Fraise.
Un principe bien connu dans le fraisage
des métaux, consiste en ce que le bord de
coupe de l'outil doit de préférence être in
cline par rapport à la direction de mouve
ment relatif, de façon à exécuter un cisail
lement. Cette inclinaison est avantageuse en
ce qu'elle améliore l'action de coupe, et aussi
en ce qu'elle permet à l'outil d'attaquer la pièce d'ouvrage graduellement et avec un
choc relativement faible au lieu de-I'atta-
quer brusquement avec un fort choc. Ce prin
cipe a été applique à des fraises dépouillées qui ont un diamètre uniforme de bout en bout, et a été également appliqué à des fraises ayant une conicité uniforme d'une extrémité à l'autre.
Ces fraises ont leurs bords de coupe inclinés longitudinalement par rapport à l'axe, le bord de coupe se conformant d'ordinaire approximativement a une hélice. De cette manière, chaque dent peut attaquer la pièce d'ouvrage graduellement et exécuter un cisaillement.
Jusqu'ici on n'a pas jugé pratique ou possible d'appliquer ce principe pour l'usinage et le dépouillement de précision de fraises de forme ou fraises profilées. Par fraise de
forme ou fraise profilée ; on entend une fraise
dans laquelle le diamètre varie de bout en
bout de manières différant d'une conicité
uniforme, la fraise étant ainsi adaptée pour
tailler un profil prédéterminé autre qu'une
ligne droite.
L'objet de la présente invention est une
fraise destinée iL tailler un profil predéter-
mine autre qu'une ligne droite et comportant
une pluralité de dents à direction générale longitudinale par rapport à l'axe de fraise dont chacune est munie d'une face do coupe avant inclinée par rapport a l'axe de la fraise, chaque dent étant dépouillée sur sa surface extérieure le long de lignes s'étendaut vers l'intérieur et l'arrière en partant du bord de coupe externe, ce bord de coupe externe ayant une forme telle que sa projection sur un plan d'intersection axial est identique à un profil prédéterminé à tailler,
ce profil du bord de coupe renfermant des parties considérable- ment inclinées par rapport à l'axe de la fraise.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'ex- emple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention. Le profil de la fraise représentée a, été choisi uniquement comme exemple et il peut être remplacé par un autre profil pratique. Afin d'assurer la parfaite compréhension de l'invention, ce dessin représente également des moyens pour usiner la fraise.
Dans le dessin ci-joint :
La fig. 1 est une vue latérale et la fig.
2 une vue de bout d'une fraise profilée d'après la présente invention ; la fig. 3 est une coupe transversale fragmentaire développée de la fraise des fig. 1 et 2, la coupe étant prise par le fond de l'une des gorges longi tudinales, le long d'une surface hélicoïdale telle que 9-9 indiquée à la fig. 2. La fig.
4 est une vue semblable a, la fig. 3 mais montre une forme de fraise légèrement mo difiée ; la fig. 5 est une vue semblable à la fig. 2, mais montre une forme de fraise quel- que peu différente ; la fig. 6 est une vue schématique en plan et montre une phase de l'usinage de la fraise des fig. 1 et 2 ; on voit un outil de tour en prise avec une ébauche de fraise ; la fig. 7 est une vue de face fragmentaire de certains éléments de la fig. 6 ; la fig. 8 est une vue schématique en coupe suivant les lignes 23-23 des fig. 6 et 7 ;
la fig. 9 est une vue semblable à la fig. 8, mais montre les parties. dans des positions relatives différentes ; les fig. 10 et 11 sont des vues semblables aux fig. 6 et 7, mais montrent l'outil de tour dans une position différente ; les fig. 12 et 13 sont des vues schématiques quelque peu semblables a la fig. 9 et montrent les rapports entre l'outil de tour et l'ébauche de fraise, lorsque l'outil de tour est dans la position générale représentée aux fig. 10 et 11. La fig. 14 est une vue schématique et montre le mouvement supplémentaire relatif entre l'ébauche et l'outil qui est nécessaire pour les faces non radiales. Les trois coupes de dent peuvent être considérées comme prises suivant trois diamètres différents de la fraise.
Les fig. 15, 16 et 17 sont des vues schématiques semblables à la fig. 14 et représentent le réglage relatif de l'ébauche et de l'outil pour les sections respectives représentées t la fig.
14 la fig. 18 est ulle vlle schérnatique en plan d'une machine adaptée pour usiner la fraise ; la fig. 19 est une vue en coupe sui- vant la ligne 34-34 de la fig. 18.
Les fig. 1 à 3 représentent une fraise B d'une longueur considérable et qui est façonnée pour fraiser un profil prédéterminé. La fraise est munie d'une pluralité de dents 19 à direction générale longitudinale, mais incli nées, entre lesquelles se trouvent des gorges 20.
Les dents possèdent des faces de coupe avant 21 à ligne de génératrice radiale et qui sont inclinées par rapport à l'axe de la fraise et qui sont conformes a, des helicoïdes, les profils desdites faces correspondant au profil à tailler. Le profil est constitué, par une section droite 22 parallèle à l'axe, une section concave 23 en forme d'arc circulaire, une section droite 24 inclinée par rapport à l'axe, une section concave 2. en forme d'arc cirouiaire :
une section convexe 26 en forme d'arc elliptique, une section concave 27 en forme d'are circu- laire et'une section droite 28 parallèle à l'axe.
Chaque gorge 20 (fig. 2) a une profondeur uniforme de bout en bout, c'est-à-dire que son fond est parallèle à l'axe de la fraise.
Une gorge de profondeur variable est représentée en 20'dans la forme d'exécution de la fig. 4.
