Machine à taller les roues dentées La présente invention concerne une machine à tailler les roues dentées, particulièrement les roues de dimen sions très faibles, à l'exception des roues dentées utilisées dans l'industrie horlogère.
Les machines à tailler utilisées actuellement sont des machines rotatives, l'outil de coupe, constitué générale-. ment par un diamant, étant entraîné par un arbre tour nant dans des paliers. L'ensemble présente un certain jeu nécessaire au déplacement des pièces en rotation par rap port aux pièces fixes sur lesquelles elles s'appuient. Malgré tout le soin et la précision apportés à la réalisation d'une machine de ce type, il est pratiquement impossible, par exemple, de tailler dans une roue d'un diamètre de quel ques millimètres plus de cent dents identiques, avec une précision suffisante, le jeu des différents organes mobiles provoquant des oscillations de l'arbre ayant pour effet des vibrations perturbatrices s'étendant à toute la machine.
Le but de la présente invention est de créer une machine sans palier et sans arbre, c'est-à-dire sans pièces animées d'un mouvement de rotation, qui met à profit la cause de perturbation elle-même des machines actuelles, les vibrations, pour opérer la taille.
La machine automatique à tailler les roues dentées de très faibles dimensions selon l'invention, est caractérisée par le fait qu'elle comprend un oscillateur mécanique pour assurer le déplacement et l'avance de l'outil de coupe, l'oscillation de cet oscillateur mécanique étant entretenue par des moyens électroniques.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention. La fig. 1 montre une vue d'ensemble de la machine. La fig. 2 représente le schéma-bloc électronique du circuit de commande.
Les fig. 3a, 3b, 3c représentent un détail, montrant les spires d'entretien électro dynamique de l'oscillation.
La fig. 4 représente le support de la roue à tailler. La fig. 5 représente une vue de profil de la roue à tailler.
La fig. 6 représente une vue de face de la roue à tailler. La fig. 7 représente un diagramme de coupe.
La machine est constituée essentiellement par un bâti 1 très lourd et très rigide par rapport à la masse de l'outil et de la roue à tailler. Un oscillateur mécanique, constitué par un diapason 2, est fixé par quatre écrous sur un socle 3, parti du bâti. La branche 2a du diapason porte l'outil de coupe 4 à son extrémité 2c, tandis que la branche 2b n'est là que pour équilibrer dynamiquement le système oscillant. Deux systèmes d'aimants 5a et 6a, respective ment 5b et 6b, sont fixés dans chacune des branches 2a et 2b, coopérant respectivement avec une bobine 7 et 8, pour entretenir l'oscillation du diapason.
La polarité des aimants est telle que les branches 2a et 2b peuvent osciller en opposition de phase, aussi bien dans un plan horizon tal que parallèlement à un plan vertical, comme il sera décrit plus loin en détail.
Les bobines excitatrices 7 et 8 comportent une spire unique constituée par une plaque de cuivre découpée. Elles sont représentées en détail à la fig. 3, où l'on voit également des transformateurs 24 et 25 connus sous le nom de ferroxcubes comprenant une armature et un noyau de ferrite 24a, respectivement 25a qui traverse chacune des spires constituées par les extrémités 7a et 8a, qui constituent les enroulements secondaires des trans formateurs.
La roue à tailler 9 est fixée à l'extrémité d'une tige en acier 10 prolongeant l'axe de la roue dentée l l constituant la réplique de la roue à tailler et portant de ce fait le nombre de dents que l'on désire tailler. Cette roue est freinée, mais peut tourner sous l'action de la tige 12 en acier trempé très dur, solidaire d'un piston 13 commandé électromagnétiquement par un dispositif 14. Ce dispo sitif est représenté en détail à la fig. 4.
Le bloc 15 et la tige 16, formant un ensemble très rigide, servent à main- tenir la roue- à tailler-dans- une -position absolument fixe,- comme il sera décrit plus oin en relation avec les fig. 4, 5 et 6.
La branche 2b porte encore sur sa face latérale externe une barre aimantée 7 pénétrant dans une bobine 18 ser vant de bobine captrice pour l'entretien de l'oscillation de manière connue.
La fig. 2 représente le circuit électrique d'entretien et de commande des oscillations du diapason. On a repré senté à nouveau schématiquement le diapason 2 dans les branches 2b. et 2d duquel sont logées les paires de barreaux aimantés 5a et 5b, 6a et 6b. L'espace entre les barreaux aimantés et le fond des logements est rempli par une masse en laiton 70a, 70b, 80a et 80b afin d'augmenter la rigidité de l'ensemble. Les boucles 7a et 8a des spires 7 et 8 coopérant avec les barreaux aimantés, constituent les enroulements secondaires des deux transformateurs fer- roxcubes 24 et 25.
