Brevet FR2702979A1 — publié le 19940930

"Machine-outil d'usinage à commande automatique pour la fabrication par usinage selon trois axes de pièces mécaniques, à partir d'une barre à plusieurs faces" La présente invention a pour objet une machine-outil d'usinage à commande automatique pour la fabrication par usinage selon trois axes de pièces mécaniques, à partir d'une barre à plusieurs faces, comportant dans l'ordre et suivant l'axe d'avancement de la barre pendant l'usinage - un magasin embarreur pour l'alimentation des barres à usiner, - un mécanisme de rotation de barre pour tourner la barre sur elle-même et permettre l'usinage des dif férentes faces de la pièce encore rattachée à la barre ainsi que son sectionnement, - une table d'usinage formée d'un étau d'usinage dans lequel est serrée la barre pendant l'usinage, - une tête d'usinage située au-dessus de la table d'usinage, - un moyen de coupe pour séparer la pièce de la barre. Un tel type de machine est notamment utilisé par les métalliers, c' est-à-dire les fabricants de ferrures ou d'huisserie métallique et plus généralement de pièces mécaniques, lesquels utilisent fréquemment des pièces mécaniques usinées à partir de barre, l'usinage étant du type fraisage, pliage, etc. Les machines traditionnelles d'usinage ont une table d'usinage qui bouge selon au moins deux axes ce qui rend très difficile, pour ne pas dire impossible, la fabrication en série de pièces mécaniques multiples dans la barre. Le terme de barre est ici utilisé dans un sens très général puisqu'il peut recouvrir des profilés métalliques, notamment des profilés creux ou même ouverts tels que ceux qui sont utilisés dans la métallerie. Dans le cas de profilés tubulaires l'axe de la barre est celui passant par le centre du polygone fermé de la section de la barre et dans le cas d'un profilé ouvert dont la forme la plus simple est une cornière, l'axe pris au sens de la présente invention est celui passant par le polygone fermé (en général un rectangle ou un carré) de la "section du profile Ainsi dans une machine connue du type de celle définie ci-dessus la barre à usiner est portée dans une série de lunettes et un mandrin d'indexage (mandrin fixe) les lunettes comportent des pièces intermédiaires (fourrures de forme) adaptées à chaque profil qui sont de ce fait différents. I1 faut les changer à chaque changement de forme de barre. Cela nécessite non seulement des multiples jeux de fourrures de forme, adaptées à chaque profil à usiner mais entraînent des travaux de transformation et de réglage importants à chaque changement de profilé (suivant les besoins de la fabrication). Or cela constitue un obstacle extrêmement gênant à l'automatisation complète d'une fabrication pour des séries importantes de pièces usinées dans des profilés différents. Les moyens mis en oeuvre dans cette machine connue pour le déplacement de la barre sont très im portants puisque la barre est portée par les lunettes tout en étant serrée dans la lunette d'usinage. La barre tourne autour de son axe dans les lunettes, avec les fourrures de forme ; elle avance suivant son axe pour se positionner sous l'outil d'usinage et de découpe. En plus des inconvénients ci-dessus, il faut déplacer des masses importantes (une barre pèse jusqu a 100-150 kg) la précision du positionnement de la barre est un problème délicat. Du fait de la rotation nécessaire de la barre pour présenter successivement ses différentes faces à l'usinage, la barre est serrée seulement entre les mâchoires d'un étau d'usinage, s'ouvrant pour permettre les rotations. Il n'y a donc aucune référence de position de la barre en dehors de son serrage dans l'étau. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer une machine-outil d'usinage permettant un usinage précis de n'importe quel profilé en fonction des pièces à réaliser, sans nécessiter de transformation de 1 'équi- pement de la machine, et permettant de passer automatiquement d'un profilé à l'autre sans arrêter la fabrication, en fonction d'un programme. A cet effet l'invention concerne une machine du type défini ci-dessus caractérisée par - un plan de référence défini par le magasin embar reur, plan sur lequel s'appui la barre pendant l'usinage et sa rotation sur elle-même pour le chan gement de face, - un mécanisme d'entraînement de barre pour entraîner la barre suivant son axe en la poussant ou en la ti rant pour sa mise en place, son usinage et/ou le passage d'une pièce à la suivante, - un plan fixe de référence défini par la table d'usinage identique au plan de référence est défini par le support du magasin embarreur et constituant la surface d'appui pour la pièce pendant sa rotation et son usinage, cette table d'usinage comportant un étau d'usinage à ouverture/fermeture symétrique par rapport à un plan de symétrie vertical, - le mécanisme de rotation de barre comprenant un mandrin d'indexage traversé par la barre à usi ner et pourvu d'une mâchoire intérieure pour tenir la barre, . un moyen de rotation pour commander la rotation du mandrin d'indexage à la demande, suivant la face à présenter pour l'usinage en faisant tourner le mandrin autour de son axe, . un moyen d'entraînement vertical du mandrin d'in dexage pour faire monter et descendre de façon commandée par un moyen d'asservissement, le man drin pendant sa rotation avec la barre en laissant la barre s'appuyer pendant cette rotation sur le plan de référence du magasin embarreur et sur le plan de