Brevet FR2548566A1 — publié le 19850111

Mandrin de serrage automatique à spirale à corso totale, avec moteur à fluide incorporé. Cette invention est utilisable sur toutes machinesoutils - utilisation dynamique sur broches tournante. pour tours paralliles, à CN, multiaroches, verticaux machines à fileter, rectifieuses, machines spéciales,.... - utilisation statique sur tables fixes ou mobiles, fraiseuses, perçeuses, taraudeuses, mortaiseuscs, centres d'usinage à CN, machines spéciales, etc... - depuis 100 ans on utilise pour le serrate des pièc@s à usiner, en particulier sur broches tournantes, des mandrins à mors mobiles, commandés par une couronne à "spirale d'Archimède" mise en rotation par un ensem- ble de pignons coniques, ou par vis sans fin et roue tangante, manoeuvré par une clef à main. - depuis 50 ans, pour serrer les pinces produites en grande série, on utilise des mandrins automatiques à commande hydraulique ou pneumatique dont la course est généralamant trés faille ( 3 à 6 mm) ci qui les rend d'un emploi difficile pour une utilisation on travail unitaire, ou de petite série, ou l'on change continuallement de @ de serrage. - le premier systâme présente l'avantage de pouvoir serrer immédiatamant des @ trés différants, l'inconvé nient est que cela prend un temps esses long, il faut introduire la clef dans le carré d'entrainement, tourner la clef pour entraîner la spirale et serrer la pince ; faire la man@@vre inverse pour le désserrage, En plus de la lenteur de ces opérations, il faut tenir compte de la fatigue de l'opérateur, la force de serra étant directement proportionnelle à la force exercée sur la clef. Le @@cond système à l'avantage d'@tre trés rapide dans la fonction de serrage et de désserrage de la pièce, de ne pas fatiguer l'opérateur, donc d'avoir une constence d@ la force de serrage. L'inconvénient majeur réside dans la difficulté de passer d'un @ de serrage à un autre car la course de serrage est très faible et que la temps de déplacar les mors sur les assises crantées est long et comporte une possibilité d'erreur non négligable. L'invention presentée ici apporte les avantages des systèmes précités sans en avoir les inconvénients, c'est donc le système de serrage le plus avantageux. Le moteur et le mandrin sont indépendants, on peut laisser en place, sur le nez de broche de la machine le flasque d'adaptation avec le moteur, et monter, devant, sur cet ensemble, indifféremment un mandrin 2, 3, 4 , 6 mors, suivant les pièces à usiner, ou encore un porte-pince ou un expansible, ou un appareil spécial qui devisent automatique grâce à l'entratnement par le moteur. Le mandrin permet d'effectuer la course totale des mors. On obtint un changement rapide des mors en allant jusqu'à l'échappement de la spirale. économie de force motrice du fait que la pompe de mise en pression du flu'de ne fo@ction@e que pandant la rotation du moteur. On traveille aver un fluide à basse température qui ne crée pas de point chaud au nez de broche de la machine. Cet appareil correspond aux voeux exprimés par de nombraux utilisataure, an particulier pour l'équipamert de machin@s-outiols utiolisxées dans l@@ "Ateliers flexi@les". Il est dansé à titre d'ex@mple non limitatif, un mode de réelisation se référant aux dessins ci-annexés Planche 1 : la figure 1 représente une perspective d'ensemble, on y remarque en particulier, le mandrin (1), le collier d'alimentation (16) et le levier de commande (17) ; la figure 2 représente une vue éclatée du mandrin (1), la couronne (4), le moteur à fluide (5) avec son arbre creux (12) a crabots (20) et le flasque d'adaptation (6). Planche 2 : la figure 3 représente une vue éclatée du moteur à fluide (5), on y remarque le stator (7), le rotor (10), les pales (11) et l'arbre creux (12) la figure 4 représente la pale (11), le galet (14), et la came (15) ; la figure 5 représente le stator (7) avec ses parties cylindriques motrices (21), ses dégagements d'alimentation et de décharge (22), ses bossages-paliers (23) r le rotor (10) et le système d'escamotage des pales (24) ; la figure 6 représente la coupe dans un plan brisé x x' de la figure 5 mon trant la position du galet (14) et de la came (15). Planche 3 : la figure 7 représente une vue d'ensemble en coupe montrant la position du collier d'alimentation (16), pour montage à l'avant des poupées ; la figure B représente un schéma de positionnement des clapets anti-retour (le) par rapport eu demi-collier de distri bution (16 