Brevet FR2648377A1 — publié le 19901221

Description Machine outils pour l'usinage de formes globiques complexes. La pré sente irlverltion concerne crne machine outils destinee à la fabrication et l'usinage de formes complexes évolutives pouvant etre situées autour d'un axe de rotation. Les machines conventionnelles fraiseuses, raboteuses, alèseuses, etc.. reçoivent depuis longtemps des outillages permettant d'orienter les outils, frai ses, couteaux, etc.. afin d'essayer d'obtenir la position optimum pour favoriser la coupe de l'outil et de réaliser les caractéristiques di mensi onnel les recherchées. Cela est très difficile lorsque les formes à usiner évoluent dans tous les sens. La tete d'orientation de fraise type "Huré" universellement connue et les différents brevets selectionés cités ci après montrent bien les travaux réalisEs dans ce domaine. Le brevet U.S. 2.794.371 04/06/57 montre le principe yéometrique de l'usinage sur la pointe de l'outil sur une surface plane avec débattement selon 2 directions perpendiculaires. Le brevet f. R. 2.158.077 26/10/71 moiitre la réalisation d'une tete de fraiseuse orientable sur la pointe de l'outil avec bras complémentaires pi votants disposés à 450. Le brevet U.S. 2.784.647 01/05/53 montre l'addition de deux bras complémentaires pivotants disposés à 90, mais utilisant deux paliers i ers placés de part et d'autre de l'outil sur un meme axe. Le brevet U.S. 3.483.796 14/06/68 montre 2 bras pi votants sur des axes à 90 avec 2 paliers sur un axe et un axe linéaire d'enfoncement disposé au centre qui du fait de cette disposition n'est pas prévu pour travailler sur le point d'intersection des 2 axes à 98 Le brevet F.R. 1.602.333 30112168 montre un dispositif de décalage d'outil par chariot permettant l'usinage à la tangente du dit outil mais qui n'autorise pas le décalage sur les 368". En fait aucune de ces. machines a des bras possédant une liberté des mouvements suffisante pour permettre la réalisation de formes spi roidal es presque entièrement globiques sans démontage de la pièce à usiner. La machine de la présente invention permet d'éviter les principaux inconvénients rencontrés et offre notamment gracie à d'une part ses 2 bras à 9Boavec un seul palier chacun, un maximum de dégagement au niveau des mécanismes autorisant un débattement optimum, sans risquer de collision entre les supports de l'outil et le support de la pièce à usiner, et d'autre part l'axe linéaire d'enfoncement complémentaire évoluant autour du point d'intersection des axes de rotation des deux bras (ou pointe de l'outil) permet d'inscrire des dérives qui seraient difficiles à maitriser à l'aide des seuls axes x, y, z Enfin le décalage de l'outil vis à vis de son axe, permet de tenir compte de son diametre et de le faire travailler au mieux de sa tangente vis à vis de la surface à usiner. -Selon une première caractéristique cette machine, qui a ses mouvements contrdlés simultanément, utilisant comme support coté pièce à usiner ou côté outil indifférement, soit un point fixe ou les 1,2 ou 3 axes conventionels X,Y,Z,comportant d'une part un organe de maintient de la pièce à usiner ,et d'autre part un outil G tenu par des éléments de support articulés successifs comportant d'une part, 2 bras pivotants sur des axes disposés angulairement l'un par rapport à l'autre et autour d'un point d'intersection commun, destinés à usiner la pièce lors de leurs mouvements et d'autre part un axe linéaire d'enfoncement, est remarquable en ce que -face à l'axe R R de l'organe de maintient de la pièce à usiner se trouve etre confondu côté outil G un axe de rotation Q Q, sur lequel se trouve le point d'intersection I situé dans le champs d'usinage de la pièce et matérialisant la position de la pointe de 1 'outil G dans l'espace; le dit axe de rotation Q Q et le point I se trouvent à 1 'intersection avec un axe linéaire P P constituant l'axe d'enfoncement, croisant à la normale l'axe de rotation Q Q ,et en ce que le dit axe linéaire P P au niveau d'un point A formant guide de coulissement est solidarisé par un bras L à un palier de rotation B situé sur l'axe Q Q et à l'opposé de l'organe de maintient de la pièce par rapport au point d'intersection I, le point A du guide de coulissement