Brevet FR2495517A1 — publié le 19820611

Broche de haute précision, en particulier broche de contrôle. La présente invention se rapporte a une broche de haute précision, en particulier une broche de contrôle, animée à la fois d'un mouvement de rotation et d'un mouvement de translation axiale par rapport h un bâti de support. Pour le montage d'une broche animée d'un tel mouvement combiné, on fait généralement appel a un double système de montage comprenant un système extérieur de montage en rotation entre un logement du bâti et la surface extérieure d'un manchon et un système intérieur de montage en de translation entre la surface intérieure dudit manchon et la surface extérieure de la broche proprement dite. Chacun des deux systèmes de montage peut être à roulement (roulements de rotation entre le logement du bâti et le manchon et douille à circulation de billes entre le manchon et la broche) ou à glissement. Ce mode de montage est coûteux, quelle que soit la solution (roulement ou glissement) retenue. En effet, dans les deux cas, il est nécessaire de prévoir des portées précises entre le logement et le manchon, d'une part, et entre le manchon et la broche d'autre part. Néanmoins, la précision obtenue n'est pas très élevée du fait de la présence des deux systèmes de montage dont les tolérances s'ajoutent, et des tolérances de concentricité entre le diamètre intérieur (alésage) et le diamètre extérieur du manchon intermédiaire. La présente invention a pour objet une broche animée à la fois d'un mouvement de rotation et d'un mouvement de translation par rapport à un bâti de support, broche dont le système de montage sur le bâti de support, tout en étant d'un prix de revient plus faible que celui du système de montage double décrit ci-dessus, assure à la broche une précision plus élevée. La broche conforme à l'invention est montée sur le bâti de support par une cage à billes intercalée entre un logement cylindrique du bâti de support et la surface extérieure cylindrique de la broche. Cette cage à billes comprend une multitude de billes réparties sur toute la longueur et sur toute la périphérie de la cage et montées dans des alvéoles de la cage, lesdites billes étant en contact avec le logement du bâti et avec la surface extérieure de la broche de manière à rouler entre lesdites deux surfaces en autorisant à la fois des mouvements de rotation et des mouvements de translation. Les billes sont des éléments mécaniques qu'il est possible de réaliser avec une précision dimensionnelle- de l'ordre du micron et des défauts de forme inférieurs à 1/lOème de micron. La multitude des billes répartit les contraintes entre la broche et le logement du bâti et stabilise la broche dans une position moyenne. Cette solution compense par ailleurs en partie les défauts de forme du logement et de la surface extérieure de la broche. Pour simplifier la fabrication du logement, il est avantageux que ce dernier soit forme par l'alésage cylindrique d'un fourreau rapporté sur le bâti de support. En effet, un tel fourreau peut faire l'objet d'un usinage simple et très précis sur une machine outil classique, ce qui n1 est pas le cas pour un bâti de support. Pour améliorer encore la précision de la broche, les billes de la cage peuvent être avantageusement précontraintes entre le logement du bâti et la surface extérieure de la broche. La précontrainte des billes de la cage, de l'ordre de 1 à 10 microns, autorise des mouvement de rotation et de translation sans jeu de la broche tout en ayant des tolérances de fabrication de plusieurs microns sur l'alésage' du logement et sur le diamètre extérieur de la broche, ce qui permet à la broche une précision de rotation inférieure à 1 micron. La broche conforme à l'invention peut etre en particulier une broche de contrôle. Une telle broche de contrôle peut alors comporter à son extrémité avant un système de reprise de pièce, par exemple un mandrin expansible ou une douille expansible, avec mécanisme de serrage incorporé à la broche. Il est également possible de munir la broche de contrôle, à son extrémité, d'une pointe pour la prise d'une pièce entre centres. Dans ce cas, il est nécessaire de prévoir une contrepointe en opposé, sur le même axe. De préférence, la pointe et la contre-pointe sont alors prévues sur deux broches montées en opposition en rotation et en translation sur cages à billes. Dans son application au contrôle, la broche peut également être munie à son extrémité d'un capteur pour effectuer des contrôles d'alésages et de défauts de forme. Dans ce cas, les deux mouvements combinés de la broche permettent d'explorer tous les points d'un alésage, par exemple par une exploration en hélice. Enfin, la broche conforme à l'invention peut également être utilise comme broche porte-pièce sur des machines de reprise d'usinage (rectification de finition), la pièce de révolution rendue solidaire de la broche équipée par exemple d'un mandrin expansible étant rectifiée par une meule montée en rotation en position fixe alors que la pièce est entraînée en rotation et, le cas échéant, en translation par la broche. Pendant le mouvement de translation de la broche par rapport au bâti