CH700790A2 - Actionneur hydraulique a decouplage de mouvements, combinaison d'un tel actionneur hydraulique avec un convertisseur hydropneumatique, et application d'un tel actionneur aux machines-outils. - Google Patents

Abstract

L’ invention concerne un actionneur hydraulique à découplage de mouvements applicable aux actionnements où il est nécessaire d’effectuer un mouvement linéaire tout en assurant la liberté d’un mouvement de rotation. Un cylindre hydraulique (03) maintenu sur la partie fixe de la machine comporte un piston (01) pouvant effectuer le mouvement linéaire requis, le piston comportant une interface mécanique (11) pouvant transmettre le mouvement linéaire vers la partie en rotation (08) par l’intermédiaire d’un axe ou d’un tube maître concentrique (07) coulissant axialement dans la partie en rotation et tournant avec celle-ci. L’interface réalise un découplage entre le mouvement linéaire et le mouvement de rotation en laissant entière liberté à celui-ci. L’ invention revendique également la combinaison de l’actionneur hydraulique principal avec un convertisseur hydropneumatique, le convertisseur comporte un cylindre pneumatique (24) contenant un piston pneumatique de forme annulaire (20), le piston pneumatique peut entraîner dans son mouvement linéaire un ou plusieurs cylindres hydrauliques (19, 25) amplificateurs de pression.

Description

  [0001]    L' invention concerne un actionneur hydraulique à découplage de mouvements, applicable aux actionnements où il est nécessaire de combiner un mouvement linéaire avec un mouvement de rotation. L'actionneur de l'invention peut être appliqué à tous les cas de tels mouvements combinés, en particulier une application remarquable où ses avantages sont mis en évidence est constituée par l'actionnement d'une pince ou plaque porte-pièce de machine-outil, par exemple un tour automatique.

  

[0002]    Le dispositif traditionnellement utilisé pour exercer un mouvement linéaire axial exigeant une force considérable, tout en "traversant" un mouvement de rotation, consiste en 1 utilisation d'un cylindre hydraulique tournant avec l'objet ou la pièce à commander linéairement, le piston de ce cylindre étant mû par un fluide hydraulique dont les circuits comportent une interface, AU NIVEAU HYDRAULIQUE, entre la partie en rotation et la partie fixe (bâti de la machine, par exemple). Cette interface est constituée, dans 1 art antérieur, par des joints rotatifs censés assurer 1 étanchéité du fluide hydraulique. Il n' existe pas, à notre connaissance, de joint rotatif à haute vitesse permettant d'assurer cette étanchéité aux pressions élevées couramment utilisées dans les systèmes hydrauliques.

   Le résultat est que de 1 huile s' échappe continuellement par les joints et est recueillie tant bien que mal par un dispositif de drainage. Cette fuite d'huile, associée à la nécessité de compléter le niveau du fluide dans le réservoir du système hydraulique, représente un certain risque pour 1 environnement.

  

[0003]    D' autre part, les dispositifs hydrauliques habituels sont conventionnellement alimentés par une pompe hydraulique externe avec ses accessoires, vannes, tuyauteries flexibles, réservoir d'huile, etc. Tous ces composants sont relativement volumineux et sont habituellement logés dans un cabinet séparé.

  

[0004]    Le but de la présente invention est d'élaborer un actionneur de concept simple et compact ne présentant pas les inconvénients cités, et qui puisse être fabriqué pour un coût compétitif par rapport aux actionneurs existants.

  

[0005]    La solution proposée par la présente invention pour résoudre le problème posé est contenue dans la caractéristique de la revendication indépendante no. 1 et ses variantes d'exécution dans les revendications dépendantes 2 à 5. Elle consiste essentiellement à utiliser un cylindre hydraulique maintenu sur la partie fixe de la machine, ce cylindre n' assurant que le mouvement linéaire (axial) exigé, tandis que l'interface entre ce cylindre et la partie en rotation aboutissant à la pince ou à la plaque porte-pièce est assurée par des roulements à billes, à rouleaux coniques ou autres types de roulements.

