Brevet FR2608956A1 — publié le 19880701

"Arbre moteur en particulier broche de fraiseuse à grande vitesse, pour machines-outils" L'invention est utilisable sur des machines- outils à changement d'outils automatique quand le changement d'outil doit intervenir à basse vitesse de rotation. Une application particulière est donnée pour des postes de travail complets. Par adaptation optimale du travail d'usinage de l'outil et du porte broche, on peut réaliser des enlèvements de copeaux allant du dégrossissage à la finition. On connalt d'après le titre de protection DE 33 12 671 A1, un arbre moteur pour machines-outils se constituant d'un arbre porte-fraise, et d'une tête qui lui est fixée. On a ici un outil avec un cône d'insertion dont la dimension du cône est inférieure à celle de l'évidement du cône de l'arbre porte-fraise et peut s'adapter grâce à l'utilisation d'une tête de broche considérée comme un adaptateur à la dimension du cône. Après fixation de l'outil dans le logement de l'arbre porte-fraise grâce à la tête de broche-adaptateur, le couple de rotation est transmis par pénétration de forme intégrale. Le défaut de cette solution réside dans le fait que le montage ou l'échange de la tête de broche munie de l'outil n'est possible qu'à l'arrêt de l'arbre porte-fraise, ce qui nécessite un temps de changement d'outil relativement important. Le but de l'invention est un accroissement de l'efficacité technicoéconomique par l'augmentation de la capacité et de ce fait de la productivité à des postes de travail comportant l'arbre moteur de l'invention. L'arbre moteur, en particulier la broche de fraiseuse à grande vitesse de rotation, pour machines- outils, se compose en premier lieu d'un arbre porte-fraise supporté de façon rotative dans un carter comportant un cône évasé pour recevoir un outil ainsi qu'un dispositif automatique de serrage et de dégagement, et en deuxième lieu, d'une tête de broche pouvant être serrée sur le carter de l'arbre porte-fraise, l'outil étant supporté en rotation à l'aide d'un cône évasé. L'échange automatique d'outil est possible à basse vitesse de rotation et de ce fait le temps d'échange de l'outil est abaissé sous forme de temps auxiliaire. Cet arbre moteur est caractérisé en ce que le carter de la tête de broche est placé de façon centrée sans Jeu sur le carter de l'arbre porte-fraise, en ce que dans le cône évasé de l'arbre portefraise sont placées des bagues d'entraînement par frottement et une gorge périphérique comportant coaxialement une liaison à l'air comprimé,en ce que dans le carter de l'arbre porte-fraise est prévu un dispositif de serrage hydro-mécanique et en ce que dans le carter de la tête de broche est pratiquée une gorge annulaire périphérique d'engagement. Le mode de travail est le suivant: Un dispositif automatique d'échange d'outil qui a engagé la tête de broche munie de l'outil dans la gorge annulaire d'engagement périphérique, met en place la tête de broche devant l'arbre porte-fraise et la déplace vers cette dernière. Par exemple, grâce à une bague à bille de précision, la tête de broche est précentrée sans Jeu entre les carters de la tête de broche et d'arbre porte-fraise sur une bride du carter de l'arbre porte- fraise. Le couplage de la tête de broche avec l'arbre porte-fraise a lieu par les cônes ouverts de l'outil et de l'arbre porte-fraise. En outre, l'entraînement, Jusqu'à une vitesse de rotation synchrone, est réalisé par frottement grâce à des bagues d'entraînement dans le cône ouvert de l'arbre porte-fraise. Simultanément, les bagues d'entraînement forment des gradins pour aider au centrage aérostatique sous forme d'une gorge péri- phérique en liaison avec l'air comprimé. On empêche ainsi dans le cas d'une différence de vitesse de rotation un glissement entre l'outil et l'arbre porte-fraise. Après obtention d'une vitesse de rotation synchrone entre l'outil et l'arbre porte-fraise, vérifiée par exemple par des repères de fréquence sur l'outil et sur le corps de la broche, on réalise d'abord le serrage de l'outil sur l'axe d'entraînement, selon le principe du serrage par pince actionné par voie hydraulique, puis le serrage du carter de la tête de