WO1988009239A1 - Dispositif de fixation rotatif par congelation - Google Patents

Dispositif de fixation rotatif par congelation Download PDF

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/08—Work-clamping means other than mechanically-actuated
    • B23Q3/086—Work-clamping means other than mechanically-actuated using a solidifying liquid, e.g. with freezing, setting or hardening means

Definitions

  • the present invention relates to a rotary fixing device by freezing comprising a fixed part cooperating with a movable central part.
  • a fixing mechanism for example pneumatic or magnetic, making it possible to hold on a laying, for example, parts of small thicknesses, or of complicated or variable shapes of a part to l 'other, for machining.
  • the device is characterized in that the fixed part is composed of a circumferential sheath receiving electrical elements which transmit an electric current on a continuous rotating part comprising at one of its ends a head which is provided with 'a set of organs thermally or electrically producing a temperature variation which generates on a laying surface a fixing by freezing allowing the maintenance of parts to be machined.
  • Fig. 1 shows an axial schematic section of the device comprising the rotary mechanism capped with the fixing head.
  • Fig. 2 shows a schematic axial section with the addition, on the left, of the drive motor.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of the device having external cooling.
  • Fig. 4 shows a schematic axial section of an alternative embodiment of the power supply.
  • Fig. 5 shows an axial section of an adjustable laying head.
  • Fig. 6 shows a schematic plan view in accordance with FIG. 5.
  • Fig. 7 shows a partial axial view of a fixing head provided with electric heating elements.
  • the fixing device object of the present invention which comprises, with reference to Figure 1, an outer sheath 1, composed of a body 2 serving in positioning the ball bearings 3-4 .
  • the body 2 is integral with a support ring 5 which cooperates with a sleeve 6 allowing the supply of a coolant by means of a radial passage hole 7 opening in a circumferential groove machined on said sleeve and communicating with the bore 8 in the shaft 9.
  • a passage hole 12 is also provided in the sleeve 6 for the eva ⁇ cuation of the coolant from the Peltier elements.
  • the sleeve 6 being inserted between the support ring 5 and a cage 15 serving to support the terminals 16 which supply electrically, via the brushes 17, a collector 18 which allows the transmission of an electric current in a channel of distri ⁇ bution, not shown, located in one "shaft 9, and alimen ⁇ both Peltier elements in a head 25.
  • a flange 19 is also provided to cover the device.
  • the bore 8 is arranged so as to be communicating with a channel pierced axially in the shaft 9 and opening into the alen ⁇ towers on the so-called hot side of the Peltier elements which are located in an insulating body forming part of the head 25.
  • Seals 22 serve to seal the different parts 2,5,6,15 together perfectly.
  • the head 25 On one end of the shaft 9 is mounted the head 25 which is composed of a set of members relating to the cooling elements 26 producing a Peltier effect, known and therefore not described.
  • the elements 26 being in contact with a fixing plate 27 called cold plate, serving as a base for the workpieces or intermediate laying, not shown and which are fixed by the freezing of a liquid, produced by the refrigeration of the plate 27 .
  • the Peltier elements are in addition by their opposite faces, in contact with a so-called hot plate used for the evacuation of the heat, produced by the Peltier effect, outside the device.
  • the head 25 being driven in unlimited rotation, step by step or continuously by means of the shaft 9 for all kinds of machining.
  • the liquid for fixing the workpiece can be applied to water, to distilled water to avoid stains on the finished parts, or to special liquids, the viscosity of which gives a better distribution. fixing power.
  • the shaft 3 ⁇ supporting the head (not shown) is driven by means of a motor 31 mounted on the end opposite to the head, a rotary sensor 32 allowing the control of the movements for the machining of the parts held by freezing.
  • the electrical supply and the coolant for the Peltier elements can also be carried out by means of a special flange located at one of the ends of the shaft 9 which is entrained in this execution, by conventional means.
  • the device 35 is provided with a cooling mechanism 36 composed of a nozzle 37 and a support 38, the coolant being directed onto a so-called hot plate 39, * touching Peltier elements.
  • the head 40 being rotary, unlimited, step by step or continuously, according to the basic principle which has been described in the present invention.
  • the electrical supply 45 of the Peltier elements is carried out by means of an electromagnetic assembly 46 without contacts.
  • the head 47 is always secured to the shaft 48.
  • FIGS. 5-6 show a head 50 provided with a centering mechanism 51 which is composed of screws 52 and 53 enabling the axes X and Y to be taken up in the direction of the arrows.
  • the centering mechanism 51 being placed between a shaft 54 and the head 50 containing the Peltier elements 55 to avoid excessive heat loss.
  • FIG. 7 shows a head 60 supporting a so-called cold plate 61 receiving a setting 62 which positions a part 63 for its machining.
  • the particularity of this execution consists in the use of electric heating elements 65 which serve for the rapid thawing of the part 63.
  • the thawing can be obtained by electrical means, by a jet of hot air on the part, by a flow of steam of water or even by means of a high frequency device or directly by the Peltier elements. .
  • the regulation and the thermal control of the freezing of fixation can be done by means of a probe being at the level of the Peltier elements, by an infrared or optoelectronic device without contact, aiming at a point of the so-called cold plate the fitting or the workpiece, which is thus automatically checked.

