Brevet FR2302448A1 — publié le 19760924

La présente invention concerne un guidage pour organes de machine réciproquement mobiles, en particulier pour les chariots, tables, ou montants de machines-outils ou appareils de mesure déplaçables sur un banc, bâti, colonne, ou autre élément analogue, guidage dans lequel une ou plusieurs paires de surfaces-guides supportant l'organe mobile ont la forme de guidages aérostatiques, et dans lequel un contre-guidage, orienté parallèlement à une telle paire de surfaces-guides, est associé à celle-ci. Dans un guidage aérostatique, l'organe mobile est guidé et porté par une couche drain, les deux faces en regard d'une paire de surfaces-guides étant séparées par un intervalle anquel de l'air comprimé est amené en permanence. Cette alimentation est assurée par des orifices d'entrée individuels, tels que buses ou registres, espacés dans la surface-guide, en matière synthétique par exemple, d'un des organes de machine, notamment l'organe mobile. La surface-guide opposée, sur l'autre organe, est constituée le plus souvent par un guidage en acier ou autre métal ferreux. Le guidage aérostatique permet d'escompter en principe des avantages importants tels que l'absence presque totale de frottement équivalant à une élimination de l'usure, et le besoin d'une puissance réduite pour le déplacement de l'organe mené. Par contre la réalisation pratique d'un guidage aérostatique soulève des difficultés et des problèmes importants surtout lorsque les éléments à guider sont des pièces lourdes et/ ou lorsque des conditions de grande précision doivent titre remplies mame sous des charges variables. Ceci s'applique également aux machines-outils. Dans ce dernier cas, les difficultés paraissent si grandes que jusqu'ici on a douté de pouvoir obtenir des résultats satisfaisants et pratiquement utilisables, par exemple pour les grosses machines travaillant par enlèvement de copeaux. Dans les guidages de chariot connus, le contre-guidage est constitué, comme le guidage principal, par un guidage aérostatique exactement conformé comme le premier. Mais les efforts faits pour obtenir de cette façon des résultats pratiquement utilisables n'ont pas abouti Juszutici au succès escompté. On n'y est même pas arrivé par l'emploi de systèmes de réglage, en dehors du fait que de tels systèmes entraient une complication notable. La présente invention a pour objet de réaliser un guidage aérostatique du genre défini au début, pouvant répondre aux exigences élevées de marche et de précision, et convenant également à des organes mobiles lourds tels qu'en particulier pour les machines-outils à découpe et principalement pour celles commandées numériquement telles que les perceuses et fraiseuses horizontales, rectifieuses, etc. Ce but doit être atteint de la façon la plus simple possible et par des moyens exempts de complication. L'invention vise en cela à une conformation des divers éléments de guidage avantageuse et répondant particulièrement bien aux exigences de la pratique. L'invention prévoit que le contre-guidage comporte, sur un des organes de machine, une voie sur laquelle se déplacent des galets montés sur l'autre organe et poussés par la force d'un ressort les appliquant à ladite voie. L'expérience a révélé qu'un guidage ainsi conformé, de construction remarquablement simple, donne des résultats excellents. L'appui élastique des galets, permettant l'emploi de groupes de ressorts à course élastique assez grande, permet d'obtenir une charge initiale constante engendrant des conditions favorables dans la partie aérostatique du guidage incluant les paires de surfaces-guides séparées par un intervalle d'air. Ceci constitue un résultat surprenant, indéductible des types connus de guidages aérostatiques. Le guidage selon l'invention se trouve sous tension, même en l'absence d'air, par exemple lorsque l'arrivée d'air est fermée, de sorte qu'au repos les faces en regard de la paire de surfacesguides aérostatique s'appliquent fortement l'une à l'autre (produisant en outre une fixation souhaitable de l'organe mobile dans la position correspondante). L'intervalle séparant les surfacesguides s'établit seulement lorsque la pression d'air est admise et est rendu possible par la faible déformation élastique, se produisant à ce moment, des éléments de ressorts appartenant aux autres guidages. Àvec un guidage ainsi conformé on obtient un petit entrefer et une grande rigidité.Comme l'expérience l'a révélé, l'organe mené (un chariot par-exemple) suit exactement, avec le guidage selon l'invention, la forme macrogéométrique, de l'organe fixe, et les irrégulatités de la voie sont donc, elles aussi, totalement compensées