Brevet FR2469982A1 — publié le 19810529

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif permettant d'assurer avec précision le positionnement relatif de deux pièces. Il est déjà connu de réaliser le positionnement relatif de deux pièces l'une par rapport à l'autre grâce à la solution appelée communément "point-trait-plan"0 Cette solution connueconsiste à fixer sur le plan de l'une des pièces trois billes espacées l'une de l'autre et venant en contact avec un plan de l'autre pièce. Plus précisément, l'une des billes est reçue dans un réceptacle conique usiné dans le plan de l'autre pièce, la deuxième bille est reçue dans un réceptacle prismatique formé dans le plan de l'autre pièce et dans lequel ladite bille peut se déplacer linéairement, et la troisième bille vient tout simplement en contact avec le plan de l'autre pièce. Les trois billes forment en quelque sorte les trois sommets d'un triangle dans le plan de la pièce o elles sont fixées, de telle façon que lorsque la première bille est en contact avec le réceptacle conique, la deuxième bille prend appui en deux points sur le réceptacle prismatique et la troisième bille vient en contact ponctuel sur le plan de l'autre pièce. Jusqu'à présent, cette solution antérieure s'est avérée satisfaisante pour le positionnement précis de deux pièces l'une par rapport à l'autre lorsque les efforts transmis par les billes sont faibles et constants et que l'on ne désolidarise pas fréquemment l'une des deux pièces par rapport à l'autre. Si par contre la pièce à positionner sur l'autre pièce est d'un poids notable, c'est-à-dire si les efforts transmis par les billes sont importants et variables, le positionnement relatif des deux pièces peut être faussé après des positionnements successifs. Ceci provient du fait que le contact de la première bille avec le réceptacle conique est circulaire et linéaire et que le contact des deux autres billes avec respectivement le réceptacle prismatique et le plan de l'autre pièce est ponctuel0 Autrement dit, du fait des contacts linéaires et ponctuels précités, les billes peuvent à la longue s'écraser quelque peu après plusieurs positionnements des deux pièces, de sorte que le positionnement précis et rigoureux de celles-ci ne peut plus être assuré. En outre le positionnement des deux pièces est affecté par une variation d'effort provoquant diverses déformations dûes à la présence d'un contact linéaire et de plusieurs contacts ponctuels. La présente invention a pour but de remédier notamment aux inconvénients ci-dessus en proposant un nouveau dispositif de positionnement de deux pièces qui est particulièrement fiable, peu coûteux et grâce auquel la position relative des deux pièces ne peut en aucun cas être perturbée par l'impor- tance et/ou la variation des efforts d'application. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de positionnement relatif de deux pièces quelconques par l'intermédiaire de trois points espacés l'un de l'autre et constitués par deux billes solidaires du plan de l'une des deux pièces et venant en contact avec l'autre pièce, l'une des deux billes étant reçue dans un réceptacle creux ménagé dans le plan de l'autre pièce et l'autre bille étant en contact avec ledit plan, ainsi que par un troisième organe d'a.ppui solidaire de l'une des deux pièces et pouvant venir en contact linéairement déplaçable avec une butée de guidage conjuguée et rectiligne solidaire de l'autre pièce, ce dispositif étant caractérisé en ce que le contact des deux billes avec respectivement le réceptacle et le plan de l'autre pièce, ainsi que le contact du troisième organe d'appui avec la butée de guidage précitée s'effectuent suivant des surfaces d'appui conjuguées. On comprend donc déjà que le dispositif de l'invention, qui constitue une liaison du type isostatique, permet d'assurer une excellente précision de positionnement pour des variations d'effort importantes et pour des repositionne- mentsfréquents. En effet, ce dispositif procure trois surfaces d'appui ce qui, encore une fois, n'était pas le cas des solutions antérieures qui procuraient des contacts linéaires et ponctuels et qui risquaient de provoquer une usure rapide et différente au niveau des trois contacts en fonction du nombre de repositionnements. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'une des billes réalise une surface d'appui sphérique coopérant avec une surface de portée sphérique correspon- dante ménagée dans l'autre pièce, l'autre bille réalise une surface d'appui plane coopérant avec une surface de portée plane de l'autre pièce, et le troisième organe d'appui solidaire de l'une des pièces comporte au moins une surface de portée cylindrique qui coopère avec une surface d'appui cylindrique correspondante prévue sur la butée de guidage solidaire de l'autre pièce. Ainsi, les surfaces d'appui conjuguées-sont respectivement sphérique, plane et cylindrique. Le dispositif de l'invention est encore caracté- risé en ce que deux logements sphériques sont prévus dans l'une des pièces pour recevoir l'une et l'autre billes, cette dernière comportant un méplat coopérant avec le plan de l'autre pièce, tandis que la butée de guidage précitée est constituée par un barreau cylindrique dont l'axe passe par le centre de la bille mentionnéeen premier lieu. On notera encore que, suivant l'invention, les logements sphériques recevant les billes, ainsi que le barreau cylindrique précité sont prévus dans et sur des éléments intermédiaires solidaires de l'une des pièces, tandis que les surfaces de portée sphérique, plane et cylindrique précitées sont également prévues et usinées dans des éléments intermédiaires solidaires de l'autre pièce. Selon encore une autre caractéristique, chaque élément intermédiaire est fixé à la pièce à laquelle il est associé par une vis et éventuellement une bague de centrage. Selon une autre caractéristique, les deux billes sont retenues dans leurs logements respectifs par une pièce annulaire fixée sur l'élément intermédiaire, et au moins la bille qui comporte le méplat précité est susceptible de rouler et pivoter dans son logement. Par ailleurs, l'élément intermédiaire comprenant le barreau cylindrique précité forme une chape supportant ledit barreau et clavetée sur l'une des pièces. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément intermédiaire qui comporte la ou les surfaces de portée cylindrique prend appui sur le barreau cylindrique entre les deux branches de la chape précitée. L'invention vise également une machine ou un ensemble utilisant au moins un dispositif répondant aux caractéristiques susmentionnées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés unique- ment à titre d'exemple, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective quelque peu schématique d'un dispositif de positionnement relatif de deux pièces suivant l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique en pers- pective d'un dispositif de positionnement comprenant trois points ou moyens conformes à l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation et coupe verticale de l'un de ces moyens; - la figure 4 est une vue en élévation et coupe verticale du deuxième moyen; - la figure 5 est encore une vue en élévation et coupe, suivant la ligne V-V de la figure 6, du troi- sième moyen; et - la figure 6 est une vue en élévation et de côté du troisième moyen montré sur la figure 5. On se reportera tout d'abordà la figure 1 qui montre un dispositif de positionnement relatif de deux pièces 1 et 2 selon l'art antérieur. Comme on le voit sur cette figure, trois billes 3, 4 et 5 sont fixées sur le plan la de la pièce 1 destinée à être positionnée sur la pièce 2. Dans le plan 2a de cette dernière, et suivant un espacement correspondant à celui des billes 3, 4 et 5, sont usinés un réceptacle conique 6 dans lequel peut prendre appui la bille 3, et un réceptacle 7 de forme prismatique destiné à recevoir la bille 4, tandis que la bille 5 prend appui tout simplement sur le plan 2a de la pièce 2. Dans ce dispositif antérieur, le contact de la bille 3 avec le réceptacle conique 6 est un contact circulaire et linéaire, le contact de la bille 4 avec le réceptacle prismatique 7 est un contact ponctuel (un point de contact sur chaque face 7a du réceptacle 7), et le contact de la bille 5 avec le plan 2a de la pièce 2 est un simple contact ponctuel repéré en 5a. On comprend donc que le