L'enroulement primaire 24b et 25b de ces transformateurs est relié aux bornes de sortie d'un amplificateur de puissance 21, respectivement 23, tous deux recevant une tension préamplifiée d'un préamplifica teur 19 relié par un câble 20 à la bobine captrice 18. Afin que les tensions à la sortie des deux amplificateurs soient parfaitement déphasées de 90 l'une par rapport à l'autre, un circuit déphaseur ajustable 22 est inséré entre l'am plificateur 23 et le préamplificateur 19.
L'amplificateur 21 est alimenté par une source de tension continu de 22 V, tandis que l'amplificateur 23 est alimenté par une tension variable issue de circuit de commande de coupe 30.
Le circuit 30 comprend un membre RC, constitué par la résistance 26 en série avec le condensateur 27, connecté entre une source de courant continu à 50 V et la masse. La constante de temps de ce membre RC est calculée de manière à obtenir une courbe exponentielle de charge montant de 0 à -16 V en l/20 de seconde.
Le point de connexion 35 du condensateur 27 de la résistante 26 est relié d'une part à un circuit à seuil 28 délivrant un signal lorsque sa tension d'entrée atteint -16 V, ce signal opérant une première bascule monostable 29 délivrant une impulsion d'une durée de 1/30 de seconde et déchar geant brusquement le condensateur à travers la liaison 31 et le maintenant déchargé pendant la durée de cette impul sion, au bout de laquelle le flanc postérieur de celle-ci déclenche une seconde bascule monostable identique 34 qui maintient le condensateur 37 déchargé pendant une seconde période de 1/30 de seconde.
Le point 35 est relié d'autre part à un amplificateur de puissance de courant continu 36, constituant la source de tension variable ali mentant l'amplificateur 23. Le signal de la bascule 29 est appliqué d'autre part à un amplificateur de puissance 33 commandant le dispositif d'avance électrodynamique 14. La machine fonctionne de. la manière suivante: Le diapason. étant au repos -et les circuits sous tension, on provoque,. soit directement par un léger choc ou indi rectement par une vibration auxiliaire la vibration du diapason, dont les branches 2a et 2b vibrent naturellement en opposition -de phase dans un plan horizontal. La fré quence d'oscillation horizontale du diapason est de 700 Hz.
La bobine çaptrice est alors traversée par un flux variable à 700 Hz. La tension réduite dans cette bobine est appliquée au préamplificateur 19 qui 1a distribue, amplifiée, aux deux amplificateurs de puissance 21 et 23. La tension de circuit de l'amplificateur 21 alimente à travers le transformateur 24 la spire de cuivre 7 d'impé dance très basse et traversée par un courant alternatif.
La tension de sortie de préamplificateur 22 est appli quée, après un déphasage de 90 par rapport à la tension appliquée à l'amplificateur 21, à<B>-</B>l'amplificateur 23., qui lorsque l'interrupteur 32 est ouvert ne livre aucun signal de sortie. Lorsqu'on ferme l'interrupteur 32, une tension d'alimentation en dents de scie est appliqué à l'amplifi cateur 23. La tige 8 est alors traversée par un courant alternatif à 700 Hz. d'amplitude variable. On remarquera que les circuits magnétiques 6a et 6b sont de sens opposés de telle sorte, que lorsque la branche 2a est attirée vers le bas, la branche 2b est repoussée contre le haut.
Les deux branches oscillent en opposition de phase dans deux plans verticaux parallèles, de telle sorte que le système oscillant est également équilibré dynamiquement verti calement. La superposition des oscillations horizontales et verticales, déphasées de 90 , entraînent les branches du diapason dans des trajectoires elliptiques, comme il est bien connu. Le courant d'alimentation en dents de scie est produit parla charge progressive et la décharge brusque du condensateur 27. Ce condensateur se charge à travers la résistance 26.A mesure que la tension au point 35 augmente; augmente également la tension d'alimentation de l'amplificateur 23 et par conséquent les oscillations verticales du diapason.
Le diamètre vertical 37b de l'ellipse 37 décrite par les branches augmente progres sivement pour atteindre une première valeur intermédiaire pour laquelle le diamant fixé à l'extrémité 2c entre en contact avec la périphérie de la roue à tailler, puis la taille de la dent commence, le diamant pénétrant à chaque pas sage plus profondément dans la roue, jusqu'à ce que la profondeur voulue de la dent soit atteinte, correspondant à une tension de -16 V au point 35; tension qui déclenche le circuit à seuil 28 qui déclenche à son tour la bascule 29, provoquant la décharge brusque du condensateur 27 à travers la liaison 31.
