Brevet FR2591515A1 — publié le 19870619

"Nez de broche, en particulier tête de fraisage angulaire pouvant tourner sur deux plans". L'invention concerne un nez de broche, en particulier tête de fraisage angulaire pouvant tourner sur deux plans, comportant un mouvement de rotation vertical sur un axe de rotation horizontal agissant en dehors du centre de gravité et la réception sur le support en forme de fourche d'un groupe de construction associé à la machine, par exemple une poupée porte-fraise. Dans une machine à fraiser et percer horizontale, connue, la poupée porte une tête de fraisage angulaire du type mentionné, qui peut tourner sur l'axe horizontal de l'arbre moteur, et qui peut lui être accouplé, et qui peut tourner, sur un axe de rotation s'étendant perpendiculairement au précédent, d'une position d'usinage dans une position de changement d'outils, hors d'activité, et inversement (US-OS 33 30 942). Comme ce nez de fraisage angulaire ne possède aucune compensation de poids, il faut donner une proportion appropriée à ltentratnement du mouvement de rotation perpendiculaire, ce qui augmente le coût et l'encombrement. En particulier, l'espace nécessaire à cet effet n'est fréquemment pas disponible, ce qui est, par exemple, le cas sur les poupées des machines universelles d'usinage. Il est, d'autre part, défavorable que le mouvement perpendiculaire de rotation par rapport à l'usinage d'une pièce n'est pas explicité et peut difficilement être réalisé judicieusement sous la forme d'un axe commandé par commande numérique, en particulier du fait de l'absence de compensation de poids. Cela restreint particulièrement considérablement les possibilités d'utilisation à la vue d'un usinage efficace sur plusieurs axes. L'utilisation d'un arbre moteur séparé pour l'usinage d'une pièce dans l'axe horizontal de la machine et la complication qui en résulte, en augmentant le coût et le besoin de place pour la poupée ainsi que la limitation à 900 du mouvement de rotation vertical et des limitations dans l'espace de l'usinage de pièces sont d'autres inconvénients importants. Un point typique des têtes porte-lames qui peuvent tourner dans deux plans est que l'entralnement direct de la broche de fraisage s'opère au moyen d'un engrenage conique. Cela est vrai pour la tête porte-lames angulaire suivant le DE-OS 33-30 942 aussi bien que pour la tête porte-lames universelle que montre le brevet DE 33 11 289. Une configuration du mécanisme de ce genre limite, de prime abord, les vitesses de rotation possibles de la broche de fraise à la zone de régulation du moteur d'entrainement. D'autre part, il devient nécessaire, en particulier pour réaliser des vitesses de rotation élevées, de prévoir des frais supplémentaires, pour assurer une stabilité de marche suffisante. L'invention a pour objet d'améliorer, avec une dépense et un encombrement réduits, les possibilités, en particulier de l'usinage sur plusieurs axes. Elle se propose de réaliser un nez de broche, en particulier tête de fraisage angulaire pouvant tourner sur deux plans, comportant un mouvement de rotation vertical sur un axe de rotation horizontal agissant en dehors du centre de gravité et la réception sur le support en forme de fourche d'un groupe de construction associé à la machine, dans lequel des organes techniques compensant le moment de rotation entrent en action d'une façon telle que, tout en assurant un champ de rotation plus grand, l'entrainement en rotation est réduit à un minimum et l'entrainement de la broche d'outil, ainsi que la disposition des plans de rotation sont établis de telle façon que, sur tous les axes de la machine, il peut être exécuté un usinage tri-dimensionnel, Suivant l'invention, ce résultat est obtenu du fait que l'axe de rotation, qui ne peut tourner sur son support, est le point de fixation d'un compensateur de poids interne au nez de broche et coaxial à l'engagement de la broche d'outil. La pièce de base du nez de broche est ici posée mobile en rotation sur l'axe de rotation, sur lequel est posée une roue solaire, qui est en prise avec une roue planétaire, montée sur la pièce de base, et soumise à une action mécanique dans le sens opposé à la gravité. La roue planétaire est soumise à une action mécanique constante, et son rapport avec la roue solaire est de 1 : 1. La pièce de base est positionnée, d'une façon connue en soi, au moyen d'un accouplement à denture droite sur l'angle de rotation voulu, et est en liaison solidaire en rotation avec la roue d'entralnement coaxiale d'un entrainement de réglage fixé sur un support, l'axe de rotation étant chaque fois fixé frontalement mécaniquement sur les bras du support. L'arbre d'entrée de l'entrainement de la broche d'outil est réalisée