Brevet FR2199070A1 — publié le 19740405

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un vérin hydraulique à double effet, par variation de pression dans une canalisation de liaison unique reliant une source de liquide sous pression audit vérin par l'inter médiaire d'un distributeur. Ce dispositif de commande est particulièrement avantageux pour un mandrin rotatif à vérin incorporé serrant, sur une machine-outil, un tour notamment, les pièces à usiner, étant donné qu'il permet d'assurer la commande du vérin, ctest-à- dire la manoeuvre du mandrin au moyen d'une seule liaison hydraulique sous pression et, par conséquent, d'un seul joint hydraulique tournant entre le mandrin et la source. On sait qu'un vérin hydraulique à double effet est usuellement commandé par un distributeur hydraulique à tiroir qui permet de commuter les relations entre les deux conduites aboutissant aux deux compartiments du vérin, d'une part, avec la source de pression et le retour à la bâche, d'autre part. Un tel distributeur peut être à commande manuelle. Il peut aussi être à commande hydraulique par ses extrémités. Dans la réalisation comportant un vérin hydraulique a double effet mû en rotation rapide et commandé pendant celle-ci, le distributeur est usuellement fixe, ce qui nécessite au moins deux canalisations, donc deux joints hydrauliques rotatifs pour transmettre tour à tour aux deux compartiments du vérin la pression nécessaire. Dans ce cas, celle des canalisations qui, à un moment donné, ne transmet pas la pression hydraulique, assure le retour du liquide détendu. Dans la réalisation selon l'invention, appliquée à un vérin rotatif et spécialement à un mandrin rotatif de machine-outil comportant un vérin incorporé, le distributeur est lui-même rotatif et, déterminant la permutation des alimentations du vérin à partir d'une canalisation d'arrivée d'huile sous pression, il assure également, par une voie unique, les retours du liquide détendu vers la bâche contenant la réserve de liquide. Selon l'invention, le dispositif de commande d'un vérin hydraulique à double effet comprend un distributeur à tiroir axial coulissant, mobile dans un corps entre deux positions extraies, distributeur qui est alimenté par une extrémité du corps en liquide sous deux pressions différentes et dont le tiroir, sollicité par un ressort en direction de l'alimentation, comporte un canal axial débouchant, d'une part, librement vers l'alimentation et vers le milieu de ce tiroir et, d'autre part, à travers une restriction de passage liquide, dans un espace situé à l'autre extrémité du corps, espace fermé par un clapet de décharge taré pour une valeur intermédiaire entre ces deux pressions d'alimentation, le débouché médian du tiroir, en chacune des positions extrêmes de celui-ci, étant mis en communication par des gorges et des forages avec l'un des conduits en relation avec un des compartiments dudit vérin à double effet, tandis que, dans la position correspondante du tiroir, l'autre conduit est mis en relation, par l'intermédiaire d'autres gorges et forages, avec l'extérieur. Dans une telle réalisation, lorsque du liquide (appelé huile pour simplifier dans la suite), mis sous une pression inférieure à celle qui correspond au tarage du clapet de décharge, est envoyé au distributeur, l'espace situé dans le distributeur du côté opposé à l'arrivée d'huile se remplit d'huile sous cette pression à travers la restriction de passage du canal axial. Ainsi, le tiroir subit des poussées d'huile équilibrées, et le ressort agissant sur ce tiroir étant prépondérant, il maintient le tiroir du côté de l'arrivée d'huile. L'un des compartiments du vérin est alors alimenté, l'autre étant en décharge. Si on envoie alors de l'huile sous une pression plus forte que celle qui correspond au tarage du clapet, ledit espace s'emplit d'huile sous cette pression et l'huile s'échappe par ce clapet. La pression d'huile dans ledit espace s'abaisse fortement du fait que le débit d'huile du clapet est très supérieur à l'arrivée d'huile par la restriction de passage et, la pression d'huile sur le tiroir étant plus grande du côté de l'alimentation que de l'autre, ce tiroir passe dans son autre position extrême, ce qui permute l'alimentation des deux compartiments du vérin et assure l'alimentation de l'autre compartiment du vérin avec de l'huile sous pression plus forte. On remarquera