FR2892959A1 - AXIAL OSCILLATION DRILLING DEVICE. - Google Patents
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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.The invention relates to a device for controlling a drilling tool, comprising an input transmission shaft (2) and an output transmission shaft (3) that can be coupled to the tool, the input shafts (2) and output (3) being coupled together by means of coupling means adapted to transform a rotational movement of the input shaft (2) into a translation movement of the output shaft ( 3) along a longitudinal axis of the output shaft (3), characterized in that the coupling means comprise a gear means (1) adapted to transform the rotational movement of the input shaft (2) in a translation movement composed of the output shaft (3) comprising a component of uniform translation along the axis and an oscillation component along the axis.
Description
Dispositif de perçage à oscillations axialesAxially oscillating drilling device
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. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of machining operations of parts, such as holes, and in particular deep holes.
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. STATE OF THE ART Piercing is one of the most widely used machining operations in the industry and represents a significant part of the actual working time devoted to the production of mechanical parts. The evacuation of chips formed during drilling is a limiting aspect for many operations, particularly with regard to the production of deep holes. Chip jamming can cause breakage or pronounced wear of the piercing tool or a significant drop in productivity, in particular by the imposed limitation of cutting parameters such as rotational speed or feed rate. There are several solutions to solve this problem of chip evacuation. These solutions may be related to particular uses of the machine which is called a drilling unit (cutting parameters, unclogging cycle, bore lubrication) but are more often related to structural modifications of the drilling tool. controlled by the drilling unit. Thus, it is possible to modify the geometry of the drilling tool, such as a drill, so that it induces fragmentation of the chips during their formation. This solution nevertheless has drawbacks related to its specificity. Indeed, modify the geometry of the tool will be possible only for drills with a relatively large diameter, and such a solution is also only weakly effective for ductile alloys. Drilling units comprising cam mechanisms, hydraulic mechanisms or elastic mechanisms for imposing oscillations on the tool during drilling are also known. Thus, during the advance of the drilling tool, these axial oscillations vary the thickness of the chips, thereby allowing their fragmentation and evacuation. Nevertheless, such mechanisms are complex, cumbersome and difficult to adapt. In addition, they are often arranged in a tool holder for coupling the piercing unit to the piercing tool, which reduces the life and reliability of the mechanisms used, in particular because of the significant shocks suffered, and therefore the reliability of the drilling units used.
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. An object of the present invention is therefore to provide an improved drilling unit for chip fragmentation during drilling. Another object of the present invention is to provide a drilling unit for solving at least one of the aforementioned drawbacks. SUMMARY OF THE INVENTION For this purpose, provision is made according to the invention a device for controlling a drilling tool, comprising an input transmission shaft and an output transmission shaft adapted to be coupled to the tool. , the input and output shafts being coupled to one another via coupling means adapted to transform a rotational movement of the input shaft into a translation movement of the output shaft along an axis longitudinal axis of the output shaft, characterized in that the coupling means comprise a gear means adapted to transform the rotational movement of the input shaft into a translational motion composed of the output shaft comprising a uniform translation component along the axis and an oscillation component along the axis.
