Brevet FR2620957A1 — publié le 19890331

DISPOSITIF DE FIXATION MAGNETIQUE ET METHODE POUR FIXER UNE PIECE A USINER 1 La présente invention a pour but général de proposer un dispositif de fixation magnétique nouveau et amélioré, dans lequel les pièces à usiner peuvent être montées de manière plus précise et peuvent être plus facilement et plus rapidement fixées' et détachées que ce n'était possible avec les dispositifs de fixation du même type général déjà connus antérieurement. Conformément à la présente invention, il est prévu un dispositif de fixation pour maintenir une pièce à usiner dans une position de fixation précise, ledit dispositif comprenant une base définissant un logement, un aimant permanent monté dans ladite base et pouvant créer un champ magnétique, un électroaimant logé dans ladite base et pouvant réduire la force du dit champ magnétique quand il est sous tension, une plaque de fixation en un matériau à faible réluctance magnétique, un moyen de fixation de la pièce à usiner monté rigidement sur ladite plaque et situé dans une position prédéterminée avec précision sur ladite plaque, cette plaque étant fixée rigidement sur ladite base par le champ magnétique quand l'électroaimant n'est pas sous tension, et un moyen mécanique maintenant cette plaque dans une position angulaire prédéterminée avec précision sur ladite base et pouvant être détaché rapidement pour permettre l'enlèvement de cette plaque de ladite base quand l'électroaimant est 1 mis sous tension. Le dispositif d'assemblage peut comprendre plusieurs plaques d'outillage essentiellement identiques, équipées chacune d'un dispositif ou calibre qui est fixé de manière permanente à la plaque d'outil dans une position établie avec précision sur la plaque. Chaque plaque d'outil est conçue pour pouvoir être positionnée mécaniquement et de manière amovible dans une direction précise par rapport aux bords de la base, la force magnétique étant ensuite utilisée pour serrer la plaque d'outil sur la base et pour bloquer cette plaque d'outil rigidement en position. Quand l'opération d'usinage ou d'assemblage de la pièce est achevée, la force magnétique est supprimée et la plaque d'outil est retirée de la base et remplacée par une autre plaque d'outil. Le dispositif de fixation magnétique compact peut être déplacé rapidement d'une place à l'autre,sans être gêné par des conducteurs électriques ou d'autres connexions extérieures. La présente invention se rapporte également à la nouvelle disposition qui permet un enlèvement rapide et facile des plaques d'outil de la base dans des conditions normales, tout en permettant aussi de séparer la plaque d'outil de la base au cas o l'électroaimant est défectueux tandis que la plaque d'outil reste fixée à la base par l'aimant permanent. Ces avantages et objectifs,et d'autres encore qui sont propres à la présente invention apparaîtront plus clairement à l'examen de la description détaillée ci-après et des figures en annexe. La figure 1 représente une vue éclatée en perspec- tive d'un dispositif de fixation magnétique nouveau et amélioré, qui comprend les caractéristiques uniques de la présente invention. La figure 2 est une coupe transversale agrandie, 1 prise essentiellement le long de la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan agrandie et par le dessus du dispositif de fixation,dont certaines parties ont été enlevées,et représenté en coupe. Les figures 4, 5 et 6 sont des coupes transversa- les partielles et agrandies, prises essentiellement le long des lignes 44, 5-5 et 6-6 respectivement de la figure 3. La figure 7 est une vue semblable à la figure 6, mais qui représente la plaque d'outil séparée de la base dans une position o l'électroaimant du dispositif de fixation est défectueux. Pour faciliter la compréhension, l'invention est représentée dans les figures sous forme d'un dispositif d'assemblage 10, destin6 à maintenir rigidement une pièce à usiner (non représentée) dans une position déterminée avec précision, pendant que l'on effectue sur cette pièce une opération d'usinage, d'assemblage ou autre. Le présent dispositif de fixation est représenté avec un moyen de fixation qui se présente sous forme de blocs en "V" supérieur et inférieur 11 et 12. Une pièce à usiner (par exemple, une barre ronde ou carrée) peut être placée en position axiale déterminée avec précision, dans le bloc en "V" inférieur et est conçue pour être serrée dans cette position quand le bloc en "V" supérieur est fixé rigidement au bloc inférieur par des vis ou analogues (non représenté) traversant des trous 13 dans les