FR2532871A1 - Dispositif a serrage rapide, notamment sur machines-outils, et procede de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF DE FIXATION RAPIDE D'OUTILS OU DE PIECES A USINER SUR UNE MACHINE-OUTIL COMPORTE UN PISTON TRANSVERSAL5 DANS UN CARTER1 ET DES LEVIERS DE PRESSION6, 7 QUI PEUVENT BASCULER LORSQUE LE PISTON TRANSVERSAL5 LES DEPLACE. LE LEVIER6 PREND APPUI CONTRE UNE PLAQUE DE PRESSION9 QUI PEUT ETRE DEPLACEE DANS LA DIRECTION DU SERRAGE2 ET EST MUNIE D'UN BOULON DE SERRAGE3 SORTANT DU CARTER1. PAR SA FACE LIMITE11 CETTE PLAQUE9 COMMUNIQUE AVEC L'ENCEINTE DE PRESSION13 QUI DEPLACE LE PISTON TRANSVERSAL5 DANS LE SENS ASSURANT LE SERRAGE RECHERCHE. LE FLUIDE UTILISE POUR COMMANDER CE DISPOSITIF EST PAR EXEMPLE UNE HUILE HYDRAULIQUE. LA FORCE DE SERRAGE OBTENUE SE MAINTIENT MEME SI LA PRESSION DU FLUIDE VIENT A DIMINUER.

Description

La présente invention concerne un dispositif

serrage rapide, notamment pour la fixation par ser-

rage d Qoutils" de pièces à usiner ou de dispositifs divers sur des machines=outils, ce dispositif compor' tant dans un carter duune part un piston pouvant cous lisser en travers de la direction du serrage (piston

transversal) et ître soumis à une pression de préfë-

rence sur ses deux faces, notamment un piston in-

cluant une pièce de pression d 6 plagable dans la dia reckion du serrage 9 d Vautre part au moins un levier de pression pouvant basculer, c 8 té piston transversal 9 entre au moins une position inclinée par rapport à la direction du serrage et une positiîn parallèle à cette direction 9 ce levier prenant appui d 9 un coté sur le piston transversal et 9 de lautre cté 8, contre une plaque de-pression qui 9 par rapport au carters peut 8 tre déplacée dans la direction du serrage et est munie d'un boulon de serrage sortant du carters lorsque, comme cela est préféré 9 le dispositif à serrage rapide comporte deux leviers de pression 9 ceux-ci prennent appui des deux cûtés sur la dite pièece de pression ainsi que 9 dc'un ceté, contre le carter, Un dispositif à serrage rapide conçu de la sorte est décrit dans la demande de brevet publiée sous le N 2 DE 2 319 686 Dans ce dispositif connu 9 te boulon de serrage ne peut décrire que des courses relativement petites dans la direction du serrage,

car pour des courses relativement grandes les posi-

tions fortement inclinées des leviers de pression par rapport à leur position parallèle à la direction du serrage engendreraient sur le piston qui fait

basculer ces leviers des efforts de compression ex-

trtmement élevés; également 9 le diamètre d'un tel

piston devrait en consequence ûtre calculé 'suffisam-

ment grand Donc, dans ce dispositif connu, il y a incompatibilité entre la nécessité d'obtenir des -2 forces de serrage élevées, d'autre part que le boulon de serrage ait un jeu axial aussi grand que possible, de sorte que jusqu'à préesent on s'est contenté dtun jeut aia-1 de seulement 0,3 mn au bénéfice de forces de serrage suffisammnent élevées, par exemple

pour fixer par serrage des outils, des pièces à usi-

ner ou des dispositifs divers sur des machines-outils.

Il est en outre connu, par la demande de brevet publiée sous le n= DE 2 145 643, dans un dispositif a serrage rapide du genre décrit en préambule, de

déplacer les leviers de pression au-delà de leur po-

sition parallèle à la direction du serrage pour leur faire occuper une de Lx' ième position inclinée,

mais inclinée seulement faiblement, pour ainsi assu-

rer un verrouillage à l état serré, sans qu'il faille pour cela qu'une pression de fluide correspondant aux forces de serrage soit présente en permanence contre le piston qui fait basculer ces levierso Ce dispositif à serrage rapide connu présente lui

aussi les inconvénients mentionnés plus haut.

Dans les deux dispositifs connus décrits ci-

dessus, il est certes prévu des interrupteurs de fin de course pour le contr 8 le du fonctionnement, mais ces interrupteurs ne permettent pas de surveiller

la force de serrage requise à l'état serré.

