Brevet FR2521049A1 — publié le 19830812

it La présente invention concerne une structure ac- couplée d'éléments constitutifs d'une machine et, plus par- ticulièrement, une structure accouplée équipée d'un nouveau mécanisme d'accouplement capable de permettre un micro-dépla- cement qui corrige ou mattrise l'erreur de positionnement due à la déformation thermique ou à l'abrasion entre les élé- ments accouplés d'une machine-outil C'est-à-dire que les éléments de machine dont il est question comprennent le so- cle, le chassis de support ou châssis de la machine même, le chassis de machine ou base de montage de divers ensembles devant être montés sur la machine,par exemple,dans le cas o le mécanisme d'accouplement de la présente invention compor- te une partie d'accouplement des éléments de la machine qui ont été fixes ensemble auparavant tels qu'une partie d'ac- couplement du socle et la colonne d'une perçeuse ou une par- tie d'accouplement du support de porte-outil, ou la contre- poupée et leurs coulisseaux, à la suite de quoi, l'erreur de positionnement due à la déformation thermique ou à l'abra- sion de la machine est corrigée sans affecter la rigidité des parties d'accouplement, et la précision de fonctionne- ment de la machine peut être maintenue et, de plus, le mi- cro-déplacement contrôlé est appliqué entre les éléments de machine en fonction des conditions de manière à rendre plus nombreuses les fonctions de la machine. 2, Dans l'art antérieur, s'agissant d'un tour, le support de porte-outil était soit fixé au coulisseau porte- outil, soit monté en rotation autour de l'axe dans le sens vertical du dessin de la figure 1, et le transfert dans la direction perpendiculaire (en figure 1, sens vertical du dessin, désigné ci-après par 'sens de l'axe Y") à la bro- che et l'arbre de l'outil n'était pas permis Par consé- quent, par exemple, dans le cas o l'on devait effectuer l'usinage d'une rainure de clavette en montant une fraise sur l'arbre de montage de l'outil, la largeur de la rainu- re devant être usinée était fonction du diamètre extérieur de la fraise, et lorsque la fraise était usée, il y avait réduction de la largeur De plus, dans le cas o l'on vou- lait augmenter légèrement la largeur de la rainure de cla- vette, il était nécessaire de changer chaque fois la frai- se. Un objet de la présente invention est de permet- tre le maintien de la précision de fonctionnement de la machine par correction de l'erreur de positionnement due à la déformation thermique ou à l'abrasion de la machine sans affecter la rigidité des parties d'accouplement des élé- ments de machine en prévoyant un mécanisme d'accouplement selon la présente invention aux parties o les éléments de machine sont accouplés les uns aux autres, c'est-à-dire le socle, le châssis de support, ou châssis propre de la machine à outil, ou le bâti de la machine ou la base de montage des divers ensembles devant être montés sur la ma- chine et, de plus, de permettre l'obtention de performances plus nombreuses de la machine en faisant en sorte que le micro-déplacement contrôlé entre divers éléments de la ma- chine se fasse suivant les conditions requises. En outre, un autre objet de la présente invention est de permettre le micro-transfert du support de porte- outil-dans le sens de l'axe Y sans affecter la rigidité en- trele support et le coulisseau porte-outil par accouple- ment du support de porte-outil et du coulisseau du tour au moyen d'un mécanisme d'accouplement selon la présente inven- tion, et lorsqu'une rainure de clavette doit être usinée,la 3, correction de l'erreur de dimension de la rainure due à l'abrasion de la fraise devient possible et il en résulte qu'on peut usiner la rainure de clavette avec une largeur précise. En outre, un autre objet de la présente invention est de pernettre la commande automatique de la valeur du micro-transfert du support de porte-outil dans le sens de l'axe Y en accouplant ce support et le coulisseau du porte- outil du tour au moyen du mécanisme d'accouplement de la présente invention, et en prévoyant un ensemble de comman- de de la valeur du déplacement du support de porte-outil, et est de permettre la correction automatique de l'erreur des dimensions de coupe de la rainure de clavette provenant de l'abrasion de la fraise lorsque la rainure doit être usi- née. Un autre objet de la présente invention est de permettre le décolletage d'une rainure de clavette de di- mensions différentes avec une seule fraise, ce qui permet d'éliminer l'échange fastidieux d'outil, c'est-à-dire de la fraise, La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique de côté re- présentant un tour; La figure 2 est une vue partielle en coupe d'un mode de réalisation du cas o le mécanisme d'accouplement de la présente invention est utilisé dans la partie d'accou- plement du support de porte-outil et du coulisseau porte- outil du tour; La figure 3 est un schéma sous forme de blocs d'un ensemble de