Brevet FR2596310A1 — publié le 19871002

Dispositif de fixation à serrage pour outil L'invention concerne un dispositif de fixation à serrage en particulier pour outils,porte-outils ou similaire, raccordés à un arbre à l'aide de surfaces d'appui, par complémentarité des formes, radialement, 5 axialement dans un sens l'un par rapport à l'autre et coaxialement, dans l'autre sens axial par la force d'un ressort et à l'aide d'un système entraîneur agissant en direction périphérique, dispositif constitué par un boulon de traction relié à l'outil par un raccord à baïonnettes, disposé de façon déplaçable axialement dans un alésage de l'arbre et soutenu 10 par le ressort axialement dans le sens de serrage, et par des dispositifs de manoeuvre prévus pour tendre le ressort. Un dispositif de fixation à serrage de ce type est connu par la dem. de br. DE 1 552 207. Les outils sont portés ici par un support, par l'intermédiaire d'un cône, le support pouvant également appartenir à un 15 arbre en remplissant les mêmes fonctions. Le cône assure l'appui radial, l'ajustement coaxial entre l'outil et le support, de même qu'il assure dans une grande mesure la liaison mécanique dans la direction périphérique. La force de serrage axiale qui presse l'outil avec son cône dans l'alésage cônique correspondant du support, est produite par un ressort 20 de compression qui d'une part s'appuie sur l'arbre et d'autre part s'appuie sur la bride d'un boulon de traction relié à l'outil. La liaison entre le boulon de traction et l'outil est réalisée à l'aide d'un raccord à baïonnettes. Le boulon de traction peut être déplacé axialement, contre la force du ressort, à l'aide de dispositifs de manoeuvre 25 accessibles de l'extérieur, ce qui permet de relâcher la force de -2 serrage s'exerçant sur l'outil. Dans cette position, l'outil peut être retiré du boulon de traction et ainsi du logement du support à l'aide d'un mouvement rotatif limité et d'une extraction axiale subséquente. Comme déjà mentionné plus haut, la transmission du couple de rotation pendant le fonctionnement du dispositif de serrage connu, du support vers l'outil, s'effectue dans une grande mesure sous l'action de forces par l'intermédiaire des surfaces d'appui du cône. Pour le cas o, sous l'effet de charges exercées par à-coups sur l'outil, un couple de réactions serait transmis et qu'ainsi il se produirait une rotation rela10 tive des surfaces d'appui du cône, il est prévu un entraîneur basculant à l'aide d'un levier à bascule. A chaque libération de l'outil, cet entraîneur doit être actionné de la manière décrite plus haut. D'une part, il offre une sécurité n'agissant que dans le cas de couple de rotation limité et d'autre part, il ne peut empêcher complètement une rotation relative des surfaces d'appui. En conséquence, ces surfaces sont soumises à une forte usure et provoquent, après une courte durée de fonctionnement dans ces conditions, en particulier dans le cas de changements fréquents d'outils, un serrage très imprécis, voire complètement insuffisant, dans le cas d'un jeu radial. Dans ces conditions, le dispositif 20 de serrage connu n'est plus utilisable. De plus, le risque de desserrement du raccord à baïonnettes est élevé par suite des charges par à-coups -aprés-cisaillement de l'entraîneur et rotation de l'outil dans le support, ce qui peut expulser l'outil destabilisé du support par force centrifuge et provoquer des risques d'accident. L'objectif de l'invention est de proposer un dispositif de fixation à serrage du type mentionné en introduction, qui assure un ser/rage s r de l'outil dans toutes les conditions de fonctionnement et dont l'utilisation exclut l'apparition d'une rotation relative sur les surfaces d'appui, même sous l'action de charges par à-coups. - A cet effet, l'invention propose un dispositif de fixation À serrage du type mentionné en introduction, caractérisé en ce que le boulon de traction est monté en rotation et que des dispositifs de manoeuvre sont prévus pour son déplacement axial et sa rotation, et qu'au voisinage des surfaces d'appui, entre l'outil et l'arbre, il est prévu 3' - au moins un système entraîneur relié de façon fixe à l'arbre et l'outil, - - - 3 et agissant par complémentarité des formes et par