du bras L disposé sur l'axe P P étant suffisament écarté du point d'intersection I pour pouvoir y intercaler au moins le corps de l'outil G et son support, situé sur l'axe Q Q à l'opposé de l'organe de maintient K de la pièce et un peu plus éloigné du point d'intersection I que le palier de rotation B, se trouve un point C axialement et longitudinalement solidarisé avec le palier de rotation B supportant le deuxième bras de pivotement M, issu de I et disposé perpendiculairement à l'axe Q Q et dans le plan décrit par l'axe linéaire P P lors de son pivotement autour de B ,se trouve un axe de rotation 0 0 sur lequel est situé un palier de rotation D solidaire du bras M plus éloigné du point d'intersection I que le point du guide de coulissement A du bras L,et situé du meme coté,le bras M étant plus grand que le bras L, le dit axe de rotation 0 O étant solidarisé, soit à un point fixe, soit à au moins l'un des trois axes orthogonaux X,Y,Z, de sorte que la rotation du bras L sur le palier de rotation B de l'axe Q Q et la rotation du bras M sur le palier de rotation D de l'axe 0 0, désaxent R R et Q Q ainsi que P P et O 0 mais n'ont aucune incidence sur la position de la pointe de l'outil G vis à vis du point d'intersection I ,de cette façon la dite pointe de l'outil pourra etre orientée dans la totalité des directions pouvant émaner du point I ,sauf pour la zone neutralisée par la présence de l'organe de maintient de la machine qui supporte la pièce à usiner, tandis que le déplacement du support de l'outil G sur l'axe P P et sur l'un des axes linéaires X,Y,Z, fait en sorte que la pointe de l'outil G bouge également et ne coincide plus avec le point d'intersection I , permettant donc d'usiner d'autres points situés dans l'espace. -Selon d'autres caractéristiques, cette machine du type comportant un outil G rotatif ou fixe présentant à la coupe une partie circulaire est remarquable par le fait qu'elle comporte un dispositif à excentrique E permettant de déporter l'axe linéaire d'enfoncement P P en P'P*décalé d'une valeur correspondant au rayon du dit outil G, et en ce que le dit dispositif d'excentration E est combiné à un organe de déplacement, motorisé ou non, de sorte que la coupe de l'outil G soit éffectuée à la normale de la surface de la pièce à usiner par le point de tangence de l'outil. Cette machine est également remarquable en ce que le mouvement linéaire d'enfoncement de l'axe linéaire P P ou P'P'est réalisé par une glissière déportée vers le plan du palier B. Selon un mode de réalisation préférentiel,lorsque l'axe 0 0 est solidarisé avec au moins l'un des 3 axes conventionels X,Y,Z, ou un point fixe coté outil G, les différents axes ou le point fixe sont supportés par un palier de rotation J dont l'axe T T est confondu ou parallèle à l'axe Z et disposé à l'opposé du point de travail de l'outil G par rapport au palier D de manière à permettre d'orienter les axes X et Y à toutes les valeurs d'angle souhaitées par rapport à l'axe de l'organe de maintient de la pièce. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, l'organe de maintient de la pièce à usiner est pourvu d'un dispositif de recul N sur l'axe R R permettant de dégager la dite pièce en arrière à l'opposé de l'outil G. Selon une autre particularité le poste de commande de la machine est situé entre les points I et B et le bras de solidarisation L qui relie l'outil et son support au palier de rotation B est conformé sur sa longueur de manière à définir un creux , de telle façon qu'un espace suffisant soit ménagé pour y disposer le conducteur de la machine, et le poste de commande. Selon un mode particulier de réalisation le palier de rotation B, est déporté sur le point C. Selon une dernière particularité,l 'organe de maintient de la pièce est rotatif et constitué d'une poupée placée sur l'axe R R et reliée à des moyens de mise en rotation à mouvements contrôlés -L'applicatíon d'une telle machine est surtout orientée vers la création de formes complexes de type"escargot" et peut permettre la fabrication de pièces dont les surfaces et profils nécessitent une orientation de l'outil constamment contrée tous azimuts.La réalisation de formes complexes est grandement facilitée du fait de la plus grande