Chaque dent de la fraise est dépouillée le long de lignes 29 s'étendant vers l'arrière et l'intérieur à partir du profil de la face de coupe, ces lignes de dépouille formant des surfaces continues qui s'étendent uniforme- ment de bout en bout d'une dent malgré les variations de rayon aux différents points du profil et malgré les variations de position angulaire dans la face de coupe provenant de la forme hélicoïdale de celle-ci. Les lignes de dépouille 29 sont maintenues en rapport semblable les unes aux autres à mesure qu'elles s'étendent vers l'arrière et l'intérieur, ies lignes se conformant à des spirales d'Archi- mède.
Le résultat est que chaque dent de la fraise par rapport à un plan d'intersection axial quelconque a une forme tordue qui pro vient du fait que les lignes de dépouilles suc cessives 29 inclinées vers l'intérieur, partent de lignes radiales différentes à cause de la face de coupe hélicoïdale. Malgré cette torsion de la dent par rapport à un plan d'insersection axial, le contour ou profil effectif de la face de coupe est exact, ainsi que mentionné ci-dessus. En d'autres termes, la projection d'un bord de coupe sur un plan d'intersection axial est identique avec le profil prédéterminé, de sorte que la fraise, en tournant, coupera ce profil.
Lorsque les lignes de dépouille 29 sont conformes à des spirales, ainsi qu'il est pré- érable, il est possible d'affûter ou de meuler les dents de la fraise sur les faces de coupe avant 91 sans changer le profil effectif. La dent présente dans des surfaces successives, des profils semblables aux faces de coupe primitives 21. En conséquence si la fraise est meulée sur les faces avant, le profil effectif reste le même.
Dans la fraise B, le coin extérieur avant /de chaque dent est en avant du coin extérieur arrière opposé de la dent qui la précède.
Les fraises des fig. 1 à 4 possèdent des faces de coupe à génératrice radiale, et chaque face de coupe étant conforme à une sur face hélieoïde formée par une génératrice rectiligne qui suit l'axe de la fraise et qui suit aussi une hélice située sur un cylindre concentrique à l'axe de la fraise. Si on le désire, on peut s'écarter de cette forme d'hé- licoïde et l'hélicoïde peut être engendré par une génératrice qui suit la susdite hélice sur un cylindre concentrique à l'axe et qui suit également une hélice du même pas longitu- dinal sur un cylindre concentrique plus petit.
Une fraise D possédant ces faces de coupe est représentée à la fig. 5. On voit que cette fraise D est semblable à la fraise B en ce que les faces de coupe avant 21 sont formées de façon que des plans perpendiculaires à, l'axe de la fraise les coupent, non pas le long de lignes radiales, mais le long de lignes formant des angles avec les lignes radiales.
Malgré l'inclinaison de chaque face de coupe de la fraise D par rapport aux rayons, les divers points le long de son profil sont exac- tement aux mêmes distances de l'axe que le sont les points similaires respectifs le long du profil d'une face de coupe de la fraise B.
La fraise D possède donc exactement le même profil effectif que la fraise. B, et taille le même profil prédéterminé. Cette inclinaison des faces de coupe est dans certaines conditions préférable car elle assure une action de coupe plus efficace.
Pour une compréhension plus parfaite de l'invention, on décrira maintenant, en rété rence aux fig. 6 à 13, un procédé qui se prête à la fabrication de la fraise. Il faut noter que les opérations préliminaires de tour nage de Fébauohe, d'entailiage des gorges, etc. ; peuvent être exécutées de manière usuelle ou préférée quelconque, ces opérations n'exigeant pas de description spéciale.
En usinant la fraise, on se sert d'un outil de tour étroit V, tel que représenté à la : Sg.
6. Pour dégrossir la fraise, on peut se servir d'un outil relativement large, mais pour la finir il est préférable de se servir d'un outil muni d'une fine pointe. L'outil V est main- tenu en rapport de travail avec l'ébauche 2 ?, et est avancé et guide vers la gauche, de façon. à suivre le profil exact 22-28. Pendant l'opération de coupe, l'ébauche tourne axialement au moyen d'un dispositif préféré quelconque. L'outil est-maintenu en parallc- lisme pendant son avancement qui se fait uniformément d'une extrémité de l'ébauche à l'autre.
L'outil est très étroit et la quantite d'avancement pour chaque tour de l'é- bauche, est moindre que la largeur de l'outil.
Pour guider l'outil V, on a prévu un gabarit IF ayant exactement le profil prédéterminé qui doit être taillé par la fraise 1X. Le gabarit est attaqué par une touche X qui a le même profil ou approximativement le même profil avant que l'outil V ; la touche de gabarit et l'outil sont reliés de façon à se mouvoir à l'unisson.
Les fig. 6 et 7 montrent l'outil V en prise avec l'ébauche, la section 22 et une partie de la section 23 du profil prédéter- miné ayant déjà été coupées. La fig. 8 est une vue en coupe transversale de l'ébauche et du gabarit au point d'engagement de l'ou- til avec l'ébauche et de la touche avec le gabarit. L'ébauche se trouve dans la position représentée a. la fig. 7, et l outil 1 tel que représenté attaque le bord avant d'une dent 19.
AËn que les dents de la fraise soient convenablement dépouillées. l'outil !"va et vient par rapport à la touche =Sr ell se rappochant et s'écartant de l'axe de l'ébauche en rapport règle avec la rotation de l'ébauche.
Ainsi que représenté a. la fig. 8, l'ébauche tourne dans la direction indiquée par la Ëéche et l'ontil va-et-vient sur une distance effec- tive/', l'outil exécutant un mouvement avant et arrière comp) et pour chaque dent de lé- bauche. La fig. 8 montre 1'outil dans sa posi tion opérante externe et prêt à se mouton' vers l'intérieur pour tailier la dépouille sur la dent qui vient d'entrer en prise avec lui.
