EP2021143A1

EP2021143A1 - Dispositif et outil de percage a vibrations axiales auto-entretenues

Info

Publication number: EP2021143A1
Application number: EP07728983A
Authority: EP
Inventors: Patrice RABATÉ; George-Florin Moraru; Daniel Brun Picard
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM; European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Airbus Group SAS; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-02-11
Also published as: CN101443149A; JP2009545456A; RU2445191C2; BRPI0711581A2; RU2008149705A; WO2007131936A1; FR2901163A1; US20110170964A1; FR2901163B1

Abstract

Afin de réaliser des perçages sans risque de bourrage de l'outil coupant utilisé, un dispositif de perçage utilise des moyens pour produire une vibration axiale auto-entretenue de l'outil qui a pour effet de briser les copeaux de la matière enlevée du trou pour faciliter leur évacuation. Les moyens pour produire la vibration axiale auto-entretenue sont en outre conformés pour que l'axe de l'outil puisse avoir une direction sensiblement différente de l'axe de rotation des moyens utilisés pour entraîner l'outil en rotation. Un tel dispositif est particulièrement avantageux pour la réalisation de trous profonds et ou lors de l'utilisation d'outils coupants produisant des efforts de coupe non symétriques. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, les moyens pour produire la vibration axiale auto-entretenue et pour permettre à l'axe de rotation de l'outil d'avoir une direction sensiblement différente de l'axe de rotation des moyens d'entraînement font partie de l'outil coupant.

Description

DISPOSITIF ET OUTIL DE PERÇAGE A VIBRATION AXIALES AUTO-ENTRETENUES

La présente invention appartient au domaine du perçage des matériaux et plus particulièrement au perçage de trous profonds au moyen d'outils coupants.

Lors du perçage d'un matériau à l'aide d'un outil coupant tel qu'un foret, ledit outil coupant génère des copeaux de matière enlevée du matériau. II est bien connu que ces copeaux doivent être évacués du trou en cours de perçage pour éviter le bourrage de l'outil coupant, bourrage qui aurait pour effet de détériorer rapidement les propriétés de coupe de l'outil et de dégrader la précision du trou et l'état de surface des parois du trou en cours de réalisation. Dans les cas les plus défavorables, le bourrage peut provoquer le blocage et la rupture de l'outil avec de graves conséquences pour la pièce en cours de perçage et pour les cycles de fabrications desdites pièces. Ces problèmes deviennent particulièrement critiques lors de la réalisation de trous profonds pour lesquels l'évacuation naturelle des copeaux est difficile.

Plusieurs techniques sont utilisées pour diminuer ces risques. En particulier il est connu de chercher à fractionner les copeaux pour en faciliter l'évacuation par des moyens classiques tels que des goujures hélicoïdales de l'outil coupant et ou un soufflage d'air ou de lubrifiant par le centre de l'outil.

Afin de fractionner les copeaux réalisés par l'outil coupant, l'outil est régulièrement dégagé de la matière par un mouvement axial de recul par rapport au sens de progression du perçage avant de reprendre la progression dans le sens du perçage.

Une première technique consiste à forcer un mouvement axial de recul périodique de l'outil, superposé au sens mouvement de progression du perçage, par un mécanisme adapté, mais ce mouvement imposé génère, lorsque l'outil revient en contact avec la matière pour continuer le perçage, des chocs répétés qui provoquent des dégradations rapides des caractéristiques de l'outil.

Une seconde technique décrite dans la demande de brevet française publiée sous le numéro 2 765 505 consiste à fixer l'outil sur un porte-outil couplé à une tête de perçage comprenant des moyens de guidage axial du porte-outil par rapport au support de la tête de perçage et des moyens de liaison en translation déformables en translation axiale de telle sorte que l'outil puisse vibrer suivant la direction axiale sous l'effet des forces générées par le perçage. En adaptant les caractéristiques des éléments déformables à la masse de l'outil coupant et du porte-outil et aux paramètres de coupe, les vibrations axiales sont entretenues par des excitations générées par l'opération de perçage elle-même.

Pour assurer le déplacement axial associé à la vibration de l'outil, les moyens de guidage axial maintiennent l'axe de l'outil confondu avec l'axe de la tête de perçage. Ces moyens prennent la forme de deux couronnes espacées suivant l'axe de la tête de perçage et qui se déforment suivant la direction de l'axe sans autoriser de déplacements radiaux ni de variation de la direction de l'axe de l'outil par rapport à l'axe de la tête de perçage. Dans une autre forme de réalisation proposée ces moyens de guidage axial comporte une glissière à bille solidaire de la tête de perçage dans laquelle le porte outil coulisse suivant la direction de l'axe de rotation, également sans autoriser de variation entre la direction de l'axe de l'outil et celle de l'axe de la tête de perçage.

