Mandrin La présente invention se rapporte à des mandrins et s'applique à des mandrins à commande manuelle ou à commande par source d'énergie.
Les mandrins du type dit à action rapide com prennent normalement un corps cylindrique pourvu d'ouvertures disposées radialement dans lesquelles se trouvent des organes de poussée sous forme de billes, un organe dans le corps qui est capable d'un mouvement axial par rapport au corps, lequel organe a une surface intérieure conique pour fermer ou ouvrir l'élément de retenue de la pièce à travailler, qui peut être une douille de serrage, et un manchon coulissant autour du corps, ce manchon et l'organe intérieur ayant des surfaces inclinées opposées qui coopèrent avec les organes de poussée, de sorte que la pièce à travailler peut être serrée ou dégagée par le mandrin en faisant coulisser le manchon axialement par rapport au corps.
Les inclinaisons des surfaces inclinées sont choisies de telle façon qu'un petit mouvement axial est com muniqué à l'organe intérieur, suffisant pour serrer ou dégager la pièce à travailler par un mouvement relative ment important du manchon coulissant et ceci assure qu'une poussée suffisante soit transférée, par l'inter médiaire des organes de poussée, à l'organe intérieur et ainsi à l'élément de retenue de la pièce à travailler, afin de retenir cette pièce plus solidement.
Le mouvement du manchon coulissant peut être effectué soit manuellement, soit au moyen d'une source d'énergie.
Un problème particulier que l'on rencontre dans les mandrins à vitesse élevée est qu'à vitesses élevées, les organes de poussée produisent une force centrifuge considérable, qui est transférée directement au manchon coulissant. Ces forces imposées au manchon coulissant s'exerceront radialement par rapport au mandrin et, étant donné que les organes de poussée portent contre une surface inclinée du manchon, les forces centrifuges auront une composante résultante dans le sens axial du mandrin tendant à déplacer le manchon dans le sens de dégagement de la pièce à travailler et dégager cette pièce.
Essentiellement, il existe deux solutions à ce pro- blème.L'une consiste à retenir positivement le manchon coulissant dans sa position active en bloquant le levier d'actionnement si la commande se fait à la main ou en maintenant l'énergie si la commande se fait au moyen d'une source d'énergie.
Cette solution ne donne pas satisfaction et la solution alternative consiste à faire en sorte que la surface inclinée sur le manchon, qui coopère avec les organes de poussée, soit à un tel point graduel que la composante de la force centrifuge ten dant à ouvrir le mandrin soit insuffisante pour vaincre le frottement tendant à maintenir le manchon coulissant dans sa position active. Cette inclinaison doit, par conséquent, satisfaire à deux critères opposés. L'in clinaison doit être assez graduelle pour produire un blocage automatique à des vitesses dans le champ de travail du mandrin et avec de très grandes vitesses, celle-ci peut être de l'ordre de 1 ou 2 degrés.
En même temps, l'inclinaison doit être suffisamment raide pour communiquer un mouvement radial vers l'intérieur suffisant aux organes de poussée pour fermer le mandrin sans donner une longueur excessive au manchon.
Ces critères ne sont pas facilement conciliables dans la pratique, et l'objet de l'invention consiste à prévoir un mandrin à action rapide et vitesse élevée qui résoud ce problème.
Selon la présente invention, il est prévu un mandrin comprenant un corps tubulaire, un organe intérieur creux se déplaçant axialement dans le corps dans un sens pour engager et dans l'autre sens pour dégager un élément de retenue d'une pièce à travailler, et un man chon coulissant axialement entourant le corps, le corps étant constitué avec au moins une ouverture disposée radialement, dans laquelle est placé un organe de poussée à déplacement libre entre des surfaces inclinées opposées du manchon et de l'organe intérieur respec tivement,
de sorte qu'un déplacement du manchon dans le sens de retenue de la pièce à travailler communiquera une poussée dans le sens de retenue de la pièce à l'organe intérieur par l'action de l'organe de poussée se déplaçant sur lesdites surfaces inclinées, caractérisé en ce que la surface inclinée du manchon comprend une partie de la longueur du manchon dont le diamètre intérieur est réduit progressivement dans le sens de dégagement de la pièce à travailler pour prévoir plusieurs échelons rac cordés par des parois de jonction, chaque échelon étant sensiblement parallèle à l'axe du mandrin.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du mandrin objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale à travers un mandrin de serrage selon l'invention.
