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Perfectionnements à la fabrication des boulons et écrous fabriqués à la machine.
L'invention a pour objet des perfectionnements à la fabrication mécanique des boulons et écrous*
La fabrication des boulons à la machine se fait actuel lement par deux méthodes générales. Suivant l'une, le boulon est obtenu à partir d'une pièce forgée, la tête étant usinée à la machine et le corps rendu pointu;
usiné et fileté dans une série d'opérations distinotes, Suivant l'autre méthode, le boulon est obtenu à partir dune barre hexagonale qui est tournée pour former le corps du boulon, lequel est ensuite fileté*
De ces deux méthodes, la première est généralement plus éoonomique pour les boulons inférieurs à une certaine dimension
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par suite de l'économie de matière qui en résulte par rapport à la méthode de la barre hexagonale puisqu'elle supprime la passe de tour pour former le corps du boulon.
On notera que cette économie de matières est suffisante pour compenser les frais supplémentaires de main d'oeuvre, par rapport à la méthode de la barre hexagonale, nécessités par l'usinage en des opérations distinctes nécessitant chacune une nouvelle mise en place de la pièce de la tête brute et des autres part ies de la pièce de forge. Toutefois dans le cas de boulons de petites dimensions, c'est-à-dire de boulons de dimensions inférieures à la dimension économique minimum indiquée ci-dessus, la perte de matière produite par la passe au tour de la tige hexagonale pour former la tige du boulon, est assez faible pour être négligeable en regard du fait que la tête du boulon obtenue à partir de cette barre n'a pas besoin d'être travaillée comme dans la méthode de la pièce forgée, du moins en ce qui concerne les pans de la tête.
On a constaté toutefois une difficulté pratique en appliquant la méthode de la pièce forgée à la fabrication de boulons de petites dimensions; en effet dans les méthodes aotuellea, les frais de fabrication des pans de la tête et des autres parties du boulon tendent à neutraliser l'économie des pertes de matières se produisant lorsque l'on tourne la tige du boulon dans une barre hexagonale*
Un des premiers objets de la présente invention est d'éviter cette difficulté par un procédé perfectionné de fabrication et d'usinage des pans d'une tête de boulon.
Suivant la présente invention le procédé pour la fabrication de boulons ou d'écrous, est caractérisé par la fabrication à la machine ou usinage des pans d'une série de tête de boulons ou d'écroua simultanément ces têtes ou écrous étant
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répartis sensiblement dans un plan autour d'un cercle primitif aveo leurs axes parallèles entre eux,et par la prévision d'une série d'outils pour la formation des pans d'un nombre égal à la moitié du nombre des pans à former, ces outils étant montés sur un porte-outils tournant autour de l'axe de ce cercle primitif à une vitesse deux fois plus grande que la vitesse de rotation des têtes de boulon ou écrous.
Si les têtes de boulon ou écrous à former à la machine sont hexagonaux, le nombre de têtes ou écrous disposés sur le cercle primitif ci-dessus peut être un nombre quelconque, par exemple six, et le nombre d'outils pour la formation des pans prévus sur le porte-outils tournant, sera de trois.. Si les têtes de boulon ou écroua doivent être carrée, c'est-à-dire avoir quatre pans, le nombre d'outils sera de deux: De même dans le cas de boulons à tête octogonale, le nombre d'outils sera de quatre.
Pour opérer suivant ce procédé, les pans des têtes ou écrous peuvent être formés à la machine à très grande vitesse et avec une très grande sécurité et la difficulté pratique signalée ci-dessus pour appliquer la méthode de la pièce de forge à la production de boulons de petites dimensions$ peut être effectivement supprimée avec pour conséquence une économie considérable dans la fabrication du boulon finît A ce propos on notera que bien que l'invention soit particulièrement applicable à la production de boulons de petites dimensions, par la méthode de la pièce de forge, elle n'est pas strictement limitée à cette application mais peut être généralisée à la fabrication à la machine des pans de têtes de boulon en général.
En outre le terme T'usinage des Pansµ eatutilisé ici pour désigner à la fois la formation des pans sur les têtes de
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boulon ou les éorous et pour la finition à la machine de pana déjà formés, par exemple les pans des ébauches de forge ou des ébauches de tour découpées dans des barres hexagonales brutes.
Dans le cas d'usinage des pans d'un éorou, l'écrou brut peut 'être vissé sur une tige filetée supportant provisoirement l'éorou par rapport à l'outil d'usinage des pans.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le temps d'usinage des pans d'une série de toutes de boulons ou écrous simultanément, comme indiqué plus haut, peut être combiné (par exemple en le suivant dans la suite des opérations) avec le temps d'usinage à la machine des faces perpendiculai- res à l'axe des têtes de boulon ou écroua ,,en amenant par exemple un outil de dressage dans le plan de la face à former, à travers l'axe de la tête de l'écrou pendant que celui-ci tourne autour du dit axe.
On notera à ce propos que l'invention n'est pas limitée à cette réalisation du procédé dans laquelle l'opération d'usinage des faces suit l'opération d'usinage des pans; si on le désire les deux opérations peuvent être effectuées simultanément.
De préférence les outils d'usinage des pans peuvent être amenés progressivement le long des têtes ou écrous c'est- à-dire dans une direction parallèle à l'axe du porte-outils pendant l'opération.
L'invention concerne en outre une forme spéciale de l'appareil.
