Brevet FR2358945A1 — publié le 19780217

L'invention concerne un mandrin à serrage assisté pour machines-outils à mouvement rotatif, comportant des mors ou griffes dont chacun se déplace radialement sous l'action d'une cale mobile disposée dans le mandrin tangentiellement à l'axe de rotation, toutes les cales pouvant etre entraînées ensemble par un organe d'entrainement rotatif centré sur l'axe de la machine et relié fonctionnellement à un organe de réglage. De tels mandrins à serrage assisté sont décrit dans la demande de brevet allemand n0 20 07 S09.#Dans ce cas, l'organe d'entraînement est monté sans rotation sur un tube rotatif qui traverse -la broche creuse de la machine, ce tube étant relié directement à son tour au piston d'un cylindre à piston rotatif. Lorsqu'unie pression hydraulique s'exerce- sur ce piston, divisé en plusieurs secteurs, celui-ci effectue un mouvement de rotation, en entraînant une roue dentée dont la denture engrène avec d'autres dentures taillées dans les faces internes des cales mobiles, qui sont ainsi déplacées. Ce dispositif présente les avantages inhérents à un mandrin pourvu de cales mobiles, à savoir la possibilité d'un échange rapide des mors puisque, par un agencement spécial de la commande, le piston rotatif peut être amené dans une position de fin de course dans laquelle les crémaillères des cales mobiles n'engrènent plus avec les dentures des mors. Toutefois, ce dispositif est très onéreux, aussi bien en moyens de construction qu'en main d'oeuvre, en particulier pour le cylindre à piston rotatif pourvu de trois chambres de compression. Il n'est donc pas possible de produire un tel mécanisme de serrage de façon économique. Par ailleurs, les trois chambres à profil en forme de secteur du cylindre à piston rotatif donnent lieu à de fortes pertes par défaut d'étanchéité, en entraînant des chutes de pression considérables causées par la multiplicité des joints à étanchéiser et par la géométrie particulière des parties en contact. Il est donc impossible d'obtenir une étanchéité sûre et l'on ne peut, compte tenu de l'impossibilité de maintenir la pression dans le cylindre à piston rotatif, incorporer à un dispositif de serrage de ce type un réservoir de pression et une soupape de retenue, alors que ces deux éléments sont exigés par les règlements pour des raisons de sécurité. De plus, le piston rotatif peut subir des perturbations nuisibles sous l'effet de couples qui apparaissent subitement au moment du démarrage ou de l'arrêt de la broche. Il peut en résulter, dans un cas extrême, une ouverture ou un serrage du mandrin.Par ailleurs, le cylindre à piston rotatif et le mandrin nécessitent un organe assurant la sécurité de l'entrainement sur la bride intermédiaire ou, le cas échéant, sur l'organe d'attelage direct du mandrin, afin d'absorber les couples élevés lors de l'actionnement. Mais l'inconvénient du dispositif connu résulte principalement du fait qu'aucune polyvalence n'est fournie. En effet, le cylindre de serrage équipé d'un piston rotatif n'est pas utilisable pour les organes de serrage actionnés par un dispositif à coulissement axial, alors que, dans une entreprise, il existe toujours un grand nombre de ces fixations de pièces, et les cylindres de ce type doivent être obligatoirement mis en oeuvre uniquement avec leurs mandrins correspondants. De ce fait, le rééquipement d'une machine à commande numérique munie du dispositif de serrage précité prend beaucoup de temps. Souvent, l'emploi d'un autre mandrin est même impossible, le piston rotatif étant fixé rigidement sur la broche de la machine. Un autre inconvénient réside dans le fait que les forces qui agissent sur une cale mobile doivent être transmises par une dent de la roue dentée pourvue d'une denture oblique et que, dans ces conditions, le mouvement de rotation du tube rotatif ainsi que de la roue dentée qui en est solidaire provoque une pénétration par laminage d'impuretés, en particulier de copeaux, qui tombent sur la roue dentée par la denture.Il en résulte non seulement la nécessité de démontages fréquents du mandrin, qui doit être nettoyé, mais encore la détérioration des mors, ce qui