force de ressort. Ainsi, il n'est plus nécessaire de faire tourner l'outil par rapport à l'arbre pour la mise en place et l'enlèvement, afin de manoeuvrer le raccord à baïonnettes. Cette condition permet l'adjonction avan5 tageuse d'une saillie du système entraîneur fixe et stable, qui peut, par exemple, être formé d'une seule pièce avec la face frontale de l'outil et s'engager dans une cavité pratiquée directement dans l'arbre. La saillie du système entraîneur peut ainsi présenter une section relativement grande, ce qui exclut pratiquement l'apparition de cisaillements sous l'action de charges par à-coups. Plusieurs systèmes entraîneurs peuvent également être mis en place, répartis sur la périphérie. Bien entendu, il est également possible de disposer la saillie du système entraîneur en un endroit approprié de l'arbre, l'outil devant dans ce cas présenterune cavité. De plus, on peut utiliser divers modes de réalisations connus de système entrai15 neur tels que des boulons, goujons d'assemblage ou autres, avec ou sans fixation vissée. La rotation destinée à manoeuvrer le raccord à balonnettes s'effectue selon l'invention au moyen du boulon de traction, qui est muni des dispositifs de manoeuvre appropriés. Ces derniers permettent 20 également de tendre le ressort de manière connue par déplacement axial, l'outil étant d'abord libéré axialement par rapport à l'arbre et par rapport au boulon de traction, c'est à dire le raccord à balonnettes. Le système entraîneur est encore en prise ici. Ensuite, on fait tourner le boulon de traction dans l'arbre et par rapport à l'outil, de la grandeur 25 nécessaire pour l'ouverture du raccord à baïonnettes. Après cette manoeuvre, l'outil peut être enlevé axialement. La mise en place de l'outil s'effectue de façon inverse, les parties de raccord à baïonnettes de l'outil et du boulon de traction étant introduites axialement dans les positions relatives nécessaires 30 l'une par rapport à l'autre, le système entraîneur s'engage alors dans la cavité correspondante et les surfaces d'appui se rejoignent. Déjà dans cette position, une rotation relative entre l'outil et l'arbre n'est plus possible. Ensuite, le raccord à baïonnettes est amené en position de verrouillage par rotation du boulon de traction, au moyen du disposi35 tif de manoeuvre et la tension axiale du ressort est relâchée. Le ressort - 4 agit ainsi avec une force de traction importante entre l'arbre et l'outil, à travers le boulon de traction. La tension nécessaire de l'outil est ainsi rétablie. En raison des caractéristiques avantageuses selon l'invention, il n'est pas nécessaire de faire tourner l'outil par rapport à l'arbre ni lors de la mise en place, ni lors de l'enlèvement. Le système entraîneur qui peut être réalisé sous une forme extrêmement stable constitue, en fonctionnement, une fixation sur/contre la rotation, permettant d'exclure sûrement une rotation relative entre l'outil et l'arbre, même dans 10 une très faible mesure, sur les surfaces d'appui, en cas de charges par à-coups appliquées à l'outil. Les surfaces d'appui ne sont alors pas endommagées et permettent une reconstitution globale de la valeur de référence de l'outil, concernant en particulier l'alignement coaxial. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, une saillie du système entraîneur est engagée par force de ressort à ajustement pressé dans une cavité correspondante de l'arbre, ou similaire, par ses faces latérales dirigées dans le sens périphérique, la cavité pouvant être pratiquée dans une pièce annulaire séparée, servant d'appui axial au ressort et fixé sur/dans l'arbre. La saillie du système entraîneur est appariée ici avec la cavité dans le sens périphérique, avec un ajustement précis, de façon qu'il n'apparaisse pas de jeu dans le sens périphérique et qu'il se produise unfaible ajustement pressé. Les faces latérales peuvent ici être inclinées faiblement l'une vers l'autre, de façon à produire une liaison par clavettes, sans complémentarité des formes et par force de ressort, les faces de clavettes étant pressées l'une contre l'autre par la force axiale importante du ressort, lors du serrage. Il est proposé ainsi une jonction absolument exempte de jeu dans les deux sens de rotation. Pour des