Brevet FR2689426A1 — publié le 19931008

L'invention concerne un dispositif de serrage pour des systèmes d'outils rotatifs constitués de plusieurs composants, notamment pour relier un corps de base, pouvant être logé dans la broche principale de machinesoutils, et un élément de raccordement réalisé sous la forme d'un adaptateur ou d'une pièce de prolongement ou d'un outil, et dans lequel le corps de base, qui supporte dans le cas considéré un arbre de serrage, comporte, au niveau de l'une de ses faces frontales, une surface d'application sensible- ment perpendiculaire à l'axe de rotation et un perçage co- axial conique, tandis que la partie de raccordement com- porte, au niveau de sa face frontale continguë au corps de base, également une surface d'application sensiblement per- pendiculaire à l'axe de rotation et un embout conique co- axial de centrage qui s'insère dans le perçage conique, et dans lequel le perçage conique et l'embout conique de cen- trage sont réalisés avec des angles au sommet différents et peuvent être serrés concentriquement l'un contre l'autre, moyennant leur déformation élastique, au moyen d'un méca- nisme de serrage amovible, et dans lequel les surfaces d'application du corps de base et de l'élément de raccorde- ment peuvent être serrés axialement l'un contre l'autre le long d'un anneau circulaire. L'agencement de la broche principale et des dis- positifs de serrage d'outils de machines-outils à change- ment automatique d'outil est très diversifié C'est pour cette raison qu'on a remplacé déjà de façon précoce les dispositifs de serrage d'outils formés d'une seule pièce, par des systèmes d'outils pouvant être formés par l'assemblage de plusieurs composants Ces systèmes peuvent garantir aussi bien du point de vue du fabricant que du point de vue de l'utilisateur, un équipement économique des machines- outils avec des outils Pour un corps de base d'un type donné, on peut utiliser le dispositif de serrage d'outil qui convient le mieux pour la tâche d'usinage et qui peut être utilisé à nouveau en étant subdivisé, pour d'autres buts. On connait en soi des dispositifs de serrage d'outils, formés de plusieurs éléments et dans lesquels les éléments de liaison sont en général agencés de manière que l'embout de centrage réalisé sous la forme d'un composant se raccorde au perçage coaxial de l'autre composant. Dans une forme de réalisation connue, qui est dé- crite dans le brevet hongrois 188 534, il est prévu dans l'un des composants réunis un perçage concentrique tandis que dans l'autre composant, il est prévu un embout concen- trique inséré dans ce perçage, le perçage et l'embout étant pourvus respectivement d'un composant de blocage ou d'entraînement, un composant comportant un perçage taraudé, qui débouche dans le perçage central et est coaxial à ce dernier, tandis que l'autre composant comporte également un perçage taraudé concentrique Le rapport du pas des file- tages des deux perçages taraudés est égal à 1:2 et dans ces deux taraudages engrène une vis différentielle qui garantit le blocage et le desserrage du système de serrage Dans ce système, l'erreur due à l'ajustement de l'embout et du per- çage affecte la concentricité, les taraudages devant être également fabriqués avec une grande précision afin d'éviter un coincement de la vis différentielle. Dans une solution connue d'après la demande de brevet allemand publiée sous le N 03 131 478, la liaison des composants est assurée par un embout de centrage et un per- çage de centrage ainsi que par une tige filetée conique, disposée perpendiculairement à l'axe du perçage et qui est serrée dans le renfoncement conique de l'embout de cen- trage Étant donné que la force de blocage n'agit pas de façon concentrique, cette liaison ne permet pas une appli- cation parfaite à plat des surfaces frontales l'une contre l'autre et ne garantit pas une concentricité de la liaison. Dans une autre solution de réalisation connue (brevet allemand 3 314 591), le dispositif de serrage contient un corps récepteur, qui supporte une force de ser- rage, c'est-à-dire un corps de base, qui, au niveau de l'une de ses faces frontales, comporte une surface d'application perpendiculaire à l'axe de rotation, et un perçage récepteur conique coaxial, ainsi qu'un élément de raccordement réalisé de préférence sous la forme d'un porte-outil et qui comporte également une surface d'application perpendiculaire à l'axe de rotation et un em- bout de centrage qui peut être centré dans le perçage ré- cepteur, par l'intermédiaire d'un cône extérieur associé et qui lui est coaxial, moyennant une