commande de la valeur de déplacement du support de porte-outil dans le cas o le mécanisme d'accou- plement de la présente invention est employé dans la partie d'accouplement du support de porte,outil et du coulisseau porte-outil du tour; La figure 4 est une vue en perspective représen- tant schématiquement la machine de fraisage qui emploie le 4. mécanisme d'accouplement de la présente invention pour ac- coupler la colonne à la base; et La figure 5 est une vue en perspective représen- tant schématiquement le tour employant le mécanisme d'ac- couplement de la présente invention dans la partie d'accou- plement de la contre-poupée et son coulisseau, et le support de porte-outil et son coulisseau. En figure 1, on a représenté un tour W dont la construction est classique à l'exception d'un mécanisme permettant d'accoupler la partie d'accouplement du support de porte-outil 1 et du coulisseau porte-outil 2 Le tour W comporte un banc 3 et un mandrin 4 monté sur la broche Le coulisseau transversal 5 est monté sur le banc 3 de manière à pouvoir coulisser dans le sens de la broche (sens perpen- diculaire à la surface du dessin de la figure 1) et le cou- lisseau porte-outil 2 accouplé au support de porte-outil 1 est monté sur le coulisseau transversal 5 de manière à pouvoir coulisser vers la droite et vers la gauche de la figure 1, et le coulisseau porte-outil 2 est réalisé de manière à pouvoir coulisser sur le coulisseau transversal en étant entraîné par un moteur 6 Le support de porte- outil 1 comporte un arbre de montage d'outil 7 et une frai- se 8 est montée sur l'arbre 7,l'arbre 7 est entraîné en ro- tation par un moteur 9. Le support de porte-outil 1 et le coulisseau porte-outil 2 sont accouplés par le mécanisme d'accouple- ment de la présente invention qui sera maintenant décrit en détail. En figure 2, on a représenté en détail le méca- nisme d'accouplement des éléments de machine 1 et 2 de la machine-outil constitués par le support de porteoutil et le coulisseau porte-outil Le mécanisme d'accouplement des éléments de machine comprend une chambre de pression 10, un élément en forme de colonne ll qui est soumis à la pres- sion du fluide de la chambre 10 sous forme de contrainte de tension uniforme dans le sens axial, et un dispositif de fixation 15 constitué d'un matériau rigide qui est fixé à l'extrémité 12 de l'éléient ll et est verrouillé à la partie 5. de base 13 de cet élément de façon à ne pouvoir être dépla- cé que dans le sens axial, et en une pièce avec les élé- ments de machine 1 et 2, c'est-à-dire le support de porte- outil et le coulisseau porte-outil qui sont accouplés à la base 14 de l'élément Il et au dispositif de fixation 15, d'o il résulte qu'une relation de micro-position entre les éléments de machine accouplés 1 et 2 est rendue possible par utilisation de la déformation élastique de l'élément 11 due au fluide pressurisé de la chambre 10 Comme la base 13 de la chambre 11 et le dispositif de fixation 15 sont verrouillés pour pouvoir n'être déplacé que dans le sens axial par une plaque élastique 16 ressemblant à une rondel- le ou une partie coulissante 16 a, la force de réaction pro- duite pendant la taille qui s'exerce dans la direction per- pendicula 4 re & l'axe Y est transmise au coulisseau porte- outil 2 dans la partie verrouillée, et aucune contrainte de cambrage ne s'exerce sur l'élément 11; par conséquent, la rigidité de la partie accouplée est assurée et, de plus, une linéarité précise peut être maintenue entre la pression du fluide dans la chambre 10 et la valeur du déplacement de,- l'élément 1 de machine 1 dans le sens de l'axe Y. On procèdera maintenant à la description de la présente invention en liaison avec les modes de réalisation représentés dans les figures 2 et 3. L'élément 11 en forme de colonne de la figure 2 est construit de façon que l'extrémité 14 de la base soit fixée au coulisseau porte-outil 2 par un boulon non repré- senté, et l'extrémité 12 au support de porte-outil 1 au moyen d'un éléoent de tête 17 L'élément de maintien 15 est en une pièce avec le support de porte-outil 1, un trou cy- lindrique entourant l'élément 11 est formé dans le support de porte-outil 1, et un manchon 18 est monté dans ce trou pour constituer la chambre de pression 10, Le manchon 18 est monté de façon que le fluide sous pression de la chambre 10 n'agisse pas directement sur le support de porte-outil, lequel est constitué d'une pièce coulée, et il en résulte qu'il forme sensiblement un même ensemble avec le disposi- tif de fixation 15, et son extrémité inférieure peut cou- lisser sur la partie de base 14 de l'élément 11 La partie de base 13 de l'élément 11 et le dispositif de fixation 15 sont liés et ne peuvent se déplacer que dans la direction axiale de l'élément 11 au moyen de la partie coulissante 16 a,mais de façon à augmenter la rigidité de la partie de couplage,le dispositif de fixation 15 et la partie de base 13 de l'élément ll sont liés par une plaque élastique 16 en forme de rondelle La partie diamétrale intérieure de la plaque 16 est placée entre l'extrémité 14 de la base de l'élément 11 et le coulisseau -porte-outil 2 et est fixée au côté de ce coulisseau,et sa partie diamétrale extérieure est placée entre l'extrémité inférieure du dispositif de fixation 1 5 et de l'élément de maintien 19, et est fixée au côté du dispositif de fixation 15 Les numéros de référence 20, 21, 22 représentent des trous d'alimentation en huile pressurisée qui sont pratiqués dans le coulisseau porte- outil 2 et l'élément 11, les numéros de référence 23 et 24 des ensembles d'étanchéité au liquide, et le numéro de ré- férence 25 un trait mixte indiquant une pièce à usiner. 