Brevet FR2590340A1 — publié le 19870522

Dispositif de guidage et d'entraînement d'organes mécaniques mobiles à déplacement linéaire. L'invention concerne un dispositif de guidage et d'entraînement d'organes mécaniques mobiles à déplacement linéaire. On connait déjà divers types de dispositifs de guidage et d'entraînement d'organes mécaniques mobiles et notamment: - les glissières cylindriques coopérant avec des douilles à billes fermées ou ouvertes ou avec des bagues lisses à faible coefficient de friction mortées dans des supports rigides, - les organes se déplaçant sur ces glissières sont entraînés par divers types de moyens pneumatiques, hydrauliques,à pignon-crémaillère et à visécrou. Ces dispositifs de guidage et d'entraînement sont utilisés dans les machines-outils en général, machines transferts, machines spéciales d'usinage, d'assemblage, de conditionnement, de production. Les inconvénients présentés par ces dispositifs sont les suivants: - ils exigent une très grande précision d'usinage et notamment de parallèlisme pour les glissières cylindriques et leur support coopérant avec un entraînement à vis-écrou; - Rigidité des glissières et de leur support pour éviter les flexions qui entraineRd'importantes contraintes de frottement avec une usure prématurée et des efforts résistants accrus nécessitant un surcroît de puissance augmentant la consommation d'énergie; - coût important de réalisation qui ne se justifie que pour des cas particuliers de précision d'usinage ou d'assemblage; - difficultés de réglage des fins de courses des organes mobiles sur les glissières;; - difficultés d'amortissement des fins de course lorsqu'il se produit une dispersion dans les positions d'arrêt, ou lorsque l'arrêt de l'organe mobile doit s'effectuer contre une butée franche pour un positionnement relativement précis dans le cas de déplacement par vis-écrou. A part les machines-outils à enlèvement de matière ou à déformation de matière dont les déplacement doivent être relativement précis et réguliers les déplacements d'organes nécessitent rarement une régularité de la vitesse de déplacement, c'est pourquoi on a souvent recourt à des vérins qui apportent une grande souplesse de déplacement et permettent de ralentir et d'amortir plus facilement les fins de cpurse, ce qui est beaucoup plus difficile avec l'entraînement à vis-écrou. Le dispositif selon l'invention résoud le problème consistant à guider linéairement et à entraîner des organes mobiles avec des moyens très léger, peu onéreux à réaliser et à monter, susceptibles de compenser des écarts de parallèlisme entre les glissières de guidage et entre le moyen d'entraînement à vis-écrou et l'organe à déplacer et d'absorber les dispersions d'arrêts de fin de course même sur une butée franche. Ces objets sont atteint selon l'invention au moyen de paliers linéaires suspendus élastiquement et au moyen de deux types de vis-écrou: a) à accouplement élastiquement déformable entre l'écrou et l'organe mobile, l'écrou comprenant deux entraîneurs engrénant dans une vis à grand et large pas; b) à vis dont le pas est constitué par une hélice en acier à ressort glissée sur un noyau cylindrique et fixée à ses extrémités sur ledit noyau, l'écrou étant constitué par un étrier en tôle pliée fixé rigidement sur l'organe mobile et comportant deux entraîneurs engrénés dans l'hélice. Les avantages apportés par le dispositif suivant l'invention sont les suivants: - très faible coût de réalisation et de mise en oeuvre de l'organe mobile et de son support qui peuvent être en tôle découpée et pliée sur des machines à commande numérique; - suppression des problèmes de parallèlisme de glissière et des "durs" de fonctionnement; - suppression des problèmes dûs à la flexion de chariot ou de glissières ou de leur support; - très faible inertie du fait de l'allégement important des organes mobiles par rapport aux chariots traditionnels; - réduction des efforts résistants statiques et dynamiques; - réduction de la consommation d'énergie et de matière; - amortissement intégré des fins de course par flexion de la vis ou du support d'écrou qui emmagasinent l'énergie cinétique de fin de course et la restitue au démarrage du cycle suivant;; - absorbtion des dispersions d'arrêt de fin de course; - grande simplification de réalisation des vis; - réduction importante du frottement de glissement des écrous sur les vis transformé en frottement de roulement; - simplification et allègement des supports de glissières et du