Brevet FR2500349A1 — publié le 19820827

La présente invention concerne les machines d'usinage par faisceau laser, destinées au traitement de pièces en feuilles, par exemple de métaux en feuilles, par divers procédés tels que la découpe et le perçage, à l'aide de faisceaux provenant de générateurs laser. On sait qu'on utilise beaucoup des faisceaux laser dans certaines industries dans l'usinage de diverses matières et notamment dans le domaine de l'usinage des métaux afin que les pièces en feuilles ou analogues, par exemple des tôles métalliques, puissent être découpées et percées. Une machine d'usinage de pièces en feuilles par faisceau laser comporte de façon générale un ensemble formant une tête d'usinage qui comporte un miroir et une lentille ou un ob- jectif destiné à focaliser le faisceau laser et à le trans- mettre d'un générateur à une pièce à usiner, et une table de travail sur laquelle la pièce est disposée horizontale- ment et est déplacée afin qu'elle puisse être usinée. Au cours de l'usinage par faisceau laser, le faisceau formé par le générateur est focalisé et appliqué à la pièce par la tête d'usinage en présence d'un gaz auxiliaire présen- tant une réaction exothermique, par exemple de l'oxygène gazeux 2' afin que la pièce fonde. Le gaz auxiliaire améliore l'effet d'usinage du faisceau laser et retire les laitiers et les crasses ou débris fondus de la matière usinée, et il protège aussi la face de la lentille ou de l'objectif contre les métaux ou matières qui peuvent être projetés vers lui. En outre, la machine d'usinage par faisceau laser a avantageusement un dispositif d'aspiration, par exemple une pompe à vide, destiné à aspirer les laitiers et les crasses ou débris vers le bas, lorsqu'ils se forment ou lorsqu'ils sont fondus, à distance de la pièce usinée. L'un des avantages connus des machines d'usinage par faisceau laser est que les pièces à traiter risquent d'être rayées et abimées lorsqu'elles sont déplacées horizon- talement sur la table de travail, vers la position d'usinage ou à partir de cette position, juste au-dessous de la tête d'usinage. Bien que les pièces à traiter soient inévitable- ment plus ou moins abimées en général dans toutes les machi- nes, lorsqu'elles sont déplacées sur les tables de travail, elles risquent d'être très abimées par la table de travail lors d'un usinage par laser pour plusieurs raisons. Dans un tel usinage, les pièces sont très abimées par la table de travail dès l'origine puisqu'elles sont appuyées contre la table de travail par le gaz auxiliaire qui est soufflé sur la pièce pendant l'usinage, et elles sont très abimées puisqu'elles sont tirées sur la table de travail par le dispositif d'aspiration, par exemple une pompe à vide desti- née à entraîner les laitiers et les crasses ou débris. En outre, les pièces à usiner par faisceau laser sont très abimées par les laitiers et les crasses ou débris formés ou fondus sur la pièce et qui peuvent venir sur la table et coller à celle-ci. Ainsi, les machines d'usinage par faisceau laser présentent le grand inconvénient d'abîmer les pièces et d'altérer leur aspect, en dépit du fait que le faisceau laser est utilisé en général pour la formation de découpes précises et fines. Un autre inconvénient connu des machines d'usinage par faisceau laser est que les crasses ou débris formés par la pièce traitée peuvent s'infiltrer et s'étaler à la face inférieure de la pièce, à partir du trait de coupe formé par le faisceau laser, et rayent et abîment la table de travail lorsque la pièce est déplacée sur elle. Ainsi, il faut noter à cet égard que la pièce non seulement abime la table de travail, mais aussi ne peut pas être déplacée librement et régulièrement sur cette table étant donné le frottement entre la pièce et la table. L'invention concerne une nouvelle machine d'usinage par faisceau laser ayant un dispositif destiné à faire flotter une pièce afin que