Brevet FR2477053A1 — publié le 19810904

La présente invention se rapporte à un dispositif porte-outil composé d'un élément porte-outil de base et d'un support d'outil proprement dit, qui sont reliés l'un à l'autre au moyen d'éléments de serrage mécaniques et par l'intermédiaire d'un emboîtement cylindrique. L'invention se rapporte notamment à des outils à enlève- ment de copeaux, constitués par un élément porte-outil de base et un support pour les organes de coupe. Le blo- cage des éléments de serrage peut s'effectuer soit manuel- lement soit mécaniquement. On conna t déjà des outils de ce type travaillant par enlèvement de copeaux et présentant une liaison méca- nique, par exemple des barres d'alésage, c'est-à-dire des outils pour un usinage intérieur, qui présentent des têtes d'alésage interchangeables reliées au support au moyen d'un montage à queue d'aronde ou d'un emboîtement cylindrique. Les liaisons de ce type présentent cependant l'inconvénient de nécessiter généralement la présence de vis de serrage supplémentaires qui doivent être desserrées et resserrées manuellement lors du changement de la tête. De ce fait ce genre de liaison ne peut pas être utilisé pour un procédé de fabrication automatique dans lequel le changement du support des organes de coupe doit s'effec- tuer mécaniquement. Afin de résoudre ce problème, il a déjà été proposé d'équiper des machines-outils à-commande numérique de dis- positifs pour le changement des outils et permettant de transporter manuellement ou à l'aide d'un organe de préhen- sion les outils de coupe ainsi que l'élément porte-outil de base de l'endroit de leur utilisation, par exemple une tête revolver ou une broche, vers un magasin à outils. L'outil est alors déposé dans le magasin et un autre outil prélevé de ce magasin est amené vers l'endroit de travail. Cependant ces dispositifs ne permettent pas tou- jours de rendre automatique le procédé de fabrication parce qu'il est nécessaire à chaque changement d'outil de coupe de changer en même temps l'élément porte-outil de base souvent assez lourd et d'un prix de revient élevé, ce qui limite l'utilisation de ce dispositif connu. Le changement manuel de l'outil nécessite, en outre, un temps relativement long et est souvent difficile à exé- cuter4 On connalt par contre, pour des travaux à effectuer sur un tour, un processus de fabrication entièrement auto- matique grâce à un dispositif de changement de plaquettes de coupe amovibles. Dès qu'il reçoit l'ordre ce dispositif remplace automatiquement la plaquette de coupe à tranchant émoussé par une plaquette neuve prélevée d'un magasin. Néanmoins ces dispositifs ne peuvent être-utilisés que pour des opérations spécifiques et leur emploi est en conséquence limité à une seule catégorie d'outils de coupe présentant des formes et des dimensions identiques. L'utilisation alternée de différents outils de coupe est pratiquement impossible dans le dispositif proposé. Les fabrications mécaniques se composent cependant d'un grand nombre d'opérations d'usinage différentes, par exemple les usinages intérieur et extérieur ou le décolletage et le filetage. La présente invention a pour objet de créer un dis- positif porte-outil qui permet, d'une part, l'utilisation d'outils différents et, d'autre part, un changement méca- nique d'outils dans 1e cadre d'un procédé de fabrication automatique. Le dispositif doit également permettre de changer manuellement les supports d'outil et de remplir notamment les conditions indispensables lors des usinages au tour et lors de l'utilisation d'outils de coupe habi- tuels tels que, par exemple, des forets ou des plaquettes de coupe amovibles. Ces problèmes sont résolus, conformément à l'inven- tion, par un dispositif porte-outil qui est caractérisé en ce que l'élément porte-outil de base comporte un axe de serrage qui peut effectuer une course déterminée et commander des tiges de serrage s'appliquant sur l'axe et agissant radialement vers l'extérieur pour bloquer le support d'outil en s'engageant dans des évidements de celui-ci. Ce montage est simple mais il permet cependant une fixation s re du support d'outil sur l'élément de base. Un déplacement longitudinal de l'axe de serrage, pouvant éventuellement être commandé automatiquement, provoque le desserrage des tiges qui se dégagent alors