Brevet FR2654780A1 — publié le 19910524

La présente invention est relative à un vérin, en particulier un vérin hydraulique annulaire tournant, utilisable notamment pour commander un mandrin de serrage de pièce sur une machine-outil, pourvu d'un dispositif de sûreté, pour immobiliser son piston en cas de défaillance de son alimentation. Des vérins de ce type comprennent un cylindre creux, qui est monté par exemple sur une broche de machine-outil, et dans lequel peut coulisser un piston annulaire solidaire d'une tige de piston creuse. Les deux chambres délimitées dans le cylindre par le piston sont reliées à un système de distribution hydraulique (ou pneumatique) par un dispositif à joint tournant qui permet l'actionnement même quand le cylindre et le piston sont entraînés en rotation. Pour des raisons de sécurité, il est nécessaire de prévoir, sur l'alimentation hydraulique ou pneumatique, des dispositifs anti-retour, valves ou clapets qui maintiennent, par exemple, la pression de serrage même en cas de défaillance de la source d'énergie hydraulique ou pneumatique. Dans le document FR-A-2.396.883, chaque dispositif anti-retour, situé entre le joint tournant et le cylindre, comprend une chambre de clapet logée dans un fond du cylindre de vérin, et reliée par sa partie centrale au joint tournant, et, vers une de ses extrémités, à une des chambres du cylindre. Dans cette chambre de clapet peut coulisser un tiroir tubulaire, dont l'espace intérieur est mis en communication avec le joint tournant par des orifices radiaux et communique avec la chambre de cylindre à travers un "sphincter" constitué d'un anneau en matériau élastique logé dans une gorge du tiroir, le fond de cette gorge étant relié par des perçages radiaux avec l'espace intérieur du tiroir. On conçoit que ce sphincter constitue, par lui-même, un clapet anti-retour.Le tiroir peut occuper deux positions dans sa chambre, la première où la communication entre le joint tournant et la chambre correspondante du cylindre ne peut se faire que par le sphincter, et la seconde où cette communication est maintenue par une dérivation du sphincter. Pour déplacer le tiroir de sa première position à la seconde, une conduite auxiliaire débouche dans le fond de la chambre du tiroir, c'est-à-dire du côté opposé à la liaison avec la chambre du cylindre. Cette conduite auxiliaire est reliée, pour chaque dispositif anti-retour, à la canalisation qui relie le joint tournant à l'autre chambre du cylindre. Si une chambre du cylindre est sous pression, sa canalisation auxiliaire est à la pression atmosphérique, et le tiroir occupe sa première position, où le sphincter est efficace. Au même moment, l'autre chambre du cylindre est à la pression atmosphérique, et, son tiroir étant dans la seconde position, son sphincter est inopérant, si bien que cette autre chambre est maintenue en liaison avec la pression atmosphérique. En cas d'arrêt brusque de la source de pression, la chambre du cylindre qui est sous pression se trouve isolée, car le tiroir correspondant reste dans la première position, si bien que le piston ne se déplace pas. Le dispositif du brevet FR-A-2.396.883 donne entière satisfaction du point de vue sécurité, elle présente cependant l'inconvénient suivant Dans de nombreux cas d'usinage, la force de serrage qui maintient la pièce doit être très élevée pour les travaux d'ébauchage alors qu'en finition une force de serrage faible est suffisante. La force de serrage élevée entraîne une déformation de la pièce qui n'est pas gênante lors de l'ébauchage, mais qui nuit à la précision de l'usinage de finition, qui doit donc être fait avec une force de serrage faible. Les dispositifs anti-retour du type quton vient de décrire autorisent une augmentation de la pression. En revanche, ils s'opposent de par leur fonction à un relâchement de la pression enfermée dans le vérin. On est donc obligé de travailler en deux temps, en passant par une étape de desserrage complet. Pour l'obtention d'un lot de pièces usinées, on peut prévoir soit deux opérations successives a) ébauchage à haute pression de serrage sur tout le lot, b) puis finition à basse pression de serrage. La première pièce finie n'est disponible qu'après l'ébauchage de tout le lot. Une autre solution est de réaliser dans le cycle d'usinage, entre l'ébauchage et la finition, une ouverture puis une fermeture à basse pression de l'organe de serrage. Pour des raisons de sécurité, cette opération doit se faire à l'arrêt. De plus, la pièce doit être maintenue soit par l'opérateur soit par un accessoire (poussoir à ressort) intégré à la machine. Ce système est peu pratique et inadapté à une modulation de la pression en fonction de la vitesse de rotation pour compenser la force centrifuge ou pour supprimer le sur-serrage qui apparaît avec tous les mandrins anti-centrifuge commandés par des vérins avec clapets de sécurité lors du ralentissement de la vitesse de rotation. La présente invention a pour but de permettre de moduler la pression d'alimentation du vérin équipé de clapets de sécurité même en rotation et par là la force de serrage si le mécanisme de l'appareil de serrage est réversible. C'est le cas des mandrins à levier par exemple. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif d'actionnement comportant - un vérin constitué d'un cylindre dans lequel peut coulisser un piston solidaire d'une tige de piston et divisant l'espace intérieur du cylindre en deux chambres - une source de pression capable de débiter un fluide de travail sous pression, - une enceinte à basse pression (pression atmosphérique par exemple) capable de recevoir ledit fluide de travail, - des conduits reliant ladite source de pression et ladite enceinte à basse pression aux chambres du cylindre, - des moyens de commutation intercalés sur lesdits conduits et capables d'envoyer à volonté le fluide de travail dans une desdites chambres ou dans l'autre, et de relier la chambre qui ne reçoit pas le fluide de travail à ladite enceinte à basse pression, - deux dispositifs anti-retour, intercalés entre lesdits moyens de commutation et chacune desdites chambres, et comprenant un clapet anti-retour actionné par un fluide et apte à permettre le passage du fluide de travail seulement en direction de la chambre correspondante du cylindre, et une chambre du dispositif anti-retour dans laquelle peut coulisser un tiroir qui peut occuper une première position, où la chambre correspondante du cylindre n'est reliée aux moyens de commutation qu a travers ledit clapet anti-retour, et une deuxième position, où ledit tiroir dégage un trajet de dérivation qui permet au fluide de travail de contourner ledit clapet anti-retour, - des moyens pour envoyer un fluide d'actionnement sur ledit tiroir afin de la déplacer de la première à la seconde position, ce dispositif ayant pour particularité que les moyens pour envoyer le fluide d'actionnement sur le tiroir sont indépendants desdits moyens de commutation, et comprennent un conduit auxiliaire indépendant au moins de la partie des conduits reliant lesdits moyens de commutation aux chambres de cylindre, et des moyens de commutation auxiliaires intercalés sur ledit conduit auxiliaire. La conséquence de cette disposition est qu'il est possible, à volonté, de déplacer le tiroir vers la seconde position, où le clapet anti-retour est inopérant, par exemple pendant le temps où on abaisse volontairement la pression du fluide de travail, et de le laisser revenir vers la première position, pour rétablir la sécurité. De préférence, le dispositif comprend des moyens pour régler la pression du fluide de travail, ces moyens n'agissant pas sur la pression du fluide d'actionnement du tiroir. Ainsi, on est sûr que les déplacements du tiroir seront toujours effectués de la même façon. Pour obtenir ce résultat, on prévoit avantageusement que le dispositif comprend une source de pression unique qui fournit le fluide de travail et le fluide d'actionnement, le fluide de travail étant envoyé au vérin à travers un réducteur de pression, et le fluide d'actionnement étant envoyé aux dispositifs anti-retour sans passer dans ledit réducteur de pression. On obtient ainsi une construction particulièrement simple et peu coûteuse. Pour une plus grande sécurité, dans ce cas, on prévoit avantageusement un clapet anti-retour et un accumulateur de sécurité sur le circuit reliant la source de pression au réducteur de pression. On est ainsi protégé contre une avarie ou une fausse manoeuvre du réducteur de pression survenant pendant que le clapet anti-retour a été rendu inopérant. Suivant d'autres modalités avantageuses dont l'utilité sera exposée à l'occasion de la description d'un exemple pratique qui va suivre, il est prévu des moyens pour maintenir sur le tiroir, quand le fluide auxiliaire sous pression n'est pas envoyé sur lui, une pression intermédiaire entre la pression du fluide de travail et ladite pression plus faible. De préférence, dans ce cas, ladite pression intermédiaire est captée sur un circuit de fuite, entre deux étranglements. L'invention va maintenant être exposée à l'aide d'un exemple pratique de réalisation, illustré avec les dessins, parmi lesquels Figure 1 est un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention, et dont le vérin actionne un dispositif de serrage d'une pièce à usiner. Figure 2 est une coupe schématique de la partie du dispositif de la figure 1 qui comprend le vérin, le joint tournant et les