Brevet FR2034378A1 — publié le 19701211

La présente invention a trait à un plateau de machine-outil à trois possibilités de mouvements et a' rattrapage automatique de jeu. Ledit plateau est plus particulièremont applicable aux nachines-outils telles que des fraiseuses , perceuses, mortaiseuses, aléseuses, et autres nachines-outils similaires. Dans les m-chines-èutils-nodernes,et notamment dans les machi nes-out,ls à col-lmande nunérique,les mouveraents de translation et de rotation dedivers organes, et en particulier du plateau porteobjet, doivent être assurés sans présenter le moindre jeu. Il est en effet connu que la présence d'un jeu mécanique môme très minine entre des organes tels que pignons, couronnes, axes, paliers et autres, entraîne un fonctionnement instable ou peu précis des servomécanismes contrôlant les mouvements de translation et de rotation susmentionnés. Les constructeurs de telles machines ont donc été conduits à étudier et à mettre au point des organes et des dispositifs permettant de supprimer ou de compenser de tels jeux. On connalat en particulier des dispositifs de rattrapage auto mati que du jeu présenté par un couple pignons-crémaillere dans lesquels on met en oeuvre un couple intermédiaire de pignons engrenant mutuellement et présentant tous deux des dentures hélicoîdales mais de pas inverses. L'un de ces pignons est monté sur l'arbre d'entraîn- nement rotatif soumis, par ailleurs, à la poussée longitudinale permanente exercé par un vérin,par exemple.Mais/cette poussée est en conséquence, transmise en permanence aux deux pignons du coule pignons-crémaillere susdit par l'intermédiaire des pignons hélicoldaux et il en résulte que les dents des pignons du couple se trouvent constamment appliquées contre les dents de la crémaillère par rotation desdits pignons en sens inverse l'une de l'autre, les directions des rotations susdites pouvant âtre soit convergentes soit divergentes selon la direction de la poussée exercée par le vérin sur l'arbre d'entralnenent. On assure ainsi une compensation permanente de tout jeu éventuel. Une autre méthode mise en oeuvre également dans un couple pignons-crémaillère consiste à appliquer en permanence les dents du couple les unes contre les autres quel que soit le sens du déplacement en imprimant une précontrainte a un arbre intermédiaire du dispositif dentra1Amement par rotation manuelle dudit arbre, réalisée au moyen d'un outil dit 't tourne-à-gauche" .Une telle opération est d'ailleurs effectuée au préalable avant la mise en route de ltensemble du dispositif d'entranement, Par ailleurs ,dans le cas particulier des déplacements linéaires,le rattrapage du jeu est assuré en mettant en jeu des vis à billes de grande section tout en réalisant une mise au point rigoureuse du servo-mécanisme électrique ou hydro-électrique associé. Cependant les dispositifs de compensation de jeu par contrainte d'arbres et pignons assurée soit manuellement,soit automatiquement,présentent un certain nombre d'inconvénients En particulier les contraintes importantes mises en jeu dans ces dispositifs connus on vue d'assurer la compensation du jeu conduisent à des contacts très étroits entre engrenages, ce qui entraîne des frottements élevés et une usure rapide. En outre, les compensations de jeu ainsi réalisées peuvent se révéler insuffisantes et incompatibles de ce fait avec la précision des servomécanismes associés. Par ailleurs,les plateaux des machines-outils présentent une masse importante surtout dans le cas où ils sont destinés à supporter des pièces à usiner volugineuses et lourdes,ce qui entrain à la longue un certain fluage contribuant également à l'augmentation des jeux mécaniques. Il est donc nécessaire dans le cas des machines-outils conportant des servo-mécanismes précis, que les divers mouvements du plateau, qulils soient de translation, de rotation ou de pivote ment soient assurés avec un jeu nul ou tout au plus inférieur à quelques microns seulement. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur,en réalisant un plateau de machine-outil doué d'une grande rigidité pouvant être indifféremment déplacé avec une grande précision en translation par rapport à un bati, entrainé en rotation autour d'un premier axe défini par l'axe de révolution dudit plateau,et incliné par pivotement autour d'un detbxième axe rigoureusement perpendiculaire au premier et lié au support rigide portant le plateau susdit.En outre,ce plateau comprend un ensemble de dispositifs mécaniques lui conférant une très grande précision d-les ses déplaceents,soit en translation par rapport au baAti,sOit en rotation autour de son axe de révolution, soit en pivotement autour d'un axe perpendiculaire au précédent,les déplacements susdits s'effectuant sans aucun jeu mécanique. Le plateau faisant l'objet de l'intention comprend : une pla- tine circulaire rotative autour de son oe de révolution et mon- tée sans jeu au ioyen de roulements à doubles rouleaux croisés sur un berceau rigide capable de pivoter autour d'un axe perpen diculaire à l'axe de rotation de la rlatine dans deux paliers à roulements à rouleaux précontraints ou tout autre palier sans jeu portés par un chariot mobile suivant un axe