Brevet FR2475956A1 — publié le 19810821

MANDRIN EXPANSIBLE La présente invention concerne un mandrin expan- sible dans lequel le chargement et le déchargement de la pièce à usiner s'effectue pendant la rotation du mandrin. Dans les installations connueson utilise des mandrins à coulisseaux qui sont maintenus en place par un jonc élastique circulaire. L'utilisation de ces mandrins nécessite l'arrêt de la machine à chaque fois que l'on désire retirer la pièce usinée et la remplacer sur le mandrin par une nouvelle pièce devant être usinée. En effet, l'utilisation d'un tel mandrin connu pour l'usinage des pièces sur des machines-outils à rotation permanente est peu recommandable et m9me risquée. L'effort de rappel du jonc élastique par l'effet de la force centrifuge agissant sur les coulisseaux, est insuffisant pour ramener ces coulisseaux en position de desserrage. En outre, le jonc risque de casser par l'effet de cette force centrifuge. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de créer un mandrin ayant un système de desserrage positif consistant à utiliser la force centrifuge pour effectuer le retrait des coulisseaux dans des lumières prévues dans le corps du mandrin pour permettre l'éjection de la pièce usinée et le chargement d'une nouvelle pièce à usiner. Conformément à l'invention, le mandrin se distin- gue en ce que à l'avant du mandrin la pièce à usiner est succes- sivement centrée et serrée entre la face latérale d'une projec- tion radiale de chacun d'au moins deux coulisseaux et une butée fixée (ou faisant partie intégrale) sur le (du) plateaU de fixatio: du mandrin sur la machine-outil, lesdits coulisseaux étant disposés dans des lumières pratiquées dans lemcorps de man,. drin de façon à pouvoir se déplacer radialement par rapport à l'axe. longitudinal du mandrin, l'action de centrage et de serrage de la pièce (P) à usiner étant commandée par un piston (ou gs rampes) pourvu d'une partie conique son extrémité qui est en contact avec des surfaces coniques correspondantes desdits coulisseaux; ce piston étant poussé vers l'arrière du mandrin par l'action d'un premier ressort après être libéré par le tirant de com- mande de serrage et de desserrage de ladite pièce à usiner, le serrage définitif de cette pièce étant effectué par ledit tirant après que celuici ait parcouru une distance égale à une course de centrage radial pour reculer une distance égale à une course de serrage (ou desserrage) facial à l'encontre d'un deuxième ressort; le desserrage de la pièce à usiner s'effec- tuant de manière positive par la force centrifuge agissant sur Ides masselottes disposées dans des.lumières dans le corps du mandrin et reliées chacune par une chaîne mécanique à chaque coulisseau de façon à ce que chaque masselotte, par son dépla- cement radial résultant de l'action-de la force centrifuge vers l'extérieur par rapport à l'axe longitudinal du mandrin, par l'intermédiaire de ladite chaîne mécanique, et après le dépla- cement vers l'avant du mandrin du piston de serrage (ou de desserrage) sous l'effet d'un déplacement vers l'avant dudit tirant de commande pour le desserrage de ladite pièces agit sur chaque coulisseau de façon à ce que celui-ci se rapproche radialement de l'axe longitudinal du mandrin.jusqu'à ltefface- ment de ladite projection de chaque coulisseau pour complète- ment desserrer la pièce à usiner et permettre son éjection, avant le chargement d'une nouvelle pièce à usiner. Selon une autre caractéristique du mandrin, celui-ci, lors du desserrage de la pièce à usiner et lorsque chaque masselotte, par l'action de la force centrifuge, est déplacée radialement vers l'extérieur dans son logement dans le corps du mandrin, une première rampe disposée dans un évi- demient pratiqué dans la partie antérieure de la.masselotte et ayant une pente montant vers l'arrière coopère avec l'extré- mité arrière d'un organe de transmission de mouvement dont l'autre extrémité coopère avec une deuxième rampe disposée dans un évidement pratiqué dans la partie postérieure de chaque coulisseau correspondant, et ayant une pente montant vers l'avant de façon à ce que chaque coulisseau est rapproché de l'axe longitudinal du mandrin lorsque chaque masselotte correspondante s'éloigne de l'axe longitudinal du mandrin. 