FR2892959A1 - Dispositif de percage a oscillations axiales. - Google Patents

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 5 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 10 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 15 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. II existe plusieurs solutions permettant de résoudre ce problème d'évacuation des copeaux. Ces solutions peuvent être liées à des 20 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 25 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. 30 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. 15 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 20 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 25 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 30 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.

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 0menante 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. uk =ù= lk menée 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 u3, 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 u3 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 i3 entre les roues d'engrenage de variation soit égal à i3 =1 + 0,4. cos(e) , les roues d'engrenages représentées à la figure 2b comprenant chacune 30 dents et 0 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 i3 entre les roues d'engrenage de variation soit égal à i3 =1+ 0,1. cos(9) , 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 i3 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 : COI = C00 .il CO2 = CvO•3 . 2 ~3 - COO •l3 CAC = w i où wo est la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 2, w, est la vitesse de rotation de la deuxième roue d'engrenage menée 17, 0)3 est la vitesse de rotation de la roue d'engrenage de variation 6 (et de la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10), w2 est la vitesse de rotation de la première roue d'engrenage menée 5, wc est la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 3 autour de son axe longitudinal, i, est l'inverse du rapport de transmission u, du deuxième moyen d'engrenage 15 (c'est à dire le rapport de transmission ul entre la deuxième roue d'engrenage menée 17 et la deuxième roue d'engrenage menante 16), i2 est l'inverse du rapport de transmission u2 entre la première roue d'engrenage menée 5 et la deuxième roue d'engrenage intermédiaire 10, et i3 est l'inverse du rapport de transmission variable, c'est-à-dire le rapport de transmission u3 entre les roues d'engrenage de variation 6 et 7. Le rapport de transmission u 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 u3 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 i3 ait une variation sinusoïdale autour d'une valeur moyenne unitaire. Ainsi : i3 =1 + s. cos(0) 13=1 11 12 avec O l'angle de rotation de la roue d'engrenage de variation 7 et { une constante, prise relativement faible, définissant l'amplitude de la variation du rapport de transmission inverse i3. Le symbole i3 désigne la valeur moyenne sur un tour du rapport de transmission inverse i3. Pour le cas de notre exemple, où le rapport de transmission u est pris égal à 1 on peut écrire : On peut donc écrire : w3 ùw .[1+e.cos(w .t)]

(03 =w0 La vitesse d'avance Va de l'arbre de sortie 3 peut s'écrire : V = p.(w2 ùcoi) a 2n 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 :

Va = p. w (i3 .i2 i~) = p. w (i2 ü) + p. w i2 .. cos(w .t) 2,r 27r 27r Le mouvement d'avance Xa est donc donné par la formule :

Xa = f Vadt = p. (i2 ù i1 ).t + p. iz . sin(w .t) 2n 2r En outre, si on définit le nombre d'oscillations axiales par tour d'arbre

1 comme ri = w3 = ~ alors on a ri = il puisque wc = col = w .i, . c c l 13 Or, le mouvement d'avance Xa peut également s'écrire : Xa = f Vadt = f.0c .t+A.sin(rrwc.t) = f.wc .t + f.a.sin(ri.Wc.t) 27r 27r

où A est défini comme l'amplitude des oscillations ajoutées au mouvement d'avance, et a = A est l'amplitude relative, avec f l'avance par tour de f

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 : 1 E = 27rr].a. 6 a+1 avec a correspondant au facteur de démultiplication entre le pas p de la liaison hélicoïdale 14 et l'avance moyenne f de l'arbre de sortie 3 par tour (6=.Î). p Il 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 40) En outre, 77 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 77 soit un nombre non entier. En effet, si rl 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 77 = 0,8. Il convient alors de dimensionner les moyens d'engrenage de façon à ce que les rapports de transmission des engrenages classiques (i, et i2), ainsi que la valeur de l'amplitude E de variation du rapport de transmission variable i3 vérifient : i1 = 1 =1,25 r~ 12 = 1,28125 r) e=2nrt.a. 6 0,1226•a 6+1 On pourra par exemple prendre une deuxième roue d'engrenage menante 16 comportant 40 dents et une deuxième roue d'engrenage 17

comportant 32 dents de sorte que il = 32 =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 14 démultiplication u entre le pas p de la liaison hélicoïdale et l'avance

0,05 1 moyenne f par tour de foret est donc de l'ordre de 0,025 û û comportant 32 dents, de sorte que i2 = 32 z' 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 il et i2 soient des nombres rationnels. Dans cette configuration, les paramètres 77 et u sont les suivants : 1 11=-=0,8 il i2 ù II 6 il 40 Ces valeurs pour les paramètres ri et u permettant une fragmentation 10 efficace des copeaux, avec une avance moyenne du foret f 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 : s = 27r l2 û ll .a 0,1226.a 12.11 15

On choisit la valeur de a de manière à ce que la fragmentation du copeau soit réalisable pour un rapport ri 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 20 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 concevoir5 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 :

* .** 6 + 1 12=12.12 = 11 avec i2 et 12* 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 G)2. On choisira donc une troisième roue d'engrenage intermédiaire 120 qui25 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 u3 tel que son inverse i3 soit défini par : l3 =1+0,1•cos(Cw0 -t) 13=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 primitivenon 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 117 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 menante 105 avec l'arbre de sortie 103 par l'intermédiaire d'une liaison glissière 121 et de coupler la deuxième roue d'engrenage menante 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 30 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.

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 (15)

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.