Brevet FR2560094A1 — publié le 19850830

BROCHE DE MACHINE-OUTIL ET PORTE-OUTIL S'Y ADAPTANT L'invention concerne une broche de machine-outil et un porte-outil s'y adaptant, cette broche présentant, dans sa tête, un trou de réception tronconique pour recevoir une queue conique d'un premier porte-outil, et présentant une surface frontale annulaire entourant ce trou de réception tronconique. Il s'est avéré que cet assemblage, le plus souvent utilisé, entre tête de broche (selon la norme allemande DIN 2079) et queue conique (DIN 2080) du porte-outil n'est plus approprié pour transmettre à l'outil la pleine puissance des machines-outils actuelles, plus puissantes. Dans le cas d'un cône ISO0-50 selon DIN 2080, le plus grand diamètre du cône est de l'ordre de 70 mm, la queue conique étant reçue dans une broche dont le diamètre extérieur est de 128 mm. La totalité des forces transversales agissant sur l'outil doit donc être transmise à la broche par la queue conique relativement mince par rapport à la broche de la machine-outil. Afin que la queue conique ne se débloque pas dans le trou de réception tronconique, il faut qu'une très grande force de traction soit exercée par un dispositif de traction agencé dans la broche, tirant la queue conique dans le trou de réception. De tels dispositifs de traction doivent, dans le cas des machines à changement d'outil automatique, donc dans le cas des "centres d'usinage", être en mesure de libérer la queue conique pour le processus de changement. C'est pourquoi on utilise souvent des griffes de serrage actionnées par des rondelles Belleville, griffes qui, lors de la détente des rondelles Belleville, se ferment derrière la tête d'un tenon de tête agencé à l'extrémité de la queue conique et tirent, sous l'effet de la force résiduelle, cette queue conique dans le trou de réception. Il en résulte une réduction notable de la force de traction, même si les rondelles Belleville ont une très grande précontrainte, de sorte qu'il peut arriver qu'un effort de coupe important, dirigé radialement, agissant sur un outil formant saillie loin de la broche, provoque un déblocage intermittent de la queue conique dans le trou de réception. Des phénomènes de broutage apparaissent alors. En outre, le plus grand diamètre de la queue conique est notablement inférieur au diamétre extérieur de la broche. Comme la rigidité en flexion du porte-outil est déterminée par son plus petit diamètre non- emprisonné, il en résulte que la rigidité en flexion ne dépend que du plus grand diamètre de la queue conique. On connaît aussi un outil de perçage (brevet DE 31 08 439), dans lequel la partie tête de l'outil présente un tenon cylindrique calibré qui s'engage dans un alésage cylindrique calibré du porte-outil. Le porte- outil présente, dans la région de l'alésage cylindrique calibré, deux trous taraudés diamétralement opposés, dirigés radialement, avec, dans chacun d'eux, une vis de serrage munie d'une creusure conique. Dans un trou transversal du tenon calibré peut coulisser radialement une cheville de serrage présentant des embouts coniques, un à chacune de ses deux extrémités, lesquels coopèrent avec les creusures coniques des vis de serrage. Les axes des trous taraudés et du trou transversal sont disposés de manière que, lors du serrage de l'une des vis de serrage, celle-ci agisse sur la cheville de serrage et presse une surface annulaire entourant le tenon calibré contre la surface frontale du porte-outil. Il s'est avéré que ce genre d'assemblage possède une grande précision de montage et une excellente répétabilité, et assure la transmission d'un couple élevé ainsi qu'une liaison très rigide en flexion 3 2560094 entre les parties de l'outil de perçage. Toutefois, comme le porte-outil lui-même présente, dans l'outil de perçage connu, une queue conique par laquelle il peut être inséré dans la broche de la machine-outil, les inconvénients mentionnés au début subsistent pour ce qui est de la liaison du porte-outil à la broche de la machine-outil. L'invention a pour but d'améliorer une broche de machine-outil et un porte-outil s'y adaptant, du type mentionné au début, de façon à créer, entre broche de machine-outil et porte-outil, une liaison rigide en flexion, permettant la transmission d'un couple élevé, cela tout en permettant néanmoins d'insérer aussi, à titre de remplacement en cas de besoin, des porte- outils à queue conique classique dans la tête de broche. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la tête de broche est munie, dans la région du trou de réception tronconique, d'un alésage cylindrique calibré qui est destiné à recevoir, à titre de remplacement, un tenon cylindrique calibré appartenant à un deuxième porte-outil et présente un diamètre un peut plus petit que le plus grand diamètre du trou de réception tronconique et une longueur axiale qui, mesurée depuis la surface frontale, est plus courte que la longueur axiale du trou de réception tronconique, par le fait que la tête de broche présente, dans la région de l'alésage calibré, deux trous taraudés dirigés radialement, diamétralement opposés, qui reçoivent chacun une vis de serrage munie d'un embout conique ou d'une creusure conique, par le fait qu'une cheville de serrage peut coulisser radialement dans un trou transversal du tenon calibré et présente en chacune de ses extrémités une creusure conique ou, selon le cas, un embout conique, coopérant avec l'embout conique ou, respectivement, la creusure que comporte la vis de serrage correspondante, et par le fait que la distance de l'axe des trous taraudés à la surface frontale est un peu plus grande que la distance de l'axe du trou transversal à une surface annulaire entourant le tenon calibré, de sorte que, lorsque l'on serre l'une des vis de serrage, celle- ci agit sur la cheville de serrage dans le sens d'un serrage de la surface annulaire contre la surface frontale. L'idée à la base de l'invention est donc d'aménager, dans la tête d'une broche de machine-outil, aussi bien un trou de réception tronconique qu'un alésage cylindrique calibré, de manière que l'on puisse, au choix, insérer dans la broche un porte-outil avec queue conique classique ou bien un porte-outil avec tenon cylindrique calibré dans lequel une cheville de serrage peut coulisser radialement. Cela présente l'avantage que l'utilisateur de la machine-outil peut continuer à utiliser ses outils classiques, c'est-à-dire des porte-outils avec queue conique, pour les travaux n'impliquant pas de tels couples ou moments fléchissants élevés. L'utilisateur peut néanmoins utiliser aussi, s'il le désire, des outils ou des porte-outils du nouveau type, qui peuvent être directement reçus, par leur tenon cylindrique calibré, dans l'alésage cylindrique calibré de la tête de broche. On obtient ainsi, entre tête de broche et outil ou, selon le cas, porte-outil, une liaison particulièrement rigide en flexion, autorisant aussi la transmission de couples importants. Le décalage axial des axes des vis de serrage et de la cheville de serrage a pour effet que celle-ci est également déplacée en direction axiale, sous l'effet des composantes de force agissant axialement, et serre ainsi, avec une importante force de précontrainte, la surface annulaire contre la surface frontale de la tête de broche. Sous l'effet du serrage intense et uniforme des surfaces annulaire et frontale, une grande partie des couples de rotation se trouve déja transmise par ces surfaces, grâce à une liaison par frottement. Le reste du couple de rotation est transmis par les vis de serrage et par la cheville de serrage. Un autre point important est en outre le fait que, la surface annulaire étant bien appliquée contre la surface frontale, les efforts transversaux agissant sur l'outil sont transmis, par ces deux surfaces, à un diamètre relativement important, correspondant au diamètre de la broche. On obtient ainsi une liaison ayant une grande rigidité en flexion, entre broche de la machine-outil et porte-outil. Ainsi, l'usinage est encore plus précis, l'outil est moins susceptible de vibrer, la puissance de la machine est mieux transmise à l'outil, et de plus grands porte-à-faux de l'outil sont possibles. En outre, on peut ainsi obtenir de plus grandes puissances de coupe et des temps d'usinages plus courts. De plus, on dispose de cet avantage que tous les éléments participant au serrage susceptibles de s'user si les changements d'outils sont fréquents, à savoir les vis de serrage et la cheville de serrage, peuvent être remplacés sans problèmes. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide la description d'exemples de réalisation non limitatifs présentée ci-après, et des dessins annexés illustrant cette description, sur lesquels - la figure 1 représente, en partie en coupe longitudinale, un premier exemple de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente, en partie en coupe longitudinale, un deuxième exemple de réalisation; et - la figure 3 représente la broche de machine-outil selon l'invention avec queue conique classique en position d'insertion. La broche de machine-outil 1 est montée à rotation dans la poupée de broche 2. La broche comporte dans sa tête la un trou de réception tronconique 3a,3b. Ce trou de réception tronconique 3a,3b est réalisé conformément à la norme allemande DIN 2079 ou la norme ISO0 correspondante. Le trou de réception 3a est entouré par une surface frontale annulaire plane 4, perpendiculaire à l'axe A de la broche. Dans la région du trou de réception tronconique 3a,3b, la tête la de la broche présente un alésage cylindrique calibré 5. Le diamètre D de cet alésage calibré 5 est un peu plus petit que le plus grand diamètre D1 du trou de réception tronconique 3a,3b. Mesurée à partir de la surface frontale 4, la longueur axiale L de l'alésage calibré 5 est plus courte que la longueur axiale L1 du trou de réception tronconique 3a,3b. Le diamètre D de l'alésage calibré cylindrique doit être choisi de manière qu'il subsiste, entre la surface frontale 4 et le début de l'alésage cylindrique calibré 5, une portion 3a du trou de réception tronconique 3a,3b suffisamment longue en direction axiale, convenant pour fournir un appui fiable à la queue conique 6 de l'outil représentée à la figure 3. Il s'est avéré opportun que le diamètre D de l'alésage calibré 5 soit inférieur d'environ 4 à 10 %, de préférence d'environ 6,5 %, au plus grand diamètre D1 du trou de réception tronconique. Dans le cas d'un cône selon ISO-50, le plus grand diamètre D1 du trou de réception tronconique 3a,3b est de 69,85 mm. Si l'on adopte 65,5 mm pour le diamètre D de l'alésage calibré , la portion 3a du trou de réception tronconique 3a,3b possède alors une longueur axiale d'environ 14,9 mm. Cela est suffisant pour obtenir une bonne qualité d'appui de l'extrémité antérieure de la queue conique 6. Afin que l'extrémité postérieure de la queue conique 6 reçoive également un appui dans la tête de broche la, l'alésage calibré 5 ne peut pas s'étendre sur toute la longueur L1 du trou de réception tronconique. La longueur axiale L de l'alésage calibré 5, mesurée depuis la surface frontale, doit avoir une valeur de l'ordre de 1/2 à 2/3 de la longueur axiale L1 du trou de réception tronconique. De cette manière, il subsiste une portion 3b du trou de réception tronconique 3a, 3b qui assure un appui suffisant de l'extrémité postérieure de la queue conique 6. La tête de broche la présente en outre, dans la région de l'alésage cylindrique calibré 5, deux trous taraudés 7 et 8 qui suivent des directions radiales et sont diamétralement opposés, et dans chacun desquels une vis de serrage 9,10 peut être vissée radialement. La vis de serrage 9 présente un embout conique 9a et la vis de serrage 10 présente une creusure tronconique 10a. L'axe A1 des trous taraudés 7,8 est à une distance ai de la surface frontale 4. Le porte-outil 11 présente un tenon cylindrique calibré 12 s'ajustant avec un très faible jeu (pratiquement sans jeu) dans l'alésage calibré 5. A son extrémité libre 11a, le porte-outil 11 porte un outil, par exemple une tête de perçage, un outil d'alésage, une fraise, un alésoir, ou analogue, se trouvant en liaison permanente ou amovible pour permettre le remplacement, avec le porte-outil 11, cela avec interposition éventuelle de pièces intermédiaires. Dans le tenon calibré 12, on a prévu un trou transversal 12 dans lequel une cheville de serrage cylindrique 14 peut coulisser radialement. Cette cheville de serrage 14 présente, à sa première extrémité, un embout conique 14a par lequel elle s'engage dans la creusure tronconique 10a, et présente à son autre extrémité une creusure tronconique 12b dans laquelle s'engage l'embout conique 9a. La cote a2 de l'axe A2 du trou transversal 13 est un peu plus petite que la cote de distance al définie plus haut. Le porte-outil 11 peut en outre être entouré d'un anneau d'amenée de réfrigérant 15 qui est agencé fixe alors que le porte-outil est tournant. Cet anneau d'amenée de réfrigérant amène au trou axial 15o du porte-outil du liquide réfrigérant qui est acheminé jusqu'aux tranchants de l'outil. Pour changer d'outil, il suffit simplement de desserrer