La tension au point 35 tombe à une valeur très faible et l'oscillation verticale du diapason cesse. Le condensateur est maintenant déchargé pendant une période de 1/15 de seconde par les deux bascules 29 et 34. Cette pause est utilisée pour effectuer l'avance automatique de la roue à tailler. A cet effet, le signal de 1/30 de seconde issu de la bascule 29 arme le dispositif d'avance 14, qui au bout de la période de 1/30 de seconde entraîne la roue 11 par son relâchement. L'oscillation verticale du diapason doit être complètement amortie au bout de l/30 de seconde, il est nécessaire de préciser à cet effet, que la fréquence d'oscillation verticale de 700 Hz. ne doit pas coïncider avec la fréquence de résonance de chacune des branches du diapason à oscillation verticale.
L'idéal serait que les 700 Hz. soient le plus loin possible de la résonance, c'est-à-dire que l'on ait un déphasage de 90 par rapport à la résonance. Mais la force nécessaire pour entraîner les branches devrait être très grande, ce qui provoquerait un échauffement excessif de la spire de cuivre 8. On est donc conduit à un habituel compromis entre le déphasage de 90 et la force maximale admissible. Le déphasage intermédiaire peut être ajusté en limant plus ou moins les branches 2a et 2b aux endroits 2d et 2c. L'amortissement des oscillations verticales est cependant assez rapide pour que l'on ne risque pas d'entraîner la roue à tailler trop tôt.
La deuxième bascule 34 introduit une deuxième pause de 1/30 de seconde, succédant immédiatement à la pre mière, pour permettre au cliquet 12 du dispositif d'avance 14 d'arriver au bout de sa course. Sur quoi la bascule 34 revient à l'état propre de. repos, permettant au condensa teur 27 de se recharger à travers la résistance 26 et le pro cessus se répète pour chaque dent à tailler.
Le dispositif de commande de l'avance est représenté à la fig. 4. Le dispositif 14 comprend une bielle 13 portant le cliquet 12 en acier trempé durci, une bobine 40 entou rant un noyau en fer doux en deux parties, dont l'une, 41, est fixée au bâti, et l'autre, 42, est fixée à la bielle 13 et peut se déplacer avec elle dans l'ouverture de la bobine. Le circuit magnétique extérieur est constitué par une douille en fer doux 44 fixée au noyau 41, un entrefer 43 est prévu entre les noyaux 41 et 42 maintenu ouvert par le ressort 45 agissant sur le piston 46. Le mouvement du piston est freiné par un bain d'huile 47, l'huile s'écoulant à travers le piston par plusieurs trous 48.
Lorsque le dis positif reçoit de l'amplificateur de puissance 33 l'impul sion de courant de 1/30 de seconde, le noyau 42 est attiré par le noyau 41, comprimant le ressort 45. C'est au bout des 1/30 de seconde, donc pendant l'impulsion de la deuxième bascule 34, que le ressort se détend, repoussant le piston 46.
Ce n'est donc pas l'énergie électromagnétique qui fait avancer le cliquet 12, mais l'énergie du ressort 45. La force avec laquelle on fait reculer la bielle 13 n'est donc limitée que par la résistance mécanique du dispositif 14, de telle sorte qu'elle peut être très grande, de manière à actionner la bielle en un temps très court, malgré la résis tance offerte par l'huile. L'action du ressort est pratique ment continue et le cliquet entraîne la roue dentée 11 par une poussée uniforme et souple qui ne risque pas d'abîmer les dents.
La roue 11 est freinée par un ressort en forme de croix 49, dont les branches s'appuient sur les surfaces de la roue 11. Celle-ci est de diamètre suffisant pour que l'on puisse y tailler à l'aide d'un procédé classique un nombre élevé de dents, dans le cas particulier 240, avec une grande précision relative. Elle est ajourée afin que son moment d'inertie soit le plus faible possible. Son axe est prolongé par la tige cylindrique en acier 10 à l'extrémité de laquelle est fixée la roue à tailler 9. L'extrémité de cette tige est parfaitement cylindrique et elle est maintenue dans une position légèrement fléchie sous la pression de la tige 16.
La position de la tige 16 est réglable longitudi nalement par une vis non représentée et latéralement par la vis 50 exerçant une pression sur l'extrémité en porte à faux de la tige, la déformant élastiquement.
Le détail de la fixation de la roue à tailler et du réglage de sa position sont représentés aux fig. 5 et 6.
