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" Perfectionnements aux têtes à broche de machines-outils".
L'invention a pour objet des perfectionnements aux machines- outils et se réfère particulièrement à Une tête à broche perfectionnée propre à être utilisée spécialement dans les machines-outils du type connu communément sous le nom de machines horizontales à aléser, percer et fraiser.
La présente invention vise : une tête à broche comprenant un carter, une broche montée dans ce carter de manière qu'elle puisse tour- ner et exécuter un mouvement de translation axiale de sortie, un support allongé glissant monté sur le carter de manière à exécuter une translation longitudinale parallèle à la broche, ce support ayant pour rôle de supporter un outil monté au voisinage de l'extrémité en saillie de la broche et entraîné par cette dernière, un arbre d'entraînement tournant dans le carter, et des organes de transmission séparés commandés par l'arbre d'entraînement pour opérer en synchronisme la trans- lation de l'arbre et du support;
une tête à broche perfectionnée présentant les caractères généraux ci-dessus mentionnés, dans laquelle divers outils, porte-outils ou accessoires d'outils, qui doivent...
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être entraînés par la broche et être animés en même temps que cette dernière d'une translation axiale, peuvent être suppor- tés indépendamment d'elle, et d'une manière réalisant un support plus rigide pour les outils et éliminant efficace- ment les flexions latérales de la broche quand cette dernière fonctionne en position éloignée ou de sortie par rapport à la tête, oe qui augmente par suite la précision des opérations d'usinage ;
une tête à broche dans laquelle les organes de support peuvent être raccordés sélectivement en vue d'une translation commune avec la broche, ou bien être désolidarisés et ramenés à une position hors service pour permettre le fonctionnement de la broche à la manière ordinaire; une tête à broche dans laquelle les organes de support peuvent recevoir un mouvement de translation,en même temps que la broche ou indépendamment de celle-ci, ce qui procure une plus grande souplesse de fonctionnement et permet d'adapter la tête à une plus grande variété d'opérations d'u- sinage;
des organes de support sous forme de support auxiliaire ou bras inférieur glissant et guidé dans un carter de tête en relation de parallélisme avec la broche, conour- remment avec des organes perfectionnés pour donner à la broche et au bras inférieur un mouvement de translation syn- chrone qui permet d'obturer efficacement le carter pour em- pêcher l'échappement de l'huile à l'extérieur ; une tête à broche groupant des dispositifs nou- veaux grâce auxquels la broche peut être sélectivement la en- cordée en vue de sa translation axiale par le coulisseau d'entraînement de la broche ou bloquée pour empêcher son dé- placement lorsque le coulisseau est utilisé pour entraîner en translation un élément associé monté sur la tête;
une tête à broche avec un bras inférieur.....
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glissant parallèlement à la broche et approprié pour sup- porter des porte-outils convenables pour les opérations de surfaçage ou de rabotage.
D'autres objets de détail consistent en des organes de guidage réglables pour le bras inférieur, des dispositifs perfectionnés pour bloquer le bras inférieur dans des positions choisies de réglage, et en des organes d'enclenchement nouveaux pour empêcher l'embrayage intem- pestif de la commande du bras inférieur quand les organes de blocage sont en prise.
D'autres objets et avantagesde l'invention ressortiront de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté sur le dessin annexé sur lequel : la fig.l est une vue partielle en élévation d'une machine horizontale à aléser , à percer et à fraiser du type décrit dans le brevet américain N 2.251.015 déposé le 29 juillet 1941 au nom de Keith F.Gallimore, et compor- tant une tête à broche conforme à l'invention ;
la fig.2 est une vue en bout et en élévation de la tête; la fig. 3 est une vue en coupe transversale de la tête suivant un plan vertical passant sensiblement par 3-3 de la fig.l; la fig. 4 est une vue partielle en coupe trans- versale de la tête suivant un plan vertical passant sensi- blement par 4-4 de la fi g.l ; la fig. 5 est une vue par en dessous de la glissière du bras inférieur et du mécanisme de blocage; la fig.6 est une vue en coupe partielle de la tête et du bras inférieur, coupe faite suivant un plan ver- tical passant sensiblement par 6-6 de la fig.3; la fig. 7 est une vue en coupe partielle faite
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suivant le même plan que la fig.6, mais montrant le bras inférieur dans une position de réglage différente;
la fig.8 est une vue en coupe transversale de la tête et du bras inférieur, faite suivant les plans ver- ticaux décalés passant sensiblement par 8-8 de la fig.6; la fig.9 est une vue en coupe partielle du bras inférieur faite suivant un plan horizontal passant sensiblement par 9-9 de la fig.8; la fig.
IO est une vue en coupe partielle de la tête suivant un plan vertical passant sensiblement par 10- 10 de la fig.8; la fig.ll est une vue en coupe partielle de la tête suivant un plan horizontal passant sensiblement par 11-11 de la fig.8; la fig.I2 est une vue latérale schématique de la tête, montrant le bras inférieur utilisé pour supporter un dispositif de fraisage orientable; la fig.I3 est une vue analogue à la fig.12, mais montrant le bras inférieur disposé pour supporter un dispositif de rabotage; la fig.I4 est une vue latérale partielle de la broche et du bras inférieur montrant ce dernier agencé pour supporter un dispositif destiné aux opérations de fraisage et de surfaçage à la fraise.
A titre d'illustration, on a représenté l'in- vention et on va la décrire dans le cas d'une tête à broche du type généralement utilisé dans les machines horizontales à aléser, à percer et à fraiser. On comprendra toutefois que cette réalisation est donnée à titre indicatif seulement et que les diverses caractéristiques de l'invention peuvent être utilisées avec des broches mobiles par translation dans d'autres types de têtes à broches, telles que celles utili- sées dans divers genres de machines-outils.
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La tête à broohe particulière illustrée com- porte un carter 20 (fig.I et 2) qui est monté de manière à permettre un réglage (ou une translation) vertical sur une colonne 2I, carter dans lequel peut tourner et exécuter une translation axiale de sortie une broche principale 22.
Pour supporter la broche 22 en vue de son entraînement de rotation et d'avance, son extrémité avant traverse un manchon rotatif 23 (fig.I4) dans lequel elle est montée à cannelures pour permettre son déplacement axial dans ce manchon, lequel tourne dans une position longitudi- nale fixe dans le carter 20. L'extrémité arrière de la bro- che 22 traverse un coulisseau tubulaire d'avance 24 (fig.3, 10 et 11) et est munie d'un nouveau dispositif d'accouple- ment 25 manoeuvrable sélectivement pour accoupler la broche acoulisseau en vue d'être mise en translation par ce der- nier, ou pour désolidariser la broche du coulisseau et la bloquer dans une position fixe lorsqu'on libère le coulis- seau ou pour le mettre en translation indépendamment de la broche.
Le coulisseau 24, comme cela est représenté, glisse dans un guide 26 faisant saillie à l'arrière ducarter 20.
On peut prévoir tout dispositif convenable pour entraîner le manchon 23 et, par suite, la broche 22, à n'importe quelle vitesse choisie dans une série de vitesses de rotation s'étendant sur une large gamme. On prévoit éga- lement un dispositif pour produire la translation axiale du coulisseau 24, soit mécaniquement, soit manuellement, ce dis- positif comprenant dans le cas présent un changement de vi- tesse à engrenages 27 (fig.l) qui peut être réglé pour faoi- liter la translation manuelle du coulisseau et de la broche ou de tout autre mécanisme qui lui est associé;
le disposi- tif particulier utilisé pour entratner la broche ne fait pas partie de la présente invention et, par suite, n'est pas déorit en détail, mais on peut se référer au brevet améri-
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cain N 2.251.015 de Gallimore pour ce qui est du mécanisme d'entraînement approprié. Dans ce système, L'énergie pour l'avance et la rotation est empruntée à un moteur électrique commun d'entraînement monté à l'extérieur du carter 20.
Dans la tête à broche particulière décrite ici, la broche 82 est placée dans une position sensiblement hori- zontale et l'extrémité avant est conformée pour permettre l'entraînement et la fixation d'un outil convenable, d'un porte-outils ou d'un accessoire. La broche est réalisée de façon à pouvoir être déplacée axialement hors du carter 20, soit dans toute position de sortie fixe et prédéterminée de réglage, soit en translation d 'avance dans l'intervalle admis pour son mouvement axial. Dans le présent exemple, l'extrémité avant ou nez de la broche forme une douille conique 30 (fig.14) prévue pour recevoir une queue conique 31 pour transmettre un mouvement rotatif à l'outil. Dans un mode de construction classique antérieur, la queue consti- tuait normalement le porte-outil.