  

[0006]    Avec ce dispositif, l'étanchéité dans le cylindre hydraulique est obtenue par des joints conventionnels, ceux-ci ne devant travailler lors du mouvement axial qu'à des vitesses de déplacement relativement faibles, par rapport aux grandes vitesses tangentielles du mouvement de rotation.

  

[0007]    Un autre but de la présente invention est de réaliser la combinaison de l'actionneur hydraulique à découplage de mouvements décrit ci-dessus, avec un convertisseur hydropneumatique avec amplification de pression, constituant un ensemble compact intégré.

  

[0008]    La solution permettant d'atteindre ce but est contenue dans la caractéristique de la revendication no. 6.

  

[0009]    Encore un autre but de la présente invention est d'exposer une application typique du dispositif décrit aux machines-outils, en particulier aux tours à commande numérique CNC ou manuels.

  

[0010]    La solution permettant d'atteindre ce but est contenue dans la caractéristique de la revendication no. 7.

  

[0011]    Un avantage supplémentaire de l'invention est de permettre la mesure et la surveillance aisée de la pression dans le cylindre hydraulique par une connexion directe, du fait même que ce cylindre est fixe dans 1 invention, contrairement au cylindre tournant habituellement utilisé par 1 art antérieur.

  

[0012]    L'invention sera maintenant décrite en détail en se référant aux figures annexes.
<tb>La fig. 1<sep>représente une vue en coupe selon un plan passant par F axe d'une première forme d'exécution de 1 invention.


  <tb>La fig. 2<sep>représente une vue en coupe d'une version plus élaborée de l'invention, comportant des roulements doubles aptes à transmettre une force axiale importante, et intégrée dans le bâti d'un tour.


  <tb>La fig. 3<sep>représente un schéma simplifié permettant de faciliter la compréhension du principe de fonctionnement d'un convertisseur hydropneumatique à amplification de pression pouvant être intégré à 1 actionneur de la présente invention.


  <tb>La fig. 4<sep>représente en coupe la combinaison de l'actionneur de la présente invention avec un convertisseur hydropneumatique avec amplification de pression.


  <tb>La fig. 5<sep>représente en coupe 1 application de la combinaison de l'actionneur avec un convertisseur hydropneumatique avec amplification de pression de la fig. 4, où la partie en rotation est représentée accouplée à une poulie de tour CNC avec transmission du mouvement axial vers la pince ou plaque de fixation de la pièce à usiner.

  

[0013]    L' actionneur selon 1 invention (fig. 1) comporte un piston 01 de forme tubulaire qui ne tourne pas, mais qui peut se mouvoir axialement dans le cylindre hydraulique 03. Ce piston transmet au tube maître 07 son mouvement axial au travers du roulement 11. Ce même mouvement axial du tube maître 07 est transmis à un axe de commande 14 de la pince ou plaque porte-pièce 15 (voir fig. 5). Les seules deux pièces en rotation de l'actionneur sont le tube maître 07 et la bride 08, qui tournent solidairement, mais le tube maître 07 coulisse axialement dans la bride 08 et son tube-guide 12. Cette bride et ce tube-guide sont maintenus radialement dans le support fixe 05 par le roulement 06.

   De cette manière, le mouvement de rotation du tube maître 07 et de la bride 08, découlant du fait que la bride 08 est solidaire de la poulie motrice 13 (fig. 5) qui est entraînée par une transmission conventionnelle de tour ou de machine-outil, est découplé du mouvement axial obtenu par le piston 01 et transmis au tube maître 07, tout en maintenant le cylindre hydraulique 03 fixe, de même que ses connexions 09 et 10.

  

[0014]    Lorsque de l'huile sous pression est acheminée vers 1 orifice d'alimentation 09, cette huile provoque le mouvement axial du piston 01 dans le sens de gauche à droite sur la fig. 1, piston qui entraîne par le roulement 11 le tube maître 07 vers la droite, de manière à libérer la pièce 16 maintenue jusqu'ici prisonnière de la plaque ou pince 15.