qu'il existe ainsi une dissymétrie dans la commande du vérin, l'un de ses compartiments recevant une plus forte pression que 1' a#tre . On peut compenser cette EiffFrende en donnent aux deux sections actives du piston de vérin, sur lesquelles agissent les pressions, des surfaces diff#entes, de façon que les forces exercées dans les deux sens par le vérin soient égales. Cependant, dans certains cas, notamment dans celui des mandrins de machines-outils, il convient que le serrage du mandrin corresponde toujours à la pression faible, de façon que si, pour une cause extérieure, la pression d'huile vient à baisser, il n'en résulte pas un desserrage intempestif du mandrin tournant qui fixe la pièce. Or, un mandrin de machine-outil doit pouvoir aussi bien serrer une pièce pleine par ltextérieur qu'une pièce creuse par l'intérieur. Pour que la faible pression assure toujours néan- moins le serrage, le distributeur comprend, entre le corps et le tiroir, une douille intermédiaire qui peut tourner par demi-tour autour de son axe, et les deux forages ménagés dans cette douille, qui correspondent aux canaux de communication avec chacun des compartiments de vérin, sont diamétralement opposés Ainsi, une rotation d'un demi-tour de la douille permute les conditions de la distribution, de sorte que la pression la plus faible correspond toujours au serrage de la pièce par le mandrin, que ce serrage soit extérieur ou intérieur. Les dessins annexés et la description correspondante permettront de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une représentation schématique de l'ensemble d'une installation hydraulique conforme à l'invent ion. La figure 2 est une coupe axiale d'un mandrin à vérin incorporé comportant un dispositif de commande conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de face de ce mandrin. Les figures 4, 5, 6 et 7 sont respectivement des coupes suivant IV-IV, V-V, VI-VI et Vil-Vil de la figure 3. Dans le schéma illustré par la figure 1, une pompe 1 entraînée par un moteur 2, aspire à travers une crépine 3 et met sous pression de l'huile puisée dans une bâche 4. La pression dans la conduite de sortie 5 de la poape 1 est dé terminee par# > dispositif de régulation 6. Ce dispositif comporte une soupape tarte de régulation 7 avec retour 8 vers la bâche, soupape reliée à la canalisation 5 par le clapet taré 10 par rapport auquel Irélectro vanne 9 est montée en by#pass. Un manomètre 11 permet le contrôle de la pression à la sortie de la soupape tarée 7. Ainsi, suivant la position de l'électrovanne 9, c'est-à-dire suivant que l'huile arrive directement à la soupape 7 ou par l'intermédiaire du clapet 10, la pression dans la canalisation 5 est, soit la pression de tarage de la soupape 7 (appelée dans la suite pression P1), soit la pression de cette soupape 7 majorée de la pression imposée par le clapet 10 (appelée dans la suite pression P2). Autrement dit, P2 = P1 + Pa, en appelant Pa la pression de tarage du clapet 10. Sur la figure 1, l'ensemble incluant le dispositif conforme à l'invention est entouré par le rectangle 12. Il n'est relié à la pompe et au dispositif de régulation de pression que par la seule canalisation 5. Cet ensemble comprend un distributeur 13 schématiquement représenté, qui est commandé par la pression de la canalisation 5 à l'encontre du ressort réglable 15. Comme on le montrera dans la suite, la position du distributeur 13 dépend de celle des deux pressions P1 ou P2 qui règne dans la canalisation 5, de sorte que l'un ou l'autre des compartiments 16A ou 16B du vérin 16 se trouve alimenté tour à tour, l'un par la pression forte, l'autre par la pression faible, celui des deux compartiments qui n'est pas alimenté étant relié à la bâche par une voie de retour 17. Enfin, un organe commandé à la main 18 permet, à volonté, de permuter la relation des sorties du distribu#teur 13 avec les deux compartiments du vérin, de façon à permettre le choix de celui de ces deux compartiments qui reçoit la forte pression et inversement. Le dispositif schématiquement illustré sur la figure 1 est mis en oeuvre dans le mandrin à distributeur et vérin incorporés illustré par les figures 2 à 7. Le mandrin représenté sur ces figures comprend une partie fixe C essentiellement constituée par un carter enve- loppant la partie arrière du mandrin, et une partie tournante D dans laquelle se trouve le vérin incorporé qui