Brevet FR2316032A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un mandrin de machineoutil, pouvant être fixé sur la broche tournante de la machineoutil et comportant un corps, de forme générale cylindrique, présentant plusieurs rainures de guidage s'étendant radialement et régulièrement réparties angulairement dans un même plan perpendiculaire à l'axe du corps du mandrin, plusieurs mors de serrage, chacun d'eux étant monté mobile radialement dans une rainure de guidage respective du corps et comportant un élément commandé qui lui est fixé, et une came en forme de disque, montée rotative coaxialement au corps du mandrin et présentant une rainure de commande en forme de spirale pour les éléments commandés des mors de serrage. Il existe de nombreux systèmes de fixation ou de serrage de pièces sur la broche tournante d'une machine-outil telle qu'un tour automatique, un tour semi-automatique, un tour de reprise, un tour parallèle et autres machines similaires. C'est ainsi qu'il existe des pinces pour tours automatiques ou semi-automatiques ou pour tours d'horloger, des mandrins mécaniques à trois ou quatre mors pour tours parallèles, et des mandrins hydrauliques ou pneumatiques. Cependant, ces dispositifs de serrage comportent des limitations d'emploi corrélatives à leurs avantages.Par exemple, les pinces de tours automatiques peuvent autre ouvertes et serrées rapidement pendant la rotation de la broche de la machine-outil, mais l'ouverture des pinces est limitée, ce qui impose de disposer d'un stock important de pinces interchangeables pour traiter des pièces ayant des diamètres variés. En outre, les pinces peuvent seulement être utilisées pour serrer des barres, à l'exclusion de toute pièce présentant une collerette ou une tête, comme par exemple des vis ou des boulons. Par ailleurs, les mandrins mécaniques, à trois mors en particulier, ont une capacité de serrage importante, c'est-à-dire qu'ils admettent un écart important dans les diamètres à serrer, et io ils peuvent, dans certains cas, recevoir des pièces ayant une tête ou une collerette si les mors présentent une échancrure appropriée, ce qui n'est pas le cas général. Par contre, l'ouverture et le serrage des mandrins mécaniques sont des opérations lentes qui ne peuvent être effectuées qutaprès l'arrêt de la broche tournante.D'un autre cté, les mandrins hydrauliques et, avec des nuances, les mandrins pneumatiques s'ouvrent et se serrent plus vite que les mandrins mécaniques; ils peuvent s'ouvrir et se fermer pendant la rotation de la broche; mais ils sont plus coûteux que les mandrins mécaniques et, en outre, ils exigent une alimentation en fluide sous pression. De plus, ils sont encombrants soit à l'avant, soit à lssarrQère de la broche du tour, et ils nécessitent généralement l'utilisation de joints tournants pour le passage du fluide moteur. Il est donc souhaitable de pouvoir automatiser l'ouvertu- re et la fermeture ou serrage d'un mandrin du type mécanique. Tou tefois, l'automatisation de la fermeture et de l'ouverture d'un mandrin de type mécanique se heurte à divers problèmes. En effet, dans les mandrins mécaniques classiques, les efforts qui doivent être déployés pour fermer et pour serrer le mandrin sont relativement importants par suite des frottements importants qui entrent en jeu dans de tels mandrins. Lorsque la fermeture du mandrin doit être effectuée pendant la rotation de la broche de la machine-ou til, aux frottements susmentionnés s'ajoute la force centrifuge qui tend à ouvrir les mors du mandrin.Dans ces conditions, les efforts qui doivent être déployés pour la fermeture du mandrin sont encore plus importants que lorsque la broche est arrêtée. Il est donc clair qu'avec des mandrins mécaniques de type classique, pour automatiser les mouvements d'ouverture et de fermeture du mandrin, il faudrait utiliser des moyens de commande relativement puissants. La présente invention vise essentiellement à remédier à cet inconvénient en fournissant un mandrin de machine-outil, capable de serrer des pièces pouvant comporter une tête ou