Brevet FR2477938A1 — publié le 19810918

La présente invention se rapporte à un dispositif de réglage de la force de dispositifs de serrage hydrauli- ques de machines-outils, notamment de machines à rectifier les alésages. Dans des machines-outils à rendement élevé il est nécessaire de diviser le processus de rectification en une opération de rectification grossière et en une opération de rectification précise suivie d'une opération de finissage. Lors de la rectification grossière on choisit généralement des avances importantes et de faibles vitesses de rotation pour la pièce à usiner. De ce fait des forces importantes apparaissant au niveau de la pièce nécessitent des forces de serrage élevées. Les forces de serrage élevées ne con- viennent cependant pas à la rectification précise parce qu'elles favorisent l'apparition de déformations au niveau de la pièce à usiner au moment de l'ouverture du dispositif de serrage, déformations qui rendent la pièce inutilisable. Pour cette raison il est nécessaire de réduire les forces de serrage avant la rectification précise. Cette réduction peut être rapide ou progressive en fonction du temps. Par la demande de brevet DE-OS 2 157 268 il est connu de prévoir pour le réglage de la force de serrage, pendant le processus de travail, le dispositif de commutation suivant: un vérin de serrage est relié à un conduit principal; une vanne de commutation pour la force de serrage est insérée dans le conduit de pression principal. Pendant la rectification grossière cette vanne est ouverte et de ce fait toute la pression hydraulique agit sur le vérin de serrage et le li- quide hydraulique en eXcès s'écoule en passant par une vanne d'étranglement réglable. Lors de la rectification précise la vanne de commutation est fermée, le liquide hydraulique est envoyé dans un circuit secondaire et la pression de ser- rage peut être réglée à l'aide d'une autre vanne d'étrangle- ment. Le changement de la force de serrage s'effectue par l'actionnement de la vanne de commutation et de ce fait ce changement est brusque. Si le changement doit s'effectuer en fonction du temps il est nécessaire de raccorder un accumulateur de pression au conduit principal. Pendant la rectification grossière cet accumulateur se remplit de li- quide hydraulique qui se trouve sous une pression appro- priée. Afin de pouvoir doser la pression, l'accumulateur contient un piston qui est déplacé contre un ressort dont la force élastique peut être réglée en fonction des besoins. Lors de la fermeture de la vanne de commutation, la réduc- tion de la force de serrage n'est pas brusque mais progres- sive en fonction d'un temps déterminé. Ce dispositif de commutation connu est simple mais il présente encore des lacunes importantes parce que l'effet produit par les vannes d'étranglement pose des problèmes. La production de chaleur à l'intérieur de la fente d'étrangle- ment provoque une variation de la force de serrage parce que l'échauffement de l'huile se répercute sur sa viscosité d'o il résulte une variation de débit pour une fe nte d'é- tranglement constante. De ce fait il se produit une réduc- tion de la pression au niveau de la vanne d'étranglement et en conséquence une modification de la force de serrage. Il est en outre nécessaire de prévoir un générateur de fluide sous pression séparé afin de maintenir la pression dans tout le système. Ce dispositif de commutation connu ne convient qu'à des mandrins à mâchoires et de plus on se demande ce qu'il peut arriver lorsque la pression fait brusquement dé- faut dans le circuit d'alimentation en fluide hydraulique. Dans un dispositif connu par la demande de brevet DE-OS 2 458 958 on prévoit, pour la réduction de la force de serrage, de relier l'espace sur le côté du piston devant être soumis à la pression avec un accumulateur de pression par l'intermédiaire d'une vanne qui doit être ouverte passa- gèrement lors du changement de la force de serrage. Pendant le passage d'une force de serrage à une force de serrage différente, la quantité de fluide hydraulique, présente dans l'accumulateur, est refoulée dans le vérin de façon que celui-ci provoque un relâchement du dispositif