Brevet FR2586369A1 — publié le 19870227

La présente invention concerne les constructions mé- caniques et a notamment pour objet les dispositifs pour la fixation d'un outil à un porte-outil. I1 est avantageux d'appliquer l'invention dans les dispositifs utilisés pour la fixation d'un outil a un por- te-outil, qui sont soumis, au cours de leur travail, à des charges radiales et, en particulier, pour la fixation et le montage d'un outil sur des machines-outils d'usinage par coupe. En outre, l'invention peut trouver une application dans l'assemblage de pièces conjuguées l'une à l'autre quand on a besoin de les assembler d'une manière rigide et solide. On connait un dispositif pour la fixation d'un outil à un porte-outil (certificat d'auteur de l'URSS n 589085 délivré le 2 Septembre 1975). L'outil est muni d'une queue exécutée sous forme d'un corps de révolution et logée dans un orifice d'un porte-outil. Ce dispositif comporte une che- ville, engagée dans un orifice du porte-outil et dans une rainure pratiquée sur la queue de l'outil. La rainure se trouve dans un plan suivant une génératrice curviligne de la queue et ses surfaces latérales présentent un angle par rapport à son axe longitudinal. La cheville, servant à so- lidariser l'outil au porte-outil, est logée dans l'orifice du porte-outil et dans la rainure de la queue de l'outil de façon que sa surface vienne en contact avec les deux sur- faces latérales de la rainure ou totalement avec la surface de la rainure. A la suite de ce contact, il se produit une force radiale par laquelle l'outil est bloqué dans le por- te-outil. En conséquence, l'outil se trouve coincé solide- ment de lui-même dans le porte-outil, mais on n'assure pas, dans ce cas, une rigidité suffisamment haute de l'ensemble outil-porte-outil du fait que c'est la valeur de la rigidi- té de la section de la tige qui détermine la rigidité de l'ensemble, c'est-à-dire, de la pièce emboitée. Etant donné que le diamètre d'une pièce emboitée (porte-outil) est tou- jours inférieur au diamètre de la pièce emboitante (queue) - 2586369 la rigidi!té de la première pièce sera inférieure à celle de la deuxième pièce, autrement dit, la rigidité de l'en- semble outil-porte-outil ne peut pas être supérieure à cel- le de la section de la queue. Il s'ensuit que le dispositif connu ne peut être utilisé que pour la fixation d'un outil qui n'est pas soumis, pendant son travail, à des actions de charges importantes. On s'est donc proposé de mettre au point un disposi- tif pour la fixation d'un outil à un porte-outil dans le- quel la tige serait disposée de manière qu'elle vienne en contact avec une surface latérale de la rainure et assure, par cela même, une haute rigidité de l'ensemble outil-por- te-outil. Le problème ainsi posé est résolu du fait qu'un dis- positif pour la fixation d'un outil à un porte-outil, l'un desquels (porte-outil) est exécuté avec un orifice tandis que l'autre (outil) comporte une tige logée dans cet orifi- ce et exécutée sous forme d'un corps de révolution sur la surface de laquelle est pratiquée une rainure avec des sur- faces latérales, disposée dans un plan suivant une généra- trice curviligne, ce dispositif comportant une cheville logée dans la rainure de la tige et dans le creux de l'ori- fice, est caractérisé en ce que l'orifice et la tige com- portent des surfaces d'appui qui délimitent le déplacement axial mutuel de l'outil et du porte-outil, la distance mi- nimale entre la surface d'appui de la tige et la surface latérale la plus éloignée de la rainure étant inférieure à la distance entre la surface d'appui de l'orifice et la sur- face de la cheville, surface la plus éloignée de ladite surface d'appui de l'orifice. L'outil est bloqué avec le porte-outil par une che- ville qui s'engage dans la rainure sur la tige. Une surfa- ce latérale de la rainure entre alors en contact immédiat avec la surface de la cheville. En conséquence, la tige se déplace dans l'orifice suivant son axe. En utilisant ce contact on assure la création de la rigidité résiduelle