A) ; la figure 9 représente une pale (11) avec son galet (14) et la position du fil cylindrique (19) en matière déformable ; la figure 10 représente la coupe d'un clapet anti-retour (le), on remarque la forme de la gorge d'alimentation du demi-collier (16 A) la figure 11 représente une vue d'ensemble en coupe montrant la position du collier d'alimentation (16) à l'arrière des poupées. L'invention consiste à obtenir d'un mandrin convntion- nel à clef, qu'il devienne autometique dans le sens d'ouvertura et de fermeture Pour obtenir ce résultat, on utilise les éléments de base d'un mandrin à clef : fig. 1 corps du mandrin (1) modifié, mors de base ( porte-mors ) (2), mors de serrage amovibles (3), couronne à spirale "d'Archimèd@" (4) modifiée. On accOuple conc@ntriquement à l'arrière de la couronne un moteur à fluide (5). Ce moteur faisant partie de l'invention sera décrit à la suite . Il possède un arbre creux (12) avec des crabots (20) sur sa partie frontale, qui ont pour but d'entrainer la couronne (4) qui possède elle mEme des crabots récepteurs. La rotation du moteur dans le sens horaire ou inverse permet d'obtenir des mors (3) le mouvement de serrage ou de d'ésserrage. Le fait que le moteur possède un arbre creux (12) permet de faire passer une barre au travers. Un flasque d'adaptation (6) contenant le cxr- cuit distributeur du fluide extérieur au moteur, assure la fixation au nez de broche : cylindrique, "A5A/ISO, "cam-lock". bayonnette, etc .... L'arrivée du fluide sous pression et le retour peuvent se faire - par broche tournante de la machins, pour celles munies d1un dispositif d'alimentation par la broche. - pour les autres, un système indiqué fig. 7 permet d'injecter le fluide, à l'arret, soit directement dans le flasque (6), soit par l'arrière avec des canaux passant au travers de la broche, fig. 11. - pour les utilisations en mandrin statique, on fixe les canalisations directement sur le flasque d'adapta- tion (6). Le moteur à fluide peur itre de différents types, par exemple tel que décrit ci-d-ssous : le moteur comprend, fig. 3 : 1 stator annulaire 17), 1 flasque de distribution du fluide (8), 1 flasque avec came de positionnement des pales (9), 1 rotor (1D) contenant les pales mobiles (11), 1 zabre creux d'entrainament (12), 1 clavette d'antrainement (13). Le stator (7) annulaire est en forme de came dans sa partie inférieure, celle-ci comporte, fig. 5, des parties cylindriques pour les parties motrices (21), des dégagements (22) pour l'alimentation et la décher- ge du fluide et des bossages cylindriques (23i dans lesquels le rotor (0) tourne comme dans un palier, ces portées assurent en outre l'étanchéité des chambres de compression Le rotor (10) contient l'ensemble des pales (11) qui sont maintenues en position ans des encoches de forme particulière, fig. 5, qui permettent de les escamoter par rotation sur elles-memes, dans la position palier, puis de les remettre dans la position motrice. Les pales pourraient, ou non, posséder sur leur géné ratrice de contact, fig. 9, une encoche contenant un fil cylindrique (19) en matière déformabls, pour parfaire l'étanchéité de contact. L'escamotage des pals est obtenu par poussoir à ressort (24), fig. 5. La mise en position motrice est obtenue par la came (15) contenue dans le flasque (9) et le galet (ld) incorporé à la pale, fig. 4 et fig. 5. En variante, an supprimant les poussoirs à ressort, un second galet pourrait strie monté coaxialoment au premier, commandé par une seconde came, logée dans l'autre flasque. Le mouvement de rotation est obtenu de le fagon suivante le fluide sous pression distribué par le flasque (8) arrive au travers du stator (7) dans les dégagements (22), il prend appui sur les bossages-paliers (235 et chasse les pales (11) qui sont en position motrice. Le fluide de retour s'échappe par les autres digagerents (22). La succession des pales en position motrice assure la continuité du mouvement rotatif. Par inversion du sens d'arrivÉe du fluide, on obtient I1 inversion du sens de rotation du moteur. L'arbre creux (12) d'entrainement possède au moins une clavette (13) qui le solidarise au rotor. il permet d'entraner coaxialemsnt la couronne (4) grâce à ses crabots (20). Un jeu important existe entre les crabots de l'arbre creux et ceux de la couronne créant un choc au désserrage, lequel permet de pallier l'effet de coince- ment résultant du Serrage. Suivant le sens de rotation du moteur, donc de la couronne, on obtint le déplacement