Dispositif pour compenser les déformations d'un élément de machine reposant sur des points fixes, sous l'effet de charges mobiles et de poids variables La présente invention se rapporte à un dispositif de compensation des déformations subies par un élé ment de machine reposant sur des points fixes, sous l'effet de charges mobiles et de poids variables, no tamment les déformations d'un organe de guidage ou du bâti d'une machine-outil ou d'une machine à mesurer.
La technique actuelle consiste à prévoir pour les éléments de guidage des sections suffisamment fortes pour que, sous l'effet d'une charge de positions variables représentée, par exemple, par une table se déplaçant le long des glissières d'un bâti, les dé formations du bâti restent dans des limites accep tables. Il est également indiqué, dans le cas de ma chines-outils de haute précision ou de machines à mesurer, de munir leur bâti de trois points d'appui seulement sur leur fondation ou leur soutènement, de manière que les inégalités de cet élément ne pro voquent pas des tensions et des déformations dans le bâti.
Dans le cas de grandes machines-outils de haute précisions ou de grandes machines à mesurer, ces techniques actuelles conduisent à un renforcement des sections du bâti qui a souvent des conséquences inacceptables, telles qu'un encombrement trop grand ou un prix de revient trop élevé.
Sur des machines-outils de haute précision, telles que les machines à pointer ou sur les machines à mesurer, le plus grand soin est donné à la confection des glissières, de manière que lorsque le plan de mesure des déplacements et le plan de travail de la machine ne sont pas confondus, les erreurs de rec- titude de ces glissières affectent le moins possible les déplacements qu'elles permettent d'effectuer.
Une troisième technique connue a pour but, soit d'éliminer la confection de glissières coûteuses, soit d'éliminer les erreurs résiduelles de ces dernières et s'applique dans le cas où les déplacements sont mesurés par procédé optique de lecture d'une règle de précision. Ce procédé, connu sous le nom de principe d'Eppenstein, consiste à recréer l'image de la règle de précision dans le plan de travail.
Ce procédé présente, dans le cas des machines- outils l'inconvénient que, le plan de travail étant de hauteur variable, il n'est pas nécessairement con fondu avec celui dans lequel l'image de la règle a été reproduite et que les erreurs sont proportion nelles à la distance de ces deux plans.
Une quatrième technique connue, consiste à prévoir un nombre de points d'appui supérieur à trois entre le bâti et sa fondation, les points d'appui étant suffisamment rapprochés pour que les défor mations du bâti restent acceptables sous l'effet de charges variables. Cette solution présente l'avantage de permettre une réduction de la section du bâti, mais le grave inconvénient que, la fondation étant elle-même sujette à des variations généralement pro voquées par des différences de température, les points d'appui entre le bâti de la machine et la fondation sont de position variable dans le temps, ce qui entraîne une variation inacceptable de la cour bure des glissières du bâti.
Le dispositif selon l'invention permet de com penser les déformations subies par un élément de machine, notamment d'un organe de guidage qui repose sur des points d'appui fixes et le long duquel se déplace un organe mobile. Il est caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un moyen de mesure de la flèche de cet élément faisant partie intégrante de celui-ci, et au moins un organe d'appui auxiliaire dont la poussée sur ledit élément est réglable en fonction des indications dudit moyen de mesure.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple, trois formes d'exécution du dispositif de compensation, objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe suivant la ligne 1-I de la fig. 2 du bâti d'une machine équipée d'une première forme d'exécution. La fig. 2 en est une vue en plan. La fig. 3 est une vue en coupe d'un dispositif de poussée d'une variante. La fig. 4 est un schéma électrique d'une seconde forme d'exécution. La fig. 5 est un schéma hydraulique d'une troi sième forme d'exécution.
La fig. 6 est une vue en coupe d'un détail La forme d'exécution représentée par les fig. 1 et 2 comprend un élément de machine constitué par deux organes de guidage 1 portés par un bâti 3 re posant sur le sol S en trois points fixes par l'inter médiaire de trois pieds 4, 5, 6. Une table 2 est déplaçable le long des guides 1.
Dans la forme d'exécution représentée, la flèche que subirait le bâti et dans chacun des organes de g Cr uidage 1 est compensée par un dispositif de com pensation individuel à chaque organe de guidage. Chaque dispositif de compensation comporte une barre 7, située dans un plan parallèle au plan des déplacements de la table 2. L'une des extrémités de cette barre 7 est articulée sur un axe 8 solidaire du bâti et situé dans un plan vertical proche de celui contenant la face de guidage de l'organe de guidage 1 correspondant, tandis que son autre extrémité repose librement sur un organe d'appui 9.
Les pieds 4 et 5 sont disposés par rapport aux organes d'appui 9 des barres 7, de manière que les poussées exercées par le sol sur ces pieds passent par les points d'appui des barres 7 sur leur organe d'appui 9. Les axes d'articulation 8 sont par contre situés dans un plan vertical b, passant par le troisième pied 6 du bâti, perpendiculaire aux organes de guidage 1 et dans lequel s'exerce la poussée c, exercée par le sol sur ce pied 6.