compromet la précision de rotation en créant des faux-ronds et ce qui provoque à son tour un balourd et une répartition irrégulière dus la charge à l'intérieur du mandrine L'invention a donc pour but de créer un mandrin du type précité, comportant des cales mobiles disposées tangentiellement par rapport à l'axe de rotation, mais donnant la possibilité d'entrainer ces dernières d'une manière simple, sans piston rotatif, tout en atteignant, malgré une hauteur réduite axiale du mandrin, un effort de serrage élevé et un centrage très précis. De plus, on cherchera à transformer les forces et les déplacements d'une façon appropriée en les adaptant aux besoins, tout en limitant les dépenses de construction et de fabrication et en conservant un rendement élevé. Avant tout, des dispositifs moteurs exis tants ou disponibles dans le commerce doivent pouvoir servir à actionner le mandrin sans difficultés. On parvient à ce résultat, selon l'invention, par le fait que l'organe de réglage coopérant avec l'organe d'entrainement des cales mobiles est de façon connue déplaçable axialement, ce mouvement axial de l'organe de réglage étant transformé en mouvement de rotation de l'organe d'entra#nement en munissant le premier d'une ou de plusieurs surfaces obliques disposées selon un profil hélicoidal, ces surfaces étant attaquées par des surfaces antagonistes de l'organe d'entrarnement, l'organe de réglage étant en outre immobilisé en rotation. A cet effet, il est rationnel de munir l'organe de réglage d'une botte d'arbre, douille ou analogue fixée au corps du mandrin ou à l'extrémité de la broche, cette botte comportant des protubérances, par exemple en forme de dents obliques ou d'éléments analogues, qui s'engagent dans des cavités correspondantes de l'organe de réglage. On peut éviter ainsi d'une façon certaine les torsions ou rotations ayant un effet défavorable, même sur des organes de réglage de #grande longueur. L'organe d'entrainement peut prendre, de façon connue, la forme d'une roue dentée coopérant par sa denture avec les cales mobiles, ou bien d'une couronne d'entraînement dont la face située en regard des cales mobiles comporte des gorges dans lesquelles lesdites cales s'engagent par un tenon, un coulisseau, etc, les alésages de ces organes d'entrainement comportant, dans chacun de ces cas, les surfaces antagonistes qui coopèrent avec les surfaces obliques à profil hélicoïdal portées par l'organe de réglage. Pour transformer le mouvement axial de l'organe de réglage en mouvement rotatif, il est en outre très avantageux de munir de surfaces obliques en hélice la pièce prévue pour assurer le maintien dudit organe, des surfaces antagonistes prévu sur l'or- gane de réglage attaquant alors ces surfaces obliques, La boîte d'arbre ou la pièce en forme de douille peut être fixée sur son support par un moyen de blocage desserrable (vis de blocage, cran effaçable etc.), de sorte que la libération de la pièce supprime le mouvement de rotation, en permettant sans autre modification d'utiliser le mécanisme moteur pour actionner un dispositif de positionnement de pièces de nature différente. L'organe d'entratnement peut être monté sur l'organe de réglage, par exemple sans rotation, à-l'aide de dents obliques parallèles à l'axe, ou avec rotation, au moyen de surfaces obliques à profil hélicoïdal qui coopèrent entre elles, et dans ce dernier cas on peut obtenir une démultiplication ou une réduction du mouvement en donnant aux surfaces obliques de la botte d'arbre, de la douille etc. des pas hélicoldaux différents. L'organe de réglage a judicieusement la forme d'une tigepoussoir solidaire d'un piston entraîné par un fluide comprimé. Le mandrin selon l'invention se distingue non seulement par une moindre dépense de construction que la réalisation connue, mais encore par l'avantage qu'il présente de pouvoir utiliser pour son actionnement un mécanisme moteur auxiliaire du commerce déjà largement employé. En effet, si l'on prévoit un organe de réglage coulissant axialement, mais bloqué en rotation, dont la translation est transformée en rotation à l'aide de surfaces obliques, il devient possible d'entraîner l'organe