Brevet FR2504671A2 — publié le 19821029

FR 2504671 A2 19821029 FR 8207360 A 19820428 L'invention concerne un système de mesure pour machinesoutils, destiné à relever des mouvements relatifs rectilignes de deux parties de machine, comprenant une règle graduée fixée à une première partie de machine et un dispositif de lecture fixé à une deuxième partie de machine, et dans lequel un barreau de dilatation à coefficient de dilatation thermique élevé est fixé par son bout arrière à la première partie de machine et par son bout avant à la règle et la dilatation thermique du barreau est sensiblement égale à celle de la première partie de machine, selon le brevet principal. Sur les parties de machines-outils déplaçables en translation sur des distances relativement grandes, on prévoit généralement des systèmes de mesure qui indiquent - à l'opérateur ou à la commande automatique de la machine - les positions relatives qu'occupent les deux parties à chaque instant et, partant, les distances à couvrir ou couvertes par la partie mobile. Ces systèmes de mesure comprennent une règle graduée, fixée le plus souvent à 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 du début du travail jusque ce que la température de fonctionnement normale ou température de service soit atteinte, représente un phénomène qui influence la précision de mesure donc aussi la précision d'usinage. De tels échauffements sont à attribuer dans la majorité des cas au frottement dans les paliers des organes tournant dans les parties de machine concernées, par exemple de la broche et de ses arbres d'entrainement dans le chariot porte-broche d'une fraiseuse. La longueur utile des règles correspond à la course maximale mais comme les parties de machine concernées sont généralement plus longues que cette course, les changements de température entraînent 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 à commande programmée et à chariot porte-broche mobile horizontalement, où la règle est fixée sur le cté 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 différences de dilatation entre le chariot et la broche montée en lui, la tête de lecture est incapable de la 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 dans ce cas. L'objet du brevet principal est un système de mesure avec lequel les manques de précision provoqués par les dilatations thermiques mentionnées dans la mesure et l'usinage sont pratiquement évités par le fait qu'un barreau de dilatation en matériau à coefficient de dilatation thermique aD élevé est fixé par son bout arrière à la première partie de machine et par son bout avant à la règle, de telle manière que la dilatation thermique a 1D du barreau est sensiblement égale à la dilatation thermique a 1M 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 -dire son point zéro, se déplace - dans une plage de température prédéterminée, c'est-à-dire entre la température de début de travail et la température de service - exactement dans la mesure correspondant à la dilatation thermique de toute la longueur de la partie de machine à laquelle elle est fixée, longueur qui est généralement bien supérieure à celle de la règle. La pratique a montré que ce système de mesure peut fonctionner parfaitement et que les erreurs de mesure dont il a été question dans ce qui précède sont réduites à une valeur pratiquement négligeable. Il a toutefois été constaté que le système réagit avec un certain retard. La cause de cette réponse lente réside dans la conduction de chaleur insuffisante entre les zones et portions de la première partie de machine où la chaleur est produite et le barreau de dilatation. Dans l'exemple des fraiseuses, il s'agit en particulier des zones du chariot porte-broche où sont montés les roulements de la broche. L'invention vise à améliorer la rapidité de réaction aux changements de température d'un système de mesure du type indiqué. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le barreau de dilatation est tenu, de manière que le barreau puisse encore coulisser axialement, par au moins une cheville conductrice de chaleur faite d'un matériau à haute conductivité thermique et qui relie le barreau à une portion particulièrement exposée à l'échauffement de la première partie de machine. Il s'établit ainsi un ou plusieurs ponts thermiques entre les zones ou portions - situées le plus souvent au coeur de la première partie de machine - qui sont chauffées fortement très vite après la mise en marche et le barreau de dilatation, ce qui accélère ltéchauffement et l'allongement correspondant du barreau. En cas d'application de l'invention au chariot portebroche d'une fraiseuse, par exemple avec utilisation d'une ou de deux chevilles conductrices de chaleur s'étendant à travers des cloisons transversales du chariot directement jusque contre les roulements ou autres paliers de la broche d'usinage, le laps de temps qu'il faut au barreau de dilatation pour s'échauffer à la mise en marche de la température ambiante jusqu'à la température de service, et pour s'allonger en conséquence, peut être ramené d'environ 20-30 min à 5-10 min. Pour améliorer plus encore la transmission de chaleur, la cheville peut présenter un alésage borgne central de diamètre et longueur