Brevet FR2532572A1 — publié le 19840309

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à une tête porte-broche pour une machine outil, et plus particulièrement à une tête porte-broche capable de déplacer axialement une barre d'extraction dans une broche porte-outil, à l'encontre de ressorts, afin de débrider de la broche porte-outil un outil qui se trouve introduit dans un alésage de réception ménagé dans une extrémité avant de la broche porte-outil. En général, selon un procédé d'entraînement en rotation d'une broche porte-outil, un moteur d'entraînement peut être directement relié à la broche porte-outil Ce pro- cédé est avantageux dans la mesure o il est possible de diminuer la taille d'une tête porte-broche sur laquelle une broche porte-outil est montée en rotation, car cette façon de procéder ne nécessite pas l'utilisation d'accessoires tels qu'un train d'engrenage Cependant, des têtes porte-broche pour des centres d'usinage doivent être équipées d'un dispo- sitif à vérin hydraulique destiné à déplacer axialement, à l'encontre de ressorts, une barre d'extraction reçue dans une broche porte-outil Un tel dispositif à vérin est de manière conventionnelle disposé à la partie arrière de la broche porte-outil En conséquence, l'espace nécessaire à l'installation d'un moteur d'entraînement n'est pas disponi- ble à la partie arrière de la broche porte-outil, et ceci rend très difficile d'appliquer le procédé d'entraînement mentionné ci-dessus aux têtes porte-broche destinées aux centres d'usinage. De plus, il a déjà été proposé une tète porte- broche pour machine outil, dans laquelle un dispositif à, vérin destiné à déplacer axialement une barre d'extraction est disposé latéralement sur un côté d'une broche porte- outil, de façon à libérer l'espace nécessaire à l'installa- tion d'un moteur d'entraînement directement relié à la broche porte-outil Cependant, un tel agencement peut inévi- tablement entraîner une augmentation de la taille de la tête porte-broche si l'on cherche à incorporer le dispositif à 4. 1. -;; 52532572 verin dans la tête porte-broche Un tel agencement a égale- ment pour conséquence que la structure de la tête porte- broche est complexe, car elle doit comprendre un mécanisme de transmission de puissance du dispositif à vérin à un mécanisme d'actionnement de la barre d'extraction, lequel est disposé dans la broche porte-outil. De plus, le mécanisme d'actionnement de la barre d'extraction n'exerce une force de poussee sur la barre d'extraction que lorsqu'il fonctionne afin de débrider un outil de la broche porte-outil Ceci a pour conséquence qu'une surcharge est appliquée auxroulementssupportant la broche porte-outil en rotation, de sorte que la précision de rotation des roulements est détériorée. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de proposer une tête porte-broche perfection- née pour une machine outil et qui permet non seulement l'entraînement direct d'une broche porte-outil par un moteur d'entraînement, mais également l'incorporation d'un disposi- tif à vérin d'actionnement d'une barre d'extraction dans le châssis de la tête porte-broche, sans augmentation substan- tielle de la taille du châssis. Un autre objet de la présente invention est de pro- poser une tête porte-broche perfectionnée pour une machine outil, du type présenté ci-dessus, dans laquelle la force de poussée appliquée à une barre d'extraction afin de débrider un outil de la broche porte-outil ne peut être exercée sur des roulements qui supportent en rotation la broche pcr Te- outil. D'une manière générale, dans une tête porte-broche destinée a une machine outil et conforme à la présente invention, un moteur d'entraînement est monté sur un châssis de la tête, un arbre de sortie de ce moteur étant aligné axialement avec une broche porte-outil et étant relié avec une partie d'extrémité arrière de la broche porte-outil. Dans la broche porte-outil, une barre d'extraction est reçue déplaçable selon une direction axiale de la broche porte- outil, et cette dernière comporte un ressort, qui sollicite la barre d'extraction afin de brider sur la broche porte- outil un outil qui est introduit dans un alésage de récep- tion ménagé dans une partie d'extrémité avant de la broche porte-outil Un dispositif à vérin annulaire est monté autour de la broche porte-outil afin de permettre à cette dernière de passer au travers du dispositif Le dispositif à vérin annulaire, lorsqu'il est alimenté en fluide sous pression, déplace un premier et un second organe d'actionne- ment dans un sens qui les rapproche ou les éloigne l'un de l'autre dans la direction axiale de la broche porte-outil. Le premier organe' d'actionnement est destiné à venir en contact avec un premier organe