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Abstract

Dispositif de fixation rotatif par congélation comprenant un fourreau (1) fixe recevant un arbre tournant (9) dont l'une des extrémités est solidaire d'une tête (25) renfermant des éléments Peltier qui sont alimentés électriquement par un collecteur (18) et refroidis par des canaux (7-12) servant au passage d'un liquide. Les éléments Peltier réfrigérant une plaque dite froide (25) qui provoque la fixation par congélation d'un posage supportant une pièce à usiner. Le champ d'application du présent dispositif étant compris dans le domaine de la machine-outil, de la micro-électronique, des appareils médicaux et techniques en général.

Description

DISPOSITIF DE FIXATION ROTATIF PAR CONGELATION
La présente invention a pour objet un dispositif de fixation rotatif par congélation comprenant une partie fixe coopérant avec une partie centrale mobile.
Diverses circonstances se présentent pour lesquelles il est né¬ cessaire de faire appel à un mécanisme de fixation par exemple pneumatique ou magnétique permettant de maintenir sur un posage par exemple de pièces de faibles épaisseurs, ou de formes compliquées ou variables d'une pièce à l'autre, en vue d'un usinage.
Ces principes de fixation ne peuvent pas toujours être appli¬ qués notamment lorsque la matière est amagnëtique ou lorsque les pièces sont fragiles et petites et se rapportent à l'horo- étrie ou à la microélectronique, ou encore lorsque la pièce nécessite la création d'un dessin figuratif sur l'une des faces.
Pour obvier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, on a créé un dispositif faisant appel au principe "Peltier" qui produit une fixation par congélation sur une tête rotative continue qui peut être pourvu d'un posage. Il est ainsi possible de pra¬ tiquer des usinages demandant des mouvements rotatifs de la pièce.
Le dispositif est caractérisé en' ce que la partie fixe est com¬ posée d'un fourreau circonférentiel recevant des éléments élec¬ triques qui transmettent un courant électrique sur une partie rotative continue comportant à l'une de ses extrémités une tête qui est pourvue d'un ensemble d'organes produisant ther o- électriquement une variation de température qui engendre sur une surface de posage une fixation par congélation permettant le maintien de pièces à usiner.
Les caractéristiques de l'invention de même que différentes formes d'exécution ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La fig. 1 montre une coupe schématique axiale du dispositif comprenant le mécanisme rotatif coiffé de la tête de fixation.
La fig. 2 montre une coupe schématique axiale avec adjonction, sur la partie gauche, du moteur d'entraînement.
La fig. 3 montre une vue en plan schématique du dispositif ayant un refroidissement extérieur.
La fig. 4 montre une coupe axiale schématique d'une variante d'exécution d'alimentation électrique.
La fig. 5 montre une coupe axiale d'une tête de posage réglable.
La fig. 6 montre une vue en plan schématique conforme de la figure 5.
La fig. 7 montre une vue partielle axiale d'une tête de fixa¬ tion pourvue d'éléments électriques chauffants.
On va maintenant décrire en détail, le dispositif de fixation, objet de la présente invention qui comprend, en regard de la figure 1, un fourreau extérieur 1, composé d'un corps 2 ser¬ vant au positionnement des roulements à billes 3-4. Le corps 2 est solidaire avec une bague d'appui 5 qui coopère avec un manchon 6 permettant l'alimentation d'un liquide de refroidissement au moyen d'un trou de passage radial 7 débou¬ chant dans une rainure circonférentielleusinée sur ledit manchon et communiquant avec le perçage 8 dans l'arbre 9. Un trou de passage 12 étant également prévu dans le manchon 6 pour l'éva¬ cuation du liquide de refroidissement des éléments Peltier. Le manchon 6 étant inséré entre la bague d'appui 5 et une cage 15 servant de support aux bornes 16 qui alimentent électriquement, par l'intermédiaire des balais 17, un collecteur 18 qui permet la transmission d'un courant électrique dans un canal de distri¬ bution, non représenté, se trouvant dans 1"'arbre 9, et alimen¬ tant les éléments Peltier se trouvant dans une tête 25. Une flasque 19 est également prévue pour faire cache de fermeture du dispositif.