La fig. 9 est une vue semblable a la Ëg. 8, mais montre la fraise avanc#e, en sorte que l'outil V est. à l'arriére de la dent 19. Il est évident que l'outil s'est déplacé vers l'inte- rieur à sa position opérante interne et que dans ce mouvement i) a formé la dépouille exacte 29 sur la dent.
Les fig. 10 et 11 sont des vues sembla bles aux Ëg. 6 et 7, mais montrent 1'outil T' et la touche X dans des positions din'éren- tes. Il faut noter que l'outil et la touche en passant des positions des fig. 6 et 7, aux positions des fig 10 et 11 ont avancé très lentement ; la touche restant en prise avec le gabarit et guidant, ainsi convenablement l'ou- tit. Ainsi que représenté l'outil a coupe le restant de la section 23 du proËl prédéter- miné, toutes les sections 24 et 25, et une partie de la section 26.
On a dit que l'outil 1 ; va et vivent en rap- port réglé avec la rotation de l'ébauche de fraise. Ce rapport est dcefiui lorsque 1'outil se trouve it un plan transversal dôme quel- conque. mais lorsque l'outil est amené le long de la fraise, le rapport doit être changé putir se conformer au changement de position angulaire du bord externe de la face de coupe.
La fig. 11 montre l'ébauche de fraise avec la dent engagée dans la même position qu'# la fig. 7. Par suite de l'inclinaison de la dent, la pointe de l'outil est près de l'arde de la dent au tien d'être à t'ayant de la dent ainsi que représenté aux fig. (i et 7.
Si le même rapport avait été maintenu entre la rotation de l'ébauche de fraise et le mou vexent alternatif de l'outil, l'outil se trouverait dans la même position externe qu il occupe dans la fig. 8. et ne serait pas en prise avec t'ébauche, ainsi que représenté a la fig. 12. Il est évident qu'il faut faire varier le rapport entre 1'outil de coupe et l'ébauche pour permettre à l'outil de tailler la dépouille nécessaire, tout en conservant le profil exact.
Lorsque le bord avant de ! a dent atteint la pointe de l'outil : l'outil doit attaquer l'ébau- clie et doit ensuite rester en prise à mesure que la dent continue à la dépasser. La varia- tioii requise dans le rapport peut se faire par l'acc#l#ration relative du mouvement al- ternatif de l'outil en proportion du mouvement de l'outil le long de l'ébauche, ou par retardement relatif du mouvement rotatif de l'ébauche. Dans l'un et l'autre cas, le résul- tat est de maintenir l'outil et la fraise dans le rapport convenable à mesure que l'outil avance.
Le rapport entre la rotation de l'é- banche et les mouvements alternatifs et de dépouille de l'outil subsiste et le réglage relatif varie de façon que l'outil attaque tou ; jours le bord avant de la dent lorsqu'il se trouve dans la positionopéranteexterne.A mesure que l'ébauche tourne vers la position représentée à la fig. 11, l'outil suit la ligne de dépouille exacte 29 vers la position replue- sentée à la fig. 13.
Pour tailierHne fraise du genre de celle représentée a la fig. 5, il est nécessaire d'assurer utie variation supplémentaire entre les mouvements de dépouille de 1'outil et le mouvement rotatif de l'ébauche à mesure que l'outil de coupe se rapproche ou s'écarte pour se conformer aux diiférents diamètres de l'ébauche. En conséquence, lorsqu'il s'agit de tailler une fraise de ce genre ; les mouve- dents relatifs ci-dessus décrits sont quelque peu modifi#s.
Dans la figure sch#matique 14. t peut être considéré comme une vue fragmentaire en coupe suivant le diamètre maximum d'une fraise D ayant des faces du genre de celle de la fig. 5. le rayon de la fraise à cette position étant ?'. Sous la commande du gabarit IV et de la touche-ï, l'outil de coupe S se trouve a une distance r de l'axe de l'ébauche et est en position pour attaquer la pointe de la dent représentée et y tailler la ligne de dépouille exacte 29.
La section de dent à un diamètre intermédiaire est repre- sentée en t'le rayon à cette position étant r'. Pour ce rayon r', si on ne prend pas de disposition spéciale, l'outil S se trouvera dans la position indiquée par le3 lignes pointillées à la distance r'de 1'. txe de l'ébauche. Mais en raison de l'inclinaison de la face de coupe de l'ébauche, la dent de l'ébauche ne sera pas en prise avec l'outil, mais en sera séparée par 1'angle asa'.
L'outil commencera néan- moins immédiatement son mouvement de dépouille, vers l'intérieur, malgré que la dent d'ébauche ne l'ait pas encore atteint, et il en résultera la coupe d'une ligne de dépouille inexacte 29'.
La section de dent au diamètre minimum est représentée en t", le rayon à cette position étant r". Pour ce rayon encore plus petit, le résultat sera semblable à celui qui vient d'être décrit, sauf que la pointe de la dent sera séparée de l'outil par un angle plus grand ni', avec le résultat que la ligne de dépouille inexacte 29"s'écartera encore plus de la ligne de dépouille exacte 99. Afin d'éviter les erreurs qui se produiraient de la manière représentée à la fig. 14, on fait varier le rapport entre le mouvement de dépouille de l'outil et le mouvement rotatif de l'ébauche.
La ng. 15 montre l'outil prêt à attaquer la dent à la position t et à la distance r, ainsi que représenté à la fig. 14. Pour ce rayon maximum, aucune variation de position n'est nécessaire. La fig. 16 montre l'outil prêt à attaquer la dent à la position t'et à la même distance 7'de 1'ébauche que celle representée à la fig. 14, mais le rapport du mouvement de dépouille a été changé de façon que la dent est en position pour être attaquée par la pointe de l'outil au début du mouvement de dépouille. La dent en lE est en conséquence taillée avec la ligne de dépouille exacte 29.
