Brevet FR2445756A1 — publié le 19800801

L'invention est relative à un mécanisme de pousse, de guidage et de con tr#le pour unités usinage. Elle se rapporte aux dispositifs de pousse et de guidage fie fourreaux coulissants utilises dans les unités d'usinage servant à la construction de machines outils dites spéciales ou du type transfert, dans les tatas de perçage, genre radiale ou sur colonne et, d'uno façon générale, dans tous les cas ou un outil, son support ou tout autre dispositif doit recevoir un mouvement de rotation et de translation, ces deux mouvements pouvant Etre simultanés ou non. Elle se rapporte également aux unités d'usinage dites à glissières. La technique actuelle s'orjentant vers des matériels programmables avec changement automatique des outils, il est nécessaire que les unités d'usinage puissent etre adaptées à ces nouvelles techniques qui demandent, outre la variation de la vitesse de broche et la variation de la vitesse de translation de l'outil, une absence totale de jeux axiaux et radiaux dans les déplacements de la broche. Le contrôle des déplacements par règle ou capteur rotatif et un système d'arr8t orienté de l'outil est nécessaire dans le cadre d'un changeur automatique d'outil. Dans les constructions actuelles, l'avance de l'outil et la poussée, pour les unités à fourreau sont généralement transmises par crémaillère, par vis, ou par pression hydraulique, accolée au fourreau ou reliées à ce dernier par un support,planche 4 figure Il et figure 12. L'exécution de ces divers systèmes d'entrainement du fourreau fait que 1' effort de poussée est désaxé par rapport au point de réaction qui est l'axe de rotation de l'outil, d'où une imprécision du mouvement de translation accentuée par le type de guidage qui comprend, généralement, un fourreau cylindrique en acier traité qui coulisse dans un corps en fonte, d'ob un certain jeu de fonctionnement. Pour les unités sur glissières, la poussée s'effectue généralement par vis et écrous, ou par pression hydraulique, les organes de transmission étant situés entre les glissières sont, de ce fait, loin du point d'application des efforts, d'ou imprécision de déplacement identique à celle des unités à four reaub planche 4 figure 13. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'unités d'usinage adaptées à la commande numérique. Cette unité est constituée d'un corps repère 3 pouvant servir d'enveloppe au système mécanique dans lequel coulisse le fourreau repère la l'intérieur duquel tourne la broche repère t, cette dernière recevant l'outil de travail par l'intermédiaire du cne repère C ou de tout autre type de fixation. La broche repère 1 est cannelée à son extrémité afin d'entre entrainée en rotation par les pignons repère 9 et 19 et de pouvoir se déplacer axialement gracie au fourreau repère 2 ce dernier recevant, dans sa partie supérieure, un système de vis repère 4 et écrous repère 5 engendrant le déplacement et la force de poussée. Le ou les écrous repère 5 sont immobilisés dans le fourreau repère 2, la vis repère 4 est creuse afin de laisser le libre passage à le broche repère I elle est entrainée an rotation par un pignon repère 8 qui, lui-môme, est entrains par le pignon repère 7 fixé au moteur repère 6. Dans ces conditions il est évident que le moteur repère 6 actionnant en rotation par l'intermédiaire des pignons la vis creuse repère 4, la rotation de celle-ci entrainera un déplacement du fourreau par l'intermédiaire de 11 écrou repère 5. La vis étant creuse, le passage sera assuré à le broche repère 1 qui est entrains par les pignons repère 9 et 19 recevant son mouvement de rotation et son couple du moteur d'entraînement, soit directement, soit par l'intermédiaire de poulie repère 18, de boite de vitesses, de variateur, etc... Si le rapport des pignons repère 9 et 19 est égal à 1/1 un système dar- ret en position, tel qu'un disque repère 16 équipez d'un détecteur de proximité repère 17 ou de tout autre système, pourra entre adapté. L'éjection et la préhension de l'outil peuvent être réalisées par un cylindre repère 13 fixé sur le corps repère 3 en prolongement de la broche repère 1 de telle sorte qu'un fluide sous pression ayant son arrivée en repère 14 actionnera le piston repère 12 qui prendra appui sur une tige repère Il intégrée dans la broche et comportant à son extrémité Ct une pince, pourra saisir les outils. La pression du fluide étant annulée, des rondelles à ressort 39 rappelleront la tige an position, le serrage de l'outil étant ainsi effectué. il est évident que dans la disposition sehematisée planche 1 figure 1 l éjection ne pourra être réalisée que si la broche repère 1 est en position haute, de là une sécurité an cours de travail car la broche et la tige repère Il sont hors de portée du piston repère 12 dès le début de la descente de la broche. La