Brevet FR2461940A1 — publié le 19810206

La présente invention due à la collaboration de Messieurs Jean-René PIHERY, Jean-Pierre SANGUIOL et Michel TURLET se rapporte à l'équilibrage continu d'un organe tournant comportant un balourd variable en valeur et/ou en position sur un diamètre de l'organe tournant, en particulier d'un plateau rotatif d'une machine-outil portant un chariot porte-outil déplaçable radialement sur ledit plateau. Le procédé d'équilibrage le plus répandu d'un organe tournant consiste à fixer des masses dans une position diamétralement opposée au balourd sur l'organe tournant. Ce procédé réalisé manuellement nécessite l'arrêt de l'organe tournant et laisse à l'opérateur l'appréciation de la masse à fixer et de la position de la masse sur l'organe tournant. Il va de soi que si le balourd est variable, ce procédé ne permet un équilibrage que pour une valeur moyenne du balourd. Sur des machines-outils à plateau rotatif portant un chariot porte-outil déplaçable radialement sur le plateau, il est déjà connu de réaliser un équilibrage variable en déplaçant une masse en sens inverse au chariot porte-outil. Ce déplacement de la masse d'équilibrage se fait par voie purement mécanique, ce qui présente des répercussions défavorables sur la commande de déplacement du chariot. On pourrait également envisager d'équilibrer un tel plateau par transfert d'un fluide lourd tel que du mercure entre deux compartiments opposés d'un ou de deux cylindres, ce transfert pouvant se faire, à l'aide de pistons liés mécaniquement à la commande de déplacement du chariot porteoutil, soit directement, soit indirectement, par l'intermédiaire d'un volume d'un liquide léger tel que l'huile. Dans les deux cas, la commande de transfert du mercure est liée à la commande du chariot et exerce donc des efforts sur cette dernière. D'autres inconvénients de ces systèmes à mercure consistent dans leur encombrement important, dans les problemes d'étanchéité entre les cylindres et les pistons et dans leur instabilité. Enfin, il convient de noter qu'aucun des systèmes d'équilibrage connus ne permet, lorsqu'il est appliqué à un plateau de machine-outil avec chariot porte-outil déplaçable radialement, de tenir compte, dans l'équilibrage du balourd créé par ledit chariot, des efforts de coupe qui peuvent, selon le cas, s'ajouter au balourd ou se retrancher de ce dernier. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'équilibrage d'un organe tournant à balourd variable remédiant aux inconvénients des systèmes connus et permettant, dans le cas d'un plateau rotatif de machineoutil, non seulement de compenser le balourd du plateau, mais encore de tenir compte des efforts de coupe, autorisant ainsi des vitesses de rotation plus élevées du plateau, donc, des vitesses de coupe plus élevées. Suivant le procédé d'équilibrage conforme à l'invention d'un organe tournant à balourd variable, en particulier d'un plateau rotatif à chariot porte-outil d'une machine-outil, on mesure, sur un palier de l'organe tournant, les efforts résultant du balourd de l'organe tournant et, le cas échéant, des efforts de coupe, pour produire un signal sinusoldal dont la phase indique la position du balourd et dont l'amplitude est proportionnelle à la valeur du balourd. On commande, en fonction de ce signal1 le transfert d'un fluide lourd entre au moins deux compartiments disposés dans ou sur l'organe tournant de façon diamétralement opposée jusqu'à compensation du balourd. Contrairement aux procédés connus, on mesure donc de l'extérieur les effets (vibrations) dus au balourd et aux efforts de coupe et on commande de l'extérieur la compensation de ces efforts, ce qui fait que la commande d'équilibrage n'est pas liée à la commande de déplacement du chariot créant le balourd et n'a aucune répercussion sur cette dernière. Le dispositif d'équilibrage conforme à l'invention comprend, dans ou sur l'organe tournant dont le balourd doit être équilibré, au moins deux alvéoles diamétralement opposés. Les deux alvéoles sont chacun séparés en deux compartiments par un élément souple. Les deux compartiments correspondants des deux alvéoles opposés communiquent librement entre eux et sont remplis d'un volume fixe d'un fluide lourd, par exemple du mercure. Les deux autres compartiments correspondants des deux alévoles opposés sont remplis d'un fluide léger et sont reliés séparément à un distributeur susceptible d'assurer l'envoi de