de serrage. Cependant le desserrage n'est pas complet parce que la quan- tité de fluide hydraulique accumulée est tout juste suffi- sante pour réduire la force de serrage à une valeur qui est inférieure à celle nécessaire à l'usinage précis de la pièce à usiner et qui définit la position de serrage de cette dernière. Une vanne agissant sur la pressionet pou- vant être réglée de façon précise, permet une présélection automatique de la force de serrage à réduire. Ce dispositif connu est compliqué et nécessite l'em- ploi de vannes de réglage de la pression commandées par des moteurs et qui sont d'un prix très élevé. Il est en outre nécessaire de prévoir un générateur de fluide sous pression séparé et comportant un dispositif de réglage. Le dispositif, tel qu'il est décrit dans la demande de brevet, ne convient également qu'à des mandrins à mâchoires et des modifications importantes doivent être apportées lorsqu'il doit être uti- lisé pour des mandrins à membrane. Il est également connu par la demande de brevet DE- OS 2 245 796 de monter un vérin à double effet sur la broche tournante d'une machine-outil. A chacune des chambres du vérin est relié un conduit d'alimentation qui contient une soupape de retenue. Un dispositif de commande règle l'arri- vée et le départ du fluide sous pression et de dispositif permet de commander les soupapes de retenue de façon à obte- nir une réduction progressive de la pression à l'intérieur de la chambre en charge du vérin sans nuire à la fonction de sécurité des soupapes. Ce dispositif connu nécessite l'em- ploi de pièces réalisées avec une très grande précision ce qui augmente considérablement leur prix de revient. L'usure inévitable des soupapes et des autres pièces en rotation nuit également à la fiabilité de ce dispositif connu. Un autre inconvénient réside dans le fait que les soupapes sont soumises à la force centrifuge. Des dispositifs de ce type destinés au réglage de la force de serrage ne peuvent, en outre, être utilisés que pour des vérins de serrage tour- nants et ils exigent de plus un générateur séparé de fluide sous pression. La présente invention a pour objet de créer un dis- positif de réglage de la force de dispositifs de serrage hy- drauliques qui ne nécessite pas la présence d'un générateur de fluide sous pression séparé qui,lors d'une perte de charge dans le circuit d'alirientation,continue, de façon sûre, à remplir sa fonction pendant un laps de temps admis- sible et ce dispositif permet une utilisation aussi bien pour des dispositifs de serrage à mâchoires dont la force de serrage est créée hydrauliquement que pour des disposi- tifs de serrage qui créent la force de serrage à l'intérieur du dispositif de serrage lui-même. L'invention a également pour objet de créer un dis- positif qui peut être raccordé au système hydraulique exis- tant d'une machine-outil, qui peut être utilisé universelle- ment pour tous les dispositifs de serrage et qui permet,mal- gré une faible dépense en éléments techniques,un réglage progressif et une variation automatique de la force de ser- rage. Ces problèmes sont résolus conformément à l'invention du fait que les surfaces du piston d'un vérin utilisé de façon habituelle pour l'ouverture et la fermeture d'un man- drin de serrage de machines-outils, notamment de rectifieu- ses, sont soumises alternativement à un fluide sous pression et que le fluide sous pression, par exemple de l'huile hy- draulique, s'écoulant du vérin pendant le processus de ser- rage, normalement sans être sous pression, peut être précon- traint progressivement par l'intermédiaire d'une vanne de réglage de la pression. La force de serrage résulte alors du produit de la différence de pression (pression de serrage constante moins pression antagoniste réglable) multipliée par la surface du piston. La vanne de réglage de pression est réalisée de façon à permettre de régler la pression antagoniste indépendamment pour deux paliers de pression. Le deuxième palier de pression peut être commandé hydrauli- quement selon les exigences technologiques, le passage de l'un des paliers à l'autre pouvant s'effectuer brusquement ou de façon continue en fonction d'un temps déterminé. Lors de l'utilisation du dispositif suivant l'invention pour des dispositifs de serrage dans lesquels la force de serrage est créée à l'intérieur du dispositif de serrage lui- même, l'huile, s'écoulant du vérin pendant l'ouverture du mandrin, peut être précontrainte par l'intermédiaire de la vanne de réglage et en fonction de la pièce à usiner grâce à la pré- sence d'une vanne supplémentaire à plusieurs voies. De ce fait il devient possible de diminuer la force de serrage du mandrin au moment voulu et avec une force d'ouverture réduite. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement le circuit hydraulique de la forme de réalisation la plus simple d'un dispositif suivant l'invention ne comportant qu'un seul pa- lier de pression dans la phase de serrage. La fig. 2 représente le circuit hydraulique d'une forme de réalisation avec variation automatique de la force de serrage. La fig. 3 représente le circuit hydraulique d'une forme de réalisation avec variation automatique de la force et pouvant être utilisé également pour des dispositifs de serrage dans lesquels la force de serrage est créée à l'in- térieur du dispositif de serrage. Le dispositifdont le circuit hydraulique est repré- senté à la figure 1, fonctionne de la façon suivante: Le conduit 12 est raccordé au conduit de pression principal du circuit hydraulique d'une machine-outil. Le liquide hydraulique sous pression ouvre une soupape de rete- nue ou clapet anti-retour 10 et s'écoule ensuite en passant par les conduits 13, 14 dans un accumulateur de pression 7 en remplissant celuici. Un manomètre 9 indique la pression qui règne dans le circuit. Après le changement de la pièce à usiner, la commande d'une vanne à plusieurs voies VW1 est annulée et la vanne revient à son état de repos représenté. Le liquide hydraulique s'écoule9par la vanne VW1 et le con- duit 15, dans la chambre B d'un vérin de serrage 1 en dépla- çant le piston 2 de ce dernier vers la gauche et ferme un organe de serrage relié à la tige du piston. Le liquide hy- draulique se trouvant à l'intérieur de la chambre A du vérin de serrage 1 est repoussé par le piston 2 et s'écoule par un conduit 16 vers une vanne de réglage de pression 3 du fait que le conduit 18 pour une évacuation directe est bloqué par une soupape de retenue 11. En conséquence le li- quide hydraulique est précontraint par la vanne de réglage de pression 3. Lors du déplacement du piston 2 pendant le processus de serrage, le liquide hydraulique,refoulé de la chambre A du vérin de serrage 1, agit sur le piston 4 de la vanne de réglage de pression 3, ce piston pouvant être réglé de façon continue sur un niveau de pression nécessaire par l'intermédiaire d'un ressort 5 et d'une vis de réglage 6. Un manomètre 8 indique la pression réglée. Lorsque la pres- sion réglée est atteinte, le piston 4 libère un conduit 17 et le liquide hydraulique peut s'écouler dans un récipient collecteur, non représenté, en passant par les conduits 17, 18, la vanne à plusieurs voies VW1 et le conduit 19. A la fin du processus de serrage, c'est-à-dire dès que le piston 2 ne refoule plus de liquide hydraulique de la chambre A du vérin de serrage 1, le piston 4 de la vanne de réglage 3 ferme aussitôt le conduit 17 et maintient de ce fait la pression réglée. La force agissant sur l'organe de serrage est fonction de la différence des pressions régnant dans les chambres A, B multipliée par la surface du piston. Lors d'une perte de charge subite à l'intérieur du circuit hydraulique de la machine-outil, la soupape de rete- nue 10 se ferme et l'accumulateur de pression 7 maintient la pression pendant un temps prolongé et compense les pertes de liquide provoquées par des fuites. De ce fait la force de serrage se maintient également au niveau qu'elle occupait avant la perte de charge. Afin d'ouvrir l'organe de serrage, la vanne à plusieurs voies VW1 est commandée et le liquide hydraulique s'écoule dans la chambre A du vérin de serrage 1 en passant par la vanne VW1, le conduit 18, la soupape de retenue 11 et le conduit 16. Le piston 2 est déplacé vers la droite et ouvre, de façon connue, l'organe de serrage par l'intermédiaire