Mandrin de serrage commandé par fluide La présente invention a pour objet un mandrin de serrage commandé par fluide sous pression et destiné à serrer et à maintenir les pièces à usiner sur des machines-outils.
L'invention vise à réaliser un mandrin de serrage capable de remplir des con ditions qui ne sont pas satisfaites par l'outillage actuellement répandu et que l'on désigne par l'ex pression de mandrin à air comprimé, ou cylindre ou vérin pneumatique, et qui, bien que pouvant être actionné à partir de l'installation d'air com primé dont on dispose dans tout atelier ou usine, peut être également commandé hydrauiiquement lorsqu'il est nécessaire d'exercer des pressions de serrage et de maintien atteignant des valeurs consi dérables.
Dans la fabrication de certaines pièces, il est nécessaire de percer, à travers une partie ex trême d'un corps tubulaire, une série de trous radiaux répartis à 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 que la pièce repérée avec précision par rapport à un axe horizontal de manière à présenter successive ment 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 tour ner, l'usage d'un mandrin ou d'un cylindre pneu matique fixe est évidemment sans intérêt, et n'im porte quel type de mandrin actionné à la main et comportant un mécanisme à came ou une noix taraudée de serrage ne convient pas pour diverses raisons. Le mandrin de serrage objet de l'invention four nit une solution simple et pratique de ce problème. Il est caractérisé par un piston axialement mobile dans un cylindre sous l'influence d'un fluide sous pression, un goujon d'ancrage comportant des moyens permettant de le fixer au support, ainsi que des moyens pouvant être actionnés par le piston pour rendre d'abord le cylindre solidaire du goujon et exercer ensuite une pression de serrage sur la pièce.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du mandrin objet de l'in vention.
La fig. 1 montre en élévation latérale et coupe partielle l'application de ladite forme d'exécution du mandrin au perçage d'une pièce comportant un corps tubulaire, ainsi qu'il sera exposé plus loin.
La fig. 2 montre à plus grande échelle et en coupe axiale longitudinale le mandrin de la fig. 1, la coupe étant faite suivant la ligne 2-2, où l'on ne voit qu'une partie du goujon d'ancrage, tandis que la pièce F est représentée en pointillé.
La fig. 3 montre une vue en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 montre l'application d'une série ou rangée de mandrins pour effectuer le serrage d'une pièce lourde, par exemple une pièce de fonderie, en vue de procéder à des opérations de fraisage et de dressage ; cette figure montre en outre un sys tème à double cylindre où l'action conjuguée de pressions pneumatique et hydraulique est utilisée pour la commande des mandrins, et la fig. S montre en élévation le goujon d7an- crage vu séparément.
Si l'on se réfère au dessin et suivant les chiffres de référence de celui-ci, on voit en fig. 1 un plateau rotatif diviseur ou de repérage A qui sert de support à la pièce à usiner et peut être de tout type actuel lement connu dans le commerce, avec une plaque avant circulaire B tournant cran par cran sous l'im pulsion d'un cylindre pneumatique et du mécanisme y associé. Dans le cas considéré ici, ce plateau A comporte un socle C fixé sur l'aile sensiblement ver ticale D d'une forte cornière 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 tubulaire, ayant un alé sage G et une extrémité épaulée H.
Le problème consiste à serrer la pièce F sur le plateau A afin que l'extrémité H effectue des déplacements angu laires 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 J. On prévoit un élé ment de montage<I>K</I> muni d'une embase<I>L</I> fixée contre la plaque avant B et dont une partie M en forme 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 indispensable de prévoir un dispositif dont la manoeuvre soit commode et rapide 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 H ont été percés, et attendu que tout l'ensemble doit pou voir tourner pendant l'opération de division, il est évident que l'usage d'un mandrin fixe n'est guère pratique.