système d'entraînement à vis-écrou du fait d'une compensation automatique des flexions. Le dispositif de guidage et d'entraînement d'organes mécaniques mobiles selon l'invention est décrit en détail dans le texte qui suit en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels: - la fig.1 montre un exemple classique de guidage et d'entrainement d'un chariot; - les fig.2 et 3 montrent, en coupe et en vue en bout, un exemple selon l'invention de palier de guidage linéaire s#uspendu élastiquement; - les fig. 4,5A,5B,5C,5D et 6 montrent des exemples de paliers linéaires suspendus élastiquement à pattes de fixation incorporées, - la fig.7 montre, en coupe, une variante de mode de fixation d'un palier linéaire cylindrique; - la fig.8 montre un exemple d'articulation élastique de type connu transformée en palier linéaire par apport d'une bague à frottement réduit;; - la fig.9 montre un exemple selon l'invention de montage d'un chariot avec deux paliers linéaires suspendus élastiquement d'un côté et une seule de l'autre; - la fig. 10 montre un exemple identique à celui de la fig.9, mais avec deux paliers linéaires sur chaque glissière; - la fig.11 montre un exemple de chariot monté sur deux paliers linéaires à billes d'un côté et comportant un ou deux paliers linéaires à suspension élastique selon l'invention sur l'autre glissière en anti-devers; - les fig.12 et 13 montrent un exemple d'écrou d'entraînement de chariot selon l'invention avec une vis à grand pas coopérant avec des entraîneurs; - les fig. 14 et 15 montrent un exemple d'entraînement et de guidage de chariot selon l'invention à accouplement élastiquement déformable;; - la fig.16 montre une variante d'entraînement à accouplement élastiquement déformable; - la fig.17 montre un exemple d'entraînement de chariots éloignés, dans un sens identique ou inverse selon le pas de la vis, par l'intermédiaire d'un arbre à rattrapage d'écart de positionnement selon l'inevntion; - les fig.18 à 23 montrent des exemples selon l'invention, de moyens d'attache des extrémité des hélices en acier à ressort sur leur noyau; - la fig.24 montre un exemple d'écrou à entraîneurs monté sur une vis à hélice en acier à ressort. La figure l montre un exemple classique de guidage et d'entraînement de chariot. Il comporte un plateau 1 sur lequel on a monté trois ou quatre douilles paliers à billes 2 et un système à vis-écrou traditionnel 3,4 Le montage de ces divers organes doit être très précis pour éviter les "durs de fonctionnement". Les fig.2 et 3 montrent, en coupe et en vue en bout, un exemple selon l'invention de palier linéaire suspendu élastiquement. La bague 5 coulissant sur la tige de guidage, comporte un revêtement anti-friction permettant de réduire le frottement de glissement dans d'importantes proportions. Comme tous les organes utilisés sont en tôle découpée pliée, on ne peut obtenir une précision importante de positionnement, cette bague est suspendue élastiquement dans son support 6 coopérant avec la paroi du chariot 7, au moyen de deux anneaux toriques 8 en élastomère légèrement comprimé au montage pour assurer un prépositionnement suffisant sur la glissière. La dureté des anneaux 8 est fonction de la charge à supporter et des écarts de précision à compenser. On peut accroître le nombre de ces anneaux ainsi que celui des bagues 5. La bague 5 est retenue longitudinalement entre deux plis 9,10 de l'équerre support 6. Elle absorbe les écarts de positionnement des glissières G sans apporter de résistance notable au déplacement du chariot. Sur les figures 4,5A,5B,5C,5D et 6 on a montré un exemple selon l'invention de palier linéaire à suspension élastique comportant de pattes de fixation incorporées. La bague palier 5 est positionnée dans un boîtier 10 de section carrée au moyen d'un surmoulage en élastomère ou similaire 11. La fixation est assurée par deux pattes 12,13 découpées comportant chacune un trou de fixation 14,15 dans lesquels on engage une vis ou un rivet 16, 17 pour l'assujettir sur le chariot 18. Le boîtier palier peut être découpé dans un tube de section carrée, ou bien être découpé à plat dans une feuille de tôle et plié à bords rapprochés 19 fig.5A ou fig. 5C; les pattes de fixation peuvent être pliées à angle droit perpendiculairement à l'axe longitudinal comme sur la fig. 5B pour la fixation en bout, ou bien peuvent être rapportées sous forme d'une plaque soudée par points par exemple comme sur la fig. 5D. La fig.7 montre un autre exemple de forme fonctionnelle