des évidements du support d'outil de façon que celui-ci puisse être enlevé et remplacé par un autre au moyen d'un organe de préhension commandé éventuellement de- façon automatique. Le dispositif porte-outil suivant l'invention permet, en outre, de monter aussi bien des outils de coupe pour un usinage intérieur que des outils de coupe pour un usinage extérieur. Suivant une caractéristique avantageuse de l'in- vention, l'élément porte-outil de base présente sur sa face avant un tenon éventuellement cylindrique sur lequel est placé le support d'outil présentant un alésage cor- respondant, la surface d'extrémité plane et annulaire du support d'outil s'appliquant contre l'élément porte- outil de base. En conséquence le support d'outil est monté sur l'élément porte-outil de base en étant centré par son alésage cylindrique et par le tenon complémentaire de l'élément porte-outil de base tout en étant appliqué axialement par son extrémité annulaire plane contre une surface de butée également annulaire et plane de l'élément porte-outil de base. Le serrage du support d'outil sur l'élément porte-outil de base s'effectue par l'intermé- diaire de tiges de serrage disposées à l'intérieur du tenon et agissant radialement vers l'extérieur. L'axe de serrage pousse les tiges dans des évidements, dans le cas le plus simple dans une rainure annulaire prévue dans le support d'outil qui est alors appliqué à force et par son extrémité arrière contre la surface annulaire plane de l'élément porteoutil de base. Le déplacement longitudinal de l'axe de serrage peut *tre commandé par des moyens mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'axe de serrage présente une tête de section conique qui coopère avec plusieurs tiges de serrage montées en position oblique et de façon à coulisser librement à l'intérieur du tenon. Lors du serrage les tiges sont, en conséquence, maintenues fermement entre la tête de l'axe de serrage et les évidements du support d'outil ce qui assure en même temps le blocage de ce dernier. Suivant une autre forme de réalisation de l'inven- tion, l'axe de serrage est monté dans un alésage central et est soumis à l'intérieur de l'élément porte-outil de base à la force de pressiondneou de plusieurs rondelles Belleville ou ressorts de pression. Lors du desserrage de l'axe, c'est-à-dire du déplacement de ce dernier contre la force de pression, par exemple par une commande méca- nique, les tiges de serrage quittent les évidements du support d'outil et celui-ci peut être retiré de l'élément porte-outil de base. Le déplacement longitudinal de l'axe de serrage peut être commandé de façon avantageuse par l'intermédiaire d'un élément de réglage pneumatique ou hydraulique, c'est-à-dire partiellement ou entièrement automatique, ou encore de façon manuelle. On peut cepen- dant faciliter la commande manuelle en prévoyant dans l'élément porteoutil de base un élément à vis pouvant être actionné de l'extérieur et qui fait coulisser l'axe de serrage. De ce fait il est possible de réaliser un dispo- sitif porte-outil prévu en principe pour un procédé de fabrication automatique de façon à conserver les avantages d'un support d'outil destiné à une utilisation universelle. Il est évident que ce dispositif ne permet pas d'obtenir une automatisation très poussée mais les temps de chan- gement d'outil se trouvent sensiblement réduits. On utilise alors avantageusement un élément porte-outil de base modifié qui contient un axe de serrage soumis à la force élastique d'un ressort hélicoïdal. Après desserrage de l'élément à vis, actionné de l'extérieur, le ressort hélicoïdal se détend et commande de ce fait le desserrage du blocage par tiges. Il est ensuite possible de changer manuellement le support d'outil. Selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion, les tiges de serrage présentent une tête à leur ex- trémité en regard de l'axe de serrage ce qui empêche leur dégagement accidentel lorsque le support d'outil est dé- monté. Un ressort de pression, qui fait coulisser automa- tiquement les tiges de serrage vers l'intérieur lors du desserrage de l'axe, est monté au-dessous de la tête des tiges. Il est, en outre, avantageux de réaliser la liaison entre l'élément porte-outil de base et le support d'outil de façon co-axiale et de prévoir plusieurs clavettes ou goupilles pour positionner le support d'outil et pour éviter tout décalage angulaire. La tête présente avanta- geusement deux rainures d'entraînement dans lesquelles s 'engagent des organes d'entraînement correspondants de l'élément porte-outil de base. Ce montage est réalisé de façon à offrir au support d'outil deux possibilités de serrage décalées de 1800 ce qui permet le montage aussi bien des supports pour une coupe à droite que des supports pour une coupe à gauche. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. Les fig. 1 à 3 montrent, en coupe longitudinale, des dispositifs porteoutil suivant l'invention de formes de réalisation différentes. La fig. 4 représente schématiquement un procédé de changement automatique du support d'outil. Le dispositif porte-outil représenté à la fig. 1 comprend essentiellement un élément porte-outil de base 1 à alésage central 2 dans lequel est logé un axe de serrage 3. Le support d'outil 4, dans le présent exemple une tête d'alésage, est fixé sur l'extrémité avant de l'élément porte-outil de base 1. L'extrémité de l'axe de serrage 3, en regard du support d'outil 4, est réalisée pour former une tête. Sur la tête de l'axe de serrage 3 s'appliquent des tiges de serrage 6 dont l'une de leurs extrémités fait saillie dans des évidements 7 du support d'outil 4. Les tiges de serrage 6 délimitent un angle compris entre et 750 mais de préférence de 60 par rapport à l'axe longitudinal médian 8 de l'élément porte-outil de base 1. L'axe de serrage 3 est soumis à la force élastique de plusieurs rondelles Belleville 12 créant une force de serrage suffisamment élevée pour un maintien sûr du sup- port d'outil 4. Afin de faire coulisser longitudinalement l'axe de serrage 3 en vue du démontage du support d'outil 4, il suffit d'exercer une pression sur l'extrémité de l'axe 3 dans le sens de la flèche 20. La liaison entre l'élément porte-outil de base 1 et le support d'outil 4 est obtenue de la façon suivante* Le support d'outil 4 est centré grâce à un alé- sage cylindrique sur le tenon 5 de forme complémentaire de l'élément porte-outil de base 1 et est fixé axialement et annulairement par sa zone extérieure en s'appliquant contre une butée plane. Le serrage du support d'outil 4 sur l'élément porte-outil de base 1 s'effectue au moyen de l'axe 3 sur lequel agissent les forces de pression des rondelles Belleville 12 et qui pousse les tiges de serrage 6 radialement vers l'extérieur. Lors du démontage du support d'outil 4, une pression est exercée sur l'ex- trémité extérieure et opposée au support d'outil 4 de l'axe de serrage 3 de manière a comprimer les ressorts 12 et à déplacer l'extrémité en forme de tête de l'axe 3. De ce fait les tiges de serrage 6 peuvent quitter les évidements 7 du support d'outil 4 qui peut alors être retiré. Dans la forme de réalisation illustrée à la fig. 2, les tiges de serrage 6 présentent de plus une tète 15 et portent un ressort de pression 16. Tandis que la tite 15 empêche un dégagement accidentel des tiges 6 lorsque le support d'outil 4 est enlevé, le ressort de pression 16 commande le déplacement automatique des tiges 6 en direc- tion de l'axe longitudinal 8 du dispositif porte-outil. La fig. 3 montre encore un autre exemple de réali- sation du dispositif porte-outil suivant l'invention qui convient particulièrement à un changement manuel du sup- port d'outil. L'axe de serrage 3 est réalisé de façon que son coulissement longitudinal puisse être obtenu en serrant ou en desserrant une vis 13 dont l'extrémité co- nique agit sur la surface de l'axe de serrage 3. Un res- sort hélicoïdal 14 applique la surface latérale 19 de l'axe de serrage 3 contre l'extrémité conique de la vis 13. Lorsque la vis 13 est serrée, l'axe de serrage 3 est poussé dans sa position de fin de course de droite de manière que son extrémité en forme de tête fasse pénétrer les tiges de serrage 6 dans les évidements 7 du support d'outil 4. Lors d'un desserrage de la vis 13, l'axe de serrage 3 coulisse en direction du support d'outil 4 en permettant aux tiges 6 de quitter les évidements 7 de façon à libérer le support d'outil 4 qui peut alors être retiré facilement. La fig. 4 illustre de façon schématique comment le support d'outil 4 peut être retiré et déposé. dans un maga- sin à outils au moyen d'un organe de préhension