Brevet FR2566084A1 — publié le 19851220

l La présente invention se rapporte à un dispositif d'avance utilisant une vis à billes dans laquelle un écrou à billes est monté sur un arbre fileté ou une vis à billes avec interposition de billes d'acier, et dans lequel on fait tourner ou on déplace axialement l'un par rapport à l'autre l'écrou et la vis à billes de sorte qu'une table mobile, telle qu'une table porte-pièce, qui est reliée à l'écrou à billes est déplacée sélectivement dans un mode d'avance fine ou un mode de translation rapide. Un dispositif d'avance déjà connu était agencé comme suit. Une vis à billes est montée sur un banc fixe de manière a être mobile en rotation et bloquée dans sa direction axiale. Un moteur pas- à-pas est accouplé à la vis à billes et un écrou à billes est monté sur la vis à billes avec interposition de billes d'acier. En outre, une table mobile est accouplée à l'écrou à billes. Avec cette disposition, la vis à billes est entraînée en rotation par le mouvement du moteur pas-à-pas de manière à déplacer l'écrou à billes dans la direction axiale de la vis à billes de sorte que la table mobile accouplée à l'écrou à billes se déplace par rapport au banc fixe. Toutefois, un dispositif d'avance classique de ce genre souffre des inconvénients suivants: Lorsque la vis à billes est tournée d'un angle prédéterminée sous l'effet de la rotation d'un pas du moteur pas-à-pas (par exemple, un angle de rotation de 360/800=0,45 , dans le cas d'un moteur pas-à-pas à 800 pas), l'écrou à billes se déplace par rapport à la vis à billes dans la direction axiale de celle-ci d'une distance prédéterminée qui correspond au pas des filets qui sont respectivement formés sur la vis à billes et sur l'écrou à billes. Dans ce cas, il est possible de commuter le mode d'avance de la table mobile entre un mode d'avance fine et un mode de translation rapide en modifiant l'angle de pas des filets ou encore en interposant une boite de vitesses entre le moteur pas-à-pas et la vis à billes, et en faisant alors varier la distance de déplacement axial de l'écrou à billes qui correspond à un angle de rotation prédéterminé du moteur au moyen de la boîte de vitesses. Toutefois, si l'on diminue le pas des filets pour obtenir une avance fine, il devient impossible de réaliser une opération de translation rapide et il est également difficile de réaliser une opération de filetage précise; si l'on augmente le pas des filets, il devient difficile d'obtenir une opération d'avance fine. D'un autre côté, lorsqu'on utilise un changement de vitesse, la dimension de l'ensemble de l'appareil devient désavantageusement grande. En outre, il est extrêmement difficile d'effectuer une opération d'avance précise en raison des inévitables erreurs qui affectent la fabrication du changement de vitesse lui-même. En outre, lorsqu'on utilise un moteur pas-à-pas possédant un nombre de pas relativement grand (c'est-à-dire un angle de rotation-par pas relativement petit) pour obtenir une opération d'avance fine, le coût de fabrication de l'appareil dans son ensemble est fortement augmenté puisqu'un tel moteur pas-à-pas possédant un grand nombre de pas est extrêmement coûteux. En outre, étant donné que la vis à billes et le moteur sont accouplés par un dispositif à engrenages comprenant deux roues dentées qui engrènent l'une dans l'autre, le jeu éventuel entre ces deux roues dentées peut rendre difficile de transmettre avec précision à la vis à billes la force d'entraînement en rotation fournie par le moteur. En outre, étant donné que la vis à billes possède en soi une inertie relativement grande, il n'est pas possible de positionner avec précision la table mobile reliée à l'écrou à billes qui est montée sur la vis à billes. En outre, les faits décrits ci-dessus impliquent l'inconvénient d'une médiocre capacité de réponse, c'est-à-dire que la vis à billes ne peut pas répondre rapidement à un changement de sens de rotation du moteur. En outre, dans le cas ou la vis à billes est entraînée en rotation à une vitesse élevée pour accroître la vitesse d'avance de la table mobile, lorsque