4 :<SEP>à plus grande échelle, une vue en coupe selon F de la partie du dispositif représentée en fig. 3 . <tb>Fig. 5 :<SEP>un dispositif de fraisage selon une réalisation de l’invention avec plusieurs jeux d’outils de fraisage disposés dans plusieurs plans de fraisage. <tb>Fig. 6 :<SEP>un déplacement angulaire d’un outil de fraisage selon une réalisation de l’invention.

[0020] En se reportant aux dessins de la fig. 1a et 1b , on voit, localement représentée, deux étapes d’usinage successives comme celles connues de l’art antérieur. Un élément de base 20 est usiné de façon ébauche, par exemple, dans une première étape (fig. 1a ) par un outil 4 qui enlève la grande partie de la matière à enlever en suivant une trajectoire autour de la pièce 20. Cette étape peut aussi se dérouler en plusieurs sous-étapes, couche par couche, comme expliqué ci-dessus.

[0021] La machine 1 permet l’usinage de pièces 2 qui comportent chacune au moins une surface 20 générée par un déplacement de rotation relative autour d’un axe, dit premier axe 21, d’une part, d’un élément de base 22 à partir duquel la pièce 2 doit être obtenue et, d’autre part, d’au moins deux outils 400, 500 de fraisage réalisant un enlèvement de matière sur cet élément de base 22.

[0022] En se reportant au dessin de la fig. 3 , on voit, localement représentée, une machine 1 qui permet d’effectuer des opérations d’usinage par enlèvement de la matière, au moyen d’outils de fraisage, c’est-à-dire au moyen d’outils de coupe de type tournant.

[0023] La machine 1 permet l’usinage de pièces 2 qui comportent chacune au moins une surface 20 générée par un déplacement de rotation relative autour d’un axe, dit premier axe 21, d’une part, d’un élément de base 22 à partir duquel la pièce 2 doit être obtenue et, d’autre part, d’au moins deux outils 400, 500 de fraisage réalisant un enlèvement de matière sur cet élément de base 22.

[0024] Tel que cela apparaît, la matière constituant l’élément de base 22 est prélevée en au moins deux couches qui sont superposées, dont une première couche 23 ayant au moins une première épaisseur 230 déterminée et une seconde couche 24 ayant au moins une seconde épaisseur 240 prédéterminée.

[0025] Tel que cela a déjà été indiqué, la première couche 23 est une couche d’usinage d’ébauche et la seconde couche 24 est une couche d’usinage de finition.

[0026] L’élément de base 22 ne comprend pas des couches de matière qui sont effectivement distinctes et le terme «couche» est utilisé pour désigner un volume de matière d’épaisseur prédéterminé qui est prélevé à l’élément de base 22.

[0027] L’élément de base 22 est monté sur un moyen de rotation 3, qui fait partie du moyen de support (301). Le moyen de rotation (3) peut être, par exemple, un arbre ou mandrin de tel type que l’on connaît depuis le domaine de tournage, qui tourne à une vitesse convenable au fraisage. Le moyen de support (301) peut aussi comprendre un moyen de déplacement linéaire (non représenté dans les dessins) pour effectuer le déplacement linéaire entre le moyen de rotation 3 et les outils de fraisage pendant le fraisage, pour que les outils de fraisage 400, 500 puissent fraiser à quelconque endroit le long de l’élément de base 22. Dans une autre réalisation de l’invention, ce déplacement linéaire peut être réalisé en ce qu’un des outils de fraisage 400, 500 comprenne en outre un moyen de déplacement (non représenté dans les dessins) pour déplacer ledit outil de fraisage linéairement relatif au moyen de support 301 et, ainsi, à l’élément de base 22. Dans une autre réalisation de l’invention, un moyen de déplacement est prévu pour déplacer linéairement chaque outil de fraisage, simultanément ou séparément, relatif au moyen de support 301 et, ainsi, à l’élément de base 22.

[0028] Chaque outil de fraisage 400, 500 comprend, en outre de la fraise même 4, 5, un moyen d’entraînement en rotation pour entraîner la fraise en rotation autour d’un axe de l’outil 41, 51, et un moyen de guidage 401, 501, pour guider l’outil dans une direction D1, dans un plan orthogonal à l’axe de rotation 31, et, par conséquence, régler la quantité de la matière enlevée par la fraise 4, 5 à la surface 20 de l’élément de base 22.

[0029] Sur la fig. 4 , les outils de fraisage ont été symbolisés par un cercle et la silhouette d’une de leurs dents a été représentée.