La fig. 5 montre une coupe de l'extrémité de la tige, dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre de la roue à tailler 9. Celle-ci est fixée avec son axe 9a, qui vient se loger exactement dans un alésage 52 de même diamètre que l'axe et parfaitement coaxial à la tige 10. La roue 9 est maintenue axialement par le ressort 53, pivoté sur le socle 15 et pourvu à son extrémité d'une plaquette de rubis appuyant sur le pivot 9c de l'axe. Un évidement 55 est prévu pour recevoir éventuellement le pignon 9b de la roue à tailler. L'extrémité 51 est usinée selon un cône ou une surface concave de manière que la roue 9 ne repose que sur une arête circulaire 56, parfaite ment plane.
La fig. 6 montre la même disposition vue de face, sans le ressort 53. On y reconnaît l'extrémité 2c de la branche 2a du diapason portant l'outil de coupe. Celui-ci est constitué par un diamant 60 collé de préférence avec de 1' Araldite (marque déposée) à un petit support 65 lui-même fixé sur le diapason. Le support 65 est réalisé aussi léger que possible pour ne pas déséquilibrer le dia pason, mais il est clair qu'il doit être parfaitement rigide.
Dans le présent exemple, les dents ont des faces inclinées à 45 , de sorte que le diamant présente de profil un angle de 90 , la bissectrice 66 de cet angle passant par l'axe de la roue à -tailler. Comme il a. été dit plus haut, la position de la roue 9 est assurée latéralement par la tige 16. Celle-ci vient appuyer sur la tige 10 à l'aide de deux billes 63 et 64 en acier durci et poli ou en rubis, logés dans les deux faces en équerre 61 et 62, dont les points de contact avec la tige 10 sont situés respectivement sur une horizontale et une verticale passant par l'axe de la roue.
La surface de la tige 10 exactement concentrique à l'axe de l'alésage 52, est (fig. 5) elle-même durcie de manière que le frotte ment et l'usure au point de contact avec les billes soient réduits au minimum. Dans l'exemple particulier repré senté, la roue reçoit 240 dents d'une profondeur de 1,4/100 mm. et d'une longueur de 2/100 mm. Le diamètre de la roue est égal à 1,5 mm. et son épaisseur à 3/100 mm.
A la fig. 7 on a représenté un diagramme de com mande de la machine qui est en même temps un dia gramme de coupe. On a porté en ordonnée d'une part la tension Uc (fig. 2) et, d'autre part, l'avance du diamant d, et en abscisse le temps t. L'origine ta est choisie arbitraire ment au commencement de la charge du condensateur 27. Celui-ci se charge progressivement jusqu'à la tension -16 V, puis se décharge brusquement. La durée de cette impulsion en dents de scie est de 1/20 de seconde.
Paral lèlement le diamant de coupe se rapproche de la dent à tailler et l'atteint après s'être déplacé d'une distance<B>dl,</B> qui peut varier avec l'irrégularité de la roue brute; de<B>dl</B> à d2 le diamant taille la dent puis recule brusquement au temps ti. A ce moment la bascule 29 commande par une impulsion de 1/30 de seconde le recul du cliquet 12, qui entraîne la roue 11 pendant la période comprise entre t2 et t3 égale à 1/30 de seconde. La bascule 34 enlève le court-circuit du condensateur 17 qui se décharge à nou veau pour commander la taille d'une nouvelle dent.
Cette machine permet de réaliser une taille à la fois extrêmement rapide et précise. Dans les machines conven tionnelles la limitation de la vitesse de coupe n'est pas déterminée par le diamant pour lequel on ne connaît pas actuellement de limite, mais par les vibrations de la machine augmentant avec la vitesse de rotation de l'arbre. Or, ici on utilise précisément les vibrations contrôlées de la machine. La limite de vitesse de coupe est déterminée ici par la résistance de l'acier constituant le diapason.
On se rend facilement compte que les tensions mécaniques développées au centre d'oscillation peuvent atteindre des valeurs critiques lorsqu'on fait osciller le diapason à une fréquence élevée et à une amplitude relativement grande, provoquant les accélérations considérables des masses en mouvement.
La machine n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite. Les branches du diapason pourraient très bien osciller en phase. La réaction sur le support serait alors considérable, le système oscillant n'étant plus équilibré dynamiquement.
A la place d'un système électrodynamique, on pour rait utiliser un système électromagnétique, plus puissant, mais qui provoquerait beaucoup plus d'échauffement.
L'invention a été décrite en relation avec le taillage d'une roue dentée de très faibles dimensions, mais il est clair qu'elle peut être utilisée pour le taillage de roues dentées de dimensions quelconques. Il sera bien entendu nécessaire d'adapter l'amplitude de l'oscillation aux dimensions de la roue.