Brevet FR2711932A1 — publié le 19950512

DISPOSITIF PORTE-OUTIL _NOTAMMENT TETE DE FRAISAGE. A PORTE-BROCHE ORIENTABLE La présente invention a pour objet un dispositif porte-outil, du type tête de fraisage, comportant un corps pour son adaptation sur une machine-outil, et un porte-broche, qui est destiné à recevoir une broche porte-outil, et qui est monté rotatif par rapport au corps du dispositif porte-outil. Elle concerne plus particulièrement un dispositif porte-outil perfectionné en ce que le porte-broche est du type à couronne dentée, mais peut être mis dans une position angulaire qui n'est pas nécessairement proportionnelle à la distance entre deux dents de la couronne dentée. Dans le domaine des dispositifs porte-outil, et plus particulièrement des têtes de fraisage, il existe deux types de dispositifs, ayant un portebroche rotatif. Selon le premier type de dispositif, le positionnement angulaire du porte-broche est obtenu suivant un angle quelconque mais dans une plage de variation angulaire limitée, par une rotation continue du porte- broche. Selon le deuxième type de dispositif, le positionnement angulaire du porte-broche peut être réalisé dans une plage de variation angulaire de 360 , mais est nécessairement égal à un angle donné, par exemple 1 , 1 15', 1 30', etc, ou un multiple de cet angle. Ceci est dû au fait que le porte-outil est bloqué en position par rapport au corps du dispositif porte-outil, par l'intermédiaire de deux couronnes dentées, qui engrènent l'une dans l'autre, l'une étant fixée sur le corps du dispositif, l'autre étant fixée sur le porte-broche. Le positionnement angulaire du porte-broche est réalisé dans un premier temps, en décalant légèrement le porte-broche dans la direction de son axe de rotation, de manière à mettre les deux couronnes dentées hors de prise, puis dans un deuxième temps en mettant en rotation le porte- broche ainsi libéré d'un angle prédéterminé, et enfin dans un troisième temps en ramenant le porte-broche dans une position de blocage, dans laquelle les deux couronnes dentées engrènent l'une dans l'autre. On comprend que le positionnement relatif du porte-broche par rapport au corps du dispositif porte-outil ne peut se faire que par une rotation incrémentale correspondant au minimum à une dent des couronnes dentées. Le positionnement angulaire minimum est donc fonction du nombre de dents des deux couronnes dentées. Le but que s'est fixé la demanderesse est de proposer un dispositif porte- outil perfectionné, qui cumule les avantages des deux types de dispositifs connus en ce qu'il permet un positionnement angulaire quelconque du porte-broche entre O et 360 . Ce but est parfaitement atteint par le dispositif porte-outil de l'invention, qui est équipé d'une première couronne dentée, de manière connue, et qui comporte: - un corps qui permet le montage du dispositif sur une machine-outil - un porte-broche qui est monté rotatif selon un axe XX', sur lequel est fixée une deuxième couronne dentée apte à engrener avec la première couronne dentée, et qui est mobile en translation selon l'axe XX', entre une position de blocage en rotation dans laquelle les couronnes dentées engrènent l'une dans l'autre, et une position de mise en rotation dans laquelle les deux couronnes dentées sont hors de prise, - et des moyens de translation du porte-broche entre les positions de blocage et de mise en rotation. De manière caractéristique selon l'invention, le dispositif porte-outil comprend en outre: - une pièce intercalaire, qui est montée rotative sur le corps du dispositif, selon l'axe XX', - des moyens d'entraînement en rotation de la pièce intercalaire, - et des moyens de blocage en rotation de la pièce intercalaire par rapport au corps du dispositif porte-outil. Dans ce cas, la première couronne dentée est fixée directement sur la pièce intercalaire, de telle sorte