La fig. 2 montre un détail de la fig. 1 à une échelle agrandie.
Le mandrin représenté comprend un corps tubulaire 1, un organe intérieur creux 2 se déplaçant axialement dans le corps et un manchon 3 entourant le corps et coulissant dans le sens axial.
L'intérieur de l'organe intérieur 2 est conique vers l'intérieur, de sorte que lorsque l'organe 2 est poussé dans le sens d'engagement de la pièce à travailler (vers la droite en regardant le dessin), il engagera et serrera la surface extérieure conique d'une douille de serrage ou autre élément de retenue de pièce de manière connue.
Des organes de poussée à mouvement libre sous forme de billes 5 sont placés dans des ouvertures radiales 4 du corps 1 entre des surfaces annulaires inclinées opposées de l'organe intérieur et du manchon. La surface inclinée de l'organe intérieur 2 est indiquée en 6, tandis que la surface inclinée du manchon 3 comprend une partie 8 d'inclinaison relativement peu prononcée communiquant avec une partie 7 d'in clinaison relativement plus forte.
Un profil de la partie 8 est représenté à plus grande échelle à la fig. 2 et l'on remarquera, à cette figure, que sur la partie 8 de sa longueur, le diamètre intérieur du manchon 3 diminue progressivement dans le sens de dégagement de la pièce à travailler pour fournir une série d'échelons annulaires finement gradués 9 dont chacun est sensible ment parallèle à l'axe du mandrin. Les échelons de chaque paire d'échelons adjacents 9 sont raccordés par une paroi de jonction qui est inclinée selon un angle à relativement à un plan à angle droit par rapport à l'axe du mandrin, afin de former un passage doux pour les billes 5 d'un échelon 9 à un autre. De préférence, l'angle est d'environ 30 .
Le diamètre intérieur du manchon 3 augmente progressivement en s'écartant de la partie échelonnée 8 dans le sens d'engagement de la pièce à travailler pour former, à proximité de la partie échelonnée 8, une surface inclinée 7 ayant une inclinaison relativement plus forte.
La disposition est telle que lorsque le manchon 3 est déplacé dans le sens d'engagement de la pièce à travailler, les billes 5 montent d'abord sur la surface inclinée 7 du manchon et la surface inclinée 6 de l'organe intérieur 2 et de ce fait, l'organe intérieur 2 est poussé dans le sens d'engagement de la pièce à travailler pour serrer sans forcer la douille de serrage. Un déplacement plus avant du manchon 3 dans le sens d'engagement de la pièce à travailler amène les billes 5 à monter les échelons 9 jusqu'à ce que la douille de serrage et la pièce à travailler soient solidement serrées.
Dans cette position, la force centrifuge produite par le mandrin en rotation amènera les billes à porter contre un des échelons annulaires 9. Etant donné que cet échelon est sensiblement parallèle à l'axe du mandrin, il n'y aura pas de composante résultante tendant à déplacer le manchon dans le sens de dégagement de la pièce.
Pour dégager la douille de serrage et la pièce à travailler, le manchon 3 est déplacé vers la gauche en regardant le dessin, sur quoi les billes 5 descendront les échelons 9 et la surface inclinée 7. A mesure que les billes 5 se déplacent radialement vers l'extérieur du mandrin, elles descendent le long de la surface inclinée 6 de l'organe intérieur, permettant à cet organe de se déplacer également dans le sens de dégagement de la pièce à travailler.
