Brevet FR2630035A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne une machine pour débiter, polir et fraiser des éléments à faces sphériques en pierre, notamment en granit ou en marbre. Il n'existe pas à l'heure actuelle de machine permettant de traiter entièrement des surfaces à configuration sphérique sur des objets en pierre, notamment des objets de décorations tels que des vases ou des vasques. Une machine de coupe est décrite dans le document FR-A-2 533 163. Cette machine permet de débiter dans un bloc des éléments de paroi à configuration sphérique. Elle présente deux lames parallèles en arc de cercle écartées d'une distance correspondant à l'épaisseur désirée pour les éléments de paroi. Les lames sont portées à l'extrémité d'un bras articulé sur rotule. En fonctionnement, elles sont animées d'un mouvement alternatif dans un plan horizontal, et d'un mouvement de direction verticale de progression de la coupe.Cette machine est esser.tiellement une machine de coupe et, de plus, le rayon de courbure des éléments qu'elle produit est déterminé une fois pour toutes. Un objet de la présente invention consiste à prévoir une machine qui permette de faire des coupes à configuration sphérique de différents rayons et de traiter les faces à configuration sphérique ainsi obtenues en les polissant, les fraisant, etc. Selon une caractéristique de l'invention, la machine comprend un chariot porte-outil avec un arbre de sortie entraîné en rotation par un moteur et dont l'axe passe par le centre de la machine, une ou plusieurs lames à configuration sphérique portées à l'extrémité libre dudit arbre de sortie, un moyen pour positionner lesdites lames de telle manière que les centres des sphères qu'elles définissent coincident avec le centre de la machine, un moyen pour déplacer ledit chariot selon une trajectoire circulaire dont le centre coincide avec le centre de la machine, de telle façon que l'axe dudit arbre passe toujours par le centre de la machine et que les lames restent toujours centrées au centre de la machine, une table de pose et de fixation des pièces à travailler, pouvant tourner autour d'un axe passant par le centre de la machine, un moyen d'entraînement en rotation de la table, et un moyen pour déplacer la table en hauteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le chariot se déplace sur une poutre en arc de cercle dont le centre coincide avec le centre de la machine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le chariot est monté dans un portique pouvant pivoter autour d'un axe passant par le centre de la machine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le chariot peut être déplacé transversalement entre les montants du portique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine est équipée d'une lame de coupe hémisphérique ou en forme de calotte sphérique dont le bord est avoyé ou diamanté. Selon une autre caractéristique de l'invention, plusieurs lames de coupe hémisphèriques ou en forme de calotte sphérique sont montées ensemble sur l'arbre de la machine au moyen d'un embout d'adaptation et de manchons. Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine est équipée d'une meule de polissage en forme de calotte shérique dont la face interne est active. Selon une autre caractéristique de l'invention, un dispositif de renvoi est monté sur l'arbre de la machine pour faire tourner des outils tels que des meules ou des disques de coupe autour d'axes perpendiculaires audit arbre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine est équipée d'une fraise. Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine est équipée d'une meule de polissage en forme de disque dont le bord est formé d'éléments à configuration sphérique qui se déploient sous l'effet de la force centrifuge. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu d'utiliser un compensateur de déformation (28; 87) avec des lames de coupe hémisphériques ou en forme de calotte sphérique. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels la Fig. 1 est une vue schématique en élévation, de face, d'une premièr machine selon l'invention, la Fig. 2 est une vue agrandie en élévation, de face, du chariot de la machine de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue agrandie, en coupe, du détail A de la Fig. 2, la Fig. 4 est une vue de dessous d'une lame de forme hémisphérique, la Fig. 5 est une vue en coupe axiale de la lame de la Fig. 2, les Figs. 6, 7 et 8 illustrent, en coupe axiale, des montages de plusieurs lames en forme d'hémisphère ou de calottes sphériques permettant des opérations de coupe spéciales, la Fig. 9 est une vue en coupe illustrant un adaptateur ou dispositif de renvoi permettant la rotation de lames ou de meules autour d'axes perpendiculaires à l'arbre de sortie du chariot, La Fig. 10 est une vue partielle de dessus d'un dispositif de renvoi particulier basé sur le même principe que celui de la Fig. 9, la Fig. 11 est une vue schématique illustrant une opération de fraisage, les Figs. 12 et 13 sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'une meule de polissage en forme de disque dont le pourtour actif est convexe, la Fig. 14 est une vue schématique de face, en élévation, d'une deuxième machine selon l'invention, et la Fig. 15 est une vue de côté de la machine de la Fig. 14. La machine de la Fig. 1 comprend une poutre en arc de cercle 1 solidement ancrée par ses deux extrémités 2 et 3 dans les parties latérales d'un socle 4. En pratique, l'arc de cercle formé par la poutre 1 décrit environ 240C autour du centre O de la machine. Entre les parties latérales du socle 4, se trouve une table 5 sur laquelle sont portés et fixés les objets à travailler, tels que le bloc de pierre X à la Fig. 1. La table 5 est montée rotative autour d'un axe vertical Y-Y passant par le centre O de la machine. Elle est entraînée en rotation par un moteur 6. De plus, la hauteur de la table est variable au moyen d'un vérin 7. Dans une forme de réalisation satisfaisante, le profil général de la poutre 1 est de forme rectangulaire. Ses faces présentent des glissières 8 dans lesquelles sont engagées des parties complémentaires d'un chariot 9 formant un manchon autour de la poutre 1. Sur sa face supérieure, la poutre 1 comporte une crémaillère dans laquelle sont engagés des pignons 10 montés dans le chariot 9 et entraînés en rotation dans les deux sens par un moteur 11. Le chariot 9 peut ainsi se déplacer d'un bout à l'autre de la poutre 1. Le chariot 9, montré plus en détail à la Fig. 2, porte sur sa face avant et sa face arrière des colonnes centrales à longueur variable 12, aux extrémités inférieures desquelles est fixée une plaque horizontale 13. Dans une forme de réalisation satisfaisante, les colonnes 12 sont télescopiques, formées d'une tige à crémaillère rentrant dans une colonne supérieure. La longueur des colonnes 12 est réglée au#moyen d'un moteur 14. De chaque côté de la plaque horizontale 13 t sont articulées par l'intermédiaire de pivots 15 les extrémités de bras 16 fixés au chariot 9 par des pivots 17. Les bras 16 sont des compensateurs de vibration. Ils sont formés de vérins hydrauliques dans chacun desquels les deux chambres séparées par le piston communiquent par des canalisations 18 et des électrovannes 19 lorsque la longueur des colonnes 12 varie. Quand la longueur des colonnes 12 est fixée, les électrovannes 19 sont fermées. Des sondes de pression, non montrées, peuvent être prévues dans chaque chambre des cylindres pour couper l'alimentation du moteur 14 modifiant la longueur des colonnes 12 en cas de surpression due à un mauvais fonctionnement des électrovannes 19. Sous la plaque 7, est fixé un moteur 20 qui peut être hydraulique, pneumatique ou électrique, et dont l'arbre de sortie 21 est aligné sur le centre 0 de la machine. t'extrémité inférieure de l'arbre 21 comporte des moyens de réception et de fixation d'outils tels que des lames, des