que la rotation de la pièce intercalaire provoque la rotation du porte-broche selon l'axe XX', lorsque le porte-broche est en position de blocage en rotation par rapport à la pièce intercalaire Le réglage de la position angulaire du porte-broche par rapport au corps du dispositif porte-outil de l'invention peut être obtenu d'une part en réglant l'angle de rotation du porte-broche, par rapport à la pièce intercalaire, à une valeur prédéterminée qui est fonction de la denture des couronnes dentées, et d'autre part en réglant l'angle de rotation de la pièce intercalaire, par rapport au corps du dispositif porte-outil,à une valeur quelconque, comprise dans la plage de rotation de la pièce intercalaire. La combinaison de ces deux réglages permet d'obtenir un réglage en rotation du porte-broche, d'un angle quelconque, compris entre O et 360 . Selon un mode particulier de réalisation, le corps du dispositif porte- outil est creux, et sert de logement aux moyens d'entraînement en rotation et / ou aux moyens de translation du porte-broche. Dans ce cas, la pièce intercalaire ainsi que la paroi du corps du dispositif porte-outil sur laquelle la pièce intercalaire est montée rotative sont traversées par le porte-broche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode préféré de réalisation d'une tête de fraisage coulissante, selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - La figure 1 est une vue en coupe, d'une tête de fraisage dont le corps sert de logement aux moyens d'entraînement en rotation et aux moyens de translation du porte- broche, - Et la figure 2 est une vue de face de la tête de fraisage de la figure 1. Si l'on se réfère à la figure 1, la tête de fraisage 1 comporte un corps 2, qui est un tube creux de cavité intérieure 2b et susceptible d'être monté coulissant sur une fraiseuse, dans le sens de la flèche A. Ce corps 2 sert de support à un porte-broche 3 à couronne dentée, monté rotatif selon un axe XX'. Sur ce porte- broche 3 est fixée une broche 4 destinée à recevoir une fraise (non représentée) rotative selon un axe YY' perpendiculaire à l'axe XX'. Selon l'invention, l'angle de rotation selon l'axe XX' du porte-broche 3 de la tête de fraisage qui va à présent être décrit peut être réglé d'un angle quelconque entre 0 et 360 , bien que le porte-broche 3 soit à couronne dentée. Ceci est obtenu au moyen d'une pièce intercalaire 5, qui estmontée rotative selon l'axe XX', entre la paroi 2a du corps 2 et le porte- broche 3. Plus particulièrement, la pièce intercalaire 5 est une pièce dissymétrique, dont la partie basse 5a est passée à travers une ouverture 6 pratiquée dans la paroi 2a du corps 2 et dont la partie haute 5b est une plaque qui est positionnée à l'extérieur du corps creux, à proximité, et dans un plan sensiblement parallèle à la paroi 2a, lorsque la partie basse Sa est montée à travers la paroi 2a du corps 2. Le guidage en rotation de la pièce intercalaire 5 selon l'axe XX' est réalisé au moyen d'une couronne d'orientation 7 positionnée entre la partie basse Sa de la pièce intercalaire 5 et les bords de l'ouverture 6 de la paroi 2a. Si l'on se réfère à la figure 2, le bord supérieur 5c de la plaque constituant la partie supérieure 5b, et qui est le bord le plus éloigné de l'axe XX' est un bord denté, ayant la forme d'un arc de cercle, qui est centré sur l'axe XX'. La rotation de la pièce intercalaire 5 autour de l'axe XX' est réalisée au moyen de deux pignons 8, qui sont commandés en rotation, et qui viennent engrener avec la denture du bord supérieur 5c de la pièce intercalaire 5. Ces deux pignons 8 sont solidaires d'une boite 9 qui est fixée à la paroi 2a, et qui contient les moyens de motorisation des pignons. Ces moyens étant par ailleurs connus de l'homme du métier, ils ne seront pas décrits dans la présente description. Sur la figure 2, la pièce intercalaire 5 est