Une pince angulaire pneumatique est un organe terminal alimenté en air comprimé. Elle déplace un piston, transmet ce mouvement linéaire par un mécanisme à crémaillère et pignon, à levier, à came ou à genouillère, puis fait pivoter deux mors synchronisés autour d’axes fixes. Les doigts rapportés décrivent donc des arcs et non des trajectoires rectilignes. Par conséquent, le rayon de contact, l’angle des doigts, l’enveloppe de dégagement et la force disponible sur la pièce peuvent tous varier pendant l’ouverture et la fermeture. Le distributeur détermine le sens de déplacement du piston, tandis que le mécanisme interne détermine le mouvement des mors. Les performances de préhension utiles doivent donc être établies à partir des courbes de force ou de couple du modèle choisi, et non d’un coefficient universel attribué à un coin.
Points essentiels
- Les doigts d’une pince angulaire pivotent suivant un arc; ils ne restent pas parallèles pendant la course.
- SMC indique un couple de préhension effectif de 0.10 à 1.36 N·m à 0.5 MPa pour quatre tailles MHC2.
- Vérifiez séparément la force au rayon de contact réel, les charges admissibles sur les doigts, le jeu, la détection et l’état hors pression.
Pour élargir la sélection du type de pince, comparez ce guide du mécanisme avec la présentation des différents types de pinces pneumatiques et le comparatif détaillé entre pinces parallèles et angulaires. Le présent article se concentre sur ce qui se passe à l’intérieur d’une pince angulaire et sur les conséquences de ce mouvement au niveau des doigts.
De la course du piston pneumatique à la rotation des mors
Une pince angulaire peut regrouper toute la chaîne de conversion air-mouvement des mors dans un corps compact. Le catalogue MHC2 de SMC indique une plage totale d’ouverture et de fermeture de 30° à -10°, tandis que les quatre alésages standard fournissent un couple de préhension effectif de 0.10 à 1.36 N·m à 0.5 MPa (SMC, consulté en 2026).
La séquence commence lorsqu’un distributeur raccorde une chambre à l’alimentation en air et l’autre à l’échappement. La différence de pression agit sur la surface du piston et crée une poussée linéaire. Dans une pince à double effet, l’inversion du distributeur inverse la course du piston. Dans une version à simple effet, l’air commande un sens et un ressort définit le sens de retour.
Le piston entraîne ensuite la transmission. Des engrenages, des biellettes, des profils de came ou des genouillères transforment sa translation en rotation au niveau des deux axes de mors. Un entraînement positif synchronise les mors de base; une pression identique ne suffit pas. Les doigts sur mesure se fixent sur ces mors et définissent les points de contact réels.
Cette distinction est importante pour diagnostiquer le mouvement. Un distributeur peut commuter correctement alors qu’un doigt heurte le montage. Un piston peut atteindre sa fin de course alors que la pièce est absente. La chaîne est pneumatique à l’entrée, mécanique dans sa partie centrale et géométrique au contact de la pièce.
Pour la solution à mouvement rectiligne, voyez comment une pince pneumatique parallèle synchronise ses mors opposés.
Quels mécanismes entraînent réellement les mors angulaires ?
Il n’existe pas une transmission universelle pour toutes les pinces angulaires. Festo spécifie une conception à crémaillère et pignon pour la HGWC, tandis que la GG1000 de Zimmer utilise un mécanisme à levier à entraînement positif pour synchroniser ses mors. SCHUNK mentionne un entraînement par engrenage à levier et un rappel par ressort sur la SGB 50 (Festo, 2016; Zimmer, consulté en 2026; SCHUNK, consulté en 2026).
Ces mécanismes résolvent le même problème de conversion de différentes manières:
| Mécanisme | Conversion du mouvement | Conséquence technique |
|---|---|---|
| Crémaillère et pignon | Une crémaillère entraînée par le piston fait tourner un pignon relié aux mors | Synchronisation angulaire positive; le jeu des engrenages contribue au jeu fonctionnel |
| Engrenage à levier ou biellettes | La poussée du piston agit par l’intermédiaire de leviers ou d’engrenages articulés | Ensemble compact; le couple de sortie varie avec la géométrie des biellettes |
| Came et galet suiveur | Une surface d’entraînement profilée déplace un galet relié à chaque mors | Le profil commande le déplacement et l’avantage mécanique sur toute la course |
| Genouillère | Les biellettes approchent d’une configuration presque alignée à la fermeture | Forte capacité de maintien près de la position finale prévue; le comportement au desserrage dépend du modèle |
Le nom du produit ne révèle pas à lui seul tout le chemin de charge. Deux pinces peuvent avoir le même angle d’ouverture, mais des pistons, des entraxes d’axes, des guidages, un sens de ressort ou des courbes de force différents. Une vue éclatée et les données de force du fabricant sont plus utiles que le classement systématique de chaque produit dans une catégorie générale « came » ou « coin ».
