Brevet FR2161844A1 — publié le 19730713

La présente invention concerne les dispositifs de projection des machines-outils pour l'usinage des métaux, et plus particulièrement les dispositifs protégeant les outils tournants et les mécanismes des machines-outils contre les surcharges suivant le couple moteur, avec prélèvement sans contact du signal de surcharge. On connait des dispositifs de protection des machines-outils pour l'usinage des métaux, avec prélèvement sans contact du signal de surcharge, comportant un couple d'éléments de travail embrassés par un système magnétique et dont l'un est relié à une commande d'entraînement en rotation, 11 autre à l'élément à protéger. lesdits éléments de travail sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un accouplement assurant leur liaison cinématique et permettant en présence de surcharges suivant le couple moteur, le pivotement de l'un desdits éléments par rapport à l'autre. Dans les dispositifs connus précités, les éléments de travail sont constitués par une broche menante et une broche menée, la première étant reliée à une commande d'entraînement en rotation tandis que la deuxième porte un outil de coupe en forme de tige (dans la plupart des cas, un foret) protégé contre les surcharges et les ruptures dues au couple moteur. La liaison entre les broches est assurée par un accouplement constitué par un élément souple (soit un ressort préalablement soumis à la torsion, soit un arbre de torsion précontraint) qui transmet le couple moteur de la broche menante à la broche menée, et, en présence de surcharges, assure (par suite de sa torsion), le pivotement relatif des broches.Le système magnétique est constitué par un convertisseur à induction formé par une carcasse et une bobine d'induction enveloppant deux bagues comportant des saillies latérales et reliées, respectivement aux broches menante et menée. le convertisseur à induction est sensible au pivotement relatif des broches (il réagit aux variations du jeu entre les saillies latérales des bagues) et transmet un signal de surcharge sans l'intermédiaire de contacts. Cependant, la modification du réglage d'un tel dispositif à la valeur voulue du couple moteur au-dessus de laquelle le dispositif doit être mis en action et fournit le signal de surcharge (dans l'exposé qui suit, cette valeur est appelée "valeur à laquelle est réglé le dispositif) est assez compliquée et ne peut être réalisée directement pendant le fonctionnement du dispositif, car il faut pour cela tordre l'élément souple d'un autre angle. Pourtant, le problème de la modification du réglage du dispositif est très important et doit trouver une solution par exemple pour la protection de forets combinés contre les surcharges et les ruptures dues au couple moteur. En outre, les dispositifs connus n'assurent pas, en cas de surcharge, une réduction immédiate du couple moteur exercé sur la broche menée et sur l'outil à protéger. Ces dispositifs sont caractérisés en ce que si le couple de résistance à la coupe, ayant atteint la valeur à laquelle est réglé le dispositif, continue de croître, il se produit un pivotement relatif des broches et par conséquent, par suite de la torsion de l'élément souple, un accroissement du couple moteur transmis à la broche menée. Il en résulte que le couple moteur appliqué à l'outil à protéger devient supérieur à la valeur à laquelle est réglé le dispositif. Grâce au signal fourni, lors du pivotement relatif des broches par le convertisseur à induction au système de commande de la coupe, il se produit après un certain temps, soit l'arrêt de la commande d'entraînement, soit le retrait de l'outil par rapport à la pièce à usiner. Cependant, comme on le voit, l'élimination de la surcharge ne s'effectue qu'au bout d'un certain temps dépendant de la vitesse de traitement du signal par tout le système de commande. O-r, le couple moteur exercé sur la broche menée et sur l'outil peut, pendant ce temps, atteindre une valeur excessive susceptible de rompre l'outil. Cela se produit souvent aux vitesses de rotation élevées de l'outil (indispensables dans le cas des forets de faible diamètre) ainsi que dans d'autres cas, par exemple quand le couple de résistance à la coupe s'accroît brusquement et d'une façon saccadée. Aussi, les dispositifs connus ne sont-ils pas suffisamment fiables. En plus des inconvénients mentionnés plus haut dans les dispositifs considérés, l'angle- de pivotement relatif