Brevet FR2616700A1 — publié le 19881223

Centre d'usinage pour pièces de révoLution à commande numérique. La présente invention concerne un centre d'usinage pour pièces de révolution à commande numérique et vise à compléter l'organisation générale de plusieurs axes en vue d'exécuter non seulement les usinages habituels sur un tour, mais également d'autres usinages par divers outils coupants fixes ou tournants comme une fraiseuse sous l'assistance asservie d'une commande numérique bivalente. Une première machine connue à commande numérique pour pièces de révolution est illustrée par la figure 1. Elle comporte un axe Z et un axe X. L'axe Z comporte une poupée mobile 1 guidée en translation longitudinale le long d'une glissière 2 d'un banc fixe 3. Pour son déplacement, la poupée 1 est reliée, par l'intermédiaire d'un dispositif vis-écrou (vis à billes par exemple), à un groupe moto-réducteur. La poupée 1 supporte une broche tournante 4 reliée à un groupe moto-réducteur ou motovariateur d'entraînement en rotation. L'extrémité libre de la broche 4 est munie d'un dispositif de serrage permettant de prendre automatiquement une pièce à usiner 5 (figure 1A et 1B) ou un outil. La commande numérique contrôle avec précision le déplacement en translation de la poupée 1 pour que chaque point de la trajectoire atteint corresponde à celui inscrit au programme et corrigé par les paramètres d'usinage introduits par l'opérateur. L'exposé qui suit ne décrit pas la commande numérique, étant donné que la présente invention se rapporte à l'organisation générale des axes et que cette organisation peut être mise en oeuvre par l'homme de l'art en exploitant ses connaissances. Dès lors, la description peut être simplifiée et par là même clarifiée. Cependant, pour éviter toute discussion sur le fait de déterminer si la description est complète pour permettre à l'homme de l'art de réaliser l'invention, les revendications étant nécessairement supportées par ladite description puisqu'et-les ne concernent que les axes, l'axe Z est sommairement décrit ci-après en rapport avec la CN (commande numérique) et pour la raison indiquée, cette description ne sera pas reprise pour les autres axes. Ainsi, l'axe Z est asservi en position par la commande numérique et à cet effet, une boucle de position est établie entre un capteur de position qui délivre la mesure réelle de la positiort instantanée du mobile et un interpolateur qui calcule à chaque instant la référence de position en analysant le programme et em tenant compte des paramètres d'usinage introduits par l'opérateur- L'axe Z peut également être asservi en vitesse par la commande numérique et à cet effet, une boucle de vitesse est établie ertre un capteur de vitesse qui délivre la mesure réelle de la vitesse instantanée du mobile et l'interpolateur qui calcule la référence de vitesse.Les corrections de déplacement qui résultent de ses comparaisons permettent de garantir qu'a chaque instant, @a projection sur l'axe longitudinal du point atteint correspond avec précision à ce qu'elle doit être. L'axe Z permet donc gracie a la commande numérique de maîtriser à chaque instant la projection; sur l'axe longitudinal de la trajectoire de la pièce relativement a L'outil. L'axe X comporte un chariot porte-outil 6 guide en translation transvervale le long d'une glissière 7 d'un support fixe 8 qui, dans l'exemple représenté, fait corps avec le banc 3- Pour son déplacement, le chariot 6 est relié à un dispositif d'entraînement en translation asservi par la CN. Ce chariot 6 est muni d'un dispositif porte-outils, tel qu'une tourelle révolver à outils fixes, une ou plusieurs brmh;eg d'entrainement d'un outil tournant tel qu'une fraise, ou autres Ainsi que cela ressort clairement des figures 1A et ta# il est possible d'exécuter sur la pièce 5 des usinages variés C~Eme par exemple - des tournages cylindriques 9 (axe X fixe, axe Z mobile, broche tournante), - des tournages coniques ou galbés (axes X et Z mobiles conjugués, broche tournante), - des dressages 10 ou des saignées (axe Z fixe, axe X mobile, broche tournante), - des alésages cylindriques 11, des alésages coniques ou galbés, des dressages 12 ou autres usinages intérieurs mobilisant Les axes X et Z avec broche tournante comme indiqué ci-dessus pour les usinages extérieurs, - des rainurages, cannelages ... 