La meilleure question à poser sur le mécanisme n’est pas: « Quelle transmission multiplie le plus la force ? » Il faut déterminer où le mécanisme fournit un couple utilisable, quel jeu apparaît à l’extrémité du doigt et si le contact en production se situe dans la plage de la courbe publiée. Un avantage mécanique théorique élevé hors de la position de mors prévue présente peu d’intérêt.
Pourquoi l’extrémité du doigt décrit-elle un arc ?
Le mouvement angulaire place chaque point du doigt sur une trajectoire circulaire autour de l’axe du mors. Festo propose des variantes HGWC avec un angle d’ouverture maximal de 30° ou 80°; l’enveloppe balayée peut donc varier considérablement, même au sein d’une seule famille de produits (Festo, 2016).
Si l’extrémité d’un doigt se trouve à un rayon r de l’axe et tourne d’un angle θ, son déplacement peut être décomposé comme suit:
Variation horizontale = r x (cosinus θ1 - cosinus θ2)
Variation verticale = r x (sinus θ2 - sinus θ1)
Longueur d'arc = r x |θ2 - θ1|, avec l'angle en radiansCes équations décrivent le mouvement, pas la force de préhension. Elles permettent de vérifier si le doigt dégage la paroi d’un logement, si son patin roule sur la pièce et si un mors ouvert risque de heurter une protection. À variation angulaire identique, doubler le rayon du doigt double la longueur de l’arc.
Que se passe-t-il au contact ? Sauf si le patin est profilé pour compenser, son orientation tourne avec le mors. Un patin plat peut d’abord toucher une arête, puis augmenter sa surface de contact à mesure que le mors se ferme. Un doigt profilé peut au contraire saisir un épaulement ou une forme cylindrique. Les mors angulaires ne centrent pas automatiquement toutes les pièces irrégulières.
Modélisez dans la CAO l’enveloppe balayée avec la longueur de doigt maximale autorisée, l’angle d’ouverture total, les tolérances de fabrication et les erreurs de montage. Incluez les tuyaux, les câbles de capteurs, les fixations, les outillages voisins et la trajectoire d’extraction de la pièce. Le seul contour du corps ne suffit pas.
Comment interpréter le couple de préhension et la force des doigts ?
Les fabricants peuvent publier un couple, une force de doigt ou les deux. SCHUNK indique par exemple un couple de fermeture de 4.95 N·m, une force de fermeture de 825 N pour une longueur de doigt nulle et une longueur maximale de doigt de 50 mm pour la SGB 50, dans les conditions précisées (SCHUNK, consulté en 2026).
Le couple de préhension est le couple de sortie du système de mors. Une première approximation géométrique relie le couple à la force tangentielle:
Force tangentielle à un contact = couple de mors applicable / rayon de contactN’utilisez pas cette expression avant d’avoir clarifié la définition du catalogue. SCHUNK définit le couple de fermeture de la SGB comme la somme arithmétique des couples de chaque mors. Un autre fabricant peut publier la force effective par doigt à un point de préhension donné. Diviser le couple total de deux mors par un seul rayon sans vérifier la définition peut doubler la force de contact attendue.
Pour une préhension par friction, estimez la force requise par mors avant de consulter la courbe du produit:
Force requise par mors = m x (g + a) x S / (μ x n)Ici, m est la masse de la pièce, a l’accélération dans le sens possible du glissement, S le coefficient de sécurité retenu, μ un coefficient de frottement prudent et n le nombre de mors partageant la charge. Le calculateur de force pour pince pneumatique permet d’effectuer ce calcul préliminaire de friction.
Prenons une pièce de 1,5 kg accélérée vers le haut à 4 m/s², avec deux mors, μ = 0.25 et S = 2. L’estimation donne 82.9 N par mors. Il s’agit de la force de contact nécessaire, et non d’une autorisation de choisir n’importe quelle pince dont l’alésage pourrait théoriquement produire 82.9 N. Confirmez la force disponible à la pression, à l’angle des mors, au rayon de contact et au porte-à-faux des doigts réels.