Afin de s'assurer que la douille de serrage dégagera la pièce à travailler lorsque le manchon 3 est déplacé vers la gauche, le corps 1 est pourvu d'une ou plusieurs rainures de clavette 11 qui reçoivent un nombre correspondant de clavettes 12 à brides ou en forme de L dont chacune est pourvue d'une fente<I>13</I> entre ses extrémités. L'extrémité à bride de chaque clavette passe par un trou 14 ménagé dans le corps 1 et pénètre dans une rainure 15 creusée dans l'organe intérieur 2, Une vis d'arrêt 16 traverse le manchon 3 et pénètre dans la fente<I>13,</I> de sorte que lorsque le manchon<I>3</I> est déplacé vers la gauche, l'extrémité à bride de la clavette 12 déplace l'organe intérieur 2 vers la gauche, dégageant ainsi la douille de serrage.
La construction du mandrin peut être modifiée dans la portée des revendications annexées. Par exemple, les échelons 9 peuvent être légèrement inclinés dans le sens inverse par rapport à l'inclinaison de la partie 8, de sorte que la force centrifuge agissant par l'inter médiaire des billes 5 produira une composante dans le sens d'engagement de la pièce à travailler. Alternative ment, les échelons peuvent être légèrement concaves.
Mandrel The present invention relates to mandrels and applies to manually controlled mandrels or controlled by a power source.
Mandrels of the so-called quick-acting type normally consist of a cylindrical body provided with radially arranged openings in which there are pusher members in the form of balls, a member in the body which is capable of axial movement relative to the body. , which member has a tapered inner surface for closing or opening the workpiece retainer, which may be a clamping sleeve, and a sleeve sliding around the body, which sleeve and the inner member having inclined surfaces opposites which cooperate with the pushing members, so that the workpiece can be clamped or released by the mandrel by sliding the sleeve axially relative to the body.
The inclinations of the inclined surfaces are chosen such that a small axial movement is imparted to the inner member sufficient to clamp or disengage the workpiece by a relatively large movement of the sliding sleeve and this ensures that a thrust sufficient is transferred, via the thrust members, to the inner member and thus to the retaining member of the workpiece, in order to retain this workpiece more firmly.
The movement of the sliding sleeve can be performed either manually or by means of a power source.
A particular problem encountered in high speed mandrels is that at high speeds the urging members produce considerable centrifugal force, which is transferred directly to the sliding sleeve. These forces imposed on the sliding sleeve will be exerted radially with respect to the mandrel and, since the urging members bear against an inclined surface of the sleeve, the centrifugal forces will have a resulting component in the axial direction of the mandrel tending to move the sleeve in it. the direction of release of the workpiece and clear this part.
Essentially, there are two solutions to this problem, one is to positively retain the sliding sleeve in its active position by locking the actuating lever if the control is done by hand or by maintaining energy if the control is activated. is done by means of an energy source.
This solution is not satisfactory and the alternative solution consists in ensuring that the inclined surface on the sleeve, which cooperates with the thrust members, is at such a gradual point that the component of the centrifugal force tending to open the mandrel is insufficient to overcome the friction tending to maintain the sliding sleeve in its active position. This inclination must, therefore, satisfy two opposing criteria. The inclination must be gradual enough to produce automatic locking at speeds in the working field of the chuck and with very high speeds this can be of the order of 1 or 2 degrees.
At the same time, the inclination should be steep enough to impart sufficient radial inward movement to the urging members to close the mandrel without giving the sleeve excessive length.
These criteria are not easily reconciled in practice, and the object of the invention is to provide a fast acting, high speed chuck which solves this problem.
According to the present invention, there is provided a mandrel comprising a tubular body, a hollow inner member moving axially in the body in one direction to engage and in the other direction to disengage a retaining member from a workpiece, and an axially sliding sleeve surrounding the body, the body being constituted with at least one radially disposed opening, in which is placed a thrust member with free movement between opposed inclined surfaces of the sleeve and the inner member respectively,
so that movement of the sleeve in the workpiece retaining direction will impart a thrust in the workpiece retaining direction to the inner member by the action of the urging member moving on said inclined surfaces , characterized in that the inclined surface of the sleeve comprises a part of the length of the sleeve, the inside diameter of which is progressively reduced in the direction of clearance of the workpiece to provide several rungs connected by junction walls, each rung being substantially parallel to the axis of the mandrel.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the mandrel which is the subject of the invention. Fig. 1 is a view in longitudinal section through a clamping mandrel according to the invention.
