Brevet FR2586211A1 — publié le 19870220

La présente invention concerne la construction des machines-outils et a notamment pour objet un dispositif de blocage magnétique de pièces à usiner sur les machines- outils. Il est particulièrement avantageux d'appliquer l'in- vention aux rectifieuses, aux fraiseuses-, aux raboteuses et aux autres machines-outils. Il est également possible d'utiliser le dispositif en question en tant qu'organe de préhension dans les appa- reils de manutention ou dans les robots. On connaît des dispositifs de blocage magnétique de pièces, comportant une source de champ magnétique se présentant sous forme de bobines entourant des noyaux d'acier et un plateau placé sur ceux-ci et sur lequel sont placées les pièces à usiner (cf., par exemple, le brevet USA no. 2435737, cl. 335-285). Dans le plateau du dispositif mentionné, sont pra- tiquées des rainures destinées à la séparation des pôles opposés. Ces rainures sont remplies d'un matériau amagné- tique, par exemple d'aluminium. Ce plateau, constitué de différents matériaux, est soumis au cours de son fonctionnement à des actions méca- niques et thermiques provoquant différentes déformations des éléments du plateau, compromettant la précision de sa forme et entrainant la formation de micro-fissures, ce qui se traduit, à son tour, par une baisse de la précision de l'u- sinage. On connaît aussi des dispositifs de blocage magné- tique de pièces, dont les plateaux sont composés d'éléments magnétiques et amagnétiques alternés (cf., par exemple, certificat d'auteur no. 644089 délivré en URSS). Dans ce plateau, les liquides de lubrification et de refroidissement peuvent pénétrer à travers des microfissures et atteindre la source de champ magnétique, ce qui réduit la durée de vie du dispositif. Etant donné que le plateau sert de base sur laquelle sont placées les pièces à usiner, il doit être rigide et monolithe, sa fabrication en différents matériaux est une opération difficile nécessitant beaucoup de travail. On s'est donc proposé de mettre au point un dis- positif de blocage magnétique de pièces, dans lequel le plateau serait réalisé de manière à assurer un usinage précis et une bonne étanchéité du dispositif, tout en étant de fabrication relativement simplifiée. Ce problème est résolu du fait que le dispositif de blocage magnétique de pièces à usiner sur des machines- outils, du type comportant une source de champ magnétique et un plateau disposé sur elle pour recevoir les pièces à usiner, est caractérisé, selon l'invention, en ce que le plateau est un plateau plein en matériau ferromagnétique à travers lequel le flux magnétique passe parallèlement à la surface sur laquelle sont disposées les pièces, la résis- tance magnétique du plateau dans la direction de ce flux étant d'au moins dix fois supérieure à la résistance ma- gnétique du plateau dans la direction transversale à ce flux. Il est avantageux que le plateau soit constitué d'au moins deux couches jointes l'une à l'autre suivant un plan parallèle à la surface de fixation des pièces à usiner. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la durée de vie du dispositif, car on peut remplacer relativement aisément une couche usée par une nouvelle. Il n'est pas moins avantageux que le plateau soit muni,sur sa face orientée vers la source de champ magné- tique, de saillies et de cavités alternées régulièrement et disposées transversalement à la direction du champ magnétique de façon que la résistance magnétique du plateau suivant la direction de ce flux dans la zone des cavités soit d'au moins 10 fois supérieure à sa résistance ma- gnétique dans la zone des saillies. Ce mode de réalisation du plateau permet de fixer sur celui-ci des pièces minces et petites. Dansun dispositif à plateau rond, dont la source de champ magnétique comporte des circuits magnétiques et des bobines-circulaires disposés concentriquement, il est avantageux que le plateau soit exécuté de façon que son épaisseur varie dans le sens radial en augmen- lO tant, au-dessus de chaque bobine, à partir de sa périphé- rie vers son centre et en proportion inverse du rayon courant du plateau. Ce mode de réalisation permet de distribuer d'une façon régulière la force d'attraction suivant le rayon du plateau. Il