3 2475956 Selon encore une caractéristique de l'invention, ledit organe de transmission de mouvement est un axe dont les extrémités sont des parties tronconiques d'une longueur telle que chaque coulisseau est retenu dans sa lumière lors du desser- rage total de la pièce à usiner. Selon encore une caractéristique de l'invention, ledit organe de transmission peut être réalisé sous forme d'une série ou une chaine de billes adjacentes. Le mandrin conforme à l'invention esten outre, remarquable, en ce que ladite rampe, dans chaque masselotte, et/ou ladite rampe, dans chaque coulisseau, sont la surface d'un évidement conique pratiqué dans ladite masselotte et/ou ledit coulisseau et que le poids de chaque masselotte est supérieur à celui du coulisseau correspondant. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention un jeu de sécurité est prévu entre le corps du mandrin et le plateau pouvant être absorbé lorsque le mandrin n'est pas chargé d'une pièce à usiner. Les avantages du mandrin conforme à l'invention sont multiples: il peut en toute sécurité, travailler à des vitesses de rotation élevées; les coulisseaux ne peuvent pas quitter leur logement sous l'effet de la force centrifuge; simplicité de construction; précision de fonctionnement. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront du texte suivant, donné à titre d'exemple et des figures y afférentes La figure 1 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, du mandrin con- forme à l'invention en position de serrage de la pièce à usiner La figure 2 est une coupe longitudinale du mandrin de la figure 1 en position de desserrage de la pièce à usiner. Dans les figures, le mandrin comporte un plateau. (1)fixé sur la machine-outil par des vis ou boulons(2). Une butée (3)est vissée sur la partie avant du plateau(l)par/ vi8s(41 Un tirant(5)disposé à l'arrière du mandrin est actionné dans le sens de la flèche(fs)pour le serrage d'une pièce à usiner(P) et dans le sens(fd)pour le desserrage de cette pièce. Le mode d'actionnement de ce tirant(5)peut être manuel, hydraulique, pneumatique, électro-mécanique, ou mécanique. Le tirant(5)est guidé dans une pièce(6)fixée sur le plateau(1) par des vis('. Un évidement circulaire(11) est prévu dans cette pièce(6)pour y loger un ressort (12)qui s'appuie à l'arrière sur la face de l'évidement (1)et à l'avant sur une-bague(9)fixée sur le corps de mandrin(8)par des vis(10) En position de serrage de la pièce (P) il subsiste un jeu (c) entre la bague(9)et la pièce-guide(6) Ce jeu (c) est un jeu de sécurité pour le cas o le mandrin tourne sans être chargé d'une pièce (7). Le tirant(), à sa partie avant, est pourvu d'un évidement(52); à son extrémité avant la paroi de cet évidement(52)est réalisé sous forme d'un rebord bridé(51)dont la face postérieure s'appuie sur la bague(9), permettant ainsi le déplacement dans le sens de la flèche (fs) du corps du mandrin lors du serrage de la pièce à usiner (P). Le corps(8)du mandrin est étagé; en position de serrage de la pièce (P) un jeu de desserrage facial (a) subsiste entre le corps(8)et le plateau(I). Le corps (8)est alésé sur toute-sa longueur. Il est en outre pourvu de lumières(18 pour des masselottes(lV, et à l'avant d'autres lumières pour des coulisseaux(14). Les masselottes et les cou- lisseaux peuvent se déplacer radialement dans ces lumières; ils se déplacent longitudinalement en même temps que le corps (8)lorsque celuici est sollicité en serrage (flèche fa) ou en desserrage (flèche fd). Dans l'alésage du corps(8) un piston de commande. de serrage (13)peut se déplacer dans le sens de la flèche (fd), lors du desserrage, par l'action du tirant(5)dont la face arrière de l'évidement(52)s'appuie sur l'arrière du piston(13)après avoir absorbé un jeu ( b) de centrage radial. Le piston(13)peut se déplacer dans le sens de la flèche (fs) sous l'action d'un ressort(19)qui prend appui à l'avant sur un anneau(21)posé sur l'arrière d'une partie étagée de l'alésage du corps(8)et à-l'arrière sur un anneau-butée(22) retenu sur le piston par un jonc(20) L'anneau- butée(22)est en contact par sa surface périphérique avec la surface intérieure de l'évidement(52)du tirant(5)et peut donc -, - ', ', 1. 