Brevet FR2008973A1 — publié le 19700130

" ha présente invention concerne un mandrin à serrage automatique, pour la fixation d'une pièce à usiner sur la "broche d'une machine-outil, en particulier d'un tour, par au moins deux mâchoires de serrage montées pivotantes avec un jeu axial et 5 radial, sur un disque de support annulaire, reliées au corps du mandrin par un système pouvant transmettre des efforts mécaniques de façon que, pour une rotation relative du corps du mandrin par rapport au disque annulaire de support dans le sens normal de rotation du mandrin, les mâchoires pivotent dans un sens 10 correspondant au serrage, le mandrin comportant également une pointe de centrage pour la pièce à usiner. On connaît déjà divers types de mandrins, qui présentent tous le défaut que le mouvement d'ouverture ou de fermeture est uniquement effectué, soit par le disque annulaire de support, 15 soit par les mâchoires. Or, la pratique montre que le serrage et le desserrage du mandrin à l'arrêt sont beaucoup plus faciles par rotation de la pièce à usiner que par la rotation du disque annulaire de support ou des mâchoires. En effet, dans le premier cas, il n'y a qu'une rotation de la pièce par rapport aux mâ-20 choires tandis que, dans le second cas, la pièce tend à être entraînée et il faut donc vaincre le frottement entre la pointe fixe et la pièce à usiner. Un autre défaut des mandrins déjà connus consiste en ce que, si la vitesse de rotation de la broche vient à diminuer fortement 25 les mâchoires du mandrin s'écartent par suite de l'inertie de la pièce à travailler et des éléments en rotation du mandrin.Ce desserrage des mâchoires à la suite d'une baisse de la vitesse de rotation peut provoquer la rupture de l'outil de coupe. Les mandrins connus présentent comme autre défaut que les 30 mâchoires ne sont maintenues à l'état de serrage que par le coin-çage de la pièce à usiner et la réaction correspondante sur l'axe de pivotement. Le profil de la mâchoire qui en découle est une spirale logarithmique et l'angle entre le rayon,vecteur et la tangente au profil doit être relativement élevé pour assurer 35 un coincement suffisant. Il en résulte, à l'arrêt de la machine, des difficultés de desserrage des mâchoires. On peut également indiquer, comme inconvénient des réalisations déjà connues, que les mâchoires présentent un diamètre extérieur relativement fort pour un diamètre intérieure relative- 69 15499 2 2008973 nent faible, de sorte que, sur un tour par exemple, on ne peut serrer qu'une pièce de diamètre limité en raison de l'étroi-tesse de la zone des diamètres admissibles. L'objet de l'invention est la réalisation d'un mandrin à 5 serrage automatique ne présentant pas ces inconvénients. Le mandrin conforme à l'invention est caractérisé en-ce que le porte-pointe est guidé par un filetage à pas rapide, coaxial au corps du mandrin et solidaire de celui-ci, de façon à prendre un mouvement de rotation lorsqu'il se déplace suivant son axe, le dis-10 que annulaire de support étant agencé et/ou monté de façon que, pour un déplacement axial en direction de la face du mandrin opposée à celle supportant la pièce, ce disque devienne solidaire du mandrin. Les figures annexées représentent, à titre d'exemple, une 15 forme de réalisation d'un mandrin conforme à l'invention. La fig. 1 est une coupe suivant la ligne I^-I du mandrin représenté à la fig. 2. La fig. 2 est une coupe du mandrin suivant la ligne II-II de la fig. 1. 20 Comme le montrent les figures, les mâchoires 1 sont mon tées pivotantes, avec un jeu axial et radial, sur des goujons 3 portés par un disque annulaire de support 2. Elles engrènent d'autre part avéc des secteurs dentés 5 portés par le corps principal 4 du mandrin de façon que, lorsque le mandrin 4 25 tourne par rapport au disque 2 dans le sens normal de rotation, les mâchoires pivotent dans le sens correspondant au serrage. La disposition des petits secteurs dentés 5 et le faible rayon des arcs dentés 6 portés par les mâchoires permettent de donner à l'ensemble du système un diamètre relativement faible. Il ré-30 suite également, de l1 agencement des secteurs dentés 5 et des mâchoires 1 une force de serrage supplémentaire sur les mâchoires qui permet de diminuer la valeur, considérée précédemment comme nécessaire, de l'angle ^ entre le rayon vecteur ^ et la tangente au profil 7 de la mâchoire. Ce profil peut donc 35 présenter un rayon à variation rapide, ce qui permet d'élargir la gamme des diamètres de pièces qu'il est possible de serrer avec une paire donnée de mâchoires. La variation rapide de la courbure du profil réduit également l'auto-coincement des mâchoires quand le mandrin est immobile, de