Suivant l'invention, l'appareil comporte une série,(qua- tre ou davantage) de mandrins tournants adaptés chacun pour maintenir la tige d'un boulon ou une tige filetée sur laquelle est vissé un écrou, ces mandrins étant disposés sensible-
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aveo ment dans un plan/leurs axes parallèles entre eux, et répartis autour d'un cercle primitif; ils tournent tous à la même vi- tesse et dans la même direotion, et sont combines avec une série d'outils d'usinage des pans d'un nombre égal à la moitié du nombre de pans à usiner sur la tête du boulon ou sur l'é- croup ces outils étant montés sur/un porte-outils tournant au- tour de l'axe du cerole primitif à une vitesse double de la vitesse de rotation des mandrins et en sens contraire.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'appareil peut comporter les organes désignés ci-dessus en combinaison avec de moyens pour déplacer progressivement le porte-outils le long de son propre axe pendant l'opération d'usinage des pans de manière à forcer les outils à suivre leur chemin le long des écroua ou des têtes de boulon.
Suivant une autre caractéristique encore de l'inven- tion, l'appareil peut comporter les organes spécifiés ci-des- sus à l'avant dernier paragraphe (avec ou sans les moyens dé- signés dans le dernier paragraphe) en combinaison avec une sé- rie d'outils d'usinage des faces des têtes de boulons on ëorous correspondant en nombre aux mandrins et montés sur un organe de support commun à eux tous et Tournant autour de l'axe du cercla primitif des mandrins, pour déplacer les outils d'usinage des faces transversalement à l'extrémité des têtes de boulon ou écrous serrés dans les mandrins, pendant la ro- tation de ces derniers.
De préférence on prévoit des moyens de commande ren- dant toute la machine sensiblement automatique* Ces moyens de commande peuvent être de tout type approprié; par exemple le porte-outils d'usinage des pans., lorsqu'il atteint l'extré- mité de sa course axiale peut actionner un interrupteur élec- trique, fonctionant pour faire cesser la rotation de ce porte-
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outils et en même temps augmenter la vitesse des mandrins et déterminer le commencement du mouvement du porte-outils d'usinage des faces;
après quoi, ce porte-outils ayant atteint l'extrémité de sa course, un autre interrupteur peut commander la cessation complète du mouvement de tous les organes de la machine, suivie immédiatement par une libération automatique de l'ensemble des mandrina permettant à l'ouvrier d'enlever les boulons et de les remplacer par un nouveau jeu.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de la machine pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, supposé appliqué à la formation de pans sur les têtes des ébauches de boulons forgées.
Sur ces dessins, la fig.1 représente schématiquement une coupe verticale longitudinale de la machine.
La fig.2 est un plan de la machine avec certaines parties coupées pour montrer des détails.
La fig.3 est une vue en bout de la partie droite de la fig.1.
La fig.4 est une coupe transversale à travers une extrémité de la machine par 4-4 fig.1.
La fig*5 est une autre coupe transversale par 5-5 fig.2.
La fig.6 est une autre coupe transversale par 6-6 fig.2.
La fig.7 est une élévation vue dans le sens des flèches 7-7 (fig.2 et 3).
La fig.8 est une coupe longitudinale à plus grande échelle à travers l'un des porte-outils d'usinage des pana.
La fig.9 est un plan correspondant.
La fig.10 est une élévation à plus petite échelle que les fig.l à 7 montrant la machine dans une position inclinée pour faciliter à l'opérateur le dégagement des boulons d'avec les mandrins et leur remplacement par un nouveau jeu.
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Dans ses grandes lignes, la machine comporte un bâti général 1 dans lequel est montée une série de six mandrins de serrage 2. Ces mandrins sont régulièrement espacés,, autour d'un cercle primitif 3 aveo leurs axes parallèles entre eux dans un plan général perpendiculaire à l'axe de ce cercle.
Dans le bâti 1, est également monté, tournant autour de l'axe du cercle primitif 3, un porte-outil 4 muni, à sa périphérie d'un jeu de trois outils 5 d'usinage des pans. Ces outils sont régulièrement espacée à la périphérie du porteoutils 4,
Ce porte-outils est disposé de manière à tourner à une vitesse double de celle des mandrins 2 et en sens inverse. En même temps il est déplacé progressivement dans le sens de son propre axe pour amener les outils d'usinage des pana le long des têtes des boulons 6 serrées dans les mandrins.
Ce mouvement axial progressif du porte-outils 4 a lieu tout d'abord dans une direction lorsqu'on usine un jeu de boulons, puis en sens inverse lorsque l'on usine le jeu suivante Si on le désire, la disposition peut également être telle que la course axiale active du porte-outils ait toujours lieu dans le même sens, ce porte-outils retournant à chaque temps à sa position initiale, de préférence par un mécanisme de retour automatique..
A l'extrémité avant de la machine (à droite dans les fig.l et 2) est monté un porte-outil annulaire 7 portant un jeu de six supports 7 pour les outils 9 d'usingge des faces et les outils 10 de ohanfreinage. Ce porte-outils 7 est monté sur le bâti 1 de la machine, tournant autour de l'axe de porte-outils 4 d' usinage des pans, suivant un aro d' environ 30 pour passer de la position initiale dans laquelle les outils d'usinage des faces et de chanfreinage 9 et 10 sont contre les têtes des bou- lons serrés dans les mandrins, c'est-à-dire de la position pour-
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laquelle l'opération d'usinage des pans,
à la position finale à l'extrémité de la course des outils d'usinage des faces et de chanfreinage pour laquelle les outils d'usinage des faces ont atteint les centres des têtes de boulon non finies et les outils de ohanfreinage ont atteints la limite de leur mouvement d'avance.
