Brevet FR2587250A1 — publié le 19870320

t58?25O La présente invention porte sur un dispositif de changement rapide de mandrin pour une broche cylindrique creuse tournante d'une machine-outil, comportant une douille motrice mobile axialement dans la broche avec un premier cylindre tournant avec la broche et grâce à laquelle le mandrin est bloqué sur la broche, et un élément de serrage déplaçable par un deuxième cylindre pour la transmission de la force de serrage au mandrin. L'élément de serrage, pour recevoir le support de mors, est une douille de serrage ayant une couronne d'ouvertures dans lesquelles sont guides des éléments d'accouplement mobiles radiale- ment, de dimension radiale supérieure à l'épaisseur de la paroi de la douille. Sur un côté de la douille se trouve un élément d'actionnement mobile ayant une gorge circonfé- rentielle ouverte vers les éléments d'accouplement, et sur le côté de la douille opposé à cet élément d'actionnement, le support de mors a une gorge circonférentielle, de sorte que lors du déplacement de l'élément d'actionnement, les éléments d'accouplement ou bien pénètrent dans la gorge du support de mors et accouplent ce dernier aux déplacements axiaux, ou bien pénètrent dans un espace d'échappement, ce qui permet de détacher le support de mors de la douille de serrage. Un dispositif de changement rapide du type indi- qué précédemment est connu d'après le DE-A-3 045 537. En raison d'un système compliqué de cylindres et de plusieurs pistons et de tiges de commande liées à ceux-ci, ce dis- positif est relativement cher et encombrant. Dans ce dis- positif connu, le fonctionnement efficace des différents pistons nécessite des butées mobiles qui sont actionnées depuis des pistons du cylindre voisin, de sorte que le bon fonctionnement du dispositif nécessite une dépen- dance mutuelle désavantageuse des cylindres. La construc- tion connue est aussi désavantageuse en ceci que pour l'accouplement automatique du cylindre de serrage au sup- port de mors du mandrin, il faut deux tiges ou douilles s'étendant sur toute la longueur de la broche jusqu'aux cylindres arrière associés, lesquelles réduisent de façon cruciale l'espace disponible dans la broche et, pour cette raison, imposent des conditions constructives particuliè- res pour le soutien de l'accouplement du support de mors et pour le diamètre de la douille motrice. L'invention a pour but de faciliter la mise en place et le verrouillage d'un mandrin sur la broche de la machine afin de rendre l'opération de changement plus rapide de façon que différents mandrins puissent être montés et démontés les uns après les autres sur la même machine pour l'usinage de pièces de petites séries. Il convient pour cela que le support de mors du mandrin soit automatiquement accouplé au cylindre de serrage en consé- quence du fonctionnement du dispositif de verrouillage du mandrin. Un but partiel est, en maintenant la possibilité d'usinage de barres, de donner au dispositif de change- ment rapide un diamètre aussi petit que possible ou une épaisseur de paroi totale aussi petite que possible afin que le dispositif puisse être non seulement monté initia- lement sur des machines-outils neuves, mais aussi monté facilement dans les broches de travail des machines-outils existantes. L'invention atteint ce but grâce au fait que la douille de serrage forme sur son côté intérieur une monture support de pour le/mors formant tenon, et notamment présentant des poches ouvertes radialement vers l'extérieur, que l'élé- ment d'actionnement est un manchon coulissant monté extérieurement sur la douille de serrage et présentant une gorge circonférentielle intérieure servant d'espace d'échappement des éléments d'accouplement, tels que des corps roulants lors du désaccouplement, et que ce manchon coulissant est poussé par un ressort contre une butée et peut, lors du desserrage du mandrin, être amené par un entratneur prévu sur la douille motrice, contre l'action du ressort, dans une position de déblocage dans laquelle la gorge circonférentielle est en face des éléments d'accouplement. Lorsqu'avec le dispositif de changement rapide de l'invention, on veut enlever un mandrin de la broche, on le débloque en faisant rentrer la douille motrice. Lors de cette rentrée, l'entraîneur fixé à la douille motrice fait reculer le manchon coulissant contre l'action du ressort, de sorte que la gorge circonférentielle du manchon vient en face des éléments d'accouplement et qu'il est ainsi mis fin à l'accouplement du support de mors. En tirant axialement le support de mors hors de la douille de serrage, on supprime l'accouplement en repoussant partiellement les éléments d'accouplement vers l'extérieur dans le manchon coulissant. Une caractéristique particulière de l'invention réside par conséquent dans la disposition et l'actionne- ment simples du manchon coulissant pour l'accouplement et le désaccouplement de la transmission de la force de serrage