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. Preferred but nonlimiting aspects of the control device 30 according to the invention are as follows: the gear means comprises a drive gear wheel coupled to the input shaft and a driven gear wheel coupled to the drive shaft; output shaft, the driven and driven gear wheels having a transmission ratio varying during the rotation of the input shaft, this transmission ratio can also have a mean value over a revolution of the input shaft; an entry that is equal to an integer or the opposite of an integer; the gear means comprises at least one gear wheel with a non-circular primitive for varying the gear ratio; the gear wheel with a non-circular primitive meshes with a gear wheel of the gear means, this gear wheel having a primitive with a non-circular conjugate profile so that the gear between these two gear wheels with non-circular primitives remain continuous; the gear means comprises at least one gear wheel with an eccentric axis of rotation for varying the gear ratio; the gear wheel with an eccentric axis of rotation meshes with a gear wheel of the gear means, also having an eccentric axis of rotation so that the gear between these two eccentric axes of rotation wheels remains continuous; the driven gear wheel coupled to the output shaft comprises a thread for cooperating with a threading provided on the output shaft, so that a rotation of the driven gear wheel causes the translational movement composed of the output shaft; the output shaft can be fixed to a connecting shaft, in which case the driven gear wheel comprises a thread intended to cooperate with a thread provided on the connecting shaft fixed to the output shaft, so that a rotation of the driven gear wheel causes the translational movement composed of the output shaft; the control device may further comprise means for rotating the output shaft about the axis, the number of oscillations along the axis per revolution of the output shaft being non-integer; the coupling means comprise a second gear means, the second gear means being the means for rotating the output shaft from the rotational movement of the input shaft; the second gear means comprises a driven gear wheel which is coupled to the output shaft so as to allow translation movement along the axis of the output shaft relative to the driven gear wheel of the output shaft; second gear means; - The driven gear wheel of the second gear means and the output shaft are provided with splines adapted to cooperate to allow the translational movement along the axis of the output shaft relative to the gear wheel. conducted second gear means.
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. There is also provided a drilling unit comprising a drilling tool and a control device according to the invention for controlling the drilling tool.
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 OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is an illustration of the kinematics the piercing tool controller according to a first embodiment of the invention; Figures 2a and 2b show a first example of non-circular primitives gear wheels of the control device according to the invention; FIGS. 3a and 3b show a second example of non-circular gear wheel primitives of the control device according to the invention; Figure 4 is an illustration of the kinematics of the drill tool controller according to a second embodiment of the invention; Fig. 5 is a front view of a piercing unit comprising a piercing tool control device according to the second embodiment of the invention; Figure 6 is a section of the piercing unit along the broken line A-A of Figure 5; FIG. 7 is an illustration of the kinematics of the drilling tool control device according to a third embodiment of the invention. Figure 8 is an illustration of the kinematics of the drill tool controller according to a fourth embodiment of the 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. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The chips that form during the drilling of a material, with a piercing unit, can be evacuated much more easily if they break up at the same time as they form. This fragmentation is possible if the drilling tool, coupled to the drilling unit and comprising for example a drill, follows an oscillating advance movement, obtained by the superimposition of a constant speed movement and an oscillating movement. . The drilling unit according to the invention comprises a device for controlling the drilling tool, this control device being characterized by a kinematic chain which is capable of generating an oscillating advance movement of the drilling tool from a rotational movement of the drive shaft of the drilling unit. This kinematic solution relies on the use of variable transmission ratio gear means. This gear means is operable to couple an input drive shaft of the drilling unit to an output transmission shaft, so that the variable rotational movement generated from a rotational movement of the input transmission shaft due to the variable transmission ratio, is converted into an oscillating forward motion of the output transmission shaft.
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. Throughout the description, the transmission ratio between a driving gearwheel and a driven gearwheel is denoted uk, and its reverse. In accordance with the generally used notation, the transmission ratio uk is defined as the quotient between the speed of rotation of the driving gear wheel and the rotational speed of the driven gear wheel, and thus: FIG. 1 represents a kinematic diagram of the control device according to one embodiment of the invention, and in particular coupling means comprising a gear means 1 for transforming the rotational movement of the input transmission shaft 2 into a oscillating advance movement of the output transmission shaft 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. This gear means 1 comprises a driving gear wheel 4 coupled to the input shaft 2 and for meshing with a driven gear wheel 5 coupled to the output shaft 3. The gear means is provided that the transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear wheel 4 varies during the rotational movement of the input shaft 2. gear 1 can be adapted so that the transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear 4 has a mean value over a turn of the input shaft 4 corresponding to an integer or unlike an integer.