meules, etc. L'alimentation électrique des différents moteurs se fait par l''intermédiaire d'un rail circulaire 22 concentrique à la poutre 1. Aux Figs. I et 2, la machine est montrée équipée d'une lame hémisphérique 23 illustrée aux Figs. 4 et 5. La lame 23 est constitué-e par une portion de tôle métallique dont le bord 24 est avoyé ou diamanté. Son sommet est percé de façon qu'elle puisse être placée sur l'extrémité de l'arbre 21 ou sur un embout d'adaptation, lui-même monté sur l'extrémité de l'arbre 21. Comme le montre la Fig. 5, lors du montage sur l'arbre 21 ou sur un embout d'adaptation, la lame 23 est, de préférence, prise entre deux flasques 25 et 26, et un moyen de serrage, tel qu'un écrou 27, la maintient en place. Une fois que la lame 23 est montée sur l'arbre 21, sa position doit être réglée de telle façon que son centre corresponde exactement avec le centre O de la machine. Ce réglage est effectué en modifiant judicieusement- la longueur des colonnes 12 au moyen du moteur 14. Pour déterminer la bonne position, la tige inférieure des colonnes 12 peut présenter des repères correspondant aux différents outils. On remarquera que le. réglage des différents outils pourrait se faire également au moyen d'embouts correspondants de différentes longueurs se raccordant à l'extrémité de l'arbre 21. Dans ce cas, les colonnes 12 pourraient avoir une longueur fixe. Quand une lame à configuration sphérique, telle que la lame hémisphérique 23, est montée sur l'arbre 21, il est préférable de lui adjoindre un compensateur de déformation 28, illustré schématiquement en pointillé à la Fig. 1 et représenté plus en détail aux Figs. 2 et 3, la Fig. 3 étant une vue agrandie en coupe du détail A de la Fig. 2. Le compensateur de déformation 28 se compose de supports avant et arrière 29 dont les extrémités inférieures -portent une plaque horizontale 30 sur laquelle sont fixées des portions sphériques en tôle 31 concentriques au centre 0 et écartées les unes des autres. Les supports 29 comportent un bras principal 32 dont l'extrémité supérieure se fixe au chariot 9 et un bras 33, solidaire du bras 32 dans sa partie inférieure, dont l'extrémité supérieure se fixe à la plaque 13. Les bras 32 et 33 sont réunis par une entretoise 34. Sur la face convexe de ces portions sphériques en tôle 31, sont positionnés des galets 35 montés sur roulement et axes fixés par des moyens 350, 351, 352. Ces galets 35, axés sur un rayon passant par O, définissent sur la partie concave de la lame 23 des circonférences, donc des plans circulaires parallèles aux plans de coupe. Comme le montre la partie arrachée de la Fig. 2, la lame 23 et le compensateur de variation 28 sont montés de telle façon que les galets 35 de la portion sphérique qui correspond à ladite lame 23 soient en appui ou très près de la face concave de la lame. Ainsi, en fonctionnement, la lame 23 garde toujours sa configuration sheriqrp et ne Fort s'aplatir. Pour le montage, la lame est d'abord mise ne place, puis le compensateur de déformation 28. On va maintenant décrire le fonctionnement de la machine équipée d'une lame hémisphérique telle que 23. Tout d'abord, le bloc à débiter X est placé et fixé sur la table 5. Puis celle-ci est montée au moyen du vérin 7 jusqu'à la hauteur jugée correcte pour que la coupe soit faite à la profondeur désirée. Pendant ce temps, le chariot 9 se trouve sensiblement au milieu de la poutre circulaire 1. Quand le bloc X est dans la bonne position, le moteur 20 démarre pour faire tourner la lame 23#, puis le moteur 6 du chariot 9 est mis en marche de façon à le déplacer sur la poutre 1 dans la direction opposée au côté sur lequel est monté le c#mpensateur de déformation 28. Au moment où la coupe est entamée, la table 5 est mise en rotation.Sous l'effet de la rotation de la table 5, de la rotation de la lame 23 et du déplacement du chariot 9, une portion X1 en forme de calotte sphérique est découpée. Pour cela, il est nécessaire que le moteur 6 