dispositifs anti-retour. Figure 3 est une coupe, selon la ligne 111-111 de la figure 2, montrant la structure des dispositifs antiretour. La figure 1 montre un vérin 1, divisé en deux chambres 2, 3 par un piston 4 relié à une tige de piston 5, qui actionne par l'intermédiaire d'un dispositif à levier 6 les moyens de serrage 7 d'une pièce à usiner 8. Une pompe 9 fournit un fluide de travail à une conduite 10, sous une pression de 50 bars environ. La conduite 10 relie la pompe 9 à un réducteur de pression 11, et à un contrôle de pression intégré à commande proportionnelle. Un clapet anti-retour 12 est intercalé sur la conduite 10 entre la pompe 9 et le réducteur de pression 11. Un accumulateur de pression 13 est intercalé sur le conduit 10 entre le clapet anti-retour 12 et le réducteur de pression 11. Un commutateur, ou électrovalve, 14 est placé sur la conduite de sortie 15 du réducteur de pression 11. Le commutateur 14 permet de relier deux conduites 16, 17 soit à la conduite 15 reliée au réducteur de pression, soit à une conduite 18 reliée au réservoir à basse pression 19. Les conduites 16, 17 sont reliées respectivement aux chambres 2 et 3 du vérin à travers un joint tournant 20, et pour chacune d'elles, un dispositif anti-retour 21, 22. On va maintenant décrire le circuit de pilotage des dispositifs anti-retour 21, 22. Une conduite 23 se raccorde à la conduite 10 entre la pompe 9 et le clapet anti-retour 12. Elle envoie la pression, de 50 bars environ, à un commutateur, ou électrovalve, auxiliaire 24 qui relie une conduite 25 soit à la conduite 23, soit à une conduite 26 reliée au réservoir 19. La conduite 25 passe à travers le joint tournant 20, et est reliée aux dispositifs anti-retour 21, 22, de façon que la pression issue de la pompe 9 puisse actionner, si le commutateur 24 est dans la position convenable, les tiroirs de ces dispositifs anti-retour. Un étranglement 27 est prévu sur la conduite 25 entre le joint tournant 20 et le commutateur 24. On expliquera plus loin le rôle de cet étranglement 27. On a représenté en 28 un conduit de drainage des fuites du joint tournant 20 vers le réservoir 19. La figure 2 est une coupe schématisée d'une partie du dispositif selon l'invention. Elle montre un cylindre de vérin 1, avec son piston 4 et sa tige de piston 5, prévu pour être monté tournant sur la broche d'une machine-outil. Le piston 4 est annulaire, et la tige de piston 5 est tubulaire, pour permettre le passage d'un axe d'outil. Cette structure est décrite de façon plus précise dans FR-A-2.396.883. On notera cependant les différences suivantes avec le dispositif décrit dans ce brevet : une conduite auxiliaire 25 parvient au joint tournant 20 à travers l'étranglement 27. En aval du joint tournant 20, elle se divise en deux branches 25A, 25B qui alimentent chacune un des dispositifs anti-retour 21, 22. On notera que, sur le joint tournant 20, la conduite 25 arrive entre les deux conduits d'alimentation 16 et 17 des deux chambres du piston. Cette disposition n'est pas indifférente.En effet, dans l'intervalle annulaire entre partie fixe et partie tournante du joint tournant, s'tablait une fuite qui s 'écoule de la zone sous pression d'alimentation constituée par l'une des conduites 16 ou 17 vers les zones reliées à la pression atmosphérique donc aussi vers la conduite 25. Le débit de fuite s'écoulant dans la conduite 25 est étranglé par l'étranglement 27 et génère, dans les conduites 25A et 25B, une pression rémanente intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression d'alimentation. Il y a donc deux étranglements successifs de l'écoulement du débit de fuite. Le premier est le mince espace annulaire entre partie tournante et partie fixe du point tournant 20, et le second est l'étranglement 27. La pression régnant entre les deux étranglements est inférieure à la pression d'alimentation (en amont du premier étranglement), mais supérieure à la pression atmosphérique régnant en aval de l'étranglement 27. Comme dans le document qu'on vient de citer, les dispositifs anti-retour sont logés dans un des fonds du cylindre 1. Leur structure est la même que dans ce brevet. Elle va cependant être décrite rapidement. Deux perçages 30A, 30B servent respectivement de logements à des tiroirs 31A, 31B portant les clapets anti-retour qui peuvent coulisser librement dans ces perçages. De cette façon, les tiroirs sont pratiquement soustraits à la force centrifuge lorsque le vérin tourne à grande vitesse. Chacun des tiroirs 31A, 31B a une longueur un peu inférieure à celle de la chambre formée par le perçage 30A, 30B correspondant. Chaque tiroir peut donc être déplacé dans la chambre correspondante d'une première position, à droite sur la figure, et une seconde