Ladite forme d'exécution du mandrin comprend un goujon d'ancrage 10 dont le diamètre lui per met de coulisser aisément à travers l'alésage G de la pièce F, ce goujon étant solidement fixé à l'élé ment de montage 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 extrémité saillante du goujon pour y adapter un écrou à oreilles ou autre organe per mettant de bloquer la pièce à percer, mais il est évident que cette disposition serait non seulement trop lente à manipuler dans le cas d'une production en série, mais aussi d'un usage malaisé pour l'ou vrier.
Par conséquent, on prévoit des moyens pro pres à produire un blocage de l'extrémité saillante du goujon 10 puis à exercer une pression axiale sur l'extrémité 12 de la pièce F, afin de pousser éner giquement celle-ci dans la partie M en forme de douille de l'élément de montage K, afin que tout l'ensemble puisse tourner solidairement avec cet élément.
La forme d'exécution du mandrin représentée en coupe en fig. 2 comprend un cylindre 14 com portant une extrémité ouverte et taraudée 15 des tinée à recevoir un disque d'extrémité 16 formant écrou de fermeture. Dans le cylindre 14 peut cou lisser un piston creux 17 ayant un prolongement tubulaire 18 qui fait saillie en direction de la pièce à percer F à travers une ouverture 19 ménagée dans le disque d'extrémité 16 précité. Le cylindre 14 présente à son extrémité opposée un prolongement 20 percé d'un alésage axial 21 dans lequel est logé un manchon 22 bloqué 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'alé sage 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 appropriées 27 et 28.
Le piston 17 est constamment sollicité vers d'extérieur, par rapport à la pièce F, grâce à un ressort de rappel 29, comme le montre clairement la fig. 2. L'alésage qui traverse le manchon 22 a un diamètre calculé pour recevoir aisément l'extré mité saillante du 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 accusées dans le manchon, ces billes étant propres à s'enga ger dans une gorge périphérique 32 usinée dans le goujon.
L'alésage 26 du piston présente une partie antérieure élargie<I>26a</I> et lorsque le piston est ren voyé 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 rampe annulaire 26b est 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 goujon.
De l'air comprimé, en pénétrant dans la cham bre 33 derrière le piston 17, pousse ce dernier en avant, en logeant 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 adjacente 12 de la pièce à percer F. Attendu que, dans cette forme d'exécution, 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 34 et une ouverture latérale 35 dans laquelle débouche un tuyau flexible 36, par exemple à l'aide d'un raccord classique 37. Ce dispositif comprend en outre un axe 38 qui peut tourner dans le manchon 22 et porte des bagues d'étanchéité 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 flexible 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 les lumières 44 percées en regard dans le manchon 22 pour pénétrer dans une gorge annulaire 45 formée dans le prolonge ment 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 fig. 2.
Attendu que les pressions s'équilibrent entre les bagues 39, il n'y a aucun ris que que ce joint rotatif soit chassé pneumatique- ment 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 (fig. 1) vis sées dans l'écrou de blocage adjacent 23.
Il est donc évident que, si l'on a soin de bien calculer les dimensions et proportions des pièces, la gorge 32 du goujon d'ancrage 10 sera placée dans une position axiale telle que l'opérateur peut enfiler le mandrin 13 sur le goujon, puis ouvrir l'arrivée d'air comprimé, ce qui produit le verrouil lage 30 dans la gorge grâce à la partie initiale du mouvement du piston 17, si bien que le mandrin se trouve bloqué dans le sens axial sur le goujon, tout en étant écarté de la pièce à usiner.
Le piston con tinuant son déplacement dans le cylindre, son ex trémité que 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 douille 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 réglage de la position angulaire de la pièce F, avant de percer chaque trou 1.
