Brevet FR2384585A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne un élément d'usinage à moteur destiné à entrainer un outil coupant et, plus particulièrement, elle, elle concerne un dispositif comportant un mandrin dans lequel est monté un outil coupant et prévu pour être entrainé par un moteur électrique. On connaît un élément d'usinage à moteur dans lequel une broche verticale accouplée à son extrémité supérieure à l'arbre du rotor d'un moteur d'entrainement comporte une ouverture à son extrémité inférieure, dans laquelle vient s'emboîter un mandrin de forme complémentaire qui est fixé circonférentiellement sur la broche par plusieurs vis, habituellement quatre. Si le mandrin est assez gros, il faut deux ouvriers pour effectuer la fixation : l'un supporte le mandrin emboité dans l'ouverture de la broche pendant que l'autre fixe l'arbre sur la broche au moyen de quatre vis. Si un seul ouvrier effectue le travail, il doit fixer le mandrin dans l'ouverture de la broche avec l'aide d'un support auxiliaire qui supporte le mandrin. Ces travaux nécessitent beaucoup de temps, sont très dangereux et rendent, en outre, difficile la fixation automatique du mandrin. C'est donc un objet de la présente invention de prévoir un élément d'usinage à moteur destiné à entraîner un outil coupant, tel qu'un mandrin peut être fixé aisément, en sécurité dans l'ouverture d'une broche de sortie d'un moteur d'entraînement. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un élément d'usinage à moteur dans lequel on peut fixer automatiquement un arbre dans la broche de sortie d'un moteur d'entraine- ment. La présente invention prévoit un élément d'usinage à moteur comportant un mandrin sur lequel est monté un outil coupant pour usiner une pièce, prévu pour être entraîné par un moteur électrique comportant unrotor, caractérisé en ce que le rotor comporte un arbre cylindrique, vertical, creux ; une broche d'entraînement creuse accouplée à son extrémité supérieure à l'arbre du rotor de telle manière que l'arbre puisse se déplacer par rapport à la broche dans la direction axiale, la broche comportant à son extrémité inférieure une ouverture conique axiale dont la pointe du cône est dirigée vers le haut, pour recevoir le mandrin, ce mandrin comportant, à son extrémité supérieure, une ouverture filetée intérieurement qui peut être alignée avec l'axe de l'arbre du rotor ; un moyen de fixation comportant une partie de corps introduite à travers l'arbre du rotor cannelé et la broche pour retenir le mandrin sur la broche, la partie de corps du moyen de fixation ayant une extrémité inférieure filetée qui se visse de façon amovible dans l'ouverture filetée intérieurement du mandrin pour fixer de façon amovible le mandrin sur la broche et un moyen pour régler la position optimale du mandrin et, donc, de l'outil coupant par rapport à la pièce. Le moyen de fixation peut être constitué de deux courtes parties de tiges alignées et accouplées par des cannelures à leurs extrémités adjacentes de façon à permettre de faire varier la longueur totale du moyen de fixation, permettant ainsi de l'employer avec des dispositifs d'entraînement d'outils coupants à moteur ayant des longueurs axiales différentes. Le moyen de fixation peut être entraîné par un moteur auxiliaire à vitesse variable pour monter et démonter le mandrin. Le moyen de fixation peut être accouplé par l'intermédiaire d'un embrayage au moteur auxiliaire et entraîné par le moteur auxiliaire pour fixer le mandrin sur la broche et pour l'en démonter. L'arbre d'entraînement du moteur auxiliaire peut porter un ventilateur pour refroidir le moteur principal. Un mécanisme de blocage peut être prévu pour empêcher une rotation indésirable possible de l'arbre du rotor du moteur principal lorsque le mandrin est fixé sur la broche ou qu'il en est démonté. Le moyen de blocage comprend une tige de blocage, prévue quand le mandrin doit être fixé sur la broche ou en être démonté pour être actionnée électromagnétiquement pour s'engager avec un disque d'équilibrage monté sur l'arbre du rotor