Brevet FR2623431A1 — publié le 19890526

- 1 - La présente invention est relative à un mandrin de serrage pour machine-outil. On connait depuis longtemps de tels mandrins, dont chaque mors comporte une pièce de support montée coulissante dans une glissière radiale du corps de mandrin, une pièce de serrage montée coulissante dans une glissière radiale du corps ou de la pièce de support, un pêne mobile axialement dans la pièce de support et pourvu de dents capables de venir coopérer avec une denture de la pièce de serrage pour immobiliser cette dernière par rapport à la pièce de support, un organe d'actionnement mobile par rap- port à la pièce de support et capable de passer d'une pre- mière position, o il maintient le pêne en situation de coopération avec la denture de la pièce de serrage, à une seconde position, o il maintient le pêne en situation de désaccouplement par rapport à la pièce de serrage, le mandrin comprenant en outre une bague de commande, qui peut opérer un coulissement axial, et des moyens pour transformer ce coulissement axial en un déplacement radial des pièces de support des mors par rapport au corps de mandrin. De tels mandrins sont décrits par exemple dans US- A-3.682.491. Ils permettent un changement rapide des piè- ces de serrage, ou l'adaptation rapide de celles-ci à des pièces à travailler de dimensions différentes. De tels mandrins présentent, par leur structure, un risque: pendant l'opération de changement ou de dé- placement d'une pièce de serrage, une fausse manoeuvre peut actionner la bague de commande, ce qui peut endommager l'outillage, ou même blesser le personnel qui est en train d'opérer. Des sécurités électriques ou autres sont bien entendu prévues, mais il n'en reste pas moins qu'un acci- dent peut survenir, par suite d'une imprudence ou d'un mauvais fonctionnement des dispositifs de sécurité. La présente invention a pour but de fournir un mandrin qui échappe à ce risque, et qui ne soit pas soumis aux aléas que comporte une sécurité électrique ou analogue. Pour obtenir ce résultat, il est prévu, selon l'invention, des moyens qui agissent sur la bague de com- -2- mande pour empêcher son coulissement axial lorsque l'orga- ne d'actionnement est dans la seconde position, et il est prévu des moyens pour immobiliser l'organe d'actionnement- dans ladite seconde position. De préférence, l'organe d'actionnement comporte une partie de blocage qui coopère avec une partie de forme complémentaire de la bague de commande, ces deux parties venant coopérer lorsque l'organe d'actionnement est dans la seconde position et la bague de commande dans une posi- tion correspondante, pour empêcher le coulissement de ladite bague. Avantageusement, dans le cas o l'organe d'actionnement exécute au moins un mouvement radial pour passer de la première à la seconde position, ladite partie de blocage de l'organe d'actionnement est une saillie dirigée radialement, et la partie complémentaire de la bague de commande est une cavité radiale dans laquelle pénètre ladite saillie, ou vice-versa. Par "ou vice-ver- sa", on entend que la cavité peut se trouver sur l'organe d'actionnement, et la saillie radiale sur la bague de com- mande. Suivant une modalité avantageuse, l'organe d'actionnement, pour passer de la première à la seconde position, exécute seulement une translation radiale, au cours de laquelle il immobilise d'abord la bague par pé- nétration de la saillie dans la cavité, et seulement ensuite il déplace le pêne en agissant sur une surface de came oblique par rapport à la direction de cette tran- slation, et est porté par le pêne. Suivant un autre mode de réalisation, un peu plus compliquée mais plus sûre, l'organe d'actionnement, pour passer de la première à la seconde position, exécute une translation radiale suivie d'une rotation sur l'axe dudit organe d'actionnement, la translation ayant pour résultat l'immobilisation de la bague de commande, et la rotation ultérieure entraînant le déplacement du pêne par action d'une partie excentrique portée par ledit organe de com- mande. -3- Comme on peut le voir, ces deux modes de réalisa- tion apportent une