Brevet FR2665092A1 — publié le 19920131

La présente invention est relative à un mandrin de serrage pour machine-outil, comprenant un corps de forme générale à peu près cylindrique, avec un axe de révolution, et des mors portés par des supports qui sont eux-mêmes montés dans le corps de façon à pouvoir se déplacer sensiblement radialement afin de serrer par l'extérieur ou par l'intérieur une pièce à traiter, ce mandrin comprenant en outre des moyens de commande capables d'agir sur les mors, ou plus exactement sur les pièces qui supportent les mors, afin de provoquer leur déplacement, et d'obtenir le serrage désiré. Les mandrins de précision les plus courants à l'heure actuelle sont pourvus de mors qui coulissent dans les glissières radiales creusées dans le corps. Pour serrer une pièce dans un tel mandrin, on amène cette pièce en appui contre la surface frontale du corps, puis on actionne le mécanisme de commande afin de déplacer les mors en direction de la pièce et de serrer celle-ci fortement entre lesdits mors. On connaît également des mandrins dans lesquels les supports des mors, au lieu de coulisser radialement, peuvent basculer sur des axes de pivotement perpendiculaires à un plan passant par l'axe du corps. D'autres techniques encore sont connues. Quelle que soit la structure adoptée, on se heurte au phénomène suivant : le serrage de la pièce entre les mors a pour conséquence une déformation élastique plus ou moins importante de l'ensemble du mandrin.Le résultat de cette déformation est que la pièce cesse d'être en butée axiale contre le corps, et s'en écarte en créant un certain intervalle, difficile à contrôler, entre la pièce et la surface frontale d'appui présentée par le corps. De plus, si les mors n'ont pas exactement tous les mêmes caractéristiques, la pièce vient se placer en travers, et il en résulte que la pièce usinée n'a plus ses faces exactement parallèles. On a proposé des systèmes de "placage" pour remédier à cet inconvénient, mais ils n'ont pas jusqu'ici donné satisfaction, en raison d'une course insuffisante , d'une diminution de la précision du serrage à cause du jeu interne nécessité par le système de placage, d'une étanchéité imparfaite, et de l'impossibilité de contrôler l'efficacité du placage. La présente invention a pour but de fournir un mandrin qui permet de maintenir la pièce en appui contre une surface de butée frontale du corps du mandrin avec une force garantissant toujours un placage efficace, et qui assure ainsi une précision accrue, ce résultat étant obtenu sans augmentation notable du prix de revient. Pour résoudre ce problème, l'invention fournit un mandrin de serrage pour machine-outil, comprenant un corps de forme générale à peu près cylindrique avec un axe de révolution, des mors portés par des supports qui sont euxmêmes montés dans le corps de façon à pouvoir osciller sur des axes de pivotement perpendiculaires à l'axe du corps, et des moyens de commande capables d'agir sur lesdits supports pour provoquer un déplacement des mors selon des arcs de cercle à peu près radiaux par rapport à l'axe du corps, afin de serrer une pièce à traiter, ou de la libérer, ce mandrin ayant pour particularité que chaque support est conçu pour effectuer en outre un déplacement ayant une composante dans une direction parallèle à l'axe du corps, et les moyens de commande agissent sur les supports à la fois pour les faire pivoter et pour les déplacer axialement, si bien que la pièce est à la fois serrée entre les mors et poussée par ceux-ci contre une butée axiale portée par le corps. De préférence, des organes de retenue, de force réglée à l'avance, sont prévus pour s'opposer au déplacement à composante axiale du support, si bien que, lorsque les moyens de commande agissent avec une force faible, on obtient seulement un pivotement du support, et, lorsque les moyens de commande agissent avec une force plus grande, on obtient simultanément un serrage de la pièce à traiter entre les mors et une poussée de cette pièce contre la butée. Avantageusement, ces organes de retenue sont constitués