broche par un dispositif de serrage hydromécanique, qui assure un positionnement rigide et précis. L'entrainement se produit au moyen des deux couronnes dentées planes par application du couple de rotation à l'outil et à l'arbre porte-fraise, o il est assuré que la denture ne vient en prise qu'après obtention de la vitesse de rotation synchrone. Le palier de centrage additionnel mobile radialement empêche une vibration de ces éléments à vitesse élevée. On évite aussi par cet appui élastique du carter de l'arbre porte-fraise, les contraintes qui sans cela se produisent lors de la fixation sur un support à trois paliers. Un capteur de vibration surveille l'état de vibration de l'arbre porte- fraise, en particulier avant le couplage par serrage mécanique. D'autres avantages de l'invention sont caractérisés en ce qu'on réalise un précentrage sans jeu de la tête de broche par rapport à l'arbre porte- fraise au moyen d'une douille à bille de précision entre les carters de la tête de broche et de l'arbre porte-fraise, que l'arbre porte-fraise s'appuie en outre sur des extrémités de couplage dans un palier de centrage mobile radialement, que sur l'outil et l'arbre porte-fraise, ou sur une partie tournant avec lui, est appliqué un repère de fréquence, que sur l'arbre porte-fraise est placé un capteur de vibrations. L'invention est expliquée ci-dessous de façon plus détaillée par un exemple de réalisation. Sur les dessins faisant partie de l'invention, on montre: - figure 1: une coupe axiale au travers d'un arbre moteur en position couplée de l'arbre porte- fraise et de la tête de broche munie de l'outil, - figure 2: la coupe axiale selon la figure 1 dans une position intermédiaire lors du désaccouplement de l'arbre porte-fraise et de la tête de broche munie de l'outil. Un arbre porte-fraise est soutenu par un palier de guidage. Pour une course sans basculement, on prévoit un palier de centrage 3 qui contient un support élastique 4 pour éviter les contraintes. A l'état sans contrainte, sans tête de broche, ce support 4 doit être considéré comme rigide. Le cône évasé 5 de l'arbre porte- fraise 1 porte des bagues d'entraînement 6 et 7, qui par ailleurs coopèrent avec une gorge périphérique 8 pour constituer un centrage aérostatique. La tête de broche doit être échangée sur l'arbre portefraise 1 en rotation, la griffe venant en prise avec la tête de broche s'engageant sans la gorge annulaire 10 de la griffe pour la liaison centrale ll du carter 12 de l'arbre porte-fraise 1 et pressant le carter 13 de la tête de broche de façon centrée et sans jeu sur une douille à bille de précision 14 en direction de l'arbre porte-fraise 1. Après avoir obtenu ainsi un centrage précis, le cône 15 de la tête de broche pénètre dans le cône 5 de l'arbre porte-fraise 1. Le palier rigide 16 permet une rotation plus sûre de façon coaxiale pour la liaison de centrage 11 qui est introduite par les bagues d'entraInement 6 et 7. L'air s'écoulant de la gorge périphérique 8, nettoie d'abord le cône 15 et fait intervenir en deuxième lieu, au moyen d'un accouplement devenant plus fort, une fonction de centrage de réserve. Les repères de fréquence 17 sur l'outil 9 et les repères de fréquence 18 sur l'arbre porte-fraise 1 signalent la course synchrone de façon à bloquer les pinces de serrage 10 du dispositif mécanique- hydraulique 20 par recul du piston 21 qui est plaqué par l'amenée 22 sur le passage tournant 23 qui reçoit aussi la conduite hydraulique 24 et l'amenée d'air 25 sur la gorge périphérique 8. L'entrainement en rotation se produit alors en premier lieu par blocage en friction total des cones 15 et 5 et en second lieu par les couronnes dentées planes 26 et 27. Simultanément au couplage des parties rotatives, le levier 28 s'engage derrière la jonction de carter 29 du carter 13 de la tête de broche et la presse contre la surface 30 du carter 12 de l'arbre porte-fraise 1. Le levier 28 est actionné et attiré de façon déterminée par une bielle 31 elle-même actionnée au moyen du piston 32. Sur la conduite d'air 33, la pression de la compression peut être régulée en fonction des besoins. L'entraînement de l'arbre porte-fraise 1 a lieu au moyen