FR2695855A1

FR2695855A1 - Pressing appts. to apply tool with preset force against workpiece - uses tool carrier on sliders that has pivoted counter-weight to balance mass of tool

Info

Publication number: FR2695855A1
Application number: FR9211215A
Authority: FR
Inventors: Bonachera Richard
Original assignee: EIGER PROCESS
Current assignee: EIGER PROCESS
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-03-25

Abstract

The tool is applied against the work piece by a mechanism comprising a support (3), a tool carrier slide (4) mounted on the support so that it is able to move to-and-fro, and a system to balance the mass of the tool. The slide is formed by a mobile carriage mounted on rectilinear slides (5). A counter-weight (26) is fixed rigidly to the first arm (24) of a lever (10) mounted on the support so it can rotate in a plane of the motion of the carriage. The second arm (28) of the lever connected to the slide moves in translation perpendicular to its pivot axis. ADVANTAGE - Improved deburring and finishing with brushes of flexible discs controlled by a robot.

Description

Dispositif pour appliquer un outil avec une force prédéterminée contre une pièce à usiner.Device for applying a tool with a predetermined force against a workpiece.

La présente invention se rapporte à un dispositif pour appliquer un outil avec une force prédéterminée contre une pièce à usiner, quelle que soit l'orientation de l'outil dans l'espace
Des dispositifs de ce type mis au point plus particulièrement pour des outils d'ébavurage et de finition sous forme de brosses rotatives ou de disques souples sont décrits dans un article "Robotic Deburrîng and Finishing, Methods and Applications" de TIM GRAF publié en 1990 sous la référence MS90-679 dans "SME TECHNICAL PAPER" de la Society of
Manufacturing Engineers, One SME Drive, P.O. Box 930, Dearbom, Michigan 48 121, USA, cet article faisant suite à une communication faite à la conférence ROBOTS 14 qui s'est tenue du 12 au 15 Novembre 1990 à Detroit, Michigan, U.S.A.Les figures 3 et 4 de cet article illustrent un dispositif à force constante permettant d'équilibrer la masse de l'outil, plus particulièrement lorsque cet outil est monté sur un robot permettant à donner à l'outil n'importe quelle orientation dans l'espace.The present invention relates to a device for applying a tool with a predetermined force against a workpiece, regardless of the orientation of the tool in space
Devices of this type developed more particularly for deburring and finishing tools in the form of rotary brushes or flexible discs are described in an article "Robotic Deburrîng and Finishing, Methods and Applications" by TIM GRAF published in 1990 under the reference MS90-679 in "SME TECHNICAL PAPER" of the Society of
Manufacturing Engineers, One SME Drive, PO Box 930, Dearbom, Michigan 48 121, USA, this article following a communication made at the ROBOTS 14 conference held from November 12 to 15, 1990 in Detroit, Michigan, US 3 and 4 of this article illustrate a device with constant force making it possible to balance the mass of the tool, more particularly when this tool is mounted on a robot allowing to give the tool any orientation in space.

Cet article donne entre autres une description détaillée des applications possibles, du principe de fonctionnement et des avantages de ce dispositif. This article gives, among other things, a detailed description of the possible applications, the operating principle and the advantages of this device.

Ce dispositif coimu comprend une platine porte-outil mobile en va-et-vient et un contre-poids qui peut être choisi en fonction de la masse de l'outil comprenant l'outil proprement dit et ses moyens d'entraînement, la platine et le contre-poids étant montés sur un support par un système de parallélogramme articulé et des vérins pneumatiques à faible friction étant prévus pour exercer sur ladite platine sélectivement une force prédéterminée dans un sens ou dans l'autre, en vue de l'application de l'outil contre la pièce à usiner. This coimu device comprises a tool-holder plate moving back and forth and a counterweight which can be chosen as a function of the mass of the tool comprising the tool itself and its drive means, the plate and the counterweight being mounted on a support by an articulated parallelogram system and low friction pneumatic cylinders being provided to exert on said plate selectively a predetermined force in one direction or the other, for the application of the tool against the workpiece.