sous la forme d'un arbre creux encerclant librement, d'un côté, l'axe de rotation, qui est en liaison d'entralnement, d'une part, par une paire d'engrenages coniques, avec un arbre de l'entrainenent principal pénétrant le long d'un bras du support et, d'autre part, par une paire d'engrenages à denture droite, réalisant l'engagement latéral dans le nez de broche, avec un mécanisme à roues coniques pour la broche d'outil. La partie de tête du nez de broche pourvue d'une broche d'outil angulaire peut tourner sur un axe s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation, le plan de rotation se trouvant entre l'axe de rotation et la broche d'outil.Sur la partie de tête est disposé un renvoi à angle droit, de préférence à deux étages, dont le bloc de roues coulissant est posé sur l'arbre de sortie de ce renvoi et se trouve alternativement en prise avec des engrenages droits portés par la broche d'outil. Suivant une dernière caractéristique de l'invention, la partie de tête peut être positionnée de la façon connue sur la pièce de base, au moyen d'un accouplement à denture droite. L'invention est exposée ci-après plus en détail dans un exemple de réalisation. Le dessin annexé montre la tête de broche dans une coupe schématique. Sur le support 1 en forme de fourche d'un groupe de construction relié à une machine et qui peut être, par exemple, la poupée d'un centre d'usinage qui n'est pas représenté, est posé l'axe de rotation 2 qui ne peut tourner. Ce dernier reçoit la pièce de base 3 du nez de broche 4, qui peut tourner sur 180 , sur laquelle est posé, sur la face frontale du côté de l'outil, une partie de tête 6 mobile en rotation sur un axe 5 s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation 2. Sur la pièce de tête 6 qui peut être positionnée sur la pièce de base 3 au moyen d'un accouplement 7 à denture droite se trouve une broche d'outil 8 perpendiculaire à l'axe 5. Un renvoi à deux étages, à engrenages droits, constitué d'engrenages droits 9, 10 posé sur la broche d'outil 8, ainsi que d'un bloc coulissant 11 qui se met en prise alternativement avec eux, établit la liaison d'entra#nement entre la broche d'outil 8 et un entrainement à roues coniques 12, 13 sur l'arbre moteur 14 duquel est posé le bloc coulissant 11. A côté d'un élargissement du champ des vitesses de rotation, cette disposition mécanique permet qu'à l'intérieur du train d'engrenages coniques 12, 13, il ne se produit que des vitesses de rotation relativement petites, ce qui a un effet très favorable sur la stabilité de la rotation du nez de broche 4. La pièce de base 3, mobile sur l'axe de rotation 2, peut être positionnée sur le support 1 au moyen d'un accouplement à dents droites 15, et par suite sur l'angle d'orientation voulu. Elle sera accouplée, par des organes techniques qui ne sont pas représentés et découplée, avec des cylindres 17 opératoires répartis régulièrement sur la surface de son cône de serrage 16. Sur le côté du support 1, il est monté, sur le bras 1', un entratnement de réglage 18, qui est en liaison d'entrainement, au moyen d'une roue droite 19, avec une roue de sortie 20, fixée sur la pièce de base 3 et libre de tourner sur l'axe de rotation 2. Comme le montre, de plus, la figure, le nez de broche 4 possède un compensateur de poids 21 disposé sur la pièce de base 3. Ce compensateur 21 est constitué essentiellement d'une roue solaire 22 posée sur l'axe de rotation 2, qui se trouve en prise, en permanence, avec une roue planétaire 23, posée sur la pièce de base 3 et qui se trouve soumise à l'action d'une force qui s'exerce dans le sens opposé à celui de la gravité. Sur la roue planétaire 23 est articulée excentriquement la tige de piston 24 d'un cylindre 25 soumis à une contrainte constante à la pression et fixée mobile en rotation sur la pièce de base 3. Le rapport entre la roue solaire 22 et la roue planétaire 23 est de 1 : 1. L'entrainement de la broche d'outil 8 s'opère par pénétration latérale dans le nez de broche 4. Un arbre 26 de l'entrainement principal, qui n'est pas représenté plus en détail, passant dans le bras 1" du support 1, est relié activement, par une paire de roues coniques 27, avec un arbre de pénétration 28, réalisé sous la forme d'un arbre creux, entourant librement l'axe de rotation 2. La roue droite 29, associée à l'arbre 28 de pénétration, est en prise avec une roue droite 31, posée solidaire en rotation sur l'arbre d'entraînement 30 du mécanisme à roues coniques 12, 13, de sorte que le flux d'entraînement est établi vers la pièce de tête 6 et vers la broche d'outil 8. Le nez de broche 4 s'appuie latéralement sur le bras 1" reçu, au moyen de son cône de serrage rotatif et coulissant, dans la bague de guidage 32. Le dessin montre