Brevet FR2518261A1 — publié le 19830617

L'invention concerne un procédé pour détecter la force de serrage dans une condition donnée de serrage dans un dispositif rotatif pour serrer une pièce à usiner déterminée, en tenant compte de la force centrifuge, au moyen d'un cap- teur de force de serrage serré à la place de la pièce à usiner. Lors du fonctionnement de dispositifs de serrage rotatifs>il survient des forces centrifuges qui agissent sur les éléments de serrage agrippant la pièce à usiner radialement depuis l'extérieur, contre la force de serrage, dans le sens d'une diminution de celle-ci L'amplitude de la force centrifuge dépend de la masse des éléments de serrage 1 mobiles radialement et du nombre de tours du dis- positif de serrage, la force centrifuge augmentant quadra- tiquement lors d'une augmentation du nombre de tours. Cet accroissement quadratique de la force centrifuge diminue la force de serrage existant à l'état de repos en fonction de l'accroissement du nombre de tours, si bien qu'il existe un risque que lors du processus d'enlè- vement de copeaux, en particulier lorsqu'il est réalisé par l'utilisation d'outils de coupe modernes à grande vitesse de coupe, on soit en dessous de la force requise de maintien du dispositif de serrage rotatif destiné à la pièce à usiner et que celle-ci soit éjectée hors du dispositif de serrage. Pour éviter ce danger,il est connu de mesurer la force de serrage non seulement avec un dispositif de serrage à l'état de repos>mais également lorsqu'il tourne, au moyen d'un capteur de force de serrage serré dans le dispositif de serrage à la place de la pièce à usiner. On a essayé de cette manière de déterminer avant serrage de la pièce à usiner si la force de serrage apportée par le dispositif de serrage est suffisanteavec le nombre de tours de fonctionnement malgré la force centrifuge dans les conditions respectives de travailpour maintenir de façon sûre la pièce à usiner dans le dispositif de serrage. On ne tient pas compte ici que la force de main- tien du dispositif de serrage dans la condition de fonc- tionnement non seulement dépend de la rigidité du dispo- sitif de serragemais encore subit un effet réciproque de la rigidité de la pièce respective à usiner. En partant de la condition de serrage avec le dispositif de serrage à l'état de repos, o règne un équilibre entre les forces et les déformations d'une part du dispositif de serrage et, d'autre partde la pièce à usiner serrée, cette condition d'équilibre se modifie lorsque le dispositif de serrage tourne par l'influence de la force centrifuge Bien que l'amplitude absolue de la force centrifuge dépende de la masse des éléments de serrage et du nombre respectif de tours, seulement une partie de cette force centrifuge est perdue par la force de serrage appliquée à l'état de repos La partie restante de la force centrifuge est utilisée pour la déformation, c'est-à-dire pour l'élargissement du dispositif de serrage. Le rapport entre la portion réduisant la force de serrage et la portion ne provoquant aucune diminution de force de serrage dépend de façon décisive, pour un dispositif de serrage et un nombre de tours semblables, de la rigidité régnant à l'endroit de serrage de la pièce respective à usiner serrée. La condition d'équilibrage régnant dans la posi- tion de serrage entre le dispositif de serrage et la pièce à usiner n'est obtenue seulement que lorsque le dispositif de serrage est en mesure d'appliquer des for- ces assez élevées pour que la pièce à usiner soit défor- mée dans la zone élastique, une partie de l'énergie de serrage étant alors accumulée par des déformations dans la pièce à usiner. Dans les pièces ayant une rigidité assez faible dans la condition de serrage avec des arbres à l'état de repos, une déformation de pièce à usiner relativement importante a lieu; elle a pour conséquence 1 lors d'un élargissement du dispositif de serrage par la force 251826 1 centrifugeune dilatation subsécquente de la pièce à usiner et ainsi