FR2474375A1 - - Google Patents
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Abstract
A. DISPOSITIF DE SERRAGE ELECTROMECANIQUE COMPRENANT UN MOTEUR ELECTRIQUE A ARBRE CREUX, RELIE EN LIGNE AVEC UN ORGANE DEMULTIPLICATEUR ET UN DISPOSITIF CONVERTISSEUR, DESTINE A CONVERTIR LE MOUVEMENT ROTATIF EN UN DEPLACEMENT AXIAL SUIVANT DEUX DIRECTIONS, CONSTITUE PAR EXEMPLE D'UNE VIS, D'UN ECROU ET D'UN FLASQUE DE LIMITATION DE ROTATION, ET UN DISPOSITIF D'ACCUMULATION D'ENERGIE RELIE AU DISPOSITIF CONVERTISSEUR. B. LE DISPOSITIF CONVERTISSEUR 8, 9, 10 EST RELIE DIRECTEMENT A L'ORGANE DEMULTIPLICATEUR 6 ET LE DISPOSITIF D'ACCUMULATION ELASTIQUE 26 EST RELIE A UN TRANSDUCTEUR DE DEPLACEMENT 20 QUI COMMANDE LA COUPURE DU MOTEUR ELECTRIQUE 2. C. APPLICATION: MACHINES-OUTILS.A. ELECTROMECHANICAL CLAMPING DEVICE INCLUDING AN ELECTRIC MOTOR WITH HOLLOW SHAFT, CONNECTED IN LINE WITH A DEMULTIPLIER AND A CONVERTER DEVICE, INTENDED TO CONVERT THE ROTARY MOVEMENT INTO AN AXIAL DISPLACEMENT FOLLOWING TWO DIRECTIONS, CONSTITUTING A SCREW, FOR EXAMPLE A NUT AND A ROTATION LIMITATION FLANGE, AND AN ENERGY STORAGE DEVICE CONNECTED TO THE CONVERTER DEVICE. B. THE CONVERTER DEVICE 8, 9, 10 IS CONNECTED DIRECTLY TO THE DEMULTIPLIER 6 AND THE ELASTIC ACCUMULATION DEVICE 26 IS CONNECTED TO A DISPLACEMENT TRANSDUCER 20 WHICH CONTROLS THE CUT OFF OF THE ELECTRIC MOTOR 2. C. APPLICATION: MACHINES- TOOLS.
Description
L présente invention concerne un dispositif de serrage électromécanique assurant un mouvement de sortie en translation suivant deux direetions, destiné notamment à être associé à des machines travaillant des métaux pour effectuer des opérations de serrage. The present invention relates to an electromechanical clamping device providing an output movement in translation in two direetions, intended in particular to be associated with machines working metals to perform clamping operations.
On connaît des dispositifs de ce genre qui comprennent un moteur électrique, sur l'arbre duquel est relié un organe démultiplicateur, et celuici transmet son mouvement par l'intermédiaired'un embrayage de calibration réglable à un dispositif convertisseur de sortie, qui transmet la force de serrage nécessaire aux mécanismes de commande. Devices of this type are known which comprise an electric motor, on the shaft of which is connected a reduction gear, and this transmits its movement through an adjustable calibration clutch to an output converter device, which transmits the force clamping required for control mechanisms.
Lorsqu'il s'agit d'un dispositif de serrage électromécanique assurant une force axiale, le dispositif convertisseur de sortie comprend le plus souvent une vis et un écrou et est complété par un dispositif d'accumulation élastique actionnable dans les deux sens pour l'accumulation d'énergie. In the case of an electromechanical clamping device providing an axial force, the output converter device usually comprises a screw and a nut and is completed by an elastic accumulation device operable in both directions for the energy accumulation.
Tous ces éléments que l'on vient de citer, à l'exception du dispositif d'accumulation élastique actionnable dans les deux sens, désigné pour la commodité simplement dispositif d'accumulation, sont disposés en général dans une enveloppe commune, par laquelle le dispositif est fixé sur la machineoutil de coupe de métaux. All these elements that have just been mentioned, with the exception of the elastic accumulation device operable in both directions, designated for convenience simply accumulation device, are generally arranged in a common envelope, whereby the device is fixed on the machine cutting metal tool.