Il était aussi de pratique courante de monter des porte-outils et des accessoires divers à l'extrémité extérieure du manchon 23 et d'utiliser la broche 22 comme organe de commande pour certains éléments du porte-outils ou de l'accessoire. Avec cette disposition, toutefois, la saillie de l'outil ou des outils dans un mouvement de trans- lation adapté à la coupe ou dans la position de sortie axiale de la broche était empêchée par le support fixe de l'acces- soire sur le manchon, Par suite, les têtes à broche du type ordinaire n'étaient pas appropriées à des opérations telles que le surfaçage et le rabotage par translation axiale de la broche.
De plus, l'utilité de telles têtes à broche pour de grosses opérations de fraisage était limitée par l'impos- sibilité de faire sortir la broche de façon à mettre l'outil en position pour travailler sur des ¯. surfaces situées dans
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des plans verticaux différents. En outre, les opérations de fraisage avec des fraises portées directement par la broche étaient limitées à l'utilisation d'outils relativement petits, en raison du manque de rigidité suffisante de la broche lors- que'celle-ci était sortie d'une distance notable de la tête.
Dans de telles conditions de travail, les contraintes élevées imposées à la broche y produisent des flexions latérales qui gênent sérieusement l'exécution de travaux d'usinage soi- gnés ou précis.
La présente invention élimine complètement les difficultés mentionnées ci-dessus en prévoyant un support extérieur pour les outils, les montages ou les accessoires, indépendamment de la broche tout en utilisant celle-ci pour entraîner l'outil dans des opérations d'usinage qui exigent un mouvement de rotation de cet outil. Le support indépendant ainsi prévu pour l'outil permet aussi d'utiliser la tête pour des opérations d'usinage telles que le surfaçage ou le rabotage, opérations dans lesquelles l'outil est entraîné transversalement suivant une trajectoire linéaire sans rota- tion. L'utilité de la tête est ainsi encore étendue, et le support plus rigide prévu pour les outils permet d'exécuter les opérations d'usinage avec un degré plus élevé de précis sion.
Conformément à la présente invention, le sup- port des outils, des dispositifs de fixation et/ ou des ac- cessoires est assuré par un organe de support auxiliaire ou extérieur susceptible de translation parallèle à la broche et en synchronisme avec celle-ci. Dans sa forme préférée, l'organe de support oomprend un bras allongé 35 disposé parallèlement à la broche et supporté de manière à pouvoir glisser sur le carter 20 , en vue de sa translation longitu- dinale ; le bras 35 peut être supporté en toute partie conve- nable du carter 20, mais est de préférence monté sur sa face
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inférieure de façon à constituer un bras inférieur pouvant sortir en même temps que la broche et s'étendre en position d'appui en-dessous de cette dernière.
Dans le mode de réali- sation préféré et représenté, le bras 35 est de section rec- tangulaire et comprend des parties latérales 36 (fig. 3),une partie inférieure 37 et une partie supérieure 38, convenable- ment reliées entre elles de façon à constituer une pièce en forme de boîte rigide. Des nervures transversales 39 dispo- sées entre les parties servent à accroître la rigidité de la pièce.
En vue de constituer un support pour le bras 35 sur le carter 20 ,la partie supérieure 38 du bras s'étend sur des côtés opposés de façon à former des glissières lon- gitudinales 40 (fig. 3,4 et 8) coopérant avec les organes de support et de guidage portés par la face inférieure du ca rter.
Dans l'exemple représenté, les glissières 40 sont supportées et guidées dans la majeure partie de leur longueur par des support à galets 41 et 42. Les supports 41 sont de construc- tion identique, chacun d'eux comprenant un tourillon 43 com- portant un galet 44 qui tourne dans des coussinets antifreo- tion à son extrémité extérieure. Un certain nombre de supports 41 sont fixés à la face inférieure du carter 20 sur les côtés opposés du bras 35 et sont répartis sur sa longueur, comme le montre la fig.l, avec les tourillons 43 disposés horizon- talement et avec les galets 44 placés en-dessous des surfa- ces inférieures 45 des glissières 40, pour former des guida- ges complémentaires antifricti on.
Les supports 42 comportent des galets 46 (fig.
8) qui tournent sur des axes 47 disposés verticalement. Plu- sieurs de ces supports sont aussi fixés à la face inférieure du carter 20 sur les faces opposées du bras 35 avec les galets 46 placés de manière à venir en contact avec les surfaces verticales de guidage 48 des glissières 40. Le bras inférieur
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est ainsi supporté et guidé pour lui permettre un mouvement longitudinal parallèle à l'axe de la broche 22.
En vue d'assurer le plus haut degré de préci- sion et de rattrapage d'usure, on complète l'action de sup- port et de guidage des galets 44 et 46 par une glissière disposée à l'extrémité avant de la tête. A cet effet, la tête porte des nervures 50 et 51 (fig. 4) situées sur les faces op- posées du bras 35, et s'étendait le long de celui-ci . Des pla- ques d'appui 52 et 53 en bronze ou autre matière convenable sont fixées aux nervures et s'étendent sous les glissières 40 pour venir en contact avec les surfaces de guidage 45. Dans le présent exemple, la nervure 50 est formée d'une surface verti- oale de guidage 54 disposée pour venir en prise par glissement avec la face verticale 48 de la glissière adjacente 40.
Pour permettre de rattraper l'usure dans les sur- faces d'appui, la nervure 51 est située à une distance notable de la face verticale de la glissière adjacente 40 comme le montre la fig.4. Dans cet espace est monté un organe de guidage allongé 55 en bronze ou matière analogue ayant sa face dispo- sée verticalement en contact de glissement avec la face cor- respondante de la glissière 40. La face opposée de l'organe 55 est inclinée longitudinalement pour coopérer avec une clavette 56 de conicité complémentaire coincée entre cet organe et la nervure 5. Par un réglage longitudinal approprié de la cla- vette et de l'organe 55 l'un par rapport à l'autre, on peut déplacer cet organe pour l'amener en contact avec la glissière
40 afin de rattraper l'usure des surfaces d'appui.
L'invention prévoit des moyens de caractère simple bien qu'efficace, pour le réglage relatif de l'organe de guidage 55 et de la clavette 56. A cet effet, cette der- nière comporte un prolongement latéral 57 (fig. 5) faisant saillie par-dessus l'extrémité interne de l'organe 55 mais écarté de ladite extrémité. Une vis de réglage 58 vissée...
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dans l'extrémité interne de l'organe fait saillie longitudi- nalement sur celui-ci à travers un trou de dégagement prévu dans le prolongement 57 et est protégée contre un mouvement longitudinal par rapport à celui-ci par des butées espacées 59 liées rigidement à la vis sur les faces opposées du pro- longement. Par rotation de la vis 58, la clavette 57 agit pour forcer la cale 55 contre la glissière 40.
Pour soulager les contraintes de la vis de ré- glage 58, il est prévu de bloquer l'organe de guidage 55 dans la position pour laquelle il a été réglé par l'action de la clavette 56. Le blocage est effectué dans le présent exemple par une série de boulons de blocage 60 passant par des ouver- tures convenables de la plaque de guidage 53 et de l'organe 55 et se vissant dans le carter 20.
En vue du blocage du bras 35 dans des positions fixes, le plateau-guide 53 porte des fentes transversales comme il est indiqué en 61 (fig. 5) pour définir une languette élas- tique 62 disposée pour être mise en prise de force pour le serrage avec la face inférieure de la glissière 40 par un axe de blocage 63. Cet axe passe par une ouverture de la languette 62 et son extrémité supérieure se visse dans un éorou 64 (fig.
4) monté sans rotation possible dans le carter 20. L'extré- mité inférieure de l'axe 63 est disposée pour passer sous la languette 62 et porte une tête élargie 65 formant un épaule- ment 66 opposé à la languette. Une rondelle 67 intercalée entre l'épaulement 66 et la languette 62 sert à transmettre la poussée de l'axe à cette languette quand on visse l'axe dans l'écrou 64.
Pour faciliter l'action de l'axe de blocage, une manette 68 est fixée sans possibilité de rotation sur son extrémité en saillie ou tête 65 . Lors de l'assemblage de la machine, on règle la distance/de l'écrou 64 à la tête 65 de l'axe de telle façon que l'on puisse exécuter le blocage et..
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la libération du bras en faisant décrire à la manette 68 un arc d'environ 90 . De préférence, les parties de la machine sont disposées de telle sorte que la manette s'é- carte latéralement de la tête lorsque le bras est bloqué, et qu'elle se trouve disposée parallèlement au bras et en, dessous de la tête, lorsque le bras est libre en vue de son déplacement transversal.
Une détente à ressort 69 montée sur la manette s'engage dans des encoches appropriées pra- tiquées dans le plateau 53 pour maintenir, avec possibilité de la libérer, la manette en toute position.