De tels moyens sont mécaniquement complexes et conduisent à une augmentation significative des dimensions et de la fragilité de la tête de perçage, en particulier en raison des vibrations entretenues par le dispositif et de la sensibilité des moyens de guidage axial à des efforts radiaux. En outre les moyens de guidage sont des sources de frottements qui perturbent le fonctionnement vibratoire auto-entretenu très sensible aux modifications des paramètres du dispositif et lesdits moyens de guidage nécessitent de réaliser des têtes de perçage spécifiques pouvant exiger des modifications importantes des dispositifs de perçage et des gammes d'usinage associées aux perçages.

L'utilisation de forets hélicoïdaux, en raison de la symétrie des efforts radiaux appliqués par ce type de forets à la tête de perçage, permet de limiter les forces de frottement dans les moyens de guidage axial qui sont induites par les efforts radiaux.

Cette sensibilité devient toutefois critique lorsque sont utilisés des forets comportant une seule arête de coupe, dit forets ³A, et ou que les perçages sont profonds par rapport au diamètre dudit perçage. Dans le cas du foret ³A le guidage n'est pas correctement assuré par la tête de perçage car les efforts radiaux sur l'outil provoqués par l'opération de perçage ne sont plus symétriques. Les forets ³A sont utilisés pour effectuer des perçages et des alésages de grandes précisions et qualités tels qu'ils sont nécessaires par exemple dans les assemblages de structures fortement chargées en constructions aéronautiques.

La présente invention propose un dispositif de perçage à vibrations axiales auto-entretenues pour la génération de copeaux courts qui permet notamment d'utiliser sans problème les forets ³A pour la réalisation de perçages de grandes précisions et qui comporte des moyens simples et robustes adaptables sur la plupart des machines existantes pour réaliser ce type de perçages.

Avantageusement les moyens de la dite tête de perçage sont adaptables sur des unités de perçage existantes sans modification notable desdites unités de perçage. Pour réaliser un tel perçage à vibrations auto-entretenues, un dispositif de perçage comporte

- une unité d'entraînement en rotation comportant un arbre de sortie entraîné en rotation autour d'un axe,

- un outil coupant avec un axe de rotation, - des moyens de couplage de l'outil coupant avec l'arbre de sortie,

Les moyens de couplage sont aptes à transmettre le couple d'entraînement à l'outil coupant et comportent des moyens élastiques agencés pour provoquer une vibration axiale auto-entretenue de l'outil coupant lors d'une opération de perçage. En outre les moyens de couplage sont agencés pour permettre un écart angulaire entre la direction de l'axe de l'outil coupant et la direction de l'axe de l'arbre de sortie sous l'effet de forces radiales appliquées à l'outil coupant pendant l'opération de perçage pour éviter la configuration hyperstatique qui serait générée par un montage de l'outil dans lequel la direction de l'axe de l'outil serait imposée par rapport à la direction de l'arbre d'entraînement.

Pour entraîner l'outil en rotation sans imposer la direction dudit outil, les moyens de couplage comportent un premier élément d'extrémité muni de moyens d'accouplement à l'arbre de sortie de l'unité d'entraînement, un second élément d'extrémité muni de moyens pour fixer l'outil et comportent une zone intermédiaire, entre lesdits premier et second éléments d'extrémités, rigide en torsion, élastique suivant une direction axiale et souple en flexion. Dans un mode particulier de réalisation la zone intermédiaire comporte des premiers moyens rigides en torsion, souples dans la direction axiale et souple en flexion et comporte des seconds moyens, distincts, élastiques suivant la direction axiale.

Afin d'assurer la transmission du couple pendant le perçage et de laisser la possibilité de déplacements de l'outil suivant son axe et de déplacement angulaire de l'axe de l'outil par rapport à l'axe de l'arbre de sortie, les premiers moyens de la zone intermédiaire comportent au moins trois bras agencés de manière non radiale entre une première couronne solidaire du premier élément d'extrémité et une seconde couronne solidaire du second élément d'extrémité. Des moyens ressort aptes à être comprimés entre des faces d'appuis des premier et second éléments d'extrémités provoquent la vibration axiale auto- entretenue de l'outil. Avantageusement les premier et second éléments d'extrémités et les moyens de la zone intermédiaire sont conformés pour éviter des contacts directs entre lesdits premier et second éléments d'extrémités lors de l'opération de perçage.