déformation élastique d'un composant, par déplacement longitudinal de la fente entre les cônes, et contient en outre un mécanisme de ser- rage desserrable, qui sert axialement l'une contre l'autre les surfaces d'application du corps de base et de l'élément de raccordement Dans cette forme de réalisation, la zone de plus petit diamètre du cône extérieur s'applique tout d'abord contre le perçage conique, et par conséquent la stabilité de la liaison n'est la meilleure La déformation élastique est complètement compensée par la différence entre les angles des deux cônes et par conséquent il peut également se présenter le cas o les deux cônes ne s'appliquent pas complètement l'un contre l'autre et ou, au contraire, les surfaces d'application frontales s'appliquent déjà l'une contre l'autre, ce qui peut avoir un effet défavorable en ce qui concerne la précision de concentricité et la stabilité (transmission du couple, glissement) A l'intérieur du cône extérieur il est prévu un perçage taraudé cylindrique, et par conséquent la capa- cité de déformation du système au début et à l'extrémité du cône n'est pas la même, ce qui réduit le degré de déforma- tion élastique que l'on peut obtenir avec ce système et re- quiert par conséquent un accroissement de la précision d'usinage. Le problème, qui doit être résolu grâce à l'invention, est d'éliminer les inconvénients décrits et de réduire les exigences concernant la précision de fabrica- tion et l'agencement d'un dispositif de serrage, qui garan- tit complètement la meilleure précision de concentricité possible et la meilleure rigidité de la liaison ainsi qu'une importante déformation élastique stabilisée le long du cône, tout en permettant simultanément une capacité de production économique grâce au montage simple. Le problème indiqué est résolu conformément à l'invention dans un dispositif de serrage possédant la structure décrite plus haut et garantissant la liaison des composants de systèmes d'outils constitués de plusieurs composants, grâce au fait que l'angle du cône intérieur du perçage conique est inférieur, d'une valeur angulaire dé- terminée, à l'angle du cône extérieur de l'embout conique de centrage et que dans l'embout conique de centrage est ménagé un cône intérieur coaxial, qui garantit une déforma- tion commune d'une valeur constante sur toute la longueur des surfaces coniques juxtaposées, la direction de la coni- cité du cône intérieur coïncidant avec celle de la conicité du cône extérieur de l'embout conique de centrage, tandis que sa longueur est supérieure à la longueur des surfaces coniques juxtaposées. Au début de la venue en juxtaposition, il existe une fente entre les deux surfaces frontales d'application. Pendant la première partie de la déformation élastique, les deux cônes s'appliquent complètement l'un contre l'autre (les angles des cônes sont compensés), mais à cet instant, il existe encore et toujours une fente entre les surfaces d'application Pendant la seconde phase, la fente, qui est apparue en raison de la tolérance de fabrication, doit être supprimée et ce de telle sorte que le serrage conditionné par la déformation reste constant sur toute la longueur du cône Ceci peut être garanti par le fait qu'un cône inté- rieur est formé dans l'embout conique de centrage de telle sorte que ce cône intérieur est plus long que la longueur d'application du cône, et la direction de sa conicité coïn- cide avec celle du cône extérieur, la valeur de la longueur du cône pouvant être déterminée par l'amplitude de la dé- formation De façon appropriée sur l'extrémité intérieure de ce cône intérieur est ménagée une dépouille circulaire servant à éliminer la réduction de la capacité de déforma- tion de l'embout de centrage dont la déformation élastique est imposée, réduction qui est due à la liaison rigide entre l'embout de centrage et l'élément de raccordement. Lorsque la fente est éliminée, les zones de diamètre maxi- mum des deux surfaces d'application sensiblement perpendi- culaires à l'axe de rotation s'appliquent l'une contre l'autre Ceci est obtenu par le fait que chacune des deux surfaces d'application est réalisée avec une forme légère- ment conique Pendant la troisième phase de la déformation, il se produit également une déformation des deux surfaces d'application, ce qui fait apparaître un anneau circulaire, qui possède une surface convergente à partir de la zone de grand diamètre La liaison ainsi établie est parfaite du point de vue de la précision de concentricité et convient également au mieux en rapport avec la transmission d'un couple étant donné que dans le système non seulement les cônes, mais également les surfaces d'application s'appliquent les uns contre les autres avec la pression correspondante, ce qui influe avantageusement sur la ri- gidité du système en flexion. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente, selon une coupe axiale, un dispositif de serrage conforme à l'invention comportant un corps de base portant un arbre de serrage et un élément de raccordement raccordé à ce corps; et la figure 2 représente uniquement l'élément de raccordement, à plus grande échelle. Sur la figure 1, on peut voir que le corps de ba- se 1 possède un cône extérieur 3 qui est coaxial à l'axe de rotation 2 et est agencé conformément à la spécification de la machine-outil considérée Sur la face frontale du corps de base 1 se trouve disposée la surface d'application 4 qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation 2 et qui est légèrement conique, et ce avec l'angle d'inclinai- son 5 visible sur la figure 2, et est raccordé à un perçage conique 6 coaxial à l'axe de rotation 2, par l'intermédiai- re d'une jonction arrondie 7, ce qui est avantageux en rai- son du meulage de la surface d'application 4 Au corps de base 1 se raccorde l'élément de raccordement 8, qui est réalisé principalement sous la forme d'un porte-outil et sur une face frontale duquel se trouve disposée la surface d'application 9 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation 2 et est réalisée avec une forme légèrement conique qui correspond à l'angle d'inclinaison 10 A cette surface d'application 9 se raccorde, par l'intermédiaire d'une dé- pouille circonférentielle 11, un embout conique de centrage 12 coaxial à l'axe de rotation 2 L'ajustement est tel que l'angle 13 du perçage conique 6 est inférieur à l'angle 14 de l'embout conique de centrage 12, la différence étant égale au maximum à 2 minutes d'angle, et par conséquent les deux cônes prennent tout d'abord appui l'un contre l'autre au niveau de la zone de diamètre maximum située dans la section axiale 15 Dans la position de base d'ajustement (adaptation), une fente 16 est présente entre la surface d'application 4 et la surface d'application 9 A l'intérieur de l'embout conique de centrage 12 est aménagé un cône intérieur 17 coaxial à l'axe de rotation 2 et dont l'angle 18 est déterminé de telle sorte que la déformabi- lité du système reste constante entre les sections axiales et 19 La condition de départ de la déformation et aussi bien le cône intérieur du perçage conique 6 que l'embout conique de centrage subissent une déformation La constance de la déformation peut encore être mieux favorisée lorsque la longueur du cône intérieur 17 est supérieure à la lon- gueur du cône d'ajustement entre les sections axiales 15 et 19 Au cône intérieur 17 est raccordé, par l'intermédiaire d'une dépouille 39 et de la surface frontale 24 de l'élément de raccordement 8, un perçage taraudé 20 coaxial à l'axe de rotation 2 et qui est nécessaire pour fixer et libérer les deux composants, c'est-à-dire le corps de base 1 et l'élément de raccordement 8 Au perçage taraudé 20 se raccorde un embout conique de traction 21, qui possède une extrémité 22 munie d'un filetage Lorsque la liaison est établie, la surface frontale 23 de l'embout conique de traction 21 s'applique contre le cône intérieur 17 par l'intermédiaire de la surface frontale 24, qui se raccorde à la dépouille 39, de l'élément de raccordement 8 La sur- face cylindrique 25 de l'embout conique de traction 21 prend appui, avec un certain jeu, dans le perçage cylin- drique 26, qui est coaxial à l'axe de rotation 2, du corps de base 1 Dans l'embout conique de traction 21 est ména- gée, selon une disposition circulaire, une dépouille 27 en forme de "V", qui est nécessaire pour la fixation et le dé- gagement du système Un perçage taraudé 28 est ménagé dans le corps de base 1, perpendiculairement à l'axe de rotation 2 Dans ce taraudage 21 est vissée une tige filetée 29 pos- sédant une extrémité conique, qui peut être déplacée par l'intermédiaire de l'élément à six pans creux 30 L'angle du cône de la tige filetée 29 pourvu d'une extrémité co- nique est supérieur à l'angle de cône de la dépouille en forme de "V" 27 de l'embout conique de traction 21, et par conséquent les deux composants sont en contact au niveau d'un point 31 de l'embout conique de traction 21 De façon appropriée, dans l'embout conique de traction 21 sont ména- gés un élément à six pans creux 32 ainsi qu'un perçage in- térieur 33, dans lesquels le liquide de refroidissement peut être guidé jusqu'à l'arête qui dégage des copeaux. Dans de tels