Comme on le voit, les outils de chanfreinage commencer à agir sur les bord de la face de la tête jusqu'à la fin du déplacement transversal de l'outil d'usinage des faces et finissent leur mouvement de coupe en même temps que finit la cou- pe de l'outil d'usinage des faces. Ils sont ensuite ramenés en arrière par la course de retour du porte-outils 7 à sa position initiale définie ci-dessus. Le dessin représente le porte-outils 7 et ses outils 9 et 10 à la position finale de leur course active.
Pendant l'opération d'usinage des faces et de chanfrei- nage qui, comme on le verra, suit l'opération de façonnage des pans, les mandrins tournent considérablement plus vite que pendans l'opération d'usinage des pans, par exemple à une vitesse 12 fois plus grande, les outils d'usinage des pans étant fixes.
Il en résulte que la position finale dans le mouvement axial du porte-outil 4. est une position pour laquelle les outils d'usinage des pans 5 sont amenés au-del& du plan des faces dextrémité des têtes de boulon serrés dans leurs mandrins comme représenté fig.1.
On va décrire maintenant le mécanisme d'entraînement des porte-outils 4 et 7.
Les mandrins 2 tournent par exemple à une vitesse de vingt tours par minute sous l'action d'un moteur électrique 11 par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission et d'engrenage comprenant un arbre 12, un filetage sans fin 13, une roue
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hélicoïdale 14, un arbre horizontal 15 e.t son filetage sans fin 16, une roue hélicoïdale 17, un manchon 18 claveté sur la roue hélicoïdale 1?, une denture droite 19 sur le manchon 18, un pignon intermédiaire 20 tournant sur un goujon 21 engagé dans le pignon hélicoïdal 22, un pignon planétraire 23 monté sur un goujon 24 engagé également dans le pignon hélicoïdal 22, un pignon planétaire 25 monté sur le même goujon 24, une den ture droite 26 à l'extrémité arrière du manchon 27,
une denture droite 28 à l'extrémité avant de ce même manchon, des pignons dentés 29, un pour chaque mandrin et les manchons droits 30 des mandrins.
Ces manchons 30 sont clavetés sur les pignons 29 et font partie intégrante des cylindres 31 dans lesquels des pisé tons plongeurs 32 sont connectés par des tiges 33 avec les mâchoires 34 des dits mandrins. Les cylindres 31 sont munis d'orifices à chaque extrémité comme indiqué en 35 et 36. En envoyant de l'huile par exemple sous pression aux lumières arrière 35 (à gauche fig.l) les pistons 32 sont poussés à droite et les mâchoires des mandrins se ferment énergiquement sur les tiges de boulon logées à l'intérieur d'eux. Cette condition se maintient pendant tout le stade d'usinage des pans des têtes de boulon et pendant le temps suivant d'usinage des faces et de ohanfreinage des borda.
A la fin des différentes opérations d'usinage des têtes de boulon, les orifices 35 sont ouverts pour l'échappement par un mécanisme de soupape approprié non représenté et le liquide sous pression est admis dans les cylindres à piston plongeur par les orifices 36. Ceci a pour résultat de forcer les pistons 32 vers la gauche avec pour conséquence de libérer les tiges de boulon engagées dans les mâchoires des mandrins.
Les cylindres 31 sont fermés à leur extrémité arrière
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par les extrémitéa des cylindres 37 et l'ensemble du mécanis- me complexe comprenant le mandrin, le cylindre à piston plon- geur, ce piston et la roue dentée 29, est monté dans le bâti d'ensemble 1 par l'intermédiaire de paliers à billes ou à rou- leaux représentés sohématiquement en 38.
Le porte-outils d'usinage des pans est entratné à une vitesse double de celle des mandrins par le même moteur élec- trique 11 qui entraîne ces derniers, le mécanisme de transmis- sion comprenant les organes suivants: le même arbre 12 que précédemment, le filetage sans fin 13, la roue hélicoïdale 14, l'arbre 15, le filetage sans fin 16, -la roue hélicoïdale 17, le manchon 18 et un arbre principal central 39 à l'extrémité avant duquel est monté le porte-outils pour l'usinage des faces*
Ce porte-outils 4 est déplacé en avant et en arrière d'un mouvement axial pour amener les outils d'usinage des faces le long des têtes de boulon pendant que leurs pans sont usi- nés, par un mécanisme entraîné par le même moteur 11 et compre- nant les éléments suivants:
arbre 12, filetage sans fin 13, roue hélicoïdale 14, arbre 15, un filetage sans fin 40 prévu sur l'arbre 15, une roue hélicoïdale 41 coopérant avec lui et montée sur un arbre horizontal 42, des engrenages droits 43, 44, un second arbre horizontal 45, un filetage sans fin 46, prévu sur lui et venant en prise avec une roue hélicoïdale 47 montée seur un arbre vertical 48 portant, à sa partie supé- rieure, un excentrique 49 sur lequel est monté escentriquement un goujon 50 relié, par une bielle 51, à un goujon 52 porté par un bloc de poussée 53 monté à l'extrémité arrière de l'arbre
39 et coulissant en avant et en arrière dans des guides 54 en provoquant l'avancement et le recul dudit arbre*
Somme on le voit,
l'arrangement qui vient d'être décrit permet au porte-outils d'usinage des pans 4 d'accomplir une
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course active d'abord dans un sens lorsqu'il agit sur un jeu de boulons engagés dans les mandrins, puis en sens inverse lorsqu'il agit sur le jeu suivant; à l'extrémité de ce deuxiè- me mouvement le rapport des engrenages spéciaux au porte-outils 4 est calculé par rapport à celui des engrenages des différées éléments du mécanisme d'entraînement des mandrins et par rap- port au mouvement de rotation de ce porte-outils 4 de manière que la roue hélicoïdale 47 et par conséquent l'excentrique 49 se déplace exactement d'une demi révolution,.d'un point mort à l'autre, pendant que les outils d'usinage des pans accomplis- sent l'usinage complet de ces pans sur les têtes des boulons immobilisés dans les mandrins.