sans qu'il se produise, de ce fait, des modifications nuisibles de l'entrefer séparant les deux faces de la paire de surfaces-guides aérostatique. Un mode de réalisation avantageux de l'invention consiste en ce que, dans chaque groupe de galets, les galets espacés les uns des autres dans le sens de déplacement sont montés dans un bloc possédant un appui fixe sur l'organe mobile en un point situé latéralement aux galets et stappuyant, par un ressort de pression, à une butée jointe audit organe mobile et située latéralement aux galets, l'appui rigide ou la butée pouvant Qtre déplacée par rapport audit organe mobile, c'est-à-dire transversalement à un plan passant par la voie des galets.Ce mode de réalisation est très clair, facile à fabriquer et à monter, et il permet de régler rapidement et exactement la tension initiale à la valeur voulue dans chaque cas. I1 y a avantage à ce que chaque bloc comporte deux galets de façon à réaliser, conjointement avec l'appui rigide, le principe d'un appui à trois points. Un développement de l'invention prévoit que la butée est constituée par la tette d'un boulon vissé dans l'organe mobile, le ressort de pression pouvant autre placé entre la tette de boulon et le bloc. 11 conviendra que le ressort de pression soit constitué par une pile de ressorts belleville qui pourra, par exemple, titre logée, sans tenir de place et bien abritée, dans une cavité du bloc. Le guidage sera avantageusement conformé de telle façon que plusieurs blocs individuels dans lesquels sont montés des galets seront répartis sur la longueur de l'organe mobile. Selon les dimensions et le poids de l'organe à mener, le nombre de blocs appartenant à un contre-guidage pourra titre fixé sans difficulté de façon à obtenir les meilleurs résultats dans chaque cas. Dans un guidage comportant deux paires de surfaces-guides en forme de support aérostatique comme guidages principaux pour organe mobile de machine, l'invention prévoit que sur chacune des deux faces latérales de ltorgane mobile, parallèles aux guidages, sont disposés au moins deux blocs individuels dans lesquels seront montés des galets. L'avantage de tels guidages et de ceux conformés pareillement est que la tension initiale de chaque bloc peut Autre réglée indépendamment de celle des autres blocs. Oeci permet également d'équilibrer des charges dissymétriques telles qu'elles peuvent résulter par exemple de la forme de l'organe à mener et de placer, par des réglages différentiels de la tension initiale des divers blocs, le point d'attaque effectif de la charge résultante de la façon la plus favorable à l'exécution du mouvement, essentiellement au centre de l'ensemble. Dans de nombreux cas, tels qu'en particulier pour les organes lourds et volumineux, il peut titre difficile ou exagérément compliqué de réaliser les conduits d'air, devant alimenter en air comprimé les orifices de sortie d'air, par des alésages dans organe considéré. Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit que le conduit d'air sera un corps tubulaire comportant des orifices de sortie d'air transversaux à son axe longitudinal et logés dans une rainure de l'organe de machine considéré. Cette solution constitue un mode de réalisation avantageux possédant un intér8t propre indépendamment des caractéristiques précédemment mentionnées et applicable, d'une façon générale, à tous les guidages aérostatiques. La rainure servant à loger le conduit d'air tubulaire peut également ventre réalisée sans grandes difficultés sur les pièces lourdes, le plus souvent même dans le cadre des autres opérations nécessaires. Il conviendra que les orifices de sortie d'air soient raccordés à, ou pourvus de, buses, registres, ou autres pièces analogues. Ceux-ci pourront être placés ou vissés dans les dérivations du conduit d'air ou directement dedans. L'ensemble du dispositif pourra être réalisé en dehors de la machine puis inséré dans l'organe de machine considéré. Il conviendra de remplir d'une garniture, et notamment d'une résine synthétique, l'intervalle séparant le tube et ses branches des parois de la rainure. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 est une vue de face d'un guidage dechariot de machine outil en ordre de marche, dans lequel les dimensions de l'entre- fer ont été exagérées - la Figure 2 est une vue de dessus de la Figure 1 - la Figure 3 est une coupe à plus grande échelle d'un guidage selon l'invention - la Figure 4 est une vue de dessus, éventuellement en coupe selon le ligne IV-IV de la Figure 3, d'un bloc porte-galets - la Figure 5 est une vue partielle de dessus d'une surface guide comportant des orifices de sortie d'air - la Figure 6 est une vue perspective dsun élément d'alimen tation d'air ; et - la Figure 7 est une coupe transversale d'une variante d'un élément d'alimentation d'air. Les Figures 1 et 2 représentent le guidage d'un chariot de machine-outil 1 sur le banc 2 de cette machine. Ce chariot peut etre un chariot portant le support d'une perceuse ou frai- seuse horizontale. La partie inférieure de ce support 3 est simplement indiquée en points et traits sur la Figure 1. Le chariot 1 est porté par deux paires de surfaces-guides 4a, 4b et 5a, 5b ayant la forme de guidages aérostatiques. Les surfaces-guides 4b, 5b situées sur le banc 2 sont faites de la même matière que le banc lui-mtme, par exemple de fonte ou d'acier selon que le banc a été réalisé par moulage ou par soudage. La forme plane de ces surfaces-guides 4b, 5b est réalisée par rectification ou, comme le permet le guidage selon l'invention, par fraisage de précision. Il n'est pas nécessaire de tremper les surfaces-guides. Les surfaces-guides 4a, 5a du chariot 1, tournées vers les surfaces-guides 4b, 5b du banc 2 sont constituées par les faces inférieures de plaqués de matière synthétique 6 fixées aux faces inférieures d'appui du chariot 1, par exemple par collage. Comme le montre en particulier la Figure 5, des orifices de sortie d'air 7, constitués par des buses rapportées ou des pièces analogues, sont ménagés, espacés les uns des autres, dans chacune des surfaces-guides 4a, 5a. Pendant la marche de la machine, de l'air comprimé1 provenant d'une source non représentée telle qu'un compresseur rotatif, est amené à ces orifices de sortie d'air 7 par un conduit flexible 9 et des alésages ou canaux 8 ménagés dans le chariot 1 (Figure 1).Ce conduit 9 est joint à un raccord 10 placé sur le chariot t et peut suivre sans encombre tous les mouvements de ce dernier. À chaque paire de surfaces-guides aérostatiques 4, 5 est associé un contre-guidage 11, 12 comportant une voie Il a ou 12a orientée parallèlement à la surface-guide 4b ou 5b du banc 2 et qui est constituée par la face inférieure d'un appendice en forme de plate-bande 14 ou 15 du banc 2 sur lequel roulent des galets 13. Chaque galet 13 est monté sur un axe 17 maintenu par un bloc 16. Ce bloc possède deux points d'appui, tous deux disposés latéralement au galet 13, à savoir un premier point d'appui fixe 18 sur une partie pendante du chariot 1 et un second point d'appui, par l'intermédiaire d'un ressort 19, sur la tête d'un boulon 20 vissé dans le chariot 1. Le galet 13 est ainsi appuyé contre la voie lia ou 12a avec une force prédéterminée et communique, de ce fait, une tension initiale au guidage aérostatique 4 ou 5. Cette tension initiale peut être augmentée ou diminuée par rotation du boulon 20 dans l'un ou l'autre sens et peut donc être réglée selon les besoins. De plus, un ressort incorporé peut être remplacé rapidement et commodément par un ressort de dureté différente si cela est nécessaire, à l'occasion d'une transformation de la machine, par exemple. Sur la Figure 1 le guidage est représenté en ordre de marche mais les dimensions de l'entrefer L ont été exagérées pour plus de clarté. Comme le représente schématiquement la Figure 2, plusieurs galets pré-tendeurs 13 appartenant aux contre-guidages 11, 12 sont répartis sur toute la longueur de chaque face latérale la, lb du chariot 1. La tension initiale de chaque galet peut titre réglée différemment, par exemple pour compenser une charge dissymétrique du chariot 1 comme il pourrait en résulter d'une position décentrée du support 3 (Pigure i) sur le chariot 1 ou de la présence d'une autre pièce de machine placée unilatéralement sur le support. Les Figures 3 et 4 représentent en détail une conformation particulièrement favorable d-'un guidage qui pourra titre celui d'une table ou chariot de machine-outil comme dans le cas des Figures 1 et 2 ou un guidage pour tout autre objet. ici aussi la partie aérostatique 24 du guidage comporte une surface-guide plane 24b sur un organe fixe de machine 22 et une surface-guide 24 > associée à la première, sur l'organe mobile 24 de la machine, constituée par une plaque 26 en matière synthétique et pourvue d'orifices de sortie d'air 27 disposés, comme les orifices 7 de la Figure 5, sur toute la longueur de la surface-guide. Sur la voie 31a d-u contre-guidage désigné d'une façon générale par le chiffre 31 roulent des galets 33 à raison, dans chaque cas, de deux galets placés dans une cavité 35 d'un bloc 36 où ils sont montés, par des paliers à roulements non représentés, sur des axes 31 maintenus dans les blocs par leurs deux extrémités. Sur sa face éloignée des galets 33, le bloc 36 possède un point d'appui fixe 38 sur la