liberté des axes et permet d'usiner des formes prototypes pour des aubes, ou des formes artistiques nouvelles. Le raisonnement du conducteur de la machine est facilité par la scission des fonctions axiales. La disposition des axes telle qu'elle est décrite n'est pas limitative. Le doublement ou l'addition d'axes sur cette disposition de base, par exemple X,Y,Z pour tenir l'outil, devraient etre considérés comme des extensions de celle ci qui est fondamentale et ne sauraient y etre opposée. Cette disposition expérimentée fait apparattre une solution optimum qui ne saurait etre détournée par exemple par le fait de rendre rotatifs simultanément les paliers B et C. L'outil peut etre de conceptions différentes: soit rotatif: broche avec fraise par exemple, soit statique tel que couteau chauffant etc...ou encore sophistiqué tel que laser, électrode haute fréquence, sans que cette énonciation soit limitative pour autant. La contruction de la machine fait appel à toutes les techniques actuellement connues pour les glissières, roulements, vis à billes, à rouleaux etc... Les matériaux les mieux adaptés sont utilisés pour répondre aux problèmes de corrosion, flexions, torsions, abrasion etc... La motorisation fait appel à des moteurs pas à pas, courant continu, etc... La mesure et le contrôle sont assurés à l'aide de codeurs ou règles, incrémentales ou absolus etc... Des sécurités évitent les risques de collision à l'approche de conditions extrêmes ou dangereuses lors de l'atteinte de débattements maximums. La gestion de l'ensemble de cette machine est assurée par une commande numérique. - Des dessins sont joints qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Cette machine étant décrite avec des éléments volontairement schématisés afin de mieux faciliter la compréhension. - Il sera fait référence aux dessins suivants La figure 1 est une vue schématique des différents axes définissant le fonctionement de la machine dans une position privilégiée pédagogique. La figure 2 est une vue avec coupe locale représentant le dispositif d'exentration. La figure 3 montre une machine complète avec son conducteur. La figure 4 représente un ensemble support de la pièce avec mouvement de rotation autour de l'axe R R et dispositif de recul N ,montés sur les axes X,Y,Z. - En référence à ces dessins cette Machine est constituée par différents élements qui dans une position particulière s'énoncent de la façon suivante; -Un support K assure le maintient de la pièce à usiner sur un axe R R . Ce dernier est solidarisé à un point fixe ou à un l'un des trois axes orthogonaux X,Y,Z. Un dispositif de recul N permet de dégager la pièce vers l'arrière pour mieux la visionner ou la sauvegarder. La pointe de 1 'outil G est à l'intersection I des axes R R, P P, O 0, et Q Q. L'outil G avec son porte outil est placé sur un axe linéaire P P confondu avec l'axe O 0. Ces derniers sont perpendiculaires avec les axes R R et Q Q qui sont eux memes confondus. L'outil G avec son porte outil est relié par un bras L, fixé d'un coté avec le point A de l'axe P P et de l'autre coté avec le palier de rotation B placé sur l'axe Q Q. Le palier de rotation B est solidarisé avec le point C également placé sur l'axe Q Q. Ce dernier point est lui meme relié par un autre bras M au palier de rotation D placé sur l'axe O O. Le palier de rotation D est solidarisé soit avec un point fixe soit avec avec l'un des axes classiques X,Y,Z. Ce point fixe ou l'un des axes X,Y,Z, est placé sur un axe T T qui est confondu ou non avec l'axe Z et tenu par un palier de rotation J. Cela permet d'orienter les axes X et Y à toutés valeurs d'angles souhaitées par rapport à l'organe de maintient K de la pièce. En cours de fonctionnement la rotation du bras L sur le palier B de 1 'axe Q Q et la rotation du bras M sur le palier de rotation D de l'axe O O ,désalignent les axes R R et Q Q ainsi que P P et O O. Cela n'a aucune incidence sur la position de la pointe de l'outil G vis à vis du point d'intersection I. L'outil pourra donc etre orienté tous azimuts sauf pour la zone neutralisée par la présence de l'organe de maintient K de la pièce. Tout déplacement sur les axes P P ou X,Y,Z, amène un déplacement de la pointe de l'outil G vis à vis du point