de réglage à l'aide d'un piston sollicité axialement par un fluide sous pression, solidaire' dudit organe. Dès lors, on peut utiliser comme élément moteur un cylindre de serrage du commerce qui, outre son faible prix d'achat et d'entretien, a l'avantage de fonctionner d'une façon fiable.L'entrainement des cales mobiles, qui ont fait leurs preuves, dans leur mouvement transversal est donc assuré par des forces axiales de poussée et de traction. L'étanchéité du cylindre normal du commerce ne pose pas de problèmes. Avant tout, le procédé selon l'invention permet une utilisation polyvalente, en particulier sur les machines à commande numérique, car non seulement le rééquipement du mandrin s'effectue rapidement par changement des mors, mais le mandrin lui-m4me peut etre remplacé par une pince américaine, une pince de serrage, etc. en un temps très bref, le cylindre de serrage pouvant néanmoins rester en service pour assurer le blocage. On peut ainsi raccourcir considérablement les temps prévus pour la préparation d'une machine-outil. Un autre avantage résulte du fait que les forces sont transmises non pas par roulement, mais par glissement. Ceci permet de donner aux pièces participant à la transmission de l'effort des dimensions importantes sans aucun problème, en maintenant ainsi les pressions par unité de surface à un faible niveau, d'ot la possibilité de transmettre au mandrin des forces extrêmement élevées. La transformation des forces axiales et du mouvement axial selon l'invention permet de diviser la course des cales mobiles en un tronçon de serrage progressif et un tronçon d'approche rapide, en donnant aux surfaces obliques-des pas variables-, ce procédé pouvant s'appliquer à deux pièces différentes, à savoir les surfaces obliques de l'organe de réglage et les crémaillères des cales mobiles. On atteint ainsi une longueur axiale très faible pour l'ensemble, et on évite l'encrassement du mandrin. La nouvelle conception du mandrin proposé offre donc non seulement les avantages inhérents aux mandrins à cales mobiles, mais encore la possibilité d'en assurer l'actionnement par un cylindre de pression classique, dont l'effort moteur s'exerce dans le sens axial. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un mandrin selon l'invention, pourvu d'un dispositif de serrage automatique. La Fig. 2 illustre une variante de réalisation du mandrin selon la Fig. 1. La Fig. 3 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation des dispositifs de serrage automatique utilisables pour les mandrins selon les Fig. 1 et 2. Le mandrin de serrage pour machine-outil illustré en Fig. 1 et désigné par la référence 1 se compose essentiellement, d'une part, d'un corps 2 fixé à l'extrémité d'une broche 7 de machine-outil, et dans lequel sont insérés, coulissant dans des gorges radiales en T 5, des mors 3 pourvus d'une denture 6, ces mors portant des griffes de serrage 4 agissant sur la pièce à usiner (non représentée) et, d'autre part, de cales mobiles il insérées dans des rainures 12 tangentielles par rapport à l'axe de rotation, ces cales permettant de régler la position radiale des mors 3. A cet effet, chacune des cales mobiles li attaque, par une crémaillère 13 disposée sur sa face frontale, la denture 6 du mors 3 qui lui est associé. Pour actionner les cales mobiles Il transversalement à l'axe de rotation, un organe d'entrainement 21 en forme de roue dentée porte une denture extérieure 22 qui engrène avec des dentures antagonistes 14 portées par les cales mobiles 11. La rotation de l'organe d'entra#nement 21 entraine donc les cales 11, qui déplacent à leur tour les mors 3, en provoquant ainsi le blocage ou la libération d'une pièce. L'organe d'entraînement 21 est actionné à son tour par un organe de réglage 24 ayant la forme d'une tlge-poussoir, qui passe dans l'alésage axial de#la-broche et qui est relié rigidement au piston 27 d'un cylindre 26 formant l'organe moteur. Le piston 27 peut être soumis sur ses deux faces à l'effet d'un fluide sous pression agissant dans sa direction axiale, selon que ce fluide est admis dans l'une ou l'autre des chambres 28, 29 du cylindre, en purgeant la chambre