Brevet FR2757921A1 — publié le 19980703

La présente invention concerne de façon générale les transmissions des machines-outils qui sont utilisées pour la transmission du couple d'un moteur électrique à une broche à différentes vitesses. Plus précisément, l'invention concerne un perfectionnement apporté à un dispositif de changement de vitesse utilisé dans la transmission d'un tour à commande numérique. On a utilisé un tour à commande numérique pour la découpe de pièces à une configuration voulue. Le tour comprend habituellement, parmi d'autres éléments, une broche ayant un mandrin de maintien des pièces à couper et un moteur d'entraînement électrique raccordé à la broche qu'il entraîne afin que la broche tourne à une vitesse prédé- terminée. Au cours d'une opération de tournage, le couple de la broche doit être augmenté ou réduit en fonction de la charge de coupe. Ceci est dû au fait que la broche nécessite un couple plus important lorsque la coupe est difficile que lorsqu'elle est facile. Le couple de la broche peut être modifié par utilisation d'une transmission de tour placée entre le moteur électrique et la broche. La figure 1 représente un exemple de transmission de tour disponible dans le commerce, comprenant un carter 10 et deux arbres d'entrée et de sortie parallèles 12, 14 qui sont espacés et qui tourillonnent chacun sur le carter 10 par l'intermédiaire de paliers 16. Une poulie 18 d'entrée est fixée à l'extrémité externe de l'arbre d'entrée 12 et est elle-même associée à un moteur électrique, non représenté par raison de simplicité, qui l'entraîne en rotation. Une poulie de sortie 20 est fixée à l'extrémité externe de l'arbre 14 afin qu'elle tourne solidairement avec lui. La poulie de sortie 20 est associée lors du fonctionnement à une broche non représentée. Un premier et un second pignon fixes 22, 24 sont fixés à l'arbre de sortie 14 de manière qu'ils ne puissent pas se déplacer dans la direction de l'axe de l'arbre 14. Le premier pignon fixe 22 a un diamètre inférieur à celui du second pignon fixe 24. Un pignon mobile 26 ayant un premier et un second tronçon 26a, 26b de pignon peut coulisser axialement sur l'arbre d'entrée 12 sur lequel il est claveté afin qu'il puisse coulisser entre une position d'une première vitesse dans laquelle le premier tronçon 26a du pignon mobile 26 est en prise avec le premier pignon fixe 22 et donne un couple réduit et une plus grande vitesse de rotation de l'arbre 14 et une seconde position dans laquelle le second tronçon 26b du pignon mobile 26 est en prise avec le second pignon fixe 24 et donne un plus grand couple en réduisant la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14. Le mouvement de coulissement du pignon mobile 26 à la première et à la seconde position est réalisé grâce au dispositif de changement de vitesse portant la référence générale 30. Ce dispositif 30 comprend un vérin à double effet 32 qui comprend un boîtier de cylindre 34 monté sur le carter 10 de la transmission et une tige 36 de cylindre qui peut coulisser dans le boîtier 34. Ce boîtier 34 comporte une première chambre 34a de pression et une seconde chambre 34b de pression qui communiquent respectivement avec une pompe de fluide (non représentée) par des voies d'entrée et de sortie 34c et 34d. La tige 36 du cylindre comporte, à son extrémité interne, un étrier 38 du type qui coopère avec le pignon mobile 26 à une extrémité et qui peut coulisser sur une barre 40 de guidage à l'autre extrémité. A l'extrémité interne de la tige 36 du cylindre, un taquet 41 est destiné à déclencher un premier interrupteur 42 de proximité destiné à provoquer l'arrêt du mouvement d'allongement de la tige 36 et un second interrupteur 44 de proximité destiné à arrêter le mouvement de recul de la tige 36 du cylindre. La sortie de la tige 36 du cylindre permet à l'étrier 38 de placer le pignon mobile 26 à la première position si bien que le premier tronçon 26a du pignon mobile 26 peut être en prise avec le premier pignon fixe 22, alors que le recul de la tige 36 permet à l'étrier 38 de placer le pignon mobile 26 dans la seconde position en