Brevet FR2541607A1 — publié le 19840831

Porte-outil our perceuses, fraiseuses et machines-outils analogues L'invention se rapporte à un porte-outil pour perceuses, fraiseuses et autres machines-outils analogues, comprenant un cène s'adaptant dans un premier perçage de fixation conique de la broche, un support disposé coaxialement sur celui-ci et muni d'un second perçage de fixation conique, coaxial au premier, prévu pour le cône d'un outil-et plus petit que le perçage de fixation de la broche, et comprenant en outre un dispositif de serrage pour lemmanchement du c 8 ne de l'outil dans le second perçage de fixation conique. Dans les perceuses, fraiseuses et machines-outils analogues de grande puissance, la brochepour la transmission fiable des efforts d'entraînement C l'outil,comporte un perçage de fixation conique aussi grand que possible pour l'emmanchement d'un outil ayant lui-même un c 8 ne aussi grand que possible, par exemple un c 8 ne fort ISO 60 Comme cependant, ces grosses machines-outils modernes doivent aussi pouvoir effectuer des opérations d'usinage fines et précises, telles que le perçage, le fraisage et le taillage des filets avec de plus petits outils, il est nécessaire de prévoir un porte- outil qui puisse être engagé dans le perçage de fixation conique de la broche et qui lui-même comporte également un perçage de fixation conique, mais de plus petite dimension; pour l'emmanchement d'un cône plus petit, par exemple un cône fort ISO 50, d'un outil Ces porte-outil, qui permettent l'utilisation d'outils ayant de plus petits cônes que le perçage de fixation de la broche, sont également désignés sous le terme de réducteurs, adaptateurs ou pièces intermé- diaires Dans un porte-outil connu du type précité (prospectus publié en 1978 de la firme Forkardt "Schnellwechsel-Werkzeug- halter System Erikson"),le support porte sur sa périphérie externe un filetage sur lequel est vissé un écrou-raccord. Cet écrou-raccord est muni de deux doigts qui font saillie vers l'intérieur et qui peuvent traverser les rainures d'entraînement d'une bride prévue sur l'outil à la suite du c 8 ne Lors de la rotation de l'écrou-raccorde les doigts viennent s'appliquer sur la face externe de la bride et tirent le cône à, l'intérieur du perçage de fixation L'écrou- raccord sert donc, à la manière d'un dispositif de serrage, a l'em- maicbementdu c'ne d'un outil dans l'alésage de fixation du support. Indépendamment du fait qu'avec un tel écrou-raccord on ne peut exercer que des efforts de serrage relativement faibles qui ne suffisent pas pour les grosses machines-outils, ce porte-outil connu ne convient pas non plus pour un changement automatique de l'outil. Pour des perceuses, fraiseuses et autres machines- outils analogues du type précité, l'invention a par conséquent pour objet de mettre au point un porte-outil qui, bien que très simple et de haute fiabilité en dépit de ses petites dimensions, en particulier de ses dimensions axiales, permette un changement automatique des outils avec une grande force de serrage et aussi une grande force d'extraction, et qui puisse lui-m 8 me être éventuellement changé automatiquement de façon simple sur la broche de la machine-outil. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le cône du porte-outil comporte un alésage coaxial dans lequel peut se déplacer axialement un support portant une pince de serrage dont les extrémités réalisées sous forme de crabots s'engagent dans une gorge annulaire à l'extrémité libre du cône de l'outil, que dans le support, concentriquement au second perçage de fixation conique, sont installés plusieurs paquets de rondelles Belleville qui agissent axialement, par l'intermédiaire de plusieurs bras disposés radialement, sur le support de la pince de serrage dans le sens de la fermeture de celle-ci, et que pour l'ouverture de la pince et l'extraction du cône de l'outil, dans l'alésage du cône du porte-outil est monté au òins un piston à, commande hydraulique agissant sur le support de la pince de serrage à l'encontre de la pression exercée par les rondelles Belleville. Grâce au Kpaquetsde rondelles Belleville disposées concentriquement par rapport au second perçage de fixation conique et agissant sur le support portant la pince de serrage, on obtient une forte pression élastique qui repousse énergiquement le cône de l'outil dans le perçage de fixation conique La mise en place de plusieurs paquets de rondelles Belleville dans le support tout autour du second perçage de fixation, permet de raccourcir notablement la longueur axiale hors tout du porte-outil bien que ce dernier présente une grande force de serrage Pour l'ouverture