Guidage en rotation

L’objectif du guidage en rotation est d’assurer la rotation de la pièce à mesurer et de la référence. Plusieurs contraintes sont attachées à cette fonction principale.

• Le mouvement de rotation doit être de bonne qualité. D’une part cela permettra d’utiliser les capteurs pièce et référence sur une course limitée et réduira ainsi les incertitudes. D’autre part, cela permettra de limiter les variations des valeurs de déport liées à la rotation.

Les arguments qui viennent d’être donnés ne remettent pas en cause la « philosophie de conception » détaillée au chapitre 2 d’une machine à structure métrologique dissociée. Il s’agit ici plutôt de souligner que l’incertitude associée à l’utilisation des capteurs peut être mieux maîtrisée dans le cas d’un mouvement de rotation de bonne qualité (idéalement de l’ordre de quelques micromètres).

Rainures en V 3 billes à 120°

3 lames à 120°

Equivalence entre ces deux solutions d’un point de vue cinématique

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• Le guidage doit posséder une ouverture en son centre. Cette ouverture permettra le passage de l’axe de frein du plateau décaleur et le passage de l’axe des codeurs pièce et référence. Afin de réduire le plus possible l’effet du défaut de voile du guidage en rotation nous avons cherché à placer la pièce à mesurer ainsi que la référence au plus près du guidage. Cette disposition permet d’éviter l’amplification du défaut de mouvement par effet de bras de levier. Pour cette raison, il est important que le plateau dégauchisseur centreur puisse être placé en dessous du guidage en rotation. Etant donné l’encombrement du plateau dégauchisseur centreur, l’ouverture au centre du guidage devra être d’un diamètre de l’ordre de 500mm.

• La solution adoptée doit présenter une grande rigidité

Pour répondre aux objectifs posés nous avons choisi d’utiliser un roulement à bille de grande dimension. Cette solution répond bien à notre cahier des charges pour le guidage en rotation :

Les roulements à billes permettent de réaliser des mouvements dont l’amplitude du défaut est limitée à quelques micromètres.

Les roulements à billes possèdent une grande rigidité. En particulier, ils sont peu sensibles aux vibrations ce qui n’est pas le cas des broches à air

Il existe une large gamme de dimension. Il est donc possible d’acheter des roulements à billes qui possèdent une ouverture centrale de grande dimension

Aucune alimentation n’est nécessaire (air comprimé, fluide)

La maintenance est peu contraignante : seul un graissage est à prévoir

Le prix est relativement réduit par rapport aux guidages de très hautes exactitudes telles que les broches à air.

Nous avons choisi un roulement sur jonc de diamètre intérieur 530mm. Cette technologie mérite d’être détaillée car outre son originalité, elle présente de nombreux avantages pour notre application. Nous présentons dans la Figure 96à gauche une vue en coupe d’un roulement sur jonc. Contrairement à un roulement classique, les chemins de roulement ne sont pas usinés directement dans les bagues de roulement. Les chemins de roulement sont réalisés à partir de « joncs » rapportés dans des gorges usinées. Cette disposition présente plusieurs avantages. Outre la grande rigidité, l’avantage majeur réside dans la qualité de la rotation que ce type de roulement génère. Le défaut de battement axial et radial reste, dans le cas d’un montage soigné, - qui sera décrit dans la suite du paragraphe - de l’ordre de quelques micromètres. Ceci répond parfaitement à notre besoin. Le prix de ce type de roulement est aussi relativement modeste, même dans le cas de roulements de grandes dimensions.

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Figure 96: Roulement sur jonc [Franke, 2009]

Pour exploiter au mieux la qualité de ce roulement, nous avons conçu et réalisé un montage particulier pour notre machine. Le défaut du mouvement de rotation produit par un roulement à bille provient des défauts de forme des différents éléments qui le constituent comme par exemple les défauts de forme des billes et des chemins de roulement ainsi que les différences de diamètres entre les billes. Tous les roulements possèdent ce genre de défauts liés aux procédés de fabrication.

Les défauts de forme des chemins de roulement peuvent être amplifiés lors du bridage du roulement sur la machine. Cela peut détériorer de façon significative la qualité de la rotation produite. Plusieurs cas peuvent se produire :

• la surface sur laquelle s’appuie le roulement ne possède pas une très bonne planéité. Dans ce cas le roulement va se déformer lors du bridage pour prendre la forme de la surface support.

• Le bridage ponctuel à l’aide de vis va générer des contraintes locales sur les bagues du roulement ce qui aura pour effet de les déformer.

Bien souvent les déformations sont causées par un cumul de ces deux facteurs.

Pour éviter les déformations propres à son bridage, un usinage soigné de la surface de posage et du logement du roulement a été réalisé sur un tour vertical. La Figure 97montre le montage du plateau principal de la machine qui sert de support au roulement.

Bague extérieure Element de roulement Franke Bague intérieure Joint Roulement monté sur la mahchine Roulement sur jonc

Jonc de guidage

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Figure 97: mise en place du plateau principal usiné en tournage

Le constructeur prévoit initialement une fixation du roulement par l’intermédiaire de 22 vis qui traversent les bagues intérieures et extérieures. Ce type de bridage localisé déforme nécessairement le roulement.

Pour éviter cela le choix a été fait de brider le roulement par des anneaux de bridage qui viennent s’appuyer sur le roulement par l’intermédiaire de joints toriques en polymère. La Figure 98 décrit la conception réalisée. La contrainte exercée par le joint torique sur la surface du roulement dépend de son écrasement. La hauteur d’écrasement du joint torique est fixée par la géométrie des différents anneaux et des bagues de bridage. Fonctionnellement on cherche simplement à assurer l’adhérence entre le roulement et la surface de posage.

La bague intérieure est serrée entre deux brides dont l’une d’elles est munie également d’un joint torique. Le serrage des vis de maintien de la bride intérieure est réalisé de telle sorte - qu’après serrage- la bride munie du joint torique affleure juste la surface du roulement. De cette façon, on s’assure de la répartition uniforme du serrage sur toute la circonférence du roulement est sans déformations localisées.

Zone de posage de la bague extérieure du roulement

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Figure 98: conception du montage de roulement