par des ressorts. Suivant des modalités intéressantes : - les moyens de commande comprennent un organe de commande qui peut se déplacer le long de l'axe du corps, et qui agit sur les supports de mors par l'intermédiaire de surfaces de came obliques par rapport à l'axe du corps; - la surface de came est une entaille rectiligne oblique, pratiquée dans l'organe de commande, et dans laquelle coulisse un patin articulé sur le porte-mors, ou un axe monté sur ledit porte-mors; - l'organe de commande comprend une partie symétrique par rapport à un plan radial, de telle façon qu'en la retournant au montage dans le corps on peut obtenir que le serrage contre une surface frontale du corps soit simultané, soit à un serrage par l'extérieur de la pièce à traiter, soit à un serrage par l'intérieur de cette pièce;; - la surface frontale du corps est percée d'un passage d'échappement pour un fluide, de telle façon que l'obstruction de ce passage assure que la pièce à traiter est bien en appui sur ladite surface frontale; - l'organe de commande est creux, et sert à acheminer ledit fluide vers ledit passage; - des moyens d'étanchéité sont prévus pour isoler les moyens de pivotement de l'extérieur même pendant les déplacements du porte-mors. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré à l'aide de la figure unique, qui est une coupe axiale d'un mandrin conforme à l'invention. Le corps 1 du mandrin, constitué de deux parties cylindriques 2 et 3, assemblées par des vis 4, reçoit une pluralité d'éléments basculants, de préférence trois, constitués chacun d'un levier porte-mors 5, supporté en son milieu par une bague sphérique 6 pivotant dans un anneau 7 dont le profil intérieur est de forme complémentaire. La bague 6 est immobilisée d'un côté par un épaulement 8 du porte-mors 5, et de l'autre côté par une bague de retenue 9. La bague 6 et l'anneau 7 constituent une rotule dont les éléments sont indissociables.Comme on le verra plus loin, quoique la rotule permette, en elle-même, des rotations selon trois axes orthogonaux, en fait, dans le cas présent, la rotule se comporte comme un simple pivot permettant des rotations autour d'un axe perpendiculaire à un plan passant par l'axe XX du mandrin, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la figure tel que cela est représenté. L'anneau 7 est immobilisé à l'intérieur d'un boîtier 10, de forme générale cylindrique, et comportant un épaulement (11) pour retenir la bague 7 d'un côté, et un anneau 12 de retenue pour immobiliser la bague 7 de l'autre côté. Le boîtier 10, à son tour, peut coulisser dans un logement axial du corps 1. On notera que ce logement pourrait être légèrement oblique par rapport à l'axe, l'essentiel est que le déplacement du boîtier ait une composante axiale. Des ressorts 13, dont un seul est représenté, poussent le boîtier 10 vers l'extérieur du mandrin. Une plaque 14, vissée sur la face avant du corps, limite son déplacement. Le repère 15, sur la figure, indique l'amplitude des déplacements possibles pour le boîtier 10. Un organe de commande 16 se déplace selon une direction parallèle à l'axe du mandrin sous l'action d'une force générée par un appareil tel que vérin hydraulique ou pneumatique, non représenté. Cet organe de commande 16 est guidé dans deux surfaces annulaires 17 et 18 pratiquées dans les parties 2 et 3 du corps. Il présente des entailles obliques 19 en nombre égal à celui des porte-mors 5, dans chacune desquelles coulisse un patin 20 rendu solidaire de l'extrémité du levier porte-mors 5 par un axe 21. On peut aussi prévoir que l'organe de commande 16 présente plusieurs entailles obliques par porte-mors, chaque porte-mors 5 ayant plusieurs patins 20. En outre, il n'est pas obligatoire que les entailles 19 soient rectilignes. Un mors 22 est fixé à l'extrémité du levier portemors 5 qui est à l'opposé du patin 20, à l'aide d'un dispositif classique à queue d'aronde 23 et de vis de réglage 24. Tout autre dispositif classique de liaison entre le mors et le porte-mors peut également convenir. Une butée 25, présentant une surface axiale exactement