dans sa position initiale. Le bord c denté, en arc de cercle, est positionné symétriquement par rapport à l'axe XX'. Les deux pignons 8 étant également symétriques l'un de l'autre par rapport à cet axe XX', ils définissent chacun un angle at avec l'extrémité du bord supérieur 5c qui leur est proximale. Ainsi, selon le sens de rotation des pignons 8, il est possible de régler la rotation de la pièce intercalaire 5 selon l'axe XX', d'un angle quelconque entre O et + at, ou entre O et - at.Il est bien sûr possible, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, de remplacer ces deux pignons 8, par un unique pignon situé à la verticale de l'axe XX', ou par trois pignons ou plus, répartis symétriquement par rapport à l'axe XX'. Il est important de remarquer que lorsque l'angle de rotation de la pièce intercalaire 5 est réglé à sa valeur maximale, la partie haute 5b ne doit pas venir perturber le travail de l'outil qui est monté sur la broche 4. Par conséquent, la valeur de l'angle ac est nécessairement limitée. En pratique, cet angle at est d'environ 25 . La tête de fraisage 1 comporte également des moyens de blocage en rotation de la pièce intercalaire 5, qui sont constitués d'un vérin hydraulique 10, qui est monté à l'intérieur de la boite 9, et qui permet de compresser la partie haute 5b de la pièce intercalaire 5 contre un décrochement 2c de la paroi 2a du corps 2. Avantageusement, afin de bénéficier au mieux de l'effet de levier par rapport à l'axe XX', ce vérin hydraulique 1 O est positionné de manière à appliquer une force de pression F, sur la partie haute 5b de la pièce intercalaire 5, au niveau du bord supérieur 5c. Le porte-broche 3 est un corps creux, constitué d'une partie cylindrique 3a et d'une partie porte-broche 3b proprement dite, ayant la forme d'un parallélépipède rectangleLes axes respectifs de ces deux parties 3a et 3b sont perpendiculaires. La partie cylindrique 3a est montée à travers une ouverture 5d de la partie basse Sa de la pièce intercalaire 5 et donc également à travers l'ouverture 6 de la paroi 2a du corps 2 de telle sorte que les axes des parties cylindriques 3a et porte-broche 3b soient respectivement confondus avec les axes XX' et YY'. Le porte-broche 3 est guidé en rotation selon l'axe XX', au moyen d'une couronne de roulement 1 1 placée entre la surface extérieure de la partie cylindrique 3a et les bords de l'ouverture 5d de la partie basse 5a de la pièce intercalaire 5. Sur la face extérieure 5e de la partie basse 5a de la pièce intercalaire 5 est fixée une couronne dentée 12a. Sur la face 3c de la partie portebroche 3b, qui jouxte la face Se, est fixée, en vis-à-vis de la première couronne dentée 12a, une deuxième couronne dentée 12b, identique. Les deux couronnes dentées 12a et 12b sont donc aptes à engrener l'une dans l'autre, de manière à bloquer en rotation le porte-broche 3, par rapport à la pièce intercalaire S. Si l'on se réfère à la figure 1, la tête de fraisage comporte en outre des moyens 13 de mise en translation du porte-broche 3, dans la direction de l'axe XX'. Ces moyens de mise en translation 13 consistent en un vérin hydraulique 14, qui est placé à l'intérieur du corps 2, et est fixé à la partie basse Sa de la pièce intercalaire S. L'extrémité lSa de la tige 15 de ce vérin hydraulique 14 est en forme de U. Le bord de la première partie cylindrique 3a, qui est à 1' opposé de la deuxième partie 3b, et qui est situé à l'intérieur du corps 2, forme un rebord 3d qui est emboîté dans le U de l'extrémité 15a, avec un jeu suffisant pour permettre la rotation du porte-broche selon l'axe XX'. Lorsqu'on actionne le vérin hydraulique 14, la tige 15 subit un mouvement de translation dans le sens de la flèche B. L'extrémité 15a de la tige , dans son mouvement de translation, vient buter contre le rebord 3d de la partie cylindrique 3a. Le porte-broche est donc