Brevet FR2462966A1 — publié le 19810220

Dispositif adaptateur passif destiné à aligner un outil La présente invention a pour objet un dispositif adaptateur passif permettant d'aligner un ensemble d'outil avec une pièce à usiner et de l'amener en prise sur la pièce; elle concerne notamment, bien que non exclusivement, un tel dispositif dans lequel l'ensemble d'outil est actionné,par l'intermédiaire d'un dispositif d'adaptation à un centre éloigné,par des mécanismes portés indépendam- ment. De nombreuses applications mettant en oeuvre des machines outils, telles que le perçage et le meulage, exigent un alignement précis d'un outil, tel qu'un foret rotatif, avec une pièce. On atteint habituellement ce résultat en mettant en place de façon précise un gabarit de perçage par rapport à la pièce et en amenant un-coussi- net de foret en alignement avec le gabarit. Lorsque ces deux pièces sont alignées, on fait avancer le foret à travers le coussinet et le gabarit pour l'amener dans la position précise o un trou doit être percé dans la pièce. On utilise fréquemment un système actif mécanique ou électrique ou bien une assistance humaine ou l'aide d'un robot pour avancer le foret. Les défauts d'alignement latéraux et angulaires entre le gabarit et le coussinet sont habituellement absorbés par la flexibilité ou l'adap- tabilité de la personne ou du robot,ou par un système automatique,ou par des structures mécaniques présentant un centre de rotation à une distance importante du point de rencontre ( l'extrémité du coussinet de foret). Il arrive souvent que des forces importantes apparaissent dans de tels dispositifs à l'interface du gabarit et du coussinet et provoquent un blocage. De plus, dans certains cas, le poids non négligeable que représentent au moins un des moteurs,destiné à entraîner le foret en rotation, le foret, la pièce dans laquelle il est bloqué et même le mécanisme d'avance est supporté par le dispositif d'adap- tation. Cette charge supplémentaire peut diminuer la durée de vie du coussinet et/ou du gabarit et elle inter- fère avec le fonctionnement du dispositif d'adaptation. De plus, ces dispositifs sont surtout adaptés à un emploi en position verticale ou proche de la verticale. L'invention vise notamment à fournir un dispositif adaptateur passif amélioré permettant d'aligner un ensemble d'outil avec une pièce et de provoquer sa venue en prise; elle vise également à fournir un tel dispositif permettant de guider l'ensemble d'outil et de le déplacer le long de l'axe d'un dispositif d'adaptation à un centre éloigné l'invention vise encore à créer un centre d'adaptation éloigné situé à proximité de l'extrémité du guide ou de l'outil à aligner avec la pièce; l'invention vise également à permettre de supporter le mécanisme d'avance de l'outil et/ou le mécanisme d'entraînement de l'outil indépendamment du dispositif d'adaptation au centre éloigné; l'invention envisage également de réduire sensiblement le poids supporté par le dispositif d'adaptation et de permettre un fonctionne- ment dans toutes les orientations, y compris verticalement. Pour atteindre ces résultats, l'invention part de la constatation qu'on peut réaliser un dispositif adaptateur passif efficace en utilisant un dispositif d'adaptation à un centre éloigné pour aligner, avec une pièce à usiner, un guide disposé le long de l'axe du dispositif d'adaptation au centre éloigné, à travers lequel l'ensemble d'outil est avancé et rétracté, l'interconnexion avec un mécanisme d'entraînement étant assurée par un arbre flexible. - De façon plus précise, le dispositif adaptateur destiné à aligner l'ensemble-d'outil et à provoquer son engagement peut être constitué de la façon suivante: il comporte un dispositif d'adaptation à un centre éloigné et des moyens de guidage supportant l'ensemble d'outil en le laissant libre de se déplacer. Le dispositif d'adaptation comporte un centre éloigné situé à proximité de l'extré- mité des moyens de guidage. Des moyens sont prévus pour supporter ce dispositif d'adaptation. Des moyens supplé- mentaires sont prévus pour réaliser un déplacement relatif entré l'ensemble