La fig. 17 montre l'outil prêt à attaquer la dent à la position t"et à la même distance r"de l'axe de l'ébauche que celle représentée à la fig. 14, mais le rapport du mouvement de dépouille a été changé de façon que la dent se trouve en position pour être attaquée par la pointe de l'outil au début du mouvement de dépouille.
La dent en t"est en conséquence taillée avec la ligne de dépouille exacte 29. On voit que l'opération telle que représentée aux fig. 14 à 17 n'est affectée ou ne dépend d'aucune manière de l'inclinaison longitudinale des faces de coupe. En d'autres termes peu importe que les faces de coupe soient en hélice ou droites.
Les variations requises dans le rapport entre les mouvements de dépouille de l'outil et le mouvement rotatif de l'ébauche peuvent être obtenues soit en changeant (d'ordinaire en avançant) le mouvement de l'ebauche, soit en changeant (d'ordinaire en retardant) les mouvements de l'outil. On a trouvé plus simple de retarder les mouvements de l'outil, et ceci est particulièrement désirable, lorsqu'on a pris des dispositions comme dans le présent exemple, pour changer le mouvement de l'ébauche (et non pas les mouvements de dépouille) en vue de se conformer aux dents en hélice.
En conséquence dans l'application du procédé tel que représenté aux fig. 14 à 17, les mouvements de dépouille sont retardes, le degré de retardement dé- pendant de la position de l'outil de coupe aux divers rayons moindres que le rayon maximum r. Il faut noter que le retardement des mouvements de dépouille se fait sans changer les positions relatives de l'outil et de la touche. Le retardement aux divers rayons est tel que l'outil se trouve toujours à la même position, en ce qui concerne ces mouvements de dépouille, lorsqu'il attaque une dent de l'ébauche. En d'autres termes, le retardement est exactement en proportion de la ligne requise pour que le bord de la dent atteigne le plan dans lequel la pointe de l'outil va et vient.
Afin d'assurer la parfaite compréhension de l'invention, on a représenta aux fig. 18 et 19, une machine qui peut être utilisée pour fabriquer la fraise, la machine étant disposée pour retarder les mouvements de dépouille ainsi que déjà décrit. Dans ces deux ligures, la machine est représentée quelque peu sclié- matiquement pour ! a simplicité.
En se reportant aux fig. 18 et 19, on voit qu'on a prévu un mandrin 36 qui porte une ébauche de fraise D, et qu'on a prévu des moyens appropriés pour porter et faire tourner le mandrin. Un chariot 38 sur lequel est monté un coulisseau transversalement mobile 39, est longitudinalement mobile le long des glissières 37, 37.
Le coulisseau 39 porte un coulisseau transversal 40 indépen- damnent mobile, qui porte l'outil de coupe S, et on a prévu un coulisseau intermédiaire 41 grâce auquel des réglages préliminaires peuventêtreeS'ectnés.Surleooulisseau39 est mixée la touche de gabarit X dont la forme correspond ainsi qu'indique ci-dessus à celle de l'outil S, et est exactement la même.
Sur le bâti principal de la machine est fixé le gabarit qui, ainsi que déjà dit, possède un profil 22-28 exactement semblable au profil effectif désiré de la fraise terminée.
Un ressort 42 est prévu pour presser le coulisseau 39 vers l'arrière et maintenir ainsi la touche X toujours en prise avec le gabarit Tlt. On voit que lorsque le chariot 38 se meut longitudinalement, le coulisseau 39 est amené a se mouvoir transversalement sous l'action de guidage du gabarit, l'outil'S'étant ainsi amené à suivre un profil qui est exac émeut le même que celui du gabarit TV.
Sur le chariot 38 et sur le eoulisseatz 39 transversalement mobile, on a monté un mé- canisme approprie pour faire déplacer le cou- lisseau 40 et effectuer les mouvements de dépouille de l'outil. Sur un palier d'une console 43 portée par le coulisseau 39, est monté et tourne un arbre longitudinal 44 qui porte une came 45. Sur le coulisseau 39 est monté à pivot un levier 46 qui, à son extrémité inférieure, attaque la came 45 et à son extrémité supérieure attaque le coulisseau 40. Un ressort 47 sert a maintenir le coulisseau 40 eu prise avec le levier.
On voit que lorsque l'arbre 44 et la came 45 tournent, le levier 41i oscille, et fait ainsi alterner le coulisseau 40 et l'outil. s. Pour faire tourner l'arbre 44 et la came 45 ; ou a prévu un arbre longi- tudinal 48 qui tourne de manière appropriée quelconque. Sur l'arbre est clavette une vis sans fin 49 qui est longitudinalement mobile avec le chariot 38. Sur le chariot est monté, un arbre horizontal transversal a/) portant une roue hélicoïdale 51 qui engrené avec la vis sans fin 49. Sur l'arbre W0 cou- lisse une roue d'angle 52 qui engrène avec une roue d'angle 53 de l'arbre 44.
La roue d'angle 52 est portée par la console 43. et est ainsi maintenue en prise avec la roue d'angle 53, lorsque le coulisseau 39 et les parties qui lui sont reliées se meuvent trans versalement. L'arbre 48 est actionné, en rapport réglé exact avec l'autre arbre en sorte que pour chaque position donnée du chariot, la came 45 exécute normalement autant de tours complets par tour de l'ébauche, que l'ébauche a de dents.