la vis de serrage 9 jusqu'à ce que l'extrémité antérieure de son embout conique 9a ne pénètre plus dans l'alésage calibré 5. La cheville de serrage 14 peut alors se déplacer, dans le trou transversal 13, à un point tel que son extrémité conique 14a sorte de la creusure conique 1Oa et que le porteoutil 11 puisse alors être enlevé, vers la gauche, de la tête de broche la. On introduit ensuite dans l'alésage calibré 5 le tenon calibré 12 du porte-outil 11 d'un autre outil. La portion 3a du trou de réception tronconique 3a,3b facilite l'introduction du tenon calibré 12, puisque cette portion 3a s'élargit vers l'extérieur, du diamètre D de l'alésage calibré 5 jusqu'au diamètre D1. Si l'on visse ensuite la vis de serrage 9 dans le trou taraudé 7, radialement vers l'intérieur, son embout conique 9a déplace alors radialement la cheville de serrage 14, de sorte que l'embout conique 14a de cette dernière revient en prise dans la creusure 1Oa de la vis de serrage 10. La force de serrage, agissant radialement, de la vis de serrage 9 engendre, dans la vis de serrage 10, une force de réaction antagoniste de même grandeur. Le décalage axial des axes A1 et A2 a pour effet que chacune des deux vis de serrage 9 et 10 engendre une composante de force de même grandeur, dirigée axialement. Par suite, la force de serrage de la vis de serrage 9 produit, pour un angle de cône de 90 , un doublement des forces de serrage et presse la surface annulaire 16 du porte-outil 11 contre la surface frontale annulaire 4 avec une force double de la force de serrage dirigée radialement. Comme on peut le voir en examinant la figure 1, le diamètre extérieur de la surface annulaire 16 est de même valeur que le diamètre extérieur de la surface frontale 4, lequel correspond à peu près au diamètre de la tête de broche la. Le porte-outil prend donc appui sur une très large base, par l'intermédiaire des surfaces 16 et 4, contre la tête de broche la, ce qui est d'une importance essentielle pour l'obtention d'un assemblage rigide en flexion et peu sujet aux vibrations, entre les deux parties. L'utilisation d'une vis de serrage 9 avec embout conique 9a et d'une vis de serrage 10 avec creusure conique 10a, ainsi que d'une cheville de serrage correspondante 14 présentant, à sa première extrémité, un embout conique 14a et, à son autre extrémité, une creusure conique 14b, s'est avérée particulièrement avantageuse en pratique. Le cas échéant, l'agencement pourrait toutefois aussi être tel que les deux vis de serrage seraient munies chacune d'une creusure conique alors que la cheville de serrage présenterait un embout conique à chacune de ses extrémités. Inversement, les deux vis de serrage pourraient aussi être dotées d'embouts coniques, tandis que la cheville de serrage présenterait des creusures coniques à ses deux extrémités. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, la tête de broche la avec trou de réception 3a,3b et alésage calibré 5 présente une configuration 1 0 identique à celle représentée dans l'exemple selon la figure 1. Le porte-outil 1il' est lui aussi, en son extrémité tournée vers la tête de broche la, réalisé exactement comme le porte-outil 11. Pour cette raison, on a donc utilisé les mêmes références, et la description précédente est applicable. Toutefois, à son extrémité antérieure, le porte-outil 11' présente un alésage calibré 17 et, dans la région de cet alésage calibré, deux trous taraudés diamétralement opposés 18 et 19. Des vis de serrage correspondant aux vis de serrage 9 et 10 peuvent être vissées dans ces trous taraudés. Le diamètre Dl de l'alésage calibré 17 est choisi de façon à recevoir le tenon calibré, non représenté, d'un outil de fraisage, d'un outil d'alésage, d'une tête de perçage, aménagé selon le brevet DE 31 08 439, ou encore le tenon calibré d'une pièce intermédiaire que l'on dispose éventuellement entre outil et porte-outil. Le porte-outil 11' sert pour ainsi dire d'adaptateur entre la broche de machine-outil selon l'invention et les outils selon le brevet DE 31 08 439, outils dont les dimensions sont maintenant fixées. Le porte-outil 11' avec son anneau d'amenée de réfrigérant 15 présente en outre l'avantage que l'on peut utiliser un seul et même porte-outil 11' et un seul et même anneau d'amenée de réfrigérant pour le raccordement d'outils différents, présentant une amenée interne de réfrigérant allant à