la vitesse de rotation de la vis à billes qui est ainsi augmentée devient supérieure à une valeur prédéterminée (qui est appelée la vitesse critique), la vis à billes présente l'inconvénient de vibrer en résonance. Il est donc nécessaire de faire tourner la vis à billes à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation admissible, laquelle est déterminée par la vitesse critique, fait qui limite désavantageu- sement la vitesse de translation rapide de la table mobile. Compte tenu de ce qui précède, un principal but de la présente invention est de réaliser un dispositif d'avance de faible coût utilisant une vis à billes qui n'exige pas de boîte de vitesses et dans lequel on utilise deux sources de force motrice, l'une des sources de force motrice étant utilisée pour faire tourner une vis à billes tandis que l'autre est utilisée pour actionner un écrou à billes monté sur la vis à billes de manière à le faire tourner par rapport à la vis, de sorte que les mouvements de l'écrou à billes résultant des actions respectives des deux sources de force motrice s'ajoutent ou qu'au contraire on obtient la différence entre ces deux actions,de manière à déplacer l'écrou à billes par rapport à la vis à billes dans un mode d'avance fine ou dans un mode de translation rapide avec une précision extrêmement élevée, en permettant ainsi d'obtenir une opération de positionnement de haute précision, et dans lequel la force d'entraînement en rotation dérivée de l'autre source de force motrice est transmise avec précision à l'écrou à billes, de sorte qu'il est possible d'augmenter considérablement le degré de précision du positionnement de la table mobile qui est reliée à l'écrou à billes et d'améliorer la capacité de réponse de l'écrou à billes et, par conséquent, de la table mobile à l'instant du changement de sens de rotation des sources de force motrice. Un autre but de l'invention est-de réaliser un dispositif d'avance utilisant une vis à billes qui permette d'augmenter la vitesse d'avance de la table mobile à la demande sans aucune restriction. A cet effet, selon l'invention, une première source de force motrice est accouplée fonctionnellement à une vis à billes et une deuxième source de force motrice qui est montée sur une table mobile est accouplée fonctionnellement, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission creux, à un écrou à billes qui est lui-même accouplé à la table mobile et monté sur la vis-à billes. Ces buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description qui va suivre de la forme préférée de réalisation, prise en combinaison avec les dessins annexés. Les dessins annexés en combinaison, illustrent une forme de réalisation du dispositif d'avance selon la présente invention; La figure 1 est une vue partielle en plan d'une partie essentielle de la forme de réalisation; La figure 2 est une vue en élévation de côté et en coupe de la partie essentielle représentée sur la Figure 1, prise selon l'axe longitudinal de cette partie; La figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne III-III de la figure 1; La figure 4 est une vue agrandie d'un écrou à billes utilisé dans la forme de réalisation, prise selon son axe longitudinal; La figure 5 est une vue partielle en élévation de côté d'une table mobile utilisée dans la forme de réalisation; et La figure 6 est une vue en élévation en bout d'une portée utilisée dans la forme de réalisation, dont une moitié est représentée en coupe. Une forme de réalisation du dispositif d'avance utilisant une vis à billes selon la présente invention sera décrite ci-dessous en regard des dessins annexés. Comme on le voit en se reportant tout d'abord aux figures 1 a 3, un banc fixe 1 présente des ailes la formées respectivement sur ses deux côtés. Deux glissières parallèles 2 sont disposées respectivement sur les surfaces supérieures des ailes la. Une table mobile 4 est montée sur ces glissières 22 par l'intermédiaire de quatre portées 3 pour mouvement linéaire, de sorte que la table mobile 4 peut ainsi coulisser sur les glissières 2 dans la direction axiale du banc fixe 1. Ainsi