Brevet FR2941161A1 — publié le 20100723

La présente invention concerne un ensemble d'usinage comprenant un outil tel qu'un foret et un porte-outil. L'invention concerne également une machine tournante comprenant un tel ensemble d'usinage et un outil tel qu'un foret agencé pour être inséré dans un porte-outil en vue de former un tel ensemble d'usinage. On connaît déjà des machines tournantes, par exemple des machines de perçage, présentant un arbre moteur et un mandrin sur lequel est monté un ensemble d'usinage comprenant : - un outil, tel qu'un foret, présentant un axe et comportant une 10 tête, une partie centrale sensiblement cylindrique et une queue ; - un porte-outil comportant d'une part des moyens d'assemblage à une machine tournante pour pouvoir être entraîné en rotation par ladite machine, et d'autre part, à l'avant, un logement de réception de l'outil. Bien entendu, des moyens de positionnement et de maintien de 15 l'outil dans le porte-outil sont prévus. En particulier, d'une part, un tel ensemble d'usinage comporte des moyens de blocage en rotation de l'outil par rapport au porte-outil, permettant de transmettre le couple. La transmission du couple peut être obtenue par frottement ou par obstacle. D'autre part, on peut également empêcher l'outil de se déplacer axialement par rapport au porte-outil, au moins 20 dans un sens, typiquement pour éviter que l'outil ne reste bloqué dans la pièce à usiner lorsque la machine est éloignée de la pièce une fois l'usinage terminé. Toutefois, les différents systèmes connus d'assemblage entre l'outil et le porte-outil ne donnent pas pleinement satisfaction. En effet, ces systèmes présentent généralement au moins l'un des inconvénients suivants : 25 - blocage axial de l'outil dans un seul sens ; - blocage en translation axiale et/ou en rotation insuffisant, pouvant conduire à une désolidarisation intempestive, le plus souvent par glissement ; - dans le cas d'une machine tournante générant des mouvements 30 axiaux alternés (par percussion ou par vibrations), risque accru de glissement de l'outil, mais également de détérioration de l'outil et/ou du porte-outil du fait des chocs répétés subis par ces deux éléments. La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, en fournissant un ensemble d'usinage qui permette un 35 excellent maintien de l'outil dans le porte-outil, y compris dans l'application à une machine animée de mouvements axiaux alternés. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un ensemble d'usinage comprenant - un outil, tel qu'un foret, présentant un axe et comportant une tête, une partie centrale sensiblement cylindrique et une queue ; - un porte-outil comportant d'une part des moyens d'assemblage à une machine tournante pour pouvoir être entraîné en rotation par ladite machine, et d'autre part, à l'avant, un logement de réception de l'outil ; dans lequel : - le logement comprend une partie avant sensiblement cylindrique 10 et de même diamètre que la partie centrale de l'outil ; - la partie centrale de l'outil est pourvue d'au moins un méplat dont le fond sensiblement plan est incliné vers l'axe de l'outil en direction de la tête de l'outil, et l'ensemble comprend en outre un organe de serrage apte à venir en appui contre le fond dudit méplat ; 15 - et une première et une deuxième zones d'appui conjuguées sont ménagées respectivement sur la face latérale intérieure du logement et sur la face périphérique de la queue de l'outil, lesdites zones d'appui étant aptes à venir en butée l'une contre l'autre lorsque l'outil est déplacé vers l'arrière par rapport au porte-outil. 20 La partie avant du logement permet un positionnement adéquat de l'outil, ainsi qu'un guidage de celui-ci en rotation et en translation. Le méplat assure le blocage de l'outil en rotation, c'est-à-dire la transmission de la rotation imprimée par l'arbre moteur de la machine tournante, ainsi que le blocage en translation de l'outil vers l'avant par rapport au porte-outil. De plus, 25 par l'action de l'organe de serrage sur ce méplat, on obtient une mise en butée de la deuxième zone d'appui de la queue de l'outil contre la première zone d'appui du porte-outil. Enfin, les première et deuxième zones d'appui conjuguées assurent un blocage en translation de l'outil vers l'arrière par rapport au porte-outil, pouvant servir notamment à la transmission par obstacle 30 des vibrations de la machine. En conséquence, grâce à l'invention, l'ensemble d'usinage permet d'obtenir un positionnement précis de l'outil dans le porte-outil et un très bon maintien de l'outil tant en rotation