collerette, à ouverture êt serrage rapides, 11 ouverture et le serrage pouvant autre commandés pendant la rotation de la broche tournante de la machine-outil, aussi bien que pendant l'arrêt de cette bro#che, par des moyens mécaniques de commande simples, peu coûteux et ne nécessitant pas une alimentation en fluide sous pression0 A cet effet, la présente invention fournit un mandrin du type décrit plus haut, caractérisé en ce qu'un contrepoids est associé à chaque mors, chaque contrepoids étant fixé à une extrémité d'un levier respectif qui est monté pivotant en un point intermédiaire sur le corps du mandrin et dont l'autre extrémité agit sur le mors as-socié-de serrage. Grâce à une telle disposition, il est possible de compenser en partie, sinon totalement, les effets de la force centrifuge s'exerçant sur les mors de serrage pendant la rotation de la broche de la machine-outil, si bien que le mandrin peut être facilement serré pendant la rotation de ladite broche. La compensation de la force centrifuge ne dépend pas de la vitesse de rotation.- Théoriquement, elle dépendrait du rayon de serragew mais, suivant une réalisation de la présente invention, il est possible d'obtenir une excellente compensation en donnant une forme coudée å chaque levier. Afin de réduire les frottements et de réduire encore les efforts nécessaires pour ouvrir et serrer le mandrin selon l'invention, l'élément commandé de chaque mors est constitué par un galet dont le diamètre est très légèrement inférieur à la largeur de la rainure de commande pour pouvoir rouler sur les parois latérales parallèles entre elles de cette rainure avec un très faible jeu. On donnera maintenant une description détaillée de la présente invention en faisant référence aux dessins annexéssur lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale deun mandrin conforme à une réalisation de la présente invention, adapté sur la broche tournante dune machine outil telle qu'un tour. La figure 2 est une vue en élévation latérale, à plus petite échelle, du mandrin représenté sur la figure 1 certains éléments ayant été retirés pour découvrir d'autres éléments qui, en temps normal, sont cachés. Le mandrin 1 représenté aux dessins est monté à une extrémité d'une broche tournante 2 (uniquement visible dans la figure 1) d'une machine-outil, par exemple un tour. Le mandrin 1 comporte un corps 3, de forme générale cylindrique. Ce corps 3 est fermé à une extrémité par une paroi 3a perpendiculaire à l'axe du mandrin et présentant un trou 4 en son centre pour le passage de la pièce 5 à usiner. Dans cette paroi 3a sont formées des rainures de guidage 6, par exemple trois rainures de guidage dans le mode de réalisation représenté aux dessins, pour un nombre correspondant de mors de serrage 7. Les trois rainures de guidage s'étendent radia lement et sont régulièrement réparties angulairement dans la paroi 3a du corps du mandrin. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, elles sont espacées annulai rement de 120 degrés l'une de l'autre. Bien que chaque mors de serrage 7 pourrait être réalisé d'une seule pièce, il est ici réalisé en deux parties, à savoir une pièce porte-mors 8 et le mors proprement dit 9 qui est fixé à la pièce porte-mors par des vis 11. Il est ainsi possible de remplacer en cas de besoin les mors de serrage par d'autres mors ayant des dimensions et/ou une forme différente de ceux représentés aux dessins. Chaque pièce porte-mors 8 se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire ayant une largeur correspondant à la largeur d'une rainure de guidage 6, de telle sorte que la pièce porte-mors puisse coulisser radialement dans ladite rainure. En outre, chaque pièce porte-mors 8 comporte, d'un coté, un têton de positionnement 8a s'engageant dans un trou de diamètre correspondant perçé dans le mors associé 9, et, de l'autre côté un axe 8b qui traverse une fente radiale 12 formée dans le fond de chaque rainure 6 et qui s'engage à l'intérieur du corps cylindrique 3. La partie de l'axe 8b qui se trouve de l'autre ctté de la paroi 3a par rapport au