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(11) | EP 2 030 720 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif de guidage de précision dans une machine d'usinage de pièces cylindriques |
| (57) La broche (6) est entraînée par le moteur (5) par l'intermédiaire de la courroie
(10) et de la poulie (11) portée avec précision sur la douille fixe (13). Elle comporte
l'arbre de broche (16) dont la partie arrière massive (20) tourne dans la douille
(13) et est accouplée par les vis (18), et la pièce de centrage (19) à la zone interne
du disque pseudo-cardan (17), dont la zone extérieure est accouplée, elle, à la poulie
(11). Une seconde liaison à pseudo-cardan est aménagée entre la partie arrière (20)
de l'arbre de broche (16) et sa partie avant (21), laquelle est solidaire de la douille
porte-pince (7) dans laquelle est montée la pince de serrage (8).
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[0001] L'usinage de certains outils cylindriques en matériaux durs, comme des forets de petit diamètre, plus ou moins longs, doit répondre à des exigences de précision de plus en plus grandes.
[0002] Dans les machines usuelles, on trouve généralement un dispositif de prise de pièce réalisé par un vé fixe additionné d'un doigt de serrage. Ces dispositifs retirent quatre degrés de liberté au barreau à usiner : deux rotations et deux translations. Pour que le guidage soit exact et complet, il reste donc au dispositif d'entraînement à retirer les deux degrés de liberté restants, le déplacement axial et la rotation autour de l'axe de la pièce, ce dernier ne devant pas être annulé mais piloté numériquement pour permettre une interpolation avec les autres mouvements de la machine.
[0003] Le but de la présente invention est de créer une poupée perfectionnée susceptible d'être montée sur le socle d'une machine d'usinage dans laquelle le dispositif de prise de pièce maintient ces dernières avec la précision requise, cette poupée étant conçue de manière à maîtriser parfaitement les deux degrés de liberté restants sans entraîner d'effets parasites susceptibles d'affecter la précision de l'usinage.
[0004] Dans ce but, la présente invention a pour objet un dispositif de guidage de précision selon les revendications annexées.
[0005] Une forme d'exécution de l'objet de l'invention est décrite ci-après à simple titre d'exemple en se référant au dessin annexé dans lequel :
- la fig. 1 est une vue en perspective d'une poupée à broche flottante faisant partie du dispositif de guidage,
- la fig. 2 est une vue en coupe verticale de la poupée de la fig. 1, par l'axe de la broche flottante,
- les fig. 3A et 3B sont des vues en perspective d'une pièce ajourée faisant partie de la broche, et
- la fig. 4 est une vue en perspective de l'arbre de broche avec partie antérieure ajourée.
[0006] On voit à la fig. 1 une poupée 1 à broche flottante qui comporte un socle 2 destiné à être monté sur une embase de machine, tout en étant guidé avec précision selon un axe X par rapport à cette embase. Sur le socle 2 est rigidement fixé un support de moteur désigné globalement par le chiffre 3 et contenant dans une enveloppe 4 un moteur d'entraînement 5 (fig. 2) à commande numérique.
[0007] Ce moteur d'entraînement 5 est destiné à faire tourner des pièces allongées cylindriques, telles que des forets par exemple, en un matériau très dur, et qui doivent être dressées ou rectifiées par des meules montées et guidées sur l'embase de la machine. Pour atteindre la précision requise, il est essentiel que les pièces à usiner soient tenues dans un dispositif de prise de pièce (non représenté ici) qui les guide en fixant quatre degrés de liberté, soit deux rotations et deux translations dans l'espace. Les pièces ayant ainsi une position et une orientation de leur axe précisément déterminées, grâce au dispositif de prise de pièce, le moteur d'entraînement 5 doit commander la rotation autour de l'axe de la pièce, tandis que le déplacement axial de la poupée 1 détermine le dernier degré de liberté.