qui, ensuite, saisit un nouveau support d'outils pour le placer sur un élément porte-outil de base 1 qui est, par exemple, monté sur une tête revolver d'une machine-outil. Les opé- rations représentées peuvent se dérouler automatiquement de la façon suivante. A la fin d'un processus de travail déterminé ou après usure d'un outil de coupe, une impulsion commande le desserrage hydraulique ou pneumatique de l'axe de serrage. Le support d'outil 4 qui, de ce fait, repose sans être serré sur l'extrémité de montage 5 de l'élément porte- outil de base 1 est saisi et retiré par un organe de pré- hension et déposé dans un magasin à outils 17. Au cours de l'opération suivante, l'organe de préhension 18 saisit un nouveau support d'outil 4 et le place de façon centrée sur l'élément porte-outil de base 1. Une nouvelle impul- sion fait détendre les rondelles Belleville non représen- tées ce qui a pour effet de verrouiller le support d'outil 4 par l'intermédiaire de l'axe de serrage 3 de la manière expliquée plus haut. Ce procédé présente l'avantage que l'élément porte-outil de base 1 n'a pas besoin d'être retiré de la tête revolver de la machine-outil et que le changement de l'outil de coupe est limité à une pièce relativement petite, à savoir le support d'outil. Le sup- port d'outil peut être, par exemple, une tête portant des outils destinés à un usinage intérieur. Lorsqu'il s'agit d'un usinage extérieur, la forme du support est souvent moins importante; néanmoins on utilise, lors d'un travail au tour, des outils de coupe présentant des tranchants d'une géométrie analogue ou même identique à celle des tranchants des outils de coupe destinés à un usinage inté- rieur. Pour ces raisons, il est possible d'ûtiliser des supports d'outil présentant les mêmes dimensions de raccor- dement également pour les usinages extérieurs. De ce fait on peut équiper les tours à tête revolver de dispositifs de changement d'outil automatiques qui conviennent aussi bien à des outils pour l'usinage intérieur qu'à des outils pour l'usinage extérieur. Il est seulement nécessaire d'équiper la tête revolver d'éléments porte-outil de base dont la longueur en porte-à-faux est suffisante pour per- mettre l'usinage intérieur et d'éléments porte-outil de base pour l'usinage extérieur qui généralement ne sont pas disposés axialement mais radialement. Les éléments porte-outil de base pour l'usinage extérieur sont d'une construction plus compacte et peuvent, en conséquence, supporter des efforts plus élevés. La liaison entre le support d'outil et l'élément porte-outil de base pour des usinages intérieur et extérieur est la même ce qui permet, si nécessaire, d'utiliser un outil destiné à l'usinage intérieur également en tant qu'outil pour un usinage extérieur. En conséquence il est possible de réaliser davantage d'opérations de travail avec un nombre d'outils inférieur. Il suffit que le magasin ne contienne que les supports d'outil de dimensions relativement faibles ce qui permet de disposer d'un plus grand nombre d'outils de coupe, de pouvoir usiner un plus grand nombre de pièces et de pouvoir remplacer sans perte de temps les outils de coupe usés par un outil de coupe en bon état. Si dans les tours connus il était possible de prévoir une réserve de douze outils de coupe différents, le dispositif sui- vant l'invention permet, en raison du faible-encombrement des supports d'outil, de tripler au moins cette réserve, c'est-à-dire qu'un nombre d'outils de base, comprenant douze outils de coupe différents, permet un temps d'usinage trois fois plus long. De ce fait l'usinage sans intervention manuelle peut se dérouler pendant un temps plus long ce qui améliore sensiblement le rendement de la machine et réduit les frais à envisager pour la main- d'oeuvre. Suivant la capacité de la machine et en fonction des travaux à effectuer, il est possible de prévoir des dispositifs porte-outil de dimensions et de formes dif- férentes. Pour les usinages intérieure de plus faibles diamètres, on peut utiliser des supports d'outils de coupe étagés ou présentant un dispositif de serrage pour des forets, des mèches de centrage ou des éléments ana- logues. Les supports d'outils peuvent être réalisés dif- féremment tout en conservant les mêmes dimensions de raccordement pour l'élément porte-outil de base. Le sup- port d'outil