Brevet FR2483821A1 — publié le 19811211

mandrin de tour à serrage mixte, notamment pour l'usinage de pièces par retournement. L'invention concerne le tournage de pièces brutes, par exemple de pièces estampées, en deux opérations successives, à savoir : une première opération d'usinage entre pointes, la pièce étant entraînée en rotation par des couteaux à prise frontale portés par un dispositif solidaire de la broche du tour, puis une deuxième opération pour laquelle la pièce, préalablement retournée, est saisie, sur une partie déjà usinée, au moyen d'un mandrin à mors à serrage radial monté sur le nez de broche du tour, l'extrémité de la pièce opposée à celle qui est serrée dans le mandrin étant éventuellement supportée par une contre-pointe. Cette méthode d'usinage ne présente pas de difficultés pour la fabrication de pièces en grandes séries ; en effet, on commence par effectuer la première opération sur toutes les pièces, les unes à la suite des outres, sur un tour équipé d'une pointe et d'une contre-pointe ainsi que diun dispositif à couteaux à prise frontale pour l'entraînement de la pièce en rotation ; on procède ensuite à l'exécution de la deuxième opération sur toutes les pièces, les unes à la suite des autres, soit sur la même machine qu'on équipe, à cet effet, d'un mandrin à mors à serrage radial, soit sur une autre machine ainsi équipée. Mais dans certains cas, notamment lorsqu'il s'agit de petites séries, on préfère exécuter les deux opérations d'usinage successivement sur chacune des pièces de manière que chaque pièce soit terminée avant qu'on ne commence l'usinage de la pièce suivante. Or, à l'heure actuelle, il n'existe pas de mandrin qui permette de travailler de cette façon, c'est-a-dire d'effectuer successivement les deux opérations sur une même pièce, sans avoir à changer le mandrin de la machine. Le but de l'invention est de fournir un mandrin à serrage mixte qui permette de résoudre ce problème. A cet effet, suivant l'invention, les couteaux d'entraînement de la pièce en rotation sont disposés entre les mors à serrage radial et ils se trouvent à une distance de l'axe du mandrin plus grande que la distance entre les faces de serrage des mors et ledit axe, tandis que l'ensemble du mandrin présente un alésage central qui le traverse axialement de part en part. On conçoit que, grâce à cette structure particulière, on peut, sans avoir à effectuer aucun démontage de la machine, exécuter sur une pièce brute une première opération d'usinage pour laquelle la pièce est supportée entre pointes, d'une part par une pointe coulissant à l'intérieur de la broche du tour et d'autre part par une contrepointe dont la poussée est suffisante pour enfoncer une face de la pièce contre les couteaux d'entraînement frontal, et une deuxième opération d'usinage pour laquelle la pièce, préalablement retournée est serrée, sur une partie déjà usinée, par les mors à serrage radial, sans que les couteaux d'entraînement risquent d'interférer puisqu'ils se trouvent sur un rayon plus grand que le rayon sur lequel se trouvent les faces actives de serrage des mors. Dans un mode de réalisation avantageux, les couteaux d'entraînement de la pièce en rotation sont montés dans des blocs indépendants fixés sur la face avant du corps du mandrin, entre les mors à serrage radial de celui-ci. Une telle disposition présente un certain nombre d'avantages que l'on comprendra mieux à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation d'un mandrin à serrage mixte suivant l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une vue en bout, observée suivant la ligne de coupe I-I de la figure 2, d'un premier mode de réalisation du mandrin suivant l'invention ; la figure 2 est une coupe longitudinale faite suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue en bout, observée suivant la ligne de coupe III-III de la figure 4, d'un deuxième mode de réalisation ; la figure 4 est une coupe longitudinale faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ; et les figures 5 et 6 montrent un mandrin à profil différent dc celui des figures 1 à 4 adapté à l'usinage de pièces d'une configuration très différente. Le mandrin de tour de serrage mixte 1 représenté sur les figures 1 et 2 comporte un corps 2 fixé sur le nez 3 de la broche 4 d'un tour par tous moyens classiques appropriés (non représentés). Des mors de serrage 7, au nombre de trois dans l'exemple, coulissent dans des glissières radiales 8 pratiquées dans la face avant du corps 2. Des couteaux à prise frontale 11, au nombre de six dans l'exemple, pour l'entraînement en rotation d'une pièce à usiner 12, sont disposés dans les espaces compris entre les mors à serrage radial 7. Dans le mode de réalisation représen- té, ces couteaux sont montés, par deux, à coulissement axial dans les blocs indépendants 15 en forme de secteurs fixés sur la face avant du corps 2 au moyen de vis 16.Chaque couteau d'entraînement 11 présente une encoche 18 dans laquelle est engagé l'extrémité intérieure d'une goupille 19 engagée radialement dans le bloc 15 pour limiter l'amplitude de coulissement du couteau dans ledit bloc et pour éviter que