dans les directions axiale et radiale dans l'ensemble outil-porte-outil et, par conséquent, un assemblage solide garanti de l'outil avec le porteoutil et la possibilité d'utiliser ce dispositif pour la fixation d'un outil de coupe d'un grand encombrement dans les porte- outils sur des machines-outils de coupe. Les surfaces d'appui qui limitent le déplacement mutuel axial d'un outil et d'un porte-outil et la valeur choisie de la distance entre la surface d'appui de la tige et la surface latérale, surface la plus éloignee de la rai- nure, inférieure à la distance entre la surface d'appui de l'orifice et la surface de la cheville, surface la plus é- loignée de ladite surface d'appui donnent la possibilité de créer, en tournant l'outil dans le porte-outil par rap- port à celui-ci, le contact de la surface latérale de la rainure avec la surface de la tige et d'assurer ainsi le contact suffisamment serré des surfaces d'appui de la tige et de l'orifice. En même temps, lors de ce blocage, il ap- parait aussi un contact serré des surfaces cylindriques de la tige et de l'orifice. De ce fait, des contraintes inter- nes orientées dans les directions inverses sont engendrées dans l'ensemble outil-porte-outil du fait que l'outil et le porte-outil se trouvent sous l'action des forces axiales et radiales qui assurent une rigidité suffisamment élevee de l'ensemble, rigidité approximativement voisine de la ri- gidité d'une pièce emboitante. Etant donné que le porte-outil et l'outil comportent les surfaces d'appui complémentaires, surfaces en bout, ce déplacement se produit jusqu'au moment o les surfaces d'ap- pui susmentionnees viennent en contact l'une avec l'autre, la rotation ultérieure de la tige dans l'orifice augmente la tension du contact des surfaces d'appui et des surfaces radiales venant en contact et, par conséquent, la rigidité de la fixation de l'outil avec le porte-outil croit elle aussi. Dans ce cas, la rigidité de l'ensemble outil-porte- outil sera approximativement égale à celle d'une pièce em- boitée du porte-outil. Cette valeur est sensiblement supé- rieure à la rigidité de la section de la queue de l'outil. Il est avantageux que la surface d'appui de la tige soit disposée par rapport à la surface latérale de la rai- nure, surface la plus éloignée de ladite surface de-la ti- ge de manière que la distance soit inférieure à deux diamè- tres maximaux de la tige. L'analyse des données a fait apparaitre qu'on obtient la rigidité maximale de l'ensemble outil-porte-outil lors- qu'on dispose la surface latérale de la rainure par rapport à la surface d'appui en bout de la tige à la distance com- prise dans les limites d'une valeur égale à deux diamètres maximaux de la tige. Dans le but de permettre l'utilisation du dispositif de fixation d'un outil destiné à travailler aux lourds régi- mes de coupe, il est possible de pratiquer, sur la surface de la cheville, surface la plus éloignée de la surface d'ap- pui de l'orifice, au moins un méplat incliné. Ce méplat in- cliné ménagé sur la surface de la cheville permettra de ré- duire la classe de précision de la dimension entre la sur- face latérale de contact de la rainure et la surface d'appui de la tige. En outre, le méplat augmente la surface de con- tact de la cheville avec la tige. De ce fait, leur assembla- ge peut supporter des efforts notables lors du blocage d'un outil. Il est possible que la surface de la cheville soit exécutée au moins partiellement conique. La forme conique de la cheville permet d'augmenter la valeur du déplacement axial de la tige par rapport à la surface de l'orifice. Ceci donne la possibilité de réduire la classe de précision de la dimension entre la surface la- térale de contact de la rainure et de la surface d'appui en bout de la queue sans diminuer la rigidité d'un ensemble. Il est avantageux que la dureté du matériau de la cheville soit supérieure à celle du matériau de la tige. Lors de la fixation d'un outil ou pendant son travail, il est soumis aux couples moteurs notables qui contribuent, à leur