Ce dispositif connu, présente néanmoins certains inconvénients. This known device nevertheless has certain drawbacks.

Ainsi, le mouvement de la platine porte-outil n'est pas un mouvement rectiligne ou linéaire, mais un mouvement en arc de cercle. De plus, en raison de la structure interne choisie, la course de la platine porteoutil est réduite, compte tenu de la taille du dispositif dans son ensemble. La masse que le dispositif est capable d'équilibrer -est également relativement faible compte tenu de la taille du dispositif, ce qui rend l'ensemble (dispositif d'équilibrage et outil) trop encombrant pour certaines applications, notamment pour l'usinage intérieur de pièces. Enfin, les nombreux paliers nécessaires à l'intérieur du dispositif sont sujets à l'usure, et le jeu qui en découle compromet la précision du dispositif.Thus, the movement of the tool-holder plate is not a rectilinear or linear movement, but a movement in an arc. In addition, due to the internal structure chosen, the stroke of the tool holder plate is reduced, taking into account the size of the device as a whole. The mass that the device is capable of balancing is also relatively small, given the size of the device, which makes the assembly (balancing device and tool) too bulky for certain applications, in particular for the internal machining of rooms. Finally, the many bearings required inside the device are subject to wear, and the resulting play compromises the accuracy of the device.

La présente invention vise un dispositif pour appliquer un outil avec une force prédéterminée contre une pièce à usiner, quelle que soit l'orientation de l'outil dans l'espace, dispositif qui se distingue de ce dispositif connu par une course linéaire ou rectiligne de la platine porte-outil, par une structure plus simple, une plus grande compacité, et par une usure réduite, d'où une meilleure précision. The present invention relates to a device for applying a tool with a predetermined force against a workpiece, regardless of the orientation of the tool in space, a device which differs from this known device by a linear or rectilinear stroke of the tool holder plate, by a simpler structure, greater compactness, and by reduced wear, hence better precision.

L'invention a donc pour objet un dispositif pour appliquer un outil avec une force prédéterminée contre une pièce à usiner, quelle que soit l'orientation de l'outil dans l'espace. Ce dispositif comprend un support et une platine porte-outil montée sur le support de façon mobile en va-et-vient au moins suivant un axe géométrique. Le dispositif comprend, en outre, un système d'équilibrage de la masse de l'outil, comprenant un contre-poids et des moyens de transmission entre le contre-poids et la platine. Ces moyens de transmission comprennent au moins un levier à deux bras monté sur le support de manière à pouvoir pivoter dans un plan contenant ledit axe géométrique.Le contre-poids est monté sur un premier des bras du levier et le second bras du levier est couplé avec la platine de manière à pouvoir pivoter par rapport à cette dernière autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe géométrique de mobilité en va-etvient de la platine. Le dispositif comprend, par ailleurs, au moins un actionneur pour exercer sur la platine sélectivement une force prédéterminée suivant ledit axe géométrique de mobilité en va-et-vient de la platine. Suivant l'invention, la platine est constituée par un chariot monté sur le support par des glissières rectilignes permettant à la platine uniquement un mouvement de coulissement linéaire en vaet-vient dans un plan contenant ledit axe géométrique. Le contre-poids est fixé rigidement sur un premier bras du levier.Le second bras du levier est relié à la platine à la fois avec possibilité de pivotement autour d'un axe d'articulation perpendiculaire à cet axe géométrique et avec mobilité en translation perpendiculairement audit axe d'articulation. The invention therefore relates to a device for applying a tool with a predetermined force against a workpiece, regardless of the orientation of the tool in space. This device comprises a support and a tool holder plate mounted on the support movably back and forth at least along a geometric axis. The device further comprises a system for balancing the mass of the tool, comprising a counterweight and means of transmission between the counterweight and the plate. These transmission means comprise at least one lever with two arms mounted on the support so as to be able to pivot in a plane containing said geometric axis. The counterweight is mounted on a first arm of the lever and the second arm of the lever is coupled. with the plate so as to be able to pivot with respect to the latter about a pivot axis perpendicular to the geometric axis of mobility back and forth from the plate. The device also comprises at least one actuator for exerting on the plate selectively a predetermined force along said geometrical axis of movement back and forth of the plate. According to the invention, the plate is constituted by a carriage mounted on the support by rectilinear slides allowing the plate only a linear sliding movement back and forth in a plane containing said geometric axis. The counterweight is rigidly fixed on a first arm of the lever. The second arm of the lever is connected to the plate both with the possibility of pivoting about an articulation axis perpendicular to this geometric axis and with translational mobility perpendicularly. said axis of articulation.