Des dispositions sont prises pour empêcher d'engager intempestivement le mécanisme d'avance du coulis- seau lorsque les organes de blocage sont en prise. A cet effet, l'axe de réglage 63 est pourvu d'un prolongement 70 (fig.2) muni d'une came 71 disposée pour mettre en action un dispositif de commande tel qu'un interrupteur 72 monté dans le carter 20. Cet interrupteur peut être intercalé dans le système de commande de la tête de façon connue pour empêcher de mettre en marche la commande du mouvement d'a- vance lorsque l'interrupteur est actionné.
Pour augmenter l'utilité de la tête, le bras inférieur 35 est disposé de façon à pouvoir être mis en translation en synchronisme avec la translation d'avance de la broche, c'est-à-dire mis en translation quand la broche reste immobile, ou verrouillé( en position de retrait quand la broche est mise en translation comme dans les tra- vaux d'usinage ordinaires.
Conformément à l'invention, la translation du bras inférieur s'effectue par l'intermédiaire d'un organe à déplacement linéaire, ayant une commande d'entraînement d'a- vance commune avec le coulisseau 24.
Dans la tête prise comme exemple, l'organe
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d'entraînement du bras a la forme d'une barre allongée 75 (fig.3,6 et 7) glissant et guidée dans une rainure longitu- dinale pratiquée dans la plaque supérieure 36 du bras in- férieur 35. La face supérieure de la barre 75 porte des dents de crémaillère 77 engrenant avec un pignon 78 porté par un arbre transversal 79 tournant dans le carter 20. De préférence, une dent de sûreté 80 (fig.6 et 7) du type représenté dans le brevet américain N 2.002.480, de Gallimore, du 21 mai 1935, est prévue à chaque extrémité de la crémaillière, afin de limiter la translation de cette dernière dans les deux sens, sans troubler la liaison d'en- traînement pour effectuer un mouvement de retour en sens inverse.
Somme dans les têtes du type décrit dans le brevet américain N 2.251.015 auquel on s'est référé anté- rieurement, le coulisseau 24 est entraîné par un arbre d'avancement 81 (fig.l et 3) par l'intermédiaire d'un arbre- pignon 82, disposé verticalement. Conformément à l'inven- tion, le changement de vitesse 27 est intercalé entre l'arbre 81 et le mécanisme usuel d'entraînement du coulis- seau de la tête comme le montre la fig.l. On peut utiliser un changement de vitesse de tout type que l'en préfère et, dans le présent exemple, ce changement de vitesse est réglable au moyen d'un levier à main 81' situé sur la face avant du carter 20 de la tête.
L'arbre vertical 82 porte un pignon 83 engré- nant avec une crémaillère 84 rigidement ancrée dans une rainure longitudinale sur un côté du coulisseau d'avance 24. Dans la machine prise comme exemple, l'arbre transver- sal 79 , qui constitue l'organe d'entraînement de la barre à crémaillère 75, est accouplé mécaniquement avec l'arbre d'entraînement 82 du coulisseau au moyen des engrenages d'angle 85. En conséquence, la crémaillère 75 se déplace
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longitudinalement en synchronisme avec le coulisseau 24 et avec la broche 22 quand cette dernière est accouplée au coulisseau. Bien que la disposition représentée prévoie un rapport de 1 :1 le coulisseau et la barre à crémaillère, on doit comprendre que d'autres rapports peuvent être uti- lisés si on le désire.
Comme la crémaillère 75 est montée à l'exté- rieur du carter 20 et que la liaison d'entraînement s'ef- fectue par l'intermédiaire de l'arbre 79, le carter peut être très facilement obturé pour empêcher les fuites de lubrifiant.
Cette obturation du carter peut être facilitée de plus en prévoyant des séparations convenables pour former une cham- bre 84' pour l'arbre 79 et les engrenages 85,complètement close par rapport aux parties principales du carter. Un cou- vercle 85' boulonné sur la face avant du carter permet d'ac- céder à la chambre 84'.
Il est prévu de pouvoir verrouiller le bras inférieur 35 avec la barre à crémaillère 75 pour permettre leur translation commune, ou bien de dégager le bras infé- rieur de la crémaillère et de le verrouiller sur le carter 20 , de façon à pouvoir mettre en translation le coulisseau et la broche pour les travaux d'usinage usuels. Le mécanisme de verrouillage peut être de tout genre que l'on préfère, et, comme le montrent les figs.3,6,7 et 9, il comprend une paire de plongeurs 86 etl87 disposés à un certain intervalle l'un de l'autre le long du bras inférieur et glissant verticalement sur des supports de guidage 88 et 69 supérieur et inférieur, portés par le bras inférieur.
L'extrémité supérieure du plon- geur antérieur 86 est disposée de manière à pouvoir avancer dans l'une ou l'autre des deux douilles baguées 90 (fig.3) et 91 (fig. 6 et 7), s'ouvrant dans la face inférieure de la barre à crémaillère 75 et disposées à distance l'une de l'autre le long de cette barre. Le plongeur arrière 87 est
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disposé pour être avancé d'une manière analogue pour engager son extrémité supérieure sélectivement dans la douille ar- rière 91 de la barre à crémaillère, ou dans une douille 92 pratiquée dans un bloc 93 fixé rigidement à la face infé- rieure du carter 20 , comme le montrent les fig. 4 et 5.
Des moyens sont prévus pour faire avancer alternativement l'un des plongeurs 86 et 87 et retirer 1' autre. A cet effet, le plongeur 86 a une face latérale formant une crémaillère engrenant avec un pignon 95 lié à l'arbre 96 tournant lui-même dans le bras inférieur 35 et s'étendant jusqu'à son extrémité arrière. Le plongeur 87 est retrait:en 97 pour livrer passage à l'axe 96, et le côté opposé forme une crémaillère 98 engrenant avec un pi- gnon 99 calé sur un axe 100 tournant aussi sur le bras in- férieur 35 et s'étendant jusqu'à son extrémité arrière.
Les axes 96 et 100 actionnant les plongeurs sont ainsi disposés parallèlement et à une certaine distance l'un de l'autre latéralement par rapport au bras inférieur.
Chaque axe est muni d'une roue dentée 101 engrenant avec un pignon 102 calé sur un axe 103 disposé entre les axes qui actionnent les plongeurs et tournent dans le bras inférieur ainsi que dans un plateau-couvercle 104 monté à son extré- mité. On voit que le mécanisme décrit agit pour déplacer les axes 96 et 100 qui actionnent les plongeurs, simultanément mais en sens inverse, pour avancer ou pour retirer les plon- geurs qui leur sont associés, en réponse à la rotation de l'axe 103.
L'axe 103 est disposé pour passer à travers le couvercle 104, et son extrémité saillante est munie d'un. levier de manoeuvre 105 organisé pour basculer sur un sec- teur de guidage 104' formé sur la face extérieure du cou- vercle. La disposition est telle que, lorsque le levier 105 occupe la position centrale ou neutre dans laquelle il
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est montré sur la fig.6, les deux plongeurs soient situés dans une position intermédiaire avec leurs extrémités su- périeures retirées des douilles avec lesquelles ils coo- pèrent. Le bras inférieur est alors dégagé de la barre à crémaillère 75 et du carter 20, de sorte qu'il peut être réglé par rapport au carter 20.
Lorsqu'on fait basculer le levier 105 en sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport au dessin, le plongeur 67 avance en position de verrouillage et le plongeur 86 revient plus loin en arrière.
Le basculement du levier 105 dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de la position neutre fait avancer le plongeur 86 et retire le plongeur 87. Une détente du type connu 105', portée par le bras 105 et coopérant avec des en- coches d'arrêt 105" du secteur de guidage sert à maintenir le levier dans l'une quelconque des trois positions de réglage.
La présence des deux douilles écartées dans la barre à crémaillère 75 permet d'accoupler le bras infé- rieur 35 en position d'entraînement au ooulisseau soit aveo sa partie terminale avant passant au delà du nez de la bro- ohe, soit sensiblement au niveau de celle-ci. Dans la pre- mière position mentionnée, le bras inférieur est en état de supporter des types variés de porte-outils ou d'accessoires possédant des organes susceptibles d'être mis en rotation par la broche. Dans la dernière position,le bras inférieur peut être utilisé pour supporter des porte-outils de dres- sage ou de rabotage. Dans chaque exemple, le parcours total de déplacement du coulisseau 24 peut être utilisé pour favo- riser la translation du bras inférieur.
Lorsqu'on utilise la tête pour des travaux de dressage ou de rabotage, l'eflet d'entraînement rotatif de la broche n'est pas nécessaire et, par suite, la translation de la broche avec le bras inférieur ne sert à rien. Afin
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d'éviter le travail inutile de translation de la broche dans de telles conditions, et pour réduire l'usure de celle-ci, l'in- vention prévoit le nouvel organe d'accouplement 25 auquel on se réfère ci-dessus, par lequel la broche 22 peut être accou- plée au coulisseau d'avance ou dégagée de celui-ci et bloquée dans une position fixe tandis que le coulisseau est libéré en vue d'une translation indépendante.
