FR3078641A3

FR3078641A3 - Machine de tournage cryogenique

Info

Publication number: FR3078641A3
Application number: FR1851914A
Authority: FR
Inventors: Joseph Altamore; Ludovic Lazzarotto
Original assignee: Mpm Metalvalue Presses Et Machines
Current assignee: Mpm Metalvalue Presses Et Machines
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-09-13

Abstract

Machine (1) de tournage comprenant une tourelle (2) présentant une pluralité de porte-outil (3), chacun équipé d'un outil (4) pour réaliser une opération de tournage spécifique sur une pièce entrainée en rotation, la tourelle (2) étant apte à entrer en rotation pour venir sélectivement positionner l'un des outils (4) au droit et au contact de la pièce à usiner pour effectuer l'opération de tournage en tant que telle. Selon l'invention : - la machine (1) comprend un système de refroidissement cryogénique (6) comprenant une buse (7) de distribution d'un fluide cryogénique ; - les porte-outils (3) comprennent des moyens de connexion (9), directe ou indirecte, avec la buse (7) de distribution, en communication avec l'outil (4) pour distribuer le fluide cryogénique au niveau de l'interface outil/pièce pendant l'opération de tournage ; - la machine (1) comprend des moyens (8) de déplacement linéaire relatif entre la buse (7) de distribution et les moyens de connexion (9) des porte-outils (3), permettant de connecter/déconnecter la buse (7) de distribution avec les moyens de connexion (9), à chaque rotation de la tourelle (2).

Description

Machine de tournage cryogénique

Domaine Technique i La présente invention se rapporte au domaine technique du tournage mécanique, consistant notamment en un procédé d’usinage par enlèvement de matière, au moyen d’un outil fixe positionné au droit et au contact d’une pièce en rotation. L’invention se rapporte plus particulièrement à une machine de tournage permettant ) de réaliser une telle opération d’usinage.

Art antérieur

Il est connu de l’état de la technique des machines de tournage, comprenant i notamment une tourelle équipée d’une pluralité de porte-outils. Chacun des porte-outils comprend un outil pour réaliser une opération de tournage spécifique sur une pièce entraînée en rotation. La tourelle est apte à entrer en rotation pour venir sélectivement positionner l’un des outils au droit et au contact de la pièce à usiner pour effectuer l’opération de tournage en tant que telle. )

En fonction de la nature du matériau à usiner, ainsi que de la vitesse de rotation de la pièce, il est souvent nécessaire d’acheminer un liquide de lubrification et de refroidissement au niveau de l’interface outil/pièce permettant, d’une part, de pouvoir augmenter la vitesse de rotation de la pièce et, d’autre part, de refroidir l’outil et la pièce.

En particulier, le liquide refroidissant et lubrifiant, communément appelé liquide de coupe, est utilisé pour maintenir l’outil coupant et la pièce à une température stable lors de l’opération de tournage, pour maximiser la durée de vie de l’outil de coupe en lubrifiant l’arrête de coupe et en réduisant le phénomène de copeaux rapportés, pour ) prévenir l’usure de la machine de tournage, ainsi que pour assurer aux opérateurs de bonnes conditions de travail.

En pratique, le liquide de coupe est acheminé par une conduite, externe ou interne à la machine, et distribué au niveau de l’interface outil/pièce par une buse de distribution.

Les inconvénients qui résultent de cet état de la technique sont la nécessité de i mettre en œuvre des moyens de récupération de liquide sous la machine de tournage, la pollution de l’environnement de la machine, le mouillage de la pièce, la production de copeaux souillés... Par ailleurs, l’efficacité du refroidissement et de la lubrification peut encore être améliorée. ) Expose de l’invention L’un des buts de l’invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant une machine de tournage dont le refroidissement et la lubrification sont améliorés et maîtrisés. A cet effet, il a été mis au point une machine de tournage présentant une tourelle comprenant une pluralité de porte-outils, chacun équipé d’un outil pour réaliser une opération de tournage spécifique sur une pièce entraînée en rotation. La tourelle est apte à entrer en rotation pour venir sélectivement positionner l’un des outils au droit et au ) contact de la pièce à usiner pour effectuer l’opération de tournage en tant que telle.