contact linéaire et les contacts ponctuels précités sont sujets à une usure qui peut être rapide et différente en fonction du nombre de repositionnements de la pièce 1 sur la pièce 2. Ceci veut dire que la précision du positionnement relatif des deux pièces 1 et 2 pour des variations d'effort importantes et pour des repositionnements fréquents, ne peut pas être assurée d'une manière rigoureuse. Le dispositif conforme à l'invention et repré- senté-sur les figures 2 à 6 supprime les défauts ci-dessus mentionnés en ce qu'il comprend trois moyens 10, 20 et 30 assurant le positionnement de deux pièces 1 et 2 par trois contacts qui s'effectuent suivant des surfaces d'appui conjuguées, ce qui permet d'encaisser &es efforts importants et variables sans qu'il y ait risque d'usure. On décrira ciaprès et successivement ces trois moyens 10, 20 et 30 en se reportant plus particulièrement aux figures 3 à 60 Suivant le mode de réalisation illustré par la figure 3, le moyen 10 comprend deux éléments intermédiaires 11 et 12 fixés respectivement sur les pièces 1 et 2. L'élément 12 comporte un logement à parois sphériquesl3 qui reçoit une bille 14 appliquée et maintenue dans son logement par une pièce annulaire 15. Cette pièce 15 est fixée à l'élément 12 formant support de la bille 14 par tout moyen approprié, comme on l'a montré schématiquement en 16. Dans l'élément 11 est.usinée une portée sphérique 17 correspondant à la surface d'appui sphérique de la bille 14. Un jeu J est prévu entre l'élément 11 et la pièce annulaire 15 lorsque cet élément est en appui sur la bille 14. Les éléments intermédiaires 11 et 12 sont respectivement fixés aux pièces 1 et 2 par tout moyen approprié, tel que par exemple des vis 18 passant dans des bagues de centrage 19. Ainsi, la surface d'appui constituée par la surface sphérique de la bille 14>et la portée sphérique 17 de l'élément 11 permettent à la pièce 1 de tourner autour du point 0, centre de la bille 14, et ce dans les limites du jeu J. On notera ici que le moyen 10 est généralement appelé "1point"0 Suivant le mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6, le moyen 20, généralement appelé "trait", se compose de deux éléments intermédiaires 21 et 22 respectivement fixés sur les pièces 1 et 2 par tout moyen convenable, tel que par exemple des vis 23 passant dans des bagues de centrage 24, comme pour le moyen 10 décrit précédemment. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément 22 constitue une chape dont les branches 25 portent un barreau cylindrique 26. Celui-ci est rectifié et de préférence emmanché dur dans deux alésages 27 prévus dans les branches 25 de la chape 22. On a montré en 28 une clavette ou analogue qui empêche toute rotation relative de la chape 22 et de la pièce 2. Dans l'élément 21 sont usinées deux portées cylindriques 29 correspondant à la surface d'appui cylindrique du barreau 26 et destinées à prendre appui sur celuici, comme on le voit clairement sur la figure 5. On notera ici que la chape 22 et donc le barreau 26 sont positionnés de telle façon que l'axe y du barreau passe par le centre O de la bille 14 du moyen 10, ce qui constitue la seule condition de position imposée par le système selon l'invention. Dès lors, la pièce 1 en contact avec la pièce 2 par l'intermédiaire des moyens 10 et 20 ne possède plus qu'un degré de liberté correspondant à une rotation autour de l'axe y passant par le centre 0 de la bille 14. Suivant un exemple de réalisation préféré, et comme on le voit sur la figure 4, le moyen 30, généralement appelé "plan",comprend deux éléments-31 et 32 fixés respectivement aux pièces 1 et 2 à l'aide d'un moyen de fixation approprié, tel que par exemple des vis 33. L'élément 32 comporte un logement à parois sphériques 34. Ce logement reçoit une bille segmentée 35 qui comporte par conséquente un méplat 36 formant surface d'appui plane pouvant coopérer avec une portée plane 37 de l'élément intermédiaire 31. La bille segmentée 35 est maintenue dans son logement 34 par une pièce annulaire 38 fixée sur l'élément intermédiaire 32, comme on l'a montré schématiquement en 39. Il est important de noter ici que la pièce annulaire 39 maintient la bille 35 tout en lui