Brevet FR2557823A1 — publié le 19850712

La présente invention concerne de manière générale une machine-outil pour la finition et/ou le tronçonnage de produits longs en tube ou en barre du genre comportant, transversalement à l'axe d'amenée d'un produit à traiter, une couronne traversée par ledit axe et munie intérieurement d'au moins un outil de travail. De telles machines-outils à scie annulaire sont notamment décrites dans les brevets DE-725 569, US-3 024 687, GB-905 261, FR-2 388 625, US-4 116 095 ou FR-2 522 292. Parmi eux, certains préconisent, pour un tronçonnage précis et propre de tubes, d'entrainer la scie annulaire en rotation autour de son centre tout en lui faisant subir un mouvement circulaire de satellite autour du produit à couper (US-3 024 687, FR-2 388 625 et FR-2 522 292). On provoque ainsi une découpe progressive le long du pourtour d'un tube avec une pénétration très limitée de la scie annulaire dans ce dernier. En fait, outre le mouvement de satellite précité, la scie annulaire doit également pouvoir effectuer un mouvement radial d'approche, ou de dégagement, entre une configuration dégagée ou le tube peut se déplacer librement au travers de la scie annulaire et une configuration de début de travail où la scie "mord" dans le tube jusqu'à obtenir un "crevé" au travers de son épaisseur. Jusqu'à présent, ces deux types de mouvements, radial ou en satellite, sont communiqués à la scie annulaire, dans son plan, par deux ensembles d'entraînement différents, l'un, à commande en translation, pour l'approche ou le dégagement, l'autre, à commande en rotation, pour un mouvement circulaire de satellite. Il en résulte une structure assez complexe comportant un nombre important de pièces mobiles, qui, vu leur masse, exigent, pour un positionnement précis, de longues opérations de réglage et des- éléments de guidage lourds et encombrants La présente invention vise à pallier ces inconvénients grâce à une machine-outil de structure simple, d'encombrement réduit, permettant des opérations aisées de montage, réglage et démontage, et adaptée à fonctionner dans des conditions très variées, à chaud ou à froid en ce qui concerne le tronçonnage proprement dit. L'invention propose ainsi une machine-outil pour la finition ou le tronçonnage de produits longs en tube ou en barre, du genre comportant, transversalement à l'axe d'amenée d'un produit à traiter, une couronne traversée par ledit axe et munie intérieurement d'au moins un outil, entraînée en rotation autour de son centre par un ensemble moteur avec lequel elle est montée sur un bloc-support, ce dernier étant mobile transversalement et soumis à l'action d'organes de commande adaptés à la rapprocher et l'éloigner de l'axe d'amenée et à lui faire décrire une trajectoire autour dudit axe, caractérisée en ce que ledit bloc-support coulisse dans une première direction vis-à-visd'un cadre intermédiaire sous l'action d'un premier ensemble de commande en translation à vitesse variable et que ce cadre intermédiaire coulisse lui-même dans une seconde direction vis-à#vis d'un socle sous l'action d'un second ensemble de commande en translation à vitesse variable, ces premier et second ensembles de commande en translation étant placés sous le contrôle d'un dispositif de coordination. Une telle machine-outil est particulièrement bien adaptée au tronçonnage de tubes dans la tranche desquels elle peut ménager, à titre de finition, des chanfreins en fonction du profil choisi pour le ou les outil(s) de travail ; la trajectoire décrite par le blocsupport est alors avantageusement une courbe fermée. Une telle machine-outil est également adaptée au tronçonnage de barres ou de profilés, pleins ou creux, de formes diverses. Il est à noter toutefois qu'une machine selon l'invention, peut également participer à la seule finition de tubes ou barres cylindriques, ellit ues ou ovales maintenus fixes, par meulage par exemple. Elle peut de même, le cas échéant, effectuer des opérations d'usinage, jusqu'ici réalisées au tour. Une machine-outil selon l'invention est avantageusement mobile parallèlement aux produits longs, notamment pour le meulage d'un tube ou d'une barre maintenu fixe, ou pour le tronçonnage de tubes ou de barres en cours de défilement. A l'inverse, une machine-outil selon l'invention, fixe, peut assurer un meulage d'un tube ou d'une barre en cours de défilement. Il est à remarquer que l'invention permet le tronçonnage d'une grande variété de tubes, voire de barres, grâce à la possibilité, sous réserve d'un choix approprié du dispositif de coordination combinant les actions des organes de commande en translation, de modifier la forme de la trajectoire parcourue par le bloc-support autour du produit à usiner en fonction de la géométrie de ce dernier. De préférence, un