opposée, ce qui provoque le déplacement axial dudit piston. Pour transformer le mouvement axial de la tige-poussoir 24 en mouvement rotatif, cette dernière porte, sur sa partie qui pénètre dans la roue dentée d'entrainement 21, des surfaces obliques 25 à profil héficordal, des surfaces antagonistes correspondantes 23 étant ménagées dans le perçage de la roue dentée 21. Comme par ailleurs la tige 24 est maintenue par une boite d'arbre 31 fixe par rapport à la broche 7 à laquelle elle est reliée et que des clavettes 32 portées par ladite boite pénètrent dans des rainures 33 ménagées dans la tige 24, en interdisant la rotation de cette dernière, il s'ensuit que la roue dentée 22, poussée par les surfaces obliques conjuguées 23 et 24, tourne sous l'effet d'un mouvement axial du piston 27 déplaçant la tige 24 qui en est solidaire. De cette manière, la translation axiale du piston 27 est transformée en un mouvement radial des mors 3. Dans le mandrin assisté 41 illustré en Fig. 2, le corps 42, pourvu de gorges radiales 43 pour recevoir les mors et les griffes, comporte comme organe d'entraînement une couronne 51 entraînant les cales mobiles 44 disposées dans des rainures 45. Les cales mobiles 44 attaquant les mors par une denture 46 et, grâce à un tourillon 47 disposé sur la face opposée de chacune desdites cales 44 et portant un coulisseau 48 qui glisse dans une gorge 52 de la couronne d'entraînement 51, ces cales 44 et les mors reliés cinématiquement à celles-ci se déplacent vers l'intérieur ou vers l'extérieur lorsque la couronne 51 tourne. L'entraînement de la couronne 51 est assuré, ici encore, par un organe de réglage 54 relié rigidement à une tige de traction déplaçable axialement 58 et guidée par une boite ou douille 49. La couronne d'entraînement 51 portant des surfaces obliques 53 à profil hélicoldal et l'organe de réglage 54 portant des sur faces conjuguées 55, le mouvement axial de l'organe 54, qui porte une denture oblique 57 prenant appui sur une denture antagoniste 56 ménagée dans le corps de mandrin 42 se trouve ici encore transformé en un mouvement rotatif. Donc, un déplacement axial de la tige de traction 58 met en mouvement rotatif la couronne 51, laquelle déplace les cales mobiles 44 vers l'intérieur ou vers l'extérieur, les mors exécutant de ce fait une opération de serrage ou de desserrage de la pièce. La Fig 3 illustre un dispositif de commande de serrage composé d'un cylindre 61 et de son piston 62, ce dernier étant entraîné en rotation sous l'action du fluide de compression. A cet effet, le moyeu 64 du cylindre 61 contient une douille 66 laissant passer la tige 63 du piston. La douille 66, bloquée en rotation par des vis de blocage 69 enfoncées dans des trous filetés 68 du moyeu 64 et en translation par des anneaux élastiques 70, porte sur sa face interne des surfaces obliques 67 à profil hilicoidal, conjuguées à des surfaces antagonistes 65 portées par la tige 63 du piston. Lorsque le piston 62 est sollicité par le fluide de compression, sa tige, qui est contrainte à suivre le mouvement imposé par les surfaces obliques 67 de la douille 66, se trouve entraînée en rotation.L'organe d'entraînement monté à l'autre extrémité de la tige 63, et qui peut etre solidaire avec elle en rotation, tourne donc également sous l'effet du mouvement axial du piston 62. Si l'on desserre les vis de blocage 69, le décalage axial du piston 62 est par contre transmis à un mécanisme de serrage sans transformation du mouvement. Bien entendu; il est possible de donner aux organes de réglage des mandrins illustrés par les Fig. I et 2 une course plus longue, permettant d'extraire facilement les mors pour les échan- ger. Dans ce cas, la commande des mouvements de dépla#cement peut s'effectuer d'une manière simple, par exemple à l'aide de contacteurs manuels. De plus, les dentures conjuguées servant à interdire la rotation de l'organe de réglage, par exemple les dentures 56 et 57 dans l'exemple de réalisation illustré en Fig. 2, peuvent être conçues non seulement comme des dentures obliques parallèles à l'axe de rotation, mais encore, ainsi qu'il est indiqué en traits mixtes en Fig. 1, comme des surfaces à profil hélicotdal. Grâce à une sélection appropriée du pas des dentures, on peut alors démultiplier ou réduire le mouvement axial en le transformant. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Mandrin à serrage assisté pour machines-outils à mouvement rotatif, comportant des mors ou griffes dont chacun est déplacé radialement sous l'action d'une cale mobile disposée dans le mandrin tangentiellement à l'axe de rotation, les cales pouvant étre entraînées ensemble par un organe d'entraînement rotatif centré sur l'axe et relié cinématiquement à un organe de réglage, caractérisé en ce que l'organe de réglage (24, 54, 63) qui coopère avec l'organe d'entraînement (21, 51) des cales mobiles (11, 44) peut être déplacé axialement par des moyens connus, en ce que la transformation du mouvement axial de l'organe de réglage (24, 54, 63) en mouvement rotatif de l'organe d'entraînement (21, 51) est assurée par une ou plusieurs surfaces obliques à profil hélico#dal (25, 55) prévues sur l'organe de réglage (24, 54, 63) et attaquées par des surfaces anta#gonistes (23, 53) portées par l'organe d'entraînement (21, 51) et en outre en ce que l'organe de réglage (24, 54, 63) est immobilisé en rotation 2.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage (24) est guidé par une boite d'arbre ou douille (31) reliée au corps (2) du mandrin ou à l'extrémité de la broche (7) de la machine ou par un dispositif analogue, qui s'engage à cet effet par des protubérances, ayant par exemple la forme d'une denture oblique ou analogue, dans des cavités correspondantes (33) de l'organe de réglage (24). 3.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (21) a, selon un procédé connu, la forme d'une roue dentée coopérant par une denture (22) avec les cales mobiles (11), le perçage de cette roue portant les surfaces antagonistes (23) qui coopèrent avec les surfaces obliques à profil hélicoïdal (25) portées par l'organe de réglage (24). 4.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication t ou 2, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (51) a, d'une façon connue, la forme d'une couronne dans laquelle des gorges (52) sont ménagées sur la face située en regard des cales mobiles (44), qui s'y engagent par une protubérance, un coulisseau (48) ou analogue, tandis que l'alésage central de la couronne porte les surfaces antagonistes (53) qui coopèrent avec les surfaces obliques à profil hélicoïdal (55) portées par l'organe de réglage (54). 5. Mandrin de machine-outil suivant l'une quelconque des revendications i à 4, caractérise' en ce que, pour assurer la transformation du mouvement axial de l'organe de réglage (24, 54, 63) en mouvement rotatif, la pièce prévue pour maintenir ledit organe (boîte d'arbre 31, douille 66) présente des surfaces obliques à profil hélicoldal (67) dans lesquelles l'organe de réglage (24, 54, 63) s'engage par des surfaces antagonistes (65 > . 6.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la boite (3t) ou la pièce à forme de douille (66) sont reliées à la pièce dans laquelle elles sont montées (moyeu 64) au moyen d'organes de blocage desserrables (vis de blocage 69), encoches ou analogues. 7.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (21,-51) est en appui sur l'organe de réglage (24, 54) soit sans rotation, par exemple par l'intermédiaire de dents obliques parallèles à l'axe de rotation de la machine, soit avec possibilité de rotation réciproque, au moyen de surfaces obliques conjuguées à profil hélicoïdal (23, 25 ; 53, 55) portées par les pièces en regard. 8.- Mandrin de machine-outil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, dans le cas d'une rotation possible entre l'organe d'entraînement (21) et l'organe de réglage (24), les surfaces obliques de la boite d'arbre (31) ou, le cas échéant, de la pièce en forme de douille (66), ainsi que celles de l'organe d'entraînement (21), présentent des pas différents. 9.- Mandrin de machine-outil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'organe de re- glage a la forme d'une tige de traction (24) reliée rigidement à un piston (27) pouvant être sollicité par un fluide sifis pression.