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WO1997022040A1 - Instrument et procede de releve d'une face interne d'une piece - Google Patents

Instrument et procede de releve d'une face interne d'une piece Download PDF

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WO1997022040A1
WO1997022040A1 PCT/FR1996/001967 FR9601967W WO9722040A1 WO 1997022040 A1 WO1997022040 A1 WO 1997022040A1 FR 9601967 W FR9601967 W FR 9601967W WO 9722040 A1 WO9722040 A1 WO 9722040A1
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WO
WIPO (PCT)
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machine tool
axis
tool
machine
revenαication
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR1996/001967
Other languages
English (en)
Inventor
René GUILLEMENOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO1997022040A1 publication Critical patent/WO1997022040A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
    • B23Q1/5406—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only a single rotating pair followed perpendicularly by a single rotating pair

Definitions

  • the invention relates to an instrument and a method for measuring an internal face of a concave part, essentially by measuring on at least one linear profile of the latter.
  • the object of the invention is precisely the supply of a reading instrument usable in certain practical cases on a part mounted on a machine tool, as well as a corresponding reading taking method which gives good results.
  • the instrument according to the invention comprises an end piece mounted in a rotary bearing of the machine tool element to which the workpiece support plate is fixed, a structure supported by the end piece, which carries a motor and an axis bearing , a distance sensor directed towards the internal profile of the part and supported by a rotating axis engaged in the axis bearing and substantially parallel to the periphery of the part which is placed on the plate, a transmission connecting the motor to the axis , an axis rotation sensor.
  • the method according to the invention consists in raising a profile of the internal face of the part, directed towards the instrument and already in the finished state, and in machining the external face exclusively according to the raised, without detaching the part from the machine tool.
  • the machine tool is a lathe
  • the machine tool element a rotating workpiece spindle
  • the statement preferably relates to a meridian plane of the room. It can also concern several meridian planes of the room, and an average of measurements on the meridian planes of the surveys is calculated to obtain an average profile of the meridian plane.
  • FIG. 1 is a general view of the instrument and of a machine which carries it
  • the plate 2 has a peripheral groove 3 in which the periphery of the dome 1 to be machined is placed, and it itself rests on a bell 4 in the form of a more or less cylindrical envelope carried by a false plate 5 (so called because 'it does not directly carry the dome 1) itself carried by the rotary spindle 6 of the lathe.
  • the dome 1 is directed towards a turret 12 carrying the tool 13; the machining is produced conventionally, by moving the turret 12 in the directions of advance and depth of pass, which correspond to the horizontal and vertical directions of the figure, while rotating the spindle 6 around its axis and therefore the dome 1.
  • the movements of the turret 12 are governed by a program learned beforehand by the digital control system.
  • the invention consists in adding an instrument 14 which partially occupies the internal volume 11 and is supported by a nozzle 15 partially occupying the housing 9.
  • This nozzle 15 is fixed during machining, resting on the internal face of the spindle 6 by two pairs of bearings 16 at its ends; so as not to compromise the suction by the pump 10, the end piece 15 is also hollowed right through and is extended by a conduit 17 which leaves the pin 6 to connect to the pump 10. It therefore offers a path cleared for suction.
  • the instrument 14 is better visible in FIG. 2.
  • These elements are fixed to a structure 18 mounted cantilevered on the end piece 15: a motor 19, a feeler 20 and an angle sensor can be distinguished there. 21 as essential elements.
  • the motor 19 rotates a belt 22 responsible for the rotation of an axis 23 carrying the probe 20.
  • the mounting of the axis 23 in the structure 18 is fairly rigid and is done by a needle bearing 24 as well as by a pair ball bearings 25 compressed in the direction of the axis 23 between the structure 18 and rings 26 and 27 screwed to the end of the axis 23, the first of which is located on the side of the belt 22 and the second is extended by a collar 28 in the bore of which the probe 20 is threaded with a small clearance and retained by a pressure screw 29: the preload of the ball thrust bearings 25 therefore ensures that the probe is coaxial with the spindle 6, or the axes of these parts intersect when the probe 20 is inclined.
  • the angle sensor 21 is directed in the direction of the axis 23 and its measuring element 30 touches the envelope of the probe 20: it is immediately apparent that the rotation of the axis 23 is transmitted to this measuring element 30, and recorded by him.
  • the movable finger 31 of the probe 20 is directed towards the dome 1 and touches its internal face ⁇ , which has already been machined.
  • the structure 18 and the other elements of the instrument 14 are designed so that the finger 31 can substantially touch the pole of the dome 1, that is to say the center of the surface of the hemisphere, and is then merged with the axis of the spindle 6: this position has been shown in the figures; in addition, the axis 23 is perpendicular to the axis of the spindle 6.
  • the movement of the motor 19 gives the finger 31 a path along a meridian of the dome 1; it then suffices to rotate the spindle 6 manually by a desired angle to measure the profile of the dome 1 on another meridian; the end piece 15 remains stationary.
  • the measurement information can be sent directly to the digital control system by wires of the angular position sensor 21 and of the probe 20 which, like the supply wires of the motor 19, open to the outside via the recess of the end piece 15 and the conduit 17.
  • the user After placing the probe 20 in the axis of the spindle 6 and measuring the distance of the finger 31 from the peripheral groove 3 (with a flat bottom) of the plate 2, the user places the dome 1 on the plate 2 and makes the finger 31 around its inner edge 32. It thus notes the centering faults and adjusts the position of the dome 1 before creating the vacuum.
  • Calibration of the position of the probe 20 is obtained by making it travel around a track 33 rectified and spherically shaped which delimits the recess of the plate 2: it is thus checked whether the probe 20 is in the axis of the pin 6, and its indications are correlated to the radius of track 33.
  • the angle sensor 21 can be calibrated when the probe 20 reaches the outer edge of track 33. If it is found that the centering of the probe 20 is imperfect , it is moved laterally by acting on the control screws 35 of a pair of slides 34 perpendicular to a dovetail (only one of which is shown).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

