Brevet FR2723017A1 — publié le 19960202

TETE DE MACHINE-OUTILS, DONT L'ENCEINTE PORTE-OUTILS EST REFROIDIE La présente invention a pour objet une tête de machine-outils dont l'enceinte portesutils, servant de logement aux mécanismes de mise en mouvement de l'outil, est refroidie. Elle trouve particulièrement son application dans la régulation de la température de la broche et de ses accessoires de mise en mouvement, qui équipent une tête de fraiseuse, et qui ont tendance à s'échauffer en cours de fonctionnement. Dans le domaine des machines-outils, l'augmentation des performances des outils de coupe permet d'augmenter la vitesse des broches porte-outils équipant ces machines outils, et par là même de leurs mécanismes de mise en mouvement. Cette augmentation de vitesse s'accompagne d'une élévation de température de ces mécanismes, qui occasionne des problèmes de dilatation et de dérive difficilement maîtrisables et incompatibles avec la précision qui est à présent requise pour la réalisation des pièces usinées. Dans le but de pallier cet inconvénient, les constructeurs de machinesoutils proposent actuellement de refroidir directement le mécanisme de mise en mouvement de l'outil, en faisant circuler à l'intérieur de l'enceinte porte-outils, une huile de graissage réfrigérée. Cette huile de graissage circule en circuit fermé , et est refroidie à l'extérieur de l'enceinte porte-outils. Elle assure donc à la fois une lubrification et un refroidissement du mécanisme de mise en mouvement de l'outil. Un tel système de refroidissement s'avère en pratique inefficace car les débits d'huile qui peuvent être atteints sont très faibles, de l'ordre de 3 à 5 litres par minute, et ne permettent pas un refroidissement suffisant du mécanisme de mise en mouvement, compte tenu de l'échauffement important de ce mécanisme. De plus, les têtes de machines-outils sont de plus en plus compactes, ce qui réduit le volume des enceintes porte-outils. Il en résulte une diminution du volume et du débit d'huile en circulation, qui est préjudiciable au bon refroidissement du mécanisme de mise en mouvement. Le but de la présente invention est de proposer une tête de machine-outils qui pallie les inconvénients constatés. Ce but est parfaitement atteint par la tête de machine-outils de l'invention, qui de manière connue, comporte une enceinte porte-outils, servant de logement à un mécanisme de mise en mouvement de l'outil, et un circuit de refroidissement de ce mécanisme. De manière caractéristique selon l'invention, l'enceinte étant réalisée dans un matériau conduisant la chaleur, le circuit de refroidissement est conçu pour faire circuler un liquide réfrigéré au contact directement de la face externe et/ou de l'intérieur d'au moins une paroi de l'enceinte porte-outils, en sorte d'obtenir un refroidissement du mécanisme, par refroidissement d'au moins une paroi de l'enceinte porte-outils avec un liquide ne pénétrant pas à l'intérieur de l'enceinte. Bien entendu, la tête de machine outil de l'invention conserve le circuit de lubrification qui équipe toutes les têtes de machines-outils, et qui permet de faire circuler de l'huile directement au contact du mécanisme de mise en mouvement de l'outil. Néanmoins, selon l'invention, le circuit de lubrification et le circuit de refroidissement sont totalement dissociés l'un de l'autre. Grâce à l'invention, il devient possible d'atteindre des débits de liquide réfrigéré suffisamment importants pour obtenir une stabilisation thermique satisfaisante. Le circuit de refroidissement qui équipe une tête de machine-outils de l'invention peut être réalisé selon deux variantes particulières de réalisation, qui présentent toutes les deux l'avantage de pouvoir être adaptées facilement sur les têtes de machines-outils existantes, sans modification importante de celles-ci. Dans une première variante de réalisation, au moins une partie du circuit de refroidissement est constituée par une pluralité de canaux distincts, qui sont percés à travers au moins une paroi de l'enceinte, de telle sorte que les deux extrémités de chaque canal débouchent à l'extérieur de l'enceinte ; ces canaux communiquent entre eux à l'extérieur de l'enceinte, en sorte de constituer un unique serpentin de refroidissement intégré à la paroi de l'enceinte et comportant un orifice d'introduction et un orifice d'évacuation