celle-ci flotte pendant une opération d'usinage. Elle concerne aussi une machine d'usinage par faisceau laser qui n'abime ou ne raye pas une pièce à traiter pendant l'opération d'usinage. Elle concerne aussi une telle machine d'usinage qui n'est pas abîmée par une pièce en cours d'usinage. Elle concerne aussi une telle machine d'usinage dans laquelle une pièce à traiter peut être déplacée libre- ment et sans à-coup, avec une faible force. Plus précisément, la machine selon l'invention d'usinage par faisceau laser comporte, dans la zone d'usinage, un dispositif de transmission d'air qui maintient la pièce afin qu'elle flotte pendant une opération d'usinage. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une élévation latérale d'une machine d'usinage par faisceau laser selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan de la machine d'usinage par faisceau laser représentée sur la figure 1; la figure 3 est une coupe verticale détaillée très agrandie représentant une partie avant de la machine d'usinage par faisceau laser des figures 1 et 2; et la figure 4 est une vue de dessous suivant les flèches IV de la figure 3. Les figures 1 et 2 représentent une machine d'usi- nage par faisceau laser qui porte la référence générale 1 et qui est raccordée à un générateur 3 de faisceau laser, par exemple à CO2 (anhydride carbonique gazeux). Ce généra- teur 3 peut être d'un type disponible dans le commerce, et il est disposé de manière qu'il forme le faisceau laser LB et le transmette à la machine 1 d'usinage comme indi- qué par la flèche sur la figure 1. La machine d'usinage 1 comporte une base 5, une colonne 7 formée ou fixée verticalement à une première ex- trémité de la base 5, et une poutre 9 qui est suspen- due et supportée horizontalement au-dessus de la base 5 par la colonne 7, en porte-à-faux. La base 5 comporte, à sa partie supérieure, une table fixe 11 ayant un certain nombre de billes 13 de glissement sur lesquelles une pièce W, par exemple une feuille métallique, est disposée horizon- talement en vue de son usinage. La poutre supérieure 9 comporte, à son extrémité avant, un ensemble 15 constituant une tête d'usinage qui comporte un ensemble 17 comprenant un miroir et une lentille 19 de focalisation. L'ensemble 17 est des- tiné à réfléchir le faisceau laser LB provenant du généra- teur 3 vers la pièce W, à travers la lentille 19, et deux miroirs supplémentaires 21 et 23 sont destinés à transmettre le faisceau laser LB provenant du générateur 3 au miroir 17, dans un mode de réalisation avantageux. Ainsi, la machine d'usinage par faisceau laser, ayant la construction précitée, est disposée de manière qu'elle reçoive le faisceau laser LB du générateur 3 et le transmette à la pièce W par l'in- termédiaire de la tête 15 de traitement comme indiqué par la flèche, lors de l'usinage de la pièce W. La machine 1 d'usinage comporte, pour l'avance et la mise en position de la pièce W à usiner, un premier chariot 25 mobile horizontalement et un second chariot 27 qui peut coulisser sur le premier chariot 25 et qui porte plusieurs dispositifs 29 de serrage de la pièce W. Le pre- mier chariot 25 peut coulisser sur deux rails 31 qui sont fixés à la partie supérieure de la table fixe 11, parallèle- ment l'un à l'autre afin que ce chariot puisse être rappro- ché ou éloigné de la zone de traitement, juste au-dessous de la tête 15 d'usinage, lorsqu'il est entraîné par un moteur. Le second chariot 27 qui porte les dispositifs 29 de serrage est monté sur le premier chariot 25 afin qu'il puisse se déplacer horizontalement sous la commande d'un moteur, en direction perpendiculaire aux rails 31. Les dispositifs 29 de serrage sont fixés de façon amovible et réglables sur le second chariot 27 afin qu'ils permettent un réglage suivant la largeur de la pièce W à usiner. En outre, deux tables mobiles 33 et 35 ayant un certain nombre de billes 13 permettant un glissement peuvent