Brevet FR2897004A1 — publié le 20070810

La présente invention a pour objet un mandrin porte-outil pour l'équipement d'une machine tournante, telle qu'une perceuse. Des mandrins de ce type comprennent généralement un corps qui s'étend entre une partie avant formant nez et une partie arrière de fixation destinée à être rapportée sur un arbre moteur de la machine. Plusieurs mors sont montés dans le corps et coulissent dans des alésages en convergeant vers le nez du corps, chaque mors possédant une partie filetée, par exemple tournée vers l'extérieur. Un écrou, monté de façon pivotante sur le corps, est en prise avec la partie filetée des mors afin de déplacer ceux-ci, soit dans le sens de rapprochement des mors, soit dans le sens d'écartement de ceux-ci, suivant le sens de rotation de l'écrou. Le pivotement de l'écrou est facilité par un palier à billes disposé entre le corps et l'écrou. Un couple important de serrage de l'écrou garanti ainsi le serrage de l'outil dans les mors. Les paliers à billes classiquement utilisés sont décrits notamment dans le document FR 2 847 180. Un tel palier est constitué par un anneau en matière synthétique comportant une pluralité de trous traversant dans chacun desquels est engagée une bille. Les billes sont donc espacées les unes des autres et régulièrement réparties le long de l'anneau. Comme indiqué précédemment, elles sont disposées entre le corps du mandrin et l'écrou. Le corps étant réalisé en acier, il est avantageux de disposer d'une rondelle en acier traité entre la cage et le corps. Cette rondelle sert de piste de roulement pour les billes. Lors de l'utilisation d'un tel mandrin pour une machine tournante, par exemple du type perceuse à percussion, celui-ci est soumis à une élévation de la température et à l'application d'importantes charges selon l'axe longitudinal. On observe dans ce cas une dégradation par fluage de l'anneau en matière synthétique de sorte que les billes ne soient plus maintenues par celui-30 ci et peuvent s'échapper de leurs logements respectifs. Ceci augmente alors le frottement lors du pivotement de l'écrou par rapport au corps et donc également le couple de serrage de l'écrou nécessaire pour serrer convenablement l'outil dans les mors. En outre, la réalisation d'un palier en plusieurs parties augmente la 35 complexité de montage et de fabrication. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients en proposant un mandrin porte-outil permettant d'améliorer le serrage de l'outil et dont le montage et la fabrication sont peu complexes. A cet effet, l'invention concerne un mandrin porte-outil pour 5 l'équipement d'une machine tournante, telle qu'une perceuse, du type comprenant : - un corps qui s'étend entre une partie avant formant nez et une partie arrière de fixation destinée à être rapportée sur un arbre moteur de la machine, 10 - plusieurs mors montés dans le corps, qui coulissent dans des alésages en convergeant vers le nez du corps et qui possèdent chacun une partie filetée, par exemple tournée vers l'extérieur, - un écrou, monté de façon pivotante sur le corps et qui est en prise avec la partie filetée des mors, 15 - un palier à billes disposé entre le corps et l'écrou et destiné à faciliter le pivotement de l'écrou par rapport au corps, le palier comportant une bague métallique de section en U dont le fond est en appui contre le corps et dont la face ouverte est tournée du côté de l'écrou, cette bague délimitant une rainure servant au montage et au guidage 20 de billes qui prennent appui sur le fond de la bague, le diamètre des billes étant supérieur à la profondeur de la rainure servant à leur guidage. L'utilisation d'une bague métallique en U permet de former un logement pour billes qui est peu soumis à déformation sous l'effet de contrainte. En outre, les billes roulant sur le fond de la bague métallique, la 25 mise en place d'une rondelle afin d'assurer un roulement correct des billes n'est plus nécessaire. La réalisation d'un palier en une seule partie permet alors de simplifier la mise en place et la fabrication de celui-ci. Selon une caractéristique de l'invention, la longueur des branches 30 délimitant la rainure est supérieure à la moitié du diamètre des billes et inférieur au diamètre des billes, de manière à assurer leur maintien latéral tout en permettant leur roulement sur l'écrou. Préférentiellement, les billes sont jointives et sont montées librement déplaçables dans la rainure circulaire de guidage. 35 Cela permet, outre le montage simple des billes dans la rainure, de disposer d'un grand nombre de billes pour un diamètre de bague déterminé. Le nombre important de billes permet de réduire la contrainte exercée sur chacune d'entre elle, limitant ainsi leur dégradation et celle des surfaces en contact avec les billes. Avantageusement, l'une des branches délimitant la rainure est 5 inclinée du côté du centre de la rainure par rapport à la perpendiculaire du plan de la rainure. Cette disposition particulière permet de retenir par encliquetage les billes dans la bague, ce qui rend facile la réalisation du palier et facilite la manipulation de celui-ci lors du montage du mandrin. 