2 Q Dans la structure précédente, lorsque l'huile d'actionnement à haute pression est fournie à la chambre de pression 10, la pression exerce une contrainte de tension uniforme dans le sens axial de l'élément 11, et il en résul- te que le support de porte-outil 1 se déplace suivant une micro-quantité dans la direction supérieure de la figure 2, compte tenu de la déformation élastique résultante de l'élément 11 de sorte que la micro- avance dans le sens de l'axe Y peut être appliquée à l'arbre 7 de montage de l'outil. L'ensemble alimentant la chambre 10 en huile pres- surisée et le système de commande sont représentés en fi- gure 3; la référence 26 représente un cylindre de l'ensem- ble d'alimentation en huile pressurisée, la référence 27 un plongeur animé d'un mouvement de va-et-vient dans le cy- lindre 26,la référence 28 une vis en une pièce avec le plon- geur 27, la référence 29 un'engrenage en prise avec la vis 28, la référence 30 un engrenage en prise avec l'engrenage 29,la référence 31 un moteur en courant continu entraînant 7. l'engrenage 30 et la référence 32 une conduite d'huile sous pression Le moteur 31 est mis en rotation par une servo- commande qui est actionnée par l'ensemble de commande qui sera décrit ultérieurement, fait tourner l'engrenage 29 supporté par le châssis (non représenté), cet engrenage étant supporté par un roulement 33, et provoque le mouve- ment de va-et-vient du plongeur non rotatoire 27 pour qu'il y ait variation de la pression de l'huile d'actionnement devant être fournie à la chambre 10, et modifie la valeur du déplacement du support de porteoutil 1 dans le sens de l'axe Y. La valeur du déplacement du support de porte-ou- til 1 est détectée par un transformateur différentiel 34, et appliquée à un amplificateur différentiel 36 par l'in- termédiaire d'un amplificateur isolé 35, et d'autre part, la donnée d'instruction A appliquée à partir du dispositif à commande numérique ou autre dispositif d'instruction (non représenté) est appliquée à l'amplificateur différen- tiel 36 par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/ analogique 52, et un servo-amplificateur 53 commande le moteur 31 avec le signal différentiel Lorsque la sortie de l'amplificateur différentiel 36 se trouve à l'intérieur d'une plage de valeurs fixes admissibles, un signal de coin- cidence B sort d'un comparateur 37 pour être appliqué au dispositif d'instruction, par l'intermédiaire d'un photo- coupleur 54 et la position de l'axe Y du support de porte- outil 1, c'est-à-dire de l'outil 8 est supposée être réglée à la position définie par l'instruction. Comme cela a été décrit précédemment, le support de porte-outil 1 voit sa position corrigée dans le sens de l'axe Y ou est déplacé, et l'erreur d'usinage due à la dé- formation thermique de la pièce 25 ou l'erreur d'usinage due à l'abrasion de l'outil 8 est corrigée, et un usinage avec une précision correspondant à la différence de diverses di- mensions de montage, telles que d'une rainure de clavette ou analogue, peut être obtenu par déplacement du support de porte-outil 1 dans le sens de l'axe Y, mais comme la con- trainte uniforme de tension n'est appliquée qu'à l'élément 8, 11 dans la construction décrite précédemment, la relation linéaire précise entre la pression de l'huile fournie à la chambre 10 et le déplacement du support de porte-outil 1 est assurée, d'o il résulte que le contrôle de la valeur du déplacement peut s'effectuer facilement avec une précision extrême. Le mode de réalisation précédent est obtenu en utilisant le mécanisme d'accouplement de la présente inven- tion sous forme de l'ensemble de correction de l'axe Y du io support de porte-outil 1 du tour W, mais le mécanisme d'ac- couplement de la présente invention assure une grande rigidi- té de la partie d'accouplement et permet de commander minu- tieusement et avec une grande précision, le fonctionnement et l'effet de la relation entre positions des éléments de machine, de sorte qu'il peut être utilisé en mécanisme d'ac- couplement pour des éléments correspondants de machine dont la rigidité et la précision sont indispensables Par exem- ple, la perçeuse B représentée en figure 4 est telle que la colonne 38 et la partie de base 39 sont accouplées