Brevet FR2556262A1 — publié le 19850614

La présente invention concerne un centre de façonnage de matériaux en feuilles à commande numérique. Le domaine technique, relatif à cette invention, est celui du travail des matériaux en feuilles par formage mécanique. Les matériaux travaillés sont principalement les métaux; mais il est possible également de travailler avec les mêmes techniques les matières plastiques, les élas- tomères, le bois, le papier. Le façonnage des matériaux en feuilles fait appel à un certain nombre de technologies dont la particularité de chacune d'elles peut-être liée, soit à la forme que l'on désire obtenir, soit au type d'outil que l'on emploie pour obtenir cette forme. Les opérations destinées à exécuter les formes extérieures d'une pièce dans un matériau en feuille peuvent se faire sur une presse mécanique ou hydraulique avec un outil de découpe, sur une poinçonneuse-grignoteuse à commande numérique, sur une machine à découper par électro-érosion à fil à commande numérique, sur une machine à découper au laser à commande numérique. Les opérations destinées à éxécuter les formes intérieures d'une pièce dans un matériau en feuille peuvent se faire sur les mêmes machines que celles utilisées pour les formes extérieures. Les opérations destinées à exécuter les formes complexes disposées dans plusieurs plans à partir d'un matériau plat peuvent se faire sur une presse mécanique ou hydraulique avec un outil de pliage, de cambrage ou d'em- boutissage, sur une presse plieuse avec ou sans commande numérique. L'énumération de ces différentes technologies permet de faire un autre classement. Ce sont, d'une part, les machines, utilisées pour la fa- brication des pièces de grande série, principalement les presses méncaniques et hydrauliques. Elles assurent de grandes cadences de production mais leur outillage est très spécifique. D'autre part, ce sont les machines utilisées pour la fabrication des pièces prototypes, en petite série ou en moyenne série. Elles n'assurent pas une cadence de production élevée mais elles ont l'avantage d'une grande souplesse d'utilisation grâce à l'emploi d'outillage standard et de la commande numérique. Ce sont les plieuses et les poinçon- neuses-grignoteuses à commande numérique. Afin de rendre plus performantes encore la capacité et la souplesse de ces dernières machines, les constructeurs ont pensé y associer d'autres technologies. C'est ainsi que l'on voit maintenant sur le marché des poinçon- neuses-grignoteuses à commande numérique équipées d'une tête de découpe au laser. Cependant, cette technologie ayant été rajoutée à une structure de base existante, elle présente l'inconvénient de créer au niveau de la machine deux zones de travail, l'une pour le poinçonnage, l'autre pour la découpe au laser, ce qui induit un déplacement et une reprise du point de référence des pièces ainsi qu'un mauvais coefficient d'utilisation de la surface de la table à coordonnées numériques. Pour résumer la technique actuelle, les machines destinées aux fabrications de grande série réussissent à associer les technologies nécessaires à toutes les opérations de base, les machines destinées aux fabrications de petites séries n'ont pas encore réussi cette association. Il manque donc à l'industrie une machine capable de réaliser des opérations de découpage, de poinçonnage, de pliage, d'emboutissage en bénéficiant de la souplesse et des performances qu'offre l'utilisation d'outils standards et la commande numérique. Le centre de façonnage de matériaux en feuilles à commande numé- rique, selon l'invention, permet de répondre à ce problème. Il se présente sous la forme générale d'une presse hydraulique à arcade à laquelle on associe un système de commande numérique 3 axes, une tête de découpe au laser, un système de changement rapide d'outillage avec un magasin d'outils. La figure 1 représente, vue de face, le centre de façonnage, selon l'invention. La figure 2 le représente vue de dessus. La figure 3 le représente vue de profil. Le centre de façonnage se compose d'un bâti à arcade ( sur lequel est fixée une table Q. Un vérin hydraulique Q actionne un cou- lisseau (). Deux unités de translation à commande numérique Qf suspendues au support Q actionnent les butées x et y Q. Un résonnateur Q produit le rayon laser qui est véhiculé dans le tube de protection Q jusqu'à la tête de coupe en bout du coulisseau. La tête de coupe 6 est stockée dans le montant droit de la presse lorsqu'elle ne travaille pas. Un vérin Q assure sa mise en place sur le coulisseau ou son retrait en la faisant glisser sur les rails Les différents outils de la presse sont stockés dans un magasin 63 Un vérin a assure leur mise en place, sur le coulisseau et la table, ou leur retrait en les faisant glisser sur les rails. Ces rails assurent la liaison entre le magasin d'outil et la table et le coulisseau en passant dans le vide intérieur des montants. La figure 4 représente la fenêtre de travail du centre de façon- nage. Dans le bâti à arcade Q est fixée une table Q. Au dessus de celle-ci est fixée une fausse table 6 dont la surface supérieure cor- respond au plan de référence horizontal de la machine. Elle sert de support de pièce dans ce plan de référence. 