Un inconvénient de ces machines réside dans le fait que les éléments de ltembrayage de calibration réglable subissent une usure intense en service, ce qui entraîne une variation indésirable des forces initiales. En outre, l'usure des autres éléments de ltengrenage agit sur la grandeur des forces initiales et leur répartition. A disadvantage of these machines is that the elements of the adjustable calibration clutch suffer intense wear in service, resulting in an undesirable change in initial forces. In addition, the wear of the other elements of the gear acts on the size of the initial forces and their distribution.
D'autres inconvénients importants des dispositifs de serrage électromécaniques connus résident dans leur indication uniforme de la force intiale, tension ou compression, dans la production d'un excédent de force lors du desserrage afin d'obtenir une indication, dans l'augmentation du cycle de travail et dans la consommation supplémentaire d'énergie pour obtenir le desserrage. Other important disadvantages of known electromechanical clamping devices are their uniform indication of the initial force, tension or compression, in the production of excess force during loosening to obtain an indication, in the increase of the cycle. working and in the additional consumption of energy to obtain the loosening.
Un but général de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de serrage électromécanique qui permet d'éviter tous les inconvénierts évoqués ci-dessus. Ce dispositif doit assurer une force de sortie constante et une coupure automatique du moteur lorsque ladite force est atteinte, ainsi que le réglage automatique de la force de serrage nécessaire. A general object of the present invention is therefore to provide an electromechanical clamping device which avoids all the disadvantages mentioned above. This device must ensure a constant output force and an automatic shutdown of the motor when said force is reached, as well as the automatic adjustment of the necessary clamping force.
Pour atteindre ces buts, le dispositif de serrage électromécanique conforme 'a l'invention comprend, disposés en ligne, un moteur électrique à arbre creux, un organe démultiplicateur, un dispositif convertisseur de sortie destiné à convertir le mouvement de rotation en un déplacement axial suivant deux directions, et un dispositif d'accumulation élastique , celui-ci étant relié à un transducteur de déplacement qui commande l'arrêt du moteur. Le dispositif convertisseur de sortie comprend en général deux éléments filetés, l'un étant relié à l'organe démultiplicateur et pouvant etre entraîné en rotation, tandis que l'autre se déplace axialement. To achieve these aims, the electromechanical clamping device according to the invention comprises, disposed in line, a hollow shaft electric motor, a reduction gear, an output converter device for converting the rotational movement into an axial displacement following two directions, and an elastic accumulation device, the latter being connected to a displacement transducer which controls the stopping of the motor. The output converter device generally comprises two threaded elements, one being connected to the reduction gear and being rotatable while the other moves axially.
Selon un mcde de réalisation de l'invention, la liaison entre le convertisseur et le dispositif d'accumulation élastique, lequel se compose en général d'une enveloppe, d'un mandrin disposé dans celle-ci et d'un élément élastique - constitué le plus fréquemment d'une pile de disques élastiques enfilés sur le mandrin - est réalisée en fixant,sur l'élément à déplacement axial du dispositif convertisseur de sortie, un transducteur de déplacement, qui est relié au mandrin, et par l'intermédiaire de celui-ci à l'élément élastique , le degré de déformation duquel est détecté. Le dispositif d'accumulation élastique est disposé extérieurement de l'enveloppe du dispositif de serrage et est fixé coaxialement avec l'élément à déplacement axial du dispositif convertisseur de sortie. According to one embodiment of the invention, the connection between the converter and the elastic accumulation device, which is generally composed of an envelope, a mandrel disposed therein and an elastic element - constituted most frequently of a stack of elastic discs threaded on the mandrel - is achieved by fixing, on the axial displacement member of the output converter device, a displacement transducer, which is connected to the mandrel, and via this one to the elastic element, the degree of deformation of which is detected. The elastic accumulation device is disposed externally of the clamping device casing and is fixed coaxially with the axial displacement member of the output converter device.