d'entraînement du chariot 9 soit à vitesse variable. La coupe peut être totale, c'est-à-dire qu'elle peut se faire jusqu'à la verticale du point 0. Toutefois, en pratique, elle est toujours arrêtée avant, puis achevée manuellement, afin d'éviter une éventuelle projection de la pièce découpée, ce qui serait dangereux. Avec une lame en forme de calotte, telle que l'une des lames 36 à la Fig. 6, le fonctionnement est le même qu'avec une lame hémisphérique. Cependant, avec une telle lame, la coupe n'est que partielle. De telles lames en forme de calotte sphérique permettent d'obtenir des pièces a fond plat et à paroi latérale sphérique, par sciage ultérieur d'une tranche dans le bloc X, selon la ligne S-S à la Fig. 1, par exemple. t'emploi simultané de plusieurs ' lames à configurations sphériques est illustré aux Figs. 6 à 8. A la Fig. 6, sont associées plusieurs lames 36 en forme de calotte dont les bords inférieurs se trouvent tous dans un même plan. Elles sont montées sur un embout 37 qui se fixe à l'extrémité de l'arbre 21, et elles sont écartées les unes des autres par des manchons 38 dont les longueurs sont telles que les lames 36 sont toutes centrées au centre O de la machine. A la Fig. 7, une lame hémisphérique externe 39 est associée à une lame en calotte sphérique 40 dont le bord de coupe 41 se trouve donc décalé vers le haut par rapport au bord de coupe 42 de la lame 39. Cet assemblage permet de réaliser des vases ou flasques à paroi shérique dont le fond, à l'intérieur, est plan. A la Fig. 8, deux lames hémisphériques 43 et 44 sont associées à deux lames en calotte sphérique 45 et 46. Les bords de coupe 47. des lames hémisphériques 43 et 44 sont bien-sûr dans un même plan, alors que les bords de coupe 48 et 49 des lames en calotte sphérique 45 et 46 sont décalés l'un par rapport à l'autre. Cet assemblage est utilisé dans la construction de fontaines. Bien entendu, dans les assemblages des Figs. 7 et 8, les lames sont montées, comme à la Fig. 6, sur des embouts 37, séparées par des manchons 38, de telle façon qu'elles soient toutes centrées en O. D'autre part, le compensateur de déformation 28, en raison de la multiplicité de ses portions sphériques 31, agit sur chacune des lames associées ensemble. Des meules en forme de calotte sphérique peuvent aussi être utilisées pour le polissage de pièces présentant des faces convexes de même rayon que la meule. La partie active de la meule est, dans ce cas, sa face interne, et, à son sommet, elle présente un renfoncement vers l'extérieur pour recevoir l'écrou de blocage 27 sans que ce dernier dépasse par rapport à sa face interne. Une telle meule s'emploie en fixant la pièce à polir au centre le la table 5, en montant la table 5 jusqu'à ce que la face de ladite pièce à polir soit en contact avec la meule, puis en faisant tourner la meule avec le moteur 20, la table avec le moteur 6, et en déplaçant le chariot 9 sur la poutre 1. A la Fig. 9, est montré schématiquement un adapteur 50 qui se fixe sur le carter du moteur 20 et dont un arbre interne 51 s'accouple avec l'arbre 21 pour en être solidaire en rotation. L'adaptateur 50 comprend un ou plusieurs autres arbres 52 dans sa partie inférieure, perpendiculaires à l'arbre 51. Les extrémités internes des arbres 52 sont accouplées à l'extrémité inférieure de l'arbre 51, de sorte que l'arbre 51 entraîne les arbres 52 en rotation. Sur lvs extrémités externes des arbres 52, peuvent être montées des meules telles que 53, des fraises non représentées ou des lames de coupe 54 en forme de disque pour effectuer des moulures ou des coupes sur des éléments sphériques ou cylindriques fixés sur la table 5, celle-ci étant bloquée en rotation. La partie inférieure d'un dispositif de renvoi particulier 50' est représentée à la Fig. 10. Le dispositif 50' comporte un ensemble d'arbres inférieurs 52' tous entraînés en rotation par l'arbre 51'. Les arbres 52' sont régulièrement écartés les uns des autres dans un même plan et leurs