Ainsi, le mouvement de pivotement du levier portant le contrepoids est transformé par un mécanisme très simple en un mouvement rigoureusement linéaire de la platine, l'ensemble du dispositif ne comportant que deux axes de pivotement ou d'articulation, l'un entre le levier portant le contre-poids et le support, l'autre entre ledit levier et la platine. Thus, the pivoting movement of the lever carrying the counterweight is transformed by a very simple mechanism into a strictly linear movement of the plate, the whole device comprising only two pivoting or articulation axes, one between the lever carrying the counterweight and the support, the other between said lever and the plate.

Pour augmenter encore la précision du dispositif, réduire les risques d'usure, donc de jeu, et diminuer les frottements, il est avantageux que les guides rectilignes de la platine soient constitués par des guides à roulement, par exemple des glissières à billes ou à rouleaux. To further increase the precision of the device, reduce the risk of wear, and therefore play, and reduce friction, it is advantageous for the straight guides of the plate to be formed by rolling guides, for example ball or sliding guides. rollers.

Pour simplifier le montage du dispositif, le levier à deux bras peut être avantageusement monté par rotule sur le support et être couplé par rotule avec le chariot. To simplify the mounting of the device, the two-arm lever can advantageously be mounted by ball joint on the support and be coupled by ball joint with the carriage.

En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ciaprès plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif conforme à l'invention; sur les dessins:
la figure 1 est une coupe du dispositif suivant l'axe de pivotement du contre-poids, ce dernier se trouvant dans la position correspondant à la position médiane de la platine porte-outil;
la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1, le contrepoids se trouvant dans la position correspondant à l'une des positions extrêmes de la platine porte-outil;
la figure 3 est une coupe suivant E-III de la figure 1, le contrepoids se trouvant dans la même position que suivant la figure 2;
la figure 4 est une coupe suivant IV-IV de la figure 1, le contrepoids se trouvant dans la même position que sur la figure 2.Referring to the appended diagrammatic drawings, an illustrative and nonlimiting embodiment of a device according to the invention will be described below in more detail; on the drawings:
Figure 1 is a section of the device along the pivot axis of the counterweight, the latter being in the position corresponding to the middle position of the tool holder plate;
Figure 2 is a section along II-II of Figure 1, the counterweight being in the position corresponding to one of the extreme positions of the tool holder plate;
Figure 3 is a section along E-III of Figure 1, the counterweight being in the same position as in Figure 2;
FIG. 4 is a section on IV-IV of FIG. 1, the counterweight being in the same position as in FIG. 2.

Le dispositif illustré par les dessins est un dispositif intercalé par exemple entre un bras de robot et un outil destiné à usiner une pièce fixe, notamment un outil d'ébavurage et/ou de finition du type comprenant une brosse rotative ou disque abrasif souple, par exemple un disque en fil abrasif de matière plastique du type non-tissé. The device illustrated in the drawings is a device interposed for example between a robot arm and a tool intended to machine a fixed part, in particular a deburring and / or finishing tool of the type comprising a rotary brush or flexible abrasive disc, by example a disc made of abrasive plastic wire of the nonwoven type.

Le dispositif comprend un carter 1 constitué par exemple par un tube carré ou rectangulaire fermé à une extrémité par une plaque 2 servant d'interface avec le robot et comportant des moyens non représentés pour sa fixation au robot. The device comprises a casing 1 constituted for example by a square or rectangular tube closed at one end by a plate 2 serving as an interface with the robot and comprising means not shown for its attachment to the robot.