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 libérer la pièce F de la sujétion du serrage axial tout en dé solidarisant le mandrin du goujon 10, si bien que l'on peut retirer le mandrin et remplacer la pièce usinée par une autre pièce à usiner. L'action du mandrin décrit, tant au serrage qu'au desserrage de la pièce, est presque instantanée et, du fait de sa construction légère et compacte, sa manipula tion est aisée pour l'opérateur. Il a été constaté dans les applications pratiques que cette forme d'exécution du mandrin convient admirablement pour résoudre ce genre de problème d'usinage, car non seulement il permet d'augmenter les cadences de production, mais il facilite sensiblement la tâche de l'ouvrier.
Il y a lieu de noter, par ailleurs, que le mandrin 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 pré voir des moyens de serrage différents qui agissent sur le goujon axial 10, par exemple des clabots ou organes analogues.
En outre, attendu que la com pacité et la légèreté, dans un mandrin portatif et de maniement aisé de ce genre, constituent des propriétés caractéristiques et favorables, il s'ensuit que les pressions effectives de serrage sont limitées, dans une certaine mesure, par le fait que les pres sions d'air comprimé dont on dispose ordinairement dans les ateliers sont généralement limitées à envi ron 7 kg/cm-. Dans la plupart des cas, cette limi tation n'a pas d'importance, mais si l'on considère le cas que représente la fig. 4 où une grosse pièce de fonderie O doit être bloquée sur le support ou la table F d'une fraiseuse ou d'une raboteuse, il peut être avantageux d'augmenter la pression de serrage.
Par conséquent, on a, sur cette figure, montré un dispositif à double cylindre, désigné dans son ensemble en 50, lequel comprend un cy lindre pneumatique 51, de grand diamètre, dont émerge axialement un cylindre hydraulique 52 de plus petit diamètre, l'assemblage entre les deux cy lindres, s'il y a lieu, s'effectuant à l'aide d'un tarau dage 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 55 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 cylindre hydraulique 52 qui peut être rempli d'un liquide, comme l'indique la figure, la pression résultante à la sortie de ce cylin dre étant multipliée proportionnellement à la diffé rence de diamètre qui existe entre les cylindres respectifs. Dans ce cas également, des bagues d'étanchéité 60 et 61 sont prévues pour empêcher les fuites entre les organes en contact coulissant.
Bien qu'un dispositif d'entraînement de ce type puisse être utilisé même avec un seul mandrin de serrage, par exemple et de préférence celui du type décrit ci-dessus et représenté sur les fig. 1 à 3 du dessin, on peut également lui trouver une applica tion idéale dans la commande de plusieurs mandrins ou dispositifs de serrage, par exemple du type dé signé d'une façon générale par le chiffre de réfé rence 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 indi quée en O, le liquide de commande de ces man drins étant distribué à l'aide d'un nombre équiva lent de tuyaux souples, désignés collectivement en 63 et alimentés à partir d'un raccord distributeur d'extrémité 64 en étoile, fixé en bout du cylindre 52 qui débite dans ce raccord du liquide sous forte pression lorsque l'on admet de l'air comprimé dans le cylindre pneumatique 51. Dans ce cas également, en calculant opportunément les différents organes, ii est possible d'assurer la commande d'un nombre considérable 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 rota tif ne sera nécessaire dans cette application parti culière.
Dans le cas d'un montage du genre représenté fig. 4, le goujon d'ancrage 10 peut être fileté à une extrémité 65, et celle-ci vissée dans le banc P ; sui vant une variante, chaque goujon peut comporter une extrémité 66 en forme de T, laquelle s'engage dans une rainure de section correspondante Q, ce qui est courant dans la plupart des bancs ou tables de machines-outils. Dans ce cas, c'est l'extrémité opposée, ou côté piston, du goujon qui est filetée en 67 pour se visser dans le manchon 68 du man drin, ainsi que l'indique la partie gauche de la fig. 4, l'extrémité en forme de T de ce goujon pou vant 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 de U, dont une extrémité porte sur la pièce à usiner et l'autre sur le bloc S habi tuellement prévu à cet effet, le mandrin 62 ayant pour rôle d'appuyer fortement cette cale sur la pièce à usiner.