Tour automatique
La présente invention a pour objet un tour automatique. En
vue d'élever la cadence d'usinage sur les tours, on cherche à ré
duire autant que possible les temps d'usinage. Dans les tours automatiques, par exemple, on peut envisager de faire tourner la
broche à haute vitesse et de prévoir des vitesses de coupe très élevées. En particulier, dans le cas d'usinage de barres relativement minces, on doit, pour augmenter la vitesse de coupe d'usinage, augmenter la vitesse de rotation de la broche.
D'une manière générale, dans les tours automatiques, la rota
tion de la broche est limitée à 7000 à 8000 tours par minute. Si l'on augmente encore la vitesse de rotation au-delà de ces valeurs, les vibrations de la broche se trouvent accrues et la durée de vie des outils de coupe, la précision de travail de la machine et la durée de vie de la machine s'en trouvent amoindries.
Il existe deux types de dispositifs destinés à provoquer le serrage de la pince-mandrin dans un tour; ce sont, d'une part, un dispositif à chiens (articulés sur la broche et actionnés au moyen d'un manchon mobile dans le sens axial, de manière à déplacer les douilles de serrage de pince-mandrin avec une forte démultiplication du mouvement axial), et, d'autre part, un dispositif utilisant une pression d'air ou de fluide ou une pression d'huile.
Dans le dispositif à chiens, le fonctionnement est défavorablement influencé par la présence d'une force centrifuge s'exerçant sur les chiens, ce qui engendre des vibrations du fait de l'accroissement du déséquilibre (défaut de coïncidence entre le centre de gravité et le centre de rotation); et d'autre part, des à-coups de pression se trouvent appliqués aux paliers durant le fonctionnement du dispositif. De tout ceci résulte une réduction de la durée de vie. Avec le type de dispositif utilisant une pression de fluide, on a, par comparaison au type de dispositif à chiens, une construction mieux équilibrée, mais par contre, il est nécessaire d'avoir un élément d'étanchéité pour prévenir les fuites de fluide.
Il est donc nécessaire, pour ces éléments d'étanchéité, de pré
voir une lubrification pour rendre supportable le frottement entre
les parties fixes et les parties rotatives à l'endroit de l'élément
d'étanchéité. Pour une rotation à haute vitesse, la durée de vie de l'élément d'étanchéité est sujette à des restrictions.
Le but de la présente invention est de fournir un tour ne pré
sentant pas ces inconvénients.
Dans ce but, le tour automatique selon l'invention est caracté
risé en ce qu'il comprend une partie rotative comprenant une bro
che sur laquelle est fixé un rotor de moteur, et un bâti de poupée
dans lequel est fixé un stator de moteur, la broche étant entraînée
en rotation par le moteur constitué, à l'intérieur même de la pou
pée, par l'ensemble du rotor et du stator.
Cette construction permet de faire tourner la broche du tour à
vitesse très élevée sans que des vibrations gênantes ne se produi sent.
Dans une forme d'exécution avantageuse, ce tour automatique
comprend des moyens pour mouvoir axialement par rapport à la
broche, à l'aide d'une pression d'air ou de fluide ou d'une pres
sion d'huile, une douille de serrage à cône pour pince-mandrin, et
des moyens pour maintenir fermée la pince-mandrin, en l'absence
d'une telle pression, par action d'un élément élastique agissant
axialement pour repousser la douille relativement à la broche, les
moyens pour mouvoir la douille par rapport à la broche étant
aptes à déplacer cette douille à l'encontre de l'action de l'élément
élastique de manière à ouvrir la pince-mandrin.
Cette forme d'exécution avantageuse permet de plus d'avoir
un dispositif d'actionnement de la pince-mandrin qui ne nécessite
pas d'élément d'étanchéité à l'égard d'un fluide entre une partie
fixe et une partie rotative, et qui ne provoque pas de pressions
supplémentaires sur les paliers.