tour, d'une manière positive à l'augmentation de la rigidité du blocage de ce dernier au porte-outil. De forts couples moteurs créent des contraintes de contact entre la cheville et la tige qui sont également élevées et sont tellement fortes qu'elles peuvent provoquer des déformations d'écrasement. Afin d'augmenter la surface de contact entre la tige et la cheville et d'élever l'effet d'autocoincement de l'outil dans le porte-outil, il est nécessaire que seu- le la surface de la tige puisse subir la déformation d'é- crasement. On peut l'obtenir grâce au fait que la dureté du matériau de la cheville est supérieure à celle du matériau de la tige. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, dé- tails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lu- mière de la description qui va suivre d'un mode de réalisa- tion donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins annexés non limitatifs dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention pour la fi- xation d'un outil à un porte-outil comportant une tige ayant une surface cylindrique. - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II dans la figure l1 - la figure 3 représente en coupe longitudinale une cheville ayant une surface conique, selon l'invention; - la figure 4 représente une cheville ayant deux surfaces coniques, selon l'invention, en coupe longitudi- nale; - la figure 5 représente en coupe longitudinale, un dispositif pour la fixation d'un outil à un porte-outil comportant une cheville sur la surface cylindrique de la- quelle est prévu un meplat, selon l'invention; - la figure 6 représente une cheville sur la surfa- ce de laquelle est pratiqué un méplat; - la figure 7 représente une cheville sur la surfa- ce de laquelle sont prévus deux méplats, selon l'invention, en coupe longitudinale; - la figure 8 représente en coupe longitudinale une cheville dont la surface est d'une forme toroidale, selon l'invention. Le dispositif proposé pour la fixation d'un outil à un porte-outil est représenté sur la figure 1, dans ce cas, un porte-outil 1 exécuté avec un orifice 2 et un ou- til 3 comportant une tige 4 logée dans ledit orifice 2. La tige 4 est réalisée sous forme d'un corps de révolution et comporte une partie conique 5 et une partie cylindrique 6. Une rainure 7, ayant des surfaces latérales 8 et 9 est pra- tiquée sur la surface de la partie cylindrique 4. Elle se trouve dans un plan suivant une génératrice curviligne de la partie cylindrique 6 de la tige 4. La rainure 7 est pra- tiquée d'une manière excentrique avec une excentricité c par rapport à un axe 0-0 de la tige 4. La surface latérale 8 de la rainure 7 se trouve sous un angle a quelconque in- férieur à 90 par rapport à l'axe 0-0 de la tige 4. Le dispositif comporte une cheville 10, logée dans la rainure 7 de la tige 4 et dans un creux de l'orifice 2. Selon cette variante, la cheville 10 est exécutée cylindri- que. Une surface plane 11 (figure 2) est prévue sur la par- tie cylindrique 6 de la tige 4 et est destinée au passage de la cheville 10 dans la rainure 7. Selon l'invention, l'orifice 2 et la tige 4 compor- tent des surfaces d'appui 12 (figure 1), 13 qui limitent le déplacement axial du porte-outil l et del'outil 3 respec- tivement et sont exécutées, comme montré sur la figure 1, coniques. Les surfaces d'appui 12 et 13 sont disposées de sorte que la distance minimale. entre la surface d'appui ll de la tige 4 et la surface latérale 8 de la rainure 7, surface la plus éloignée, est inférieure à la distance L entre la surface d'appui 12 de l'orifice 2 et la surface de la cheville 10, surface la plus éloignée de ladite sur- face d'appui 12 de l'orifice 2. La figure 3 représente un mode de réalisation d'une cheville 14 logée dans un orifice 15 d'un porte-outil 16 et ayant une surface conique 17. On assure, dans ce cas, la répartition de la force axiale P (figure 1) et de la force radiale R engendrée lors de la fixation d'un outil dans un porte-outil. La cheville 18 représentée sur la figure 4 est logée dans un orifice 19 d'un