Chaque dispositif de compensation comporte un organe de mesure 10 porté par le bâti et qui pré sente un palpeur 11 en contact avec la barre 7 correspondante. Ce palpeur commande les déplace ments d'un index 12 en regard d'une échelle graduée. Cet index indique donc la flèche du bâti sous l'action du poids de la table 2 se déplaçant le long des or ganes de guidage 1. En effet, la barre 7 reposant sans contrainte sur ses organes 8 et 9, constitue un organe de référence puisqu'elle ne participe pas aux déformations subies par le bâti et l'organe de gui dage correspondant.
Chaque dispositif de compensation comporte encore un pied auxiliaire 13 reposant sur un organe d'appui auxiliaire 14 dont la valeur de la poussée f qu'il exerce sur le bâti est réglable. Cet organe d'ap pui auxiliaire comporte un dispositif de poussée cons titué par la queue 15 d'un piston 16 coulissant dans un cylindre 17 logé dans une fosse 18 et reposant sur le fond de celle-ci. Ce cylindre est alimenté en fluide sous pression par une conduite 19 reliée à une source non représentée et qui peut être cons tituée par une pompe actionnée manuellement ou par un moteur.
En actionnant cette pompe, l'opé rateur a la possibilité de modifier la valeur de la pression régnant dans le cylindre 17 et donc la valeur de la poussée f exercée sur le pied auxiliaire 13 par le vérin hydraulique constitué par le cylindre 17 et le piston 16. Or, cette poussée provoque une déformation du bâti en sens inverse de la déformation provoquée par le poids de la table 2 posée sur les organes de guidage 1. L'instrument de mesure 10 indique en permanence à l'opérateur les variations de la flèche du bâti par rapport à la barre corres pondante, de sorte que l'opérateur a la possibilité d'ajuster la pression dans le cylindre 17 de manière à annuler pratiquement cette flèche.
Dans la variante représentée par la fig. 3, le dis positif de poussée de chaque organe d'appui auxiliaire comprend un guide tubulaire 20 ménagé dans le bâti 3. Un pied évidé 21 est engagé dans l'une des extré mités de ce guide 20 et une butée 22 à position réglable, coulisse dans ce guide. Cette butée 22 est montée sur une vis de commande 23 qui porte une roue tangente 24 en prise avec une vis sans fin 25 portée par un arbre de manoeuvre 26. Une vis 27 solidaire du guide 20 et dont l'extrémité est engagée dans une rainure longitudinale 28 de la butée 22 détermine la position angulaire de celle-ci. Un ressort hélicoïdal 29 prend appui sur le fond d'un logement 30 ménagé dans le pied 21 et exerce une poussée sur la butée 22.
Cette poussée se transmet au bâti par l'intermédiaire de la vis de commande 23 et d'une butée axiale 31.
Par manoeuvre de l'arbre 26, l'opérateur a la possibilité de modifier la valeur de la poussée exer cée par le ressort 29 sur la butée 22 et donc d'ajuster à la valeur désirée, la poussée de compensation exer cée sur le bâti.
Dans la fig. 4, seuls les organes nécessaires au fonctionnement de cette forme d'exécution sont re présentés. Le palpeur 11 de l'instrument de mesure 10 est en contact avec la barre 7 et agit sur l'un des bras d'un levier 32 pivotant librement sur un axe 33. Le second bras 35 de ce levier constitue un contact mobile se déplaçant entre deux contacts fixes 36, 37. Le contact mobile 35 est relié à l'un des pôles d'une source de courant B par la masse. Le second pôle de cette source de courant B est relié, d'une part, au contact fixe 36 par l'enroulement 38 d'un électro-aimant 39, et, d'autre part, au contact fixe 37 par l'enroulement 40 d'un électro-aimant 41.
Les armatures mobiles 42 et 43 de ces deux électro- aimants sont reliés mécaniquement aux contacts mo biles de deux interrupteurs 44 et 45 insérés dans le circuit d'alimentation d'un moteur M. L'arbre 46 de ce moteur est relié mécaniquement à un arbre de manoeuvre non représenté, tel que, par exemple, l'arbre 26, (fig. 3) dont l'actionnement provoque une modification de la poussée exercée sur le bâti par l'un des dispositifs de poussée.
Les deux interrup teurs 44, 45 sont branchés dans le circuit d'alimen tation du moteur M de manière à inverser l'alimen tation de ce moteur, de sorte que celui-ci tourne dans un sens ou dans l'autre selon que l'interrupteur 44 ou l'interrupteur 45 est en position enclenchée.