Dans un autre mode de réalisation la zone intermédiaire comporte un élément élastique suivant une direction axiale, qui est également apte à transmettre les efforts en torsion du perçage et apte à se déformer en flexion pendant la rotation de l'outil pour permettre à l'axe dudit outil d'avoir une direction différente de l'axe de l'arbre de sortie.

Un tel élément élastique suivant un axe et apte à transmettre le mouvement de l'outil lorsque ledit outil n'est pas aligné avec l'arbre d'entraînement comporte avantageusement au moins trois couronnes coaxiales en matériau élastique ayant sensiblement les mêmes dimensions et agencées suivant une pile. Chaque couronne est espacée de la couronne voisine et est reliée à ladite couronne voisine au moyen de deux éléments de liaison disposés suivant un rayon des couronnes et radialement opposés, et où les deux éléments de liaison disposés sur une face d'une couronne sont de plus disposés suivant un rayon sensiblement perpendiculaire au rayon défini par les deux éléments de liaison disposés sur l'autre face de la couronne. Dans un tel agencement, rigide en torsion autour d'un axe correspondant à l'axe des couronnes, la déformation des couronnes procure l'élasticité axiale recherchée alors que la déformation des liaisons permet la déformation en flexion.

Dans une forme alternative de réalisation la zone intermédiaire comporte au moins deux couronnes maintenues coaxiales et espacées par au moins deux éléments de liaison allongés en matériau élastique, chaque élément de liaison étant fixé à une première couronne par une extrémité dudit élément de liaison et étant fixé à la seconde couronne par une seconde extrémité dudit élément de liaison en un point décalé, d'un angle correspondant à un angle de rotation des couronnes autour de leur axe, du point auquel est fixée la première extrémité à la première couronne. Dans ce cas la déformation en flexion des éléments de liaison assure l'élasticité recherchée suivant l'axe et la souplesse nécessaire à la déformation en flexion.

Avantageusement un matériau métallique tel qu'un acier est utilisé pour ses propriétés comme matériau élastique et la zone intermédiaire et les zones d'extrémités sont réalisées en un seul élément par usinage d'un bloc de matière. L'invention est également relative à un outil coupant pour perçage qui comporte :

- une première extrémité coupante, comportant un axe de rotation, apte à réaliser un perçage par enlèvement de copeaux de la matière à percer, - une seconde extrémité, comportant un axe de rotation, destinée à être accouplée à des moyens d'entraînement en rotation autour dudit axe, et qui comporte entre les deux extrémités une zone de liaison :

- apte à transmettre les efforts en torsion du perçage, - apte à se déformer sensiblement suivant l'axe de l'outil de façon élastique et à créer une vibration auto-entretenue de l'extrémité dudit outil suivant son axe sous l'effet des forces créées par l'opération de perçage,

- apte à se déformer en flexion pendant la rotation de l'outil pour permettre à l'axe de l'extrémité coupante dudit outil et à l'axe de la seconde extrémité de former un angle. Ainsi il est possible de réaliser un perçage à vibration axiale auto- entretenue sans utiliser de moyens d'entraînement particulier et d'avoir un outil coupant adaptable sur les moyens d'entraînement conventionnels. Les caractéristiques de la zone de liaison sont adaptées à l'outil coupant ce qui permet d'éviter l'utilisation de moyens de réglage. La description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention est faite en références aux figures qui présentent :

- Figure 1 : un exemple de principe de moyens d'entraînement auquel est couplé un outil coupant et comportant un dispositif d'avance de l'outil ; - Figures 2 : un exemple d'un premier mode de réalisation de moyens de couplage de l'outil coupant à un arbre de sortie des moyens d'entraînement, avec figure 2a une vue en coupe des moyens de couplage assemblés et figure 2b une vue éclatée en perspective des éléments desdits moyens de couplage ; - Figures 3 : reproduction de photographies de copeaux de matière produits par des opérations de perçage conventionnel - figure 3a - et en utilisant le dispositif suivant l'invention - figure 3b - ;