Bien que, dans le présent exemple, cette translation indépendante du coulisseau est uti- lisée pour la translation du bras inférieur, on appréciera le fait qu'elle n'est pas limitée à cette utilisation particulière, mais peut être utilisée pour l'entraînement de tout type d'élé- ment susceptible de translation linéaire avec lequel la tête peut être équipée.
Si l'on se réfère maintenant aux fig. 10 et 11 du dessin, le dispositif d'accouplement 25 qui y est représenté comporte un organe d'accouplement 106 de forme généralement cylindrique coulissant dans l'extrémité arrière du bras 24, et qui peut être de forma tubulaire, ou présenter un perçage con- venable pour le logement dudit organe. A son extrémité anté- rieure, l'organe 106 comporte un perçage 107 pour recevoir l'ex= trémité antérieure de la broche 22, et cette dernière est ar- rêtée par rapport à cet organe par des coussinets anti-friction 108, logés entre un épaulement intérieur de l'organe et un écrou 109. La broche 22 peut alors tourner par rapport à l'or- gane 106, mais ne peut se déplacer axialement que solidairement avec lui.
Sur le carter 20, à l'arrière et suivant l'axe du coulisseau 24, est monté un support tubulaire 110 ayant un diamètre intérieur tel que l'organe d'accouplement 106 puisse s'y engager à glissement. Comme on le verra en se référant au dessin, l'organe 106 est disposé de façon à dépasser sensi- blement l'extrémité du coulisseau 24 et pour avancer dans le support 110 quand le manchon est retiré.
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Dans une rainure diamétrale 111de l'organe d'ac- couplement 106 peut glisser un élément de clavetage 112 de sec- tion généralement rectangulaire et de longueur un peu inférieu- re au diamètre de l'organe d'accouplement. Chaque extrémité de l'élément de clavetage forme une surface courbe de même rayon que la surface intérieure du coulisseau et que le support 110, et les surfaces'terminales sont rainurées pour former une série de dents 113 uniformément réparties le long de l'organe d'ac- couplement.
En vue de leur coopération avec 1 élément de clavetage 112, le coulisseau 24 et le support 110 sont munis respectivement d'une série de nervures annulaires internes ou dents 114 et 115, formées, dans l'exemple décrit, par des rainures circonférentielles. Ces dents sont réparties suivant l'axe du coulisseau et du support pour permettre le verrouil- lage des dents 115 avec l'élément de clavetage.
Dans la tête prise comme exemple, les dents 114 sont interrompues sur un côté du coulisseau, de préférence le côté inférieur, par une rainure axiale 116 (fig. 8 et 10) de largeur adaptée à la clavette 112. Par suite, quand l'élément de clavetage est ramené vers le bas depuis la position repré- sentée sur la fig. 10, les dents 113 de la clavette viennent en prise avec les dents 115 du support 110 et bloquent effica- cement sur celle-ci la broche 22. Le coulisseau 24 est toute- fois libre de se mouvoir axialement, puisque la rainure 116 ménage un jeu pour la clavette.
Une rainure longitudinale 117 diamétralement op- posée à la rainure 116 et à l'alignement de l'extrémité oppo- sée de la clavette coupe les dents 115 du support 110 pour mé- nager un jeu pour la clavette quand on la déplace de façon à mettre en prise ses dents 113 avec les dents 114 de l'organe d'accouplement. Par suite, ce dernier et la broche sont ver- rouillés et astreints à se déplacer axialement avec le coulis-
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seau tandis que la clavette coulisse dans la rainure 117.
Afin d'assurer à tout moment un alignement précis de la clavette 112 avec les rainures 116 et 117, on a prévu des moyens pour empêcher l'organe d'accouplement 106 de tourner, qu'il soit en prise avec le coulisseau 24 ou avec le support 110. Dans le présent exemple ce résultat est obtenu au moyen de deux clavettes 120 et 121 (fig. 11). La clavette 120, comme le montre le dessin, est fixée à l'organe d'accouplement et amenée à s'engager dans la rainure 122 pratiquée dans le coulis- seau 24. La clavette 121, d'autre part, est fixée sur le support 110 de façon à s'engager dans une rainure 124 de l'organe d'ac- couplement. On comprendra naturellement que le coulisseau 24 est empêcher de tourner par des moyens connus, par exemple par une clavette 125 (fig. 3).
Tout moyen convenable peut être utilisé pour met- tre en action ou pour déplacer la clavette 112 pour verrouil- ler l'organe d'acccouplement au choix avec le coultsseau 24 ou avec le support 110. Dans la réalisation prise comme exemple, la clavette 112 porte sur une face des dents de crémaillère 126 (fig. 8 et 11) engrenant avec un pignon 127 porté par un axe 128. Cet axe tourne par ses extrémités opposées dans l'organe d'accouplement 106 et dans un plateau 129 rigidement relié à ce dernier. Un levier 130 fixé sur l'extrémité avancée de l'axe et muni d'une poignée 121 à son extrémité libre permet de faire tourner l'axe à la main.
La poignée 131 est disposée de façon à s'engager dans une rainure courbe 130' d'un plateau de garde 131' fixé sur l'extrémité arrière du support 110 et l'obturant. Quand la broche et l'organe d'accouplement sont avancés à partir de leur position de retrait, la poignée 131 est tirée dans la rainure 130' et rendue inaccessible, ce qui empêche la sortie intempes- tive de l'organe d'accouplement hors du coulisseau.
Le retrait de la clavette 112 de sa position de
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verrouillage avec le support 110 lorsque le coulisseau est en position devance est empêche par un mécanisme de blocage com- prenant, dans l'exemple décrit, un plongeur 135 (fig. 10) cou- lissant sur le carter 20 et faisant saillie à l'arrière de ce- lui-ci. Le plongeur est muni à son extrémité saillante d'un bras latéral 136 portant une goupille de verrouillage 137 péné- trant dans un trou 138 du levier de manoeuvre 130 quand celui- ci est amené à la position de verrouillage de l'organe d'accou- plement sur le support. Un ressort 139 sollicite élastiquement le plongeur 135 vers l'avant, c'est-à-dire dans une direction telle que la goupille de verrouillage s'engage.
Toutefois, l'extrémité intérieure du plongeur 135 se trouve sr le trajet du coulisseau 24 qui poussait le plongeur vers l'arrière et rend inefficace l'action de la goupille de déverrouillage quand le coulisseau est ramené en position de retrait. Lors de l'a- vande du coulisseau le plongeur et les éléments associés du mé- canisme de verrouillage sont avancés par le ressort 139 jusqu'à la position de verrouillage.
Dans la tête décrite comme exemple, le mécanisme de verrouillage de la broche est logé dans un couvercle protec- teur 140. Ce couvercle est monté sur le carter 20 au moyen d'une charnière 141, et un organe de verrouillage convenable 142 est prévu pour le maintenir en position fermée.
L'extrémité avant du bfas inférieur 35 est réali- sée pour permettre son association avec l'un quelconque des différents types d'outils, porte-outils ou accessoires de coupe.
La fig. 12 représente une forme de porte-fraises 145 supporté par le bras inférieur pour permettre sa commande en rotation par la broche 22. Dans cet exemple, le bras inférieur sort sen- siblement au-delà du nez de la broche et est lié, en vue de son entraînement à la barre à crémaillère 75 au moyen du plongeur de verrouillage 86. Pour faciliter la mise en place du bras inférieur, une barre graduée 145' est prévue dans le carter 20
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pour coopérer avec des index judicieusement disposés sur le bras inférieur. La barre est de préférence graduée avec deux échelles distinctes ayant leurs index respectifs coordonnés avec les deux douilles de liaison de la barre à crémaillère.
Le système de liaison représenté possède un car- ter 146 propre à être boulonné ou fixé rigidement de toute autre manière sur la face supérieure du bras inférieur. Une tête à pivot 147 montée sur le carter 146 en vue de son réglage angulaire autour d'un axe parallèle à l'axe de la broche suppor- te.., en permettant sa rotation, une broche d'outil auxiliaire transversale, 14-8. Cette broche auxiliaire est reliée pour sa mise en rotation par les engrenages d'angle 149 à un arbre in- termédaire 150 qui, à son tour, est relié par un train d'engre- nages convenable 151 à un-,arbre 152 en alignement axial avec la broche 22. L'arbre 152 fait saillie à l'arrière du carter et, dans cet exemple, est en relation de butée avec le nez de la broche 22.