raisons pratiques, afin de simplifier la fabrication, la saillie du 30 système entraîneur est située de préférence sur l'outil et la cavité correspondante, sur l'arbre. La disposition inverse est toutefois également possible. Selon une variante, la saillie du système entraîneur et la cavité peuvent être également prévues sur des pièces annulaires séparées, qui sont alors raccordées de façon fixe à l'arbre ou aussi à 35 l'outil, aux endroits appropriés. Pour simplifier la fabrication et le - 5 montage, il peut être prévu à cet effet une pièce annulaire qui sert simultanément d'appui axial au ressort. Celui-ci peut alors être disposé, éventuellement en commun avec le boulon de traction et le dispositif de manoeuvre, dans un alésage correspondant ne traversant pas complètement l'arbre, et fixé à l'anneau. L'anneau peut être par exemple mis en oeuvre au moyen d'un filetage et goupillé, collé ou autre. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les dispositifs de manoeuvre sont constitués par une tige de commande provoquant le mouvement axial et la rotation du boulon de traction et par 10 un manchon coulissant, guidé coaxialement dans l'arbre, provoquant la tension du ressort et délestant le boulon de traction. La tension du ressort et l'actionnement du raccord à baïonnettes sont répartis ici entre deux organes de manoeuvre. Ceci présente l'avantage que le boulon de traction peut subir une légère rotation après la tension du ressort par 15 le manchon coulissant, par l'intermédiaire de la tige de commande, et qu'en plus, il peut être déplacé axialement à l'intérieur de limites. Il ne se produit pas de friction ici des surfaces de pression chargées axialement par le ressort, entre la face frontale du ressort et une bride du boulon de traction. De plus, on évite également une rotation mutuelle des spires du ressort ou bien, en cas d'utilisation de ressorts à disques, une friction de la surface des disques l'une contre l'autre. De cette façon, les déplacements nécessaires sont clairement séparés l'un de l'autre et ne s'influencent pas mutuellement, ce qui exclut les déplacements erronés imprévus des pièces individuelles. La fonction de ce mode de réalisation avantageux est encore renforcée lorsque, selon une autre caractéristique de l'invention, le manchon coulissant est monté dans l'arbre en étant immobilisé en rotation. Cela peut être réalisé de manière connue par des rainures axiales et des coins ou des broches de guidage. Il est également avantageux que la tige de commande et le boulon de traction constituent un ensemble solidaire par complémentarité des formes dans toutes les directions. Le boulon de traction constitue une pièce soumise à des sollicitations élevées, avec par exemple une bride pour l'appui du ressort. A cet effet, il est constitué par un ma35 tériau de qualité supérieure à celui utilisé pour la tige de commande. -6- Toutefois, ces deux pièces doivent assurer, pour la manoeuvre du raccord à baïonnettes, une transmission des déplacements directe et exempte de jeu. Elles sont donc reliées entre elles par exemple à travers un filetage et immobilisées contre la rotation relative au moyen d'un goujon. 5 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, entre l'outil et le boulon de traction, il est prévu une liaison par complémentarité des formes agissant dans les deux sens de rotation relative à l'état de serrage, la liaison par complémentarité des formes étant réalisée sous la forme d'une denture frontale située sur les tronçons du raccord à 10 baïonnettes. On prévoit ici par exemple, sur les surfaces de contact superposées à l'état de serrage du raccord à baîonnettes, des saillies et des cavités correspondantes qui peuvent s'engager les unes dans les autres et empêcher une rotation fortuite de la pièce de raccord à baionnettes pendant le fonctionnement. On utilise ici de préférence une den15 ture frontale au crantage Hirth connu, qui forme une pluralité de liaison par complémentarité des formes et assure ainsi une fixation particulièrement solide. Cette immobilisation en rotation supplémentaire dans les deux sens de rotation augmente en plus considérablement la sécurité du dispositif de fixation par serrage selon l'invention, en cas de panne imprévue. Si par exemple la liaison par système entraîneur, extrêmement sûre auparavant, présente une défaillance pour des raisons quelconques, et qu'une rotation relative se produit entre l'outil et l'arbre, le boulon de traction entre aussitôt en rotation, par suite de l'immobilisation en rotation mentionnée du raccord à baîonnettes. La -25 force totale du ressort est exploitée ici également, en maintenant le serrage axial de l'outil comme auparavant, sans subir d'influence. Malgré l'incident, l'outil va être toujours maintenu en sécurité dans l'arbre. En cas d'incident grave, cela ne peut plus se produire. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après et 30 en regard des dessins annexés, dans lesquels les figures représentent: Figure 1 une vue en coupe partielle longitudinale d'une broche à outil avec un outil monté au moyen d'un dispositif de fixation par serrage et Figure 2 une vue en coupe transversale d'une liaison par système entraîneur utilisé dans le dispositif de fixation par serrage selon la figure 1. -7 Dans la broche à outils représentée en figure 1, on n'a représenté que l'extrémité portant le dispositif de fixation par serrage. Elle est essentiellement constituée par un arbre 2 rotatif sur des paliers à roulement 1, sur la face frontale duquel est fixé de façon amovible; un outil 3, par exemple une fraise. L'outil 3 présente un cône de centrage 4 avec des brides 5 selon la norme allemande DIN 55 026 et ainsi, il est placé dans un alésage cônique correspondant, c'est à dire sur la face frontale de l'arbre 2. Dans cette position de logement, l'outil 3 est fixé radialement au moyen des surfaces d'appui 6 et dans un sens axial, 10 il est fixé par complémentarité des formes et en alignement coaxial. Dans l'autre sens axial, l'outil est maintenu à l'aide du dispositif de fixation par serrage contre la force d'un groupe de ressorts 7 constitué par des ressorts à disques.Ce groupe est soutenu d'une part axialement au moyen d'une pièce annulaire 8 fixée sur l'arbre 2etd'autre part, s'appuie sur 15 le collier 10 d'un boulon de traction 11, par l'intermédiaire d'un disque de pression 9, le boulon de traction étant relié à l'outil 3 au moyen d'un raccord à baïonnettes. Le raccord à baïonnettes, dont le fonctionnement et la structure sont en principe connus, est constitué, dans le mode de réalisation représenté, par deux anneaux 12, 13 pro20 duits séparément, avec les saillies radiales appropriées et les rainures dirigées axialement pour laisser passer ces saillies, qui saisissent axialement, par complémentarité des formes, l'autre anneau 13, après la rotation mutuelle. L'un des anneaux 12 est vissé au moyen d'un filetage sur l'extrémité effilée du boulon de traction 11 et dans cette position, 25 il est immobilisé en rotation par un goujon 14. L'autre anneau 13 est également vissé dans l'outil 3 à l'aide d'un filetage et fixé par un goujon axial 15. Les surfaces partielles radiales 16, superposées dans cette position, des deux anneaux 12, 13 sont munies d'une denture frontale 17 qui assure une immobilisation en rotation réciproque du raccord 30 à baïonnette. Sur la face frontale extérieure 18 de l'anneau 13 fixé sur l'outil 3, se trouvent montées trois saillies 19 du système entraineur.réparties axialement, qui sont engagées dans les cavités correspondantes 20 de la pièce annulaire 8 fixée sur l'arbre 2. Le boulon de traction 11 présente, sur son extrêmité éloignée 35 de l'outil 3, un filetage intérieur dans lequel est vissée une tige de -8 commande 21 qui est immobilisée en rotation par un goujon 22. La tige de commande 21 traverse un alésage 23 de l'arbre 2 et ressort par l'autre extrémité de celui-ci. Un manchon coulissant 24, guidé-coaxialement à l'arbre, est disposé dans l'alésage 23 de l'arbre 2, ce-manchon sortant également par l'autre extrémité de l!arbre 2 et étant entraîné par un moyen connu quelconque, par exemple du type hydraulique. Ces détails ne sont pas représentés. Le manchon coulissant 24 est muni de deux boulons 25 diamétralement opposés, faisant saillie radialement, qui sont guidés dans les rainures axiales 26 de l'arbre 2 et ainsi confèrent au manchon 10 coulissant 24 uneimmobilisation en rotation par rapport à l'arbre 2. La face frontale du manchon