du liquide réfrigéré. Cette première variante de réalisation nécessite simplement de percer des canaux dans les parois de l'enceinte, et de relier ces canaux entre eux à l'extérieur de l'enceinte. Bien entendu, cette première variante ne peut être mise en oeuvre que sur des parois présentant une épaisseur suffisante. Dans cette première variante de réalisation, la communication des canaux à l'extérieur de l'enceinte sera avantageusement réalisée au moyen de plaques de communication. Plus précisément, tout ou partie des extrémités des canaux qui débouchent dans la même face externe d'une paroi de l'enceinte seront de préférence reliées par paires, au moyen d'une plaque de communication qui est fixée contre cette face externe, de telle sorte que le liquide réfrigéré peut passer d'un canal à l'autre, en circulant entre la plaque de communication et la face externe de la paroi. Lorsqu'une paroi de l'enceinte présente une épaisseur trop faible pour permettre la.mise en oeuvre de la première variante de réalisation précitée, on réalise avantageusement une partie du circuit de refroidissement selon une deuxième variante de réalisation, en utilisant une plaque de refroidissement, dont une des faces est creusée par un réseau de rainures communiquant entre elles. Dans cette deuxième variante de réalisation, la plaque de refroidissement est fixée contre la face externe d'une paroi de l'enceinte de faible épaisseur, en sorte de former avec ladite face externe un serpentin de refroidissement permettant de faire circuler le liquide réfrigéré au contact de cette face externe. Bien entendu, dans le cadre de l'invention, une tête de machine-outil pourra être équipée d'un circuit de refroidissement réalisé exclusivement selon la première ou deuxième variante de réalisation, soit combinant les deux variantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'une tête de fraiseuse équipée d'un circuit de refroidissement combinant les deux variantes particulières de réalisation précitées, laquelle description est donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma de principe d'une tête de fraisage selon l'invention, dont les circuits de lubrification et de refroidissement sont dissociés l'un de l'autre, Les figures 2, 3 et 4 sont des vues en section des accessoires de la tête de fraisage de la figure 1, et La figure 5 est une vue en coupe illustrant le principe d'une paroi percée de canaux pour la circulation d'un liquide réfrigéré à l'intérieur de la paroi, et équipée de deux plaques de communication permettant le passage d'un liquide réfrigéré d'un canal à l'autre. La tête de fraisage l représentée schématiquement à la figure l comporte un corps principal 2, à l'extrémité duquel sont montés les accessoires 3 de la tête de fraisage. Si l'on se réfère à la figure 2, ces accessoires 3 consistent en un portebroche 4 qui est monté sur un corps intermédiaire 5, ce corps 5 étant lui-même monté sur un corps 6, qui permet la fixation de l'ensemble sur le corps principal 2 de la tête de fraisage 1. Ces trois éléments sont creux et délimitent une enceinte 7, dite enceinte porte-outils. Cette enceinte porte-outils 7 sert de logement à la broche porte-outils 8, et au mécanisme 9 de mise en rotation de cette broche 8. Il est à noter que les trois éléments 4, 5 et 6 peuvent avantageusement être assemblés par l'intermédiaire de couronnes dentées permettant leur réglage en rotation l'un par rapport à l'autre. Si l'on se réfère à la figure 1, conformément à l'invention, la tête de fraisage 1 est équipée d'un circuit de lubrification 10 et d'un circuit de refroidissement 11 des accessoires 3 de la tête de fraisage , qui sont indépendants l'un de l'autre. Le circuit de lubrification 10 permet de faire circuler à l'intérieur de l'enceinte porte-outils, 7, une huile de graissage venant directement au contact de la broche porte-outils 8 et de son mécanisme 9 de mise en rotation. Le circuit de refroidissement 11 comporte un groupe réfrigérant 12, et est conçu pour faire circuler un liquide réfrigéré en circuit fermé, directement au contact de la face externe et de l'intérieur des parois de l'enceinte porte-outils 7, tel que cela sera détaillé ci-après. Ainsi, le liquide réfrigéré ne pénètre pas à l'intérieur de l'enceinte porte-outils 7, contrairement à l'huile de graissage. Si l'on se réfère aux figures 