l`anti-jeu, une tactique qui paye…

X A O - C N C
CNC:
l’anti-jeu,
une tactique
qui paye…
par Michel BERGERON, Service Recherche & Développement de Num
Si, en sport, l’anti-jeu est peu apprécié, en Automatisme c’est une parade à bien
des soucis dès lors qu’une grande rigidité est nécessaire. Les deux applications
réalisées chez Dufieux Industrie auquelles on se réfère dans cet article en sont de
très bonnes illustrations.
Une transmission pignon/crémaillère
est traditionnellement utilisée dès que la
course d’un axe excède quatre mètres dans
le cas d’axes linéaires ou, encore, pour
mouvoir un plateau rotatif. Malgré le soin
apporté, il n’est pas rare que des jeux apparaissent, mettant d’autant plus à mal
les dentures du système de transmission
que la course est longue et les accélérations fortes. Pour garantir un fonctionnement sans jeu mécanique, ce type de transmission est souvent associé à un organe
de précontrainte composé d’un élément
déformable, sorte de “ressort industriel”.
Fig. 1 - Grosse
machine
de tournage/
fraisage
en cours
de montage
chez son
constructeur,
la société
Dufieux
Industrie.
Son plateau
porte pièce
fait un diamètre
impressionnant
de 4,5 mètres.
Fig. 2 - Ces deux vues montrent, actuellement en cours de montage, les deux parties d’une très grosse fraiseuse à deux
portiques destinée à la construction aéronautique.
TRAMETAL
- Avril 2003 - 55
Principe de la fonction
sur les Num HP Drive
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1)
Le système anti-jeu développé par Num
est composé de deux moteurs montés en
tandem permettant de précontraindre électriquement des éléments d’une chaîne de
transmission à jeu normal telle qu’on la rencontre avec les systèmes à pignons/crémaillère ou de type pignons/pignons (fig.
4). Ces moteurs fournissent chacun un couple d’accélération ou de freinage dont la
résultante assure la mise en accélération
ou en décélération du chariot (commande
en tandem) et, aussi, un couple de précontrainte antagoniste qui maintient les
dentures de pignons en contact. Ainsi,
l’influence néfaste du jeu à l’inversion du
sens de déplacement (couple de précontrainte) est-elle éliminée.
2)
3)
4)
Fig. 3 - La régulation de précontrainte assure
une traversée du
jeu mécanique
sans choc aux
changements
de phases.
En 1) A gauche, à
l’arrêt les dentures sont à l’appui.
A droite, en phase
de freinage les
dentures du pignon maître parcourent le jeu et
changent d’appui
sur la denture opposée de la crémailère.
En 2) En phase
d’accélération, les
dentures du pignon esclave traversent le jeu et se
maintiennent en
appui sur la denture opposée,
En 3) En régime
permanent, les
dentures parcourent le jeu en sens
inverse puis
changent d’appui,
En 4) Les dentures
du pignon maître
parcourent le jeu
et changent d’appui sur la denture
opposée de la crémaillère.
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Les efforts internes générés par la boucle
de précontrainte maintiennent en permanence les dentures en appui et garantissent une transmission sans jeu en même
temps qu’une certaine rigidité entre le
point d’application de la précontrainte et
la crémaillère.
Les principaux inconvénients de cet
organe de précontrainte sont d’ordre technique et économique. Tout d’abord, son
coût est élevé, de l’ordre de 50 k€ et sa
maintenance coûteuse car les éléments
de précontrainte connaissent un vieillissement relativement rapide. Cette solution
présente, par ailleurs, un encombrement
non négligeable et le réglage des précontraintes, s’effectuant par des ressorts ou
des vérins hydrauliques, nécessite une grande dextérité. Enfin, la rigidité obtenue est
limitée et dépend du nombre d’arbres intermédiaires mis en jeu entre le moteur et
les pignons d’engrènement.
C’est pourquoi, aujourd’hui, les constructeurs de machines-outils confrontés
à la nécessité de faire fonctionner leurs
machines sans interférences de jeux préfèrent de plus en plus la solution de précontrainte électrique réalisée par servomécanisme dont on va examiner rapidement la conception (fig. 3 et 4), ainsi que
les avantages décisifs que l’on en retire.