peut être équipé de plaquettes de coupe en métal dur et fixées par brasage ou il peut être muni de plaquettes de coupe amovibles maintenues par serrage. La section du dispositif porte-outil dans la zone de liaison entre le support d'outil et l'élément porte- outil de base est de préférence cylindrique mais on peut également envisager des sections de formes différentes, par exemple une forme carrée lorsqu'il s'agit d'usinages extérieurs. Afin de permettre une alimentation centrale en fluide de refroidissement, l'élément porte-outil de base peut présenter à l'intérieur des alésages et des évidements qui permettent au liquide de refroidissement et de lu- brification d'atteindre le tranchant en passant par une ouverture prévue dans le support d'outil. Selon une forme de réalisation préférée, la liaison entre l'élément porteoutil de base et le support d'outil de coupe est coaxiale afin de permettre de mon- ter sur l'élément porte-outil de base des supports d'ou- til de coupe suivant deux positions diamétralement op- posées. De ce fait il est possible de réduire le nombre des éléments porte-outil de base ainsi que celui des sup- ports d'outil de coupe et d'élargir le domaine d'appli- cation en modifiant la position de montage. il REVENDICATIONS 1 - Dispositif porte-outil composé d'un élément porte-outil de base et d'un support d'outilproprement dit, notamment des outils à enlèvement de copeaux, constitués par un élément support de base et un support pour les or- ganes de coupe, qui sont reliés l'un à l'autre au moyen d'éléments de serrage mécaniques et par l'intermédiaire d'un emboîtement cylindrique, caractérisé en ce que l'élé- ment porte-outil de base (1) comporte un axe de serrage (3) qui peut effectuer une course déterminée et commander des tiges de serrage (6) s'appliquant sur l'axe (3) et agissant radialement vers l'extérieur pour bloquer le support d'outil (4) en s'engageant dans des évidements (7) de celui-ci. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément porte-outil de base (1) présente sur sa face avant un tenon (5) éventuellement cylindrique sur laquelle est placé le support d'outil (4) présentant un alésage correspondant (9), la surface d'extrémité plane et annulaire (10) du support d'outil (4) s'appliquant contre l'élément porte-outil de base (1). 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe de serrage (3) présente à son extrémité en regard du support d'outil (4) une t8te coopérant avec plusieurs tiges de serrage (6) montées pour coulisser librement en position oblique à l'intérieur du tenon (5) afin de bloquer le support d'outil (4). 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un axe de serrage (3) logé dans un alésage central (2) et qui est soumis à l'intérieur de l'élément porteoutil de base (1) à la force de poussée d'une ou de plusieurs rondelles Belleville (12) ou ressorts de pressions (14) dont la pression peut être annulée en agissant de l'extérieur sur l'axe de ser- rage (3). - Dispositif suivant l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'axe de serrage (3) peut être déplacé au moyen d'un élément de réglage à commande pneu- matique ou hydraulique. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément porte-outil de base (1) comporte une vis (13) pouvant être actionnée de l'ex- térieur pour faire coulisser l'axe de serrage (3). 7 - Dispositif suivant la revendication 6, carac- térisé en ce qu'un ressort (14) provoque à l'état détendu le desserrage du verrouillage par tiges de serrage. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tiges de serrage (6) présentent à leur extrémité en regard du tenon (5) de l'élément porte-outil de base (1) une tête (15) empêchant tout dégagement accidentel des tiges lorsque le support d'outil (4) est retiré. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tiges de serrage (6) sont soumises à la force élastique d'un ressort de pres- sion (16) qui applique les tiges (6) automatiquement con- tre l'axe de serrage (3). - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les extrémités s'appliquant l'une sur l'autre de l'élément porte-outil de base (1) et du support d'outil (4) sont réalisées pour être co- axiales et présentent une ou plusieurs clavettes ou goupilles (11) servant de repère et de sécurité contre tout mouvement de rotation relatif.