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L'invention concerne des perfectionnements apportés aux mandrins de serrage commandés par fluide sous pression et destinés à serrer et à maintenir les pièces à usiner sur des machines-outilso Le principal but de l'invention consiste à prévoir un mandrin capable de remplir une condition qui n'est pas satisfaite par l'outillage actuellement répandu et que l'on désigne par l'expression de mandrin à air comprimé, ou cylindre ou vérin pneumatique, et qui, bien que pouvant être actionné à partir de l'installa- tion d'air comprimé dont on dispose dans tout atelier ou usine, peut être également commandé hydrauliquement lorqu'il est nécessaire d'exercer des pressions de serrage et de maintien atteignant des valeurs considérables.
Afin de mieux faire ressortir le caractère et les buts de l'inven- tion, on exposera ci-après un problème particulier qu'elle résout à la per- fection et qui,à proprement parler, est insoluble lorsqu'on arecours aux man- drins et vérins pneumatiques ordinaires. Dans lafabrication de certaines pièces, il est nécessaire de percer, à travers une partie extrême d'un corps tubulai- re, une série de trous radiaux répartis à des intervalles angulaires égaux ; dans ce cas, la pratique courante consiste à maintenir la pièce à l'aide d'un plateau diviseur ou à'repères, circulaire et rotatif, lequel est monté sur une machine à percer du type à colonne dans une position telle quela pièce soit repérée avec précision par rapport à un axe horizontal de manière à présenter successivement les endroits à percer au sommet, c'est-à-dire en regard du foret.
Le corps de la pièce est logé dans un manchon de forme appropriée prévu dans un montage fixé à son tour au plateau diviseur, et le problème consiste à bloquer ou serrer la pièce dans ce manchon. Attendu que la pièce doit tourner, l'usage d'un mandrin ou d'un cylindre pneumatique fixe est évidemment sans intérêt, et n'importe quel type de mandrin action- né à la main et comportant un mécanisme à came ou une noix taraudée de ser- rage ne convient pas pour diverses raisons.
Or, conformément à la présente invention, l'on prévoit un mandrin léger de dimensions réduites, que l'on utilise conjointement à un goujon d'an- crage fixé au montage précité et sur lequel la pièce, du fait de sa forme tubulaire, peut venir glisser au moment où l'extrémité à percer est logée dans le manchon du montagea Le mandrin comprend un piston creux, à déplace- ment axial, ainsi que des dispositifs tels que le début du déplacement du piston a pour effet de rendre l'ensemble du mandrin rigidement solidaire du goujon, tandis que la phase suivante du déplacement de piston applique éner- giquement la pièce dans le manchon.
Le mandrin peut alors tourner en bloc avec le corps de la pièce, le montage et le plateau rotatif, et grâce à l'agence- ment d'un joint rotatif d'étanchéité, on peut introduire dans le mandrin de l'air ou tout autre fluide de commande de type approprié, sans qu'il en ré- sulte la moindre gêne dans la rotation de ce mandrino Il est donc évident que cette disposition nouvelle résout un problème difficile d'une façon ex- trêmement simple et pratique,
tandis que le mandrin proposé par la présente invention est d'un montage et d'un démontage tellement faciles que son usa- ge se traduit par un accroissement sensible du taux de productiono @
Il y a lieu de noter que le mandrin suivant l'expression est ca- ractérisé par le fait que sa "prise" ou la force mécanique produisant l'ef- fort de serrage nécessaire s'exerce sur un organe (à savoir le goujon dans l'exemple donné ci-avant) qui se déplace avec la pièce à usiner, et que cette prise ou cette force mécanique peut être aisément neutralisée, pour procé- der au remplacement de la pièce, contrairement à ce qui se produit dans le cas du mandrin ou vérin pneumatique classique lequel est boulonné à une par- tie fixe quelconque de la machine et ne peut être utilisé dans nombre de si- tuations.