excellente sécurité, obtenue par des moyens purement mécaniques, à la différence des sécurités électriques ou autres actuellement en usage. Dans la technique courante, les dents portées par le pêne et par la pièce de serrage ont une forme tra- pezoidale. Cette forme a l'inconvénient de diminuer la précision avec laquelle est localisée radialement la pièce de serrage. Pour une plus grande sOreté, il est avantageux de prévoir que les dents du pêne sont à section carrée, ainsi que celles de la pièce de serrage, et que la pièce de support porte un poussoir à ressort disposé pour péné- trer dans un intervalle entre dents de la denture de la pièce de serrage, afin d'amener cette denture en corres- pondance avec les dents du pêne. Avantageusement, la face de la pièce de serrage qui est tournée vers la pièce de support porte, au-delà de l'extrémité de la denture, une partie à relief de même hauteur que les dents, mais dépourvue d'intervalles entre dents. On évite ainsi le risque d'avoir seulement un petit nombre de dents du pêne en prise avec la denture de la pièce de serrage. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'exemples pratiques illustrés par les dessins, parmi lesquels: Figures 1 à 4 sont des coupes axiales d'un premier mode de réalisation, à des étapes différentes d'une opéra- tion de réglage de la position des pièces de serrage, Figures 5 et 6 sont des vues analogues d'un second mode de réalisation et Figures 7 et 8 sont respectivement des coupes partielles selon la ligne VII-VII de la figure 5 et la ligne VIII-VIII de la figure 6. Le dispositif représenté aux figures 1 à 4 comporte un corps de mandrin 1, qui a la forme d'une pièce cylin- drique, ayant un axe de symétrie x-x', en bas sur les figures. Ce corps est destiné à porter, dans l'exemple choisi, trois mors, mais il est évident que le nombre -4- des mors peut être différent, par exemple deux ou quatre. Les mors sont disposés symétriquement par rapport à l'axe x-x', et les figures représentent seulement une demi-cou- pe, par le plan de symétrie d'un mors. Une pièce de serrage 2, qui constitue le mors proprement dit, peut coulisser dans une glissière radiale, constituée par une rainure 3 à section en T. La face oppo- sée du corps 1, à gauche sur les figures, est pourvue de moyens de fixation, non représentés, sur une machine- outil. Cette face sera, dans la suite, dénommée face arrière du support, la face qui porte les pièces de serrage étant, par conséquent, dénommée face avant. En arrière des glissières 3, un logement orienté radialement contient une pièce de soutien 4, qui peut donc coulisser radialement dans ce logement par rapport au corps 1, Plus à l'arrière encore, une cavité du corps 1 contient un levier coudé 5, monté & pivot sur un axe 6, perpendiculaire au plan de symétrie du mors. Un premier bras 7 du levier 5 pénètre dans une cavité de la pièce de soutien 4, cependant que l'extrémité 8 de l'autre bras du levier 5 pénètre dans une cavité d'une bague de commande 9, coaxiale au corps 1, et mobile axialement à l'intérieur de celui-ci, sous l'action de moyens d'entra nement non représentés. La forme du levier 5 est calculée pour qu'un déplacement de la bague de commande 9 dans le sens axial entraine un déplacement de la pièce de soutien 4 dans le sens radial. La pièce de soutien 4 présente une cavité axiale dans laquelle peut se déplacer une pièce de liaison, ou pêne 10, en coulissant axialement. Le pêne 10 présente, & sa face avant, une série de dents 11, à section rectan- gulaire, conçues pour coopérer avec une denture 12 prévue sur la face arrière de la pièce de serrage 2. Il est clair que, lorsque les dents 11 sont en prise avec la denture 12, un mouvement radial de la pièce de support 4, corres- pondant & un déplacement axial de la bague de commande 9, a pour résultat un déplacement radial de la pièce de serrage 2, et assure ainsi le serrage d'une pièce à trai- - 5- ter, non représentée. Au contraire, si le pêne 10 est reculé vers l'arrière, de façon à désolidariser les dents 11 de la denture 12, la pièce de serrage 2 peut être dé- placée axialement par rapport à la pièce de soutien 