coulissant 24 s'appuie contre un piston de pression 27 en forme de pot, dont le fond est traversé par la tige de commande 21. Le piston de pression 27 traverse le collier 10 du boulon de traction 11 et il est relié au disque de pression 9 par les vis 28. Dans 15 ce mode-de réalisation, le boulon de traction 11 peut tourner librement par rapport au manchon coulissant 24 et peut être déplacé axialement d!une grandeur déterminée par rapport au piston de pression 27 et au disque de pression 9. Lorsque, dans la position de serrage représentée, on ne tient pas compte de la forte friction se produisant entre les sur20 faces latérales 29 du collier 10 et le disque de pression 9, produite par le groupe de ressort 7, même une rotation du boulon de traction 11 par rapport au piston de pression 27 est possible. Lors de l'enlèvement ou du remplacement de l'outil 3, tout d'abord le manchon coulissant 24 est déplacé vers la gauche. Celui-ci exerce 25 une pression, à travers le piston de pression 27 et le disque de pression. 9, sur le groupe de ressorts 7, axialement contre la pièce annulaire 8 et serre celle-ci. De ce fait, le collier 10 du boulon de traction 11 est libéré du disque de pression 9, la fente 30 entre le piston de pression 27 et la bride 5 est réduite et il se produit, comme la figure ne 30 le montre pas, une plus petite fente annulaire 31 entre le collier 10 et le disque de pression 9. De ce fait, la fixation par friction est relâchée en cet endroit, le boulon de traction 11 peut maintenant tourner librement et même être déplacé axialement de la largeur de la fente annulaire 31 lorsque celle-ci est traversée parla tige de commande 21. 35 Le faible déplacement axial du boulon de traction 11 est nécessaire -9 pour rompre la liaison par complémentarité des formes de la denture frontale 17 dans le raccord à baîonnettes. Ce déplacement axial peut également s'effectuer, sans être représenté, seul au moyen du manchon coulissant 24, à travers une liaison par complémentarité des formes agissant axialement d'un côté entre le manchon coulissant 24 et la tige de commande 21. La tige de commande 21 doit effectuer ici exclusivement une rotation. Dans cette position non représentée, atteinte de la manière décrite, la liaison par raccord à baîonnettes peut être rompue par rotation de la tige de commande 21. Après cela, l'outil 3 est libre et peut être enlevé de l'arbre 2. Les saillies du système entraîneur 19 s'enlèvent égalementalors descavités 20 correspondantes de la pièce annulaire 8. La tige de commande 21 et le manchon coulissant 24 se déplacent de préférence dans la position décrite en dernier, par exemple à l'aide d'une commande hydraulique, afin de pouvoir mettre en place un autre outil 3. Par fermeture du raccord à balonnettes;obtenue par rotation de la tige de commande 21 dans l'autre sens, et par détente du groupe de ressorts 7 par déplacement du manchon coulissant 24 et du piston de pression 27 ou du disque de pression 9 vers la droite, l'outil 3 est ramené dans l'alésage cônique, avec son cône de centrage 4, et s'appuie, avec 20 la bride 5, sur la face frontale de l'arbre 2. Les saillies du système entraîneur 19 sont alors de nouveau engagées dans les cavités 20 et la denture frontale 17 du raccord à baîonnettes est de nouveau engrainée. La tige de commande 21, le boulon de traction 11 et l'outil 3 présentent un canal central 32 servant à amener à l'outil 3 par exemple un 25 agent refroidissant ou un agent lubrifiant. Ce canal peut également servir, avec une ramification radiale appropriée dans la zone des surfaces d'appui 6, au nettoyage de celle-ci. La figure 2 représente l'un des trois systèmes entraîneurs 19, répartis sur la périphérie, en coupe transversale. La pièce annulaire 30 8 représentée partiellement en haut de la figure, est munie de cavités ayant une section trapézoîdale, s'étendant radialement, les surfaces latérales33 n'étant inclinées ici que faiblement l'une vers l'autre. L'anneau 13 représenté partiellement en bas de la figure est muni de saillies du système entraîneur 19 correspondantes. Leur hauteur est 35 quelque peu inférieure à la profondeur des cavités 20, de sorte que, lorsque l'outil 3 est fixé, la surface d'appui radiale 6 de la bride 5 repose