  

[0015]    Lorsque de l'huile sous pression est acheminée vers l'orifice d'alimentation 10, le piston se déplace axialement vers la gauche de la figure, permettant d'appliquer au travers du roulement 11, du tube maître 07 et de la pince ou plaque 15, la force requise pour maintenir en toute sécurité la pièce 16 pendant son usinage. Le roulement 11 simple ou composé est projeté et dimensionné pour supporter des charges axiales élevées, requises par le porte-pièce pour garantir la fixation sûre de la pièce en toute circonstance, ainsi que des charges radiales. Suivant le détaillement du projet, cette charge peut-être répartie sur plusieurs roulements.

  

[0016]    Bien entendu, 1 actionneur est tout aussi apte à commander un dispositif mécanique de commande de la pince ou plaque porte-pièce de type inversé par rapport à celui considéré ci-dessus, où le mouvement axial de libération de la pièce doive se faire de droite à gauche, alors que la fixation de la même pièce se fera par le mouvement de gauche à droite; ceci dépend des caractéristiques détaillées du dispositif porte-pièce, mais ne modifie en rien l'actionneur objet de la présente demande, il suffit de modifier le circuit de commande hydraulique en permutant les connexions externes pour s'adapter à ce cas. De même, l'actionneur de 1 invention peut également commander des pinces ou plaques porte-pièce pourvues de ressorts, utilisés par certains dispositifs pour garantir la fixation de la pièce à usiner.

  

[0017]    Le générateur de pression hydraulique et le système de commande du cylindre hydraulique 03 ne présentent rien de particulier et peuvent être réalisés conformément aux dispositifs et schémas habituellement utilisés par l'homme de métier.

  

[0018]    Toutefois, au lieu d'utiliser un générateur de pression externe, un convertisseur hydropneumatique peut être intégré à 1 actionneur objet de la présente demande, de manière à constituer un système combiné compact. Cette combinaison avantageuse est maintenant décrite ci-après (voir fig. 4).

  

[0019]    Les constituants de base de l'actionneur tel que décrit plus haut sont repris dans cette combinaison et désignés par les mêmes numéros de référence. L'huile sous pression est maintenant engendrée par un convertisseur hydropneumatique comportant un cylindre pneumatique 24 dans lequel se déplace un piston de forme annulaire 20, piston qui comporte à son tour un ou plusieurs cylindres-amplificateurs de pression hydraulique 19 et 25.

  

[0020]    Une vanne directionnelle pneumatique conventionnelle est utilisée pour alimenter en air comprimé alternativement les connexions d'entrée-sortie d'air 23 et 26. Lorsque la connexion 23 est alimentée, le piston 20 se déplace de droite à gauche sur la fig. 4, déplaçant en même temps le cylindre hydraulique amplificateur 25 par rapport à son piston 27, qui lui reste fixe, solidaire du cylindre pneumatique 24, lui-même solidaire du support fixe 05.

   De cette manière, et grâce au rapport relativement grand entre l'aire du piston pneumatique et celle du piston hydraulique, une pression hydraulique relativement élevée est engendrée par le mouvement de ce cylindre hydraulique 25 et cette pression provoque un flux d'huile par un canal coaxial situé à l'intérieur de la tige du piston 27 puis par une conduite interne du cylindre 24, vers le côté gauche du piston hydraulique 01, forçant le mouvement de ce piston vers la droite, entraînant en même temps le tube maître 07 au travers du roulement 11, comme dans la variante de base de 1 actionneur déjà décrite plus haut, de manière à libérer la pièce 16 par 1 intermédiaire de 1 axe 14.

   Inversement, lorsque la connexion 26 est alimentée en air, le piston pneumatique 20 se meut de gauche à droite, entraînant le cylindre hydraulique 19 par rapport à son piston fixe 22, ce qui engendre une pression hydraulique transmise par un canal coaxial interne du piston 22 au côté droit du piston 01, déplaçant ainsi ce piston vers la gauche entraînant en même temps le tube maître 07 et 1 axe 14 au travers du roulement 11, fixant ainsi la pièce à usiner avec une force élevée. Les circuits d'huile et d'air sont complètement séparés par des joints conventionnels, ce qui évite tout mélange intempestif. Tout risque de perte d'huile dans l'environnement est ainsi minimisé.

