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" Dispositif pour la commande des déplacements de l'outil d'une machine-outil Il.
La présente invention a pour objet un dispositif de commande des mouvements ou"déplacements d'un outil monté sur une machine-outil en fonction des mouvements d'un palpeur qui suit les contours d'une pièce type ou modèle à deux dimensions.
Par ce dispositif,les formes et les dimensions du modèle à deux dimensions doivent être reproduites fidèlement sur la pièce à usiner, c'est-à-dire que l'outil doit effectuer un déplacement correspondant au contour de la forme. Dans ces conditions, par
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palpage d'orne telle pièce-type, qui correspond à une section ou coupe transversale ou longitudinale de la pièce terminée, la pièce à usiner est travaillée suivant le.dite coupe.
Si l'on monte successivement plusieurs modèles correspondant à diffé- rentes sections longitudinales ou transversales, on obtient finalement sur la pièce à'us'iner, un réseau'correspondant au tracé de la ligne de coupe palpée, le réseau étant d'autant plus Jerré que le nombre de lignes palpées est plus grand. Le maté- riau se trouvant entre les lignes du réseau peut être enlevé par meulage et la surface de la pièce usinée peut être égalisée.
Pour'exécuter le travail décrit ci-dessus, on utilise un dispositif qui comporte essentiellement trois parties principale à savoir une partie travaillant le métal, un mécanisme de copie et un dispositif de commande automatique. La partie travaillant le métal, qui ne fait pas l'objet de la présente invention, est d'une construction semblable¯ à celle d'une fraiseuse univer- selle. Les mouvements des pièces et des broches s'effectuent dans les trois directions. La broche de fraisage peut travaillei à volonté horizontalement, verticalement ou obliquement, alors que la commande du porte-broche s'effectue toujours horizontale- ment, en avant'ou en arrière. L'avance des pièces à usiner peut, se faire horizontalement ou verticalement.
Il est préférable de réaliser les mouvements .!le' commande et d'avancement par des moteurs réglables, à courant continu.
Le dispositif à reproduire se compose d'une liaison mécanique absolument ;sana.jeu, qui transmet à un palpeur les déplacements de commande du. porte-broche et ceux d'avancement de la pièce à usiner. Le palpeur est mobile sur un banc ou marbre portant le modèle à palper. La table "à dessin" est de préférence montée rotative synchroniquement avec le mouvement de rotation de la pièce à usiner.
Pour la commande automatique du déplacement ou mouvement
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de l'outil, le palpeur est relié électriquement avec l'un des pôles d'une source de courant dont l'autre pôle est relié avec une partie de la pièce-type, de manière que, par contact avec la courbe à palper de la pièce-type, un circuit de courant soit fermé ou ouvert, agissant ainsi sur un dispositif de commande branché sur le conduit de'courant.. , .
L'invention est expliquée en détail dans la description donnée ci-après de différents exemples de réalisation, avec réfé- rence aux dessins ci-joints.
Dans ces dessins : figure 1 est un schéma de montage d'une première variante, comportant une commande électro-mécanique; figures 2a et 2b représentent schématiquement une commande suivant le même principe; figure 3 montre une troisième variante;. figure 4 représente le schéma d'une autre forme de pal- page oscillant conforme à l'invention ; figures 5 et 5a sont des vues d'un montage de commande particulier ; figure 6 représente une forme de coordination secondaire de mouvements.
, figure 7 est un schéma montrant une 'réalisation simulta- née de'mouvements'suivant, deux directions.
On voit en figure 1, une pièce-type 1, par exemple un dessin, représentant une courbe à palper 2.. La courbe 2 est électriquement conductrice et elle est reliée, par l'intermé- diaire d'une ligne 3, avec un amplificateur 4 raccordé à une source de courant L'amplificateur 4 est relié ,par une ligne 6, avec un moteur dont l'arbre 8 porte un embrayage magné- tique .2-1.0 d'un engrenage inverseur. Le pignon conique 11 de l'engrenage inverseur est monté sur un arbre 12, qui porte une vis sans fin 13 coopérant avec la roue hélicoïdale 14, qui
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constitue la commande d'avancement du porte-broche avec la tête de fraisage.
L'embrayage magnétique 9-10 est relié avec un relais 15. raccordé à l'amplificateur 4 et couplé à un palpeur 20. Les lignes entre le relais 15 et l'amplificateur 4 sont dé- signées par 18 et 19 et celles menant à l'enibrayge magnétique 9-10 par 16 et 17.