de support, la cage à billes-effectue par rapport au bâti un déplacement égal à la moitié du déplacement de la broche. Il est donc avantageux de donner à la cage une longueur inférieure à la longueur du logement du bâti de manière que dans toutes les positions de translation de la broche, toutes les billes restent en contact avec le logement. Des butées peuvent être prévues entre le bâti ou le fourreau et la broche pour définir une ou deux positions extrêmes du mouvement de translation de la broche. Pour définir ces positions extrêmes avec précision, lesdites butées sont avantageusement constituées par des butées à roulement, de préférence des butées à rouleaux. De telles butées permettent un positionnement avant et/ou arrière de la broche avec une précision de l'ordre du micron. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'une broche de contrôle de haute précision, conforme à l'invention; sur le dessin la fig. l est une coupe axiale d'une broche de contrôle mandrin de reprise, dans une position axiale extrême; la fig. 2 est une coupe de cette même broche, dans son autre position axiale extrême; la fig. 3 représente la partie d'extrémité d'une broche suivant les fig. l et 2, équipée d'un capteur pour le contrôle d'un alésage. La broche l illustrée par les fig. l et 2 est montée en rotation et en translation sur un bâti de support 2. A cet effet, une cage cylindrique à billes 3 est intercalée entre la surface extérieure cylindrique 4 de la broche l et la surface intérieure cylindrique 5 d'un fourreau 6. Ce fourreau 6 est monté dans un alésage cylindrique 7 d'une partie 8 du bâti 2 en étant fixé à cette partie de bâti 8 grâce à un épaulement extérieur 9 serré contre la partie 8 à 3aide d'une bride 10 et de vis dont seuls les axes sont représentés. La cage à billes 3 comprend une multitude de billes montées en rotation dans des alvéoles d'une douille cylindrique de manière que les billes débordent de la cage vers l'intérieur et vers l'exterieur et puissent tourner dans tous les sens. La cage à billes 3 assure ainsi un guidage de précision de la broche l par rapport au bâti 2 en autorisant à la broche des mouvements de rotation et des mouvements de translation axiale par rapport au bâti 2. Un moteur il est fixe a une partie 12 du bâti 2. Ce moteur il entraîne un pignon 13 de grande largeur, à denture droite, en prise avec un pignon 14 de faible largeur, coaxial à la broche l. Le pignon 14 est fixé à une pièce intermédiaire de révolution 15 fixée à son tour à une extrémité de la broche l, ces fixations s'effectuant à l'aide de vis dont seuls les axes sont représentés. Du côte opposé à la broche 1, le pignon 14 comporte un prolongement 16 en forme de poulie à gorge ou de diabolo avec lequel coopère la fourche 17 d'un levier de renvoi 18 commandé par un actionneur 19, par exemple un vérin pneumatique. A son extrémité opposée libre, la broche l comporte un dispositif de reprise pour une pièce de révolution creuse référencée 20. Dans l'exemple représenté, ce dispositif de reprise est du type à douille expansible et comprend une douille fendue 21 coopérant par serrage avec l'alésage de la pièce 20. A cet effet, la douille fendue 21 est solidaire en translation axiale d'une vis 22 fixée, à l'intérieur de la broche creuse 1, à une extrémité d'une tige 23 dont l'extré- mité opposée est solidaire d'un piston 24 monté mobile en translation axiale dans un alésage 25 de la pièce intermédiaire 15. Un ressort de compression 26 intercalé entre la tige 23 et la pièce 15 sollicite la tige 23 en direction de l'extrémité libre de la broche 1.Un canal 27 ménagé dans la tige 23 et débouchant entre le piston 24 et la pièce 15 est relié par un joint tournant 28 à une source de fluide sous pression, par exemple d'air comprimé. Une butée à rouleaux cylindriques 29, 30 est prévue à chaque extrémité du fourreau 6, pour définir les deux positions extrêmes de la broche 1. La butée 29 coopère, dans la position extrême selon la fig. 1, avec la pièce intermédiaire 15 solidaire de la broche 1 et du pignon 14. L'autre butée 30 coopère, dans l'autre position extrême illustrée par la fig. 2, avec un épaulement de butée 31 formé sur la broche 1. Dans l'exemple représenté sur les fig. 1 et 2, la broche est destinée à porter une pièce de révolution à contrôler. Ce contrôle s'effectue, par exemple, sur une face frontale et une surface périphérique à l'aide de deux capteurs A et B, dans une position axiale extrême de la broche (fig. 1) et sur l'autre face frontale à l'aide d'un capteur C dans l'autre position axiale extrême de la broche (fig. 2). On va décrire ci-après à titre d'exemple un cycle de contrôle de la pièce 21. Dans la position de repos, la broche 1 occupe sa position extrême de droite définie par l'application de l'épaulement 31 de la broche 1 contr la butée 30. Cependant, la douille 21 ne porte pas de pièce 20. Pour saisir une pièce 20, on commande l'actionneur 19 qui pousse ainsi la broche 1 vers la gauche pour introduire la douille 21 dans l'alésage d'une pièce 20 maintenue en avant de la douille 21 dans une position coaxiale à cette dernière. La broche 1 adopte ainsi la position extrême de gauche illustrée