  

[0021]    Un avantage essentiel de cette combinaison est que le convertisseur hydropneumatique intégré dispense 1 utilisation d'un générateur de pression hydraulique externe traditionnel, comportant typiquement une pompe avec son moteur électrique, un réservoir d'huile, des vannes de commande et de sécurité, des manomètres, cet ensemble occupant beaucoup de place. Le convertisseur de cette combinaison, lui, peut être dimensionné de manière à occuper un espace relativement modeste autour de 1 actionneur de l'invention, conduisant à un faible encombrement global de la combinaison ainsi obtenue. De plus, l'utilisation du convertisseur ne requiert qu' une alimentation en air comprimé de pression usuelle de 6 à 7 bars et une vanne pneumatique directionnelle et des conduites flexibles courantes.

   La vanne directionnelle, de type standard, peut-être par exemple à deux solénoïdes et trois positions, la position centrale (aucun solénoïde excité) maintenant toutes ses voies fermées, constituant une position de verrouillage de sécurité pendant l'usinage de la pièce, garantissant que même en cas de rupture d'une conduite d'air comprimé, le piston pneumatique ne recevra aucune pression d'aucun côté donc restera immobile, tandis que la pression hydraulique se maintiendra inchangée du côté où elle avait été engendrée par le mouvement précédent.

   Ceci est particulièrement avantageux pour garantir la sécurité, évitant un desserrage intempestif de la pièce lors de 1 usinage, ce qui a déjà occasionnellement causé de graves accidents avec des systèmes purement hydrauliques lors de ruptures de conduites, en particulier avec le dispositif traditionnel de 1 art antérieur comportant des joints hydrauliques rotatifs à perte d'huile.

  

[0022]    L'homme de métier, mis au courant de la solution technique objet de la présente demande de brevet, pourra aisément adapter l'actionneur hydraulique de l'invention, ou la combinaison de 1 actionneur avec un convertisseur hydropneumatique tel que décrit, aux machines les plus diverses qui nécessitent un mouvement linéaire avec application d'une force relativement élevée, exigeant une pression hydraulique pour son obtention, découplé d'un autre mouvement de rotation relativement rapide, offrant ainsi à ces machines une solution compacte, sans fuite d'huile, donc en respectant 1 environnement.

LEGENDE DES FIGURES 

  