permettant au second tronçon 26b du pignon mobile 26 d'être en prise avec le second pignon fixe 24. Dans la transmission classique de tour indiquée précé- demment, l'étrier de changement de vitesse est soumis à une usure sévère car il continue à être en contact par frottement avec le pignon mobile qui tourne. Cette usure peut provoquer un défaut d'alignement du pignon mobile sur les pignons fixes dans la première et la seconde position de changement de vitesse. Pour que l'alignement des pignons soit exact, l'étrier usé doit être remplacé par un nouveau au cours d'une opération laborieuse de remplacement et avec un coût élevé. En outre, comme l'étrier de changement de vitesse est monté à l'extrémité interne en porte-à-faux de la tige du cylindre, le moment de flexion appliqué sur la tige du cylindre pendant et après l'opération de changement de vitesse est élevé et peut provoquer une déformation par flexion de la tige et des fuites du fluide de travail du boîtier du cylindre. En plus de ces inconvénients, la trans- mission de tour de la technique antérieure présente un inconvénient en ce que le boîtier du cylindre de changement de vitesse doit être fabriqué séparément du carter de la transmission puis monté sur celui-ci, et il est inévitable d'utiliser la barre de guidage pour empêcher une rotation indésirable de l'étrier et de la tige du piston autour de l'axe de celle-ci. Pour la solution des inconvénients précités, il faut une transmission de tour dont le dispo- sitif de changement de vitesse a une plus grande intégrité mécanique, qui nécessite un nombre réduit d'éléments et qui peut être fabriqué d'une manière peu coûteuse. L'invention a donc pour objet la réalisation d'une transmission de machine-outil ayant un dispositif perfec- tionné de changement de vitesse qui élimine pratiquement les inconvénients de la transmission de la technique antérieure et qui peut être fabriquée de manière peu coûteuse avec un nombre réduit d'éléments, tout en possédant une bonne intégrité mécanique pendant une longue période. Compte tenu des considérations qui précèdent, l'inven- tion concerne une transmission pour machine-outil destinée aux changements de couple et de la vitesse d'une broche entraînée en rotation par un moteur électrique, cette transmission comprenant un carter de transmission, des arbres d'entrée et de sortie montés sur le carter de transmission parallèlement et à distance afin qu'ils tournent à des vitesses différentes l'un de l'autre, un pignon mobile qui peut être déplacé axialement et monté sur l'arbre d'entrée afin qu'il puisse coulisser entre une première et une seconde position de changement de vitesse, un premier et un second pignon fixes qui sont fixés sur l'arbre de sortie afin qu'ils tournent avec lui, et un dispositif de changement de vitesse destiné à provoquer un déplacement du pignon mobile à la première position de changement de vitesse afin que le pignon mobile puisse être en prise avec le premier pignon fixe ou à la seconde posi- tion de changement de vitesse afin que le pignon mobile puisse être en prise avec le second pignon fixe. Le dispo- sitif de changement de vitesse comporte un premier et un second tronçon opposés de cylindre placés à la partie supé- rieure du carter de la transmission, une tige de cylindre logée afin qu'elle soit mobile dans le premier et ie second tronçon de boîtier de cylindre à ses extrémités opposées, et un étrier de changement de vitesse fixé à la partie intermédiaire de la tige du cylindre à l'extrémité interne et coopérant avec le pignon mobile à l'extrémité externe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe représentant une transmission de tour de la technique antérieure, disponible dans le commerce, ayant une poulie d'entrée et une poulie de sortie raccordées à un moteur électrique d'entraînement et à une broche respectivement; la figure 2 est une vue en plan représentant une transmission de tour dans un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, représentant au mieux le dispositif de change- ment de vitesse placé à la partie supérieure du carter de transmission; et