Pour cela, dans le tour automatique, les moyens pour mouvoir
la douille par rapport à la broche comprennent une pièce, fixée au
bâti de poupée et servant aussi de porte-palier pour un palier de la
broche, qui présente une partie en forme de manchon percée d'un
conduit radial pour une arrivée de fluide, un cylindre fixé sur la
broche à l'intérieur de la partie en forme de manchon de la pièce
fixée au bâti, mais sans contact avec cette dernière, le cylindre pré
sentant également une partie cylindrique de diamètre intérieur su
périeur au diamètre de la broche qu'elle entoure, de manière à
laisser subsister un espace annulaire, et un piston, solidaire de la
douille de serrage à cône, et qui forme, avec la partie cylindrique
du cylindre, un vérin dont le volume interne est constitué par l'es
pace annulaire vide, lequel est relié,
par un conduit passant à tra
vers le corps du cylindre, à un évidement annulaire de communi
cation dans lequel débouche le conduit radial d'arrivée de fluide
qui traverse la partie en forme de manchon de la pièce fixée au bâti.
Avantageusement, la partie en forme de manchon de la pièce fixée au bâti porte intérieurement une douille de connexion, percée d'une ouverture radiale prolongeant le conduit radial d'arrivée de fluide, et qui fait face à une surface du cylindre où arrive le conduit menant au volume interne du vérin, des joints à labyrinthe étant prévus entre la surface du cylindre et la douille de connexion.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention; dans ce dessin:
la fig. 1 est une vue en coupe partielle d'une poupée de tour automatique munie d'un moteur et
la fig. 2 est une vue de face de la poupée de tour.
Au dessin, est montée dans un bâti de poupée 8, une broche 6 munie d'une pince-mandrin 3 sur le côté de travail de la poupée.
Une douille 2 traverse le centre de la broche 6 avec laquelle elle tourne. Cette douille 6 se termine, du côté où se situe la pincemandrin 3, par une surface intérieure conique qui agit sur une surface extérieure conique correspondante de la pince-mandrin pour serrer cette dernière. La pince-mandrin est retenue vers l'avant par un capuchon 4 fixé sur la broche 6 et présentant une ouverture centrale à travers laquelle passe l'extrémité avant de la pince-mandrin. tandis qu'un épaulement radial de cette pincemandrin s'appuie contre la face radiale du capuchon 4, ce qui empêche la pince-mandrin de se déplacer vers l'avant.
La douille à cône de serrage 2 est pressée vers l'avant par un ressort de compression I qui s'appuie d'une part, vers l'avant, contre un épaulement de la surface extérieure de la douille, et d'autre part, vers l'arrière, contre un épaulement de la surface intérieure de la broche. Sous l'action du ressort 1, la douille est donc repoussée vers l'avant par rapport à la broche, ce qui assure, par l'intermédiaire des surfaces coniques, le serrage de la pince-mandrin qui ne peut, elle, se déplacer vers l'avant, retenue qu'elle est par le capuchon 4.
Il est bien clair que tout l'ensemble constitué par la broche 6, la douille 2, le capuchon 4, la pince-mandrin 3 et le ressort 1 se meut solidairement en rotation avec la broche.
La broche 6 est montée par l'intermédiaire de roulements à billes 9 et 13. Un rotor de moteur 12b, qui coopère avec un stator de moteur 12a fixé au bâti 8 de la poupée, est supporté par la broche avec laquelle il est solidarisé par une clavette 11. Le roulement avant 9 est fixé au bâti de la poupée, pour ce qui est de sa bague extérieure qui doit rester solidaire de ce bâti, par l'intermédiaire d'une plaque de fixation de roulement 7 tandis que la bague intérieure du roulement 9 qui doit être solidaire de la broche mobile en rotation est fixée sur la broche par une bague de fixation 10, intérieurement filetée et s'engageant sur un pas de vis extérieur de la broche. Le roulement arrière 13 est fixé au bâti de la poupée 8 par l'intermédiaire d'une pièce-support 23, elle-même fixée dans le bâti 8 de la poupée.