qu'il ressortira clairement des figures 1 et 2, un flasque d'extrémité 5 est fixée à une extrémité (l'extrémité de droite, vue sur les figures 1 et 2) du banc 1. La flasque d'extrémité 5 porte un boîtier de palier 7 qui y est fixé. Le bottier de palier 7 supporte libre en rotation l'une des extrémités d'une vis à billes 8 par l'intermédiaire d'un palier 9 constitué par un roulement à billes à contact oblique à deux rangées de billes, la vis à billes 10 S'étendant parallèlement aux glissières 2. La partie d'extrémité de la vis à billes 8 qui émerge du palier 9 est accouplée, par un accouplement 15, à l'arbre tournant 14a d'un moteur pasà-pas 14 qui constitue une première source de force motrice et est monté sur une ferrure 13 qui est elle-même fixée au flasque d'extrémité 5 du banc 1. La vis à billes 8 est munie sur sa surface périphérique externe d'une gorge de filetage hélicoidale (par exemple, une gorge de filetage à droite) 8a, sensiblement sur toute la longueur de la vis 8, sauf sur la partie tourillon de cette vis, située à une première extrémité de celleci. En outre, un écrou à billes 20 qui sera décrit dans la suite est monté sur la vis à billes 8. L'écrou à billes 20 est supporté par un bottier 22 par l'intermédiaire d'un palier 25 qui est constitué par un roulement à billes à contact oblique à deux rangées de billes, de sorte que l'écrou à billes 20 est bloqué dans sa direction axiale mais mobile en rotation, le bottier 22 étant fixé à la face inférieure de la table mobile 4 par des organes de fixation 21 tels que des vis. En conséquence, lorsque la vis 8 est mise en rotation, l'écrou à billes 20 se déplace par rapport à la vis à billes 8 dans la direction axiale de celle-ci. La construction de l'écrou à billes 20 sera expliquée dans la suite en regard de la figure 4. L'écrou a billes cylindrique 20 qui est monté sur la périphérie extérieure de la vis à billes 8 est constitué par un premier élément d'écrou cylindrique 28 qui présente une collerette annulaire 28b a l'une de ses extrémités, un deuxième élément d'écrou cylindrique 29 et une entretoise annulaire 30 interposée entre le premier et le deuxième éléments O10 28 et 29 de l'écrou. Le premier et le deuxième éléments 28 et 29 de l'écrou portent respectivement, sur leurs surfaces périphériques internes, des gorges de filetage hélicoidales 28a et 29a de telle manière que ces gorges de filetage 28a et 29a correspondent à la gorge de filetage hélicoïdale 8a formée sur la périphérie extérieure de la vis 8 et qui possède le même pas que cette vis. Une multiplicité de billes d'acier 31 sont disposées entre les gorges de filetage 28a, 29a et la gorge de filetage 8a. De cette façon, lorsque la vis à billes 8 est entrainée en rotation, les billes d'acier 31 roulent dans l'espace compris entre la gorge de filetage 8a de la vis à billes 8 et les gorges de filetage 28a, 29a formées respectivement dans le premier et le deuxième éléments 28, 29 de l'écrou, ce qui oblige l'écrou a billes constitué par le premier et le deuxième éléments 28, 29 de l'écrou à se déplacer par rapport a la vis à'billes 8 dans la direction axiale de cette vis. Dans ce cas, le premier et le deuxième éléments 28 et 29 de l'écrou sont repoussés par l'entretoise 30 interposée entre ces éléments, dans des sens qui tendent à les écarter l'un de l'autre. Il n'y a donc pas de jeu (intervalle axial) entre les billes d'acier 31 et les gorges de filetage 8a, 28a et 29a, fait qui assure une excellente réponse, c'est-à-dire qu'il est possible pour l'écrou à billes 20 de commencer à se déplacer dans la direction axiale de la vis à billes 8 en réponse à la rotation de la vis 8 sans aucun retard. En outre, l'écrou à billes 20 est accouplé à un moteur pas-à-pas 36 servant de deuxième source de force motrice, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission creux 35. Plus précisément, le moteur pas-à-pas 36 est monté sur la table mobile 4 par l'intermédiaire d'une ferrure 37. L'arbre tournant 36a du moteur pas-à-pas 36 est fixé à l'une des extrémités de l'arbre de transmission creux 35. Une extrémité de l'écrou à billes 20 