Lorsque, après déclenchement de l'avance du palpeur 20, rigidement relié à l'outil, la courbe 2¯ est touchée, le circuit 3, 2, 15, 9 est fermé et le relais 15 s'inverse. Alors qu'au début l'embrayage magnétique ± était en circuit, l'inversion du relais 15 fait que le courant parvient à l'embrayage ou couplage magnétique 10 et met hors circuit le couplage Le sens de rotation de l'arbre 12 et, par voie de conséquence, celui du porte-broche se trouvent ainsi modifiée Par suite de la jonction rigide entre, le porte-broche et le palpeur 20, ce dernier exécute également un déplacement opposé au mouvement initial. Au moment où s'interrompt la liaison entre le palpeur et la courbe conduc- trice, 2, le couplage ±l'est remis en circuit et le couplage 10 est mis hors circuit.
Il en résulte automatiquement un mouvement pendulaire de faible amplitude, qui dépend uniquement de la position relative du palpeur 20 par rapport à la courbe 2.
. ,.
Simultanément à ce mouvement de commande, le porte-broche et, parsuite, le. palpeur, reçoivent un mouvement d'avance-constant, qui est perpendiculaire au mouvement de commande. Par la combi- nais on du mouvement d'avance avec le mouvement de palpage pen- dulaire, il se produit une .commande automatique de forme dans un plan. '
Dans.le cas des figures 2a et 2b, l'action exercée sur le sens de rotation et par là sur le sens de l'avance ne provient pas d'une source mécanique, comme dans l'exemple précédent, mais elle résulte par commande directe de l'inversion d'un moteur électrique d'avancement.
En figure 2a, le palpeur 21 est guidé
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le long d'une courbe conductrice 22, Le palpeur 21 est relié à un amplificateur de relais 23, également raccordé à la ligne 22. l'amplificateur de relais 23 coopère avec le relais 24 et il est raccordé en 34 à la source de courant. Le relais 24 actionne un bras de contact 25, qui peut être branché sur les points de contact 26 ou 27. On voit 'en, 21 et 32 des filtres électriques 'avec enroulements d'excitation 28, 29. Le moteur correspondant
30 est relié à la source de courant 35 par une impédance 33.
La commande directe d'inversion du moteur électrique d'avancement s'effectue soit par inversion des pôles du courant sur l'excitation de champ, soit par la mise en circuit à volonté de deux bobines de polarités opposées, par le relais 24 actionné par l'amplificateur 23.
Lorsque le palpeur 21 entre en contact avec la courbe 22, le relais 24 inverse le bras de contact 25 mettant alternative- ment en circuit le bobinage d'excitation 28 ou le bobinage d'excitation 29, ce qui imprime au moteur un mouvement en marche avant ou en marche arrière. Suivant le sens de ce mouvement, le palpeur 21 avance dans la direction de la courbe conductrice 22 ou dans la direction opposée. Les bobinages de régulateur 28 et 29 ont des polarités opposées. Il est également avantageux de , placer le relais 24 sous'l'action d'un ressort de rappel 24'. tendant à maintenir le bras de contact 25 dans la position ini- tiale.
En figure 2b on voit une variante dans laquelle la commande d'inversion S'effectue par. un changement direct de polarité du courant d'induit par le relaie. Le relais 24 est ici relié avec deux bras de contact 25', qui sont mobiles entre les deux paires de contact 26', 27'. Le filtre 31 et le moteur ce sont disposés de la même manière et remplissent les mêmes fonctions que d:ms la variante précédente.
Dans l'exemple représenté à la figure 3, on utilise au
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lieu du palpeur simple déjà décrit, un palpeur qui effectue un mouvement de palpage indépendant, superposé et oscillant, sans que l'ensemble du dispositif d'avance doive osciller avec lui,. le palpeur peut exécuter soit un mouvement de va-et-vient oscil- lant, soit un mouvement oscillant rotatif excentré dans la direction de palpage, soit encore un mouvement pendulaire. Le palpeur 42 est monté sur un pivot 45, lui-même monté sur un excentrique 44. Cet excentrique est monté sur l'arbre 48 d'un engrenage réducteur 41, entraîné par un moteur 40. Lors du mouvement circulaire oscillant du palpeur 42. celui-ci palpe une zone 46-46'.
Le centre 47 du palpeur en forme de disque ef- fectue un mouvement de rotation autour de l'axe 48. La mise en circuit électrique correspond à celle du premier exemple d'appli- cation. En figure 3 on a seulement représenté l'amplificateur 3.