A l'intérieur du carter 1 est fixé un support 3 sur lequel une platine 4 est montée à l'autre extrémité du carter 1, par deux glissières à billes 5, de manière à pouvoir coulisser dans un plan parallèle à ladite extrémité du carter 1. Il est à noter que la platine 4 comporte une partie centrale 6 surélevée, dépassant légèrement un couvercle 7 rapporté sur ladite extrémité du carter 1, par-dessus la platine 4, et présentant un ajour 8 pour le passage de la partie surélevée 6 qui sert d'interface avec l'outil et comporte des moyens non représentés pour le montage de ce dernier. Cet outil non représenté peut par exemple comprendre un moteur électrique, une broche et l'outil proprement dit (brosse circulaire ou disque abrasif). Inside the casing 1 is fixed a support 3 on which a plate 4 is mounted at the other end of the casing 1, by two ball slides 5, so as to be able to slide in a plane parallel to said end of the casing 1 It should be noted that the plate 4 has a raised central part 6, slightly protruding from a cover 7 attached to said end of the casing 1, above the plate 4, and having an opening 8 for the passage of the raised part 6 which serves as an interface with the tool and includes means, not shown, for mounting the latter. This tool, not shown, may for example comprise an electric motor, a spindle and the tool itself (circular brush or abrasive disc).

Sur les figures 2, 3 et 4, on a indiqué par une flèche 9 le mouvement linéaire de va-et-vient que la platine 4 peut effectuer dans les glissières 5, mouvement qui est perpendiculaire au plan de dessin de la figure 1. In FIGS. 2, 3 and 4, an arrow 9 indicates the linear back-and-forth movement that the plate 4 can perform in the slides 5, a movement which is perpendicular to the drawing plane of FIG. 1.

Un levier 10 est monté pivotant autour d'un axe dans un évidement 12 du support 3. Ledit axe de pivotement est défini par un bout d'axe femelle 13 comportant un trou borgne 14 et par un bout d'axe mâle 15 comportant un prolongement 16 emboîté dans le trou borgne 14, les deux bouts d'axe 13 et 15 étant engagés en sens contraire dans un trou de passage du support 3 et serrés l'un contre l'autre par des vis 17 et 18. A lever 10 is pivotally mounted around an axis in a recess 12 in the support 3. Said pivot axis is defined by a female axis end 13 comprising a blind hole 14 and by a male axis end 15 comprising an extension 16 fitted into the blind hole 14, the two axis ends 13 and 15 being engaged in opposite directions in a passage hole of the support 3 and tightened against one another by screws 17 and 18.

n est a noter que les deux bouts d'axe 13 et 15 bloquent entre eux une rotule 19 sur laquelle est monté un coussinet sphérique 20 bloqué dans le levier 10 à l'aide d'une rondelle 21 et de vis 22. It should be noted that the two ends of the axis 13 and 15 block between them a ball joint 19 on which is mounted a ball bearing 20 blocked in the lever 10 by means of a washer 21 and screws 22.

Le levier 10 comprend un corps 23 traversé par ledit axe de pivotement, avec un bras 24 s'étendant en direction de la plaque de fermeture 2, le bras 24 portant, au voisinage de son extrémité libre, un axe transversal 25 sur lequel est disposé un contre-poids 26 constitué par deux paquets de rondelles engagés de part et d'autre du bras 24 sur l'axe 25. The lever 10 comprises a body 23 crossed by said pivot axis, with an arm 24 extending in the direction of the closure plate 2, the arm 24 carrying, in the vicinity of its free end, a transverse axis 25 on which is disposed a counterweight 26 consisting of two packets of washers engaged on either side of the arm 24 on the axis 25.

A l'opposé du bras 24, le corps 23 comporte un trou 27 aligné avec le bras 24, dans lequel est bloquée une tige cylindrique 28 recevant à son extrémité libre une rotule 29 montée coulissante sur la tige 28. La rotule 29 est montée dans un coussinet sphérique 30 fixé à l'aide d'une monture 31 et de vis 32 à la face inférieure de la platine 4. Opposite the arm 24, the body 23 has a hole 27 aligned with the arm 24, in which is blocked a cylindrical rod 28 receiving at its free end a ball joint 29 slidably mounted on the rod 28. The ball joint 29 is mounted in a spherical bearing 30 fixed with a mount 31 and screws 32 to the underside of the plate 4.

