Brevet FR2565872A1 — publié le 19851220

Dispositif de serrage d'outils ou de pièces actionné par un fluide sous pression. La présente invention concerne un dispositif de serrage actionné par un fluide sous pression, permettant notamment un serrage axial d'outils ou de pièces montés sur un arbre, meules, fraises ou autres, par exemple, et présentant sur sa face frontale un piston annulaire flottant, dont le déplace- ment axial est assuré par un fluide sous pression. Les dispositifs de ce type déjà connus sont prévus pour un serrage axial de la pièce ou de l'outil entre un appui et un écrou vissé à l'extrémité de l'arbre, par exemple; le dispo- sitif annulaire se situe alors entre la pièce ou l'outil d'une part, l'écrou d'autre part. Dans certaines formes de construction, le dispositif de serrage est muni d'un tarau- dage et peut être vissé directement sur l'extrémité de l'arbre prévue à cet effet. Dans d'autres versions, il est doté d'un filetage qui permet de le visser dans un cylindre creux, par exemple. Pour le serrage, le piston annulaire flottant, mobile dans le sens axial de l'arbre, est soumis à une pression axiale contre la pièce ou l'outil. A l'intérieur du dispositif de serrage, des conduits peuvent assurer une jonction hydrosca- tique du piston précité avec un ou plusieurs pistons de réglage montés tangentiellement ou axialement. Avec l'intro- duction de ces derniers, le piston annulaire est repoussé vers l'extérieur par l'intermédiaire de la face frontale fixe du dispositif, la surface active du piston de réglage, inférieure d'un multiple à celle du piston annulaire, per- mettant alors d'obtenir la transmission de force requise. Une vis accessible de l'extérieur, dont le montage est axial ou coaxial au piston de réglage, est prévue pour l'insertion de ce dernier. Pour le serrage, le dispositif est vissé à la main sur l'extrémité de l'arbre, jusqu'à ce qu'il s'applique fermement sur la pièce ou l'outil. Les vis de fixation des pistons de réglage sont alors serrées à l'aide d'un outil, clef Inbus par exemple, jusqu'à ce que la pression, que génèrent les-plstons précités par-l'intermédiaire du fluide, soit suffisante pour l'effort de serrage à appliquer, qu'un affichage adéquat permet de lire. Dans d'autres formes de construction, la pression hydrosta- tique requise pour la sortie du piston annulaire est appli- quée par des tiges d'éjection, bagues de pression ou au moyen d'une pompe à graisse. L'inconvénient des versions déjà connues réside dans le fait que la décharge de pression, parallèle au démontage du dispositif de serrage par exemple, ne s'accompagne pas d'un retour automatique du piston annulaire dans sa position initiale. Après chaque opération de serrage, il faut re- pousser le piston précité dans le dispositif. Dans la prati- que, ce dernier est alors vissé sur l'arbre, après la dé- charge de pression, jusqu'à ce que le piston annulaire soit à nouveau rentré et en position initiale. Les forces re- quises à cet effet étant en partie supérieures à la force normale d'un opérateur, cette opération ne peut être réali- sée qu'à l'aide d'accessoires, clés à griffes en bout ou à crochet par exemple. L'intervention est longue et risque de détériorer le dispositif de serrage. L'objectif de la présente invention est donc de créer un dispositif de serrage du type précédemment décrit tel, que le retour automatique du piston annulaire soit parallèle à la suppression de pression hydrostatique régnant dans le dispositif. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le piston annulaire est soumis à la charge d'un ressort dans le sens de desserrage du dispositif. Par suite de cette sollicitation, le piston annulaire est en permanence soumis à une force de rappel, que le fluide sous pression doit surmonter lorsque le dispositif est serré à fond. Avec lâ-décharge de pression, le retour du piston dans sa position initale est donc automatique. Afin de pouvoir soumettre le piston annulaire à la force d'élasticité requise, avec des éléments particulièrement simples et un type de construction plat, le piston précité est doté sur son pourtour externe, dans l'une des formes de construction préférentielles de i'invention, d'un bourrelet annulaire muni d'une portée sur laquelle s'applique le re- bord radial interne d'une rondelle-ressort. Si le dispositif de serrage est prévu pour une fixation sur son pourtour externe et présente en conséquence un filetage, une forme de construction préférentielle réside dans le fait que le piston annulaire est doté sur son pourtour interne d'un bourrelet en forme d'anneau, ce bourrelet étant muni d'une portée sur laquelle s'applique le rebord radial exter- ne d'une-rondelle-ressort. Conformément à l'invention, la rondelle-ressort peut être remplacée par plusieurs ressorts hélicoidaux à effet pa- rallèle. Cette mesure est avantageuse pour les dispositifs de serrage, sur lesquels la course du piston annulaire est relativement importante. Sur un dispositif de serrage de conception plate, il est particulièrement avantageux de prévoir une rondelle-ressort pour générer la force de rappel, car la course du piston annulaire est de l'ordre du millimètre et la fixation de la rondelle-ressort réalisable pour un coût de construction minime. Afin de ne pas compromettre le montage flottant du piston annulaire, qui garantit un effort de serrage périphé- tique régulièrement réparti, même lorsque les éléments à serrer ne présentent pas des faces parfaitement planes et parallèles, il est possible de doter la rondelle-ressort de fentes radiales, suivant une autre forme de construction de la présente invention. Ces fentes forment des languettes flexibles qu-peuvent exécuter différents déplacements élas- tiques dans une certaine plage, donc appliquer différents efforts d'élasticité. Leur nombre et largeur permettent d'adapter la rondelle-ressort à l'objectif correspondant. Afin de fixer sur le dispositif de serrage la rondelle- ressort, cette dernière est, soit réalisée d'une seule pièce avec un écrou borgne vissé sur le dispositif précité, soit vissée sur le c8té externe de ce dernier au moyen d'un écrou borgne. Sur les dispositifs de serrage prévus pour une fixation sur leur pourtour externe, la rondelle- ressort est fixée en conséquence sur le-taraudage du dispositif. Sa fixation est alors telle, que la tension initiale appliquée sur le piston annulaire en position de départ est suffisante pour surmonter les forces de frottement des joints et pis- tons présents dans le dispositif et assurer le retour du piston précité en position initiale. Les avantages de la présente invention résident dans le fait que le piston annulaire revient automatiquement dans sa position initiale lors du démontage du dispositif de serrage, c'est-à-dire lorsque la pression qui règne dans le dispositif est supprimée, ce retour automatique étant égale- ment assuré pour les pistons de réglage ou tiges d'éjection conformes à d'autres formes de construction. L'opération de démontage est rapide et simple, la remise en position ini- tiale du piston annulaire, souvent longue à réaliser ma- nuellement, étant par ailleurs inutile. Une mesure avantageuse de l'invention est qu'un ressort de rappel au moins s'applique sur une face, accessible de l'extérieur, du piston annulaire. Dans une forme de construction préférentielle, le piston annulaire est muni sur son pourtour interne ou externe d'un bourrelet annulaire doté d'une portée pour un ressort de rappel au moins; représenté de préférence par une rondelle- ressort dont-Te rebord radial externe s'appuie sur le piston annulaire. Dans une autre version préférentielle, le ressort est une rondelle dont le rebord radial interne s'appuie sur le piston annulaire, cette rondelleressort étant de préférence réalisée d'une seule pièce sous la forme d'un écrou borgne vissé sur le dispositif de serrage. Dans une autre forme de construction, la rondelle-ressort est fixée sur le dispositif de serrage au moyen d'un écrou borgne. Une mesure avantageuse réside dans le fait que le côté interne de la