Brevet FR2143605A1 — publié le 19730209

La présente invention concerne les dispositifs assurant, pendant la coupe de pièces sur une machine d'usinage la compen sation des écarts, par rapport à la cote imposée, de la dimension diamètrale de la pièce à usiner. Elle concerne plus particulière ment les dispositifs de contrôle actif du diamètre des pièces pendant la coupe, et peut être appliquée à des tours ou des aléseuses, qu'ils soient à poste fixe ou transportables. Telle s'applique surtout à l'usinage de pièces nécessitant un degré de précision élevé, par exemple les arbres dthélice, les douilles et les corps cylindriques, etc. L'on sait que les tours et les aléseuses sont équipés de dispositifs pour le contrôle actif du diamètre des pièces pendant la coupe, comportant un ou deux transmetteurs asservis à la surface en cours d'usinage. Ces transmetteurs peuvent être par exemple des transmetteurs générateurs de vibrations, à induction, pneumatiques ou autres transmetteurs convenables. Lorsqu'on utilise deux transmetteurs, ces derniers sont fixés sur un étrier dont on peut régler 11 ouverture pour ajuster les transmetteurs au diamètre imposé de la pièce. Pendant la coupe les transmetteurs surveillent le diamètre de la pièce, et quand ce dernier varie il se produit une variation correspondante de leur signal de sortie. les transmetteurs sont raccordés, par l'intermédiaire d'un circuit d'exécution, au mécanisme d'avance transversale de l'outil de coupe pour commander son déplacement. L'inconvénient de ces dispositifs réside dans le fait que la précision d'usinage est considérablement influencée par le décalage de l'étrier portant les capteurs, par rapport à la pièce à usiner, le long de la ligne du diamètre à contrôler. De tels écarts sont provoqués par l'usure ou la déformation des glissières du bâti de la machine, le gauchissement de l'axe de rotation de la pièce en cours d'usinage, ainsi que par d'autres causes technologiques. Si les transmetteurs ont des caractéristiques métrologiques de transmission différentes, c'est-à-dire si pour un meme écart du diamètre de la pièce on obtient différentes variations de leurs signaux de sortie, le décalage de l'étrier, dû à ces motifs d'ordre technologique, se répercute sur le dispositif comme le ferait une variation du diamètre de la pièce. Il en résulte que le mécanisme d'exécution de l'avance transversale déplace l'outil de coupe sans que cela soit nécessaire.Il en résulte que pour assurer un degré de précision élevé du contrôle, le dispositif doit être équipé de transmetteurs à caractéristiques métrologiques identiques, et ne doit pas permettre le décalage de étrier par rapport à la pièce au-delà de la plage de mesure des transmetteurs. le choix des transmetteurs est ainsi rendu plus difficile, et les exigences de précision imposées à la machine-outil elle-môme sont plus élevées. Le but de la présente invention est de permettre 11 utilisation de transmetteurs à caractéristiques métrologiques différentes, ainsi que de réduire les exigences imposées à la précision de la machine-outil. Pour atteindre ce but, il s'agissait par conséquent de mettre au point un dispositif de contrôle actif du diamètre des pièces, dans lequel la possibilité de stabilisation de la position des transmetteurs par rapport à la pièce à contrôler serait assurée pendant l'usinage. Ce problème est résolu du fait que dans ledit dispositif de contrôle actif, l'étrier est, selon llinvention, monté de manière à pouvoir être déplacé conjointement avec les transmetteurs le long de la ligne de mesure du diamètre, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce, et comporte un régulateur de position de l'étrier, comprenant un servomécanisme raccordé à la sortie de l'un des transmetteurs et procédant au déplacement de l'étrier en cas de variation du signal de sortie du transmetteur, de telle façon que ledit signal reste égal au signal fourni par ce même transmetteur quand il est réglé pour la dimension prescrite du diamètre de la pièce. le dispositif de contrôle actif conçu de cette façon contrôle en permanence la position de l'étrier par rapport à la pièce à usiner, et~stabilise leur position relative. Selon une variante de réalisation, le régulateur de la position de l'étrier comporte un élément de comparaison des signaux de sortie des transmetteurs, qui fournit un signal de différence de ces signaux et qui est raccordé à un servomécanisme effectuant un déplacement de l'étrier, lorsque