Lors du mouvement oscillant de va-et-vient dans la direction de palpage, la fréquence du mouvement pendulaire n'est plus déter- miné-- par inertie totale de la machine, comme dans le premier exemple. Ainsi lors du rapprochement progressif vers la courbe de contact, ce palpage, en traversant la zone 46-il.¯6,provoque tout d'abord des impulsions très courtes.devenant ensuite tou- jours plus longues de la même fréquence, jusqu' à ce que, en atteignant la ,zone limitée par*la courbe 46', l'impulsion de-. - vienne finalement permanence. L'absence d'impulsion, qui repré- sente le temps complémentaire à la durée de.l'impulsion elle- même, varie en même temps dans une proportion exactement opposée.
Si donc le relais est réalisé.sous forme de contact d'inversion, il en résulte pour l'impulsion et'l'absence d'impulsion, dans chaque cas donné, dans le circuit de courant de commande corres- pondant, des chocs ou poussées de courant de même fréquence, mais de durée complémentaire. Ces impulsions sont filtrées électriquement et transformées en valeurs moyennes., de manière à donner deux grandeurs mesurables et électriquement efficaces.
Lorsque ces deux grandeurs sont mises en opposition d'effet par
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le sens du bobinage d'excitation, il s'établir pour une durée d'impulsion de 50 % et une durée correspondante, d'absence d'impul- sion de 50 %, un état d'équilibre, qui se trouve au centre de la zone de palpage oscillant. Le point palpé au moment de l'équi- libre est désigné par 49.
Dès qu'un déplacement se produit par rapport à la courbe du fait d'un déplacement du palpeur relatif et très faible sur la courbe où inversement un décalage par rapport à la courbe, et que la longueur d'impulsion varie par rapport à la longueur de l'absence d'impulsion, les deux forces de commande résultantes ne sont plus égales et la force la plus grande provoque un'mouvement plus ou moins rapide d'avance, cor- respondant à la valeur différentielle de la force de commande opposée. Il en résulte une commande très sensible de la forme, la sensibilité étant déterminée par la profondeur de la zone de palpage circulaire oscillante 46-46'.
On peut aussi ne pas faire dépendre la force de commande correspondant à l'absence d'impulsion de la durée de cette ab- sence, mais la régler une fois pour toutes. A cet effet, on donne à la commande d'impulsion à peu près une valeur ou une intensité double. La commande citée en premier donne alors son plein effet lorsqu'il n'y apas d'impulsion et en cas d'impul- sion à 100 '%, la commande citée, en premier lieu est transformée en un mouvement "opposé de 'même grandeur.
Dans ce cas, comme on le voit par exemple en figure 2a, le bobinage d'excitation 29 n'est pas relié au commutateur 27, mais à une tension d'excitation constante. Le commutateur 25, 26 travaille alors comme contact d'ouverture et de fermeture à la cadence de l'impulsion, la tension appliquée et agissant sur le bobinage' 28 étant à peu près double de celle du bobinage 29.
La symétrie de la commande peut être établie, en plus de la diffé- rence de tension, par des conditions d'enroulement adéquates, l'essentiel étant que les ampère-tours de 28 correspondent à peu près au double de ceux de 29. On peut éventuellement obtenir
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dans ce cas, comme .dans le cas précédent, par un choix des bo- binages et des tensions, un point d'équilibre dissymétrique par rapport aux points extrêmes.
Dans la variante de figure 4, un-bras palpeur 50 est monté rotatif, dans un palier 43, autour d'un arbre 64. L'arbre 64 porte une roue hélicoïdale 56 engrenant avec une vis sans fin 55, entraînée par un moteur électrique. On voit en 42 le bras de guidage du palier 43. Des contacts ,55 sont montés dans le cir- cuit du moteur ; sont actionnés par des relais magnétiques 51, 52. Le relais 52 est relié en 59 avec un contact terminal et avec le relais 51, alors que le relais 51 est couplé avec un second contact terminal 58. Le carter du palier est muni d'un porte-contact 57 avec accouplement à glissière. La courbe à palper est ici encore indiquée en 2.
On voit en 60 l'amplifica- teur et en 61 le relais y afférent, actionné par le bras de con- tact 62 pour ouvrir et fermer le contact 63. Le bras palpeur 50 effectue un mouvement pendulaire entre les positions extrêmes réglables 50', 50" et porte à son extrémité en 50a un contact électrique de commande.
La commande' différentielle décrite, avec deux champs élec- tromagnétiques agissant en sens inverses, peut également agir directement, sur le bobinage d'induit du moteur de commande. En figure'5 le rotor.'.64. du moteur comporte un premier bobinage 65 et un second bobinage 66,'des collecteurs fil-68 à balais; un arbre 69 est l'arbre pour la commande d'avance de l'outil et du palpeur. Les autres éléments de, cette variante correspondent exactement à ceux qui-'sont représentés en figure 2.