blocs. On comprendra que le moyen de fixation ne doit pas nécessairement se présenter sous forme de blocs en "V" tel que représenté, mais peut prendre en fait toute forme appropriée pour une pièce à usiner déterminée. L'assemblage de fixation 10 comprend une base 15 qui se présente ici sous la forme d'un bloc rectangulaire réalisé, de pr6férence, en aluminium ou en un autre 1 matériau à réluctance magnétique élevée. La base 15 est disposée de manière à être fixée rigidement et avec un positionnement précis sur un support sous-jacent. Dans le présent cas, le support est constitué par la table 16 (figure 1) d'une machine-outil, cette table présentant des rangées de rainures ouvertes vers le haut 17 et de sections en "T" inversés. La fixation de la base 15 sur la table 16 est assurée au moyen de vis 18, espacées diagonalement et ayant des têtes 19 (figure 4) qui viennent se loger dans les trous correspondants 20 dans la face supérieure de la base 15 et dont les tiges 21 sont vissées dans les écrous 22 en forme de "T" inversés situés dans les rainures 17 correspondantes. Ici encore, tout disposi- tif approprié peut être utilisé pour positionner et main- tenir la base en position relative précise par rapport à la machine-outil, ou à tout autre appareil destiné à traiter la piece. La base 15 est constituée sous forme d'un mandrin magnétique. Comme le montre la figure 2, une rainure circulaire 25, relativement large, annulaire et ouverte vers le haut est pratiquée dans la face supérieure de la base, à proximité de la périphérie extérieure de celle-ci. La rainure définit un logement pour un dispositif magnéti- que qui est constitué, dans le cas présent, d'une paire de pièces ou de bagues polaires concentriques intérieures et extérieures 26 et 27 (figure 2), d'un aimant permanent 28 et d'un électroaimant 30. Les extrémités supérieures des bagues 26 et 27 définissent les faces polaires 31 et 32 (figures 2 et 3) respectivement, qui viennent essentiellement à ras de la face supérieure de la base. Dans ce cas, l'électroaimant 30 comprend un bobinage ou une bobine 33 à multiples tours (figures 2) situé dans une bobine annulaire 34 de section en '"U" inversé et réalisé en matériau diélectrique. La bobine est disposée entre les deux bagues polaires 26 et 27 et 1 sa face supérieure est recouverte par une bague en époxy 35. Les bagues 36 et 37, également en époxy, sont situées dans la rainure 25, à proximité de la face intérieure de la bague polaire intérieure 26 et de la face extérieure de la bague polaire extérieure 27 respectivement. Les bagues polaires et la bobine sont fixées solidement dans la rainure par résine époxy. L'aimant permanent 28 est constitué d'une série (par exemple douze) de sections d'aimants permanents ou de galettes 40 (figure 2) écartées angulairement les unes des autres autour de la rainure 25 dans la base 15. Chaque galette est réalisée en un matériau céramique approprié ou en matériau magnétique Alnico et est magnétisée en permanence, de façon à créer un champ magnétique. Chaque galette est comprise entre une bague d'acier sup6rieure 41 qui vient en dessous de la bobine 33, et une bague d'acier inférieure 42 qui repose sur le fond de la rainure 25. Des vis 43, écartées angulairement, s'étendent à travers la bague extérieure 41, les galettes 40 et la bague inférieure 42, de façon à assembler tous ces composants. Le flux magnétique créé par les galettes magnétiques passe par un trajet 45 qui, pour permettre la description, est supposé s'étendre des faces supérieures des galettes vers la bague supérieure 41, la bague polaire extérieure 27 et la face polaire 32. Le flux revient par la face polaire 31, la bague polaire intérieure 26, puis la bague inférieure 42 vers la face inférieur des galettes. L'enroulement de la bobine 33 est disposé et orienté de façon à créer un flux magnétique en direction inverse du trajet 45 lorsque l'électroaimant est excite, c'est-à-dire mis sous tension continue. Il en résulte alors un champ magnétique de forte intensité à travers les faces polaires 31 et 32 quand l'électroaimant n'est pas sous tension, tandis que ce champ magnétique est sensiblement réduit en intensité lorsque l'électroaimant est mis sous 1 tension. Conformément à l'aspect essentiel de la présente invention, la base magnétique 15 sert de base commune pour plusieurs plaques de fixation ou plaques d'outil identiques ou essentiellement identiques 50 qui supportent les moyens de fixation 11 et 12 et la pièce à usiner qui y est fixée. Chaque plaque d'outil 50 se caractérise, en particulier, en ce qu'elle est conçue