Selon invention : la machine comprend un système de refroidissement cryogénique comprenant une buse de distribution d’un fluide cryogénique ; i - les porte-outils comprennent des moyens de connexion, directe ou indirecte, avec la buse de distribution, lesdits moyens étant en communication avec l’outil pour redistribuer le fluide cryogénique au niveau de l’interface outil/pièce pendant l’opération de tournage ; la machine comprend des moyens de déplacement linéaire relatif entre la buse de ) distribution et les moyens de connexion des porte-outils, permettant de connecter/déconnecter la buse de distribution avec les moyens de connexion, à chaque rotation de la tourelle.

De cette manière, le liquide de lubrification et de refroidissement conventionnel est remplacé par un liquide cryogénique, par exemple de l’azote liquide, qui augmente considérablement l’efficacité du refroidissement permettant par conséquent d’augmenter la productivité de la machine de tournage. Le refroidissement est très efficace, sans • nécessiter de mettre en œuvre des moyens de récupération de liquide sous la machine de tournage. L’invention permet notamment d’augmenter jusqu’à cinq fois la vitesse de coupe. La durée de vie des outils de coupe, refroidis par le liquide cryogénique, est nettement plus longue. ) Il ressort de ce qui précède que l’installation de la machine de tournage ne nécessite plus d’infrastructure pour la lubrification. En effet, il n’est plus nécessaire d’agencer des pompes, filtres, collecteurs, ou de prévoir des frais de recyclage du liquide lubrifiant et de refroidissement conventionnel. • La présente invention comprend également des avantages environnementaux puisque la machine ne tournage selon l’invention présente une faible consommation d’énergie, les copeaux issus de l’opération de tournage sont propres et donc faciles à recycler, la conception est durable et l’impact environnemental est réduit. ) La présente invention comprend également des avantages d’un point de vue santé et sécurité, puisque l’opération de coupe ne dégage plus de vapeurs nocives, le fluide cryogénique, par exemple l’azote liquide est un gaz inerte qui constitue notamment 78 % de l’air respiré. L’azote liquide est non toxique, non inflammable, et non corrosif. Il est très facilement contrôlable avec un capteur d’oxygène et se vaporise et retourne • directement dans l’air. S’agissant de l’opération de tournage en tant que telle, la présente invention permet une meilleure finition de surface, une pièce usinée sèche et propre, une stérilisation des pièces par l’azote, une diminution de la couche blanche, une réduction des distorsions ) dues à la coupe, une réduction des contraintes résiduelles, et une diminution du taux d’oxygène en surface des pièces.

Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de déplacement sont configurés pour plaquer la buse de distribution contre les moyens de connexion, pour effectuer une connexion étanche par pression. i De cette manière, à chaque rotation de la tourelle, la connexion de la buse de distribution du fluide cryogénique avec les moyens de connexion est simple et rapide.

Dans cette configuration, les moyens de déplacement sont, par exemple, configurés pour exercer une force de pression relative, entre la buse de distribution et les moyens de ) connexion, supérieure à 300 N et de préférence comprise entre 300 N et 500 N en fonction de la pression de distribution du fluide cryogénique.

Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de déplacement linéaire sont configurés pour déplacer la buse de distribution par rapport aux porte-outils.

Dans cette configuration, les moyens de déplacement se présentent, par exemple, sous la forme d’un actionneur du type vérin sur lequel est montée la buse de distribution.

Selon une autre forme de réalisation, les moyens de déplacement linéaire sont ) configurés pour déplacer les porte-outils, et par exemple directement la tourelle, par rapport à la buse de distribution.

Cette configuration est avantageuse lorsque la tourelle présente une course de débridage. Cela signifie qu’avant d’entrer en rotation pour présenter un nouvel outil, la i tourelle est déplacée linéairement pour se débrider, puis entre en rotation pour sélectionner l’outil approprié, puis se déplace linéairement pour revenir à sa position de bridage initiale pour réaliser l’opération de tournage. Le déplacement de la tourelle peut alors permettre de connecter et de déconnecter directement les moyens de connexion avec la buse de distribution. )

Selon une autre caractéristique de l’invention, la buse est montée mobile linéairement à l’encontre d’un ressort de compression qui, en position de connexion, tend à pousser ladite buse de distribution contre les moyens de connexion.