Le moteur, formé par le stator 12a solidaire du bâti de la poupée et le rotor 12b solidaire de la broche, se situe entre les roulements 9 et 13, et du fait que l'arbre de son rotor (constitué par la broche) est supporté des deux côtés par un palier, une rotation de la broche uniforme et exempte de sollicitation latérale, source de vibrations, peut être obtenue. La vitesse de rotation désirée est obtenue par la présence d'un convertisseur de fréquence (non représenté) qui assure l'alimentation électrique du rotor 12a à une fréquence correspondant à la vitesse de rotation désirée.
Un tuyau 15 qui aboutit à la pièce-support 23 est connecté, à son autre extrémité, à un dispositif qui lui fournit de l'air sous pression au moment voulu. L'air sous pression fourni par le tuyau 15 traverse radialement la pièce-support 23 par un conduit radial, percé dans une partie de cette pièce en forme de manchon dont les diamètres intérieur et extérieur sont plus grands que ceux de la partie de cette pièce qui supporte intérieurement le roulement 13 et qui est fixée extérieurement dans le bâti 8 de la poupée.
Montée sur la broche, et solidarisée en rotation avec celle-ci par l'intermédiaire d'une clavette 14, se trouve un cylindre 20 qui comporte une première partie cylindrique ayant le diamètre intérieur voulu pour être fixée sur la broche, et une seconde partie cy lindrique à diamètres intérieur et extérieur plus grands que ceux de la première partie du cylindre, de sorte qu'un espace vide annulaire 29 subsiste à l'intérieur de la seconde partie du cylindre 20, entre celui-ci et la broche 6.
La première partie du cylindre (à faible diamètre) sert, en même temps au maintien axial de la partie rotative du roulement 13 sur la broche, en ce sens que cette partie du cylindre 20 s'appuie vers l'avant contre le roulement 13, et est serrée à l'arrière par une bague 22 de maintien du cylindre comportant un filetage intérieur par lequel elle est vissée sur un pas de vis de la broche. Le cylindre 20, la partie rotative du roulement 13 et la bague 22, sont donc montées de manière fixe sur la broche.
Des conduits 25 pour l'air sous pression fourni par le tuyau 15 sont percés dans le corps du cylindre 20 et fournissent à l'air sous pression un passage jusque dans l'espace 29, situé à l'in térieur de la seconde partie du cylindre 20 à partir de la périphérie extérieure de la première partie du cylindre, située au droit du perçage radial qui traverse la partie en forme de manchon de la pièce-support 23 pour l'amenée de l'air sous pression fourni par le tuyau 15.
La douille de serrage 2 traverse toute la broche et dépasse de celle-ci vers l'arrière, endroit où un piston 19 lui est fixé par l'intermédiaire d'une clavette 17 et d'une bague de fixation 18 filetée intérieurement et vissée sur un pas de vis extérieur de la douille 2.
La surface périphérique du piston 19 s'engage à l'intérieur de la deuxième partie du cylindre 20, de sorte que le piston 19 et le cylindre 20 forment un vérin dont le volume interne, constitué par l'espace 29, est susceptible de s'accroître si le piston 19, solidaire de la douille 2, se déplace axialement vers la droite (selon la fig. 1) par rapport à la broche 6. Lorsque l'air sous pression entre dans l'espace 29 par l'intermédiaire des conduits 25, le piston 19 est pressé vers l'extérieur, entraînant la douille 2 à l'encontre de l'action du ressort 1.
Lorsque la douille 2 est ainsi déplacée axialement vers la gauche par rapport à la broche 6, la pince-mandrin 3 s'ouvre (ou se desserre) du fait qu'elle n'est plus serrée par l'extrémité conique de la surface intérieure de la douille 2. On notera que la pincemandrin 3 est poussée vers l'avant, pour vaincre un éventuel collage des surfaces coniques, par un élément ressort situé à l'arrière de cette pince-mandrin et s'appuyant contre un épaulement que présente le perçage central de la douille 2 (Åa travers lequel se fait l'alimentation en matériau à usiner).