de sa tige de piston. Le liquide hydraulique se trouvant à l'intérieur de la chambre B du vérin de ser- rage 1 s'écoule librement et sans pression dans le récipient collecteur par le conduit 15, la vanne à plusieurs voies VW1 et le conduit 19. La figure 2 montre un circuit hydraulique analogue à celui de la figure 1 à l'exception de certains éléments supplémentaires qui sont insérés dans le circuit pour obte- nir un deuxième palier de pression réglable permettant de faire varier la pression de serrage pendant la phase finale de l'usinage. A cet effet la vanne de réglage 3 de la pres- sion est prolongée par une chambre de pression C à l'inté- rieur de laquelle se trouve un piston 22 dont la course peut être limitée par une vis de réglage supplémentaire 23. Une deuxième vanne à plusieurs voies VV12, deux soupapes de rete- nue 20, 21 et une vanne d'étranglement réglable VDrl sont prévues pour la commande hydraulique. Lorsqu'on travaille en n9utilisant qu'une seule force de serrage, la vanne à plusieurs voies VW2 n'est pas commandée. De ce fait le pis- ton 22 de la vanne de réglage de pression 3 s'applique en permanence contre la vis de réglage 23. Le réglage de la force antagoniste s'effectue au moyen de la vis de réglage 6 qui est disposée à l'intérieur du piston 22. Pour le serrage de la pièce-à usiner les vannes à plusieurs voies VW1 et VW2 sont amenées dans leur position de repos et le processus de serrage se déroule de manière identique à celui décrit pour l'exemple de réalisation sui- vant la figure 1. Le liquide hydrauliqueprésent dans un conduit 24 et venant du conduit 15, ne peut pas franchir la soupape de retenue 21. La force de serrage est fonction de la pression antagoniste réglée au moyen de la vis de réglage 6 agissant sur le ressort 5 et le piston 4. Au dé- but de l'opération de rectification précise, constituant la phase terminale de l'usinages la vanne à plusieurs voies VW2 est commandée comme cela ressort de la figure 2. Le li- quide hydraulique se trouvant dans le conduit 24 arrive dans la chambre C de la vanne de réglage de pression 3 en passant par la vanne VW2, les conduits 25, 26, la vanne d'étranglement VDr1 et le conduit 27, et elle déplace le piston 22 vers la gauche en fonction de la course réglée au moyen de la vis 23. De ce fait la précontrainte du res- sort 5 augmente et une pression antagoniste plus élevée est créée ce qui a pour effet de réduire la différence de pres- sion dans les chambres A, B du vérin de serrage 1 et la pres- sion de serrage diminue. Ce processus se déroule brusquement lorsque la vanne d'étranglement VDr1 est complètement ou- verte. La transition lors du passage d'une force de serrage élevée à une force de serrage moins élevée peut s'effectuer progressivement en fonction d'un temps déterminé et propor- tionnellement à la diminution des forces nécessaires à l'en- lèvement des copeaux pendant les opérations de rectification précise et de finissage. A cet effet l'ouverture de passage de la vanne d'étranglement VDrl doit être réglée en fonction du temps de transition désiré. Pour ouvrir l'organe de serrage la vanne à plusieurs voies VW1 est commandée, tandis que la vanne VW2 conserve sa position de repos. Le processus se déroule de la même façon que dans le premier exemple illustré par la figure 1. Dans le deuxième exemple suivant la figure 2, la chambre C de la vanne de réglage de pression 3 est reliée supplémentairement au conduit 15 et de ce fait au conduit d'évacuation menant vers le récipient collecteur par l'intermédiaire du conduit 27, de la soupape de retenue 20, de la vanne à plusieurs voies VW2, de la soupape de retenue 21 et du conduit 24. Le piston 22 est appliqué contre la vis de réglage par le res- sort 5 qui prend appui sur le piston 4. La figure 3 représente le circuit hydraulique d'un dispositif de réglage de la force de serrage très perfectionné suivant l'invention. Cette forme de réalisation permet l'u- tilisation du dispositif aussi bien pour des organes de ser- rage dont la pression est créée par un vérin de serrage que pour des organes de serrage, tels que, par exemple, des man- drins à membrane, dans lesquels la force de serrage