[0001] L'invention concerne un actionneur hydropneumatique rotatif, applicable aux actionnements où il est nécessaire de combiner un mouvement linéaire avec un mouvement de rotation. L'actionneur de l'invention peut être appliqué à tous les cas de tels mouvements combinés, en particulier une application remarquable où ses avantages sont mis en évidence est constituée par l'actionnement d'une pince ou plaque porte-pièce de machine-outil, un tour automatique par exemple.
[0002] Le dispositif traditionnellement utilisé pour exercer un mouvement linéaire axial exigeant une force considérable, tout en "traversant" un mouvement de rotation, consiste en 1 utilisation d'un cylindre hydraulique tournant avec l'objet ou la pièce à commander linéairement, le piston de ce cylindre étant mû par un fluide hydraulique dont les circuits comportent une interface, AU NIVEAU HYDRAULIQUE, entre la partie en rotation et la partie fixe, où se situent notamment les connexions d'alimentation. Cette interface est constituée, dans 1 art antérieur, par des joints rotatifs censés assurer 1 étanchéité du fluide hydraulique. Il n' existe pas, à notre connaissance, de joint rotatif à haute vitesse permettant d'assurer cette étanchéité aux pressions élevées couramment utilisées dans les systèmes hydrauliques.
Le résultat est que de F huile s' échappe continuellement par les joints et est recueillie tant bien que mal par un dispositif de drainage. Cette fuite d'huile, associée à la nécessité de compléter le niveau du fluide dans le réservoir du système hydraulique, représente un certain risque pour 1 environnement. La fig. 7 représente un dispositif typique de l'art antérieur.
[0003] D' autre part, les dispositifs hydrauliques habituels sont conventionnellement alimentés par une pompe hydraulique externe avec ses accessoires, vannes, tuyauteries flexibles, réservoir d'huile, entre autres. Tous ces composants sont relativement volumineux et sont habituellement logés dans un cabinet séparé.
[0004] Le but de la présente invention est d'élaborer un actionneur de concept simple et compact ne présentant pas les inconvénients cités, et qui puisse être fabriqué pour un coût compétitif par rapport aux actionneurs existants.
[0005] La solution proposée par la présente invention pour résoudre le problème posé est contenue dans la caractéristique de la revendication indépendante no. 1 et sa variante d'exécution dans la revendication dépendante 2. Elle consiste essentiellement à utiliser un cylindre hydraulique principal ayant pour fonction d'engendrer un mouvement axial, cylindre entraîné par le mouvement de rotation imposé par la machine sur laquelle l'actionneur est monté, et commandé par un convertisseur hydropneumatique à amplification de pression, agencé autour de ce même cylindre hydraulique principal et tournant avec celui-ci,
le convertisseur comportant un piston pneumatique de forme annulaire commandé par une vanne directionnelle pneumatique externe fixe alimentant le convertisseur au travers d'un distributeur fixe comportant des joints rotatifs constituant interface AU NIVEAU PNEUMATIQUE entre ce distributeur et la partie tournante.
[0006] Avec ce dispositif, l'étanchéité dans le cylindre hydraulique est obtenue par des joints conventionnels, ceux-ci ne devant travailler lors du mouvement axial qu'à des vitesses de déplacement relativement faibles, comparées aux grandes vitesses tangentielles du mouvement de rotation.
[0007] Le dispositif de l'invention présente aussi l'avantage de substituer le système hydraulique externe et encombrant utilisé par l'art antérieur, par l'ensemble actionneur-convertisseur à amplification de pression cité ci-dessus, la génération de pression hydraulique se faisant à l'intérieur même de cet ensemble. L'ensemble compact autonome ainsi constitué peut être aisément rapporté sur une machine-outil existante sans exiger davantage d'espace immédiatement autour de la machine, par comparaison avec les dispositifs de l'art antérieur. Les fig. 5 et 6 permettent de comparer dimensionnellement un dispositif typique de l'art antérieur, avec le dispositif de l'invention.
[0008] D'autre part, la vanne pneumatique directionnelle externe, de type conventionnel, peut être alimentée par un réseau d'air comprimé courant à pression de 6 ou 7 bars.
[0009] Un autre but de la présente invention est d'exposer une application typique du dispositif décrit aux machines-outils, en particulier aux tours à commande numérique CNC.
[0010] La solution permettant d'atteindre ce but est contenue dans la caractéristique de la revendication no. 3.
[0011] L'invention sera maintenant décrite en détail en se référant aux figures annexes.
<tb>La fig. 1<sep>représente un schéma simplifié permettant de faciliter la compréhension du principe de fonctionnement d'un actionneur hydropneumatique à amplification de pression selon 1 invention.
<tb>La fig. 2<sep>représente une vue en coupe de 1 invention, comportant le cylindre hydraulique principal, le convertisseur hydropneumatique à piston pneumatique équipé de cylindres hydrauliques amplificateurs de pression, et l'interface à joints tournants pneumatiques.