qu'en translation, dans les deux sens. De ce fait, on améliore considérablement la transmission du couple et, le cas 35 échéant, la transmission des vibrations. En fonctionnement, l'ensemble d'usinage selon l'invention se comporte quasi comme un ensemble monobloc, ce qui évite l'apparition de micro vibrations et la détérioration de l'outil ou du porte-outil dans le temps par des impacts répétés. Selon une réalisation avantageuse, on peut prévoir que l'une des zones d'appui présente la forme d'une ogive et l'autre des zones d'appui 5 présente la forme d'un cône. Cette forme en ogive, coopérant avec une forme conique, présente de nombreux avantages : l'outil peut être retiré facilement du logement du porte-outil car ces formes ne génèrent pas de coincement ; cela permet l'adaptation aux tolérances de fabrication ; cela génère peu ou pas de matage 10 de l'outil et du porte-outil. De plus, on obtient un ensemble isostatique. De préférence, la zone d'appui en ogive est ménagée sur la queue de l'outil. Avantageusement, on peut prévoir que la zone d'appui en ogive présente un grand rayon de courbure. De ce fait, le contact entre les première 15 et deuxième surfaces d'appui devient plus surfacique que linéaire, ce qui évite l'apparition de matage. Selon une réalisation possible, la partie centrale de l'outil est pourvue de deux méplats sensiblement identiques et diamétralement opposés, et l'ensemble comprend deux organes de serrage aptes à venir en appui 20 chacun contre le fond d'un méplat. Avec cette structure, on peut réaliser un bon équilibrage de l'outil. Le ou chaque organe de serrage peut être engagé dans un alésage radial débouchant d'une part sur la face extérieure du porte-outil et d'autre part dans le logement de réception de l'outil. 25 Par exemple, l'organe de serrage est une vis comportant à une extrémité une surface plane montée sur une rotule. Un autre organe permettant de générer un effort sur le ou les méplats peut également être utilisé. Selon une réalisation possible, le logement de réception de l'outil comprend successivement, de l'arrière vers l'avant : au moins une partie 30 cylindrique ; une partie qui possède une forme évasée en direction de l'aval et qui présente ladite première surface d'appui ; une partie cylindrique dans laquelle est disposé le méplat ménagé sur l'outil ; et une partie cylindrique avant destinée à recevoir la partie centrale sensiblement cylindrique de l'outil. Avantageusement, le porte-outil peut comprendre un corps muni 35 d'un évidement avant et une bague de guidage destinée à être montée dans ledit évidement, la bague de guidage comportant un trou traversant sensiblement cylindrique constituant au moins en partie la partie avant cylindrique du logement recevant l'outil. Ainsi, en choisissant la bague appropriée parmi un ensemble de bague possédant toutes les mêmes dimensions extérieures (pour pouvoir être montées dans l'évidement) mais des trous centraux de diamètres différents, le porte-outil selon l'invention peut s'adapter à toute une gamme d'outils de diamètres différents. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une machine tournante, telle qu'une machine de perçage, comprenant un arbre moteur et un mandrin, ainsi qu'un ensemble d'usinage tel que précédemment décrit, le porte-outil de l'ensemble d'usinage étant monté sur le mandrin. Il peut s'agir notamment, mais non exclusivement, d'une machine de perçage utilisant une technologie vibratoire. Enfin, selon un troisième aspect, l'invention concerne un outil tel qu'un foret agencé pour être inséré dans un porte-outil en vue de former un ensemble d'usinage tel que précédemment décrit, l'outil présentant un axe et comportant une tête, une partie centrale sensiblement cylindrique et une queue présentant la forme d'une ogive qui constitue la deuxième zone d'appui. On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées: La figure 1 est une vue d'une machine de perçage équipée d'un ensemble d'usinage selon l'invention, en cours de perçage d'une pièce ; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un porte-outil selon l'invention ; La figure 3 est une vue latérale d'un outil selon l'invention ; Les figures 4 et 5 sont des vues d'une bague de guidage, respectivement de face et en coupe longitudinale ; La figure 6 est une vue partielle, en coupe longitudinale, de l'ensemble d'usinage en position montée ; Les figures 7 et 8 sont des vues, respectivement en perspective et latérale, de la partie arrière d'un outil selon un premier mode de réalisation ; Les figures 9 et 10 sont des vues, respectivement