est possible que la source de champ magnétique soit constituée d'une bande d'acier enroulée en spirale de forme générale correspondant à la forme du plateau. Ce mode de réalisation permet de supprimer l'emploi de métaux non ferreux dans l'enroulement, en assurant en même temps la valeur et la régularité nécessaires de la force d'attraction. Il est souhaitable que la source de champ magné- tique comporte une bande auxiliaire en métal non ferreux, isolée de la bande d'acier et enroulée conjointement avec elle. On peut inclure dans la source de champ magnétique une bobine auxiliaire en métal non ferreux, entourant la spirale et dont la forme générale correspond à celle du plateau. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la force d'attraction, tout en assurant une diminution relative de la consommation de métal non ferreux pour la fabrication de l'enroulement. Dans le dispositif dont le plateau est de forme rectangulaire et dont la source de champ magnétique com- porte un noyau avec un enroulement, il est avantageux que le noyau soit disposé parallèlement à la surface du plateau sur laquelle sont placées les pièces à usiner. Ce mode de réalisationest de construction particulièrement simple. Dans un dispositif dont le plateau est rectangulaire et dont la source de champ magnétique comporte des plaques polaires disposées verticalement et se trouvant en contact avec la surface du plateau qui est orientée vers ladite source, il est avantageux que, dans la zone de contact entre les plaques polaires et le plateau, l'épaisseur des plaques polaires soit d'au moins 1,5 fois supérieure à l'épaisseur du plateau. Ce mode de réalisation assure une distribution régulière de la force d'attraction suivant toute la surface de fixation des pièces. Le dispositif de blocage magnétique de pièces, exécuté confor- mément à la présente invention, est de constitution relativement simple, assure une haute précision de l'usinage et permet de bloquer avec la force nécessaire des pièces ferromagnétiquesdont les di- mensionspeuvent varier dans une vaste plage. L'invention sera mieux comprise et d'autre buts, détails'et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la descrip- tion détaillée qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - La figure I représente une partie du dispositif comprenant deux bobines entourant des noyaux disposés verticalement; - la figure 2 montre les rapports des résistances magnétiques suivant différentes directionsdans une partie du plateau; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un dispositif comportant un plateau composé de deux couches; - les figures 4,5,6 représentent des plateaux dont la face orien- tée vers la source de champ magnétique comporte des saillies et des cavités alternées régulièrement; - la figure 7 représente un dispositif à plateau rond dont l'épaisseur varie radialement ( vue en coupe radiale); 258621-1 - la figure 8 représente un dispositif à plateau rond et à enroulement en bande d'acier (vue axonométrique avec coupes radiales); - la figure 9 est une vue en coupe suivant IX-IX de la figure 8 à échelle agrandie, l'enroulement compor- tant une bande d'acier et une bande en métal non ferreux; - la figure 10 représente un dispositif à plateau rond, à enroulement en bande d'acier et à bobine auxiliaire en métal non ferreux; - la figure 11 représente un dispositif à plateau rectangulaire et à noyau disposé horizontalement (vue en coupe transversale). Le dispositif de blocage magnétique de pièces à usiner sur des machinesoutils comporte un plateau 1 (figure 1) servant de base sur laquelle sont montés verticalement des noyaux 2 et des bobines 3 faisant fonc- tion de source de champ magnétique. Un plateau plein 4 est placé sur les noyaux 2. La base 1,.les noyaux 2 et le plateau 4 sont fabriqués en matériau ferromagnétique. Quand les bobines 3 sont mises en circuit, le flux magnétique F se referme sur lui-même à travers la base 1, les noyaux 2 et le plateau 4. En l'absence d'une pièce à usiner "a" sur le plateau 4, le flux F traverse le plateau parallèlement à sa surface sur laquelle sont placées les pièces à usiner "a". Le plateau 4 est exécuté de façon que sa résis- tance magnétique dans toutes les directions A, B, C, D (figure 2) et