extrémités externes portent des meules 53' définissant toutes ensemble une couronne dont le pourtour a une configuration sphérique. Un tel ensemble permet de polir l'intérieur sphérique d'un vase ou d'une vasque, par exemple. A la Fig. 11, une fraise 55 est montée à l'extrémité de l'axe 21. La fraise 55 est utilisée pour faire une moulure circulaire autour d'une pièce à configuration sphérique P. Pour une telle opération, la pièce P est centrée et fixée sur la table 5. La fraise 55 amorce l'attaque de la matière et descend par allongements successifs des colonnes 12 au moyen du moteur 14, jusqu'à ce qu'elle atteigne la profondeur voulue. La table 5 est mise en rotation, dans le sens inverse de la fraise 55, comme l'indiquent les flèches sur le dessin. Pendant l'opération de mouluration, le chariot 9 reste stationnaire sur la poutre 1. La meule des Figs. 12 et 13 sert à polir des parties concaves à l'intérieur de pièces telles que des vases. Elle est formée d'un disque 56 à la périphérie duquel des éléments de meule 57 sont montés de telle façon qu'il puissent se déplacer d'une certaine distance selon des directions radiales. Les éléments de meule 57 définissent sur la périphérie une couronne dont le pourtour a une configuration sphérique. Le disque 56 se monte au bout de l'axe 21, le chariot 9 étant vertical. Il est introduit à l'intérieur de l'objet à polir qui est centré sur la table 5. Lorsque le moteur 20 est mis en marche, les éléments de meule périphériques 57 se déploient sous l'effet de la force centrifuge. La surface à configuration sphérique de la pièce à polir et le disque 56 étant centrés-en O, le polissage a lieu par déplacement du chariot 9 sur la poutre 1 et, enventuellement, par rotation de la table 5. La machine des Figs. 14 et 15 comprend un portique en U 58 formé d'une traverse 59 et de montants 60 et 61. Par les extrémités inférieures de ses montants 60 et 61, le portique 58 e-s~ monté pivotant autour de pivots 62 et 63 alignés horizontalement selon l'axe Z-Z, Fig. 14, et portés par des piliers verticaux 64 et 65 ancrés dans un socle 91, ou dans le sol. Dans leur partie supérieure, les montants 60 et 61 portent des pivots horizontaux 66 et 67, parallèles à l'axe Z-Z, et qui sont dirigés vers l'extérieur. Sur les pivots 66 et 67, sont articulées les extrémités libres de tiges 68, 69 de vérins 70 et 71. Les extrémités opposées des vérins 70 et 71 sont articulées sur des pivots transversaux horizontaux 72 et 73 dont les supports sont ancrés dans le socle 91, ou dans le sol, à-l'arrière des piliers 64, 65. Entre leur position rétractée et leur position déployée,# les vérins 70 et 71 font pivoter le portique 58 de 900, environ, entre une position horizontale montrée en traits discontinus à la Fig. 15 et une position verticale représentée en traits pleins. Les vérins 70 et 71 sont hydrauliques, alimentés au moyen de canalisations-souples telles que 74, Fig. 15. Sur leurs faces: internes, les montants 60 -et 61 comportent des crémaillères 75, 76 da#ns lesquelles sont engagés des pignons 77, 78 montés aux extrémités d'une poutre horizontale 79 et entraînés par un moteur 80. On peut donc faire varier la hauteur de la poutre 79 entre les montants 60 et 61 au moyen du moteur 80. D'autre part, la poutre 79 présente des glissières 81 avec lesquelles sont engagées des parties complémentaires d'un chariot 82. Un moyen à crémaillère et à moteur 83 permet de déplacer le chariot 82 le long de la poutre 79. Le chariot 82 porte un moteur 84. L'arbre de sortie 85 du moteur 84 est orienté vers le bas et son axe rencontrant perpendiculairement l'axe Z-Z. Sur le dessin, le moteur 84 est représenté sur le dessus du chariot 84. Dans une variante, il est donc nécessaire que la poutre 79 comporte une fente médiane longitudinale dans laquelle passe l'arbre 85. L'extrémité inférieure de l'arbre 85 présente un moyen de réception et de fixation d'outils ou d'embouts d'adaptation. Aux Figs. 14 et 15, l'outil