- Figures 4 : un exemple d'un second mode de réalisation des moyens de couplage avec une vue en perspective desdits moyens - figure 4a -, un détail en perspective d'une zone intermédiaire desdits moyens - figure 4b -, une vue développée de la surface de ladite zone intermédiaire montrant un exemple de forme des ouvertures à la surface extérieure de ladite zone intermédiaire - figure 4c -, et une illustration sur une coupe d'un quart enlevé de la déformation de ladite zone intermédiaire sous charges - figure 4d - ;

- Figures 5 : un exemple d'une seconde forme de la zone intermédiaire avec un détail en perspective d'une zone intermédiaire desdits moyens - figure 5a -, et une vue développée de la surface de ladite zone intermédiaire montrant un exemple de forme des ouvertures à la surface extérieure de ladite zone intermédiaire - figure 5b - ; - Figure 6 : une vue d'un outil suivant l'invention. Un dispositif de perçage à vibration axiale auto-entretenue comporte des moyens d'entraînement 1 comportant un arbre de sortie 2 entraîné en rotation par lesdits moyens d'entraînement autour d'un axe de rotation 3.

A une extrémité accessible 4 de l'arbre de sortie 2, un outil coupant 5 d'axe de rotation 6 est fixé au moyen d'un support d'outil 7 de telle sorte que l'axe 6 de l'outil se trouve sensiblement dans le prolongement de l'axe 3 de l'arbre de sortie et que l'outil 5 soit entraîné en rotation par la rotation de l'arbre de sortie 2.

Au cours d'une opération de perçage, l'outil 5 est déplacé suivant un mouvement axial de telle sorte qu'une extrémité 51 dudit outil pénètre dans la pièce 8 dans laquelle doit être réalisé le perçage. Ce déplacement D, ou mouvement d'avance, est réalisé par un dispositif d'avance 9 des moyens d'entraînement qui assure le déplacement contrôlé de l'extrémité 4 de l'arbre de sortie 2 par rapport à une structure de support 11 des moyens d'entraînement.

Le mouvement d'avance peut également être réalisé par un déplacement relatif entre la pièce 8 et les moyens d'entraînement 1. Le support d'outil 7 comporte un premier élément 71 apte à être fixé par une extrémité 712 à l'arbre de sortie 2 des moyens d'entraînement 1 pour être entraîné en rotation et comporte un second élément 72 apte à maintenir par une extrémité 724 l'extrémité de l'outil coupant 5 opposée à l'extrémité 51 qui pénètre dans la pièce 8. Lesdits premier et second éléments 71 , 72 coopèrent au moyen d'un troisième élément 73 comportant une couronne extérieure 74 et une couronne intérieure 75 reliées par au moins trois bras 76. La couronne extérieure 74 est solidaire du premier élément 71 , par exemple au moyen de vis 731 , et la couronne intérieure 75 est solidaire du second élément 72, par exemple au moyen d'un écrou de serrage 732.

En position statique, lorsque le dispositif assemblé n'est soumis à aucune force extérieure particulière, l'axe 3 de l'arbre de sortie 2, lorsque l'extrémité 412 du premier élément 71 est fixée audit arbre de sortie, et l'axe 7 de l'outil 5, lorsqu'il est fixé à l'extrémité 724 du second élément 72, sont sensiblement alignés.

Les aux moins trois bras 76 reliant les couronnes 74, 75 sont agencés de manière sensiblement différente de rayons, c'est à dire qu'ils ne convergent pas vers un point commun afin d'être aptes à entraîner en rotation le second élément 72 par les bras 76 lors de la rotation du premier élément 71 de telle sorte que lesdits bras soient sollicités essentiellement en traction pour augmenter le couple transmissible et de telle sorte que le second élément 72 puisse d'une part se déplacer suivant un mouvement de translation axial par rapport au premier élément 71 et puisse d'autre part se déplacer suivant un mouvement angulaire afin que l'axe 7 de l'outil, lorsque l'outil est monté sur ledit second élément, et l'axe 3 de l'arbre de sortie, lorsque ledit premier élément est raccordé audit arbre, puisse avoir des directions différentes pendant le mouvement de rotation autour des axes 3, 7 de l'arbre de sortie et de l'outil. Outre leur agencement entre les couronnes 74, 75, les aux moins trois bras sont réalisés dans un matériau, par exemple un acier, présentant les caractéristiques de résistance mécanique et de souplesse pour transmettre les efforts de rotation et pour subir les déformations nécessaires compte tenu des amplitudes recherchées pour les mouvements axiaux et angulaires. Les amplitudes des déplacements axiaux et angulaires du second élément

72 par rapport au premier élément 71 sont limités par la forme et les dimensions des bras 76, mais en pratique la réalisation du troisième élément 73 comportant lesdits bras ne pose pas de difficulté particulière car les amplitudes recherchées sont faibles. Les dites amplitudes, variables suivant les dimensions du dispositif, sont le plus souvent de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres pour les déplacements axiaux et inférieures à un degré pour les déplacements angulaires.

