Brevet FR2578769A1 — publié le 19860919

L'invention est relative à une machine dgusinage, telle que machine à découper au chalumeau ou analogue, dans laquelle on utilise des rayons laser et qui est essentiellement constituée par une source laser à gaz carbonique associée à un tube à laser et à des dispositifs de déviation vers la pièce à traiter, par exemple à couper. Pour la coupe ou le découpage de pièces occupant par exemple un volume de forme irrégulière, il est indispensable que le rayon laser arrive toujours perpendiculairement à l'emplacement ou à la surface à couper. En pratique, cela signifie qu'il faut prévoir des dispositifs compliqués, donc chers, et/ou des installations de commande électroniques. Le but de l'invention est de trouver le moyen de faire arriver le rayon laser perpendiculairement sur la pièce à l'aide de dispositifs simples et, par conséquent, peu coûteux. De plus, tout en étant de construction économique, ces dispositifs doivent, tout en assurant un usinage de grande précision, avoir un excellent rendement et durer longtemps. Ce but est atteint, suivant l'invention, avec une machine du type initialement défini, par la combinaison des caractéristiques suivantes, dont certaines sont connues par elles-mêmes: a) Le tube à laser ou son foyer se trouvent sur un axe autour duquel tous les dispositifs de déviation, y compris le tube à laser, peuvent tournera b) le tube à laser ou son foyer sont montés de ma- nière à pouvoir pivoter autour d'un deuxième axe perpen- diculaire au premier axe et le dispositif est réalisé de telle manière que le tube peut effectuer autour du deuxième axe un mouvement conique, dans lequel le foyer, c'est-A- dire le sommet du c8ne, ne quitte pas le point d'intersec- tion des deux axes qui se coupent à angle droit, c) la pièce à traiter ou à couper est maintenue dans un dispositif de serrage qui peut se déplacer dans trois dimensions, d) le dispositif de serrage est équipé d'un plateau de réception qui peut tourner. Les caractéristiques partielles a et b permettent une orientation suffisante de l'outil qui, combinée aux ca- ractéristiques partielles c et d, garantissent, par des moyens très simples, connus dans d'autres branches de la technique, l'arrivée du rayon laser perpendiculairement aux surfaces de l'outil. Comme les moyens utilisés sont, comme on l'a vu, déjà connus et éprouvés, ils permettent d'obtenir non seulement une grande précision de travail, mais également de très bonnes conditions de fonctionnement. Il en résulte également une longue durée de vie. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le rayon laser qui provient de la source laser passe dans un tube de protection qui est coaxial à l'axe et se raccorde à un tube partant à angle droit qui, à son tour, se prolon- ge par un troisième tube partant à angle droit qui, enfin, à son extrémité libre, porte un élément tubulaire tourné vers l'axe et le foyer du tube, tous les tubes se trouvant dans un même plan et étant munis, aux emplace- ments des coudes, de miroirs de déviation réglables. Ces dispositions mettent en évidence les avantages du système déjà indiqués, ne serait-ce que parce que ce mode de construction est d'une simplicité frappante et donne une grande sécurité. Compte tenu du fait que si le rayon laser arrivait perpendiculairement sur le premier axe, les possibilités d'utilisation de la machine d'usinage conforme à l'inven- tion se trouveraient réduites, il est considéré comme avantageux, suivant l'invention, de placer entre l'élément tubulaire tourné vers le premier axe et le foyer du tube, un autre dispositif de déviation à tubes et à miroirs, de même nature, pouvant cependant pivoter autour du deu- xième axe et comportant des miroirs de déviation dont la pièce d'extrémité qui porte le tube fait avec l'axe un angle qui est de préférence égal à 45 . Cet angle de 45 est celui qu'il y a lieu de préférer car c'est lui qui permet de mieux compenser les déplacements dans deux dimensions. Pour que la machine non seulement travaille avec pré- cision, mais également puisse supporter les efforts sévè- res que lui imposent des pièces de forme très irrégulière, il est également considéré comme avantageux, suivant