tel dispositif de coordination sera constitué d'un dispositif à commande numérique qu'il suffira de programmer en fonction de la forme et des dimensions caractéristiques de la trajectoire désirée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une machine-outil selon l'invention; la figure 2 est une vue de face schématique et partielle de la machine-outil de la figure 1 en une configuration dégagée; et les figures 3 à 5 sont des vues schématiques analogues à celle de la figure 2, représentant des étapes successives d'un cycle de découpe d'un tube. La machine-outil représentée à titre d'exemple à la figure 1 comporte un socle 1, avantageusement monté sur des rails 2, surmonté par un bâti 3 en forme de cadre, réalisé par exemple en tôle forte, disposé transversalement par rapport à la direction d'amenée D d'un tube ou d'une barre à traiter. Les rails 2 sont de préférence parallèles à cette direction d'amenée D, et le socle 1 est avantageusement muni de moyens (non représentés) d'entrainement en translation le long de ces rails, adaptés par exemple à le déplacer sur une distance prédéterminée en synchronisme avec un tube ou une barre en cours de défilement, par exemple à la sortie d'un poste de fabrication de tubes en continu. Un emplacement est ménagé, de façon classique, devant le bâti 3, pour la réception d'un bac à chutes 4 représenté en traits mixtes. Le bâti 3 comporte des colonnes verticales de guidage 5 montées dans des paliers fixes 6. Ceux-ci permettent avantageusement le réglage du parallélisme de ces colonnes. Sur ces colonnes 5 coulisse verticalement un cadre intermédiaire 7, de préférence-au moyen de douilles à billes. En variante, ce cadre intermédiaire 7 coulisse sur les colonnes 5 au moyen de bagues, en bronze par exemple, mais des problèmes de frottement peuvent alors apparaître au démarrage. Dans une variante non représentée, le cadre intermédiaire est guidé verticalement par rapport au bâti par des ensembles à glissières. Le cadre et le bâti sont par leur intermédiaire en contact sur une plus grande surface d'où une optimisation du guidage dudit cadre intermédiaire; les surfaces en contact sont alors recouvertes d'un revêtement anti-friction à base de polytétrafluoréthylène par exemple. Une telle configuration à glissières se révèle toutefois conduire à des difficultés de montage, de réglage et de démontage. La commande en translation du cadre intermédiaire 7 le long des colonnes de guidage 5 est assurée par un ensemble de commande en translation 8 monté sur un montant du bâti 3. Dans l'exemple représenté à la figure 1, cet ensemble 8 de commande en translation est constitué par un moteur réversible 9, à vitesse variable, dont le mouvement de rotation est transformé en un mouvement de translation, appliqué au cadre 7, par une transmission de type vis-écrou. Dans l'exemple représenté, ce moteur 9 fait tourner une vis 10 engagée dans un blocécrou 11 immobilisé par rapport au cadre intermédiaire 7. Le moteur réversible 9 est, par exemple, un moteur alternatif à fréquence variable, un moteur continu à vitesse variable ou un moteur électrique pas à pas, ou encore un moteur pneumatique. Cet ensemble de commande en translation est avantageusement équipé d'un capteur de position (non représenté) à des fins d'asservissement en position du cadre intermédiaire 7 par rapport au bâti 3. Cet ensemble de commande en translation est de façon avantageuse monté dans le montant horizontal supérieur du bâti 3 grâce à quoi la vis 10 (ou toute autre tige adaptée à appliquer un mouvement de translation selon un principe différent) travaille en traction et ne risque donc pas de se déf or- mer par flambage.De manière avantageuse, la vis 10 est du type vis à bille, c'est-à-dire qu'elle coopère avec le bloc-écrou 11 associé au moyen de billes, d'où une minimisa-tion des frottements. En variante non repré sentée, le mouvement en translation du cadre intermédiaire 7 lui est transmis par un système vis-écrou dont la vis, fixe, est montée sur le cadre, tandis que l'écrou associé, attelé axialement au bâti 3, est entraîné en rotation par un moteur réversible associe. Le cadre intermédiaire 7 porte à son tour des colonnes horizontales de guidage 12, maintenues en leurs extrémités par des organes de fixation 12A. Pour des raisons d'encombrement tranversal, ces colonnes horizontales de guidage 12 sont de préf é- rence décalées selon l'axe D par rapport aux colonnes verticales de guidage 5. Sur ces colonnes 12 coulisse horizontalement un bloc-support 14 au moyen de douilles à billes montées dans des caissons 13 solidaires de ce bloc-support. Les mêmes occentaires que précédemment s'appliquent aux ensembles de guidage que ccsstituent les colonnes 12 et les douilles 13. Le bloc-support 14 porte une couronne 15 