[0008] Pour que ces deux degrés de liberté soient maîtrisés sans efforts parasites provenant de désalignements entre le dispositif de guidage et le mécanisme d'entraînement, la poupée 1 est équipée d'une broche flottante désignée de façon générale par 6 (fig. 2) et recevant lesdites pièces à usiner.
[0009] La broche flottante 6 apparaît à la fig. 1 où on voit l'extrémité d'une douille porte-pince 7 contenant et commandant une pince 8 de serrage de la pièce à usiner.
[0010] La fig. 2 montre la construction du mécanisme d'entraînement de la douille 7. L'arbre du moteur 5 porte une poulie d'entraînement 9 qui, par une courroie crantée 10, entraîne une poulie de broche 11. Afin d'éviter de transmettre les efforts de traction de la courroie crantée sur l'arbre de broche 6, la poulie 11 est montée sur deux roulements à billes 12 dont les bagues intérieures sont montées sur une douille de socle 13 rigidement solidarisée au socle 2 par l'intermédiaire d'une bague fixe 14 et d'une pièce intercalaire 15.
[0011] Avec ce montage, les efforts radiaux ne sont pas transmis à l'arbre, et seul le couple d'entraînement lui est fourni.
[0012] Pour assurer la transmission des mouvements et des efforts dans les conditions indiquées plus haut, la broche 6 comporte un arbre de broche 16 qui relie la poulie de broche 11 à la douille porte-pince 7. La poulie 11 est solidaire d'une partie circulaire extérieure d'un disque pseudo-cardan 17 ayant une partie centrale fixée, par des vis 18 et une pièce de centrage 19, contre la face arrière de la partie massive 20 de l'arbre de broche 16. La partie massive 20 de l'arbre de broche 16 tourne librement dans la douille de socle 13, tandis que son extrémité avant 21, solidarisée à la douille porte-pince 7, est guidée dans une douille fixe 22. Entre les deux parties massives arrière 20 et avant 21 de l'arbre de broche 16 est ménagée une partie déformable 23 mieux représentée à la fig. 4 et jouant aussi un rôle de pseudo-cardan, comme la zone intermédiaire de la pièce 17 (voir fig. 3 et 4).
[0013] Bien que conformés différemment, le disque 17 et la partie déformable 23 de l'arbre de broche 16 sont des éléments qui jouent fonctionnellement des rôles semblables.
[0014] A la fig. 3, le disque pseudo-cardan 17 comporte une zone périphérique extérieure 24 pourvue d'ouvertures pour la fixation par vis à la poulie 11, une zone intermédiaire 25 et une zone centrale annulaire 26 avec des ouvertures (non représentées) pour les vis 18. Entre ces zones s'étendent deux paires d'ouvertures profilées en arc de cercle qui ne laissent subsister entre leurs extrémités dans chaque paire que deux éléments cruciformes 27, 27' et 28, 28' disposés radialement selon des plans contenant l'axe de la pièce 17 et perpendiculaires l'un à l'autre. Par ces éléments cruciformes 27 et 28 sont reliées entre elles respectivement les zones 24 et 25 et les zones 25 et 26 de telle manière que des déplacements angulaires de faible amplitude autour des axes i et ii sont possibles entre la zone extérieure 24 et la zone centrale 26.
[0015] Selon la fig. 4, finalement, qui représente la partie tubulaire de l'arbre de broche 16, on distingue une zone massive arrière 20 séparée d'une zone massive avant 21 par la partie déformable 23, celle-ci limitée par deux paires d'ouvertures étroites en forme de fentes qui entourent l'axe de l'arbre chacune pratiquement sur la moitié du tour de l'arbre et ne laissent subsister entre leurs extrémités que les voiles minces 29, 29' et 30, 30' reliant chaque zone 20 ou 21 à la zone intermédiaire 23. Ici aussi, les plans communs aux voiles 29 et aux voiles 30 sont perpendiculaires l'un à l'autre. De petits déplacements angulaires entre zones selon les axes k et kk sont possibles quasi librement.
