Brevet FR2800659A1 — publié le 20010511

La présente invention concerne un dispositif de déplacement d'un objet sensiblement parallèlement à un plan. Elle s'applique en particulier au déplacement d'un outil d'usinage ou d'une pièce à usiner. On rappellera tout d'abord les définitions suivantes. Une chaîne cinématique modélise un mécanisme regroupant au moins deux éléments reliés entre eux par au moins une liaison mobile, c'est-à-dire une liaison ayant au moins un degré de liberté. Un schéma cinématique représente une chaîne cinématique au moyen de symboles normalisés des liaisons (voir exemple les figures 3, 7 et 10). Un graphe de structure représente une chaîne cinématique au moyen de cercles illustrant les éléments de la chaîne, et lignes, illustrant les liaisons de cette chaîne (voir par exemple la figure ). Les chaînes cinématiques peuvent être élementaires ou composées, ouvertes (structure série) fermées (structures parallèles). Dans une chaîne cinématique élémentaire, chaque élément est relié aux autres éléments par au plus deux liaisons mobiles. La chaîne élémentaire est ouverte lorsque son graphe de structure est ouvert : la chaîne comprend un élément fixe relié à un seul élément mobile. La chaîne élémentaire est fermée lorsque son graphe de structure est fermé : la chaîne comprend un élément fixe rel ' à deux éléments mobiles (voir figure 4). Les machines-outils d'usinage classiques sont habituellement constituées par un dispositif de deplacement de l'outil formant une chaîne cinématique élémentaire ouverte ou bien une chaîne cinématique fermée composée. Une machine-outil du type à chaîne cinématique élémentaire ouverte comprend, par exemple, un support fixe distal (éloigné de l'outil), formant embase, et support mobile proximal (proche de l'outil), portant l'outil, relié au support fixe distal par un support mobile intermédiaire. Le support mobile intermédiaire est relié au support fixe distal par une première liaison glissière. Le support mobile proximal est relié au support mobile intermédiaire par une seconde liaison glissière imposant un déplacement en translation sensiblement orthogonal au déplacement en translation imposé par la première liaison glissière. Dans une chaîne cinématique élémentaire ouverte telle que ' dessus, il est nécessaire de surdimensionner le support mobile intermédiaire portant le support mobile proximal. est également nécessaire de surdimensionner les moyens de motorisation des liaisons glissieres. Par ailleurs, les défauts de positionnement du support mobile intermédiaire par rapport au support fixe discal et du support mobile proximal par rapport au support mobile intermédiaire s'ajoutent ce qui peut conduire à un défaut notable de la position de l'outil relié à la chaîne cinématique. Enfin, le surdimensionnement du support intermédiaire et la tendance au basculement des supports mobiles proximal et intermédiaire limitent les performances dynamiques de la chaîne cinématique. Des machines-outils du type à chaîne cinématique fermée composée sont décrites par exemple dans FR-A-2 527 498, FR-A-2 688 437, WO-A-87/03 528 et US-A-4 819 496. rapport à une machine-outil à chaîne cinématique élémentaire ouverte, une machine-outil à chaîne cinématique composée presente essentiellement les avantages suivants. chaîne cinématique composée comporte plusieurs chaînes cinématiques dans lesquelles est répartie la masse globale éléments mobiles si bien que les poids et dimensions de ces éléments mobiles sont relativement limités. Cette limitation du poids des éléments mobiles permet de limiter dimensions des moyens de motorisation nécessaires pour entraîner ces éléments mobiles. Par ailleurs une chaîne cinématique composée est moins sensible aux erreurs de positionnement des éléments mobiles qu'une chaîne cinématique élémentaire. Néanmoins, une machine-outil à chaîne cinématique composée n'est pas sans inconvénient. En effet, une chaîne cinématique composée est relativement complexe et requiert généralement des liaisons rotules dont la precision et la fiabilité peuvent être limitées. Par ailleurs la commande d'une chaîne cinématique composée est relativement complexe du fait notamment des problèmes de couplage entre les différents degrés de mobilité des liaisons. Par exemple, une modification de la position d'un élément entraîne une modification de son orientation ou encore un déplacement d'un élément suivant une seule direction requiert l'actionnement de tous les moyens de motorisation de la chaîne cinématique. L'invention a pour but de proposer un dispositif de déplacement d'un obj sensiblement parallèlement à un plan présentant la simplicité de structure d'une chaîne cinématique élémentaire tout en bénéficiant des principaux avantages d'une chalne cinématique composée (faible poids des éléments mobiles, erreur limitée sur la position de l'objet déplacé). A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de déplacement d'un objet sensiblement parallèlement à un plan, du type comprenant une chaîne cinématique élémentaire destinée à porter cet objet pour le déplacer, caractérisé en ce que la