Dans cette forme de construction, on peut obtenir un arrêt effectif du moteur. L'induit du moteur à excitation indé- pendante constante est alimenté par le champ d'un générateur, ce champ étant commandé. Seule la Vitesse du moteur se trouve ainsi influencée, mais non son couple, qui reste maintenu quelle
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que soit la vitesse.
Tour limiter les courants d'induit, les résistances 71,
72 doivent, autant que possible Être branchées avec des carac- téristiques variables. Il est. également, possible., pour une exci- tation constante du champ de laisser la commande d'opposition agir directement sur l'induit du moteur de commande. Ce dernier doit alors' ou bien posséder deux induits ou bien un induit avec deux collecteurs, auxquels s'appliquent, au moment voulu, les tensions en opposition.
Ce résultat peut être obtenu de la manière suivante : chaque commutateur possède un bobinage propre et séparé dans l'induit. Les branchements doivent être réalisés de manière telle que les pleins effets des bobinages d'induit soient opposés.
Il faut cependant tenir compte ici de ce qu'en cas d'arrêt il se produit des courants en court-circuit, qui doivent être limités par des résistances en série appropriées, autant que possible avec un facteur de température positif.
On peut d'ailleurs éviter les courants en court-circuit en munissant un induit 73 (figure 5a) d'un bobinage à plusieurs bobines individuelles au lieu d'employer le bobinage usuel, chacune desdites bobines individuelles étant interrompue en deux pointsopposés et branchée de chaque côté sur les collec- teurs 74. Chacune, des deux sources de courant 75, 76 ferme alors son circuit électrique sur l'autre et doit être de nature correspondante (générateur, batterie d'accumulateurs, etc...).
Si donc, à l'état d'équilibre, les deux tensions opposées ont la même valeur mais sont de polarités opposées, il ne .passe pas de courant dans l'induit 12 et celui-ci s'arrête. Si l'une des deux,tensions est dominante, il en résulte un courant corres- pondant à la différence, qui provoque un mouvement dans l'un ou l'autre sens, suivant la polarité.
La commande entièrement automatique n'est possible que
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si les deux mouvements d'avancement du système de coordonnées sont commandés. Toutes les applications ci-dessus se rapportent au mouvement de commande principal qui normalement (mais pas nécessairement) coïncide avec les ordonnées du système de coor- données. Lorsque la pièce-type ou modèle est dans une position à peu près perpendiculaire , la direction principale de commande, . ou lorsqu'on lui donne une telle position, on peut imprimer un avancement latéral cons-tant en direction des abscisses (ou une rotation dans le cas d'ordonnées polaires).et rendre ainsi la commande automatique.
Lorsque, cependant, la pièce-type fait des angles impor- tants avec cette seconde direction d'avancement, il faut accé- lérer le dispositif de commande'principal en fonction de la cotangente de cet angle ce qui, en pratique, aboutirait rapide- ment à une valeur-limite et dépasserait l'automatique.
Cet inconvénient peut être évité par une coordination secondaire de la seconde avance, c'est-à-dire par une relation inversée de dépendance de l'avance par rapport à la fonction principale de commande.
, La coordination, secondaire électromécanique est obtenue en faisant en=sorte qu'un régulateur centrifuge 80 (figure 6) monté sur le moteur de commande 10 règle, par palpage de. contacts ou par' tous autres moyens "connus, la vitesse du moteur d'avance- ment secondaire de manière que ladite vitesse soit un maximum en cas d'arrêt du moteur principal de commande, et qu'elle tombe à zéro ou presque à zéro lorsque le moteur de commande atteint sa vitesse maximum* /
L'arbre 81 de moteur porte un régulateur centrifuge 82 qui s'élève et qui l'abaisse en fonction de la rotation de l'arbre 81.
Ce régulateur centrifuge 82 est couplé avec un levier basculant 84 qui est monté pivotant autour de 85; l'autre extré- mité du levier basculant 84, c'est-à-dire celle se trouvant à
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l'opposé du régulateur centrifuge, porte un contact 80 qui, lors du déplacement du levier 84, se déplace devant les bornes 87 d'un transformateur 88. Le transformateur 88 actionne le moteur d'avancement'89 qui provoque un mouvement d'avance suivant la flèche 90. tandis que le moteur 80 provoque un mouvement d'avance suivant 91.