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. According to a preferred embodiment of the invention, the variable transmission ratio between the driven gear wheel 5 and the driving gear wheel 4 is obtained by the use of one or more gear wheels having a primitive not circular. It is also conceivable to use one or more gear wheels comprising an eccentric axis of rotation. The control device illustrated in FIG. 1 comprises a gear means 1 whose variable transmission ratio is obtained by the use of the variation gear wheels 6 and 7 which each have non-circular primitives. Conjugated non-circular primitives will be selected so that the gear between these two wheels is continuous over time. Such closed non-circular closed primitives for the variation gear wheels 6 and 7 make it possible to have a transmission ratio, denoted u3, between these two variable wheels over time. These closed non-circular primitives can be selected so that the transmission ratio u3 has an average value over one turn of the input shaft 2 equal to an integer or the inverse of an integer. FIGS. 2a-2b and 3a-3b show non-circular primitives P6 and P7 which could be chosen for the variation gear wheels 6 and 7. In FIGS. 2a-2b, the primitives P6 and P7 are such that the ratio of inverse transmission i3 between the gear wheels of variation is equal to i3 = 1 + 0.4. cos (e), the gear wheels shown in FIG. 2b each comprising 30 teeth and 0 denoting the rotation angle of the variation gear wheel 7. In FIGS. 3a-3b, the primitives P6 and P7 are such that the ratio of inverse transmission i3 between the gear wheels of variation is equal to i3 = 1 + 0.1. cos (9), the gear wheels shown in Figure 3b each comprising 30 teeth. Even if the values used on these examples for the amplitude of variation and the number of teeth are purely illustrative and not limiting, it will be noted that variation amplitudes of the order of 0.1 will be preferred. In addition, if the non-circular primitives correspond, in these examples, to sinusoidal variations of the inverse transmission ratios i3 around a mean value, they could also be chosen non-sinusoidal.
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. In the gearing means 1 illustrated in FIG. 1, a first intermediate gearwheel 8 fixed on a first intermediate shaft 9 is also provided, on which the variation gearwheel 7 is also fixed. second intermediate gearwheel 10 fixed on it on a second intermediate shaft 11 which is also fixed the variable gearwheel 6. The first and second intermediate shafts 9 and 11 are coupled to the control device via pivot connections, respectively denoted 12 and 13. The first and second intermediate gear wheels 8 and 10 respectively make it possible to engage the driving gear wheel 4 and the driven gear wheel 5 respectively.
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. Since the driving gearwheel 4 is fixed to the input shaft 2, a rotational movement of the input shaft 2 causes the driving gearwheel 4 to rotate, thereby meshing with the first gearwheel. intermediate gear 8. The rotation of this first intermediate gear wheel 8 causes the first intermediate shaft 9 to rotate relative to the control device and thus, consequently, the rotation of the variation gear wheel 7. The movement rotation of the variation gear wheel 7 causes a rotation of the variation gear wheel 6. The second intermediate shaft 11 is consequently also rotated, but with a variable speed of rotation due to the geometry of the Variation gear wheels 6 and 7. Finally, the rotation of the second intermediate shaft 11 causes the rotation of the second intermediate gear wheel 10, which in turn meshes with the driven gear wheel 5, always selo n a variable speed of rotation.
