Brevet FR2248901A1 — publié le 19750523

La presente invention concerne un mandrin de tour à serrage par extérieur des pièces à usiner. On sait que les broches des tours modernes atteignent, pour une utilisation optimale des outils à plaquette carbure ou céramique destinés à l'usinage des métaux ferreux, des vitesses de rotation élevées. Ces vitesses sont encore accrues lors de l'usinage des métaux tendres, en particulier dans le travail en barres. Si les constructeurs de machines-outils possèdent des solutions en ce qui concerne les organes de transmission en général ainsi que pour les roulements qui constituent les paliers de broche, il n'en va pas de meme pour les dispositifs de tenue de pièces et en particulier pour les mandrins, accessoires particulièrement sollicités qui définissent par leurs possi bilités de serrage la capacité de travail de la machine. Ces mandrins ont bien été allégés afin de réduire leur moment de giration, mais en ce qui concerne les mandrins de serrage extérieur, ils n'ont pas eu leurs caractéristiques améliorées au point de vue du maintien de la force de serrage sous 11 action sntagoniste de 18. force centrifuge. Il est clair que,pour les mandrins à serrage intérieur,la force centrifuge agissant sur les mors accroit au contraire le serrage. Les essais pratiqués ont permis de déterminer que les mandrins de tous types: avec commande manuelle, avec commande assistée, avec mécanisme à rampes ou avec leviers perdent de leur force de serrage en rotation. Cette perte n1 est pas directe en raison des contraintes élastiques appliquées aux organes internes de transmission de mouvement mais elle n'en est pas moins très sensible et peut meme annihiler totalement la force de serrage bien avant que le corps de mandrin, lui-même soumis à l'effet centrifuge, risque d'éclater. Ceci introduit une sérieuse limitation dans les possibilités d'utilisation des mandrins à haute vitesse. La présente invention pallie cette action antagoniste de la force centrifuge et meme, si nécessaire, met à profit celle-ci pour accroître l'effort de serrage en rotation. Selon l'invention, les organes de serrage d'un mandrin de tour à serrage par l'extérieur sont déplacés chacun vers l'axe du mandrin par l'intermédiaire d'un levier du premier genre dont le pivot est orienté perpendiculairement à l'axe du mandrin, le moment massique du bras de levier agissant sur ledit organe étant inférieur au moment de l'autre bras de ce levier. Autrement dit, chaque levier de commande est déséquilibré par rapport à son pivot et, l'axe du mandrin étant supposé horizontal, à l'arrêt, lorsqu'un organe de serrage est en position haute, le levier, par le jeu de la gravité, tend à s'écarter de l'organe de serrage et de la pièce serrée. Inversement, lorsque le mandrin tourne rapidement, le champ de force dû à la force centrifuge, beaucoup plus grand que celui de la pesanteur, agit sur chaque levier dans le sens qui tend à appliquer l'organe de serrage contre la pièce à serrer. Les meilleurs résultats sont évidemment obtenus lorsque le moyen de commande agit unilatéralement sur le levier dans le sens du serrage, alors que ce levier est soumis à l'action d'un ressort qui assure le desserrage à l'arrêt. On peut ainsi compenser l'effet de ce champ de forces centrifuges sur l'organe de serrage et, au besoin, par un choix correct des masses et des distances mises en jeu, accroître la force de serrage aux grandes vitesses pour éviter les risques d'incidents très dangereux qu'entraînerait à ces vitesses un maintien insuffisant des pièces usinées. L'exemple de réalisation suivant qui a trait à un mandrin d'usinage de barres ou tubes en continu fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il est clair que l'enseignement de cet exemple peut être transposé à tous mandrins à mors quel que soit leur mode de manoeuvre. La figure 1 est une vue de face d'un mandrin selon l'invention. La figure 2 est une coupe de ce mandrin suivant Il-Il de la figure 1. Le mandrin montré sur ces figures comprend un corps cylindrique, évidé axialement et comportant un nez la, corps qui est fixé sur un nez de broche 2 par les vis axiales 3. Le corps 1 comporte en outre trois cavités radiales dans chacune desquelles pivote un levier 4 autour d'un axe 5 perpendiculaire à l'axe de mandrin. Chaque levier agit sur un mors 6 par l'intermédiaire d'un tronçon d'axe cylindrique 7 formant palonnier, la séparation du levier et du mors étant empêchée au repos par un ressort à lame 8 riveté au mors et accroché dans un creux 9 du levier 4. Le bras de levier 4 opposé à celui qui agit sur le mors prend appui, par