13 (axe X fixe, axe Z mobile, broche arrêtée), - des filetages ou taraudages (broche tournante, axe X mobile en plongée puis fixe, axe Z mobile). Une deuxième machine connue de tour à commande numérique pour pièces de révolution est illustrée par la figure 2. Elle comporte, comme le premier, un axe Z et un axe X. Mais en plus, la commande numérique coopère avec un axe C. Il s'agit d'un axe polaire qui définit la position angulaire de la broche 4. Le groupe 14 d'entrainement de cette broche permet de générer une rotation continue de la pièce 5' ou un positionnement angulaire de cette pièce. Il coopère avec un capteur de position angulaire (les axes Z et X coopérant avec des capteurs de position linéaire) dont la mesure de position angulaire est bouclée avec la référence de position angulaire pour contrôler la commande du groupe 14. Ainsi que cela ressort des figures 2A et 2B, 2C et 2D, il est possible d'exécuter sur la pièce 5' non seulement les mêmes usinages que sur la pièce 5 (figures 1A et 1B), mais également d'autres usinages tels que ceux définis ci-aprés : - des perçages 15 situés sur le même diamètre primitif de La bride de la pièce 5' avec certains décalages angulaires entre eux et d'autres perçages 16 d'un diamètre différent obtenus par changement automatique de forêt et pouvant être situés sur le même diamètre primitif que les perçages 15 ou sur un autre (axe C fixe après positionnement, axe X fixe après règlage, axe Z mobile, - des lumières 17 arquées concentriquement à l'axe de rotation et usinées au moyen d'une fraise portée par le chariot transversal 6 (axe X fixe après règlage polaire, axe Z fixe après plongée de la fraise dans la pièce 5', axe C mobile en avance angulaire lente). La présente invention vise à perfectionner le tour å commande numérique du deuxième type connu en vue de diversifier la gamme des opérations d'usinage possibles et ainsi d'exécuter toutes ces opérations sur un tour relativement simple sans avoir à démonter la pièce et sans avoir recours par conséquent à une autre machine. Dans ce but et conformément à l'invention, le tour comporte en plus, en combinaison avec les axes Z, X et C, un axe Y asservissant le déplacement en translation transversale du chariot porte-outil suivant une direction perpendiculaire au plan qui est parallèle aux axes Z et X, de façon à pouvoir exécuter en plus, des usinages ayant une composante de déplacement tangentielle pour obtenir, en plus des formes habituelles, une rainure transversale ou oblique à fond plat, une rainure longitudinale plus large que te diamètre de la fraise, des méplats, une surface de section polygonale ou autres. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le chariot porte-outil est guidé (axe X) le long d'une glissière d'un support mobile, lui-même guidé (axe Y) le long d'une glissière d'une structure fixe. Le tour peut également comporter un dispositif changeur d'outils ou de pièces à commande numérique intégrée, ce dispositif coopérant avec ' un magasin ou un dispositif de convoyage automatique. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation et une variante de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, sur les figures 3 et 4 du dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une perspective montrant le premier type connu de tour à commande numérique, - la figure 1A est une élévation et la figure 1B est une coupe, vues qui illustrent certaines opérations d'usinage susceptibles d'être exécutées avec le tour de la figure 1. - les figures 2, 2A et 2B sont des vues analogues aux figures 1, 1A et 1B se rapportant au deuxième type connu de tour à commande numérique, les figures 2C et ZD étant des vues de côté prises suivant la flèche F des figures 2A et 2B respectivement, - les figures 3, 3A et 3B, 3C et 3D sont des vues analogues aux figures 2, 2A et 2B, 2C et 2D, établies pour la forme de réalisation précitée du tour à commande numérique selon l'invention, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, concernant une variante de ce tour selon l'invention. Ainsi que cela ressort de la figure 3, le tour perfectionné selon l'invention comporte les axes Z, X et C. Il comporte également un axe Y pour maitriser les déplacements de L'outil dans une direction perpendiculaire au plan qui est parallèle aux axes X et Z. Dans l'exemple représenté ou les axes X et Z sont horizontaux, l'axe Y est vertical et ces trois axes forment un trièdre trirectangle. il est bien évident cependant que le tour peut être conçu pour que lesdits axes soient inclinés dans l'espace. La glissière transversale 7 le long de laquelle le chariot porte-outils 6 est guidé, appartient à un support mobile 18 faisant corps avec la partie mobile 19 d'un dispositif d'entraînement en translation, cette partie étant guidée, verticalement dans l'exemple représenté, au moyen de colonnes 20 relativement à une structure fixe 21. L'ensemble 18 à 21 constitue l'axe Y. il est bien évident qu'une disposition inverse peut être adoptée. Dans ce cas, l'axe Y prend appui sur l'axe X et l'axe X sur la partie fixe, l'axe Y étant alors muni du dispositif porte-outils. Comme le montrent clairement les figures 3A et 3B, 3C et 3D, toutes les opérations d'usinage réalisables avec les axes Z, X et C comme indiqué en se référant notamment aux figures 2, 2A et 2B, 2C et 2D sont susceptibles d'etre exécutées avec le tour perfectionné selon la figure 3. En plus, d'autres opérations d'usinage peuvent être exécutées, notamment celles qui nécessitent un déplacement tangentiel