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. The driven gearwheel 5 of the gear means 1 is coupled to the output shaft 3 via a helical link 14. This helical linkage 14 thus makes it possible to transform the variable rotation movement of the gearwheel. driven gear 5 relative to the output shaft 3 in a corresponding variable translation movement of the output shaft 3. The oscillating advance movement of the output shaft 3 can indeed be considered as a movement of compound translation comprising a uniform translational component along the axis of the output shaft 3, that is to say a rectilinear translational component with a constant or quasi-constant speed, and an oscillation component along the axis of the output shaft 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. In addition to this oscillating advance movement, the output shaft 3 may also be rotated about its longitudinal axis. In this case, the rotation speed of the output shaft 3 enters into the calculation of its feedrate because the helical linkage 14 will transform the relative rotational movement between the driven gearwheel 5 and the drive shaft. output 3 in a translation movement. The control device according to the invention may therefore comprise a means specifically intended to turn the output shaft 3, but it may also include a coupling means adapted to turn this output shaft 3 into 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. Indeed, in a particular embodiment of the invention, the coupling means of the control device further comprise a second gear means 15 which makes it possible to transform the rotational movement of the input shaft 2 into a gear. rotational movement of the output shaft 3. It may for example be provided to fix a driving gear wheel 16 on the input shaft 2 meshing with a driven gear wheel 17 coupled to the output shaft 3 so that rotation of the input shaft 2 causes rotation of the driving gearwheel 16 and consequently rotation of the driven gearwheel 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. The driven gearwheel 17 is coupled to the output shaft 3 by a slide linkage 18 so that a rotation of the driven gearwheel 17 causes rotation of the output shaft 3, while nevertheless permitting a translation of the output shaft 3 relative to the driven gear wheel 17. Thus, the translation of the output shaft 3 due to the first gear means 1 remains possible, and the output shaft 3 can to have an oscillating advance movement, while also having a rotational movement on itself.
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)] The gear means 1 and 15 are dimensioned according to the feed parameters and axial oscillations allowing, when the output shaft is coupled to a drilling tool (comprising for example a drill), effective fragmentation of the chips. generated by drilling. It may even be envisaged to size the control devices so as to cause a periodic interruption of the cut by the output of the piercing tool of the material to be pierced. For a control device comprising a first gear means 1 and a second gear means 2 in accordance with the kinematic diagram of FIG. 1, it is possible to write: COI = C00 .il CO2 = CvO • 3. 2 ~ 3 - COO • l3 CAC = wi where wo is the rotational speed of the input shaft 2, w, is the speed of rotation of the second driven gear wheel 17, 0) 3 is the speed of rotation of the variation gear wheel 6 (and the second intermediate gear wheel 10), w2 is the rotational speed of the first driven gear wheel 5, wc is the rotational speed of the drive shaft output 3 about its longitudinal axis, i, is the inverse of the transmission ratio u, the second gear means 15 (that is to say the transmission ratio μl between the second driven gear 17 and the second gear wheel 17). driving gear wheel 16), i2 is the inverse of the transmission ratio u2 between the first driven gear wheel 5 and the second intermediate gear wheel 10, and i3 is the inverse of the variable transmission ratio, c i.e., the transmission ratio u3 between the variable gear wheels 6 and 7. The transmission ratio u between the first gear the driving gear wheel 4 and the first intermediate gear wheel 8 is, in our example, taken equal to 1, without this being mandatory. The variation gearwheels 6 and 7 are sized and arranged so that the transmission ratio u3 is variable and has an average value equal to an integer or the inverse of an integer. For example, variation gear wheels 6 and 7 will be chosen such that the inverse transmission ratio i 3 has a sinusoidal variation around a unit average value. Thus: i3 = 1 + s. cos (0) 13 = 1 11 12 with O the angle of rotation of the variation gear wheel 7 and {a constant, relatively small catch, defining the amplitude of the variation of the inverse transmission ratio i3. The symbol i3 denotes the average value over one revolution of the inverse transmission ratio i3. For the case of our example, where the transmission ratio u is taken equal to 1 we can write: We can write: 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 : (03 = w0 The feed speed Va of the output shaft 3 can be written as: V = p. (W2 ùcoi) a 2n where p is the pitch of the helix defining the helical connection 14 between the first wheel driven gear 5 and the output shaft 3. It can therefore be written:
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 : Va = p. w (i3 .i2 i ~) = p. w (i2 ü) + p. w i2 .. cos (wt) 2, r 27r 27r The advance movement Xa is therefore given by the formula:
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 Xa = f Vadt = p. (i2 ù i1) .t + p. iz. sin (w .t) 2n 2r In addition, if we define the number of axial oscillations per tree revolution
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 1 as ri = w3 = ~ then we have ri = he since wc = col = w .i,. ccl 13 Now, the advance movement Xa can also be written: Xa = f Vadt = f.0c .t + A.sin (rrwc.t) = f.wc .t + fasin (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 where A is defined as the amplitude of the oscillations added to the advance movement, and a = A is the relative amplitude, with f the advance per revolution of 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 the output shaft 3 relative to the second driven gear wheel 17. By identification, we obtain the following formulas that will adjust the gear mechanism so as to obtain the desired vibratory regime: 1 E = 27rr]. at. 6 a + 1 with a corresponding to the reduction factor between the pitch p of the helical link 14 and the average feed f of the output shaft 3 per revolution (6 = Î). It is possible to correctly size the gear means 1 and 15 of the control device according to the invention so that a drilling tool coupled to the output shaft 3 of the device is capable of breaking up the chips formed during drilling. . A conventional piercing unit is generally characterized by a piercing tool having an advance of about 0.05 mm per revolution of the drill, with a helical link having a pitch of about 2 mm. The 40) In addition, 77 is chosen so as to obtain a correlation between the frequency of axial oscillations and the rotation frequency so that fragmentation of the chips is possible. To do so, and as described in the publication Study of the behavior of the system "Piece-Tool-Machine" in vibratory cutting regime [Thesis of Doctorate - National School of Arts and Crafts - ENSAM (2002)] G. Moraru it is preferable that 77 be a non integer number. Indeed, if r1 is an integer, chip fragmentation can only occur with a strong extrusion imposed by the support face of the tool to the material, generally causing high wear and large cutting forces. For example, we will take 77 = 0.8. It is then advisable to size the gearing means so that the transmission ratios of the conventional gears (i, and i2), as well as the value of the amplitude E of variation of the variable transmission ratio i3, satisfy: i1 = 1 = 1.25 r = 12 = 1.28125 r) e = 2nrt.a. For example, a second driving gear wheel 16 having 40 teeth and a second gearing wheel 17 may be used.
comportant 32 dents de sorte que il = 32 =1,25. De la même façon, on having 32 teeth so that it = 32 = 1.25. In the same way, we
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 can take a second intermediate gear wheel 10 having 41 teeth and a first gear wheel 14 14 gearing u between the pitch p of the helical link and the advance
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 0.05 1 f average per revolution of the drill is therefore of the order of 0.025 ± 32 teeth, so that i2 = 32 z '1.28125. In the case presented there is no error of approximation, but in general, the theoretical values calculated above are slightly corrected so that the real ratios he and i2 are rational numbers. In this configuration, the parameters 77 and u are as follows: 1 11 = - = 0.8 il i2 ù II 6 il 40 These values for the parameters ri and u allow efficient fragmentation of the chips with an average drill advance At about 0.05 mm per revolution and a p-pitch of the helical linkage of 2 mm, the variation gear wheels 6 and 7 can be constructed with conjugated non-circular primitives such as: s = 27r 12 -11 .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. The value of a is chosen so that fragmentation of the chip is achievable for a given ratio ri. To choose a value of a adapted, one can for example refer to the publication Study of the behavior of the system "Piece-Tool-Machine" in regime of vibratory cut 20 [PhD Thesis - National School of Arts and Crafts - ENSAM (2002)] by G. Moraru. Since the gear means 1 and 15 of the control device according to the invention are now theoretically defined both at the kinematic and at the structural level, it remains only to design materially the control device corresponding to these theoretical characteristics. FIG. 4 illustrates a control device according to another embodiment of the invention. Indeed, this control device operates according to the alternative kinematic diagram illustrated in FIG.
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. This kinematic solution has the same characteristics as that illustrated in FIG. 1, in that it makes it possible in particular to transform the rotational movement of the input shaft 102 into an oscillating advance movement of the output shaft 103. , which is also rotated.