Les fig.1 et 2 du dessin mon- trent le porte-outils 4 à sa position gauche ou position de recul et par conséquent le disque 49 à la position du point mort gauche*
On notera que le pignon intermédiaire 20 et le pignon planétaire 23 mentionnés ci-dessus ne sont pas représentés exactement en position correcte fig.l; ils doivent venir en prise l'un avec l'autre ainsi qu'il résulte clairement de la description donnée plus haut.
Le porte-outils d'usinage des faces qui, comme précédem- ment décrite peut tourner angulairement autour de l'axe 39 pour amener les outils d'usinage des faces 9 et les outils de changfrinage 10 progressivement vers les centres des têtes que des boulons serrés dans les mandrins pendant ces têtes tournent, est amené par cette rotation partielle tout d'abord dans un sens puis en sens contraire par un moteur électrique 55 et par l'intermédiaire d'un mécanisme d'engrenage comportant les éléments suivants:
arbre vertical 56, filetage 57 prévu sur lui, roue hélicoïdale 58 coopérant avec ce filetage et montée sur l'arbre horizontal 59, filetage sans fin 60 sur cet arbre 59 coopérant avec la roue hélicoïdale 61 à l'extrémité inférieurs
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de l'arbre vertical 62, engrenages droits 63 et 64, le pignon 64 étant monté à l'extrémité supérieure d'un deuxième arbre vertical 65, filetage sans fin 66 à l'extrémité inférieure de l'arbre 65 et coopérant avec la roue hélicoïdale 67 clavetée sur l'arbre horizontale 68 fixé sur un disque 69 extérieur au bâti 1, tourillon 78 fixé sur le disque 69, bielle 71, barre coulissante 72 et galet de came 73 monté, par l'intermédiaire d'un goujon 74, à l'extrémité avant de la barre 72,
cette came agissant dans une fente inclinée 75 prévue à la périphérie 76 du porte-outils annulaire 67. Comme on le voit, le mouvement alternatif de la barre coulissante 72 produit un mouvement angulaire du porte-outils 7 autour de l'axe de l'arbre 39 grâce à l'action du galet 73 agissant dans la rainure de came 75, le portes-outils 7 étant avancé pour sa course active par le mouvement de la barre coulissante 72 dans un sens et reculé à sa position initiale par le mouvement inverse de la même barre 72.
Comme mentionné précédemment, les mandrins et par conséquent les tiges de boulons qu'ils maintiennent sont entrat- nés à une vitesse considérablement plus grande (à savoir 240 tours par minute) pendant l'opération d'usinage des faces et de chanfreinage que pendant l'opération d'usinage des pans.
A cet effet, un train d'engrenages supplémentaire est prévu dans le mécanisme d'entraînement des mandrins, Ainsi pendant l'opération d'usinage des faces et de chanfreinage, les mandrins sont entraînés à leur vitesse maximum indiquée ci-dessus par le moteur 55 au moyen de l'arbre vertical 56, de la v is sans fin 57 du pignon hélicoïdal 58 et de l'arbre 59*pour agir sur les mandrins, par l'intermédiaire d'une vis sans fin 77 montée dans le milieu de l'arbre 59, le pignon hélicoïdal mentionné précédemment 22 qui peut tourner librement sur le
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manchon 18, le pignon intermédiaire 20, le pignon planétaire 23, le goujon 24, le pignon planétaire 25, le pignon droit 26, le manchon 27, la denture droite 28,
le pignon denté 29 et le manchon 30.
Un dispositif de commande automatique non représenté arrête automatiquement le moteur d'entraînement 11 lorsque le porte-outils d'usinage des pans 4 a----atteint l'extrémi- té de sa course de fonctionnement avec les outils d'usinage des fonda 5 contre les têts des boulons maintenus dans les mandrins; par suite le moteur 55 est mis en marche pour entrai-* ner les mandrins à la vitesse plus grande indiquée ci-dessus et pour en même temps faire avanoer le porte-outils 7 par l'intermédiaire de/sa course aotive pour l'amener à la position représentée aux dessins; finalement, ce porte-outils 7, ayant atteint l'extrémité de sa course active est ramené en arrière à sa position initiale.
Dans ces conditions, on voit que- ce mouvement en avant du porte-outils 7 et le mouvement de re- tour qui le suit, s'effectue pendant une révolution complète du plateau de manivelle 69. Lorsque le porte-outils 7 a ab- teint sa position extrême de retour, le mécanisme de comman- de automatique arrête le moteur 55 dans une position, tout étant prit pour une nouvelle opération d'usinage des pans sur le jeu suivant de ttes de boulon.
Pour permettre d'utiliser la machine pour des boulons de dimensions diverses en ce qui concerne l'épaisseur e-t le diamètre de la tête,le tourillon d'eaoentrique 50 est de préférence, comme représenté, réglable en position par rapport à ltaxe du plat eau d'excentrique 49 et de même le goujon excentrique 70 des engrenages d'amenée du porteoutils d'usi- nage des faces 7 est réglable radialement par rapport au plateau de manivelle 69. Toute autre forme de réglage appron
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priée peut être utilisée à cet effet.