rondelle- ressort est fixé sur une douille filetée, à visser dans le taraudage du dispositif de serrage, la rondelle-ressort étant de préférence fixée au dispositif de serrage à l'aide d'une vis munie d'une tige cylindrique creuse par exemple. Une autre mesure judicieuse consiste à doter la rondelle- ressort de fentes radiales, de préférence ouvertes sur le rebord interne ou externe de la rondelle précitée, Il est par ailleurs avantageux que les fentes soient essen- tiellement plus étroites que les languettes flexibles qui en résultent, mesuré dans le sens périphérique de la rondelle- ressort. Une autre mesure préférentielle réside dans le fait que les fentes ont au moins la même largeur que les languettes flexibles qui en résultent, mesuré dans le sens périphérique de la rondelle-ressort. Dans une autre forme de construction avantageuse de l'inven- tion, les ressorts sont représentés par des ressorts héli- coidaux, montés 'avec une répartition périphérique à peu près régulière entré le bourrelet annUlaire, large de préférence, et un écrou borgne fixé sur le pourtour externe du disposi- tif de serrage. Dans une dernière forme de construction préférentielle, les ressorts, représentés par des ressorts hélicoïdaux, sont montés avec une répartition périphérique à peu près régu- lière entre un bourrelet annulaire, large de préférence, du piston annulaire, et la portée de tête, d'une dimension préférentielle importante, d'une vis fixée sur le taraudage du dispositif de serrage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des exemples de construction illus- trés sur les dessins annexés, qui représentent: Figure 1: une perspective schématisée d'un dispositif de serrage déjà connu, Figure 2: une vue frontale d'un exemple de construction d'un - dispositif de serrage, Figure 3: une coupe suivant la ligne III - IIi de la figure 2, Figure 4: une coupe suivant la ligne IV - IV de la figure 2, le dispositif étant monté sur un arbre et assurant le serrage d'un outil, Figure 5: une vue schématisée du dispositif conforme à l'in- vention, Figure 6: une vue latérale d'un écrou borgne, représenté en coupe partielle, avec une rondelle-ressort, Figure 7: une vue analogue à celle de la figure 6 d'une forme 'de construction,. dans laquelle l'écrou bor- - gne-et la rondelle--ressort sont réalisés d'une seule pièce, Figure 8: une vue du dessus d'une rondelle servant de ressort de rappel, Figure 9: une autre forme de construction d'une rondelle- ressort vue du dessus, Figure 10: une troisième forme de construction d'une ron- delle-ressort vue du dessus, Figure 11: une vue latérale simplifiée et en coupe partielle d'une autre forme de construction d'un dispositif de serrage, Figure 12: une vue et une forme de construction analogues à celles de la figure 11, la vis et la rondelle- ressort étant réalisées séparément, Figure 13: une vue latérale simplifiée et en coupe partielle d'une autre forme de construction d'un dispositif de serrage, Figure 14: une vue analogue à celle de la figure 13 d'une autre forme de construction d'un dispositif de serrage. La figure 1 représente une perspective très simplifiée d'un dispositif de serrage 1, correspondant à l'état de la tech- nique. Les exemples de construction conformes à l'invention sont illustrés par les figures 2 à 14. Le dispositif de serrage 1 est muni d'un taraudage 19 (fi- gure i) qui permet de le visser sur un arbre 2 d'une machine d'usinage. Il présente un moletage 20 sur son pourtour externe et est normalementvissé.