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. Indeed, according to this alternative kinematic solution, the unit gear of the first gear means 1 (consisting of the gear wheels 4 and 8) has been removed. The variation gear wheel 107 henceforth also plays the role of driving wheel. Further, a third intermediate gear wheel 120 has been interposed between the second intermediate gear wheel 110 and the first driven gear wheel 105, so that the first driven gear wheel 105 rotates in the same gear. meaning that the second gear wheel conducted 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 : The calculations that have been developed for the kinematic solution of FIG. 1 are similar for this alternative kinematic solution. It amounts to writing:
* .** 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. *. ** 6 + 1 12 = 12.12 = 11 with i2 and 12 * the respective inverse transmission ratios of the transmission ratios u2 and u2 *. The number of teeth of the third intermediate gear wheel 120 does not intervene in the expression of the final rotation speed G) 2. Thus, a third intermediate gear wheel 120 will be selected which will allow optimization of the design and behavior of the mechanism.
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. The control device corresponding to the kinematic solution of FIG. 4 can therefore be physically designed on the basis of the kinematic and structural parameters theoretically calculated for the kinematic solution of FIG. 1. The variation gear wheels used are designed with primitives which make it possible to obtain a variable transmission ratio u3 such that its inverse i3 is defined by: l3 = 1 + 0.1 • cos (Cw0 -t) 13 = 1 FIGS. 5 and 6 illustrate a drilling unit comprising the control device corresponding to the kinematic diagram of FIG. 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. FIGS. 5 and 6 respectively show a front view and a sectional view of a drilling unit 30 consisting of a casing 31 enclosing the control device according to the embodiment of the invention in accordance with the kinematic solution of FIG. Figure 4. The input shaft 32 of the piercing unit is rotated through a motor (not shown). On this input shaft 32 are fixed two toothed gear wheels (use key fasteners not shown), namely the toothed gear wheel 33 which has a circular primitivenon and which corresponds to the gear wheel of variation 107 of the kinematic diagram of FIG. 4, and a toothed gear wheel 34, having 40 teeth, and corresponding to the second driving gear 117 of the kinematic diagram of FIG. 4. These two toothed gear wheels 33 and 34 are the driving gear wheels respectively of the first and second gear means of the control device of the invention, which make it possible to set in motion the driven gear wheels, namely respectively the toothed gear wheels 35 and 36, for the output shaft 37 to have a rotational movement and an oscillating advance movement. Thus, by coupling this output shaft 37 to a drilling tool, for example a drill bit, the drilling unit 30 will be able to break up the chips formed during the drilling of a hole.
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. Thus, the toothed gear 34 meshes directly with the toothed gear wheel 36, which has 32 teeth. This toothed gear wheel 36 is fixed to a spline ring 38, this splined ring 38 surrounding the output shaft 37 which is also splined, so that only a translational movement along the longitudinal axis of the spline shaft outlet 37 with respect to the fluted ring 38 is possible. In addition, this splined ring 38 is coupled to the housing 31 of the piercing unit via a pivot connection, so that the rotational movement of the toothed gear wheel 36 causes the fluted ring to rotate. 38 which in turn allows the output shaft 37 to rotate about its longitudinal axis by means of the splines of the output shaft 37 and the fluted collar 38. The toothed gear wheel 33 is in turn provided. for meshing with another toothed gear wheel having a non-circular primitive, namely the toothed gear wheel 39 which corresponds to the variable gear wheel 106 of the kinematic solution of FIG. 4. The toothed gear wheels 33 and 39 have primitives as illustrated in Figures 3a and 3b. The toothed gear wheel 39 is fixed on an intermediate shaft 40 which is itself coupled to the housing 31 of the drilling unit 30 by a pivot connection.