parallèle ou perpendi culaire à l'axo de pivotement dudit berceau, sur un chemin de guidage réalisé sur un bâti rigide portant également les moyens classiquels précis assurant la rotation de la -latine , le pivoterlent du berceau et le déplacement linéaire du chariot sur ledit bâti fixe rigide, ledit plateau étant caractérisé en ce eue le berceau a la forme d'un bassin hémisphérique dont la paroi comporte plusieurs nervures de forme semi-circulaire situées dans des plans passant par le centre du berceau dans le but d'assurer une grande rigidité à ce dernier et en ce que la rotation sans jeu de la platine et le pivotement sans jeu du berceau sont obtenus en utilisant pour la commande de chacun de ces mouvements deux pignons coaxiaux juxtaposés, de même diamètre primitif et engrenant avec une denture commune de largeur au moins égale n la somme des largeurs des dem- tures des deux pignons et établie sur chacun des éléments à com- mander (platine et berceau) l'un desdits pignens étant solidarisé d'un arbre creux recevant le meuvcment z transmettre et l'autre pignon étant situé à l'une des extrémités d'un arbre legé dans lodit arbre creux et étant solidarisé de ce dernier au moyen de cannelu- res réalisées à son autre extrémité et engrenant avec des cannelu se identiques réalisées a l'intérieur dudit arbre creux,les deux pignons coaxiaux étant soumis à uns précontrainte dans leur ongrè moment avec la denture commune par torsion axiale de l'arbre in trieur par rapport à l'arbre creux. Le plateau ainsi réalisé présente plusieurs avantages. En particulier, la mise en oeuvre de jeux de pignons coaxiaux en vue d'assurer les divers mouvements de rotation du plateau per met de réaliser ces mouvements à jeu à peu prs nul ou en tout cas parfaitement compatibles avec la précision des servomécanismes mis en oeuvre dans les machines-outils. En outre les dispositifs assurant les divers mouvements du plateau, qu'ils soient linéaires ou rotatifs,présentent par suite de leur conception et dc leur structure des frottements minimaux. Il on découle que les divers organes de transmitssion utilisés tels que pignons, couronnes dentées, arbres, paliers et autres présentent une usure normale et n'entraînent par conséquent que des bais d'entretien peu élevés. Par ailleurs,la mise en oeuvre de nervures dans la réalisation du berceau hémisphériqueconfère à cet organe une grande rigidité associée à une masse peu élevée. Il en résulte que des pièces à usiner pouvant présenter des nasses importantes peuvent entre disposées sur la platine,sans le moindre risque de déformation par fluage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'une forme d'exécution de l'objet de l'invention citée à titre d'exemple nullement livitatiffen se référant aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente schématiquement en perspective un plateau conforme à l'invention utilisé avec une machine-outil. La figure 2 montre en coupe verticale ledit plateau La figure 5 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 représente en coupe et à plus grande échelle l'un des dispositifs.à deux pignons coaxiaux précontraints. Dans la forme d'exécution montrée en figure l,10 plateau con prend essentiellement une platine tournante 1 portée par un berceau hémisphérique 2 représenté en pointillés, ledit berceau étant articulé sur un-chariot 3 comportant des glissières 4 assurant le déplacement linéaire de l'ensemble sur un bâti 5, Ce plateau coopère avec une machine-outil à commande numérique désignée globalement par la référence 6,par exemple une fraiseuse. La figure 1 met en évidence les divers mouvements pouvant autre indifférer.l-nent communiqués au plateau,savoir : un déplacement linéaire suivant la flèche 7,un ontrainement en rotation suivant la flèche 8,et une inclinaison par pivotement suivant la glèche 9; le centre du berceau 2 étant, dans ce dernier cas, reporté au point 0 pour la clarté de cette représentation -schématique. Gomme le montre la figure 2,un plateau conforme à l'invention comprend essentiellement une platine circulaire 1 pouvant autre entraînée en rotation autour de son axe de révolution X Par aiîleurs,le berceau 2 est monté à pivotement sur le chariot 3 au moyen de paliers 13 à rouloments a rouleaux précontraints ou tout autre palier sans jeu alignés sur un axe commun Y Y'. Le dispositif d' entraînement sans jeu en rotation de la platine 1 est constitué par deux pignons coaxiaux: un pignon inférieur 14 (fig.4) solidaire d'une roue tangente 15 et un pignon supérieur 16 solidaire de l'extrémité d'un arbre 17 dont 1 ' autre extrémité 17 a est pourvue de cannelures engrenant avec des cannelures 18 réalisées à l'intérieur du canon 15a de la roue tangente 15 for @ant arbre creux.Ce dispositif permet de créer une précontrainte du pignon 16 par rapport au pignon 14 grace à une torsion de l'arbre 17, A cet effet les dents 21 et 22 des pignons 16 et 14,res pectivement,sont décalées les unes rjar rapport aux autres et engrènent avec les dents 23 d'une couronne dentée 18 fixée sur le tourillon 24 solidaire de la platine 1, Par ailleurs, l'ensemble de ce dispositif d'entraînement est supporté par des roulements 25, 26 et 27, L dispositif d'entraînement