une perte de force centrifuge plus faible. Dans les pièces à usiner avant une rigidité assez grande, on obtient par contre malgré une force de serrage induite de même grandeur, une déformation plus faible dans les mêmes conditions, à ecause de la rigidité plus élevée de la pièce à usiner En conséquence, lorsqu'il y a la même force centrifuge, on dispose d'un trajet de dilatation rétro- grade plus faible, si bien qu'avec des circonstances égales de serragemoins de force de serrage restante demeure avec des pièces rigides qu'avec des pièces à usiner molles La rigidité de la pièce à usiner est donc, pour des circonstances par ailleurs égalesd'une impor- tance décisive pour la force de serrage subsistante lors- qu'agit la force centrifuge. Le problème qui est à la base de la présente invention est de développer un procédé pour détecter la force de serrage existantdans une condition de serrage prédéterminéedans un dispositif de serrage rotatif pour la fixation d'une pièce à usiner déterminée, en tenant compte de la force centrifuge au moyen d'un détecteur de force de serrage qui est serré à la place de la pièce d'ouvrage, et qui évite en tenant compte de la rigidité de la pièce à usinercdes risques d'accident survenant par les procédés connus, sur la base d'hypothèses erronées, et produitmalgré -'utilisation d'un capteur de force de serrage à la place de la pièce à usiner respective, lors du processus de mesure, une évaluation relativement exacte de la force de serrage existant lors du serrage subséquent de la pièce à usiner déterminée, pour le nom- bre de tours donné du dispositif de serrage. La solution de ce problème est caractérisée selon la présente invention en ce que la force de serrage mesurée par capteur dans la condition de serrage prédé- terminée lorsque le dispositif de serrage tourne, est appliquée à un calculateur à qui on donne à partir d'une mémoire d'entrée les valeurs de la rigidité du dispositif de serrage et de la pièce à usiner, pour calculer la force de serrage survenant lors du serrage de la pièce. Grâce au procédé selon la présente invention, on obtient une très bonne approximation de la-force de serrage obtenue en utilisant un capteur de force de serrage, par rapport à la force de serrage survenant réellement lors du serrage de la pièce à usiner pour le nombre de tours prédéterminé du dispositif de serrage rotatif, si bien qu'on peut réduire considérablement les marges de sécurité appliquées jusqu'ici On peut ainsi, avec des pièces à usiner sensibles à des déformations, prévenir les déformations non désirées provenant du serrage et lorsqu'on a des pièces à usiner rigides, il est possible d'avoir des puissances d'enlèvement de copeaux plus élevées, ce qui permet de réaliser des vitesses de coupe considérablement renforcées grâce à des outils modernes de coupe, sans de ce fait affecter la marge de sécurité en cas d'accident. Selon une autre caractéristique de la présente invention 1 on calcule selon la formule suivante la perte de force de serrage 1 en supposant des fonctions linéaires pour les rigidités du dispositif de serrage, de la pièce à usiner et du capteur de force de serrage: F RF ASPA ( 1) RA 4 F Sp W = RF 1 + A F Sp A étant la perte de force de serrage mesurée avec le capteur, RF étant la rigidité du dispositif de serrage, RA étant la rigidité du capteur de force de serrage et RW étant la rigidité de la pièce à usiner. Malgré l'hypothèse exprimée ci-dessus de fonctions liné- aires pourdes rigidités différentes, la proposition de la présente invention permet une très bonne approximation de la force de serrage obtenue avec le procédé selon la présente invention, par rapport à la force de serrage survenant en fait, et on peut ainsi réaliser un processus de calcul simple Il est aussi possible bien entenduj selon le procédé de la présente inventiond'alimenter la mémoire d'entrée en lui donnant les variations de rigidité du dispositif de serrage, de la pièce à usiner et du cap- teur de force de serrage, sur