la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2, représentant un étrier de changement de vitesse placé entre deux rebords de guidage. On se réfère maintenant aux figures 2 à 4 qui repré- sentent une boîte de vitesses ou une transmission de tour selon l'invention qui comporte un carter 100 de transmission construit sur le corps d'un tour à commande numérique qui n'est pas représenté sur les dessins. Les arbres d'entrée et de sortie 102, 104 sont montés sur le carter 100 de trans- mission en étant parallèles et espacés afin qu'ils tournent à des vitesses différentes. Plusieurs paliers 106 sont utilisés afin qu'ils supportent les arbres d'entrée et de sortie 102 et 104 lors de leur rotation sur le carter 100 de transmission. Une poulie d'entrée 108 est fixée à l'extré- mité externe de l'arbre d'entrée 102 et est elle-même associée pendant le fonctionnement à un moteur électrique qui l'entraîne en rotation et qui n'est pas représenté par raison de simplicité. A l'extrémité opposée du carter 100 par rapport à la poulie d'entrée 108, une poulie de sortie est fixée à l'extrémité externe de l'arbre 104 afin qu'elle tourne avec celui-ci et elle est raccordée à une broche du tour qui n'est pas non plus représentée sur les dessins. Comme l'indiquent les figures 3 et 4, un pignon mobile 112 est monté sur l'arbre d'entrée 102 afin qu'il soit mobile axialement grâce à l'introduction d'une clavette de l'arbre d'entrée 102 dans une cannelure du pignon mobile 112. Ainsi, le pignon mobile 112 est destiné à coulisser entre une première position de changement de vitesse indi- quée en trait plein sur la figure 3 et une seconde position de changement de vitesse indiquée en traits mixtes à un point sur la figure 3. Le pignon mobile 112 comprend un premier tronçon 112a et un second tronçon 112b de pignon dont le diamètre ou plus précisément le diamètre primitif, est inférieur à celui du premier tronçon 112a. Un premier et un second pignon menés fixes 114, 116 sont fixés à l'arbre de sortie 104 avec une distance suffi- sante entre eux. Le premier et le second pignon fixes 114, 116 qui tournent à l'unisson avec l'arbre de sortie 104 ne peuvent pas se déplacer dans la direction axiale de l'arbre 104. Le premier pignon fixe 114 a un diamètre tel qu'il peut être en prise avec le premier tronçon 112a du pignon mobile 112 lorsque celui-ci occupe la première position de chan- gement de vitesse. Le second pignon fixe 116 a un diamètre supérieur à celui du premier pignon fixe 114 et il peut venir en prise avec le second tronçon 112b du pignon mobile 112 lorsque celui-ci est dans la seconde position de changement de vitesse. Un dispositif de changement de vitesse qui porte la référence générale 118 est placé à la partie supérieure du carter 100 et est destiné à déplacer le pignon mobile 112 entre la première position dans laquelle un premier tronçon 112a du pignon mobile 112 est en prise avec le premier pignon fixe 114 et la seconde position dans laquelle le second tronçon 112b du pignon mobile 112 est en prise avec le second pignon fixe 116. Le dispositif 118 de changement de vitesse comprend un premier et un second tronçon 120, 122 de boitier de cylindre qui sont opposés et qui sont placés sur le carter 100 de transmission, avec un canal allongé 124 de logement d'étrier qui reste entre les extrémités internes du premier et du second tronçon 120, 122. Le canal 124 est formé pour le logement d'un étrier de changement de vitesse, décrit dans la suite, et est recouvert de manière étanche par un cou- vercle supérieur 126 destiné à empêcher toute fuite indési- rable de lubrifiant contenu dans le carter 100 ou toute entrée dans le carter 100 de matières étrangères telles que des copeaux ou un fluide de coupe. Chacun des premier et second tronçons 120, 122 du boîtier de cylindre a un trou axial 120a ou 122a, avec des extrémités interne et externe, formé afin qu'il soit solidaire du carter 100 de la transmission. Les extrémités externes des trous axiaux respectifs 120a, 122a sont fermées par des capuchons 128, d'extrémité fixés chacun aux tronçons correspondants de