par le mécanisme d'accouplement 40 de la présente invention, et l'angle de la colonne 38 peut être réglé par incréments et correctement en fournissant sélectivement l'huile pressuri- sée aux mécanismes d'accouplement respectifs 40 40 De plus, dans le tour T de la figure 5, dans le cas o la contre-poupée 41 et son coulisseau 42 sont accouplés dans le sens horizontal par les mécanismes 40 40 de la présente invention, la pièce 25 placée entre la broche 43 et la con- tre-poupée 41 peut être déplacée suivant des angles minus-. cules dans le plan horizontal de manière à exécuter la cor- rection de la conicité de la pièce ou de la forme cylindri- que et,en outre, dans le cas o le support de porte-outil 44 et le coulisseau porte-outil 45 sont accouplés par les mé- canismes 40, 40 de la présente invention dans le sens ho- rizontal, l'outil de coupe 46 peut être déplacé statique- ment ou dynamiquement dans un mouvement de va-et-vient de manière â corriger la différence de cote du diamètre exté- rieur de la pièce 25 ou l'absence de rotondité, La réfé- rence 47 de la figure 4 représente une plaque de support, à laquelle est fixée la colonne 38, et cette plaque et la base 39 sont accouplées par les mécanismes 40 40; la référence 48 de la figure 5 représente le banc, la référence 49 la base et la référence 50 le bâti de machine dans lequel est incorporé le mécanisme d'entraînement de la broche. L'élément 11 en forme de colonne du mécanisme d'accouplement de la présente invention présente une rigidi- té élevée dans le sens axial, et la valeur du déplacement possible des éléments de machine accouplés est inférieure à 1 millimètre La commande de la valeur du déplacement peut être exécutée avec une précision de l'ordre du micron; et la pression du fluide fournie à la chambre 10 est pratique- ment réglée à une valeur élevée comprise entre 50 et 70 M Pa. Dans ce fluide à haute pression, comme indiqué précédemment, les propriétés de compression de l'air à mélanger au fluide deviennent un facteur important de détérioration de la pré- cision de commande de la valeur de déplacement, en particu- lier, de la précision de commande dynamique De façon à évi- ter la détérioration de la précision de commande par l'air mélangé, il est efficace de minimiser le volume de la cham- bre 10 pour le rendre aussi petit que possible, et un man- chon 51 est inséré dans la chambre 10 de manière à minimi- ser le volume de cette chambre comme représenté par la li- gne imaginaire de la figure 2. Comme cela vient d'être décrit, le mécanisme d'accouplement de la présente invention est capable de ré- gler la relation entre les positions des éléments de machi- ne accouplés minutieusement et avec une précision extrêmement élevée, et il est possible de corriger l'erreur de position 3 Q entre les éléments de machine avec une grande précision, er- reur de position qui est due à diverses causes, et une gran- de rigidité de la partie d'accouplement est assurée de sorte que le mécanisme d'accouplement de la présente invention est extrêmement utile pour servir de mécanisme d'accouplement d'éléments de machine nécessitant rigidité et précision. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Structure accouplée d'éléments constitutifs d'une machine-outil, qui comprend des éléments accouplés mutuellement, et ot les éléments de machine sont accouplés par un mécanisme d'accouplement, caractérisée en ce que le mécanisme d'accouplement comprend une chambre de pression, un élément en forme de colonne est soumis à une contrainte uniforme de tension exercée par le fluide sous pression de la chambre sous forme de contrainte uniforme de tension dans le s'ens axial,et un dispositif de fixation qui est constitué sensiblement d'un matériau rigide et fixé à l'extrémité de l'élément en forme de colonne et accouplé à la partie extrême de la base de l'élément en forme de co- lonne de manière & ne pouvoir être déplacé que dans le sens axial, le mécanisme d'accouplement étant en une pièce avec les éléments de machine qui sont accouplés mutuelle- ment à la partie extrême de la base de l'élément en forme de colonne et au dispositif de fixation de sorte que la pression du fluide régnant dans la chambre se trouve con- trôlée. 2 Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le mécanisme d'accouplement en une pièce avec les éléments de machine accouplés mutuellement de la machine-outil est accouplé avec la partie extrême de la base de l'élément en forme de colonne et le dispositif de fixation pour ne pouvoir être déplacé que dans le sens axial de l'élément en forme de colonne par interposition d'une plaque élastique en forme de ressort entre la partie extrê- me de la base de l'élément en forme de colonne et le dispo- sitif de fixation, 3 Structure selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les éléments de machine devant être accou- plés mutuellement dans la machine-outil sont le support de porte-outil et le coulisseau porte-outil.