Brevet FR2623573A1 — publié le 19890526

Dispositif pour solidariser deux parties constitutives de machines, notamment deux parties d'outillage de machines-outils La présente invention se rapporte à un dispositif pour solidariser deux parties constitutives de machines, no- tamment deux parties d'outillage de machines-outils,; compre- nant un tenon cylindrique d'ajustement prévu sur l'une des parties d'outillage et un alésage d'ajustement ménagé, dans l'autre partie d'outillage, en vue de recevoir le tenon d'ajustement, l'autre partie d'outillage présentant, au voi- sinage de l'alésage d'ajustement, deux filetages internes diamétralement opposés, s'étendant radialement et dont chacun coopère avec une vis qui est munie d'un appendice à symétrie de révolution se rétrécissant dans le sens axial, ou bien d'un renfoncement tronconique; dispositif dans lequel une cheville d'ablocage, pouvant coulisser dans un perçage trans- versal du tenon s'étendant perpendiculairement à l'axe de ce tenon d'ajustement, comporte, à chacune de ses deux extrémi- tés, un appendice ou un renfoncement tronconique coopérant avec l'appendice ou le renfoncement des vis; et dans lequel l'axe des filetages internes présente, par rapport à l'axe du tenon d'ajustement, un espacement axial vis-à-vis de l'axe du perçage transversal, de telle sorte que les parties d'ou- tillage soient pressées axialement l'une contre l'autre lors du serrage relatif des vis contre la cheville d'ablocage. Dans un dispositif connu de ce genre (GB-B-2 094 191) les appendices de la vis et de la cheville d'ablocage, qui présentent une symétrie de révolution et décroissent de sec- tion, sont de réalisation tronconique. Dans ce cas, la che- ville d'ablocage peut comporter des appendices tronconiques à ses deux extrémités, les deux vis étant alors pourvues d'un renfoncement tronconique; ou bien, inversement, les deux vis peuvent être dotées d'appendices tronconiques qui pénè- trent dans des renfoncements tronconiques de la cheville 2 2623573 d'ablocage; ou bien la cheville d'ablocage peut encore com- porter un appendice tronconique à l'une de ses extrémités et un renfoncement tronconique à son autre extrémité et, en conséquence, l'une des vis est munie d'un renfoncement tron- conique, et l'autre vis d'un appendice tronconique. Dans chacun des cas considérés, lors du serrage de l'une des vis, la cheville d'ablocage subit l'action d'une force de serrage qui présente également une composante dirigée axialement. Cette force de serrage engendre, sur la vis située à l'oppo- sé, une force de réaction de même grandeur qui agit également sur la cheville d'ablocage avec une composante dirigée axia- lement. Sous l'action de ces deux composantes de forces diri- gées axialement, la surface annulaire et la face extrême sont pressées l'une contre l'autre avec une force de tension dé- terminée. L'ampleur de cette force de tension dépend, pour l'essentiel, du couple de serrage qui est imposé à la vis. En présence de tenons d'ajustement de diamètres plus petits, et donc en présence de petites vis, le couple de serrage ne peut pas être augmenté à volonté, faute de quoi une rupture des filetages est assurément à craindre. En présence de tenons d'ajustement de grand diamètre, et donc en présence de gran- des vis, il s'est révélé que, à partir d'un couple de rota- tion déterminé, la force de tension n'augmente plus linéaire- ment avec le couple de serrage, mais ne peut être encore ac- crue que de manière négligeable. Cependant, la rigidité de la liaison, de même que le couple de rotation pouvant être transmis par cette liaison, dépendent de la force de tension. L'invention a par conséquent pour objet de fournir un dispositif du type précité, destiné à solidariser deux parties constitutives de machines, notamment deux parties d'outillage de machines-outils, qui permette d'atteindre, sans augmentation du couple de serrage par rotation de la vis, un accroissement notable de la force de tension avec la- quelle les deux parties de machines sont pressées l'une contre l'autre. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que les appendices de la cheville d'ablocage et de la (des) vis sont réalisés sous la forme de billes respec- 3 2623573 tivement disposées avec encaissement et montées rotatives dans un coussinet sphérique de la cheville d'ablocage et de la (des) vis, dont la profondeur excède légèrement le rayon desdites billes, le diamètre de ces billes, ainsi que l'an- gle de la pointe des renfoncements tronconiques, étant di- mensionnés de façon que les billes et les renfoncements tron- coniques soient, à chaque fois, en contact par un point d'application de forces axialement distant des extrémités libres de la cheville d'ablocage et de la (des) vis. Dans cet agencement du dispositif, il s'est révélé qu'une force de tension axiale notablement accrue peut être atteinte, entre les deux parties de machines, en présence d'un couple préétabli de serrage de la vis par rotation. Par exemple, pour un diamètre de 28 mm du tenon d'ajustement, la force de serrage de 14 715 N. pouvant être obtenue avec les appendices tronconiques actuels de la vis et de la che- ville d'ablocage, a pu être augmentée jusqu'à 24 525 N grâce au dispositif conforme à l'invention. De surcroît, ce dispo- sitif selon l'invention offre l'avantage consistant en ce que les vis et les chevilles d'ablocage sont affectées par une usure moindre. L'invention va à présent être décrite plus en dé- tail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un premier exem- ple de réalisation la figure 2 est une coupe axiale fragmentaire d'un deuxième exemple de réalisation; et la figure 3 est une coupe axiale d'un troisième exemple de réalisation. L'invention est explicitée en considérant l'exemple de deux parties d'outillage de machines-outils. Le disposi- tif conforme à l'invention peut néanmoins être appliqué, de manière tout aussi avantageuse, chaque fois qu'il s'agit d'obtenir une précision de centrage maximale et une grande force de tension. Ainsi, l'invention pourrait également être appliquée à la solidarisation entre une partie d'outillage et la broche porte-outils d'une machine-outil, ou bien à l'ali- 4 2623573 gnement et à l'ablocage mutuels précis d'autres parties de machines. L'une, 1, des parties d'outillage présente un tenon cylindrique d'ajustement 2, entouré par une surface annulai- re 3 s'étendant perpendiculairement à l'axe A de ce tenon. Un alésage d'ajustement 5 est pratiqué, dans l'autre partie d'outillage 4, en vue de recevoir le tenon d'ajustement. Ce tenon 2 est muni d'un perçage transversal 6, dans lequel une cheville d'ablocage 7 peut coulisser dans le sens radial par rapport à l'axe A du tenon. La cheville 7 présente un ren- foncement tronconique 8 à l'une de ses extrémités. A son autre extrémité, cette cheville 7 porte une bille 9 montée rotative dans un coussinet sphérique 10. La profondeur t de ce coussinet sphérique 10 est légèrement plus grande que le diamètre d de la bille. La région d'une extrémité 7a de la che.éile, qui emprisonne la bille 9 es. 3?ectivement ra- battue ou rentrée par sertissage en direction de la bille, de sorte que cette bille 9 est retenue dans la cheville 7, mais peut cependant tourner dans le coussinet 10. L'alésage d'ajustement 5, prévu dans l'autre partie d'outillage 4, est entouré concentriquement par une face ex- trème annulaire 11 disposée, elle aussi, perpendiculairement à l'axe A du tenon. Au voisinage de l'alésage 5, l'autre partie 4 possède deux filetages internes 12 diamétralement opposés, s'étendant radialement et dans lesquels deux vis 13 et 14 sont insérées. L'une, 14, des vis sert alors de vis de manoeuvre, tandis que l'autre vis 13 est introduite-rigide- ment dans la partie d'outillage 4 et forme une contre-butée. Cette vis 13 est dotée d'un renfoncement tronconique 15. L'angle a de la pointe de ce renfoncement tronconique 15, de même que du renfoncement tronconique 8 ménagé dans la che- ville d'ablocage 7, peut être compris entre environ 40 et . Plus l'angle de pointe est petit, plus la force de tension pouvant être obtenue est grande, mais plus grande est également, toutefois, la course de réglage de la vis 14 dans la direction de son axe A1. La vis 14 présente également une bille 17 logée, dans un coussinet sphérique 16, de la même façon que la 2623573 bille 9 est logée dans le coussinet sphérique 10. Là encore, la région extrême de la vis 14 qui emprisonne la bille 17 est rabattue par sertissage en direction de cette bille 17. Comme le met par ailleurs en évidence la figure 1, les axes A1 des vis 13 et 14 sont séparés, de la face ex- trême 11, par une distance al qui est légèrement supérieure à une distance a2 comprise entre la surface annulaire 3 et l'axe A2 du perçage transversal 6, respectivement de la cheville d'ablocage 7. De la sorte, dans la position de ser- rage illustrée sur la figure 1, les billes 9 et 17 sont res- pectivement en contact, d'un côté, avec le renfoncement tronconique considéré 15 ou 8 qui leur est associé. Le point de contact ou la zone de contact,auquel (dans laquelle) les billes 9 et 17 sont respectivement appliquées contre les renfoncements tronconiques 15 et 8, sont désignés ci-après par l'expression "point P d'application de forces", car les forces de serrage sont