Afin que les mouvements de dépouille de l'outil 8 puissent être changés conformé- ment aux faces de coupe bel coïdales de l'ébauche, on prévoit des moyens pour impri- mer à l'ébauche une rotation supplémentaire en proportion du mouvement longitudinal de l'outil. Ainsi que représenté,
le mandrin 36 est tenu par un plateau 54 prévu sur un arbre 55. La force pour faire tourner l'arbre 55 est dérivée d'un manchon 56 qui est cla- veté a un manchon plus petit 57. Une tringle 58 et un levier a fourchette 59 sont prévus pour provoquer le mouvement longitudinal du manchon 57 avec le chariot 38.
L'arbre '55 est fixé contre un mouvement longitudinal et s'étend dans le manchon 57. Le manchon 57 est muni d'unerainureenhélice6U ayant le même pas longitudinal que les faces de coupe hélicoïdales de l'ébauche. Une goupille 61 prévue sur l'arbre 55 pénétre dans la rainure 60 de façon à transmettre de la force du manchon 57 à l'arbre.
On voit que cette construction permet à l'arbre d'être actionné au moyen du manchon 56 ; mais que l'arbre reçoit un mouvement de rotation sup- ptémentaire en proportion du mouvement lon- gitudinal du chariot et de l'outil de coupe.
Ce mouvement supplémentaire est juste suf- fisant pour permettre à l'outil d'attaquer con veoablemeut les dents hc : licoidales.
On a fait remarquer ci-dessus que la roue d'angle 52 coulisse sur l'arbre 50. Dans le but de changer le rapport entre les mouvements de dépouille de l'outil et les mouvements rotatifs do l'ébauche pour se conformer aux différents diamètres de l'ébauche, la roue dentée 59 est reliée à l'arbre 50 au moyen de goupilles 62 s'étendant dans des rainurescames 93.
L'inclinaison et la courbure de ces rainures-cames sont telles que les mou vements de dépouille de l'outil sont retardés pour les plus petits diamètres juste suffisam- ment pour amener l'outil à attaquer les bords avant des dents, ainsi que représenté distine- tersent aux fig. 15, 16, 17.
On a décrit dans ce qui précède, certai- nes formes de fraises d'après la présente invention, et on a également décrit certains procédés pour fabriquer ces fraises. On resu- mera maintenant brièvement quelques-uns des avantages des présentes fraises. Une fraise conforme à la présente invention est adaptée pour tailler avec précision un profil prédéterminé quelconque, et ses faces de coupe sont inclinées par rapport à l'axe de façon à permettre à chaque dent d'attaquer gra- duellement la pièce d'ouvrage et à effectuer ainsi un cisaillement. Les seules limitations de la forme du profil sont celles qui sont inhérentes à une fraise quelconque.
Le profil peut se composer entièrement de lignes droites, ou peut être constitué en partie ou en totalité par des arcs circulaires ou par des courbes non circulaires. Si on le désire la fraise peut être fabriquée pour se conformer exactement à un gabarit donné quelconque et lorsqu'on se sert de la fraise elle repro- duit exactement le profil du gabarit. Le profil obtenu ne comporte aucune erreur provenant de manière quelconque de différences du diamètre de la fraise en différents points le long'du profil. La. fraise peut être affûtée à plusieurs reprises sur les faces avant inclinées ou hélicoïdales des dents, sans changer le profil effectif.
Toutes les remarques précedentes relatives aux avantages des presen- tes fraises sont applicables que les faces de coupe avant soient à génératrice radiale ou non. Lorsque les faces ne sont pas radiales, certains avantages additionnels sont assurés par suite de l'action de coupe perfectionnée.
Strawberry.
A well-known principle in milling
metals, is that the edge of
cutting of the tool should preferably be in
cline in relation to the direction of movement
relative, so as to perform a shear
of course. This inclination is advantageous in
that it improves the cutting action, and also
in that it allows the tool to attack the workpiece gradually and with a
relatively weak shock instead of
quer suddenly with a strong shock. This prin
cipe has been applied to stripped cutters which have a uniform end-to-end diameter, and has also been applied to cutters with uniform taper from end to end.
These cutters have their cutting edges inclined longitudinally with respect to the axis, the cutting edge usually conforming approximately to a helix. In this way, each tooth can attack the work piece gradually and perform shear.
Hitherto it has not been considered practical or possible to apply this principle to the machining and precision stripping of form cutters or profile cutters. By strawberry
shape or profile milling cutter; we hear a strawberry
in which the diameter varies from end to
end in ways different from a taper
uniform, the cutter being thus adapted to
carve out a predetermined profile other than
straight line.
The object of the present invention is a
milling cutter intended to cut a predeter-
mine other than a straight line and comprising
a plurality of teeth with a generally longitudinal direction with respect to the axis of the cutter, each of which is provided with a front cutting face inclined with respect to the axis of the cutter, each tooth being stripped on its outer surface along lines extends inwardly and rearwardly starting from the outer cutting edge, this outer cutting edge having a shape such that its projection on an axial intersection plane is identical to a predetermined profile to be cut,
this profile of the cutting edge enclosing parts which are considerably inclined with respect to the axis of the cutter.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the object of the present invention. The profile of the cutter shown has been chosen only as an example and can be replaced by another practical profile. In order to ensure a full understanding of the invention, this drawing also represents means for machining the milling cutter.
In the attached drawing:
Fig. 1 is a side view and FIG.
2 an end view of a profile mill according to the present invention; fig. 3 is a developed fragmentary cross section of the cutter of FIGS. 1 and 2, the section being taken from the bottom of one of the longitudinal grooves, along a helical surface such as 9-9 indicated in fig. 2. FIG.