l'in- vention, de placer le dispositif de déviation à tubes et à miroirs dans un portique résistant à la torsion, analogue à un btti, le cas échéant équilibré et monté sur paliers dans des montants latéraux et de faire en sorte qu'il soit entrainé autour du premier axe suivant un programme déter- miné à l'avance en fonction des conditions d'usinage successives qui se modifient continuellement et qu'en même temps il serve de support sur palier au dispositif de déviation à tubes et à miroirs pendant son mouvement autour du deuxième axe. Il va de soi que, pour cela, on utilise les techniques de programmation les plus déve- loppées. Il en est de même pour le dispositif de serrage, c'est-à-dire qu'il est avantageux que les différents pla- teaux du dispositif de serrage mobile dans les trois di- mentions soient équipés de dispositifs d'entraînement à broches et/ou à crémaillères et que le mouvement de rotation du plateau de réception soit commandé par pro- gramme. Il y a lieu de remarquer en général que, dans la machine d'usinage de conception nouvelle, notamment dans la machine à découper au chalumeau, tous les progrès de l'électronique moderne constituent une aide précieuse pour atteindre les buts de l'invention. On n'a pas eu l'idée, jusqu'à présent, d'appliquer à la machine du type initialement défini ces moyens auxiliaires simples et parfois très perfectionnés. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est'une vue de c8té de la machine A usiner suivant l'invention constituée par une machine à découper au chalumeau. La fig. 2 est un schéma de principe et de fonctionne- ment de la machine représentée par la fig. 1. Comme le montre notamment la fig. 1, la machine à découper au chalumeau 1 suivant l'invention est constituée essentiellement par un portique 2 formant bâti, par un dispositif de serrage 3 et par une source laser 4. Le portique 2 est monté sur paliers dans des montants latéraux de manière à pouvoir tourner autour d'un axe A représenté par un trait interrompu et des points, le montant 6 portant un moteur 7 qui, par l'intermédiaire d'un engrenage 8, agit sur le portique 2. Les références 9, 10 désignent des contrepoids qui équilibrent le portique 2. La référence B désigne un autre axe perpendiculaire à l'axe de rotation A. Il en sera de nouveau question ultérieurement. Le dispositif de serrage 3 est constitué par deux chariots 11, 12 qui se croisent, c'est-à-dire que les deux chariots 11, 12 peuvent se déplacer dans le sens des axes X, Y, éventuellement sous l'action de broches ou de crémaillères. Ce qui est important, c'est qu'il n'y ait aucun jeu qui nuise à la précision de l'usinage. Le dis- positif de serrage 3 comporte également un support 13 de la pièce 14, qui peut s'élever et s'abaisser, ce qui donne un degré de liberté supplémentaire Z. De plus, le support 13 qui peut s'élever et s'abaisser est muni d'une plaque de serrage 15 qui peut tourner autour d'un axe C. A la fig. 2, les pièces déjà représentées à la fig.l sont désignées par les mêmes références. De plus, la fig. 1 montre comment le rayon laser 16 provenant de la source laser 4 suit d'abord un axe parallèle à l'axe A e.t débou- che dans un tube 17 coaxial à l'axe A et, à l'extrémité de ce tube, arrive sur un miroir 18 qui renvoie le rayon 16 dans un tube 19 orienté dans une direction perpendicu- laire, puis arrive sur un miroir 20, qui renvoie le rayon 16 dans un tube 21 et le fait arriver finalement sur un miroir 22 à partir duquel il suit l'axe B perpendiculaire- ment à l'axe A. Le rayon 16 dévié par le miroir 22 dans la direction de l'axe B passe dans un tube 23 dans lequel est monté un dispositif de déviation rotatif 24 à tubes et miroirs. La rotation de ce dispositif est assurée par un moteur 25 et un engrenage denté 26. Le dispositif de déviation 24 à tubes et miroirs comporte une pièce coudée 29, équipée de miroirs 27, 28, à laquelle fait suite un tube 30 qui fait avec l'axe B un angle de 45 et, à son extrémité libre, porte le tube à laser 31 dans lequel le rayon 16 est focalisé par une lentille 32 de telle manière que le foyer 33 coïncide avec le point d'intersection des axes A et B. Il ne quitte pas cette position lorsque le dispositif de déviation 24 tourne