Brevet FR2850306A1 — publié le 20040730

La présente invention concerne un mandrin de maintien d'une pièce à usiner dans une position déterminée par rapport à un outil d'usinage. L'usinage d'une pièce nécessite de la maintenir dans 5 une position précise par rapport à l'outil de coupe. De façon classique, la pièce, par exemple usinée au tour, est maintenue selon un axe déterminé par serrage radial des mors d'un mandrin, qui peuvent chacun présenter un épaulement frontal de référence de butée axiale de la 10 pièce. Dans le cas, par exemple, d'un piston pour une grosse cylindrée, celui-ci présente une forme de cylindre creux fermé partiellement, à l'extrémité opposée à la surface utile, par une nervure ou toile radiale. Cette toile constitue un relief radial qui permet de maintenir la 15 pièce en rappel sur les épaulements au moyen d'un croc introduit dans le piston. Toutefois, le fait de tirer axialement sur la toile, donc perpendiculairement à son plan d'extension, la fait fléchir, ce qui transforme ainsi la traction axiale en des 20 forces radiales d'attraction de la paroi cylindrique, enfonçant donc sa surface externe à usiner. Même si l'usinage est réalisé avec précision, le relâchement ultérieur du piston par le croc va permettre le retour de la toile dans son plan radial de repos, et le diamètre 25 externe du piston usiné "récupère" alors l'enfoncement initial. On pourrait songer à limiter l'effort de traction axiale du croc, mais le piston serait insuffisamment maintenu en place, surtout lorsque l'usinage s'effectue 30 sous forte contrainte, c'est-à-dire avec avance rapide de l'outil pour tenir une cadence de production élevée. On pourrait aussi songer à augmenter l'inertie à la flexion de la toile ou autre relief d'accrochage, mais l'alourdissement résultant de la pièce serait en général inacceptable. La présente invention vise à proposer une solution pour éviter la déformation du relief d'accrochage en rappel de la pièce. A cet effet, l'invention concerne un mandrin de maintien d'une pièce à usiner dans une position déterminée 10 par rapport à un outil d'usinage, le mandrin comportant un corps portant des moyens de rappel de la pièce agencés pour prendre appui sur une surface d'une protubérance de la pièce, afin d'y exercer une force présentant une composante de rappel vers des moyens de butée, caractérisé par le fait 15 que les moyens de butée sont montés mobiles sur le corps et agencés pour exercer une force de contreappui sur une surface de contre-appui de la protubérance tournée sensiblement à l'opposé de la surface d'appui. Ainsi, les moyens de rappel et les moyens de butée 20 constituent une pince qui bloque la pièce contre tout déplacement dans la direction du pincement, si bien qu'il est inutile de tenter de tirer excessivement sur la protubérance pour rappeler en butée la pièce, puisque les moyens d'appui viennent l'accueillir, en se déplaçant vers 25 celle-ci pour la pincer. Le contact initial avec la pièce peut être établi par les moyens de rappel ou par les moyens de butée. Avantageusement, les moyens de rappel et les moyens de butée sont commandés par des moyens de manoeuvre communs. 30 La commande est ainsi facilitée. En pareil cas, les moyens de rappel sont avantageusement couplés aux moyens de contre-appui par un mécanisme inverseur de mouvement appartenant aux moyens de manoeuvre et les moyens de rappel et les moyens de butée sont de préférence agencés pour coulisser dans le corps selon un mouvement relatif de cisaillement. Ainsi, les moyens de rappel et les moyens de butée coulissent sensiblement parallèlement et il donc facile de prévoir que le coulissement s'effectue dans une direction exempte d'obstacle, par exemple axiale, ce qui limite donc l'extension radiale du volume de manoeuvre et permet ainsi 10 d'accéder à des protubérances peu accessibles. Dans une forme de réalisation préférée, les moyens de butée comportent un chapelet de segments mutuellement en butée pour glisser ensemble, sur une piste courbe de déflexion d'une direction de mouvement de rappel des moyens 15 de manoeuvre, par entraînement d'un segment d'extrémité de commande couplé à des moyens d'entraînement, appartenant aux moyens de manoeuvre, couplés aussi aux moyens de rappel. La piste courbe transforme ainsi le mouvement de rappel, au niveau du segment d'extrémité de commande, en un 20 mouvement de sens sensiblement