4, soit pour modifier la position relative de ces deux pièces suivant un pas égal à celui de la denture, soit pour enle- ver complètement la pièce de serrage 2, par exemple en vue de la remplacer par une autre. Pour déplacer le pêne 10, il est prévu un organe d'actionnement consistant essentiellement en une tige radiale, ou plongeur 13, qui peut coulisser radialement dans un logement de la pièce de soutien 4. Le plongeur 13 est traversé par une goupille 14, dirigée perpendicu- lairement au plan de symétrie du mors, et qui pénètre, par ses deux extrémités, dans des rainures 15 du pêne. Ces rainures sont dirigées radialement dans leur partie la plus éloignée de l'axe x-x', et obliquement dans leur partie la plus proche de cet axe. Cette partie inclinée des rainures 15 constitue une surface de came par laquelle la goupille 14 pousse le pêne 10 vers l'arrière lorsque le plongeur est enfoncé. Par ailleurs, le plongeur 13 comporte, à sa partie la plus proche de l'axe, un prolon- gement 16, dirigé radialement, et qui vient en face d'une cavité 17 de la bague de commande 9 lorsque celle-ci est dans la position correspondant au desserrage des pièces de serrage 2. Si, partant d'une situation o le plongeur est radialement le plus écarté de l'axe x-x', (figure 3), on enfonce progressivement celui-ci en direction de l'axe, pendant que la goupille 14 parcourt la partie radiale de la rainure 15, le plongeur avance jusqu'à pénétrer dans la cavité 17 de la bague de commande, comme indiqué à la figure 1. Ensuite, la continuation du mouvement fait enfoncer un peu plus la partie en saillie 16 dans la cavité 17, tout en faisant progresser la goupille 14 dans la partie oblique de la rainure 15, ce qui a pour effet de faire reculer le pêne 10, jusque dans la position indiquée à la figure 2. -6- Dans sa position la plus écartée de l'axe x-x', représentée aux figures 3 et 4, le plongeur 13 vient en appui contre un bouchon 18 qui obture son logement radia- lement vers l'extérieur. Le bouchon 18 est percé en son centre d'un trou qui laisse le passage pour une clé 19. Dans cette même position extrême, le plongeur 13 est main- tenu par une bille 20, poussée par un ressort 21 placé dans un logement dirigé axialement de la pièce d'appui 4. La bille 20 pénètre dans une encoche 22, visible à la figure 2, du plongeur 13, et l'empêche par conséquent de se déplacer en direction de l'axe x-x'. A sa partie radialement extérieure, le plongeur 13 présente une cavité radiale 23, qui peut recevoir la tête de la clé 19. Une bille 24 peut se déplacer dans un logement orienté axialement de la paroi du plongeur entre une position o elle fait saillie sur la face exté- rieure du plongeur, et une position o elle fait saillie à l'intérieur de la cavité 23. Le logement du plongeur dans la pièce d'appui 4 présente, par ailleurs, un élar- gissement sous le bouchon 18. Lorsque la clé 19 est intro- duite dans la cavité 23, elle commence par repousser la bille 24 vers l'extérieur, dans l'élargissement du logement du plongeur. En continuant son avance, la clé arrive à une position o une gorge 25 de cette clé se trouve en face de la bille 24. Celle-ci pénètre alors dans cette gorge, et l'enfoncement ultérieur de la clé et du plongeur 13 solidarise alors celui-ci avec la clé, la bille 24 étant repoussée dans la gorge par la paroi du logement du plongeur. Lorsque l'ensemble formé par le plongeur et la clé est dans sa position extrême la plus proche de l'axe x-x', cet ensemble est retenu dans cette position par les frottements correspondant à la partie oblique de la rainure 15, et n'a donc pas tendance à s'écarter radialement vers l'extérieur. Par ailleurs, un tel dépla- cement vers l'extérieur serait immédiatement détecté par le déplacement de la clé. La pièce d'appui 4 porte, sur sa face avant, un poussoir à ressort 26, pourvu d'une bille apte à pénétrer - 7 - dans l'intervalle entre deux dents de la denture 12. L'utilité de ce poussoir à ressort est de permettre une localisation précise de la denture 12 par rapport aux dents 11 du pêne. On notera que le fait que ce poussoir à ressort est porté par la pièce de soutien, combiné