De cette manière, ceci permet d’augmenter la fiabilité de la connexion, et de l’étanchéité. i Selon une forme de réalisation préférée, la buse présente une extrémité de distribution en portion de sphère, et les moyens de connexion présentent un conduit complémentaire de réception de l’extrémité de distribution de la buse, par exemple à embouchure conique, débouchant dans une conduite de distribution du fluide, laquelle débouche au niveau de l’interface outil/pièce. )

Selon des formes de réalisation particulière, les moyens de connexion sont agencés directement sur chaque porte-outil. Selon une autre forme de réalisation, chaque porte-outil est fixé à la tourelle par l’intermédiaire d’un module de serrage, les moyens de connexion peuvent alors être agencés sur les modules de serrage, avec des conduites de i distribution ménagées au travers des modules de serrage et des porte-outils pour distribuer le fluide à l’interface outil/pièce.

Description sommaire des figures ) D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif, de la machine de tournage selon l’invention, à partir des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique illustrant la buse de distribution du i fluide cryogénique et les moyens de connexion, en position connectée lorsque la tourelle présente une course de débridage ; - la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, la buse de distribution et les moyens de connexion étant représentés en position ) déconnectée ; - la figure 3 est une représentation schématique illustrant la buse de distribution et les moyens de connexion en position connectée, la buse étant assujettie à un vérin pour son déplacement linéaire ; - la figure 4 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 3, la buse et les moyens de connexion étant représentés en position déconnectée ; • - la figure 5 est une représentation schématique en détail, avant la connexion de la buse et des moyens de connexion, illustrant notamment la buse en portion de sphère, et les moyens de connexion sous la forme d’une conduite à embouchure conique ; - la figure 6 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 5, après ) connexion, illustrant la connexion étanche par placage uniquement ; - la figure 7 est une représentation schématique illustrant les moyens de connexion agencés directement au niveau d’un module de serrage du porte-outil ; • - la figure 8 est une représentation schématique illustrant les moyens de connexion agencés au niveau du porte-outil.

Description Détaillée de l’invention ) En référence aux figures 1 à 8, l’invention concerne une machine (1) de tournage à refroidissement cryogénique.

La machine (1) de tournage comprend, d’une manière connue, une tourelle (2) rotative présentant une pluralité de porte-outils (3), chacun équipé d’un outil (4) pour • réaliser une opération de tournage spécifique sur une pièce (non représentée) entraînée en rotation.

Plus précisément, la tourelle (2) est apte à entrer en rotation pour venir sélectivement positionner l’un des outils (4) au droit et au contact de la pièce à usiner ) pour effectuer l’opération de tournage en tant que telle.

En pratique, chaque porte-outil (3) est fixé à la tourelle (2) au moyen d’un module de serrage (5).

Pour refroidir l’outil (4) de coupe, ainsi que la pièce lors de l’opération de tournage, la machine (1) selon l’invention comprend un système de refroidissement cryogénique (6). Le système de refroidissement cryogénique (6) comprend une buse (7) de distribution d’un fluide cryogénique, tel que par exemple de l’azote liquide à -196 °C.

Etant donné que lors de l’utilisation de la machine (1) de tournage, la tourelle (2) est destinée à entrer en rotation pour sélectionner l’outil (4) de coupe le plus approprié à l’opération en cours, la difficulté de l’invention était de trouver une solution pour connecter la buse (7) de distribution à la tourelle (2) d’une manière simple, économique et ) fiable, tout en permettant de pouvoir s’adapter, indépendamment, sur chacun des porte-outils (3) de la tourelle (2).

Pour ce faire, et en référence aux figures 1 à 4, chaque porte-outil (3) comprend des moyens de connexion (9) à la buse (7), directe ou indirecte, et la machine (1) comprend i des moyens (8) de déplacement linéaire relatif entre les moyens de connexion (9) des porte-outils (3), et la buse (7) de distribution qui est disposée à proximité. De ce fait, le déplacement linaire relatif entre la buse (7) de distribution, qui est bien entendu positionnée en alignement avec les moyens de connexion (9), permet de connecter ou de déconnecter la buse (7) avec les moyens de connexion (9), et ce, à chaque rotation de la ) tourelle (2), pour chaque porte-outil (3).

En d’autres termes, lorsque la tourelle (2) entre en rotation pour venir sélectivement positionner un outil (4) spécifique au droit et au contact de la pièce à usiner, les moyens (8) de déplacement déplacent relativement la buse (7) de distribution ou les porte-outils i (3) pour que ces derniers entrent en contact et se connectent afin de pouvoir distribuer le fluide cryogénique au niveau de l’interface outil/pièce pendant l’opération de tournage.