La marge de force et la marge de charge des mors sont deux notions différentes. Une pince peut générer assez de force tangentielle pour éviter le glissement, alors qu’un doigt déporté dépasse le couple admissible sur le mors de base. Contrôlez séparément le calcul de maintien et les charges admissibles Mx, My, Mz et axiales.
Pourquoi l’angle d’un coin ne prouve-t-il pas à lui seul l’irréversibilité ?
La MHT2 de SMC est explicitement une pince à genouillère: le fabricant indique que ce mécanisme assure une force stable et maintient la pièce lorsque l’alimentation en air est coupée. Cette caractéristique propre au produit ne peut pas être déduite d’un angle de coin générique ni transposée à toutes les pinces angulaires (SMC MHT2, consulté en 2026).
Les équations idéales du plan incliné omettent le sens du frottement, la souplesse des biellettes, les tolérances, l’usure, les chocs et le véritable chemin de retour de l’effort. Elles peuvent illustrer un compromis géométrique, mais elles ne certifient pas l’irréversibilité d’une pince. Même le terme « maintien » doit être précisé: le mécanisme conserve-t-il la force nominale, empêche-t-il seulement une ouverture immédiate ou supporte-t-il en sécurité une pièce suspendue malgré les fuites et les vibrations ?
Une pince fermée par ressort, un mécanisme à genouillère et un clapet antiretour piloté répondent à des problèmes différents. Le ressort stocke de l’énergie mécanique. La genouillère résiste au mouvement inverse près d’une position définie. Le clapet emprisonne la pression pneumatique, laquelle peut encore décroître à travers les joints, les raccords, les tuyaux ou le distributeur lui-même.
Traitez le comportement en cas de perte d’air comme une fonction de sécurité de la machine. Vérifiez le modèle exact, la géométrie des doigts, l’orientation de la charge, la position centrale du distributeur, le chemin d’échappement, la pression résiduelle, la séquence de redémarrage et les fuites prévisibles. L’ISO 4414 donne des exigences générales de sécurité pour les systèmes pneumatiques, mais l’analyse complète des risques de la machine doit déterminer si le relâchement ou le maintien de la pièce présente le risque le plus faible (ISO 4414, 2010).
Quelles sont les conséquences de la longueur des doigts et de l’angle des mors ?
La longueur des doigts modifie à la fois la trajectoire de contact et la charge appliquée à la pince. SCHUNK limite la SGB 50 à une longueur de doigt maximale de 50 mm et trace la force de préhension en fonction de cette longueur, tandis que sa courbe de couple de fermeture varie avec l’angle d’ouverture (SCHUNK, consulté en 2026).
Des doigts plus longs augmentent le rayon de contact. À couple de mors égal, la force tangentielle diminue généralement lorsque le rayon augmente. Le porte-à-faux supérieur amplifie également les moments de flexion dus au poids de la pièce, à l’accélération, au contact excentré et aux chocs. Parallèlement, l’extrémité du doigt parcourt une distance plus grande pour chaque degré de rotation du mors.
L’angle des mors modifie la direction de la force de contact par rapport à la pièce. Sur une pièce plane, le patin peut glisser ou rouler pendant la fermeture. Dans un logement profilé, la force peut se décomposer en une composante de positionnement et une composante de serrage. Le frottement, la rigidité des doigts et les tolérances de la pièce déterminent alors la répartition de la charge.
Faut-il une pince plus puissante ou un meilleur doigt ? Un doigt à prise positive qui retient un épaulement peut réduire la dépendance au frottement, mais il impose des exigences dimensionnelles et de dégagement au relâchement. Un patin souple plus grand peut protéger une surface fragile, mais sa compliance peut réduire la précision de positionnement. La conception des doigts fait partie du mécanisme; ce n’est pas un accessoire à définir après le dimensionnement.
Vérifiez au minimum ces quatre positions dans la CAO et sur les courbes du fabricant: ouverture complète, premier contact possible, contact nominal en production et fermeture complète sans pièce. La position sans pièce est importante, car les capteurs peuvent signaler « fermé » alors qu’aucune pièce n’a été saisie.
Comment interagissent les capteurs, les ressorts et l’état hors pression ?
La détection de position et le maintien de la force sont deux fonctions distinctes. Festo indique une détection de position par capteur de proximité pour la HGWC et une répétabilité de 0.05 mm ou mieux, tandis que la GG1000 de Zimmer utilise un aimant permanent pour détecter le piston et peut intégrer une réserve d’énergie par ressort pour sécuriser la force de préhension (Festo, 2016; Zimmer, consulté en 2026).