permettant de rouler et pivoter dans son logement 34 de façon à permettre la coïncidence du méplat 36 avec la portée plane 37 de l'élément 31. Ainsi, la pièce 1, dans sa rotation autour de l'axe y comme on l'a vu précédemment, vient en appui par l'intermédiaire de l'élément 31 sur le plan ou méplat 36 de la bille 35 qui pivote autour de son centre C de façon à ce que le plan 36 se confonde avec la portée plane 37 de l'élément 31. Puis la bille 35 est immobilisée par la pièce-annulaire 38 fixée en 39 sur l'élément 32 à l'aide de vis par exemple. Dans ces conditions, les trois éléments 11, 21 et 31 sont respectivement en contact suivant des surfaces d'appui conjuguées sphérique, cylindrique et plane avec les éléments 12, 22 et 32. C'est dire que la position relative des deux pièces 1 et 2 peut être obtenue avec une précision de l'ordre du micron suivant les trois axes X, Y et Z visibles sur la figure 2, On notera encore que les surfaces d'appui réalisées par les trois moyens 10, 20 et doivent être équivalentes de façon que le positionnement ne soit pas affecté par l'effort d'application de la pièce 1 par rapport à la pièce 2. On réalisera ainsi une répartition des efforts. Par ailleurs, le choix de la position des moyens 10, 20 et 30 devra évidemment être adapté au système de forcesagissant sur la pièce 1, la pièce 2 dans ce cas étant prise comme référence. Pour illustrer les commentaires précédents, on fera encore les remarques suivantes en se reportant plus particulièrement à la figure 2. Sur cette figure, on a montré en P un.plan passant par le point O qui est le centre de la bille 14, un point W qui correspond au contact du méplat 36 de la bille 35 avec la portée plane 37, et un point V qui est le point milieu de l'axe y du barreau cylindrique 26, lequel axe z est bien évidemment contenu dans le plan P. L'origine des trois axes X, Y, Z du trièdre de référence visible sur la figure 2 a été repéré en G, ce point étant le centre du cercle circonscrit au triangle 0, W,-V contenu dans le plan P. L'axe G Z est ainsi perpendiculaire au plan P, tandis que l'axe G X dans le plan P, est perpen- diculaire à l'axe y passant par le point 0. La résultante des efforts s'exerçant sur la pièce 1 doit passer approximativement par le point G, et elle a pour projection sur les trois axes Fz, Fy et Fx comme on le voit sur la figure 2. Fz doit avoir une valeur suffisante pour bien appliquer les éléments 11, 21 et 31 sur les éléments 12, 22 et 32 respectivement, et en général on utilisera un vérin pneumatique ou hydraulique pour exercer l'effort. Fy doit être faible, par exemple inférieur au dizième de Fz. Enfin Fx peut avoir par exemple une valeur égale au quart de Fz. En général Fx et Fy sont des données, et Fz qui est l'effort exercé par le vérin est convenablement choisi de façon à assurer un positionnement correct de la pièce 1 par rapport à la pièce 2. On ajoutera encore ici que le dispositif selon l'invention peut trouver de nombreuses applications. On peut par exemple l'utiliser dans des machinesde contrôle automatiques, lorsqu'il est nécessaire d'enlever et de repositionner fréquemment les ensembles de mesure afin de passer d'une pièce à la suivante. Il peut également être utilisé dans la fabrication de pièces en série pour positionner les pièces dans une machine d'usinage quelcon- que. On peut encore l'utiliser pour positionner d'une façon très précise un outil amovible, par exemple une broche d'alésage de précision. On a donc réalisé suivant l'invention un disposi- tif de positionnement relatif de deux pièces qui peut recevoir de multiples applications et qui présente les avantages essentiels suivants par rapport aux solutions antérieures: - Une très grande précision de positionnement des pièces 1 et 2, quelle que soit la précision de fixation des moyens 10, 20 et 30, la seule condition étant que l'axe y du moyen 20 passe par le centre O de la bille 14. On notera à ce sujet que la précision est indépendante de l'effort d'application de la pièce 1 sur la pièce 2 dans de très larges limites. - Une suppression du risque d'usure après des repositionnements successifs, ce qui, à la longue, pourrait fausser le positionnement des pièces. - Une