4 is a view similar to, FIG. 3 but shows a slightly modified strawberry shape; fig. 5 is a view similar to FIG. 2, but shows a somewhat different strawberry shape; fig. 6 is a schematic plan view and shows a phase of the machining of the milling cutter of FIGS. 1 and 2 ; we see a lathe tool engaged with a milling cutter blank; fig. 7 is a fragmentary front view of certain elements of FIG. 6; fig. 8 is a schematic sectional view taken along lines 23-23 of FIGS. 6 and 7;
fig. 9 is a view similar to FIG. 8, but shows the parts. in different relative positions; figs. 10 and 11 are views similar to FIGS. 6 and 7, but show the lathe tool in a different position; figs. 12 and 13 are schematic views somewhat similar to FIG. 9 and show the relationship between the lathe tool and the milling blank, when the lathe tool is in the general position shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 14 is a schematic view and shows the relative additional movement between the blank and the tool which is required for the non-radial faces. The three tooth cuts can be considered as taken at three different diameters of the bur.
Figs. 15, 16 and 17 are schematic views similar to FIG. 14 and show the relative adjustment of the blank and the tool for the respective sections shown in FIG.
14 in fig. 18 is ulle vlle schérnatique in plan of a machine adapted to machine the milling cutter; fig. 19 is a sectional view taken along line 34-34 of FIG. 18.
Figs. 1 to 3 show a milling cutter B of considerable length and which is shaped to mill a predetermined profile. The milling cutter is provided with a plurality of teeth 19 with a generally longitudinal direction, but inclined, between which there are grooves 20.
The teeth have front cutting faces 21 with a radial generatrix line and which are inclined with respect to the axis of the cutter and which conform to the helicoids, the profiles of said faces corresponding to the profile to be cut. The profile consists of a straight section 22 parallel to the axis, a concave section 23 in the form of a circular arc, a straight section 24 inclined with respect to the axis, a concave section 2. in the form of a circular arc. :
a convex section 26 in the form of an elliptical arc, a concave section 27 in the form of a circular are and a straight section 28 parallel to the axis.
Each groove 20 (FIG. 2) has a uniform depth from end to end, that is to say that its bottom is parallel to the axis of the cutter.
A groove of variable depth is shown at 20 'in the embodiment of FIG. 4.
Each tooth of the cutter is stripped along lines 29 extending backward and inward from the profile of the cutting face, these relief lines forming continuous surfaces which extend uniformly from tip to tip. at the end of a tooth despite the variations in radius at the various points of the profile and despite the variations in angular position in the cutting face resulting from the helical shape of the latter. The draft lines 29 are maintained in similar relation to each other as they extend rearward and inward, the lines conforming to Archimedes' spirals.
The result is that each tooth of the cutter with respect to any axial plane of intersection has a twisted shape which results from the fact that the successive undercut lines 29 inclined inward, start from different radial lines because of the helical cut face. Despite this torsion of the tooth relative to an axial plane of intersection, the actual contour or profile of the cutting face is exact, as mentioned above. In other words, the projection of a cutting edge on a plane of axial intersection is identical with the predetermined profile, so that the milling cutter, while rotating, will cut this profile.
When the relief lines 29 conform to spirals, as is pre-maple, it is possible to sharpen or grind the teeth of the cutter on the front cutting faces 91 without changing the effective profile. The tooth presents in successive surfaces, profiles similar to the primitive cutting faces 21. Consequently if the milling cutter is ground on the front faces, the effective profile remains the same.
In cutter B, the front outside corner / of each tooth is in front of the opposite rear outside corner of the preceding tooth.
The strawberries in fig. 1 to 4 have radial generatrix cutting faces, and each cutting face conforming to a helieoidal surface formed by a rectilinear generatrix which follows the axis of the milling cutter and which also follows a helix located on a cylinder concentric with the axis of the cutter. If desired, we can deviate from this form of helicoid and the helicoid can be generated by a generator which follows the aforesaid helix on a cylinder concentric with the axis and which also follows a helix of the same pitch longitudinal on a smaller concentric cylinder.
A milling cutter D having these cutting faces is shown in FIG. 5. It is seen that this cutter D is similar to the cutter B in that the front cutting faces 21 are formed so that planes perpendicular to the axis of the cutter intersect them, not along radial lines, but along lines forming angles with the radial lines.
Despite the inclination of each cutting face of the cutter D with respect to the radii, the various points along its profile are at exactly the same distances from the axis as the respective similar points along the profile of the cutter. a cutting face of the cutter B.
The D cutter therefore has exactly the same effective profile as the cutter. B, and size the same predetermined profile. This inclination of the cutting faces is in certain conditions preferable because it provides a more efficient cutting action.
For a more perfect understanding of the invention, we will now describe, with reference to FIGS. 6 to 13, a process which lends itself to the manufacture of the strawberry. It should be noted that the preliminary operations of turning Fébauohe, tapping the gorges, etc. ; can be performed in any customary or preferred manner, these operations not requiring any special description.
When machining the cutter, a narrow V lathe tool is used, as shown in: Sg.
6. To rough the cutter, you can use a relatively large tool, but to finish it it is better to use a tool with a fine point. Tool V is kept in working relation with the blank 2 ?, and is advanced and guides to the left, so. to follow the exact profile 22-28. During the cutting operation, the blank rotates axially by means of any preferred device. The tool is maintained in parallel during its advancement which is done uniformly from one end of the blank to the other.
The tool is very narrow and the amount of feed for each revolution of the roughing is less than the width of the tool.
To guide the tool V, an IF jig has been provided having exactly the predetermined profile which must be cut by the 1X cutter. The jig is attacked by an X key which has the same profile or approximately the same profile before the V tool; the jig key and the tool are connected to move in unison.