opposé au niveau de l'extrémité libre opposée, coopérant avec la surface de contre-appui. Dans ce cas, avantageusement, les moyens d'entraînement comportent un coin d'écartement d'une fente, 25 ouverte à l'opposé de la direction de rappel, limitée par deux surfaces latérales d'appui appartenant, respectivement, à une branche coulissante de rappel dont une extrémité libre porte un croc antérieur de rappel de la pièce, et à une face d'extrémité du segment de commande, 30 les moyens d'entraînement comportant un relief de rappel du coin vers le fond de la fente, afin de repousser latéralement le segment de commande en coulissement sur la piste. Le coin constitue ainsi un prolongement fonctionnel de la piste, puisqu'il défléchit aussi la direction du 5 mouvement de rappel vers la direction opposée, de venue en contre-appui. En particulier alors, les moyens d'entraînement sont de préférence agencés pour rappeler la branche de rappel par une translation longitudinale du coin, maintenu couplé, 10 sur la dite surface d'appui de la branche de rappel, par des moyens de guidage longitudinal, et agencés pour que, quand le mouvement de rappel de la branche est bloqué par la pièce crochetée venue en appui sur des moyens de butée fixes du mandrin, le coin poursuive son mouvement de rappel 15 par glissement sur la dite surface d'appui pour ainsi se déplacer selon une direction défléchie, afin de manoeuvrer le segment de commande par repoussement latéral de la surface d'appui de celui-ci. Il est donc inutile, pour connaître la position en 20 rappel de la pièce, de prévoir une mesure de la position des moyens de butée mobiles puisque les moyens de butée fixes déterminent cette position. En outre, le relief d'accrochage ne subit pas de contrainte excessive de rappel, puisque, dès que la pièce arrive en butée, le 25 travail de la force de rappel exercée par les moyens d'entraînement est dévoyé, c'est-à-dire "commute" pour s'exercer uniquement sur les segments de contre-appui, grâce à la coopération avec la surface d'appui de la branche de rappel, qui dévoie, vers les segments, la 30 direction de la force de rappel. Dans une autre forme de réalisation, les moyens de rappel comportent une branche coulissante de rappel, dont une extrémité libre porte un croc antérieur de rappel de la pièce, et dont un tronçon intermédiaire comporte un relief tourné au moins partiellement vers la direction de rappel pour, par un effet de coin, repousser en coulissement le segment de commande. C'est donc la branche de rappel qui commande directement les segments de contre-appui. Dans une autre forme de réalisation, les moyens de rappel sont couplés aux moyens de contre-appui par un 10 levier inverseur de mouvement appartenant aux moyens de manoeuvre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du mandrin selon l'invention, en référence au dessin annexé, 15 sur lequel les figures 1 et 2 sont des vues latérales schématiques du mandrin de l'invention, respectivement en position d'ouverture et de fermeture. La référence 1 des figures 1 et 2 désigne le corps d'un mandrin, d'axe 10, comportant un dispositif de 20 maintien de pièce, représenté ici en prise avec un piston creux à usiner 60, fermé partiellement par une membrane ou toile radiale 61 à son extrémité tournée vers le corps de mandrin 1. La toile 61 comporte une ouverture centrale permettant, à un croc 29 de rappel vers le corps 1, 25 d'accéder à sa surface interne 62. Le dispositif de maintien comporte deux branches ou chaînes cinématiques dont les extrémités libres, destinés à pincer la toile 61, ont des cinématiques à mouvements opposés. En pratique, pour maintenir une symétrie des 30 forces appliquées par rapport à l'axe 10, le dispositif de maintien est monté en deux exemplaires dans le mandrin, seul l'un des deux exemplaires étant dessiné. Une telle première branche est constituée par une branche coulissante de rappel 20, portant le croc de rappel 29 à son extrémité libre. La branche 20 comporte une partie de base 21, destinée à être poussée axialement vers le 5 piston 60 pour y engager le croc de tête 29. Un tronçon intermédiaire de la branche 20 présente, du côté opposé à l'axe 10, une cavité latérale limitée par une surface 22 inclinée sur l'axe 10, un fond longitudinal 23 et un épaulement opposé 24 tourné vers la partie de base 21, 10 c'est-à-dire vers l'arrière. Un autre tronçon intermédiaire, entre