commande les mors et le distributeur 13 assurant l'alimentation de ce vérin. Cette partie tournante comprend essentiellement un moyeu 47 permettant le montage du mandrin sur une broche de machineoutil et un corps de mandrin 42 assemblé au moyeu par les vis 54. Le carter C, qui collecte l'huile détendue en retour de l'hydraulique du vérin et les diverses fuites d'huile du distributeur, est relié à la bâche par un ajutage inférieur 20. Le carter comporte aussi le dispositif de joint hydraulique tournant qui, disposé sur la canalisation 5, permet l'amenée de l'huile sous la pression P1 ou sous la pression P2 au mandrin. Dans la réalisation illustrée, ce dispositif de joint tournant est conforme à celui qui est décrit dans la demande de brevet français du 2 juin 1972, n0 EN 72.19919 au nom de la Demanderesse. Cependant, tout autre dispositif de joint tournant hydraulique permettant la transmission de liquide sous pression d'une partie fixe à une partie tournante pourrait convenir. Pour mémoire, on rappellera que ce dispositif de joint tournant comprend un anneau plat 21 solidaire du carter C et 3 travers lequel arrive, par le raccord 22, l'huile sous pression. Le forage 23, ménagé dans l'épaisseur de cet anneau, débouche, d'un coté, par un large forage 24, de l'autre, par un gicleur 25, dans les faces dudit anneau plat. De chaque côté de l'anneau plat, sont assemblés, avec interposition d'une entretoise 26, les flasques 27 et 28 rendus solidaires, ainsi que l'entretoise, du moyeu du mandrin 47 par les boulons 29. L'épaisseur de l'entretoise 26 èst juste un peu plus forte que celle de l'anneau plat 21, de façon que la rotation relative s'effectue sans coutact mais à très faible distance entre les flasques et l'anneau. Le forage 24 débouche dans une gorge 30 du flasque 28 et le gicleur 25 dans une gorge 31 du flasque 27 dont la largeur est double de celle de la gorge 30. Comme il a été exposé dans la demande mentionnée plus haut, on obtient ainsi, entre les deux flasques et les faces de l'anneau, des pressions équilibrées et, par conséquent, un centrage axial des flasques par rapport à cet anneau ; le centrage radial est assuré par la couronne de billes 32 interposées entre l'entretoise 26 et la périphérie interne de l'anneau. Ainsi, par la voie de la gorge 30, l'huile sous pression est transmise, par la suite de forages 33 (qui constituent la portion rotative de la canalisation 5) et le trongon de forage axial 34 dans l'axe du distributeur 13. Dans la réalisation illustrée, en particulier sur les figures 4 et 5, le distributeur comprend un tiroir cylindrique 35 comportant un canal axial 36 débouchant librement du côté de l'arrivée d'huile 34 et, vers le milieu de ce tiroir, par les forages 37, tandis que, du côté opposé à l'arrivée d'huile, le passage dans le canal de ce tiroir est commandé par un gicleur 38. Le ressort 15, qui tend à repousser ce tiroir en direction du forage 34 d'arrivée d'huile, est appuyé sur le bouchon 39 de la douille 40, ces deux parties étant assemblées par les vis 41. Les épaulements respectifs de la douille et du bouchon maintiennent en place cet ensemble dans un alésage du corps 42 de mandrin, en en permettant cependant la rotation. Le bouchon 39 contient coaxialement le clapet de décharge 43 poussé sur son siège par le ressort 44 dont la compression est réglable grâce à la vis 45 coaxiale au bouchon 39. La compression du ressort 44 est ajustée pour que ce clapet reste fermé pour la pression P1, mais s'ouvre pour une pression supérieure toutefois inférieure à P2. Le retour de l'huile vers la bâche (par l'ajutage 20 du carter C) est assuré, pour le distributeur, à travers la rainure 46 pratiquée radialement dans la périphérie du moyeu du mandrin. Comme on le verra dans la suite, cette rainure est tour à tour en relation avec les forages diamétrale- ment opposés 48 et 49 de la douille 40, forages situés dans la douille suivant un plan radial du mandrin et qui reçoivent l'huile collectée tour à tour dans les espaces 50 et 51 respectivement, ainsi que l'huile provenant du clapet de décharge 43 qui passe à travers le forage 52 et la gorge aplatie 53 de la douille 40. Le cylindre du vérin 16 est formé par l'assemblagc du moyeu et du corps de mandrin. Le piston 55 du vérin comporte une tige axiale creuse 56 qui, de manière en soi connue, commande, par l'intermédiaire d'empreintes fraisées 57, les