mors 7 porte un galet 13. Les mouvements d'ouverture et de fermeture du mandrin, c'est-à-dire les mouvements radiaux des mors 7 sont commandés par une came 14 on forme de disque (uniquement visible dans la figure 1). La came 14 est montée rotative coaxiallement à l'intérieur du corps 3 du mandrin et elle présente, dans sa face tournée vers les mors 7, une rainure de commande 15 dans laquelle sont disposés les galets 13. La rainure de commande 15 a une largeur très légèrement plus grande que le diamètre des galets 13 de telle sorte que ceux-ci puissent rouler sur les parois latérales parallèles entre elles de cette rainure 15 avec un très faible jeu.Ainsi que cela est connu en soi, la rainure de-commande 15 présente la forme d'une spirale, de préférence une spirale d'nrchiméde dont le pOle se trouve sur l'axe du corps du mandrin. Plus précisément, la rainure 15 se compose de trois portions de spirale, une pour chaque galet 13, déca lées angulairement de 120 degrés ltune de l'autre.La came 14 est calée axialement à l'intérieur du corps 3, dtun c#té au moyen d'une surface de butée axiale 14a qui est formée dans sa partie centrale et prend -appui contre la face interne de la paroi 3a du corps, et, de l'autre coté au moyen d'une bague filetée de retenue 16 qui est vissée à l'intérieur du corps 3 et qui prend appui sur la face opposée de la came 14 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 17. Un contre-écrou 18 et des vis de blocage 19 empêchent toute rotation de la bague 16 par rapport au corps 3 après que la bague 16 a été vissée en place dans ledit corps. La bague 16 présente un filetage intérieur permettant la fixation du mandrin sur la broche tournante 2 de la machine-outil.Une vis à téton 21 permet de bloquer la bague 16 par rapport à la broche 2. -Suivant une autre caractéristique de la présente invention, à chaque mors 7 est associée une masselotte d'équilibrage ou contrepoids 22. Chaque contrepoids 22, par exemple en plomb, est monté à une extrémité d'un levier 23 articulé en un point intermédiaire au moyen d'un axe 24 monté rotatif dans un trou percé dans la paroi 3a du corps. Chaque levier 23 et le contrepoids 22 associé est logé dans une cavité 25 qui est formée dans la paroi 3a du corps du mandrin et qui débouche latéralement dans l'une des rainures de guidage 6. L' extrémité de chaque levier 23 opposée au contrepoids 22 fait saillie à l'intérieur de la rainure 6 et s'engage dans une encoche 26 formée dans le coté de la plaque porte-mors 8 qui est tourné vers la cavité 25. En outre, chaque levier présente de préférence une forme coudée, la concavité du coude étant tournée vers l'axe du mandrin. Trois plaques 27, en forme de secteurs, sont fixées par des vis 28 sur la paroi 3a du corps du mandrin, de manière à cacher et à protéger contre les poussières les dispositifs dréquilibrage formés par les leviers 23 et leurs masselottes 22. Dans la figure 2, l'une des plaques 27 a été enlevée afin de faire-apparattre la masselotte 22 et le levier 23 qui sont normalement cachés par cette plaque. Comme le montre plus particulièrement la figure 1, chaque plaque 27 comporte, dans sa face qui est tournée vers la paroi 3a du corps du mandrin, une cavité qui a la même forme que la cavité 25 située en regard et formée dans la paroi 3a, et qui complète cette cavité 25 pour former une chambre logeant le levier 23 et le contrepoids 22 y associé. Le mandrin qui a été décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante. Comme on 1'a vu plus haut le corps 3 du mandrin est fixé par l'intertriédiaire de la bague filetée 16, sur une extrémité de la broche tournante 2 de la machine-outil, par exemple un tour0 Normalement, la came 14 en forme de disque tourne en même temps que la broche 2 et le corps 3 du mandrin. A cet effet, la came 3 peut être par exemple reliée à une broche 29 qui est logée coaxialement à l'intérieur de la broche creuse 2 et qui peut être entraidée en synchronisme avec cette dernière.L'ouverture et la fermeture du mandrin peut autre obtenue aussi bien à l'arr8t des broches 2 et 29 que