la base de fonctions calcu- lées ou détectées qui ne sont pas linéaires, ce qui permet d'améliorer encore l'approximation par rapport à la force de serrage survenant en réalité. Dans un perfectionnement du procédé selon la présente inventionil est possible de détecter la force de serrage disponible pour le serrage d'une pièce à usiner déterminée sur toute la gamme de nombres de tours du dispositif de serrage à distance de degrés donnés de nombres de tours et de l'appliquer à une mémoire d'o on peut tirer les valeurs en cas de besoin Dans ce cas non seulement on détecte la force de serrage disponible à chaque nombre de tours qu'on peut sélectionner, mais encore la personne de service a à sa disposition égale- ment un facteur de décision pour le cas o la force de serrage détectée pour le nombre de tours choisi est trop faible ou trop élevée, et ainsi on est amené à choisir pour le cas de traitement qui convient un nombre de tours plus faible pour des raisons de sécurité ou on peut choi- sir un nombre de tours plus élevé pour mieux utiliser les possibilités de l'enlèvement de copeaux. Dans le procédé selon la présente invention 1 il est possible également d'afficher>outre la force de serrage respective de la pièce à usiner aussi le nombre de tours correspondant Finalementon peut selon la pré- sente invention afficher les valeurs introduites de ridigité du dispositif de serrage, du capteur de force de serrage et de la pièce respective à usiner, de façon constante, si bien que ces valeurs peuvent être connues chaque fois par la personne de service s'occupant de la machine-outil. Le procédé selon la présente invention pour - détecter la force de serrage est expliqué ci-après à-la lumière des dessins Sur ceux-ci: la figure l est un premier diagramme o les déformations d'un mandrin de serrage et d'une pièce à usiner serrée sont étudiées en fonction de la force de serrage et en tenant compte de la force centrifuge, pour une pièce à usiner en matière pleine, et ceci avec une vue schématique du mandrin de serrage et de la pièce à usiner; la figure 2 est un diagramme correspondant à la figure i ainsi qu'une vue schématique o on a serré dans le même mandrin de serrage,à la place de la pièce pleine à usiner>une pièce comportant un alésage; la figure 3 est un diagramme ainsi qu'une vue schématique correspondant aux figures 2 et 3 ofau lieu des pièces à usiner on a serré dans le même mandrin un capteur de force de serrage; la figure 4 est un diagramme montrant l'allure de la force de serrage au-dessus du nombre de tours-lors d'un serrage selon la figure 1; et la figure 5 est un diagramme correspondant à la figure 4 pour une allure de force de serrage de la pièce à usiner selon la figure 2. A la figure l on représente la situation de serrage d'une pièce à usiner l dans un mandrin de serrage F, la pièce à usiner W 1 étant en un matériau plein Au- dessus de la vue schématique on a reporté l'allure de force de serrage audessus des déformations du mandrin de serrage F et de la pièce à usiner W 1 On peut voir d'après ce diagramme que lorsque le mandrin F ne tourne pas et que la pièce à usiner W 1 y est serrée>il y a une condition d'équilibrage La force de serrage F Spo lorsque le mandrin de serrage F ne tourne pas,provoqueen corres- pondance avec la rigidité efficace RF du mandrin de serrage Fla déformation A VF du mandrin de serrage et en même tempse;i correspondance avec la rigidité RW 1 de la pièce à usiner W, la déformation A VW de la pièce à usiner W 1 En d'autres termes ceci signifie que le man- drin de serrage F S l argit Dar la force de serrage F en correspondance avec la courbe RP et que la pièce à usiner W 1 s'est déformée selon la courbe Rwl O Si maintenant le mandrin de serrage F est mis en rotation, la force centrifuge FC agit en plus de la force de serrage F,p Ceci dilate davantage le mandrin de serrage F;de telle sorte que la force de serrage F Spo O existant à l Vtat de repos est diminuée de la perte de force de serrage A Fp Wio Pour