est créée à l'intérieur de l'organe de serrage lui-même. A cet effet le circuit hydraulique suivant la figure 2 est complété par une troisième vanne à plusieurs voies VW3 et une autre vanne d'étranglement VDr 2. Lorsqu'on utilise un organe de serrage dont la pression est produite par un vérin de serrage les opérations se déroulent de façon identique à celles de l'exemple illustré par la figure 2. La vanne à plusieurs voies VW3 conserve alors en permanence se position de repos et ne produit, en conséquence, aucun effet. Lorsqu'on utilise un mandrin à membrane le déroulement fonctionnel des opéra- tions est le suivant. Pour ouvrir le mandrin la vanne à plusieurs voies VWI est commandée, tandis que les autres vannes à plusieurs voies VW2 et VW3 conservent leur position de repos. Le li- quide hydraulique venant du conduit 13 arrive dans la cham- bre A du vérin de serrage 1 et déplace le piston 2 vers la droite en passant par la vanne à plusieurs voies VW1, le conduit 18, la soupape de retenue il, le conduit 30, la vanne à plusieurs voies VW3 et le conduit 16. Etant donné que le liquide peut s'écouler librement et sans pression dans le récipient collecteur à partir de la chambre B du vérin de serrage l et par l'intermédiaire du conduit 15, de la vanne à plusieurs voies VW3, du conduit 31, de la vanne à plusieurs voies VWI et du conduit 19, la tige de piston de droite du piston 2 s'applique avec toute la force contre la face inférieure de la membrane (élément créant la force) de l'organe de serrage et ouvre de ce fait le mandrin. Le li- quide hydraulique se trouvant à l'intérieur de la chambre C de la vanne de réglage de pression 3 peut s'écouler égale- ment sans pression dans le récipient collecteur en passant par le conduit 27, la soupape de retenue 20, le conduit 25, la vanne à plusieurs voies VW2, le conduit 24, le conduit , etc. Le piston 22 est déplacé vers la droite, pour venir en contact avec la vis de réglage 23, par le ressort 5. Le liquide hydraulique présent dans le conduit 28,en ar- rivant par les conduits 18, 17, 29 et la vanne d'étrangle- ment VD 2, est retenu par la vanne à plusieurs voies VW2. r Après la mise en place d'une pièce à usiner dans l'organe de serrage la vanne à plusieurs voies VW3 est commandée, la vanne VW1 est maintenue à l'état commandé et la vanne VW2 conserve sa position de repos. Le liquide hydraulique pro- venant du conduit 13 arrive alors dans la chambre B du vé- rin de serrage 1 par l'intermédiaire de la vanne VW1, du conduit 18, de la soupape de retenue 11, du conduit 30, de la vanne VW3 et du conduit 15 et déplace le piston 2 rapide- ment vers la gauche du fait que le liquide hydraulique pré- sent dans la chambre A du vérin de serrage 1 peut s'écouler librement et sans pression dans le récipient collecteur par l'intermédiaire du conduit 16, de la vanne VI3, du conduit 31, de la vanne VW1 et du conduit 19. La chambre C de la vanne de réglage de pression 3 est alimentée en même temps en liquide hydraulique provenant du conduit 24 raccordé au conduit 15, de la vanne à plusieurs voies VW2, des conduits et 26, de la vanne d'étranglement VDrl (complètement ouverte) et du conduit 27. De ce fait le piston 22 est dé- placé vers la gauche et le ressort 5 se trouve précontraint à une valeur qui a été choisie d'avance au moyen de la vis de réglage 6. Le liquide hydraulique présent dans le con- duit 18 en provenant des conduits 17 et 19, de la vanne d'étranglement VDr2 et du conduit 28 est toujours retenu par la vanne à plusieurs voies VW2. Lorsque la force de serrage agissant sur la pièce à usiner doit être réduite proportionnellement à la diminution de la force d'usinage pendant le processus de rectification précis et final, la vanne à plusieurs voies VW2 est commandée au début de la rec- tification précise tandis que la vanne VW1 conserve sa posi- tion de repos. Le liquide hydraulique provenant du conduit 13 arrive alors dans la chambre A du vérin de serrage 1 en passant par la vanne VW1, le conduit 31, la vanne VW3 et le conduit 16 et déplace le piston 2 vers la droite en direc- tion de la position "ouverture du mandrin". Le liquide s'é- coulant de la chambre B du vérin