de la pince de serrage et l'extraction de l'outil, on prévoit un piston à commande hydraulique qui agit à l'encontre de la pression élastique des paquets de rondelles Belleville L'installation de ce piston et du support de la pince de serrage dans un alésage du c 8 ne du porte-outil permet d'utiliser au mieux l'espace disponible et de réduire encore les dimensions dans le sens axial Comme pour l'ouverture de la pince de serrage et l'extraction du cône de l'outil, il suffit d'amener un fluide sous pression au porte-outil, ce qui, par exemple, peut s'effectuer au moyen d'une pince de serrage-creuse placée dans la broche de la machine-outil, et comme pour l'emmanche- ment du cône de l'outil on utilise des paquets de rondelles Belleville agissant axialement après suppression de l'action du piston, le nouveau porte-outil est parfaitement adapté au changement automatique de petits outils Au moyen de la tige de traction prévue dans la broche de la machine-outil, le porte- outil lui-même peut être de façon simple introduit dans le perçage de fixation conique de celle-ci ou en être extrait, échangé contre un autre outil ou un autre dispositif d'usinage, ce qui éventuellement peut aussi s'effectuer automatiquement. Pour garantir les importants efforts de serrage- recherchés, il est nécessaire d'installer un nombre corres- pondant de rondelles Belleville dans le support C'est à l'encontre de cette importante force de serrage exercée par les rondelles Belleville que doit agir le piston en vue de l'ouverture de la pince de serrage Pour l'extraction d'un cône d'outil emmanché, il faut en outre encore surmonter les efforts de frottement intervenant entre ce cône et le perçage de fixation conique En vue d'assurer, dans ce cas, un fonctidnne- ment d'ouverbuxet d'extraction parfait, il est avantageux de faire agir sur le support de la pince de serrage deux pistons montés l'un derrière l'autre. Un autre mode de réalisation avantageux de l'invention consiste à disposer axialement l'un derrière l'autre dans le c 8 ne du porte-outil deux pistons dont l'un, le premier piston, est monté déplaçable dans l'alésage lui-mémetandis que le second piston, placé dans une chemise de cylindre insérée dans l'alésage et munie d'un fond, est guidé par la tige du premier piston qui vient s'appliquer sur lui, le second piston agissant par sa tige sur le support de la pince de serrage. Ce montage l'un derrière l'autre des pistons permet de produire la force d'extraction nécessaire dans l'espace disponible et relativement petit se trouvant à l'intérieur du cône de l'outil. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé. Le dessin représente le nouveau porte-outil en coupe axiale, la moitié droite du dessin étant décalée de 900 par rapport à la moitié gauche. Le broche 1 d'une perceuse, fraiseuse ou autre machine- outil est munie d'un perçage de fixation conique 2, par exemple pour l'emmanchement d'un cône fort ISO 60 Pour le serrage et le desserrage d'un cône engagé dans le perçage de fixation 2, la broche 1 comprend de façon connue une tige de traction 4 qui comporte de préférence un alésage longitudinal 5 pour l'amenée d'un fluide hydraulique sous pression. Le porte-outil 6 engagé dans la broche 1 se compose pour l'essentiel du cône 3 et d'un support 7 disposé coaxialement à ce dernier Le support 7 est avantageusement réalisé cylindrique et est raccordé par plusieurs vis 8, 9 à une bride 3 a venue d'une seule pièce avec le cône 3 Pour transmettre le couple de la bride 3 a au support 7, il est prévu plusieurs goupilles 10 La bride 3 a comporte,en outre, des rainures d'entraînement 3 c dans lesquelles s'engagent des coulisseaux 11 fixés sur la broche 1 Le cône 3 ainsi que la surface plane 3 b de la bride 3 a sont mutuellement accordés par meulage de façon que la surface plane 3 b vienne s'appli- quer sur la surface frontale la de la broche 1. Le support 7 comporte un second perçage de fixation conique 12 pour l'emmanchement d'un c One 13 d'un outil 14 de perçage, de fraisage ou de taillage des filets Le cône 13 de l'outil est de plus petite dimension que le cône 3 du porte- outil et est par exemple un cône fort ISO 50 Sur le support sont en outre fixés des coulisseaux 15 qui s'engagent dans des rainures d'entraînement correspondantes 16 de l'outil 14. Dans le cône 3 du porte-outil est prévu un alésage coaxial étagé 17 La partie supérieure de cet alésage 17 forme un cylindre pour un premier piston 18 Un second piston 19 est monté dans une chemise de cylindre 20 insérée dans lalésage 17. Cetechemisedecylindo 20 comporteunibnd 2 l muni d'un orifice 22 Par cet orifice 22 passe la tige de piston 23 du premier