ledit couteau ne tombe hors du bloc lorsqu'on démonte ce dernier La pression des couteaux contre la pièce est assurée par des organes d'appui qui, dans cet exemple, sont constitués pour chaque couteau 11, par un piston hydraulique 22 monté à coulissement dans un cylindre constitué par un logement cylindrique 23 pratiqué, dans une direction axiale, dans le corps 2 du mandrin, au droit de l'emplacement du couteau considéré. Tous les cylindres 23 communiquent en#tre eux par des canaux 24 pratiqués dans le corps 2. Pour des raisons d'usinage, ces canaux sont rectilignes, au nombre de trois et forment, de face, un triangle dont les sommets sont situés sur la surface cylindrique extérieure du corps 2 et recouverts par des plaques de fermeture 25 fixées, par exemple, par des vis (non représentées). Tous ces conduits et les parties des cylindres 23 non occupées par les pistons 22 sont complètement remplis d'un matériau liquide ou pâteux pratiquement incompressible de telle manière que les pistons 22 puissent fournir, aux couteaux à prise frontale, des appuis équilibrés leur permettant d'exercer contre la pièce des efforts axiaux de même intensité. La distance dl entre chaque couteau d'entraînement 11 et l'axe 28 de la broche 4 du tour et du mandrin 1, est plus grande que la distance d2 entre ledit axe 28 et les surfaces actives des mors de serrage 7. De plus, l'ensemble du mandrin, c 'est-à-dire aussi bien le corps 2 que les blocs portecouteaux 15, présentent un alésage central 31 ou 32, respectivement, qui le traverse de part en part et dans lequel peut être engagée une partie de la pièce à usiner 12 ou une barre coulissante 33 de support d'une pointe 34 pour tenir une extrémité de la pièce au cours d'une phase d'usinage.Dans l'exemple, l'alésage 31 est, en outre, d'un diamètre suffisamment grand pour pouvoir recevoir une barre tubulaire 37 qui coulisse dans la broche 4 de la machine et qui sert à commander les déplacements radiaux des mors 7 du mandrin par l'intermédiaire de trois leviers en équerre 38 dont une extrémité est engagée dans une gorge annulaire 39 de la barre tubulaire 37, et l'autre extrémité, dans une échancrure 41 pratiquée dans la base du mors correspondant. Bes leviers en équerre 38 pivotent chacun sur un axe 42 monté dans le corps 2 du mandrin dans une direction orthogonale à celle de l'axe géométrique 28 dudit mandrin. Sur la figure 2, on a encore représenté partiellement une poupe mobile 44 de support d'une contre-pointe 45. Le fonctionnement de l'ensemble du dispositif est Ze suivant. Les phases successives d'un cycle qu'on va maintenant décrire peuvent être exécutées , soit manuellement, soit automatiquement suivant un programme établi d'avance, par exemple sur une machine à commande numérique. La pièce à usiner 12'est, en l'occurence, un arbre de boîte de vitesses de camion automobile ; il s'agit, dans une première opération, d'enlever les parties de métal indiquées sur la figure 2 par la zone hachurée 47 et, dans une deuxième opération, d'enlever les parties de métal indiquées sur la figure 4, par les zones hachurées 48, 49, 50. Pour effectuer la première opération, on monte la pièce 12 entre les pointes 34 et 45, la pression exercée sur la pièce, par la contre-pointe 45, étant plus forte que celle exercée par la pointe 34 pour que les couteaux d'entraînement 11 pénètrent légèrement dans la face frontale correspondante de la pièce. Les mors de serrage radial 7 sont dans leur position la plus éloignée de l'axe 28 du mandrin pour ne pas gêner l'engagement de la pièce sur la pointe 34. L'équilibrage des pressions des six couteaux d'entraînement contre la pièce est assuré par la présence du matériau incompressible qui soutient les pistons d'appui 22.On peut alors procéder à lWusi nage des surfaces cylindriques, de l'épaulement annulaire et de la face d'extrémité de la pièce qui correspondent à la zone hachurée 47 sur la figure 2 ; après quoi on éloigne les pointes 34 et 45 de la pièce 12 qu'on soutient ; on retourne la pièce et on l'enfile dans l'alésage central 32, 31 du mandrin comme indiqué sur la figure 4, dont la partie supérieure présente quelques modifications sur lesquelles on reviendra plus loin, on serre les mors mobiles 7 du mandrin contre la partie cylindrique 52 fraîchement usinée de la pièce pendant qu'on maintient l'épaulement annulaire 53 de la pièce, également usiné, contre la face extérieure des blocs 15 comme surface géométrique de référence pour le positionnement axial de la pièce maintenant supportée par les mors du mandrin et par la contre-pointe 45, la pointe 34 étant éloignée de liextré- mité intérieure de la pièce. On peut procéder à l'usinage des surfaces cylindriques et des surfaces planes qui correspondent aux zones hachurées 48, 49, 50 sur la figure 4. Etant donné que les blocs porte-couteaux 15 sont facilement amovibles, on peut les remplacer par d'autres dont les couteaux 11 sont situés à une distance de l'axe géométrique 28 du mandrin différente de la distance dl des couteaux du mode de réalisation de la figure 2, par exemple une distance plus petite ou, au contraire, plus grande, dans la mesure où les