Le problème qu'a résolu l'invention était donc de créer un dispositif à serrage rapide qui assure a la fois des forces de serrage aussi grandes que possible et un jeu axial du boulon de serrage lui aussi aussi grand que possible, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif grace auquel le contrôle d'tu effort de serrage prescrit soit

possible de manière simple La solution à ce pro-

blme consiste, selon l'invention, en une disposition dans laquelle la plaque-de pression est, par sa face limite coté piston transversal, en communication fluidique avec l'enceinte de ceiston qui est sous -3 -

pression et assure le serrage, tandis q ue par rap-

port au carter cette plaque est étanche au fluide.

De cette façon, le fonctionnement du disposi-

tif à serrage rapide se trouve-subdivisé entre une course initiale tout d'abord à vide et ensuite un

serrage et verrouillage contrôlés du boulon de ser-

rage En effet, rien ne s'oppose à ce que la plaque de pression soit, à sa face limite soumise à la pression du fluide, très grande puisque la normale

à cette face est dirigée dans la direction du ser-

rage, tandis que le piston dans lequel est logée

la pièce de pression (piston transversal) est dis-

posé en travers de cette même direction et donc en travers de l'axe du carter généralement cylindrique, de sorte que la surface du piston réalisable au maximum est forcément plus petite que la surface de la plaque de pression sur laquelle le fluide exerce sa pression Mais ainsi la force exercée par le fluide sur cette plaque est plus grande que celle qui agit sur le piston transversal" C'est pourquoi au début de la course à vide du boulon de serrage la pièce de pression et les leviers de pressio 4 sont déplacés pratiquement sans effort, mais absolument sans jeu, parce que le piston transversal accompagne

sans retard le mouvement de la plaque de pression.

De ce fait, même en présence de positions initiales fortement inclinées des leviers de pression, il n'y

a pas à appliquer de pressions particulièrement éle-

vées sur le piston transversal pour que les leviers quittent ces positions initiales, de sorte que tous les éléments déplacés les uns par rapport aux autres

peuvent Ctre très simples et peu coûteux.

Après que le boulon de serrage, lorsque la course à vide initiale est terminée, soit arrivé au par contact de l'objet à ftxer/serrage, l'opération de serrage commence alors que les leviers occupent une position qui n'est plus que faiblement inclinée, ce 4 - qui est favorable du point de vue des efforts à exercer, et ces leviers soutenus par la plaque de pression sont alors en mesure d'assurer des forces de serrage très élevées On dispose donc, malgré une course à vide améliorée, d'une course suffisante pour des forces de serrage très élevées, et il est même possible, sans perte sensible de force de serrage, de faire basculer les leviers de pression au-delà de leur position parallèle à la direction du serrage pour les amener à nouveau dans une position inclinée sur cette direction, mais cette fois-ci faiblement inclinée, dans laquelle la deuxième face d'extrémité du piston transversal vient toucher le carter Est ainsi atteinte la

position de blocage décrite dans la demande de bre-

vet DE 2 145 643 mentionnée plus haut, de sorte que pendant le temps que le serrage est maintenu la pression du fluide peut diminuer sans que la force

de serrage sien trouve réduite.

Un autre avantage réside dans la meilleure lu-

brification des parties en mouvement, car du fait que la plaque de pression est étanche par rapport au carter et qu'elle est en contact avec le fluide sous pression, au moins le levier qui est en contact avec

cette plaque se trouve, ainsi que les organes adja-

cents à ce levier, lubrifiés en permanence Cette lubrification peut 9 tre assurée aussi pour l'autre leviers c'est-à-dire pour celui qui est soutenu

contre le carter; il suffit pour cela d'établir jus-

qu'à cet endroit une communication fluidique appro-

priée.

Le processus de desserrage se trouve facilité si la plaque de pression est conçue en tant que piston pouvant 9 tre soumis des deux côtés au fluide nous pression et si une cominunication est prévue entre l'autre enceinte sous pression ainsi créée

et celle des enceintes sous pression du piston trans-

versal qui opère le desserrage du dispositif.