Les moyens (8) de déplacement linéaire relatif entre la buse (7) et les moyens de connexion (9) sont alors configurés pour plaquer la buse (7) de distribution contre lesdits ) moyens de connexion (9) pour effectuer une connexion étanche par pression. En fonction de la nature du fluide cryogénique, et notamment de sa pression de distribution, les moyens (8) de déplacement permettent de plaquer la buse (7) de distribution contre les moyens de connexion (9) avec une pression supérieure à 300 N pour une pression de distribution du fluide cryogénique de 10 bars, et de préférence comprise entre 300 N et 500 N en fonction de la pression de distribution du fluide cryogénique.

Pour garantir davantage l’étanchéité, facilité et augmenter la fiabilité de la i connexion, et en référence aux figures 1, 2, 7 et 8, la buse (7) est montée mobile linéairement à l’encontre d’un ressort (10) de compression qui, en position de connexion, tend à pousser ladite buse (7) de distribution contre les moyens de connexion (9).

Plus précisément, le fluide cryogénique est acheminé par l’intermédiaire d’une ) conduite (11) à l’extrémité de laquelle est connectée la buse (7) de distribution. La buse (7) de distribution est montée sur une bride (12) comprenant un siège pour un ressort (10) de compression reçu dans un état comprimé et en contre-appui contre une partie fixe de la machine (1). Le ressort (10) est disposé pour pousser la bride (12), et donc la buse (7) de distribution, linéairement en direction des porte-outils (3). De cette manière, le ressort i (10) tend à plaquer la buse (7) pour augmenter l’étanchéité et la fiabilité de la connexion.

Afin de garantir un maximum de rigidité du guidage linéaire, la buse (12) est fixée, par exemple, sur un patin à billes pré-rechargé monté coulissant sur un rail (19).

Selon l’invention, les moyens (8) de déplacement linéaire relatif sont conçus, soit ) pour déplacer directement la buse (7) pour se connecter ou se déconnecter des moyens de connexion (9), soit pour déplacer les porte-outils (3), et notamment par exemple la tourelle (2), en direction de la buse (7) pour la connecter ou la déconnecter avec les moyens de connexion (9). i Par exemple, en référence aux figures 1 et 2, les moyens (8) de déplacement déplacent directement la tourelle (2). Dans cette forme de réalisation, c’est notamment la tourelle (2) qui présente une course de débridage afin de pouvoir entrer en rotation pour la sélection, le changement et le positionnement des outils (4). L’invention permet alors de se servir de cette course de débridage pour connecter (figure 1) ou déconnecter (figure 2) ) la buse (7) avec les moyens de connexion (9).

En référence aux figures 3 et 4, les moyens (8) de déplacement permettent de déplacer directement la buse (7) pour se connecter ou se déconnecter avec les moyens de connexion (9). Selon le mode de réalisation illustré, la bride (12) sur laquelle est montée la buse (7) est fixée, par exemple, à une tige (13) d’un actionneur (14) du type vérin ou autre unité de guidage linéaire. De cette manière, l’actionnement du vérin (14) permet de pousser la buse (7) de distribution en direction des moyens de connexion (9), et de la • plaquer pour une connexion étanche. Inversement, le retour arrière de la tige (13) du vérin (14) permet de déconnecter la buse (7) de distribution.

La connexion entre la buse (7) de distribution et les moyens de connexion (9) est réalisée d’une manière simple et fiable. En référence aux figures 5 et 6, la buse (7) ) présente une extrémité (15) de distribution en portion de sphère, et les moyens de connexion (9) présentent un conduit (16) complémentaire de réception de l’extrémité (15) de la buse (7), par exemple à embouchure conique. Le conduit (16) dont l’extrémité est en forme de cône débouche dans une conduite (17) ménagée au travers du porte- outil (4), laquelle débouche à son tour au niveau de l’interface outil/pièce. A titre d’exemple, • l’extrémité (15) en portion de sphère de la buse (7) présente un rayon de 8,5 mm, et le cône des moyens de connexion (9) présente un petit diamètre de 3,8 mm, un grand diamètre de 9,4 mm, et une paroi inclinée d’un angle de 45° par rapport à l’axe de révolution du cône. Les conduites de la buse et des porte-outils (3) présentent par exemple un diamètre de 2 mm. Les surfaces de la sphère et du cône sont rectifiées et polies pour ) que leur état de surface soit typiquement inférieur ou égal à Ra 0,2 pm.