également entraîné en translation dans le sens de la flèche B. Les deux couronnes dentées 12a et 12b qui étaient décrantées se rapprochent l'une de l'autre jusqu'à engrèner l'une dans l'autre; le porte-broche est bloqué en rotation par rapport à la pièce intercalaire 5. Cette position, dite de blocage en rotation, est celle illustrée à la figure 1. De manière inverse, lorsqu'on débloque le vérin hydraulique 14,1a tige 15 et par là-même le porte-broche 3 subissent un léger mouvement de translation selon l'axe XX', dans le sens contraire de la flèche B. Le vérin hydraulique 14 est conçu de manière à ce que le débattement axial du porte-broche 3 soit suffisant pour que les deux couronnes 12a et 12b soient hors de prise lorsque le vérin hydraulique est en fin de course.Lorsque les deux couronnes dentées 12a, 12b sont hors de prise, le porte- broche 3 est libre en rotation selon l'axe XX'. Cette position du portebroche qui n'est pas illustrée est dite position de mise en rotation. Si l'on se réfère à la figure 1, la tête de fraisage I comporte également, à l'intérieur du corps 2, des moyens d'entraînement en rotation 16 du porte-broche 3. Ces moyens d'entraînement en rotation consistent en un moto-réducteur 17, entraînant en rotation un axe 18 au bout duquel est monté un pignon 19. Par ailleurs, le bord 3d de la première partie cylindrique du porte-broche 3 est pourvu sur toute sa périphérie d'une denture 20 correspondant aux dents du pignon 19. Lorsque le porte-broche 3 est en position de mise en rotation, le pignon 19 engrène dans la denture du bord 3d, de telle sorte que la commande de la rotation de ce pignon 19 entraîne la rotation du porte-broche 3 selon l'axe XX'. Lorsque le porte-broche 3 est en position de blocage en rotation, tel qu'illustré sur la figure 1, du fait de la translation qui a été subie par le porte-broche 3 dans le sens de la flèche B, le pignon 19 n'engrène plus dans la denture 20. Ainsi, dans cette position de blocage en rotation du porte-broche 3, la rotation de la pièce intercalaire 5 provoque par là-même la rotation du porte-broche 3 selon l'axe XX', qui n'est pas entravée par le pignon 19. Pour la mise en rotation de la broche 4, selon l'axe YY', la tête de fraisage I comprend en outre, logée à l'intérieur du corps 2 et du portebroche 3, des moyens de mise en rotation consistant en un arbre de transmission 21 commandé en rotation par une boîte de vitesse (non représentée) et qui commande la rotation de deux couples coniques 23 de renvoi, pour la mise en rotation de la broche 4 porte-outil, selon l'axe YY'. Le procédé de réglage de l'angle de rotation du porte-broche 3 selon l'axe XX', à une valeur f3 prédéterminée quelconque, comporte deux étapes. Etape 1: Réglage de l'angle de rotation du porte-broche 3 par rapport à la pièce intercalaire 5, à une valeur 3', qui est un multiple de l'angle de rotation incrémental minimum des deux couronnes 12a et 12b, et qui est la plus proche possible de la valeur 3. Cette étape I peut se décomposer en la succession d'étapes suivantes 1.1. Commande des moyens de translation 13, et plus particulièrement du vérin hydraulique 14, de manière à mettre les couronnes 12a et 12b hors de prise (position de mise en rotation du porte-broche 3); 1.2. Commande de la rotation du porte-broche 3 à la valeur 1', à l'aide des moyens d'entraînement en rotation 16; 1.3. Commande des moyens de translation 13, et plus particulièrement du vérin hydraulique 14, de manière à amener le porte-broche 3 en position de blocage en rotation. Etape 2- Réglage de l'angle de rotation de la pièce intercalaire 5 par rapport au corps 2 à une valeur 3", valant (3 - f3'). Cette étape 2 peut se décomposer en la succession d'étapes suivantes 2.1. Commande du vérin hydraulique 10, de manière à débloquer la partie haute b de la pièce intercalaire 5, par rapport à la paroi 2a du corps 