position, à gauche sur la figure. La canalisation auxiliaire 25A, 25B débouche à une extrémité, à droite sur la figure, de la cavité du perçage 30A, 30B correspondant. Dans la partie médiane de la chambre 30A, ou 30B, débouche une canalisation principale 16, ou 17, ou plus précisément sa section amont, reliée au joint tournant. Chacun des tiroirs 31A, 31B comporte un canal axial 34A, 34B, qui communique avec l'extrémité gauche, sur la figure, de la chambre 30A, 30B, par l'intermédiaire d'un gicleur approprié 35A, 35B. Des perçages 36A, 36B font communiquer le canal axial 34A, 34B de chaque tiroir avec la partie de la chambre où débouche la section amont de la canalisation principale 16 ou 17 correspondante. Ces perçages débouchent à l'extérieur du tiroir correspondant 31A, 31B dans une gorge annulaire 37A, 37B, de faible profondeur, usinée dans la surface latérale dudit tiroir. Dans cette surface latérale sont également usinées deux gorges annulaires à section transversale en forme de V, 38A, 38B, disposées axialement de façon à se trouver en regard de la gorge annulaire 33A ou 33B usinée dans la paroi latérale du perçage 30A, 30B lorsque le tiroir correspondant occupe sa première position extrême, c'està-dire à droite sur la figure. Au fond de chacune des gorges annulaires 38A, 38B débouchent plusieurs dérivations radiales du canal axial 34A, 34B du tiroir correspondant, et un anneau en matériau élastique, 39A, 39B de forme toroïdale, est serré au fond de chacune desdites gorges annulaires de manière à obturer les dérivations radiales du canal axial 34A, 34B, lorsqu'il n'existe aucune différence de pression entre ce dernier et la gorge annulaire 33A, 33B.Chaque anneau toroidal en matériau élastique agit à la façon du sphincter et forme, avec les dérivations radiales du canal axial du tiroir, un clapet anti-retour. Un joint à lèvres 40A, 40B assure l'étanchéité de la chambre délimitée par la gorge annulaire 33A de la paroi latérale de la chambre 30A, 30B et par les deux gorges annulaires 38A, 38B du tiroir 31A, 31B. Un joint torique 41A, 41B assure l'étanchéité de la même chambre vers la gauche. Lorsque chaque tiroir occupe sa seconde position extrême, à gauche sur la figure, son joint à lèvres 40A, 40B se trouve au niveau de la gorge annulaire 33A, 33B et, par suite de la conformation appropriée de la surface latérale du tiroir 31A, 31B, son joint à lèvres 40A, 40B se trouve au niveau de la gorge annulaire 33A, 33B.Il y a alors un passage direct entre les sections amont et aval de la canalisation principale 16, 17 correspondante. Lorsque les conduits 25A et 25B ne sont pas sous pression, c'est-à-dire lorsque l'électrovanne 24 n'est pas excitée, la pression d'alimentation provenant de la canalisation principale 16 (par exemple) communique, à travers le gicleur 35A, avec la cavité de gauche du perçage 30A. Le tiroir 31A se trouve poussé vers la droite et prend la position représentée en haut sur la figure 3. Lorsqu'une modification à la situation présente est désirée, soit inversion de serrage en desserrage, ou viceversa, soit variation de la pression d'alimentation, il faut en premier sélectionner la modification : changement de la pression à l'aide du réducteur 11 ou changement d'excitation de l'électrovalve 14. Puis mise momentanée sous haute pression (50 bars) du réseau de pilotage (mise sous tension de l'électrovalve 24). Les deux tiroirs 31A et 31B occupent alors tous les deux la position de gauche de la figure 3 puisque la pression de pilotage (50 bars) est toujours supérieure à la pression d'alimentation (40 bars maximum). Les deux valves 21, 22 sont ouvertes et laissent passer le fluide librement. Selon la présélection de modification : de serrage vers desserrage et réciproquement, ou variation de pression d'alimentation, l'opération sélectionnée s'effectue dès que les deux tiroirs sont en position gauche. En cas d'augmentation de pression, la variation s'effectue immédiatement puisque même fermées les valves 21 et 22 laissent passer une augmentation, mais, pour une diminution, il faut déplacer les tiroirs. Après un court instant, le réseau de pilotage se retrouve relié au bac. La pression rémanente générée dans les conduites auxiliaires 25A et 25B par l'étranglement 27 de la fuite, maintient alors le tiroir qui n'est pas alimenté en position gauche (31A si la conduite 16 est reliée au bac ou 31B si c'est la conduite 17). Alors que le tiroir alimenté par la pression regagne la position à droite, la chambre située du côté du gicleur 35A ou 35B se remplit à la pression d'alimentation, tandis que la chambre opposée, reliée à la canalisation auxiliaire 25A ou 25B est à une pression inférieure. Ainsi, si une chambre est sous pression, en