Brevet FR2694223A1 — publié le 19940204

La présente invention est du domaine des machines-outils du genre à enlèvement de matière au moyen d'un outil rotatif et elle a pour objet une fraiseuse dite d'outillage. On rappelle que l'on classe conventionellement les machines du genre précité en deux catégories : les fraiseuses conventionnelles d'une part, et les fraiseuses à commande numérique d'autre part; les fraiseuses conventionnelles se subdivisent elles-mêmes en fraiseuses à console et en fraiseuses à banc suivant les mobilités respectives de la pièce à usiner et de l'outil d'usinage, l'une par rapport à l'autre. Les fraiseuses à commande numérique comprennent les machines complexes avec dispositifs automatiques d'approvisionnement en outils, que sont les centres d'usinage, ces machines étant pourvue de moyens informatiques pour traiter des données et commander l'exécution de programmes. C'est dans la première catégorie de ces machines que l'on rencontre les fraiseuses d'outillage, ou de précision, destinées à l'exécution de pièces unitaires, de très petites séries, de prototypes, de retouches de pièces précises, etc... Il est toutefois apparu à la Demanderesse que le parc de ces machines était vieillissant et que son renouvellement ne s'opérait que par l'acquisition de machines soit neuves mais de technologie archaïque, soit de machines d'occasion rénovées, mais en aucun cas de machines bénéficiant des récents progrès en matière d'automatisme et des commandes électroniques intégrées dont ont bénéficié les machines de production. L'invention a pour premier but de mettre à la disposition du fraiseur qualifié pour l'emploi des machines conventionnelles et plus particulièrement des fraiseuses d'outillage ou de précision, une fraiseuse qui ne modifie pas sa méthode de travail mais qui lui permette une amélioration de cette méthode en mettant à sa disposition des commandes autorisant des opérations jugées "complexes" sur une fraiseuse conventionnelle, par exemple des réalisations d'interpolations linéaires ou circulaires, de '^poches" ou "d'ilôts simples", avec une rapidité et une précision accrues. L'invention a aussi pour autre but de mettre à la disposition du fraiseur des moyens lui permettant de reproduire automatiquement sur d'autres pièces ou ébauches, les opérations d'usinage, mêmes complexes, effectuées sur une première pièce, c'est-à-dire de reproduire, bien qu a des cadences moins élevées que celles des centres d'usinage, des pièces dont le petit nombre ne justifie pas l'élaboration d'un programme d'usinage ou l'utilisation d'un centre d'usinage. Ainsi la présente invention va consister en l'association de différents moyens de manoeuvre des organes mobiles de la fraiseuse, ces moyens mettant en oeuvre des techniques connues en elles-mêmes telles que l'informatique, la cybernétique à base d'électronique, les moteurs asservis, ainsi qu'en la disposition judicieuse des organes de commande et/ou de contrôle de ces moyens de manoeuvre. Une fraiseuse de l'invention est du genre des fraiseuses d'outillage pourvues d'un premier organe dit tête porte-broche" et d'un deuxième organe dit "table porte-pièce", la combinaison des mouvements des dits premier et deuxième organes l'un par rapport à l'autre autorisant des déplacements relatifs suivant les trois axes orthogonaux de l'espace cartésien, à savoir l'axe de broche et les deux directions, ou axes, d'un plan perpendiculaire à l'axe de broche, la dite fraiseuse étant pourvue de trois manivelles pour manoeuvrer les organes suivant lesdits axes, l'axe de broche pouvant être soit parallèle, soit perpendiculaire au plan de la dite table. Suivant une première caractéristique générale de l'invention, une fraiseuse du type précité incorpore des moyens d'automatisme sous forme de moyens informatiques (programmes, processeur, mémoires), certains de ces programmes, ou suite d'instructions, dits élémentaires, étant destinés à commander la fraiseuse à effectuer automatiquement une opération d'usinage, sélectionnée parmi une pluralité d'opérations d'usinage dites elles aussi élémentaires et correspondant chacune à un programme, ces opérations ayant été choisies parmi les opérations d'usinage les plus fréquentes. Chaque programme élémentaire, qui procède d'un algorithme paramétrable, est assimilable à une trajectoire qui serait imposée à l'outil par un système "gabarit-camme et galet suiveur" évoluant entre deux positions de butée. De préférence l'exécution de ces programmes élémentaires et leur information est réalisée au moyen d'un système à microprocesseur 32 bits traitant le language ISO; on doit noter à ce propos que, à la différence des machines à commande numérique, la première approche d'un point de début d'exécution d'une commande est effectuée à l'aide des manivelles, la