Brevet FR2607047A1 — publié le 19880527

ENSEXBLE DE BROCHE DE XACHINE-OUTIL ET DE PORTE-OUTILS L'invention se rapporte à une broche de machine-outil et à des porteoutils s'y adaptant, et concerne plus particulièrement un ensemble de broche de machine-outil et de porte-outils, ayant différentes queues pouvant être insérées tour à tour dans le nez de la broche qui présente un trou de réception tronconique pour recevoir une queue a cône à forte pente d'un premier porte-outil, une surface frontale entourant le trou de réception et, dans la région du trou de réception tronconique, un alésage d'adaptation cylindrique pour recevoir un relief d'adaptation sur la queue d'un second porte-outil, lequel est muni, à une extrémité du relief d'adaptation, d'un collet qui lui est concentrique et, à l'autre extrémité du relief d'adaptation, d'un tronc de cône qui, lors du contact du collet contre la surface frontale, s'engage avec du jeu dans le trou de réception tronconique, l'alésage d'adaptation étant adjacent à la surface frontale et ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre théorique du trou de réception tronconique dans le plan de la surface frontale, et la longueur axiale de l'alésage d'adaptation n'étant que d'environ 10 à 15 % du diamètre théorique. L'invention a pour but d'améliorer un tel ensemble de broche de machineoutil et de porte-outils s'y adaptant, de façon à obtenir, en cas d'utilisation d'un porte-outil avec relief cylindrique, une liaison particulièrement stable, avec une grande pécision de centrage, entre nez de broche et outil, l'usure dans la région du diamètre de centrage étant réduite à un minimum. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le nez de broche présente un second alésage d'adaptation cylindrique se raccordant au plus petit diamètre du trou de réception tronconique, et par le fait qu'un second relief d'adaptation cylindrique, s'ajustant dans le second alésage d'adaptation, est prévu sur le second porte-outil à la suite du plus petit diamètre du tronc de cône. Grâce à cette configuration, le porte-outil reçoit un appui multiple sur la broche. On réalise un appui non seulement par les deux reliefs d'adaptation prévus à une grande distance l'un de l'autre, mais aussi par contact du collet contre la surface frontale de la broche. Les efforts transversaux agissant perpendiculairement à l'axe de la broche sont transmis de manière optimale, par les deux reliefs d'adaptation, du porte-outil à la broche, et inversement, Cela est particulièrement avantageux dans le cas des outils lourds dont l'avant est fortement chargé. En outre, lors de l'insertion du porte-outil dans le réceptacle du nez de broche, on obtient un précentrage des deux parties si le second relief d'adaptation cylindrique s'engage juste dans le second alésage d'adaptation. Là encore, dans le cas des outils lourds dont l'avant est fortement chargé, cela est particulièrement appréciable, puisqu'ils peuvent alors être insérés rapidement, de manière entièrement automatique, l'usure dans la région du diamètre de centrage étant réduite à un minimum. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, il est prévu, à l'extrémité libre, côté broche, du porte- outil, concentriquement à son axe, un bourrelet annulaire dont le diamètre est de quelques centièmes de millimètre plus petit que le diamètre du second relief d'adaptation, et il est prévu, entre le bourrelet annulaire et le relief d'adaptation, une partie de transition tronconique dont le plus grand diamètre est adjacent au second relief d'adaptation et correspond au diamètre de celui-ci. Lors de l'insertion du porte-outil dans le nez de broche, le bourrelet annulaire susmentionné pénètre d'abord dans le second alésage d'adaptation. comme son diamètre est très légèrement inférieur à celui de l'alésage d'adaptation, et comme il présente en outre un arrondi, il peut être introduit relativement facilement dans l'alésage d'adaptation, et l'on obtient déjà un précentrage de la queue du porte- outil par rapport au nez de broche. Lorsque la queue du porte-outil est enfoncée plus loin dans le nez de broche, la partie transition tronconique assure la suite du guidage, jusqu'à ce que le second relief d'adaptation cylindrique glisse dans le second alésage d'adaptation. ainsi, l'usure est réduite à un minimum. En outre, le jeu entre le second alésage d'adaptation et le second relief d'adaptation peut être maintenu à une valeur très petite, de l'ordre d'environ 0,002 à 0,004 mm, ce qui contribue à améliorer la précision du centrage. Parmi les diverses formes de réalisation et perfectionnements possibles, l'invention prévoit notamment que: - le diamètre du bourrelet