boîtier de cylindre 120, 122 par des vis 132, 134 et com- portent des canaux 128a, 130a de fluide rejoignant une source commune de fluide sous pression qui n'est pas repré- sentée sur les dessins. Les extrémités opposées d'une tige 136 de cylindre sont introduites afin qu'elles puissent coulisser aux extrémités internes des trous axiaux 120a, 122a du premier et du second tronçon 120, 122 et peuvent se déplacer vers la gauche sur la figure 3 lorsqu'un fluide sous pression, tel qu'un fluide hydraulique ou de l'air comprimé, pénètre dans le trou axial a du premier tronçon 120 de boîtier et peuvent se déplacer vers la droite sur la figure 3 lorsque le fluide sous pression est introduit dans le trou axial 122a du second tronçon 122. Un étrier 138 de changement de vitesse ayant une forme générale de fourche est fixé à son extrémité interne à la partie intermédiaire de la tige 136 du cylindre à l'aide de broches 140 de blocage afin qu'il puisse se déplacer en translation avec la tige 136. L'étrier 138 comporte, à son extrémité externe, deux doigts de fourche 138a, 138b qui logent entre eux la partie périphérique du premier tronçon 112a du pignon mobile 112 et coopèrent avec cette partie périphérique. Chacun des doigts 138a, 138b possède un patin 142, 144 de friction ayant des propriétés d'absorption de chocs et de réduction de bruit qui est fixé de façon amovible à la surface interne du doigt respectif 138a, 138b par des vis 143, 145 et qui est au contact des surfaces latérales du premier tronçon 112a du pignon mobile 112. Les patins 142, 144 de friction peuvent être remplacés par de nouveaux patins lorsqu'ils sont usés et lorsqu'il est déterminé qu'ils ne peuvent plus être utilisés. Comme mieux représenté sur les figures 2 et 4, le carter 100 de transmission comporte deux rebords en regard S 146, 148 de guidage qui dépassent dans le canal 124 de l'étrier vers les côtés des flancs de l'étrier 138 et au contact de ces flancs pour empêcher la rotation de l'étrier 138 autour de l'axe de la tige 136. Lorsque la tige 136 se déplace vers la gauche ou vers la droite, les rebords 146, 148 assurent le guidage de l'étrier 138 pendant son déplacement en translation suivant un trajet rectiligne. Un dispositif détecteur de position 150 est utilisé pour la détection de la position de l'étrier 138 afin que l'étrier 138 soit arrêté exactement à la première ou à la seconde position de changement de vitesse par réglage du déplacement de la tige 136 du cylindre. Dans le mode de réalisation représenté, le détecteur 120 comporte un taquet 152 fixé à la face supérieure de l'étrier 138 par une vis 154 et un premier et un second interrupteur 156, 158 de limite montés sur le carter 100 de la transmission le long du trajet de déplacement du taquet 152 et à distance l'un de l'autre. Il faut noter que la course de l'étrier 138 est pratiquement égale à l'espacement des interrupteurs 156, 158 de limite et à l'espacement du premier et du second pignon fixe 114, 116. Cela signifie que le taquet 152 vient s'aligner sur le premier interrupteur 156 et l'active lorsque l'étrier 138 est déplacé à la première position de changement de vitesse à la fin du déplacement vers la gauche. Lorsque l'étrier 138 se déplace à la seconde posi- tion de changement de vitesse à la fin de son déplacement vers la droite, le taquet 152 est destiné à venir dans l'alignement du second interrupteur de limite 158 et à commander celui-ci. Les interrupteurs de limite 156, 158, bien qu'ils ne soient pas représentés sur les dessins, sont connectés électriquement à un organe bien connu de commande qui contrôle la transmission du fluide sous pression aux trous axiaux 120a, 122a du premier et du second tronçon 120, 122 de boîtier du cylindre. L'organe de commande est utilisé pour interrompre l'introduction du fluide sous pression dans le trou axial 120a du premier tronçon 120 lorsque le premier interrupteur 156 de limite est activé par le taquet 152. Si le second interrupteur 158 de limite est activé, l'organe de commande est destiné à arrêter l'introduction du fluide sous pression dans le trou axial 122a du second