du moteur principal afin d'empêcher une rotation indésirable, ce disque d'équilibrage évitant une oscillation lors de la rotation du rotor du moteur principal due à une répartition inégale des masses du rotor. Un réducteur à engrenages peut être prévu pour réduire la vitesse de rotation de la broche. Ceci permet d'employer un moteur électrique à grande vitesse, ayant de petites dimensions comme moteur principal et d'obtenir ainsi un élément d'usinage à moteur à faible vitesse ayant de petites dimensions.Le réducteur peut comporter un arbre de sortie entraîné, disposé coaxialement autour de la broche et accouplé par cannelures à celle-ci et un train de pignons épicycloïdaux disposés entre l'arbre du rotor principal et l'arbre de sortie. Des moyens peuvent être prévus pour régler la position optimale du mandrin et d'un outil coupant monté sur celui-ci par rapport à la pièce. Le moyen de réglage peut comporter un mécanisme vis sans fin et crémaillère disposé à l'extérieur de la broche. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation particulier d'un élément d'usinage à moteur selon la présente invention 7 ta figure 2 est une vue semblable d'une première variante du mode de réalisation de la figure I La figure 3 est une vue semblable d'une seconde variante du mode de réalisation de la figure 1 7 La figure 4 est une vue semblable d'une troisième variante du mode de réalisation de la figure 1 La figure 5 est une vue en coupe d'un moyen de blocage incorporé dans la variante de la figure 4 pour empêcher une rotation indésirable de l'arbre du rotor du moteur principal lorsqu'on fixe un mandrin sur la broche d'entraînement ou qu'on l'en démonte ; et La figure 6 est une vue semblable d'une quatrième variante du mode de réalisation de la figure 1. La figure 1 représente un mode de réalisation particulier d'un dispositif d'usinage à moteur selon la présente invention portant généralement la référence 10 Le dispositif comprend un moteur électrique principal 12 pour entraîner un outil coupant (non représenté). Le moteur comprend un boîtier 14 qui comporte une partie cylindrique creuse ayant des extrémités ouvertes 16, des couvercles supérieur et inférieur 18 fermant les extrémités opposées de la partie cylindrique 16. Le moteur comprend des éléments de stator 20 disposés sur la surface interne du boîtier et un rotor 22 disposé à l'intérieur des éléments 20 du stator. Le rotor 22 comporte un arbre creux 24 supporté de manière à pouvoir tourner au niveau de ses épaulements 26 près de ses extrémités opposées par deux roulements 28 logés dans des ouvertures 30 au centre des couvercles 18, respectivement. L'arbre creux 24 comporte une cavité interne 32 ayant un grand diamètre près de son extrémité inférieure, pour faciliter l'introduction d'une partie d'extrémité 34 ayant un petit diamètre, dirigée verticalemeht, d'une broche 36 d'entraînement d'un mandrin à l'intérieur de l'arbre 24 du rotor. La broche 36 est accouplée par cannelures à l'arbre du rotor 24 à l'extrémité inférieure 37 de l'arbre du rotor de façon à pouvoir se déplacer axialement par rapport à l'arbre.La broche 36 qui est creuse intérieurement comporte une partie inférieure 38 ayant un grand diamètre extérieur dans laquelle est ménagée une ouverture 40 destinée à recevoir un mandrin, ouverte à son extrémité inférieure et ayant une forme complémentaire à celle d'un mandrin porte-outil 42 qui comporte une partie supérieure cylindrique 44 et une partie inférieure conique 46 qui diverge vers le bas. La broche 36 est supportée de manière à pouvoir tourner par un roulement supérieur et un roulement inférieur 48 dans un fourreau cylindrique creux, qui à. son tour, est supporté par un boîtier cylindrique 52 fixé à son extrémité supérieure au couvercle inférieur 18 du boîtier 14. La broche 36, les roulements 48 et le fourreau 50 sont prévus pour pouvoir etre déplacés ensemble vers le haut et vers le bas par rapport au boîtier 52 du fourreau et à l'arbre 24 du rotor. Un mécanisme pour régler le mandrin 42 est fixé à la broche 36 et,donc,l'outil coupant