Un capteur magnétique monté sur le corps détecte généralement la position du piston ou de l’entraînement, pas la force de contact. Un capteur « ouvert » peut confirmer le retour du mécanisme dans sa zone de référence. Un capteur « fermé » peut indiquer que le piston a franchi un point de commutation. Aucun des deux ne prouve que la pièce est présente, correctement positionnée ou maintenue avec une force suffisante.
Pour confirmer la présence de la pièce, combinez les signaux en fonction du risque: deux fenêtres de position des mors, un capteur de présence externe, une surveillance de pression, un contrôle de position du robot ou un dispositif dédié de détection de prise. Le choix dépend de la variation des pièces et des conséquences d’une prise manquée.
Le sens du ressort compte également. Une pince normalement ouverte à simple effet relâche lorsque la pression chute; une configuration normalement fermée applique la force du ressort. Un modèle à double effet peut rester là où le frottement le maintient, se déplacer sous une charge externe ou s’ouvrir à mesure que la pression emprisonnée décroît. Ne déduisez jamais l’état sûr des seules mentions « simple effet » ou « double effet ».
Le circuit doit définir ce qui se produit lors d’un arrêt d’urgence, de la mise hors tension du distributeur, d’une rupture de tuyau, d’une baisse lente de pression, d’une purge manuelle et du redémarrage. Pour l’aspect pneumatique de cette séquence, examinez comment un électrodistributeur dirige l’air comprimé et comment une perte de charge modifie les performances de l’actionneur.
Comment diagnostiquer le jeu, les points durs et les contacts inégaux ?
Les termes de précision décrivent des erreurs différentes. Festo spécifie pour la HGWC une répétabilité de 0.05 mm ou mieux, un jeu des mors jusqu’à 0.1 mm, un jeu angulaire jusqu’à 0.5° et une interchangeabilité jusqu’à 0.2 mm. Un seul nombre ne peut pas remplacer les autres (Festo, 2016).
Partez du symptôme et suivez toute la chaîne, de l’air au contact:
| Symptôme | Premiers contrôles | Zone probable à isoler |
|---|---|---|
| Les deux mors sont lents dans les deux sens | Pression dynamique, débit du distributeur, régleurs de vitesse, restriction à l’échappement, diamètre du tuyau | Alimentation en air ou circuit du distributeur |
| Les mors bougent mais la pièce glisse | Pression au contact, frottement des patins, accélération, rayon de contact, flexion des doigts | Dimensionnement ou géométrie des doigts |
| Un mors semble avancer avant l’autre | Doigt desserré, collision, jeu d’axe, jeu des engrenages ou des biellettes | Outillage ou transmission |
| Le mouvement est saccadé près d’un angle | Interférence externe, contamination, surface de contact endommagée, charge latérale | Trajectoire du doigt, palier, came ou biellettes |
| Le capteur change d’état sans pièce | Position du capteur, position de fermeture à vide, logique du capteur | Stratégie de détection |
| Les mors s’ouvrent après isolement de l’air | Sens du ressort, fuite du volume emprisonné, charge externe, dispositif de retenue | Circuit et conception de l’état sûr |
Mesurez la pression pendant le cycle de la pince, puis au moment où elle entre en contact avec la pièce. La pression statique du régulateur peut rester correcte alors que la pression au point d’utilisation s’effondre lors de demandes simultanées. Si les deux mors ralentissent ensemble, vérifiez le chemin d’air commun avant de démonter l’entraînement mécanique.
Si un seul côté se comporte différemment, mettez l’installation hors énergie en sécurité et inspectez d’abord les deux doigts sur mesure. Un doigt tordu, une fixation desserrée, un patin inégal ou une collision avec le montage peuvent imiter un jeu interne. Les doigts longs rendent les petits jeux d’axe plus visibles au point de contact.
Les intervalles de maintenance doivent provenir du manuel du modèle choisi. SMC indique que la MHC2 concernée fonctionne sans lubrification, tandis que Zimmer annonce jusqu’à 10 millions de cycles sans maintenance pour la série GG1000 (SMC, consulté en 2026; Zimmer, consulté en 2026). Aucune de ces indications ne justifie un calendrier universel de relubrification.
Une position d’extrémité de doigt variable ne signifie pas automatiquement que la répétabilité est mauvaise. Il peut s’agir de l’amplification normale du jeu angulaire par un grand rayon. Mesurez au niveau de la référence du mors de base et au point de contact réel, puis comparez chaque résultat à la définition correspondante du catalogue.
