Brevet FR2500622A1 — publié le 19820827

L'invention concerne un système de mesure pour machinesoutils, destiné å relever des mouvements relatifs rectilignes de deux parties de machine, comprenant une règle graduée fixée a une première partie de machine et un dispositif de lecture fixé à une deuxième partie de machine. Sur les parties de machines-outils déplaçables en translation sur des distances relativement grandes, on prévoit géné- ralement des systèmes de mesure qui indiquent, a l'opérateur ou a la commande automatique de la machine, les positions relatives qu'occupent les deux parties a chaque instant et, partant, les distances a couvrir ou couvertes par la partie mobile. Ces systèmes de mesure comprennent une règle graduée, fixée le plus souvent a une partie de machine#-mobile, et un dispositif d'exploration ou de lecture installé sur une partie de machine fixe. La dilatation thermique des différentes parties de machine pendant les changements de température, par exemple au début du travail, jusqu'a ce que la température de fonctionnement normale soit atteinte, représente un phénomène qui influence la précision de mesure donc aussi la précision d'usinage. Comme la longueur utile des règles correspond a la course maximale mais comme les parties de machine concernées sont généralement plus longues que cette course maximale, les changements de température entrainent un décalage fonction de l'allongement de la partie de machine mobile - du point zéro de la règle par rapport au dispositif de lecture fixe. Les effets nuisibles de ce phénomène sont particulièrement manifestes dans le cas de fraiseuses a commande programmez et chariot porte-broche mobile horizontalement, où la règle est fixée sur le caté du chariot par exemple et une tête de lecture est fixée sur le montant. Le dispositif de commande à programme de ces machines est conçu de manière que son circuit de commande de position détecte et compense les mouvements relatifs indésirables entre le chariot porte-broche et la tête de lecture fixe. Cependant, s'il y a des dif férences de dilatation entre le chariot et la broche montée en lui, la tete de lecture est incapable de les détecter, de sorte que les données transmises au circuit de commande de mise en position comportent des erreurs fonction de ces différences.Il en va de même lors du travail avec une tête de fraisage vertical montée sur la face avant du chariot et dont la dilatation pendant le fonctionnement ne peut pas être mesurée exactement. Les défauts d'usinage qui sont la conséquence de ce phénomène peuvent devenir plus grands encore en cas de travail (commande automatique) avec cumul de cotes puisque les erreurs s'additionnent alors. L'invention vise à éviter pratiquement les manques de précision provoqués par les dilatations thermiques dans la mesure et l'usinage en cas d'emploi d'un système de mesure du type indiqué. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un barreau de dilatation fait d'un matériau d coefficient de dilatation thermique élevé est fixé de telle manière par son bout arrière à la première partie de machine et par son bout avant à la règle que la dilatation thermique du barreau est sensiblement égale à celle de la première partie de machine. Lorsque le matériau du barreau et plus spécialement son coefficient de dilatation et la longueur libre utile du barreau sont convenablement choisis, l'extrémité avant de la règle, c'est-à- dire son point zéro, se déplace - dans une plage de température prédéterminée - exactement dans la mesure correspondant a la dilatation thermique de toute la longueur de la partie de machine a laquelle elle est fixée, longueur qui est généralement nettement supérieure a celle de la règle. Il en est ainsi, par exemple, pour un système de mesure prévu pour le chariot porte-broche d'une fraiseuse-aléseuse universelle, où la règle s'étend seulement jusqu'au bord avant du chariot, lequel est cependant bien plus long que la règle et porte en plus une tate de fraisage vertical et une pièce intermédiaire devant sa face frontale lors du travail dans le sens vertical. Afin de donner suffisamment de stabilité a la règle, elle peut être tenue axialement coulissante A la première partie de machine par son extrémité arrière. Dans le but d'abriter la règle et par suite l'ensemble du système de mesure autant que possible des influences thermiques dirertes (échauffement) de la partie de machine laquelle elle est fixée et qui s'échauffe pendant le travail, un perfectionnement avantageux de l'invention prévoit la disposition d'un matériau d'isolation thermique, de