tronçon 122 de boîtier du cylindre. On décrit maintenant le changement de vitesse de la transmission du tour, décrite précédemment. L'introduction du fluide sous pression dans le trou axial 120a du premier tronçon 120 provoque un déplacement vers la gauche de la tige 136 du cylindre si bien que l'étrier 138 est mis dans la première position de changement de vitesse indiquée en trait plein sur la figure 3. Juste au moment o l'étrier 138 atteint la première position de changement de vitesse, le taquet 152 vient au contact du premier interrupteur 156 de limite du dispositif détecteur de position 150 et l'active, comme indiqué en trait plein sur la figure 2. L'activation du premier interrupteur 156 de limite permet à l'organe de commande (non représenté) de cesser de commander la transmission du fluide sous pression au trou axial 120a du premier tronçon 120 si bien que l'étrier 138 s'arrête à la première position de changement de vitesse. Lorsque l'étrier 138 se déplace à la première position de changement de vitesse, le premier tronçon 112a du pignon mobile 112 est en prise avec le premier pignon fixe 114 si bien que l'arbre de sortie 104 et la poulie de sortie 110 tournent à une plus grande vitesse et un plus faible couple que l'arbre d'entrée 102 et la poulie d'entrée 108, si bien que la vitesse de la broche du tour est accrue et son couple est réduit. Au contraire, l'admission du fluide sous pression dans le trou axial 122a du second tronçon 122 provoque un déplacement vers la droite de la tige 136 si bien que l'étrier 138 est mis dans la seconde position de changement de vitesse comme indiqué par le trait mixte à un point de la figure 3. Au moment o l'étrier 138 atteint la seconde position de changement de vitesse, le taquet 152 vient au contact du second interrupteur de limite 158 du dispositif détecteur de position 150 et l'active comme indiqué par la représentation en traits mixtes à un point de la figure 2. L'activation du second interrupteur de limite 158 permet à l'organe de commande de cesser de transmettre le fluide sous pression dans le trou axial 120a du second tronçon 120 du boîtier du cylindre si bien que l'étrier 138 s'arrête à la seconde position de changement de vitesse. Lorsque l'étrier 138 se déplace à la seconde position de changement de vitesse, le second tronçon 112b du pignon mobile 112 est en prise avec le second pignon fixe 116 si bien que l'arbre de sortie 104 et la poulie de sortie 110 sont mis en rotation avec une plus faible vitesse et un plus grand couple que l'arbre d'entrée 102 et la poulie d'entrée 108, et la broche du tour a ainsi une vitesse réduite et un couple accru. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux transmissions qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transmission de machine-outil, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter (100) de transmission, un premier et un second arbre rotatifs (102, 104) montés sur le carter (100) de transmission parallèlement et à distance afin qu'ils tournent à des vitesses différentes, un pignon mobile (112) monté sur le premier arbre rotatif (102) afin qu'il soit mobile axialement et qu'il puisse coulisser entre la première et la seconde position de changement de vitesse, un premier et un second pignon fixes (114, 116) qui sont fixés au second arbre rotatif (104) afin qu'ils tournent ensemble avec lui, et un dispositif destiné à provoquer un déplacement du pignon mobile (112) à la première position dans laquelle le pignon mobile (112) est en prise avec le premier pignon fixe (114) ou à la seconde position dans laquelle le pignon mobile (112) est en prise avec le second pignon fixe (116), le dispositif de changement de vitesse comprenant un premier et un second tronçon (120, 122) de boîtier de cylindre qui sont opposés mutuellement et qui sont placés sur le carter (100) de transmission, une tige de cylindre logée dans le premier et le second tronçon (120, 122) de boîtier de cylindre afin qu'elle puisse se déplacer en translation, à ses extrémités opposées, et un étrier (138) de changement de vitesse fixé à la tige du cylindre à son extrémité interne et coopérant avec le pignon mobile (112) à son extrémité externe. 