[0016] La pince 8, et donc la pièce à usiner qui est retenue dans la broche 6 par un dispositif de serrage classique 31, se trouve reliée à la poulie d'entraînement 9 par l'intermédiaire de deux pseudo-cardans, les éléments cruciformes 27, 28 et les voiles 29 et 30, qui autorisent des désalignements de la pièce tant parallèles qu'angulaires par rapport à la poulie d'entraînement 9 et donc par rapport à la base 2. Dans le sens axial, par contre, la pièce est maintenue rigidement, car les éléments cruciformes 27, 28 et les voiles 29, 30 ne sont pas déformables dans cette direction. De même, en rotation, la liaison est rigide entre la pièce fixée dans la pince 8 et le servo-moteur 5, ce qui permet le contrôle angulaire et son interpolation avec les autres axes numériques de la machine.
[0017] II en résulte que la pince 8, et donc la pièce qui est retenue par son système de serrage 31, se trouve reliée à la poulie d'entraînement par l'intermédiaire de deux pseudo-cardans, les éléments 27, 28 et 29, 30, lesquels autorisent des désalignements de la pièce, tant parallèles qu'angulaires par rapport à la poulie d'entraînement 11, et donc par rapport à la base 26. Axialement, par contre, la pièce est maintenue rigidement car les éléments 27, 28 et 29, 30 ne sont pas déformables dans cette direction. De même en rotation, la liaison est rigide entre la pièce et le servomoteur, permettant le contrôle angulaire et son interpolation avec les autres axes numériques de la machine.
1. Dispositif de guidage de précision dans une machine d'usinage de pièces cylindriques,
caractérisé en ce qu'il comporte une poupée (1) avec une broche flottante (6), dans laquelle lesdites pièces
sont entraînées en rotation.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce à usiner étant guidée selon un axe fixe dans un système de guidage, la broche
flottante (6) est agencée de manière à éliminer tout effort parasite pouvant résulter
d'un défaut de coaxialité entre ledit axe fixe de la pièce guidée et l'axe de la broche
flottante.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite broche flottante comporte un arbre de broche (16) composite déformable, à
une extrémité duquel est fixée une douille porte-pince (7) guidant une pince de serrage
(9) desdites pièces à usiner, en ce que ledit arbre (16) est accouplé à une poulie (11) liée à un moteur (5) d'entraînement
et portée selon un axe rigoureusement fixe par rapport au socle (2) au moyen d'un
ou de paliers à billes (12), et en ce qu'une transmission flexible (17, 23) est intégrée à l'arbre de broche (16) composite
entre ladite poulie (11) et la douille porte-pince (7), de manière à réaliser ladite
élimination de tout effort parasite.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la transmission flexible intégrée à l'arbre de broche composite se compose de deux
portions annulaires flexibles de cet arbre (17; 23), espacées le long de celui-ci,
l'une à l'avant et l'autre à l'arrière, chacune desdites portions annulaires étant
formée de trois zones distinctes (24, 25, 26; 20, 23, 21) délimitées par deux paires
d'ouvertures profilées s'étendant autour de l'axe de l'arbre en ne laissant subsister
entre elles dans chaque paire que deux éléments cruciformes (27, 27' et 28, 28'),
respectivement deux voiles minces (29, 29' et 30, 30') situés dans un même plan diamétral,
chaque paire d'éléments cruciformes, respectivement de voiles reliant une première
zone à une deuxième ou la deuxième à la troisième en deux endroits diamétralement
opposés, de manière à permettre des flottements radiaux entre une desdites zones (21),
solidaire de la douille porte-pince (7) dans la portion annulaire située à l'avant
de l'arbre, et une zone (24) solidaire de la poulie (11) dans la portion annulaire
située à l'arrière de l'arbre, cet agencement transmettant sans déformation le couple
d'entraînement.