[0030] Egalement, on note que des sens possibles de rotation des outils et de l’élément de base 22 ont été représentés par des flèches (non repérées).

[0031] De manière notable, et à titre d’exemple seulement, pendant la rotation du support 3 ainsi que pendant la rotation de la première fraise 4 et de la seconde fraise 5, on déplace le premier outil 400 et le second outil 500 sensiblement simultanément dans des premières directions dans un plan orthogonal au second axe 31 et dans une seconde direction D3 parallèle audit second axe 31. Les trajectoires D1 du premier outil et D2 du second outil peuvent être choisies telles qu’elles soient parallèles, colinéaires ou qu’elles n’aient aucune dépendance l’une à l’autre.

[0032] Cela permet l’usinage par fraisage de l’élément de base 22, à la manière d’un tournage.

[0033] L’élément de base 22 peut déjà avoir une forme qui approche celle de la pièce 2 à réaliser.

[0034] De manière encore notable, le premier outil 400 et le second outil 500 sont disposés de manière telle que le second outil 5 enlève de la matière constituant la seconde couche 24 après que le premier outil 4 ait enlevé de la matière constituant la première couche 23, mais avant même que l’élément de base 22 ait effectué une rotation complète autour du second axe 31.

[0035] Le respect de ces caractéristiques techniques permet de gagner du temps sur la durée du cycle d’usinage de la pièce 2.

[0036] De manière encore notable, le premier outil 400 et le second outil 500 sont disposés de manière telle que la première fraise 4 et la seconde fraise 5 soient situés sensiblement diamétralement opposés par rapport au second axe 31.

[0037] Le respect de ces caractéristiques techniques permet d’équilibrer les efforts appliqués à l’élément de base 22 et de mieux contrôler les déformations de cet élément de base 22, lors de l’usinage.

Claims (14)

1. Dispositif de fraisage des pièces (2) à partir d’un élément de base (22), ledit élément de base ayant un premier axe, dit axe de fraisage (21), étant sensiblement l’axe autour duquel le fraisage de l’élément de base (22) doit être réalisé, le dispositif comprenant: un moyen de support auquel l’élément de base (22) peut être fixé, au moins un moyen de fraisage pour enlever de la matière de la surface (20) de l’élément de base (22), et un moyen de contrôle pour diriger le fonctionnement du dispositif de fraisage, le dispositif étant caractérisé en ce que: – le moyen de support (301) comprend un moyen de rotation (3) monté rotatif autour d’un second axe, dit axe de rotation (31), sur lequel l’élément de base (22) peut être fixé de telle manière que l’axe de fraisage (21) puisse être disposé sensiblement confondu avec ledit axe de rotation (31), de façon à réaliser une rotation, sous commande du moyen de contrôle, de l’élément de base autour de l’axe de rotation (31), – le dispositif de fraisage comprend en outre un moyen de déplacement linéaire pour, sous contrôle du moyen de contrôle, effectuer un déplacement linéaire entre l’élément de base (22) et ledit au moins un moyen de fraisage selon l’axe de rotation (31), – le ou chaque moyen de fraisage comprend au moins deux outils de fraisage (400, 500) pour, sous commande du moyen de contrôle, enlever de la matière de l’élément de base (22) à des endroits distincts sur la surface (20) de l’élément de base (22), – chaque outil de fraisage (400, 500) comprend une fraise (4, 5) rotative, un moyen d’entraînement (40, 50) pour entraîner ladite fraise en rotation autour de l’axe de rotation de la fraise, dit axe d’outil (41, 51), et un moyen de guidage (401, 501) pour, sous contrôle du moyen de contrôle, déplacer ladite fraise dans un plan de fraisage orthogonale à l’axe de rotation (31), de façon à régler la quantité de la matière enlevée de l’élément de base (22) par la fraise (4, 5) pendant ladite rotation de l’élément de base autour de l’axe de rotation (31), et – le moyen de contrôle est configuré pour gérer les outils de fraisage (400, 500) compris par le ou chaque moyen de fraisage tel que les outils de fraisage puissent enlever de la matière de l’élément de base (22) simultanément sans interférence entre eux.

2. Dispositif de fraisage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux outils de fraisage (4, 5) compris par le ou chaque moyen de fraisage, ainsi que le moyen de contrôle, sont disposés et configurés pour déplacer les fraises comprises par lesdits au moins deux outils de fraisage (4, 5) dans le même plan, dit plan de fraisage, orthogonale audit axe de rotation (31).