fixer la pièce à usiner W 1 lon ne dispose plus dorénavant que de la force de maintien FSPWI Comme avec des pièces à usiner rigides -.5 l'accroissement de force sur le trajet est très prononcé, la perte de force de serrage A Fp est très grande avec une pièce à usiner Wl fabriqauée à partir d'un matériau plein. Dans le diagramme selon la figure 2 on serre dans le même mandrin de serrage F, c'est-à-dire un mandrin ayant la même rigidité P, la pièce à usiner W 2 ayant un alésage tel qu'"on peutit la voir a la vue schématique selon la figure 2 Cette pièce à usiner W 2 a une rigidité plus faible o 2 à cause de l'alésage Selon la représentation du diagralmmela même force de serrage F Spo est induite à l'état de repos Il en résulte à nouveau une condition d'équilibrage. Si maintenant le mandrin de serrage F est mis en rotation avec le même nombre de tours que dans le diagramme selon la figure 1, on a à nouveau la même force centrifuge Fc La perte de force de serrage A F Sp 2 est C' Sp W 2 cependant sensiblement plus faibleparce que la courbe de la rigidité RW 2 de la piece a usiner W 2 est plus plate que la courbe RW de la rigidité de la piece à usiner W. Le diagramme de la figure 2 montre ainsi que la force de maintien SPW?, po Ur enlever des copeaux de la piece a usiner W 2 dest seisilemen% plus l eve que la force de maintien correspondante-obtenue avec le même nombre de tours, pour la pièce à usiner W 1. On voit clairement avec les deux diagrammes des figures l et 2 que la force de maintien pour fixer une pièce à usiner dépend de façon tout à fait décisive de la rigidité de la pièce à usiner. On représente maintenant à la figure 3 une situation correspondant aux deux représentations expli- quées ci-dessus oảu lieu des pièces à usiner W 1 ou W 2, on coince un capteur de force de serrage A dans le man- drin de serrage F On a supposé ici que la rigidité R A du capteur de force de serrage A se trouve entre les rigidités RX ou RW 2 des pièces à usiner W 1 et W 2 Les courbes de ces deux rigidités R wq et RW 2 sont indiquées par des lignes plus fines à la figure 3. A la figure 3 également, on indique 7 pour le même mandrin de serrage F et le même nombre de tours, la force centrifuge FC provenant de la mise en rota- tion du mandrin de serrage F Il en résulte la force de maintien F pour le capteur de force de serrage A, à Sp A savoir après soustraction de la perte de force de serrage à F Sp A Si on compare les trois diagrammes selon les figures 1, 2 et 3,on voit que la force de déformation à F du mandrin de serrage Ftout comme la perte de force de serrage A Fsp par la force centrifugedépendent de façon décisive de la rigidité des pièces à usiner serrées W 1 et W 2 ou du capteur de force de serrage A Comme la force de maintien F Sp A mesurée par le capteur Adans la condition donnée de serrage lorsque le mandrin de serrage F tourne est appliquée à un calcula- teur qui calcule la force de maintien F Spw survenant effectivement avec la pièce respective à usiner W en tenant compte des valeurs introduites de la rigidité XW de la pièce à usiner respective W et de la rigidité RA du capteur A, les erreurs survenant lors de la détec- tion de la force de maintien existante pour fixer une pièce à usiner déterminée en tenant compte de la force centrifuge FC sont évitées. On a reporté à la figure 4 l'allure de la force de maintien d'un mandrin de serrage déterminé F au-dessus du nombre de tours n, à savoir d'une part pour un capteur de force de serrage A et d'autre part pour une pièce à usiner W 1 particulièrement rigide Le diagramme montre que la valeur nominale mesurée par le capteur tournant A est sensiblement plus grande que la valeur réelle qui résulte du serrage d'une pièce à usiner W 1 ayant la rigi- dité beaucoup plus grande P Rw, dans le mandrin de serrage F, à la place du capteur A ayant la rigidité R A On voit clairement à la figure 1 au'une telle situation est parti- culièrement dangereuse parce qu'on est en fait sensiblement en dessous de la