la cavité 22 à 24 et le croc 29, présente, du côté de l'axe 10, une cavité axiale 26, à bord antérieur 27 incliné sur l'axe 10, de réception d'un plot fixe 6 d'écartement radial de la branche 20. La seconde branche est constituée ici par un chapelet de segments 31, 32, 33, c'est-à-dire d'éléments de longueur limitée disposés en butée bout à bout pour se translater ensemble par glissement sur une piste de guidage courbe 40 du corps 1. Le segment 31, postérieur, est guidé 20 sensiblement radialement et il comporte une surface d'extrémité de glissement dite antérieure 312, tournée à environ 45 degrés vers l'avant, en contact avec une surface postérieure 321 d'extrémité de glissement du segment 32, intermédiaire, segment 32 qui s'étend pour sa part 25 sensiblement parallèlement à l'axe 10. Le segment 33, de tête, présente une direction d'extension légèrement rabattue vers l'axe 10 pour qu'une patte ou tampon de contre-appui 39, à l'extrémité antérieure du segment 33, vienne en appui sur une zone de surface externe 63 de la 30 toile 61 située sensiblement axialement en regard de la zone de la surface interne 62 sur laquelle prend appui le croc 29. Les deux branches 20 et 30 sont ici commandées par un mécanisme unique comportant une tirette axiale 2 dont un tronçon antérieur, ici masqué par la branche 20, porte un ergot transversal 3 de commande de rappel et de commande de 5 mise en contre-appui. L'ergot 3 est ici un plot, de section transversale rectangulaire et à deux faces, antérieure et postérieure, perpendiculaires à l'axe 10. Le plot 3 est logé dans un logement 5 du corps 1 qui est limité par une surface longitudinale 51 et, en regard, par la cavité 22 à 10 24 et ici par un tronçon 25 de la branche 20 situé au-delà de l'épaulement 24. Le segment 31, commandant les autres segments 32, 33, comporte, à son extrémité libre, une surface inclinée 311 formant came de réception d'un galet mobile 4, ici de 15 section transversale circulaire, logé dans le logement 5 du côté de la face postérieure de l'ergot de rappel 3. Le galet 4 constitue un coin ayant successivement deux fonctions lors du mouvement de rappel, exposées plus loin. La surface longitudinale 51, opposée à la cavité 22 à 24, 20 assure un guidage axial du galet 4 afin de le maintenir partiellement couplé dans la cavité 22 à 24, c'est-à-dire de le guider en butée vers la surface arrière 22 lorsqu'il est rappelé axialement par l'ergot 3. La distance radiale séparant la surface 51 de la surface radialement externe de 25 la partie de pied 21 limitée par la cavité 22 à 24 est donc inférieure au diamètre du galet 4. La référence 7 désigne une couronne de mors de serrage radial du piston 60, donc de centrage sur l'axe 10, dessinés esquissés. Les mors 7 comportent dans cet exemple 30 une surface frontale de butée axiale, c'est-à-dire qu'ils présentent chacun un épaulement de référence de position axiale. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être expliqué en détails. Pour introduire le croc 29 dans le piston 60, maintenu par les mors 7, à travers l'orifice central de la toile 61, 5 la branche 20 est d'abord repoussée axialement par le mécanisme à tirette de commande axiale 2, et précisément par avance du plot 3 dont l'extrémité la plus proche de l'axe 10, engagée dans la cavité 22 à 24, pousse axialement l'épaulement avant 24. Dans la position avancée 10 correspondante (fig. 1), la cavité axiale 26 se trouve axialement au niveau du plot fixe 6, qui s'y trouve donc logé, si bien que le croc 29 peut être rabattu vers l'axe 10 à la main ou par un ressort de rappel axial, non dessiné, agissant en un point quelconque de la branche 20. 15 En variante ou complément, le croc 29 peut se présenter sous la forme d'un embout tronconique, dont la surface radialement externe constitue une came inclinée sur l'axe 10 afin de glisser sur le bord du passage central de la toile 61 lors de son avance et ainsi de rappeler le croc 20 29 vers l'axe 10. Le recul ou rappel axial de la branche 20, pour passer de la position de la figure 1 à la position de verrouillage de la figure 2, est effectué par la tirette 2 à travers l'ergot 3. Le recul de l'ergot 3 repousse en arrière le 25 galet 4, qui lui-même repousse en coulissement arrière la branche 20 par appui sur la surface arrière 22 de la cavité latérale, qui sert alors d'épaulement, son inclinaison ne jouant pas. Le bord