d'intersection I qui ne concident plus. Cela permet donc d'usiner d'autres points situés dans l'espace. Pour permettre le décalage de l'outil G vis à vis de son axe'P P losqu'il est circulaire au droit de sa coupe un dispositif d'excentration E est employé. L'axe P P est déporté en P' P' d'une valeur correspondant au rayon de l'outil G. De cette façon l'outil G peut travailler en permanence avec son meilleur point de contact avec la pièce, évitant ainsi les sillons et autres défauts d'aspect des surfaces usinées. Cela favorise également les qualités dimentionnelles. Dans une machine complète décrite pour exemple, nous trouvons un bdti H supportant le palier J situé sur l'axe T T qui autorise la rotation de l'ensemble coté outil G. Viennent ensuite les trois axes X,Y,Z, le palier D situé sur l'axe O O, le bras M assurant la liaison avec le point C situé sur l'axe Q Q. Le palier de rotation B, matériellement solidarisé en longueur sur l'axe Q Q avec le point C,est solidarisé avec l'axe linéaire P P par le bras L plus petit que le bras M.L'axe d'enfoncement P' P' est déporté de l'axe O O vers le plan du palier B.Le dispositif d'excentration E permet de constamment optimiser ltéfficacité du point d'attaque de l'outil G. Le support K situé sur l'axe R R permet de présenter la pièce de la meilleure façon possible pour en assurer l'usinage recherché. Cela peut etre réalisé grace aux axes X, Y, Z, supportant éventuellement l'axe R R qui peut etre rotatif. Sur l'axe R R un dispositif de recul N permet de dégager la pièce de l'outil pour la visualiser, la sauvegarder, la démonter,etc.. L'invention n'est de toute façon, pas limitée aux réalisations décrites mais en couvre, au contraire, toutes les variantes qui pourraient leurs etre apportées sans sortir de leur cadre ni de leur esprit. Toutes les techniques actuellement connues sont utilisées pour la construction d'une telle machine. Il y a donc lieu de bien admettre qu'en gardant l'essentiel du caractère général de la machine décrite plus haut, les évolutions de formes qui découlent des lois conventionnelles et instinctives de la construction mécanique, feront partie de la présente invention. Toutes les techniques de construction, qu'il s'agisse de fonderie,de mécanosoudure, d'emboutissage,etc.. sont utilisées pour la construction de cette machine.Tous les matériaux métalliques, plastiques, composites, etc...sont utilisables. L'application de la machine de la présente invention concerne toutes les formes complexes quelqu'en soient leurs applications finales. Les formes très difficiles à réaliser du genre escargot sont bien entendu les premières à etre concernées. REVENDICATIONS 1" MACHINE OUTILS POUR L'USINAGE DE FORMES GLOBIQUES COMPLEXES à mouvements contrôlés simultanément utilisant comme support coté pièce à usiner ou côté outil indifférement, soit un point fixe ou les 1,2 ou 3 axes conventionels X,Y,Z,comportant d'une part un organe de maintient K de la pièce à usiner ,et d'autre part un outil G tenu par des éléments de support articulés successifs comportant d'une part, 2 bras pivotants sur des axes disposés angulairement l'un par rapport à 1 'autre et autour d'un point d'intersection commun, destinés à usiner la pièce lors de leurs mouvements et d'autre part un axe linéaire d'enfoncement, caractérisée en ce que,-face à l'axe R R de l'organe de maintient de la pièce à usiner, se trouve etre confondu côté outil G un axe de rotation Q Q, sur lequel se trouve le point d'intersection I situé dans le champs d'usinage de la pièce et matérialisant la position de la pointe de l'outil G dans l'espace; le dit axe de rotation Q Q et le point I se trouvent à l'intersection avec un axe linéaire P P constituant l'axe d'enfoncement, croisant à la normale l'axe de rotation Q Q ,et en ce que le dit axe linéaire P P au niveau d'un point A formant guide de coulissement est solidarisé par un bras L à un palier de rotation B situé sur l'axe Q Q et à l'opposé de l'organe de maintient de la pièce par rapport au point d'intersection I, le point A du guide de coulissement du bras L disposé sur l'axe P P étant.suffisament écarté du point d'intersection I pour pouvoir y intercaler au moins le corps de l'outil G et son support, situé sur l'axe Q Q à l'opposé