Figs. 6 and 7 show the tool V in engagement with the blank, section 22 and part of section 23 of the predetermined profile having already been cut. Fig. 8 is a cross-sectional view of the blank and the jig at the point of engagement of the tool with the blank and of the key with the jig. The blank is in the position shown a. fig. 7, and tool 1 as shown attacks the leading edge of a tooth 19.
So that the teeth of the cutter are properly stripped. the tool! "comes and goes with respect to the key = Sr ell approaching and moving away from the axis of the blank in line with the rotation of the blank.
As represented by a. fig. 8, the blank rotates in the direction indicated by the arrow and the needle reciprocates an effective distance / ', the tool making a forward and backward movement comp) and for each tooth of the blank . Fig. 8 shows the tool in its external operative position and ready to mutate inward to cut the undercut on the tooth which has just come into engagement with it.
Fig. 9 is a view similar to Fig. 8, but shows the advanced cutter # e, so that tool V is. at the rear of tooth 19. It is evident that the tool has moved inward to its internal operating position and that in this movement i) formed the exact flank 29 on the tooth.
Figs. 10 and 11 are views similar to Figs. 6 and 7, but show the tool T 'and the X key in different positions. It should be noted that the tool and the key, passing from the positions of fig. 6 and 7, the positions of Figs 10 and 11 have advanced very slowly; the key remaining in engagement with the template and guiding, thus suitably the hole. As shown, the tool a cuts the remainder of section 23 of the predetermined profile, all sections 24 and 25, and part of section 26.
It was said that tool 1; goes and live in regulated relation to the rotation of the cutter blank. This ratio is defective when the tool is in any dome transverse plane. but when the tool is brought along the cutter, the ratio must be changed to conform to the change in angular position of the outer edge of the cutting face.
Fig. 11 shows the milling cutter blank with the tooth engaged in the same position as in fig. 7. As a result of the inclination of the tooth, the tip of the tool is close to the edge of the tooth rather than having the tooth as shown in fig. (i and 7.
If the same ratio had been maintained between the rotation of the cutter blank and the tool's alternating slack, the tool would be in the same external position that it occupies in fig. 8. and would not be engaged with the blank, as shown in FIG. 12. Obviously, the ratio of the cutting tool to the blank must be varied to allow the tool to cut the required undercut while maintaining the exact profile.
When the front edge of! a tooth has reached the tip of the tool: the tool must engage the blank and must then remain in gear as the tooth continues to pass it. The required variation in the ratio can be made by the relative acceleration of the alternate movement of the tool in proportion to the movement of the tool along the blank, or by the relative retardation of the movement. rotating blank. In either case, the result is to keep the tool and cutter in the correct ratio as the tool advances.
The relationship between the rotation of the board and the reciprocating and clearing movements of the tool remains and the relative adjustment varies so that the tool attacks all; the leading edge of the tooth when it is in the external operating position. As the blank rotates to the position shown in fig. 11, the tool follows the exact relief line 29 towards the replanted position in FIG. 13.
For tailierHne cutter of the kind shown in FIG. 5, it is necessary to provide a further variation between the clearance movements of the tool and the rotary movement of the blank as the cutting tool moves closer or apart to conform to the different diameters of the blank. 'draft. Accordingly, when it comes to carving a strawberry like this; the relative motions described above are somewhat modified.
In schematic figure 14. t can be considered as a fragmentary sectional view along the maximum diameter of a milling cutter D having faces of the kind of FIG. 5. the radius of the cutter at this position being? '. Under the control of the template IV and the key-ï, the cutting tool S is at a distance r from the axis of the blank and is in position to attack the tip of the tooth shown and cut the line there. exact count 29.
The tooth section with an intermediate diameter is represented by the radius at this position being r '. For this radius r ', if no special arrangement is made, the tool S will be in the position indicated by the 3 dotted lines at the distance r' of 1 '. txe of the draft. But due to the inclination of the cutting face of the blank, the tooth of the blank will not engage with the tool, but will be separated from it by the angle asa '.
The tool will, however, immediately begin its inward relief movement, although the roughing tooth has not yet reached it, resulting in an inaccurate relief line 29 'being cut.
The tooth section at minimum diameter is shown at t ", the radius at this position being r". For this even smaller radius, the result will be similar to that just described, except that the tip of the tooth will be separated from the tool by a greater angle ni ', with the result that the flank line is inaccurate. 29 "will deviate even further from the exact relief line 99. In order to avoid errors which would occur as shown in Fig. 14, the ratio of the relief movement of the tool to the relief motion is varied. rotary movement of the blank.
The ng. 15 shows the tool ready to engage the tooth at position t and at distance r, as shown in fig. 14. For this maximum radius, no position variation is necessary. Fig. 16 shows the tool ready to engage the tooth at position t and at the same distance 7 ′ from the blank as that shown in FIG. 14, but the clearance motion ratio has been changed so that the tooth is in position to be engaged by the tip of the tool at the start of the clearance motion. The tooth at lE is therefore cut with the exact relief line 29.
Fig. 17 shows the tool ready to engage the tooth at position t "and at the same distance r" from the axis of the blank as that shown in FIG. 14, but the clearance motion ratio has been changed so that the tooth is in position to be engaged by the tip of the tool at the start of the clearance motion.
The t "tooth is accordingly cut with the exact flank line 29. It can be seen that the operation as shown in Figs. 14 to 17 is not affected or in any way dependent on the longitudinal inclination of the faces. In other words, it does not matter whether the cutting faces are helical or straight.
The required variations in the ratio of the clearance movements of the tool to the rotary movement of the blank can be obtained either by changing (usually by advancing) the movement of the blank or by changing (usually by delaying) tool movements. It has been found simpler to delay the movements of the tool, and this is particularly desirable, when arrangements have been made as in the present example, to change the movement of the blank (and not the draft movements) in order to conform to the helical teeth.