Par conséquent, l'un des buts essentiels de l'invention consiste à prévoir un mandrin qui soit non seulement léger et facilement transporta- ble à la main, mais aussi pourvu de moyens qui permettent de produire un ser- rage pouvant être neutralisé facilement et instantanément, et capable de blo-
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quer n'importe quelle pièce en position d'usinage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'utilisation et au cas du mandrin considéré ci- avant, attendu qu'elle convient aussi bien à de nombreuses applications dif- férentes, par exemple dans tous les cas où l'on utilise de lourds mandrins ou étaux à vis et à commande lente pour serrer desspièces pendant des opérations de fraisage, de dressage, etc...
Aux termes de la présente invention, l'on envisage également l'u- tilisation de mandrins de ce genre chaque fois qu'ils peuvent être nécessai- res pour serrer ou bloquer des pièces volumineuses et embarrassantes, l'un des buts de l'invention consistant à utiliser une série de mandrins conjointe- ment à la commande pneumatique de cylindres hydrauliques- aux fins d'augmen- ter considérablement la pression de serrage réalisable à partir de la tuyau- terie ordinaire d'air comprimé qui alimente l'atelier.
Ces buts, ainsi que d'autres plus détaillés et particuliers seront maintenant décrits en se référant aux dessins ci-joints, sur lesquels :
La figure 1 montre, en élévation latérale et coupe partielle, l'ap- plication du mandrin suivant l'invention au perçage d'une pièce comportant un corps tubulaire, ainsi qu'il sera exposé plus loin.
La figure 2 montre, à plus grande échelle et en coupe axiale lon- gitudinale, le mandrin de la figure 1, la coupe étant faite suivant la li- gne 2-2, où l'on ne voit qu'une partie du goujon d'ancrage, tandis que la pièce F est représentée en pointillé.
La figure 3 montre une vue en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2
La figure 4 montre l'application d'une série on rangée de mandrins pour effectuer le serrage d'une pièce lourde, par exemple une pièce de fon- derie, emvue de. procéder à des opérations).de fraisage et de dressage ; cette figure montre en outre un système à double cylindre où l'action conjuguée de pressions pneumatique et hydraulique est utilisée pour la commande des man- drins, et
La figure 5 montre, en élévation, le goujon d'ancrage vue séparé- ment.
Si l'on se réfère plus particulièrement aux dessins et suivant les chiffres de référence de ceux-ci, on voit figure 1 un plateau rotatif diviseur ou de repérage A qui sert de support à la pièce à usiner et peut être de tout type actuellement connu dans le commerce, avec une plaque avant circulaire B tournant cran par cran sous l'impulsion d'un cylindre pneumati- que et du mécanisme y associé. Dans le cas considéré ici, ce plateau A com- porte un socle C, fixé sur l'aile sensiblement verticale D d'une forte cor- nière ou équerre E, fixée à son tour de toute façon appropriée sur le banc d'une perceuse verticale ou à colonne, de manière que la plaque avant B soit repérée autour d'un axe horizontal. L'opération de perçage à effectuer con- cerne une pièce F de forme généralement tubulaire, ayant-un alésage G et une extrémité épaulée H.
Le problème consiste à serrer la pièce F sur le pla- teau A afin que l'extrémité H effectue des déplacements angulaires contrôlés autour d'un axe horizontal et que l'on puisse percer plusieurs trous I radiaux, espacés angulairement entre eux à des intervalles égaux, en utilisant à cet effet un foret Je On prévoit un élément de montage K muni d'une embase L fi- xée contre la plaque avant B et dont unepartie E en òrme de douille reçoit à coulissement l'extrémité H de la pièce à percer et est pourvue d'une série de trous N formant autant de dégagements pour le foret.
Cependant, il est in- dispensable de prévoir un dispositif dont la manoeuvre soit commode et rapi- de pour serrer ou bloquer les pièces F dans l'élément de montage K; afin de permettre d'insérer les pièces puis de les enlever après que tous les trous N
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ont été percés, et attendu que tout l'ensemble doit pouvoir tourner pendant l'opération de division, il est évident que l'usage d'un mandrin fixe n'est guère pratique
Conformément à l'invention, on prévoit avant tout un goujon d'an- crage 10 dont le diamètre lui permet de coulisser aisément à travers l'alé- sage G de la pièce F, ce goujon étant solidement fixé à l'élément de monta- ge K afin de tourner solidairement avec celui-ci, par exemple en vissant ces pièces l'une dans l'autre comme indiqué en 11.
