Brevet FR2736854A1 — publié le 19970124

Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs de commande des pinces de maintien, en particulier des pinces porte-pièce utilisées dans les machines outil et notamment les tours. Les pinces de maintien sont des organes mécaniques connus. Elles sont généralement solidaires de la broche d'une machine outil et permettent l'entraînement en rotation d'une pièce à usiner. Elles comprennent une surface cylindrique interne ou surface de maintien, qui est destinée à recevoir la pièce à usiner, et qui porte des fentes régulièrement réparties angulairement. Ces fentes sont destinées à autoriser une déformation radiale de la pince permettant ainsi son serrage sur la pièce à maintenir. Une pince comporte aussi une surface conique externe qui est destinée à coopérer avec un dispositif de commande dont la translation provoque le serrage ou le desserrage de la pince. Un dispositif de commande d'ouverture de pince connu comporte ainsi un fourreau, mobile en translation par rapport à l'axe de la pince, et dont le déplacement provoque ouverture ou fermeture de celle-ci. Le déplacement du fourreau est commandé par un vérin coaxial à la broche de la machine outil (donc à l'axe de la pince) Afin de transformer la course importante du vérin en une faible course nécessaire au serrage de la pince, la translation du vérin entraîne celle du fourreau par l'intermédiaire d'un déplacement radial de billes. Les billes sont poussées par le vérin entre une pièce fixe et une pièce mobile au profil conique, le déplacement radial des billes provoque donc un déplacement axial de la pièce mobile qui pousse à son tour le fourreau. Un tel dispositif connu comporte des inconvénients. Ainsi, les billes se trouvent coincées en permanence entre trois pièce : la pièce de commande liée au vérin, la pièce fixe et la pièce mobile. I1 en résulte une impossibilité pour les billes de rouler sur les pièces avec lesquelles elles sont en contact. Cela entraîne une usure importante et une dégradation des performances du serrage. Le vérin doit également fournir des efforts importants pour compenser les frottements induits par les billes. De plus un tel dispositif est compliqué, comporte beaucoup de pièces, il est bruyant et nécessite un entretien fréquent et onéreux. C'est le but de l'invention que de proposer un dispositif de commande d'ouverture d'une pince de maintien qui ne présente pas de tels inconvénients. Ainsi le dispositif selon l'invention est de conception simple. I1 comporte peu de pièces, l'usure de celles-ci est faible, il en résulte un coût d'entretien réduit. De plus l'invention permet de mettre en oeuvre un vérin standard du commerce, de puissance réduite. La maintenance s'en trouve facilitée et la consommation en énergie est diminuée. Ainsi l'invention a pour objet un dispositif de commande d'ouverture d'une pince de maintien, en particulier d'une pince porte pièce pour machine outil, et comprenant un fourreau mobile en translation par rapport à l'axe de la pince et dont le déplacement provoque l'ouverture ou la fermeture de celle-ci.Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend -au moins un plateau fixe par rapport à un bâti et au moins un plateau mobile en translation et rotation par rapport au bâti, le plateau mobile pouvant être entraîné en rotation par des moyens moteurs, tels un vérin, -au moins trois billes positionnées entre les deux plateaux de façon à pouvoir rouler sur des surfaces de roulement portées par au moins un des plateaux, -les surfaces ayant des formes telles que le roulement des billes sur les deux plateaux, qui est provoqué par la rotation du plateau mobile par rapport au bâti, entraîne aussi la translation du plateau mobile, qui entraîne à son tour celle du fourreau et la commande d'ouverture ou fermeture de la pince. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les surfaces de roulement portées par au moins un des deux plateaux ont la forme de rainures circulaires à profondeur variable. Les rainures portées par au moins un des deux plateaux auront de préférence un fond dont le rayon de courbure est sensiblement égal à celui des billes. Selon d'autres caractéristiques: -chaque plateau pourra porter autant de rainures à profondeur variable qu'il y a de billes. -les billes peuvent être maintenues angulairement les unes par rapport aux autres par une entretoise. Selon des modalités pratiques d'exécution, la pince est une pince porte pièce à usiner qui est entraînée en rotation avec le fourreau par une motorisation et le plateau mobile n'est pas entraîné en rotation par la motorisation et pousse le fourreau par l'intermédiaire d'un roulement. Ce roulement comportera avantageusement une bague extérieure solidaire du plateau mobile et une bague intérieure solidaire d'un disque d'entraînement du fourreau. Le disque d'entraînement du fourreau pourra porter des coins régulièrement répartis angulairement et qui sont destinés à pousser sur le fourreau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels: -la figure la représente en coupe partielle une broche de machine outil équipée d'un dispositif de commande d'ouverture de pince selon l'invention, le dispositif est représenté sur la demi-vue de gauche en position pince ouverte et sur la demi vue de droite en position pince fermée, -la figure lb est une coupe transversale de la broche portant les chiens, coupe réalisée au niveau du plan dont la trace est repérée en AA sur la figure la, -la figure 2a est une vue de dessus du plateau mobile utilisé par le dispositif selon l'invention, -la figure 2b est une coupe partielle du plateau réalisée en développant linéairement une rainure suivant l'arc BB, -les figures 3a et 3b sont des développées partielles montrant la coopération d'une bille avec une rainure du plateau fixe et une rainure du plateau mobile, les figures 3a et 3b montrant respectivement les dispositions relatives de ces éléments dans les positions pince ouverte et pince fermée (les positions représentées correspondent aux courses maximales possibles). La figure la montre en coupe partielle une tête porte pièce 1 de machine outil. Cette tête comporte une broche 2 qui est entraînée en rotation autour de l'axe 3 par une motorisation (non représentée). La broche 2 a la forme d'une tige creuse portant deux portées cylindriques 4a,4b qui reçoivent chacune une paire de roulements. Les roulements permettent le positionnement de la broche par rapport au bâti 5 de la machine outil. La portée arrière 4a reçoit une première paire de roulements 6a à contacts obliques. Ces roulements sont rendus solidaires de la broche 2 par leurs bagues internes au moyen d'un écrou de serrage a vissé sur la broche 2. La portée avant 4b reçoit une deuxième paire de roulements 6b à contacts obliques séparés par deux entretoises 8 et 9. Cette deuxième paire est rendue solidaire de la broche 2 par un deuxième écrou de serrage 7b vissé sur la broche. La broche 2 équipée de ses deux paires de roulements est positionnée dans des alésages iOa et lOb aménagés sur le bâti 5. Elle est immobilisée axialement par rapport à celui-ci au moyen d'un couvercle 11 fixé au bâti par des vis (non représentées). La paire de roulements 6b équipée de ses entretoises est maintenue par le couvercle 11 en appui sur un épaulement de l'alésage lOb. La broche 2 reçoit dans son alésage axial 12 un fourreau cylindrique 13, qui est mobile en translation par rapport à la broche 2. Ce fourreau est lié en rotation par rapport à la broche au moyen d'une clavette non représentée. Le fourreau 13 reçoit dans son alésage 14 une pince porte pièce 15 de type connu. La pince est représentée ici en coupe, sa partie arrière cylindrique est hachurée, sa partie avant est coupée au niveau de deux rainures et ne porte donc pas de hachures. Un ressort de compression 16 est disposé dans l'alésage 14 du fourreau 13. I1 prend appui d'une part sur l'arrière de la pince 15 et d'autre part sur un lamage 17 aménagé dans l'alésage 14 du fourreau 13. La partie avant de la pince 15 est donc maintenue par le ressort 16 en appui sur un couvercle de fermeture 18, fixé à la broche 2 par des vis (non représentées). La pince est destinée à maintenir une pièce cylindrique P (représentée ici en traits fins) pour permettre son usinage par la machine outil. Le fourreau 13 porte à sa partie avant un profil conique 13a qui est destiné à