<tb>La fig. 3<sep>représente le détail de la vanne interne pneumatique de rétention représentée dans l'état verrouillé correspondant à l'absence de pression de commande.
<tb>La fig. 4<sep>représente le détail de la vanne interne pneumatique de rétention représentée dans l'état actif où le passage d'air dans les conduites est libéré.
<tb>La fig. 5<sep>montre une comparaison dimensionnelle à l'échelle entre un dispositif typique de l'art antérieur et le dispositif de la présente invention.
<tb>La fig. 6<sep>permet de comparer le système hydraulique typique complet de l'art antérieur avec l'ensemble complet selon l'invention permettant d'obtenir le même résultat final.
<tb>La fig. 7<sep>représente un actionneur hydraulique typique de l'art antérieur.
[0012] L' actionneur selon l'invention (fig. 2) comporte un distributeur 12 alimenté en air par une vanne directionnelle pneumatique 16, ces deux composants 12 et 16 étant fixes, tous les autres composants de l'actionneur tournant solidairement avec une broche de machine-outil, un tour CNC par exemple. L'actionneur de l'invention pourra cependant travailler tout aussi bien à l'arrêt, également pour des applications statiques sans mouvement de rotation, du fait du découplage total entre le mouvement axial produit par le cylindre hydraulique principal 7, 10 et le mouvement de rotation.
[0013] La vanne directionnelle pneumatique 16 permet d'aiguiller l'air sous pression appliqué à la connexion 13 vers l'une ou l'autre des chambres pneumatiques 8 ou 9 suivant le sens désiré pour le mouvement linéaire du piston hydraulique principal 6. Cette vanne directionnelle est conventionnelle et d'un type absolument courant, par exemple à deux solénoïdes et trois positions, la position centrale (aucun solénoïde excité) maintenant toutes ses voies fermées, constituant une position de verrouillage de sécurité pendant l'usinage de la pièce. En outre, une vanne de rétention 11 emboutie dans le convertisseur hydropneumatique bloque par l'action d'un ressort 17 toute entrée ou sortie d'air du ou vers le piston pneumatique en cas de chute de pression sur la connexion 13, qui est connectée à l'alimentation en air de la vanne directionnelle 16.
Seule cette pression d'alimentation permet de libérer la vanne 11, constituant ainsi une sécurité supplémentaire garantissant que même en cas de rupture d'une conduite d'air comprimé, le piston pneumatique ne recevra aucune pression d'aucun côté donc restera immobile, tandis que la pression hydraulique du cylindre hydraulique principal se maintiendra inchangée du côté où elle avait été engendrée par le mouvement précédent. Ceci est particulièrement avantageux pour garantir la sécurité, évitant un desserrage intempestif de la pièce lors de 1 usinage, ce qui a déjà occasionnellement causé de graves accidents avec des systèmes purement hydrauliques lors de ruptures de conduites, en particulier avec le dispositif traditionnel de 1 art antérieur comportant des joints hydrauliques rotatifs à perte d'huile.
[0014] Lorsque le solénoïde VI est activé, la vanne directionnelle 16 laisse l'air comprimé entrer par la connexion 14 et remplir la chambre pneumatique avant 8, ce qui provoque le déplacement du piston pneumatique 3 de l'avant vers l'arrière, c'est-à-dire de la gauche vers la droite sur la fig. 2. Ce piston 3 de forme annulaire comporte un jeu de cylindres hydrauliques amplificateurs de pression 1,5. L'amplification de pression résulte du rapport entre la section du piston pneumatique 3 et la section des pistons amplificateurs 2 et 4. En se déplaçant vers l'arrière, le piston hydraulique amplificateur 4 chasse l'huile de la chambre hydraulique arrière 5 vers la chambre principale arrière 10, ce qui provoque le déplacement du piston hydraulique principal 6 de l'arrière vers l'avant avec la force requise pour réaliser l'actionnement linéaire souhaité.
[0015] Lorsque le solénoïde VI est désactivé, la vanne directionnelle bloque l'air dans les deux chambres du cylindre pneumatique 3, ce qui mantient également en position verrouillée le piston principal 6.
[0016] Lorsque le solénoïde V2 est activé, la vanne directionnelle 16 laisse l'air comprimé entrer par la connexion 15 et remplir la chambre pneumatique arrière 9, ce qui provoque le retour du piston pneumatique 3 de l'arrière vers l'avant. En se déplaçant vers l'avant, le piston hydraulique amplificateur 2 chasse l'huile de la chambre hydraulique avant 1 vers la chambre principale avant 7, ce qui provoque le déplacement du piston hydraulique principal 6 de l'avant vers l'arrière avec la force requise pour réaliser l'actionnement linéaire souhaité.