La longueur du goujon 10 est calculée de façon à dépasser dans une certaine mesure l'extrémité 12 de la pièce à percer F ; bien entendu, on peut éventuellement fileter cette extré- mité saillante du goujon pour y adapter un écrou à oreilles ou autre organe permettant de bloquer la pièce à percer, mais il est évident que cette dis- position serait non seulement trop lente à manipuler dans le cas d'une pro- duction en série, mais aussi d'un usage malaisé pour l'ouvrier.Par consé- quent, on prévoit ce que l'on peut appeler, dans le cas considéré, un man- drin pneumatique, désigné dans son ensemble par le chiffre de référence 13, ce mandrin comportant des moyens propres à produire un blocage de l'extré- mité saillante du goujon 10 puis à exercer une pression axiale sur l'extré- mité 12 de la pièce F,
afin de pousser énergiquement celle-ci dans la partie
Men forme de douille de l'élément de montage K, afin que tout l'ensemble puisse tourner solidairement avec cet élémenta
Le mandrin 13 comprend un cylindre 14 comportant une extrémité ouverte et taraudée 15 destinée à recevoir un disque d'extrémité 16 formant écrou de fermeture. Dans le cylindre 14 -peut coulisser un piston creux 17 ayant un prolongement tubulaire 18 qui fait saillie en direction de la piè- ce à percer F à travers une ouverture 19 prévue dans le disque d'extrémité
16 précité.
Le cylindre 14 présente, à son.extrémité opposée, un prolonge-- ment 20 percé d'un alésage axial 21 dans lequel est logé un manchon 22, blo- qué en position et maintenu contre tout déplacement vers l'avant par un écrou de verrouillage 23, vissé, en 24, sur ce manchon et portant contre la face adjacente du cylindre, L'alésage 26 du prolongement 18 du piston coulisse sur le prolongement avant du manchon 22, et des joints d'étanchéité tant extérieur qu'intérieur sont prévus sous forme de garnitures annulaires appro- priées 27 et 28. Le piston 17 est constamment sollicité vers l'extérieur, par rapport à la pièce F, grâce à un ressort de rappel 25, comme le montre clai- rement la figure 2.
L'alésage qui traverse le manchon 22 a un diamètre cal- culé pour recevoir aisément l'extrémité saillante de goujon d'ancrage 10, et l'ensemble du mandrin est bloqué ou ancré sélectivement sur ce goujon grâce à une série de billes de verrouillage 30 logées dans des ouvertures radiales
31 prévues dans le manchon, ces billes étant propres à s'engager dans une gorge périphérique 32 usinée dans le goujon. L'alésage26 du piston présente une artie antérieure élargie 26a et, lorsque le piston est renvoyé dans sa position normale par le ressort 29, cette partie élargie 26a permet aux billes de ver- rouillage de s'écarter radialement vers l'extérieur pour libérer la gorge 32, ce qui permet de retirer axialement le mandrin du goujon.
Cependant, une ram- pe annulaire 26best prévue dans l'alésage du piston et, au fur et à mesure que celui-ci est avancé vers la pièce F, cette rampe pousse les billes 30 dans la gorge 32 afin que le mandrin exerce une prise énergique sur le goujono
Attendu que dans tous les ateliers, en général, il existe une installation d'air comprimé, il est envisagé de faire fonctionner le mandrin suivant la présente invention à l'aide d'air comprimé, lequel, en pénétrant dans la chambre 33 derrière le piston 17, pousse ce dernier en avant, en lo- geant ainsi les billes 30 dans la gorge 32, pour ensuite exercer une pression axiale entre l'extrémité du prolongement 18 du piston 17 et l'extrémité ad- jacente 12 de la pièce à percer F.