couteaux 11 se trouvent encore en regard de la face des pistons d'appui 22 dont la section est sensiblement plus grande que celle des couteaux. Le remplacement de ces blocs par d'autres ne perturbe en aucune manière le dispositif d'équilibrage des forces d'appui des pistons. Le fait que les couteaux soient situés à une distance relativement grande de l'axe du mandrin se traduit par une fatigue moindre des couteaux pour la transmission d'un couple donné. La modification montrée à la partie supérieure de la figure 4 consiste précisément en une autre réalisation des éléments d'appui des couteaux, suivant laquelle les pistons 22 d'appui des couteaux 11 sont à peine plus gros que lesdits couteaux, mais il est prévu une deuxième série de pistons d'appui 22A dont la distance d3 à l'axe 28 du mandrin est plus grande que la distance dl des couteaux 11 au même axe, de telle façon que ces autres pistons puissent coopérer avec des couteaux disposés en correspondance dans d'autres blocs porte-couteaux de rechange pouvant être montés en remplacement des blocs 15. Les pistons d'appui 22A sont montés à coulissement dans des cylindres axiaux 23A en communication avec les cylindres-23 par des conduits radiaux 24A. La forme des blocs porte-couteaux 15 peut avoir à être modifiée en fonction de la configuration de la pièce que l'on doit usiner. A ce propos, les figures 5 et 6 illustrent respectivement les deux opérations d'usinage d'une pièce 12A pour laquelle on a donné aux blocs porte-couteaux 15A la configuration particulière représentée. Pour la première opération relative à l'enlèvement de matière correspondant aux zones hachurées 61, 62 (figure 5), la pièce est supportée entre les deux pointes 34, 45 et elle est entrainee en rotation par les couteaux 11 à prise frontale. Pour la deuxième opération relative à l'enlèvement de matière correspondant à la zone hachurée 63 (figure 6), la pièce est supportée, d'une part, par les mors à serrage radial 7A et, d'autre part, par la pointe intérieure 34. REVENDICATIONS 1 e Mandrin de tour à serrage mixte permettant, d'une part, le montage d'une pièce entre pointes et son entraînement en rotation par les couteaux à déplacement axial adaptés à s'engager contre une face frontale de ladite pièce sous liac tion d'organes d'appui équilibrés agencés dans le corps du mandrin et, d'autre part, le montage et l'entraînement en rotation de cette pièce retournée entre des mors à serrage raç dial, caractérisé en ce que les couteaux (11) d'entraînement de la pièce en rotation sont disposés entre les mors à serrage radial (7) du mandrin (1) et se trouvent à une distance (dl) de l'axe géométrique (28) dudit mandrin plus grande que la distance entre les faces de serrage des mors et ledit axe, tandis que l'ensemble du mandrin présente un alésage central (31, 32) qui le traverse axialement de part en part. 2. Mandrin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les couteaux (11) d'entraînement de la pièce en rotation sont disposés dans les blocs indépendants (15) fixés sur la face avant du corps (2) du mandrin (1) entre les mors à serrage radial de celui-ci. 3. Mandrin suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les blocs (15) dans lesquels sont disposés les couteaux (11! d'entraînement de la pièce en rotation, sont fixés d'une manière amovible sur le corps (2) du mandrin et les organes (22 ou 22A) d'appui desdits couteaux sont conçus et agencés pour agir sur des couteaux (11! montés dans divers blocs de rechange (15) à différentes distances (telles que dl, d3) de l'axe géométrique (28) du mandrin. 4. Mandrin suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les organes d'appui des couteaux (11) d'entraînement de la pièce en rotation sont constitués par des pistons (22 ou 22A) montés à coulissement dans des logements cylindriques (23 ou 23A) pratiaués, en direction axiale, dans le corps (2) du mandrin et dont les fonds sont en communication les uns avec les autres par des conduits (24 ou 24A) ménagés aussi dans le corps du mandrin, lesdits logements cylindriques et lesdits conduits étant remplis d'un matériau liquide ou pâteux pratiquement incompressible. 5. Mandrin suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les logements cylindriques (23) dans lesquels sont montés les pistons (22) d'appui des couteaux d'entraînement de la pièce sont d'un diamètre tel que leurs deux génératrices respectivement la plus rapprochée et la plus éloignée de l'axe (28) du mandrin occupent des positions qui correspondent sensiblement aux positions respectives des couteaux d'entrainement les plus rapprochés de l'axe et des couteaux d'entraînement les plus éloignés de l'axe montés dans des blocs portecouteaux (15) différents. 6. Mandrin suivant la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs logements cylindriques (23, 23A) dans lesquels sont montés des pistons (22, 22A) d'appui de couteaux d'entrainement d'une pièce, sont ménagés dans le corps- (2) du mandrin à des distances radiales (dl, d3) différentes correspondant à des distances radiales différentes de couteaux d'entrainement (11) portés par divers blocs porte-couteaux (15).