être fixées au premier chariot 25 afin qu'elles puissent être déplacées avec la pièce W par le premier chariot 25 et qu'elles maintiennent les extrémités qui dépassent de la pièce W. De plus, une butée rétractable 37 est montée sur un bras 39 fixé horizon- talement à une partie de la machine 1 d'usinage afin que la pièce W puisse être positionnée initialement sur la table fixe 11. Ainsi, la pièce W peut être initialement position- née sur la table fixe 11 lorsqu'elle est serrée, son extré- mité étant maintenue au contact de la butée 37 par les dis- positifs de serrage 29 qui ont été placés par le premier chariot 25 à l'emplacement d'origine, près de la colonne 7. Dans l'arrangement décrit précédemment, la pièce W peut être découpée et percée par le faisceau laser LB lorsqu'elle se trouve juste au-dessous de la tête 15 d'usinage, sur la table fixe 11, sous la commande du premier et du second chariot 25 et 27. Evidemment, le faisceau laser LB qui est créé par le générateur 3, parvient à la tête 15 et est dirigé vers le bas par le miroir 17 comme indiqué par la flèche, si bien qu'il est appliqué à la pièce W par la lentille 19 en présence d'un gaz auxiliaire tel que de l'oxygène gazeux. Les hommes du métier peuvent facile- ment noter que le premier et le second chariot 25 et 27 peuvent être déplacés automatiquement et de façon continue par une commande numérique qui est programmée. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4; la tête 15 de traitement a, à son extrémité inférieure, un trou vertical 41 dans lequel est introduite de façon amovible une buse 43, si bien que le faisceau laser LB peut être transmis verticalement vers le bas par la buse jusqu'à la pièce W à usiner, avec le gaz auxiliaire. De plus, la tête de traitement a, à son extrémité inférieure, une partie annulaire 45 en forme de bride, dépassant vers le bas au- dessus de la buse 43, sous forme d'une sorte de coupelle retournée afin qu'elle délimite une cavité circulaire 47 et entoure la buse 43. La partie annulaire 45 de l'extrémité inférieure de la tête 15 d'usinage a un passage annulaire 49 d'air qui a un trou 51 d'entrée d'air et qui est relié à une source d'air par le trou 51 afin que de l'air puisse pénétrer dans un but décrit dans la suite. En outre, la partie annulaire 2500S3 49 a, à son extrémité inférieure, plusieurs chambres 53 destinées à contenir de l'air et débouchant vers l'exté- rieur, ces chambres étant disposées en cercle et étant sé- parées les unes des autres par des cloisons 55, comme in- diqué sur la figure 4. Chacune des chambres 53 est reliée au passage annulaire 49 par un passage 57 afin que l'air parvenant au passage 49 par le trou 51, en provenance de la source d'air, puisse pénétrer dans les chambres. 53. Il faut noter à cet égard que chaque passage 57 est réalisé de manière que son diamètre soit aussi petit que possible par rapport à la section horizontale de chaque chambre 53 si bien que l'air peut se répartir dans tout le passage 49 et peut donner la même pression dans toutes les chambres 53. De plus, la cavité circulaire 47 a un passage 59 qui débouche vers l'extérieur si bien que l'air qui y pénètre peut être évacué à l'atmosphère sans empêcher la sortie du gaz auxiliaire de la buse 43. Dans l'arrangement décrit précédemment, lorsque l'air est transmis au passage annulaire 49 par l'intermédiaire du trou 51, la pièce W à usiner est maintenue en butée par l'air et ne peut pas remonter au contact de l'extrémité inférieure de la tête 15 d'usinage, et elle ne peut donc pas abimer cette tête 15 lors du déplacement sur la table fixe 11. En outre, il faut noter que l'air quittant les chambres 53 repousse la pièce W vers le bas même lorsque celle-ci ne se trouve qu'en partie au-dessous de la tête , certaines des chambres 53 débouchant à l'atmosphère, puisque les passages 57 ont un diamètre aussi petit que possible permettant à l'air de garder sa pression