en perspective et latérale, de la partie arrière d'un outil selon un deuxième mode de réalisation ; Les figures 11 et 12 sont des vues, respectivement en perspective et latérale, de la partie arrière d'un outil selon un troisième mode de réalisation ; La figure 13 est une vue latérale d'un outil placé dans le logement 5 d'un porte-outil selon un quatrième mode de réalisation ; et La figure 14 est une vue latérale d'une vis comportant à une extrémité une surface plane montée sur une rotule, la vis appartenant à l'ensemble d'usinage selon l'invention. La figure 1 représente une machine tournante 1, ici une machine 10 de perçage, comportant un mandrin 2 sur lequel est monté un ensemble d'usinage 3 selon l'invention. Cet ensemble d'usinage 3 comporte essentiellement un outil 4, ici un foret, fixé dans un porte-outil 5 monté sur le mandrin 2. La machine 1 est représentée lors d'une opération de perçage d'une pièce 6. On définit l'avant comme la localisation la plus proche de 15 l'extrémité de l'outil 4 venant usiner la pièce 6, par opposition à l'arrière. On décrit tout d'abord le porte-outil 5 en référence à la figure 2. Le porte-outil 5 comprend un corps 7 qui possède un axe longitudinal 8. Dans la réalisation représentée à titre d'exemple, ce corps 7 comprend une partie principale cylindrique 9 creuse pourvue à son extrémité 20 arrière d'une collerette 10 radiale extérieure et à sa partie extrême avant d'un évidement 11 cylindrique. L'évidement 11 est prolongé vers l'arrière par un logement 12 qui débouche dans la zone creuse à l'intérieur de la partie principale cylindrique 9. Dans la réalisation représentée, le logement 12 comprend 25 successivement, de l'arrière vers l'avant : une première partie cylindrique 13, une deuxième partie cylindrique 14 de plus grand diamètre, une partie évasée 15, ici de forme conique qui, partant du diamètre de la deuxième partie cylindrique 14, s'élargit vers l'avant, puis une troisième partie cylindrique 16 de diamètre au moins égal au diamètre de l'extrémité avant de la partie 30 évasée 15. Cette troisième partie cylindrique 16 débouche dans l'évidement 11. En outre, deux alésages 17 radiaux et sensiblement alignés sont pratiqués dans le porte-outil 5. Ces alésages 17 débouchent d'une part sur la face extérieure du porte-outil 5 et d'autre part dans la troisième partie 35 cylindrique 16 du logement 12. On décrit à présent l'outil 4 en référence à la figure 3. L'outil 4 est ici un foret. Il présente un axe 18 et comporte une tête 19, une partie centrale 20 sensiblement cylindrique et une queue 21. La tête constitue la partie fonctionnelle de l'outil 4. Par exemple, dans le cas d'un foret, il s'agit de la partie qui va réaliser le perçage. La partie centrale 20 de l'outil 4 est pourvue de deux méplats 22 sensiblement identiques et diamétralement opposés. Chaque méplat 22 comporte un fond 23 sensiblement plan, incliné vers l'axe 18 de l'outil 4 en direction de la tête 19 de l'outil 4. Il s'agit de deux encoches localisées, qui ne s'étendent pas sur toute la périphérie de l'outil 4 à la manière d'une gorge (de façon à pouvoir transmettre un couple). Chaque méplat 22 forme un épaulement 24 sensiblement radial et tourné vers l'arrière. On se rapporte à présent aux figures 4 et 5 qui représentent une bague de guidage 25. La bague de guidage 25 présente sensiblement la forme d'un cylindre plein dans lequel sont pratiqués d'une part un trou traversant 26 axial sensiblement cylindrique, pour la réception et le guidage de l'outil 4, et d'autre part des trous 27 (ici trois) de fixation de la bague 25 au corps 7 du porte-outil 5, par exemple par des vis. En pratique, il est prévu un ensemble de bagues 25 possédant toutes les mêmes dimensions extérieures, telles que la bague 25 vient se loger dans et remplir l'évidement 11. Les bagues 25 de l'ensemble possèdent en revanche des trous 26 de diamètres différents, correspondant aux diamètres de la partie centrale 20 de différents outils 4. La figure 6 représente l'outil 4 monté dans la porte-outil 5. Dans cette position montée, la bague de guidage 25 appropriée (selon le diamètre de l'outil) est fixée dans l'évidement 11, le trou traversant 26 de cette bague de guidage 25 constituant au moins en partie la partie avant cylindrique du logement 12 recevant l'outil 4. L'outil 4 est placé dans le logement 12. A l'avant, il est maintenu en position et guidé dans ses déplacements par rapport au porte-outil 5 (en rotation et éventuellement en translation) par le trou traversant 26 de la bague de guidage 25. En partie centrale de l'outil 4, dans la