Le perçage 8 est agencé de manière à être communiquant avec un canal percé axialement dans l'arbre 9 et débouchant dans les alen¬ tours du côté dit chaud des éléments Peltier qui se trouvent dans un corps isolant faisant partie de la tête 25.
Des joints d'étanchéité 22 servent à rendre parfaitement étanche les différentes parties 2,5,6,15 entre elles.
Sur l'une des extrémités de l'arbre 9 est monté la tête 25 qui est composée d'un ensemble d'organes se rapportant aux éléments réfrigérants 26 produisant un effet Peltier, connu et par consé¬ quent non décrit.
Les éléments 26 étant en contact avec une plaque de fixation 27 dite plaque froide, servant de base aux pièces à usiner ou de posage intermédiaire, non représentés et qui sont fixés par la congélation d'un liquide, produite par la réfrigération de la plaque 27.
Les éléments Peltier sont en plus par leurs faces opposées, en contact avec une plaque dite chaude servant à l'évacuation de la chaleur, produite par l'effet Peltier, à l'extérieur du disposi¬ tif.
La tête 25 étant entraînée en rotation illimitée, pas à pas ou en continu au moyen de l'arbre 9 pour toute sorte d'usinage. En inversant la polarité des bornes 16, il est possible de chauffer rapidement la plaque 27 pour le déchargement de la pièce terminée. Par simple coupure du courant, on annule l'effet Peltier et on obtient un réchauffement naturel.
Le liquide pour la fixation de la pièce à usiner peut se rappor¬ ter à de l'eau, à de l'eau distillée pour éviter des taches sur les pièces finies, ou encore à des liquides spéciaux, dont la viscosité donne une meilleure répartition du pouvoir de fixation.
En plus, il est possible d'utiliser une pâte qui devient un corps rigide de fixation sous l'effet de la congélation, ou encore une matière spongieuse. Le liquide de fixation, respectivement la basse température des masses provoque la dissipation de la cha¬ leur engendrée par l'usinage.
Dans une variante d'exécution fig. 2, l'arbre 3θ supportant la tête (non représentée) est entraîné au moyen d'un moteur 31 monté sur l'extrémité opposée à la tête, un capteur rotatif 32 permettant l'asservissement des mouvements pour l'usinage des pièces tenues par congélation.
L'alimentation électrique et du liquide de refroidissement des éléments Peltier, peut également être réalisée par l'intermé¬ diaire d'une flasque spéciale se trouvant a l'une des extrémi¬ tés de l'arbre 9 qui se trouve entraîné, dans cette exécution, par des moyens conventionnels.
Dans l'exécution de la fig. 3 le dispositif 35 est pourvu d'un mécanisme de refroidissement 36 composé d'une buse 37 et d'un support 38, le liquide de refroidissement étant dirigé sur une plaque dite chaude 39,* touchant des éléments Peltier. La tête 40 étant rotative, illimitée, pas à pas ou en continu, selon le principe de base qui a été décrit dans la présente in¬ vention.
Dans la variante d'exécution se rapportant à la fig. 4, l'ali¬ mentation électrique 45 des éléments Peltier est réalisée au moyen d'un ensemble électro-magnétique 46 sans contacts. La tête 47 étant toujours solidaire de l'arbre 48.
Les figures 5-6 montrent une tête 50 pourvue d'un mécanisme de centrage 51 qui est composé de vis 52 et 53 permettant le rattrapage des axes X et Y dans le sens des flèches. Le méca¬ nisme de centrage 51 étant placé entre un arbre 54 et la tête 50 contenant les éléments Peltier 55 pour éviter une déperdi¬ tion calorifique trop grande.
Le centrage pouvant se faire également directement au niveau du posage de la pièce. La figure 7 montre une tête 60 supportant une plaque dite froid 61 recevant un posage 62 qui positionne une pièce 63 en vue de son usinage. La particularité de cette exécution consiste en l'utilisation d'éléments de chauffage 65 électriques qui serven au dégel rapide de la pièce 63.
On rappellera que le dégel peut être obtenu par des moyens élec triques, par un jet d'air chaud sur la pièce, par un flux de vapeur d':eau ou encore au moyen d'un dispositif haute fréquence ou directement par les éléments Peltier.