[0023]    
<tb><sep>Fig. 1


  <tb>01<sep>piston hydraulique principal


  <tb>02<sep>tête arrière du cylindre hydraulique principal


  <tb>03<sep>cylindre hydraulique principal


  <tb>04<sep>chambre à huile avant


  <tb>05<sep>tête avant du cylindre hydraulique principal


  <tb>06<sep>roulement


  <tb>07<sep>tube maître


  <tb>08<sep>bride de fixation


  <tb>09<sep>orifice de connexion hydraulique


  <tb>10<sep>orifice de connexion hydraulique


  <tb>11<sep>roulement


  <tb>12<sep>tube-guide


  <tb><sep>Fig. 2


  <tb><sep>Pas de légende


  <tb><sep>Fig. 3


  <tb>A<sep>piston pneumatique


  <tb>B<sep>piston hydraulique amplificateur de pression


  <tb>C<sep>chambre à huile


  <tb>D<sep>tige du piston hydraulique principal


  <tb><sep>Fig. 4


  <tb>01<sep>piston hydraulique principal


  <tb>02<sep>tête arrière du cylindre hydraulique principal


  <tb>03<sep>cylindre hydraulique principal


  <tb>04<sep>chambre à huile avant


  <tb>05<sep>tête avant du cylindre hydraulique principal


  <tb>06<sep>roulement


  <tb>07<sep>tube maître


  <tb>08<sep>bride de fixation


  <tb>11<sep>roulement


  <tb>12<sep>tube-guide


  <tb>18<sep>chambre pneumatique arrière


  <tb>19<sep>cylindre hydraulique amplificateur


  <tb>20<sep>piston du cylindre pneumatique


  <tb>21<sep>chambre pneumatique avant


  <tb>22<sep>piston du cylindre hydraulique amplificateur


  <tb>23<sep>orifice de connexion pneumatique


  <tb>24<sep>cylindre pneumatique


  <tb>25<sep>cylindre hydraulique amplificateur


  <tb>26<sep>orifice de connexion pneumatique


  <tb>27<sep>piston du cylindre hydraulique amplificateur


  <tb><sep>Fig. 5


  <tb>13<sep>poulie motrice


  <tb>14<sep>axe de commande de la pince ou plaque porte-pièce


  <tb>15<sep>pince ou plaque porte-pièce


  <tb>16<sep>pièce à usiner


  <tb>17<sep>combinaison de la Fig. 4

Claims (7)

1. Actionneur hydraulique à découplage de mouvements applicable aux actionnements où il est nécessaire d'effectuer un mouvement linéaire tout en assurant la liberté d'un mouvement de rotation, caractérisé en ce qu'un cylindre hydraulique (03) maintenu sur la partie fixe de la machine comporte un piston (01) pouvant effectuer le mouvement linéaire requis, le piston comportant une interface mécanique (11) pouvant transmettre le mouvement linéaire vers la partie en rotation (08) par l'intermédiaire d'un axe ou d'un tube maître concentrique (07) coulissant axialement dans la partie en rotation et tournant avec celle-ci, caractérisé en outre en ce que l'interface réalise un découplage entre le mouvement linéaire et le mouvement de rotation en laissant entière liberté à celui-ci.

2. Actionneur hydraulique à découplage de mouvements selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface mécanique est constituée de roulements à billes aptes à supporter une charge axiale.

3. Actionneur hydraulique à découplage de mouvements selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface mécanique est constituée de roulements à rouleaux coniques.

4. Actionneur hydraulique à découplage de mouvements selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interface mécanique est constituée de roulements à billes à double piste aptes à supporter une charge axiale plus grande que les roulements à simple piste.

5. Actionneur hydraulique à découplage de mouvements selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface mécanique est constituée d'une association d'un ou de plusieurs roulements et de butées à billes.

6. Combinaison d'un actionneur hydraulique principal à découplage de mouvements selon la revendication 1 avec un convertisseur hydropneumatique, caractérisée en ce que le convertisseur comporte un cylindre pneumatique (24) contenant un piston pneumatique de forme annulaire (20), caractérisée en outre en ce que le piston pneumatique peut entraîner dans son mouvement linéaire un ou plusieurs cylindres hydrauliques (19, 25) amplificateurs de pression comportant des pistons de section moindre que la section du piston pneumatique, les cylindres hydrauliques amplificateurs étant connectés au cylindre hydraulique principal de l'actionneur à découplage par des conduites internes, alimentant le cylindre hydraulique principal en huile en constituant un circuit hydraulique autonome confiné dans le convertisseur hydropneumatique,

dispensant ainsi l'alimentation du cylindre hydraulique principal à découplage par une pompe hydraulique externe.

7. Emploi de l'actionneur selon l'une des revendications 1 à 5 ou de la combinaison selon la revendication 6, en association avec une machine-outil, en particulier avec un tour à commande numérique de type CNC ou manuel, caractérisé en ce que la partie en rotation (08) comporte à son extrémité une bride d'adaptation à la poulie motrice (13) de la machine, rendant ainsi cette partie en rotation solidaire de la poulie de la machine, et caractérisé en outre en ce que le tube maître (07) peut commander par son mouvement axial le serrage et le desserrage du dispositif de fixation de la pièce à usiner, en particulier par l'intermédiaire du tube ou de l'axe concentrique habituellement intégré dans la broche de la machine-outil.