Une denture d'embrayage coopérante 153 prévue sur l'arbre et la broche permet une liaison entre ces deux piè- ces en vue de leur rotation commune.
Il est évident que dans la réalisation ci-dessus, le bras inférieur 35 forme un support.rigide pour le porter outil 145, mis en mouvement avec la broche 22 de sorte que le porte-outil peut être placé pour le travail en toute position éloignée du carter 20 de la tête dans toute l'étendue du dépla cement de la broche. Le support rigide ainsi réalisé permet l'emploi d'outils de coupe plus grande avec le porte-outil- décrit , et permet de réaliser des passes plus fortes sans que la précision de l'usinage réalisé en soit affectée.
La fig. 13 représente un montage de rabotage 155 monté sur le bras inférieur 35. Dans cet exemple, le porte-ou- til; est fixé sur la face terminale du bras inférieur, rédui- sant ainsi les dégagements nécessaires, de sorte que le montage peut être mis en oeuvre dans des ouvertures de dimensions re-
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lativement faibles. Le montage 155 représenté possède un corps 156 avec sur sa face terminale extérieure un guidnattransversal pour un outil glissant réglable 157.
Quand on opère avec un porte-outil de rabotage 155 ou tout autre porte-outil ou dispositif ne demandant qu'u- ne translation linéaire et une avance transversale intermitten- te, le bras inférieur est relié à la barre à crémaillère par l'un ou l'autre des plongeurs 86 ou 87, selon l'amplitude par- ticulière du déplacement du coulisseau à utiliser. La broche 22 est débrayée d'avec le coulisseau 24, et verrouillée sur le carter 20 au moyen du mécanisme de verrouillage 25. Le bras inférieur et le porte-outil sont ainsi disposés pour recevoir un mouvement de va-et-vient du coulisseau 24 tandis que la bro- che 22 reste immobile.
Pour faciliter l'exécution du rabotage et autres opérations d'usinage analogues, on peut munir la tête de dis- positifs de commande appropriés pour commander le sens et l'amplitude du mouvement du coulisseau 24. Ainsi, comme le mon- tre la fig. 1, des interrupteurs de limitation convenables 160 et 161 peuvent être montés sur le carter 20 pour être action- nés alternativement par des taquets 162 et 163 mobiles avec le bras inférieur. Dans la réalisation particulière représentée, les taquets sont montés de manière réglable dans une rainure de guidage 164 s'étendant le long du bras inférieur et on peut les régler indépendamment l'un de l'autre pour déterminer la longueur et les limites de la course alternative du coulisseau et du bras inférieur.
La fig. 14 représente l'utilisation du bras in- férieur 35 pour supporter un carter 165 de guidage et de sup- port pour une broche auxiliaire ou de prolongement 166. Dans cet exemple, une grande fraise 167 est montée sur l'extrémité avant de la broche auxiliaire et cette dernière est fixée de manière à être commandée par elle sur la broche 22 par la queue
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conique 31 qui s'engage dans la douille 30, comme cela a été décrit précédemment. Le carter de guidage et de support 165 comporte un support de montage 168 adapté pour être boulon- né sur la face supérieure du bras inférieur.
Dans cette dis- position, la broche 22 peut être avancée pour amener la bro- che auxiliaire et la fraise 167 à une distance importante du carter de la tête, et le bras 35 offre un support convenable dans toutes les positions de réglage ou de translation pour assurer la rigidité nécessaire por des opérations d'usinage particulièrement dures.
Il résulte de ce qui précède que l'invention permet de réaliser une tête à broche d'une construction nou- velle,et avantageuse dans laquelle divers outils, porte- outil et accessoires peuvent être supportés indépendamment de la broche, pour exécuter des translations en synchronisme avec la broche, et être mis par elle en rotation, ou pour réaliser des translations indépendamment de ladite broche.
Des contraintes excessives de la broche sont ainsi évitées, et sa flexion latérale est supprimée, ce qui assure un sup- port convenable pour les outils, porte-outil et accessoires pour des opérations d'usinage dures dans toute position comprise dans les limites du déplacement de la broche.
L'invention fournit ainsi de nouveaux moyens par lesquels la broche peut réaliser un accouplement dé- brayable avec le eoulisseau d'entraînement, pour être entraî- née par celui-ci, en translation ou pour être verrouillée au carter de la tête alors que le coulisseau est libéré et peut exécuter une translation indépendante. L'utilité de la tête est par là notablement accrue, étant donné que le coulisseau peut être utilisé pour réaliser la commende linéaire exigée pour les porte-outil de rabotage ou de dressage supportés par le dispositif de support auxiliaire tel qu'un bras infé- rieur.
Ceci supprime le travail de translation de la broche
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réduit son usure, et, de plus, réduit le dégagement néces- saire pour le porte-outil de rabotage de sorte qu'il peut être utilisé dans des ouvertures relativement petites.C'est pourquoi, d'une façon générale, il est évident que la nou- velle construction objet de l'invention augmente notable- ment l'utilité de la tête tant en ce qui concerne les types de travaux d'usinage pour lesquels elle peut être utilisée que la précision avec laquelle ces opérations peuvent être effectuées.
REVENDICATIONS.
I.- Une tête à broche comprenant un carter, une broche montée dans ledit carter de manière qu'elle puisse tourner et exécuter un mouvement de translation axiale de sortie, un organe de. support allongé monté à glissement sur ledit carter de manière à exécuter une translation longitu- dinale parallèle à celle de ladite broche, ledit- organe ayant pour rôle de supporter un outil adjacent à l'extrémité sail- lante de la broche et en relation d'entraînement avec cel le- ci, un arbre d'avance tournant dans ledit carter, et des liaisons d'entraînement séparées dudit arbre pour opérer, en synchronisme, la translation de ladite broche et dudit organe de support.
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"Improvements to machine tool spindle heads".
The invention relates to improvements to machine tools and relates particularly to an improved spindle head suitable for use especially in machine tools of the type commonly known under the name of horizontal boring, drilling and milling machines.
The present invention relates to: a spindle head comprising a housing, a spindle mounted in this housing so that it can rotate and execute an axial translational movement of the output, an elongate sliding support mounted on the housing so as to perform a longitudinal translation parallel to the spindle, this support having the role of supporting a tool mounted in the vicinity of the projecting end of the spindle and driven by the latter, a drive shaft rotating in the housing, and transmission members separated controlled by the drive shaft to operate in synchronism the movement of the shaft and the support;
an improved spindle head having the general characteristics mentioned above, in which various tools, tool holders or tool accessories, which must ...
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being driven by the spindle and being driven at the same time as the latter by an axial translation, can be supported independently of it, and in a manner providing a more rigid support for the tools and effectively eliminating bending sideways of the spindle when the latter operates in a remote or exit position with respect to the head, which consequently increases the precision of the machining operations;
a spindle head in which the support members can be selectively connected for common translation with the spindle, or be disconnected and returned to an out of service position to allow operation of the spindle in the ordinary manner; a spindle head in which the support members can receive a translational movement, at the same time as the spindle or independently thereof, which provides greater operating flexibility and allows the head to be adapted to a greater variety of machining operations;
support members in the form of auxiliary support or lower arm sliding and guided in a head casing in parallel relation to the spindle, at the same time with improved members to give the spindle and the lower arm a translational movement syn- chrone which effectively closes the crankcase to prevent the oil from escaping to the outside; a spindle head grouping together new devices whereby the spindle can be selectively strung for its axial translation by the spindle drive slide or locked to prevent its movement when the slide is used for drive in translation an associated element mounted on the head;
a spindle head with a lower arm .....
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sliding parallel to the spindle and suitable for supporting tool holders suitable for face milling or planing operations.
Other objects of detail consist of adjustable guide members for the lower arm, improved devices for locking the lower arm in selected adjustment positions, and novel interlocking members to prevent untimely engagement from slipping. control of the lower arm when the locking members are engaged.
Other objects and advantages of the invention will emerge from the following detailed description of a preferred embodiment of the invention, shown in the appended drawing in which: FIG. 1 is a partial elevational view of a horizontal machine boring, drilling and milling of the type described in US Pat. No. 2,251,015 filed July 29, 1941 in the name of Keith F. Gallimore, and comprising a spindle head according to the invention;
FIG. 2 is an end view and in elevation of the head; fig. 3 is a cross-sectional view of the head along a vertical plane passing substantially through 3-3 of fig.l; fig. 4 is a partial cross-sectional view of the head along a vertical plane passing substantially through 4-4 of the fi g.l; fig. 5 is a view from below of the slide of the lower arm and of the locking mechanism; FIG. 6 is a view in partial section of the head and of the lower arm, section taken along a vertical plane passing substantially through 6-6 of FIG. 3; fig. 7 is a partial sectional view taken
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following the same plan as in fig.6, but showing the lower arm in a different adjustment position;
FIG. 8 is a cross-sectional view of the head and of the lower arm, taken along the offset vertical planes passing substantially through 8-8 of FIG. 6; Fig.9 is a partial sectional view of the lower arm taken along a horizontal plane passing substantially through 9-9 of Fig.8; fig.