Selon une variante de réalisation de l'invention, l'élément élastique du dispositif d'accumulation est disposé à l'intérieur de l'enveloppe du dispositif, étant enfilé sur l'élément à mouvement rotatif du dispositif convertisseur de sortie. Dans ce cas, le transducteur de déplacement est solidaire de l'élément non rotatif du dispositif d'alimentation en courant du moteur électrique, et une liaison est établie entre le transducteur et ltélément à déplacement axial du dispositif convertisseur de sortie. According to an alternative embodiment of the invention, the elastic element of the accumulation device is disposed inside the casing of the device, being threaded onto the rotary movement element of the output converter device. In this case, the displacement transducer is integral with the non-rotating element of the power supply device of the electric motor, and a connection is established between the transducer and the axial displacement element of the output converter device.
L'avantage qu'apporte l'invention réside dans le fait que les ordres de commande d'arrêt du moteur électrique sont reçus directement en fonction de la déformation de l'élément élastique, déformation produite par la force axiale de sortie. Cela permet de supprimer l'embrayage de calibration réglable et tous les inconvénients qui y sont associés. The advantage of the invention lies in the fact that the stop orders of the electric motor are received directly as a function of the deformation of the elastic element, deformation produced by the axial output force. This removes the adjustable calibration clutch and all the disadvantages associated with it.
Un autre avantage qu'apporte l'invention réside dans le fait que le dispositif électromécanique suit un cycle de travail automatique, le moteur électrique étant arrêté par deux signaux différents selon le sens de déplacement. La présence des deux signaux permet, lors du desserrage, d'éviter la mise en oeuvre d'une force de même grandeur mais de sens opposé,comme pour les dispositifs connus equipés d'un embrayage de calibration, et d'actionner le transducteur par une seule force minimale. Cela permet une réduction de la durée du cycle de travail du dispositif, une diminution de la consommation d'énergie électrique, et une durée de vie accrue des éléments et des mécanismes du dispositif. Another advantage of the invention lies in the fact that the electromechanical device follows an automatic work cycle, the electric motor being stopped by two different signals in the direction of movement. The presence of the two signals makes it possible, during loosening, to avoid the use of a force of the same magnitude but in the opposite direction, as for the known devices equipped with a calibration clutch, and to actuate the transducer by only one minimum force. This allows a reduction in the operating cycle time of the device, a decrease in the electrical power consumption, and a longer life of the elements and mechanisms of the device.
Un autre avantage apporté par le dispositif réside dans le fait qu'il permet, pendant un cycle de réglage, de régler la force de sortie en séquence selon plusieurs valeurs prédéterminées, et il permet d'utiliser en outre un système suiveur automatique destiné à maintenir une force constante sur l'élément de sortie ou de la faire varier selon une règle particulière, d'où une possibilité d'élargir son domaine d'application. Another advantage provided by the device lies in the fact that it allows, during a setting cycle, to adjust the output force in sequence according to several predetermined values, and it also makes it possible to use an automatic tracking system intended to maintain a constant force on the output member or to vary it according to a particular rule, hence a possibility to expand its scope.
Un autre avantage apporté par l'invention, dans son second mode de réalisation, réside dans le fait que le dispositif d'accumulation élastique ne se présente pas sous forme de dispositif indépendant qui vient s'ajouter extérieurement au dispositif électromécanique, mais est incorporé à son enveloppe. Cela permet de plus grandes possibilités d'utilisation et, dans certains cas, d'élargir les possibilités d'exploitation des machines. Par exemple, stil est monté sur la broche rotative et si on utilise un tube en tant que tige de passage vers le mandrin de serrage, le trou de la broche est libre et on peut y introduire une partie de la pièce usinée. Another advantage provided by the invention, in its second embodiment, lies in the fact that the elastic accumulation device is not in the form of an independent device which is added externally to the electromechanical device, but is incorporated in its envelope. This allows for greater possibilities of use and, in some cases, to expand the possibilities of machine operation. For example, it is mounted on the rotary spindle and if a tube is used as a passage rod to the chuck, the hole of the spindle is free and a part of the machined part can be introduced therein.
Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue longitudinale en coupe transversale d'un dispositif de serrage électromécanique, assurant un mouvement de translation en sortie suivant deux directions, qui est monté sur les broches rotatives d'une machine
- la figure 2 représente un dispositif de serrage électromécanique, assurant en sortie un mouvement de translation suivant deux directions, qui est monté sur les broches rotatives d'une machine, mais qui comprend l'élément élastique incorporé dans l'intérieur du dispositif.An embodiment of the present invention is hereinafter described by way of example with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view of an electromechanical clamping device, providing an output translation movement in two directions, which is mounted on the rotating pins of a machine
- Figure 2 shows an electromechanical clamping device, outputting a translation movement in two directions, which is mounted on the rotating spindles of a machine, but which comprises the elastic element incorporated in the interior of the device.
Le dispositif comprend une enveloppe 1, dans laquelle est disposé un moteur électrique 2 dont l'arbre creux 3 est monté sur des flasques 4,5 fixés sur l'enveloppe 1. On voit, disposé à# la partie avant de l'enveloppe 1, et coaxialement par rapport au moteur électrique 2, un ensemble -demultiplicateur planétaire 6 dont l'axe 7 est solidaire d'un écrou 8, qui exécute un mouvement rotatif et qui est vissé sur la vis 9 La vis 9 sert d'élément à déplacement axial dont la rotation est limitée par un troisième flasque 10 qui recouvre la partie avant de l'enveloppe 1. L'écrou 8, la vis 9 et le troisieme flasque 10 constituent le dispositif convertisseur de sortie du dispositif de serrage. The device comprises a casing 1, in which is disposed an electric motor 2 whose hollow shaft 3 is mounted on flanges 4,5 fixed on the casing 1. It is seen, arranged at the front part of the casing 1 and, coaxially with respect to the electric motor 2, a planetary gearmotor assembly 6 whose axis 7 is integral with a nut 8, which executes a rotary movement and which is screwed onto the screw 9. axial displacement whose rotation is limited by a third flange 10 which covers the front portion of the casing 1. The nut 8, the screw 9 and the third flange 10 constitute the output converter device of the clamping device.
La vis 9 du dispositif convertisseur de sortie est percée de part en part d'un trou auquel est raccordé un tube 18, traversant l'arbre creux 3 du moteur électrique 2 et sortant par l'éxtrémité de celui-ci. it l'extrémité du tube 18 est fixée une coupelle 19, sur laquelle est fixé le transducteur 20. The screw 9 of the output converter device is pierced right through a hole to which is connected a tube 18, passing through the hollow shaft 3 of the electric motor 2 and out through the end thereof. the end of the tube 18 is fixed a cup 19, on which is fixed the transducer 20.
La coupelle 19 est disposée, axialement mobile, à l'intérieur d'un guide 21 monté sur l'ensemble d'alimentation en courant 22 du moteur électrique 2, ou plus précisément sur l'élément non rotatif 23 de l'ensemble d'alimentation en courant 22.The cup 19 is arranged, axially movable, inside a guide 21 mounted on the power supply assembly 22 of the electric motor 2, or more precisely on the non-rotating element 23 of the assembly of power supply 22.
La transmission du mouvement du moteur électrique 2 à l'organe démulti#lîcateur planétaire 6 se fait par l'intermédiaire d'une roue dentée 11 prévue sur l'extrémité avant de l'arbre creux 3, roue qui est en prise avec les roues dentées satellites 12 de l'organe démultiplicateur 6. L'écrou 8 du dispositif convertisseur de sortie, avec l'axe de sortie 7 de organe démultiplicateur planétaire 6, est monté dans l'enveloppe 1 par deux paliers axiaux 13. The transmission of the movement of the electric motor 2 to the planetary gear 6 is effected by means of a toothed wheel 11 provided on the front end of the hollow shaft 3, which wheel is in contact with the wheels 6. The nut 8 of the output converter device, with the output shaft 7 of the reduction gear 6, is mounted in the casing 1 by two axial bearings 13.