2 et 3, la paroi 13 du porte-broche 4 est percée de neuf canaux 14. Chaque canal 14 comporte deux extrémités 14a et 14b qui débouchent à l'extérieur de l'enceinte porte-outils 7, respectivement dans les faces externes opposées 13a et 13k du porte-broche 4. Une plaque de communication 15, 16 est fixée respectivement sur les faces externes 13, 13b de la paroi 13 du porte-broche 4. Ces deux plaques de communication 15 et 16 ont pour fonction de relier deux par deux les canaux 14, tel que cela apparaît plus clairement sur la figure 5. Chaque plaque de communication 15 est creusée par plusieurs rainures 17. Lorsque la plaque de communication 15 est fixée sur la face externe 13a du porte-broche 4, chaque rainure 17 vient en vis-à-vis des extrémités 14a des deux canaux 14 adjacents. De manière similaire, lorsque la plaque de communication 16 est fixée sur la face externe 13b du porte-broche 4, chaque rainure 17 permet de faire communiquer deux à deux les extrémités 14b de deux canaux 14 qui sont adjacents et dont les extrémités 14a ne sont pas en communication par l'intermédiaire de la plaque 15. Sur la figure 5, la plaque de communication 16 comporte en outre un orifice d'introduction 18 et un orifice d'évacuation 19 du liquide réfrigéré, qui viennent respectivement en vis-à-vis des deux canaux 14 situés à l'opposé l'un de l'autre. Ainsi, lorsqu'on introduit un liquide réfrigéré par l'ouverture d'introduction 18, celui-ci peut circuler à travers la paroi 13 du porte-broche 4, d'une part en passant alternativement de la face externe 13b à la face externe 13a par l'intermédiaire de chaque canal 14, et d'autre part en passant d'un canal 14 à l'autre en circulant dans les rainures 17 entre chaque plaque de communication 15, 16 et la face externe 13, 13k correspondante de la paroi 13. L'ensemble constitué par les canaux 14 et les deux plaques de communication 15 et 16 permet de réaliser facilement un serpentin de refroidissement intégré à la paroi 13, sans modification notable de cette paroi, si ce n'est le percement des canaux 14 et l'ajout des plaques de communication 15 et 16. Si l'on se réfère aux figures 2, 3 et 4, la paroi 20 du corps intermédiaire 5 est également percée de onze canaux longitudinaux 21 qui débouchent à l'extérieur de l'enceinte porte-outils 7, dans les faces externes 20a et 20b de la paroi 20. Sur ces faces externes 20a et 20 b sont fixées respectivement des plaques de communication 22 et 23, qui permettent de faire communiquer entre eux les canaux 21, de manière similaire à ce qui a été précédemment décrit en référence à la figure 5, pour les canaux 14 du porte-broche 4. Les canaux 21 et les plaques de communication 22, 23 constituent ainsi un serpentin de refroidissement intégré à la paroi 20 du corps intermédiaire 5 et permettent de faire circuler un liquide réfrigéré longitudinalement à l'intérieur du corps intermédiaire 5, sur toute la périphérie de ce corps. Si l'on se réfère aux figures 2 et 3, la portion 24 de la paroi 20 du corps intermédiaire 5 présente une épaisseur trop faible, pour permettre le percement à travers cette portion 24, de canaux de circulation transversaux aux canaux 21. Pour obtenir le refroidissement de cette portion 24 de faible épaisseur, on utilise une plaque de refroidissement 25, qui est fixée sur la face externe 20a de la paroi 20 du corps intermédiaire 5, au niveau de la portion 24 de cette paroi. La face de cette plaque de refroidissement 25 qui vient en contact avec la face externe 20a de la paroi 20 est creusée d'une pluralité de rainures 26 qui communiquent entre elles, en sorte de former avec la face externe 20a un serpentin de refroidissement similaire dans sa forme à celui constitué par les canaux 14 et les plaques de refroidissement 15 et 16 de la figure 5. Cette plaque de refroidissement 25 comporte bien entendu une ouverture d'introduction et une ouverture d'évacuation de liquide réfrigéré. Lorsque l'on introduit le liquide réfrigéré par l'ouverture d'introduction, celui-ci circule entre la face externe 20a et les rainures 26 de la plaque de refroidissement 25. Le circuit de refroidissement 11 de la tête de fraisage 1 se dissocie au niveau de la partie accessoires 3 de cette tête de fraisage , en trois circuits de refroidissement parallèles constitués respectivement par les canaux 14 et les plaques de communication 15, 