montésur oelui-ci(non représenté), par rapport à la surface d'une pièce usinée, est représenté schématiquement par un bloc 54 et peut avoir une structure et une fonction semblables à celles que l'on décrira par la suite en détail pour l'élément 54d représenté dans la figure 6. La broche 36 comporte une collerette circonférentielle 56 près de son extrémité inférieure pour supporter le roulement inférieur 48. Un moyen de fixation se présentant sous la forme d'une vis 58 comporte un corps 60 introduit de façon à pouvoir être démonté à travers l'arbre du rotor 24 et la broche 36. Le corps 60 comporte des filets extérieurs 62 à son extrémité inférieure qui se trouvent au niveau d'une partie supérieure de l'ouverture 40 de la broche 36 destinée à recevoir le mandrin. Le mandrin 42 comporte, à son extrémité supérieure, une ouverture filetée intérieurement 64 complémentaire de l'extrémité filetée de la vis 58. Quand on désire fixer le mandrin 42 sur la broche 36, on l'engage sensiblement dans l'ouverture 40 de la broche 36, par exemple avec l'aide d'un support pour aligner l'ouverture 64 du mandrin 42 et l'axe du corps 60 de la vis. Puis on fait tourner la tête de la vis 66 pour visser son extrémité inférieure dans le mandrin 42. Ceci amène le mandrin 42 à être tiré vers le haut et maintenu fermement en appui contre la surface conique interne complémentaire 41 de l'ouverture 40 de la broche 36. Pour démonter le mandrin de la broche, il est seulement nécessaire d'entraîner la vis 58 dans le sens opposé au sens d'entraînement utilisé pour fixer le mandrin sur la broche 36. On décrira maintenant une variante du mode de réalisation de la figure 1, représentée dans la figure 2, en considérant seulement ses points structurels et fonctionnels différents de ceux du mode de réalisation de la figure 1. Dans la variante représentée dans la figure 2, la vis 58a comporte une partie supérieure et une partie inférieure 66 et 68, qui sont alignées et accouplées par des cannelures de telle manière que la longueur totale de la vis puisse varier. Plus particulièrement, la partie supérieure 66 de la vis est introduite à sa partie inférieure de façon à pouvoir être déplacée axialement dans une ouverture axiale 70 et elle est accouplée par des cannelurex 72 à une partie supérieure cylindrique ayant un diamètre plus grand, 74, de la partie inférieure 68 de la vis qui est logée dans une ouverture plus grande 76 d'une partie supérieure de la broche 36a. Lorsqu'on tourne la vis 58a dans un sens de manière à bloquer l'arbre 42 contre la broche 36a, la vis 68 se visse dans le mandrin 42 aligné verticalement avec la vis. Lors du blocage, le mandrin 42 est tiré vers le haut puis la partie cylindrique 74 de la partie inférieure 68 de la vis est appliquée à son extrémité inférieure 78 contre un épaulement 80 dans l'ouverture su périeure 76 de la broche retenant ainsi le mandrin sur la broche. Quand on désire démonter le mandrin de la broche, on desserre la vis. La partie 74 ayant un diamètre plus grand de la partie inférieure 68 de la vis vient alors s'appliquer à son extrémité supérieure 82 contre un épaulement supérieur 84 de 11 ouverture 32a dans l'arbre 24a du rotor permettant de séparer le mandrin de la broche 36a. On décrira maintenant une seconde variante du mode de réalisation de la présente invention représentée dans la figure 3. Cette description concerne seulement les points structurels et fonctionnels différents de ceux des modes de réalisation des figures 1 et 2. Ce type de description s'applique également à d'autres variantes possibles. La variante de la figure 3 comporte un carter de ventilateur 86 sur la face supérieure du couvercle supérieur 18b du boi- tier 14b. Sur le carter 86 est monté un moteur à vitesse variable 88 d'un type à courant continu par exemple, comportant un arbre d'entraînement vertical 90 qui s'étend vers le bas dans le carter 86. Sur l'arbre 90 est montée une roue à aubes d'un ventilateur 92, dans le carter 86, pour ventiler le moteur principal 12b. L'arbre 90 est en outre prévu pour être accouplé