IO is a partial sectional view of the head along a vertical plane passing substantially through 10-10 of Fig.8; Fig.ll is a partial sectional view of the head along a horizontal plane passing substantially through 11-11 of Fig.8; Fig.I2 is a schematic side view of the head, showing the lower arm used to support an orientable milling device; Fig.I3 is a view similar to Fig.12, but showing the lower arm arranged to support a planing device; fig.I4 is a partial side view of the spindle and the lower arm showing the latter arranged to support a device intended for milling and face milling operations.
By way of illustration, the invention has been represented and will be described in the case of a spindle head of the type generally used in horizontal boring, drilling and milling machines. It will be understood, however, that this embodiment is given as a guide only and that the various features of the invention may be used with translational movable spindles in other types of spindle heads, such as those used in various kinds of spindles. machine tools.
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The particular broohe head illustrated comprises a casing 20 (fig. I and 2) which is mounted so as to allow vertical adjustment (or translation) on a column 2I, in which casing can rotate and execute an axial translation of output a main spindle 22.
To support the spindle 22 with a view to its rotation and advance drive, its front end passes through a rotary sleeve 23 (fig.I4) in which it is mounted with splines to allow its axial displacement in this sleeve, which rotates in a fixed longitudinal position in the housing 20. The rear end of the spindle 22 passes through a tubular feed slide 24 (fig. 3, 10 and 11) and is fitted with a new coupling device 25 selectively operable to couple the ram pin for translation by the latter, or to separate the pin from the ram and lock it in a fixed position when the ram is released or to translate it regardless of the spindle.
The slider 24, as shown, slides in a guide 26 protruding from the rear of the housing 20.
Any suitable device can be provided for driving the sleeve 23 and hence the spindle 22 at any speed selected from a series of rotational speeds extending over a wide range. A device is also provided for producing the axial translation of the slide 24, either mechanically or manually, this device comprising in the present case a gear change 27 (fig.l) which can be adjusted to. operate the manual translation of the slide and the spindle or any other mechanism associated with it;
the particular device used to drive the spindle does not form part of the present invention and, therefore, is not described in detail, but reference may be made to the United States patent.
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cain N 2.251.015 from Gallimore for the appropriate drive mechanism. In this system, the energy for the advance and the rotation is taken from a common electric drive motor mounted outside the casing 20.
In the particular spindle head described herein, the spindle 82 is placed in a substantially horizontal position and the leading end is shaped to allow driving and securing of a suitable tool, tool holder or tool. 'an accessory. The spindle is produced in such a way that it can be moved axially out of the housing 20, either in any fixed and predetermined adjustment output position, or in advance translation in the interval allowed for its axial movement. In the present example, the front end or nose of the spindle forms a conical bush 30 (FIG. 14) provided to receive a conical shank 31 for transmitting a rotary movement to the tool. In a prior conventional construction, the shank normally constituted the tool holder.
It was also common practice to mount tool holders and miscellaneous accessories to the outer end of sleeve 23 and to use spindle 22 as an actuator for certain elements of the tool holder or accessory. With this arrangement, however, the protrusion of the tool or tools in a translational movement suitable for cutting or in the axial exit position of the spindle was prevented by the fixed support of the attachment on the spindle. As a result, ordinary type spindle heads were not suitable for operations such as face milling and axially translational planing of the spindle.
In addition, the utility of such spindle heads for large milling operations was limited by the inability to extend the spindle so as to place the tool in position to work on ¯s. surfaces located in
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different vertical planes. In addition, milling operations with cutters carried directly by the spindle were limited to the use of relatively small tools, due to the lack of sufficient rigidity of the spindle when it was extended a distance. noticeable of the head.
Under such working conditions, the high stresses imposed on the spindle produce lateral bends there which seriously hamper the execution of careful or precise machining jobs.
The present invention completely eliminates the difficulties mentioned above by providing an external support for tools, fixtures or accessories, independent of the spindle while using the latter to drive the tool in machining operations which require a spindle. rotational movement of this tool. The independent support thus provided for the tool also makes it possible to use the head for machining operations such as face milling or planing, operations in which the tool is driven transversely in a linear path without rotation. The usefulness of the head is thus further extended, and the more rigid support provided for the tools enables machining operations to be carried out with a higher degree of precision.
In accordance with the present invention, the support of the tools, of the fixing devices and / or of the accessories is provided by an auxiliary or external support member capable of translation parallel to the spindle and in synchronism with the latter. In its preferred form, the support member comprises an elongate arm 35 disposed parallel to the spindle and supported so as to be able to slide on the housing 20, with a view to its longitudinal translation; the arm 35 may be supported in any suitable part of the housing 20, but is preferably mounted on its face
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lower so as to constitute a lower arm which can come out at the same time as the spindle and extend in the support position below the latter.
In the preferred and illustrated embodiment, the arm 35 is of rectangular cross section and comprises side parts 36 (fig. 3), a lower part 37 and an upper part 38, suitably connected together in a manner. to constitute a piece in the form of a rigid box. Transverse ribs 39 disposed between the parts serve to increase the rigidity of the part.
With a view to constituting a support for the arm 35 on the housing 20, the upper part 38 of the arm extends on opposite sides so as to form longitudinal guides 40 (fig. 3, 4 and 8) cooperating with the support and guide members carried by the underside of the casing.
In the example shown, the slides 40 are supported and guided for the major part of their length by roller supports 41 and 42. The supports 41 are of identical construction, each of them comprising a journal 43 comprising a roller 44 which rotates in anti-friction bearings at its outer end. A number of brackets 41 are attached to the underside of housing 20 on opposite sides of arm 35 and are distributed along its length, as shown in Fig. 1, with journals 43 disposed horizontally and with rollers 44. placed below the lower surfaces 45 of the slides 40, to form complementary anti-friction guides.
The supports 42 include rollers 46 (fig.
8) which rotate on axes 47 arranged vertically. Several of these supports are also fixed to the lower face of the housing 20 on the opposite faces of the arm 35 with the rollers 46 placed so as to come into contact with the vertical guide surfaces 48 of the slides 40. The lower arm
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is thus supported and guided to allow it a longitudinal movement parallel to the axis of the spindle 22.
In order to ensure the highest degree of precision and wear compensation, the action of supporting and guiding the rollers 44 and 46 is completed by a slide placed at the front end of the head. To this end, the head carries ribs 50 and 51 (Fig. 4) located on the opposite faces of the arm 35, and extended along it. Backing plates 52 and 53 of bronze or other suitable material are attached to the ribs and extend under the guides 40 to contact the guide surfaces 45. In the present example, the rib 50 is formed of. a vertical guide surface 54 disposed to slide into engagement with the vertical face 48 of the adjacent slide 40.
To make it possible to take up the wear in the bearing surfaces, the rib 51 is situated at a significant distance from the vertical face of the adjacent slide 40 as shown in FIG. 4. In this space is mounted an elongated guide member 55 made of bronze or the like having its face disposed vertically in sliding contact with the corresponding face of the slide 40. The opposite face of the member 55 is inclined longitudinally for cooperate with a key 56 of complementary taper wedged between this member and the rib 5. By appropriate longitudinal adjustment of the key and the member 55 with respect to each other, this member can be moved for '' bring in contact with the slide
40 in order to compensate for the wear of the bearing surfaces.
The invention provides means of a simple, although effective nature, for the relative adjustment of the guide member 55 and the key 56. For this purpose, the latter comprises a lateral extension 57 (FIG. 5) forming projecting over the internal end of the member 55 but spaced from said end. An adjusting screw 58 screwed ...
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in the internal end of the member protrudes longitudinally therefrom through a clearance hole provided in the extension 57 and is protected against a longitudinal movement relative thereto by spaced stops 59 rigidly connected to the screw on opposite sides of the extension. By rotating the screw 58, the key 57 acts to force the wedge 55 against the slide 40.
In order to relieve the stresses of the adjusting screw 58, provision is made to lock the guide member 55 in the position for which it has been adjusted by the action of the key 56. The locking is carried out in the present example. by a series of locking bolts 60 passing through suitable openings in the guide plate 53 and the member 55 and screwing into the housing 20.
With a view to locking the arm 35 in fixed positions, the guide plate 53 carries transverse slots as indicated at 61 (fig. 5) to define an elastic tongue 62 arranged to be put into power take-off for the drive. tightening with the lower face of the slide 40 by a locking pin 63. This pin passes through an opening in the tongue 62 and its upper end is screwed into a hole 64 (fig.