Attendu que, dans cet exemple particulier, c'est tout l'ensemble du mandrin qui tourne avec la pièce F, l'air comprimé est fourni à travers un dispositif rotatif d'étanchéité comportant une tête
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34 et une ouverture latérale 35 dans laquelle débouche un tuyau flexible 36, par exemple à l'aide d'un raccord classique 37Ce dispositif comprend en outre un axe 38 qui peut tourner dans le manchon 22 et porte des bagues d'é- tanchéité 39, espacées entre elles et qui forment un joint rotatif à air Un alésage axial 40 traverse l'axe 38 et comporte, à l'autre extrémité, un bouchon 41, mais il sert cependant 'à transmettre l'air reçu du tuyau flexi- ble 36 à une série -de lumières radiales 42, percées dans une gorge 43 de l'axe et situées entre les bagues 39 précitées.
L'air comprimé parvenu dans cette gorge 43 s'écoule ensuite à travers des lumières 44, percées en regard dans le manchon 22, pour pénétrer dans une gorge annulaire 45, formée dans le prolongement 20 du cylindre. Enfin, l'air est dirigé de la gorge 45 dans la chambre 33 précitée à travers une série de lumières axiales 46, ainsi que le montre clairement la figure 2. Attendu que les pressions s'équilibrent entre les bagues 39, il n'y a aucun risque que ce joint rotatif soit chassé pneumatiquement du mandrin, mais néanmoins ce joint est maintenu en place grâce à une rondelle à encoche 47 qui s'ajuste sur une partie épaulée 48 de l'axe et est maintenue en place par des vis 49 (figure 1) vissées dans l'é- crou de blocage adjacent 23.
Il est donc évident que, si l'on a soin de bien calculer les di- mensions et proprotiôns des pièces, la gorge 32 du goujon d'ancrage 10 sera placée dans une position axiale telle que l'opérateur peut enfiler le man- drin 13 sur le goujon, puis ouvrir l'arrivée d'air comprimé, ce qui produit le verrouillage des billes de verrouillage 30 dans la gorge graoe à la par- tie initiale du mouvement du piston 17, si tien que le mandrin se trouve blo- qué dans le sens axial sur le goujon, tout en étant écarté de la pièce à usiner Le piston continuant son déplacement dans le cylindre, son extrémi- té qui traverse le disque d'extrémité 16 vient porter énergiquement contre l'extrémité 12 de la pièce F, ce qui bloque fortement celle-ci dans la douil- le intérieure H de l'élément de montage K,
après quoi l'on peut faire tourner l'ensemble du mandrin et de la pièce F, par exemple lorsqu'on procède au ré- glage de la position angulaire de la pièce F, avant de percer chaque trou I. Dès que l'opération de perçage est terminée, on détend la pression de l'air agissant sur le piston, ce qui permet au ressort de rappel 29 de libé- rer la pièce F de la sujétion du serrage axial tout en désolidarisant le man drin du goujon 10, si bien que l'on peut retirer le mandrin et remplacer la pièce usinée par une autre pièce à usinera L'action du mandrin, tant au ser- rage qu'au desserrage de la pièce, est presque instantanée et, du fait de sa construction légère et compacte, sa manipulation est aisée pour l'opérateur.,
Il a été constaté dans des applications pratiques que ce mandrin convient ad- mirablement pour résoudre ce genre de problème d'usinage, car non seulement il permet d'augmenter les cadences de production mais il facilite sensible- ment la tâche de l'ouvrière 11 y a lieu de noter, par ailleurs, que le man- drin conserve toute son efficacité même en cas de légères différences dans la longueur hors-tout des pièces à usiner.
Il est évident que les dimensions et proportions de ce mandrin peuvent différer, --selon la nature du travail à exécuter ; d'autre part, on peut aussi prévoir des moyens de serrage différents aui agissent sur le gou- jon axial 10, par exemple des clabots ou organes analogues, sans toutefois sortir du cadre de l'invention.
En outre, attendu que la compacité et la lé- gèreté, dans un mandrin portatif et de maniement aisé de ce genre, constitu- ent des propriétés caractéristiques et favorables, il s'ensuit que les pres- sionseffectives de serrage sont limitées, dans une certaine mesure par le fait que les pressions d'air comprimé dont on dispose ordinairement dans les ateliers sont généralement limitées à environ 7 kg/cm o Dans la plupart des cas, cette limitation n'a pas d'importance, mais si l'on considère le cas que représente la figure 4 où une grosse pièce de fondprie 0 doit être blo- quée sur le support ou la-table P d'une fraiseuse ou d'une raboteuse, il peut
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être avantageux d'augmenter la pression de serrage.