en translation du plateau consiste essentiellement en un écrou à billes précontraint 28 fix sous le chariot 3,et coopérant avec mie vis de grand diamètre 29 entraînée directement par un noteur hydraulique ou tout autre commande asservie non représenté En outre,des éléments dc mesure connus, tels que capteurs d'impulsions, inductosynes ou tout autre dispositif approprié sont associés directement aux axes de rotation XX' et XX'. La figure 3 permet de mettre en évidence, d'une part, certains elêments montrés on figure 2 et , autre part,des organes non représentés dans ladite figure On voit en particulier la roue tan-'ite 15 en prise avec la vis -sans fin 31 montée sur un arbre 32 supporté par des paliers à roulements 33 et 34,l'entraînement dudit arbre étant assuré au moyen d'un moteur hydraulique 35 ou toute autre commande asservie ot par l'intermédiaire d'un organe d'accouplement sans jeu 36, tandis qu'un sorvo-mécanisme 37 assure la commande du moteur 35. D'autre part,une courenne dentée 41 est fixée à la partie inférieure du berceau 2,1:dite couronne tant plus particulièrement représentée en figure 3. Le dispositif de pivotement sans jeu du berceau 2 et par conséquent de la platine 1 autour de l'axe Y Y' (fig.2 et 3), perpendiculaire à l'axe X X', comprend essentiellement deux pignons coaxiaux établis de la même manière que les pignens 14 et 16 du dispositif d'entraînement on rotation de la platine 1. Il comporte donc un pignon 57 constitué par une denture taillée sur le canon 51 d'une rouo tangente 52 engrenant avec une tis sans fin,non représentée, et un pignon 56 solidaire d'un arbre 53 dont l'extrémité 54 opposée audit pignon est pourvue de cannelures engrenant avec des cannelures 55 réalisées à l'intérieur du canon 51 de la roue tangente 52.Ce dispositif permet de mettre le pignon 56 en précontrainte par torsion élastique de son arbre 53. Les dents 57 du canon 51 et les dents 58 du pignon 56 sont décalées les unes par rapport aux autres et engrènent avec les dents 60 de l'élément de couronne dentée 41 solidaire de la partie inférieure du berceau hémisphérique 2. Comme dans le cas précédent l'ensemble du dispositif d'entraînement qui vient autre décrit est monté dans des roulements 61, 62 et 63. Le fonctionnement du plateau ressort aisément de la description de ses éléments constitutifs. Néanmoins, il convient de noter que dans tous les nouve monts du plateau, que ce soit l'entraînement en rotation de la platine 1 autour de son axe X X' ou l'entraînement en rotation du berceau 2 autour de son axe Y Y',le rattrapage automatique de tout jeu éventuel est constamment assuré par les Zispositifs dans chacun desquels deux pignons coaxiaux comportent des dentures décalées angulairement l'une par rapport à l'autre et engrenant avec une denture commune. Cette particularité permet de créer une précontrainte constante des pignons qui s'oppose à toute rotation autre que la rotation d'entraînement Il faut évidemment que dans les deux cas, la largeur de la denture commune, engrenant simultanément avec les deux pignons ac couplés, soit au moins égale à la somme des largeurs de denture de ces derniers et que les trois dentures coopérantes soient de même pas circonférentiel. -REVENDICATION Plateau de machine-outil à trois pesibilités de mouvements et à rattrapage automatique de jou comprenant : une platine circulaire rotative autour de son ase de révolution et montée sans jeu au moyen de roulements à doubles rouleaux croisés sur un berceau rigide capable do pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de la platine dans deux paliers à roulements à rouleaux précontraints ou tout autre relier sans jeu portés par mi chariot mobile suivant un axe perallèle ou perpendiculaire à l'axe de pivoteront dudit berceau,sur un chemin de guidage réalisé sur un bâti rigide portant également les moyens classiques pré- cis assurant la rotation de la platine, le pivotement du berceau et le déplacement linéaire du chanot surledit bati fixe rigide, ledit plateau étant caractérisé en ce que le berceau a la forme d'un bassin hémisphérique dont la paroi comporte plusieurs nervu- res de forne semi-circulaire situées dans des plans passant Par le centre- du berceau dans le but d'assurer une grande rigidité à ce dernier et en ce que la rotation sans jeu de la platine et le pivotement sans jeu du berceau sont obtenus en utilisant pour la commande de chacun de ces mouvements deux pignons coaxiaux jux- taposés, de même diamètre primitif et engrenant avec une denture commune de largeur au moins égale à la somme des largeurs des dentures des deux Pignons et établie sur chacun des éléments à commander (platine et berceau)1'un desdits pignons étant solidarisé d'un arbre creux recevant le mouvement à transmettre et l'autre pignon étant situé à l'une des extrémités d'un arbre logé dans ledit arbre creux et étant solidarisé de cc dernier au moyen de cannelures réalisées à son autre extrémité et engrenant avec des cannelures identiques réalisées a l'intérieur dudit arbre ereux, les deux pignons coaxiaux étant soumis à une précontrainte dans leur engrènenent avec la denture commune rar torsion axiale de l'arbre intérieur par rapport à l'arbre ereux.