avec la forme rectangulaire des dents, n'induit aucune force sur le pêne lui-même, et ne tend donc pas à pousser les dents hors d'engagement, comme cela serait le cas dans la tech- nique courante, o les dents sont de forme trapézoldale. Par ailleurs, de part et d'autre de la denture 12, deux zones 27, 28 prolongent les sommets des dents de cette denture, mais sans présenter d'intervalles entre- eux dans lesquels pourraient pénétrer des dents 11 du pêne. Grâce à cette disposition, il n'est pas possible qu'une fraction seulement des dents du pene soit en prise avec la denture 12: ou bien toutes les dents du pêne pénètrent dans des intervalles de la denture 12, ou bien le déplacement du pêne est impossible, ce qui se traduit par l'impossibilité de déplacer le poussoir 13 et, par conséquent, d'actionner la bague de commande 9, si bien qu'un risque d'incident est ainsi éliminé. Le dispositif des figures 5 à 8 diffère de celui des figures 1 à 4 essentiellement par la forme du plongeur 13 et de son logement dans le pêne 10. Le plongeur 13 comporte une partie de tête 30 cylindrique, dirigée vers l'axe x-x', et terminée par la partie en saillie 16, qui, comme dans la réalisation précédente, pénètre dans une cavité 17 de la bague de commande. La partie de tête 30 se raccorde à une partie intermédiaire 31, également cy- lindrique, mais de plus petit diamètre, et excentrée. Le plongeur se continue par une partie de queue 32, qui est en prolongement de la partie de tête. Le pêne est traversé par un logement radial dont la première partie 33 la plus proche de l'axe est circu- laire et de diamètre à peine supérieur à. celui de la partie de tête 30. Le reste 34 du logement est de diamètre large- ment supérieur, mais il est en partie obstrué par une cale 35 dont la forme et la fonction ressortiront de ce - 8 - qui va suivre, et qui est solidaire du pêne. Les parties 30 et 32 du plongeur sont guidées dans des évidements cylindriques radiaux 36, 37 de la pièce de soutien 4. Dans la position des figures 5 et 7, la partie de tête 30 du plongeur est engagée dans la première partie 34 du logement. La cale 35, en appui sur l'excentrique 31, empêche la rotation du plongeur autour de l'axe y-y' commun & la partie de tête 31 du plongeur et à la première partie 33 du logement dans le pêne. Si on enfonce le plongeur pour passer & la dispo- sition des figures 6 et 8, la partie de tête 31 du plongeur sort du pêne 10. Une rotation du plongeur sur son axe y-y' devient alors possible. L'excentrique 31 entraIne alors le pêne vers l'arrière par l'intermédiaire de la cale 35. Comme on peut le voir à la figure 6, cette rotation ne devient possible qu'après que la saillie 16 a pénétré dans la cavité 17 pour immobiliser la bague de commande. La rotation de la partie de tête 30 fait que le bord de cette partie vient en appui contre le pêne et s'oppose à un déplacement du plongeur vers l'extérieur tant que l'excentrique n'est pas revenu à la position o les dents 11 sont en prise avec la denture 12. La commande des mouvements du plongeur se fait à l'aide d'une clé 19 qui ne diffère de celle de la réali- sation précédente que par le fait qu'elle présente une extrémité 38 en forme de tournevis pour entraîner le plon- geur en rotation. La cale 35 comporte un corps avec une surface de butée 39 perpendiculaire au plan de symétrie du mors, et une aile avec une surface de butée 40 perpendiculaire à la précédente. Ces deux surfaces de butée coopèrent avec l'excentrique 31. La surface de butée 40 sert essen- tiellement à empêcher une rotation de l'excentrique 31 de plus de 1800 et à fournir à l'opérateur un repère de position précis pour la position du mors. -9 La surface de butée 39 sert au déplacement axial du pêne vers l'arrière. Lors du mouvement inverse, c'est la surface opposée de la partie 33 du logement qui sert à déplacer le pêne vers l'avant. D'autres modalités sont, bien entendu, possibles. Par exemple, la transmission du mouvement de la bague de commande 9 à la pièce d'appui 4, peut être réalisée au moyen de surfaces de came, à la place de la transmission par levier coudé qui a été décrite. On peut