4 ' 2475956 se déplacer par rapport à celle-ci sous l'action dudit ressort (19) Les lumières(18) prévues pour les masselottes (17) ont la longueur de cellesci de façon à ce que, dans le corps(8) les masselottes ne peuvent se déplacer que radialement. En position de serrage il subsiste un jeu (el) entre la masselotte(17)et le plateau(1)l Dans la partie avant de la masselotte 17)il est pratiqué un évidement conique(172) le sommet duquel se trouve à l'arrière; la pente (17), conique est calculée de façon à obtenir un frottement faible entre la surface de la pente conique(171)et l'extrémité(161)tronconique d'un axe (16)de rappel de coulisseaux(14)- comme il sera expliqué plus loin. Evidemment, la pente de l'extrémité (161)est égale à la pente (171) de l'évidement(172) La pente (171)est disposée dans la masse- lotte de façon à ce que l'axe(16)puisse rapprocher les coulis- seaux(14)à l'axe longitudinal du mandrin lorsque les masselottes (17) s'éloignent de l'axe longitudinal du mandrin sous l'effet de la force centrifuge (due à la rotation permanente du mandrin). L'axe(16)est le chaInon principal de la chaîne mécanique entre les masselottes (17)et les coulisseaux (14) Les coulisseaux(14) ont une longueur égale à celle des lumières pratiquées dans le corps (8)de manière à ne pouvoir effectuer, par rapport au corps (8), que des déplacements radiaux. La partie inférieure (141)des coulisseaux (14)est inclinée pour coopérer avec la partie conique (131)du piston(13), c'est-à- dire glisser par rapport à celle-ci lors des serrages et desserrages des pièces à usiner (P). L'extrémité avant(162)de l'axe (16) est également réalisée sous forme tronconique. La pente de cette extrémité 162 peut être la même que celle de l'extrémité(161)de l'axe(16)1 Un évidement (15) conique est prévu dans la partie arrière du coulisseau(14); la pente(151)de la surface de cet évidement (15)est la même que celle de l'extrémité 162 de l'axe 16. La pente et la disposition du cône sont calculées de manière à permettre un déplacement longitudinal relatif à faible frottement entre l'extrémité 141 et la face de l'évidenrent(15) Il est dans le cadre de l'invention de réaliser le chalnon central de la chaîne mécanique entre les masselottes et les coulisseaux sous forme d'une série ou une cha ne de billes. Il est également dans le cadre de l'invention de réaliser les évidements dans les masselottes et/ou les couliB- seaux sous forme d'une découpe, par exemple ouverte vers le haut, et dont la base est réalisée sous forme d'une rampe ayant une pente égale à celle des extrémités(161, 162)de l'axe (16)par exemple. Les coulisseaux(14)sont à leur partie avant pour- vus de projeotions(141)d'une hauteur égale à une distance (e). Cette distance (e) est plus petite que la distance (e1) précitée. La pièce (P) à usiner est serrée entre la face postérieure de ces projections 641)et la face latérale de la butée(31 Il va de soi que, pour le serrage, au moins deux coulisseaux soient utilisés. Dans l'exemple montré dans les figures, trois coulisseaux sont utilisés. Pour chaque coulisseau (14)il existe un axe(16)et une masselotte (17)correspondants. Evidemment les coulisseaux sont identiques les uns aux autres; de mnme les axes et les masselottes. La longueur de chaque partie tronconique(161, 162) de l'axe(16)est égale à une distance (x). La masse de chaque masselotte est supérieure à celle du coulisseau correspondant et peut, par exemple, être sensiblement le double de celle du coulisseau. Lors du desserrage/les coulisseaux(14)se rapprochent de l'axe longitudinal du mandrin jusqu'à ce que les projections (141)ne dépassent plus le corps/permettant ainsi l'éjection de la pièce(P)par un jet d'air comprimé, par exemple qui est fourni à partir de l'arrière du mandrin à travers des rainures prati- quées dans l'alésage du plateau(1)et de la butée(3)le long du corps(8)du mandrin (non montrées dans les dessins). Un couvercle(22)ferme à l'avant l'alésage du corps(8)du mandrin. Le fonctionnement est le suivant: Desserrage de la pièce P: Le tirant(5) avance dans le sens de la flèche (fd) et libère le corps de mandrin(8) 7 2475956 Ce dernier avance sous l'action du ressort(12)en absorbant le jeu (a). La partie antérieure(81)du corps(8)a avancé sur une distance égale au jeu (a) , ainsi