pour pouvoir être disposée rapidement et rigidement à un endroit déterminé avec précision sur la base d'outil 15 et à pouvoir ensuite être retirée rapidement de cette base quand la ou les opération(s) à effectuer sur la pièce ont 6té achevées. Une seule plaque d'outil 50 est représentée par les figures. Cette plaque présente, de préférence, la même forme rectangulaire que la base 15 et est réalisée en acier ou autre matériau magnétique ayant une faible réluc- tance magnétique et susceptible de conduire le flux magnétique. Le bloc en "V" inférieur 12 est rigidement ancré et de manière essentiellement permanente en position déterminée avec précision sur la face supérieure de la plaque (voir figure 1). Conformément à l'invention, des moyens mécaniques sont prévus pour localiser la plaque 50 en position précise par rapport au bord de la base 15. A cet effet, ces moyens comprennent deux goujons d'acier 51 (figure 5) ayant chacun une conicité orientée vers le bas 52 à leur extrémi- t6 inférieure et ayant un oeillet circulaire 53 à leur extrémité supérieure. Quand la plaque 50 est fixée sur la base 55, les goujons 51 sont disposés dans les angles diagonalement opposés de la plaque, comme le montrent les figures 1 et 3. Des trous 55 et 56 (figure 5) sont pratiqués dans les deux angles diagonalement opposes de la base 15 et de la plaque 50 respectivement. Des buselures de précision 57 et 58 sont pressées étroitement dans les trous 55 et 1 56 respectivement et sont dimensionnées de manière à recevoir les goujons 51 avec ajustage très précis et à frottement doux. Avec la disposition décrite ci-dessus, une pièce à usiner peut être fixée dans les blocs 11 et 12 de la plaque d'outil 50 à tout moment et alors que la plaque est montée dans un poste d'assemblage situé à distance de la machine-outil ou de toute autre machine devant traiter la pièce. A un moment choisi, la plaque d'outil 50,avec la pièce à usiner fixée sur celle-ci, peut être amenée dans une position au-dessus de la base 15 qui, dans le présent cas, est ancrée à la table 16 dans une position déterminée avec précision par les vis 18 et les écrous 22. Quand la plaque d'outil 50 est positionnée tout d'abord au-dessus de la base 15, l'électroaimant 30 se trouve, de préférence, sous tension si bien qu'il supprime - ou supprime dans une large mesure - le champ magnétique créé par l'aimant permanent 28. Il en résulte que la plaque 50 peut être descendue contre la base 15 et être glissée latéralement dans la mesure nécessaire pour amener les buselures 58 de la plaque en alignement vertical avec les buselures 57 de la base. A ce moment, les deux goujons 51 sont insérés dans les buselures de précision et servent à ancrer rigidement la plaque 50,pour empêcher tout mouvement latéral dans l'une ou l'autre direction angulaire ou suivant les coordonnées rectangulaires de la base 15. La plaque étant ainsi maintenue, le courant alimentant l'électroaimant 30 est supprimé de façon à permettre à l'aimant permanent 28 d'attirer la plaque vers le bas et de serrer étroitement cette plaque contre la base. Comme le flux magnétique passe entre les faces polaires 31 et 32, il traverse la plaque d'acier 50. L'électroaimant 30 est maintenu sans courant pendant que l'on effectue une opération sur la pièce fixée 262095? 1 par la base 15 et la plaque 50. Quand cette opération est terminée, l'électroaimant est mis sous tension afin de réduire l'intensité du champ magnétique créé par l'aimant permanent 28 et de permettre de soulever la plaque d'outil de la base. Avant ce soulèvement, les goujons 51 sont retirés des buselures 57 et 58, tandis que les oeillets 53 facilitent cet enlèvement. Une autre plaque d'outil 50 est alors amenée en position au-dessus de la base 15 et les procédures décrites ci-dessus peuvent se répéter. La seconde plaque d'outil (et toutes les autres plaques d'outil) ont leurs buselures situées exactement à la même position que les buselures 58 de la première plaque d'outil et l'on peut ainsi réali- ser le même positionnement latéral de la plaque d'outil par rapport à la base, quel que soit le cas. Ceci permet de fixer toute pièce à usiner dans une position précise par rapport à la table 16 et à l'outil correspondant, et cela d'une manière très rapide, si bien que les temps morts de l'outil sont sensiblement réduits. En d'autres termes, le temps pour ia fixation avant l'usinage lui-même est très court. Dans certains cas, la plaque d'outil 50, les blocs 11 et 12-et la pièce à usine supportés par ceux-ci peuvent être si lourds que le soulèvement et le glissement de la plaque en