chaîne cinématique élémentaire est fermée. Suivant d'autres caractéristiques de ce dispositif - la chaîne cinématique élémentaire comprend un élément fixe et quatre éléments mobiles, les cinq éléments étant reliés entre eux par cinq liaisons, 'objet étant destiné à être porté par un élément mobile adjacent à l'élément fixe ; - les liaisons sont de type pivot ou glissière ; - le dispositif comprend trois liaisons pivots et deux liaisons glissières ; - les éléments mobiles comprennent deux bras mobiles reliés, d' part, entre eux par une première iaison pivot et, d'autre part, à l'élément fixe par deux éléments mobiles intermédiaires l'objet étant destiné à être porté par l'extrémité d'un de ces bras reliée à la première liaison pivot ; - chaque bras est relié à l'élément mobile intermédiaire correspondant par une liaison glissière, et chaque élément mobile intermédiaire est relié à l'élément fixe par deuxième ou troisième liaison pivot ; - chaque bras est relié à l'élément mobile intermédiaire correspondant par une deuxième ou troisième liaison pivot, et chaque élément mobile intermédiaire est relié à l'élément fixe par une liaison glissière; - liaisons glissières sont motorisées ; - chaque liaison pivot reliant un élément mobile intermédiaire à un autre élément est motorisée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descript' qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de déplacement d'un objet, selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée du dispositif représenté à la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma cinématique correspondant au dispositif représenté sur les figures précédentes ; - la figure 4 est un graphe de structure du dispositif représenté sur les figures précédentes ; - les figures 5 à 7 sont des vues analogues aux figures 1 à 3 d'un dispositif de déplacement d'un objet selon un second mode de réalisation de l'invention ; - les figures 8 à 10 sont des vues analogues aux figures 1 à 3 d'un dispositif de déplacement d'un objet, selon un troisième mode de réalisation de l'invention. on a représenté sur les figures 1 et 2 un dispositif 12, selon un premier mode de réalisation de l'invention, pour le déplacement d'un objet 14 sensiblement parallelement à un plan. objet 14 est, par exemple, une broche outil d'usinage, porte-broche d'outil ou encore une pièce à usiner. Dans les deux premiers cas, le disposit'f 12 constitue une machine-outil. Le dispositif 12 comprend une chaîne cinématique élémentaire fermée, schématisée sur la figure 3, destinée à porter l' et 14 pour le déplacer. La figure 4 représente le graphe structure correspondant au schéma cinématique de la figure 3. Le dispositif 12 comprend un élément fixe 16, en forme générale de U, formant une embase, et deux bras mobiles 18, 20. Ces deux bras 18, 20 sont reliés, d'une part, entre eux par une première liaison pivot et d'autre part, aux deux branches 16A, 16B de l'élément fixe par deux éléments mobiles intermédiaires 22, 24, forme générale de caissons. Chaque bras 18, 20 est relié à l'élément mobile intermédiaire 22, 24 par une liaison glissière G1, G2 (voir figure 3). Chaque élément mobile intermédiaire 22, 24 est relié à une branche correspondante 16A, 16B de l'élément fixe par une deuxième, respectivement une troisième, liaison pivot P2, P3. La chaîne cinématique comprend donc un élément fixe 16 et quatre éléments mobiles à 24 reliés entre eux par trois liaisons pivots P1 à P3 deux liaisons glissières G1, G2. Dans ce qui suit, élément de la chaîne cinématique est dit adjacent à un élément de référence s'il est relié directement à cet élement de référence. Dans le cas contraire, l'élément est non adjacent. De même, une liaison est dite adjacente à un élément de référence si elle relie cet élément de référence directement au reste de la chaîne cinématique. L'objet 14 est porté par le bras 18, c'est-à-dire par un élément mobile de la chaine cinématique non adjacent à l'élément fixe 16. Plus particulièrement, l'objet 14 est porté par l'extrémité du bras 18 reliée à la première liaison pivot P1. L'objet 14 est relié au bras 18 par exemple par une liaison encastrement ou une liaison glissière perpendiculaire au plan parallèlement auquel se déplace l'objet 14. Lorsque l'objet 14 est une broche d'outil ou un porte-broche d'outil, l'axe d'articulation de la liaison P1 est décalé par rapport à l'axe la broche, comme cela est représenté sur les figures 1 2, ou bien coïncide avec l'axe de la broche. Dans dernier cas, les efforts transmis par les bras 18, 20 à la broche d'outil sont avantageusement dirigés vers l'axe de cette broche passant par le centre de gravité de la broche. De préférence, le dispositif 12 comprend des moyens de motorisation des liaisons adjacentes aux éléments mobiles intermédiaires 22, 24 ou à l'élément fixe 16. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 3, les liaisons-glissières G1, G2 sont motorisées à l'aide de moyens classiques MG1, MG2. Les moyens de motorisation des liaisons glissières G1, G2 comprennent, par exemple, des moteurs lineaires, des vis à billes, des vérins pneumatiques ou vérins hydrauliques ainsi que des moyens de transmission notamment du type à pignon-crémaillère, câble, chaîne ou courroie. Si les liaisons glissières ne sont pas motorisées, les liaisons pivots P2, P3, reliant les éléments mobiles intermédiaires 22, 24 à l'élément fixe 16, peuvent être motorisées à l'aide de moyens classiques. Les moyens de motorisation des liaisons pivots comprennent par exemple des moteurs rotatifs. Sur les figures 5 à 7 et 8 à 10, on a representé un dispositif 12 de déplacement de l'objet 14 sensiblement parallèlement à un plan selon des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention respectivement. Sur ces figures les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques. Dans le second mode de réalisation de 'invention illustre sur les figure 5 à 7, l'élément fixe 16 une forme générale de cadre sensiblement vertical comprenant deux montants 16A, 16B reliés par deux traverses 16C, Par ailleurs, chaque bras 18, 20 relié à l'élément mobile intermédiaire correspondant 22, 24 par la deuxième ou troisième liaison pivot P2, P3. De plus, chaque élément mobile intermédiaire 22, 24 est relié à un montant correspondant 16A, 16B de l'élément fixe par une liaison glissière G1, G2. liaisons glissières G1, G2, sont sensiblement verticales comme cela est représenté sur la figure 7, ou inclinées par rapport à la verticale. De préférence, les liaisons glissières G1, G2 sont motorisées à l'aide de moyens classiques MG1, MG2. Si les liaisons glissières ne sont pas motorisées, les liaisons pivots P2 P3 peuvent être motorisées à l'aide de moyens classiques. troisième mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 8 à 10 se distingue du second mode de réalisation de l'invention par le fait que l'élément fixe 16 a une forme générale de semelle sur laquelle coulisse les éléments intermédiaires 22, 24, les liaisons glissières G1, G2 étant sensiblement horizontales, comme cela est représente sur la figure 10, ou inclinée par rapport à l'horizontale. Parmi les avantages de l'invention, on notera les suivants. dispositif de déplacement d'un objet selon l'invention, à chaîne cinématique élémentaire fermée, peut être fabriqué en utilisant des éléments mobiles de tailles réduites donc de masses relativement faibles notamment en ce qui concerne les bras mobiles. Les liaisons utilisées dans le dispositif de déplacement selon l'invention sont relativement peu nombreuses et se limitent à liaisons pivots et glissières qui sont simples et fiables. ailleurs , la structure de l'élément fixe et des éléments mobiles du dispositif de déplacement selon l'invention est relativement simple à réaliser qui limite d'autant coût de fabrication du dispositif de déplacement. De plus, l'encombrement d'un dispositif de déplacement selon l'invention est relativement 'duit. Enfin, on notera que le dispositif selon l'invention à chaîne cinématique élémentaire fermée permet de limiter de façon très raisonnable les erreurs de position de tous les éléments mobiles. REVENDICATIONS Dispositif de déplacement d'un objet sensiblement parallèlement à un plan, du type comprenant chaîne cinématique élémentaire destinée à porter cet obj (14) pour le déplacer, caractérisé en ce que la chaîne cinémat élémentaire est fermée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que la chaîne cinématique élémentaire comprend élément fixe (16) et quatre éléments mobiles (18 à 24), les cinq élements (16 à 24) étant reliés entre eux par cinq liaisons (P1 à P3, G1, G2), l'objet (14) étant destiné à être porté par un élément mobile (18) non adjacent à l'élément fixe (16). . Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les liaisons sont de type pivot (P1 à P2) ou glissière (G1, G2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend trois liaisons pivots (P1 à P3) et deux liaisons glissières (G1, G2). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments mobiles comprennent deux bras mobiles (18, reliés, d'une part, entre eux par une première liaison pivot (Pl) et, d'autre part, à l'élément fixe (16) par deux éléments mobiles intermédiaires (22, 24), l'objet (14) etant destiné à être porté par l'extrémité d'un de ces bras (18) reliée à la première liaison pivot (P1). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce que chaque bras (18, 20) est relié à l'élément mobile intermédiaire correspondant (22, 24) par une liaison glissière (G1, G2), et chaque élément mobile intermédiaire (22, 24) est relié à l'élément fixe (16) par une deuxième troisième liaison pivot (P2, P3). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque bras (18, 20) est relié à l'élément mobile intermédiaire correspondant (22, 24) par une deuxième ou troisième liaison pivot (P2 P3), et chaque élément mobile intermédiaire (22, 24) est relié à l'élément fixe (16) par une liaison glissière (G1, ). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les liaisons glissières (G1, G2) sont motorisées. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque liaison pivot (P2, P3) reliant un élément mobile intermédiaire (22, 24) à un autre élément est motorisée.