Brevet FR2122293A1 — publié le 19720901

La présente invention concerne un dispositif d1indexage de réalisation économique, permettant d'assurer le positionnement répétitif, rapide et précis de deux pièces entre elles, une de ces pièces pouvant se déplacer en glissant sur l'autre (soit er. translation ou en rotation, soit en une combinaison de ces deux 5 mouvements). Ce dispositif qui comprend un doigt cylindrique expansible radialement trouve en particulier son application sur les tables, tourelles, chariots, plateaux de machines-outils (fraiseuses, aléseuses, machine à pointer, etc .) effectuant de nombreux cycles d'usinage de grande précision. Acutellement on trouve sur diverses machines-outils des dispositifs per-10 mettant le positionnement angulaire (ou indexage) rapide et répétitif d'organes pivotants tels que tables ou plateaux circulaires par rapport à une table support. Les dispositifs connus de ce genre ne permettent pas d'obtenir un positionnement très précis. En effet ils comprennent généralement ur. verrou cylindro-coniaue coulissant dans un logement cylindrique situé dans la table support, l'extrémité du 15 verrou venant s'engager dans une des portées coniques prévues sur l'organe pivotant. On conçoit facilement que la précision de 1'indexage soit tributaire du jeu inévitable entre les surfaces cylindriques de coulissement. En cours de fonctionnement ce jeu ne peut qu'augmenter par suite de l'usure dûe au frottement et au matage. De ce fait la précision courante garantie généralement par le constructeur 20 se trouve limitée à une valeur comprise entre 0,01 mm et 0,02 mm. Le dispositif objet de l'invention se distingue par le3 avantages suivants : - précision d'indexage pouvant atteindre trois microns. - risques d'usure par frottement et danger de grippage pratiquement éliminés. 25 - l'usir.age précis des logements du doigt d'indexage est grandement faci lité par le fait qu'ils sont constitués d'alésages cylindriques. - la force maximale transversale applicable au doigt cylindrique (parallèlement au plan de glissement) peut atteindre une valeur relativement importante sans nuire à la précision de 1'indexage. ?0 Dans sa conception générale, le dispositif d'indexage permet d'assurer le positionnement répétitif rapide et précis d'une pièce mobile par rapport à une pièce fixe, la pièce mobile pouvant se déplacer sur la pièce fixe selon un plan de glissement (le déplacement pouvant être soit une translation, soit une rotation, soit une combinaison de ces deux mouvements). Le dispositif comprend : 35 a/- logement cylindrique situé dans la pièce fixe, perpendiculaire au plan de glissement et débouchant sur celui-ci. b/- un eu plusieurs logements cylindriques situés dans la pièce mobile, d'une dimension diamétrale la plus voisine possible de celle du logement de la pièce fixe, perpendiculaires au plan de glissement et débouchant sur celui-ci. 40 c/- un doigt cylindrique pouvant coulisser avec un certain jeu dans le COPV ] 71 01519 2 2122293 logement de la pièce fixe, possédant : - un moyen d'introduction dans un des logements de la pièce mobile lorsque ce logement est mis en concordance approximative avec le logement de la pièce fixe. - un moyen d'expansion radiale de ce doigt telle que les axes des surfaces 5 cylindriques intérieures du logement de la pièce mobile et du logement de la pièce fixe soient mis en concordance parfaite par cette expansion radiale. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre illustrée par les dessins annexés : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale d'un disposi- 10 tif d'indexage conforme à l'invention ; le doigt cylindrique qui comprend une enveloppe élastique remplie de fluide non pressurisé présente un jeu radial avec le logement de la pièce fixe et n'est pas introduit dans le logement de la pièce mobile, lequel est représenté légèrement décalé par rapport au logement de la pièce fixe. 15 - la figure 2 est similaire de la figure 1, mais elle représente le doigt (toujours sans pression) introduit avec un jeu radial dans un logement de la pièce mobile. - la figure 3 est similaire de la figure 2, mais elle montre le doigt soumis à une pression de fluide interne qui provoque sa dilatation, le jeu radial est 20 annulé, l'axe du logement de la pièce mobile est aligné exactement sur celui de la pièce fixe. - les figures 4, 5» 6 sont similaires respectivement des figures 1, 2, 3, mais elle^chématisent un moyen différent pour obtenir l'expansion radiale du doigt; ce moyen comprend un empilage de rondelles élastiques qui lorsqu'elles sont compri- 25 mées axialement se dilatent radialement (cas de la figure 6). - les figures 7, 8, 9 sont similaires respectivement des figures 1,2,3 et des figures 4, 5» 6, mais elles schématisent un moyen différent pour obtenir l'expansion radiale du doigt ; ce moyen comprend une enveloppe élastique remplie d'un élastomère dans lequel un piston peut pénétrer sous l'effet d'une compression 30 axiale (cas de la figure 9). - la figure 10 représente une vue détaillée en coupe axiale du dispositif d'indexage, schématisé dans la figure 4, dont elle illustre un mode de construction; le doigt cylindrique n'est pas introduit dans le logement de la pièce mobile, lequel est représenté légèrement décalé par rapport au logement de la pièce fixe. 35 - la figure 11 représente line vue partielle du dispositif de la figure 1 elle montre le doigt cylindrique introduit dans le logement de la pièce mobile et dilaté radialement, l'axe du logement de la pièce mobile est aligné exactement sur celui de la pièce fixe. - la figure 12 représente une vue en coupe axiale d'une table orientable 40 supportée par la table transversale mobile d'une machine-outil ; elle montre de 71 01519 2122293 façon simplifiée l'installation du dispositif d'indexage qui permet de positionner la table orientable. - la figure 13 représente une vue détaillée en coupe axiale du dispositif d'indexage installé sur la table orientable de la figure 12 ; elle illustre une con- 5 cept ion légèrement différente de celle du dispositif de la figure 10 ; le doigt est représenté non introduit dans le logement de la pièce mobile, lequel est légèrement décalé par rapport au logement de la pièce fixe. - la figure 14 représente une vue partielle du dispositif de la figure 13 ; elle montre le doigt cylindrique introduit dans le logement de la pièce mobile, 10 dilaté radialement, l'axe du logement de la pièce mobile est aligné exactement sur celui de la pièce fixe. Les figures 1, 2, 3 schématisent le principe d'une réalisation particulière du dispositif d'indexage conforme à la conception générale développée dans les § a, b, c, ci-dessus. 15 Le doigt cylindrique 6 comporte une enveloppe tubulaire élastique 7 de faible épaisseur à l'intérieur de laquelle est aménagée la chambre étanche 9. L'enveloppe tubulaire 7 possède un culot fileté 8 permettant la fixation du doigt sur le moyen d'introduction 11, ce dernier pouvant être soit un vérin hydraulique ou pneumatique, soit tout autre système permettant d'effectuer un déplacement axial dans le 20 sens de la flèche P. L'expansion radiale du doigt est obtenue par l'effet d'une pression de fluide P provenant d'un générateur relié à la chambre 9 par le conduit 10. A titre d'exemple de réalisation, l'enveloppe 7 peut avoir les caractéristiques suivantes s 25 - matière : acier de nuance AFN0R 35 NCÛ16h (suivant la symbolisation AFN0R définie par la norme française NFA 02-001), trempé, revenu à 500°C. - diamètre extérieur : 20 mm. - épaisseur ; 0,3mm. - jeu entre l'enveloppe à l'état libre (sans pression) et les logements : 30 0,05 mm. - pression nécessaire pour l'expansion radiale î 160 à 200 bars. Les figures 1, 2, 3 représentent les trois phases principales de la manoeuvre d'indexage: - figure 1, le logement 5 est mis en concordance approximative avec le 35 logement 3• - figure 2, le moyen d'introduction 11 et le doigt 6 se sont déplacés dans le sens F (jeu entre le diamètre extérieur de l'enveloppe 