leurs tranchants. Enfin, la figure 3 montre comment un outil avec le porte-outil connu 20 à queue conique selon DIN 2080 peut être fixé à la broche de machine-outil selon l'invention. A cette fin, les vis de serrage 9 et 10 sont enlevées, et les deux entraîneurs habituels 21, diamétralement opposés, sont introduits dans des rainures correspondantes 22 qui sont aménagées de manière connue dans la surface frontale 4. Les entraîneurs 21 s'engagent dans des rainures 23 prévues dans le collet d'entraînement 20a du porteoutil 20. Par une tige de traction 25 vissée dans la queue conique, ou par une pince de tension (non représentée), chargée par ressort, la queue conique 6 est tirée dans le trou de réception tronconique 3a,3b et prend alors appui contre les portions 3a et 3b de celui-ci. Pour amener du fluide réfrigérant, on peut utiliser un anneau d'amenée de réfrigérant 26 entourant concentriquement le porte-outil. Pour terminer, il convient en outre d'indiquer que le porte-outil 111' pourrait aussi présenter, au lieu de l'alésage calibré 17, un deuxième tenon calibré saillant vers l'avant, avec un trou transversal et une cheville de serrage agencée dans celui-ci. Un porte-outil ayant une configuration de ce genre convient alors pour recevoir des outils présentant, selon une inversion cinématique du principe décrit dans le brevet DE 08 438, au lieu d'un tenon calibré, un alésage calibré avec deux trous taraudés diamétralement opposés. Il a déja été proposé d'utiliser de tels outils en combinaison avec des dispositifs changeurs d'outils. REVENDICATIONS 1. Broche de machine-outil et porte-outil s'y adaptant, cette broche présentant, dans sa tête, un trou de réception tronconique pour recevoir une queue conique d'un premier porte-outil, et présentant une surface frontale annulaire entourant ce trou de réception tronconique, caractérisée par le fait que la tête de broche (la) est munie, dans la région du trou de réception tronconique (3a,3b), d'un alésage cylindrique calibré (5) qui est destiné à recevoir, à titre de remplacement, un tenon cylindrique calibré (12) appartenant à un deuxième porte-outil (11,11'), et présente un diamètre (D) un peu plus petit que le plus grand diamètre (D1) du trou de réception tronconique (3a,3b) et une longueur axiale (L) qui, mesurée depuis la surface frontale (4) est plus courte que la longueur axiale (L1) du trou de réception tronconique (3a,3b), par le fait que la tête de broche (la) présente, dans la région de l'alésage cylindrique calibré (5), deux trous taraudés (7,8) dirigés radialement, diamétralement opposés, qui reçoivent chacun une vis de serrage (9,10) munie d'un embout conique (9a) ou d'une creusure conique (10a), par le fait qu'une cheville de serrage (14) peut coulisser radialement dans un trou transversal (13) du tenon calibré (12) et présente en chacune de ses extrémités une creusure conique (14a) ou, selon le cas, un embout conique (14b), coopérant avec l'embout conique (9a) ou, respectivement, la creusure (10a) que comporte la vis de serrage correspondante (9,10), et par le fait que la distance (ai) de l'axe (A1) des trous taraudés (7,8)_à la surface frontale (4) est un peu plus grande que la distance (a2) de l'axe (A2) du trou transversal (13) à une surface annulaire (16) entourant le tenon calibré (12), de sorte que, lorsque l'on serre l'une des vis de serrage (9,10), celle-ci agit sur la cheville de serrage (14) dans le sens d'un serrage de la surface annulaire (16) contre la surface frontale (4). 2. Broche selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le diamètre (D) de l'alésage cylindrique calibré (5) est de 4 à 10 %, de préférence d'environ 6,5 %, plus petit que le plus grand diamètre (D1) du trou de réception tronconique (3a,3b). 3. Broche selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la longueur axiale (L) de l'alésage calibré (5), mesurée à partir de la surface frontale (4), est de l'ordre de 1/2 à 2/3 de la longueur axiale (L1) du trou de réception tronconique (3a,3b). 4. Broche selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la première vis de serrage (10) présente une creusure conique (10a) et l'autre vis de serrage (9) présente un embout conique (9a), et par le fait que la cheville de serrage (14) présente de manière correspondante un embout conique (4a) à sa première extrémité et une creusure conique (14b) à son autre extrémité.