Au lieu d'interposer un-régulateur centrifuge, la commun- de secondaire peut être réalisée par un moyen purement électri- que, de manière telle que la différence de la tension de comman- de ou de la tension d'induit du moteur (en cas de commande par générateur),fasse varier la vitesse du moteur d'avancement en rapport inverse de celle du moteur de commande au moyen d'un appareil de réglage électrique (régulateur usuel à grande vi- tesse), ce régulateur à grande vitesse commandant le champ du moteur d'avancement. -
Une autre 'simplification peut être obtenue en utilisant directement pour le réglage du champ du moteur d'avancement, la tension d'induit du moteur à courant continu à vitesse ré- glable pour le mouvement d'avancement principal.
A cet effet, il tout faut/d'abord faire passer la tension d'induit par un pont de redressement de GRAETZ, afin que la tension qui en résulte de- vienne indépendante, quant à la polarité, (c'est-à-dire indépen- dante quant au sens de rotation), du moteur de commande.. Le champ du moteur d'avancement est excité par une tension continue constante de polarité appropriée et cette .tension est réunie, dans un circuit de. courant, avec la tension secondaire de comman- de provenant du circuit d'induit du moteur, de telle manière que les deux tensions, ou polarités, soient en opposition.
En choi- sissant convenablement les valeurs des tensions, uns telle coor- dination fonctionne de manière telle que, pour une tension de commande secondaire 0 -(ce qui correspond à l'arrêt du moteur de commande) le moteur d'avancement est excité et tourne. Si, au
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moyen d'une tension de commande correspondante, le moteur de commande est mis en rotation, la première, réduit-comme décrit- la tension d'excitation du moteur d'avancement dans le cas extrême jusqu' à son annulation, c'est-à-dire l'arrêt du moteur de commande. Ceci répond exactement aux conditions: petit mouvement de ' commande = grande, avance fort mouvement de commande = petite avance.
En adoptant une tension de coordination plus élevée que la tension d'excitation propre du moteur d'avancement, on peut obtenir que, pour des déviations extrêmes de la commande, l'avan- cement se trouve modifié dans sa.marche, c'est-à-dire qu'il soit freiné électriquement, ce qui peut même aboutir temporaire- ment à un petit mouvement de recul, cependant non préjudiciable.
Une telle disposition permet notamment d'être rapidement maître absolu du mouvement d'avancement en cas de changements de direc- tion très brusques..
On a décrit jusqu'ici des commandes automatiques agissant directement sur l'une des directions, le second avancement étant coordonné en tant qu'effet secondaire.
Mais on peut, avec le même dispositif de commande de base, obtenir également une commande à coordination directe, et ce, en opérant de la façon suivante,-. la commandé par absence d'impulsions (figure 7), agit comme il a été indiqué ci-dessus,'en passànt par l'amplificateur .sur un relais d'inversion 94 qui, par les commutateurs 95, 96, 97, met lui-même ;en mouvement dans un sens ou dans l'autre un petit servo-moteur 114. Ce servo-moteur est accouplé par arbres 95, 96, 97 avec l'induit d'un transformateur "Selsyn" 98. Celui- ci possède deux bobinages de transmission secondaires 99, 100 placés à 90 l'un de l'autre.
A partir des deux bobinages secondaires, les moteurs de commande 104 et d'avancement 105 sont commandés par l'intermé-
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diaire de redresseurs, de transformateurs ou d'amplificateurs
102, 103.
Dès qu'à la suite d'une différence d'impulsion, qui résulte toujours d'un rapprochement ou d'un éloignement de la pièce-type de la direction d'avancement, il se produit.une ro- tation du servo-moteur et, par suite; du bobinage primaire du "Selsyn",celui-ci alimente donc les deux bobinages secondaires ,d'une manière différente et dans des proportions''convenables, 'de telle manière que les résultats des deux mouvements se tra- duisent automatiquement par l'angle de la pièce-type de commande par rapport à la direction de l'avancement. La commande s'ef- fectue donc simultanément sur les deux moteurs d'avancement, ce qui correspond à une commande et à une coordination simultanées.
Toutes les méthodes de commande automatique ci-dessus concernent la commande de deux directions de mouvement situées en un même plan, ce qui peut servir par exemple à commander des machines-outils donnant des coupes suivant des dessins. Mais on peut aussi - en combinant convenablement deux de ces systèmes, par exemple à l'aide d'une deux-ième coordination secondaire, actionnée par un dispositif de palpage propre- obtenir avec trois moteurs d'avancement un travail à trois dimensions. Dans ce cas, ,. , on pourra réaliser non pas toujours des sections parallèles, mais aussi des coupes ou sections disposées à volonté.
Les mé- canismes restent les mêmes, avec cette différence qu'il faut pré- voir une commande supplémentaire pour la troisième dimension et que les plans doivent évidemment être coordonnés et disposés en conséquence. - .