Fig. 2 shows a detail of FIG. 1 on a larger scale.
The mandrel shown comprises a tubular body 1, a hollow inner member 2 moving axially in the body and a sleeve 3 surrounding the body and sliding in the axial direction.
The interior of inner member 2 is tapered inward, so that when member 2 is pushed in the workpiece engagement direction (to the right when looking at the drawing), it will engage and will clamp the tapered outer surface of a clamp sleeve or other workpiece retainer in known manner.
Free-moving thrust members in the form of balls 5 are placed in radial openings 4 of the body 1 between opposed inclined annular surfaces of the inner member and of the sleeve. The inclined surface of the inner member 2 is indicated at 6, while the inclined surface of the sleeve 3 comprises a relatively shallow inclination part 8 communicating with a relatively stronger inclination part 7.
A profile of part 8 is shown on a larger scale in FIG. 2 and it will be noted, in this figure, that over part 8 of its length, the internal diameter of the sleeve 3 gradually decreases in the direction of disengagement of the workpiece to provide a series of finely graduated annular rungs 9 of which each is substantially parallel to the axis of the mandrel. The rungs of each pair of adjacent rungs 9 are connected by a junction wall which is inclined at an angle to relative to a plane at right angles to the axis of the mandrel, in order to form a smooth passage for the balls 5. from one level 9 to another. Preferably, the angle is about 30.
The inner diameter of the sleeve 3 gradually increases away from the stepped part 8 in the direction of engagement of the workpiece to form, near the stepped part 8, an inclined surface 7 having a relatively greater inclination.
The arrangement is such that when the sleeve 3 is moved in the direction of engagement of the workpiece, the balls 5 first rise on the inclined surface 7 of the sleeve and the inclined surface 6 of the inner member 2 and of therefore, the inner member 2 is pushed in the direction of engagement of the workpiece to tighten without forcing the clamping sleeve. Further movement of the sleeve 3 in the direction of workpiece engagement causes the balls 5 to move up the rungs 9 until the clamping sleeve and the workpiece are securely clamped.
In this position, the centrifugal force produced by the rotating mandrel will cause the balls to bear against one of the annular steps 9. Since this step is substantially parallel to the axis of the mandrel, there will be no resulting component tending moving the sleeve in the direction of release from the part.
To disengage the clamping sleeve and the work piece, the sleeve 3 is moved to the left looking at the drawing, whereupon the balls 5 will descend the rungs 9 and the inclined surface 7. As the balls 5 move radially towards outside the mandrel, they descend along the inclined surface 6 of the inner member, allowing this member to also move in the direction of disengagement of the workpiece.
In order to ensure that the clamping sleeve will release the workpiece when the sleeve 3 is moved to the left, the body 1 is provided with one or more keyways 11 which receive a corresponding number of flanged keys 12 or L-shaped, each of which has a <I> 13 </I> slot between its ends. The flanged end of each key passes through a hole 14 made in the body 1 and enters a groove 15 dug in the internal member 2, A stop screw 16 passes through the sleeve 3 and enters the slot <I> 13, </I> so that when the sleeve <I> 3 </I> is moved to the left, the flanged end of the key 12 moves the inner member 2 to the left, thus freeing the sleeve from Tightening.
The construction of the mandrel can be varied within the scope of the appended claims. For example, the rungs 9 may be inclined slightly in the opposite direction to the inclination of the part 8, so that the centrifugal force acting through the balls 5 will produce a component in the direction of engagement of the part 8. the workpiece. Alternatively, the rungs may be slightly concave.