2556262; La figure 5 représente, vue de dessus, la table et les rails de guidage des outils. La table comporte un évidement OI pour l'évacuation des déchets de découpe, et une rainure rectangulaire permettant, de part et d'autre du centre de conduire les outils dans l'axe du coulisseau o ils sont verrouillés par un système de blocage 6. Ces outils glissent de la rainure de la table dans les rails pour rejoindre le magasin d'outils ou dans les rails Q pour le stockage de la tête laser. La figure 6 représente, vue de profil, le système de commande numérique des axes x et y. A partir d'un support fixe lié au bâti Q sont suspendues successivement la glissière fixe du mouvement de l'axe y 9 la glissière mobile du mouvement de l'axe y, la glissière fixe du mouvement de l'axe x 2, la glissière mobile du mouvement de l'axe x. Sur cette dernière glissière est fixée soit une règle en équerre 7 matérialisant les butées x et y, soit 2 pinces pneumatiques. La figure 7 représente, vue de dessus, le système de commande numérique des axes x et y. Cette figure permet de voir le débattement maximum de la règle t par rapport à la surface de la table Q. Ce débattement permet de tra- vailler une surface équivalenta au quart de la surface totale de la table. La figure 8 représente, en coupe, la tête de la presse. Elle se compose d'un vérin hydraulique à deux pressions et deux positions de travail ainsi qu'un réglage de la vitesse pour la course d'approche et la course travail, fixé sur le bâti, un coulisseau Q comportant un évidement et un couloir J pour le passage du rayon laser lequel est dirigé vers le bas par le miroir solidaire du bâti Q un vérin hydraulique incorporé au coulisseau destiné à actionner les serre-flan des outils de découpe ou d'emboutissage avec une pression régla- ble. Le coulisseau est guidé dans le bâti Q par des glissières et des roulements à rouleaux. La précision de guidage du coulisseau et la rigidi- té du bâti permettent de supprimer le guidage intégré aux outils. Une règle numérique, constituant l'axe z, fixée au niveau du coulisseau Q permet de piloter celui-ci et de le contrôler en tous points de sa course. La figure 9 représente, en coupe, le support du miroir de renvoi à 900. Le miroir est serré dans un tube dans lequel arrive le rayon laser, vissé dans le support avec dispositif de blocage n pour permettre le réglage radial du faisceau dans l'axe de la tête de coupe. support Di est solidaire Ju bâtapar!'intermédiaire du fourreau auquel il est relié d'une part au moyen d'une membranne élastique 6 et d'autre part en contact direct par une portée conique de centrage lors- que le vérin S pousse le support contre le fourreau. Un dispositif de ré- glage avec blocage 6 permet de régler angulairement le fourreau, donc le miroir ( par l'intermédiaire de la clavette, au bAti. Le tube coulisse dans le tube de protection Q. Un joint i assure l'étanchéité aux poussières. Ainsi lorsque le vérin t pousse le miroir vers l'avant, celuici est parfaitement positionné pour recevoir et renvoyer le rayon laser vers la buse de coupe. Cette position est d'autre part réglable dans deux plans. Lorsque le laser ne travaille pas, le vérin recule l'ensemble support du miroir qui n'est plus solidaire du bâti que par la membranne élastique Le miroir est alors protégé contre les vibrations dues aux opérations de découpage. La figure 10 représente, en coupe, la tète de découpe au laser. Elle se compose d'un support s'ajustant parfaitement dans le coulisseau (4au moyen de rainures et d'un système de blocage. Dans le support est insérée la lentille de focalisation. Celle-ci est refroidie par une circulation d'eau dans le canal et elle est protégée des poussières, lorsque la tête est stockée, par un volet matériaux non plats. La figure 11 représente, vue en coupe, un module standard d'outil de poinçonnage. Il comprend un bloc inférieur standard ajusté dans la rainure de la table et contenant la matrice, un bloc supérieur standard ajusté dans la rainure du coulisseau Oet contenant le poinçon J et le serre-flan. Des poussoirs mettent le serre-flan Q en contact avec le vérin hydraulique de serre-flan 6. Seules les pièces sont spécifiques de l'opération de poinçonnage à effectuer. La figure 12 représente, vue en coupe, un module standard de pliage. Il comprend un bloc inférieur standard t, ajusté dans la rainure de la table Xet contenantla matrice (., un bloc supérieur standard 5 ajusté dans la rainure du coulisseau Qet contenant le poinçon 9. Seules les pièces S et sont spécifiques de l'opération de pliage à obtenir. La figure 13 représente, vue en coupe, un module standard de décou- pe au laser. Il comprend un bloc inférieur standard û ajusté dans la rainure de la table X et comportant une pastille de frottement un bloc supé- rieur standard ajusté dans la rainure du coulisseau et