de serrage 1 arrive dans la vanne de réglage de pression 3 par l'intermédiaire du conduit 15, de la vanne VWf3 et du conduit 30, et il exerce une pression sur le piston 4. De ce fait la colonne de liquide est précontrainte à la pression réglée au moyen de la vis 6. Le piston 22 se trouve encore dans la position de fin de course de gauche qu'il occupe depuis le processus de serrage. Dès que la valeur réglée pour la pression antagoniste est atteinte, le liquide en excès peut s'écouler librement et sans pression dans le récipient collecteur en passant par les conduits 17, 18, la vanne à plusieurs voies VW1 et le conduit 19. En conséquence la tige du piston 2 n'agit qu'avec une faible force, correspondant à la différence des pressions régnant dans les deux chambres du vérin, sur le fond de la membrane et réduit partiellement et à une valeur choisie la force de l'organe de serrage à membrane. Le liquide hydrau- lique se trouvant dans la chambre C de la vanne de réglage de pression 3 peut s'écouler. dans le récipient collecteur par l'intermédiaire du conduit 27, de la soupape de retenue , du conduit 25, de la vanne VW2, du conduit 28, de la vanne d'étranglement VDr2, des conduits 29, 17, 18, de la vanne VW1 et du conduit 19. De ce fait le piston 22 à l'in- térieur de la vanne de réglage de pression 3 se déplace vers la droite en détendant le ressort 5 jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la vis de réglage 23. La pression antagoniste réglée pour la chambre B du vérin de serrage 1 diminue en conséquence progressivement la différence de pression et de ce fait la force agissant sur le fond de la membrane augmente * La force de serrage est réduite à une valeur minimale nécessaire qui est réglée au moyen de la vis 23 limitant la course du piston 22. Le temps pendant lequel la force de serrage est abaissée progressivement est déter- miné par l'ouverture réglée de la vanne d'étranglement VDr2. Comme cela ressort des exemples de réalisation le dispositif de réglage de la force de serrage suivant l'inven- tion peut être utilisé aussi bien pour des mandrins à mem- brane que pour des organes de serrage dont la force de ser- rage est produite par un vérin. Ceci constitue un avantage important par rapport à l'état de la technique antérieur. Le dispositif suivant l'invention peut, en outre, être rac- cordé directement au circuit hydraulique d'une machine-outil. De ce fait on peut renoncer à une pompe de réglage séparée. Le dispositif suivant l'invention se distingue de plus par un nombre réduit de composants hydrauliques parce qu'on uti- lise seulement une vanne de réglage de pression et au maxi- mum trois vannes à plusieurs voies. Les dispositifs des réa- lisations antérieures nécessitent pour chaque palier de pression une vanne de réglage équipée d'une commande appro- priée. Un autre avantage du dispositif de réglage suivant l'invention réside dans le fait que sa conception particu- lière permet de maintenir la pression de serrage même lors d'une perte de charge subite par suite d'une perturbation dans le circuit d'alimentation en liquide hydraulique. R E V E N D I C A T I O N Dispositif de réglage de la force de dispositifs de serrage hydrauliques pour le réglage en continu de la force de serrage d'un vérin à double effet, alimenté par un fluide hydraulique et destiné à une machine-outil en utilisant des vannes de réglage de pression, des vannes d'étranglement et des vannes à plusieurs voies, caractérisé en ce que le liquide hydraulique s'écoulant lors du processus de serrage peut être précontraint à l'aide d'une vanne de réglage de pression (3), en ce que la différence des pressions régnant dans les cham- bres (A;B) d'un vérin de serrage (1) est utilisée pour la force de serrage,en ce que la vanne de réglage de pression (3) permet le réglage de deux paliers de pression., en ce que le déplacement du piston (22) à l'intérieur de la vanne de réglage de pression (3) peut être réglé en fonction du temps au moyen de deux vannes d'étranglement (VDrl, VDr2) et en ce qu'une vanne supplémentaire à plusieurs voies (VW1) est pré- vue pour l'inversion des rapports de forces au niveau du vérin de serrage (1).