au mandrin. L'opération active d'accouplement lors du montage d'un mandrin se fait automatiquement par poussée en avant de la douille motrice pour l'action- nement des doigts de verrouillage pour le blocage du mandrin, le ressort de compression entrant automatiquement en action pour déplacer le manchon coulissant sur la douille de serrage jusque contre sa butée et par là pousser les éléments d'accouplement par les ouvertures de la douille de serrage dans la gorge circonférentielle ou dans les poches du support de mors et ainsi effectuer l'opération d'accouplement. En général, la douille coulissante ne transmet qu'une poussée axiale au support de mors, de sorte que les éléments d'accouplement, par exemple des billes ou des rouleaux, peuvent réaliser l'accouplement dans une gorge circonférentielle du support de mors. Des poches pour un ou plusieurs éléments d'accouplement prévues sur le support de mors servent par contre à la transmission simultanée de mouvements de rotation entre la douille coulissante et le support de mors. La tige de piston et le piston du cylindre de serrage peuvent être creux pour l'usinage de barres par exemple sur un tour. Pour la sécurité, le cylindre de serrage et le cylindre de verrouillage peuvent être pourvus de clapets de non-retour de façon qu'en cas de rupture d'une conduite extérieure dans le système hydraulique, la pression de blocage du mandrin et de verrouillage de la pièce subsiste au moins temporairement dans les cylindres. Se révèle aussi avantageux le fait qu'avec le dispositif de changement rapide de l'invention, il n'y a pas d'hydraulique dans la zone du mandrin et de la bro- che, donc il ne se produit pas là l'échauffement provo- qué ordinairement par l'hydraulique, qui peut provoquer des erreurs dimensionnelles dans la broche et ses paliers. Comme caractéristique supplémentaire de sécurité, en plus des clapets de non-retour précités peut être prévu un contrôle de la course des tiges de piston ou des douil- les pour le contrôle de la course de serrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de changement rapide peut comprendre un élément d'adaptation qui couvre et éventuellement élargit une bride existante de la broche ou permet de monter un mandrin existant ou un mandrin de série sur le système de changement rapide. Il est facile de faire le nouveau système de changement rapide robuste et étanche à la saleté. Le fond de la conception de ce système est la possibilité de changement plus fréquent de mandrin à la différence de la conservation du mandrin o seuls les mors sont changés, ce qui, comme le montre l'expérience, entraîne des difficultés ne serait-ce qu'à cause des effets de la saleté et ne peut pas être exécuté automati- quement. Avec le dispositif de changement rapide de l'in- vention, on peut commodément préprogrammer successivement les usinages de petites séries de pièces avec différents mandrins sur la même machineoutil, de sorte qu'avec des machines-outils appropriées, on peut aussi faire des pos- tes sans personnel. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention ressortent des revendications, de la description suivante d'exemples de réalisation et des dessins. Les différentes caractéristiques, en particulier celles des revendications, peuvent incarner individuellement ou en toute autre combinaison des formes de réalisation supplé- mentaires de l'invention. Des exemples de réalisation de l'invention sont expliqués en détail ciaprès à l'aide des dessins, sur lesquels: la figure 1 montre un dispositif de change- ment rapide conforme à l'invention sur une coupe longi- tudinale rompue d'une broche de machine-outil, les élé- ments assurant le verrouillage du mandrin étant repré- sentés à l'état actionné au-dessus de l'axe et à l'état non actionné audessous de l'axe; la figure 2 est une coupe partielle schéma- tique agrandie de la zone d'accouplement du mandrin d'une variante du dispositif; et la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 2. A la bride d'extrémité 12 d'une broche de machine 10 est fixé par des vis 18 un élément d'adaptation 14 destiné à élargir la base d'appui d'un mandrin de serrage 20 sur la broche. De la face arrière du mandrin part un appendice formant douille de centrage 26, à sur- face intérieure conique qui s'appuie sur une surface exté- rieure conique 27 de l'élément d'adaptation 14. A l'intérieur de l'appendice formant douille de centrage 26 du mandrin se trouve une gorge annulaire 25 dans laquelle des doigts de verrouillage 22 s'engagent pour s'appuyer par une partie extrême conique sur une paroi latérale inclinée correspondante de la gorge annu- laire 25. Les doigts de verrouillage 22 sont guidés dans des canaux radiaux 24 régulièrement répartis sur le pour- tour de l'élément d'adaptation 14. Les doigts de verrouil- lage 22 ont chacun à leur extrémité arrière une rainure en queue d'aronde 28 ou un guidage à glissement semblable dans laquelle ou lequel s'engagent