traversée par l'axe d'amenée D de produits à tronçonner et munie intérieurement d'au moins un outil de travail. Dans l'exemple représenté, la couronne 15 porte une denture intérieure 16. En variante non représentée, cette couronne est en matériau abrasif pour meulage. Cette couronne 15 qui constitue avec sa denture 16 une "scie annulaire concave" est entraînée en rotation autour de son centre O par un moteur 17 relayé par un réducteur non représenté (disposé a l'intérieur du bloc-support 14)en sorte de tcurner,par exemple, à une vitesse de quelques dizaines ou centaines de tours par minute (120 tours/minute par exemple). Ce bloc-support 14 coulisse horizontalement le long des colonnes de guidage 12 sous le contrôle d'un ensemble de commande en translation 8A qui, dans l'exemple représenté, est de même type que l'ensemble 8. Il comporte un moteur réversible 18 à vitesse variable dont le mouvement de rotation est transformé en un mouvement linéaire appliqué au bloc-support 14 par une transmission vis-écrou comportant une vis 19 entraînée en rotation par rapport à un bloc-écrou 20 solidaire du bloc-support. Les commentaires exposés à propos de l'ensemble 8 de commande en translation verticale s'appliquent de même ici. En fait, selon l'invention, les directions de coulissement du bloc-support par rapport au cadre intermédiaire, et de ce dernier par rapport au bâti ou au socle sont quelconques. Il s'avère toutefois avantageux que ces directions soient perpendiculaires, notamment horizontale et verticale, et que les moyens de guidage horizontal ne supportent que le bloc-support de manière à limiter les risques de flexion permanente exagérée. Les moteurs 9 et 18 sont tous deux placés sous le contrôle d'un dispositif de coordination schématisé en 22 et qui en commande le fonctionnement selon les lignes de commande 23 et 24 en sorte de combiner de façon appropriée les deux mouvements de translation imposés au bloc-support 14 par rapport au bâti 3 ou au socle 1. On comprend aisément que les vitesses de translation selon chacune des directions horizontale et verticale doivent être variables pour pouvoir résulter en une trajectoire courbe, fermée, du bloc-support par rapport au bâti ou au socle. Pour la découpe ou le meulage d'un tube de section circulaire dont la direction d'amenée D est perpendiculaire au plan de la couronne 15, les coordonnées x et y du bloc-support par rapport au bâti, mesurées selon les directions horizontale et verticale à partir dudit axe d'amenée Dsont avantageusement corrélées de manière à satisfaire l'équation d'un cercle, et présenteront des variations sinusoldales en fonction du temps, de même amplitude et en quadrature. Le mouvement d'approche de la denture vers le tube résulte avantageusement de l'action d'un seul moteur, qui coopèrera ensuite avec l'autre moteur pour l'obtention d'un mouvement circulaire du bloc-support 14 autour d'un tube à tronçonner. Un cycle de tronçonnage est représenté par les figures 2 à 5. Dans la figure 2, le bluc-su?.psrt est dans une configuration dégagée dans lacuele un tube 30 à tronçonner peut pénétrer librement au travers de la scie annulaire 15. Cette dernière est lancée en rota tion puis le bloc-support 14 subit, sous l'action du moteur 9, une translation T qui a pour effet d'amener la denture 16 de la scie 15 à pénétrer dans l'épaisseur du tube jusqu'à réaliser un crevé (figure 3). Le moteur 18 est alors mis en oeuvre, en prenant toutefois garde à ne pas provoquer de variation brutale de l'accélération subie par le bloc-support. On fait alors subir à ce dernier un mouvement de satellite avantageusement circulaire autour du tube (flèches courbes C1, C2 et C3), au cours duquel la denture 16 de la scie 15 découpe progressivement le tube sur toute sa circonférence.Au terme d'une révolution, le tronçonnage est terminé et le bloc-support 14 est revenu dans la configuration de la figure 3. On dégage alors la scie vers le bas de manière à pouvoir faire avancer le tube et on entame un nouveau cycle. La vitesse de révolution du bloc-support autour du produit à tronçonner est par exemple de 2 à 6 tours/minute. En pratique, pendant le tronsonnage, le tube est maintenu d'un côté au moins de la machine-outil par des organes de maintien non représentés, par exemple montés sur le bâti de cette dernière. En variante, le tube subit lui-même une rotation, une translation ou un mouvement hélicoldal. Pour un meulage, il suffit que la pénétration de l'outil de travail utilisé soit controlée à un niveau faible. Le dispositif de coordination 22 est avantageusement programmable en sorte de permettre une adéquation entre la trajectoire à imposer au bloc support (cercle, ellipse, ovale, spirale...) et le contour du tube ou de la barre à tronçonner, ou à usiner (cercle, ellipse, carré, rectangle...). Un tel dispositif est de préférence du type à commande numérique. Il peut s'agir par exemple d'un ensemble de commande numérique contrôlée à deux dimensions. De manière avantageuse, ce dispositif de coordination sera programmé en considérant comme imposé le plan sur lequel repose le tube ou la barre à traiter, ce qui conduira à prendre en compte les variations de la hauteur de l'axe d'amenée D correspondant. A titre d'exemple, la course d'approche entre la configuration dégagée du bloc-support et sa configura tion de pénétration dans le tube sera d'au moins 50 mm environ, tandis que le rayon intérieur de la scie annu laire ou, plus généralement de la couronne 15, sera supérieur d'au moins 50 mm à celui du tube cylindrique à tronçonner Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple illustratif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention, notamment en ce qui concerne la nature, le nombre et la disposition des ensembles d'entraînement en translation, ou la nature du dispositif de coordination de l'action de ces derniers. Le cas échéant, la machine-outil peut être disposée, par rapport à l'axe d'amenée des produits à traiter, dans une position transversale non perpendiculaire. En va riante, le bloc-support coulisse verticalement (par exemple sur des colonnes analogues aux colonnes 5 de la figure 1) par rapport à un cadre intermédiaire (par exemple analogue au bâti 3 de la figure 1) lui-même coulissant horizontale-ment sur un socle. La structure de la machine-outil s'en trouve simplifiée bien que les masses en mouvement soient alors très importantes. Les ensembles de commande en trans lation sont par exemple portés, pour l'essentiel, par le socle, et le cadre intermédiaire, comme précédemment. Ces ensembles de commande peuvent aussi être avantageusement constitués par des servo-vérins. REVE##DI CAT IONS 1. Machine-outil our la finition ou le tronçonnage de produits longs en tube ou en barre, du genre comportant, transversalent à l'axe d'amenée d'un produit à traiter, une couronne traversé par ledit axe et munie intérieurement d'au moins un outil, entraînée en rotation autour de son centre par un ensemble moteur avec qui elle est montée sur un bloc-support, ce dernier étant mobile transversalement et soumis à l'action d'organes de commande adaptés à la rapprocher et l'éloi- gner de l'axe d'amenée et à lui faire décrire une trajectoire autour dudit axe, caractérisée en ce que ledit blocsupport (14) coulisse dans une première direction vis-à-vis d'un cadre intermédiaire (7) sous l'action d'un premier ensemble de commande en translation à vitesse variable l8A) et que ce cadre intermédiaire (7) coulisse lui-même dans une seconde direction vis-à-vis dlun socle (1) sous l'action d'un second ensemble de commande en translation à vitesse variable (8), ces premier et second ensembles de commande en translation étant placés sous le contrôle d'un dispositif de coordination (22). 2. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc-support (14) est mobile horizontalement par rapport au cadre intermédiaire (7), lequel coulisse verticalement par rapport au socle (1) 3. Machine-outil selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisée en ce que le bloc-support (14) et le cadre intermédiaire (7) sont guidés en coulissement par des douilles à billes coopérant avec des colonnes (5, 12). 4. Machine-outil selon la revendication 3, caractérisée en ce que les colonnes (5, 12) associées aux deux directions de coulissement sont dans des plans différents. 5. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc-support coulisse verticalement par rapport au cadre intermédiaire qui coulisse horizontalement par rapport au socle. 6. Machine-outil selon l "ne Quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les enseir#les de commande en translation (8, 8A) comportent un moteur réversible à vitesse variable (9, 18) combiné à une transmission vis-écrou (10, 11 ; 19, 20). 7. Machine-outil selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit moteur réversible entraîne en rotation une vis (10, 19) coopérant avec un bloc-écrou (11, 20) maintenu fixe en rotation. 8. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les ensembles de commande en translation comportent des servo-vérins. 9. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dispositif de coordination des actions des ensembles de commande en translation est un dispositif (22) programmable à commande numérique. 10. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisée en ce que son socle (1) est mobile dans une direction perpendiculaire auxdites directions de coulissement. 11. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la couronne (15) est perpendiculaire à l'axe d'amenée (D) d'un produit à traiter.