devient difficile. Par conséquent, quatre goujons filetés, sous forme de boulons à oeillets 60 (figures 1, 3 et 6) sont disposés pour venir se glisser dans les trous taraudés 62 qui sont pratiqués dans la plaque. Les boulons à oeillets 60 peuvent être accrochés à une élingue ou dispositif analogue pour soulever la plaque. Des moyens sont prévus pour assurer la séparation de la plaque 50 de la base 15 dans le cas, peu probable, o il y aurait une panne de courant ou que l'électroaimant 30 serait défectueux et incapable de réduire la force du 1 champ magnétique produit par l'aimant permanent 28. A cet effet, ces moyens se présentent sous forme de quatre vis filetées 65 (figure 7) qui sont insérées dans les trous taraudés 61 après que les boulons à oeillets 60 en ont 6té retirés. Quand les vis 65 sont serrées, leurs extré- mités inférieures viennent au contact de la face supéri- eure de la base 15, comme le montre la figure 7, et agissent comme des vérins pour soulever la plaque en l'écartant de la base et en séparant donc ces deux pièces. Au lieu d'utiliser un aimant permanent 28 et un électroaimant 30 combinés l'un à l'autre, il est possible de fixer la plaque d'outil 50 sur la base 15 en utilisant uniquement un électroaimant continuellement sous tension. Toutefois, la combinaison de deux aimants offre certains avantages. Tout d'abord, l'aimant permanent 28 continue à fixer rigidement la plaque d'outil 50 sur la base 15 dans le cas o l'électroaimant 30 serait défectueux ou dans lecaso l'alimentation électrique à l'électroaimant serait interrompue. En second lieu, il n'est pas nécessaire que l'assemblage de fixation 10 soit encombré ou gêné par des conducteurs électriques ou autres connexions extérieures si bien que l'assemblage de fixation peut être déplacé sans difficulté sur une ligne de transport ou dans un système de fabrication flexible. Comme le montre la figure 3, la base 15 est équipée d'une borne électrique 68 qui est connectée au conducteur 69 de la bobine 33. Dans le présent cas, la borne est une douille ayant un moyen de connexion rapide sous forme d'une paire de trous destines à recevoir les broches d'une borne du type à fiches 70 (figure 1), qui est connectée par un conducteur 71 à une alimentation portative de courant électrique 72. Quand l'électroaimant 30 est maintenu sous tension - c'est- à-dire pendant une période de temps relativement courte seulement - la fiche 70 est simplement connectée à la 1 0 1 douille 68 pour permettre la mise sous tension de l'électro- aimant par l'alimentation électrique 72. Si l'assemblage de fixation 10 est transféré d'un poste de travail à l'autre, il peut exister à chaque poste des moyens permettant d'émettre automatiquement une alimentation de courant en connexion avec la borne 68. La borne 68 est située dans et est partiellement protégée par un redan 75 (figure 3) formé dans une face de la base 15. Pour protéger davantage la borne des copeaux ou analogues, un couvercle en forme de coupelle 76 (figure 1) est disposé pour venir se placer de manière amovible et à glissement sur la borne lorsque celle-ci n'est pas utilisée. Le couvercle est connecté à la base par une chaîne 77. La description ci-dessus montre que la présente invention offre un dispositif de fixation magnétique nouveau et amélioré 10, dans lequel les plaques d'outil sont non seulement conçues pour être fixées magnétique- ment à la base 15 mais sont également conques pour être positionnées d'une manière très précise sur la base au moyen de goujons 51 pouvant être rapidement insérés et enlevés. Par conséquent, le temps nécessaire pour réaliser une fixation précise des pièces à usiner au poste de travail se trouve réduit de manière significative. R E V E N D I C A T IONS Dispositif de fixation pour maintenir une pièce de travail en position fixée avec précision, ledit dispositif comprenant une base (15> définissant un logement, un aimant permanent (28) logé dans ladite base (15) et pouvant créer un champ magnétique, un électroaimant (30) logé dans ladite base (15) et pouvant réduire la force du dit champ magnétique quand il est sous tension, une plaque de fixation(50) réalisée en un mat6riau ayant une faible réluctance magnétique, un moyen de fixation de la pièce (11, 12) fixé rigidement à ladite plaque (50) et disposé avec un positionnement prédéterminé précis sur ladite plaque (50) ladite plaque (50) étant fix6e rigidement à ladite base (15) par ledit champ magn6tique lorsque ledit électroaimant (30) n'est pas soustension,et un moyen magnétique maintenant cette plaque (50) en position angulaire prédéterminée avec précision sur ladite base (15) et pouvant être enlevé rapidement afin de permettre de retirer ladite plaque (50) de ladite base (15) quand l'électroaimant est mis sous tension. 