monté sur la machine est une lame hémisphérique 86 telle que la lame 23 aux Figs. 1 et 2. Un compensateur de déformation 87, tel que 28 aux Figs. 1 et 2, est monté sur le côté opposé des vérins 71, Fig. 15. Entre les piliers 64 et 65, se trouve une table 88 pouvant tourner autour d'un axe vertical médian rencontrant l'axe Z-Z au moyen d'un moteur 89. La table est montée sur un vérin 90 qui permet de faire varier sa hauteur. La machine fonctionne de la même façon que la machine représentée à la Fig. 1, à savoir que l'outil utilisé doit être centré au centre 0 de la machine, ainsi que la configuration sphérique à obtenir ou à travailler. Cependant, la machine des Figs. 14 et 15 ne peut travailler que d'un côté, c'est-à-dire du côté des vérins 70 et 71. Par contre, elle permet de débiter dans un même bloc, ou dans plusieurs blocs fixés côte à côte sur la table 88, plusieurs parties sphériques alignées transversalement, par déplacement du chariot 82 sur la poutre 79. Dans ce cas, le travail se fait en maintenant la table 86 immobile. REVENDICATIONS 1) Machine pour débiter, polir ou fraiser des éléments à faces sphériques en pierre, caractérisée en ce qu'elle comprend un chariot porte-outil (9; 82) avec un arbre de sortie (21; 85) entraîné en rotation par un moteur (20; 84), et dont l'axe passe par le centre (0; Z-Z) de la machine, une ou plusieurs lames à configuration sphérique portées à l'extrémité libre dudit arbre de sortie (21; 85), un moyen (12, 14; 75 à 80) pour positionner lesdites lames de telle manière que les centres des sphères qu'elles définissent coincident avec le centre (0, Z-Z) de la machine, un moyen pour déplacer ledit chariot (9; 82) selon une trajectoire circulaire dont le centre colncide avec le centre (0, Z-Z) de la machine, de telle façon que l'axe dudit arbre (21; 85) passe toujours par le centre (0; Z-Z) de la machine et que les lames restent toujours centrées au centre (C, Z-Z) de la machine, une taule (5; 88) de pose et de fixation des pièces à travailler, pouvant tourner autour d'un axe passant par le centre (O) de la machine, un moyen d'entraînement en rotation de la table (6; 89) et un moyen (7; 90) pour déplacer la table (5; 88) en hauteur. 2) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chariot (9) se déplace sur une poutre en arc de cercle (2) dont le centre coïncide avec le centre (O) de la machine. 3) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chariot (82) est monté dans un portique (58) pouvant pivoter autour d'un axe (Z-Z) passant par le centre (0) de la machine. 4) Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le chariot (82) peut être déplacé transversalement entre les montants (60, 61) du portique (58). 5) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une lame de coupe hémisphérique ou en forme de calotte sphérique (23; 40) dont le bord (24; 41) est avoyé ou diamanté. 6) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que plusieurs lames hémisphériques ou en forme de calotte sphérique (36; 39, 40; 43 à 46) sont montées ensemble sur l'arbre (21; 85) au moyen d'un embout d'adaptation (37) et de manchons (38). 7) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une meule de polissage en forme de calotte sphérique dont la face interne est active. 8) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un dispositif de renvoi (50; 50') est monté sur l'arbre (21; 85), pour faire tourner des outils tels que des meules (53; 53') ou des disques de coupe (54) autour d'axes perpendiculaires à l'arbre (21;- 85). 9) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une fraise (55). 10) Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une meule de polissage en forme de disque (56) dont le bord est formé d'éléments (57) à configuration sphérique qui se déploient sous l'effet de la force centrifuge. 11) Machine selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'un compensateur de déformation (28; 87) est monté sur le chariot (9; 82).