piston 18 La tige de piston 23 vient s'appliquer sur le piston 19 par son extrémité inférieure 23 a, si bien que les deux pistons 18, 19 sont montés l'un derrière l'autre Pour que le second piston 19 puisse recevoir le fluide sous pression sur une surface aussi grande que possible, l'extrémité inférieure 23 a est munie de rainures radiales Le second piston 19 agit avec sa tige 24 sur le support 25 portant la pince de serrage. Ce support 25 comporte un téton d'extraction central 25 a sur lequel est montée la pince de serrage 26 constituée de plusieurs leviers Chaque levier est muni à son extrémité inférieure d'un crabot 27 Les crabots 27, d'une part, coopèrent avec une gorge annulaire 13 a prévue sur l'extrémité libre du c 6 ne 13 et, d'autre part, sont commandés par une gorge annulaire 28 prévue dans le support 7 et présentant des flancs tronconiques 28 a et 28 b. Le support 7 comprend plusieurs, par exemple six, perçages à trous borgnes 29 qui s'étendent parallèlement à l'axe et sont disposés sur un cercle concentrique au perçage de fixation 120 Chacun de ces perçages à, trous borgnes 29 sert de logement à un paquet 30 formé de plusieurs rondelles Belleville Les paquets 30 de rondelles Belleville exercent une force de pression dirigée vers le haut en direction de la bride 3 a. Dans le support 7 est avantageusement installée une bague-support 31 mobile axialement et sur laquelle viennent s'appuyer les paquets 30 de rondelles Belleville- Un cène de serrage 32 est solidaire du support 25 portant la pince de serrage et comporte plusieurs 9 par exemple six, bras de soutien 33 qui sont disposés radialement et viennent s'appliquer sur la bague-support 31 Les efforts de serrage des paquets 30 de rondelles Belleville sont transmis au support 25 portant la pince de serrage par l'intermédiaire de la bague-support 31, des bras de soutien 33 et du c 8 ne de serrage 32. Pour le desserrage et l'extraction du cône 13 de l'outil, de l'huile sous pression est envoyée à, la partie supérieure 17 a de l'alésage 17 par l'intermédiaire de la tige de traction 4 et d'un perçage 35 ménagé dans le cône 3 Par un perçage central 34 prévu dans le premier piston 18, la pression de l'huile peut également se propager dans l'espace 20 a situé au-dessus dans la chemise de cylindre 20 Les pistons 18,19 montés l'un derrière l'autre repoussent vers le bas le support 25 portant la pince de serrage à l'encontre de la pression exercée par les paquets 30 de rondelles Belleville Les crabots 27 parviennent alors dans la gorge annulaire 28 et s'écartent radialement vers l'extérieur sous l'action d'une bague élastique 36 agissant sur le bras de la pince de serrage. Le cône 13 de l'outil est ainsi libéré et peut s'échapper par en dessous du perçage de fixation 12 Si le cône 13 de l'outil venait à se coincer dans le perçage de fixation 12, le support 25 continuant à descendre, son téton d'extraction central 25 a viendrait buter contre l'extrémité libre 13 b du cane 13 et l'expulserait vers le bas Le montage l'un derrière l'autre des pistons 18, 19 fait que,malgré l'espace relativement petit disponible dans le cône 3, les efforts de pression s'exerçant vers le bas sont suffisants pour surmonter non seulement la pression élastique despaquets 30 de rondelles Belleville,mais aussi les efforts de frottement entre le c 8 ne 13 et le perçage de fixation 12. L'outil 14 ainsi desserré peut être retiré par en dessous du perçage de fixation 12 par un dispositif de changement d'outil automatique non représenté et être transporté à un magasin Le dispositif de changement d'outil engage alors un autre outil par son cone 13 dans le perçage de fixation 12 La pression régnant dans les espaces 17 a et a est alors supprimée Sous l'action des paquets 30 de rondelles Belleville, le support 25 portant la pince de serrage est repoussé vers le haut Les crabots 27 viennent tout d'abord s'appliquer sur le flanc conique 28 a et s'engagent dans la gorge annulaire 13 a L'orifice 37 de diamètre plus petit que la gorge annulaire 28 empêche que, lorsque le support et la pince de serrage 26 continuent à monter, les c abots 27 s'épanouissent radialement vers l'extérieur Sous l'effet de la pression exercée par les paquets 30 de rondelles Belleville, le cône 13 est maintenant complètement enfoncé dans le perçage de fixation 12 o il se trouve alors sous forte précontrainte Cette précontrainte reste alors maintenue même si aucune énergie n'stfournie à la machine-outil sur laquelle le porte-outil 6 est utilisé. Il serait aussi envisageable de faire en sorte que l'amenée d'huile sous pression entre la tige de traction 4 et le cône 3 s'effectue par l'intermédiaire