contenant tous les éléments décrits dans la figure 10. La figure 14 représente, vue de face, le dispositif de mise en place automatique de la tête de découpe au laser. La figure 15 représente, vue de dessus, en coupe, ce même dispositif. Le dispositif de mise en place automatique de la tête de découpe au laser comprend une zone de stockage dans le montant droit o le bloc supérieur 8 et le bloc inférieur t sont rangés dans un logement coin- cidant avec les glissières conduisant à la table et au coulisseau Q et d'un vérin 1 muni d'un palonnier s, permettant de pousser les blocs et t dans les glissières 6 jusque dans l'axe du coulisseau, et de les ramener dans la zone de stockage lorsque l'opération est terminée. Les glissières Q sont solidaires du bâti Q par une liaison élastique per- mettant de protéger la tête de découpe des vibrations pendant les opérations de poinçonnage. La figure 16 représente, vue de face, le dispositif de mise en place automatique des outillages. La figure 17 représente, vue de dessus, en coupe, ce même dispositif. Le dispositif de mise en place automatique des outillages comprend un magasin de stockage dans lequel sont disposés les blocs supérieurs et inférieurs des outils dans des logements coïncidant avec les glissières conduisant à la table X et au coulisseau Q, et un vérin muni d'un palonnier, permettant de passer les blocs supérieurs et inférieurs des outils dans les glissières Q jusque dans l'axe du coulisseau, et de les ramener dans le magasin de stockage lorsque l'opération correspondante est terminée. Les glissières 1s sont solidaires du bâti Q. Le magasin d'outils est supporté par une glissière permettant de présenter chacun des outils devant les glissières. La figure 18 représente une coupe du bâti ( en vue de face au niveau de la tête de presse. La figure 19 représente une coupe du bâti t en vue de dessus au niveau du cou] iseau. 2556262; Le vérin hydraulique est solidaire du bâti par l'intermé- diaire d'une plaque soudée. Le coulisseau ( est guidé dans un couple de glissières ( qui ne sont solidaires du bâti Q qu'au niveau des montants dans les zones Ainsi les déformations que peut avoir le bâti Q pendant l'effort du vérin hydraulique O n'ont aucune influence sur la géométrie des glissières 4 Le centre de façonnage est équipé d'une commande CNC de position- nement et de contournage avec interpolation circulaire (CNC dits: a enchainement de mouvements). 2556262. REVENDICATIONS 1) L'invention dont le but est de réaliser, d'une manière souple avec peu ou pas d'investissements, des opérations de façonnage sur des matériaux en feuille, est caractérisée en ce qu'elle comprend une presse hydraulique à arcade à laquelle on associe un système de commande numérique 3 axes, un système de changement rapide d'outillage avec magasins d'outils, et une tête de découpe au laser. 2) L'invention selon la revendication 1 caractérisée en ce que les glissières de guidage du coulisseau sont solidaires du bâti à arcade au niveau des montants en dehors de la zone subissant les déformations aux efforts du vérin hydraulique. 3) L'invention selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'espace vide à l'intérieur des montants est utilisé pour, d'une part servir de magasin à la tête de découpe au laser, d'autre part servir de couloir de passage des outils dans des rails de guidage entre le magasin d'outils et l'axe de la presse. 4) L'invention selon la revendication 1 caractérisée en ce que le système de commande numérique 3 axes comprend les axes x et y réalisés par les butées de table et l'axe z réalisé par la course du coulisseau. ) L'invention selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête de découpe au laser est positionnée dans l'axe du coulisseau lors- qu'elle est en position travail, donc dans le même axe que les outils de poinçonnage et de découpe. 6) L'invention, selon les revendications 1 et 5 caractérisée en ce que le coulisseau possède un évidement à l'intérieur duquel se loge le miroir de renvoi du rayon laser dont le support est solidaire du bâti. Cet évidement se prolonge vers le bas par un trou cylindrique dans l'axe du coulisseau. 7) L'invention selon les revendications 5 et 6 caractérisée en ce que le support du miroir de renvoi du rayon laser est solidaire du bâti par un attelage à deux positions. La première position assure une liaison rigide avec le bâti. La deuxième position assure une liaison élastique avec le bâti. 8) L'invention selon la revendication 1 caractérisée en ce que la buse de découpe au laser est pourvue d'un dispositif permettant de faire varier la position du nez de buse par rapport à la position du point focal de la lentille. 2556262. 9) L'invention, selon les revendications 1 et 8 caractérisée en ce que la buse de découpe au laser est constituée d'un module de base intégrant la lentille, quelque soit sa focale, le circuit de refroidis- sement de la lentille, le circuit d'injection du gaz de coupe, le dispositif de variation du positionnement du nez de buse par rapport au point focal.