La position de la face interne d'une pièce (1) montée sur une machine-outil, normalement à commande numérique, est évaluée par un instrument (14) monté sur la machine-outil, derrière la pièce et comprenant un capteur (20, 31) mobile sur cette face interne. On peut en particulier régler les déplacements de l'outil pour usiner la pièce (1) à une épaisseur finale régulière, tout en acceptant des irrégularités de forme d'ensemble.

Description

INSTRUMENT ET PROCEDE DE RELEVE D ' UNE FACE INTERNE
D 'UNE PIECE
DESCRIPTION
L'invention ressortit à un instrument et un 5 procédé de relevé d'une face interne d'une pièce concave, essentiellement par une mesure sur au moins un profil linéaire de celle-ci.
Il arrive qu'on se soucie d'usiner une pièce a une épaisseur bien déterminée, qui peut être ou C non régulière. Il est. alor: tentant d'utiliser une macmne a commande numérique αoπt la position αe l'outil est réglée sans cesse en profondeur selon la forme de la pièce orute, après avoir relevé les informations nécessaires par une série de mesures et 5 les avoir apprises a la machine-outil . Il faut cependant décider du genre d'informations qui permettent de caractériser la pièce et trouver un procède pour prendre commodément ces informations . De plus, la position de la pièce sur la machine-outil doit C être prise er. compte pour calculer le trajet αe 1 ' outil .
On conçoit qu'il est avantageux αe prencre le relevé quand la pièce est déjà fixée à ia machine, car on n'a plus besoin de tenir compte de l'incertitude 5 du montage et les informations peuvent être obtenues directement dans le système d'axes αe la macmne, ce qui signifie que la position de la pièce par rapport à l'outil peut tout αe suite être calculée par le système de commande numérique αe la machine, sans conversion 0 d'un fichier de coorαonnées αes points αe la pièce en fonction αe ia position αe montage αe la pièce. Mais les difficultés précédemment citées, relatives a ia prise du relevé, sont alors dus sérieuses car ia face interne de la pièce, tournée vers les éléments de montage de la machine, est inaccessible à la mesure manuelle directe. Dans l'état présent de la technique, on usine donc d'abord la face interne, en prenant le relevé de sa forme, on fixe la pièce à la machme-outil pour usiner la face externe et on détermine la trajectoire de l'outil en mesurant la position de la pièce sur la machine. L'invention a précisément pour objet la fourniture d'un instrument de relevé utilisable dans certains cas pratiques sur une pièce montée sur une machine-outil, ainsi qu'un procède correspondant de prise de relevé qui donne de bons résultats .
L'instrument selon l'invention comprend un embout monté dans un palier tournant de l'élément de machine-outil auquel est fixé le plateau porte-pièce, une structure soutenue par l'embout, qui porte un moteur et un palier d'axe, un capteur de distance dirigé vers le profil interne de la pièce et soutenu par un axe tournant engagé dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce qui est pose sur le plateau, une transmission reliant le moteur à l'axe, un capteur de rotations de l'axe.
Sous sa forme la plus générale, le procède selon l'invention consiste à relever un profil de la face interne de la pièce, dirigée vers l'instrument et déjà à l'état fini, et à usiner la face externe exclusivement d'après le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil. Si, selon l'application d'abord envisagée par l'inventeur, la machine-outil est un tour, l'élément de machine-outil une broche tournante porte- pièce, et si la pièce est sensiblement une portion de sphère, le relevé concerne de préférence un plan méridien de la pièce. Il peut aussi concerner plusieurs plans méridiens de la pièce, et une moyenne de mesures sur les plans méridiens des relevés est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien.
D'autres moyens de procéder, ainsi que des instruments différents, sont possibles surtout si on s'intéresse à des pièces de forme différente ou d'autres genres de machine-outil ; l'homme du métier pourra facilement en déduire après avoir assimilé la description concrète et purement îllustrative d'une réalisation effective de l'invention, au moyen des figures suivantes :
• la figure 1 est une vue générale de l'instrument et d'une machine qui le porte,
• et la figure 2 représente l'instrument plus dans le détail.