à la main sur l'extrémité 2' de l'arbre-Yfigure 4), jusqu'à-ce que sa face frontale s'applique sur une bague intercalaire 3. Des vis 5 sont alors enfoncées dans le dispositif I (voir également la figure 3), provoquant ainsi le déplacement axial d'un piston annulaire 8 dans le sens de la bague 3 et le serrage axial d'un outil 4 contre un appui (non représenté sur la figure 4). L'insertion de la vis 5 provoque le recul d'un piston de réglage 6, postérieur à cette dernière, dans un alésage 22 en forme de trou borgne. Ce trou est relié par l'intermé- diaire d'un conduit 7 à un compartiment sous pression 23 du piston annulaire 8. L'alésage 22, le conduit 7 et le compar- timent sous pression 23 étant remplis d'un fluide hydrauli- que, graisse de préférence (représenté par des points sur les figures), une transmission de force hydrostatique est obtenue entre les pistons de réglage 6 et annulaire 8. Les surfaces actives différentes des pistons 6 et 8 permettent d'obtenir le transfert de force requis pour l'application d'une pression de serrage axiale élevée. Le rapport entre la force à appliquer sur la vis 5 et la force exercée par le piston annulaire 8 est calculé à partir des lois physiques déjà connues, compte tenu toutefois des forces de frottement et d'élasticité (explications ci-dessous) à surmonter. Pour éviter toute fuite de fluide hydraulique, deux joints 21 et 9 sont respectivement prévus entre le piston de ré- glage 6 et le piston annulaire 8 d'une part, le fluide hydraulique d'autre part. La vis 5 (deux vis sont prévues dans cet exemple de construction) est fixée dans une douille taraudée 10 qui est bloquée par une vis sans tête 11. Dans cet exemple de construction, le dispositif 1 est équipé d'un indicateur de force hydraulique 12 qui permet une lecture externe de l'effort de serrage. L'affichage 12 est assuré par l'intermédiaire d'une tige 24 munie de repères et déplacée vers l"extérieur, contre ia pression d'un ressort, par-un piston-sous-Jacent non représenté, dès que ce der- nier, qui est raccordé au système hydrostatique comme le piston de réglage 6 (voir la figure 5), est soumis à la contrainte de pression. L'indicateur de force 12 étant nor- malement étalonné, il est possible de lire avec précision l'effort de serrage appliqué. Le piston annulaire 8 est doté sur son pourtour externe d'un bourrelet 13, sur la face inférieure duquel s'applique une rondelle-ressort 14 interne. La rondelle représentée sur la figure 3 est un écrou borgne fixé sur la face externe du dispositif 1 à l'aide d'un filetage 15. Le côté externe de la rondelle i4, réalisée sous la forme d'écrou, est doté d'un moletage 25 et peut être serré à la main. Sur la figure 7, l'écrou borgne est représenté par le ressort 14; dans cette forme de construction, les parties filetée 15 et élastique 16 sont réalisées d'une seule pièce. Conformément à l'invention, il est également possible de prévoir une construction en deux parties, composée d'une rondelle- ressort 14 et d'un écrou borgne 15, comme représenté sur la figure 6. Les figures 8 à 10 représentent trois exemples de construc- tion de rondelles-ressorts, la configuration de l'ensemble écrou - ressort étant indépendante du fait que ce composant 1 o soit réalisé d'une seule pièce, sous la forme d'écrou, ou en deux parties, sous la forme d'un écrou 15 et d'un ressort 14. Comme le montrent les figures 8 et 9, les rondelles- ressorts peuvent présenter des fentes 18a, 18b foriant des languettes flexibles individuelles 17a, 17b. Le choix du nombre et de la largeur des fentes 18a, 18b permet d'influer sur la rigidité des ressorts d'une part, qui diminue avec une largeur et un nombre croissants de fentes, le partage en languettes individuelles 17a, 17b permettant par ailleurs d'obtenir une répartition de pression pratiquement régulière sur le piston annulaire 8; cet avantage est essentiel lors- que les pièces serrées ne présentent pas des faces-parfaite- ment planes et parallèles et que le piston annulaire 8 sort à l'oblique du dispositif 1: avec une rondelle-ressort 14 non partagée (figure 10), pratiquement toute la pression de ressort s'applique alors au point de sortie maximal du piston. Une telle conjoncture est inopportune, car il est impossible d'obtenir une pression régulière du piston annu- laire 8 sur l'outil 4 ou la pièce. Par suite de la rondelle-ressort 14, soumise à une tension initiale et comprimant le bourrelet 13 du piston annulaire 8, ce dernier, les joints 9 et 21, ainsi que le piston de réglage 6, qui sont reliés par l'intermédiaire du fluide