Brevet FR2713121A1 — publié le 19950609

La présente invention concerne de façon générale des ensembles de changement d'outil et elle concerne plus précisément un ensemble permettant un changement rapide d'une fraise. Habituellement, l'opérateur doit desserrer et retirer au moins une vis et jusqu'à six vis de montage pour retirer une tête de fraise d'une broche. Il doit alors placer la nouvelle tête de fraise en position et réinstal- ler toutes les vis de montage et les serrer en position. Cette opération nécessite un temps considérable, pouvant atteindre 30 min, et il existe un risque de chute de l'une des vis dans la cuve de fluide de refroidissement, l'opéra- tion nécessitant alors encore plus de temps. Dans un autre ensemble actuellement disponible, la fraise est fixée à un adaptateur si bien que l'ensemble est encore plus lourd et doit être manipulé avec les deux mains, et le changement peut prendre jusqu'à 5 min. Dans l'ensemble de changement d'outil selon l'inven- tion, la fraise est maintenue sur la broche par une pince. Lorsque la pince est libérée, l'opérateur doit seulement saisir la fraise d'une main et la faire tourner vers une position dans laquelle elle peut être retirée de la broche. L'opérateur peut alors glisser une nouvelle fraise sur la broche et la tourner en sens inverse et resserrer la nouvelle fraise. L'ensemble de l'opération ne nécessite que quelques secondes. Plus précisément, la broche porte une plaque d'entraînement sur laquelle est montée la fraise. Des clavettes d'entraînement de la plaque d'entraînement pénètrent dans des gorges de la fraise afin que celle-ci tourne avec la plaque d'entraînement. Une barre de serrage est destinée à serrer la fraise contre la plaque d'entrai- nement. La fraise est formée avec des espaces correspondant à la barre de serrage lorsque la fraise tourne par rapport à la barre de serrage si bien que la fraise peut être retirée de la plaque d'entraînement. Une nouvelle fraise est alors tournée en sens inverse dans la position dans laquelle elle peut être serrée par la barre de serrage. Un ressort maintient la barre de serrage dans sa position de serrage. L'ensemble de changement rapide comprend aussi une paire de doigts de blocage qui sont commandés par la force centrifuge afin qu'ils maintiennent la fraise serrée sur la plaque d'entraînement même en cas de défaillance du ressort qui maintient normalement la barre de serrage en position de serrage.10 L'invention a donc pour objet la réalisation d'un ensemble de changement rapide de fraise ayant la caracté- ristique précitée. Elle a aussi pour objet la réalisation d'un ensemble de changement rapide de fraise qui est composé d'un nombre relativement réduit d'éléments simples, qui est robuste et dont le fonctionnement est durable, qui agit rapidement et qui peut être fabriqué et monté de manière peu coûteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue de bout d'une fraise serrée sur la plaque d'entraînement placée à l'extrémité d'une broche selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe analogue à la figure 2 mais représentant l'ensemble de changement rapide en position desserrée; la figure 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 1; et la figure 5 est une vue de bout analogue à la figure 1, mais représentant la fraise ayant tourné de 90 depuis la position de la figure 1. On se réfère maintenant plus précisément aux dessins qui représentent une fraise 10 montée de façon amovible sur la plaque d'entraînement 12 d'une broche 14 formant porte- outil. La broche 14 a un trou central cylindrique 16 concentrique à l'axe de rotation 17. La plaque d'entraîne- ment 12 est montée à l'extrémité de la broche 14 par des boulons 18 et a une ouverture centrale 20 qui correspond au trou 16. La face externe de la plaque d'entraînement a une cavité circulaire 22 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation 17 de la broche et qui forme un siège pour le10 corps 28 de la fraise. La cavité 22 est entourée par une paroi circulaire 26 qui est concentrique à l'axe de rotation. Le corps de la fraise a une cavité centrale 30 en forme de cuvette à sa face avant, avec un trou 32 traver- sant