des broches est limité (il peut varier de quelques degrés à plusieurs dizaines de degrés en fonction de la nature de l'élément souple utilisé); c'est pourquoi, après le pivotement des broches d'un tel angle, leur liaison devient rigide et il se produit un choc dynamique. Donc, si en cas de surcharge brusque la commande de coupe ne peut réagir à la commande pendant le temps au cours duquel se produit le pivotement relatif des broches, la mise hors d'usage de l'outil est inévitable. Il convient de relever encore un inconvénient des dispositifs mentionnés plus haut : par suite de l'exécution de l'accouplement des broches sous forme d'un élément souple assurant la transmission du couple moteur, la plage dans laquelle peuvent fonctionner les dispositifs de protection est relativement restreinte et dépend des propriétés des éléments souples. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités. A cette fin, l'invention vise un dispositif pour la protection des outils tournants et des mécanismes contre les surcharges suivant le couple moteur, sur les machines-outils pour l'usinage des métaux, avec prélèvement sans contact du signal de surcharge, dont l'exécution constructive assurerait une modification facile du réglage à la valeur nécessaire du couple moteur, la possibilité de procéder à la modification de ce réglage directement pendant la marche, une réduction brusque du couple moteur exercée sur l'élément mené lorsque la valeur à laquelle est réglé le dispositif est dépassée (ctest-à-dire une fiabilité élevée de celui-ci), et des possibilités d'application universelles, c'est-à-dire une protection assurée dans une large plage de couples moteurs. Cet objectif est atteint du fait que dans un dispositif pour la protection contre les surcharges, suivant le couple moteur, des outils tournants et mécanismes équipant les machinesoutils pour l'usinage des métaux, avec prélèvement sans contact du signal de surcharge, du type comportant un couple d'éléments de travail embrassés par un système magnétique et dont l'un est accouplé à une commande d'entraînement en rotation et l'autre à l'élément à protéger lesdits éléments étant accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un accouplement assurant leur pivotement relatif en présence de surcharges, selon l'invention l'accouplement entre les éléments de service est exécuté sous forme d'un manchon de sécurité à action axiale, à deux plateaux dont l'un est rigidement fixé à l'un des éléments de travail, tandis que l'autre, mobile axialement, est relié à l'autre élément de travail, ledit système magnétique étant constitué par une culasse fixe et un noyau enveloppant la bobine électromagnétique, ledit noyau étant rigidement lié audit plateau mobile. En outre, la bobine électromagnétique du dispositif peut être intercalée dans un système de régulation de la valeur du courant traversant ladite bobine. Il est également avantageux de monter en parallèle avec la bobine électromagnétique un élément assurant le shuntage de cette dernière après ltélimination du signal de surcharge. L'idée essentielle de l'invention proposée consiste en ce qui suit. Grace au fait que l'accouplement des éléments de service est réalisé sous forme d'un manchon de sécurité à action axiale, dont l'un des plateaux est rigidement fixé à-l'un des éléments de travail tandis que l'autre est monté avec possibilité de déplacement axial tout en étant relié à l'autre élément de service, la valeur du couple moteur limite transmis d'un élément de travail (élément menant) à l'autre (élément mené) dépend de l'effort avec lequel se produit le serrage des plateaux du manchon dans le sens de l'embrayage, et plus précisément de l'effort avec lequel le plateau mobile est appliqué sur le plateau fixe.En présence d'un tel accouplement des éléments de travail, l'effort tendant à débrayer les plateaux du manchon et dépendant de la valeur du couple moteur transmis devient supérieur, au cours d'une surcharge, à l'effort de serrage. Il en résulte que le plateau mobile se déplaçant dans le sens axial le long de l'un des éléments de travail, et relié à ce dernier suivant le couple moteur, est débrayé du plateau fixe. Cela entraîne la rupture du circuit cinématique entre les éléments de travail et assure leur pivotement relatif d'un angle illimité. Dans le dispositif considéré, l'effort assurant le serrage des plateaux du manchon est de nature électromagnétique. Grâce au fait que le système