systèmes d'outils, l'exigence fonda- mentale est que l'arête de l'outil de coupe, qui dégage des copeaux, parvient, par rapport à l'élément de positionne- ment de la broche principale, dans une position déterminée afin que la machine-outil puisse écarter de la surface l'arête qui forme les copeaux C'est pour cette raison qu'un perçage 34 est ménagé dans la surface d'application 4, en un emplacement déterminé par rapport à la surface de détermination 36 du corps de base 1 En vis-à-vis de ce perçage, il est prévu, dans la surface d'application 9 de l'élément de raccordement 8, sur le m ême cercle de base, un perçage 35 possédant les mêmes dimensions Dans ces deux perçages 34, 35 est disposé, avec un certain jeu, un embout de guidage 37 qui est verrouillé contre toute chute au moyen d'un ressort fendu 38 L'embout de guidage 37 est en outre également utilisé pour verrouiller le système Lors de l'apparition de couples particulièrement élevés, la force de frottement, qui apparaît au niveau des surfaces d'ajustement, ne contribue pas à la charge et transfère la charge à l'embout de guidage 37, cet embout étant chargé par une contrainte de cisaillement Non seulement l'un des embouts de guidage 37, mais également plusieurs de ces em- bouts peuvent être disposés sur le cercle de perforations, mais il faut dans chaque cas veiller à ce que la réparti- tion soit non uniforme afin que les deux composants, c'est- à-dire le corps de base 1 et l'élément de raccordement 8, puissent être juxtaposés uniquement d'une manière détermi- née et que, de ce fait, une position prescrite de l'arête formant les copeaux peut être garantie. Le dispositif de serrage conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante: l'embout conique de traction 21 est vissé dans l'élément de raccordement 8 au moyen de l'élément à six pans creux 32 On insère l'élément de raccordement 8 ainsi assemblé dans le corps de base 1, le cône intérieur du perçage conique 6 venant se placer en contact avec le cône extérieur de l'embout conique de cen- trage 12, au niveau de la zone de diamètre maximum de la section axiale 15 La fente 16 existe entre les surfaces d'application 4 et 9 Ensuite, on continue à déplacer la tige filetée 29 à l'extrémité conique, au moyen de l'élément à six pans creux 30, en direction de l'axe de ro- tation 2 de sorte qu'elle vient en contact avec le point 31 de l'embout conique de traction 21 En raison du jeu pré- sent entre le perçage cylindrique 26 et la surface cylin- drique 25, l'embout conique de traction 21 est décalé et les deux surfaces s'appliquent l'une contre l'autre Étant donné que l'embout conique de traction 21 ne prend appui sur l'élément de raccordement 8 que par l'intermédiaire de l'extrémité filetée 22 et de la surface frontale 23, il ne peut pas tirer les éléments de raccordement latéralement de sorte que l'embout conique de centrage 12 est également logé concentriquement dans le perçage conique 6 du corps de base 1 Lors de la poursuite du vissage de la tige filetée 9, la déformation élastique commence Pendant la première phase, l'écart angulaire des deux cônes, qui est égal au maximum à 2 minutes d'angle, est compensé La fente 16 est encore et toujours présente entre les deux surfaces d'application 4 et 9 Lors de la seconde phase de la défor- mation, il se produit une déformation uniforme du système entre les sections axiales 15 et 19, et par conséquent la fente 16 disparaît Étant donné que les surfaces d'application 4 et 9 possédant les angles d'inclinaison 5 et 10 délimitent un cône réduit, tout d'abord leurs zones de diamètre maximum s'appliquent l'une contre l'autre Lors de la troisième phase, au cours de la poursuite du déplace- ment de la tige filetée 29 en direction de l'axe de rota- tion 2, il se produit une déformation également élastique des surfaces d'application 4 et 9, et par conséquent, ces dernières sont repoussées l'une contre l'autre, en commen- çant par la zone de grand diamètre dans la direction de l'axe de rotation 2, au niveau d'une surface en forme d'anneau circulaire qui augmente de plus en plus. On peut établir de cette manière une liaison avec une grande précision de concentricité, étant donné que les deux surfaces coniques, qui viennent en juxtaposition, s'appliquent entièrement l'une sur l'autre, entre les sec- tions axiales 15 et 16 Ce système convient également pour supporter des charges importantes étant donné qu'en dehors des cônes, également les surfaces frontales d'application s'appliquent l'une contre l'autre. Grâce à un choix correspondant de l'angle 18 du cône intérieur 17 de l'embout de