des mors mobiles, en serrage ou désserrage. En variante : on pourrait utiliser un système de moteur presque analogue, à cette différence près que les pales rotatives seraient remplacées par des pales coulissantes ; les encoches du stator seraient parallélépipédiques, leur position travail et leur e@@emo- tage seraient obtenus par un mouvement alternatif rectiligne commandé par des galets pilotés par des cames D'autres systèmes de moteurs pourraient être utilisés, à condition d'avoir une faible épaisseur, d'avoir un arbre creux d'un du important, un grand couple au démarrage et un faible poids. Le système d'alimentation, fig. 7 et fig. B, est valable pour les machines n'ayant pas de distribution par la broche. L' alimentation doit se faire pendant l'arrêt de la broche, à l'aide d'un collier d'alimentation (16), constitué de deux parties, l'une mobile (16 A), l'autre fixe (16 ). Le fluide sous pression arrive au demi-collier de distribution inférieur (15 A) auquel aboutit également la canalisation de retour. Le domicollis-r de distribution supérieur (16 B) est fixé sur la face de la poupée de la machine de façon à coiffer le flasque d'adaptation (6), dans celui-ci est articulé le demi-collier inférieur l16 A), le levier (17) de commande agit sur un micro-rupteur coupant le circuit d'auto-alimentation de la bobine d'appel du relais de broche, ceci pour éviter les démarrages intempestifss En actionnant le levier (17) vers le bas, le demi-câllier inférieur (16 A) vient porter, fig. 10, sur la périphérie du flasque d'aoap- tation (6), les joints toriques assurent l'étanchéité par compression dans leurs gorges, les canaux d'alimentation possèdent une double gorge dont la partie centrale enfonce la bille des clapets anti-retour (18) qui empêchent le fluide de sortir pendant la rotation. Les billes étant enfoncées, le passage est rendu libre aussi bien pour l'entrée que pour la sortie du fluide, au retour. Par rotation sur elle-meme de la poignée du levier (17), on peut commander électriquement le sens d'arrivée du fluide pour obtenir l'ouverture ou la fermeture. Ce dispositif pourrait être automatisé. Trois ou quatre groupes de réception de pression, avec leurs clapets anti-retour (1B), sont disposés sur la périphérie du flasque (6), à 90 ou à 120', fig. 8, de façon à ce qu'un groupe se trouve toujours en bonne position par rapport au demi-collier de distribution (16 ) ; quelle que soit la position d'arrbt de la broche. - Dans le cas ou il ne serait pas possible de monter le collier de distribution a 11 avant, on pourrait monter un ensemble identique, fig. 11, à l'srribre de la poupée, concentriquement à la broche ; le fluide en pression et son retour, passant au travers de la broche dans des canaux contenus dans un tube de liaison (25) réunissant une bague de réception (26), concentrique au collier (I 6), au flasque de montage sur la broche (7). Ce mandrin est destiné à remplacer - les mandrins à clef à commande à main, grand gain de temps, suppression de la fatigue de l'opérateur. - les mandrins automatiques habituels, hydrauliques ou pneumatiques, qui ont une faible course et dont le temps de changement des mors est trop long. Le mandrin objet de la présente invention est aussi rapide qutun mandrin automatique, il permet aux mors d'effectuer toute leur course. En allant jusquau bout de la rotation, on éjecte les mors, ce qui permet d'obtenir un changement de mors rapide. De plus, grâce à sa course totale, sur les tours à CN, on peut, par exemple, faire immédiatement la 2éme prise de pièce, dès que la 1ère phase d'usinage est terminée, par simple retournement de la pièce, sans avoir à effectuer de changement de mors, en serrant instantanément un petit ou un grand diamètre, ce qui permet d'avoir immédiatement la 1ire pièce de la série, entièrement finie. Elle pbut, ainsi, passer à ltopiration suivante sur une autre machine, pour un autre usinage. Ceci évite d'avoir ou pied des machines, des centaines, voire des milliers, de pièces en attente. REVENDICATION5 1 - Mandrin de serrage automatique à spirale, à course totale, av@c moteur à fluide incorporé, du type co.Tpor tant un corps avec des coulisses radiales contenant des mors de serrage, dont le déplacement est obtenu par la rotation d'uns couronne à spirale, caractérisé en ce que la couronne à spirale (4) est entrainés concentriquement par un moteur à fluide (5) possédant un arbre creux (12) ce qui permet de conservez le passage de broche de la machine.Cette motorisation @@ la couronne permet une course totale des mors, du plus petit diamètre de serraqe,jusqu'à leur éjection et ceci automatiauement, et que le dit moteur comporte 1 stator annulaire (7), 1 flasque de distribution du fluide (B), 1 flasque avec came de positionnament des pales (9), 1 rotor (10) contenant les pales rotatives (11) I arbre creux (12) à crabots (20), 1 clavette d'entra2- nement (13); ce qui lui confère un faible poids, une faible épaisseur, un grand couple de démarrage, une vitesse lente, et un arbre creux d'un diamètre intérieur important par rapport au diamètre extérieur. 