hydraulique, sont ramenés dans leur position initiale avec le desserrage de la vis de réglage. Le démontage du disposi- tif est de ce fait parfait et rapide, le retour manuel du piston annulaire 8 en position initiale étant par ailleurs superflu, opération souvent oubliée et source de travail supplémentaire lors du processus de serrage suivant. Le dispositif de serrage la, représenté sur la figure 11 et doté d'un filetage 26, est prévu pour être vissé dans un cylindre ou un arbre creux. Dans cette exemple de construc- tion, le piston annulaire 8 est muni sur son pourtour inter- ne d'un bourrelet 13a en forme d'anneau. Une rondelle- ressort 16, équipée d'une douille 30, s'appuie sur le bourrelet 13a. La douille 30 présente un filetage qui permet de l'insérer dans le taraudage 19 du dispositif de serrage la. Liée à la rondelle 16, elle est vissée dans le dispositif précité de manière à ce que le ressort 16 exerce une certaine tension initiale sur le piston 8, qui est ainsi ramené en position initiale avec la décharge de pression. Dans une autre forme de construction de l'invention, la rondelle-ressort 14, montée sur le pourtour interne du pis- ton annulaire 8, peut être fixée à l'aide d'une vis 28 sur le taraudage 19 du dispositif 1; elle se situe alors entre le bourrelet annulaire 13a du piston 8 et la portée 29 de la tête de vis 28,- comme représenté-ur la figure 12 avec une rondelle-ressort 14 et sur la figure 13 avec des ressorts hélicoidaux 14c. Bien que la rondelle 14 de la figure 8 diffère dans ses dimensions des rondelles de l'exemple pré- cédent, les ressorts utilisés, représentés sur les figures 8, 9 et 10, sont en principe similaires et ont le même effet que les ressorts précédemment décrits. En cas d'utilisation de rondelles-ressorts fendues, les fentes sont de préférence ouvertes sur le pourtour appliqué sur le piston annulaire 8. La figure 13, analogue aux figures 11 et 12, représente une autre forme de construction d'un dispositif de serrage lb, la force de rappel du piston étant appliquée par des ressorts hélicoidaux 14c périphériques et à effet parallèle. Ces ressorts 14c sont montés entre un large bourrelet 13a du piston annulaire 8 et une portée de tête 29, également large, de la vis de fixation 28, avec une répartition régu- lière sur tout le pourtour (voir figures 13, 14). La portée de tête 29 de la vis 28 et la portée de ressort sur le bourrelet 13a ont une largeur particulière dans cet exemple, afin de conférer aux ressorts 14c un guidage fiable. L'em- ploi de ressorts hélicoïdaux 14c est spécialement judicieux, lorsque la course du piston annulaire 8 est relativement longue. La force de rappel, qui ramène avec la décharge de pression le piston 8 dans le carter du dispositif 1, peut être largement influencée par le choix de la quantité, de l'épaisseur de fil, du nombre de spires et du matériau des ressorts. Sur les dispositifs de serrage conçus pour être vissés sur un arbre, les ressorts hélicoidaux 14c sont en conséquence fixés entre un bourrelet large 13 prévu sur le pourtour.externe du piston 8 et un écrou borgne, comme représenté sur la figure 14 à titre d'exemple. Il convient alors de veiller à un guidage suffisant et à une répartition régulière des ressorts utilisés. Dans les exemples de construction représentés sur les fi- gures i à 4, la pression de serrage requise est générée par des -pistons d-réglage 6 montés tangentiellement. Pour le retour automatique par pression de ressort, conforme à l'in- vention, ni le montage des pistons, ni la génération de pression, ne sont décisifs en soi, ce retour pouvant être aussi bien assuré par l'intermédiaire de tiges d'éjection, bagues de pression, pompe à graisse ou autres. Pour le dimensionnement des ressorts 14, 14a, 14b, 14c, il convient- néanmoins de tenir compte des forces de frottement des-%;: joints, pistons de réglage, tiges etc..., qui doivent être parallèlement ramenés en position initiale par l-'intermé- diaire du fluide hydraulique. Les ressorts hélicoidaux éven- tuellement utilisés