Des moyens élastiques 77, par exemple un ressort travaillant en compression, sont disposés entre les premier et second éléments 71 , 72. Lesdits moyens élastiques prennent appui sur une face 711 du premier élément et sur une face 721 du second élément.

Lorsqu'une pression est exercée sur l'outil 5 lors de l'opération de perçage, le second élément 72 auquel est fixé l'outil se déplace dans une direction opposée à l'avance D de l'outil en déformant les bras 76 du troisième élément 73 et comprime les moyens élastiques 77 entre les faces d'appui 711 , 721 des premier et second éléments.

Avantageusement les moyens élastiques 77 sont maintenus en position sensiblement dans l'axe des premier et second éléments 71 , 72 au moyen d'une protubérance, par exemple une protubérance 722 du second élément 72 sensiblement dans l'axe dudit élément, autour de laquelle sont placés les moyens élastiques.

Par sa conformation et ses dimensions la forme 722 autorise les mouvements relatifs de translations axiales et angulaires entre les premier et second éléments sans interférence. Des jeux 723 sont en particulier laissés entre les premier et second élément 71 , 72 pour que les mouvements de translations axiales se réalisent sans frottement et que les mouvements angulaires ne génèrent aucun risque de coincement. L'orientation de l'axe 6 de l'outil coupant 5 n'étant pas imposée par les moyens d'entraînement qui ne comportent aucun guidage axial de l'outil, l'extrémité 51 de l'outil du côté de la pièce 8 à percer est guidée.

Le guidage est réalisé par exemple au moyen d'un canon de perçage 10 qui est positionné par rapport à la pièce 8 à percer au moyen d'un support tel qu'une grille de perçage (non représentée). De manière alternative, le guidage est réalisé au moyen d'un perçage partiel de la pièce permettant un centrage et un guidage initial de l'outil coupant 5 qui est ensuite guidé pendant le perçage par le trou en cours de réalisation.

Pour un outil coupant donné et un matériau dans lequel doit être réalisé un perçage, le choix des paramètres de coupe, vitesse de rotation de l'outil et avance en particulier, et d'une raideur adaptée des moyens élastiques 77 provoque une vibration axiale de l'outil coupant entretenue par les efforts de la coupe et les instabilités naturelles du perçage.

Comme dans tout système mécanique vibrant, la masse de l'ensemble mobile est un paramètre qui influence les conditions vibratoires et il peut être nécessaire d'ajuster la masse de l'outil coupant ou de l'ensemble vibrant, par exemple au moyen de masses rapportées, afin que le mouvement vibratoire axial se déclenche et soit auto-entretenu au cours d'une opération de perçage particulière.

L'amplitude de cette vibration axiale auto-entretenue conduit à un fractionnement des copeaux de matière enlevés par l'outil coupant à son extrémité 51.

Le fractionnement des copeaux peut être obtenu par une amplitude de la vibration axiale telle que l'outil se trouve momentanément dégagé de la matière de la pièce, ce qui se produit lorsque l'outil vibre suivant son axe avec une amplitude sensiblement égale ou supérieure à la distance parcourue par le dispositif d'avance de l'outil pendant un cycle de la vibration axiale.

Le fractionnement des copeaux peut également être obtenu avec une amplitude de vibration inférieure mais suffisante pour que l'épaisseur des copeaux soit suffisamment réduite lorsque l'outil est dans la position la moins engagée dans la matière afin que les copeaux fragilisés se cassent naturellement lors de l'opération de perçage. La mise en oeuvre de ce mode de fonctionnement vibratoire est préféré pour éviter que l'outil soit endommagé par une entrée dans la matière de la pièce à chaque cycle de la vibration axiale.

La photographie de la figure 3b montre des copeaux fractionnés produits lors d'une opération de perçage réalisé avec un dispositif à vibration axiale auto- entretenue suivant l'invention qui sont comparés avec les copeaux de la photographie de la figure 3a, ayant sensiblement le même rapport d'agrandissement, réalisés lors d'une opération de perçage conventionnel.