machine se bornant à enregistrer ce point, et, à partir de lui, à exécuter le programme dont les paramètres ont été introduits, et à enregistrer l'ensemble de l'exécution, après validation par l'opérateur; ces dernières manipulations seront explicitées ci-après. Ainsi, une machine du type susvisé incorpore de façon caractéristique -une pluralité de programmes dits d'opération élémentaire d'usinage, chacun des dits programmes étant destiné à être sélectionné et paramètré, -des moyens pour, d'une part sous forme d'un clavier d'un premier tableau, sélectionner l'un des dits programmes d'opérations élémentaires, et d'autre part, sous forme de claviers d'un deuxième et d'un troisième tableaux, affecter au dit programme sélectionné des données et des paramètres, -des moyens de mémorisation pour enregistrer comme point de début d'exécution d'une opération élémentaire un point de positionnement relatif de l'outil et de l'ébauche au moyen des dites manivelles, et pour enregistrer le dépla cement relatif de l'ébauche et de l'outil entre un instant initié par un ordre d'exécution et un instant initié par un ordre de fin d'opération, soit que ledit déplacement ait été commandé par l'opérateur au moyen des manivelles, soit qu'il ait été commandé par un programme d'opération élémentaire. Avantageusement la pluralité des opérations élémentaires programmées comprend -l'usinage suivant l'axe de broche, -l'usinage suivant une direction perpendiculaire à la fois à l'axe de broche et à l'axe de déplacement perpendiculaire d'un des dits organes mobiles, -l'usinage suivant une direction perpendiculaire au plan formé par les deux directions précédentes, -l'usinage suivant une trajectoire définie par l'interpola tion linéaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de broche, -l'usinage suivant une trajectoire définie par l'interpola tion circulaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de broche, -le perçage suivant l'axe de broche, -le taraudage suivant l'axe de broche, -l'alésage suivant l'axe de broche, -l'usinage de poches (circulaires, rectangulaires) et d'ilôts. Suivant une deuxième caractéristique générale la fraiseuse de l'invention incorpore des moyens de mise en mémoire de toutes les opérations effectuées, commandées, et validées sur une période dite "cycle d'opérations "comprise entre un instant de début d'apprentissage et un instant de fin d'apprentissage, et des moyens pour commander la réexécution du cycle mémorisé. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va être faite d'une forme particulière de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles - la fig.1 est une perspective d'une fraiseuse relevant de l'invention, - la fig.2 est une représentation en perspective du pupitre de commande de la fraiseur de la fig.1, - la fig.3 illustre un premier groupe de tableaux du pupitre de la fig.2, - la fig.4 illustre un tableau, dit cinquième, du pupitre de la fig.2, - la fig.5 illustre un tableau, dit sixième, du pupitre de la fig.2. Sur la fig.l, une fraiseuse selon une forme particulière, mais préfèrée de réalisation de l'invention est du genre à table 1 fixe et à tête 2 mobile suivant les trois directions, ou axes, de l'espace cartésien, dites axe vertical V, axe longitudinal L et axe tranversal T. Cette machine est composée d'un bâti fixe l1 supportant la table 1; ce bâti est de préférence constitué par un bloc de granit reconstitué, ce qui contribue à la précision (de l'ordre du micromètre) de la machine, en coopération avec les moteurs asservis, et les manivelles électroniques à impulsions. Le bâti supporte des glissières 12 de guidage longitudinal pour un premier chariot 13; le premier chariot 13, mobile suivant l'axe longitudinal L, supporte lui-même des glissières horizontales 14 orientées suivant l'axe transversal T pour un deuxième chariot 15; le deuxième chariot, mobile suivant l'axe transversal T supporte des guides (non visibles sur la figure) pour des glissières 16 solidaires d'un troisième chariot 17 mobile suivant l'axe vertical V supportant la tête porte outil 2 qui est ainsi mobile suivant les trois axes L,T,V; on a représenté en tirets le volume 18 dans lequel peut se mouvoir la tête 2; on notera que dans le cas illustré sur la figure, l'axe de broche peut être basculé de l'horizontale à la verticale et vice-versa; on notera aussi que ce choix de la mobilité ou de l'immobilité des organes, table et tête, n'est pas déterminant du type de machine auquel s'applique l'invention, et que celle-ci pourrait tout aussi bien s'appliquer à une fraiseuse d'un autre type dans lequel la table est mobile suivant un ou plusieurs axes. On remarque que dans cette forme de réalisation les moyens de commande de la machine à la disposition de l'utilisateur sont compris dans un pupitre 3 fixé en