sorte qu'il y a be 69 15499 5 200Ô973 soin de moins de force pour desserrer les mâchoires. Dans les mandrins des types connus, dans lesquels aucune force auxiliaire de serrage n'est appliquée aux mâchoires, on doit, pour obtenir un effet de serrage suffisant dans toute lr 5 zone des diamètres de pièces, donner à la courbe 7 la forme d'une spirale logarithmique, c'est-à-dire conserver la constance de l'angle entre le rayon vecteur C e"t la tangente t, sur toute l'étendue du profil. Pour un angle de friction e de 10° par exemple, l'angle ^ est égal à 90°- Le capot 9 peut également être fixé par montage à baïonnette sur les gorges 10 du disque de support 2. Le capot 9 porte un ressort plat 11 qui lui est fixé par un organe non fi-30 guré. Il est maintenu par la friction entre le ressort 11 et le disque annulaire 2. Il s'oppose en même temps à l'entrée des poussières et des copeaux à l'intérieur du système. Pour que le disque 2 soit correctement centré quand les mâchoires 1 sont en position d'ouverture, le disque 13, soli-35 daire du porte-pointe 12, porte des surfaces d'appui 14 faisant un angle donné avec le rayon du disque 13. Les ressorts tangentiels de traction 15, fixés par une de leurs extrémités à des boulons 16 portés par le disque 13 et par l'autre à des boulons 17 portés par le disque de support 2, appliquent les boulons 17 contre les surfaces d'appui 14 assurant ainsi 69*15499 4 2008973 le centrage du disque 2. Quand les mâchoires 1 sont en position de serrage, les surfaces 14 cessent d'être en contact avec les boulons 17 du disque 2, par suite de la rotation du disque 13» solidaire du porte-pointe 12, dans le sens de fer-5 meture. le disque 2 cesse donc d'être centré et peut prendre librement sa place, tout comme les mâchoires 1, suivant le faux rond de la pièce à travailler. Pour que le porte-pointe 12 soit convenablement guidé, il est enfoncé le plus profondément possible dans l'orifice axial 10 du mandrin par l'ouverture 18. Il est également guidé par la douille à ressort 20. Pour permettre le démontage et, éventuellement, la manoeuvre manuelle du système d'entraînement, un carter 22 indépendant, centré par des cales 21, entoure concentriquement le mandrin 4. 15 II est fixé aux goujons 3 par des vis 23 qui s'engagent avec un certain jeu radial dans des trous 24 pratiqués dans la face avant du carter 22. On évite ainsi la chute des mâchoires 1 et du disque de renforcement 25 et les vis 23 s'appliquent alors avec la face frontale 26 sur le goujon 3. le mode de 20 fixation des vis 23 sur les goujons 3 laisse une certaine liberté au disque 2 par rapport aux goujons 3, le carter 22 tournant, néanmoins, "rond". le mandrin 4 est monté sur la broche du tour, ou sur un disque porté par celle-ci, par des vis 27 pénétrant dans des 25 logements 29 de sa face arrière ' 28. le serrage et le desserrage de la pièce s'effectuent comme suit : Au moment du serrage, la pièce à usiner 30 est appliquée sur la pointe 31 par la pression exercée sur son autre extré-30 mité par la contre-pointe, le porte-pointe 12, poussé par la pointe 31> vient s'appuyer sur le roulement à billes 32 en comprimant le ressort 33, et prend un mouvement de rotation par son entrée en prise avec le filetage à pas rapide 34 porté par la face 28 du mandrin. Les surfaces d'appui obliques 14, cen-35 trant le disque annulaire 2. sur les goujons 17 et faisant partie du disque 13 solidaire du porte-pointe 12, peuvent alors se détacher des goujons 17. Sous l'action des ressorts .tangentiels 15, le disque annulaire 2 est mis en rotation jusqu'à ce que les mâchoires 1 entrent en contact avec la piè 69 15499 5 2008973 ce à usiner 30. le porte-pointe poursuit sa rotation jusqu'à ce que les surfaces d'appui 14 cessent d'être en contact avec les goujons 17, et le disque 2 est recentré par lrappui des mâchoires 1 sur la pièce à usiner 30. les ressorts tangen-5 tiels 15 se tendent fortement et assurent un serrage énergique des mâchoires 1 sur la pièce 30. La capot 9, poussé par la pression axiale de la pièce 30 sur sa face frontale, comprime en fin de course le disque annulaire 2 par sa face frontale 35 sur le corps 4 du mandrin 10 en bloquant le disque 2 en position de serrage. Les goujons 3, les mâchoires 1, le disque annulaire de renfort 25 et le carter 22 accompagnent le disque 2 dans son mouvement axial. On évite ainsi le glissement longitudinal des mâchoires 1 sur la pièce 30 quand le mandrin est en position de serrage. La rota-15 tion de la pointe 31 entraîne par frottement la pièce 30 dans le sens du serrage, ce qui assure le maintien des mâchoires 1 en position de serrage. Lorsqu* on ramène en arrière la contre-pointe pour relâcher le mandrin, le porte-pointe 12 est repoussé vers l'avant par 20 la réaction du ressort 33, transmise par le roulement à "billes 32, et tourne ainsi à contre-sens. Par suite de son frottement avec la pointe, la pièce 30 tourne dans le sens desserrant les mâchoires. Le disque annulaire 2 est, en même temps, poussé vers l'avant par le capot 9 engagé dans la gorge circulaire 25 10. Les surfaces d'appui 14 entrent en contact avec les goujons 17 et font tourner le disque 2 en provoquant l'ouverture des mâchoires 1. Celles-ci pivotent jusqu'à ce que le capot 9» en.se déplaçant vers l'avant, amène le disque 2 au contact des surfaces de butée 36 des secteurs dentés annulaires 5. 