par l'intermédiaire d'un embrayage 94 à un moyen de fixation 58b qui comprend une partie supérieure cylindrique creuse 96 ouverte vers le bas et une partie inférieure analogue à une tige 98 introduite à sa partie supérieure dans la partie supérieure 96 et accouplée par cannelures à celle-ci. La partie supérieure est rendue solidaire à son extrémité supérieure de l'embrayage 94 et est supportée de manière à pouvoir tourner par des roulements supérieur et inférieur 99 dans l'arbre creux 24b du rotor. La partie inférieure 98 peut se déplacer axialement par rapport à la partie supérieure 96.La partie inférieure 98 du moyen de fixation comporte une collerette 102 légèrement au-dessus des filets inférieurs 62b est prévue pour prendre appui sur une bague d'appui 104 prenant ellemême appui sur la circonférence interne de l'ouverture 40b recevant le mandrin dans la broche 3ob. L'arbre 90 du moteur auxiliaire 88 comporte une partie le prolongeant vers le haut 106, représentée en traits interrompus, pour permettre d'entraîner manuellement l'arbre 90 et fixer ainsi le mandrin sur la broche ou pour l'en démonter. Le moyen de fixation peut être un élément analogue à une tige en une seule pièce ou peut être du type représenté dans la figure 2. L'entraînement du moteur auxiliaire 88 à une vitesse suffisante, 1800 tours/minute par exemple, l'embrayage 94 étant débrayé, amène la roue à aubes 92 du ventilateur à assurer une ventilation suffisante pour refroidir le moteur principal 12b. Quand on doit fixer le mandrin sur la broche 36b, l'em- brayage 94 est embrayé et le moteur auxiliaire 88 est entraîné en rotation. L'entraînement du moteur 88 et, donc, du moyen de fixation 58b à une vitesse suffisante, 100 tours/minute environ par exemple, permet d'effectuer aisément la fixation du mandrin sur la broche et de l'en démonter. Une troisième variante représentée dans la figure 4 comporte un mécanisme 106 pour empêcher une rotation indésirable de l'arbre 24c du rotor lors de la fixation du mandrin sur la broche ou de son démontage. Le mécanisme de blocage comprend plusieurs moyens de blocage commandés électromagnétiquement 108 disposés de façon équidistante autour de la périphérie extérieure d'un disque d'équilibrage 112 monté à l'extrémité inférieure de l'arbre 24c du rotor. Chaque moyen de blocage est supporté par une oreille correspondante 110 sur la surface interne du couvercle inférieur 18c du boîtier 14c du moteur. te disque 112 a pour effet d'éviter une oscillation non souhaitable lors de la rotation du rotor 22c due à une répartition inégale des masses du rotor. Le disque comporte plusieurs rainures équidistantes 114 disposées sur sa périphérie, l'une de ces rainures étant représentée dans la figure 5. Chaque moyen de blocage comprend un noyau ou armature en fer 116 portant un alésage central 118 dans lequel une tige de blocage 120 est logée de façon à pouvoir se déplacer suivant sa direction axiale. La tige de blocage comporte une tête plus grosse 122 à son extrémité disposée face aux rainures 114 du disque et elle comporte un disque d'appui magnétisable 124 à son autre extrémité. L'alésage central 118 comporte un alésage plus grand 126 à son extrémité disposée face au disque 124 dans lequel un ressort hélicoïdal 128 est disposé coaxialement à la tige 120, légèrement comprimé entre le disque 124 et l'extrémité intérieure 130 de l'alésage 126. Le noyau de fer comporte un évidement annulaire 132 ouvert du cté du disque 124 dans lequel est logée une bobine d'excitation 134 et recouvert d'un couvercle annulaire 136.La bobine 134 est prévue pour être excitée par une source d'alimentation appropriée sensiblement au moment où l'embrayage 94c est embrayé. Quand l'embrayage 94c est embrayé, la bobine 34 est excitée sensiblement en même temps. Le disque d'appui 124 est alors attiré magnétiquement vers la gauche, comme représenté dans la figure 5, contre l'action du ressort de rappel 128. Ainsi, la tige 120 est appliquée contre le disque d'équilibrage 112, en particulier dans une rainure correspondante 114 sur la périphérie