est engagée dans une douille annulaire 35a qui est venue d'une seule pièce à l'autre extrémité de l'arbre de transmission 35. - La douille 35a et l'écrou à billes 20 sont accouplés l'un à l'autre au moyen de goupilles 38 emmanchées à force et d'une clavette 39, de sorte que ces éléments tournent conjointement comme un seul bloc. L'arbre de transmission 35 est disposé concentriquement à la vis 8 et une première extrémité de la vis à billes 8 est montée dans le volume intérieur creux 35b de l'arbre de transmission 35 de manière que la vis 8 puisse tourner et coulisser axialement dans cet arbre. Il-convient de remarquer que les numéros de référence 40 et 41 des dessins désignent des entretoises qui sont interposées entre deux roulements à billes à contact oblique 9 tandis que la référence 42 désigne une entretoise qui est interposée entre l'un des roulement à billes à contact oblique 9 et la douille 35a de l'arbre de transmission 35. Comme on peut le voir en se reportant maintenant aux figures 5 et 6, la table mobile 4 est montée coulissante sur les glissières 2 par l'intermédiaire de quatre portées 3 pour mouvement linéaire. Plus précisément, chacune des portées 3 est munie sur sa surface interne de gorges 20 de billes chargées et de gorges 51 de billes non chargées, qui s'étendent dans la direction axiale de la portée 3 et sont interposées en alternance dans la direction circonférentielle de cette portée. Chacune des gorges a billes chargées 50 et des gorges à billes non chargées 51 qui est adjacente a cette gorge à billes chargées 50 sont reliées continuellement à chacune de leurs extrémités de manière à former une boucle sans fin. Chacune des glissières 2 est également munie de surface 52 de roulement de billes prévues de manière que ces surfaces correspondent respectivement aux gorges à billes chargées 50 de chacune des portées 3 correspondantes. Une multiplicité de billes 53 sont disposées entre les gorges à billes chargées 50 et les surfaces 52 de roulement de billesainsi que dans les gorges à billes non chargées 51. Les billes 53 sont retenues par un organe de retenue 54 qui est disposé entre chaque portée 3 et la glissière 2 correspondante. En conséquence, lorsque les portées 3 se déplacent sur les glissières 2 dans la direction axiale de celle-ci, les billes 53 roulent dans l'espace compris entre les gorges a billes chargées 50 et les surfaces de roulement de billes 52 et pénètrent dans les gorges 51 à billes non chargées, o les billes 53 se déplacent dans la direction axiale des portées 3 qui reviennent à l'espace compris entre les gorges à billes chargées et les surfaces de roulement de billes 52. De cette façon, il est possible d'assurer un mouvement régulier de la table mobile 4 sur les glissières 2. Ce qui suit est une description du fonctionnement de la forme de réalisation décrit plus haut. On suppose que, pour le moteur pas-à-pas 14 accouplé à la vis à billes 8, on utilise un moteur pas-à-pas possédant 800 pas, c'est-à-dire que l'angle de rotation par pas est de 360/800=0,45 et, pour le moteur pas-à-pas 36 accouplé a l'écrou à billes 30, un moteur pas-à-pas possédant 1000 pas et que, en outre, la gorge de filetage 8a formée sur la vis à billes 8 est à filetage à droite et possède un pas de 4 mm. Si le moteur pas-à-pas 36 tourne d'un pas dans le sens des aiguilles d'une montre, dans l'état o le moteur pas-à-pas-14 est au repos, l'écrou à billes est mis en rotation de 360/1000=0,36 dans le même sens; par l'intermédiaire de l'arbre de transmission , de sorte que l'écrou à billes 20 se déplace axialement de 4 X (0,36/360)=0,004 mm par rapport à la vis à billes 8, vers la gauche, (vu sur les figures 1 et 2). En conséquence, la table mobile 4 se déplace de la même distance dans le même sens (vers la gauche) sur les glissières 2, par l'intermédiaire du boîtier 22. Lorsque le moteur pas-à-pas 36 tourne d'un pas dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, l'écrou à billes 20 se déplace axialement de 0,004 mm par rapport à la vis à billes 8 dans le sens allant vers la droite, de sorte que la table mobile 4 se déplace également