leviers 58 de manoeuvre des Bors 59 du mandrin. Les compartiments 16A et 16S du serin coemuniquent respectivement avec des forages ménagEs dans la douille 40, dans un plan perpendiculaire au plan contenant les forages 48 et 49 de la manière explicitée sur les figures 6 et 7. Le compartiment 16A communique, par la succession de forages rectangulaires 60, 61 et 62 ménagés dans le corps de mandrin 42, puis par les forages 63, 64 et 65 ménagés dans le moyeu du mandrin 47, avec un forage axial 66 de la douille 40 qui débouche, par le forage 67, d'un côté du milieu du tiroir 35 marqué par les forages 37 en supposant ce tiroir en position médiane entre ses positions extrêmes. De même, le compartiment 16B communique, par la succession de forages 68, 69 et 70 ménagés dans le moyeu 47, avec le forage 71 qui, par un forage radial 72, débouche du côté diamétralement opposé dans la douille 40, mais symétriquement au forage 67 par rapport au milieu de tiroir 35 supposé dans la même position moyenne. On remarque, en outre, que les espaces 50 et 51, ménagés par des gorges du tiroir et de la douille, sont aussi symétriques par rapport au milieu de tiroir en position moyenne. Les trous 37, par la gorge centrale 73 du tiroir et les gorges 74 et 75 dans lesquelles débouchent respectivement les trous 67 et 72, permettent alternativement la mise en pression des compartiments 16A et 16B. Cependant, en libérant la vis 76 qui, engagée dans la face avant du mandrin, détermine l'orientation du bouchon 39 et de la douille 40, il est possible, par une rotation d'ensemble de ces deux parties qui peut être effectuée au moyen d'une clé engagée sur les pans 77 de la tête du bouchon, de permuter la correspondance des forages 66 et 71 respectivement avec les forages 65 et 70 pour que le compartiment 16A ou le compartiment 16B soit alimenté lorsque le tiroir de distributeur 35 est dans l'une de ses positions extrêmes. On remarquera en outre que les forages 48 et 49 avec leurs forages radiaux associés étant identiques et symétriques par rapport a l'axe de la douille 40, la rotation de 1800 de la douille 40 ne change pas les conditions d'évacuation des retours vers la rainure 46. Dans cette réalisation, la douille 40 et le corps de mandrin 42 avec ses forages sont donc équivalents à la vanne de permutation 18 montrée par la figure I, de sorte que, dans la réalisation illustrée, les organes 13 et 18 sont fondus en un ensemble unique. Il doit être entendu que ces organes pourraient être distincts, comme montré sur cette figure 1. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant Le joint tournant (21-30) permet d'envoyer, dans l'orifice 34 d'entrée du distributeur, soit la pression P1, soit la pression P2. Si le distributeur 13 reçoit la pression P1, par l'intermédiaire du gicleur 38 l'espace contenant le ressort 15 se remplit d'huile à cette pression P1 puisque, par hypothèse, le clapet de décharge 43 est taré pour ne pas s'ouvrir sous cette pression. Les pressions d'huile étant égales sur les deux faces du tiroir 35, le ressort 15 repousse ce tiroir contre la face avant du moyeu 47, de sorte que ce tiroir est dans la position montrée par les figures 2 et 4. Par l'intermédiaire des trous 37, l'huile parvient, dans la position illustrée de la douille 40, à travers le forage 67 et la suite des autres forages, dans le compartiment IGA, ce qui, dans la même hypothèse, assure le serrage par l'extérieur d'une pièce engagée entre les mors 59 du mandrin. Lorsque la pression P2 est envoyée au distributeur, cette pression s'établissant dans le compartiment contenant le ressort 15, repousse le clapet 43, de sorte que le gicleur 38 ne pouvant compenser la fuite par le clapet 43, dans ce compartiment la pression de l'huile s'affaiblit considérablement et, du fait que de l'autre côté du tiroir 35 la pression d'huile agit pleinement et fournit une poussée supérieure à la force du ressort 15, le distributeur se trouve amené dans la position montrée par la figure 5, c'est-à-dire que le ressort 15 est écrasé. L'huile parvient ainsi, dans la réalisation illustrée, au compartiment 16A par la voie des trous 37, du forage 72 et des forages illustrés sur la figure 7, de sorte que le desserrage est obtenu. Par sécurité, pour assurer un serrage par l'intérieur d'une pièce, il convient, comme il a été exposé, de faire pivoter le bouchon 39 et la douille 40 de 180 pour que le serrage soit obtenu toujours par l'action de la pression la plus faible, même lorsque l'on procède au serrage de la pièce par l'intérieur. Le clapet taré 10 déterminant un écart constant de pression, par exemple 5 bars, on peut régler simultanément les ressorts 19 et 44 pour choisir, suivant le travail à effectuer, la force de serrage du mandrin. L'invention s'applique dans tous les cas où il est utilisé des vérins hydrauliques rotatifs à double effet commandés par une pression extérieure, et spécialement dans le cas de mandrins porte-pièce de machines-outils, notamment de tours, comportant un vérin hydraulique incorporé. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de commande par variation de pression d'un vérin hydraulique à double effet, dispositif comprenant un distributeur à tiroir axial coulissant mobile dans un corps entre deux positions extrêmes permutant les relations des compartiments du vérin respectivement avec la source de pression et le retour à la bâche, caractérisé en ce que ce distributeur étant alimenté par une extrémité en liquide sous deux pressions différentes, le tiroir, sollicité par un ressort en direction de l'alimentation, comporte un canal axial débouchant, d'une part, librement vers l'alimentation et vers le milieu de ce tiroir et, d'autre part, à travers une restriction de passage liquide, dans un espace, situé à l'autre extrémité du corps, qui est fermé par un clapet de décharge taré pour une pression intermédiaire entre les deux pressions d'alimentation, le débouché médian du tiroir en chacune des positions extrêmes de celui-ci étant mis en communication, par des gorges et des forages, avec l'un des conduits en relation avec un des compartiments dudit vérin à double effet, tandis que l'autre conduit est mis en relation par d'autres gorges et forages avec le retour à la bâche d'alimentation. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend, en outre, des moyens de vannage permettant de permuter les relations entre les sorties du distributeur et les compartiments du vérin. 3. Dispositif de commande selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps de distributeur contient une douille intermédiaire pouvant tourner de 1800 autour de son axe, qui comprend, dans un premier plan diamétral, deux forages axiaux débouchant radialement en des emplacements décalés symétriquement par rapport à la position centrale du tiroir, forages axiaux correspondant à des forages du corps reliés aux deux compartiments du vérin et, dans un second plan diamétral, perpendiculaire au premier, deux forages axiaux identiques débouchant radialement, de façon symétrique, de part et d'autre des débouchés des forages axiaux du premier plan diamétral, au moins l'un des forages du second plan diamé- tral correspondant à un forage du corps de retour vers la bâche. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3 caractérisé en ce que la douille est fermée du côté opposé à l'arrivée. de liquide, par un bouchon traversé par un canal contenant le clapet de décharge taré et les moyens de réglage du tarage, ce bouchon comportant des moyens de mise en rotation de la douille et coopérant avec un verrou de maintien de la douille en position. 5. Application du dispositif de commande selon l'ensemble des revendications précédentes àun mandrin de serrage de pièce pour machine-outil > mandrin comportant un vérin de manoeuvre incorporé, caractérisé en ce que le corps de distributeur est constitué par le corps de partie tournante du mandrin, la douille étant logée dans un alésage de ce corps. 6. Application selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps est en deux parties, l'assemblage du bouchon et de la douille enserrant, entre deux épaulement de l'un et de l'autre, l'une de ces parties à travers un alésage de celle-ci, tandis que l'autre partie comportant les forages d'arrivée de liquide sous pression et les forages de départ vers les compartiments du vérin incorporé, est appliquée contre la première et la face de la douille, opposée au bouchon, qui affleure cette première partie. 7. Application selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux pressions de liquide sont fournies par une source de pression liquide, associée à une soupape tarée réglable de régulation de pression, montée en série avec un clapet taré de régulation de pression comportant un by-pass commandé,