En se référant plus particulièrement aux fig.1 et 9, on voit que les outils 9, 10 sont montés l'un par rapport à l'autre dans un porte-outils 8 commun et qu'un seul jeu de via 80 suffit pour les maintenir, l'outil 10 étant maintenu fixement contre les parois du porte-outils par l'intermédiaire de l'outil 9. On notera en outre que les deux outils 9-10 sont réglables séparément dans le sens de leur longueur, par un jeu de vis 81, 82. On voit finalement que le porte-outils 8 est réglable parallèlement au plan général du porte-outils 7. étant fixé sur lui par des boulons 83 dont les tiges passent à travers ces trous allongés 84 prévus dans le porte-outils 8.
On voit que ce montage est extrêmement simple et permet à lui seul un réglage précis et si nécessaire un remplacement des outils 9-10.
Comme il a été dit précédemment, la fig.10 montre la machine montée dans une position inclinée sur un support 85 pour rendre plus commode la manoeuvre de l'opérateur, l'extré- mité avant de la machine étant tournée partiellement vers le haut comme représenté pour faciliter l'opération de retrait et de remplacement des boulons dans les mandrins.
Il est évident que l'invention est susceptible d'un grand nombre de variantes en ce qui concerne la disposition générale et les détails de construction des différentes parties de la machine sans s'écarter de son esprit. Par exemple le mécanisme d'entraînement des mandrins et les porte-outils peuvent prendre toutes formes appropriées autres que celles spécifiquement décrites et représentées au dessin, de même que les mandrins servant à maintenir les boulons. En outre, au lieu de faire tourner lea outils d'usinage des pans, les axes des mandrins étant immobiles, les mandrins peuvent tourner suivant un mouvement épicycloïdal autour de l'axe de porte--
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outils, oe dernier étant alors fixe sur la machine.
REVENDICATIONS
1 - Procédé pour la fabrication de boulons ou d'écrous caractérisés par la fabrication ou l'usinage simultanés des pans d'une série de têtes de boulon ou éorous, les dites têtes ou écrous étant repartis dans un plan autour d'un oercle primitif, avec leurs axes parallèles entre eux, une série d'outils d'usinage des pans d'un nombre égal à la moitié du nombre des pans à former ou à usiner sur la tête de boulon ou l'écrou étant montés sur un porte-outil qui tourne autour de l'axe du dit cercle primitif à une vitesse double de la vitesse de rotation des têtea de boulon.
2 - Pour la fabrication de boulons ou d'écrou, le procédé tel que défini en 1 en combinaison avec une opération d'usinage de la face des têtes de boulon ou d'écrou par dépla- cement d'un outil d'usinage de cette face dans le plan de la face à former vers l'axe de la tête ou de l'éorou pendant que ce dernier tourne autour de son axe.
3 - Pour la fabrication de boulons de petites dimensions tels que définis ci-dessus par le procédé de forge tel que défini, l'opération de formation ou d'usinage des têtes de boulon par rotation autour de son axe longitudinal de la tête de boulon maintenue en contact avec un outil qui agit sur la tête latéralement à elle en restant en relation avec elle lorsqu'elle tourne, et qui se/déplace tout autour de la tête dans le sens de la coupe le long d'un chemin circulaire s'étendant dans le plan général de la tête, ce mouvement circulaire de l'outil ayant lieu à une vitesse angulaire double de la vitesse de rotation de la tête de boulon.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements in the manufacture of machine-made bolts and nuts.
The invention relates to improvements in the mechanical manufacture of bolts and nuts *
Machine-made bolts are currently made by two general methods. According to one, the bolt is obtained from a forged part, the head being machine-machined and the body made sharp;
machined and threaded in a series of distinguishing operations, According to the other method, the bolt is obtained from a hexagonal bar which is turned to form the body of the bolt, which is then threaded *
Of these two methods, the first is generally more economical for bolts smaller than a certain dimension.
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as a result of the resulting saving in material compared to the hexagonal bar method since it eliminates the turn pass to form the body of the bolt.
It will be noted that this saving in materials is sufficient to compensate for the additional costs of labor, compared to the hexagonal bar method, required by machining in separate operations each requiring a new installation of the part. the rough head and other parts of the forge. However, in the case of small bolts, that is to say bolts smaller than the minimum economic dimension indicated above, the loss of material produced by the pass around the hexagonal rod to form the rod of the bolt, is weak enough to be negligible in view of the fact that the bolt head obtained from this bar does not need to be worked as in the forging method, at least with regard to the sides of the head.
However, a practical difficulty has been observed in applying the forging method to the manufacture of small bolts; in fact in auotuellea methods, the manufacturing costs of the head sections and of the other parts of the bolt tend to neutralize the savings in material losses occurring when the bolt shank is turned in a hexagonal bar *
One of the first objects of the present invention is to avoid this difficulty by means of an improved method of manufacturing and machining the sides of a bolt head.
According to the present invention, the method for the manufacture of bolts or nuts is characterized by the manufacture by machine or machining of the sides of a series of bolt heads or of nut simultaneously these heads or nuts being
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distributed substantially in a plane around a primitive circle with their axes parallel to each other, and by the provision of a series of tools for the formation of sections of a number equal to half the number of sections to be formed, these tools being mounted on a tool holder rotating around the axis of this pitch circle at a speed twice as high as the speed of rotation of the bolt heads or nuts.
If the bolt heads or nuts to be machine formed are hexagonal, the number of heads or nuts arranged on the pitch circle above can be any number, for example six, and the number of tools for forming the sides provided on the rotating tool holder, will be three .. If the bolt or nut heads must be square, that is to say have four sides, the number of tools will be two: Similarly in the case of octagonal head bolts, the number of tools will be four.