10 Selon une caractéristique de l'invention, l'inclinaison de la branche par rapport à la perpendiculaire du plan de la rainure est comprise entre 1 et 5 , avantageusement 3 . Selon une caractéristique de l'invention, la branche inclinée est la branche intérieure de la bague. 15 Préférentiellement, les deux branches ont la même longueur. Avantageusement, les billes ont un diamètre de 2 mm et les branches ont une longueur de 1,7 mm. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, 20 à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce mandrin. Figure 1 est une vue éclatée en perspective d'un mandrin classique de l'art antérieur ; Figure 2 est une vue correspondant à la figure 1 d'un mandrin selon l'invention ; 25 Figure 3 est une vue agrandie de face du palier à billes ; Figure 4 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 3 ; Figure 5 est une vue de dessus du palier à billes ; Figure 6 est une vue agrandie d'une section transversale du palier ; 30 Comme cela apparaît en figure 1, un mandrin généralement utilisé dans l'art antérieur comprend un corps 1 de forme générale cylindrique possédant une partie arrière 2 dans laquelle débouche un trou taraudé qui est destiné à permettre la fixation du mandrin sur un arbre fileté d'une machine tournante (non représentée aux figures). Le corps 1 est symétrique autour d'un axe longitudinal X-X et s'étend entre la partie arrière 2, entourée d'une bague arrière 3, et une partie avant 4. Dans le corps 1 sont ménagés trois alésages 5 dont les axes forment un angle aigu par rapport à l'axe longitudinal X-X du corps 1. Ces alésages servent chacun au guidage d'un mors 6 et convergent vers la partie avant 4 du corps 1, de telle sorte que le déplacement des mors vers l'avant se traduit par un rapprochement des mors entre eux pour permettre le serrage d'un outil (non représenté). Par ailleurs, la partie extérieure des mors 6 possède de manière connue en soi, un filetage 7 qui coopère avec un écrou taraudé 8 pour obtenir le déplacement des mors dans un sens ou dans l'autre dans les alésages 5, suivant le sens d'entraînement en rotation de l'écrou 8. L'écrou 8 est formé d'un tronçon cylindrique avant 9 et d'un tronçon cylindrique arrière 10. L'écrou 8 possède en outre une face avant 11 et une face arrière 12 appartenant toutes deux à un plan sensiblement transversal à l'axe X-X du corps 1. La jonction entre le tronçon avant 9 et le tronçon arrière 10 définit une surface 13 parallèle aux faces avant 11 et arrière 12. L'écrou 9 est bloqué axialement vers l'avant par un circlips 14. Afin de faciliter la rotation de l'écrou 8 sur le corps 1, une rondelle 15 en acier traité et un anneau en matière synthétique 16 muni de billes de roulement 17 sont interposés entre la face arrière 12 de l'écrou 8 et le corps 1. Les billes 17 sont montées par encliquetage dans des trous régulièrement répartis dans l'anneau en matière synthétique 16. Le mandrin possède en outre une chemise 18 réalisée par exemple en matière synthétique qui est montée pivotante sur le corps 1 autour de l'axe X-X. Cette chemise 18 possède une paroi intérieure qui coopère avec l'écrou 8 pour entraîner en rotation cet écrou. La chemise 18 s'étend sensiblement sur toute la longueur du corps 1, entre la partie arrière 2 et la partie avant 4. Cette chemise 18 est bloquée axialement sur le corps 1, par exemple au moyen d'un encliquetage situé en partie avant de la chemise 18. Afin de faciliter la manipulation par un opérateur, la chemise 18 possède extérieurement un moletage 19. Ce type de mandrin comprend en outre des moyens de verrouillage 35 20 comportant un anneau 21 à partir duquel s'étendent des lames ressorts 22 destinées à venir s'engager sur des logements complémentaires 23 ménagés dans l'écrou 8. Afin de réaliser le serrage de l'outil dans les mors 6, l'opérateur fait pivoter la chemise 18 par rapport à la bague arrière fixe 3. Le palier constitué par la rondelle 15, l'anneau en matière synthétique 16 et les billes de roulement 17 permet de diminuer le frottement entre l'écrou 8 et le corps 1, de manière à faciliter le pivotement de l'écrou 8. Comme vu précédemment, une dégradation des paliers utilisés dans ce type de mandrin engendre une augmentation du couple nécessaire au 10 serrage de l'outil dans les mors. Afin de résoudre ce problème, le mandrin selon l'invention comporte, comme décrit en figure 2, un palier à billes comprenant une bague métallique 24 en acier traité de section en U ainsi que des billes de roulement 25 logées dans la rainure circulaire formée par la bague 24 et prenant appui 15 contre le fond 26 de celle-ci. Le fond 26 de la bague 24 en U est en appui contre le corps 1 du mandrin et la face ouverte 27 est tournée du côté de l'écrou 8. Le diamètre des billes 25 est supérieur à la profondeur de la rainure formée par la bague 24. Ainsi, une fois la bague montée, les