mesure du déplacement du fourreau pourra être réalisée par une règle de mesure repère 22 fixée dans le corps repère 3 le capteur repère 21 étant fixé sur le fourreau par l'intermédiaire d'une attache repère 20 tous les déplacements du fourreau pourront astre ainsi enregistrés. Dans le cas d'un capteur rotatif son entrainement pourra s'effectuer par les pignons repère Q ou par l'arbre moteur relié au pignon repère 7. Pour les unités d'usinage sur glissières la poussée sera réalisée par une vis repère 30 prenant appui sur le corps repère 31 qui coulissera sur les glis sières repère 32. La rotation de la vis étant assurée par la poulie repère 33 la broche sera entraînée en rotation par la poulie repère 34 (voir planche 4 figure 14). Cette disposition appliquée aux unités à corps coulissant n'est qu' une transposition de la description donnée sur la planche 1 figure t il est évident que les indications données en ce qui concerne la poussée de l'outil au moyen d'une vis creuse et d'écrous fixes dans le fourreau n' est pas limitative car toutes dispositions d'une ou de plusieurs vis, d'un ou de plusieurs écrous permettant d'obtenir un résultat similaire entrent dans le cadre de cette invention. Guidage du fourreau. Les fourreaux généralement utilisés dans les unités d'usinage sont de forme cylindrique et coulissent "acier dans fonte" dans des alésages avec un certain jeu de fonctionnement, d'autre part ce type de montage est toujours sujet au phénomène de "stick-slip" ce qui est préjudiciable à la qualité des usinages. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'adapter le guidage du fourreau aux nécessités techniques demandées par la commande numérique, c'est à dire l'annulation de tout jeu de fonctionnement par précontrainte contrôlée entre le fourreau et son support. Pour cela il importe de disposer aux points de réaction des efforts de déplacement et de soupe, judideusèment choisie, des patins de guidage ajustés avec précontrainte afin que la broche quels que soient les efforts qu'elle supporte, ne puisse se déplacer que dans la cadre géométrique qui lui est assigné par les impératifs de precisionwdemandée. Le guidage peut être réalisé par des patins à galets immobilisés en position dans le corps repère 3, les croquis planche 2 figures 2 et 3 complèteront l'explication. Le fourreau repère 2 de forme cylindrique est an acier traité, il comporte plusieurs portées planes rectifiées repère 25 disposées tangentiellement au cylindre et d'une largeur telle qu'elles puissent recevoir le chemin de roulement de patins à galets cylindriques du type INA par exemple. L'ensemble des portées formera le guidage radial et axial du fourreau, voir planche 2 figure 3. Le corps repère 3 devant recevoir la broche et son système de guidage aura un alésage cylindrique de dimension telle que pourra être intégré à l'intérieur l'ensemble fourreau et ses éléments de guidage constitués par des patins repère 23 et des cales précontraintes repère 24. Comme le montre le croquis la réalisation mécanique de tels ensen bleus est particulièrement simple car1!# forme géométriques qui le composer et leur contrôle sont facilement réalisables. Une entretoise repère 26 tiendra en écartement axial et radial chacun des patins repère 23 et leur disposition autour du fourreau repère 2, les patins repère 23 étant fixés sur les cales de forme repère 24 dans ces conditions la cote d'écartement des patins étant celle de la rectification des portées planes de la broche repère 2 la précontrainte qui devra être appliquée sera donnée an adaptant la hauteur des cales repère 24. L'adaptation de précontreinte variable entre également dans le cadre de cette invention pour cala la poussée sur les patins à galets pourra être effectuée par vis voir planche 2 figure 2 repère 28 ou par cales coniques repère ou outous autres dispositifs. Dans ce système la longueur de guidage pourra être variable et adaptée à la longueur de sortie de broohe,de même le groupe de patins pourra comporter trois, quatre, six portées ou plus en fonction des efforts radiaux que le fourreau devra subir. En effet la force et la direction des réactions sur le fourreau de broche dues aux efforts de coupe nécessaires à 11 enlèvement du métal, en particulier dans le cas de fraisage, sont la résultante du couple de rotation de la broche et de la poussée due à l'avance de l'outil. Ces réactions se traduisent obligatoirement par une déformation du fourreau qui, sous la contrainte, prend une flèche plus ou moins importante selon sa robustesse et le jeu de fonctionnement qu'il a dans son support, voir planche 3 figure 4, ainsi que le longueur de sortie de l'outil, c'est à dire la distance entre les points A et B. Dans ces conditions le fourreau n'est plus maintenu qu'en deux points B1 et 132 car le jeu de fonctionnement et le