perpendiculaire à l'axe XX est prévue à l'avant du corps 1. Cette butée est traversée par un alésage axial 26, qui débouche intérieurement dans le logement de l'organe de commande 16. Cet organe de commande 16 est lui-même également traversé par un alésage axial 27 dont on verra plus loin l'utilité. Le fonctionnement du mandrin est le suivant Dans son déplacement axial, l'organe de commande 16 oblige chaque patin 20 à coulisser dans l'entaille oblique 19#, ce qui provoque le basculement du levier 5 autour du centre de pivotement de la rotule. Le mandrin étant ouvert, c'est-à-dire avec l'organe de commande 16 complètement poussé à droite, une pièce 28 est présentée entre les mors 22. Le déplacement vers la gauche de l'organe de commande 16 provoque le basculement des leviers porte-mors 5, les mors 22 s'approchent de la pièce 24 et viennent en contact. Un équilibre de forces s'établit sur le levier autour du centre de pivotement D'un côté, l'effort transmis par le patin 20, de l'autre la réaction de la pièce 28 serrée. Le patin 20 est lui-même soumis à une force E perpendiculaire à l'entaille 19, et qui a donc une composante radiale R, qui équilibre la force de serrage et une composante axiale A compensée par la composante axiale de la force des ressorts 13. Lorsque la force C actionnant le déplacement de l'organe de commande 16 augmente, les autres forces augmentent. Lorsque la composante axiale A agissant sur le patin dépasse la force S des ressorts 13, le boîtier 10 coulisse dans le même sens que l'organe de commande, entraînant dans son mouvement le levier 5, le mors 22 et aussi la pièce 28. La pièce 28 est amenée en contact avec la butée 25 fixée au corps 1. Les mors 22 ripent alors légèrement sur la pièce jusqu a ce que le boîtier 10 arrive au fond du logement. Pour que la pièce 28 arrive au contact avec la butée 25, il suffit que la distance qui les sépare avant serrage soit inférieure à l'espace 15 correspondant à la course du boîtier 10. La réaction à la composante axiale A est alors supportée par le corps 1 alors que la composante radiale R engendre le serrage final sur la pièce lorsque le vérin applique son effort maximum. L'opération de serrage se décompose donc ainsi lorsque l'organe de commande se déplace vers la gauche 1 - phase d'approche, 2 - contact des mors sur la pièce avec effort de serrage faible fonction de la force des ressorts, 3 - déplacement axial de l'ensemble mors-pièce avec compression des ressorts 13, 4 - placage de la pièce sur la butée et glissement des mors sur la pièce, 5 - application de l'effort de serrage maximum. Un fluide amené à travers l'organe de commande alimente la canalisation 26, ce fluide peut être un agent refroidissant ou être utilisé pour le contrôle de placage de la pièce 28 sur la butée 25. Si la pièce 28 est contre la butée 25, elle obstrue l'orifice de la canalisation 26, la pression du fluide est transmise en amont par l'alésage 27. Si la pièce 28 n'est pas en contact avec la butée 25, le fluide s'écoule librement à travers la canalisation 26 et la pression chute en amont. Il suffit donc de contrôler la pression du fluide pour s'assurer de la position correcte de la pièce contre sa butée. La construction est réalisée de telle manière que l'ensemble est rendu étanche par la disposition de joints multiples obstruant tous les orifices. Toutes les parties mobiles soit en translation (coulissement des boîtiers 10 et de l'organe de commande 16) soit en pivotement (rotule) ont des sections circulaires et sont facilement étanchées par des joints de section torique habituellement utilisés dans les vérins hydrauliques dont l'efficacité n'est plus à démontrer. Un anneau 29 logé dans un embrèvement du levier 5 est appliqué par des ressorts 30 contre l'extrémité 31 du boîtier 10. La surface entre l'anneau 29 et l'extrémité 31 du boîtier est de forme sphérique avec le même centre géométrique que la rotule 6. Dans son pivotement, le levier 5 entraîne l'anneau 29 qui reste constamment en contact avec la surface complémentaire 32 sous l'action des ressorts 30. Ceci