le fond de la cavité et qui correspond à l'axe de rotation 17 lors du montage sur la plaque d'entraînement. Un anneau d'usure 34 est logé au fond de la cavité 30 par emmanchement à force. Des fentes radiales et alignées 36 et 38 sont formées à la surface interne de la fraise. Des clavettes 40 et 42 sont fixées dans des évide- ments 24 de la cavité 22 de la plaque d'entraînement, de part et d'autre de l'ouverture centrale 20, et sont desti- nées à pénétrer dans les fentes 36 et 38 de manière que la fraise tourne avec la plaque d'entraînement. Une barre 44 de serrage serre la fraise 10 contre le siège 22 de la plaque d'entraînement. La barre de serrage 44 est plate et a une forme générale en T, et elle est montée afin qu'elle pivote dans la fente entre deux sail- lies latéralement espacées 46 placées à l'extrémité externe d'une tige de serrage 48. Plus précisément, la barre 44 de serrage pivote sur un axe 50 disposé entre les saillies 46. L'axe traverse la joue 52 de la barre de serrage et les extrémités de l'organe transversal 54 de la barre de serrage recouvrent l'anneau d'usure 34. La tige de serrage 48 est disposée longitudinalement dans le trou formé dans la broche et elle est guidée, afin qu'elle puisse se déplacer en translation dans le trou, par un manchon 56 de guidage. Ce manchon est boulonné sur un anneau 58 de blocage fixé à l'extrémité interne de la tige 48 et est aussi fixé à un boîtier tubulaire 60 de blocage sur la tige de serrage. Un ressort hélicoïdal 62 de com- pression entoure la tige 48 de serrage et exerce une pression à la face interne de la plaque 12 d'entraînement et sur le boîtier 60 de blocage afin que celui-ci, et en conséquence, la tige de serrage, soient repoussés vers la droite sur la figure 2. Cette opération provoque l'applica- tion d'une pression de l'organe transversal 54 de la barre de serrage contre l'anneau d'usure 34 de la fraise de manière que la fraise soit bien appliquée sur la surface 22 de support de la plaque d'entraînement lorsque la fraise est entraînée en rotation vers une position dans laquelle les clavettes 40 et 42 sont alignées sur les fentes 36 et 38. L'anneau d'usure 34 a deux encoches diamétralement opposées 70 découpées depuis la périphérie interne. Ces encoches dégagent des extrémités de l'organe transversal 54 de la barre 44 lorsque la fraise est entraînée en rotation vers une position dans laquelle les extrémités de l'organe transversal correspondent aux encoches. La barre de serrage 44 est maintenue dans la posi- tion représentée par rapport à la tige 48 par une bille 72 rappelée par un ressort, dans l'élément 74 de position- nement formé dans la tige 48 et qui coopère avec une cavité 76 de l'extrémité de la joue 52 de la barre de serrage. Cette disposition permet à la barre de serrage de s'orien- ter convenablement d'elle-même par rapport à la fraise lors du serrage de la fraise. L'ensemble de serrage comprend au moins deux doigts 78 de blocage portés par le boîtier 60. Les doigts de blocage sont montés dans des fentes 80 disposées symétri- quement dans le boîtier de blocage. Chaque doigt de blocage tourne sur un axe 82 de pivotement et a une partie 84 de crochet dépassant radialement vers l'extérieur et destinée à pénétrer dans une gorge annulaire 86 du trou de la broche. Les parties de crochet des doigts sont suffisamment éloignées des axes de pivotement pour que les doigts soient repoussés radialement vers l'extérieur par la force centri- fuge pendant la rotation de la broche et mettent les5 parties de crochet au contact de la gorge 86. En plus de l'effet de la force centrifuge, les doigts 78 de blocage sont repoussés vers des positions dans lesquelles leurs parties de crochet sont au contact de la gorge de la broche par un ressort circulaire 88 de blocage qui est placé dans les positions en retrait des doigts de blocage du côté des axes 82 de pivotement opposé aux parties de crochet. Lorsque la force centrifuge maintient les parties de crochet au contact de la gorge, la fraise est fermement maintenue en appui contre la plaque d'entraînement même en cas de défaillance des ressorts 62 et 88. Les figures 1 et 2 représentent la fraise serrée contre la face