Lorsque le bâti et donc l'organe de guidage 1 correspondant à la barre 7, subissent une déforma tion, le palpeur 11 actionne le levier 32 dans un sens ou dans l'autre, selon le sens de la déformation subie. Lorsque cette déformation de l'organe de gui dage atteint une valeur donnée - qui peut être très faible grâce au grand rapport de transmission du levier 32 - le contact mobile 35 bute sur l'un des contacts fixes 36 ou 37 et ferme le circuit d'alimen tation de l'un des électro-aimants 39 ou 41 et pro voque donc la fermeture de l'un des interrupteurs 44 ou 45 et la rotation dans un sens ou dans l'autre du moteur M.
Ce dernier actionne alors l'arbre de manoeuvre du dispositif de poussée correspondant afin de modifier la poussée exercée par celui-ci sur le bâti et de provoquer ainsi une déformation du bâti en sens inverse de celle subie et ayant provoqué la mise sous tension de l'un des électro-aimants. Lorsque cette poussée atteint une valeur suffisante pour compenser la déformation subie par le bâti, le contact mobile 35 actionné par le palpeur 11 quitte le contact fixe 36 ou 37 et interrompt l'alimentation de l'électro-aimant correspondant. Un ressort r pro voque alors l'ouverture de l'interrupteur commandé par cet électro-aimant et le moteur M s'arrête.
Ainsi, ce dispositif compense automatiquement la flèche que subirait l'organe de guidage.
Dans la forme d'exécution représentée par la fig. 5, le dispositif de poussée comporte un vérin hydraulique, comportant un piston 47 coulissant dans un cylindre 48 et dont la tête exerce une poussée f sur le bâti 3. Ce cylindre 48 est alimenté en fluide sous pression par une pompe 49. Cette pompe est reliée par une conduite de refoulement 50,à une chambre 51 reliée elle-même par une conduite 52, au cylindre 48 et par un orifice calibré 53 à une conduite d'échappement 54. En outre, cette chambre 51 est reliée par une soupape 55 commandée par le palpeur 11 et un conduit 56 à la conduite d'échap pement 54.
La pompe 49 étant en permanence en fonction, le cylindre 48 est alimenté de manière permanente en fluide sous pression. Toutefois, une déformation du bâti provoque.une modification de la position de la soupape 55 de l'instrument de mesure 10 et donc une modification de son débit. En conséquence, la pression du fluide dans la chambre 51 et donc dans le cylindre 48 est une fonction de la déformation subie par le bâti. Plus le débit de la soupape 5$ est grand, plus petite est la pression dans le cylindre 48 et vice versa. Il s'établit ainsi un équilibre pour lequel la poussée f exercée sur le bâti compense la défor mation que subirait ce bâti sous l'effet du poids de la table ou autre organe mobile se déplaçant le long des guides 1.
La position d'équilibre peut être ajustée par modification de la dimension de l'orifice ca libré 53.
La fig. 6 représente une coupe transversale d'une barre 7 munie d'une isolation thermique 57 afin de la rendre insensible aux variations rapides de la température ambiante qui pourraient engendrer des modifications de sa forme.
D'autres formes d'exécution sont possibles. Ainsi, par exemple, dans la première forme d'exécution, les barres 7 sont disposées parallèlement l'une à " l'autre, mais dans une variante, ces barres pourraient être disposées en forme de V, le sommet de ce V étant situé dans l'axe de la poussée c exercée par le sol sur le pied 6. Dans une autre variante, on pourrait prévoir plusieurs instruments de mesure disposés le long d'une barre 7 et un organe d'appui auxiliaire 13 muni d'un dispositif de poussée, cor respondant à chacun de ces instruments de mesure. Dans le cas de très grands bâtis 3, on peut prévoir plus de trois points d'appui fixes.
L'instrument de mesure 10 pourrait, dans une. variante non représentée, être remplacé par un dis positif de mesure optique ou par un ou plusieurs clinomètres. Dans une autre variante, la barre 7 pourrait être remplacée par un faisceau de rayons émis par une source et frappant une cellule photo électrique. Dans ce cas, le dispositif de mesure serait constitué par un élément interrupteur porté par l'or gane de guidage et animé d'un mouvement périodique de manière à intercepter le faisceau de rayons. Dans un tel dispositif, la différence des intervalles de temps s'écoulant entre trois interruptions consécutives du faisceau de rayons constitue, comme décrit dans les brevets suisses Nos 280542 et 316442, une mesure de flèche du bâti.
La différence entre les intervalles de temps peut être rendue visible au moyen d'un appareillage électronique commandant un dispositif de mesure comme décrit, par exemple, dans les bre vets suisses mentionnés ci-dessus. Il est évident que cette source de rayons doit être portée par le bâti, mais disposée dans celui-ci, de manière que la posi tion du faisceau de rayons ne soit pas affectée par les déformations de ce bâti. Ce faisceau de rayons constitue alors, au même titre que la barre témoin 7, un dispositif de référence avec lequel coopère le dispositif de mesure de manière à indiquer la flèche subie par cet élément de machine.