Brevet FR2118037A1 — publié le 19720728

H 71 44540 2118037 La présente invention concerne un dispositif de serrage mécanique,, et notamment, un étau de machine pour fixer des pièces à usiner. Ce dispositif est du type comportant 5 une broche creuse qui se visse dans une partie fixe et une barre de pression mobile axialement dans cette broche et exerçant la pression de serrage, ainsi qu'une broche d'entraînement susceptible d'être vissée axialement dans un prolongement de la broche creuse, ainsi qu'un embrayage de couple prévu entre la broche 10 d'entraînement et la broche creuse et tm amplificateur de force à leviers à genouillère prévu entre la broche d'entraînement et la barre de pression. On connaît un étau de ce type (DAS 1 289 779) dans lequel l'amplificateur de force est constitué 15 par une paire de leviers à genouillère dont les leviers sont respectivement constitués par deux organes de pression et un galet central. Cette paire de leviers à genouillère coopère avec un bloc de pression, coulissant longitudinalement et s'appuyant contre ces galets. Ihz fait des forces de serrage élevées }néces-20 saires sur les étaux de machines et qui sont de l'ordre de quatre tonnes et même davantage, l'amplificateur de force à genouil-1ère est, cependant, sollicité trop fortement. Ainsi, par suite des forces de frottement élevées, il se produit une usure ou un blocage de cet amplificateur de.force à genouillère. En outre, 25 il faut remarquer que, du fait du volume réduit dont on dispose pour recevoir la paire de leviers à genouillère, dans le prolongement de la broche creuse, ces organes ne peuvent avoir que des dimensions réduites, ce .qui ne permet pas d'engendrer et de transmettre des forces de serrage élevées. 30 la présente invention a pour but de créer un étau pour machines, comportant un amplificateur de force à genouillère, logé dans l'espace réduit du prolongement de la broche creuse et qui, malgré les dimensions réduites, permet d'engendrer des forces de serrage élevées, tout en ne sollici-35 tant que faiblement 1'ensemble des leviers à genouillère et en ne produisant ainsi qu'une usure réduite. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de serrage mécanique, et notamment, un étau pour machine, du type indiqué ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comppor-40 te plusieurs paires de leviers à genouillère répartis concentri- COPY 71 44540 2.- 2118037 quement à l'axe de la broche, ainsi qu'un piston dont le diamètre va en diminuant de façon conique et susceptible d'être déplacé en translation par la broche d'entraînement, ce piston présentant un certain nombre de surfaces de pression correspondant 5 au nombre de leviers à genouillère» La présente invention est décrite plus en détail à l'aide de divers modes de réalisation représentés schématiquement, à titre d'exemples, dans les dessins annexés, dans lesquels : 10 - la figure 1 est une coupe longitu dinale partielle d'un étau de machine outil, muni d'un amplificateur de force mécanique, - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une partie de l'étau à échelle agrandie, la partie su- 15 périeure de cette coupe longitudinale représentant les organes mobiles occupant leur position de base, alors que la partie inférieure les représente lors du serrage, - la figure 2a représente un autre mode de réalisation d'une partie de la figure 2, 20 - la figure 3 est une coupe trans versale selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue de dessus d'une partie de 11amplificateur de force (piston), - la figure 5 représente une vue de 25 face dans la direction V correspondant à la figure 4. - la figure 6 est uh autre mode de réalisation d'un amplificateur de force à genouillère, - la figure 7 est une partie de la coupe longitudinale de la figure 2 à échelle agrandie, 30 - la figure 8 est une coupe longitu dinale d'un organe de guidage, - la figure 9 est une coupe transversale de cet organe de guidage, - la figure 10 est une coupe longitu-35 dinale d'un autre organe de guidage. - la figure 11 est une coupe transversale correspondant à la figure 10. Les dessins représentent la plaque de base 1 d'un étau de machine, comportant une mâchoire fixe 2 et 40 un épaulement porte palier 3 qui reçoit une broche creuse 5 à 71 44540 3.