de courroies plates 34, le cylindre de serrage 35 étant sous forme de tambour. Selon un éventail de travaux, plusieurs têtes de broches appartiennent à un jeu d'usinage, ces têtes étant placées dans un magasin de têtes analogue à un magasin d'outils. En outre, les fonctions des têtes de broches peuvent être mises en évidence par interro- gation, elles doivent être complètement rendue étanches. Les Joints 36 et 37 protègent le palier fixe 16 avant introduction d'un lubrifiant d'usinage. Un détecteur de vibration 38 surveille l'état de vibration de l'arbre porte-fraise 1. Les avantages spécifiques de cette solution sont l'augmentation de la durée de vie de l'outil en raison de l'amélioration de la résistance à la flexion alternée de l'arbre moteur avec l'outil qui y est fixé, l'amélioration de la précision d'échange, la possibilité de prépositionnement de l'outil et le stockage en fonction de la charge de travail la manipulation douce du stockage par adaptation à l'outil et le travail d'usinage par- ticulier, l'amélioration de la stabilité de l'outil l'augmentation de la durée de vie du stockage et l'amé- lioration de la précision de l'outil. Dans ces conditions, la tête de broche peut être introduite de façon précise à l'extérieur de l'arbre moteur, par exemple au moyen de l'équilibrage complet de la tête de broche munie de l'outil et peut être échangée de façon précise à faible vitesse de rotation et on peut renoncer avant le travail ultérieur sur une section de contrêle à la mesure de la pièce et à la correction de la coupe. La rigidité élevée de l'outil dans le plan de saisie de coupe, en raison du porte-à-faux extrêmement faible par suite du logement de l'arbre de l'outil dans la tête de broche, et la possibilité d'adaptation particulière sur l'outil et au type de travail, entrainent une précision élevée de la finition en série. Il est à noter qu'un dispositif de serrage hydro-mécanique communique avec le carter de la tête de broche, que l'outil et les parties frontales de l'arbre porte-fraise comportent chacune des couronnes dentées planes se faisant face. R E V E N D ICAT I 0 N S ) Arbre moteur, en particulier broche de fraiseuse à grande vitesse de rotation, pour machines- outils, se composant en premier lieu d'un arbre porte- fraise suppof-Fé de façon rotative dans un carter comportant un cône éva_ iur recevoir un outil ainsi qu'un dispositif automatique serrage et de dégagement, et en deuxième lieu, d'une --te de broche pouvant être serrée sur le carter de 1 lrbre porte-fraise, l'outil étant supporté en rotatioó à l'aide d'un cÈne évasé, caractérisé en ce que le carter (13) de la tête de broche est placé de façon centrée sans jeu sur le carter (12) de l'arbre porte-fraise (1), en ce que, dans le cône évasé (5) de l'arbre porte- fraise (1) sont placées des bagues d'entraînement (6) et (7) par frottement et une gorge périphérique (8) comportant coaxialement une liaison à l'air comprimé, en ce que dans le carter (12) de l'arbre portefraise 1 est prévu un dispositif de serrage hydro-mécanique (28, 31, 32, 33) qui communique avec le carter (13) de la tête de broche, en ce que l'outil (8) et les parties frontales de l'arbre porte-fraise (1) comportent chacune des couronnes dentées (26, 27) planes se faisant face, et en ce que dans le carter (13) de la tête de broche est pratiquée une gorge annulaire périphérique d'engagement (10). 2 ) Arbre moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un précentrage sans jeu de la tête de broche par rapport à l'arbre porte-fraise (1) au moyen d'une douille à bille de précision (14) entre les carters (12) et (13) de la tête de broche et de l'arbre porte-fraise (1). ) Arbre moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre porte-fraise (1) s'appuie en outre sur des extrémités de couplage dans un palier de centrage (3) mobile radialement. 4 ) Arbre moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur l'outil (8) et l'arbre porte- fraise (1), o sur une partie tournant avec lui, est appliqué un repère de fréquence (17, 18) ) Arbre moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur l'arbre porte-fraise (1) est placé un capteur de vibrations (38).