2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (100) de transmission comporte un canal (124) destiné à l'étrier (138) et placé entre le premier et le second tronçon (120, 122) de boîtier de cylindre pour le logement au moins de l'extrémité terminale de l'étrier (138) de changement de vitesse. 3. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que le carter (100) de transmission a deux rebords en regard de guidage qui sont chacun au contact des côtés des flancs de l'étrier (138) de changement de vitesse. 4. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étrier (138) du dispositif de changement de vitesse a deux doigts de fourche à son extrémité externe, destinés à coopérer avec le pignon mobile (112). 5. Transmission selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacun des doigts de fourche a un patin de friction qui lui est fixé de façon amovible et qui est au contact du pignon mobile (112). 6. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif (150) de détection de la position de l'étrier (138) de changement de vitesse afin que l'étrier (138) soit arrêté à la première ou à la seconde position de changement de vitesse. 7. Transmission selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif (150) de détection de position comprend un taquet (152) fixé à l'étrier (138) et un premier et un second interrupteur de limite (156, 158) montés sur le carter (100) de transmission, les interrupteurs de limite (156, 158) étant disposés afin que le premier interrupteur puisse être activé par le taquet (152) lorsque le pignon mobile (112) occupe la première position de changement de vitesse, alors que le second interrupteur peut être activé lorsque le pignon mobile (112) occupe la seconde position de changement de vitesse. 8. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un couvercle (126) fixé de façon démontable sur le carter (100) de la transmission et destiné à fermer de manière étanche le canal (124) de l'étrier (138). 9. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des premier et second tronçons (120, 122) de boîtier de cylindre a un trou axial destiné à loger l'extrémité respective de la tige du cylindre. 10. Transmission de tour, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter (100) de transmission, des arbres d'entrée et de sortie (102, 104) montés sur le carter (100) de transmission parallèlement et à distance l'un de l'autre afin qu'ils tournent à des vitesses diffé- rentes, un pignon mobile (112) monté sur l'arbre d'entrée (102) afin qu'il soit mobile axialement et qu'il puisse coulisser entre une première et une seconde position de changement de vitesse, le pignon mobile (112) ayant un premier et un second tronçon (112a, 112b) de pignon, le premier tronçon de pignon (112a) ayant un diamètre supérieur à celui du second tronçon de pignon (112b), un premier et un second pignon fixes (114, 116) qui sont fixés sur l'arbre de sortie (104) afin qu'ils tournent avec lui et dont les positions sont alignées exactement sur la première et la seconde position de changement de vitesse du pignon mobile (112), et un dispositif de changement de vitesse destiné à provoquer un déplacement du pignon mobile (112) soit à la première position de changement de vitesse dans laquelle le premier tronçon (112a) du pignon mobile (112) est en prise avec le premier pignon fixe (114), soit à la seconde position de changement de vitesse dans laquelle le second tronçon (112b) du pignon mobile (112) est en prise avec le second pignon fixe (116), le dispositif de changement de vitesse comprenant un premier et un second tronçons opposés (120, 122) de boîtier de cylindre placés sur le carter (100) de transmission, une tige de cylindre logée dans le premier et le second tronçon (120, 122) de boîtier de cylindre afin qu'elle puisse coulisser à ses extrémités opposées, et un étrier (138) de changement de vitesse fixé à la tige du cylindre à son extrémité interne et coopérant avec le premier tronçon du pignon mobile (112) à son extrémité externe.