transmises, en-ces points, des vis 13 et 14 à la cheville d'ablocage. Conformément à l'invention, il est par ailleurs prévu que les points P d'application de forces présentent un certain espacement axial rl ou r2 par rapport aux extrémités libres respectives 7b et 13b de la cheville d'ablocage 7 et de la vis 13. De la sorte, l'on évite un contact et une transmission de forces sur l'arête respectivement située entre le renfoncement tronconique 8 ou 15 considéré, et la surface extrême 7b ou 13b qui lui est associée. Cela empêche en l'occurrence, sur les arêtes précitées, d'inadmissibles compressions superficielles et pressions marginales. La transmission de forces s'opère là o la cheville 7, respec- tivement la vis 13, présente déjà une épaisseur de paroi re- lativement grande. En harmonisant l'angle a de la pointe du renfoncement tronconique 8, 15, son diamètre de base et le diamètre d des billes, l'on peut obtenir que les points P d'application de forces se trouvent, à chaque fois, à l'espa- cement axial souhaité rl ou r2 par rapport aux extrémités li- bres respectives 7b et 13b. Il s'est révélé avantageux de fabriquer les billes 9 et 17 en un métal dur. 6 2623573 Le diamètre d des billes doit commodément représen- ter environ 2/3 du diamètre D de la vis 14 de manoeuvre ou de blocage. Lors du serrage de la vis 14, la bille 17 de cette vis vient tout d'abord s'appliquer contre le renfoncement tronconique 8 de la cheville d'ablocage 7 et déplace cette cheville 7, vers la gauche en observant les dessins, jusqu'à ce que la bille 9 de ladite cheville vienne s'appliquer contre le renfoncement tronconique 15 de la vis 13. Le déca- lage axial des deux axes A1 et A2, par rapport à l'axe A du tenon d'ajustement, a alors pour effet de garantir le contact susmentionné, s'opérant d'un côté, entre les billes 9, 17 et les renfoncements tronconiques 15, 8 associés. La force de serrage F1 de la vis 14, agissant radialement, engendre sur la vis 13 une force de réaction F2 de valeur identique, agis- sant dans le sens opposé. La force de serrage F1 et la force de réaction F2 provoquent, aux points P d'application de forces, des forces F qui agissent à l'oblique vers l'inté- rieur, et dont la direction s'étend perpendiculairement aux génératrices des renfoncements tronconiques 8 et 15. Ces for- ces F possèdent également, à chaque fois, une composante FA agissant en direction de l'axe A du tenon. Etant donné que la composante FA est engendrée par chacune des deux vis 13 et 14, la surface annulaire 3 et la face extrême 11 sont pressées l'une contre l'autre avec une force de tension V représentant le double de ladite composante FA. Conformément à la figure 2, pour accroître davan- tage encore la force de tension V, l'on peut par exemple ra- mener à 50 l'angle ail de la pointe du renfoncement tronco- nique 15' d'une vis 13' et, par conséquent aussi, l'angle de la pointe du renfoncement tronconique de la cheville d'ablo- cage. Il en résulte un accroissement de la composante FA' agissant axialement, et par conséquent aussi de la force de tension. L'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation illustrés. Ainsi, il serait également envisa- geable de prévoir des billes aux deux extrémités de la che- ville d'ablocage., auquel cas les deux vis seraient pourvues 7 2623573 de renfoncements tronconiques. En outre, des billes pourraient éventuellement aussi être implantées sur chacune des deux vis, auquel cas la cheville d'ablocage serait dotée de renfonce- ments tronconiques à ses deux extrémités. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fi- gure 3, des éléments remplissant la même fonction sont dési- gnés par les mêmes indices de référence que dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1. De ce fait, la des- cription qui précède s'applique valablement à l'exemple de réalisation montré par la figure 2. A l'inverse de l'exemple de réalisation selon la figure 1, dans lequel le serrage et le desserrage de la solidarisation s'opèrent radialement de l'extérieur, un dispositif d'actionnement central est prévu dans l'exemple de réalisation d'après la figure 3. Dans ce cas, la cheville d'ablocage se compose de deux parties iden- tiques 7' qui sont séparées l'une de l'autre et dont chacune porte, à son extrémité externe, une bille 9 montée dans un coussinet sphérique 10 de la cheville 7'. La conception du montage de ces billes 9, ainsi que leur coopération avec les vis 13, correspondent à celles de l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1. Dans ce cas, les deux vis 13 de- meurent fermement introduites dans une broche 20 de la ma- chine-outil. Elles peuvent être aisément