de la même distance et dans le même sens (vers la droite) sur les glissières 4. D'un autre côté, si, alors que le moteur pas-à-pas 36 est mis en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, on fait tourner le moteur pas-àpas 14 dans le sens inverse du sens de rotation du moteur pas-à-pas 36 (c'est-a-dire dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre), la vis à billes 8 est mise en rotation de 360/800=0,45" dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre par le ce qui oblige l'écrou à billes 20 monté sur la vis - à billes 8 a se déplacer axialement de 4 (0,45/360)=0,005 mm par rapport à la vis 8 dans le sens allant vers la gauche. En conséquence, l'écrou à billes 9 se déplace vers la gauche dans la direction axiale de la vis 8 de 0,009 mm, distance qui représente la somme de son mouvement qui résulte de la rotation du moteur pas-à-pas 14, c'est-à-dire de 0,005 mm et de son mouvement qui résulte de la rotation du moteur pas-à-pas 36, c'est-à-dire de 0,004 mm. En d'autres termes, l'écrou à billes 8 est avancé ou déplacé rapidement dans un mode de translation rapide. En outre, si, pendant que le moteur pas- à-pas 35 est en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, on fait tourner le moteur pas-à-pas 14 d'un pas dans le même sens que la rotation du moteur 36 (dans le sens des aiguilles d'une montre), l'écrou à billes 20 est alors entraîné axialement de 0,005 par rapport à la vis à billes 8 vers la droite par la rotation de la vis 8 dans le sens des aiguilles d'une montre. En conséquence, l'écrou à billes 20 se déplace vers la droite dans la direction axiale de la vis à billes 8 d'une distance de 0, 001 mm, qui est la différence entre son mouvement qui résulte de la rotation du moteur pas-à-pas 14, c'est-à-dire de 0,005 mm et son mouvement qui résulte de la rotation du moteur pas-à-pas 36, c'est-à-dire de 0,004 mm. En d'autres termes, l'écrou à billes 20 est avancé ou déplacé de façon sensible dans un mode d'avance fine. Il est à remarquer que, bien que, dans la forme de réalisation décrite plus haut, on utilise des moteurs pas-à-pas pour les sources de force motrice 14 et 36, on peut également utiliser d'autres types de sources de force motrice, tels que des servo-moteurs. 2566084- La présente invention, qui présente la disposition et le mode de fonctionnement décrits plus hauts, offre les effets avantageux suivants: En commandant judicieusement les deux sources de force motrice, on fait tourner la vis à billes d'un petit angle, par pas successifs, et les mouvements de l'écrou à billes résultant des actions respectives des deux sources de force motrice s'ajoutent ou, que au contraire, on obtient la différence entre ces mouvements, de manière à obliger l'écrou à billes à avancer, soit en avance fine, soit en translation rapide par rapport à la vis à billes, avec une précision extrêmement élevée, ce qui permet d'obtenir un position- nement très précis. En outre, il n'est pas nécessaire d'interposer une boite de vitesses entre la vis à billes et la source de force motrice qui lui est associée, de sorte qu'il ne se produit pas de retard de manoeuvre qui pourrait être due à un jeu éventuel de la boite de vitesses ou d'un embrayage, ou encore d'une erreur de fabrication lorsqu'on utilise une boite de vitesses. En conséquence, on obtient donc une excellente réponse et l'ensemble du dispositif peut être agencé en une structure compacte. En outre, il n'est pas nécessaire de réduire le pas des gorges de filetage de l'écrou à billes et de la vis à billes ni d'utiliser un moteur pas-à-pas qui possède un petit angle de rotation par pas, et qui est donc coûteux, pour obtenir une avance fine de l'écrou à billes. Il est donc possible de réduire le coût de fabrication du dispositif dans son ensemble. En outre, étant donné que l'écrou à billes monté sur la vis à billes et la deuxième source de force motrice sont accouplés par l'intermédiaire de l'arbre de transmission creux, il est possible que la force d'entraînement en rotation fournie par la deuxième source de force motrice soit transmise à l'écrou à billes avec