To operate according to this process, the sides of the heads or nuts can be machine-formed at very high speed and with very great safety and the practical difficulty mentioned above for applying the forge method to the production of bolts. small dimensions $ can be effectively omitted with the consequence of a considerable saving in the manufacture of the finished bolt In this connection it will be noted that although the invention is particularly applicable to the production of small dimension bolts, by the part method. forging, it is not strictly limited to this application but can be generalized to the machine manufacture of bolt head sections in general.
In addition, the term Pan machining is used here to designate both the formation of the panels on the heads of
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preformed pana bolt or éorous and for machine finishing, for example the sides of forge blanks or lathe blanks cut from raw hexagonal bars.
In the case of machining the sides of an oleor, the raw nut can be screwed onto a threaded rod temporarily supporting the oleor relative to the tool for machining the sides.
According to another characteristic of the invention, the time for machining the sides of a series of all bolts or nuts simultaneously, as indicated above, can be combined (for example by following it in the following operations) with the machine machining time of faces perpendicular to the axis of the bolt or nut heads, for example by bringing a dressing tool into the plane of the face to be formed, through the axis of the the nut while the latter rotates around said axis.
It will be noted in this connection that the invention is not limited to this embodiment of the method in which the operation of machining the faces follows the operation of machining the sides; if desired, the two operations can be carried out simultaneously.
Preferably, the tools for machining the sides can be brought progressively along the heads or nuts, that is to say in a direction parallel to the axis of the tool holder during the operation.
The invention further relates to a special form of the apparatus.
According to the invention, the apparatus comprises a series (four or more) of rotary chucks each adapted to hold the shank of a bolt or a threaded rod on which a nut is screwed, these chucks being disposed substantially.
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aveo ment in a plane / their axes parallel to each other, and distributed around a primitive circle; they all turn at the same speed and in the same direction, and are combined with a series of tools for machining faces of a number equal to half the number of faces to be machined on the head of the bolt or on the croup these tools being mounted on / a tool holder rotating around the axis of the primitive ring at a speed double the speed of rotation of the chucks and in the opposite direction.
According to another characteristic of the invention, the apparatus may comprise the members designated above in combination with means for progressively moving the tool holder along its own axis during the operation of machining the sides so as to force the tools to follow their way along the nuts or bolt heads.
According to yet another characteristic of the invention, the apparatus may comprise the components specified above in the penultimate paragraph (with or without the means designated in the last paragraph) in combination with a set. - rie of tools for machining the faces of the heads of bolts on ëorous corresponding in number to the mandrels and mounted on a support member common to all of them and rotating around the axis of the primitive ring of the mandrels, to move the tools of machining the faces transversely at the end of the bolt heads or nuts clamped in the chucks, during the rotation of the latter.
Preferably, control means are provided making the whole machine substantially automatic. These control means can be of any suitable type; for example the tool holder for machining the sides., when it reaches the end of its axial travel, can actuate an electric switch, functioning to stop the rotation of this holder.
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tools and at the same time increase the speed of the chucks and determine the beginning of the movement of the tool holder for machining faces;
after which, this tool holder having reached the end of its stroke, another switch can order the complete cessation of movement of all the parts of the machine, followed immediately by an automatic release of all the mandrina allowing the worker removing the bolts and replacing them with a new set.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the machine for implementing the method according to the invention, assumed to be applied to the formation of sides on the heads of forged bolt blanks.
In these drawings, FIG. 1 schematically represents a longitudinal vertical section of the machine.
Fig. 2 is a plan of the machine with some parts cut away to show details.
Fig.3 is an end view of the right part of Fig.1.
Fig. 4 is a cross section through one end of the machine through 4-4 Fig. 1.
Fig * 5 is another cross section through 5-5 fig.2.
Fig. 6 is another cross section through 6-6 fig. 2.
Fig.7 is an elevation seen in the direction of arrows 7-7 (Fig.2 and 3).
Fig. 8 is a longitudinal section on a larger scale through one of the pana machining tool holders.
Fig. 9 is a corresponding plan.
Fig. 10 is an elevation on a smaller scale than Figs. 1 to 7 showing the machine in an inclined position to facilitate the operator freeing the bolts from the chucks and replacing them with a new set.
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In general, the machine comprises a general frame 1 in which is mounted a series of six clamping mandrels 2. These mandrels are regularly spaced, around a pitch circle 3 with their axes parallel to each other in a general perpendicular plane to the axis of this circle.
In the frame 1, is also mounted, rotating around the axis of the pitch circle 3, a tool holder 4 provided at its periphery with a set of three tools 5 for machining the sides. These tools are regularly spaced at the periphery of the tool holder 4,
This tool holder is arranged so as to rotate at a speed double that of the mandrels 2 and in the opposite direction. At the same time it is gradually moved in the direction of its own axis to bring the pana machining tools along the heads of the bolts 6 clamped in the chucks.
This progressive axial movement of the tool holder 4 takes place first of all in one direction when a set of bolts is machined, then in the opposite direction when the next set is machined. If desired, the arrangement can also be such that the active axial travel of the tool holder always takes place in the same direction, this tool holder returning each time to its initial position, preferably by an automatic return mechanism.
At the front end of the machine (on the right in fig.l and 2) is mounted an annular tool holder 7 carrying a set of six supports 7 for the tools 9 for machining the faces and the tools 10 for chamfering. This tool holder 7 is mounted on the frame 1 of the machine, rotating around the axis of the tool holder 4 for machining the sides, following an aro of approximately 30 to pass from the initial position in which the tools of The machining of the faces and chamfering 9 and 10 are against the heads of the bolts clamped in the chucks, that is to say from the position for-
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which the machining operation of the sides,
to the final position at the end of the stroke of the face machining and chamfering tools at which the face machining tools have reached the centers of the unfinished bolt heads and the chamfering tools have reached the limit of their movement ahead.