- 2118037 filetage extérieur 4. Cette broche creuse est montée par un col 6 dans la partie arrière d'un poussoir 8, sur la partie avant 10 duquel, portant la mâchoire de serrage mobile 9, s'appuie une barre de pression 11. Cette barre est coulissante axialement 5 dans la broche creuse 5» Comme cela ressort en détail de la figure 2, la broche creuse 5 présente des prolongements 5a, 5b qui forment une unité rigide avec la broche creuse. Une douille 12, constituant en même temps l'organe d'accouplement, est reliée solidairement à l'organe de prolongement 5b. Une broche d'en-10 traînement 13 est vissée dans cette douille. L'extrémité 14 de cette broche est solidaire d'un organe frontal 15, lui-même solidaire d'une douille 16 et d'un disque 17. Il est, en outre, prévu une manivelle 18 portant un organe à plusieurs pentes 19 que l'on peut introduire dans un orifice de forme correspondan-15 te du disque 17* On tourne la manivelle 18 dans le sens des aiguilles d'une montre pour serrer la pièce à usiner 20. Pour desserrer la pièce, on tourne dans le sens inverse. Entre la broche creuse 5» 5a, 5b et la broche d'entraînement 13, est prévu Tin accouplement à cran, qui se compose d'un disque d'embrayage 22 20 présentant des dents d'encliquetage 21 et d'une douille d'embrayage 12 qui présente des cavités correspondant aux dents d*encliquetage 21. Le prolongement 23 de la broche d'entraînement 13 est relié à un disque 24» Entre ce disque et le disque d'ern-25 brayage 22 est prévu un ressort de pression 25 qui maintient, tout d'abord, en prise les organes d'embrayage 22, 12 au début du serrage, c'est-à-dire lorsqu'on tourne la broche d'entraînement 13 de telle façon qu'en même temps tourne la broche creuse 5f 5a, 5b qui se visse dans le filetage intérieur de l'épau-30 lement porte-palier 3. Ainsi, à l'aide de la barre de pression 11, entraînée par la broche 5, le poussoir 8 arrive contre la pièce 20 et on obtient une légère précontrainte. Lorsqu'on poursuit la manoeuvre de la broche 13, le disque d'embrayage 22 se dégage par déplacement dans la direction A, si bien que la broche 35 creuse 5, 5a, 5b reste fixe et que la broche d'entraînement 13 se visse par rotation dans la douille filetée 12 qui reste a-lors fixe, et cela dans la direction A. L'extrémité 23 de la broche exerce une très forte force de déplacement sur la barre de pression 11 dans la direction A par l'intermédiaire d'un 40 amplificateur de force, et cette force assure le serrage de la 71 44540 4.- 2118037 pièce 20. Comme cela ressort du dessin,, cet amplificateur de force est constitué de trois paires de leviers à genouillère réparties concentriquement à l'axe de la broche ainsi que d'un piston 26, 26a dont le diamètre diminue de façon conique et qui 5 est déplacé par la broche d'entraînement 13» 23• Ce piston présente un nombre de surfaces de pression 27, 27a correspondant au nombre de leviers à genouillère, c'est-à-dire six dans le présent exemple• Dans le mode de réalisation représen-10 té aux figures 1 à 5 et 7» les leviers à genouillère sont constitués respectivement par trois billes en acier. Il s'agit d'une bille moyenne 28 et de deux billes d'extrémité 29p ainsi que de deux organes de pression 31, coopérant avec des coupelles de réception 30, dans lesquelles s'appuient les billes d'acier 29» 15 Les billes d'extrémité 29 s'appuient, d'une parts, contre un appui 32 solidaire du prolongement 5a de la broche et, d'autre part, contre un appui 33 coulissant dans la direction de l'axe de la broche. Ce dernier appui agit sur la barre de pression 11 , par l'intermédiaire d'un ressort de pression 34. Dans ces appuis 20 32, 33» soht également prévues des coupelles réceptrices 30 pour les billes d'extrémité 29. Il est avantageux que toutes les coupelles réceptrices 30 correspondent à une calotte spbérique dont le rayon est identique au rayon des billes. Les pressions élevées ainsi engendrées peuvent être transmises avantageusement par une 25 surface relativement grande des billes. Pour assurer, lors du déplacement du piston 26 dans la direction A, une pression régulière, dirigée radialement vers l'extérieur, .du levier à genouillère, des organes de guidage radiaux 35 sont prévus pour les billes moyennes 28 des leviers à genouillère ou de leurs organes 30 de pression 31. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 2, 3 et 7, les appuis 32 et 33 présentent des prolongements axiaux 36 en forme de coins pour former des organes de guidage radiaux 35 entre ceux-ci. Toutefois9 il est avanta-35 geux, comme le montrent les figures 8, 9 et 10p de prévoir un organe de guidage 37, 38 que l'on peut introduire librement dans le prolongement 5a de la broche et qui forme un corps creux cylindrique présentant des rainures de guidage radiales 39, 40 pour guider les billes moyennes 28 ou les organes de pression 31. 