annulaire est d'environ 0,02 à 0,05 mm plus petit que celui du second relief d'adaptation; - le diamètre du premier alésage d'adaptation est d'environ 1 mm plus grand que le diamètre théorique; - la longueur axiale du premier alésage d'adaptation est d'environ 12 % du diamètre théorique; - il est prévu, entre la surface frontale et le premier alésage d'adaptation cylindrique, un chanfrein compensant la différence de diamètre entre relief d'adaptation et tronc de cône; - il est prévu, entre la queue conique et le premier relief d'adaptation, un chanfrein compensant la différence de diamètre entre ces deux parties; - au moins une pièce de serrage est disposée à coulissement dans un guide radial dans le tronc de cône, dans la région du premier relief d'adaptation, cette pièce de serrage étant déplaçable radialement au moyen d'une surface de coin qui l'attaque à son extrémité intérieure et qui est liée à une tige d'actionnement mobile axialement dans le tronc de cône, et étant munie, en son extrémité extérieure libre, d'une surface de poussée pouvant être appuyée contre une surface conjuguée prévue dans la broche. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant au dessin annexé dont les figures représentent: - la figure 1, un premier exemple de réalisation, vu en coupe longitudinale partielle; - la figure la, à une échelle agrandie, le détail correspodant & l'emplacement "a" sur la figure 1; - la figure 2, un deuxième exemple de réalisation vu en coupe partielle longitudinale; et - la figure 3, une vue partielle en coupe faite selon la ligne III-III de la figure 2. La broche de machine-outil 1 est montée à rotation dans la poupée portebroche 2. La broche 1 de la machine présente, dans son nez de broche la, un trou de réception tronconique 3 aménagé selon DIN 2079 ou selon la norme ISO correspondante. Le trou de réception 3 est entouré par une surface frontale annulaire plane 4, perpendiculaire à l'axe A de la broche. Dans un trou central de la broche 1 est en outre montée une tige de serrage 5, mobile axialement, qui porte à son extrémité avant, dans la région du trou de réception tronconique 3, une pince de serrage 6 et qui est déplaçable axialement, par rapport à la tête de broche, contre la force de ressorts du type rondelle Belleville non représentés (figure 2). Comme représenté sur la figure 1, la tige de serrage 5a pourrait présenter, à la place de la pince de serrage 6, un filetagte 7 et être montée tournante dans la broche 1. Dans la région du trou de réception 3, le nez de broche la présente un alésage d'adaptation cylindrique 8, immédiatement adjacent à la surface frontale 4a. Le diamètre D de cet alésage d'adaptation n'est que très légèrement, d'environ 1 mm, plus grand que le diamètre théorique dl que le trou de réception tronconique 3 présenterait dans le plan de la surface frontale 4. Ce diamètre théorique dl est fixé par la norme DIN 2079 et vaut, par exemple, 69,95 mm pour une broche ayant la taille Ko 50. La figure la montre des détails concernant ce diamètre théorique dl et le diamètre D de l'alésage d'adaptation 8. L'alésage d'adaptation 8 est relativement court en direction axiale, sa longueur axiale L, mesurée depuis la surface frontale 4, devant être d'environ 10 à 15 %, de préférence de l'ordre de 12 %, du diamètre théorique dl. Le diamètre D de l'alésage d'adaptation 8 est réalisé avec une tolérance de + 0,002 à + 0,005 mm. Un premier porte-outil portant, à son extrémité libre, un outil quelconque non représenté, par exemple une tête de perçage, un outil d'alésage, une fraise, un alésoir ou analogue, peut être inséré dans la broche 1 de la machine-outil, dans le trou de réception tronconique, par sa queue à cône à forte pente réalisée selon DIN 2080 ou 69871, comme décrit plus en détail en se rapportant à la figure 4 du brevet allemand 35 21 799. Sur la figure 1, on a représenté un deuxième porte-outil 13 à l'extrémité libre 13a duquel est agencé un outil, là encore non représenté. Le porteoutil 13 présente en outre un collet 13b. Le porte-outil 13 présente, adjacent au collet 13b, un relief d'adaptation destiné à s'ajuster, avec des tolérances radiales aussi réduites que possible, dans l'alésage d'adaptation 8. Le diamètre du relief d'adaptation 15 est réalisé avec une tolérance d'environ - 0,003 mm. La longueur axiale du relief d'adaptation 15, mesurée depuis la surface annulaire 13c du collet 13b, est légèrement plus courte, d'environ 0,5 mm, que la longueur axiale de l'alésage d'adaptation 8. De sorte que l'on est assuré que le porte-outil 13 s'appliquera toujours étroitement, par sa surface annulaire 13c, contre la surface frontale 4 du nez de broche, sans que le