de la plaque d'entraînement, les clavettes et 42 pénétrant dans les gorges 36 et 38 et l'organe 54 de la barre 44 coopérant avec les ergots 89 d'alignement de l'anneau d'usure 34 dans la fraise. Ces ergots peuvent traverser l'anneau d'usure et pénétrer dans le corps de la fraise le cas échéant. Il s'agit de la position des diffé- rents éléments lorsque la fraise est utilisée pour l'enlè- vement de métal d'une pièce. La fraise 10 est fermement maintenue serrée contre la plaque 12 d'entraînement par l'action de ressorts de compression 62. Si on veut retirer la fraise de la plaque d'entraî- nement pour une raison quelconque, par exemple pour l'affû- ter ou la remplacer, on déplace la tige de serrage 48 vers la gauche sur la figure 2 vers la position de la figure 3 dans laquelle la fraise est suffisamment décalée pour que les clavettes puissent être séparées des gorges de la fraise. Ce mouvement de la tige de serrage est réalisé par une tige 90 de déblocage qui glisse dans un trou 92 de l'extrémité interne de la tige de serrage. La tige de déblocage est déplacée vers la gauche par une tige-poussoir 94 qui est déplacée par un dispositif moteur classique (non représenté). La tige de blocage 90 déplace la tige 48 vers la gauche lorsque l'extrémité de la tige de déblocage est au contact du fond du trou 92 formé dans la tige de ser- rage. Cette extrémité de la tige de déblocage a une partie 96 de came qui, pendant son déplacement vers la gauche pour la libération de la fraise, vient au contact du nez 98 de tous les doigts 78 de blocage et les fait pivoter suffisam- ment pour que les parties 84 de crochet s'écartent de la gorge 86 de la broche, si bien que la tige 48 de serrage et la barre de serrage peuvent être décalées vers la gauche suffisamment pour libérer la fraise. L'extraction des parties 84 de crochet de la gorge 86 de la broche sous l'action de la partie 96 de came s'effectue avant que l'extrémité de la tige de déblocage 90 ne soit au contact du fond du trou 92 de la tige 48. Lorsque le dispositif moteur est désactivé, la tige de déblocage recule sous l'action d'un ressort hélicoïdal de compression 100. Le dispositif moteur est de préférence activé et désactivé par des boutons de "serrage" et "desserrage" accessibles à l'opérateur lors du changement de la fraise. Extraction de la fraise Lorsqu'il est nécessaire ou souhaitable de changer les fraises, l'opérateur arrête la broche et pousse le bouton de desserrage qui commande le dispositif moteur (non représenté) afin que la tige-poussoir 94 avance contre la tige de libération 90 et la pousse jusqu'à ce que le nez 98 des doigts 78 se déplace sur la partie de came 96 de la tige de déblocage et provoque un pivotement des doigts, si bien que le ressort 88 de blocage est allongé et sépare les parties 84 de crochet des doigts de la gorge 86 de la broche. La tige 90 de déblocage continue à comprimer vers l'avant le ressort 62 et à déplacer la tige 48 et la barre 44 de serrage ainsi que la fraise 10 vers l'avant jusqu'à ce que la fraise 10 soit totalement séparée des clavettes et 42. On peut alors tourner la fraise de 90 avec alignement des extrémités de l'organe 54 de la barre 44 sur les encoches 70 de l'anneau d'usure 34 de la fraise afin que la fraise puisse être retirée de la plaque d'entraînement 12. Mise en place de la fraise Lorsque l'ensemble de changement rapide d'outil est encore en position desserrée, l'opérateur charge un nouveau corps de fraise avec les encoches 70 du corps de la fraise alignées sur l'organe 54 de la barre de serrage 44, et le pousse jusqu'à ce que la face arrière du corps de fraise soit au contact des parties supérieures des clavettes 40 et 42. L'opérateur tourne alors en sens inverse la fraise de jusqu'à ce que les ergots 89 d'alignement soient au contact de l'organe transversal de la barre de serrage et empêchent une rotation supplémentaire. Les fentes 36 et 38 de l'arrière de la fraise sont alors alignées sur les clavettes 40 et 42. L'opérateur pousse le bouton de serrage qui désactive le dispositif moteur (non représenté) si bien que la tige 94 de poussée recule et permet au ressort 62 de pousser la tige 48 de serrage vers la droite