de l'organe de maintient K de la pièce et un peu plus éloigné du point d'intersection I que le palier de rotation B, se trouve un point C axialement et longitudinalement solidarisé avec le palier de rotation B supportant le deuxième bras de pivotement M, issu de I et disposé perpendiculairement à l'axe Q Q et dans le plan décrit par l'axe linéaire P P lors de son pivotement autour de B ,se trouve un axe de rotation O O sur lequel est situé un palier de rotation D solidaire du bras M plus éloigné du point d'intersection I que le point du guide de coulissement A du bras L,et situé du meme coté, le bras M étant plus grand que le bras L, le dit axe de rotation O O étant solidarisé, soit à un point fixe, soit à au moins l'un des trois axes orthogonaux X,Y,Z, de sorte que la rotation du bras L sur le palier de rotation B de l'axe Q Q et la rotation du bras M sur le palier de rotation D de l'axe O 0, désaxent R R et Q Q ainsi que P P et O O mais n'ont aucune incidence sur la position de la pointe de l'outil G vis à vis du point d'intersection I ,de cette façon la dite pointe de l'outil pourra etre orientée dans la totalité des directions pouvant émaner du point I ,sauf pour la zone neutralisée par la présence de l'organe de maintient de la machine qui supporte la pièce à usiner, tandis que le déplacement du support de l'outil G sur l'axe P P et sur l'un des axes linéaires X,Y,Z, fait en sorte que la pointe de l'outil G bouge également et ne coincide plus avec le point d'intersection I , permettant donc d'usiner d'autres points situés dans l'espace. 2" Machine outils pour l'usinage de formes globiques complexes selon la revendication 1 du type comportant un outil G rotatif ou fixe présentant à la coupe une partie circulaire caractèrisée par le fait qu'elle comporte un dispositif à excentrique E permettant de déporter l'axe linéaire d'enfoncement P P en P'P'décalé d'une valeur correspondant au rayon du dit outil G, et en ce que le dit dispositif d'excentration E est combiné à un organe de déplacement, motorisé ou non, de sorte que la coupe de l'outil G soit éffectuée à la normale de la surface de la pièce à usiner par le point de tangence de 1 'outil 3o Machine outils pour l'usinage de formes globiques complexes, selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le mouvement linéaire d'enfoncement de l'axe linéaire P P ou P'P'est réalisé par une glissière déportée vers le plan du palier B. 4o Machine outil pour l'usinage de formes globiques complexes, selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'axe O O est solidarisé avec au moins l'un des 3 axes conventionels X, Y, Z, ou un point fixe coté outil G caractérisée par le fait que les dits axes ou le point fixe sont supportés par un palier de rotation J dont l'axe T T est confondu ou parallèle à l'axe Z et disposé à l'opposé du point de travail de l'outil G par rapport au palier D de manière à permettre d'orienter les axes X et Y à toutes les valeurs d'angle souhaitées par rapport à l'axe de l'organe de maintient de la pièce. 5" Machine outils pour l'usinage de formes globiques complexes, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe de maintient de la pièce à usiner est pourvu d'un dispositif de recul N sur l'axe R R permettant de dégager la dite pièce en arrière à l'opposé de l'outil G. 60 Machine outils pour l'usinage de formes globiques complexes, selon la revendication 1 ou 3 caractérisée par le fait que le poste de commande de la machine est situé entre les points I et B et que le bras de solidarisation L qui relie l'outil et son support au palier de rotation B est conformé sur sa longueur de manière à définir un creux , de telle façon qu'un espace nuffisatlt soit ménagé pour y disposer le conducteur de la machine, et le pote de commande. 7o Machine oit il pour l'usinage de formes globiques complexes, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le palier de rotation B, est déporté sur le point C. 80 Machine outil pour l'siage de formes globiques complexes, selon l'une quelconque des revendications précédentes, carctèrisée en ce que l'organe de maintient de la pièce est rotatif et constitué d'une poupée placée sur l'axe R R et reliée à des moyens de mise en rotation à mouvements contrôlés.