pendentif à la machine, que l'utilisateur peut, à sa convenance, positionner dans l'espace, approximativement devant ou derrière la machine. Suivant une autre forme de réalisation le pupitre est mécaniquement indépendant de la machine, et il est, par exemple, monté sur un support mobile au sol. Sur le pupitre, les moyens de contrôle, de commande ou de réglage de l'ensemble des organes de la fraiseuse, à la disposition de l'utilisateur sont répartis en une pluralité de tableaux, disposés sur la face avant 31 du pupitre. Sur la fig.2, la pluralité des tableaux comprend, du haut en bas de la face du pupitre: - un premier tableau 4, dit de sélection des opérations d'usinage, - un deuxième tableau 5, dit d'introduction de données, - un troisième tableau 6, dit clavier numérique, et - un quatrième tableau 7, dit de sélection de mode. Ces quatre premiers tableaux qui se rapportent plus particulièrement à l'introduction de données numériques et à leur traitement informatique, sont juxtaposés à un écran 31 de visualisation destiné à faire apparaître non seulement les informations rentrées par l'utilisateur, mais aussi des informations internes relatives à la suite des opérations d'introduction de données, des messages d'erreur, un menu d'aide, etc... La face avant du pupitre comporte en outre un cinquième tableau 8 et un sixième tableau 9 qui comprennent des organes de réglage, d'enclenchement ou de manoeuvre. Ces deux derniers tableaux se rapportent plus particulièrement à la commande et à la manoeuvre manuelles conventionnelles de la machine, par opposition aux premiers tableaux qui se rapportent à la sélection et au paramétrage des opératons d'usinage élémentaires. On notera que dans la description détaillée qui va maintenant être faite des tableaux du pupitre, le principal objet de cette description n'est pas de dépeindre la disposition relative des organes constitutifs de ces tableaux, ni de leur affecter une dénomination pour elle-même, mais de définir les fonctions de la machine initiées par ces organes. Sans doute ne suffitil pas de disposer une touche sur un clavier pour en obtenir une fonction, mais on doit considérer que la réalisation des moyens de la fonction relève de l'homme du métier, à savoir dans le cas présent le cybernéticien, dès lors qu'on lui a défini la fonction à réaliser; en outre on rappelle que l'invention ne repose pas sur une seule fonction mais sur la combinaison de plusieurs d'entre elles pour atteindre les buts de l'invention. Sur la fig.3, le premier tableau 4, dit de sélection des opérations d'usinage, est constitué par un clavier de sélection de l'une des opérations programmées, chacune des neuf touches du clavier étant disposée en regard d'une figuration de l'usinage obtenu sur une pièce complexe usinée suivant la totalité des opérations programmées susvisées. On reconnaît sur le premier tableau 4 une touche 41 de sélection d'un mouvement d'axe transversal ( avec une broche verticale, ou vertical avec une broche horizontale), une touche 42 de sélection d'un mouvement d'axe perpendiculaire au précédent et à l'axe de broche, une touche 43 de sélection de mouvement suivant l'axe de broche, une touche 45 de sélection de l'usinage suivant une trajectoire définie par interpolation linéaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de broche, une touche 44 de sélection d'une trajectoire définie par interpolation circulaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de la broche, une touche 46 de sélection du perçage suivant l'axe de broche, une touche 47 de sélection du taraudage suivant l'axe de broche, une touche 48 de sélection de l'alésage suivant l'axe de broche et une touche 49 de sélection de l'usinage de poches (circulaires, rectangulaires) et d'ilôts. Le deuxième tableau 5, dit d'introduction de données, est constitué par un clavier de sélection des types de paramètres à introduire, l'une des dix-sept touches de ce clavier correspondant à la sélection du fonctionnement en "calculette" d'un clavier numérique. On reconnaît sur le deuxième tableau 5 une touche 51 de validation des opérations antérieures réalisées pour mémorisation de celles-ci lorsque la machine fonctionne en mode apprentissage, une touche 52 de sélection de la répétition des opérations effectuées depuis la validation précitée, une touche 53 de sélection de l'opération de dégagement de l'outil, une touche 54 de choix des valeurs d'avance, une touche 55 d'appel de la page d'écran suivante, une touche 56 de sélection de la deuxième fonction des touches de la calculette, une touche 57 de validation de page, une touche 58 de sélection de l'usinage avec/sans correction de rayon d'outil, une touche 59 de sélection de la position (à droite/à gauche) de la matière par rapport à la direction de déplacement relatif de la pièce