fluide léger dans le compartiment d'un alvéole et le retrait de fluide léger du compartiment de l'autre alvéole.Le dispositif comprend, en outre, sur un palier de l'organe tournant, au moins un capteur de vibrations fixe mesurant les effets du balourd et le cas échéant des efforts de coupe lors de la rotation de l'organe tournant et émettant, en présence d'un balourd, un signal sinusoldal dont la phase indique la position du balourd et dont l'amplitude est proportionnelle à la valeur du balourd et, le cas échéant, des efforts de coupe. Ce signal commande le distributeur de manière que ce dernier alimente en fluide léger l'alvéole situé du côté du balourd et retire du fluide léger de l'alvéole opposé, de sorte que du fluide lourd se trouve transféré de l'alvéole situé du côté du balourd dans l'alvéole opposé. Les alvéoles qui peuvent être taillés dans l'organe tournant en ayant la forme la plus adaptée pour permettre leur logement dans l'organe tournant peuvent être séparés en deux compartiments par exemple par une vessie ou une membrane souple. La liaison entre les compartiments remplis de fluide léger des alvéoles et le distributeur commandant l'alimentation en fluide léger des compartiments est avantageusement assurée par un joint tournant et des canaux percés dans l'arbre ou broche portant l'organe tournant, et dans cet organe tournant lui-même. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs modes de réalisation illustratifs et non limitatifs de l'objet de l'invention; sur ce dessin la fig. l est une vue en élévation frontale d'un plateau rotatif d'un aléseuse-dresseuse, comportant un chariot porte-outil déplaçable radialement; la fig. 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'équilibrage, avec deux alvéoles séparés en deux compartiments par une membrane, et avec la commande d'équilibrage; la fig. 3 représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'équilibrage conforme à l'invention, avec deux alvéoles séparés en deux compartiments par une vessie. On reconnait sur la fig. l un plateau rotatif l de machine-outil, par exemple un plateau d'aléseuse-dresseuse, sur lequel un chariot porte-outil 2 portant un outil 3 est déplaçable radialement suivant la double flèche 4, sous l'action d'une commande non représentée. Le déplacement radial du chariot 2 est nécessaire en alésage pour régler l'outil 3 sur le diamètre de l'alésage à réaliser et en dressage pour permettre à l'outil 3 de décrire une spirale sur la pièce à usiner. La fig. 2 représente un premier mode de réalisation du dispositif d'équilibrage conforme à l'invention. Le plateau l portant le chariot porte-outil 2 déplaçable radialement avec l'outil 3 est solidaire d'une extrémité d'une broche 5. La broche 5 est montée en rotation par deux paliers 6 et 7 dans un corps de support 8. Le chariot porte-outil 2 est déplaçable dans le sens de la flèche double 4. Le plateau 1 comporte deux alvéoles constitués par deux trous borgnes radiaux 9, 10 ménagés de l'extérieur dans le plateau l en deux points diamétralement opposés. Les axes des deux trous borgnes 9 et 10 et l'axe du plateau l et de la broche 5 sont contenus dans un même plan qui contient également l'axe suivant lequel se déplace le chariot porteoutil 2 avec l'outil 3 (flèche 4). Chaque trou borgne 9, 10 est fermé sur le pourtour extérieur du plateau l par un couvercle il, 12. Chacun alvéole défini par le trou borgne 9 ou 10 et le couvercle il ou 12 est séparé par une membrane souple 13 ou 14 en deux compartiments 15, 16 et 17, 18. Les deux compartiments extérieurs 15 et 17 communiquent entre eux par une conduite 19 ménagée dans le plateau 1.Les deux compartiments intérieurs 16 et 18 sont reliés chacun à une conduite 20, 21 passant dans le plateau 1 et dans la broche 5 et débouchant entre les deux paliers 6 et 7 dans deux gorges 22, 23 espacées axialement l'une de l'autre, d'une douille fixe 24 formant avec la broche 5 un joint tournant 25. Les deux gorges 22 et 23 sont reliées à un distributeur 26 constitué par une servo-valve reliée à une source 27 d'un fluide léger sous pression, par exemple de l'huile. Un capteur de vibrations 28 est fixé au palier 6 proche du plateau 1. Le capteur 28 est relié à un bloc d'asservissement 29 pilotant le distributeur 26. Les compartiments extérieurs 15 et 17 des deux alvéoles du plateau 1 ainsi que la conduite 19 sont remplis d'un volume fixe d'un fluide lourd tel que du mercure. Les deux