coopérer avec le profil conique externe 15a de la pince 15 pour assurer le serrage de cette dernière (comme cela sera décrit par la suite). La broche 2 porte deux rainures longitudinales 19a, 19b, disposées d'une façon symétrique l'une par rapport à l'autre, et destinées à recevoir deux coins mobiles 2Oa,2Ob appelés par la suite "chiens" (voir également la figure lb). Les chiens 20a, 20b sont fixés à un disque 21 d'entraînement du fourreau (appelé par la suite plateau porte-chiens) au moyen de vis 38a,38b (représentées uniquement sur la figure lb). Le plateau porte-chiens 21 est entraîné en rotation par la broche 2 par l'intermédiaire des chiens 2Oa,2Ob, mais il peut se translater axialement par rapport à la broche. Un plateau 22, dit plateau mobile, est monté sur le plateau porte-chiens 21 par l'intermédiaire d'un roulement à contacts obliques 23. Ce plateau peut lui aussi se translater axialement par rapport à la broche 2, mais il n'est pas entraîné en rotation par celle ci (grâce au roulement 23 dont la bague extérieure est solidaire du plateau mobile 22 et la bague intérieure est solidaire du plateau porte chiens). I1 peut par contre être entraîné en rotation (de façon limitée) autour de l'axe de broche 3 par des moyens moteurs, tels un vérin 24 (représenté ici de façon schématique). Le vérin 24 est un vérin pneumatique standard du commerce (un vérin électrique ou un électroaimant pourraient également être utilisés). Il est fixé au bâti 5 par un montage approprié par exemple une bride (non représentée). Ce vérin est placé de telle façon que sa tige 26 soit sensiblement tangentielle au plateau mobile 22, auquel elle est fixée par l'intermédiaire d'une chape 25. Ainsi toute translation de la tige 26 entraînera une rotation du plateau mobile 22 autour de la broche 2. Un plateau 27, dit plateau fixe, est rendu solidaire en rotation du bâti 5 au moyen d'une tige 28, qui n'est pas ici représentée en détails. Cette tige sera par exemple une vis mise en place dans un taraudage du plateau fixe 27 et dont l'extrémité externe vient dans une rainure longitudinale 29 du bâti. Le réglage de la position axiale de l'ensemble constitué par les plateaux: fixe 27, mobile 22 et porte-chiens 21 est effectué au moyen de l'écrou 30 qui se visse sur un filetage de la broche 2. L'écrou est en appui sur une entretoise 31. Un roulement à contact oblique 32 est monté entre l'entretoise 31 et le plateau fixe 27 pour désolidariser en rotation la broche 2 et le plateau fixe 27. Les plateaux (fixe 27 et mobile 22) portent sur leurs faces en regard l'une de l'autre des rainures régulièrement réparties angulairement et qui reçoivent des billes 33. Ces rainures sont ici au nombre de six ainsi que les billes. Les billes sont maintenues écartées angulairement les unes des autres par une entretoise 34, qui est un disque percé de six trous, régulièrement répartis angulairement, trous dont le diamètre est légèrement supérieur à celui des billes. Les figures 2a et 2b montrent la face supérieure du plateau mobile 22 et permettent de mieux comprendre la forme des rainures 35. Les rainures 35 sont réparties sur une circonférence 36 de même axe que le plateau 22 (et la broche 2). Chaque rainure 35 a un fond dont le rayon de courbure est sensiblement égal à celui des billes 33. La profondeur de chaque rainure 35 varie de façon régulière et continue d'une de ses extrémité 35a à l'autre extrémité 35b. Ainsi lorsque une bille 33 roule dans une rainure 35 elle a, en plus de son déplacement angulaire le long de l'arc de la rainure, un déplacement suivant une direction parallèle à l'axe du plateau 22 (ou de la broche 2). La trajectoire de chaque bille est donc une trajectoire hélicoïdale (composition d'une rotation et d'une translation). Le plateau fixe 27 porte lui aussi des rainures qui ont la même forme que celles du plateau mobile 22, ainsi une vue de la face du plateau 27 portant les rainures serait identique à celle de la figure 2a. Les rainures sont réalisées par fraisage au moyen d'une fraise de forme. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures la, 3a et 3b. La partie de gauche de la figure la montre le dispositif dans la position pince 15 desserrée. Les faces en regard des plateaux fixe 27 et mobile 22 sont alors séparées d'une distance minimale d. Toutes les pièces mobiles en translation par rapport à la broche 2 occupent alors leur position la plus haute. Il s'agit du fourreau 13, des chiens 20a,20b, de leur plateau porte-chiens 21 et du plateau mobile 22 portant les billes 33. L'empilement des pièces mobiles est maintenu appliqué contre le plateau fixe 27, l'entretoise 31 et l'écrou 30 par le ressort de rappel 16 qui prend appui sur la pince 15, elle même en appui sur le couvercle 18. On notera que, lors du montage du dispositif, il est possible de régler la position axiale de cet empilement de pièces au moyen de l'écrou 30. La figure 3a représente une bille 33, ainsi qu'une développée linéaire d'une des rainures 35 du plateau mobile 22 et la développée de la rainure 37 correspondante aménagée sur le plateau fixe 27. Les faces des deux plateaux sont séparées d'une distance minimale d car chaque bille se trouve alors dans les parties les plus profondes (35a,37a) des deux rainures 35 et 37. Lorsque le vérin 24 est commandé, il provoque une rotation limitée du plateau mobile 22 autour de l'axe 3 de la broche 2. La rotation aura un angle inférieur ou égal à celui de l'arc d'une rainure 35 des plateaux (arc de l'ordre de 20 ). Cette rotation amène le dispositif dans la position représentée sur la moitié droite de la figure la et sur la figure 3b (pour la clarté de la représentation la position figurée ici correspond à la course maximale qui serait obtenue pour un serrage à vide de la pince) La direction de déplacement a été repérée en Z sur la figure 3a, chaque bille 33 roule dans ses deux rainures 35 et 37 et provoque l'écartement du plateau mobile 22 d'avec le plateau fixe 27 (déplacement suivant la direction X). Les faces des deux plateaux sont alors séparées de la distance maximale D car chaque bille se trouve alors dans les parties les moins profondes (35b,37b) des deux rainures 35 et 37. Le plateau fixe 27 est maintenu en butée axiale par l'entretoise 31 et l'écrou 30, c'est donc le plateau mobile 22 qui se déplace axialement par rapport à la broche 2. I1 entraîne dans son déplacement le plateau porte-chiens 21, et les chiens 20a,20b poussent le fourreau 13 contre l'action du ressort 16. Ceci a pour effet de faire coopérer les parties coniques complémentaires 13a et 15a du fourreau et de la pince assurant ainsi le serrage de cette dernière. On prévoira un jeu suffisant au niveau de la chape 25 du vérin pour permettre le déplacement axial du plateau mobile 22. Ce déplacement d'amplitude D-d est de l'ordre de 0,78 mm (course maxi) pour une broche 2 de diamètre 40mm (ou une pince de diamètre 9,45). Les billes 33, qui commandent le mouvement d'ouverture / fermeture de la pince, roulent sur les rainures 35 et 37 des plateaux, les frottements sont donc réduits, ainsi que les efforts demandés au vérin et l'usure. Le fait d'utiliser des rainures dont le rayon de courbure est sensiblement égal à celui des billes permet de limiter les pressions de contact entre billes et plateaux. On limite donc également par ce biais l'usure des rainures. Le dispositif selon l'invention utilise un vérin standard du commerce (ou un autre type d'actionneur standard, par exemple un électro aimant), un tel composant est peu coûteux et robuste. A titre d'exemple le dispositif connu décrit dans le préambule utilise un vérin spécifique entourant la broche. Les coincements des billes conduisent à définir un vérin de diamètre externe 115mm développant un effort de près de 1800 N pour une broche de diamètre 40mm. L'invention permet de n'utiliser qu'un vérin de 20mm de diamètre développant un effort de 190 N. De plus la course axiale du vérin utilisé dans le dispositif connu est de 13 mm alors que le dispositif selon l'invention permet de limiter cette course axiale à 1 mm (pour une rotation du plateau mobile de l'ordre de 20 ). I1 en résulte une puissance consommée moindre ainsi que moins de bruits de fonctionnements et moins d'échauffements. La diminution du nombre de pièces du dispositif de commande d'ouverture de la pince facilite la transmission des efforts, ce qui a pour effet d'augmenter la durée