troisième partie cylindrique 16 du logement 12, deux vis 28 engagées chacune dans un alésage 17 radial, viennent en appui chacune contre le fond 23 d'un méplat 22 de l'outil 4. Dans la réalisation envisagée, et comme illustré sur la figure 14, il s'agit de vis comportant à une extrémité une surface plane montée sur une rotule. Par cet appui, les vis 28 plaquent l'outil 4 vers l'arrière, la queue 21 venant en butée contre la partie évasée 15 du logement 12. En outre, ce double appui par les vis 28 permet un équilibrage de l'outil 4. Selon une caractéristique importante de l'invention, la face latérale intérieure du logement 12 comprend une première zone d'appui, au niveau de la partie évasée 15, et la face périphérique de la queue 21 de l'outil 4 comprend une deuxième zone d'appui, les première et deuxième zones d'appui étant conjuguées et aptes à venir en butée l'une contre l'autre lorsque l'outil 4 est déplacé vers l'arrière par rapport au porte-outil 5. Par � zones d'appui conjuguées �, on entend des surfaces qui se correspondent et qui sont aptes à coopérer pour assurer la fonction de blocage. Il est à noter que ces zones d'appui sont situées sur la paroi latérale ou périphérique du logement ou de l'outil, et non sur une face transversale (c'est-à-dire orthogonale à l'axe). Selon un premier mode de réalisation de ces zones d'appui, illustré sur les figures 2, 3 et 6 à 8, la queue 21 de l'outil 4 présente la forme d'une ogive et la partie évasée 15 du logement 12 ménagé dans le porte-outil 5 présente la forme d'un cône. Cette configuration est particulièrement avantageuse comme indiqué précédemment. On obtient un contact linéique ou surfacique, mais de petites dimensions, lorsque l'ogive présente un grand rayon de courbure. Selon un deuxième mode de réalisation de ces zones d'appui, illustré sur les figures 9 et 10, la partie évasée 15 du logement 12 ménagé dans le porte-outil 5 est conique et la queue 21 de l'outil 4 est également conique, de même angle. Dans ce cas, la première zone d'appui ménagée sur le logement 12 présente la forme d'un cône et en la deuxième zone d'appui ménagée sur la queue 21 de l'outil 4 présente la forme d'un cône de même angle que le cône formant la première zone d'appui. Pour lever l'hyperstatisme (du fait du guidage cylindrique de l'outil 4 à l'avant), un ajustement précis est souhaitable pour que les angles des deux cônes soient identiques. Selon un troisième mode de réalisation de ces zones d'appui, illustré sur les figures 11 et 12, la partie évasée 15 du logement 12 ménagé dans le porte-outil 5 est conique et la queue 21 de l'outil 4 est cylindrique munie d'un chanfrein 29. Ainsi, la première zone d'appui ménagée sur le logement 12 présente la forme d'un cône et la deuxième zone d'appui ménagée sur la queue 21 de l'outil 4 présente la forme d'un cylindre pourvu d'un chanfrein arrière. Dans ce cas, le chanfrein 29 peut présenter un angle quelconque. Enfin, selon un quatrième mode de réalisation de ces zones d'appui, illustré sur la figure 13, la partie évasée 15 du logement 12 ménagé dans le porte-outil 5 présente la forme d'une ogive et la queue 21 de l'outil 4 est conique. Ainsi, l'invention apporte une amélioration déterminante à la technique antérieure, en fournissant un ensemble d'usinage qui présente notamment les avantages suivants : - très bon positionnement de l'outil, et maintien de celui-ci dans l'axe, y compris lorsque le porte-outil est animé d'un mouvement vibratoire ; - l'outil reste solidaire du porte-outil quel que soit le sens de l'accélération (vers l'avant / vers l'arrière) ; le blocage en translation par obstacle, dans les deux sens, permet de s'affranchir des problèmes de détachement souvent obtenus dans le cas d'un maintien de l'outil par frottement ; - l'ensemble d'usinage peut supporter des pressions assez fortes sans occasionner de matage important de l'outil et du porte-outil ; - l'ensemble d'usinage ne présente pas une structure complexe 20 ou coûteuse et ne comporte pas de multiples pièces (que ce soit du côté de l'outil ou du porte-outil) ; - l'ensemble d'usinage peut s'adapter sur une machine existante sans aménagement particulier (en prévoyant une forme arrière adéquate du porte-outil), et le porte-outil peut recevoir des outils de plusieurs types et de 25 plusieurs dimensions. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. 