7 et les diamètres des logements), l'enveloppe 7 a pénétré dans le logement 5. - figure 3 on applique la pression P dans la chambre 9 ce qui a pour effet 40 de dilater radialement l'enveloppe 7 et de mettre en concordance parfaite les sur 71 01519 4 2122293 faces cylindriques intérieures des logements 3 et 5. Les figures 4, 5» 6 d'une part et les figures 7» 8, 9 d'autre part schématisent deux autres principes de réalisation conformes à la conception générale précédemment développée aux § a, b, c. Dans ces deux réalisations le doigt cylindrique 5 15 ou 20 possède une partie pouvant se dilater radialement sous l'effet d'une compression axiale exercée par le mécanisme de poussée 16 ou 23. Ce dernier sert également de moyen d'introduction du doigt dans chacun des logements 5 de la pièce mobile 1, il peut être soit un vérin hydraulique ou pneumatique, soit tout autre système permettant d'effectuer un déplacement axial et un effort Q dans le sens de la flèche 10 P . Dans le but de réduire 11 encombrement et le prix de revient du mécanisme de poussée, il est souhaitable que le doigt soit conçu pour qu'un effort minimum de compression axiale se traduise par une pression radiale importante exercée par le doigt dans les logements. 15 l/- Dans le principe de réalisation représenté figures 4, 5, 6, le doigt 15 comprend la douille tubulaire expansible 12 renfermant un empilage de rondelles élastiques 14 centrées par la tige 17 solidaire du mécanisme de poussée 16 ; les rondelles élastiques présentent la particularité de se dilater radialement en produisant une pression radiale importante sur la douille 12, sous l'effet d'une compres-20 sion axiale Q peu élevée exercée par le mécanisme de poussée 16 (cas de la figure 6), la collerette 13 de la douille 12 prenant alors appui sur la pièce fixe 2. On trouvera plus loin la description détaillée de deux dispositifs réalisés conformément à ce principe. 2/- Dans le principe de réalisation représenté figures 7, 8, 9 le doigt 25 20 comporte une enveloppe tubulaire 21 de faible épaisseur formant une chambre étanche 22 qui renferme un élastomère. Le piston plongeur 18 solidaire du mécanisme de poussée 23 pénètre dans la chambre 22 sous l'effet de la compression axiale Q, ce qui provoque le gonflement radial de l'enveloppe 21 (cas de la figure 9)» la virole 19 prenant alors appui sur la pièce fixe 2. A titre d'exemple de réalisation, l'envelop-30 pe 21 peut avoir des caractéristiques concernant la matière, le diamètre extérieur, l'épaisseur, le jeu avec les logements, communes avec celles précédemment définies pour l'enveloppe 7. Dans ces conditions, si l'on adopte un diamètre de douze mm pour le piston 18, le mécanisme 23 doit exercer une compression axiale de l'ordre de 230 daN pour que l'expansion radiale du doigt 3oit réalisée. 35 Les dessins suivant les figures 10 et 11 illustrent, à titre d'exemple, vin premier mode de construction du dispositif conforme au § 1 précédent. Tel qu'il est représenté le dispositif comporte : a/- un alésage cylindrique 30 réalisé dans la bague cylindrique épaulée 31 en acier dur, emmanchée en force dans la pièce fixe 32. 40 b/- un alésage cylindrique 33 réalisé dans la bague 34 en acier dur emman 71 01519 5 2122293 chée en force dans la pièce mobile 35. Afin de garantir la précision de l'indexage, la finition par rectification des alésages 30 et 33 est exécutée sur chacune des deux bagues 31 et 34 montées respectivement sur les pièces 32 et 35. Sur ur. dispositif d'essai réalisé pour position-5 ner on plateau orientable pouvant pivoter autour d'un axe, par rapport à une table fixe qui le supporte, chaque logement 33 du plateau présente avec le logement 30 de la table un écart diamétral compris entre 0 et 0,025 mm qui ne nuit pas à la précision du positionnement puisque l'erreur d'indexage mesurée au niveau de l'axe du doigt (cet axe étant situé à 175 mm de l'axe de pivotement) demeure inférieure 10 à trois microns. c/- le doigt tubulaire 36 constitué de : - la douille