FAQ
Les caractéristiques des pinces angulaires varient suffisamment pour que les données du modèle remplacent les règles empiriques. Dans les exemples de ce guide, les plages d’ouverture comprennent 8°, 30° et 80°, tandis que la répétabilité varie de 0.01 à 0.1 mm selon le modèle et la définition du fabricant (SMC, consulté en 2026; Festo, 2016; SCHUNK, consulté en 2026).
Les pinces angulaires pneumatiques centrent-elles naturellement les pièces irrégulières ?
Non. Leurs mors tournent symétriquement lorsque le mécanisme les synchronise positivement, mais la pièce ne se centre que si la géométrie des doigts, les surfaces de contact, le frottement et la liberté laissée par le montage créent un chemin de charge de centrage. Une pièce irrégulière peut toucher un doigt avant l’autre ou se déplacer lorsque l’angle du patin change. Validez le centrage avec les doigts définitifs et les tolérances de production.
La force de préhension reste-t-elle constante sur tout l’angle d’ouverture ?
Pas nécessairement. La géométrie des biellettes, le profil de came, la pression, le frottement et le rayon de contact peuvent modifier la force ou le couple utilisable sur la course. Certains produits visent une sortie presque constante, tandis que d’autres publient des courbes dépendant de l’angle. Lisez la courbe du fabricant à l’angle de contact et à la longueur de doigt prévus, au lieu d’appliquer partout une force nominale unique.
Une pince angulaire à coin peut-elle maintenir une pièce après une perte d’air ?
Seulement si le fabricant documente une fonction de maintien ou de verrouillage adaptée à ce modèle et à cette position précis. L’angle du coin ne prouve pas à lui seul une retenue sûre. Une pince à genouillère telle que la MHT2 de SMC est spécifiquement conçue pour maintenir après la coupure d’air, mais la charge utile, les doigts, l’état du distributeur, les fuites, les vibrations et l’analyse des risques de la machine doivent encore être vérifiés.
Comment calculer la force d’une pince angulaire ?
Estimez d’abord la force de contact nécessaire à partir de la masse, de l’accélération, du frottement, du nombre de mors et d’un coefficient de sécurité justifié. Utilisez ensuite la courbe de couple de préhension ou de force des doigts du fabricant à la pression, à l’angle des mors et au rayon de contact réels. Enfin, vérifiez la longueur de doigt autorisée, les moments sur les mors, la pression de surface, la déformation de la pièce et l’état hors pression.
Quelle est la différence entre répétabilité et jeu ?
La répétabilité décrit la capacité du mécanisme à revenir près d’une position antérieure dans les conditions indiquées. Le jeu correspond au mouvement perdu dans les interstices lorsque la charge ou le sens change. Une pince peut être très répétable lorsqu’elle approche toujours dans le même sens, tout en présentant un déplacement notable de l’extrémité du doigt sous une charge inversée, surtout lorsque des doigts longs amplifient le jeu angulaire.
Sources
Les six références principales ci-dessous couvrent quatre mécanismes distincts et trois angles d’ouverture documentés: 8°, 30° et 80°. Il s’agit de catalogues de fabricants ou de pages de normes; les numéros de modèle, les conditions et les définitions doivent donc accompagner chaque caractéristique extraite au lieu d’être présentés comme des limites universelles pour les pinces angulaires (SMC, consulté en 2026).
- SMC, « Pince pneumatique angulaire MHC2 », consulté en 2026 : https://www.smcworld.com/catalog/en/rotary_airchuck/MHC2-E/7-6-3-p0807-0815-MHC2_en/data/7-6-3-p0807-0815-MHC2_en.pdf
- SMC, « Pince pneumatique à genouillère MHT2 », consulté en 2026 : https://www.smcworld.com/webcatalog/en-my/rotary-actuators-air-grippers/angular-type-air-grippers/MHT2-Z-E
- Festo, « Pinces angulaires HGWC », 2016 : https://ftp.festo.com/Public/PNEUMATIC/SOFTWARE_SERVICE/Documentation/2016/US/HGWC_ENUS.PDF
- SCHUNK, « Pince angulaire SGB 50 », consulté en 2026 : https://schunk.com/us/en/gripping-systems/angular/radial-gripper/sgb/sgb-50/p/000000000000305201
- Zimmer Group, « Série GG1000, pinces angulaires à 2 mors », consulté en 2026 : https://www.zimmer-group.com/en/products/components/handling-technology/2-jaw-angular-grippers/series-gg1000
- ISO, « ISO 4414:2010 Transmissions pneumatiques », 2010 : https://www.iso.org/standard/44790.html