par la fig. 1, définie par l'application de la pièce intermédiaire 15 contre la butée 29. On envoie ensuite de l'air comprime dans le joint tournant 28, de sorte que le piston 24 se déplace vers la droite et tire dans le même sens la douille 21, par l'intermédiaire de la tige 23 et de la vis 22, en comprimant le ressort 26. La douille fendue 21 s'expanse ainsi dans l'alésage de la pièce 20 en coulissant vers la droite sur l'embout conique de la broche 1, jusqu'à plaquer la pièce 20 contre une bague d'appui de référence 32. On commande ensuite le moteur 11 qui, par l'intermédiaire des pignons 13 et 14, entraîne en rotation la broche 1, de sorte que les palpeurs fixes A et B enregistrent les écarts de cote et de forme d'une face frontale et d'une surface périphé- rique de la pièce, sur un tour. Pour contrôler également la face frontale opposée de la pièce 20, on inverse ensuite l'actionneur 19 qui amène ainsi la broche 1 avec la pièce 20 dans l'autre position extrême selon la fig. 2, l'épaulement 31 de la broche 1 étant appliqué contre la butée 30. La commande du moteur 11 dans cette position de la broche permet d'enregistrer à l'aide du palpeur C les écarts de cote et de forme de l'autre face frontale de la pièce 20. Une fois le contrôle de la pièce effectue, on arrête la rotation de la broche 1 et on supprime l'action de l'air comprimé sur le piston 24. Le ressort 26 repousse alors le piston 24, la tige 23, la vis 22 et#la douille fendue 21 vers la gauche, de sorte que la douille 21 coulisse sur l'embout conique de la broche 1 et se rétreint, libérant ainsi la pièce 20. La pièce 20 peut alors être retirée de la douille 21. Il serait également possible, avant de libérer la pièce 20, de commander de nouveau l'actionneur 19 pour amener la broche 1 dans la position selon la fig. 1, de libérer la pièce et de ramener la broche 1 dans la position selon la fig. 2, en retenant simplement la pièce ainsi libérée. La fig. 3 illustre l'utilisation d'une broche conforme à l'invention pour le contrôle des défauts de forme de l'alésage d'une pièce 33. Dans ce cas, un palpeur D est monté à l'extrémité de la broche 1. Le mouvement combiné de translation axia-l et de rotation de la broche 1 permet d'explorer tous les points de l'alésage, par exemple suivant un trajet d'exploration en hélice, comme indiqué en tirets. Cette broche mobile en translation et en rotation peut égale#ment-être utilisée sur des machines de reprise d'usinage de finition par rectification. La pièce à usiner (pièce de révolution) est alors rendue solidaire de la broche par un mandrin, par exemple un mandrin comprenant une douille expan sible, dans une position axiale extrême de la broche. La rectification peut ensuite se faire en face d'une meule rotative stationnaire, dans l'autre position axiale extrême de la broche, par rotation de la broche, ou par un mouvement combiné de rotation et de translation axiale de la broche dans le cas d'une pièce cylindrique de longueur supérieure à celle de la meule. Suivant une variante, le dispositif de serrage de la pièce peut être remplace par une pointe à l'extrémité de la broche. Pour pouvoir prendre une pièce, il est alors nécessaire de disposer, sur le même axe, de deuxpointes en opposition dont l'une au moins est portée par une broche montée mobile en translation axiale et en rotation sur une cage à billes. REVENDICATIONS 1. Broche de haute précision, notamment broche de contrôle, animée à la fois d'un mouvement de rotation et d'un mouvement de translation axiale par rapport à un bâti de support, caractérisée par le fait qu'elle est montée sur le bâti (2) par une cage à billes (3) intercalée entre la surface extérieure cylindrique (4) de la broche (1) et un logement cylindrique du bâti (2). 2. Broche suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit logement est formé par l'alésage cylindrique (5) d'un fourreau (6) rapporté'sur le bâti. 3. Broche suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les billes de la cage (3) sont précontraintes entre le logement et la surface extérieure de la broche. 4. Broche suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la longueur de la cage à billes (3) est inférieure à la longueur du logement (5) de manière que dans toutes les positions de translation de la broche, toutes les billes restent en contact avec le logement. 5. Broche suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une et/ou l'autre des positions extrêmes du mouvement de translation axial de la broche sont définies par des butées (29, 30) entre le bâti (2) ou le fourreau (6) et la broche (1). 6. Broche suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdites butées sont constituées par des butées à roulement, de préférence des butées à rouleaux cylindriques. 7. Broche suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle présente un dispositif incorporé de serrage (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28) d'une pièce (20) à contrôler ou à usiner. 8. Broche suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'un palpeur (D) est monté à l'extrémité de la broche (1), notamment pour le contrôle des défauts de forme de l'alésage d'une pièce (33).