d'autres directions parallèles à sa surface sur laquelle sont disposées les pièces à usiner, dépasse d'au moins 10 fois la résistance magnétique du plateau dans des directions "E" perpendiculaires à cette surface. Ceci est obtenu en choisissant l'épaisseur h du plateau 4 de manière que le flux magnétique F traversant ce plateau assure en permanence sa saturation magnétique. En conséquence, la résistance magnétique du plateau 4 dans la direction du flux qui le traverse est sensible- ment supérieure à la résistance du plateau dans la direction "E" transversale à ce flux. On peut obtenir cet effet en fabriquant le plateau en un matériau magnétique anisotrope dont les résistances magnétiques diffèrent dans les différentes directions. En vue d'augmenter la durée de vie du dispositif et de le rendre plus universel, on peut utiliser un plateau 5 (figure 3) composé de deux couches 6 et 7 jointes l'une à l'autre suivant un plan parallèle à la surface de fixation des pièces à usiner "a". La couche supérieure 6 est exécutée amovible et peut être remplacée, au cours de l'exploitation du dispositif, après son usure. De plus, en fabriquant la couche 6 en urn matériau dont la perméabilité magnétique est supérieure à celle du matériau de la couche 7 (par exemple, acier-fonte), on peut augmenter la force d'attraction du dispositif. Le fait que la couche supérieure 6soit exécutée amovible permet de la remplacer par une autre, appropriée à la fixation de pièces dont la surface d'appui n'est pas plane. En cas d'utilisation du dispositif pour le blocage de pièces "b" relativement minces et petites (figures 4, , 6), on réalise, sur la face du plateau 8, 9, 10 orientée vers la source de champ magnétique (non représentée), des saillies 11, 12, 13 et des cavités 14, 15, 16 alternées régulièrement. Ces saillies et cavités sont disposées transversalement à la direction du passage du flux magné- tique F à travers le plateau 8, 9, 10 en l'absence de pièces à usiner "b". La profondeur h1 des cavités 14, 15, 16 est choisie de façon que la résistance magnétique du plateau au flux magnétique F dans la zone des cavités 14, 15, 16 soit d'au moins 10 fois supérieure à la résistance magnétique opposée à ce flux dans la zone des saillies 11, 12, 13. Grâce à cela, quand les pièces à usiner "b" sont placées sur le plateau 8, 9, 10, le flux magnétique F, en surmontant la résistance magnétique des parties 8, 9, du plateau qui sont disposées au-dessus des cavités 14, 15, 16, respectivement, et caractérisées par une résistance magnétique accrue se referme sur lui-même à travers la pièce "b", en assurant ainsi son blocage. Les saillies et les cavités du plateau peuvent être de forme pratiquement quelconque, dépendant du procédé de leur réalisation. Le pas entre les saillies ou les cavités est choisi en fonction des dimensions de la surface d'appui de la pièce à usiner,de façon que la pièce se trouvant en n'importe quelle position sur la surface du plateau couvre au moins deux zones de cavités. Dans les dispositifs dont le plateau 17 (figure 7) est rond et dont la source de champ magnétique comporte des circuits magnétiques 18 et 19 circulaires disposés concentriquement et des bobines 20, le plateau 17 est d'épaisseur h variable le long de son rayon "r" courant. L'épaisseur h du plateau 17 augmente, au-dessus de la bobine 20, de sa périphérie vers son centre et en proportion inverse du rayon courant du plateau. On peut disposer plusieurs bobines suivant le rayon du plateau, l'épaisseur du plateau au-dessus de chaque bobine variant de la manière qu'on vient de décrire. L'épaisseur variable du plateau détermine des aires pratiquement égales de ses sections circulaires le long du rayon courant au-dessus de chaque bobine. Ce mode de réalisation du plateau assure une induction magnétique pratiquement constante dans celui-ci le long de tout le trajet suivant lequel le flux magnétique F de chaque bobine traverse ce plateau, ce qui assure une distribution régulière de la force d'attraction suivant le rayon du plateau. Le dispositif représenté sur la figure 8 comporte un plateau rond 21 d'épaisseur constante, placé au-dessus d'une source de champ magnétique exécutée sous forme d'une bande d'acier 22 enroulée en spirale et reproduisant la