et de l'outil, une touche 510 d'appel de messages, une touche 511 d'appel d'un menu d'aide, une touche 512 de sélection d'entrée d'une donnée, une touche 513 de Remise à Zéro (RAZ) c'est à dire d'abandon de l'opération en cours, une touche 514 dite de rappel d'axe destinée à ramener les organes dans la position dans laquelle ils se trouvaient lors de l'actionnement de la touche 53 de dégagement de l'outil, une touche 515 d'introduction des paramètres de l'outil, une touche 516 de choix d'une fréquence de rotation de la broche, enfin une touche 517 de la fonction "calculette" du clavier numérique. Le troisième tableau 6 est constitué du clavier numérique précité; il peut être utilisé de façon dite intégrée pour l'introduction d'une donnée à l'appel d'un champs requis par une fonction préalablement sélectionnée, soit de façon indépendante à la manière d'une "calculette scientifique". Le quatrième tableau 7 est constitué- par un commutateur rotatif à trois positions de sélection d'un mode de fonctionnement de la fraiseuse parmi trois modes comprenant le mode manuel, le mode d'apprentissage, le mode de répétition. Le mode manuel comprend non seulement le fonctionnement à partir des commandes conventionnelles mais aussi le fonctionnement à partir des opérations élémentaires sélectionnées et paramètrées, sans qu'aucun enregistrement de ces opérations ne soit effectué, ce qui constitue la différence avec le mode "apprentissage" suivant lequel toutes les opérations validées par l'opérateur sont enregistrées; on notera aussi que l'apprentissage est opéré durant la réalisation de la première pièce. Le mode répétition est la simple réexécution de l'enregistrement. La pluralité de tableaux comprend encore un cinquième tableau 8 qui est constitué par des potentiomètres de réglage 815 de la fréquence de rotation de la broche, et de réglage 816 de sa vitesse d'avance par rapport à la pièce à usiner, par des boutons-poussoirs de sélection 81,83 du sens rotation de la broche, de commande 82 d'arrêt normal de la rotation de la broche, de commande 84 d'une rotation lente de la broche par à-coups, de commande 85 de desserrage-serrage de l'outil, de commande 86 de départ de mouvement (cycle), de commande 87 d'arrêt d'avance, de commande 811 d'arrêt d'urgence simultanée detous les mouvements de la machine, cette commande étant de préférence vérouillable, et dévérouillable avec clé, de marche/arrêt 810 de l'arrosage, et de commande 812,813 de la mise sous-tension/hors-tension de l'ensemble de la partie puissance de la machine.Des boutons-poussoirs 88 et 89 sont laissés en réserve d'affectation ultérieure. La pluralité de tableaux comprend enfin un sixième tableau 9 qui comporte les trois manivelles 91,93,95, trois manipulateurs 92,94,96, chacun des manivelles et manipulateurs étant associé à un axe, ainsi que deux organes de commande 97 et 98. Les manipulateurs sont constitués par des leviers à trois positions (deux positions actives par maintien, ou enclechement, avec retour vers le neutre lors du relachement à partir de la positon désenclenchée-); le manipulateur 92 commande le mouvement de translation suivant l'axe longitudinal L, le manipulateur 94 commande le mouvement suivant l'axe transversal T et le manipulateur 96 commande le mouvement suivant le troisième axe V.L'organe 97 est un poussoir dont la poussée maintenue commande le mouvement rapide le long d'un axe sélectionné par un manipulateur; il peut être utilisé pour le déplacement rapide hors matière, de l'outil. L'organe 98 est un sélecteur tournant à trois positions, permettant de sélectionnner la démultiplication des manivelles. Avantageusement les manivelles 91,93,95 sont des "manivelles électroniques" délivrant des impulsions au fur et à mesure de leur rotation, chaque impulsion induisant un déplacement déterminé le long de l'axe associé à la manivelle; avantageusement encore la multiplication de l'effet du mouvement des manivelles sur les organes correspondants de la fraiseuse résulte de la multiplication (par 10, par 100) du nombre des impulsions correspondant à une certaine rotation d'une manivelle. Glace à l'implantation judicieuse du pupitre, des manivelles électroniques et des manipulateurs regroupés sur le pupitre, l'opérateur retrouve des conditions d'utilisation de la machine identiques à celles dont il a l'habitude sur une machine conventionnelle. Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de réalisation d'une fraiseuse conforme à l'invention, il doit être compris que la portée de l'invention n'est pas limitée à cette forme mais qu'elle s'étend à toute machine de fraisage comportant les caractéristiques générales énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1.