compartiments intérieurs 16 et 18 des deux alvéoles ainsi que les conduites 20 et 21 sont remplies d'un fluide léger tel que de l'huile. Le capteur de vibrations 28 mesure les vibrations résultant du balourd du à la position excentrée du chariot porte-outil 2, lors de la rotation du plateau 1, ainsi que des efforts de coupe sur l'outil 3. En réponse à ces vibrations, le capteur 28 émet un signal électrique (ou hydraulique ou pneumatique) de forme sinusoldale. L'amplitude de ce signal est proportionnelle au balourd (et à l'effort de coupe) et sa phase indique la position du balourd. Ce signal est envoyé au bloc d'asservissement 29 qui le traite et pilote le distributeur 26 de manière que ce dernier alimente (en pression et en débit) l'un des compartiments 16, 18 en fluide léger provenant de la source 27.Dans l'exemple représenté sur la fig. 2, où le chariot porte-outil 2 se trouve plus proche de l'alvéole comprenant les compartiments 17 et 18 que de l'autre alvéole, le compartiment 18 a été alimenté en fluide léger de sorte que son volume augmente et qu'une partie du fluide lourd contenu dans le compartiment 17 du même alvéole se trouve refoulée par la conduite 19 dans le compartiment 15 de l'alvéole opposé. Le volume de l'autre compartiment 16 de cet alvéole diminue en conséquence, une partie du fluide léger contenu dans le compartiment 16 s'écoulant par la conduite 20 et la gorge 22 du joint tournant 25 vers le distributeur 26 d'où il est renvoyé à la source 27. Cela assure l'équilibrage du balourd constitué par le chariot porte-outil 2 excentré, en tenant compte également de l'effort de coupe sur l'outil 3. La fig. 3 est une coupe transversale d'un plateau d'aléseuse-dresseuse avec un autre mode de réalisation d'un dispositif d'équilibrage conforme à l'invention. Deux alvéoles 30, 31 en forme de croissant sont ici ménagés dans deux positions diamétralement opposées dans le plateau 1 de manière que chaque alvéole 30, 31 soit symétrique par rapport à l'axe 32 suivant lequel se déplace le chariot porte-outil non représenté sur le plateau 1. Les deux alvéoles 30 et 31 communiquent entre eux par une conduite 33. Chaque alvéole 30, 31 renferme une vessie souple 34, 35 analogue à une vessie d'accumulateur hydraulique, constituée par un tube très extensible, par exemple en caoutchouc. Les espaces intérieurs 36, 37 des vessies 34, 35 sont remplis d'un fluide léger, par exemple d'huile, et communiquent, à une extrémité des alvéoles 30, 31, avec des conduites 38, 39 qui correspondent aux conduites 20, 21 du mode de réalisation de la fig. 2 et sont reliées par un joint tournant à un distributeur commandé par un capteur de vibrations. Les compartiments 40, 41 subsistant entre les vessies 34, 35 et les parois des alvéoles 30, 31, ainsi que la conduite 33, sont remplis d'un volume fixe d'un fluide lourd tel que le mercure. Si, par exemple, le chariot porte-outil se déplace vers le haut sur la fig. 3, dans une position excentrée, du fluide léger est envoyé par la conduite 39 dans la vessie 35 dont le volume intérieur 37 augmente. Une partie du fluide lourd contenu dans le compartiment 41 de l'alvéole 31 se trouve ainsi chassée par la conduite 33 dans le compartiment 40 de l'alvéole opposé 30. Une partie du fluide léger contenu dans l'espace intérieur 36 de la vessie 34 de l'alvéole 30 est, de ce fait, refoulée hors de la vessie 34 par la conduite 38. La commande d'équilibrage (mesure des vibrations, alimentation en fluide léger par distributeur, bloc d'asservissement) est analogue à celle représentée sur la fig. 2. Le fait que la commande d'équilibrage ne soit pas liée mécaniquement à la commande de déplacement du chariot porteoutil provoquant le balourd, mais que cette commande s'effec- tue par un capteur de vibrations permet, non seulement d'éviter toute répercussion sur la commande de déplacement du chariot porte-outil, mais également de faire intervenir dans l'équilibrage les efforts de coupe qui, selon le cas, peuvent s'ajouter aux effets centrifuges ou se retrancher de ces derniers. Sur un plateau d'un diamètre de par exemple 800 mm portant un chariot porte-outil d'un poids de 300 daN et tournant à une vitesse de 300 tr/mn, l'effort maximal dû à la force centrifuge et à l'effort de coupe peut aller jusqu'à 1500 daN.L'équilibrage suivant l'invention assure une rotation absolument exempte de vibrations du plateau, autorisant des vitesses de rotation plus élevées et améliorant