doivent être régulièrement répartis sur le bourrelet et protégés contre tout risque de déport. Pour un coût de construction minime, le retour automatique par effet de ressort permet au piston annulaire de revenir en toute sécurité dans sa position initiale, dès que la pression hydraulique est supprimée dans le dispositif, dont le démontage est ainsi simplifié. Il est inutile de réintro- duire le piston "à la main", opération souvent fastidieuse, et le dispositif de serrage est en état de fonctionnement immédiat. Revendications. i. Dispositif de serrage actionné par un fluide sous pression, permettant notamment un serrage axial d'outils ou de pièces montés sur un arbre, meules, fraises ou autres, par exemple, et présentant sur sa face frontale un piston annulaire flottant, dont le déplacement axial est assuré par un fluide sous pression, caractérisé en ce que le piston annulaire (8) est soumis à la charge d'un ressort dans le sens de desserrage du dispositif. 2. Dispositif de serrage selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un ressort de rappel au moins (14, 14a, 14b, 14c) s'applique sur une face, accessible de l'extérieur, du piston annulaire (8). 3. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le piston annulaire (8) est' muni sur son pourtour interne ou externe d'un bourrelet annulaire (13, 13a) doté d'une portée pour un ressort de rappel au moins (14, 14a, 14b, 14c), ce ressort étant de préférence repré- senté par une rondelle (14, 14a, 14b) dont le rebord radial externe s'appuie sur le piston annulaire (8). 4. Dispositif de serrage selon une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le ressort est une rondelle (14, 14a, 14b) dont le rebord radial interne s'appuie sur le piston annulaire (8), cette rondelie-ressort (14, 14a, 14b) étant de préférence réalisée d'une seule pièce sous la forme d'un écrou borgne vissé sur le dispositif de serrage (1). 5. Dispositif de serrage selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la rondelle-ressort (14, 14a, 14b) est fixée sur le dispositif de serrage (1) au moyen d'un écrou borgne. 6. Dispositif de serrage selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le côté interne de la rondelle-ressort (14) est fixé sur une douille filetée (30), à visser dans le taraudage (19) du dispositif de serrage (1), la rondelle- ressort (14, 14a, 14b) étant de préférence fixée au disposi- tif de serrage (1) à l'aide d'une vis (28) munie d'une tige cylindrique creuse (28a) par exemple. 7. Dispositif de serrage selon une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que la rondelle-ressort (14a, i4b) est dotée de fentes radiales (18a, 18b), de préférence 0 ouvertes sur le rebord interne ou externe de la rondelle précitee (14a, 14b). 8. Dispositif-de serrage selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les fentes (18a) sont essentiellement plus étroites que les languettes flexibles (17a) qui en résul- tent, mesuré dans le sens périphérique de la rondelle- ressort (14a). 9. Dispositif de serrage selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les fentes (18b) ont au moins la même largeur que les languettes flexibles (17b) qui en résultent, mesuré dans le sens périphérique de la rondelle-ressort (14b). 10. Dispositif de serrage selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les ressorts sont hélicoidaux (14c), et en ce que ces ressorts sont montés avec une répartition périphéri- que à peu près régulière entre le bourrelet annulaire (13), large de préférence, et un écrou borgne fixé sur le pourtour externe du dispositif de serrage (1). 11. Dispositif de serrage selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les ressorts sont hélicoïdaux, et en ce que ces ressorts sont montés avec une répartition périphérique à peu près régulière entre un bourrelet annulaire (13a), large de préférence, du piston annulaire (8) , et la portée de tête (29), d'une dimension préférentielle importante, d'une vis (28) fixée sur le taraudage (19) du dispositif de serrage (1).