incliné 27 glisse sur le plot fixe 6 qui, par effet de coin, repousse radialement le croc 29 30 jusqu'à une distance correspondant à celle de la surface interne 62 de la toile 61. Lorsque le croc 29 arrive en appui sur la surface interne 62 de la toile 61, son mouvement de recul est bloqué par le fait que le piston 60 est déjà en appui sur les épaulements fixes de butée frontale des mors 7, ou 5 éventuellement que le piston 60 y a été repoussé en appui par l'action du croc 29. Dans cette position, le galet 4 se trouve aussi en appui sur la face inclinée 311 du segment 31. La poursuite du recul de l'ergot 3, se rapprochant de la surface arrière 22 de la cavité 22 à 24, repousse 10 latéralement le galet 4 par effet de coin entre ces deux éléments d'appui 3, 22, c'est-à-dire élargit la fente en V en repoussant latéralement la surface de commande 311. Le logement 5 présente, au moins à ce niveau, la largeur voulue pour permettre le dévoiement latéral de la 15 trajectoire du galet 4 par rapport à la direction axiale 10 de rappel. La totalité des segments 30 glisse ainsi sur la piste 40 jusqu'à ce que la patte de contre-appui 39 vienne au contact de la zone prévue de la surface externe 63 de la toile 61. La toile 61 est ainsi pincée en deux zones de 20 surface sensiblement opposées axialement, donc sans torsion notable qui risquerait de la déformer ainsi que la surface périphérique à usiner du piston 60. Un effet amplificateur de force peut être obtenu si cela est souhaité, en prévoyant un effet de coin "aigu", 25 c'est-à-dire avec les surfaces 22 et 331 peu inclinées sur l'axe 10, pour que le travail de la force de déplacement de l'ergot 3 avec le galet 4 soit transformé en un travail de sensiblement même valeur, mais de repoussement latéral du segment 31, avec un déplacement plus réduit, donc une force 30 accrue en proportion. On remarquera que les inclinaisons des surfaces 22 et 311 de la fente en V et la forme circulaire du galet 4 sont des formes préférées, qui ne sont pas obligatoires. Le galet 4 pourrait en effet présenter une forme anguleuse de coin, et l'obliquité des surfaces 22 et 311 servirait uniquement à répartir la pression de contact et ainsi limiter l'usure et le risque de blocage. Dans cet exemple, c'est donc la présence de l'épaulement des mors 7 qui, par l'effet de la butée axiale fixe lors du rappel du piston 60, provoque le déclenchement du mouvement des segments 30, par l'intermédiaire de la 10 surface inclinée 22. En variante, la partie d'épaulement des mors 7 pourrait être omise, c'est-à-dire que, après l'introduction du croc 29 dans le piston 60 et son déploiement radial pour crocheter la toile 61, la branche 30 serait avancée pour refermer la pince 29, 39, la branche 15 20 reculant comme expliqué, ou étant maintenue fixe s'il est prévu des commandes autres que celles ici décrites, c'est-à-dire séparées pour les deux branches 20, 30. En variante, la branche 20 est solidaire de la tirette 2 et comporte un relief latéral, tel qu'un épaulement (24) 20 droit ou oblique d'une cavité ou bien une saillie, venant directement en prise avec la surface de came 311 du segment de commande 31 ou un équivalent. En l'absence d'épaulement des mors 7, il peut être prévu que ce soit la branche de contre-appui 30 qui soit 25 d'abord avancée et qui commande le recul de la branche de rappel 20, selon les principes des mécanismes ici exposés pour le même type de commande par la branche de rappel 20. D'une façon générale, le mouvement de l'une quelconque des deux branches 20, 30 commande un mouvement opposé de 30 l'autre. D'une façon générale, la branche 30 peut être constituée de tout empilage d'un chapelet d'éléments sensiblement incompressibles. On peut en particulier songer à un ressort hélicodal à spires jointives, dont la souplesse en flexion permet un guidage facile sur la piste courbe 40, alors arrondie. En variante encore, le mécanisme de commande unique des deux branches 20, 30 est réalisé sous la forme d'un système à levier inverseur d'axe intermédiaire fixe, remplaçant le système ci-dessus, inverseur de direction de mouvement, à galet 4 et surfaces de fente 22, 311. Un bras 10 du levier, de commande en pivotement, est couplé à un relief latéral de la branche 20 pour être entraîné en arrière et ainsi faire avancer un bras de levier opposé entraînant en avant la branche 30. La branche 30 peut donc alors être droite, les