constitue une étanchéité mécanique qui s'oppose à l'introduction de particules externes telles que copeaux, poussière de fonte, etc.. provenant de l'usinage des pièces serrées. Le mandrin est rempli partiellement d'huile qui contribue à la lubrification des éléments mobiles. L'entretien est de ce fait superflu. Un volume d'air est maintenu pour absorber les variations de volume consécutifs au coulissement des boîtiers 7 dans le corps 1. On observera la forme particulière de l'organe de commande 16. Elle est symétrique par rapport à ùn plan perpendiculaire à l'axe XX. Cela signifie que, si l'on désire utiliser le mors pour serrer une pièce creuse par écartement des mors à partir de l'axe, c'est-à-dire un mouvement opposé à celui qui est représenté sur la figure, il suffit de retourner la pièce 16 d'avant en arrière, ce qui entraînera, pour le même déplacement axial de cette pièce, un déplacement de sens opposé des mors. REVENDICATIONS 1. Mandrin de serrage pour machine-outil, comprenant un corps (1, 2) de forme générale à peu près cylindrique avec un axe (XX) de révolution, des mors (22) portés par des supports (5) qui sont eux-mêmes montés dans le corps de façon à pouvoir osciller sur des axes de pivotement perpendiculaires à l'axe du corps, et des moyens de commande (16, 19 à 21) capables d'agir sur lesdits supports pour provoquer un déplacement des mors selon des arcs de cercle à peu près radiaux par rapport à l'axe du corps, afin de serrer une pièce (28) à traiter, ou de la libérer, caractérisé en ce que chaque support (5) est conçu pour effectuer en outre un déplacement ayant une composante dans une direction parallèle à l'axe du corps, et les moyens de commande (16, 19 à 21) agissent sur les supports (5) à la fois pour les faire pivoter et pour les déplacer axialement, si bien que la pièce est à la fois serrée entre les mors et poussée par ceux-ci contre une butée axiale (25) portée par le corps. 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que des organes de retenue (13), de force réglée à l'avance, sont prévus pour s'opposer au déplacement axial du support, si bien que, lorsque les moyens de commande agissent avec une force faible, on obtient seulement un pivotement du support, et lorsque les moyens de commande agissent avec une force plus grande, on obtient simultanément un serrage de la pièce (28) à traiter entre les mors (22) et une poussée de cette pièce contre la butée (25). 3. Mandrin selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un organe de commande (16) qui peut se déplacer le long de l'axe du corps, et qui agit sur les supports de mors par l'intermédiaire de surfaces de came (19) obliques par rapport à l'axe du corps. 4. Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface de came (19) est une entaille rectiligne oblique, pratiquée dans l'organe de commande (16), et dans laquelle coulisse au moins un patin (20) articulé sur le porte-mors (5), ou un axe monté sur ledit porte-mors. 5. Mandrin selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la surface de came est portée par l'organe de commande, caractérisé en ce que l'organe de commande (16) comprend une partie symétrique par rapport à un plan radial, de telle façon qu'en la retournant au montage dans le corps on peut obtenir que le serrage contre une surface frontale du corps soit simultané, soit à un serrage par l'extérieur de la pièce à traiter (15), soit à un serrage par l'intérieur de cette pièce. 6. Mandrin selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface frontale (25) du corps est percée d'un passage d'échappement (26) pour un fluide, de telle façon que l'obstruction de ce passage assure que la pièce à traiter est bien en appui sur ladite surface frontale (16). 7. Mandrin selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de commande (16) est creux, et sert à acheminer ledit fluide vers ledit passage. 8. Mandrin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens d'étanchéité (29 à 31) sont prévus pour isoler les moyens de pivotement de l'extérieur même pendant les déplacements du porte-mors.