remplacées en cas d'usure. Chacune des deux parties 7' de la cheville d'ablo- cage présente une rampe 21 à son extrémité interne 7c, les deux rampes étant inclinées dans des directions mutuellement opposées. Un coin de blocage 23 est intercalé entre les ex- trémités internes 7c, tournées l'une vers l'autre, des par- ties 7' de la cheville; ce coin est relié rigidement à une tige d'actionnement 24, au moyen de laquelle il peut être réglé dans la direction de l'axe A du tenon d'ajustement. La tige d'actionnement peut être reliée à un tirant 25. Ce ti- rant 25 peut être soumis à l'action d'un mors de serrage (non représenté) d'une tige de traction (également non illus- trée) pouvant coulisser axialement dans la broche 20 de la machine. Si, dans ces conditions, une force de traction agis- sant dans la direction B est appliquée à la tige d'actionne- 8 2623573 ment 24, les parties 7' de la cheville d'ablocage sont pous- sées radialement vers l'extérieur sous l'action de surfaces cunéiformes 23a du coin de blocage 23. Lorsque les billes 9 entrent en contact avec les renfoncements tronconiques 15, la surface annulaire 3 de la partie d'outillage 1 est à son tour pressée contre une face frontale 20a de la broche 20 de la machine. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 9 2623573 -R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif pour solidariser deux parties constir tutives de machines, notamment deux parties d'outillage de machines-outils, comprenant un tenon cylindrique d'ajuste- ment prévu sur l'une des parties d'outillage et un alésage d'ajustement ménagé, dans l'autre partie d'outillage, en vue de recevoir le tenon d'ajustement, l'autre partie d'outilla- ge présentant, au voisinage de l'alésage d'ajustement, deux filetages internes diamétralement opposés, s'étendant radia- lement et dont chacun coopère avec une vis qui est'munie d'un appendice à symétrie de révolution se rétrécissant dans le sens axial, ou bien d'un renfoncement tronconique; disposi- tif dans lequel une cheville d'ablocage, pouvant coulisser dans un perçage transversal du tenon s'étendant perpendicu- lairement à l'axe de ce tenon d'ajustement, comporte, à chacune de ses deux extrémités, un appendice ou un renfonce- ment tronconique coopérant avec l'appendice ou le renfonce- ment des vis; et dans lequel l'axe des filetages internes présente, par rapport à l'axe du tenon d'ajustement, un es- pacement axial vis-à-vis de l'axe du perçage transversal, de telle sorte que les parties d'outillage soient pressées axia- lement l'une contre l'autre lors du serrage relatif des vis contre la cheville d'ablocage, dispositif caractérisé par le fait que les appendices de la cheville d'ablocage (7; 7') et de la (des) vis (14) sont réalisés sous la forme de bil- les (9, 17) respectivement disposées avec encaissement et montées rotatives dans un coussinet sphérique (10) de la cheville d'ablocage (7) et de la (des) vis (14), dont la profondeur (t) excède légèrement la moitié du diamètre (d) des billes, ce diamètre (d) desdites billes, ainsi que l'an- gle (Q; a1) de la pointe des renfoncements tronconiques (8, 15; 15'), étant dimensionnés de façon que les billes (9, 17) et les renfoncements tronconiques (8, 15; 15') soient, à chaque fois, en contact par un point (P) d'appli- cation de forces qui se trouve à un certain espacement axial (rl, r2) par rapport aux extrémités libres (7b, 13b) de la cheville d'ablocage (7) et de la (des) vis (13). 2623573 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la région de l'extrémité considérée (7a) de la cheville d'ablocage (7; 7') ou de la vis (14), qui em- prisonne la bille (9, 17), est rabattue par sertissage en direction de cette bille (9, 17). 3. Dispositif selon la revendication.1 ou 2, carac- térisé par le fait que les billes (9, 17) consistent en un métal dur. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le diamètre (d) des billes repré- sente environ les 2/3 du diamètre (D) de la vis (14). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle (a; a1) des pointes des renfonce- ments tronconiques (8, 15; 15') est compris entre environ 40 et 120 . 6. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la cheville d'ablocage se compose de deux parties (7') qui sont séparées l'une de l'autre et présentent, à leurs extrémités internes (7c) tournées l'une vers l'autre, des rampes (21) inclinées dans des directions mutuellement opposées; et par le fait qu'un coin de blocage (23), prévu entre les extrémités inter- nes (7c), est appliqué par ses surfaces cunéiformes (23a) contre les rampes (21) et peut être réglé dans la direction de l'axe (A) du tenon d'ajustement.