Les leviers de pression peuvent avec grand avantage @tre fabriqués très simplement, de préf é rence à partir d'aoier laminé plato

Il est possible, au moyen d'un piston de me-

sure déplacé en parallèle par le piston de surveiller la position du piston transversal non seulement dans les positions de fin de course mais aussi dans toute position intermédiaire, notamment

dans la position parallèle a la direction du ser-

O rage Ceci est avantageux particulièrement en li-

aison avec un capteur de pression installé dans celle des enceintes de pression du piston tranavere

sal qui opère le serrage O car ainsi on peut sur-

veiller la pression du fluide en fonction de la position-inclinée du ou des leviers de pressiono Un mécanisme de mise en rotation associé au

carter, servant à faire tourner le boulon de ser-

rage transversalement à la direction du serrage permet de faire tourner ce boulon tout d Vabord aux tomatiquement dans une position de verrouillage, puis de le fixer par serrage De m 9 me, un micai nisme associé au carter pour déplacer le boulon de serrage dans la direction du serrage permet, indépendamment du processus de fixation par serrage O d'exécuter de très grandes courses à vide O de sorte

que le dispositif à serrage rapide selon l'inven-

tion peut aussi fixer par serrage des objets d -

épaisseurs très différentes ou m 8 me faire rentrer

complètement le boulon de serrage dans le disposi-

tif de serrage rapide O La mise en rotation du boulon de serrage est

effectuée de préférence par au moins une crémail-

lère commandée par un fluide pour etre déplacée en travers de la direction du serrage De mêmes il est reconmandé d'employer pour le mécanisme associé au carter pour déplacer le boulon de serrage un piston déplaceur commandé par un fluide et relié -6 - au carter de façon rigide en compression axiale et

en traction.

Pour être str que les fonctions du dispositif à serrage rapide qui doivent Ctre exécutées l'une après l'autre, telles que le coulissement, la mise

en rotation et la mise en tension du boulon de ser-

rage, ne commenceronthue lorsque le mouvement précé-

dent sera terminé, il est recommnndé de prévoir une commande du fluide sous pression par les arêtes respectives du piston considéré Pour ce faire, les pistons actionnés par le fluide dégagent des lumières ménagées dans les parois des cylindres lorsque ces pistons occupent au moins une position de fin de course, et ces lumières se trouvent alors mises en communication fluidique avec l'enceinte de pression

du piston dont c'est le tour d'ttre actionné.

En ce qui concerne le procédé de mise en oeuvre du dispositif à serrage rapide conçu selon l'invention pour résoudre le problème exposé plus haut, l'invention prévoit, lors de l'opération de

serrage, de mesurer la pression fluidique c 8 té pres-

sion du piston transversal en fonction de la course parcourue par ce derniers de comparer la valeur

ainsi mesurée aux valeurs de consigne et de déclen-

cher un signal lorsque la dite valeur mesurée s'é-

carte de ces dernièreso Ainsi, malgré l'automati-

sation complète de l'opération de serrage, un éven-

tuel défaut de fonctionnement peut ttre aisément décelé; en particulier, on peut avoir la certitude

que le dispositif à serrage rapide fournira effecti-

vement la force de serrage souhaitée.

L'invention va maintenant ttre décrite plus

en détail ci-après à l'aide d'un exemple d'exécu-

tion illustré au dessin; sur ce dernier la figure I est une vue en coupe axiale d'un

dispositif à serrage rapide représenté schématique-

ment, 7- la figure 2 et la figure 3 sont des vues en coupe de ce m 9 me dispositif, respectivement suivant

les lignes II-II et III-III tracées sur la fige 1.

Dans un carter cylindrique 1 est monté en tra-

vers de la direction du serrage du boulon de serrage 3 un piston 5 (piston transversal) qui peut Otre

sollicité des deux c 8 tés par une pression et qui re-

çoit dans la direction-du serrage une pièce de com-

pression 4 pouvant coulissero Deux leviers de pres-

sion 6, 7 prennent appui sur la pièce de pression 4, des deux c 8 tés de celle-ci; le levier 7 est soutenu, par rapport au carter 1, par l'intermédiaire deune butée de réglage 8 étanche au fluide D'autre part, le levier 6 est soutenu, par rapport au carter 1, contre une plaque de pression 9 étanche au fluide, pouvant coulisser dans la direction du serrage et munie du boulon de serrage 3 qui sort du carter lo Aux extrémités des leviers de pression 6, 7 tournées vers la pièce de pression 4 ces leviers peuvent être amenès à basculer par le piston transversal 5 pour

passer de la position d'inclinaison maximum illus-

trée à-la fig 1, dans laquelle ils forment un angle

avec la position parallèle à la direction du ser-

rage, à cette position parallèle puis au-delà pour occuper une nouvelle position inclinée représentée en tirets et qui est la position de verrouillageo Il y a communication fluidique entre la face limite 11, tournée vers le piston 59 de la plaque de pression 9 comme expliqué plus loin et 19 enceinte de pression 13, qui assure le serrage, du piston 5, et cette plaque est étanche au fluide par

rapport au carter 1.

La face 14 du piston 5 adjacente à l'enceinte de pression 13 est, dans la position illustrée à la fig 1, en contact avec le carter 1, alors'que dans la position de verrouillage dessinée en tirets clest -8 -

sa face opposée 15 qui est au contact du carter 1.