les qualités d'usinage. L'implantation du dispositif d'équilibrage sur l'organe tournant (plateau) est aisée, les alvéoles pouvant recevoir des formes les plus diverses. La séparation des alvéoles en deux compartiments par un élément souple tel qu'une membrane ou une vessie assure une étanchéité parfaite. La description ci-dessus a été donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif pour l'équilibrage d'un plateau rotatif sur lequel un chariot porte-outil est déplaçable radialement. I1 convient cependant de noter que l'invention est applicable également à l'équilibrage d'organes tournants ayant un balourd variable en position autrement que suivant un diamètre de l'organe tournant. I1 suffit, pour cela, de prévoir, par exemple, deux alvéoles supplémentaires diamétralement opposés suivant un diamètre décalé angulairement de 900 par rapport au diamètre sur lequel se trouvent les deux premiers alvéoles et d'alimenter ces deux alvéoles supplémen tares par un distributeur supplémentaire qui peut être commandé par le capteur de vibrations décrit ou de préférence par un capteur supplémentaire décalé de'900 par rapport au capteur décrit. REVENDICATIONS 1. Procédé d'équilibrage d'un organe tournant à balourd variable, en valeur et/ou en position sur un diamètre de l'organe tournant, en particulier d'un plateau rotatif à chariot porte-outil d'une machine-outil caractérisé par le fait qu'on mesure, sur un palier de l'organe tournant, les efforts résultant du balourd de l'organe tournant et, le cas échéant, des efforts de coupe, pour produire un signal sinusoidal dont la phase indique la position du balourd et dont l'amplitude est proportionnelle à la valeur du balourd, et qu'on commande, en fonction de ce signal, le transfert d'un fluide lourd entre au moins deux compartiments disposés dans ou sur l'organe tournant de façon diamétralement opposée sur l'organe tournant, jusqu'à compensation du balourd. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux alvéoles diamétralement opposés dans ou sur ledit organe tournant, lesdits deux alvéoles étant chacun subdivisés en deux compartiments par un élément souple et les deux compartiments correspondants des deux alvéoles communiquant librement entre eux et étant remplis-d'un volume fixe d'un fluide lourd, tandis que les deux autres compartiments correspondants des deux alvéoles sont remplis d'un fluide léger et sont reliés séparément à un distributeur susceptible d'assurer l'envoi de fluide léger dans le compartiment d'un alvéole et le retrait de fluide léger du compartiment de l'autre alvéole, et qu'il comprend, sur un palier de l'organe tournant, au moins un capteur de vibrations fixe mesurant les effets du balourd et, le cas échéant, des efforts de coupe lors de la rotation de l'organe tournant en émettant, en présence d'un balourd, un signal sinusoidal dont la phase indique la position du balourd et dont l'amplitude est proportionnel à la valeur du balourd et, le cas échéant des efforts de coupe, ce signal commandant ledit distributeur de manière que ce dernier alimente en fluide léger l'alvéole situé du côté du balourd et retire du fluide léger de l'alvéole opposé, de sorte que du fluide lourd se trouve transféré de l'alvéole situé du côté du balourd dans l'alvéole opposé. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend deux premiers alvéoles diamétralement opposés dans ou sur l'organe tournant, sur un premier diamètre de ce dernier, et deux seconds alvéoles diamétralement opposés dans ou sur l'organe tournant, sur un second diamètre de ce dernier décalé de 900 par rapport audit premier diamètre. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend deux capteurs de vibrations décalés de 900 l'un par rapport à l'autre et deux distributeurs dont chacun est commandé par l'un desdits capteurs et alimente l'une desdites paires d'alvéoles opposés. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que lesdits alvéoles sont chacun subdivisés en deux compartiments par une vessie souple. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que lesdits alvéoles sont chacun subdivisés en deux compartiments par une membrane souple. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des -revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la liaison entre les compartiments des deux alvéoles remplis de fluide léger avec ledit distributeur est assurée par un joint tournant sur l'arbre portant l'organe tournant.