relatif entre la pièce 5" et l'outil tel qu'une fraise 22.Il peut s'agir par exemple - du frai sage d'un méplat ou d'une surface prismatique, telle qu'un six pans 23 (axe X fixe après plongée de la fraise, axe Z fixe et axe Y mobile, puis après avance par l'axe Z nouveau passage, axe C fixe et en fin de fraisage d'un pan, axe C mobile en positionnement angulaire, fraise 22 tournant en continu), - du frai sage d'une rainure transversale 24 à fond plat (axe C fixe après positionnement angulaire, axe Z fixe, axe X fixe après plongée de la fraise, axe Y mobile, fraise 22 tournant en continu), - du fraisage d'une rainure oblique à fond plat ( axe C fixe après positionnement angulaire, axe X fixe après plongée de la fraise, axes Z et X mobiles en relation de déplacements, fraise 22 tournant en continu). - du fraisage d'une rainure longitudinale 25 plus large que le diamètre de la fraise 22 (axe C fixe après positionnement angulaire, axe X fixe après plongée de la fraise, axe Z mobile, axe Y fixe pendant la première passe selon Z et mobile pour règlage de la deuxième passe). - du fraisage générant la périphérie d'une portée cylindrique excentrée par rapport à un axe géométrique principal de la pièce (axe Z fixe, axe C mobile, axe Y mobile, une fraise entraînée en rotation continue étant assujettie au chariot 6). - du fraisage générant la périphérie d'une portée de forme convexe quelconque mais définie dans le programme (axes X et C mobiles, axe Z réglable éventuellement, axe Y généralement fixe). - du fraisage générant des surfaces gauches concaves ou convexes, par exemple de pales hélicoidales à pas constant ou variable (axe Z et C mobiles, X mobile éventuellement, axe Y généralement fixe). Suivant la variante de réalisation illustrée par la figure 4, le tour comporte un dispositif changeur d'outils 26 asservi par la commande numérique au cycle d'opérations. Ce dispositif 26 est constitué par un bras horizontal 27 à deux pinces 28, 29 porte-outils, équipant l'extrémité libre inférieure d'un arbre 30 monté tournant et libre de coulisser dans un chariot 31 guidé en translation le long d'une glissière 32. Ces guidages et des actionneurs communiquant les mouvements, constituent des axes X', Y' et C' asservis par la commande numérique à tout changement d'outil sur le chariot 8. Les axes Y' et C' permettent successivement d'enlever un outil du porte-outil, de Le remplacer par un autre et de mettre cet autre outil en place dans le porte-outil. Les axes Y' et X' permettent ensuite de sortir du champ d'usinage le bras 27 et de l'amener à un magasin 33 pour y déposer L'outil enlevé et prendre en charge un nouvel outil. Le même processus est valable pour le chargement et le déchargement des pièces entre la broche 4 et un magasin ou un convoyeur mis sous la dépendance de la commande numérique. Les axes C et Z ainsi que le bras de manutention assujetti à l'axe X' permettent non seulement le changement des pièces mais également la pose et la dépose de tout dispositif de serrage de pièce lié à la broche, tel qu'une pince ou un mandrin, un moyen de bridage sur un plateau ou autre. Bien entendu, dans L'exemple représenté, la pièce 5 peut être montée sur Le chariot 6 et L'outil en bout de la broche 4. REVENDICATIONS 1.- Centre d'usinage pour pièces de révoLution à commande numérique comprenant - un axe Z asservissant Le déplacement en translation longitudinale d'une poupée mobile (1) guidée le long d'un banc fixe (3), poupée dont la broche (4) est destinée à recevoir toute pièce (5) à usiner ou éventuellement un outil, pour l'entraSner en rotation, - un axe X asservissant le déplacement en translation transversale d'un chariot porte-outil (6) orthogonalement à l'axe Z de la broche, - un axe C asservissant le déplacement angulaire de la broche reLativement à la poupée, caractérisé en ce qu'il comporte en plus, en combinaison avec les axes Z, X et C, un axe Y asservissant le déplacement en translation transversale du chariot porte-outil suivant une direction perpendiculaire au plan qui est parallèle aux axes Z et X, de façon à pouvoir exécuter en plus, des usinages ayant une composante de déplacement tangentielle pour obtenir, en plus des formes habituelles, une rainure transversale (24) ou oblique à fond plat, une rainure longitudinale (25) plus large que le diamètre de la fraise (22), des méplats, une surface de section polygonale (23) ou autres. 2.- Centre d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chariot porte-outil (6) est guidé (axe X) le long d'une glissière (7) d'un support mobile (18), lui-même guidé (axe Y) le long d'une glissière (20) d'une structure fixe (21). 3.- Centre d'usinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte également un dispositif changeur d'outils (26) ou de pièces ou de dispositifs de serrage de ces pièces à commande numérique intégrée, ce dispositif coopérant avec un magasin (33) ou un dispositif de convoyage automatique.