billes 25 roulent directement contre la face 20 arrière de l'écrou métallique 8 et sont retenues par deux branches latérales 28, 29 de la bague 24, ces dernières étant de même longueur. Afin d'assurer la bonne retenue des billes dans la rainure, la longueur des branches 28, 29 de la bague 24 est supérieure à la moitié du diamètre des billes, tout en étant inférieure à ce diamètre pour les raisons 25 indiquées précédemment. Par exemple, le diamètre des billes peut être de 2 mm, la longueur des branches étant de 1,7 mm. Comme cela apparaît notamment en figure 5, les billes sont jointives. C'est ainsi que, dans la forme d'exécution représentée au dessin, le palier peut comporter 55 billes montées librement déplaçables dans la rainure 30 formée par la bague 24. La figure 5 représente une section transversale agrandie de la bague 24. La branche intérieure 28 est inclinée d'un angle a par rapport à la perpendiculaire du plan de la rainure, cet angle étant compris entre 1 et 5 , préférentiellement égal à 3 . 35 De cette manière, les billes sont montées par encliquetage dans la rainure formée par la bague métallique en U, la longueur des branches 28, 29 et l'inclinaison d'au moins une branche permettant d'assurer le maintien des billes. Lorsque l'on exerce un effort suivant l'axe X-X du mandrin, la bague est maintenue par frottement contre le corps 1, les billes roulant dans la rainure formée par la bague. Le grand nombre de billes permet de réduire les efforts exercés sur chacune d'entre elles. En outre, le montage et le matériau de la bague permettent de réaliser de manière simple un palier capable de résister aux contraintes qui lui sont soumis. Ainsi, aucune détérioration du palier n'est occasionnée par l'utilisation du mandrin, en particulier lorsque le mandrin est destiné à équiper des machines tournantes du type perceuse à percussion, de sorte que le serrage d'un outil est considérablement amélioré. Pour des raisons de compréhension, ce palier a été décrit ci-dessus dans le cas de son montage dans un mandrin très précis. Toutefois, il pourrait être monté dans des mandrins possédant une structure différente, notamment dans des mandrins ne comportant pas de dispositif de verrouillage. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce système, décrites ci-dessus à titre d'exemple, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que les branches de la bague peuvent être de longueurs différentes, qu'elles peuvent être toutes deux inclinées ou que les billes peuvent être espacées entre elles. REVENDICATIONS 1. Mandrin porte-outil pour l'équipement d'une machine tournante, telle qu'une perceuse, du type comprenant : - un corps (1) qui s'étend entre une partie avant (4) formant nez et 5 une partie arrière (2) de fixation destinée à être rapportée sur un arbre moteur de la machine, - plusieurs mors (6) montés dans le corps (1), qui coulissent dans des alésages (5) en convergeant vers le nez du corps et qui possèdent chacun une partie filetée (7), par exemple tournée vers l'extérieur, 10 - un écrou (8), monté de façon pivotante sur le corps (1) et qui est en prise avec la partie filetée (7) des mors (6), - un palier à billes disposé entre le corps (1) et l'écrou (8) et destiné à faciliter le pivotement de l'écrou (8) par rapport au corps (1), caractérisé en ce que 15 le palier comporte une bague métallique (24) de section en U dont le fond (26) est en appui contre le corps (1) et dont la face ouverte (27) est tournée du côté de l'écrou (8), cette bague (24) délimitant une rainure servant au montage et au guidage de billes (25) qui prennent appui sur le fond (26) de la bague (24), le diamètre des billes (25) étant supérieur à la profondeur de la 20 rainure servant à leur guidage. 2. Mandrin porte-outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur des branches (28, 29) délimitant la rainure est supérieure à la moitié du diamètre des billes (25) et inférieur au diamètre des billes (25). 3. Mandrin porte-outil selon l'une des revendications 1 et 2, 25 caractérisé en ce que les billes (25) sont jointives et sont montées librement déplaçables dans la rainure circulaire de guidage. 4. Mandrin porte-outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'une des branches (28,29) délimitant la rainure est inclinée du côté du centre de la rainure par rapport à la perpendiculaire du plan 30 de la rainure. 5. Mandrin porte-outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'inclinaison de la branche par rapport à la perpendiculaire du plan de la rainure est comprise entre 1 et 5 , avantageusement 3 . 6. Mandrin porte-outil selon l'une des revendications 4 et 5, 35 caractérisé en ce que la branche inclinée est la branche intérieure (28) de la bague. 7. Mandrin porte-outil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux branches (28, 29) ont la même longueur. 8. Mandrin porte-outil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les billes (25) ont un diamètre de 2 mm et les branches (28, 29) ont une longueur de 1,7 mm.