4) mounted without possible rotation in the housing 20. The lower end of the axis 63 is arranged to pass under the tongue 62 and carries an enlarged head 65 forming a shoulder 66 opposite the tongue. A washer 67 interposed between the shoulder 66 and the tongue 62 serves to transmit the thrust of the axis to this tongue when the axis is screwed into the nut 64.
To facilitate the action of the locking pin, a lever 68 is fixed without possibility of rotation on its projecting end or head 65. When assembling the machine, the distance / of the nut 64 to the head 65 of the axle is adjusted in such a way that the locking can be performed and ..
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the release of the arm by making the handle 68 describe an arc of about 90. Preferably, the parts of the machine are arranged such that the handle is separated laterally from the head when the arm is locked, and that it is disposed parallel to the arm and below the head when the arm is free for its transverse displacement.
A spring detent 69 mounted on the handle engages in suitable notches made in the plate 53 to hold, with the possibility of releasing it, the handle in any position.
Arrangements are made to prevent inadvertent engagement of the slide advance mechanism when the locking members are engaged. To this end, the adjustment pin 63 is provided with an extension 70 (fig.2) provided with a cam 71 arranged to activate a control device such as a switch 72 mounted in the housing 20. This switch may be interposed in the control system of the head in a known manner to prevent the control of the forward movement from being activated when the switch is actuated.
To increase the usefulness of the head, the lower arm 35 is arranged so that it can be translated in synchronism with the advance translation of the spindle, that is to say put in translation when the spindle remains stationary. , or locked (in the retracted position when the spindle is translated as in ordinary machining jobs.
According to the invention, the translation of the lower arm is effected by means of a member with linear displacement, having a common advance drive control with the slide 24.
In the head taken as an example, the organ
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drive of the arm is in the form of an elongated bar 75 (fig. 3,6 and 7) sliding and guided in a longitudinal groove made in the upper plate 36 of the lower arm 35. The upper face of the arm bar 75 carries rack teeth 77 meshing with a pinion 78 carried by a transverse shaft 79 rotating in the casing 20. Preferably, a safety tooth 80 (fig.6 and 7) of the type shown in US Pat. No. 2,002. 480, from Gallimore, of May 21, 1935, is provided at each end of the rack, in order to limit the translation of the latter in both directions, without disturbing the drive link to perform a return movement in the opposite direction. .
In sum, in the heads of the type described in US Pat. No. 2,251,015 to which reference has been made previously, the slide 24 is driven by a feed shaft 81 (fig. 1 and 3) by means of a pinion shaft 82, arranged vertically. According to the invention, the speed change 27 is interposed between the shaft 81 and the usual drive mechanism of the head slide as shown in fig.l. Any type of speed change that is preferred can be used and, in the present example, this speed change is adjustable by means of a hand lever 81 'located on the front face of the housing 20 of the head.
The vertical shaft 82 carries a pinion 83 meshing with a rack 84 rigidly anchored in a longitudinal groove on one side of the feed slide 24. In the machine taken as an example, the transverse shaft 79, which constitutes the The drive member of the rack bar 75, is mechanically coupled with the drive shaft 82 of the slide by means of the angle gears 85. Accordingly, the rack 75 moves.
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longitudinally in synchronism with the slide 24 and with the spindle 22 when the latter is coupled to the slide. Although the arrangement shown provides for a 1: 1 ratio of the slide and rack bar, it should be understood that other ratios can be used if desired.
As the rack 75 is mounted outside the housing 20 and the drive connection is made through the shaft 79, the housing can be very easily plugged to prevent lubricant leaks. .
This sealing of the housing can be further facilitated by providing suitable partitions to form a chamber 84 'for the shaft 79 and the gears 85, completely closed from the major parts of the housing. A cover 85 'bolted to the front face of the casing provides access to chamber 84'.
Provision is made to be able to lock the lower arm 35 with the rack bar 75 to allow their common translation, or else to disengage the lower arm from the rack and to lock it on the housing 20, so as to be able to translate. slide and spindle for routine machining work. The locking mechanism can be of any preferred kind, and, as shown in Figs. 3,6,7 and 9, it comprises a pair of plungers 86 and 187 arranged at a certain interval from one of the two. the other along the lower arm and sliding vertically on the upper and lower guide supports 88 and 69, carried by the lower arm.
The upper end of the front plunger 86 is arranged so as to be able to move forward in one or the other of the two ringed bushings 90 (fig. 3) and 91 (fig. 6 and 7), opening into the lower face of the rack bar 75 and arranged at a distance from one another along this bar. The rear plunger 87 is
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arranged to be advanced in a similar manner to engage its upper end selectively in the rear bush 91 of the rack bar, or in a bush 92 formed in a block 93 rigidly fixed to the lower face of the housing 20, as shown in fig. 4 and 5.
Means are provided for alternately advancing one of the plungers 86 and 87 and withdrawing the other. For this purpose, the plunger 86 has a side face forming a rack meshing with a pinion 95 linked to the shaft 96 itself rotating in the lower arm 35 and extending to its rear end. The plunger 87 is withdrawn: at 97 to give passage to the axis 96, and the opposite side forms a rack 98 meshing with a pinion 99 wedged on an axis 100 also rotating on the lower arm 35 and extending up to its rear end.
The axes 96 and 100 actuating the plungers are thus arranged parallel and at a certain distance from each other laterally relative to the lower arm.
Each axis is provided with a toothed wheel 101 meshing with a pinion 102 wedged on an axis 103 disposed between the axes which actuate the plungers and rotate in the lower arm as well as in a cover plate 104 mounted at its end. It can be seen that the mechanism described acts to move the pins 96 and 100 which actuate the plungers, simultaneously but in the opposite direction, to advance or to withdraw the plungers associated with them, in response to the rotation of the pin 103.
The pin 103 is arranged to pass through the cover 104, and its protruding end is provided with a. operating lever 105 organized to switch on a guide sector 104 'formed on the outer face of the cover. The arrangement is such that, when the lever 105 occupies the central or neutral position in which it
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is shown in fig.6, the two plungers are located in an intermediate position with their upper ends withdrawn from the bushings with which they cooperate. The lower arm is then released from the rack bar 75 and from the housing 20, so that it can be adjusted relative to the housing 20.
When the lever 105 is tilted counterclockwise with respect to the drawing, the plunger 67 advances to the locked position and the plunger 86 moves further back.
The tilting of the lever 105 in the direction of clockwise from the neutral position advances the plunger 86 and withdraws the plunger 87. A trigger of the known type 105 ', carried by the arm 105 and cooperating with inserts. Stop notches 105 "of the guide sector serve to hold the lever in any of the three adjustment positions.
The presence of the two spaced bushings in the rack bar 75 makes it possible to couple the lower arm 35 in the driving position to the slider either with its front end part passing beyond the nose of the spindle, or substantially at the level. of it. In the first position mentioned, the lower arm is able to support various types of tool holders or accessories having members capable of being rotated by the spindle. In the last position, the lower arm can be used to support straightening or planing tool holders. In each example, the total travel path of the slider 24 can be used to promote the translation of the lower arm.
When using the head for dressing or planing work, the rotary spindle drive eflect is not required and therefore translating the spindle with the lower arm is of no use. To
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to avoid the unnecessary translational work of the spindle under such conditions, and to reduce the wear thereof, the invention provides the new coupling member 25 referred to above, by which spindle 22 can be coupled to or disengaged from the feed slide and locked in a fixed position while the slide is released for independent translation.
Although in the present example this independent translation of the slider is used for the translation of the lower arm, it will be appreciated that it is not limited to this particular use, but can be used for the driving of the lower arm. any type of element capable of linear translation with which the head can be fitted.
If we now refer to fig. 10 and 11 of the drawing, the coupling device 25 shown therein comprises a coupling member 106 of generally cylindrical shape sliding in the rear end of the arm 24, and which may be of tubular form, or have a conical bore. - venable for housing said organ. At its front end, the member 106 has a bore 107 to receive the front end of the spindle 22, and the latter is stopped with respect to this member by anti-friction pads 108, housed between an internal shoulder of the member and a nut 109. The spindle 22 can then rotate with respect to the member 106, but can only move axially only integrally with it.
On the housing 20, at the rear and along the axis of the slider 24, is mounted a tubular support 110 having an internal diameter such that the coupling member 106 can slide therein. As will be seen with reference to the drawing, the member 106 is arranged so as to substantially protrude the end of the slider 24 and to advance into the support 110 when the sleeve is withdrawn.
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In a diametrical groove 111 of the coupling member 106 can slide a keying element 112 of generally rectangular section and of length a little less than the diameter of the coupling member. Each end of the keying member forms a curved surface of the same radius as the inner surface of the slider and the support 110, and the end surfaces are grooved to form a series of teeth 113 evenly distributed along the member d. 'coupling.