d'outil et les moyens de guidage dans le dispositif d'adaptation, ces moyens permettant de dépla- cer vers l'avant et vers l'arrière l'ensemble d'outil à travers le dispositif d'adaptation. Dans un mode avantageux de réalisation, les moyens de guidage peuvent être placés le long de l'axe du dispositif d'adaptation pour permettre un déplacement axial relatif des moyens de guidage et de l'ensemble d'outil. Les moyens de support peuvent comporter une tête, un pied et des moyens d'interconnexion qui leur permettent de coulisser l'un par rapport à l'autre. Le dispositif peut également comporter des moyens d'entraine- ment de l'ensemble d'outil et des moyens de couplage inter- connectant de façon flexible l'ensemble d'outil et les moyens d'entraînement. Les moyens pour réaliser le'dépla- cement axial relatif peuvent comporter un ressort comprimé de façon élastique entre le pied et la tête. Dans une variante, ces moyens peuvent comporter un vérin d'avance, un solénoïde, ou un autre organe actif de déplacement de l'ensemble d'outil suivant son axe. Les moyens de guidage peuvent comporter un passage ménagé à travers le dispositif d'adaptation au centre éloigné et un palier placé entre l'ensemble d'outil et le passage. Le palier peut comporter un anneau de roulement coulissant, autorisant un déplacement axial relatif du dispositif d'adaptation au centre éloigné et de l'ensemble d'outil,et des roulements rotatifs permettant à l'ensemble d'outil de tourner. Les moyens d'entraînement peuvent comporter un moteur d'entraînement de l'ensemble d'outil en rotation. Les moyens de couplage peuvent être constitués par un mécanisme à deux joints universels. L'ensemble d'outil comporte habituellement un organe de blocage d'outil, tel qu'un mandrin. Les moyens de guidage peuvent comporter, à leur extrémité externe, un coussinet prévu pour venir s'emboîter dans un gabarit placé dans une position convenable par rapport à la pièce à usiner. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes-particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif adaptateur passif suivant l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique, en coupe partielle, d'un mode particulier de réalisation; - la Figure 3 est une vue schématique, avec des parties en coupe, d'une variante de réalisation - la Figure 4, similaire à la figure 3, montre une variante de réalisation. L'invention peut être mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif adaptateur passif qui permet: d'aligner un outil tel qu'un foret et de l'amener en appui contre une pièce à usiner. L'ensemble d'outil comporte une pièce de maintien de l'outil, telle qu'un mandrin, en plus de l'outil lui-même. Le foret est habituellement entraîné en rotation par un moteur couplé à l'outil par un dispositif d'interconnexion flexible qui peut être constitué par une transmission à deux joints universels ou par un arbre flexible-, à condition que ce dernier soit suffisamment rigide dans le sens axial pour transmettre les forces axiales nécessaires à l'ensemble d'outil. Le dispositif comporte également un dispositif d'adaptation à un centre éloigné, par exemple celui décrit dans les brevets US 4 098 001 et 4 155 169, auxquels on pourra se reporter. Des moyens de guidage sont placés le long de l'axe du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Les moyens de guidage portent l'ensemble d'outil et lui permettent de se déplacer en avant et en arrière parallèlement à l'axe du dispositif d'adaptation au centre éloigné; ils lui per- mettent aussi de tourner sous l'action de moyens d'entrai- nement, tels qu'un moteur. Les moyens de guidage comportent généralement un passage ménagé dans le dispositif d'adap- tation au centre éloigné et des moyens formant palier qui peuvent comporter des paliers rotatifs et des paliers de glissement. Ces moyens peuvent être fixés à l'extrémité correspondante du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Les moyens de guidage peuvent comporter également un coussi- net ou un dispositif similaire à l'extrémité libre. Le dispositif d'adaptation au centre éloigné réalise un centre éloigné à