40 Ces rainures doivent s'étendre sur toute la longueur de ce corps 71 44540 2118037 creux. Ce corps creux peut être un corps fabriqué par injection, comme cela ressort du mode de réalisation des figures 8 et 9. Il peut, toutefois, également s'agir d'un organe en tôle (figures 10 et 11) constitué de segments de tôle 41 en forme de coins et 5 d'un anneau de tSle 42 entourant ces segments et les maintenant réunis. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 2 à 5 et 7, le piston 26 présente une conicité variable, augmentant vers l'extrémité libre. Des rainures longitu-10 dinales 27 sont prévues dans ce piston. Les billes d'acier 28, moyennes, s'appuient sur une ligne en arc de cercle dont le rayon coïncide avec le rayon des billes. Cela est représenté à la figure 7 ' le plan de contact d'une bille moyenne 28 et du piston 26 est indiqué par une ligne en tiretés en a, a'. 15 Dans ce plan, la surface de pression 27 correspondante présente un rayon de courbure r identique au rayon de la bille. Les billes moyennes 28 n'ont ainsi aucun contact ponctuel avec le piston, mais bien plus un contact suivant une ligne en arc de cercle. On a de -la sorte une transmis- 20 sion de force plus avantageuse entre le piston et les six billes 28. La conicité du piston 26 peut être choisie en fonction des conditions et de la caractéristique de fonctionnement. Il suffit de remplacer le piston 26 pour modifier la caractéristique de fonctionnement de cet ensemble de leviers à genouillère» 25 Dans le cas du piston représenté, dont la conicité augmente vers l'extrémité, on obtient un couple d'entraînement constant lors du serrage de l'étau, c'est-à-dire lorsqu'on tourne la manivelle 18, bien que le rapport de transmission de l'ensemble de leviers à genouillère varie constamment. 30 Au début du serrage, on a une avance relativement grande de la barre de poussée 11, grâce à cette conicité variable. Cette avance diminue à mesure que la force de serrage augmente. On a, également, un gain de temps, car pour tout le serrage, il suffit d'effectuer un nombre de tours plus réduit de la broche 16. 35 Grâce au mode de réalisation selon l'invention, le piston 26 agit par plusieurs surfaces de pression 27 (dans le cas présent six) sur six leviers à genouillère ou trois paires de leviers, si bien que l'on a line répartition avantageuse des forces. Il en résulte que l'on peut exercer une 40 force de serrage élevée sur la barre de pression 11. Comme chaque 71 44540 6.= 2118037 levier à genouillère n'est soumis qu'à un sixième de cette force de serrage, le dimensionnement de ces leviers peut être relativement réduit, et l'usure est également réduite» Cette usure est encore réduite du fait que l'on utilise des billes d'acier 28, 5 29» telles que celles des roulements à Mlles, et des organes de pression 31 trempés ainsi qu'un piston 26, également trempé. Il est, en outre, avantageux de remplir d'huile une grande partie du volume 43 destiné aux paires de leviers à genouillère dans le prolongement 5a de la broche entre les deux appuis 32 et 33. 10 Pour 1'étanchéité, on utilise des bagues toriques 44, entre le prolongement 5a de la broche et les appuis 33 et 32 et entre le piston 26 et l'appui 32. On a ainsi un graissage automatique et constant des paires de leviers à genouillère et du piston. Ce graissage est très efficace dans cette construction, du fait que, 15 lors du serrage et du desserrage de l'étau, la broche 5» 5a, 5b tourne, et cette rotation amène toujours l'huile sur les zones de pression. L'usure est ainsi considérablement réduite. Comme représenté à la figure 6, les billes moyennes 28a des leviers à genouillère peuvent présenter 20 une surface plane 45 par l'intermédiaire de laquelle elles s'appuient sur une surface inclinée, plane 27a du piston 26a. Ce piston présente des surfaces de pression 27a de conicité constante. Il est toutefois, avantageux de prévoir, à la place du frottement de glissement entre les surfaces 45 et 27a, un frottement 25 de roulement, c'est-à-dire de prévoir des rainures longitudinales 27 à la place des surfaces de pression planes 27a, même lorsque la conicité du piston reste constante. Les billes d'acier 28, moyennes peuvent alors s'appuyer dans ces rainures 27» suivant une ligne en arc de cercle, comme décrit ci-dessus. 