possible pour ces paliers linéaires à suspension élastique. Le boîtier support 20 est de forme tubulaire avec une extrémité épaulée 21 permettant la fixation en bout grâce à des trous 22. La bague 5 est maintenue par un surmoulage annulaire 23 en élastomère ou similaire comme dans les exemples précédents. Sur la fig.8 on a montré un exemple d'articulation élastique 25 de type connu, comportant une bague extérieure 26 et une bague intérieure 27 d'une longueur identique ou différente, maintenues entre elles par un surmoulage en élastomère 28. On a transformé cette articulation en palier linéaire en ajoutant une bague 5 emmanchée collée, comportant un revêtement anti-friction. On pourrait d'ailleurs transformer ce type d'articula~ tion en palier cylindrique en y ajoutant directement le revêtement antifriction. Mais pour l'utiliser, il faut la monter dans un boîtier du genre de celui de la fig.7 par exemple ou des autres figures précédentes. Ce type de palier suspendu peut recevoir toutes formes de fixations courantes intégrées au boîtier ou rapportées comme sur la fig. 5D. Les fig.9 et 10 montrent les modes de montage de ces paliers linéaires sur des chariots à glissières cylindriques avec trois ou quatre paliers ou plus suivant la charge. Sur la fig.11 on a montré un exemple de chariot 30 comportant deux paliers à billes 31 montés dans un bloc support 32 fixé sur le chariot 30. L'antidévers est assuré au moyen d'un palier suspendu 33 selon l'invention fixé sur le chariot avec une cale 34 et deux boulons 35. La tige de guidage 36 peut être fixée sur le bâti par un trou légèrement oblong dans le sens horizontal pour Timtter. iù risque d'écart de parallèlisme du support. La fig.12 montre un exemple de vis-écrou selon l'invention pour l'entraîne- ment en déplacement linéaire des organes mobiles du type chariot ou similaire. L'organe mobile 40 est rendu solidaire de façon élastique ou non du bloc écrou constitué par un bloc 41 en matière plastique à faible coéfficient de frottement comportant un alésage 42 dans lequel est engagée une vis 43 à large pas. Le bloc 41 est pincé entre des plaques de tôle support 44,45 recevant chacune un entraîneur 46,47 engrénant dans le pas de la vis et décalés l'un par rapport à l'autre d'un demi-pas 48.Les entraîneurs sont constitués chacun par un axe épaulé 49 dont une portée est prévue pour recevoir une douille à aiguilles 50 engrènant dans le pas l'autre partie filetée de l'axe étant engagée dans un trou de la plaque 44,45 et immobilisfepar un écrou 51. On peu bien entendu utiliser directement une bague en matériau à faible coefficient de frottement à la place de la douille à aiguilles. Les fig.14 et 15 montrent un exemple de moyen d'entraînement et de guidage de chariot selon l'invention comportant une liaison élastique entre l'écrou 55 et le chariot 56 à déplacer. Cette disposition permet d'absorber les dispersions d'arrêt de fin de course ou les accoups en cours de déplacement. Le chariot 56 est monté sur quatre paliers-à suspension élastique 57 se déplaçant sur des glissières cylindriques 58 solidarisées au châssis 59 par leurs extrémités; l'une des tiges est fixée au moyen de trous oblongs 60 horizontaux à ses deux extrémités pour rattraper les écarts de montage. Les fins de course du chariot sont détectées par exemple par deux capteurs magnétiques 61 dont la position est réglable. L'écrou 60 est en appui, avec un très léger jeu, sur le dessous du chariot 56, l'une des plaque 62 est prolongée en 63 au travers d'une lumière 64 du chariot, et est emprisonnée entre deux lames de ressort 65,66 fixées sur un bloc 67 solidaire du chariot. Lorsque le chariot arrive en butée franche en fin de course, par exemple sur des rondelles 68 et que le motoréducteur (non représenté) d'entraînement de la vis n'est pas complètement arrêté, l'écrou 55 peut se déplacer encore en faisant fléchir la lame de ressort 66 et en glissant sous le chariot. Au cycle suivant, l'énergie emmagasinée par le ressort est restituée et participe à vaincre l'inertie de l'organe mobile.On peut prévoir une détection du déplacement relatif entre l'écrou et le chariot lorsque celui-ci dépasse un seuil pour arrêter le moteur, par exemple au cas ou le capteur de fin de course serait hors d'usage ou déréglé. La fig. 16 montre un autre exemple d'entraînement de chariot ou d'organe mobile au moyen d'un ensemble vis-écrou à entraîneurs suspendu élastiquement. Dans cet exemple, l'écrou 70 n'est pas en appui sous le chariot 