précision,. En outre, comparativement à la disposition classique, dans laquelle seule la vis à bille est entraînée en rota- tion, il est possible d'augmenter considérablement le degré de précision du positionnement de la table mobile qui est accouplée à l'écrou à billes en faisant tourner la vis à billes à une vitesse relativement lente et en faisant tourner l'écrou à billes à une vitesse relativemnt élevée, l'écrou à billes étant beaucoup plus petit que la vis à billes en termes de dimensions, poids et inertie. En agissant de cette façon, il est possible d'améliorer la réponse de l'écrou à billes et, par conséquent, de la table mobile au moment du changement de sens de rotation de la deuxième source de force motrice. En outre, en faisant tourner l'écrou à billes à une vitesse élevée en même temps qu'on fait tourner la vis à billes à une vitesse relativement basse, il est possible d'augmenter la vitesse d'avance de la table mobile à volonté sans aucune restriction. En outre, étant donné qu'il n'y a pas d'engrenages de transmis- sion ni de moyens analogues interposés entre la deux- ième source de force motrice et l'écrou à billes, on a l'avantage de pouvoir réduire la dimension et le poids du dispositif dans son ensemble. Bien que l'invention ait été décrite en termes particuliers il est à remarquer que la forme de réalisation décrite n'est pas exclusive et que l'on peut y apporter diverses modifications sans sortir du domaine de l'invention qui n'est limité que par les revendications annexées. R E V E N D I C A T I ONS 1. Dispositif d'avance utilisant une vis à billes, caractérisé en ce qu'il comprend: une table mobile (4) montée mobile sur un banc fixe (1); une vis à billes (8) supportée à l'une de ses extrémités par ledit banc fixe (1) de telle manière que cette vis à billes (8) soit mobile en rotation mais immobilisée dans sa direction axiale; un écrou à billes (20) monté sur la vis à billes (8) avec interposition de billes d'acier (31) et supporté par ladite table mobile (4) de telle manière que ledit écrou à billes (20) soit mobile en rotation mais immobilisé dans sa direction axiale; une première source de force motrice (14) montée sur ledit banc fixe (1) pour faire tourner ladite vis à billes (8); et une deuxième source de force motrice (36) montée sur ladite table mobile (4) et accouplée fonctionnellement audit écrou à billes (20) par l'intermédiaire d'un arbre de transmission creux (35).dans lequel l'autre extrémité de- ladite vis à billes (8) est logée concentriquement de telle manière que ladite vis à billes (8) soit mobile en rotation et en translation axiale par rapport audit arbre de transmission (35). 2. Dispositif d'avance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écrou à billes (20) est constitué par un élément d'écrou cylindrique et une multiplicité de billes d'acier (31), ledit élément d'écrou étant muni sur sa surface périphérique interne d'une gorge de filetage hélicoïdale qui correspond à une gorge de filetage hélicoïdale (8a) formée sur la surface externe de ladite vis à billes (8) et lesdites billes d'acier (31) étant interposées entre lesdites gorges de filetage hélicoïdales prévues respectivement sur ledit élément d'écrou et sur ladite vis à billes (8). 3. Dispositif d'avance selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément d'écrou est monté sur ladite table mobile (4) par l'intermédiaire d'un palier (25). 4. Dispositif d'avance selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément d'écrou est constitué par un premier et un deuxième éléments d'écrou cylindriques (28 et 29) disposés coaxialement entre eux, et par une entretoise annulaire (30) interposée entre ces éléments d'écrou. 5. Dispositif d'avance selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit palier (25) utilisé pour le montage dudit élément d'écrou sur ladite table mobile est constitué par un roulement à billes à contact oblique à deux rangées de billes. 6. Dispositif d'avance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite table mobile (4) est montée sur ledit banc (1) par l'intermédiaire de portées linaires.