face inférieure d'une partie pendante de l'organe mobile 21. Ce point d'appui est garni d'une pièce intermédiaire annulaire 38a en acier ou autre matière appropriée. En outre la position du bloc 36 est assurée par une goupille 34 enchâssée dans le bloc et pénétrant, avec un faible jeu, dans un alésage 34a de l'organe mobile 21 de façon à pouvoir s'opposer à la rotation du bloc 36. Le bloc 36 est percé, en un point situé entre l'appui 38 et les-galets 33, d'un alésage médian 41 que traverse un boulon 40 vissé dans un trou taraudé 42 de organe mobile 21. Entre la tête 40a, servant de butée, du boulon 40 et le fond d'une cavité 43 creusée dans le bloc 36 est placé un empilage de rondelles belleville 39. La butée formée par la tête 40a du boulon 40 peut donc, par rotation du boulon, se déplacer dans l'un ou l'autre sens par rapport à la face inférieure de l'organe mobile 21 ou par rapport à un plan passant par la voie 31a des galets 33, de sorte que la force d'application des galets 33 contre la voie 31a, donc la tension initiale de tout le guidage, peut se régler conformément aux besoins.Sur la Figure 3, le guidage est représenté en position de repos, dans laquelle il n'existe aucun entrefer mais dans laquelle les surfaces-guides 24a et 24b s'appliquent l'une à l'autre. La disposition du boulon 40 au voisinage des galets 33 engendre un bras de levier favorable à l'application de la tension initiale relativement au point d'appui fixe 38. Ce dernier, avec les emplacements des deux galets 33, fournit en outre le principe d'un appui à trois points, comme l'indique le triangle en points et traits 44 tracé sur la Figure 4. Dans le mode de réalisation des Figures 1 et 2, comme dans celui de la Figure 3, l'organe mobile de machine peut en outre ttre guidé par un ou plusieurs autres guidages, en particulier des guidages agissant dans d'autres directions tels qu'un guidage transversal. Ces guidages supplémentaires pourront avoir également la forme de guidages aérostatiques selon l'invention ou tout autre forme. Les Figures 3 et 6 représentent un mode de réalisation du conduit d'arrivée d'air aux orifices de sortie d'air 27. Le conduit d'air intérieur à l'organe mobile 21 est ici constitué par un tube 28 en métal ou matière synthétique placé dans une rainure 23 de l'organe mobile 21 et d'où partent des appendices tubulaires 28a dans lesquels sont enchâssées des buses 25 constituant les orifices de sortie d'air 27, jonction pouvant se faire, par exemple, par pressage et/ou collage mais également, d'une façon différente de celle représentée, par joint fileté ou vissé. L'espace séparant le tube 28 et ses appendices 28a des parois de la rainure 23 est rempli d'une résine synthétique 29 qui y sera, de préférence, coulée. La Ligure 7 montre une autre conformation commode des organes d'arrivée d'air. Dans ce cas, ces organes sont constitués par un tube à section rectangulaire en laiton 38 placé, comme dans le cas de la Figure 3, dans une rainure 23 de l'organe mobile 21 en question et immobilisé en position par une coulée de résine synthétique 29 ou autre matière analogue. Le tube 38 comporte des trous taraudés 31 répartis sur toute sa longueur transversalement à son axe longitudinal dans chacun desquels est vissé un corps de buse 32. Les corps de buse ont la forme de petits raccords à vis à filetage externe et sont percés d'un canal central 33 par lequel sort l'air.Les faces frontales 35 des corps de buse 32 sont quelque peu en retrait de la surface-guide 34 et peuvent comporter une fente d'introduction de tourne-vis ou deux trous d'insertion d'une clef à broches, ou une disposition semblable au moyen desquels ils peuvent etre vissés et, en cas de besoin, dévissés. Dans le mode de réalisation représenté, la surface-guide 34 est constituée par une couche de matière synthétique 36. Celle-ci recouvre la rainure 23 sur toute sa longueur et ne laisse libres que les zones correspondant aux faces frontales 35 des corps de buse 32, de façon à donner, vu de dessus, un aspect semblable à celui de la Figure 5 avec ses plaques de guidage 6. La couche de matière synthétique sera avantageusement réalisée par coulée ou autre mode de dépôt d'une matière synthétique appropriée qui se solidifiera ensuite. Eventuellement la coulée de matière synthétique ne servira pas seulement à réaliser la couche 36 mais en meme temps à remplir l'intervalle séparant le tube 38 des parois de la rainure 23. Dans la mesure où le permet l'état connu de la technique, toutes les caractéristiques mentionnées dans la description précédente ou représentées sur les dessins annexés doivent autre considérées, seules ou en diverses combinaisons, comme faisant