tubulaire expansible 37 fendue selon une génératrice, possédant la collerette 38 destinée à prendre appui sur la bague épaulée 31 lorsque le doigt 36 a pénétré dans le logement 33 et se trouve dans la position représentée 15 figure 11. Par construction, le diamètre extérieur de la douille 37 présente un jeu J compris entre 0,05 mm et 0,1 mm avec les alésages 30 et 33. - un empilage de douze rondelles élastiques 39 du commerce, réalisées en acier spécial à ressort, en forme d'anneaux tronconiques présentant alternativement des fentes sur les diamètres extérieur et intérieur ; le diamètre extérieur des ron- 20 delles à l'état libre est rectifié de façon à présenter un jeu de l'ordre de 0,02mm avec le diamètre intérieur de la douille 37, le diamètre intérieur est de 11 mm et l'épaisseur 0,5 mm, l'angle du cône est de neuf degrés par rapport au plan perpendiculaire à l'axe ; en ce qui concerne les conditions de charge, ces rondelles sont utilisées conformément aux directives de la notice technique du fabricant. 25 - la bague 40 servant de bague de compression des rondelles 39 - la douille 41 destinée à supporter et à centrer les rondelles 39» la bague 40, la douille 37 et la virole 42. - la virole 42 possédant le cône d'entrée 43- - la vis 44 permettant la fixation du doigt 36 sur la tige 46 du vérin 30 45. d/- le vérin du commerce à simple effet 45» alimenté suivant la flèche R en air comprimé basse pression et comportant un système hydraulique multiplicateur de pression (pour simplifier le dessin de la figure 10 on a seulement représenté un vérin classique à simple effet). Alinenté sous 6 bars en air comprimé, il fournit 35 un effort Q de 600 daîî. Le corps 47 du vérin est fixé par vis sur la pièce fixe 32, le ressort 48 assure le rappel de l'ensemble piston 49» tige 46, doigt 36 à la position représentée figure 10, lorsque la pression d'alimentation est supprimée. Le fonctionnement est le suivant : 40 1/- on effectue un premier positionnement approximatif de la pièce mobile 71 01519 6 2122293 35 par rapport à la pièce fixe 32 de façon à ce que le logement 33 se trouve centré à + 1 mm par rapport au logement 30 (configuration de la figure 10). 2/- on applique la pression d'air comprimé au vérin 45, le doigt 36 pénètre alors dans le logement 33 (l'introduction est facilitée par le cône d'entrée 5 43 de la virole 42) jusqu'à ce que la collerette 38 de la douille 37 vienne buter sur la bague 31. L'ensemble mobile s'est alors déplacé de la course d et la douille 37 en pénétrant dans le logement 33 a positionné ce dernier à + J mm par rapport au logement 30 (par construction J est compris entre 0,05 et 0,1 mm). La pression d'air étant maintenue, la tige 46 du vérin exerce un effort Q sur la bague 40 et sur les 10 rondelles élastiques 39» ce qui a pour effet de dilater radialement ces dernières et la douille expansible 37 réalisant ainsi le centrage parfait du logement 33 par rapport au logement 30 avec une précision d'indexage pouvant atteindre trois microns Sur les dispositifs d'essais déjà réalisés la force maximale applicable à la pièce mobile 35 parallèlement au plan de glissement peut atteindre 20 à 30 kN 15 sans nuire à la précision de 1'indexage. Les figures 13 et 14 représentent un deuxième mode de contruction d'un dispositif prototype de conception légèrement différente de celle du premier dispositif précédemment décrit. Ce deuxième dispositif est installé sur une machine outil conformément au schéma de la figure 12. Il permet d'assurer le positionnement 20 répétitif rapide et précis de la table orientable 60 pivotant autour de l'axe XX par rapport à la table transversable mobile 61 qui la supporte. Les deux logements 33 et 67 situés sur la table orientable 60 permettent d'indexer cette dernière suivant deux positions à 180 degrés l'une de l'autre. Ce deuxième dispositif présente avec le premier les différences suivantes 25 - la douille expansible 62 est un simple tube de mince épaisseur fendu selon une génératrice. - une butée 65 