2 - Mandrin de serrage automatique à spirale, à course totale, avec moteur à fluide incorporé, selon le revendication 1, caractérisé en c@ que le stator annulaire (T) du moteur est en forme de cama dans sa partie intérieure, @t qu'il comporte des parties cylindriques (21), pour les zones motrices,des dégagements (22) pour l'alimentation et la décharge du fluide et des bossages cylindriques (Z3), dans lesquels le rotor (10) tourne comme dans un palier* ces portées assurent @n outre l'étanchéité des chambres de compression comprises entre les dégagements (22). 3 - Mandrin de serrage automatique à spirale, à course totale, avec moteur à fluide incorporé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales (11) du moteur possèdent sur leur génératrice une encoche contenant un fil cylindrique (19), en matière défor- mable, pour parfaire l'étanch@@té de contact. 4 - flandrin de serrage automatique à spirale, à cours totale, avec moteur à fluide incorporé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (10)du moteur contient l'ensemble des pales (11) en les maintenant en position dans des encoches de forme particulière, qui permet de les escamoter partiellement par rotation sur elles-mêmes, 5 - Mandrin de serrage automatique à spirale, à course totale, avec moteur à fluide incorporé, selon revendication 1 et 4, caractérisé en ce que l'ascamotege des pales (11) du moteur est obtenu par rotation sur elles-mêmes à l'aide de poussoirs à ressort (24). 6 - Mandrin de serrage automatique à spirale, à course totale, avec moteur à fluide incorporé, selon reven- dication 1 , caractérisé en ce que la mise en position motrice des pales (11) du moteur est obtenue par la came (15) contenue dans le flasque (9) et le galet (14) contenu dans la pale. 7 - Mandrin de serrage automatique, à spirale, à course totale, avec moteur à fluide, incorporé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre creux d'entrainement (12) du moteur possède soit, au moins une clavette (13) qui le solidarise au rotor (10), soit des cannelures exécutées sur l'arbre creux (12) et le rotor (10); il permet d'antrainer la couronne (4), grâce à ses crabots (20), - - Mandrin de serrage automatique, à spirale, à course totale avec moteur à fluide, incorporé, selon la revendication 1, caractérisé @n ce qu'un jeu important entre les crabots (20) de l'arbre creux (12) du mo- tour et ceux de la couronne (4) crée un choc au dé- marrage qui permet de pallier l'effet de coincement résultant du serrage 9 - Mandrin de serrage automatique, à spirale, à course totale avec moteur à fluide, incorporé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'alimentation du fluide du mandrin est obtenu notamment pour les machines ne possèdant pasde distribution par la broche, par un collier (16) formé de 2 parties articulées, dont le demi-collicr (16 ) est fixé sur la poupée de la machine, de manière à coiffer le flasque d'adaptation (6), le demi-collier (16 A), par l'action du levier (17), vient au contact du flasque (6) pour y introduire le fluide sous pression, et receuillir le fluide de retour. Cette maneuvre s'ef fectue pendant l'arrêt de la broche, alors que pendant la rotation de la broche, la partie tournante, en particulier le flasque (6) et le partie fixe, le collier (16) ne sont pas en contact. Le levier (17) pouvant être automatisé. 10 - Mandrin de serrage automatique, à spirale, à course totale, avec moteur à fluide, incorporé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clapets anti-retour (16) disposés par paires sur la périphérie du flasque (6) ont pour but dtampecher le fluide de sortir du moteur, pendant la rotation de la broche. La partie centrale de la double gorge du demi-collier (16 J) enfonce la bille, ou soupape, du clapet antiretour (18) pour éviter que le fluide de retour ne soit arrété par la bille, bloquée par la pression.