deux branches coopérantes ayant le 15 mouvement de cisaillement, par glissement l'une devant l'autre en directions opposées, tel qu'exposé en détails. Toujours en variante, les surfaces fonctionnelles du croc 29 et de la patte de contre-appui 39 sont inclinées sur l'axe 10 pour serrer une toile 61 ou équivalent à extension dans un plan non radial. Le dispositif de pincement peut donc assurer un blocage dans une direction quelconque et il peut même être prévu qu'il comporte plusieurs paires de branches pour bloquer la pièce à usiner dans au moins deux directions. Dans paires de pinces tenant 25 par exemple une toile conique peuvent ainsi maintenir une pièce en position axiale et radiale. Revendications 1. Mandrin de maintien d'une pièce à usiner (60) dans une position déterminée par rapport à un outil d'usinage, 5 le mandrin comportant un corps (1) portant des moyens (20) de rappel de la pièce (60) agencés pour prendre appui sur une surface (62) d'une protubérance (61) de la pièce (60), afin d'y exercer une force présentant une composante de rappel vers des moyens de butée (30), caractérisé par le 10 fait que les moyens de butée (30) sont montés mobiles sur le corps (1) et agencés pour exercer une force de contreappui sur une surface de contre-appui (63) de la protubérance (61) tournée sensiblement à l'opposé de la surface d'appui (62). 2. Mandrin selon la revendication 1, dans lequel les moyens de rappel (20) et les moyens de butée (30) sont commandés par des moyens de manoeuvre communs (2, 3, 4). 3. Mandrin selon la revendication 2, dans lequel les moyens de rappel (20) sont couplés aux moyens de contre20 appui (30) par un mécanisme (3, 4) inverseur de mouvement appartenant aux moyens de manoeuvre. 4. Mandrin selon la revendication 3, dans lequel les moyens de rappel (20) et les moyens de butée (30) sont agencés pour coulisser dans le corps (1) selon un mouvement 25 relatif de cisaillement. 5. Mandrin selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les moyens de butée comportent un chapelet de segments (31, 32, 33) mutuellement en butée pour glisser ensemble, sur une piste courbe (40) de déflexion d'une 30 direction de mouvement de rappel des moyens de manoeuvre (20), par entraînement d'un segment d'extrémité de commande (31) couplé à des moyens d'entraînement (3, 4), appartenant aux moyens de manoeuvre, couplés aussi aux moyens de rappel (22, 24). 6. Mandrin selon la revendication 5, dans lequel les moyens d'entraînement comportent un coin (4) d'écartement 5 d'une fente (22, 311) , ouverte à l'opposé de la direction de rappel, limitée par deux surfaces latérales d'appui (22, 311) appartenant, respectivement, à une branche coulissante de rappel (20) dont une extrémité libre porte un croc antérieur (29) de rappel de la pièce (60), et à une face 10 d'extrémité du segment de commande (31), les moyens d'entraînement comportant un relief (3) de rappel du coin (4) vers le fond de la fente (22, 311), afin de repousser latéralement le segment de commande (31) en coulissement sur la piste (40). 7. Mandrin selon la revendication 6, dans lequel les moyens d'entraînement (2, 3, 4) sont agencés pour rappeler la branche de rappel (20) par une translation longitudinale du coin (4), maintenu couplé, sur la dite surface d'appui (22) de la branche de rappel (20), par des moyens de 20 guidage longitudinal (51), et agencés pour que, quand le mouvement de rappel de la branche (20) est bloqué par la pièce crochetée (60) venue en appui sur des moyens de butée fixes (7) du mandrin, le coin (4) poursuive son mouvement de rappel par glissement sur la dite surface d'appui (22) 25 pour ainsi se déplacer selon une direction défléchie, afin de manoeuvrer le segment de commande (31) par repoussement latéral de la surface d'appui (311) de celui-ci. 8. Mandrin selon la revendication 5, dans lequel les moyens de rappel comportent une branche coulissante de 30 rappel (20), dont une extrémité libre porte un croc antérieur (29) de rappel de la pièce (60), et dont un tronçon intermédiaire comporte un relief (24) tourné au moins partiellement vers la direction de rappel pour, par un effet de coin, repousser en coulissement le segment de commande (31). 9. Mandrin selon la revendication 2, dans lequel les 5 moyens de rappel (20) sont couplés aux moyens de contreappui (30) par un levier inverseur de mouvement appartenant aux moyens de manoeuvre.