pendant leur rotation en provoquant un -décalage angulaire entre le corps 3 du mandrin et la came t4. Ce décalage angulaire peut autre obtenu par divers moyens de commande agissant de manière appropriée sur les broches 2 et 29. Ces moyens de commande ne sont pas décrits ici dans la mesure où ils ne font pas partie de la présente invention. Toutefois, certaines réalisations avantageuses de ces moyens de commande sont décrites dans des demandes de brevets parallèles au nom de la Demanderesse, auxquelles on pourra se référer pour plus de détails.Selon le type de machine-outil ou selon le type de tour auxquels le mandrin selon l'invention est adapté, les moyens de commande susmentionnés peuvent avantageusement faire appel en partie à des organes de commandes déjà prévus dans la machineoutil. En décalant angtilairement dans un sens la came 14 par rapport au corps 3 du mandrin, ltune des deux parois latérales de la rainure de commande 15 agit sur les galets 13 pour provoquer par exemple l'écartement des mors 7 les uns par rapport aux autres, tandis qu'en décalant angulai rement dans l'autre sens la jeune 14 par rapport au corps 3 du mandrin, l'autre paroi latérale de la rainure 15 agit sur les galets 13 pour provoquer par exemple le rapprochement des mors 7 les uns par rapport aux autres et le serrage par ces mors de la pièce 5 à usiner. Grtce à la présence des galets 13 et des contrepoids -22, les efforts qui doivent étre déployés pour assurer l'ouverture ou la fermeture du mandrin sont relativement modérés, si bicn que des commandes mécaniques relativement simples et peu conteuses peuvent étire utilisées à cet effet. Il est bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent Qtre apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, Ctest ainsi notamment que, dans ce qui précède, c'est le corps 3 du mandrin qui est fixé sur la broche 2 et la came 14 qui est reliée à la broche interne 29. Toutefois, comme pour la commande de 11 ouverture et de la fermeture du mandrin 1'important est de provoquer un décalage angulaire entre le corps 3 et la came 14, on peut également envisager une disposition dans laquelle et est la came qui est fixée à la broche 2 et le corps du mandrin qui est relié à la broche interne 29. REVENDI CATI O NS #P111111111111 10 flandrin de machine-outil, pouvant être fixé sur la broche tournante de la machine-outil et comportant un corps, do forme générale cylindrique, préserrtant plusieurs rainures de guidage s'étendant radialement et régulièrement réparties angulairement dans un même plan perpendiculaire à l'axe du corps du mandrin, plusieurs mors de serrage, chacun d'eux étant monté mobile radialement dans une rainure de guidage respective du corps et comportant un élément commandé qui lui est fixé, et une came en forme de disque, montée rotative coaxialement au corps du mandrin et présentant une rainure de commande on forme de spirale pour les éléments commandés des mors de serrage, caractérisé an ce qu'un contrepoids est associé à chaque mors, chaque contrepoids étant fixé à une extrémité d'un levier respectif qui est monté pivotant en un point intermédiaire sur le corps du mandrin et dont l'autre extrémité agit sur le mors associé de serrage. 2a Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque levier présente une forme coudée, la concavité du coude étant. tournée vers l'axe du mandrin, 30 Mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaclue contrepoids est logé dans une cavité respective formée dans le corps du mandrin et s'ouvrant latéralement dans l'une des rainures de guidage, chaque mors comportant dans son côté tourne vers ladite cavité une encoche dans laquelle s'engage l'extrémité du levier opposée à celle portant le contrepoids. 40 Mandrin selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé on ce que l'élément commandé de chaque mors est constitué par un galet dont le diamètre est très légèrement inférieur à la largeur de la rainure de commande pour pouvoir rouler sur les parois latérales parallèles entre elles de cette rainure avec un très faible jeu.