forme du plateau. Le plateau 21 repose par l'inter- médiaire d'un corps d'acier 23 sur la base 24. La bande d'acier 22 est branchée sur une source de courant conti- nu (non représentée). En plus de sa fonction d'enroule- ment, la bande d'acier 22 sert de circuit magnétique. Le flux magnétique F, en passant par la bande 22, diminue de la périphérie au centre du plateau 21 en compensant la variation del'aire de ses sections circulaires le long du rayon courant "r". Cela permet d'utiliser un plateau 21 d'épaisseur contante, en distribuant uniformément dans celui-ci la force d'attraction. La forme de la spirale peut être quelconque, pourvu qu'elle corresponde à la forme du plateau (par exemple, rectangulaire, carrée, etc.). Le dispositif peut comporter plusieurs spirales similaires. Pour accroître la force d'attraction du dispositif, la spirale peut être pourvue d'une couche auxiliaire 25 (figure 9) en métal non ferreux, isolée électriquement de la bande d'acier 22 à l'aide d'une couche intermédiaire isolante 26. Pour accroître la force d'attraction du dispositif comportant une spirale d'acier conductrice 27 (figure 10) exécutée d'une manière analogue à celle décrite prédédem- ment, on peut utiliser aussi une bobine circulaire auxiliaire 28 entourant la spirale 27. Dans la variante de réalisation suivant laquelle le dispositif est pourvu d'un plateau 29 (figure 11) de forme rectangulaire, la source de champ magnétique se pré- sente sous forme d'un noyau 30 avec un enroulement 31. Le noyau 30 est disposé parallèlement à la surface du plateau 29 sur laquelle sont disposées les pièces à usiner "a". Il est possible de monter dans le dispo- sitif plusieurs de ces noyaux. La base 32 est fabriquée en matériau amagnétique. Dans la variante de réalisation suivant laquelle la source de champ magnétique du dispositif comporte des plaques polaires ou noyaux disposés verticalement (figure 1) et se trouvant en contact avec la surface inférieure du plateau 4, et un enroulement 3 entourant les noyaux 2, l'épaisseur des noyaux 2 dans la zone de contact de ceux-ci avec le plateau 4 est supérieure d'au moins 1,5 fois à l'épaisseur du plateau. Ceci permet de supprimer les "zones mortes" au-dessus des noyaux. Dans ce cas, la dimension minimale de la surface d'appui de la pièce à usiner est supérieure d'au moins 1,2 fois à l'épaisseur du noyau dans la zone de contact de celui-ci avec le plateau. Cette même construction peut être utilisée dans les dispositifs à aimants permanents, les aimants permanents étant alors employés comme noyaux 2 commandés par les bobines 3. Dans les dispositifs décrits ci-dessus, les bases peuvent être exécutées d'une manière analogue au plateau pour le positionnement des pièces à usiner. Dans ce cas, la base crée une force magnétique uniformément répartie de fixation du dispositif à la table de la machine-outil. Après l'usure du plateau de blocage des pièces, on peut retourner le dispositif et fixer les pièces sur la base. Chacun des éléments ferromagnétiques du dispositif traversés par le flux magnétique peut être réalisé d'une manière analogue. Cela permet de réaliser le blocage magnétique des pièces à usiner sur pratiquement n'importe quelle surface extérieure du dispositif. 25862 11 Le dispositif de blocage magnétique des pièces lors de leur usinage fonctionne de la manière suivante. Les pièces "a" à usiner sont disposées sur le plateau 4 etles bobines 3 sont branchées sur la source de courant continu. Les bobines 3 sont reliées entre elles de manière qu'après leur branchement les polarités magnétiques des noyaux 2 disposés dans les bobines voisines 3 du côté opposé au plateau 4 soient opposées (N, S). Le flux magnétique F engendré par les bobines 3 se referme alors sur luimême à travers la base 1, les noyaux 2, le plateau 4 et la pièce à bloquer "a". La dérivation du flux magnétique F1 du plateau 4 vers la pièce "a" se produit du fait que-la pièce "a" oppose au flux F une résistance sensiblement inférieure à celle du plateau 4. Ceci est dû à ce que le plateau 4 est saturé magnétiquement suivant la direction du passage du flux F à travers lui. C'est pourquoi sa résistance magnétique suivant cette direction dépasse notablement la résistance magnétique du plateau 4 suivant une