partie du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Guidage pour organes de machine réciproquement mobiles, en particulier pour les chariots, tables, ou montants de machinesoutils ou appareils de mesure déplaçables sur un banc, bâti, colonne, ou autre élément analogue, guidage dans lequel une ou plusieurs paires dè surfaces-guides supportant l'organe mobile ont la forme de guidages aérostatiques, et dans lequel un contreguidage, orienté parallèlement à une telle paire de surfaces-guides, est associé à celles-ci, caractérisé en ce que le contre-guidage comporte, sur un des organes de machine, une voie sur laquelle se déplacent des galets montés sur l'autre organe de machine et poussés par la force dsun ressort les appliquant à ladite voie. 2. Guidage selon la Revendication i caractérisé en ce que, dans chaque groupe de galets, les galets espacés les uns des autres dans le sens de déplacement sont montés dans un bloc possédant un appui fixe sur organe mobile en un point situé latéralement aux galets et s'appuyant, par un ressort de pression, à une butée jointe audit organe mobile et située latéralement aux galets, l'appui rigide ou la butée pouvant être déplacés par rapport audit organe mobile. 3. Guidage selon la Revendication 1 caractérisé en ce que la butée est constituée par la tête d'un boulon vissé dans l'organe mobile. 4. Guidage selon la Revendication 3 caractérisé en ce que le ressort de pression est placé entre la tête de boulon et le bloc. 5. Guidage selon l'une quelconque des Revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le ressort de pression est constitué par une pile de rondelles belleville. 6. Guidage selon une quelconque des Revendications 1 à 5 caractérisé en ce que plusieurs blocs individuels, dans lesquels sont montés des galets, sont répartis sur la longueur de l'organe mobile. 7. Guidage selon une quelconque des Revendications 1 à 6 comportant deux paires de surfaces-guides en forme de supports aérostatiques comme guidages principaux pour organe mobile de machine, caractérisé en ce que, sur chacune des deux faces latérales de l'organe mobile, parallèles aux guidages, sont disposés au moins deux blocs individuels dans lesquels sont montés des galets. 8. Guidage, en particulier selon une quelconque des Revendilations i à 7, pour organes de machine réciproquement mobiles, en particulier pour les chariots, tables, ou montants de machines-outils ou appareils de mesure déplaçables sur un banc, bâti, colonne ou autre élément analogue, guidage dans lequel une ou plusieurs paires de surfaces-guides supportant l'organe mobile ont la forme de guidages aérostatiques, l'une des surfaces guides étant pourvue d'orifices de sortie d'air raccordés à un conduit d'air disposé dans l'organe de machine associé à ladite surface-guide, caractérisé en ce que ledit conduit d'air de forme tubulaire, est logé dans une rainure de l'organe de machine associé et qu'il comporte des orifices de sortie d'air dirigés transversalement à son axe longitudinal. 9. Guidage selon la Revendication 8 caractérisé en ce que l'espace intermédiaire entre le conduit d'air tubulaire et une partie au moins de la paroi de la rainure est rempli d'une garniture. 10. Guidage selon une quelconque des Revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le conduit d'air tubulaire est pourvu de dérivations pour les orifices de sortie d'air. 11. Guidage selon la Revendication 10 caractérisé en ce que les dérivations du conduit d'air tubulaire sont jointes directement à des corps de buses ou organes analogues. 12. Guidage selon la Revendication Il caractérisé en ce que les corps de buses sont étanchément enchâssés dans les dérivations. 13. Guidage selon la Revendication il caractérisé en ce que les corps de buse sont joints aux dérivations par un joint fileté ou visse. 14. Guidage selon une quelconque des Revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que les corps de buse sont directement placés dans des alésages de la paroi du conduit d'air tubulaire. 15. Guidage selon la Revendication 14 caractérisé en ce que dés corps de buse pourvus d'un filetage externe sont vissés dans des alésages taraudés du conduit d'air tubulaire. 16. Guidage selon une quelconque des Revendications 8 à 15 caractérisé en ce que le conduit d'air est un tube à section rectangulaire. 17. Guidage selon une quelconque des Revendications 8 à 16 caractérisé en ce que la surface-guide de l'organe de machine comportant la rainure est constituée par une couche de matière synthétique recouvrant ladite rainure et ne laissant libre essentiellement que les orifices de sortie d'air ou les faces frontales des corps de buses présents.