que les coulisseaux(14) De ce fait, la pièce (P) à usiner est desserrée. Le tirant(5) poursuit son mouvement dans le sens de la flèche (fd). Après que le jeu de centrage radial (b) soit absorbé, le tirant appuie sur l'extrémité arrière du piston(13 Celui-ci avance égalemóvt dans Je saens de la flèche (fd) et entraîne par l'inter- médiaire du ressort (19)l1e corps de mandrin(8), les masselottes (17), les axes (16)et les coulisseaux(14) Par l'action de la force centrifuge, les masselottes (17), dans les lumières pratiquées dans le corps(81 se déplacent radialement en s'éloignant de l'axe longitudinal du mandrin; le jeu (el) est diminué. Les extrémités tronconiques 16) arrière des axes (16)glissent le long des pentes (171)des évidements(172)des masselottes (17)dans le sens de la flèche (fd)(c'est-à-dire vers la droite dans la figure) sur une distance nécessaire- ment inférieure à la distance (x). Ce déplacement des axes(16) vers la droite (dans la figure) a pour effet que les extrémi- tés tronconiques (162)des axes (16)qui coopèrent avec les faces inclinées (151)des évidements(15)des coulisseaux(14)glissent le long de ces surfaces inclinées(151)et poussent ainsi les coulisseaux(14)radialement en direction de l'axe longitudi- nal du mandrin jusqu'à ce que les projections(141)des coulis- seaux(14)se soient suffisamment effacées pour permettre l'éjec- tion de la pièce (P) usinée. Cette éjection peut être effec- tuée par un jet air projeté à travers le mandrin dans le sens de la flèche (fd). On remarque que l'effort centrifuge s'exerçant sur les masselottes est inversé par la trans- mission par les axes (16) sur les coulisseaux(14) La masse des coulisseaux(14)étant inférieure à la masse des masselottes (17), les coulisseaux ne peuvent pas s'échapper de leurs loge- ments dans le corps(8) Serrage de la pièce (P) s La pièce (P) usinée étant éjectée, une nouvelle pièce (P) est montée sur l'avant du mandrin (voir fig. 2). Le tirant(5)se déplace dans le sens de la flèche (fs) (vers la gauche dans la figure) ainsi que le piston(13)de commande de serrage et les coulisseaux(14 Les axes(16)sont poussés vers la gauche (dans la figure) par les coulisseaux(14)et rapprochent d'une distance égale à (e) les masselottes à l'axe longitudinal du mandrin; le centrage de la pièce (P) à usiner est alors réalisé par l'action du piston(13)et les-coulisseaux(14). L'effort de centrage exercé par les coulisseaux est une fonction de la pqnte(131)de la pente(131)de la partie conique du piston(13)et de la force du ressort (19). Lorsque le tirant(5)s'est déplacé dans le sens de la flèche (fs) sur une distance suffisante pour ne plus rester en contact avec la face arrière du piston i3 de façon à ce que le jeu de centrage radiai (b) soit rétabli - ledit piston (13)ayant reculé sous l'action du ressort (19)-, la pièce (P) est parfaitement centrée. Le tirant(5)poursuit alors son mouvement dans le sens de l'a flèche (fs) à l'en- contre du ressort (12); le jeu (a) est créé entre le corps (8) de mandrin et le plateau(1)et le serrage facial de la pièce (P) est effectué entre les faces arrière des projections (141) des coulisseaux(14)et la butée(3) fixée sur le plateau(l) Un grand nombre de modifications et d'amélio- rations peuvent être apportées au mandrin décrit ci-dessus à titre d'exemple sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 9 2475956 REVENDICATIONS 1 - Mandrin expansible dans lequel le charge- ment et le déchargement de la pièce à usiner s'effectuent pendant la rotation du mandrin, caractérisé en ce que à l'avant du mandrin la pièce à usiner (P) est successivement centrée et serrée entre la face latérale d'une projection (14) radiale de chacun d'au moins deux coulisseaux (14) et une butée (3) fixée (ou faisant partie intégrale) sur le (du) plateau (1) de fixation du mandrin sur la machine-outil, lesdits coulisseaux (14) étant disposée dans des lumières pratiquées dans le corps (8) de mandrin de façon à pouvoir se déplacer radialement par rapport à l'axe longitudinal du mandrin, l'action de centrage et de serrage de la pièce (P) à usiner étant commandée par un piston (13) pourvu d'une par- ou des ax e tie conique (131)/ son exaremitl qui est en contact avec des surfaces coniques correspondantes desdits