sur la figure 3 et à la barre de serrage 44 d'être au contact de l'anneau d'usure 34 et de chasser la fraise sur les clavettes 40 et 42 contre le siège 22 de la plaque d'entraînement 12. La tige 90 de déblocage continue à reculer sous l'action du ressort 100 jusqu'à ce que les doigts 78 de blocage soient poussés en dehors du ressort 88 de blocage et que les parties de crochet 84 des doigts de blocage pénètrent dans la gorge 86 de la broche. La force centri- fuge créée lorsque la broche tourne maintient les doigts au contact de la gorge même si le ressort 88 ou le ressort 62 se brise. Ceci empêche une séparation accidentelle de la fraise et de la plaque d'entraînement pendant la rotation. L'extraction et le remplacement de la fraise peuvent être réalisés d'une seule main en quelques secondes seulement. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Ensemble de changement rapide de fraise, caracté- risé en ce qu'il comprend une plaque rotative d'entraî- nement (12), une fraise (10), la plaque (12) d'entraînement5 ayant un siège (22) pour supporter la fraise (10), un dispositif d'entraînement temporaire destiné à provoquer l'entraînement en rotation de la fraise (10) avec la plaque (12) d'entraînement lorsqu'elle est serrée sur le siège (22), et un dispositif (44, 48) de serrage temporaire destiné à serrer la fraise (10) sur le siège (22). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comprend une clavette (40, 42) et une fente (36, 38) dont l'une est portée par la fraise (10) et l'autre par la plaque (12) d'entraînement. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (44, 48) de serrage comporte une barre de serrage (44) coopérant temporairement avec la fraise (10) et un dispositif (62) de maintien de la barre (44) de serrage en coopération avec la fraise (10). 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif (62) de maintien comprend un ressort (62) exerçant une pression élastique sur la barre (44) de serrage. 5. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif (62) de maintien comprend au moins un doigt (78) de blocage activé par la force centrifuge appliquée lors de la rotation de la plaque (12) d'entraînement. 6. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fraise (10), lorsqu'elle est séparée par la barre (44) de serrage, peut tourner par rapport à la barre (44) de serrage d'une première position dans laquelle la fraise (10) est orientée par rapport à la barre (44) de serrage d'une manière qui permet son serrage sur le siège (22) de la plaque (12) d'entraînement à une seconde position dans laquelle la fraise (10) est séparée de la barre (44) de serrage et peut être retirée de la plaque (12) d'entraîne- ment ou montée sur cette plaque. 7. Ensemble de changement rapide de fraise, caracté- risé en ce qu'il comprend une plaque rotative (12) d'entraînement, une fraise (10), la plaque (12) d'entraîne- ment ayant un siège (22) destiné à supporter la fraise (10), un dispositif d'entraînement temporaire destiné à provoquer l'entraînement en rotation de la fraise (10) avec la plaque (12) d'entraînement lorsque la fraise (10) est10 serrée sur le siège (22), et un dispositif (44, 48) de serrage temporaire destiné à serrer la fraise (10) sur le siège (22), la plaque (12) d'entraînement et la fraise (10) ayant des ouvertures centrales alignées, le dispositif (44, 48) de serrage comprenant une tige (48) de serrage passant par les ouvertures centrales de la plaque (12) d'entraîne- ment et de la fraise (10), une barre (44) de serrage portée par la tige (48) de serrage coopérant temporairement avec la fraise (10), et un dispositif agissant sur la tige (48) de serrage étant destiné à maintenir la barre (44) de serrage au contact de la fraise. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif (62) de maintien comprend un ressort coopérant avec la tige (48) de serrage et destiné à exercer une pression élastique de serrage sur la barre (44) de serrage. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de déplacement de la tige (48) de serrage malgré l'action du ressort afin que la barre (44) de serrage ne soit pas soumise à la pression du ressort et que la fraise (10) soit ainsi libérée. 10. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la barre (44) de serrage et la tige (48) de serrage tournent avec la plaque de serrage et la fraise (10) lorsque la barre (44) de serrage est en coopération avec la fraise (10), et le dispositif (62) de maintien comprend au moins un doigt (78) de blocage raccordé à la tige (48) de serrage et activé par la force centrifuge lors de la rotation de la plaque (12) d'entraînement. 11. Ensemble de changement rapide d'outil, caracté- risé en ce qu'il comprend une broche pouvant tourner axialement, une plaque (12) d'entraînement montée concen- triquement sur la broche, une fraise (10), la plaque (12) d'entraînement ayant un siège (22) destiné à supporter la fraise (10), un dispositif d'entraînement temporaire destiné à provoquer l'entraînement en rotation de la fraise (10) avec la plaque de serrage lorsque la fraise (10) est serrée sur le siège (22), un dispositif (44, 48) de serrage temporaire destiné à serrer la fraise (10) sur le siège (22), la broche ayant un trou axial et la plaque (12) d'entraînement et la fraise (10) ayant des ouvertures centrales alignées sur le trou axial, le dispositif (44, 48) de serrage comprenant une tige (48) de serrage placée axialement dans le trou et passant dans les ouvertures centrales de la plaque (12) d'entraînement et de la fraise (10), la tige (48) de serrage ayant une barre (44) de serrage coopérant temporairement avec la fraise (10), et un dispositif (62) de maintien s'opposant au déplacement axial de la tige (48) de serrage dans le sens qui l'écarte d'une position dans laquelle la barre (44) de serrage est mainte- nue en coopération avec la fraise. 12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif (62) de maintien comprend un ressort qui coopère avec la tige (48) de serrage afin qu'il applique une pression élastique de serrage sur la barre (44) de serrage, l'ensemble comprenant en outre une tige axialement mobile de libération destinée à déplacer la tige (48) de serrage malgré l'action du ressort afin que la barre (44) de serrage soit libérée de la pression du ressort et que la fraise (10) soit ainsi libérée. 13. Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce que la barre (44) de serrage et la tige (48) de serrage tournent avec la broche, la plaque (12) d'entraine- ment et la fraise (10) lorsque la barre (44) de serrage coopère avec la broche comme indiqué, le dispositif (62) de maintien comprenant aussi un boîtier de blocage monté sur la tige dans le trou de la broche, au moins un doigt (78) de blocage articulé sur le boîtier de blocage, le doigt5 (78) ayant une saillie de blocage, le trou de la broche ayant une gorge circonférentielle en face de la saillie de blocage, le doigt (78) étant déplacé par pivotement sous l'action de la force centrifuge lors de la rotation de la broche si bien que la saillie de blocage pénètre dans la gorge et empêche le déplacement de la tige de blocage dans le sens qui provoque la libération de la fraise (10) par la barre (44) de serrage. 14. Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tige de libération comporte un dispositif à came destiné à faire pivoter le doigt (78) de blocage de manière que la saillie de blocage soit retirée de la gorge lorsque la tige de libération se déplace axialement et déplace la tige (48) de serrage malgré l'action du ressort. 15. Ensemble selon la revendication 14, caractérisé en ce que la fraise (10), lorsqu'elle est libérée par la barre de blocage, peut tourner par rapport à la barre de blocage d'une première position dans laquelle la fraise (10) est orientée par rapport à la barre de blocage de manière qu'elle puisse être serrée sur le siège (22) de la plaque (12) d'entraînement, à une seconde position dans laquelle la broche est dégagée de la barre de blocage et peut être retirée de la plaque (12) d'entraînement ou montée sur cette plaque. 16. Ensemble selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comporte une cla- vette (40, 42) et une fente (36, 38), l'une étant portée par la fraise (10) et l'autre par la plaque de blocage, la clavette pénétrant dans la fente (36, 38) lorsque la fraise (10) se trouve dans la première position.