As can be seen, the chamfering tools start to act on the edges of the face of the head until the end of the transverse movement of the face machining tool and end their cutting movement at the same time as the end of the cutting movement. Cut of the face machining tool. They are then brought back by the return stroke of the tool holder 7 to its initial position defined above. The drawing shows the tool holder 7 and its tools 9 and 10 in the final position of their active stroke.
During the face machining and chamfering operation which, as will be seen, follows the face shaping operation, the chucks turn considerably faster than during the face machining operation, for example at a speed 12 times greater, the machining tools of the sides being fixed.
As a result, the final position in the axial movement of the tool holder 4 is a position in which the side machining tools 5 are brought beyond the plane of the end faces of the bolt heads clamped in their chucks as shown. fig. 1.
We will now describe the drive mechanism of the tool holders 4 and 7.
The mandrels 2 rotate for example at a speed of twenty revolutions per minute under the action of an electric motor 11 via a transmission and gear mechanism comprising a shaft 12, an endless thread 13, a wheel
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helical 14, a horizontal shaft 15 and its endless thread 16, a helical wheel 17, a sleeve 18 keyed on the helical wheel 1 ?, a spur gear 19 on the sleeve 18, an intermediate gear 20 rotating on a pin 21 engaged in the helical pinion 22, a planetary pinion 23 mounted on a pin 24 also engaged in the helical pinion 22, a planetary pinion 25 mounted on the same pin 24, a straight tooth 26 at the rear end of the sleeve 27,
a straight toothing 28 at the front end of this same sleeve, toothed pinions 29, one for each mandrel and the straight sleeves 30 of the mandrels.
These sleeves 30 are keyed on the pinions 29 and form an integral part of the cylinders 31 in which the plunging rammed earth 32 are connected by rods 33 with the jaws 34 of said mandrels. The cylinders 31 are provided with orifices at each end as indicated at 35 and 36. By sending oil for example under pressure to the rear ports 35 (on the left fig.l) the pistons 32 are pushed to the right and the jaws of the Mandrels close forcefully on the bolt shanks housed inside them. This condition is maintained throughout the stage of machining the sides of the bolt heads and during the following time for machining the faces and chamfering the edges.
At the end of the various bolt head machining operations, the orifices 35 are opened for exhaust by a suitable valve mechanism not shown and the pressurized liquid is admitted into the plunger cylinders through the orifices 36. This results in forcing pistons 32 to the left with the consequence of releasing the bolt shanks engaged in the jaws of the chucks.
The cylinders 31 are closed at their rear end
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by the ends a of the cylinders 37 and the whole of the complex mechanism comprising the mandrel, the plunger cylinder, this piston and the toothed wheel 29, is mounted in the assembly frame 1 by means of bearings ball or roller represented sohematically at 38.
The tool holder for machining the sides is driven at a speed double that of the chucks by the same electric motor 11 which drives the latter, the transmission mechanism comprising the following members: the same shaft 12 as previously, the endless thread 13, the helical wheel 14, the shaft 15, the endless thread 16, the helical wheel 17, the sleeve 18 and a central main shaft 39 at the front end of which is mounted the tool holder for face machining *
This tool holder 4 is moved forward and backward in an axial movement to bring the face machining tools along the bolt heads while their faces are machined, by a mechanism driven by the same motor 11 and comprising the following elements:
shaft 12, endless thread 13, helical wheel 14, shaft 15, an endless thread 40 provided on the shaft 15, a helical wheel 41 cooperating with it and mounted on a horizontal shaft 42, spur gears 43, 44, a second horizontal shaft 45, an endless thread 46, provided on it and engaging with a helical wheel 47 mounted on a vertical shaft 48 carrying, at its upper part, an eccentric 49 on which is mounted escentrically a pin 50 connected , by a connecting rod 51, to a stud 52 carried by a thrust block 53 mounted at the rear end of the shaft
39 and sliding forward and backward in guides 54 by causing the advancement and retreat of said shaft *
As we can see,
the arrangement which has just been described allows the tool holder for machining the sides 4 to achieve a
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active stroke first in one direction when acting on a set of bolts engaged in the mandrels, then in reverse when acting on the following set; at the end of this second movement, the ratio of the special gears to the tool holder 4 is calculated with respect to that of the gears of the deferred elements of the chuck drive mechanism and with respect to the rotational movement of this holder -tools 4 so that the helical wheel 47 and therefore the eccentric 49 moves exactly one half revolution, from one neutral point to another, while the tools for machining the sides perform l complete machining of these faces on the heads of bolts immobilized in the chucks.
Figs. 1 and 2 of the drawing show the tool holder 4 in its left position or retracted position and consequently the disc 49 in the left neutral position *
Note that the intermediate gear 20 and the planetary gear 23 mentioned above are not shown exactly in the correct position fig.l; they must engage with each other as is clear from the description given above.