préférence une mousse de polyuréthanne, entre le barreau de dilatation et la règle. Comme matériau pour le barreau de dilatation, il est avantageux de choisir l'aluminium ou le zinc, ayant un coefficient de dilatation de 24 respectivement 30 jim/m/0K. La règle selon un mode de réalisation avantageux comprend un barreau de verre fixé par son extrémité avant et avec interposition d'une entretoise au bout libre du barreau de dilatation et cimenté sur toute sa longueur dans un lit de matériau élastique ou extensible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexe, qui est une vue en plan schématique avec un arrachement montrant la règle et son montage sur un chariot porte-broche. Le dessin représente un chariot porte-broche 1, sur la face extrême avant duquel est montée, par une plaque intermédiaire 2, une tête de fraisage vertical 3, dont la broche de fraisage tourne autour de l'axe 4. Sur l'une des faces latérales du chariot porte-broche 1 est monté un barreau de dilatation 5 d'un matériau à coefficient de dilatation thermique élevé, d'aluminium ou de zinc par exemple. A son bout arrière, représenté à droite sur le dessin, le barreau de dilatation 5 présente plusieurs trous 6, par lesquels il est fixé par au moins une vis 7 au chariot 1. Le barreau 5 peut également être tenu au chariot 1 par sa portion extrême avant, au moyen d'une autre vis, laquelle doit cependant traverser un trou oblong du barreau 5 pour que cette tenue (non représentée) à l'avant du barreau permette des mouvements relatifs axiaux. Dans son bout avant, représente a gauche sur le dessin, le barreau de dilatation 5 présente un trou taraudé 8 dans lequel est vissée une vis de serrage 9 par laquelle une entretoise 10 et une règle 11, notamment une règle pour la commande numé- rique, sont reliées solidement au bout avant du barreau de dilatation 5. L'entretoise 10 est solidaire d'une plaque 12 d'un matériau d'isolation thermique, de préférence d'une mousse de polyuréthanne, qui est disposée parallèlement au barreau 5 et à la règle 11 entre ces deux éléments et à faible distance de chacun d'eux.La plaque iso lante 12 peut être en forme de capot en section droite et elle peut également entourer le barreau de dilatation sur les côtes. L'extré- mité arrière de la plaque isolante 12 est fixée au chariot portebroche 1 par une vis 14 et avec interposition d'une autre entretoise 13. L'extrémité arrière de la règle 11 porte un embout 15 qui traverse avec jeu le trou 16 d'un support 17 pour le maintien de cette extrémité de la règle avec possibilité de coulisser dans le sens axial. Une tête de lecture 18 qui est seulement indiquée schématiquement en traits mixtes est fixée sur le montant - non représenté - sous la règle 11 et aussi sous le chariot 1, en vue de la lecture, lors des mouvements du chariot porte-broche, des graduations ou autres repères portés par le barreau de verre 19 cimenté dans la règle 11. Pendant le déplacement du chariot porte-broche 1, la tête de lecture 18 mesure les distances parcourues et donne ses informations au dispositif de commande à programme de la machine-outil, une fraiseuse universelle par exemple. Lorsque, pendant le fonctionnement, les températures changent, la longueur de l'ensemble du chariot portebroche 1 et des pièces 2 et 3 montées sur lui change également, de la valeur A1M. Si la règle 11 était fixée directement par les deux extrémités au chariot porte-broche, sa longueur changerait d'une valeur #1D mais qui serait nettement inférieure au changement de longueur du chariot, puisque la règle 11 est plus courte que la longueur utile du chariot porte-broche. Selon l'invention, la longueur et le matériau du barreau 5 - seulement relié de façon fixe au chariot 1 par son bout arrière - sont choisis de telle manière que le barreau s'allonge ou se raccourcit sensiblement des mêmes distances que toute la longueur utile du chariot 1, y compris les pièces 2, 3 montées sur lui, s'il se produit des changements de température. Du fait que la règle 11 est isolée thermiquement par rapport au chariot porte-broche 1 qui s'échauffe pendant le fonctionnement et#par rapport au barreau de dilatation 5 et du fait que la règle est seulement reliée de façon fixe au bout avant du barreau de dilatation 5, la règle est emportée par cette partie de barreau, effectuant les dilatations thermiques, si bien que la tête de lecture 18 lit des valeurs qui correspondent aux positions modifiées par échauffement de l'axe 4 de la tête 3. Le dispositif de commande à programme peut ainsi réagir aux dilatations thermiques et compenser comme il se doit les erreurs de positionnement de la broche verticale. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée. Elle est applicable aussi à d'autres parties de machine, notamment à des montants, des bancs, des tables et des organes analogues effectuant des mouvements horizontaux ou verticaux par rapport d'autres parties de machine. Bien entendu, la règle peut également être montée conformément l'invention sur une partie de machine fixe, tandis que la tête de lecture est fixée sur la partie de machine mobile correspondante. Il est encore a noter que la ligne de référence pour les dilatations différentes du barreau de dilatation et de la partie de machine sur laquelle il est monté est située dans le plan de la fixation du barreau de dilatation à la partie de machine concernée. L'effet visé par l'invention est obtenu entièrement si l'équation suivante est satisfaite M 1H aH . at# = 1D PLD aD ~ at Dans cette équation lui = dilatation thermique de la partie de machine sur laquelle le barreau et la règle sont montés, 1M I longueur utile de cette partie de machine, a H E coefficient de dilatation thermique de cette partie de machine, btM P temps dans lequel s'effectue le changement thermique, al = dilatation thermique du barreau de dilatation, ID = longueur utile du barreau de dilatation entre le point de fixa tion de son bout arrière au chariot porte-broche et son point de fixation a la règle, aD = coefficient de dilatation thermique du matériau du barreau de dilatation, btD = durée du changement de température. En cas de choix approprié du matériau et de la longueur utile du barreau de dilatation, le système de mesure qui vient d'être décrit permet de compenser à peu près complètement non seulement les dilatations thermiques qui-n'étaient pas mesurables exactement jusqu'à présent, celles de la tête de fraisage vertical par exemple, mais aussi, de la même manière, des différences de dilatation entre le carter du chariot porte-broche et la broche montée à l'intérieur. Selon l'invention, comme la dilatation du barreau transmise à la règle et relevée par la tête de lecture correspond à la dilatation totale du chariot porte-broche y compris ses accessoires, le circuit de commande de mise en position du dispositif de commande à programme peut réagir de la façon désirée et déclencher la correction de position nécessaire. Afin que les valeurs relevées ne risquent pas d'être faussées, il y a lieu de prévoir un bon calorifugeage de la règle par rapport aux parties de machine qui s'échauffent, par rapport au chariot porte-broche de fraisage par exemple, de manière que la dilatation de l'élément actif proprement dit de la règle (le barreau de verre) reste aussi faible que possible. L'isolation thermique est réalisée dans l'exemple représenté par une couche de mousse de polyuréthanne et par les couches d'air limitrophes mais il va de soi que d'autres matériaux d'isolation sont utilisables également. REVENDICATIONS 1. Système de mesure pour machines-outils, destiné à relever des mouvements relatifs rectilignes de deux parties de machine, comprenant une règle graduée fixée a une première partie de machine et un dispositif de lecture fixé a une deuxième partie de machine, caractérisé en ce qu'un barreau de dilatation (5) fait d'un matériau g coefficient de dilatation thermique (aD) élevé est fixé de telle manière par son bout arrière à la première partie de machine (1) et par son bout avant la règle (11) que la dilatation thermique (61D) du barreau (5) est sensiblement égale a celle (lui) de la première partie de machine (1). 2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la règle (11) est tenue par son extrémité arrière å la première partie de machine (1) de manière A pouvoir coulisser axialement. 3. Système de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une matière isolante (12) est disposée entre le barreau de dilatation (5) et la règle (11). 4. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 3, caractérisé en ce que le barreau de dilatation (5) est fait d'un métal dont le coefficient de dilatation thermique (aD) est compris entre 24 et 30 /um/m/ K et est plus court que la règle (11). 5. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que la règle (11) est une règle destinée la commande numérique et contient un corps en verre (19) qui est fixé a une extrémité au moins. 6. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur libre utile (1D) du barreau de dilatation (5) est choisie de telle manière que, dans une plage de température donnée, la relation suivante est satisfaite 1H ~ M ~ sstM = 1D ~ aD ~ 6tD.