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. On this intermediate shaft 40 is also fixed a toothed gear wheel 41, comprising 41 teeth, which makes it possible to rotate the toothed gear wheel 35 by means of an intermediate gear wheel 42, this gear wheel. intermediate gear 42 acting as the third intermediate gear wheel 120 of the kinematic solution of FIG. 4. A toothed gear wheel 42 comprising 24 teeth has been selected here. Thus, rotation of the intermediate shaft 40 causes rotation of the toothed gear wheel 41 which then sets the toothed gear 35 in rotation through the intermediate gearwheel 42. The gearwheel toothed gear 35 is coupled to a threaded ring 43, this threaded ring 43 surrounding the output shaft 37 which is provided with a thread on its outer surface at the level of the threaded ring 43, so that a rotation of the Threaded ring 43 causes a longitudinal translation movement of the output shaft 37. Thus, the rotation of the toothed gear wheel 35 causes a translation of the output shaft 37 by the action of the thread of the threaded ring 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. Note that the output shaft 37 according to this embodiment is grooved over its entire outer surface, and it is further provided, at the threaded ring 43, a thread on the same outer surface. However, it will also be possible to envisage an output shaft 37 which will only be partially splined and which will therefore be provided, at the level of the threaded ring 43, on its outer surface with a threaded portion alone. This separation of the grooved portion and the threaded portion of the output shaft 43 increases the bearing capacity of the two links.
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. It is also possible to design a control device according to the embodiment in accordance with the kinematic diagram illustrated in FIG. 7. This kinematic solution differs only very slightly from the kinematic solution of FIG. 4. Indeed, it is proposed according to this embodiment to reverse the kinematic links of the first and second gear means 101 and 115, and therefore to couple the first drive gear 105 with the output shaft 103 via a slide link 121 and coupling the second drive gear 117 with the output shaft 103 via a helical link 122. Such a device can very easily be made physically by inverting the proposed solutions for the control device according to the invention. Kinematic solution of 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. FIG. 8 illustrates a kinematic solution for a control device according to a fourth embodiment of the invention. This kinematic solution is once again very close to that illustrated in FIG. 4. In fact, according to this embodiment, the helical connection 114 puts the output shaft 103 in translation via a link shaft. 123, that the output shaft 103 passes longitudinally, and within which the output shaft 103 can not rotate. Thus, the driven gearwheel 105 and the linkage shaft 123 are helically coupled to transform the rotational movement of the driven gearwheel 105 into translational movement of the linkage shaft 123 through the use of conjugated threads for example. Thus, the translation of the connecting shaft 123 puts the output shaft 103 in translation also.
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. This solution allows easy machining of parts. In addition, the actual separation of the threads and splines increases the bearing capacity of these links.
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. The control device according to the invention, and in particular the embodiments in accordance with the various kinematic solutions exhibited, makes it possible to meet the requirements for chip evacuation in a wide range of applications (drilling in the full boreholes with pre-holes , twist drill, holes and bore 3/4, etc.). Its scope can thus extend to many areas of industry (naval, automotive, aerospace, medical, etc.). It has the advantage of being fully integrated in the drilling unit and not in the drilling tool, which will include a better control of the oscillations imposed on the drilling tool and thus a gain in strength of the drill. drilling unit. The good shape, amplitude and frequency characteristics of the oscillations generated also extend the life of the drilling tool and the drilling unit. In addition, the expected productivity gains are very high and, because of the ease of evacuation of fragmented chips, it will be possible to reduce the use of fluids, often harmful, for the evacuation of chips. Finally, the drill tool control device of the invention can be adapted to any type of drilling unit, automatic or not, portable or not, etc. It will be particularly interesting for drilling deep holes in difficult materials. One can also consider adapting the control device of the invention so that it allows other movements of the output shaft and therefore the associated drilling tool. Thus, it can for example be adapted so that it can further allow a recoil movement of the drilling tool, at higher speed, for a gain in productivity.
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. The reader will understand that many changes can be made without materially escaping the new lessons and benefits described here. Therefore, all modifications of this type are intended to be incorporated within the scope of the drilling unit controller according to the invention.
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