adéquats dans son tronçon situé dans la partie de machine et avoir un diamètre extérieur qui correspond à la largeur du barreau. Il est recommandé de prévoir un usinage fin de la face extreme de la cheville et de la surface d'appui du barreau afin que la transmission de chaleur à ces surfaces de contact soit optimale. Selon encore une autre caractéristique de l'invention pour raccourcir le temps de réponse, le barreau de dilatation est disposé dans une rainure longitudinale de la première partie de machine, d'un chariot porte-broche par exemple, avec ajustement mais de manière que des mouvements longitudinaux entre le bout avant du barreau et la première partie de machine soient encore possibles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de rdalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe horizontale longitudinale montrant schématiquement un dispositif selon l'invention installé sur le chariot porte-broche d'une fraiseuse universelle; - la figure 2 est une coupe verticale de ce dispositif, prise suivant la ligne Il-Il de la figure 3 mais à plus grande échelle; et - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle nnis à plus grande échelle et plus détaillée de ce meme dispositif. Les dessins représentent un chariot porte-broche 1 sur lequel est montée, par une plaque intermédiaire 2, une tete de fraisage vertical 3, dont la broche tourne autour de l'axe 4. Sur l'une des faces latérales du chariot 1 est installé 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 la figure 1, le barreau 5 présente plusieurs trous 6 par lesquels il est fixé au chariot au moyen d'au moins une vis 7. Par sa portion extrême avant, le barreau 5 est maintenu axialement coulissant sur le chariot 1 par des éléments de support et de fixation qui seront décrits en détail dans ce qui va suivre. Le bout avant du barreau 5, représenté à gauche sur la figure 1, présente un trou 8 traversé par une vis de serrage 9 au moyen de laquelle une entretoise 10 et une règle 11 sont reliées de façon fixe au bout avant du barreau 5. A l'entretoise 10 est fixée une plaque 12 en matériau d'isolation thermique, de préférence en mousse de polyuréthanne, qui est disposée parallèlement au barreau 5 et à la règle 11 entre et à faible distance de ceux-ci. La plaque isolante il peut être en forme de capot en section droite et entourer le barreau de dilatation également sur les cOtés. La plaque isolante 12 est fixée par son extrémité arrière au chariot porte-broche 1 à l'aide d'une autre entretoise 13 et d'une vis 14.L'extrémité arrière de la règle 11 porte un embout 15 qui traverse avec jeu un trou 16 d'une équerre de support 17 et soutient ainsi la règle 11 avec possibilité de coulissement axial. Une tâte de lecture 18 qui est seulement indiquée schématiquement en traits mixtes sur la figure 1 est fixée sur le montant - non représenté figure 1 - sous la règle ll 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 un barreau de verre 19 cimenté dans la règle 11. La figure 1 montre en pointillé la position de la broche d'usinage horizontale respectivement la position de l'arbre d'entrainement de la broche verticale. L'un ou l'autre de ces organes est monté rotatif dans le chariot porte-broche par des roulements ou d'autres paliers 20, 21 supportés dans des cloisons transversales massives 22,23. Chacune de ces cloisons présente un creux 24 ou 25 dans lequel est ajustée une cheville conductrice de chaleur 26 ou 27 en cuivre. L'extrémité intérieure de chaque cheville est en contact ou presque avec le roulement 20 ou 21 considéré, tandis que l'extrémité extérieure de la cheville est à fleur de la surface extérieure du chariot. Les détails de la construction du dispositif selon l'invention seront décrits ci-après en référence aux figures 2 et 3. La figure 2 montre que le chariot porte-broche 1 peut coulisser longitudinalement dans des glissières en queue d'aronde latérales 30. Le creux 24 ménagé dans la cloison transversale du chariot 1 contenant le roulement de broche avant 20 peut avoir une section droite circulaire ou rectangulaire et s'étend du roulement 20 jusqutà la surface latérale extérieure du chariot. La cheville conductrice de chaleur 26 est ajustée dans ce creux 24 par ses extrémités axiales, séparées par un amincissement 31 sur la partie médiane. La cheville 26 peut avoir une section droite circulaire ou rectangulaire, suivant la section du creux 24. Dans son tronçon situé du côté du roulement de broche 207 la cheville 26 présente un trou borgne 32 de diamètre adéquat, qui est prolongé dans la portion extérieure de la cheville par un trou taraudé 33.Ce dernier sert à la réception d'une vis 34 par laquelle le barreau de dilatation 5 est tenu sur la cheville 26, donc sur le chariot porte-broche 1, avec interposition d'une douille à collet 35. Comme cela ressort également des figures 2 et 3, le barreau 5 est ainsi directement en contact avec la cheville conductrice de chaleur 26. La figure 3 en particulier montre que la vis 34 et la douille 35 traversent un trou oblong 36 du barreau 5 et que le collet annulaire 37 de la douille 35 est en appui sur le côté extérieur du barreau autour de ce trou; le barieau 5 est ainsi convenablement tenu mais la portion considérée