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Pour une sécurité optimale, l’application des couples de précontrainte est progressive à la mise sous tension des variateurs, ce qui évite tout claquement néfaste de dentures. Un système de régulation
de précontrainte, sensible à la différence
d’accélération entre les deux moteurs, supprime tout risque de choc entre les dentures et d’instabilité pendant les phases
transitoires de vitesse. Ce dispositif tend
à rendre identique le comportement dynamique des deux moteurs en tandem.
Comparativement aux systèmes classiques de précontrainte, la fonction antijeu à moteurs tandem offre l’avantage d’être une solution fiable et économique. En
outre, elle vise à une simplification mécanique et offre une facilité de réglage et de
maintenance. Mais, surtout, elle procure
une rigidité beaucoup plus élevée par la
mise en précontrainte des constituants
mécaniques.
Deux applications caractéristiques
chez Dufieux Industrie
L’expérience de Dufieux Industrie est
particulièrement intéressante dans le sens
où cette entreprise a implémenté la fonction anti-jeu sur les deux architectures mécaniques, c’est-à-dire à axes linéaires et
rotatifs. La première met en œuvre un plateau rotatif de quatre mètres et demi de
diamètre (fig. 1). Elle exécute des opérations de tournage et de fraisage. En tournage, le plateau monte jusqu’à une vitesse de 100 t/mn et la fonction anti-jeu
est donc inactive. En revanche, en fraisa-
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Fig. 4 - Principe de fonctionnement du dispositif de précontrainte et du système d’entraînement avec deux moteurs disposés en tandem.
ge ce même plateau doit effectuer des
déplacements précis à quelques millièmes de degrés. La seconde machine est
une fraiseuse à deux portiques qui présente une course de quatorze mètres (fig.
2). Elle a donc été tout naturellement équipée d’une crémaillère. Destinées au marché aéronautique, ces deux machines-outils de grandes dimensions devaient répondre à des critères de précision exigeant une rigidité élevée.
“L’utilisation de la fonction anti-jeu nous
a permis de simplifier le montage de façon significative”, commentent Pierre Yves
Foissac, Directeur technique, et Elvio Sedran, Responsable automatisme de Dufieux Industrie. “Avec deux servomoteurs
Tandem: et 1, et 2 et …
Num a associé, au sein d’une fonction
nommée Tandem, plusieurs algorithmes destinés aux applications de deux ou plusieurs
moteurs ayant des commandes interdépendantes. Outre l’anti-jeu, la fonction Tandem
comprend la synchronisation et la duplication de couple. La première trouve tout son
intérêt quand il est nécessaire de répartir sur
plusieurs moto-variateurs le déplacement
d’un seul et même axe en garantissant leur
vitesse. Quant à la seconde, elle répond à
de nombreuses applications comme celle
de deux tables porte-pièce utilisées pour
supporter conjointement une seule et même
pièce et qui redeviennent indépendantes
après réaffectation des moto-variateurs ou,
encore, celle d’un réducteur à plusieurs entrées permettant d’obtenir un couple de sortie multiplié par le nombre de moto-variateurs. Mises en œuvre simultanément ou
non suivant les besoins de l’application, ces
fonctions permettent d’obtenir une excellente coordination des déplacements mécaniquement liés.
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Dufieux Industrie, un généraliste
qui se porte bien
Basé en France, Dufieux Industrie conçoit, fabrique et commercialise de nombreux types de machines-outils spécifiques
dans les gammes moyennes et lourdes. Généraliste par excellence, ce constructeur propose des machines répondant aux cahiers des charges des plus grands donneurs d’ordre dans les
domaines du fraisage, du tournage, de la rectification verticale et
des machines d’usinage pour des applications dans les secteurs
de l’aéronautique, de l’outillage automobile,de l’énergie, du rail et
de la sidérurgie.
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et deux réducteurs standard, la mise en œuvre a été simplifiée et l’optimisation rapide. En outre, en matière de pérennité, nous sommes parfaitement confiants. Quelles que soient
les dérives de précontraintes, elles sont compensées automatiquement, pas besoin de reprendre sa clé !”
”Enfin, concluent-ils, compte tenu de la répartition des efforts, il est possible d’op-timiser le dimensionnement des
entraînements.” En d’autres termes, l’anti-jeu est vraiment
une fonction qui paye !
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Fig. 5 - Les
variateurs
Num HP Drive
intègrent,
de base,
la fonction
Tandem décrite
dans l’encadré
figurant
à gauche de
cette illustration.