The face machining tool holder which, as previously described, can rotate angularly about axis 39 to bring the face machining tools 9 and changframe tools 10 progressively towards the centers of the heads as bolts clamped in the mandrels while these heads rotate, is brought by this partial rotation first in one direction and then in the opposite direction by an electric motor 55 and by means of a gear mechanism comprising the following elements:
vertical shaft 56, thread 57 provided on it, helical wheel 58 cooperating with this thread and mounted on the horizontal shaft 59, endless thread 60 on this shaft 59 cooperating with the helical wheel 61 at the lower end
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of the vertical shaft 62, spur gears 63 and 64, the pinion 64 being mounted at the upper end of a second vertical shaft 65, endless thread 66 at the lower end of the shaft 65 and cooperating with the wheel helical 67 keyed on the horizontal shaft 68 fixed on a disc 69 outside the frame 1, journal 78 fixed on the disc 69, connecting rod 71, sliding bar 72 and cam roller 73 mounted, via a stud 74, at the front end of bar 72,
this cam acting in an inclined slot 75 provided at the periphery 76 of the annular tool holder 67. As can be seen, the reciprocating movement of the sliding bar 72 produces an angular movement of the tool holder 7 around the axis of the shaft 39 thanks to the action of the roller 73 acting in the cam groove 75, the tool holder 7 being advanced for its active stroke by the movement of the sliding bar 72 in one direction and retracted to its initial position by the reverse movement of the same bar 72.
As previously mentioned, the mandrels and therefore the bolt shanks they hold are driven at a considerably higher speed (i.e. 240 revolutions per minute) during the face machining and chamfering operation than during the face machining and chamfering operation. machining operation of the sides.
For this purpose, an additional gear train is provided in the mandrel drive mechanism, Thus during the face machining and chamfering operation, the mandrels are driven at their maximum speed indicated above by the motor 55 by means of the vertical shaft 56, the endless screw 57 of the helical pinion 58 and the shaft 59 * to act on the mandrels, by means of a worm 77 mounted in the middle of the shaft 59, the previously mentioned helical gear 22 which can rotate freely on the
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sleeve 18, intermediate gear 20, planetary gear 23, pin 24, planetary gear 25, spur gear 26, sleeve 27, spur gear 28,
the toothed pinion 29 and the sleeve 30.
An automatic control device, not shown, automatically stops the drive motor 11 when the tool holder for machining the sides 4 has ---- reaches the end of its operating stroke with the machining tools of the foundations. 5 against the heads of the bolts held in the mandrels; consequently the motor 55 is started to drive the chucks at the higher speed indicated above and at the same time to advance the tool holder 7 by means of / its motor stroke to bring it in the position shown in the drawings; finally, this tool holder 7, having reached the end of its active stroke, is brought back to its initial position.
Under these conditions, it can be seen that this forward movement of the tool holder 7 and the return movement which follows it takes place during a complete revolution of the crank plate 69. When the tool holder 7 has ab- Upon reaching its extreme return position, the automatic control mechanism stops the motor 55 in one position, everything being taken for a new operation of machining the sides on the next set of bolt heads.
To allow the machine to be used for bolts of various sizes with regard to the thickness and diameter of the head, the centric journal 50 is preferably, as shown, adjustable in position relative to the axis of the water plate. eccentric 49 and likewise the eccentric pin 70 of the feed gears of the tool holder for machining the faces 7 is radially adjustable with respect to the crank plate 69. Any other form of appropriate adjustment
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requested can be used for this purpose.
Referring more particularly to Figs. 1 and 9, it can be seen that the tools 9, 10 are mounted relative to each other in a common tool holder 8 and that a single set of via 80 is sufficient for them. maintain, the tool 10 being held fixed against the walls of the tool holder by means of the tool 9. It will also be noted that the two tools 9-10 are adjustable separately in the direction of their length, by a clearance screw 81, 82. It is finally seen that the tool holder 8 is adjustable parallel to the general plane of the tool holder 7. being fixed to it by bolts 83 whose rods pass through these elongated holes 84 provided in the holder. tools 8.
It can be seen that this assembly is extremely simple and alone allows precise adjustment and, if necessary, replacement of tools 9-10.
As stated previously, fig. 10 shows the machine mounted in an inclined position on a support 85 to make it easier for the operator to maneuver, the front end of the machine being partially turned upwards as shown to facilitate the operation of removing and replacing bolts in the mandrels.
It is obvious that the invention is susceptible of a great number of variations as regards the general arrangement and the construction details of the different parts of the machine without departing from its spirit. For example, the driving mechanism of the chucks and the tool holders can take any suitable form other than those specifically described and shown in the drawing, as well as the chucks used to hold the bolts. In addition, instead of rotating the pan machining tools with the chuck axes stationary, the chucks can rotate in an epicyclic motion around the door axis -
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tools, the latter then being fixed on the machine.
CLAIMS
1 - Process for the manufacture of bolts or nuts characterized by the simultaneous manufacture or machining of the sides of a series of bolt heads or heads, said heads or nuts being distributed in a plane around a pitch circle , with their axes parallel to each other, a series of tools for machining faces of a number equal to half the number of faces to be formed or machined on the bolt head or the nut being mounted on a holder. tool which rotates around the axis of said pitch circle at a speed double the speed of rotation of the bolt heads.
2 - For the manufacture of bolts or nuts, the process as defined in 1 in combination with an operation of machining the face of the bolt or nut heads by moving a machining tool from this face in the plane of the face to be formed towards the axis of the head or of the éorou while the latter rotates around its axis.
3 - For the manufacture of bolts of small dimensions as defined above by the forging process as defined, the operation of forming or machining the bolt heads by rotation about its longitudinal axis of the bolt head maintained in contact with a tool which acts on the head laterally to it while remaining in relation with it when it turns, and which moves / moves all around the head in the direction of the cut along a circular path s' extending in the general plane of the head, this circular movement of the tool taking place at an angular speed twice the speed of rotation of the bolt head.
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