D'autre part, pour assurer une étanchéité entre la surface périphérique du piston 19 et la surface intérieure de la seconde partie du cylindre 20, un joint annulaire 16 est disposé dans une rainure périphérique que présente le piston 19. Ce joint annulaire ne subit aucun mouvement de friction dans le sens d'une rotation et il permet un mouvement relatif aisé entre le cylindre 20 et le piston 19.
La surface cylindrique intérieure de la partie en forme de manchon de la pièce-support 23, surface qui est en regard de la surface extérieure de la première partie du cylindre, là où les conduits 25 débouchent vers l'extérieur de cette pièce, n'est pas immédiatement voisine de cette surface du cylindre 20, une bague de connexion 32 étant placée à l'intérieur de cette partie en forme de manchon de la pièce-support 23. Cette bague de connexion 32 comporte un perçage radial 31 qui fait suite à celui qui est pratiqué dans la partie en forme de manchon de la pièce 23, et la surface cylindrique intérieure de cette bague vient au voisinage immédiat de la surface extérieure de la première partie du cylindre, mais sans qu'il y ait de contact entre la bague de connexion 32 et la surface extérieure de la première partie du cylindre.
Cette dernière surface présente une gorge circulaire 30 au fond de laquelle aboutissent les conduits 25, et qui permet une communication permanente entre ces conduits 25 et le perçage radial de la bague 32 et de la pièce 23 par lequel parvient l'air sous pression fourni par le tuyau 15. De chaque côté de la gorge 30, des joints à labyrinthe 24 sont prévus entre l'intérieur de la bague 32 et l'extérieur de la première partie du cylindre 20, ces joints à labyrinthe n'établissant pas de contact (et donc pas de friction) entre les deux pièces 20 et 32 (mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre).
Le tuyau 15 reçoit l'air sous pression d'un tuyau A auquel il est connecté par l'intermédiaire d'une vanne 26, commandée électriquement. Selon qu'elle reçoit du courant électrique ou non, cette vanne 26 établit une connexion étanche entre le tuyau A et la partie de tuyau C conduisant au tuyau 15, ou au contraire elle ferme cette connexion entre les tuyaux A et C et elle ouvre une sortie d'air B par laquelle l'air peut s'échapper vers l'extérieur. La commande de la vanne 26 est faite par l'intermédiaire d'un micro-interrupteur 33 actionné à l'aide d'une came 27, disposée sur l'arbre à came du tour automatique.
Le bâti 8 de la poupée est monté sur un banc de tour 21, ce montage étant avantageusement un montage mobile, la poupée étant conduite par un levier de positionnement de broche.
En cours de fonctionnement, les opérations se présentent comme suit: la douille 2 solidaire de la broche 6 est mue en rotation, et une barre (non représentée sur le dessin) constituant le matériau destiné à être usiné traverse un perçage central 28 de cette douille 2, cette barre étant pincée à l'avant par la pince-mandrin 3, ce qui la solidarise avec la broche, tandis qu'une pression d'avance constante est appliquée à l'arrière de cette barre.
Après chaque cycle d'opération d'usinage, la pince-mandrin 3 est ouverte de sorte que la barre avance d'une certaine longueur à chaque cycle, c'est-à-dire à chaque rotation de l'arbre à came du tour. Pour cela, lorsque la fin d'un cycle est détectée sur l'arbre à came par la came 27 qui agit sur le micro-interrupteur 33 de commande de la vanne 26, cette dernière établit, pour l'air sous pression, une connexion qui amène cet air à passer dans le tuyau 15, puis dans la gorge 30, puis dans les conduits 25. L'espace interne 29 se remplit alors d'air sous pression et le piston 19 est pressé vers la droite (selon fig. 1). Ce mouvement est transmis à la douille 2, ce qui comprime le ressort (ou membre élastique) 1, et ouvre la pince-mandrin 3.