proximité de l'extrémité des moyens de guidage et facilitent ainsi un alignement rapide et sans effort de l'ensemble d'outil ou de l'extrémité des moyens de guidage avec la pièce à usiner. Des moyens sont prévus pour supporter le dispositif d'adaptation au centre éloigné et les moyens d'entraînement: ces moyens de support com- portent, de façon générale, une structure portée par le châssis de la machine qui est munie du dispositif d'adap- tation passif. Des moyens tels qu'un vérin d'alimentation, un solénoïde, un mécanisme à ressort ou un autre dispositif d'actionnement permettent d'effectuer le déplacement axial relatif entre l'ensemble d'outil et les moyens de guidage dans le dispositif d'adaptation au centre éloigné, de façon à déplacer en avant et en arrière l'ensemble d'outil dans le dispositif d'adaptation au centre éloigné. Les moyens de support peuvent constituer une structure monobloc unique ou comporter un pied, une tête et des moyens qui les relient en autorisant un déplacement relatif de coulisse- ment. Par exemple, les moyens permettant ce mouvement relatif de coulissement peuvent être constitués par des trous ménagés dans l'un des organes et traversés par des broches de l'autre, auxquels s'ajoute un ressort comprimé entre le pied et la tête. Dans ce cas, les moyens pour effectuer le déplacement axial relatif peuvent comporter le ressort comprimé de façon élastique entre le pied et la tête. Dans une variante, les moyens pour réaliser un déplacement axial relatif peuvent comporter un vérin d'alimentation, un solenoide ou un autre dispositif d'actionnement qui déplace l'ensemble d'outil en avant et en arrière le long de l'axe. Ces moyens de guidage peuvent comporter un coussinet destiné à s'appliquer contre un gabarit qui assure un alignement correct de l'outil et de la pièce. Lorsque les moyens de guidage comportent un coussinet ou un autre dispositif du même genre, le centre éloigné est à proximité de l'extrémité de ce coussinet ou du dispositif, dans la mesure o il fait partie des moyens de guidage. Par exemple, le centre à distance peut être à proximité de l'extrémité de l'outil ou à proximité de l'extrémité d'une pièce contre laquelle porte l'outil maintenu dans l'ensemble d'outil. Le centre - à distance est placé près de l'extrémité des moyens de guidage qui doit être centrée ou placée par rapport à une autre pièce. Le système tel qu'illustré a généralement une symétrie de révolution. Le dispositif d'adaptation passif montré en figure 2 comporte un support1, qui peut être fixé sur un châssis classique de machine outil 14. Le support 10 porte le mécanisme d'avance d'outil 16. Le mécanisme d'entrainement d'outil 18 entraîne, par un coupleur 20, l'ensemble d'outil 22, montré dans le guide 24 qui est fixé à une partie adaptée du dispositif d'adaptation au centre éloigné 26. Lorsqu'on actionne le mécanisme d'avance d'outil 16, le mécanisme d'entraînement 18 et le coupleur 20 peuvent se déplacer vers la gauche de façon que l'outil de l'ensemble d'outil 22 fasse saillie hors de l'extrémité 28 du guide 24. Le dispositif d'adaptation au centre éloigné 26 forme un centre éloigné 30 soit à l'extrémité du guide 24, soit juste au-delà, comme indiqué dans les brevets US 4 098 001 et 4 155 169. Le gabarit 32 est percé d'un trou 34 dimen- sionné de façon à recevoir l'extrémité du guide 24 et présentant un alignement précis par rapport au point 36 de la pièce à usiner 38 o doit venir l'outil de lensemble d'outil 22. Lors du fonctionnement, on déplace le dispositif vers la gauche par rapport au châssis 14 jusqu'à ce que l'extrémité 28 du guide 24, qui constitue coussinet pour le foret, soit centrée par l'action du dispositif d'adap- tation au centre éloigné 26 dans le trou 34 du gabarit 32. Le mécanisme d'avance 16 est alors actionné de façon à déplacer l'ensemble d'outil 22 vers la gauche jusqu'à ce que la pointe de l'outil attaque la pièce 38 à l'emplacement 36. Le mécanisme d'entraînement d'outil 18 transmet alors de l'énergie à l'ensemble d'outil 22 pour faire effectuer à l'outil son action, par exemple un perçage. Dans le mode particulier de réalisation