Bar conséquent, on a, sur cette figure, montré un dispositif à double cylindre, désigné dans son ensem- ble en 50, lequel comprend un cylindre pneumatique 51, de grand diamètre, dont émerge axialement un cylindre hydraulique 52 de plus petit diamètre, l'assemblage entre les deux cylindres, s'il y a lieu, s'effectuant à l'ai- de d'un taraudage et d'un filetage 53, ou par tout autre moyen équivalent.
L'air comprimé peut être fourni par l'installation de l'atelier et dirigé vers l'extrémité 54 du cylindre pneumatique 51 grâce à un raccord 53 prévu dans la plaque d'extrémité 56 pour propulser. un piston pneumatique 57 vers l'extrémité opposée, contre la résistance élastique d'un ressort de rappel 58. Le piston pneumatique 57 entraîne un plongeur 59 coulissant dans le cy- lindre hydraulique 52 qui peut être rempli d'un liquide, comme l'indique la figure, la pression résultante à la sortie de ce cylindre étant multipliée proportionnellement à la différence de diamètre qui existe entre les cylin- dres respectifs, ainsi qu'il est connu de tout technicien. Dans ce cas éga- lement, des bagues d'étanchéité 60 et 61 sont prévues pour empêcher les fui- tes entre les organes en contact coulissant.
Bien qu'un dispositif d'entraînement de ce type puisse être uti- lisé même avec un seul mandrin de serrage, par exemple et de préférence celui du type décrit ci-dessus et représenté sur les figures 1 à 3 des dessins, on peut également lui trouver une application idéale dans la commande de plu- sieurs mandrins ou dispositifs de serrage, par exemple du type désigné d'une façon générale par le chiffre de référence, 62.
C'est ainsi qu'une série de mandrins peut être utilisée pour serrer et maintenir une pièce à usiner de grandes dimensions, telle que celle indiquée en 0, le liquide de commande de ces mandrins étant distribué à l'aide d'un nombre équivalent de tuyaux' son- ples, désignés collectivement en 63 et alimentés à partir d'un raccord distri- buteur d'extrémité 64 en étoile, fixé en bout du cylindre qui débite dans ce raccord du liquide sous forte pression lorsqu on admet de l'air comprimé dans le cylindre pneumatique 51.Dans ce cas également, en calculant opportunément les différents organes, il est possible d'assurer la commande d'un nombre con- sidérable de mandrins à partir d'un dispositif unique, ainsi qu'il ressort aisément des figures.
De même, il est évident qu'aucun joint ou raccord ro- tatif ne sera nécessaire dans cette application particulière.
Dans le cas d'un montage du genre représenté figure 4, le gou- jon d'ancrage 10 peut être fileté à une extrémité 65, et celle-ci vissée dans le banc P ; suivant une variante chaque goujon peut comporter une extré- mité 66 en forme de T, laquelle s'engage dans une rainure de section corres- pondante Q, ce qui est courant dans la plupart des bancs ou tables de machi- nes-outils. Dans ce cas, c'est l'extrémité opposée, ou côté piston, du gou- jon qui est filetée en 67 pour se visser dans le manchon 68 du mandrin, ain- si que l'indique la partie gauche de la figure 4, l'extrémité en forme de T de ce goujon pouvant être dégagée de la rainure Q à section en T, lorsqu'il y a lieu d'enlever le mandrin.
Si la pièce de fonderie ou une autre pièce à usiner présente des ouvertures qui permettent convenablement le passage des goujons 10, les mandrins 62 peuvent porter directement sur la pièce, mais, lorsque cette solution n'est pas applicable, on peut utiliser des cales R en forme d'U, dont une extrémité porte sur la pièce à usiner et l'autre sur le bloc S habituellement prévu à cet effet, le mandrin 62 ayant pour rôle d'ap- puyer fortement cette cale sur la pièce à usinero
Il est bien entendu que des variantes appropriées peuvent être apportées aux réalisations décrites et représentées ici, à condition qu'elles restent dans le cadre de l'invention.