direc- tion transversale à la direction du passage du flux F. La valeur F1 du flux passant par la pièce "a" s'éta- blit automatiquement de telle façon que la résistance magnétique opposée à ce flux et comprenant la résistance des parties du plateau 4 suivant la direction transver- sale au flux F, la résistance de l'entrefer "pièce-plateau" et la résistance de la pièce "a" ne dépasse pas la résis- tance de la partie du plateau 4 se trouvant au-dessous de la pièce "a" suivant la direction du passage du flux. L'autre partie du flux magnétique F (flux F2), qui ne participe pas au blocage de la pièce "a", passe au- dessous d'elle en traversant le plateau 4. Le flux F1, en se refermant sur lui-même à travers la pièce "a", crée une force d'attraction magnétique de la pièce "a" vers le plateau 4. Z586211 Le dispositif muni d'un plateau composé de deux couches 6 et 7 fonctionne d'une manière analogue. Dans ce cas, la couche supérieure 6 fait fonction de plateau, tandis qu'à travers la couche inférieure 7 se referme constamment le flux magnétique F3. Si la couche 6 est exécutée en un matériau dont la perméabilité magnétique est supérieure à celle du matériau de la couche 7, la valeur du flux magnétique F dépasse dans une mesure correspondante la valeur du flux F3, et par conséquent, la valeur du flux F1 dérivé vers la pièce s'accroît, de même que la force d'attraction agissant sur elle. Dans le cas d'une épaisseur relativement faible de la pièce "b" à bloquer, sa résistance magnétique est relativement grande. C'est pourquoi, afin que le flux F1 se referme sur lui-même à travers la pièce "b" transversalement à la direction de passage du flux magnétique F1, sont prévues des zones de résistance magnétique très élevée se trouvant au- dessus des cavités 14, 15, 16. La section transversale S1 du plateau dans ces zones est telle que sa résistance magnétique suivant la direction du passage du flux magnétique F est sensi- blement supérieure à la résistance magnétique de la pièce "b". Pour les raisons mentionnées plus haut, ceci permet au flux F1 de se refermer sur lui-même à travers la pièce "b" et bloquer;:ainsi la pièce. Dans les dispositifs ayant un plateau 17 rond et des bobines 20 disposées concentriquement, pour assurer une résistance magnétique uniforme du plateau 17 suivant la direction du passage du flux F, la section transver- sale de ce plateau suivant le rayon courant "r" doit rester invariable. A cet effet, on augmente l'épaisseur h du plateau 17 au-dessus de la bobine 20 à partir de la périphérie du plateau 17 vers son centre et-en proportion inverse du rayon courant "r". De ce fait, en n'importe quel endroit de la surface du dispositif sur laquelle sont disposées les pièces, les conditions du passage du flux F1 du plateau 17 vers la pièce "a" sont identiques et, par conséquent, les forces d'attraction sont égales elles aussi. Dans le cas d'une source de champ magnétique constituée d'une bande d'acier 22 en spirale, cette bande sert simultanément de circuit magnétique et con- duit le flux magnétique F. Lorsque la spirale 22 est traversée par le courant, sa paroi latérale 23 fait fonction de l'un des pâles de la source de flux magné- tique, tandis que-.la bande 22 constitue l'autre pôle. Le flux magnétique F traverse la base 24, la paroi latérale 23, le plateau 21 et la bande 22. En tendant à se refermer sur lui-même suivant le chemin le plus court, une grande partie de flux F se referme à travers les couches périphériques de la bande 22. De ce fait, lors du déplacement depuis la périphérie du plateau 21 vers son centre, la valeur du flux F traver- sant le plateau 21 décroît. Autrement dit, pour créer des conditions identiques de blocage magnétique dans n'importe quelle zone de la surface du plateau 21, il faut diminuer les aires de ses sections circulaires depuis la périphérie vers le centre, c'est-à-dire, l'é- paisseur h du plateau 21 doit être invariable. L'utilisation d'une couche conductrice auxiliaire 25 ou d'une bobine auxiliaire 28 dans la source de champ magnétique du dispositif ne change pas la nature de la répartition du flux magnétique F, mais augmente sa valeur et, par conséquent, la force d'attraction. Lorsque le noyau 30 avec la bobine 31 est disposé horizontalement, la base 32 