With a view to their cooperation with 1 keying element 112, the slide 24 and the support 110 are provided respectively with a series of internal annular ribs or teeth 114 and 115, formed, in the example described, by circumferential grooves. These teeth are distributed along the axis of the slide and of the support to allow the locking of the teeth 115 with the keying element.
In the head taken as an example, the teeth 114 are interrupted on one side of the slide, preferably the lower side, by an axial groove 116 (Figs. 8 and 10) of width adapted to the key 112. As a result, when the keying element is brought down from the position shown in fig. 10, the teeth 113 of the key engage with the teeth 115 of the support 110 and effectively block the spindle 22 thereon. The slide 24 is, however, free to move axially, since the groove 116 provides a play for the key.
A longitudinal groove 117 diametrically opposed to the groove 116 and to the alignment of the opposite end of the key cuts the teeth 115 of the support 110 to provide play for the key when it is moved so as to engaging its teeth 113 with the teeth 114 of the coupling member. As a result, the latter and the spindle are locked and forced to move axially with the slide.
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bucket while the key slides in the groove 117.
In order to ensure at all times a precise alignment of the key 112 with the grooves 116 and 117, means have been provided to prevent the coupling member 106 from rotating, whether it is in engagement with the slide 24 or with it. the support 110. In the present example this result is obtained by means of two keys 120 and 121 (FIG. 11). The key 120, as shown in the drawing, is fixed to the coupling member and made to engage in the groove 122 made in the slide 24. The key 121, on the other hand, is fixed on the slider. support 110 so as to engage in a groove 124 of the coupling member. It will naturally be understood that the slide 24 is prevented from rotating by known means, for example by a key 125 (FIG. 3).
Any suitable means may be used to actuate or to move the key 112 to lock the coupling member as desired with the slide 24 or with the support 110. In the embodiment taken as an example, the key 112 bears on one face of the rack teeth 126 (fig. 8 and 11) meshing with a pinion 127 carried by a pin 128. This pin rotates by its opposite ends in the coupling member 106 and in a plate 129 rigidly connected to this last. A lever 130 fixed on the forward end of the axis and provided with a handle 121 at its free end enables the axis to be turned by hand.
The handle 131 is arranged so as to engage in a curved groove 130 'of a guard plate 131' fixed on the rear end of the support 110 and closing it. When the pin and the coupling member are advanced from their withdrawn position, the handle 131 is pulled into the groove 130 'and made inaccessible, which prevents the untimely exit of the coupling member. of the slide.
The withdrawal of the key 112 from its position of
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locking with the support 110 when the slide is in the forward position is prevented by a locking mechanism comprising, in the example described, a plunger 135 (fig. 10) sliding on the casing 20 and protruding at the end. back of it. The plunger is provided at its projecting end with a lateral arm 136 carrying a locking pin 137 which penetrates a hole 138 of the operating lever 130 when the latter is brought to the locking position of the coupling member. - plement on the support. A spring 139 resiliently urges the plunger 135 forward, that is, in a direction such that the locking pin engages.
However, the inner end of plunger 135 is in the path of slider 24 which urges the plunger rearward and renders ineffective the action of the release pin when the slider is returned to the retracted position. When the slide is moved, the plunger and the associated elements of the locking mechanism are advanced by the spring 139 to the locking position.
In the head described as an example, the pin locking mechanism is housed in a protective cover 140. This cover is mounted on the housing 20 by means of a hinge 141, and a suitable locking member 142 is provided for. keep it in the closed position.
The front end of the lower bfas 35 is made to allow its association with any of the different types of tools, tool holders or cutting accessories.
Fig. 12 shows a form of cutter holder 145 supported by the lower arm to allow its control in rotation by the spindle 22. In this example, the lower arm extends substantially beyond the nose of the spindle and is linked, in view. its drive to the rack bar 75 by means of the locking plunger 86. To facilitate the installation of the lower arm, a graduated bar 145 'is provided in the housing 20
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to cooperate with indexes judiciously arranged on the lower arm. The bar is preferably graduated with two separate scales having their respective indexes coordinated with the two connecting bushings of the rack bar.
The linkage system shown has a housing 146 suitable for being bolted or rigidly fixed in any other way to the upper face of the lower arm. A pivot head 147 mounted on the housing 146 for its angular adjustment about an axis parallel to the axis of the supporting spindle .., allowing its rotation, a transverse auxiliary tool spindle, 14- 8. This auxiliary spindle is connected for rotation by the angle gears 149 to an intermediate shaft 150 which, in turn, is connected by a suitable gear train 151 to a shaft 152 in alignment. axial with the spindle 22. The shaft 152 protrudes from the rear of the housing and, in this example, is in abutting relation with the nose of the spindle 22.
Cooperating clutch teeth 153 provided on the shaft and the spindle allow a connection between these two parts with a view to their common rotation.
It is evident that in the above embodiment the lower arm 35 forms a rigid support for the tool holder 145, set in motion with the spindle 22 so that the tool holder can be placed for work in any remote position. of the head housing 20 over the full extent of the spindle movement. The rigid support thus produced allows the use of larger cutting tools with the tool holder described, and allows stronger passes without the precision of the machining carried out being affected.
Fig. 13 shows a planing fixture 155 mounted on the lower arm 35. In this example, the tool holder; is fixed on the end face of the lower arm, thus reducing the necessary clearances, so that the assembly can be implemented in openings of re- dimensions.
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relatively weak. The assembly 155 shown has a body 156 with on its outer end face a transverse guide for an adjustable sliding tool 157.
When operating with a planing tool holder 155 or any other tool holder or device requiring only linear translation and intermittent transverse feed, the lower arm is connected to the rack bar by one either of the plungers 86 or 87, depending on the particular amplitude of the displacement of the slide to be used. The spindle 22 is disengaged from the slide 24, and locked on the housing 20 by means of the locking mechanism 25. The lower arm and the tool holder are thus arranged to receive a back and forth movement of the slide 24. while the pin 22 remains stationary.
To facilitate the execution of planing and other similar machining operations, the head can be provided with suitable control devices to control the direction and the amplitude of the movement of the slide 24. Thus, as shown in FIG. . 1, suitable limit switches 160 and 161 may be mounted on housing 20 to be operated alternately by tabs 162 and 163 movable with the lower arm. In the particular embodiment shown, the cleats are adjustably mounted in a guide groove 164 extending along the lower arm and can be adjusted independently of each other to determine the length and limits of stroke. alternative of the slide and the lower arm.
Fig. 14 shows the use of the lower arm 35 to support a guiding and supporting housing 165 for an auxiliary or extension spindle 166. In this example, a large cutter 167 is mounted on the front end of the spindle. auxiliary and the latter is fixed so as to be controlled by it on the pin 22 by the tail
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conical 31 which engages in sleeve 30, as has been described above. The guide and support housing 165 has a mounting bracket 168 adapted to be bolted to the upper face of the lower arm.
In this arrangement, spindle 22 can be advanced to bring auxiliary spindle and milling cutter 167 a substantial distance from the head housing, and arm 35 provides adequate support in any adjustment or translational position. to ensure the rigidity necessary for particularly hard machining operations.
It follows from the foregoing that the invention makes it possible to produce a spindle head of a novel and advantageous construction in which various tools, tool holder and accessories can be supported independently of the spindle, in order to perform translations in. synchronism with the spindle, and be rotated by it, or to perform translations independently of said spindle.
Excessive stresses on the spindle are thus avoided, and its lateral bending is suppressed, which ensures a suitable support for tools, tool holders and accessories for hard machining operations in any position within the limits of the displacement. of the spindle.
The invention thus provides new means by which the spindle can achieve a disengageable coupling with the drive slider, to be driven by the latter, in translation or to be locked to the housing of the head while the the slide is released and can perform an independent translation. The usefulness of the head is thereby significantly increased, since the slider can be used to achieve the linear control required for the planing or dressing tool holders supported by the auxiliary support device such as a lower arm. laughing.
This removes the translation work of the spindle
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reduces its wear, and, in addition, reduces the clearance required for the planing tool holder so that it can be used in relatively small openings. Therefore, in general, it is obvious that the new construction object of the invention significantly increases the utility of the head both as regards the types of machining work for which it can be used and the precision with which these operations can be carried out.
CLAIMS.
I.- A spindle head comprising a housing, a spindle mounted in said housing so that it can rotate and perform an axial translational movement of output, a member. elongated support slidably mounted on said housing so as to perform a longitudinal translation parallel to that of said spindle, said member having the role of supporting a tool adjacent to the projecting end of the spindle and in relation to the spindle. drive therewith, an advance shaft rotating in said housing, and drive links separated from said shaft to operate, in synchronism, the translation of said spindle and of said support member.