force de serrage F Sp A supposée pour le cas respectif de traitement 1 si bien que la pièce à usiner W 1 peut être éjectée du mandrin de serrage F par contrainte lors de l'enlèvement des copeaux. Dans le cas représenté à la figure 5)on montre au diagramme correspondant à la figure 4 que la force de maintien F Sp A mesurée par le capteur A de force de serrage est beaucoup plus faible que la force de maintien réelle F Sp W 2 pour la pièce à usiner W 2, car celle-ci est plus molle que le capteur de force de serrage A La valeur nominale F Sp A mesurée avec le capteur de force de serrage A est donc située bien en dessous de la valeur réelle F Sp W 2 actuelle qui résulte du serrage de la pièce à usiner W 2 à la place du capteur A dans le mandrin de serrage F. Ce cas montre que lors du serrage de pièces à usiner W 2 plus mollesil peut arriver une déformation inutile de la pièce à usiner W 2,et donc partiellement des écarts de forme inadmissibles Sans le procédé selon la présente invention pour détecter la force de serrage existant dans une condition de serrage donnée, on a donc dans cet exemple trop de force de serrage. Les figures 4 et 5 montrent quels défauts peuvent exister lorsqu'on n'utilise pas la présente invention Ces défauts sont éliminés avec la présente inventiondu fait qu'on détecte et qu'on affiche à par-, tir de la valeur de force de maintien F Sp A mesurée avec - le capteur A la force de maintien F ou F -réelle Sp 1SppiSW 2 existant avec chaque pièce à usiner W 1 ou W 2 La tache de la personne de service est désormais d'obtenir aussi exactement que possible la force de maintien donnée pour chaque pièce à usiner déterminée, qui corresponde à la valeur nominale F Sp A des figures 4 et 5, en modifiant les paramètres de serrage A cet effet on modifie en particu- lier la force induite pour le serrage. Pour la première fois, le procédé selon la pré- sente invention permet donc en pratique de rendre optimal le processus de serrage d'un procédé d'enlèvement de copeaux> de telle manière qu'on dispose réellement de la force de maintien optimale F Sp sur le mandrin de serrage F de la pièce à usiner respective W qui subit un enlèvement de copeaux. REVENDICATIONS i caea' irdèeeerla force de serrage -:xistan 4 t da i ne o donnée de serrage dans un dispositi-f le tlrau la Fixation d'une i ce a 1 iurluer d 4 a tenant compte de la force ctartrifu:du a' un carar e force de serrage (A' seré la ri-Jace rt eee L I 5 sie (W-),carcactérisa en ce que la: ge sre par le capteur de -force de scr e,-e i îa ondition donnée de serrage î o rs qu e i-, P -ih t f de serrage -tourne est appliquée à un calculateur Aufanl on donne 4 -partir d une mé-moire d'en-trée les daeée la rgdt du dispositif de serrage et de la prièce I usiner, pour le calcul de la force -ie se rrage ' tlr du serrage de la pièce à usiner. risé cri ce qu ci' C Ya a ur-e de Vocde serrage selon la fruesia en supposant des fonctions linéaires cour la r:giît u dsoii de, serrage, de la pièce aà désrer qu capteur -e Zarce de serrage: 3 U là ES étant la perte de force do serrage mesurée par le capteur P de farce dc' serrage, uî_éant la rigidité du dispositif de serragje, A rét"arît la rigidité du capteur A de force de serrage et étant la rigidité de la pièce à usiner. Procédé selon la revend-ication i ou 2, caractérisé en ce qfu'Dn suar toute la gammie de nombres de tours du dispositif de serrage dans un intervalle de vitessesprédéterminées, la force de serrage disponible lors du serrage d'une pièce déterminée à usiner, et en ce qu'on l'envoie à une mémoire d'o les valeurs peuvent être tirées en cas de besoin. 4 Procédé selon au moins une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, outre la force de serrage respective pour la pièce à usiner, on affiche le nombre de trous correspondant. 5 Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les valeurs introduites de rigidité du dispositif de serrage, du capteur de serrage et de la pièce respective à usiner sont affichées cons- tamment.