3. Dispositif de fraisage selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le ou chaque moyen de fraisage (400, 500) comprend un premier outil de fraisage (400) et un second outil de fraisage (500) qui sont disposés tels que la fraise (4) comprise par le premier outil de fraisage (400) et la fraise (5) comprise par le second outil de fraisage (400) sont sensiblement diamétralement opposés par rapport à l’axe de rotation (31).

4. Dispositif de fraisage selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou chaque moyen de fraisage (400, 500) comprend au moins un premier outil de fraisage d’ébauche (4) et un deuxième outil de fraisage de finition (5).

5. Dispositif de fraisage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de contrôle est configuré de manière telle que le premier outil de fraisage (4) puisse enlever une couche de matière d’ébauche (23) de l’élément de base (22) en même temps que le deuxième outil de fraisage (5) enlève une couche de matière de finition (24) de l’élément de base (22), pendant la rotation de l’élément de base (22) autour de l’axe de rotation (31).

6. Dispositif de fraisage selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen de contrôle est configuré de manière telle que le second moyen de fraisage (5) puisse enlever de la matière constituant la couche de finition (24) après que le premier moyen de fraisage (4) ait enlevé de la matière constituant la couche d’ébauche (23), mais avant même que l’élément de base (22) ait effectué une rotation complète autour de l’axe de rotation (31).

7. Dispositif de fraisage selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’au moins un des moyens de fraisage (400, 500) comporte un moyen de déplacement angulaire pour permettre le changement manuel, ou sous contrôle du moyen de contrôle, de l’angle (α) de l’axe d’outil (41, 51) par rapport à l’axe de rotation (31).

8. Dispositif de fraisage selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux desdits moyens de fraisage (400, 500; 600, 700; 800, 900) écartés linéairement selon l’axe de rotation (31).

9. Procédé d’usinage par fraisage des pièces (2) à partir d’un élément de base (22), ledit élément de base ayant un premier axe, dit axe de fraisage (21), étant sensiblement l’axe autour duquel le fraisage de l’élément de base (22) doit être réalisé, ce procédé étant caractérisé en ce que: l’élément de base (22) est associé à un support (301), ayant un moyen de rotation (3), monté rotatif autour d’un second axe, dit axe de rotation (31), de telle manière que l’axe de fraisage (21) est sensiblement confondu avec l’axe de rotation (31), au moins deux outils de fraisage, dits premier outil (400) et second outil (500), sont prévus, chacun de ces au moins deux outils ayant une fraise rotative (4, 5) et un moyen (40, 50) d’entraîner la fraise en rotation autour de l’axe de rotation de la fraise, dit axe d’outil (41, 51), les au moins deux outils de fraisage (400, 500) sont positionnés pour qu’ils puissent enlever de la matière de l’élément de base simultanément sans interférence entre eux, le support (301) est entraîné en rotation et les au moins deux fraises (4, 5) sont également entraînées en rotation, pendant la rotation du support (301), ainsi que pendant la rotation des au moins deux fraises (4, 5), chaque outil de fraisage (400, 500) est déplacé dans un plan, dit plan de fraisage, sensiblement orthogonal à l’axe de rotation (31), de telle manière que chaque outil de fraisage (400, 500) enlève de la matière à l’élément de base (22).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plans, dans lesquels les au moins deux outils de fraisage sont déplacés, sont parallèles et/ou coplanaires.

11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que, pendant que chaque outil de fraisage (400, 500) enlève de la matière à l’élément de base (22), un déplacement linéaire relatif est effectué entre le support (3) et le plan de fraisage, ou au moins un des plans de fraisage.

12. Procédé selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que deux desdits au moins deux outils de fraisage (400, 500), dit premier outil de fraisage (400) et second outil de fraisage (500), sont déplacés de manière telle que le premier outil de fraisage (400) enlève à l’élément de base de la matière constituant une première couche, dite couche d’ébauche (23), et que le second outil de fraisage (400) enlève à l’élément de base de la matière constituant une seconde couche, dite couche de finition (24), à un endroit de la surface de l’élément de base où ladite première couche (23) a été préalablement enlevée.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier et le second outil de fraisage sont déplacés de telle manière que le second outil de fraisage (500) enlève la couche de finition (24) après que le premier outil de fraisage (400) ait enlevé la couche d’ébauche (23), mais avant même que le support (301), et ainsi l’élément de base (22), ait effectué une rotation complète autour de l’axe de rotation (31).

14. Procédé selon l’une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les outils de fraisage (400, 500) sont déplacés de telle manière que le fraisage effectué par un premier outil de fraisage (400), et le fraisage effectué par un second outil de fraisage (500) sont sensiblement diamétralement opposés par rapport à l’axe de rotation (31).