Comme le montrent les figures 1, 3 et 4, deux vérins pneumatiques 33, 34 sont par ailleurs prévus entre le support 3 et la platine 4 de manière à pouvoir agir en opposition sur la platine 4 suivant la direction de coulissement 9 de cette dernière. Chaque vérin 33, 34 est fixé dans le support 3 par son cylindre 35, 36 pourvu d'un raccord 37, 38 pour son alimentation en air, la tige de piston 39, 40 étant fixée par une chape 41, 42 à une extrémité de la platine 4. As shown in Figures 1, 3 and 4, two pneumatic cylinders 33, 34 are also provided between the support 3 and the plate 4 so as to be able to act in opposition on the plate 4 in the sliding direction 9 of the latter. Each cylinder 33, 34 is fixed in the support 3 by its cylinder 35, 36 provided with a connector 37, 38 for its air supply, the piston rod 39, 40 being fixed by a yoke 41, 42 at one end of plate 4.

On reconnaît sur les figures 3 et 4 que dans la position représentée de la platine 4, la tige de piston 39 du vérin 33 est sortie, c'est-à-dire que le cylindre 35 de ce vérin 33 est alimenté en air comprimé par son raccord 37, tandis que dans cette même position, la tige de piston 40 du vérin 34 est rentrée, c'est-à-dire que le cylindre 36 de ce vérin 34 n'est pas alimenté. It is recognized in FIGS. 3 and 4 that in the position shown of the plate 4, the piston rod 39 of the jack 33 is out, that is to say that the cylinder 35 of this jack 33 is supplied with compressed air by its connector 37, while in this same position, the piston rod 40 of the cylinder 34 is retracted, that is to say that the cylinder 36 of this cylinder 34 is not supplied.

Le dispositif conforme à l'invention dont un exemple illustratif et non limitatif a été décrit ci-dessus et représenté schématiquement sur les dessins annexés fonctionne suivant le même principe que les dispositifs connus. Après avoir sélectionné et mis en place sur l'axe 25 du levier 10 le contre-poids 26 en fonction de la masse de l'outil devant être fixé sur la platine 4, le contre-poids 26 équilibre la masse de l'outil dans toutes les positions autres que celles dans lesquelles la masse de l'outil n'a pas d'influence, à savoir d'une part les positions dans lesquelles la platine 4 est située dans un plan horizontal et d'autre part les positions dans lesquelles l'axe de pivotement 13, 15 du contre-poids 26 est vertical.Ainsi, quelle que soit la position dans l'espace de l'outil porté par le dispositif, la force d'application de cet outil contre une pièce est déterminée uniquement par la force exercée par l'un ou l'autre des deux vérins 33, 34, cela même en cas d'usure de l'outil et même en cas d'un positionnement relativement imprécis de l'outil par rapport à la pièce, dû par exemple à une programmation peu précise du robot commandant le déplacement de l'outil.Ce maintien d'une force d'application constante est conditionné par les frottements réduits intervenant, lors du déplacement de la platine 4, à l'endroit des moyens de guidage de la platine 4 (glissières à roulement 5), de l'articulation du contre-poids 26 (palier à rotule 19, 20), de la liaison contre-poids 26 - platine 4 (tige 28 et palier à rotule 29, 30), ainsi que des moyens de commande de déplacement de la platine 4 (vérins pneumatiques 33 et 34 à faible frottement). The device according to the invention, an illustrative and nonlimiting example of which has been described above and shown diagrammatically in the appended drawings operates according to the same principle as the known devices. After having selected and put in place on the axis 25 of the lever 10 the counterweight 26 according to the mass of the tool to be fixed on the plate 4, the counterweight 26 balances the mass of the tool in all positions other than those in which the mass of the tool has no influence, namely on the one hand the positions in which the plate 4 is situated in a horizontal plane and on the other hand the positions in which the pivot axis 13, 15 of the counterweight 26 is vertical. Thus, whatever the position in space of the tool carried by the device, the force of application of this tool against a workpiece is determined only by the force exerted by one or the other of the two jacks 33, 34, this even in the event of wear of the tool and even in the event of a relatively imprecise positioning of the tool relative to the part, for example due to imprecise programming of the robot controlling the movement of the tool. constant application force is conditioned by the reduced friction occurring, during the movement of the plate 4, at the location of the means for guiding the plate 4 (rolling slides 5), of the articulation of the counterweight 26 ( spherical bearing 19, 20), of the counterweight connection 26 - plate 4 (rod 28 and spherical bearing 29, 30), as well as means for controlling movement of the plate 4 (pneumatic cylinders 33 and 34 at low friction).