Du fait de la pression qui lui est appliquée à l'arrière, la barre traversant l'ouverture centrale 28 de la douille 2 avance d'une certaine longueur, puis la vanne 26, commandée par la came 27, laisse s'échapper l'air en direction de la sortie B, de sorte que la douille 2 se déplace vers la gauche (selon la fig. 1) sous l'action du ressort 1, ce qui ferme à nouveau la pince-mandrin 3. La barre se trouve ainsi à nouveau tenue solidement dans cette pince-mandrin.
Durant ce temps, la broche 2 est continuellement mue en rotation par le moteur 12a, 12b. Comme ce moteur est fixé à l'intérieur du bâti de la poupée, les charges mécaniques sur les roulements sont faibles, la rotation de la broche est régulière, la précision d'usinage se trouve augmentée, et la durée de vie de la machine est accrue du fait de la longue durée de vie des roulements.
De plus, du fait que la broche est entraînée directement par le moteur, le glissement des courroies d'entraînement classique, de même que le bruit de vibrations des courroies, se trouvent com plètement supprimés.
Dans le tour automatique décrit, à la différence de ce que l'on a dans le cas où la commande de la pince-mandrin est faite par un dispositif à chiens, la douille de serrage de la pince-mandrin n'est actionnée que lorsque cette pince-mandrin est ouverte, ceci étant obtenu par la présence du ressort 1 entre la broche et la douille de serrage de la pince-mandrin, de sorte que cette douille est normalement pressée dans la direction où elle ferme la pince-mandrin, l'actionnement de la douille (traction de celle-ci vers l'arrière) n'ayant lieu que lorsque la pince-mandrin doit être ouverte.
A la différence également des tours munis de dispositif à chiens pour la commande de la pince-mandrin, le tour automatique cidécrit est muni d'une poupée qui, même à des vitesses de rotation s'élevant à des dizaines de milliers de tours par minute, n'est pas affectée par la force centrifuge, chose qui évite que des vibrations soient engendrées, et il ne se produit pas d'erreurs lors de l'opération de serrage du matériau à usiner dans la pince-mandrin. On a ainsi une grande fiabilité, et d'autre part aucune force déraisonnable n'est appliquée au palier lors de l'opération de commande de la pince-mandrin, chose qui permet une longue durée de vie du tour.
La douille de commande de la pince-mandrin peut être commandée par pression d'air, par pression d'huile, ou par pression d'un fluide quelconque, en coopération avec la vanne 26 à commande électrique ou également d'une autre manière. Dans le dispositif décrit, il n'y a pas besoin d'une came et d'un ensemble de leviers pour la commande des chiens d'un dispositif de serrage de la pince-mandrin. Il est possible d'avoir pour le serrage de la pince-mandrin une commande à distance et le mécanisme se trouve simplifié.
D'autre part, dans la poupée de tour décrite, on n'utilise pas d'élément d'étanchéité comme cela est le cas avec les connecteurs de fluide classique. Un faible entrefer se trouve présent entre des parties fixes et des parties rotatives qui ne se touchent pas, ce qui supprime la nécessité d'avoir une lubrification à des vitesses de rotation pouvant aller jusqu'à des dizaines de milliers de tours par minute, et ce qui supprime également l'usure que l'on a lorsque des pièces en rotation l'une par rapport à l'autre sont en contact.
L'entretien du tour décrit est aisé et sa sécurité de fonctionnement est grande.
Il faut noter encore que la bague de connexion de fluide 32 peut être, soit une pièce séparée rapportée dans le manchon, soit aussi une pièce faisant directement corps avec cette partie en forme de manchon; dans un cas comme dans l'autre on obtient le même effet. Notons encore que la construction décrite ne s'applique pas seulement aux tours automatiques à haute vitesse, mais qu'elle peut s'appliquer également à des tours classiques à vitesse normale.