porte-outil 20 et est exécutée avec deux surfaces coniques 21. Cette cheville assure elle aus- si la répartition de la force axiale P et de la force ra- diale R et est utilisable tant dans le cas o l'outil est soumis à l[action d'un couple moteur à droite que d'un à gauche. La figure 5 représente un mode de réalisation du dispositif pour la fixation d'un outil à un porte-outil selon lequel l'outil 22 est exécuté avec un orifice 23 et le porte-outil 24 comporte une tige 25 logée dans ledit orifice 23. La tige 25 se présente sous forme d'un corps de révolution d'une forme cylindrique sur lequel est prati- quée une rainure 26, disposée dans un plan suivant une gé- nératrice curviligne de la surface cylindrique de la tige et exécutée de manière concentrique par rapport à l'a- xe O' - O' de la tige 25. La rainure 26 comporte des surfa- ces latérales 27 et 28, la surface 27 étant disposée sous un angle quelconque B inférieur à 90 . Le dispositif est muni d'une cheville 29 logée dans la rainure 26 de la ti- ge 25 et dans l'orifice 23 et ayant sur sa surface cylin- drique un méplat 30 (figure 6). Ce méplat assure de la ma- nière analogue à la cheville 14 ayant une seule surface co- nique 17, une répartition des forces axiale P et radiale R. L'orifice 23 et la tige 25 comportent des surfaces d'appui 31 et 32 respectivement, qui limitent le déplace- ment axial mutuel du porte-outil 24. Ces surfaces d'appui sont exécutées sensiblement perpendiculaires à l'axe O' - O' de la tige 25. Dans ce cas, les surfaces d'appui 31 et 32 sont disposées de manière que la distance minimale h en- tre la surface d'appui 32 de la tige 25 et la surface la- térale 27 de la rainure 26, surface la plus éloignée de celle-ci, est plus petite que la distance H entre la sur- face d'appui 31 de l'orifice 23 et la surface de la che- ville 29, surface éloignée au maximum de ladite surface d'appui 31 de l'orifice 23. La cheville 33 représentée sur la figure 7 est pla- cée dans un orifice 34 d'un outil 35 et est exécutée avec deux méplats 36 qui sont destinés à remplir la fonction analogue à celle des deux surfaces coniques 21 sur la che- ville 18. La cheville 37 (figure 8), disposee dans l'orifice 38 du porte-outil 39 est d'une forme toroTdale. La cheville 37 de cette forme est utilisée dans les mémes cas que la cheville 18 à deux surfaces coniques 21. Selon les modes de réalisation illustrés sur les fi- gures 1 et 5 et décrits ci-dessus, la surface d'appui 13, 32 de la tige 4, 25, est disposée par rapport à la surface latérale 8, 27, de la rainure 7, 26, respectivement, sur- face la plus éloignée de ladite surface 13, 32 de la tige 4, 25, à une distance inférieure à deux diamètres maximaux D et D' de la tige 4, 25. La dureté du matériau de la cheville est supérieure à celle du matériau de la tige. Les tiges du dispositif, réalisé selon les modes représentés sur les figures 3, 4, 7 et 8, ne sont pas représentées conventionnellement. Le dispositif pour la fixation d'un outil à un por- te-outil fonctionne de la manière suivante. Le dispositif revendiqué pour la fixation d'un ou- til à un porte-outil est relativement simple d'après sa conception et assure un blocage suffisamment rigide et l'au- tocoincement sûr mutuel d'un outil et d'un porte-outil. Comme l'on voit sur les figures 1 et 2, l'outil 3 est fi- xé dans le porte-outil par rotation de l'outil 3 dans la direction de la flèche M. Grâce à sa disposition excentrique, la surface laté- rale 8 de la rainure 7 vient en contact avec la surface de la cheville 10. En conséquence, la tige 4 est avancée dans l'orifice 2 du porte-outil 1 en se déplaçant suivant l'axe 0-0 dans la direction de la flèche F jusqu'à ce que les surfaces d'appui coniques 12 et 13 de l'orifice 2 e- de la tige 4 respectivement viennent en contact l'une avec l'au- tre. Lorsqu'on augmente le couple moteur dans la direction de la flèche M, couple appliqué à l'outil 3, le serrage au contact tant des surfaces d'appui conique 12 et 13 que des surfaces contiguës cylindriques de la tige 4 et de l'ori- fice 2 croit