Dans une autre forme de réalisation le support d'outil 7 est réalisé au moyen d'un élément unique 12 de forme sensiblement cylindrique. L'élément unique 12 comporte à une de ses extrémités 121 des moyens de fixation à l'arbre de sortie 2 des moyens d'entraînement 1 et à son autre extrémité 122 des moyens de fixation de l'outil coupant 5.

Avantageusement lesdits moyens de fixation sont compatibles avec ceux des moyens d'entraînement et des outils existants. Entre les extrémités 121 , 122, le support d'outil 12 comporte une zone intermédiaire 123 conformée pour obtenir les caractéristiques d'élasticité en compression recherchée pour les moyens élastiques associés au déplacement axial vibratoire de l'outil et les caractéristiques de souplesse en flexion recherchée pour permettre à l'axe de l'outil d'être dévié suivant un angle, en particulier sous l'effet des efforts appliqués sur l'outil coupant 5.

Cette zone intermédiaire 123, qui doit en outre transmettre les efforts en torsion, est avantageusement réalisée par un segment cylindrique creux de section circulaire, comme illustré sur la figure 4b, réalisé dans un matériau élastique, par exemple un acier, et dont la paroi 130 comporte des ouvertures 124 définissant une structure de la zone intermédiaire 123 comparable à un empilement de couronnes 125 maintenues espacées par des entretoises 126 montées par paires diamétralement opposées entre deux couronnes et disposées à 90 degrés entre les 2 faces d'une couronne. Avantageusement la zone intermédiaire 123 est réalisée par usinage d'un bloc de matière dans lequel les extrémités 121 , 122 sont également usinées. La figure 4c illustre l'aspect de la surface extérieure de la zone intermédiaire 123 développée sur un plan. Cet agencement permet

- de transmettre le couple des moyens d'entraînement 1 à l'outil coupant 5 car la structure de la zone intermédiaire 123 est très rigide en torsion ;

- de réaliser une liaison élastique dans la direction de l'axe de l'arbre de sortie ou de l'axe de l'outil par déformation des couronnes 125 entre les plots 126, comme illustré dans l'exemple de la coupe de la figure 4d, et dont la raideur est déterminée notamment par le nombre et l'épaisseur desdites couronnes ;

- de transmettre le mouvement de rotation lorsque l'axe 6 de l'outil n'est pas exactement dans la direction de l'axe 3 de l'arbre de sortie, l'élément intermédiaire fonctionnant dans ce cas à la manière d'un montage de type cardan.

D'autres formes de la zone intermédiaire 123 sont utilisables dés lors qu'elles répondent aux trois exigences de transmission du couple de perçage, d'élasticité suivant l'axe de l'outil et de possibilité de déformation angulaire entre l'axe de l'arbre d'entraînement et l'axe de l'outil.

Les dessins des figures 5a et 5b illustrent un autre agencement possible d'ouvertures 127 dans la paroi 130 de la zone intermédiaire 123 apte à restituer les capacités recherchées pour ladite zone intermédiaire. La figure 5b illustre la forme des ouvertures à la surface extérieure de la zone intermédiaire développée suivant un plan. Dans ce mode particulier de réalisation, la zone intermédiaire 123 comporte au moins deux couronnes 128a, 128b reliées par des ponts de matière 129. Chaque pont de matière 129 est relié à la première couronne 128a par une première extrémité 129a et est relié à la seconde couronne 128b par sa seconde extrémité 129b en un point de ladite seconde couronne décalé par rapport au point de liaison avec ladite première couronne d'un angle correspondant à un angle de rotation autour de l'axe d'entraînement, par exemple de 90 degrés.

Les caractéristiques d'élasticité des ponts de matière 129, fonctions du matériau utilisé pour leur réalisation et de leurs formes, permettent d'obtenir les raideurs recherchées. Le cas échéant, plusieurs couronnes reliées par des ponts sont juxtaposées par construction de la zone intermédiaire 123. Dans une forme particulière de réalisation du dispositif, le porte outil est un moyen de liaison conventionnel et rigide et les moyens pour permettre les déplacements axiaux et angulaires de l'outil sont parties intégrantes de l'outil coupant.