16, par les canaux 21 et les plaques de communication 22, 23, et par la portion 24 de la face externe 20a et la plaque de refroidissement 25. Ainsi, on obtient un refroidissement homogène des parois du porte-broche 4 et du corps intermédiaire 5, lequel refroidissement permet par là même de stabiliser thermiquement l'enceinte porte-outils 7 et de compenser l'élévation en température de la broche 8 et de son mécanisme 9 de mise en rotation. Dans un exemple précis de réalisation, le liquide réfrigéré utilisé était de l'eau glycolée, circulant avec un débit moyen de l'ordre de 12 litres par minute. Ce débit important qui peut être obtenu grâce au circuit de refroidissement de l'invention, permet d'évacuer efficacement les calories qui sont dégagées au niveau du porte-broche 4 et du corps intermédiaire 5, par la broche 8 et son mécanisme 9 de mise en rotation. L'invention n'est pas limitée au refroidissement d'une tête de fraisage mais peut s'appliquer à tout type de tête de machine-outils. L'eau glycolée pourrait être remplacée par tout autre liquide frigorigène. Enfin, il est également possible de concevoir des parois pour le porte-broche 4 ou le corps intermédiaire 5 qui intègrent au stade de leur fabrication, un serpentin de refroidissement interne. Néanmoins, la réalisation d'un tel serpentin de refroidissement intégré est difficile à réaliser. Les deux variantes particulières de réalisation du circuit de refroidissement de l'invention qui ont été décrites présentent l'avantage de pouvoir très facilement être mises en oeuvre sur toutes les têtes de machines-outils existantes, sans occasionner de surcoût excessif. REVENDICATIONS 1. Tête de machine-outil, et notamment de fraiseuse, comportant une enceinte porte-outils (7) qui sert de logement à un mécanisme (8, 9) de mise en mouvement de l'outil, et un circuit de refroidissement de ce mécanisme, caractérisée en ce que l'enceinte étant réalisée dans un matériau conduisant la chaleur, le circuit de refroidissement (11) est conçu pour faire circuler un liquide réfrigéré au contact directement de la face externe et/ou de l'intérieur d'au moins une paroi de l'enceinte porte-outils (7), en sorte d'obtenir un refroidissement du mécanisme par refroidissement d'au moins une paroi de l'enceinte porte-outils (7) avec un liquide ne pénétrant pas à l'intérieur de l'enceinte. 2. Tête de machine-outil selon la revendication I caractérisée en ce qu'une partie du circuit de refroidissement est constituée par une pluralité de canaux distincts (14), qui d'une part sont percés à travers au moins une paroi (13) de l'enceinte (7), de telle sorte que les deux extrémités (14a, 14k) de chaque canal (14) débouchent à l'extérieur de l'enceinte (7), et qui d'autre part communiquent entre eux à l'extérieur de l'enceinte, en sorte de constituer un unique serpentin de refroidissement intégré à la paroi (13) de l'enceinte et comportant un orifice d'introduction (18) et un orifice d'évacuation (19) du liquide réfrigéré. 3. Tête de machine-outil selon la revendication 2 caractérisée en ce que tout ou partie des extrémités (14a, 14b) des canaux qui débouchent dans la même face externe (13; > 13k) d'une paroi de l'enceinte (7) sont reliées par paire au moyen d'une plaque de communication (15, 16) qui est fixée contre cette face externe (133 13b), de telle sorte que le liquide réfrigéré peut passer d'un canal (14) à l'autre, en circulant entre la plaque de communication (15, 16) et la face externe (133 13~) de la paroi (13). 4. Tête de machine-outil selon la revendication I caractérisée en ce qu'une partie du circuit de refroidissement (il) est constituée par une plaque de refroidissement (25), dont une des faces est creusée par un réseau de rainures (26) communiquant entre elles, et qui est fixée contre la face externe (20a) de l'une des parois (20) de l'enceinte porte-outils (7) en sorte de former avec ladite face externe (20a) un serpentin de refroidissement permettant de faire circuler le liquide réfrigéré au contact de ladite face externe. 5. Tête de machine-outil selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le liquide réfrigéré est de l'eau glycolée. 6. Tête de machine-outil selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que le liquide réfrigéré circule dans le circuit de refroidissement (11) avec un débit de l'ordre de 12 litres par minute