illustré en figure 2, o les pièces correspondant à celles déjà décrites sont désignées par le même numéro de référence affecté de l'indice a, le dispositif iQa comporte une structure support ou avant-pièce 12a fixée sur le châssis 14a. Le coupleur 20a comporte un arbre 40a muni de joints universels 42a et 44a, entraîné par un moteur de perçage 18a fixé à un organe mobile dans le vérin d'alimen- tation 16a actionnable de façon à faire avancer et reculer l'ensemble d'outil 22a. L'ensemble d'outil 22a comporte une pièce de blocage d'outil ou mandrin 46a et l'outil 48a, ainsi que l'arbre 50a, qui est fixé au coupleur 20a et qui tourne dans des paliers rotatifs 52a et 54a de l'anneau de palier 56a constituant une fraction du guide 24a. Des anneaux de retenue Sla et 53a sont prévus pour limiter l'amplitude du déplacement de l'arbre 50a par rapport au palier 52a, 54a et 56a et pour retenir les roulements 52a et 54a. Le guide 24a comporte également un passage 58a délimité par une surface de glissement 60a dans laquelle l'anneau de palier 56a peut coulisser. Le coussinet 62a placé à l'extrémité du passage 58a peut être incorporé aux moyens de guidage 24a dans certains modes de réalisation. Le dispositif d'adaptation au centre éloigné 26a est du genre décrit dans le brevet US 4 155 169. Il comporte une partie déformable 66a et trois tringles longitudinales 68a dont la constitution et le fonctionnement sont décrits dans le brevet US 4 155 169, auquel on pourra se reporter. Les moyens de guidage 24a sont disposés à la place de l'organe de fonctionnement de ce brevet. Jusqu'ici, l'outil a été représenté comme avancé le long de l'axe du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Mais il faut bien noter qu'il n'est pas nécessaire que l'axe de rotation de l'outil coïncide avec l'axe du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Il n'est pas non plus nécessaire que l'axe de rotation passe par le centre d'adaptation du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Le dispositif de couplage exige habituelle- ment un arbre de couplage présentant une certaine flexibi- lité dans le coupleur entre l'ensemble d'outil et le dispositif d'adaptation au centre éloigné, de façon que les moyens d'entrainement, constitués par exemple par un moteur, puissent être montés indépendamment du dispositif d'adaptation. L'arbre doit présenter une flexibilité latérale suffisante pour permettre le fonctionnement,même lorsque l'axe central de l'ensemble d'outil et le moteur ne sont pas alignés. Mais il doit être suffisamment raide dans le sens axial pour permettre de déplacer en avant et en arrière l'ensemble d'outil par rapport au guide ou au coussinet porté par le dispositif d'adaptation au centre éloigné, du genre montré en figure 2. On peut utiliser deux dispositifs différents. On peut par exemple utiliser un arbre pour entraîner en rotation l'ensemble d'outil et un autre arbre pour l'avancer et le reculer le long de l'arbre du dispositif d'adaptation au centre éloigné. Le palier autorise des déplacements de rotation et de trans- lation. Ces dieux fonctions peuvent être assurées par un seul organe ou par plusieurs organes. Dans la variante montrée en figure 3, o les organes correspondant à ceux déjà décrits portent le même numéro de référence affecté de l'indice b, le dispositif adaptateur 10b comprend un support ou avant-pièce 12b constitué d'une tête 70b percée d'alésages 72b et 74b et d'un pied 76b muni de tiges 78b et 80b montées- sur une plaque 82b et qui coulissent respectivement dans les alésages 72b et 74b. Des anneaux de retenue 84b et 86b sont encore prévus pour limiter l'amplitude du déplacement de la tête b sur les tiges 78b et 80b. Deux alésages et deux tiges seulement sont montrés en figure 3, mais en général on en prévoira trois ou davantage pour que la stabilité soit satisfaisante. La tête 70b comporte également un tronçon 88b percé d'un trou 90b qui livre passage Pau coupleur 20b. Sur la figure 3, il n'y a pas de vérin d'avance. Il est remplacé par un ressort 16b qui coopère avec les tiges 78b et 80b et les alésages 72b et 74b afin d'assurer le dépla- cement