de butée fixé sur la broche porte-outil, tandis que le second organe d'actionnement est destiné à venir en contact avec un second organe de butée fixé à la barre d'extraction ainsi qu'à des parties d'extré- mité opposées de celle-ci, qui s'étendent à l'extérieur de la broche porte-outil, au travers de trous allongés ménagés dans:la broche porteoutil En conséquence, le second organe de butée est déplacé par le second organe d'actionnement par rapport à la broche porte-outil, de sorte que la barre d'extraction est déplacée à l'encontre du ressort. Avec cette configuration, comme le dispositif à vérin est traversé, danssa partie centrale, par un alésage, il est possible de relier directement la broche porte-outil au moteur d'entraînement au travers de cet alésage débou- chant De plus, le dispositif à vérin est annulaire afin de n'occuper qu'un faible volume, et ceci rend possible d'incorporer le dispositif à vérin dans le châssis de la tête porte-broche sans augmenter sustantiellement les dimen- sions du châssis De plus, la puissance provenant du dispo- sitif à vérin peut être transmise à la barre d'extraction par l'intermédiaire-d'un mécanisme simple En outre, une force de poussée appliquée à partir du second organe d'actionnement à la barre d'extraction par l'intermédiaire du second organe de butée est effectivement reprise à l'intérieur de la broche porte-outil, car la venue en butée est simulatanément obtenue entre le premier organe d'action- nement et le premier organe de butée Ceci empêche une telle force de poussée d'être exercée sur des roulements qui sup- portent en rotation la broche porte-outil, de sorte que la précision de rotation des roulements peut être maintenue à un niveau élevé pendant un intervalle de temps prolongé. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une tête porte-broche pour une machine outil et confor- me à la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe de la tête porte- broche, prise le long de la ligne II-II de la figure 1. En se référant à présent aux dessins et en parti- culier à la figure 1 de ceux-ci, on a représenté une tête porte-broche 10 pour un centre d'usinage et qui comporte un châssis 10 a, auquel est fixé un manchon de palier 13 Dans le manchon 13, une broche porte-outil 11 est montée en rota- tion par l'intermédiaire de roulements 12 La broche 11 est solidaire, par son extrémité arrière, d' un arbre de sortie 21 d'un moteur d'entraînement 20, par l'intermédiaire d'un accouplement 22, et cette broche il présente, à son extrémité avant, un alésage tronconique 14 destiné à rece- voir un outil T La broche porte-outil 11 présente un alé- sage débouchant axial 15, dans lequel sont montés une barre d'extraction 16 et un jeu de rondelles-ressorts 25, destiné à solliciter vers l'arrière la barre d'extraction 16 La barre d'extraction 16 est munie, à son extrémité avant, d'une tête d'arrêt d'outils 18, qui comprend, par exemple, un organe annulaire 19 et un certain nombre de billes d'acier 17 maintenues dans l'organe annulaire 19 de manière à pouvoir se déplacer radialement, comme cela est bien connu dans cette technique Lorsque la barre d'extraction 16 est déplacée vers l'arrière à l'encontre des ressorts 25, les billes d'acier 17 sont déplacées radialement vers l'inté- rieur le lorfg d'une surface de came (non représentée), afin de bloquer ainsi un goujon de traction Tc de l'outil T. Sur le châssis 10 a de la tète porte-broche est mon- té fixe un cylindre de guidage 28 qui se trouve axialement aligné avec la broche porte-outil 11 et à la partie arrière de celle-ci Un piston coulissant 29 est monté coulissant dans le cylindre 28 selon la direction axiale de la broche porte-outil 11 Ce piston coulissant 29 est cylindrique et, à son extrémité avant, est fixé un dispositif 30 à vérin de débridage d'outils, qui comprend un cylindre 31, un piston 32 et un chapeau d'extrémité 33 Ce cylindre 31, ce piston 32 et ce chapeau d'extrémité 33 sont cylindriques ou annu- laires afin de délimiter au niveau de leur partie centrale un alésage débouchant 34, au travers duquel passe la partie d'extrémité arrière de la broche porte-outil 11 Le piston 32 est fixé par son extrémité avant à un premier organe annulaire d'actionnement 35, qui est en regard d'un premier organe-de butée 38 vissé sur la broche porte-outil Il Le chapeau d'extrémité 33 est fixé par son,extrémité arrière à un *second organe annulaire d'actionnement 36, qui est en regard d'un second organe de butée 39 Ce second organe de butée 39 est fixé aux extrémités opposées d'un prolongement radial 41, comme cela apparait clairement sur la figure 2. Le prolongement radial 41 est fixé à la barre d'extraction 16, de sorte que les extrémités opposées de ce