est fixée par la vis 66 dans le fond des deux logements 33 et 67, elle sert de face d'appui à la virole 42 du doigt 64 en fin de course de pénétration de celui-ci dans le logement 33 ou 67 (configuration de la figure 14) ; 30 de ce fait l'effort de poussée Q du vérin a tendance à écarter la table orientable 60 de la table support 61, ce qui peut être nuisible à la précision de 1'indexage. Cet inconvénient n'existe pas dans le premier dispositif. Le dispositif d'indexage décrit ci-dessus à titre d'exemple peut trouver son application dans les cas où l'on veut assurer dans les meilleures conditions 35 de rapidité et de précision des positionnements répétitifs d'organes pivotants ou coulissants tels que plateaux diviseurs, tourelles, tables, chariots,équipant des machines-outils telles que aléseuses, fraiseuses, tours, machines à pointer, etc La présente invention peut également être exploitée pour positionner avec 40 précision une pièce sur la table ou sur le mandrin d'une machine-outil en vue d'une 71 01519 7 2122293 opération d'usinage. D'autres applications intéressantes peuvent être étudiées et réalisées pour des appareils de mesure ou de contrôle possédant des éléments glissants ou pivotants nécessitant un positionnement répétitif et précis. 71 01519 8 2122293 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'indexage permettant d'assurer le positionnement répétitif, rapide et précis de deux pièces entre elles, la première de ces pièces pouvant se déplacer en glissant sur la deuxième soit en translation, soit en rotation, soit en une combinaison de ces deux mouvements, du type comprenant 5 un logement cylindrique situé dans la deuxième pièce fixe, perpendiculaire au plan de glissement et débouchant sur celui-ci, un ou plusieurs logements cylindriques situés dans la première pièce mobile, d'une dimension diamétrale la plus voisine possible de celle du logement de la pièce fixe, perpendiculaires au plan de glissement et débouchant sur celui-ci un doigt cylindrique possédant, un mo-10 yen d'introduction dans un des logements cylindriques de la pièce mobile lorsque ce logement est mis en concordance approximative avec le logement cylindrique de la pièce fixe dans lequel ce doigt peut coulisser avec jeu, caractérisé en ce que la course d'introduction du doigt est limitée à une valeur prédéterminée par une butée portée par l'une des deux pièces, le doigt comprenant une enveloppe tubulaire 15 expansible renfermant un moyen élastique se dilatant radialement sous l'effet de la compression axiale exercée par le moyen d'introduction lorsque la course d'introduction est arrêtée par la butée, cette dilatation radiale s'effectuant jusqu'à la solidarisation de la pièce fixe de l'enveloppe et de la pièce mobile. 2.- Dispositif d'indexage selon la revendication 1 caractérisé 20 par le fait que le dit moyen élastique comprend un empilage de rondelles élastiques présentant la particularité de se dilater radialement en produisant une pression radiale importante sur l'enveloppe tubulaire expansible, sous l'effet d'une compression axiale peu élevée. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé 25 par le fait que le dit moyen d'introduction est installé sur la pièce fixe et porte le doigt cylindrique, l'enveloppe tubulaire expansible du doigt possédant une collerette venant prendre appui sur un épaulement de la pièce fixe lorsque le doigt a pénétré dans vin logement de la pièce mobile, le dit épaulement de la pièce fixe formant alors une surface de réaction à la force de compression du 30 moyen d'introduction. 71 01519 9 2122293 4.- Dispositif d'indexage selon l'une des revendications 1 ou 3 caractérisé par le fait que l'enveloppe tubulaire expansible est p'tanche et contient un fluide pouvant être rais sous pression par l'introduction d'un piston plongeur. 5.- Dispositif d'indexage suivant la revendication 4 caractérisé par le fait que le piston plongeur est solidaire du moyen d'introduction du doigt et agit lorsque le doigt est en butée.