2; 2.2. Commande de la rotation de la pièce intercalaire 5, à la valeur P3", au moyen des pignons 8; 2.3. Commande du vérin hydraulique 10, pour le blocage en rotation de la pièce intercalaire 5, par rapport à la paroi 2a du corps 2. Il est à noter que pour réaliser les étapes 1.2. et 2.2., il est préférable d'équiper respectivement le moto-réducteur 17 et les pignons 8 de capteurs du type codeur incrémental, de manière à connaître respectivement la position angulaire du porte-broche 3 par rapport à la pièce intercalaire 5, et de la pièce intercalaire par rapport au corps 2. Par ailleurs, les moyens de commande du moto-réducteur 17 et des pignons 8 pour obtenir le positionnement angulaire voulu respectivement du porte-broche 3 par rapport à la pièce intercalaire 5, et de la pièce intercalaire 5 par rapport au corps 2, en fonction des informations délivrés par ces capteurs, sont déjà connus de l'homme du métier, et ne seront donc pas détaillés dans la présente description. L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation d'une tête de fraisage qui vient d'être décrit, mais peut être adaptée à tout type de dispositif porte-outil comportant un porte-broche à couronne dentée. REVENDICATIONS 1. Dispositif porte-outil, notamment tête de fraisage qui est équipé d'une première couronne dentée (12a), et qui comporte: - un corps (2) qui permet le montage du dispositif sur une machine-outil, - un porte-broche (3), qui est monté rotatif selon un axe XX', sur lequel est fixé une deuxième couronne dentée (12b) apte à engrener avec la première couronne dentée (12a), et qui est mobile en translation selon l'axe XX', entre une position de blocage en rotation dans laquelle les couronnes dentées (12a,12b) engrènent l'une dans l'autre, et une position de mise en rotation dans laquelle les deux couronnes dentées (12a,12b) sont hors de prise, - et des moyens de translation (13) du porte-broche (3) entre les positions de blocage et de mise en rotation, caractérisé en ce que le dispositif porte-outil comprend en outre - une pièce intercalaire (5), qui est montée rotative sur le corps (2) du dispositif, selon l'axe XX', - des moyens d'entraînement en rotation de la pièce intercalaire (5), - et des moyens de blocage en rotation de la pièce intercalaire (5) par rapport au corps (2) du dispositif porte-outil, et en ce que la première couronne dentée (12a) est fixée directement sur la pièce intercalaire (5),de telle sorte que la rotation de la pièce intercalaire (5) provoque la rotation du porte-broche (3) selon l'axe XX', lorsque le porte-broche (3) est en position de blocage en rotation par rapport à la pièce intercalaire (5). 2. Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le corps (2) du dispositif porte-outil est creux, en ce que la pièce intercalaire (5) et la paroi (2a) du corps (2) du dispositif porte-outil sur laquelle la pièce intercalaire (5) est montée rotative sont traversées par le porte-broche (3), et en ce que les moyens d'entraînement en rotation et/ou les moyens de translation (13) du porte-broche sont placés à l'intérieur du corps (2) du dispositif porte-outil. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la pièce intercalaire (5) est une pièce dissymétrique par rapport à l'axe XX', dont le bord (5c) le plus éloigné de l'axe XX' est un bord denté ayant la forme d'un arc de cercle centré sur l'axe XX', et en ce que les moyens d'entraînement en rotation de la pièce intercalaire comprennent au moins un pignon (8) qui engrène avec le bord (5c) denté de la pièce intercalaire (5) et qui est commandé en rotation. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation de la pièce intercalaire sont constitués par un vérin hydraulique (10) apte à compresser la pièce intercalaire (5) contre le corps (2) du dispositif porte- outil, à proximité du bord (5c) denté de la pièce intercalaire (5).