71, l'antidévers de l'écrou ainsi que sa fixation élastique sont assurés au moyen de deux ressorts à lame 72,73 percés d'un trou pour le passage de la vis 74. Ces ressorts sont fixés par vis sous le chariot 71; l'extrémité libre de ces ressorts est repliée et engagée, par un second pli 75, dans une fente fraisée de l'écrou 70 en appui sur le fond de celle-ci avec une très légère contrainte. La vis 74 est montée, à ses deux extrémités, sur des paliers 76 à bague 77 de réduction de frottement.Les extrémi tés de la vis 74 sont épaulées et en appui sur le châssis 59 au moyen de butées à aiguilles 78.Un accouplement 79 lie la vis au moteur 80 fixé sur l'extrémité du châssis 59. Sur la fig.17 on a montré un exemple d'entraînement synchrone de chariots éloignés 85,86 au moyen de vis 87,88 de même sens de pas, ou à pas inverse, monté sur une structure légère en tôle découpée pliée. La liaison entre les deux arbres est réalisée de façon à pouvoir rattraper les écarts possibles de montage. L'accouplement est obtenu au moyen d'un arbre intermédiaire 89 muni à chaque extrémité d'un moyen 90,91 emmanché et goupillé à chaque extrémité et comportant un alésage nettement plus grand que le diamètre du bout d'arbre 92,93 des vis. Un manchon 94 en élastomère est introduit dans le fond de l'alésage du moyeu, coopérant avec une rondelle ou une bille également en élastomère. l'entraînement entre les arbres est obtenu au moyen d'une goupille 96 entourée également d'un manchon en élastomère 97 à chacune de ses extrémités, lesdits manchons 97 étant engagés dans un fraisage correspondant du moyeu 90. Les goupilles 96,98 sont préférablement disposées à 900 Les fig. 18 à 23 montrent des exemples de réalisation d'un autre type de vis-écrou peu onéreux susceptible d'absorber les amortissements et dispersions d'arrêts de fin de course en butée franche. Les systèmes visécrou utilisés pour les déplacements de chariots ou d'organes mobiles sont onéreux à usiner et engendrent des frottements non négligeables et doivent être soigneusement montés. Pour réduire leur coût on a réalisé des vis roulées qui nécessitent des outillages onéreux. La vis présentée sur ces figures est réalisée au moyen d'une hélice en acier à ressort 100 formant le pas de vis, elle peut être de section ronde, carrée ou rectangulaire, glissée sur un noyau lisse 101 et dont les extrémités seules sont solidarisées au noyau. Sur la fig.18, l'extrémité est pliée en 102 et engagée dans la fente d'une goupille ouverte 103. Sur la fig.19, les extrémités de la vis-ressort sont immobilisées par une frette 104. Sur la fig.20, les extrémités de la vis-ressort sont immobilisées dans une rainure 105 d'une bague 106 goupillée sur le noyau 101. Sur la fig.21, l'extrémité 106 de la lame de ressort est repliée à plat sur le noyau 101 sur lequel elle est directement goupilles. On a montré une butée à aiguilles 107 engagée sur l'extrémité du noyau pour encaisser les efforts axiaux. Sur les fig.22 et 23 on a montré l'extrémité de la vis ressort formant une boucle ouverte 108 dans laquelle est placée une goupille 109, fig.22. et deux goupilles 110,111 de part et d'autre de la boucle fig.23. Bien entendu, on peut utiliser d'autres modes de fixation de la vis à ressort sans sortir de l'invention. L'écrou est constitué par un étrier 115, fixé rigidement sur le dessous du chariot 116,sur les côtés duquel sont disposés les entraîneurs 117,118 engrénés dans le pas de la vis à ressort. Dans ce cas, c'est la vis qui se déforme élastiquement aux fins de course. Elle est toujours plus longue que nécessaire pour permettre la déformation utile. Là encore l'éner- gie emmagasinée en fin de course,par déformation élastique,-est restituée au cycle suivant. Ce type de guidage et d'entraînement de chariot monté sur des supports légers en tôlerie-, permet de réaliser des petites machines automatiques spéciales très diverses et peu onéreuses,três faciles à entretenir. Elles sont suffisantes dans nombre de cas de mécanisation de production où il n'est pas nécessaire d'avoir des précisions importantes de régularité de vitesse de déplacement, un positionnement précis pouvant être obtenu en fin de course par indexage si cela est nécessaire. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif de guidage et d'entraînement d'organes mécaniques mobiles à déplacement linéaire comportant au moins une glissière (G) sur laquelle se déplace un organe mécanique mobile entraîné par un système à visécrou motorisé, caractérisé en ce que -l'organe mobile est un chariot muni de paliers linéaires à bague lisse (5) de faible coefficient de frottement suspendue élastiquement sur son support et assurant la compensation d'écart de parallèlisme, et en ce que ledit chariot est réalisé préférablement en tôle découpée et pliée, et en ce que ledit chariot est entraîné par un système à vis-écrou accouplé élastiquement pour absorber les accoups et amortir les fins de courses sur butées franches. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suspension élastique des bagues lisses (5) à faible coefficient de frottement se déplaçant sur des glissières cylindriques (G) est constitué par au moins un anneau torique (8) en élastomère ou similaire disposé prisonnier dans une bride support (6) en tôle découpée pliée, fixée de façon amovible sur le chariot (7), et en ce que la paroi interne de ladite bride (6) coopère avec au moins une des parois du chariot pour définir les références de positionnement de ladite bague (5). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suspension élastique des bagues (5) des paliers linéaires des organes mobiles (18) sur les glissières cylindriques (G) est constitué par une portion de tube support en tôle pliée ou non, de section cylindrique ou carrée (10,20), dans laquelle est disposée concentriquement une bague de très faible coefficient de frottement (5) suspendue élastiquement par un surmoulage (11) en élastomère ou similaire permettant des compensations de parallèlisme de ladite bague par rapport à son support, et en ce que la portion tubulaire comporte des moyens de fixation directe sur un plan parallèle ou perpendiculaire à l'axe de la bague (5) 4 - Dispositif selon les revendications 1,2 et 3, dans lequel l'organe mécanique mobile se déplaçant sur des glissières linéaires (G) constituées par deux tiges guides cylindriques (36), caractérisé en ce que la première tige (36) reçoit deux paliers rigides lisses ou à circulation de billes (31), et en ce que la seconde tige (36) reçoit deux paliers lisses à suspension élastique (33) assurant l'antidévers sans besoin de rigueur de positionnement. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système vis-écrou motorisé entraînant l'organe mobile sur les glissières comporte un bloc (41) en matériau plastique à faible coefficient de frottement, alésé au diamètre extérieur de la vis (42), et en ce que ladite vis comporte un grand pas dont le creux est large et profond et coopère avec deux entraîneurs (46,47) engrènés en opposition dans le pas et décalés d'un demi pas l'un par rapport à l'autre, fixés chacun sur ledit bloc (413, et en ce que ledit bloc est rendu solidaire de l'organe mobile au moyen d'une fixation élastiquement déformable susceptible d'absorber les accoups et d'assurer l'amortissement des fins de course sur butée franche, et en ce que ledit moyen de fixation à déformation élastique assure également l'anti-rotation dudit bloc-écrou (41), et en ce que les entraîneurs comportent une douille lisse pouvant être montée sur roulement à aiguilles (50). 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis est constituée par un noyau cylindrique lisse en acier (101) sur lequel est rapportée une hélice en acier à ressort (10G) formant le pas de vis dont le filet est de section ronde, carrée ou rectangulaire, et en ce que ladite hélice est rendue solidaire du noyau (101) par au moins une de ses extrémités, et en ce que ladite vis coopère avec un écrou constitué par deux entraîneurs (117,118) à douille montée sur roulement à aiguilles engrènant dans le pas, et en ce que les entraîneurs sont fixés sur un étrier (115),en tôle découpée pliée,fixé sous l'organe mobile (116), de façon rigide. 7 - Dispositif selon les revendications 1,5 et 6, caractérisé en ce que la vis comporte plusieurs segments successifs pour entraîner simultanément plusieurs organes mobiles en synchronisme, dans le même sens, ou en sens inverse suivant le sens du pas, à partir d'un même moyen de motorisation. 8 - Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que les segments éloignés de vis, sont accouplés entre eux de façon élastiquement déformable au moyen d'un arbre intermédiaire (89) suspendu élastiquement à chaque extrémité au moyen de bagues longitudinales (94) et de rondelles ou billes en élastomère ou similaire, montées sur un moyeu (90) et trans- mettant le mouvement par une goupille (96) comportant également un manchon (97) en élastomère engagé dans un fraisage longitudinal du moyeu.