centrage 12, simultanément la pression superficielle apparaissant le long des cônes peut être stabilisée et de ce fait simultanément la préci- sion d'usinage du perçage conique 6 et de l'embout de cen- trage 12 peut être également réduite, ce qui entraîne une économie. A partir de l'exemple représenté, on peut voir que la solution conforme à l'invention permet un raccorde- ment sûr et rapide par le fait que le serrage et le desser- rage peuvent être exécutés dans une direction radiale, ce qui ne requiert pas de dégager le corps de base hors de la machine-outil, cette réalisation pouvant simultanément être réalisée de façon simple et relativement aisément Les par- ties, qui se raccordent, sont interchangeables et permet- tent de ce fait une combinaison quelconque de composants et garantissent le montage d'un jeu d'outils optimum. Dans une variante avantageuse, le dispositif de serrage selon l'invention est caractérisé en ce que cha- cune des surfaces d'application 4, 9 est légèrement conique, la valeur angulaire de l'angle de conicité étant égale au maximum à une minute d'angle. Bien que, dans la description, on n'a présenté qu'un exemple de réalisation, il est évident que l'on peut également fabriquer un grand nombre d'autres variantes d'agencement du dispositif de serrage conforme à l'inven- tion, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 42. REVENDICATIONS 1 Dispositif de serrage pour des systèmes d'outils rotatifs constitués de plusieurs composants, no- tamment pour relier un corps de base, pouvant être logé dans la broche principale de machines-outils, et un élément de raccordement réalisé sous la forme d'un adaptateur ou d'une pièce de prolongement ou d'un outil, et dans lequel le corps de base, qui supporte dans le cas considéré un arbre de serrage, comporte, au niveau de l'une de ses faces frontales, une surface d'application sensiblement perpendi- culaire à l'axe de rotation et un perçage coaxial conique, tandis que la partie de raccordement comporte, au niveau de sa face frontale contiguë au corps de base, également une surface d'application sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation et un embout conique coaxial de centrage qui s'insère dans le perçage conique, et dans lequel le perçage conique et l'embout conique de centrage sont réalisés avec des angles différents et peuvent être serrés concentrique- ment l'un contre l'autre, moyennant leur déformation élas- tique, au moyen d'un mécanisme de serrage amovible, et dans lequel les surfaces d'application du corps de base et de l'élément de raccordement peuvent être serrés axialement l'un contre l'autre le long d'un anneau circulaire, carac- térisé en ce que l'angle ( 13) du cône intérieur du perçage conique ( 6) est inférieur, d'une valeur angulaire détermi- née, à l'angle ( 14) du cône extérieur de l'embout conique de centrage ( 12) et en ce que dans l'embout conique de centrage ( 12) est ménagé un cône intérieur coaxial ( 17), qui garan- tit une déformation commune d'une valeur constante sur toute la longueur des surfaces coniques juxtaposées, la di- rection de la conicité du cône intérieur ( 17) coïncidant avec celle de la conicité du cône extérieur de l'embout co- nique de centrage ( 12), tandis que sa longueur est supé- rieure à la longueur des surfaces coniques juxtaposées. 2 Dispositif de serrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les valeurs des angles ( 13,14) des cônes est égale au maximum à 2 mi- nutes d'angle. 3 Dispositif de serrage selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que, lors du serrage l'un contre l'autre du cône intérieur du perçage conique ( 6) et du cône extérieur de l'embout conique de centrage ( 12) moyennant une déformation élastique, il existe une fente ( 16) entre les deux surfaces frontales d'application ( 4,9). 4 Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des surfaces d'application ( 4,9) est légèrement conique, la va- leur angulaire de l'angle de conicité étant égale au maxi- mum à une minute d'angle. 5 Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une dé- pouille circulaire ( 39) est ménagée dans l'extrémité inté- rieure du cône intérieur ( 17) de l'embout conique de cen- trage ( 12). 6 Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'aussi bien le perçage conique ( 6) que l'embout conique de centrage ( 12) sont soumis à une déformation élastique et que le de- gré de la déformation commune de ces composants est constant sur toute la longueur des surfaces coniques juxta- posées, c'est-à-dire entre les sections axiales ( 15,19) li- mitant cette longueur.