L'enceinte de pression 16 adjacente à la face 15

du piston communique par l'intermédiaire d'un con-

duit de fluide 18 avec la face 17 de la plaque de pression 9 opposée à la face limite 11 de cette plaque. Il y a communication de fluide, de manière simple, entre le levier de pression 7 appuyé contre le carter 1 et, d'une part, l'enceinte de pression 13 par l'intermédiaire d'une rainure annulaire 19 et de percées 20, 21 de la face 14 'du piston 5, et,

d'autre part aussi et par l'intermédiaire de l'évi-

dement 22 qui entoure le levier de pression-6, la

Lace limite 11 de la plaque de pression 9.

Les leviers de pression 6, 7 sont fabriqués à partir de laminé d'acier plat; deux de leurs chants

sont demi-ronds.

On voit à la fig 2 comment la pièce de pres-

sion 4 est montée à coulissement, dans la direction

du serrage, dans le piston transversal 5 Une gou-

pille ajustée 23 installée dans le piston 5 en tra-

vers de la direction de son déplacement entra Cne un piston de mesure 24 avec lequel peut 9 tre constatée

de manière simple, par l'intermédiaire d'interrup-

teurs de fin de course ou différentiels de type connu non représentés au dessin, la position du piston transversal 5 Un capteur de pression 25 mesure la pression du fluide dans l'enceinte de

pression 13.

Le carter 1 est associé de manière rigide en compression et en traction à un piston déplaceur 26 (fig t) qui entoure une partie du boulon de serrage 3 Ce piston 26 est monté à coulissement étanche dans un autre carter 27 Un alésage de raccordement 28 dans ce dernier envoie du fluide sous pression contre la face 30 d'une t Ste de pression 29 du piston déplaceur 26; de ce fait, le boulon de serrage 3 peut, par la tâte 31 à rainure en T de forme par exemple losangée qui en termine l'extrémité exté rieure 9 être soulevée jusquà ce que 1 épaulement de butée 32 du carter 1 rencontre la face d 9 extr&é mité 33 du carter 270 Dans cette position du piston déplaceur 26 la tête-29 de celui-ci'dégage la lumière 34 ménagée dans la paroi cylindrique, de sorte que du fluide sous pressioni parvient, par l'intermédiaire du conduit 35, jusqu 9 au mécanisme rotatif 36 du boulon de serrage 3 o Le mécanisme rotatif 36 (voir figo 3) Se compose

de deux crémaillères 379 38 commandées en sens in-

verses par des pistons ces crémaillères font tours ner une couronne dentée 39 qui peut coulisser axiales ment le long du boulon de serrage 3 o Ce nqest que lorsque le piston 40 qui agit sur la crémaillère 37 prend sa position de fin de course à la fin du mouvement rotatif quail dégage une lue mière 41 pratiquée dans la paroi du cylindre 9 de

sorte que le fluide sous pression peut, par léin-

termédiaire-cldune conduite non représentée au dessin 9-

parvenir à l'alésage de raccordement 42 (figol) ménal gé dans le carter 1 et agir ainsi sur la plaque de pression 9 et le piston transversal 5, de sorte que

l'opération de serrage se trouve déclenchée et exé-

cutée. L'opération de desserrage sveffectue dans l'ordre inverse; c'est alors la crémaillère 38 du mécanisme rotatif 36 qui se trouve actionnée en conséquence' Lorsque le boulon de serrage 3 est à nouveau

complètement rentré, il déclenche, par leinterne-

diaire d'une languette de contact non représentée au dessin, un autre contact par -lequel la position de

fin de course peut ttre affichée.

Le système comparateur de valeurs de consigne

pour la position du piston transversal 5 et la pres-

- sion du fluide à ce piston n'a pas été représenté au dessin, car il s'agit là de dispositifs connus en soi. Le fluide sous pression est généralement une huile hydraulique oirculant sous l'impulsion d'un groupe hydraulique non représenté au dessine Le boulon de serrage peut, par sa tâte de fordme losangée et à rainure en T, être introduit aussi bien dans des rainures en T que dans des plaques de serrage connues d'un objet à fixer La course à vide que, par interaction entre la plaque de pression 9 et le piston transversal 5, on peut

obtenir avant que ne commence le serrage propre-

ment dit, peut facilement être de plusieurs milli-

mètres, de sorte que l'on peut-aussi réaliser une prise dans des dentures droites, par exemple sur des tours à tourelle, en une seule opération avec la fixation par serrage et le verrouillage, ni un mécanisme de coulissement ni un mécanisme tournant n'étant alors nécessaire, Tous les groupes de pièces concernés subissent

une variation de longueur due à la course de serrage.