30 Ce mode de construction du mandrin permet le serrage et le desserrage des mâchoires même pendant la rotation. Le mandrin peut ne comporter que deux mâchoires diamétralement opposées, contrairement à la forme d'exécution décrite. 69 15499 6 2008973 KEYBKDICATIOHS 1 - Mandrin à serrage automatique pour la fixation d'une pièce à usiner sur la "broche d'une machine-outil, en particulier d'un tour, comportant au moins deux mâchoires de serrage montées 5 à pivot, avec un jeu axial et radial sur un disque annulaire, et reliées au corps du mandrin par un système de transmission de forces, de façon que, pour une rotation relative du corps du mandrin par rapport au disque annulaire dans le sens normal de rotation du mandrin, les mâchoires pivotent dans le sens corres-10 pondant au serrage, le mandrin comportant également une pointé pour le centrage de la pièce à travailler, ce mandrin étant caractérisé en ce que le porte-pointe 12 est guidé par un filetage à pas rapide 34 coaxial au corps du mandrin et solidaire de celui-ci, de façon à prendre un mouvement de rotation lors- • 15 qu'il se déplace suivant son axe, et en ce que le disque annulaire de support 2 est agencé et/où- monté de façon que, pour un déplacement axial en direction de la face du mandrin opposée à celle supportant la pièce, ce disque devienne solidaire de la rotation du mandrin 4. 20 2 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le disque annulaire de support 2 est agencé et/ou monté de façon que, dans son déplacement axial en direction de la face du mandrin opposée à celle supportant la pièce, il soit comprimé, directement ou indirectement, par une surface d'appui 35 contre 25 une surface du corps principal du mandrin. 3 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le disque annulaire de support 2 porte, en vue de son centrage en position de desserrage du mandrin, au moins deux goujons 17 parallèles à son axe, solidaires de la rotation du por- 30 te-pointe 12 et pouvant s'appuyer sur des surfaces obliques d'appui 14 qui font le même angle avec une direction radiale dans un même sens de rotation. 4 - Mandrin conforme à la revendication 3». caractérisé en ce que les surfaces d'appui 14 sont disposées sur la tranche 35 externe d'un disque 13 solidaire du porte-pointe '120 4 - Mandrin conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'un ressort tangentiel 15 travaillant à la traction est agencé entre le disque annulaire de support 2 et le disque 13 solidaire du porte-pointe, de façon à appliquer au disque annu 69 15499 7 2008973 laire 2 un moment de rotation dans le sens du serrage, et à appliquer les goujons 17 contre les surfaces d'appui 14 du disque 13 tant que la position de serrage n'est pas atteinte. 6 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en 5 ce que des secteurs dentés 5 transmettant les efforts au corps principal 4 du mandrin, et en ce que les mâchoires 1 portent des dentures engrenant avec lesdits secteurs dentés. 7 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le disque annulaire 2 présente à sa périphérie des sec- 10 teurs lisses du type à baïonnette formant liaison avec des secteurs lisses portés par le corps principal 4, de façon que le disque annulaire ne puisse exécuter suivant la direction de son axe qu'un déplacement limité et déterminé, et en ce qu'un ressort 33 exerce une pression sur le porte-pointe 12 et le disque 15 annulaire 2 dans le sens correspondant à sa mise en prise avec le corps principal du mandrin. 8 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les mâchoires 1 sont montées à pivot sur des goujons 3 portés par 'une face du disque annulaire 2, et en ce que ceux-ci 20 sont reliés entre eux à leur extrémité libre par tua disque 25 de renforcement. 9 - Mandrin conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un carter 2 2 pourvu d'au moins trois organes de guidage 21 dirigés vers le corps du mandrin, en vue de la 25 liaison du carter en rotation concentrique avec le corps du mandrin 4.