proportionnellement à l'augmentation de ce cou- ple moteur car la tige 4 se déplace alors dans le sens ra- dial suivant la flèche R. L'augmentation du serrage du con- tact des surfaces venant en contact est suivie de l'aug- mentation de la rigidité de l'ensemble outil-porte-outil. Avec cette augmentation, la rigidité de cet ensemble peut atteindre les valeurs approximativement égales à la valeur de la rigidité du porteoutil 1. Dans le cas qu'on vient d'examiner la rigidité de l'ensemble outil-porte-outil 1 dépasse sensiblement la rigidité de la tige 4. La figure 5 représente un mode de fixation d'un ou- til 22 associé à un porte-outil 24 par emmanchement selon lequel ils sont assemblés au moyen d'un orifice cylindri- que 23 pratiqué dans l'outil 22 et d'une tige cylindrique 25 faisant partie du porte-outil 24. L'outil 22 est bloqué dans le porte-outil 24 par rotation de l'outil 22 dans la direction de la flèche M. La surface latérale 27 de la rainure concentrique 26 vient alors en contact avec un méplat 30 de la cheville 29. De ce fait, l'outil 22 se déplace alors par rapport au porte-outil 24 dans la direction axiale suivant la flè- che P jusqu'à ce que les surfaces d'appui en bout 31 et 32 de l'outil 22 et du porte-outil 24 respectivement, vien- nent en contact. L'augmentation du couple moteur dans la direction suivant la flèche M, couple appliqué à l'outil 22, provoque l'augmentation proportionnelle du serrage au contact tant des surfaces d'appui en bout 31 et 32 que des surfaces cylindriques de l'orifice 23 et de la tige 25 venant en contact du fait que l'outil se déplace alors dans la direction radiale suivant la flèche R. Lorsque les surfaces contiguës viennent en contact l'augmentation du serrage du contact est suivie de l'augmentation de la ri- gidité de l'ensemble outil-porte-outil. La rigidité de cet ensemble peut alors atteindre les valeurs approximative- ment égales a la valeur de la rigidité du plus grand dia- mètre D du porte-outil 24. La rigidité du porte-outil 24 à l'endroit de son diamètre maximal D accroit en grande mesure la rigidité de sa tige 25. ll R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif pour la fixation d'un outil (3, 22) à un porte-outil (1, 24), dont un (1, 22) est exécuté avec un orifice (2, 23) et l'autre (3, 24) comporte une ti.ge (4, 25) en forme d'un corps de révolution, logée dans l'o- rifice (2, 23) et sur la surface de laquelle est pratiquée une rainure (7, 26) ayant des surfaces latérales (8 et 9, 27 et 28) disposées dans un plan suivant une génératrice curviligne de la tige et comportant une cheville (10,29) logée dans la rainure (7, 26) de la tige (4, 25) et dans un creux de l'orifice (2, 23), caractérisé en ce que l'o- rifice (2, 23) et la tige (4, 25) comportent des surfaces d'appui (12 et 13, 31 et 32) qui limitent le déplacement axial mutuel de l'outil (3,22) et du porte-outil (1, 24), la distance minimale ({,h) entre la surface d'appui (13, 32) de la tige (4, 25) et la surface latérale (8, 27) de la rainure (7, 26) étant inférieure à la distance (L, H) entre la surface d'appui (12, 31) de l'orifice (2, 23) et la surface de la cheville (10, 29), surface éloignée au maximum de ladite surface d'appui (12, 31) de l'orifice (2, 23). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la surface d'appui (13, 32) de la tige (4, 25) est disposée par rapport à la surface latérale (8, 27) de la rainure (7, 26), surface la plus éloignée de ladite sur- face (13, 32) de la tige (4, 25), à une distance inférieure à deux diamètres maximaux (D, D') de la tige (4, 25). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'au moins un méplat (30) est prév.u sur la sur- face de la cheville (29), surface la plus éloignée de la surface d'appui (31) de l'orifice (23). 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la surface de la cheville (14, 18) est exé- cutée au moins partiellement conique. 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que la dureté du matériau de la cheville (10) est supérieure à celle de la tige (4, 25).