magnétique est exécuté sous forme d'une culasse fixe et d'un noyau enveloppant la bobine électromagnétique, le courant circulant dans la bobine électromagnétique engendre une certaine force d'attraction du noyau vers la culasse fixe. Du fait que la culasse est rigidement liée au plateau mobile du manchon de sécurité à action axiale, le serrage des plateaux du manchon est réalisé avec le meme effort que celui avec lequel le noyau du système magnétique est attiré vers la culasse. La valeur de l'effort mentionné dépend de l'intensité du courant passant par la bobine électromagnétique. Cette intensité peut être facilement réglée (y compris pendant le fonctionnement du dispositif) ce qui assure une modification simple du réglage du dispositif à la valeur du couple moteur à laquelle il doit entrer en action.En outre, la valeur du courant peut être réglée dans une plage étendue. Donc, le dispositif proposé assure la transmission de couples moteurs (et évidemment la fonction de protection) dans une plage étendue, c'est-à-dire que c'est un dispositif à fonctions universelles. La bobine électromagnétique, avec la culasse fixe et le noyau qui l'enveloppent remplissent sim~tanément la fonction d'un convertisseur à induction réagissant aux variations de l'entrefer entre la culasse et le noyau. le déplacement axial du noyau provoquant le débrayage des plateaux du manchon de sécurité entraîne un accroissement de l'entrefer mentionné, donc une brusque réduction du flux magnétique se fermant à travers le noyau et la culasse, ainsi qu'une nette réduction de la force d'attraction du noyau vers la culasse du système magnétique. La variation qui se produit alors dans l'intensité du courant passant par la bobine électromagnétique constitue un signal de surcharge, qui est délivré au système de commande de la coupe. La brusque réduction, au cours de la surcharge, de la force d'attraction du noyau vers la culasse du système magnétique et du serrage des plateaux du manchon assure la réduction instantanée du couple moteur appliqué à l'élément mené. Cela améliore la fiabilité du dispositif. le branchement de la bobine électromagnétique sur le système de régulation du courant traversant la bobine, assure la modification automatique, au cours du fonctionnement du dispositif, de la valeur du couple moteur limite que l'un des éléments de travail transmet à l'autre. Cet avantage du dispositif est particulièrement important pour la protection contre les surcharges et les ruptures des forets combinés. D'autre part, la connexion en parallèle avec la bobine électromagnétique, d'un élément assurant son shuntage après l'élimination du signal de surcharge permet de supprimer l'embrayage périodique des plateaux, après le déclenchement du dispositif, par suite de la présence d'efforts peu considérables tendant à ramener à sa position initiale la culasse qui s'était séparée du noyau, ce qui permet de réduire l'usure des plateaux du manchon. En outre, une élimination complète du couple moteur appliqué à l'élément mené est assurée. Ci-dessous est donnée une description détaillée d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation du dispositif proposé, avec références au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif pour la protection d'un foret combiné contre les surcharges - la figure 2, idem, vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1; - la figure 3 montre le shéma électrique de connexion de bobine électromagnétique dans le dispositif proposé. En se référant aux figures on voit que le dispositif utilisé pour la protection contre les surcharges, suivant le couple moteur, des forets combinés comporte un élément menant, constitué par une broche menante 1 (figure 1), et un élément mené, constitué par une broche menée 2, montés coaxialement et fixes l'un par rapport à l'autre axialement. La broche menante 1 est reliée à une commande d'entraînement en rotation (non représentée sur les figures) lui transmettant un mouvement de rotation, tandis qu'à la broche menée 2 est accouplé l'élément à protéger qui, dans le cas considéré, est un foret combiné 3. L'accouplement des broches menante et menée est assuré par un manchon de sécurité à action axiale constitué par des plateaux 4 et 5. L'un des plateaux (le plateau mené 4) est rigidement fixé sur la broche menée 2, tandis que l'autre (le plateau menant 5) est monté fixe dans un fourreau 6 en matériau amagnétique. le fourreau 6 comporte sur sa