On considère ici l'usinage de dômes 1 hémisphériques sur des tours à commande numérique, partiellement représentés à la figure 1 et qui sont munis d'un système d'aspiration responsable de la fixation du dôme 1 à usiner sur un plateau 2 évidé en son centre et en forme de bague.
Le plateau 2 présente une gorge périphérique 3 dans laquelle le pourtour du dôme 1 à usiner est posé, et il repose lui-même sur une cloche 4 en forme d'enveloppe plus ou moins cylindrique que porte un faux plateau 5 (appelé ainsi parce qu'il ne porte pas directement le dôme 1) porté lui-même par la broche 6 rotative du tour. La broche 6, engagée dans un support fixe de broche 7 par l'intermédiaire d'une paire de roulements 8, est creusée d'un logement 9 qui la traverse de part en part et donne, du côté opposé au dôme 1, à une pompe à vide 10 dont l'action aspire le contenu gazeux du logement 9 et du volume 11 délimité par le dôme 1, le plateau 2, la cloche 4 et le faux plateau 5. Ces pièces, ainsi que la broche 6, sont reliées entre elles de manière étanche par des boulons et des joints, sauf le dôme 1, qui est simplement posé sur le plateau 2 et serré sur lui par les forces de pression. Le dôme 1 est dirigé vers une tourelle 12 porteuse de l'outil 13 ; l'usinage est produit classiquement, en déplaçant la tourelle 12 dans les directions d'avance et de profondeur de passe, qui correspondent aux directions horizontale et verticale de la figure, tout en faisant tourner la broche 6 autour de son axe et donc le dôme 1. Les mouvements de la tourelle 12 sont régis par un programme appris préalablement par le système de commande numérique.
L'invention consiste à ajouter un instrument 14 qui occupe partiellement le volume interne 11 et est soutenu par un embout 15 occupant partiellement le logement 9. Cet embout 15 est fixe pendant l'usinage, reposant sur la face interne de la broche 6 par deux paires de roulements 16 à ses extrémités ; pour ne pas compromettre l'aspiration par la pompe 10, l'embout 15 est lui aussi évidé de part en part et se prolonge par un conduit 17 qui sort de la broche 6 pour se raccorder à la pompe 10. Il offre donc une voie dégagée pour l'aspiration. L'instrument 14 est mieux visible à la figure 2. Ces éléments sont fixés à une structure 18 montée en porte-à-faux sur l'embout 15 : on peut y distinguer un moteur 19, un palpeur 20 et un capteur d'angles 21 comme éléments essentiels. Le moteur 19 fait tourner une courroie 22 responsable de la rotation d'un axe 23 porteur du palpeur 20. Comme il est essentiel que ce dernier élément soit posé avec précision, le montage de l'axe 23 dans la structure 18 est assez rigide et s'effectue par un roulement à aiguilles 24 ainsi que par une paire de butées à billes 25 comprimées dans la direction de l'axe 23 entre la structure 18 et des bagues 26 et 27 vissées à l'extrémité de l'axe 23, dont la première est située du côté de la courroie 22 et la seconde est prolongée par une collerette 28 dans l'alésage de laquelle le palpeur 20 est enfilé avec un petit jeu et retenu par une vis de pression 29 : la précontrainte des butées à billes 25 assure donc que le palpeur est coaxial à la broche 6, ou que les axes de ces pièces se coupent quand la palpeur 20 est incliné.
Le capteur d'angles 21 est dirigé dans la direction de l'axe 23 et son élément de mesure 30 touche l'enveloppe du palpeur 20 : on s'aperçoit immédiatement que la rotation de l'axe 23 est transmise à cet élément de mesure 30, et enregistrée par lui.
Le doigt 31 mobile du palpeur 20 est dirigé vers le dôme 1 et touche sa face ~interne, qui a déjà été usinée. La structure 18 et les autres éléments de l'instrument 14 sont conçus pour que le doigt 31 puisse toucher sensiblement le pôle du dôme 1, c'est-à-dire le centre de la surface de la demi-sphère, et soit alors confondu avec l'axe de la broche 6 : c'est cette position qui a été représentée sur les figures ; de plus, l'axe 23 est perpendiculaire à l'axe de la broche 6. Il en résulte que le mouvement du moteur 19 impartit au doigt 31 un parcours le long d'un méridien du dôme 1 ; il suffit ensuite de faire tourner la broche 6 manuellement d'un angle souhaité pour mesurer le profil du dôme 1 sur un autre méridien ; l'embout 15 reste immobile. Il existe des palpeurs 20 dont le doigt 31 se rétracte entre deux mesures, ce qui est avantageux ici.