Un tel outil coupant 5, présenté sur la figure 6, comporte entre une extrémité 5a, apte à réaliser un perçage par enlèvement de copeaux de matière par rotation autour d'un axe 6a, et une extrémité 5b, apte à être entraînée en rotation autour d'un axe 6b par des moyens d'entraînement, comme par exemple ceux présentés sur la figure 1 , une zone de liaison 5c :

- apte à se déformer de façon élastique pour provoquer une vibration axiale auto-entretenue de l'extrémité coupante 5a de l'outil 5,

- apte à transmettre le couple nécessaire à l'entraînement de l'outil 5,

- apte à se déformer en flexion pour permettre à l'axe 6a de l'extrémité coupante 5a de l'outil et à l'axe 6b de l'extrémité 5b entraînée par les moyens d'entraînement en rotation de former un angle δ. Avantageusement la zone de liaison 5c comporte des moyens similaires à ceux de la zone intermédiaire 123 du support d'outil décrit précédemment.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car, sans nécessiter de modifier les moyens d'entraînement existant, d'une part la zone intermédiaire 123 est réalisée en fonction des caractéristiques particulières de l'outil et des paramètres de coupes envisagés, caractéristiques qui influencent le comportement vibratoire auto excité de l'outil, et d'autre part la durée d'utilisation de la zone intermédiaire 123 est limitée par la durée de vie de l'outil coupant auquel elle est intégrée, ce qui a pour effet d'éviter ou de limiter fortement le risque de rupture en fatigue de ladite zone intermédiaire, fortement sollicitée en vibration et en efforts, pendant les opérations de perçage.

La zone intermédiaire 123 peut être réalisée par usinage au moment de la réalisation de l'outil 5. L'outil peut également être réalisé par un assemblage, par exemple par soudage, de différents éléments.

Dans une forme particulière de réalisation, non représentée, une zone intermédiaire similaire à la zone intermédiaire 123 du support d'outil décrit précédemment, est agencée sur l'arbre de sortie 2, à proximité de l'extrémité sur laquelle se raccorde un support d'outil ou un outil.

L'invention permet ainsi de réaliser des perçages produisant des copeaux fractionnés, aisés à évacuer par des moyens conventionnels par exemple de soufflage et ou d'aspiration, y compris avec des forets produisant des efforts de coupe non symétriques par rapport à l'axe du perçage, tels que les forets comportant une seule arrête de coupe dit forets ³A, sans guidage axial de l'outil au niveau des moyens d'entraînement de l'outil en rotation.

En outre l'invention permet de réaliser des perçages à vibration axiale auto-entretenue de l'outil sans modification des dispositifs d'entraînement existants.

Claims

REVENDICATIONS

1- Dispositif de perçage comportant

- une unité d'entraînement en rotation (1 ) comportant un arbre de sortie (2) entraîné autour d'un axe (3),

- un outil coupant (5) avec un axe de rotation (6), - des moyens de couplage (7) de l'outil coupant (5) avec l'arbre de sortie (2), dans lequel les moyens de couplage (7) sont aptes à transmettre le couple d'entraînement à l'outil coupant (5) et comportent des moyens élastiques (73, 77) (123) aptes provoquer une vibration axiale auto-entretenue dudit outil coupant lors d'une opération de perçage, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage (7) sont agencés pour permettre un écart angulaire entre la direction de l'axe (6) de l'outil coupant (5) et la direction de l'axe (3) de l'arbre de sortie (2) sous l'effet de forces radiales appliquées à l'outil coupant (5) pendant l'opération de perçage.

2- Dispositif de perçage suivant la revendication 1 dans lequel les moyens de couplage (7) comporte un premier élément d'extrémité (71 ) (121 ) muni de moyens d'accouplement à l'arbre de sortie (2) de l'unité d'entraînement (1 ), un second élément d'extrémité (72) (122) muni de moyens de fixation de l'outil (5) et comporte une zone intermédiaire, entre lesdits premier et second éléments d'extrémités, la dite zone intermédiaire étant rigide en torsion, élastique suivant une direction axiale et souple en flexion.