autour de l'axe B, le rayon 16 et/ou le tube 31 décrivant la surface d'un c8ne dont le sommet reste au point d'intersection indiqué 33. Cette disposition, en combinaison avec les nombreux autres degrés de liberté, permet d'obtenir le résultat voulu, c'est-à-dire l'arrivée du rayon perpendiculairement à la pièce 14 à couper,méme lorsque cette pièce a une forme irrégulière. Il y a lieu de remarquer également que la réalisation du dispositif suivant l'invention ne fait intervenir aucun dispositif auxiliaire compliqué ou susceptible de donner lieu à des incidents de fonctionnement, ce qui, comme on l'a déjà vu, assure non seulement de bonnes conditions de fonc- tionnement, mais également une grande précision d'usinage. Il y a lieu de remarquer également que la machine 1 sui- vant l'invention est construite de telle manière qu'elle permet d'effectuer des travaux de soudure sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Machine d'usinage, telle que machine à découper au chalumeau ou analogue, dans laquelle on utilise des rayons laser et qui est essentiellement constituée par une source laser à gaz carbonique associée à un tube à laser et à des dispositifs de déviation vers la pièce à traiter, caractérisée par le combinaison des caractéristi- ques suivantes, dont certaines sont connues par elles- mimes: a) le tube à laser (31) ou son foyer (33) se trouvent sur un axe (A) autour duquel peuvent tourner tous les dispositifs de déviation (18, 20, 22, 27 et 28), y compris le tube à laser (31), b) le tube à laser (31) ou son foyer (33) peuvent pivoter autour d'un deuxième axe (B) perpendiculaire au premier axe (A) et le dispositif est réalisé de telle ma- nière que le tube (31) peut effectuer autour du deuxième axe (B) un mouvement conique dans lequel le foyer (33), c'est-à-dire le sommet du c8ne, ne quitte pas le point d'interseetion des deux axes (A, B) qui se coupent à angle droit, c) la pièce à traiter ou à découper (14) est mainte- nue dans un dispositif de serrage (3) qui peut se dépla- cer dans les trois dimensions, d) le dispositif de serrage (3) est équipé d'un pla- teau de réception (15) rotatif. 2 - Machine d'usinage selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le rayon laser (16) provenant de la source laser (4) passe dans un tube de protection (17) qui est coaxial à l'axe (A) et se continue par un tube (19) dévié à angle droit qui, à son tour, se continue par un troisième tube (21) dévié à angle droit qui, finalement, porte un élément tubulaire (23) tourné vers l'axe (A) et vers le foyer (33) du tube (31), tous les tubes (17, 19, 21 et 23) étant situés dans un même plan et munis, aux emplacements des coudes, de miroirs de déviation régla- bles (18, 20, 22). 3 - Machine d'usinage selon la revendication 2, ca- ractérisée en ce qu'entre l'élément tubulaire (23) tourné vers le premier axe (A) et le foyer (33) du tube (31) elle comprend un autre dispositif de déviation (24), de même nature, mais pivotant (25, 26) autour du deuxième axe (B), qui comporte des miroirs de déviation (27, 28) et dont la pièce d'extrémité (30) qui porte le tube (31) fait avec l'axe (B) un angle qui est égal de préférence à 45 . 4 - Machine d'usinage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de déviation (18, 20, 22) à tubes et à miroirs est monté dans un por- tique (2) résistant à la déformation, formant bati et, le cas échéant, équilibré par des contrepoids (9, 10), monté sur paliers dans des montants latéraux (5, 6) et est entratné par un moteur (7) et un engrenage (8) de ma- nière à tourner autour du premier axe (A) suivant un pro- gramme correspondant aux conditions d'usinage successives constamment variables et en ce que le portique (2) sert en même temps de support sur paliers l'autre dispositif de déviation (24, 25, 31) à tubes et à miroirs pour son déplacement suivant un programme déterminé autour de l'axe (B). - Machine d'usinage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les différents plateaux (11, 12, 13) du dispositif de serrage (3) mobile dans les trois dimensions (X, Y, Z) sont équipés d'engrenages à broches et/ou à crémaillères et que le mouvement de rota- tion du plateau de réception (15) peut également être programmé.