le signal différentiel varie, tel que ce signal reste égal au signal différentiel des transmetteurs lorsque ces derniers sont ajustés à la dimension prescrite. le servo-mécanisme peut être réalisé sous forme d'un mécanisme de déplacement rectiligne alternatif, qui est mis en mouvement par un moteur électrique commandé dont le circuit de commande est connecté à la sortie de l'un des transmetteurs, tandis que l'étrier peut être articulé au chariot et, en pivotnt, déplacer les transmetteurs le long de la ligne de mesure du diamètre dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce. Selon un autre mode de réalisation, l'étrier peut être monté sur le chariot dans des guidages le long desquels il peut se déplacer parallèlement à la ligne du diamètre à contrôler. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples non limitatifs d'exécution du dispositif de contrôle actif conforme à l'invention pour le cas où il serait appliqué à l'usinage d'un arbre sur un tour, ainsi que par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le schéma de principe du dispositif conforme à l'invention, comportant un étrier articulé; - la figure 2, les caractéristiques équivalentes des transmetteurs au cours du réglage de la position de l'étrier pendant la coupe; - la figure 3, le schéma électrique de connexion des transmetteurs utilisant un élément de comparaison; - la figure 4, la version de fixation de l'étrier au chariot dans les glissières. le dispositif de contrôle actif du diamètre de la pièce à usiner 1 comporte un étrier de mesure 2 sur les palpeurs 2a et 2b duquel sont fixés des transmetteurs correspondants 3a et 3b prévus pour le contrôle du diamètre de la pièce 1 pendant la coupe. L'étrier 2 est fixé par une charnière 4 au chariot 5. Pour assurer le positionnement réglable de l'étrier 2 à la dimension imposée, un mécanisme de déplacement rectiligne alternatif 6 est interposé entre les palpeurs 2a et 2b. les palpeurs sont en outre assemblés entre eux par un ressort 7. Le palpeur 2b est raccordé par un mécanisme 8 d'exécution du mouvement rectiligne alternatif du chariot 5. le mécanisme 8 est constitué par un moteur électrique commandé 9 relié à un réducteur 10 et à un couple à vis sans fin 11. le palpeur 2b est en outre raccordé au chariot 5 par un ressort 12. les sorties des transmetteurs 3a et 3b sont raccordées, par l'intermédiaire d'un additionneur de tensions 13 et un amplificateur opérationnel 14 au mécanisme 15 d'avance transversale de l'outil de coupe 16. La sortie du transmetteur 3a est en outre raccordée par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel 14a au circuit de commande du moteur électrique 9. L'amplificateur 14a est conçu de telle façon, qu'en fonction du signe et de la valeur de la variation de tension à la sortie du transmetteur 3a, il fournisse un signal imposant le sens et la vitesse de rotation de l'arbre du moteur électrique 9 et par conséquent du déplacement de l'étrier 2. De cette façon, l'amplificateur 14a constitue pour ainsi dire un dispositif de consigne du sens et de la vitesse de l'arbre du moteur. L'amplificateur 14 consigne d'une façon analogue le sens et la vitesse de déplacement du mécanisme 15 et donc de l'outil de coupe 16, lors des variations du signal global des transmetteurs 3a et 3b en fonction du signe et de la valeur des écarts de la dimension diamètrale de la pièce 1 par rapport à la valeur imposée. L'amplificateur 14a et le servo-mécanisme 8 forment ensemble un régulateur de la position de l'étrier 2 par rapport à la pièce à usiner 1. le dispositif fonctionne de la façon suivante. Avant l'usinage, l'étrier 2 et l'outil de coupe 16 sont ajustés à la dimension imposée par l'intermédiaire des servo-mécanismes 6,-8 et du mécanisme 15 d'avance transversale. les transmetteurs 3a et 3b sont alors rapprochés de la pièce de telle façon que les mécanismes d'exécution 6,8 et 15 se trouvent à l'état fixe. Pendant la coupe, en cas d'écarts entre la dimension diamètrale de la pièce à usiner 1 et la valeur imposée, le signal de sortie de chacun des transmetteurs 3a et 3b se modifie, ainsi que le signal total à la sortie de l'additionneur 13. Ce signal est délivré par l1intermé- daire de l'amplificateur 14 au mécanisme d'avance transversale 15, et commande son déplacement. Sous l'action du mécanisme 15 il se produit un déplacement de l'outil de coupe 16 en fonction du signe et de la valeur de l'écart, ce déplacement ne cessant que lorsque l'écart