- Fraiseuse du genre des fraiseuses d'outillage pourvues d'un premier organe dit "tête porte-broche" et d'un deuxième organe dit "table porte-pièce", la combinaison des dits organes l'un par rapport à l'autre autorisant des déplacements relatifs suivant les trois axes orthogonaux de l'espace cartésien, ladite fraiseuse étant pourvue de trois manivelles pour manoeuvrer les organes suivant lesdits axes, et de moyens informatiques pour traiter- des données et commander l'exécution d'un programme, caractérisé : en ce que, incorporant des moyens d'automatisme sous forme de moyens informatiques incluant des programmes, un processeur et des mémoires, elle incorpore plus particulièrement:: -une pluralité de programmes dits d'opérations élémen taires d'usinage, chacun des dits programmes étant destiné à être sélectionné et paramètré, -des moyens pour, d'une part sous forme d'un clavier d'un premier tableau, sélectionner l'un des dits programmes d'opérations élémentaires, et d'autre part, sous forme de claviers d'un deuxième et d'un troisième tableaux, affecter au dit programme sélectionné des données et des parametres, -des moyens de mémorisation pour enregister comme point de début d'exécution d'une opération élémentaire un point de positionnement relatif de l'outil et de l'ébauche au moyen des dites manivelles, et pour enregistrer le déplacement relatif de l'ébauche et de l'outil entre un instant initié par un ordre d'exécution et un instant initié par un ordre de fin d'opération, soit que ledit déplacement ait été commandé par l'opérateur au moyen des manivelles, soit qu'il ait été commandé par un programme d'opération élémentaire. 2.- Fraiseuse selon la revendication l, caractérisée en ce qu'elle incorpore en outre des moyens de mise en mémoire de toutes les opérations effectuées ou commandées sur une période, dite cycle d'opérations, comprise entre un instant de début d'apprentissage et un instant de fin d'apprentissage, et des moyens de commander la réexécution du cycle mémorisé 3.- Fraiseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pluralité des opérations programmées comprend -l'usinage suivant l'axe de broche, -l'usinage suivant une direction perpendiculaire à la fois à l'axe de broche et à l'axe de déplacement perpendiculaire d'un organe mobile, -l'usinage suivant une direction perpendiculaire au plan formé par les deux directions précédentes, -l'usinage suivant une trajectoire définie par l'interpolation linéaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de. broche, -le perçage suivant l'axe de broche, -le taraudage suivant l'axe de broche, -l'alésage suivant l'axe de broche, -l'usinage de poches (circulaires, rectangulaires) et d'ilôts. 4.- Fraiseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dites manivelles sont des "manivelles électroniques"(91,93,95) délivrant des impulsions au fur et à mesure de leur rotation, chaque impulsion induisant un déplacement déterminé le long de l'axe associé à la manivelle; 5.- Fraiseuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la multiplication de l'effet du mouvement des manivelles sur lesdits premier et deuxième organes de la fraiseuse résulte de la multiplication (par 10, par 100) du nombre des impulsions correspondant à une certaine rotation d'une manivelle; 6.- Fraiseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de contrôle de commande ou de réglage de l'ensemble des organes de la fraiseuse, à la disposition de l'utili sateur sont répartis en une pluralité de tableaux disposés sur la face avant d'un pupitre fixé en pendentif à la fraiseuse; 7.- Fraiseuse selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, relevant du premier tableau: - des moyens de sélection d'un mouvement d'axe trans versal (avec broche verti-cale, ou vertical avec broche horizontale) sous la dépendance d'une touche (41), - des moyens 42 de sélection d'un mouvement d'axe perpendiculaire au précédent et à l'axe de broche, - des moyens 43 de sélection de mouvement suivant l'axe de broche, - des moyens 45 de sélection de l'usinage suivant une trajectoire définie par interpolation linéaire dans le plan perpendiculaire à l'axe de broche, - des moyens 44 de sélection d'une trajectoire définie par interpolation circulaire dans le plan perpendi culaire à l'axe de la broche, - des moyens 46 de sélection du perçage suivant l'axe de broche, - des moyens 47 de sélection du taraudage suivant l'axe de broche, - des moyens 48 de sélection de l'alésage suivant l'axe de broche, et - des moyens 49 de sélection de l'usinage de poches (circulaires, rectangulaires) et d'ilôts 8.- Fraiseuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de contrôle de commande ou de réglage de l'ensemble des organes de la fraiseuse, à la disposition de l'utilisateur sont répartis en une pluratité de tableaux disposés sur la face avant d'un pupitre monté sur un support mobile au sol.