coulisseaux (14); ce piston étant poussé vers l'arrière du mandrin par l'action d'un premier ressort (19) après être libéré par le tirant (5) de commande de serrage et de desserrage de ladite pièce à usiner, le serrage définitif de cette pièce étant effectue par ledit tirant après que celui-ci ait parcouru une distance égale à une course de centrage radial (b) pour reculer une distance (a) égale à'une course de serrage (ou desserrage) facial à l'encontre d'un deuxième ressort (12); le desser- rage de la pièce (P) à usiner s'effectuant de manière posi- tive par la force centrifuge agissant sur des masselottes (17) disposées dans des lumières (18) dans le corps (8) du mandrin et reliées chacune par une chaine mécanique (171, 16, 151) à chaque coulisseau (14) de façon à ce que chaque masse- lotte (17), par son déplacement radial résultant de l'action de la force centrifuge vers l'extérieur par rapport à l'axe longitudinal du mandrin, par l'intermédiaire de ladite chaîne mécanique (171, 16, 151), et après le déplacement vers l'avant du mandrin du piston (-13) de serrage (ou de desserrage) sous l'effet d'un déplacement vers l'avant dudit tirant de com- mande (5) pour le desserrage de ladite pièce (P), agit sur chaque coulisseau (14) de façon à ce que celui-ci se rappro- che radialement de l'axe longitudinal du mandrin jusqu'à l'effa- cement de ladite projection (141) de chaque coulisseau pour complètement desserrer la pièce (P) à usiner et permettre son éjection, avant le chargement d'une nouvelle pièce (P) à usiner. 2 - Mandrin selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lors du desserrage de la pièce (P) à usiner, et lorsque chaque masselotte (17), par l'action de la force centrifuge, est déplacée radialement vers l'extérieur dans son logement dans le corps (8) du mandrin, une première rampe (171) disposée dans un évidement pratiqué dans la partie antérieure de la masselotte et ayant une pente montant vers l'arrière coopère avec l'extrémité arrière (161) d'un organe de trans- mission de mouvement (16) dont l'autre extrémité (161) coopère avec une deuxième rampe (141) disposée dans un évidement pra- tiqué dans la partie postérieure de chaque coulisseau (14) correspondant, et ayant une pente montant vers l'avant de façon à ce que chaque coulisseau (14) est rapproché de l'axe longitudinal du mandrin lorsque chaque masselotte (17) oorres- pondante s'éloigne de l'axe longitudinal du mandrin. 3 - Mandrin selon la revendication 2, earactérisé en ce que ledit organe de transmission de mouvement (16) est un axe dont les extrémités (161i, 162) sont des parties tron- coniques d'une longueur (x) telle que chaque coulisseau est retenu dans sa lumière lors du desserrage total de la pièce (P) à usiner. 4 - Mandrin selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe de transmission est réalisé sous forme d'une série ou une cha ne de billes adjacentes. - Mandrin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite rampe (171), dans chaque masselotte, et/ou ladite rampe (141), dans chaque coulisseau, sont la surface d'un évidement conique pratiqué dans ladite masselotte et/ou ledit coulisseau. 6 - Mandrin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids de chaque masse- 1 1 2475956 lotte (17) est supérieur à celui du coulisseau (14) corree- pondant. 7 -Mandrin selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que dans un seul mandrin les masse- lottes, les organes de transmission de mouvement et les coulis- seaux sont identiques les uns aux autres. 8 - Mandrin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce usinéeaprès le desserrage du mandrin est éjectée par un jet d'air comprimé. 9 - Mandrin selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le tirant (5) présente à son extrémité intérieureun évidement (52) dont le fond agit sur le piston (13) après avoir absorbé un jeu (b) de centrage radial lors du desserrage du mandrin, un rebord (51) étant prévu dont la face antérieure agit sur le corps du mandrin (9) lors du serrage du mandrin. - Mandrin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un jeu de sécurité (c) est prévu entre le corps du mandrin (9) et le plateau (1) pouvant être absorbé lorsque le mandrin n'est pas chargé d'une pièce (7) à usiner.