des nervures de guidage correspondantes d'une douille motrice 32. A la périphérie de la douille motrice 32 se trouvent plusieurs nervures de guidage régulièrement espa- cées 30 prévues pour actionner chacune un doigt de verrouil- lage 22. Dans l'état représenté en coupe au-dessus de l'axe - longitudinal de la broche, la douille motrice 32 est dans sa position la plus avancée, dans laquelle les doigts de verrouillage 22 ont été déplacés radialement vers l'exté- rieur pour bloquer la douille de centrage 26 du mandrin 20. Dans l'exemple de réalisation représenté, la douille motrice 32 est vissée sur une tige de piston cylindrique creuse 34 dont l'extrémité arrière est pourvue, dans un cylindre de verrouillage 38, d'un pistons36. Au- dessous de l'axe longitudinal, ce piston 36 est dans sa position extrême arrière, dans laquelle la douille motrice 32 a, par ses nervures de guidage 30, tiré les doigts de verrouillage radialement vers l'intérieur, de sorte que le blocage du mandrin 20 monté sur l'adaptateur est supprimé. Une tige de piston 44 à laquelle est fixé un piston 42 sort d'un cylindre arrière de serrage 40 par une ouverture faite dans une cloison de cylindre 39 et passe dans la tige de piston creuse 34 sur laquelle est monté le piston 36. Sur l'extrémité avant de cette tige de piston 44 est fixée une douille de serrage 46, la fixation étant, dans l'exemple de réalisation représenté, réalisée par vissage d'un téton fileté prévu à l'extré- mité avant de la tige de piston dans un trou taraudé de la douille de serrage. Le cylindre de serrage 40 et la douille de serrage 46 actionnée à partir de lui servent à la mise en action de la force de serrage du mandrin. Une carac- téristique particulière de la présente invention est le mode d'accouplement de la douille de serrage au support de mors 70 partant du mandrin 20, qui actionne les mors par mouvement axial. Dans le cas présent, le support de mors 70 est constitué d'un bout d'arbre ou d'une partie douille qui dépasse de l'extrémité arrière du mandrin 20 et, lors du montage de celui-ci sur l'élément d'adapta- tion 14, se loge à l'intérieur d'une surface intérieure 48 de dimensions correspondantes de la douille de serrage. Dans l'exemple de réalisation représenté, cette surface intérieure de la douille de serrage a une épais- seur de paroi réduite par rapport au début de la douille, et dans cette zone se trouve une couronne d'ouvertures 52 dans chacune desquelles une bille ou un corps roulant par exemple cylindrique 50 est guidé radialement. Dans l'état d'accouplement, qui est représenté sur le dessin au- dessus de l'axe longitudinal de la broche, les billes 50 sont engagées dans une gorge circonférentielle 72 du support de mors et y sont immobilisées ou verrouillées par la paroi intérieure d'un manchon coulissant 58 qui se meut avec la douille de serrage 46 lors des mouvements axiaux de celle-ci pour le serrage et le desserrage d'une pièce dans le mandrin. Le manchon coulissant 58 coulisse entre la paroi intérieure de la douille motrice 32 et la paroi extérieure de la douille de serrage 46 et est poussé par un ressort de compression 56 contre une butée 62 formée par exemple par un circlip monté sur la douille de serrage 46. Le ressort de compression 56 s'appuie contre une bride 54 de la douille de serrage 46 qui guide celle-ci à son extrémité arrière dans la douille motrice.. Le manchon coulissant 58 a une gorge intérieure 60 qui est suffisamment large pour servir de logement d'échappement pour le désaccouplement des corps roulants 50. Dans la position de déblocage de l'accouplement, représentée au-dessous de l'axe longitudinal de la bro- che, les corps roulants 50 se trouvent, déplacés radiale- ment vers l'extérieur, en partie dans la gorge intérieure 60. La force du ressort 56 suffit pour repousser les corps roulants vers l'intérieur, de préférence par l'intermédiaire d'une paroi latérale inclinée 61 de la gorge 60, jusqu'à ce qu'ils soient engagés dans la gorge circonférentielle 72 du support de mors 70. A l'intérieur de la douille motrice 32 est monté par exemple un circlip jouant le rôle d'entraîneur 64 qui, lors du recul de la douille motrice et ainsi du déverrouillage du mandrin, pousse automatiquement le manchon coulissant 58 en arrière contre l'action du ressort 56, le manchon 58 ayant été jusque là appuyé contre la butée 62. Dans la position extrême arrière (point de déverrouillage) de la douille motrice 32, qui est représentée en bas sur le dessin, les corps roulants sont à l'extérieur de la gorge circonférentielle 72 du support de mors, de sorte que le mandrin 20, déverrouillé, peut être enlevé facilement de l'élément d'adaptation 14. Le piston de serrage 42 et la douille de serrage 46 restent en position avancée pour pouvoir, au changement de mandrin, recevoir immédiatement le support de mors du mandrin suivant. L'invention n'est pas limitée à des formes de réalisation du type représenté sur la figure 