dans le passage annulaire 49. Comme l'indique la figure 3, un organe annulaire 61 ayant un trou 63 est monté horizontalement juste au- dessous de la tête de traitement 15 dans la table 11 de manière que le trou 63 soit aligné verticalement sur la buse 43. La disposition est telle que la face supérieure de l'organe annulaire 61 se trouve pratiquement au niveau de la face supérieure de la table 11 si bien que la pièce W peut y être déplacée horizontalement sur elle. En outre, l'organe annulaire 61 a, à sa face inférieure, une tuyauterie disposée verticalement dans l'alignement du trou 63 afin que les laitiers et les crasses ou débris formés ou fondus provenant de la pièce W usinée puissent y tomber. La tuyauterie peut être reliée à une pompe à vide afin que les laitiers et les crasses ou débris soient aspirés avec le gaz auxiliai- re qui est projeté par la buse 43 de la tête 15. Dans cet arrangement, lorsque le faisceau laser LB est transmis avec le gaz auxiliaire par la buse 43 sur la pièce W placée sur la table 11 et l'organe annulaire 61, la pièce W est coupée ou percée par le faisceau laser LB et les laitiers et les crasses ou débris formés par la pièce W tombent ou sont aspirés dans la tuyauterie 65 par le trou 63 de l'organe 61. L'organe annulaire 61 a un passage annulaire 67 de circulation d'air relié à une source d'air par un trou 69, d'une manière plus ou moins analogue à la connexion de la partie annulaire 45 de la tête -15. En outre, l'organe annulaire 61 a, à sa face supérieure, plusieurs chambres 71 qui débouchent vers le haut, en cercle, comme les cham- bres 53 de la partie annulaire 45 de la tête 15. Chacune des chambres 71 est reliée au passage annulaire 67 par un passage 73 qui est réalisé avec un diamètre aussi faible que possible par rapport à la section horizontale de chaque chambre 71. Dans l'arrangement précité, lorsque l'air est transmis au passage 67 par le trou 69, la pièce W à usiner est soulevée par l'air et n'est plus au contact de l'organe annulaire 61 et de la table 11, et elle ne peut donc pas les abimer lorsqu'elle se déplace en cours de l'usinage. De plus, la pièce W peut être maintenue soulevée par l'air même lorsqu'elle est disposée en partie seulement sous la tête 15, une partie des chambres 71 débouchant à l'atmosphère, puisque les passages 73 ont un diamètre aussi faible que possible permettant à l'air de rester à une pression élevée dans le passage 67. La pièce W à usiner, comme indiqué précédemment, est maintenue par flottaison sur l'air hors du contact de la machine 1 d'usinage lorsqu'elle se déplace sur la table fixe 11. Ainsi, la pièce W ne peut pas être rayée ou abimée par des parties de la machine d'usinage 1 et les laitiers et les crasses ou débris se trouvant sur la table 11, et elle ne peut pas abimer des parties de la machine lorsqu'elle se déplace sur la table 11 pendant l'usinage. En outre, la pièce W peut être déplacée librement et sans à-coup sur la table 11 avec une faible force, que des laitiers et traces ou débris se trouvent sur la table 11 ou non et que les crasses ou débris collent'à la face inférieure de la pièce W ou non. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mach.ine d'usinage par faisceau laser, comprenant une table (11) de support d'une pièce à usiner et une tête d'usinage (15) ayant une buse (43) destinée à transmettre le faisceau laser à la pièce avec un gaz auxiliaire, ladite machine étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispo- sitif (61) destinée à souffler de l'air afin que la pièce flotte. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête d'usinage (15) comporte, à son extrémité inférieure, un dispositif (45) destiné à souffler de l'air afin que la pièce ne puisse pas venir au contact de la tête d'usinage (15). 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les dispositifs (61, 45) de soufflage d'air comprennent plusieurs chambres (71, 53).