prolongement soient radialementl en saillie au-delà de la surface externe de la-broche porte-outil 11, au travers de trous allongés 40 ménagés dans la broche porte-outil 1 l. Le premier et le second organe d'actionnement 35 et 36 supportent des roulements à aiguilles 45 et 46 à leur surface d'extrémité interne, respectivement Ces roulements à aiguilles permettent au premier et au second organe de butée 38 et 39 de tourner tout en étant simultanément en contact respectivement avec le premier et le second organe - - >-2532572 : 6 :-d'actionnement 35 et 35 En conséquence, il est possible de brider l'outil T sur l a broche porte-outil 11, ou de le débrider de celle-ci, même lorsque ladite broche porte- cuti 11 est en rotation De plus, une goupille 49 s'étend vers l'arrière à partir de la surface d'extrémité arrière du cylindre de guidage 28 Cette goupille 49 est engagée dans un trou 48 a ménagé dans une plaque 48 fixée au piston cou- lissant 29 afin d'empêcher toute rotation du piston coulis- sant 29. Le fonctionnement de l'appareil dont la structure vient d'être décrite ci-dessus se déroule de la manière sui- vante La figure 1 représente une position dans laquelle la barre d'extraction 16 a été tirée vers l'arrière par la for- ce des ressorts 25, la tête d'arrêt 18 bloquant l'outil T reçu dans l'alésage tronconique 14 de la broche porte-outils 11 Dans cette configuration, le piston coulissant 29 et le verin 30 de bridage de l'outil, qui est solidaire de ce piston 29, se trouvent dans leur position extrême vers l'arrière, car une chambre avant 28 a du cylindre de guidage 28 est constamment alimentée en fluide sous basse pression provenant d'une source de fluide sous basse pression P 2 En consequence, des jeux en direction axiale sont maintenus entre le premier organe d'actionnement 35 et le premier organe de butée 38, et entre le second organe d'actionnement 36 et le second organe de butée 39, de sorte qu'aucun contact ne se produise entre eux pendant la rotation de la broche porte-outil 11. Afin de débrider l'outil T-reçu dans l'alésage tronconique 14, une vanne 50 à commutation magnétique est tout d'abord commutée afin d'alimenter en fluide sous pres- sion provenant d'une source de fluide à haute pression Pi, une chambre avant 30 a du vérin 30 de débridage de l'outil. Le piston 32 est ainsi rétracté afin d'amener le premier organe d'actionnement 35 en butée contre le premier organe de butée 38 Cette venue en butée interrompt le mouvement de rétraction du oiston 32 par rapport à la broche porte-outil 11, 11, ce qui provoque cependant, par contre réaction, l'avance du cylindre 31, du chapeau d'extrémité 33 et du second organe d'actionnement 36 par rapport à la broche porte- outil 11 Comme le mouvement d'avance du cylindre 31 par rapport au piston 32 se poursuit, le second organe d'action- nement 36 est amené en butée contre le second organe de butée 39, et avance la barre d'extraction 16 contre la force des ressorts 25 En conséquence, le goujon de traction Tc de l'outil T est libéré de toute-retenue par les billes d'acier 17, en d'autres termes, l'outil T est débridé de la broche porte-outil 11, afin qu'il soit prêt pour une opération de changement d'outil. Pendant le mouvement de débridage, bien qu'une force de poussée provenant du second organe d'actionnement 36, s'exerce sur la broche porte-outil 11 par l'intermé- diaire du second organe de butée 39, du prolongement radial 41,de la barre d'extraction 16 et des rondelles ressorts 25, une telle force de poussée est reprise par le premier organe de butée 38, en butée contre le premier organe d'action- nement -35 En conséquence, aucune surcharge de poussée n'est appliquée sur les roulements 12 et sur le manchon de palier 13 qui supportent la broche porte-outil 11, et ceci évite tout endommagement des roulements 12 et du manchon 13, de sorte que la précision de rotation de la broche porte-outil 11 peut être maintenue à un niveau élevé pendant un inter valle de temps prolongé. Après le retrait de l'outil utilisé T hors de l'alèsage tronconique ( 14), et après l'introduction dans cet alésage tronconique 14 d'un nouvel outil T, la vanne à commutation magnétique 50 est commutée en sens inverse, afin d'alimenter une chambre arrière 30 b du dispositif 30 à vérin de débri- dage de l'outil en fluide pressurisé Le piston 32 est ainsi déplacé vers l'avant 9 afin de dégager le premier organe d'actionnement 35 du premier organe de butée 38, et pendant ce temps, le piston coulissant 29 et le cylindre 31 qui lui est solidaire sont déplacés vers l'arrière afin de dégager le second organe d'actionnement 36 du second organe de butée 39, car du fluide sous basse pression est constamment intro- duit dans la chambre avant 28 a du cylindre de guidage 28. De tels mouvements du piston 32 et du cylindre 31 permettent à la barre d'extraction 16 d'être déplacée vers l'arrière par la force des ressorts 25 La tête 18 d'arrêt d'outil bloque ainsi le nouvel outil T par la venue en butée des billes d'acier 17 contre le goujon de traction Te du nouvel outil T, ce qui achève les opérations de bridage et débridage des outils T. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. G REVENDICATIONS 1 Tête porte-broche destinée à une machine outil, et comportant un châssis ( 10 a) de tte, une broche porte- outil ( 11) montée en rotation dans le châssis ( 10 a) de tête et présentant, à son extrémité avant, un alésage ( 14) de réception d'un outil (T), un moteur d'entraînement ( 20) monté sur le châssis (i Oa) de tête afin d'entraîner en rota- tion la broche porte-outil ( 11), une barre d'extraction ( 16) déplaçable axialement dans la broche porte-outil ( 11), 1.0 afin de brider un outil (T) reçu dans l'alésage de réception ( 14) d'outil de la broche porteoutil ( 11) et afin de débrider l'outil (T) de la broche porte-outil ( 11), des - moyens élastiques ( 25) disposés dans la broche porte-outil ( 11) afin de solliciter la barre-d'extraction ( 16) et de la déplacer dans un sens axial, et un dispositif ( 30) à vérin hydraulique sensible à un fluide pressurisé et alimenté en fluide afin de déplacer la barre d'extraction ( 16) à l'encontre de la force des moyens élastiques ( 25) caracté- risée en ce que le moteur d'entraînement ( 20) est directe- ment relié à une partie d'extrémité arrière de la broche porte-outil ( 11) par un arbre de sortie ( 21) de ce moteur - ( 20) et qui s'étend en alignement axial avec la broche porte-outil ( 11), le dispositif ( 30) à vérin hydraulique étant annulaire et disposé autour de la'broche porte-outil ( 11), et étant capable de déplacer un premier organe d'actionnement ( 36) selon la direction axiale de la broche' porte-outil ( 11) lorsqu'il est actionné afin de débrider l'outil (T) de la broche porte-outil ( 11), un premier organe de butée ( 39) étant fixé à la barre d'extraction ( 16) au niveau d'extrémités opposées de celle-ci qui font saillie à l'extérieur de la broche porte-outil ( 11) au travers de trous allongés ( 40) ménagés dans la broche porte-outil ( 11), de manière à être déplacé par le premier organe d'actionne- ment ( 36) à l'encontre de la force des moyens élastiques ( 25). 2 Tête porte-broche destinée à une machine - -, out', selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif ( 30) à vérin hydraulique est déplaçable dans la direction axiale de ladite broche porte-outil ( 11) et est capable de déplacer le premier organe d'actionnement ( 36) et un second organe d'actionnement ( 35) dans un sens qui les rapproche ou les éloigne l'un de l'autre dans la direction axiale de la broche porte-outil ( 11), lorsqu'il est action- né afin de débrider l'outil (T) de la broche porte-outil ( 11), et en ce qu'un second organe de butée ( 38) fixé sur la broche porte-outil ( 11) est destiné à venir en contact avec le second organe d'actionnement ( 35), afin d'exercer une contre réaction contre la position en butée du premier organe d'actionnement ( 36) et du premier organe de butée ( 39). " 5 3 Tête porte-broche destinée à une machine outil, selon la revendication 2, caractérisée en ce que des moyens ( 28, 29, P 2) sont destinés à solliciter le dispositif ( 30) à vérin afin de déplacer axialement ce dernier vers une posi- tion telle que tout contact est normalement empêché entre le premier organe d'actionnement ( 36) et le premier organe de butée ( 39), ainsi qu'entre le second organe d'actionnement ( 35) et le second organe de butée ( 38). a Tête porte-broche destinée à une machine outil. selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de sollicitation ( 28, 29, P 2) sont constitués d'un autre dispositif à vérin hydraulique, qui est constamment alimenté en fluide soius baase pression provenant d'une source (P 2) d'alimentation en fluide sous basse pression. Tete porte-broche destinée à une machine outil, selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un premier e: un second roulement de poussée ( 46, 45) sont respective- mrpnt montés entre le premier organe d'actionnement ( 36) et le premier organe de butée ( 39), et entre le second organe d'actionnement ( 35) et le second organe de butée ( 38). direction axiale de la broche porte-outil ( 11). 7 Tête porte-broche destinée à une machine outil, selon la revendication 6, caractérisée en ce que des moyens ( 48, 48 a, 49) sont destinés à empêcher la rotation du dispo- sitif ( 30) à vérin hydraulique, mais à permettre un mouvement de coulissement axial du dispositif ( 30) à vérin hydraulique.