Sur l'extrémité avant de l'écrou 9 est fixé le dispositif d'accumulation 26 comprenant un bottier 14, constitué d'un cylindre et d'un manchon de recouvrement, à l'intérieur duquel est prévu un mandrin 16 à rotation limitée, sur lequel est enfilé un élément élastique 15 - en l'espèce un jeu de disques élastiques. Ce jeu de disques est disposé entre deux disques 27 et est serré par un écrou 28 vissé sur le mandrin 16 Le boîtier 14 du dispositif d'accumulation 26 est relié par un filetage à la vis 9. Le mandrin 16 se trouve en contact par l'intermédiaire d'une tige 17, disposée dans le tube 18, avec le capteur du transducteur 20. On the front end of the nut 9 is fixed the accumulation device 26 comprising a casing 14, consisting of a cylinder and a cover sleeve, inside which is provided a mandrel 16 with limited rotation, on which is threaded an elastic member 15 - in this case a set of elastic discs. This set of discs is disposed between two discs 27 and is tightened by a nut 28 screwed onto the mandrel 16 The casing 14 of the accumulation device 26 is connected by a thread to the screw 9. The mandrel 16 is in contact with the disc 27 intermediate of a rod 17, disposed in the tube 18, with the sensor of the transducer 20.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Pour produire une force de compression, le mouvement rotatif du moteur électrique 2 est transmis à l'organe démultiplic#atuer planétaire 6, dont l'axe de sortie 7 met en rotation l'écrou 8 avec le dispositif d'accumulation 26 qui lui est associé et se déplace vers l'avant jusqutà ce que le mandrin 16 rencontre une résistance. Sur quoi, le tube 18 et la tige 17, qui sont solidaires du mandrin 16, se déplacent avec la vis 9
Une fois le déplacement du mandrin 16 terminé, un déplacement ultérieur de la vis 9 a pour conséquence une déformation de l'élément élastique 15, tandis que la tige 17 recule par rapport au tube 18.Ce recul est détecté par le transducteur 20, lorsque la déformation de l'élément élastique 15 atteint une valeur prédéterminée, laquelle correspond à la force initiale désirée, le transducteur 20 émet un signal de coupure du moteur électrique 2. Pour faire fonctionner le dispositif en sens inverse, un signal est appliqué au moteur électrique pour provoquer sa rotation en sens opposé sur quoi, l'écrou 8, en raison du changement de sa direction de rotation,
met en mouvement la vis 9 et le boîtier 14 du dispositif d'accumulation jusqu'à ce que la force de compression produite soit supprimée.La vis 9 poursuit son mouvement de recul, avec le dispositif d'accumulation entier, jusqu'à ce qutil se produise des forces de traction dans le mandrin 16, lequel s'arrête, tandis que la vis 9 déforme l'élément élastique 15,la tige 17 se déplace vers l'avant par rapport au tube 18 et le transducteur 20 émet un signal de coupure du moteur électrique 2.The operation of the device is as follows:
In order to produce a compressive force, the rotary movement of the electric motor 2 is transmitted to the planetary gear unit 6, the output shaft 7 of which rotates the nut 8 with the accumulation device 26 which is connected thereto. associated and moves forward until the mandrel 16 meets resistance. On which, the tube 18 and the rod 17, which are integral with the mandrel 16, move with the screw 9
Once the displacement of the mandrel 16 has been completed, a subsequent displacement of the screw 9 results in a deformation of the elastic element 15, whereas the rod 17 moves back relative to the tube 18. This recoil is detected by the transducer 20, when the deformation of the elastic element 15 reaches a predetermined value, which corresponds to the desired initial force, the transducer 20 emits a signal to cut off the electric motor 2. To operate the device in the opposite direction, a signal is applied to the electric motor to cause its rotation in the opposite direction on which, the nut 8, due to the change of its direction of rotation,
moves the screw 9 and the casing 14 of the accumulation device until the compression force produced is suppressed. The screw 9 continues its recoil movement, with the entire accumulation device, until the tensile forces occur in the mandrel 16, which stops, while the screw 9 deforms the elastic element 15, the rod 17 moves forwardly with respect to the tube 18 and the transducer 20 emits a signal of shutdown of the electric motor 2.