aussi prévoir de remplacer le système de commande des déplacements du pêne par plongeur à tran- slation ou à translation et rotation par d'autres systèmes, par exemple ce qui sont décrits dans EPA.0038749. Il est encore possible de prévoir une commande simultanée des pênes correspondant à plusieurs mors avec un dispositif connu à bague tournante. Dans ce cas, c'est également cette bague qui portera les moyens de blocage de la bague de commande. - 10 - REVENDICATIONS 1. Mandrin de serrage pour machine-outil, dont chaque mors comporte une pièce de support (4) montée cou- lissante dans une glissière radiale du corps (1) du man- drin, une pièce de serrage (2) montée coulissante dans une glissière radiale du corps (1) ou de la pièce de support (4), un pêne (10) mobile axialement dans la pièce de sup- port et pourvu de dents (11) capables de coopérer avec une denture (12) de la pièce de serrage pour immobiliser cette dernière par rapport à la pièce de support, un organe d'actionnement (13) mobile par rapport à la pièce de sup- port et capable de passer d'une première position, o il maintient le pêne en situation de coopération avec la denture de la pièce de serrage, & une seconde position, o il maintient le pêne en situation de désaccouplement par rapport à la pièce de serrage, le mandrin comprenant en outre une bague de commande (9) qui peut opérer un coulis- sement axial, et des moyens (5) pour transformer ce cou- lissement axial en déplacement radial des pièces de sup- port des mors par rapport au corps du mandrin, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (16- 17) qui agissent avec la bague de commande pour empêcher ledit coulissement axial lorsque. l'organe d'actionnement est dans ladite seconde position, et en ce qu'il est prévu des moyens pour immobiliser l'organe d'actionnement dans ladite seconde position. 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (13) comporte une partie de blocage (16) qui coopère avec une partie (17) de forme complémentaire de bague de commande (9), ces deux parties venant coopérer lorsque l'organe d'entratnement est dans la seconde position, et la bague de commande dans une position correspondante, pour empêcher le coulissement de ladite bague. 3. Mandrin selon la revendication 2, dans lequel l'organe d'actionnement (13) exécute au moins un mouvement axial pour passer de la première à la seconde position, - ll - caractérisé en ce que ladite partie de blocage de l'organe d'actionnement est une saillie (16) dirigée axialement, et la partie complémentaire de la bague de commande (9) est une cavité radiale (17) dans laquelle pénètre ladite saillie, ou vice-et-versa. 4. Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (13), pour passer de la première à la seconde position, exécute seulement une translation axiale, au cours de laquelle il immobilise d'abord la bague par pénétration de la saillie dans la cavité, et seulement ensuite il place le pêne (10) en agissant sur une surface de came (15) oblique par rapport à la direction de cette translation et portée par le pène. 5. Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement pour passer de la pre- mière à la seconde position, exécute une translation axiale suivie d'une rotation sur l'axe (y-y') dudit organe d'actionnement, la translation ayant pour résultat l'immo- bilisation de la bague de commande, et la rotation entral- nant le déplacement du pêne par action d'une partie excentrique (31) portée par ledit organe de commande. 6. Mandrin selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les dents du pêne sont à section carrée, ainsi que celles de la pièce de serrage, et en ce que la pièce de support porte un poussoir à ressort (26) disposé pour pénétrer dans un intervalle entre dents de la denture de la pièce de serrage, afin d'amener cette denture en correspondance avec les dents du pêne. 7. Mandrin selon la revendication 6, caractérisé en ce que la face de la pièce de serrage qui est tournée vers la pièce de support comporte, audelà de l'extrémité de la denture, une partie (27, 28) de même relief que les dents, mais dépourvue d'intervalles entre les dents.