relief d'adaptation 15 rencontre le fond de l'alésage d'adaptation 8. Au relief d'adaptation 15 succède un tronc de cône 16 qui est toutefois dimensionné de façon qu'il y ait, entre sa surface périphérique et le trou de réception tronconique 3, un certain jeu lorsque la surface annulaire 13c est au contact de la surface frontale 4. A l'extrémité libre 16a du tronc de cône, on peut aussi, de manière analogue à ce qui est représenté sur la figure 2, prévoir une tige d'actionnement coopérant avec une pince de serrage, ou prévoir, comme représenté sur la figure 1, un filetage intérieur 17 dans lequel la tige de serrage 5a peut être vissée par son filetage extérieur 7. Dans ce cas, la tige de serrage 5a n'est montée que tournante, sans possibilité de déplacement axial, dans la broche 1, et le porte-outil 13 est tiré dans nez de broche la sous l'effet des filetages 16, 17 en prise mutuelle. Le porte-outil 13 est alors exactement centré par rapport & la broche 1, au moyen du relief d'adaptation 15 s'engageant dans l'alésage d'adaptation 8. En outre, le collet 13b est appuyé, par sa surface annulaire 13, contre la surface frontale 4. Comme le tronc de cône 16 s'engage avec du jeu dans le trou de réception 3, le serrage de la surface annulaire 13c contre la surface frontale 4 s'effectue avec toute la force de serrage fournie par la tige de serrage 5a ou par les filetages 7, 17. Les efforts transversaux agissant sur le porte-outil 13 sont transmis à la broche, au voisinage immédiat de la surface frontale 4, par le relief d'adaptation 15 et l'alésage d'adaptation 8. Pour la transmission du couple, on peut en outre agencer sur le nez de broche la les organes d'entraînement habituels selon 2079, lesquels s'engagent dans deux rainures d'entraînement 18 diamétralement opposées, aménagées dans le collet 13b. Lors de l'introduction du porte-outil 13 dans le nez de broche 1, le tronc de cône 16 fournit d'abord un guidage approché. le tronc de cône 16 s'engageant dans le trou de réception tronconique 3 provoque un précentrage du porte-outil. Toutefois, comme il y a un gradin entre le relief d'adaptation cylindrique 15 et le plus grand diamètre du tronc de cône 16, il est avantageux de prévoir, entre la surface frontale 6 et l'alésage d'adaptation cylindrique 8, un chanfrein 19 qui, par exemple, peut être incliné de 45' par rapport & l'axe a de la broche. L'étendue radiale de ce chanfrein doit être au moins égale à la moitié de la différence entre le diamètre du relief d'adaptation 15 et le plus grand diamètre du tronc de cône 16, dans la région du relief d'adaptation 15. Le chanfrein 19 exerce une action de centrage sur le relief d'adaptation 15 et facilite l'introduction de celui-ci dans l'alésage d'adaptation 8. Au lieu du chanfrein 19 sur le nez de broche la, on pourrait aussi prévoir un chanfrein de taille correspondante, à la transition entre relief d'adaptation 15 et tronc de cône 16. Il est également envisageable qu'il y ait un chanfrein 19 sur le nez de broche et un chanfrein sur le relief d'adaptation cylindrique 15, les étendues radiales de ces deux chanfreins devant être, ensemble, un peu supérieures à la moitié de la différence entre le diamètre du relief d'adaptation 15 et le plus grand diamètre du tronc de cône 16. Le nez de broche la présente en outre un alésage d'adaptation cylindrique 40 adjacent au plus petit diamètre du trou de réception tronconique 3. Le deuxième porte-outil 13 est en outre muni, à la suite du plus petit diamètre du tronc de cône 16, d'un second relief d'adaptation 41 qui s'ajuste dans le second alésage d'adaptation 40. Il est en outre prévu, à l'extrémité libre, côté broche, du porte- outil 13, un bourelet annulaire 42 concentrique à son axe A, dont le diamètre est de quelques centièmes de millimètre, à savoir d'environ 0,02 à 0,05 mm, plus petit que le diamètre du second relief d'adaptation 41. Entre le bourrelet annulaire 42 et le relief d'adaptation 41, on a prévu une partie de transition 43 qui est tronconique et dont le plus grand diamètre est adjacent au deuxième relief d'adaptation 41 au diamètre duquel il correspond. Lors de l'insertion du porte-outil 13 dans le nez de broche la, le bourrelet annulaire 42 parvienyt d'abord dans l'alésage d'adaptation 40. Comme il est de quelques centièmes de millimètre plus petit que l'alésage d'adaptation, et comme il est en outre arrondi en son côté frontal, il peut pénéter facilement dans l'alésage d'adaptation 40. Il en résulte un précentrage entre porte- outil 13 et nez de broche la. Lors de la poursuite de l'introduction du porte-outil dans le nez de broche la, la partie de transition tronconique 43 assume la suite du centrage, Jusqu'à