30 REVENDICATIONS1. Ensemble d'usinage comprenant : - un outil (4), tel qu'un foret, présentant un axe (18) et 5 comportant une tête (19), une partie centrale (20) sensiblement cylindrique et une queue (21) ; - un porte-outil (5) comportant d'une part des moyens d'assemblage à une machine tournante (1) pour pouvoir être entraîné en rotation par ladite machine, et d'autre part, à l'avant, un logement (12) de 10 réception de l'outil (4) ; caractérisé en ce que : - le logement (12) comprend une partie avant sensiblement cylindrique et de même diamètre que la partie centrale (20) de l'outil (4) ; - la partie centrale (20) de l'outil (4) est pourvue d'au moins un 15 méplat (22) dont le fond (23) sensiblement plan est incliné vers l'axe (18) de l'outil en direction de la tête (19) de l'outil, et l'ensemble comprend en outre un organe de serrage (28) apte à venir en appui contre le fond dudit méplat (22) ; - une première et une deuxième zones d'appui conjuguées sont ménagées respectivement sur la face latérale intérieure (15) du logement (12) 20 et sur la face périphérique de la queue (21) de l'outil (4), lesdites zones d'appui étant aptes à venir en butée l'une contre l'autre lorsque l'outil (4) est déplacé vers l'arrière par rapport au porte-outil (5). 2. Ensemble d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que l'une des zones d'appui présente la forme d'une ogive et l'autre des zones d'appui présente la forme d'un cône. 3. Ensemble d'usinage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone d'appui en ogive est ménagée sur la queue (21) de l'outil (4). 4. Ensemble d'usinage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la zone d'appui en ogive présente un grand rayon de courbure. 5. Ensemble d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce 35 que la première zone d'appui ménagée sur le logement (12) présente la forme d'un cône (15) et en ce que la deuxième zone d'appui ménagée sur la 30queue (21) de l'outil (4) présente la forme d'un cône de même angle que le cône formant la première zone d'appui. 6. Ensemble d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première zone d'appui ménagée sur le logement (12) présente la forme d'un cône (15) et en ce que la deuxième zone d'appui ménagée sur la queue (21) de l'outil (4) présente la forme d'un cylindre pourvu d'un chanfrein arrière (29). 7. Ensemble d'usinage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie centrale (20) de l'outil (4) est pourvue de deux méplats (22) sensiblement identiques et diamétralement opposés, et en ce que l'ensemble comprend deux organes de serrage (28) aptes à venir en appui chacun contre le fond (23) d'un méplat (22). 8. Ensemble d'usinage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ou chaque organe de serrage (28) est engagé dans un alésage radial (17) débouchant d'une part sur la face extérieure du porte-outil (5) et d'autre part dans le logement (12) de réception de l'outil (4). 9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'organe de serrage (28) est une vis comportant à une extrémité une surface plane montée sur une rotule. 25 10. Ensemble d'usinage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le logement (12) de réception de l'outil (4) comprend successivement, de l'arrière vers l'avant : au moins une partie cylindrique (13, 14) ; une partie (15) qui possède une forme évasée en direction de l'aval et qui présente ladite première surface d'appui ; une partie cylindrique (16) dans 30 laquelle est disposé le méplat (22) ménagé sur l'outil (4) ; et une partie cylindrique avant destinée à recevoir la partie centrale (20) sensiblement cylindrique de l'outil (4). 11. Ensemble d'usinage selon l'une des revendications 1 à 10, 35 caractérisé en ce que le porte-outil (5) comprend un corps (7) muni d'un évidement (11) avant et une bague de guidage (25) destinée à être montée20dans ledit évidement (11), la bague de guidage (25) comportant un trou traversant (26) sensiblement cylindrique constituant au moins en partie la partie avant cylindrique du logement (12) recevant l'outil (4). 12. Machine tournante, telle qu'une machine de perçage (1), comprenant un arbre moteur et un mandrin (2), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un ensemble d'usinage (3) selon l'une des revendications 1 à 1 1 , le porte-outil (5) de l'ensemble d'usinage (3) étant monté sur le mandrin (2). 13. Outil tel qu'un foret (4) agencé pour être inséré dans un porte-outil (5) en vue de former un ensemble d'usinage (3) selon l'une des revendications 1 à 4 ou 7 à 11, ledit outil (4) présentant un axe (18) et comportant une tête (19), une partie centrale (20) sensiblement cylindrique et une queue (21), caractérisé en ce que la queue (21) de l'outil (4) présente la forme d'une ogive qui constitue la deuxième zone d'appui.