Cette variation de longueur provoque dans le dispo-

sitif à serrage rapide une contrainte du matériau aui, selon la courbe caractéristique de celui-ci, est transformée en force de serrage dans le boulon de serrage Le contr 8 le de cette force est assuré par la mesure simultanée de la course du piston transversal 5 et de la pression qui règne sur celui-ci lorsque les leviers 6, 7 sont en position

parallèle à la direction du serrage.

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REVUTDICATIOITS

I Dispositif à serrage rapide comportant d'une

part un piston ( 5) pouvant ttre soumis à une pres-

sion et monté dans un carter ( 1) avec possibilité de coulisser en travers de la direction du serrage ( 2) (piston transversal), d'autre part au moins un levier de pression ( 6, 7) pouvant basculer, c 8 té piston transversal, entre au moins une position inclinée par rapport à la direction du serrage ( 2) et une

position parallèle à cette direction, ce levier pre-

nant appui d'un c 8 té sur le piston transversal ( 5) et, de l'autre c Sté, contre une plaque de pression

( 9) qui, par rapport au carter ( 1), peut 8 tre dé-

placée dans la direction du serrage et est munie dl un boulon de serrage ( 3) sortant du carter ( 1), ce dispositif étant remarquable en ce que la plaque de pression ( 9) est, par sa face limite ( 11) située du c 8 té du piston transversal ( 5)9 en communication fluidique avec l'enceinte de pression ( 13) de ce piston qui assure le serrage, cette plaque ( 9) ée

tant en outre étanche au fluide par rapport au car-

ter ( 1) 2 Dispositif à serrage rapide selon la revenu

dication 1, remarquable en ce que la plaque de pres-

sion ( 9) est reliée, par sa face ( 17) opposée au piston transversal ( 5) a l'enceinte de pression ( 16) de ce piston qui opère le desserrage, cette liaison

étant assurée par l'intermédiaire d'un conduit ( 18).

3 Dispositif à serrage rapide selon la revenu dication 1 ou 2, remarquable en ce que le levier de pression ( 7) qui prend appui contre le carter ( 1) est relié fluidiquement à l'une des enceintas de

pression ( 13, 16) du piston transversal ( 5).

4 Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications 1 à 3, remarquable

en ce que les leviers de pression ( 6, 7) ont une 12 -

forme plate.

Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications précédentes, remar-

quable en ce qu 'il comporte un piston de -mesure ( 24) déplacé parallèlement au piston transversal ( 5). 6 Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications précédentes, remar-

quable en ce qu'il comporte un capteur de pression ( 25) dans celle ( 13) des enceintes de pression ( 13,

16) du piston transversal ( 5) qui opère le serrage.

7 Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications pr'cédentes, remar-

quable en ce qu'il comporte, pour faire tourner le boulon de serrage ( 3) en travers de la direction du serrage ( 2), un mécanisme rotatif ( 36) associé

au carter ( 1).

8 Dispositif à serrage rapide selon la reven-

dication 7, remarquable en ce que le boulon de ser-

rage ( 3) est mis en rotation par au moins une cr'-

maillère ( 37, 38) commandée par un fluide pour etre

déplacée en travers de la direction du serrage ( 2).

9 Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications précédentes, remar-

quable en ce qu'il comporte, pour déplacer le bou-

lon de serrage ( 3) dans la direction du serrage ( 2),

un m 6 canisme déplaceur associé au carter ( 1).

Dispositif à serrage rapide selon la reven-

dication 9, remarquable en ce qu'un piston déplaceur ( 26) commandé par un fluide est relié au carter ( 1)

rigidement en compression et en traction.

11 Dispositif à serrage rapide selon l'une

quelconque des revendications précédentes, remar-

quable en ce qu'il comporte une lumière ( 34, 41) pratiquée dans une paroi cylindrique, libérée par les pistons ( 5, 9, 26, 40) à commande fluidique lorsque chacun d'eux occupe au moins une position

de fin de course cette lumière étant reliée f lui-

diquement à l'enceinte de pression d'un piston à

actionner à-son tour.

12 o Procédé pour mettre en oeuvre un disposi-

tif à serrage rapide selon la revendication 19 remarquable en ce queilconsiste à mesurer, lors de l'opération de serrage, la pression fluidique du c 8 té pression du piston transversal en fonction de la course lacourue par ce derniers à comparer la valeur ainsi mesurée aux valeurs de consigne et à déclencher un signal si la dite valeur mesurée diff're des valeurs de consigneo