est éliminé. Simultanément au fonctionnement du mécanisme d'avance transversale 15 de l'outil de coupe 16, et indépendamment de ce dernier, fonctionne le régulateur de la position de l'étrier 2 par rapport à la pièce à usiner 1. Pendant son fonctionnement le régulateur supprime le décalage relatif de la pièce 1 et de l'étrier 2 portant les transmetteurs 3a et 3b le long de la ligne de mesure du diamètre dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce 1, décalage qui peut être dû, comme il a été expliqué précédemment, à différentes causes technologiques, par exemple à l'usure et à la déformation du bâti ou d'autres parties de la machine-outil, du gauchissement de l'axe de rotation de la pièce etc. On considère, à titre d'exemple, la régulation de la position de l'étrier 2 lors du déplacement vertical du transmetteur 3a et, respectivement, du transmetteur 3b, sur une distance mn par rapport à la pièce 1, résultant par exemple de l'usure ou de la déformation des glissières du bâti de la machine-outil (non représenté sur le figure 1). En présence d'un tel décalage des transmetteurs 3a et 3b les signaux à leur sortie varient: par exemple pour le transmetteur 3a le signal s'accroît, tandis que pour le transmetteur 3b il décroît. Dans l'exposé qui suit l'on suppose que le déplacement positif de chacun des transmetteurs est leur déplacement vers la surface de la pièce. Si les transmetteurs 3a et 3b ont des sensibilités différentes (voir la figure 2), où les droites 3a et 3b représentent la relation entre la valeur de la tension de sortie du transmetteur correspondant et la valeur de son décalage par rapport à la surface de la pièce 1, lors du décalage de l'étrier 2 portant les capteurs 3a et 3b sur une distance mn, le signal total à la sortie de l'amplificateur 14 diffère du signal prescrit, déterminé par le positionnement initial précité des transmetteurs et de l'outil de coupe, d'une valeur égale au produit du décalage mn par la différence entre les sensibilités des transmetteurs 3a et 3b. le signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur 14 provoquerait, en cas d'absence d'un régulateur de position de l'étrier 2, un rattrapage erroné de l'écart par le mécanisme 15 d'avance transversale de l'outil de coupe 16, ce qui affecterait la précision d'usinage de la pièce. Dans le dispositif faisant l'objet de l'invention, cela ne se produit pas, grace à la présence du régulateur de position de l'étrier 2, qui fonctionne de la façon suivante. lors d'une variation du signal de sortie du transmetteur 3a, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 14a varie aussi. Ce signal est délivré au circuit de commande du moteur électrique 9 et rompt son état d'équilibre. Par l'intermédiaire du réducteur 10 et du couple à vis sans fin 11, le moteur électrique 9 déplace l'étrier 2 en le faisant pivoter sur l'articulation 4 ce qui a pour effet de déplacer le transmetteur 3a et, respectivement, le transmetteur 3b, le long de la ligne de mesure et dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce 1. le sens et la vitesse de ce déplacement, sont imposés, comme il a été déjà mentionné, par le sens et la vitesse de rotation du moteur 9, qui dépendent à leur tour du signe et de la valeur du signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 14 a. De cette façon, le déplacement de l'étrier 2 provoque une variation du signal de sortie du transmetteur 3a et donc du signal de sortie de l'amplificateur 14a. Il en résulte une réduction progressive de la vitesse de déplacement de l'étrier 2 portant les transmetteurs 3a et 3b, et lorsque ces derniers atteignent leur position initiale, le signal de sortie du transmetteur 3a devient pratiquement égal au signal de ce transmetteur ajusté à la dimension prescrite, ce qui correspond à l'état du repos du moteur 9. Si le déplacement relatif de la pièce 1 et de l'étrier 2 portant les transmetteurs 3a et 3b est stabilisé avec une certaine précision " & " dépendant de l'erreur admissible d'usinage de la pièce, on peut utiliser dans le dispositif proposé de contrôle actif, des transmetteurs à caractéristiques sensiblement différentes, et les exigences imposées la précision des machines-outils de coupe pour l'usinage de pièces métalliques de précision peuvent être réduites. La position de l'étrier 2 par rapport à la pièce à usiner 1 peut être également réglée suivant la variation du signal différentiel des transmetteurs 3a et 3b délivré par un élément