est constituée d'un matériau amagnétique pour diriger tout le flux magnétique F vers le plateau 29. Lorsque les noyaux 2 avec les bobines 3 sont disposés verticalement, pour assurer la saturation magné- tique du plateau 4 et répartir régulièrement le long du plateau le flux F et, par conséquent, la force d'attrac- tion, il faut que l'épaisseur des noyaux 2 dans la zone de contact de ceux-ci avec le plateau 4 soit supérieure d'au moins 1,5 fois à l'épaisseur h du plateau. Un modèle expérimental du dispositif de blocage magnétique de pièces conforme à la présente invention a été fabriqué avec un plateau rond de 560 mm de diamètre pour une machine-outil rectifieuse plane à table ronde et broche verticale. Les essais ont fait apparaître que le dispositif assure un bon blocage de pièces dont le rayon minimal de la surface d'appui est de 10 mm, et la hauteur de 5 mm. Dans ce cas, la force d'attraction spécifique (par unité de surface d'appui de la pièce) est répartie suffisamment régulièrement sur la surface et sa valeur minimale pour une charge totale du dispositif est de 40 N/cm R E V E ND I C A T I 0 N S 1. - Dispositif de blocage magnétique de pièces à usiner sur des machinesoutils, du type comportant une source de champ magnétique et au moins un plateau (4) sur lequel sont disposées les pièces (a) à usiner, caracté- risé en ce que le plateau (4) est un plateau plein en matériau ferromagnétique, traversé par le flux magnétique parallèlement à la surface sur laquelle sont disposées les pièces (a),la résistance magnétique du plateau (4) sui- vant la direction de ce flux étant d'au moins dix fois supérieure à la résistance magnétique du plateau (4) sui- vant la direction transversale à ce flux. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le plateau (5) est constitué d'au moins deux couches (6,7), jointes l'une à l'autre suivant un plan parallèle à la surface du blocage des pièces à usiner (a). 3. - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le plateau (8,9,10) comporte,dans sa face orientée vers la source de champ magnétique, des saillies (11,12,13) et des cavités (14,15, 16) alternées régulièrement et disposées transversalement à la direction du flux magnétique, de manière que la résistance magné- tique du plateau (8,9,10) suivant la direction de ce flux soit,dans la zone des cavités, d'au moins dix fois supérieure à sa résistance magnétique dans la zone des saillies (11,12,13). 4. - Dispositif selon la revendication 1, dont le plateau (17) est rond et dont la source de champ magné- tique comporte des circuits magnétiques circulaires concentriques (18, 19) et des bobines (20), caractérisé en ce que le plateau (17) a une épaisseur variable dans le sens radial et que, au-dessus de chaque bobine (20), elle va en augmentant dans sa périphérie vers son centre et en proportion inverse du rayon courant du plateau. 5. - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la source de champ magnétique se présente sous forme d'une bande d'acier (22) enroulée en spirale de forme générale correspondant à celle du plateau (21). 6. - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la source de champ magnétique comporte une bande auxiliaire (25) en métal non ferreux, isolée de la bande d'acier (22) et enroulée conjointement avec elle. 7. - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la source de champ magnétique comporte une bobine auxiliaire (28) en métal non ferreux, entourant la spirale d'acier (27) et de forme générale correspon- dant à celle du plateau (21). 8. - Dispositif selon la revendication 1, dont le plateau (29) est de forme rectangulaire et dont la source de champ magnétique comporte un noyau (30) avec un enroulement (31),caractérisé en ce que le noyau (30) est disposé parallèlement à la surface du plateau (29) sur lequel sont disposées les pièces à usiner (a). 9. - Dispositif selon la revendication 1, dont la source de champ magnétique comporte des plaques polaires (2) disposées verticalement et se trouvant en contact avec la surface du plateau (4) qui est orientée vers cette source, caractérisé en ce que l'épaisseur des plaques polaires (2) dans la zone de contact de celles-ci avec ie plateau (4) est d'au moins 1,5 fois supérieure à l'épais- seur du plateau (4).