de vie des pièces du système. Elle permet également d'alléger le dispositif. L'invention permet également d'adapter les caractéristiques du dispositif de commande à d'autres courses de serrage, il suffit pour cela de choisir des billes de diamètres différents ou des rainures dont la variation de profondeur est supérieure. Il est possible également de définir un jeu de fourreaux différents autorisant la mise en place de pinces de diamètres différents tout en conservant le même dispositif de serrage de pince. Le faible nombre de pièces du dispositif selon l'invention facilite les opérations de démontage pour la réparation ou la maintenance. Diverses variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi il est possible de prévoir sur les plateaux des surfaces de roulement pour les billes ayant une forme différente de celles des rainures circulaires, par exemple des portions de surfaces hélicoïdales. Le positionnement angulaire relatif des billes sera alors assuré par l'entretoise 34. L'usinage des surfaces de contact est alors simplifié mais le contact entre chaque bille et sa surface de roulement sera ponctuel ce qui accroîtra l'usure des surfaces. Il est également possible de faire varier e nombre de billes et de rainures pour limiter les efforts subis par chaque bille. Il est enfin possible d'utiliser le dispositif selon l'invention, non pas pour une pince porte-pièce à usiner, mais pour une pince porte outil, par exemple dans une fraiseuse, une perceuse, une aléseuse ou une brocheuse. REVENDICATIONS -Dispositif de commande d'ouverture d'une pince (15) de maintien, en particulier d'une pince porte pièce pour machine outil, et comprenant un fourreau (13) mobile en translation par rapport à l'axe (3) de la pince et dont le déplacement provoque l'ouverture ou la fermeture de celle-ci, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend -au moins un plateau (27) fixe par rapport à un bâti (5) et au moins un plateau (22) mobile en translation et rotation par rapport au bâti, le plateau mobile (22) pouvant être entraîné en rotation par des moyens moteurs, tels un vérin (24), -au moins trois billes (33) positionnées entre les deux plateaux (22,27) de façon à pouvoir rouler sur des surfaces de roulement portées par au moins un des plateaux, -les surfaces ayant des formes telles que le roulement des billes (33) sur les deux plateaux, qui est provoqué par la rotation du plateau mobile (22) par rapport au bâti (5), entraîne aussi la translation du plateau mobile (22), qui entraîne à son tour celle du fourreau (13) et la commande d'ouverture ou fermeture de la pince (15). 2-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de roulement portées par au moins un des deux plateaux ont la forme de rainures circulaires (35) à profondeur variable. 3-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures (35) portées par au moins un des deux plateaux (22,27) ont un fond dont le rayon de courbure est sensiblement égal à celui des billes (33). 4-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque plateau (22,27) porte autant de rainures (35) à profondeur variable qu'il y a de billes (33). 5-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon la revendication 4, caractérisé en ce que les billes (33) sont maintenues angulairement les unes par rapport aux autres par une entretoise (34). 6-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pince (15) est une pince porte pièce à usiner qui est entraînée en rotation avec le fourreau (13) par une motorisation et en ce que le plateau mobile (22) n'est pas entraîné en rotation par la motorisation et pousse le fourreau (13) par l'intermédiaire d'un roulement (23). 7-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon la revendication 6, caractérisé en ce que le roulement (23) comporte une bague extérieure solidaire du plateau mobile (22) et une bague intérieure solidaire d'un disque (21) d'entraînement du fourreau (13). 8-Dispositif de commande d'ouverture de pince selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque (21) d'entraînement du fourreau (13) porte des coins (2Oa,2Ob) régulièrement répartis angulairement et qui sont destinés à pousser sur le fourreau (13).