de comparaison 17 (voir figure 3) relié à l'entrée de l'amplificateur 14a. En cas d'utilisation d'un tel signal différentiel délivré par l'élément de comparaison 17, le régulateur fonctionne de la façon décrite plus haut, avec la seule différence que le mouvement de l'étrier 2 s'effectue jusqu a ce que cesse la variation du signal différentiel des transmetteurs 3a et 3b. Sur la figure 4 est représentée une variante de positionnement des palpeurs 2a et 2b de l'étrier 2 dans les glissières du chariot 5. le servo-mécanisme 8, sous l'action de la variation du signal du transmetteur 3a, ou sous l'action d'une variation du signal différentiel des transmetteurs 3a et 3b délivré par l'élément de comparaison 17, déplace l'étrier 2 dans les glissières du chariot 5 parallèlement à la ligure de mesure du diamètre dans un plan perpendicu- laire à l'axe de la pièce. En cas d'usinage des surfaces intérieures de cylindres sur un tour l'étrier 2 portant les transmetteurs 3a et 3b, ainsi que les mécanismes d'exécution 6, 8 et 15, sont montés en porte-à-faux sur la broche d'alésage (non représentée sur la figure 1) fixée au chariot 5 de la machine. Pour l'usinage de douilles, de corps et autres pièces sur les aléseuses (stationnaires ou transportables), l'étrier 2 portant lestransmetteurs 3a et 3b, ainsi que les mécanismes d'exécution 6, 8 et 15, sont respectivemewt montés sur une broche d'alésage à deux supports (non représentée sur le dessin). L'invention proposée permet d'utiliser des transmetteurs dont les caractéristiques métrologiques sont sensiblement différentes, ainsi que de réduire les exigences imposées à la précision de la machine-outil. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esperit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour le contrôle actif de la dimension diamétrale de pièces pendant la coupe de celles-ci sur une machine d'usinage, du type comportant un étrier sur lequel sont fixés des transmetteurs ajustés à la dimension imposée et contrôlant les variatinns du diamètre de la pièce à usiner, ces transmetteum étant raccordés, par l'intermédiaire d'un circuit d'exécution, à un mécanisme d'avance transversale de l'outil de coupe afin de réguler la valeur d'avance de celui-ci, caractérisé en ce que l'étrier est monté de manière à pouvoir être déplacé, conjointement avec les transmetteurs, le long d'une ligne de mesure du diamètre dans un plan perpendiculaire à l'axe de lapxee à usiner, et en ce que ledit dispositif comporte un régulateur de position de l'étrier 2, comprenant un servo-mécanisme raccordé à l'un des transmetteurs 3a, 3b et procédant au déplacement de l'étrier 2 lors de la variation du signal de sortie dudit transmetteur, de telle façon que le signal de ce dernier reste pratiquement égal au signal qui est fourni par ce même transmetteur ajusté à la dimension imposée. 2.- Dispositif suivant la revendication 1,caractérisé en ce que le régulateur de position de l'étrier comprend un élément assurant la comparaison des signaux de sortie des transmetteurs et fournissant un signal différentiel correspondant, ledit élément de comparaison étant raccordé au servomécanisme procédant au déplacement de l'étrier en cas de variation dudit signal différentiel, de telle façon que ce signal reste égal au signal différentiel des transmetteurs ajustés à la dimension imposée. 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le servo-mécanisme précité est un mécanisme de déplacement rectiligne-alternatif, mis en mouvement par un moteur électrique commandé dont le circuit de commande est raccordé à la sortie de l'un des transmetteurs, ou à la sortie de l'élément de comparaison précité, tandis que l'étrier est articulé au chariot de la machine d'usinage de manière qu'en pivotant il déplace les transmetteurs le long de ladite ligne de mesure du diamètre dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce. 4.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le servo-mécanisme précité est constitué par un mécanisme de déplacement rectiligne-alternatif, mis en mouvement par un moteur électrique commandé dont le circuit de commande est raccordé à la sortie de l'un des transmetteurs, ou à la sortie de l'élément de comparaison précité, tandis que l'étrier est monté dans des guidages ménagés sur le chariot de la machine d'usinage et se déplace le long de ces derniers parallèlement à ladite ligne de mesure du diamètre dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pièce.