3- Dispositif de perçage suivant la revendication 2 dans lequel la zone intermédiaire comporte des premiers moyens (73) rigides en torsion, souples dans la direction axiale et souple en flexion et comporte des seconds moyens (77), distincts des premiers moyens (73), élastiques suivant la direction axiale. 4- Dispositif de perçage suivant la revendication 3 dans lequel les premiers moyens (73) de la zone intermédiaire comportent au moins trois bras (76) agencés de manière non radiale entre une première couronne (74) solidaire du premier élément d'extrémité (71 ) et une seconde couronne (75) solidaire du second élément d'extrémité (72). 5- Dispositif de perçage suivant la revendication 3 ou la revendication 4 dans lequel les seconds moyens (77) de la zone intermédiaire comportent des moyens ressort aptes à être comprimés entre des faces d'appuis (711 , 721 ) des premier et second éléments d'extrémités (71 , 72). 6- Dispositif de perçage suivant l'une des revendications 2 à 5 dans lequel les premier et second éléments d'extrémités (71 , 72) et les moyens (73, 77) de la zone intermédiaire sont conformés pour éviter des contacts directs entre lesdits premier et second éléments d'extrémités lors de l'opération de perçage.

7- Dispositif de perçage suivant la revendication 2 dans lequel la zone intermédiaire (123) comporte un élément élastique suivant une direction axiale, ledit élément élastique étant apte à transmettre les efforts en torsion du perçage et ledit élément étant apte à se déformer en flexion pendant la rotation de l'outil (5) pour permettre à l'axe (6) dudit outil d'avoir une direction différente de l'axe (3) de l'arbre de sortie (2). 8- Dispositif de perçage suivant la revendication 7 dans lequel la zone intermédiaire (123) comporte au moins trois couronnes (125) coaxiales en matériau élastique ayant sensiblement les mêmes dimensions et agencées suivant une pile, chaque couronne étant espacée de la couronne voisine et reliée à ladite couronne voisine au moyen de deux éléments de liaison (126) disposés suivant un rayon des couronnes et radialement opposés, et où les deux éléments de liaison disposés sur une face d'une couronne sont de plus disposés suivant un rayon des couronnes sensiblement perpendiculaire au rayon défini par les deux éléments de liaison disposés sur l'autre face de la couronne. 9- Dispositif de perçage suivant la revendication 7 dans lequel la zone intermédiaire (123) comporte au moins deux couronnes (128a, 128b) maintenues coaxiales et espacées par au moins deux éléments de liaison (129) allongés en matériau élastique, chaque élément de liaison étant fixé à une première couronne (128a) par une extrémité (129a) dudit élément de liaison et étant fixé à la seconde couronne (128b) par une seconde extrémité

(129b) dudit élément de liaison en un point décalé, d'un angle correspondant à un angle de rotation des couronnes autour de leur axe, du point auquel est fixée la première extrémité (129a) à la première couronne (128a).

10- Dispositif de perçage suivant la revendication 8 ou la revendication 9 dans lequel le matériau élastique est un matériau métallique tel qu'un acier.

11- Dispositif de perçage suivant l'une des revendications 8, 9 ou 10 dans lequel la zone intermédiaire (123) et les zones d'extrémités (121 , 122) sont réalisées en un seul élément par usinage d'un bloc de matière.

12- Outil coupant (5) pour perçage comportant :

- une première extrémité (5a) coupante, comportant un axe de rotation (6a), apte à réaliser un perçage par enlèvement de copeaux de la matière à percer,

- une seconde extrémité (5b), comportant un axe de rotation (6b), destinée à être accouplée à des moyens d'entraînement en rotation autour dudit axe (6b), caractérisé en ce qu'il comporte entre les deux extrémités (5a, 5b) une zone de liaison (5c) :

- apte à transmettre les efforts en torsion du perçage,

- ladite zone (5c) étant apte à se déformer sensiblement suivant l'axe (6a) de l'outil (5) de façon élastique et à créer une vibration auto- entretenue de l'extrémité (5a) dudit outil suivant son axe (6a) sous l'effet des forces créées par l'opération de perçage,

- ladite zone (5c) étant apte à se déformer en flexion pendant la rotation de l'outil (5) pour permettre à l'axe (6a) de l'extrémité coupante (5a) dudit outil et à l'axe (6b) de la seconde extrémité de former un angle. 13- Outil coupant (5) pour perçage suivant la revendication 12 dont la zone de liaison (5c) comporte une section conforme à une zone intermédiaire (123) suivant l'une des revendications 8 à 11.

14- Outil coupant (5) pour perçage suivant la revendication 12 ou la revendication 13 dans lequel les caractéristiques d'élasticité de la zone de liaison (5c) sont définies pour des conditions spécifiques de paramètres de coupe et d'une matière à percer afin de générer des oscillations axiales auto-entretenues de l'extrémité coupante (5a) de l'outil pour lesdites conditions spécifiques.