La régulation et le contrôle thermique de la congélation de fi¬ xation peut se faire au moyen d'une sonde se trouvant au niveau des éléments Peltier, par un dispositif infrarouge ou opto-élec tronique sans contact, visant un point de la plaque dite froide du posage ou de la pièce à usiner, qui se trouvent ainsi contrô lés automatiquement.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispositif de fixation rotatif par congélation comprenant une partie fixe coopérant avec une partie centrale mobile, caractérisé en ce que la partie fixe est composée d'un fourreau circonférentiel recevant des éléments électriques qui transmettent un courant électrique sur une partie rota¬ tive continue comportant à l'une de ses extrémités une tête qui est pourvue d'un ensemble d'organes produisant ther o- électriquement une variation de température qui engendre sur une surface de posage une fixation par congélation per¬ mettant le maintien de pièces à usiner.
2. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractéri¬ sé en ce que le fourreau circonférentiel est composé d'un corps (2), d'une bague d'appui (5), d'un manchon (6) et d'une cage (15) agencée de manière à recevoir, sur le plan radial, des bornes (16) connectées aux balais (17) qui transmettent un courant électrique sur un collecteur (18) monté sur un arbre tournant (9) qui est pourvu d'un canal de distribution axial alimentant des éléments Peltier montés dans une tête (25) .
3. Dispositif de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon (6) est percé radialement de trous de passage débouchant dans des rainures qui communiquent avec des perçages usinés dans un arbre (9) tournant, ces perçages débouchant sur deux canaux séparés de distribution et d'éva¬ cuation d'un liquide de refroidissement nécessaire aux élé¬ ments Pe1tier_
4. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie rotative est composée d'un arbre (9) dont l'une des extrémités est pourvue d'une tête (25) rece¬ vant des éléments Peltier qui provoquent, sur une plaque de posage, par congélation, la fixation de pièces à usiner, les éléments Peltier étant contrôlés par une sonde thermique se trouvant dans la tête (25) et permettant de faire la régula¬ tion et la surveillance automatique de la température de congélation.
5. Dispositif de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre tournant (9) est entraîné au moyen d'un moteur (31) monté en bout d'arbre, et qui peut être muni d'un capteur rotatif (32) permettant l'asservisse¬ ment des mouvements d'usinage de pièces tenues par congéla¬ tion.
6. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie fixe se rapportant au corps (2) est pourvu d'un support (38) servant à la fixation d'une buse (37) qui dirige un liquide de refroidissement sur l'extéri¬ eur d'une plaque dite chaude (39) touchant les éléments Peltier.
7. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission du courant électrique sur l'arbre (48) est réalisée par des moyens électro-magnétique (46) sans contact.
8. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête est composée d'un mécanisme de centrage (51) monté sur un arbre tournant (54) qui permet le réglage radial, respectivement le rattrapage des axes X et Y au moyen des vis (52-53) .
9. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête (60) contenant les éléments Peltier, est coiffée par une plaque dite froide (61) pourvue d'éléments de chauffage (65) indépendants et servant au dégel rapide pour l'évacuation d'une pièce (63) terminée.
10. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces à usiner sont dégelées rapidement au moyen d'eau, de vapeur d'eau, d'air comprimé, par haute fré¬ quence.
11. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation par congélation est réalisée au moyen d'un liquidera'une matière spongieuse, d'une pâte qui, en se solidifiant, permet le maintien de pièces à usiner.
12. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la congélation de fixation est contrôlée thermi- quement au moyen d'un système à infrarouge ou opto-électro- nique visant une partie d'une plaque dite froide touchant les éléments Peltier et servant de base au posage, recevant la pièce à usiner, ou visant directement ledit posage et/ou la pièce à usiner.
13. Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie rotative est composée d'un arbre (9) ayant un mouvement rotatif illimité ou pas à pas.
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