ce que le relief d'adaptation 41 pénètre progressivement dans l'alésage d'adaptation 40. Grâce à cette configuration, le Jeu entre relief d'adaptation 41 et alésage d'adaptation 40 peut être limité à 0,002 - 0,004 mm. On obtient ainsi une grande précision de centrage. Nalgré le faible Jeu, la configuration décrite autorise une mise en place rapide et sans problème d'outils, même lourds et fortement chargés à l'avant, et l'usure est minimisée. La force des ressorts du type rondelle Belleville agissant sur la tige de serrage 5 est fixée, lorsqu'il s'agit de machines-outils existantes, et ne peut pas être augmentée ad libitum pour des raisons de place disponible. A cause de cela, et surtout pour accroître la précision de répétition des opérations en cas de changement fréquent d'outil, c'est-à- dire pour maintenir la tolérance de changement à une valeur aussi petite que possible, on prévoit avantageusement le dispositif de serrage représenté sur la figure 2. Avec ce dispositif de serrage, une pièce de serrage cylindrique 20 est déplaçable radialement dans le tronc de cône 16, dans un trou transversal 21 servant de guide. A son extrémité extérieure, la pièce de serrage 20 présente un tronc de cône 20a ou-une surface oblique inclinée par rapport à l'axe A de la broche. La pièce de serrage 20 présente en outre une fente longitudinale 22 qui se termine par une surface de coin, oblique par rapport à l'axe A de la broche. Un coin 25 est mobile axialement dans un trou axial 24 du tronc de cône 16. Ce coin 25 prend appui, par son dos 25a, dans le trou axial 24. Le coin 25 est solidaire de la tige d'actionnement ou tige de serrage 26. Un ressort de compression 27 exerce une pression sur un collet cylindrique 28 prévu entre tige d'actionnement 26 et coin 25, et tend ainsi à pousser le coin vers le relief d'adaptation 15. En outre, le coin 25 présente un trou allongé 29, selon un tracé parallèle à la surface de coin 25b. Un doigt transversal 30 fixé dans la pièce de serrage 20 s'engage avec du jeu dans ce trou allongé 29. Une vis 31 présentant une dépression tronconique 32 est vissée radialement dans le nez de broche la. Les angles au sommet de cette dépression tronconique 32 et l'extrémité tronconique 20a de la pièce de serrage 20 sont égaux. Par rapport à la surface annulaire 13c, l'axe A1 de la pièce de serrage 20 est agencé à une distance al qui est légèrement plus petite que la distance a2 entre l'axe A2 de la vis 31 et la surface frontale 4. Pour ce qui est du collet 13b, du relief d'adaptation 15 et du tronc de cône 16, ainsi que d'autres parties, la configuration du porte-outil 13' représenté sur la figure 2 correspond à l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 et, pour cette raison, on a utilisé des références identiques pour les parties correspondantes, et la description présentée à ce propos leur est applicable. Tant que le porte-outil 13' n'est pas serré-bloqué dans la 9 2607047 broche 1, le coin 25 est poussé, sous l'effet du ressort 27, vers l'avant, en direction du relief d'adaptation 15. Grâce au trou allongé 29 et au doigt transversal 30, la pièce de serrage 20 est alors maintenue avec son extrémité tronconique 20a à l'intérieur du tronc de cône 16. Lorsque la tige d'actionnement 26 est saisie par la pince de serrage 6 et tirée par celle-ci dans le sqns B, le coin 25 se déplace également dans le sens B, sa surface de coin 25b glisse le long de la surface de coin 23 de la pièce de serrage 20 qu'elle déplace radialement vers l'extérieur. Ce faisant, l'extrémité tronconique 20a s'applique dans la dépression tronconique 32. Le décalage axial des axes A1 et A2 a pour effet que la surface annulaire 13c est appliquée contre la surface frontale 4. Les surfaces de coin 23 et 25b, ou les surfaces des troncs de cône 20a, produisent ici une amplification de la force que les ressorts du type rondelle Belleville exercent sur la tige de serrage 5. Du contact de l'extrémité tronconique 20a contre la dépression tronconique 32, il résulte une force de réaction R, dirigée radialement, qui appuie le relief d'adaptation 15 contre l'alésage d'adaptation 8, toujours dans la même direction, en un endroit diamétralement opposé a la vis S1. On obtient ainsi de façon répétée la grande précision désirée, avec de très faibles tolérances pour les changements. C'est uniquement pour faciliter la compréhension du dessin que, sur la figure 2, la pièce de serrage 20 est représentée à une certaine distance du relief d'adaptation 15. Elle doit néanmoins être agencée aussi près que possible du relief d'adaptation 15, afin d'éviter d'éventuelles forces de basculement qui pourraient résulter du déploiement radial unilatéral de la pièce de serrage 20. Si l'on rapproche la pièce de serrage 20 du relief d'adaptation 15, la longueur axiale du tronc de cône 16 peut aussi être réduite. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, une pièce de serrage 20 est monté coulissante dans le trou transversal 21. Le cas échéant, on pourait aussi envisager de prévoir deux pièces de serrage mobiles opposées, qui seraient déplacées radialement vers l'extérieur, dans des sens opposes, par des surfaces de coin ayant des sens opposés. Dans ce cas, il faudrait alors prévoir, pour la deuxième pièce de serrage, des surfaces conJuguées correspondantes sur la broche, réalisées par exemple sous la forme d'une seconde vis diamétralement opposée à la vis 31. Il est également possible d'utiliser d'autres configurations de pièces de serrage, comme celles décrites par exemple sur les figures 5 et 6 du brevet allemand 21 799, en combinaison avec la configuration spéciale de l'extrémité côté broche du porte-outil, ou de l'extrémité intérieure du trou de réception. REVENDICATIONS 1. Ensemble de broche de machine-outil et de porte-outils, ayant différentes queues pouvant être insérées tour à tour dans le nez de la broche qui présente un trou de réception tronconique pour recevoir une queue à cône à forte pente d'un premier porte-outil, une surface frontale entourant le trou de réception et, dans la région du trou de réception tronconique, un alésage d'adaptation cylindrique pour recevoir un relief d'adaptation sur la queue d'un second porte-outil, lequel est muni, à une extrémité du relief d'adaptation, d'un collet qui lui est concentrique et, à l'autre extrémité du relief d'adaptation, d'un tronc de cône qui, lors du contact du collet contre la surface frontale, s'engage avec du jeu dans le trou de réception tronconique, l'alésage d'adaptation étant adjacent à la surface frontale et ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre théorique du trou de réception tronconique dans le plan de la surface frontale, et la longueur axiale de l'alésage d'adaptation n'étant que d'environ 10 à X du diamètre théorique, caractérisé par le fait que le nez de broche présente un second alésage d'adaptation cylindrique (40) se raccordant au plus petit diamètre du trou de réception tronconique (3), et par le fait qu'un second relief d'adaptation cylindrique (41), s'ajustant dans le second alésage d'adaptation (40), est prévu sur le second porte-outil (13, 13') à la suite du plus petit diamètre du tronc de cône. 2. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu à l'extrémité libre, côté broche, du porte-outil (13, 13'), concentriquement à son axe (A), un bourrelet annulaire (42) dont le diamètre est de quelques centièmes de millimètre plus petit que le diamètre du second relief d'adaptation (41), et par le, fait qu'il est prévu, entre le bourrelet annulaire (42) et le relief d'adaptation (41), une partie de transition tronconique (43) dont le plus grand diamètre est adjacent au second relief d'adaptation (41) et correspond au diamètre de celui-ci. 3. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le diamètre du bourrelet annulaire (42) est d'environ 0,02 à 0,05 mm plus petit que celui du second relief d'adaptation (41). 4. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre (D) du premier alésage d'adaptation (8) est d'environ 1 mm plus grand que le diamètre théorique (dl). 5. Ensemble de broche et de porte-oûtils selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la longueur axiale (L) du premier alésage d'adaptation (8) est d'environ 12 % du diamètre théorique (dl). 6. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu, entre la surface frontale (4) et le premier alésage d'adaptation cylindrique (8), un chanfrein (19) compensant la différence de diamètre entre relief d'adaptation (15) et tronc de cône (16). 7. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu, entre la queue conique (16) et le premier relief d'adaptation (15), un chanfrein compensant la différence de diamètre entre ces deux parties. 8. Ensemble de broche et de porte-outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une pièce de serrage (20) est disposée à coulissement dans un guide radial (21) dans le tronc de cône (16), dans la région du premier relief d'adaptation (15), cette pièce de serrage étant déplaçable radialement au moyen d'une surface de coin (25a) qui l'attaque à son extrémité intérieure et qui est liée à une tige d'actionnement (26) mobile axialement dans le tronc de cône (16), et étant munie, en son extrémité extérieure libre, d'une surface de poussée (20a) pouvant être appuyée contre une surface conjuguée (32) prévue dans la broche (1).