tranche deux saillies 7 (figure 2) qui s'engagent dans des encoches longitudinales ménagées dans une partie en surépaisseur 8 de la broche menante 1. les saillies 7 permettent le libre déplacement du fourreau 6 par rapport à la broche menante 1 dans le sens axial, tout en prévenant le pivotement du fourreau 6 par rapport à la broche menante 1.De cette façon, le fourreau 6 assure entre le plateau menant 5 et la broche menante 1 une liaison assurant la transmission rigide du couple moteur de la broche menante 1 au plateau menant 5 tout en permettant la translation axiale du plateau menant 5. les broches 1 et 2 sont entourées d'un système magnétique constitué par une bobine électromagnétique 9, disposée coaxia lement à celles-ci et qui est elle-même enveloppée par une culasse fixe constituée par une partie d'une carcasse 10 entrant en contact avec la bobine électromagnétique 9 et un fourreau extérieur 11 monté sur la carcasse 10, ainsi que par un noyau annulaire rigide 12 fixé sur le fourreau 6. De cette façon, entre le noyau 12 et le plateau menant 5 du manchon de sécurité est réalisée une liaison rigide. les pièces de la culasse (la carcasse 10, le fourreau extérieur 11, et le noyau 12) sont exécutées en matériau ferromagnétique.Lorsque les plateaux 4 et 5 du manchon de sécurité à action axiale sont serrés, il subsiste entre les faces de la carcasse 10 et du noyau 12 un entrefer de l'ordre de 10.10 3 mm. le déplacement axial du#urreau 6 portant le noyau 12 est limité par le fourreau extérieur 11. La bobine électromagnétique 9 est raccordée à un système de régulation du courant passant à travers ladite bobine. Ce système de régulation est formé par des résistances de réglage 14, 15 en série, branchées sur une source de courant continu stabilisé 13 (figure 3), et par un interrupteur limiteur 16 branché en parallèle avec la résistance de réglage 14.En parallèle avec la bobine électromagnétique 9 est branché un élément de shuntage 17 dont le rôle peut être rempli par un appareil à semi-conducteur constitué par un transistor, ou un redresseur commandé (thyristor) dont l'amorçage est commandé par le système de commande de la coupe (non représenté sur les figures). le signal de surcharge est directement prélevé sur la bobine électromagnétique 9 (le point deprélèvement du signal est désigné par la lettre A sur la figure 3). le dispositif de protection contre les surcharges fonctionne de la façon suivante. Pendant le fonctionnement de la perceuse, le flux magnétique engendré par le courant continu passant à travers la bobine électromagnétique 9 engendre une force électromagnétique axiale qui attire le noyau 12 vers la culasse du système magnétique (plus précisément sur la tranche de la carcasse 10). Entre les tranches du noyau 12 et de la carcasse 10 s'établit alors l'intervalle de travail minimal mentionné plus haut. L'attraction du noyau 12 a pour effet de serrer les plateaux 4 et 5 du manchon de sécurité à action axiale, en déplaçant le plateau 5 dans le sens de l'embrayage, ce qui assure la liaison cinématique entre la broche menante 1 et la broche menée 2.A l'aide des résistances de réglage 14 et 15 branchées sur le système 13-16 de régulation du courant passant à travers la bobine électromagnétique 9, le dispositif est préalablement réglé aux valeurs limites des couples moteurs admissibles pour les parties correspondantes du foret combiné. En marche à vide, quand ltoutil ntest pas encore en contact avec la pièce à usiner, ainsi que pendant le travail de la partie de faible diamètre du foret, l'interrupteur limiteur 16 est ouvert, et le dispositif est réglé à la valeur du couple moteur maximal admissible pour le diamètre du foret utilisé. Pendant la marche de la machine, tant que le couple de résistance à la coupe pendant le perçage ne dépasse pas le couple moteur pour lequel est réglé le dispositif, le noyau 12 est attiré vers la culasse, les plateaux 4 et 5 du manchon de sécurité à action axiale sont serrés (embrayés) et le dispositif assure la transmission normale du couple moteur au foret 3. En présence d'une surcharge, quand le couple de résistance à la coupe et par conséquent le couple moteur exercé sur le foret 3 dépasse légèrement la valeur à laquelle est réglé le dispositif, le manchon de sécurité se déclenche en provoquant le déplacement axial du plateau menant 5 et du noyau 12. il en résulte que l'intervalle de travail entre le noyau 12 et la culasse augmente.La