[0017] Le piston hydraulique principal 6 de forme générale tabulaire, lors de son déplacement linéaire axial, coulisse coaxialement à l'intérieur du cylindre hydraulique principal et peut tourner solidairement avec lui, et le piston étant plus long que le cylindre, débouche vers l'avant pour réaliser le travail exigé, par exemple lorsque la face avant de l'actionneur est montée solidairement sur une broche de machine-outil, le piston hydraulique principal 6 peut commander par son mouvement axial le serrage et le desserrage du dispositif de fixation de la pièce à usiner, en particulier par l'intermédiaire du tube ou de l'axe concentrique habituellement intégré dans la broche du tour.
Le circuit de commande de la vanne directionnelle 16 peut être aisément adapté au sens désiré pour ce mouvement linéaire, qui dépend du type de dispositif de fixation de la pièce à usiner; par exemple, le circuit de commande pourra être configuré pour que le desserrage du porte-pièce corresponde au mouvement d'avance du piston hydraulique principal 6, mais il pourrait être configuré pour obtenir la fonction inverse.
[0018] Le cylindre hydraulique principal se prolonge vers l'arrière à l'intérieur du distributeur 12 et peut tourner dans celui-ci, qui sert aussi de support fixé au bâti de la machine, étant pourvu de paliers à roulements à billes, et d'interface pneumatique comportant des joints rotatifs.
[0019] L'huile reste confinée dans le circuit interne du convertisseur hydropneumatique, et l'étanchéité de ce circuit est assurée par des joints conventionnels, ce qui évite aussi tout mélange ou formation d'émulsion avec l'air du circuit pneumatique.
[0020] L'homme de métier, mis au courant de la solution technique objet de la présente demande de brevet, pourra aisément adapter l'actionneur hydropneumatique de l'invention aux machines les plus diverses qui nécessitent un mouvement linéaire avec application d'une force relativement élevée, exigeant une pression hydraulique pour son obtention, découplé d'un autre mouvement de rotation relativement rapide, offrant ainsi à ces machines une solution compacte, sans fuite d'huile, donc en respectant 1 environnement.
LEGENDE DES FIGURES
[0021]
<tb><sep>Fig. 1
<tb>A<sep>piston pneumatique
<tb>B<sep>piston hydraulique amplificateur de pression
<tb>C<sep>chambre à huile
<tb>D<sep>tige du piston hydraulique principal
<tb><sep>Fig. 2
<tb>1<sep>chambre hydraulique avant
<tb>2<sep>piston hydraulique amplificateur avant
<tb>3<sep>piston pneumatique
<tb>4<sep>piston hydraulique amplificateur arrière
<tb>5<sep>chambre hydraulique arrière
<tb>6<sep>piston hydraulique principal
<tb>7<sep>chambre hydraulique principale avant
<tb>8<sep>chambre pneumatique avant
<tb>9<sep>chambre pneumatique arrière
<tb>10<sep>chambre hydraulique principale arrière
<tb>11<sep>piston de la vanne de rétention
<tb>12<sep>distributeur à joints rotatifs
<tb>13<sep>connexion d'air pour ouvrir la vanne de rétention
<tb>14<sep>connexion d'air pour l'avance
<tb>15<sep>connexion d'air pour le recul
<tb>16<sep>vanne directionnelle
<tb>V1<sep>vanne solénoïde d'avance
<tb>V2<sep>vanne solénoïde de recul
<tb><sep>Fig. 3
<tb>17<sep>ressort de verrouillage
<tb>18<sep>piston de la vanne de rétention
<tb>19<sep>conduite d'air pour le recul
<tb>20<sep>conduite d'air pour l'avance
<tb>21<sep>conduite d'air pilote
<tb>22<sep>chambre pneumatique de la vanne de rétention
<tb>23<sep>orifice de passage
<tb><sep>Fig. 4
<tb><sep>Sans légende
<tb><sep>Fig. 5
<tb><sep>Comparatif dimensionnel
Au dessus: dispositif de l'art antérieur
Au dessous: dispositif de l'invention
<tb><sep>Fig. 6
<tb><sep>Dispositif de l'art antérieur avec interface hydraulique
<tb>1<sep>actionneur hydraulique
<tb>2<sep>vanne directionnelle hydraulique
<tb>3<sep>manomètre
<tb>4<sep>vanne hydraulique de sécurité
<tb>5<sep>moteur électrique
<tb>6<sep>pompe hydraulique
<tb>7<sep>filtre de succion
<tb>8<sep>filtre de retour
<tb>9<sep>réservoir d'huile
<tb><sep>Fig. 7
<tb>1<sep>Partie fixe
<tb>2<sep>entrée et sortie de l'huile
<tb>3<sep>partie tournante
<tb>4<sep>mouvement axial du piston hydraulique
<tb>5<sep>piston hydraulique
<tb>6<sep>drainage des fruites d'huile
<tb>7<sep>sortie de l'huile de refroidissement