du disque, pour empêcher ainsi une rotation possible de l'arbre 24c du rotor. Ceci permet d'entraîner le moyen de fixation 58c afin de fixer efficacement le mandrin sur la broche 36c ou de l'en démonter. Quand l'embrayage 94c est débrayé, la bobine d'ex- citation 134 cesse également d'être alimentée.Ceci amène le ressort de rappel 128 à ramener la tige de blocage 120 dans sa position normale représentée en traits pleins dans la figure 5 permettant ainsi au disque d'équilibrage 112 et à l'arbre 24c du rotor de tourner librement. La figure 6 représente une quatrième variante de la présente invention comportant un réducteur à pignons épicyclofdaux 138 pour réduire la vitesse de révolution de la broche 36d. Le mécanisme comporte une couronne à denture interne 140 disposée coaxialement sur la surface interne d'un boîtier 142 monté entre le couvercle inférieur 18d du moteur principal 12d et le boîtier 52d du fourreau. Il comporte, en outre, un planétaire 144 monté à l'extrémité inférieure de -l'arbre 24d du rotor et plusieurs satellites 146 (par deux, par exemple), engrenant avec les pignons 140 et 144 et disposés-entre eux. Les axes 148 des satellites 146 sont fixés à une bague 150 d'un arbre de sortie final, creux, 152, qui est monté sur la broche 36d et qui est accouplé par des cannelures en 154 à celles-ci et il est supporté de manière à pouvoir tourner par un roulement 156 dans un couvercle inférieur 158 du boîtier 142.Ceci permet d'employer un moteur électrique à grande vitesse qui, en général, a de petites dimensions et une faible consommation d'énergie par rapport à un moteur à Vitesse lente. Si l'on se réfère de nouveau à la figure 6, on décrira un mécanisme permettant de régler la position optimale du mandrin et, donc, d'un outil coupant, (non représenté) monté sur celuici, par rapport à une pièce (non représentée). Ce mécanisme, portant généralement la référence 54d, comporte un boîtier 160 monté sur la paroi du boîtier 52d du fourreau, une vis sans fin 162 supportée de manière à pouvoir tourner par un axe vertical 1O4 qui, à son tour, est supporté par des parties analogues à des couvercles, supérieur et inférieur 166 du boîtier 160. La vis sans fin 162 comporte, à sa partie supérieure, un pignon conique 168 engrenant avec un second pignon conique 170 qui, à son tour, comporte un axe horizontal 172 supporté de manière à pouvoir tourner par un roulement 174 logé dans la paroi du boîtier 160.L'arbre 172 comporte, à son extrémité extérieure, un volant de manoeuvre 176 et une poignée 178. La vis sans fin 162 engrène avec une crémaillère 177 réalisée sur la périphérie extérieure du fourreau 50d. Quand on tourne la poignée 178, le fourreau 50d et la broche 36d sont déplacés l'un et l'autre vers le haut ou vers le bas par rapport au boîtier 52d du fourreau suivant le sens de rotation du volant de manoeuvre 176 pour assurer ainsi une position optimale de coupe du mandrin et, donc, de l'outil coupant monté sur celui-ci, par rapport à une pièce (non représentée). La présente invention présente également les autres avantages suivants La fixation du mandrin sur la broche et le démontage du mandrin de celle-ci peuvent être effectués aisément en entraînant un seul élément de fixation. Ceci permet d'automatiser la fixation du mandrin sur la broche et le démontage du mandrin de celle-ci. Puisque l'on entraîne le moyen de fixation pour tirer le mandrin vers le haut et le fixer en même temps, le mandrin peut être fixé sur la broche lorsqu'il est placé sur un plancher, permettant ainsi un rendement élevé et un degré de sécurité élevé lors de la fixation du mandrin ou de son démontage. La vitesse de rotation et le couple de serrage du moyen de fixation peuvent être réglés à des valeurs souhaitées en choisissant le moteur auxiliaire, par exemple de telle manière que le couple transmis au moyen de fixation pour fixer le mandrin sur la broche soit différent du couple transmis au moyen de fixation pour démonter le mandrin de la broche. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Elément d'usinage à moteur prévu pour entraîner un mandrin destiné à recevoir un outil coupant pour usiner une pièce par un moteur électrique principal comportant un rotor, caractérisé en ce que le rotor comporte un arbre vertical cylindrique, creux, une broche d'entraînement cylindrique creuse ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, la broche étant accouplée par des cannelures à son extrémité supérieure à l'arbre du rotor de manière à pouvoir être déplacée par rapport à l'arbre du rotor suivant sa direction axiale, la broche comportant à son extrémité inférieure une ouverture conique dont le sommet du cône est dirigé vers le haut, disposée axialement, dans laquelle vient se loger le mandrin, le mandrin comportant une extrémité supérieure qui comporte une ouverture filetée intérieurement qui peut être alignée avec l'axe de l'arbre du rotor, et en ce qu'il comprend, en outre, un moyen de fixation comportant une partie de corps introduite à travers l'arbre du rotor et la broche accouplée par cannelures, pour fixer le mandrin sur la broche, cette partie de corps de l'élé- ment de fixation ayant une extrémité inférieure filetée vissée de façon à pouvoir être démontée dans l'ouverture filetée intérieure du mandrin pour fixer le mandrin sur la broche, et des moyens de réglage pour obtenir une position optimale du mandrin et, donc, de l'outil coupant, par rapport à la pièce. 2 - Elément d'usinage à moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de fixation comprend deux parties alignées qui sont accouplées par des cannelures l'une à l'autre de telle sorte que la longueur totale du moyen de fixation peut varier. 3 - Elément d'usinage à moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un moteur auxiliaire pour entraîner le moyen de fixation et ainsi fixer le mandrin sur la broche ou l'en démonter. 4 - Elément d'usinage à moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur auxiliaire comprend un arbre d'entraînement et un moyen d'embrayage pour accoupler l'arbre d'entraînement et le moyen de fixation ou les désaccoupler. 5 - Elément d'usinage à moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un ventilateur fixé sur l'arbre d'entraînement du moteur auxiliaire pour refroidir le moteur principal. 6 - Elément d'usinage à moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un disque d'équilibrage fixé sur l'arbre creux du rotor du moteur principal pour empêcher. une oscillation possible lors de la rotation du rotor due à une répartition inégale des masses du rotor, ce disque d'équilibrage comportant plusieurs rainures sur sa périphérie ; un mécanisme disposé près de la périphérie extérieure du disque d'équilibrage pour empêcher une rotation possible de l'arbre du rotor lors du montage du mandrin sur la broche ou de son démontage, ce mécanisme de blocage comportant une tige de blocage prévue pour être commandée électromagnétiquement et appliquée dans l'une des rainures de la périphérie extérieure du disque d'équilibrage pour empêcher ainsi la rotation possible de l'arbre du rotor. 7 - Elément d'usinage à moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un arbre de sortie final engagé sur la broche et accouplé à celle-ci par des cannelures et un réducteur à pignons épicycloidaux disposé coaxialement entre l'arbre de sortie et l'arbre du rotor du moteur principal pour permettre d'employer un moteur électrique à grande vitesse comme moteur principal. 8 - Elément d'usinage à moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de réglage comprend un boîtier de fourreau cylindrique creux fixé à l'une de ses extrémités au boîtier du moteur principal et supportant la broche de manière qu'elle puisse tourner ; un fourreau creux, cylindrique logé coaxialement dans le boîtier de fourreau de fa çon à coulisser axialement par rapport à ce boîtier, ce fourreau comportant une crémaillère sur sa circonférence extérieure ; une vis sans fin engrenant avec la crémaillère, cette vis sans fin étant supportée de manière à pouvoir tourner par le boîtier du fourreau ; et des moyens pour entraîner la vis sans fin.