du barreau peut néanmoins coulisser longitudinalement par rapport à la cheville 26 donc aussi par rapport au carter du chariot porte-broche 1. Le barreau 5, la plaque isolante 12 et la règle 11 sont entourés d'un capot protecteur 38. La figure 3 montre qu'une autre cheville conductrice de chaleur 27 est prévue au droit du roulement de broche arrière et est reliée au barreau de dilatation 5 par une liaison vissée semblable à celle qui vient d'etre décrite. Le système de mesure fonctionne comme suit Pendant les déplacements du chariot 1, la tête de lecture 11 mesure chaque fois les distances parcourues et transmet ces informations à la commande à programme de la fraiseuse universelle. En cas de changement de température pendant le fonctionnement, la longueur effective de l'ensemble du chariot porte-broche y compris les pièces 2 et 3 change également, de la quantité a 1M. Si la règle 11 était fixée directement au chariot par les deux extrémités, sa longueur se modifierait d'une quantité a 1DO qui est nettement inférieure à la variation de longueur du chariot 1 avec les pièces 2 et 3 montées sur lui, puisque la règle 11 est plus courte que la longueur utile du chariot. La longueur et le matériau du barreau de dilatation 5, qui est seulement relié de façon fixe au chariot porte-broche par son bout arrière, ont été choisis de telle manière que le barreau s'allonge ou se raccourcit, en cas de changements de la température, à peu près de la même quantité que la longueur utile totale du chariot porte-broche 1, y compris les pièces 2 et 3 montées sur lui. Du fait que la règle 11 est isolée thermiquement par rapport au chariot 1 qui s'échauffe pendant le fonctionnement et par rapport au barreau 5 et du fait que la règle est seulement reliée de façon fixe au bout avant du barreau 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 de fraisage vertical.Le dispositif de commande à programme peut ainsi réagir aux dilatations thermiques et compenser les erreurs de positionnement de la broche verticale. Les chevilles conductrices de chaleur en cuivre - ou un autre métal de haute conductivité thermique - ont pour fonction de transmettre la chaleur produite, par le frottement dans les roulements de broche 20, 21 par exemple, aussi directement et rapidement que possible au barreau de dilatation 5, de sorte que la variation de température du barreau correspond à peu près et seulement avec un faible retard à celle des roulements de broche, ou d'autres pièces où se produit un développement de chaleur. 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 à d'autres parties de machine. 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 à une première partie de machine et un dispositif de lecture fixé à une deuxième partie de machine, et dans lequel un barreau de dilatation à coefficient de dilatation thermique (aD) élevé est fixé par son bout arrière à la première partie de machine et par son bout avant à la règle et la dilatation thermique ( 8 1b) du barreau est sensiblement égale à celle (t 1M) lN de la première partie de machine, selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications suivantes du brevet principal, caractérisé en ce que le barreau de dilatation (5) est tenu, de manière que le barreau puisse encore coulisser axialement, par au moins une cheville conductrice de chaleur (26, 27) d'un matériau 8 haute conductibilité thermique, qui relie le barreau (5) à une portion particulièrement exposée à l'échauffement de la première partie de machine (1). 2. Système de mesure selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'il comprend au moins une cheville conductrice de chaleur (26, 27) dans la région des paliers de broche (20, 21) d'un chariot porte-broche (1). 3. Système de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque cheville conductrice de chaleur (26, 27) présente un alésage borgne central (32) dans son tronçon situé à l'intérieur de la machine. 4. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une cheville conductrice de chaleur (26, 27) ajustée dans un creux (24, 25) d'une cloison transversale de la première partie de machine (1), dans lequel la cheville s'étend jusque contre ou jusque proximité immédiate d'un roulement ou autre palier de broche, que le barreau de dilatation (5) présente un trou oblong (36) et en ce qu'une vis (34) entourée d'une douille de serrage à collet (35) traverse avec celle-ci le trou oblong (36) et est vissée dans un trou taraudé de l'extrémité de la cheville (26, 27) à fleur de la surface extérieure de la première partie de machine (1), de sorte que le barreau de dilatation (5) est directement en contact avec la cheville (26, 27). 5. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre de la cheville conductrice de chaleur (26, 27) est à peu près égal à la largeur du barreau de dilatation (5). 6. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une cheville conductrice de chaleur (26, 27) maintenant le barreau de dilatation (5) au droit de chaque portion particulièrement exposée à la chaleur de la première partie de machine (1). 7. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barreau de dilatation (5) est reçu dans une rainure longitudinale de la première partie de machine (1).