suppression des frottements dûs aux dilatations éventuelles provoquées par des différences de température des pièces 1 et 2, puisque le dispositif de l'invention fait appel à une solution isostatique, Dès lors, la précision du positionnement ne peut aucunement être perturbée. - Et un coût relativement faible puisqu'on utilise des organes mécaniques simples et peu onéreux en soi. Bien entendu, la présente invention n'est nulle- ment limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que les éléments intermédiaires 11, 12, 21, 22, 31, et 32 pourraient être omis sans sortir du cadre de l'invention. Eh d'autres termes le dispositif de l'invention pourrait être intégré aux pièces 1 et 2. De même, la fixation de ces pièces aux éléments intermédiaires pourrait parfaitement être autre que celle qui a été décrite. C'est dire que l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de positionnement relatif de deux pièces quelconques par l'intermédiaire de trois points espacés l'un de l'autre et constitués par deux billes solidaires du plan de l'une des deux pièces et venant en contact avec l'autre pièce, l'une des deux billes étant reçue dans un réceptacle creux ménagé dans le plan de l'autre pièce et l'autre bille étant en contact avec ledit plan, ainsi que par un troisième organe d'appui solidaire de l'une des deux pièces et pouvant venir en contact linéaire- ment déplaçable avec une butée de guidage conjuguée et rectiligne solidaire de l'autre pièce, caractérisé en ce que le contact des deux billes avec respectivement le réceptacle et le plan de l'autre pièce., ainsi que le contact du troisième organe d'appui avec la butée de guidage précitée s'effectuent suivant des surfaces d'appui conjuguées. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une des billes (14) réalise une surface d'appui sphérique coopérant avec une surface de portée sphérique correspondante (17) ménagée dans l'autre pièce, l'autre bille (35) réalise une surface d'appui plane coopérant avec une surface de portée plane (37).de l'autre pièce, et le troisième organe d'appui (21) solidaire de l'une des pièces comporte au moins une surface de portée cylindrique (29) coopérant avec une surface d'appui cylindrique correspondante prévue sur la butée de guidage (26) solidaire de l'autre pièce. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux logements sphériques (13, 34) sont prévus dans l'une des pièces pour recevoir l'une (14) et l'autre bille (35), cette dernière comportant un méplat (36) coopérant avec le plan de l'autre pièce, tandis que la butée de guidage précitée est constituée par un barreau cylindrique (26) dont l'axe (y) passe par le centre de la bille (14) mentionnée en premier lieu. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les logements sphériques précités recevant les billes ainsi que le barreau cylin- drique précité sont prévus dans et sur des éléments intermédiaires (12, 22, 32) solidaires de l'une des pièces (2), tandis que les surfaces de portée sphérique (17), plane (37) et cylindrique (29) précitées sont également prévues et usinées dans des éléments intermédiaires (11, 21, 31) solidaires de l'autre pièce (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que chaque élément intermédiaire est fixé à la pièce à laquelle il est associé par une vis (18, 23, 33) et éventuellement une bague de centrage (19, 24). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'une et l'autre billes précitées sont retenues dans leurs logements respectifs par une pièce annulaire (15, 38) fixée sur l'élément intermédiaire, au moins ladite autre bille (35) avec méplat précité étant susceptible de rouler et pivoter dans son logement (34). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire comprenant le barreau cylindrique précité (26) forme une chape (22) supportant le barreau (26) et clavetée sur l'une (2) des pièces précitées. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire (21) comportant la ou les surfaces (29) de portée cylindri- que précitées prend appui sur le barreau cylindrique (26) entre les deux branches (25) de la chape précitée. 9. Machine ou ensemble utilisant au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8.