Consequently, in the application of the method as represented in FIGS. 14 to 17, the clearance movements are retarded, the degree of retardation depending on the position of the cutting tool at the various radii less than the maximum radius r. It should be noted that the delay of the clearance movements is done without changing the relative positions of the tool and the key. The delay at the various radii is such that the tool is always in the same position with regard to these undercut movements when it attacks a tooth of the blank. In other words, the retardation is exactly in proportion to the line required for the edge of the tooth to reach the plane in which the tip of the tool moves back and forth.
In order to ensure that the invention is fully understood, it is shown in FIGS. 18 and 19, a machine which can be used to manufacture the cutter, the machine being arranged to delay the undercut movements as already described. In these two figures, the machine is represented somewhat sclematically for! has simplicity.
Referring to fig. 18 and 19, it can be seen that a mandrel 36 is provided which carries a milling cutter blank D, and that appropriate means are provided for carrying and rotating the mandrel. A carriage 38 on which is mounted a transversely movable slide 39, is longitudinally movable along the slides 37, 37.
The slider 39 carries an independent movable transverse slider 40, which carries the cutting tool S, and an intermediate slider 41 has been provided by which preliminary adjustments can be made. On the slider 39 is mixed the template key X, the shape of which is corresponds as indicated above to that of tool S, and is exactly the same.
On the main frame of the machine is fixed the jig which, as already said, has a profile 22-28 exactly similar to the desired effective profile of the finished milling cutter.
A spring 42 is provided to press the slide 39 backwards and thus keep the X key still in engagement with the template Tlt. It can be seen that when the carriage 38 moves longitudinally, the slide 39 is caused to move transversely under the guiding action of the jig, the tool 'being thus brought to follow a profile which is exactly the same as that of the jig. TV.
On the carriage 38 and on the transversely movable slider 39, a suitable mechanism has been fitted to move the slider 40 and perform the relief movements of the tool. On a bearing of a console 43 carried by the slide 39, is mounted and rotates a longitudinal shaft 44 which carries a cam 45. On the slide 39 is pivotally mounted a lever 46 which, at its lower end, engages the cam 45. and at its upper end attacks the slider 40. A spring 47 serves to maintain the slider 40 engaged with the lever.
It can be seen that when the shaft 44 and the cam 45 rotate, the lever 41i oscillates, and thus causes the slide 40 and the tool to alternate. s. To rotate the shaft 44 and the cam 45; or provided a longitudinal shaft 48 which rotates in any suitable manner. On the shaft is a worm 49 which is movable longitudinally with the carriage 38. On the carriage is mounted a transverse horizontal shaft a /) carrying a helical wheel 51 which meshes with the worm 49. On the shaft W0 slides an angle wheel 52 which meshes with an angle wheel 53 of shaft 44.
The angle wheel 52 is carried by the console 43. and is thus kept in engagement with the angle wheel 53, when the slide 39 and the parts which are connected to it move transversely. The shaft 48 is actuated, in exact adjusted relation to the other shaft so that for each given position of the carriage, the cam 45 normally executes as many complete revolutions per revolution of the blank as the blank has teeth.
In order that the undercut movements of the tool 8 can be changed in accordance with the bel coidal cutting faces of the blank, means are provided for imparting to the blank an additional rotation in proportion to the longitudinal movement of the blank. 'tool. As shown,
the mandrel 36 is held by a plate 54 provided on a shaft 55. The force to rotate the shaft 55 is derived from a sleeve 56 which is keyed to a smaller sleeve 57. A rod 58 and a lever a fork 59 are provided to cause the longitudinal movement of the sleeve 57 with the carriage 38.
Shaft 55 is secured against longitudinal movement and extends into sleeve 57. Sleeve 57 is provided with a 6U helical groove having the same longitudinal pitch as the helical cutting faces of the blank. A pin 61 provided on the shaft 55 penetrates the groove 60 so as to transmit force from the sleeve 57 to the shaft.
It can be seen that this construction allows the shaft to be actuated by means of the sleeve 56; but that the shaft receives an additional rotational movement in proportion to the longitudinal movement of the carriage and the cutting tool.
This additional movement is just enough to allow the tool to engage the hc: licoidal teeth properly.
It has been pointed out above that the angle wheel 52 slides on the shaft 50. In order to change the ratio between the undercut movements of the tool and the rotary movements of the blank to conform to the different diameters of the blank, the toothed wheel 59 is connected to the shaft 50 by means of pins 62 extending in cam grooves 93.
The inclination and curvature of these cam grooves are such that the clearance movements of the tool are retarded for the smallest diameters just enough to cause the tool to engage the leading edges of the teeth, as shown. Distine- tersent in fig. 15, 16, 17.
Certain shapes of cutters according to the present invention have been described in the foregoing, and certain methods of making such cutters have also been described. Some of the advantages of the present cutters will now be briefly summarized. A milling cutter according to the present invention is adapted to precisely cut any predetermined profile, and its cutting faces are inclined with respect to the axis so as to allow each tooth to gradually engage the workpiece and thus effecting a shear. The only limitations of the shape of the profile are those inherent in any milling cutter.
The profile may consist entirely of straight lines, or may be formed in part or in whole by circular arcs or by non-circular curves. If desired the cutter can be fabricated to conform exactly to any given jig and when the cutter is used it exactly reproduces the profile of the jig. The profile obtained does not contain any errors arising in any way from differences in the diameter of the cutter at different points along the profile. The cutter can be sharpened repeatedly on the inclined or helical front faces of the teeth, without changing the actual profile.
All the preceding remarks relating to the advantages of the present cutters are applicable whether the front cutting faces are radial generatrix or not. When the faces are not radial, some additional benefits are provided as a result of the improved cutting action.