Tout cela est fait avant l'usinage, afin d'en déduire la forme de la face interne du dôme 1 et la courbe du déplacement qu'il convient d'imposer à la pointe de l'outil 13 pour que le dôme 1 présente finalement l'épaisseur souhaitée ; pour une meilleure précision, on choisira de relever le profil de plusieurs méridiens et de calculer leur moyenne pour obtenir la modélisation la plus exacte possible de la face interne du dôme 1. Les informations de mesure peuvent parvenir directement au système de commande numérique par des fils du capteur de position angulaire 21 et du palpeur 20 qui, comme les fils d'alimentation du moteur 19, débouchent à l'extérieur en empruntant l'évidement de l'embout 15 et le conduit 17.
Apres avoir placé le palpeur 20 dans l'axe de la broche 6 et mesure la distance du doigt 31 de la gorge périphérique 3 (à fond plat) du plateau 2, l'utilisateur pose le dôme 1 sur le plateau 2 et fait parcourir au doigt 31 le tour de son bord intérieur 32. Il relève ainsi les défauts de centrage et ajuste la position du dôme 1 avant de créer le vide.
L'étalonnage de la position du palpeur 20 est obtenu en lui faisant parcourir le tour d'une piste 33 rectifiée et de forme spherique qui délimite l'évidement du plateau 2 : on vérifie ainsi si le palpeur 20 est dans l'axe de la broche 6, et ses indications sont corrélées au rayon de la piste 33. Le capteur d'angles 21 peut être étalonné quand le palpeur 20 arrive au bord externe de la piste 33. S'il est constaté que le centrage du palpeur 20 est imparfait, on le déplace latéralement en agissant sur les vis de commande 35 d'une paire de glissières 34 perpendiculaires à queue d'aronde (dont une seule est représentée) . Ces glissières 34 relient à l'embout 15, de position invariable par rapport a la broche 6, la structure 18 qui est donc mobile latéralement a l'axe de la broche 6. L'invention est applicable à des pièces d'autres formes et peut être réalisée avec des capteurs de distance différents, optiques par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Instrument (14) de relevé d'un profil de face interne d'une pièce concave (1) reposant par un pourtour sur un plateau (2) evide, le plateau (2) étant fixe a un élément (6) de machine-outil, caractérise en ce qu'il comprend un embout (15) monte par un palier tournant (16) dans l'élément (6) de machine-outil, une structure (18) soutenue par l'embout (15) qui porte un moteur (19) et un palier (24) d'axe, un capteur de distance (20) dirige vers la face interne de la pièce et soutenu par un axe tournant (23) , engage dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce concave, une transmission (22) reliant le moteur (19* a l'axe (23) et un capteur (21) de rotations de l'axe (23) .
2. Instrument de relevé selon la revenαication 1, caractérise en ce que la machine-outil est un tour, et l'élément αe machine-outil une broche (61 tournante porte-oiece 3 Instrument de relevé selon la revenαication .., caractérise en ce que le palier tournant (16) αans l'élément de macnme-outil est loge dans un passage d'aspiration (9) d'un volume gazeux (11) englobe par le plateau et la pièce (9) , qui est maintenue par succion sur le plateau (2)
4. Instrument de relevé seion la revenαication 1, caractérise en ce que la structure (18) est montée latéralement mobile (34, 35) sur 1 'embout (15) . 5 Instrument de relevé selon la revenαication .. , caractérise er ce αue le oiateau (2) corte ure oiste d' eta-onnage (33 du caoteur de distance (20) . 6. Instrument de relevé selon la revendication 5, caractérise en ce que la piste d'étalonnage est sphéπque.
7. Procède d'usinage sur une machine-outil 5 d'une face convexe d'une pièce hémisphérique (1) à contour appuyé sur la machine-outil pour lui donner une épaisseur déterminée, caractérise en ce qu'il consiste à faire un relevé d'un profil de face concave de la pièce et à usiner la face convexe exclusivement d'après lu le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil .
8. Procédé d'usinage selon la revendication 7, où la macnine-outil est un tour, caractérisé en ce que le relevé concerne un plan méridien de la pièce.
9. Procédé d'usinage selon la revendication 15 8, caractérisé en ce que le relevé concerne plusieurs plans méridiens de la pièce, et en ce qu'une moyenne de mesures sur les plans méridiens est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien.
10. Procédé d'usinage selon la 20 revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape, préliminaire au relevé, c' ajustement αe position de la pièce sur la machine-outil .
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