l'intermédiaire d'un patin 10, contre une rampe 11 ménagée axialement dans la périphérie de la bague cylindrique 12 qui coulisse dans un alésage axial du corps 1. Par l'intermédiaire d'un tube fileté (non représenté) vissé sur la portion filetée 12a de la bague 12, celle-ci peut être déplacée axialement par un vérin tournant de manoeuvre dans un sens et dans l'autre pour la commande des leviers 4. La bague 12 entoure une douille dont l'extrémité épanouie 13a est fixée par les vis 14 au corps de mandrin. Les encoches 15 ménagées dans cette extrémité épanouie pour le passage des portions cylindriques des leviers 4 qui entourent leurs pivots respectifs sont pourvues de joints d'étan chéite 16. En outre, chaque cavité radiale de logement d'un levier 4 est fermée par un tampon 17, fixé par les vis 18, qui est aussi appliqué contre chaque partie cylindrique de levier 4 par un joint 19. Les espaces libres intérieurs au mandrin peuvent ainsi constituer une cavité pratiquement étanche remplie de graisse qui lubrifie les organes mobiles du mandrin. Dans la réalisation illustrée, les rampes 11 sont inclinées à 150 et, par rapport au pivot 5, le bras de levier du patin 10 est double du bras de levier, correspondant à l'axe 7, qui agit sur le mors 6. Ainsi, dans cet exemple, un déplacement de huit unités de longueur imposé à la bague 12 entraîne un déplacement d'une unité des mors 6. Ceux-ci sont donc en mesure de serrer une barre cylindrique engagée dans le canal de la douille 13 et traversant le passage de la broche 2. Les centres de gravité de chacun des deux bras de levier 4 ont été indiqués respectivement en G1 et G2. Compte tenu des masses de ces bras et de leurs rayons de giration dans l'exemple de réalisation illustré, lorsque le mandrin tourne, la force centrifuge agissant en G1 est 3,7 fois plus grande que celle qui agit en G2. Autrement dit, le champ de forces centrifuges tend à appliquer la petite branche du levier contre le mors associé 6, c'est-à-dire a compenser l'action de ce même champ sur ce mors. On peut calculer, pour un mandrin du type illustré, ayant un diamètre extérieur de 160 mm que la prépondérance de l'effort en G1 est négligeable aux basses vitesses de rotation, mais qu'elle est particulièrement intéressante à partir de 4000 tr/mn car l'effort de serrage sur la barre se trouve ainsi accru de 430 kg. Aux vitesses supérieures, par exemple de 5000, 6000 tr/mn , les efforts sont accrus de 675 et 970 kg respectivement. Afin de permettre de modifier la variation du serrage due à la force centrifuge, une masselotte amovible 20 peut etre fixée par une vis 21 sur le grand bras du levier 4. Elle est rendue accessible par le regard 26, lequel est fermé par un tampon 22 fixé par les vis 23. Le tampon 22 sert en outre d'appui au ressort 24 qui agit sur chaque levier 4 dans le sens de l'ouverture. Pour recevoir le ressort, la masselotte 20 comporte un forage prolongé dans le levier au fond duquel est logé un goujon 25 qui contribue avec la vis 21 à immobiliser la masselotte 20 en position. Plusieurs masselottes de masse différentes peuvent être prévues pour être utilisées avec un même mandrin suivant-les circonstances. Ainsi, par exemple, pour l'usinage d'un tube de métal tendre, cas ou les efforts de coupe sont peu importants et les vitesses élevées, la masselotte pourra être diminuée ou même supprimée, afin d'éviter l'écrasement, sous l'effet de serrage, du tube à usiner. L'invention s'applique à tous les mandrins de tours usinant des pièces à grande vitesse et spécialement aux mandrins de fabrication en série pour barres et tubes. REVENDICATIONS - 1: Mandrin porte-pièce pour tour comportant une pluralité d'organes de serrage par l'extérieur commandés simultanément par une transmission mécanique, caractérisé en ce que la transmission comprend pour chaque organe de serrage un levier du premier genre dont le pivot est perpendiculaire à l'axe du mandrin, le moment massique du bras de levier agissant sur ledit organe étant inférieur au moment, de sens opposé, de l'autre bras de ce levier. 2 Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission agit unilatéralement sur le levier dans le sens du serrage, ce levier étant soumis à une force de rappel dans le sens du desserrage 3. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que des masselottes amovibles sont fixables sur le levier. 4. Mandrin selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les masselottes sont accessibles par des regards pratiqués dans la paroi du mandrin, ces regards étant obturés par des tampons servant d'appui aux ressorts de rappel des leviers.