2. Dispositif de fixation tel que défini à la revendication 1,dans lequel ledit moyen mécanique comprend plusieurs goujons (51), ladite base (15) et ladite plaque (50) comprenant plusieurs trous alignés (55, 56) destinés à recevoir lesdits goujons (51) avec ajustage à frottement doux, de manière à localiser ladite plaque (50) en position angulaire prédéterminée avec précision sur ladite base (15). 3. Dispositif de fixation tel que défini à la revendication 2, comprenant en outre des oeillets (53) sur les extr6mités supérieures des dits goujons (51), afin de faciliter l'enlèvement des dits goujons (51) des dits trous (55, 56). 4. Dispositif de fixation tel que défini à la 1 revendication 2, dans lequel il existe deux goujons (51) écartés de 180 l'un de l'autre. 5. Dispositif de fixation tel que défini à la revendication 1 et comprenant en outre une borne électrique (68) sur ladite base (50) et connectée électriquement au dit électroaimant (30), ladite borne (68) comprenant un moyen de connexion rapide pour accoupler de manière amovible la borne (68) à une source de tension (72) pour mettre sous tension ledit électroaimant (30). 6. Dispositif de fixation selon la revendication 5 et comprenant en outre un moyen (76) pour recouvrir et découvrir sélectivement ladite borne (68). 7. Dispositif de fixation selon la revendication 1 et comprenant, en outre, des oeillets (60) fixés rigi- dement à ladite plaque de fixation (50) et disposés de manière à venir au contact de la base (15) afin de retirer ladite plaque (50) de cette base (15). 8. Dispositif de fixation selon la revendication 7, comprenant en outre des trous taraudés (61) dans ladite plaque (50), des goujons filetés vissés dans lesdits trous (61), lesdits oeillets étant disposés aux extrémités des dits goujons. 9. Dispositif de fixation tel que défini à la revendication 8 et comprenant en outre des vis filetées (65) disposées pour être vissées dans lesdits trous taraudés (61) après l'enlèvement des dits goujons de ces trous (61), lesdites vis (65) étant suffisamment longues pour venir au contact de ladite base (15) et pouvant écarter ladite plaque (5) de ladite base (15) quand elles sont serrées. 10. Dispositif de fixation tel que défini à la revendication 1 et comprenant en outre des trous taraudés (61) dans ladite plaque (50) et des vis filetées (65) vissées dans ladite plaque, lesdites vis étant suffisam- ment longues pour venir en contact de ladite base (15) et pouvant écarter ladite plaque (50) de ladite base (15) 1 quand elles sont serrées. 11. Procédé pour fixer une pièce à usiner en position préfixée avec précision, ledit procédé comprenant les étapes de: (1) prévoir une base (15) définissant un logement, ladite base ayant un aimant permanent (28) capable de créer un champ magnétique, ladite base comprenant également un électroaimant (30) qui peut réduire la force du dit champ magnétique quand il est mis sous tension; (2) prévoir plusieurs plaques de fixation (50) réalisées chacune en un matériau à faible réluctance magnétique et ayant chacune des moyens de fixation montés rigidement et disposés en position prédéterminée avec précision sur la plaque correspondante; (3) ancrer une pièce de travail en position précise par rapport à chacun des deux moyens de fixation; (4) utiliser des dispositifs mécaniques amovibles de positionnement pour fixer, de manière amovible, une des dites plaques (50) en position déterminée avec précision sur ladite base (15) et utiliser ledit champ magnétique pour fixer rigidement ladite plaque (50) sur ladite base (15); (5) mettre sous tension ledit électroaimant (30) et enlever ladite plaque (50) de ladite base (15) après l'achèvement d'une opération sur la pièce ancrée au dispositif de fixation de ladite plaque (50); et (6) répéter successivement les étapes (4) et (5) séquentiellement pour chacune des autres plaques (50). 12. Procédé tel que défini à la revendication 11, dans lequel l'électroaimant (30) est maintenu sous tension pendant que chaque plaque (50) est fixée dans ladite position prédéterminée avec précision sur ladite base (15) par lesdits dispositifs mécaniques amovibles de position- nement, tandis que l'alimentation électrique à l'électro- aimant (30) est supprimée après que chaque plaque (50) a été fixée ainsi et avant d'effectuer ladite opération sur la pièce de travail qui est ancrée au moyen de fixation de cette plaque.