l'absence de pilotage, le dispositif anti-retour de cette chambre est fermé alors que celui de l'autre chambre est maintenu ouvert par la pression rémanente dans la conduite 25. On peut ainsi librement moduler la pression en augmentation ou diminution en jouant uniquement sur le réducteur de pression 11 même jusqu'à pression très faible qui serait insuffisante pour franchir les valves de FR-A2.396.883, en ouvrant pendant quelques secondes les valves de sécurité par excitation momentanée de l'électrovalve 24. Si à cet instant survenait une panne de la source d'alimentation 9, le réseau de pilotage 25 serait hors pression, alors que l'accumulateur 13 continuant à alimenter le vérin 1 permettrait la fermeture des valves et le maintien de l'effort de serrage. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement comportant - un vérin (1) constitué d'un cylindre dans lequel peut coulisser un piston (4) solidaire d'une tige de piston et divisant l'espace intérieur du cylindre en deux chambres (2, 3), - une source de pression (9) capable de débiter un fluide de travail sous pression, - une enceinte à basse pression (19) capable de recevoir ledit fluide de travail, - des conduits (10, 16, 17) reliant ladite source de pression et ladite enceinte à basse pression aux chambres du cylindre, - des moyens de commutation (14) intercalés sur lesdits conduits et capables d'envoyer à volonté le fluide de travail dans une desdites chambres ou dans l'autre, et de relier la chambre qui ne reçoit pas le fluide de travail à ladite enceinte à basse pression, - deux dispositifs anti-retour (21, 22), intercalés entre lesdits moyens de commutation et chacune desdites chambres, et comprenant un clapet anti-retour actionné par un fluide et apte à permettre le passage du fluide de travail seulement en direction de la chambre correspondante du cylindre, et une chambre du dispositif anti-retour dans laquelle peut coulisser un tiroir qui peut occuper une première position, où la chambre correspondante du cylindre n'est reliée aux moyens de commutation qu a travers ledit clapet anti-retour, et une deuxième position, où ledit tiroir dégage un trajet de dérivation qui permet au fluide de travail de contourner ledit clapet anti-retour, - des moyens (23, 24, 25) pour envoyer un fluide d'actionnement sur ledit tiroir afin de le déplacer de la première à la seconde position, caractérisé en ce que les moyens pour envoyer le fluide d'actionnement sur le tiroir sont indépendants desdits moyens de commutation, et comprennent un conduit auxiliaire (25) indépendant au moins de la partie des conduits (16, 17) reliant lesdits moyens de commutation (14) aux chambres de cylindre, et des moyens de commutation auxiliaires intercalés sur ledit conduit auxiliaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11) pour régler la pression du fluide de travail, ces moyens n'agissant pas sur la pression du fluide d'actionnement du tiroir. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une source de pression unique (9) qui fournit le fluide de travail et le fluide d'actionnement, le fluide de travail étant envoyé au vérin à travers un réducteur de pression (11), et le fluide d'actionnement étant envoyé aux dispositifs anti-retour (21, 22) sans passer dans ledit réducteur de pression. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un clapet anti-retour (12) et un accumulateur de sécurité (13) sur le circuit reliant la source de pression (9) au réducteur de pression. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour maintenir sur le tiroir (31A, 31B), quand le fluide auxiliaire sous pression n'est pas envoyé sur lui, une pression intermédiaire entre la pression du fluide de travail et ladite pression plus faible. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pression intermédiaire est captée sur un circuit de fuite, entre deux étranglements (20, 27). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le vérin (I) est un vérin tournant, relié à la source de pression du fluide de travail (9), à une source de fluide auxiliaire et à l'enceinte à pression plus faible (19) à travers un joint tournant (20). 8. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu pour équiper un mandrin (7) de serrage de pièce (8) sur une machine-outil, et que le cylindre du vérin (1), le piston (4), la tige de piston (5) et le joint tournant (20) sont disposés de façon à constituer un ensemble tournant comportant un passage central axial. 9. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les dispositifs anti-retour (21, 22) sont disposés dans ledit ensemble tournant, dans un des fonds du cylindre, et situés sur le trajet du fluide entre le joint tournant (20) et les chambres (2, 3) du cylindre (1).