déformation du support s'ajoutant le jeu réel devient J1 et J2 dans le support 3 figures 5 et 6 planche 3. C'est pourquoi la présente invention a pour objet la réalisation d' un ensemble mécanique éliminant l'ensemble de ces défauts. Pour cela après étude du sens et de l'importance des réactions que doit subir le fourreau figures 5 et 6 et après avoir déterminé les points d'application des efforts il est possible d'adapter précisément des patins à galets face à ces efforts. Le croquis planche 3 explicite cette description, on remarque en effet que les efforts an El E2 E3 ne sont pas similaires. En El et E3 ils sont de direction opposée an E2 ils sont théoriquement nuls mais, en fait, ils correspondent à la flexion de la broche. I1 convient donc de positionner et de maintenir radialement et axia lamant les patins selon les figures 7 et 8, le maintien en position est réalisé par la pièce repère 26 s'ajustant dans le corps repère 3 et comportant des al véoles maintenant radialement et axialement les patins tout en leur permettant de recevoir la précontrainte prévue, soit par cales de forme, soit par vis de poussée, soit par cales coniques, etc, voir planche 2 figures 2 et 3. il va de soi que cette invention ne se limite pas à la seule application de fourreau coulissant du type machine-outil, mais qu'elle peut être appliquée à tout déplacement linéaire et servir de glissière soit par déplacement du fourreau repère 2 planche 2 comportant des chemins de roulement repère 5, dans ce cas le corps repère 3 servant de support et restant immobile, soit par immobilisation du fourreau qui a ce moment devient glissière, la fonction mécanique étant alors assurée par le corps repère 3 qui se déplace axialement sur le fourreau repère 2. De plus, la conception mécanique de cet ensemble fait que seul le déplacement axial est possible en effet, la disposition des chemins de roulement et la précontrainte qui leur est appliquée empêche toute rotation du fourreau ou du corps de ce fait les bras ou les dispositifs de contre-couple s'avèrent inutiles. - REVENDICATIONS 1 Mécanisme d'entrainement en translation et en poussée pour broche d'unité d'usinage à fourreau coulissant ou à glissière et d'une façon générale à tout mécanisme nécessitant une poussée et un déplacement axiaux,caractérisé en ce que les axes de rotation de la broche et de la vis de poussée du déplacament sont co-axiaux, que la transmission des mouvements de rotation et de translation peut être simultanée ou non, que les moyens d'entrainement peuvent être indépendants ou communs. Ce mécanisme est constitué d'une ou plusieurs vis transmettant le mouvement de translation et la poussée par l'intermédiaire de un ou plusieurs écrous prenant appui sur le fourreau porte-broche ou sur le corps porte-broche ou sur tout autre dispositif que l'on veut déplacer. La vis creuse permettant le passage de ltentrainement en rotation de la broche. 2 Mécanisme selon la revendication 1 pour guidage du fourreau porte broche caractérisé en ce que le fourreau porte-broche de forme générale cylindrique comporte des plages tenant lieu de glissières prismatiques et permettant sous précontrainte la mise en place de patins à galets à #####é#####l'intérieur corps de forme cylindrique ou non. La précontrainte appliquée sur le fourreau étant obtenue : par l'ajustage de cales d'épaisseur, par la poussée de vis ou d'écrous, au moyen de cales coniques ajustablas, ou par tout autre moyen, poussée hydraulique par exemple. 3 Mécanisme selon l'ensemble des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le fourreau coulissant peut être guidé par des patins, ces derniers étant disposés et maintenus aux points précis d'application des efforts par une entretoise alvéolée ou par tout autre système permettant leur maintien au point choisi. 4 Mécanisme selon l'ensemble des revendications 1, 2,3 caractérisé en ce que le mécanisme décrit en 2 et 3 peut être utilisé soit en guidage de broche dans un corps, soit en glissières mobiles par immobilisation du corps, soit en glissière fixe dans ce cas le corps devenant mobile. Dans tous ces cas des appareillages divers peuvent être adaptés ou fixés soit à la glissière mobile, soit au corps mobile. 5 Mécanisme selon l'ensemble des revendications 1, 2, 3, 4 caractérisé en ce que le déplacement de la partie mobile ne peut qu'être guidé par les plages rectifiées et n'avoir de ce fait qu'un mouvement rectiligne ou hélicoldal, la rotation suivant arc de cercle de la partie mobile n'étant pas possible. 6 Mécanisme selon ensemble des revendications 1, 2, 3, 4, une quelconque de ces revendications, caractérisé en ce que l'éjection et la préhension de l'outil se font par l'intermédiaire d'un vérin intègre à lensem- ble porte-broche qui ne peut remplir son office que lorsque la broche est en position extrême haute.