En référence aux figures 7 et 8, les moyens de connexion (9) peuvent être directement agencés sur les porte-outils (3) (figure 8), ou bien sur les modules de serrage (5) (figure 7) sur lesquels sont fixés les porte-outils (3). Par exemple, le conduit (16) à • embouchure conique est ménagé dans chaque module de serrage (5), et débouche dans une conduite (18) qui communique, quant à elle, avec la conduite (17) ménagée dans le porte-outil (3) pour distribuer le fluide cryogénique à l’interface outil/pièce.

Il ressort (10) de ce qui précède que l’invention fournit bien une machine (1) de ) tournage permettant un refroidissement efficace, sans pollution, sans lubrification, facile et pratique à mettre en œuvre. L’invention permet notamment de connecter un système de refroidissement cryogénique (6), d’une manière simple et rapide, sans nécessiter l’utilisation de joints tournants.

Claims

REVENDICATIONS

1. Machine (1) de tournage comprenant une tourelle (2) présentant une pluralité de porte-outil (3), chacun équipé d’un outil (4) pour réaliser une opération de tournage i spécifique sur une pièce entraînée en rotation, la tourelle (2) étant apte à entrer en rotation pour venir sélectivement positionner l’un des outils (4) au droit et au contact de la pièce à usiner pour effectuer l’opération de tournage en tant que telle, caractérisée en ce que : - la machine (1) comprend un système de refroidissement cryogénique (6) comprenant une buse (7) de distribution d’un fluide cryogénique ; ) - les porte-outils (3) comprennent des moyens de connexion (9), directe ou indirecte, avec la buse (7) de distribution, en communication avec l’outil (4) pour distribuer le fluide cryogénique au niveau de l’interface outil/pièce pendant l’opération de tournage ; - la machine (1) comprend des moyens (8) de déplacement linéaire relatif entre la buse i (7) de distribution et les moyens de connexion (9) des porte-outils (3), permettant de connecter/déconnecter la buse (7) de distribution avec les moyens de connexion (9), à chaque rotation de la tourelle (2).
2. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (8) de ) déplacement sont configurés pour plaquer la buse (7) de distribution contre les moyens de connexion (9) pour effectuer une connexion étanche par pression.
3. Machine (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens (8) de déplacement sont configurés pour exercer une force de pression relative, entre la buse (7) i de distribution et les moyens de connexion (9), supérieure à 300 N, et de préférence entre 300 N et 500 N en fonction de la pression de distribution du fluide cryogénique.
4. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (8) de déplacement linéaire sont configurés pour déplacer la buse (7) de distribution par rapport ) aux porte-outils (3).
5. Machine (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens (8) de déplacement se présentent sous la forme d’un actionneur (14) sur lequel est montée la buse (7) de distribution. 6. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (8) de déplacement linéaire sont configurés pour déplacer les porte-outils (3) par rapport à la buse (7) de distribution. 7. Machine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tourelle (2) est montée mobile linéairement par rapport à la buse (7) de distribution. 8. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la buse (7) est montée ) mobile linéairement à l’encontre d’un ressort (10) de compression qui, en position de connexion de la buse (7), tend à pousser ladite buse (7) de distribution contre les moyens de connexion (9).
9. Machine (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la buse (7) présente une i extrémité (15) de distribution en portion de sphère, et les moyens de connexion (9) présentent un conduit (16) complémentaire de réception de l’extrémité (15) de distribution de la buse (7), à embouchure conique et débouchant dans une conduite (17) de distribution du fluide qui débouche au niveau de l’interface outil/pièce. ) 10. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de connexion (9) sont agencés directement sur chaque porte-outil (3).
11. Machine (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque porte-outil (3) est fixé à la tourelle (2) par l’intermédiaire d’un module de serrage (5), les moyens de i connexion (9) étant agencés sur chaque module de serrage (5), avec des conduites (18, 17) de distribution ménagées au travers des modules de serrage et des porte-outils (3) pour distribuer le fluide à l’interface outil/pièce.