relatif de l'ensemble d'outil 22b et du dispositif d'adaptation au centre éloigné 26b. Il intervient lorsque, lors du fonctionnement, le coussinet 62b et les moyens de guidage 24b viennent en contact avec un gabarit. A partir de là, lorsque le pied 82b, entraîné par le châssis de la machine 14bcontinue à avancer (vers la gauche sur la G figure 3), le ressort 16b se comprime et la tête 70b coulisse vers la droite sur les tiges 78b et 80b. Le dis- positif d'adaptation au centre éloigné 26b est alors amené à se déplacer vers la droite et à se translater par-rapport à l'ensemble d'outil 22b, de sorte que l'outil 48b déborde du coussinet 62b et attaque la pièce. Dans la variante de la figure 4, similaire à celle de la figure 3, le dispositif adaptateur 1Oc comporte un moteur 18c enfermé dans un cylindre coulissant 78c dont le fonctionnement est similaire à celui des tiges 78b et 80b de la figure 3. Le cylindre 78c est porté par le pied 82c et il porte à son tour la tête 70c dont la face interne 72c peut coulisser sur le cylindre. Le dispositif lOc fonctionne de la même façon que le système lOb: une fois que le coussinet 62c est venu en contact avec le gabarit qui a arrêté son déplacement, tout déplacement ultérieur du pied 82c comprime le ressort 10c et provoque un dépla- cement relatif en translation de l'ensemble d'outil 22c et du dispositif d'adaptation au centre éloigné 26c, de sorte que le foret 48c fait saillie hors du coussinet et attaque la pièce. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrite à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif adaptateur passif destiné à aligner un ensemble d'outil et à l'amener-en action contre une pièce à usiner, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif d'adaptation à centre éloigné (26-26c); des moyens de guidage (24-24c) destinés à supporter l'ensemble d'outil en lui permettant de se déplacer, le dispositif d'adaptation réalisant un centre éloigné (30) à proximité de l'extrémité des moyens de guidage; des moyens destinés à supporter le dispositif d'adaptation à centre éloigné; et des moyens pour réaliser un déplacement relatif entre l'ensemble d'outil et les moyens de guidage dans le dispo- sitif d'adaptation au centre éloigné, de façon à déplacer en avant et en arrière l'ensemble d'outil à travers le dispositif d'adaptation au centre éloigné. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de support comportent une tête (70b, 70c), un pied (76b, 76c) et des moyens reliant ces deux organes en leur permettant de coulisser l'un par rapport à l'autre. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (18b, 18c) d'entraînement de l'ensemble d'outil et des moyens de couplage (20b, 20c) reliant l'ensemble d'outil et les moyens d'entraînement de façon flexible. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser un déplace- ment relatif comportent un ressort (16b, 16c) comprimé de façon élastique entre la tête et le pied. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser un déplacement relatif comportent un vérin d'avance destiné à déplacer l'ensemble d'outil le long de son axe. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent un passage ménagé à travers le dispositif d'adaptation au centre éloigné et un palier entre l'en- semble d'outil et le passage. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le palier comprend un anneau de roulement coulissant destiné à autoriser un déplacement axial relatif entre le dispositif d'adaptation au centre éloigné et l'ensemble d'outil. 8. Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le palier comporte des roulements destinés à autoriser la rotation de l'ensemble d'outil. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comportent un moteur d'entraînement en rotation de l'ensemble d'outil, avantageusement associé à un coupleur à deux joints universels (20a-2Cc). 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'en- semble d'outil comporte un organe de maintien d'outil, tel qu'un mandrin (46a-46c). 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent un coussinet destiné à s'appli- quer contre un gabarit (32).