30 Pour pouvoir modifier au choix la ca ractéristique de l'ensemble des leviers à genouillère, on peut prévoir plusieurs pistons interchangeables, de conicité différen?-te. La figure 2a montre comment les pai-35 res de leviers à genouillère 29 à 32 s'appuient sur la broche creuse 5t par l'intermédiaire de ressorts Belleville 46, forts. On obtient ainsi que la force de serrage élevée reste conservée par ces ressorts Belleville, même lorsque les mâchoires de serrage compriment quelque peu les irrégularités à la surface de la 40 pièce à usiner. 71 44540 2118037 Bien entendu3 l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 44540 8.~ 2118037 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de serrage mécanique, tel qu'étau pour machines, destiné à recevoir des pièces à usiner, ce dispositif étant du type comprenant une broche creuse qui 5 se visse dans une partie fixe et une barre de pression mobile a-xialement dans cette broche et exerçant la pression de serrage, ainsi qu'une broche d'entraînement susceptible d'être vissée a-xialement dans un prolongement de la broche creuse, ainsi qu'un embrayage de couple prévu entre la broche d'entraînement et la 10 broche creuse et un amplifieateur de force à leviers à genouillère prévu entre la broche d'entraînement et la barre de pression, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs paires de leviers à genouillère, répartis concentriquement à l'axe de la broche, ainsi qu'un piston à diamètre diminuant de façon conique 15 et susceptible d'être déplacé en translation par la broche d'entraînement, ce piston présentant un certain nombre de surfaces de pression correspondant au nombre de leviers à genouillère, 2.- Dispositif de serrage, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les levierë à genouillère 20 sont respectivement constitués de trois billes en acier, une bille moyenne et deux billes d'extrémité, ainsi que deux organes de pression, prévus aux extrémités et comportant des coupelles de réception, s'appuyant par l'intermédiaire de ces coupelles contre les billes d'acier, des coupelles réceptrices pour les billes d'-25 acier étant également prévues sur les deux appuis pour les leviers à genouillère. 3.- Dispositif de serrage selon la revendication 2f caractérisé en ce que les coupelles de réception ont une forme de calotte sphérique dont le rayon de courbure cor- 30 respond à celui des billes. 4.- Dispositif de serrage selon la revendication caractérisé en ce qu'il comporte des organes de guidage pour les billes moyennes des leviers à genouillère et de leurs organes de pression. 35 5»- Dispositif de serrage selon la re vendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un organe de guidage susceptible d'être introduit librement dans le prolongement /• de la broche creuse, cet organe de guidage formant un corps creux cylindrique et comportant des rainures de guidage radiales pour 40 les billes moyennes et les organes de pression, ces rainures s'- 71 44540 2118037 étendant sur toute la longueur du corps creux. 6.- Dispositif de serrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps creux cylindrique est constitué de segments de tôle en forme de coins et d'un 5 anneau de tôle entourant ces segments et les maintenant réunis. 7.- Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston présente des rainures longitudinales dans lesquelles s'appuient les "billes d'acier moyennes suivant un arc de cercle dont le rayon corres- 10 pond au rayon des billes. 8.— Dispositif de serrage selon la revendication 7» caractérisé en ce que le piston présente une conicité variable augmentant vers l'extrémité. 9.- Dispositif de serrage selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à,8, caractérisé en ce que le piston est interchangeable et le dispositif comporte plusieurs pistons de conicité différente. 10.- Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9» caractérisé en ce que les 20 paires de leviers à genouillère s'appuient sur la broche creuse par l'intermédiaire de ressorts Belleville puissants. 11.- Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume destiné aux paires de leviers à genouillère et compris en- 25 tre les deux appuis est rempli en grande partie d'huile, l'é-tanchéité étant assurée par des bagues toriques qui sont disposées entre le prolongement de la broche et les appuis, ainsi qu'entre le piston et l'appui.