d'un accouplement enfichable usuel dans le commerce Par ailleurs, l'amenée du fluide sous pression peut également s'effectuer en prévoyant au niveau de la bride 3 a un accouplement enfichable auquel on relie un flexible d'huile sous pression après arrêt de la broche 1 L'accouplement enfichable est alors raccordé-aux espaces sous pression 17 a ou B Oa par l'intermédiaire de canaux non représentés ménagés dans la bride et dans le c 3 ne. Le montage l'un derrière l'autre des pistons 18, 19 est essentiel pour assurer un desserrage et une extraction impeccablesdu cane 13 de l'outil Les forces d'extraction nécessaires peuvent ainsi être plusieurs fois multipliées par rapport aux forces d'engagement antagonistes générées par les paquets de rondelles Belleville Sieneffet,un outil préala- ? 54167 blement froid est engagé par son cène dans le porte-outil chauffé par le précédent usinage, le cône de l'outil se dilate sous l'effet de la chaleur dégagée par l'usinage suivant Il en résulte de fortes contraintes thermiques qui bloquent le cône de l'outil dans le perçage de fixation de la même façon que dans le cas d'un emmanchement dit à chaud dans lequel un moyeu chauffé est fretté sur un arbre froid. Les pistons 18, 19 montés l'un derrière l'autre doivent donc non seulement surmonter les forces exercées par-les paquets de rondelles Bellevillemais aussi les forces d'adhérence considérables engendrées par les contraintes thermiques. REVENDICATIONS 1 Porte-outil pour perceuses, fraiseuses et autres machines-outils analogues, comprenant un cône s'adaptant dans un premier perçage de fixation conique de la broche, un support disposé coaxialement sur celuici et muni d'un second perçage de fixation conique, coaxial au premier, prévu pour le cône d'un outil et plus petit que le perçage de fixation de la broche, et comprenant aussi un dispositif de serrage pour l'emmanchement du cône de l'outil dans le second persage de fixation conique, caractérisé par le fait que le cône ( 3) du porte-outil comporte un alésage coaxial ( 17) dans lequel peut se déplacer axialement un support ( 25) portant une pince de serrage ( 26) dont les extrémités réalisées sous forme de crabots( 27) s'engagent dans une gorge annulaire ( 13 a) à, l'extrémité libre ( 13 b) du cône ( 13) de l'outil, que dans le support ( 7), concentriquement au second perçage de fixation conique ( 12), sont installés plusieurs paquets ( 30) de rondelles Belleville qui agissent axialement, par l'inter- médiaire de plusieurs bras ( 33) disposés radialement, sur le support ( 25) de la pince de serrage dans le sens de la fermeture de celle-ci, et que pour l'ouverture de la pince ( 26) et l'extraction du cône ( 13) de l'outil, dans l'alésage ( 17) du c 8 ne ( 3) du porte-outil est monté au moins un piston ( 18) à commande hydraulique agissant sur le support ( 25) de la pince de serrage à l'encontre de la pression exercée par les rondelles Belleville. 2 Porte-outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cône ( 3) du porte-outil sont disposés axialement l'un derrière l'autre deux pistons ( 18, 19) dont l'un, le premier piston ( 18), est monté déplaçable dans l'alésage ( 17) lui-même, tandis que le second piston ( 19), placé dans une chemise de cylindre ( 20) insérée dans l'alésage ( 17) et munie d'un fond ( 21), est guidé par la tige ( 23) du premier piston ( 18) qui vient s'appliquer sur lui, le second piston ( 19) agissant par sa tige ( 24) sur le support ( 25) de la pince de serrage. 3 Porte-outil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un alésage central ( 34) est prévu dans le premier piston ( 18) et dans sa tige ( 23)o 4 Porte-outil selon la revendication 1 ou 39 caractérisé par le fait que dans le cône ( 3) du porte-outil est prévu un alésage central ( 35) amenant le fluide sous pression et débouchant dans l'alésage ( 17). Porte-outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur le support ( 25) est disposé un téton d'extraction central ( 25 a) portant la pince de serrage ( 26). 6 Porte-outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support ( 7) pour recevoir les paquets ( 30) de rondelles Belleville comporte plusieurs perçages à trous borgnes ( 29) disposés sur un cercle concentrique au perçage de fixation ( 12). 7 Porte-outil selon la revendication 1 ou 6, caractérisé par le fait qu'entre les paquets ( 30) de rondelles Belleville et les bras de soutien ( 33) est installée une bague-support ( 31) mobile axialement. 8 Porte-outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support ( 7) est réalisé cylindrique et est vissé sur une bride ( 3 a) venue d'une seule pièce avec le cône ( 3) du porte-outil.