Bien entendu, il serait possible, dans le cadre de l'invention, d'apporter au dispositif tel que décrit et représenté des modifications et variantes concernant par exemple le montage pivotant du contrepoids et la liaison contre-poids - platine, les moyens à glissement prévus pouvant être replacés par des moyens équivalents à roulement. Of course, it would be possible, within the framework of the invention, to make modifications and variants to the device as described and shown, for example concerning the pivoting mounting of the counterweight and the counterweight - plate connection, the sliding means provided that can be replaced by equivalent rolling means.

Pour réduire encore le frottement entre la tige 28 et la rotule 29, il serait possible de monter une douille à billes entre ces deux éléments. To further reduce the friction between the rod 28 and the ball joint 29, it would be possible to mount a ball bushing between these two elements.

Enfin, afin d'empêcher avec certitude toute pénétration de corps étranger et notamment de particules provenant de l'usinage à l'intérieur du dispositif, il serait possible de pressuriser ce dernier, c'est-à-dire de prévoir une fuite d'air comprimé à l'intérieur du carter 1, 2, 7, produisant un échappement d'air à travers les fentes entre l'ajour 8 du couvercle 7 et la platine 4, pendant le fonctionnement. Finally, in order to prevent with certainty any penetration of foreign bodies and in particular of particles originating from machining inside the device, it would be possible to pressurize the latter, that is to say to provide a leak of compressed air inside the casing 1, 2, 7, producing an air exhaust through the slots between the opening 8 of the cover 7 and the plate 4, during operation.

Claims

1. Device for applying a tool with a predetermined force against a workpiece, whatever the orientation of the tool in space, comprising a support and a tool holder plate mounted on the support in a movable manner in and back at least along a geometric axis, a system for balancing the mass of the tool, comprising a counterweight and transmission means between the counterweight and the plate, these transmission means comprising at least a lever with two arms mounted on the support so as to be able to pivot in a plane containing said geometric axis, the counterweight being mounted on a first of the arms of the lever and the second arm of the lever being coupled with the plate so as to be able pivot relative to the latter about a pivot axis perpendicular to the geometric axis of reciprocating mobility of the plate, and at least one actuator for selectively exerting on the plate a predeter force mined along said geometric axis of back-and-forth mobility of the plate, characterized in that the plate (4) is constituted by a carriage mounted on the support (3) by rectilinear slides (5) allowing the plate only a linear sliding movement back and forth in a plane containing said geometric axis, that the counterweight (26) is rigidly fixed on the first arm (24) of the lever, and that the second arm (28) of the lever is connected to the plate (4) both with the possibility of pivoting about an axis of articulation perpendicular to said geometric axis and with mobility in translation perpendicular to said axis of articulation.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rectilinear slides (5) of the plate are constituted by rolling slides, for example ball or roller slides.

3. Device according to claim I or 2, characterized in that the lever (10) with two arms is mounted by ball joint on the support (3) and is coupled by ball joint with the plate (4).

4. Device according to claim 3, characterized in that the second arm (28) of the lever (10) consists of a cylindrical rod, one end of which is locked in a hole (27) in the lever (10) and the the other end is slidably mounted - in a ball joint (29) mounted in a spherical cup (30) fixed to the plate (4).

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is pressurized by virtue of the provision of a compressed air leak inside the casing (1, 2, 7), producing an exhaust air through the slots (8) between the plate (4) and the housing.