1. Les éléments mobiles d'accouplement et le manchon coulissant chargé par ressort 58 prévu pour leur actionnement peu- vent avantageusement être disposes autrement par exemple lorsqu'il s'agit de serrer un support de mors de l'inté- rieur. Les figures 2 et -3 montrent à l'aide d'un autre exemple de réalisation un agencement de l'accouplement entre le support de mors 70 et la douille de serrage 46 qui servent à ouvrir et fermer les mors du mandrin. Sur la figure 2, au lieu de billes, des éléments d'accouple- ment 50 de section circulaire ou rectangulaire ou carrée sont logés dans des ouvertures radiales de passages52 de dimensions correspondantes de la douille de serrage 46. Chacun de ces éléments d'accouplement 50, au nombre d'au moins trois et répartis sur la circonférence de la douille de serrage, a un côté extérieur convexe 78 dont la forme peut correspondre à peu près à la courbure périphérique de la douille coulissante et aussi avoir des chanfreins en face de la surface inclinée 61. D'autre part, le côté intérieur concave 80 des éléments d'accou- plement 50 peut être adapté approximativement à la cour- bure de la gorge circonférentielle 72 du support de mors 70. Le bout du support de mors 70 qui part du mandrin a une surface antérieure inclinée 82 qui peut être à peu près identique aux parois latérales inclinées 74 et 76 de la gorge périphérique 72. Comme le montre la figure 2, le côté intérieur 80 des éléments d'accouple- ment 50 a sur ses deux côtés opposés des chanfreins correspondants 84 destinés à assurer un engagement d'accouplement complet et une transmission des forces par une plus grande surface lorsque lors de l'avance de la douille motrice 32 pour le verrouillage du mandrin, la douille coulissante 58 est libre pour se glisser sous l'action du ressort 56, par la surface inclinée61, sur les éléments d'accouplement 50 et pousser ceux-ci vers l'intérieur pour les mettre en prise avec le support de mors 70. La figure 2 montre l'état dans lequel le man- drin est verrouillé sur la broche par les doigts de verrouillage 22 mus vers l'extérieur et le support de mors 70 est accouplé rigidement à la douille coulissante pour transmettre des forces de poussée et de traction. Lorsque les éléments d'accouplement 50 ont, pour des raisons d'usinage et de réalisation simplifiée des ouvertures 52, une section circulaire comme repré- senté sur les figures 2 et 3, ce qui n'est pas obliga- toire, chaque élément d'accouplement porte un appendice 66 qui est guidé dans une rainure radiale ou un trou allongé 68 fait dans la douille de serrage 46. Cela évite une rotation des éléments d'accouplement cylindriques et en même temps empêche ceux-ci de tomber vers l'intérieur dans la douille de serrage 46 après l'enlèvement du mandrin. La gorge circonférentielle 72 peut aussi avoir des parois latérales droites ou une seule paroi latérale inclinée, ce qui permet la transmission de plus grandes forces de serrage. Le côté intérieur des éléments d'accouplement a alors des côtés ou épaulements droits. En cas d'agencements dans ce domaine, la réduction de la pression superficielle qui apparait joue un rôle fondamental. Au lieu ou en plus des appendices latéraux 66 peuvent être prévus des moyens élastiques (non repré- sentés) qui lient les éléments d'accouplement 50 à la 1 1 douille de serrage 46 et, dans une réalisation, sont précontraints radialement vers l'extérieur en position de déblocage. La précontrainte élastique dirigée vers l'extérieur est inutile lorsque le bout du support de mors présente, comme sur la figure 2, au moins un chan- frein avant et une paroi latérale de gorge inclinée 74, de sorte que les éléments d'accouplement sont mus vers l'extérieur par des surfaces en coin. REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement rapide de mandrin pour une broche cylindrique creuse tournante (10) d'une machine-outil, comportant une douille motrice (32) mobile axialement dans la broche et commandant le blocage du mandrin sur la broche, une douille de serrage (46) mobile axialement pour entraîner le support de mors (70) du mandrin et présentant une couronne d'ouvertures qui contiennent des éléments d'accouplement (50) libres de se mouvoir radialement et ayant une dimension radiale supérieure à l'épaisseur de la paroi de la douille, un élément d'actionnement mobile sur un côté de la douille et présentant une gorge circonférentielle (60) ouverte vers les éléments d'accouplement, et des évidements faits dans le support de mors sur le côté de la douille opposé à l'élément d'actionnement, de sorte que par déplacement de l'élément d'actionnement, les éléments d'accouplement sont mobiles entre une position d'accouplement dans laquelle ils entrent dans les évidements du support de mors et une position de déblocage dans laquelle ils entrent dans la gorge circonférentielle de l'élément d'actionnement, caractérisé en ce que la douille de serrage (46) forme sur son côté intérieur une monture (48) pour le support de mors formant tenon (70), que l'élément d'actionnement est un manchon coulissant (58) monté extérieurement sur la douille de serrage (46) et présentant une gorge circonférentielle intérieure (60) servant d'espace d'échappement des éléments d'accouple- ment (50) lors du désaccouplement, et que le manchon coulissant (58) est poussé par un ressort (56) contre une butée (62) de la douille de serrage (46) affectée à la position d'accouplement et peut, lors du desserrage du mandrin (20), être amené par un entratneur (64) prévu sur la douille motrice (32), contre l'action du ressort, dans la position de déblocage, dans laquelle la gorge circonférentielle (60) est en face des éléments d'accou- plement (50). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'extrémité libre avant de la douille motrice (32) et les doigts de verrouillage (22) sont guidés dans un élément d'adaptation (14) qui peut être fixé par des vis à la bride (12) de la broche. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la douille de serrage (46) est guidée à l'intérieur de la douille motrice (32) par une bride (54), et que le ressort (56) qui pousse le manchon coulissant (58) s'appuie sur la face frontale de cette bride. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi latérale arrière de la gorge annulaire (60) fait à l'intérieur du manchon coulissant (58) est une surface inclinée (61). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la douille de serrage (46) a une partie avant réceptrice (48) de plus grand diamètre intérieur et en ce que la couronne d'ouvertures (52) pour les éléments d'accouplement (50) se trouve dans cette partie à paroi plus mince. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entraîneur (64) fixé à la douille motrice (32) est, dans la position de verrouillage du mandrin, décalé axialement de l'anneau de butée (62) de la douille de serrage (46) de façon qu'il reste en dehors de la trajectoire normale du man- chon coulissant (58) lors de l'actionnement des outils de serrage sous la commande de la douille de serrage (46). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige de piston de serrage (44) montée à l'intérieur de la douille motrice (32) et le piston de serrage (42) sont creux. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un piston de verrouil- lage (36) lié à la douille motrice (32) reste en posi- tion de verrouillage pendant le fonctionnement du man- drin et en ce que seul le piston de serrage (42) lié à la douille de serrage est soumis à un mouvement de va-et-vient pour le serrage et le desserrage de pièces, le manchon coulissant (58) poussé contre la butée (62) par le ressort (56) se mouvant avec lui à l'intérieur de la douille motrice. 9. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'au moins dans les conduites allant au cylindre de verrouillage (38) est monté un clapet de non- retour servant de sécurité en cas d'annulation de la pression de l'installation. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément d'adapta- tion (14) élargit la base d'appui du mandrin situé sur la bride (12) de la broche. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'accou- plement (50) sont des billes ou des corps roulants semblables, et en ce que des moyens empêchent ceux-ci de sortir complètement des ouvertures (52) et tomber radialement vers l'intérieur. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments d'accouple- ment sont des corps prismatiques ou cylindriques et sont guides dans la direction radiale dans les ouvertu- res de la douille de serrage (46), qui ont une section correspondante. 13. Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce que les éléments d'accouplement (50) ont un appendice latéral (66) qui, dans une rainure ou dans un trou allongé (68) de longueur limitée, limite la course radiale de l'élément d'accouplement. 14. Dispositif selon la revendication 13, carac- térisé en ce que l'appendice (66) est une cheville ronde s'étendant parallèlement à l'axe principal du dispositif. 15. Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que les éléments d'accouple- ment (50) sont poussés par des moyens élastiques dans leur position de déblocage du support de mors (70). 16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les éléments d'accouple- ment (50) ont un côté extérieur courbe dont la courbure correspond sensiblement à l'allure périphérique du côté extérieur de la douille de serrage (46). 17. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que les éléments d'accouple- ment (50) ont un dessous concave dont la courbure correspond sensiblement à celle de la gorge annulaire (72) du support de mors (70). 18. Dispositif selon la revendication 17, carac- térisé en ce que la gorge circonférentielle (72) du sup- port de mors (70) a au moins une paroi latérale inclinée (74) à laquelle correspond un chanfreinage correspondant du dessous concave des éléments d'accouplement.