Selon une variante de réalisation de l'invention, le dispositif électromécanique est établi de sorte que l'élément de sortie de organe démultiplicateur 6 est solidaire de l'écrou 8 du dispositif convertisseur de sortie. L'élément élastique 15 du dispositif d'accumulation est disposé entre deux disques de support 24, limités dans ltespace compris entre les deux paliers axiaux 13, au moyen desquels écrou qui est solidaire de l'élément de sortie, est monté dans 11 enveloppe I et le troisième flasque 10. According to an alternative embodiment of the invention, the electromechanical device is set up so that the reduction member output member 6 is integral with the nut 8 of the output converter device. The elastic element 15 of the accumulation device is disposed between two support discs 24, limited in the space between the two axial bearings 13, by means of which nut which is integral with the output element, is mounted in the envelope I and the third flange 10.
Les disques de support 24 sont serrés entre un épaulement 81 de l'écrou 8 et un écrou d'arrêt 25 vissé sur la partie allongée 82 de l'écrou 8. The support discs 24 are clamped between a shoulder 81 of the nut 8 and a stop nut 25 screwed onto the elongate portion 82 of the nut 8.
Le boîtier du dispositif d'accumulation est constitué sensiblement par l'enveloppe 1 du dispositif de serrage électromécanique. l'écrou 8 est en contact avec la tige 17 disposée dans le trou de l'arbre creux 3, et par l'intermédiaire de celle-ci, avec le capteur du transducteur 20. Selon ce mode de réalisation, le transducteur 20 est fixé sur l'élément non rotatif du dispositif d'alimentation en courant 22. La tige 17 est commandée par ressort pour assurer un contact constant entre écrou 8 8 et le transducteur 20. The housing of the storage device is constituted substantially by the casing 1 of the electromechanical clamping device. the nut 8 is in contact with the rod 17 disposed in the hole of the hollow shaft 3, and via the latter, with the sensor of the transducer 20. According to this embodiment, the transducer 20 is fixed on the non-rotating element of the power supply device 22. The rod 17 is spring-controlled to ensure a constant contact between the nut 8 8 and the transducer 20.
Le fonctionnement de ce mode de réalisation représenté sur la figure 2 est le suivant
Lors du serrage, le couple du moteur électrique est transmis à l'organe démultiplicateur planétaire 6. L'écrou 8 tourne et prou osque le déplacement de la vis 9 jusqu'à ce que celle-ci rencontre une résistance.The operation of this embodiment shown in FIG. 2 is as follows
During tightening, the torque of the electric motor is transmitted to the planetary gear reduction member 6. The nut 8 rotates and causes the movement of the screw 9 until it encounters resistance.
Sur quoi la vis 9 s'arrête, tandis que ltéerou 88qui poursuit sa rotation se déplace axialement le long de la vis 9, provoquant ainsi la déformation de l'organe élastique 15, qui est renfermé dans les limites des aisacls de support 24. La tige 17 qui suit le déplacement axial de l'écrou 8, se déplace conjointement avec le capteur du transducteur 20, et pour une valeur de déplacement correspondant à la force axial désirée, le transducteur 20 émet des signaux de coupure du moteur électrique 2. En fonctionnement inverse du dispositif, c'est-è-dire pour desserrer le mécanisme de commande, le moteur électrique 2 tourne en sens opposé et, par suite du déplacement de la tige 17 et du capteur du transducteur 20 en sens opposé, celui-ci émet un signal analogique de coupure du moteur électrique 2. On which the screw 9 stops, while the follower 88 which continues its rotation moves axially along the screw 9, thereby causing the deformation of the elastic member 15, which is contained within the limits of the support aisacls 24. The rod 17 which follows the axial displacement of the nut 8, moves together with the sensor of the transducer 20, and for a displacement value corresponding to the desired axial force, the transducer 20 emits cut signals of the electric motor 2. reverse operation of the device, that is to say to loosen the control mechanism, the electric motor 2 rotates in the opposite direction and, as a result of the displacement of the rod 17 and the sensor of the transducer 20 in the opposite direction, it emits an analog signal to cut off the electric motor 2.
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