que l'axe de rotation 2 est relié chaque fois rigidement avec les bras 1', 1". Cela empêche son écartement éventuel, quand le vérin 25 pousse le nez de broche 4 contre le bras 1' pour assurer l'accouplement de la denture droite 15. L'accouplement et le découplement de l'accouplement 7 à dents droites s'effectue, de même que la rotation de la partie de tête, sur l'axe 5, et le couplage du bloc coulissant 11, au moyen d'organes techniques qui ne sont pas illustrés. Comme le moment de rotation du nez de broche 4 est compensé par le compensateur de poids 21 dans une mesure telle qu'il reste seulement à surmonter un moment de frottement conditionné par l'ensemble de la construction, l'entrat- nement de réglage peut être très faible, ce qui facilite grandement la réalisation d'un axe de rotation à commande numérique. Il s'ensuit, d'autre part, une réduction sensible du coût demandé par l'entraînement sous ce rapport et une forte diminution de l'encombrement. La disposition des plans de rotation choisis, l'un par rapport à l'autre, permet un usinage d'une pièce sur tous les axes de la machine et assure, en liaison avec la possibilité pour le nez de broche 4 de tourner sur 1800, l'utilisation totale ou, dans des conditions déterminées, l'élargissement des parcours opérationnels imposés par la machine. Les avantages du nez de broche suivant l'invention, mentionnés, sont basés sur une universalité élevée, qui présente une grande importance, en particulier pour l'efficacité de l'usinage de pièces sur plusieurs axes. REVENDICATIONS 1) Nez de broche, en particulier tête de fraisage angulaire pouvant tourner sur deux plans, comportant un mouvement de rotation vertical sur un axe de rotation horizontal agissant en dehors du centre de granité et la réception sur le support en forme de fourche d'un groupe de construction associé à la machine, caractérisé en ce que l'axe de rotation (2) qui ne peut tourner dans le support (1), est le point de fixation d'un compensateur de poids (21) interne par rapport au nez de broche, et que la pénétration de la broche d'outil (8) s'effectue coaxialement. 2) Nez de broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de base (3) du nez de broche (4) est reçue mobile en rotation sur l'axe de rotation (2) sur lequel repose une roue solaire (22) qui se trouve en prise avec une roue planétaire (23), montée dans la pièce de base (3) et qui est soumise à une action mécanique dirigée en sens inverse de celui de la gravité. 3) Nez de broche suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la roue planétaire (23) est soumise à une action mécanique constante, et que son rapport avec la roue solaire (22) est de 1 : 1. 4) Nez de broche suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de base (3) est positionnée, d'une façon connue, conformément à un angle de rotation, au moyen d'un accouplement (15) à denture droite et est en liaison de solidarité de rotation avec la roue de sortie (20) coaxiale, d'un entraînement de réglage (18) fixé sur le support (1), l'axe de rotation (2) étant fixé mécaniquement, chaque fois frontalement, sur les bras (1', 1") du support (1). 5) Nez de broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de pénétration (28) est réalisé sous la forme d'un arbre creux entourant librement, d'un côté, l'axe de rotation (2), qui est en liaison d'entraînement, d'une part, par l'intermédiaire d'une paire de roues coniques (27) avec un axe (26) de l'entraînement principal, traversant longitudinalement le bras (1") du support (l), et d'autre part, est en liaison d'entraînement avec une transmission (12, 13) à roues coniques de la broche à outil (8), par l'intermédiaire d'une paire de roues droites (29, 31) réalisant la pénétration latérale d'entraînement du nez de broche (4). 6) Nez de broche suivant l'une quelconque des rever-,dications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce de tête (6) du nez de broche (4), pourvu de la broche à outil (8) angulaire, peut tourner sur un axe (5) s'étentant perpendiculairement à l'axe de rotation (2), le plan de rotation se situant entre l'axe de rotation (2) et la broche d'outil (8). 7) Nez de broche suivant l'une des revendications 1, 5 et 6, caractérisé en ce qu'il est disposé dans la pièce de tête (6), un mécanisme à roues droites, de préférence à deux étages, dont le bloc (11) de roues coulissant est posé sur l'arbre de sortie (14) du mécanisme à roues coniques (12, 13) et est en prise avec les roues droites (9) ou (10) reçues par la broche d'outil (8). 8) Nez de broche suivant l'une des revendications 1, 5 et 7, caractérisé en ce que la pièce de tête (6) est positionnée sur la pièce de base (3), d'une façon connue, au moyen d'un accouplement à roues droites (7).