force d'attraction électromagnétique exercée sur le noyau 12 diminue considérablement et la liaison cinématique entre la broche menante 1 et la broche menée 2 est coupée. La broche menante 1 a alors la possibilité de tourner par rapport à la broche menée 2. Dans ces conditions il se produit pendant un premier instant un embrayage périodique du plateau menant 5 avec le plateau mené 4 par suite de la faible force électromagnétique d'atraction du noyau 12 vers la culasse du système magnétique. Au moment où se produit l'accroissement de l'intervalle de travail entre le noyau 12 et la culasse, un signal de surcharge prélevé sur la bobine électromagnétique 9 (point A de la figure 3) est appliqué au système de commande du processus de coupe. Au moment suivant le système de commande agit sur l'élément 17 qui provoque le shuntage de la bobine électromagnétique et la coupure complète du courant. il en résulte que le noyau 12 cesse d'être attiré par la culasse, et l'embrayage périodique des plateaux 4 et 5 de nature à provoquer l'usure du manchon, cesse. le couple moteur exercé sur l'outil est entièrement supprimé au bout d'un certain temps dépendant de la rapidité du temps de réponse du signal reçu par le système de commande, le dispositif portant le foret s'écarte de la pièce à usiner,ce qui a pour effet d'éliminer les copeaux du foret. Ensuite, l'élément de shuntage 17 est coupé, ce qui provoque l'embrayage des plateaux 4 et 5, et le dispositif dont le foret est prêt à continuer le perçage, s'avance de nouveau vers la pièce à usiner et l'usinage reprend. Au moment où s'amorce le perçage par la partie de plus grand diamètre du foret 3, l'interrupteur limiteur 16 est fermé par un signal du système de commande du processus de coupe. le courant passant par la bobine électromagnétique 9 augmente, et le réglage du dispositif se modifie automati quement à une nouvelle~valeur limite du couple moteur admissible pour le diamètre (plus grand que le précédent) du foret utilisé. le fonctionnement subséquent du dispositif se déroule de la façon décrite plus haut. Ainsi qu'il ressort de l'exposé qui précède le dispositif, proposé pour la protection contre les surcharges permet une modification facile et simple du réglage à une valeur donnée du couple moteur, dont le dépassement devra provoquer la mise en action du dispositif et la délivrance d'un signal de surcharge, cette modification du réglage pouvant être réalisée au cours même du fonctionnement du dispositif. le dispositif assure également, en présence d'une surcharge, une réduction brusque du couple moteur appliqué à l'élément mené (c'est-àdire une rupture du circuit cinématique entre les éléments de travail, assurant à ces derniers une possibilité de pivotement relatif d'un angle illimité), ce qui améliore la fiabilité de la protection. le dispositif assure en outre la transmission de couples moteurs et une protection dans une plage étendue, ce qui lui donne des possibilités d'utilisation universelle. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tout les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits et représentés, ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de protection contre la surcharge, en couple moteur, des mécanismes et outils tournants des machinesoutils pour l'usinage des métaux, par prélèvement sans contact d'un signal de surcharge, du type comportant une paire d'éléments de travail enveloppés par un système magnétique et dont l'un est relié à une commande de rotation et l'autre à l'élément à protéger, lesdits éléments étant reliés entre eux par un accouplement assurant, en cas de surcharge, le pivotement de l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que l'accouplement desdits éléments de travail est réalisé sous forme d'un embrayage de sécurité à action axiale comportant deux plateaux dont l'un est rigidement fixé à l'un desdits éléments de travail, tandis que l'autre, mobile axialement, est relié à l'autre élément de travail, ledit système magnétique étant constitué par une bobine électromagnétique enveloppée par une culasse fixe, et par un noyau solidaire du plateau mobile précité. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine électromagnétique est raccordée à un système de régulation du courant la parcourant. 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à la bobine électromagnétique est connecté un élément assurant son shuntage après l'élimination du signal de surcharge.