toujours sur la surface d'appui correspondante 6 de l'arbre 2. La largeur moyenne des saillies du système entraîneur 19, entre ces surfaces latérales 33, est légèrement supérieure à la profondeur des cavités 20, de sorte que ses surfaces latérales 33 pénètrent l'une dans 1'autre, de façon cunéiforme, avec un ajustement serré. L'excès de largeur se trouve encore à l'intérieur de la capacité d'allongement élastique de la pièce annulaire 8, c'est-à-dire à l'intérieur de la capacité de-compression élastique des saillies du système entraîneur 19 entre ses surfaces latérales 33. De ce fait, dans l'état non représenté, fixé de l'outil 3, lorsque les saillies du système entraîneur 19 sont engagées dans les cavités 20 et les surfaces frontales 18 viennent s'appuyer, il se produit, en plus de la liaison par complémentarité des formes dans les deux sens périphériques,, également un appui par force de ressorts 15 au voisinage du système entraîneur 19, 20. - 11 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation à serrage en particulier pour outils, porteoutils, ou similaires, raccordés à un arbre (2) à l'aide de surfaces d'appui (6) par complémentarité des formes, radialement, axialement dans un sens l'un par rapport à l'autre et coaxialement, dans l'autre sens axial par la force d'un ressort (7) et à l'aide d'un système entraîneur (19,20) agissant en direction périphérique, dispositif constitué par un boulon de traction (11) relié à l'outil (3) par un raccord à baionnette, disposé de façon déplaçable axialement dans un alésage (23) 10 de l'arbre (2) et soutenu par le ressort (7) axialement dans le sens de serrage, et par des dispositifs de manoeuvre (24) prévus pour tendre le ressort (7), caractérisé en ce que le boulon de traction (11) est monté en rotation et que des dispositifs de manoeuvre (21, 24) sont prévus pour son déplacement 15 axial et sa rotation et qu'au voisinage des surfaces d'appui (6), entre l'outil (3) et l'arbre (2), il est prévu au moins un système entraîneur (19,20) relié de façon fixe à l'arbre et l'outil (2,3) et agissant par complémentarité des formes et par force de ressort. 2. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une saillie du système entraîneur (19) est engagée par force de ressort à ajustement pressé dans une cavité correspondante (20) de l'arbre (2) par ses faces latérales (33) dirigées dans le sens périphérique. 3. Dispositif de fixation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cavité (20) est pratiquée dans une pièce annulaire (8) séparée, servant d'appui axial au ressort (7) et fixée sur/dans l'arbre (2). 4. Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendi30 cations 1 à 3, caractérisé en ce que les dispositifs de manoeuvre -12 sont constitués par une tige de commande (21) provoquant le mouvement axial et la rotation du boulon de traction (11il) et par un manchon coulissant (24) , guidé coaxialement dans l'arbre (2), provoquant la tension du ressort (7) et délestant le bou5 lon de traction (11). 5. Dispositif de fixation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon coulissant (24) est monté dans l'arbre (2) en étant immobilisé en rotation. 6. Dispositif de fixation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la tige de commande (21) et le boulon de traction (11) constituent un ensemble solidaire par complémentarité des formes dans toutes les directions. 7. Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, entre l'outil (3) 15 et le boulon de traction (11) , il est prévu une liaison par complémentarité des formes agissant dans les deux sens de rotation relative à l'état de serrage. 8. Dispositif de fixation selon la revendication 7, caractérisé en ce que la liaison par complémentarité des formes est réalisée 20 sous la forme d'une denture frontale (17) située sur les tronçons du raccord à balonnette (16). 9. Dispositif de fixation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le raccord à baionnette est constitué par des pièces (12, 13) séparées, reliées à l'outil (3) et au boulon de 25 traction (11). 10. Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les surfaces d'appui (6) sont constituées sous la forme de cône de centrage (4) avec rebord (5), selon la norme allemande DIN 55026.