référence de la table d'usinage. Ainsi, selon l'invention, la machine est polyvalente, sans nécessiter aucune transformation pour passer d'un profilé à un autre et cela tout en offrant une excellente précision de positionnement de la barre donc de l'usinage. Pendant l'usinage la barre repose sur le plan de support du magasin embarreur, en étant prise dans le mandrin d'indexage et dans l'étau d'usinage, ce dernier assurant en plus le positionnement de la barre par son plan de référence. Pendant la rotation de la barre autour de son axe, cette barre est tenue dans le mandrin d'in dexage. L'ensemble de la machine est considérablement plus simple que les machines connues et son automatisme peut être très poussé notamment dans le cas d'une machine à commande numérique puisqu'elle peut travailler de manière totalement automatique suivant un programme de travail prédéfini et utilisant le cas échéant une succession de barres de sections différentes. Selon l'invention, l'étau d'usinage de la table d'usinage est un étau à ouverture/fermeture symétrique par rapport à un plan de symétrie vertical, de sorte qu'une barre en cours d'usinage a toujours son axe de symétrie longitudinal maintenu dans ce même plan de symétrie vertical. Ainsi avec l'architecture spécifique à la présente invention, la barre à usiner, qui reste toujours en appui sur le plan fixe de référence, n'est plus manipulée que de deux manières d'une part en rotation sur elle-même pour présenter ses différentes faces à la tête d'usinage, d'autre part longitudinalement pour passer d'une pièce à la suivante. Selon un mode de réalisation préférentiel, le moyen d'asservissement du mouvement vertical du mandrin comporte un moyen de détection de niveau qui est un palpeur en forme de rouleau d'axe horizontal disposé transversalement en appui au-dessous de la barre. Ce mode de réalisation n'est évidemment pas le seul mais il présente l'avantage de la simplicité. Lors du passage d'une pièce à la suivante, on sépare la pièce achevée au moyen d'un tronçonnage à réaliser avec une tête de tronçonnage orientable cette tête de tronçonnage est orientable car le tron çonnage ne s'effectue pas nécessairement selon une direction transversale perpendiculaire à l'axe de la barre ; dans le cas notamment de la métallerie, le tronçonnage doit souvent être effectué selon des angles variés ; selon la présente invention, le débattement angulaire de la tête de tronçonnage n'est que de 45" ; en effet ce débattement angulaire limité est suffisant pour réaliser tous les tronçonnages envisageables puisqu'il suffit de faire tourner la barre sur elle-même de 1800 pour que l'angle de tronçonnage soit toujours ramené à une valeur inférieure ou égale à 45". Bien entendu pour obtenir un automatisme le plus complet possible, la machine-outil selon 1 'inven- tion sera préférentiellement commandée par une commande numérique, et, pour la même raison, la tête d'usinage sera équipé d'un magasin de, par exemple, dix outils, d'un mesureur d'outils et d'une pige de POP (Point d'origine Pièce). La présente invention sera bien comprise au vu de la description d'un exemple non limitatif d'un mode de réalisation illustré par les dessins annexés parmi lesquels - les figures 1A et 1B montrent deux types de barre et de pièce usinées dans ces barres avec une machine conforme à 1 'invention, - la figure 2 représente en perspective l'architecture d'une machine conforme à l'invention, - la figure 3 représente en vue latérale un mécanisme de rotation conforme à l'invention, - les figures 3A, 3B et 3C illustrent, vu en bout, un mouvement de rotation de barre obtenu avec le méca nisme de rotation conforme à l'invention. Pour mieux expliciter le but et le fonctionnement de la machine selon l'invention on décrira ciaprès deux exemples d'usinage sur des barres. Les figures 1A et 1B représentent, à titre non limitatif, deux types de barre que lVon peut usiner avec la machine-outil conforme à l'invention pour obtenir des pièces mécaniques par un usinage du type fraisage. Les pièces représentées à titre d'exemple sont relativement simples mais il est clair que des pièces plus complexes peuvent aussi être envisagées avec la barre 10 en forme de L de la figure 1A on peut fabriquer les pièces 11, 12, 13 chacune d'elle ne comportant qu'un perçage et un côté légèrement biseauté qui se traduit par les chutes de matière 01, 02, 03 dans cet exemple extrêmement simple, la fabrication d'une pièce ne nécessite que trois opérations : un perçage et deux tronçonnages, l'un d'équerre et llau- tre légèrement en biseau ; toutefois avec une machineoutil automatique il faudra prévoir des mécanismes de manipulation de barre pour le perçage et les deux tronçonnages ; sur la figure lB, la barre 20 est un profilé parallélépipèdique creux dans lequel les pièces 21, 22, 23 sont usinées, chacune celle comportant un perçage sur une face, un rainurage sur une autre face, et deux tronçonnages l'un d'équerre et l'autre en biseau de sorte que pour éviter une perte de matière, les pièces 21, 22, 23 sont imbriquées deux à deux ; le cycle d'usinage est donc ici plus complexe malgré la relative simplicité de la pièce ; dans cet exemple les pièces impaires 21, 23 etc sont identiques aux pièces paires 22 etc, il est clair que ceci n'est pas une obligation. Ces deux exemples relativement simples, figure 1A et figure lB, illustrent la complexité d'une machine-outil d'usinage permettant leur fabrication automatique à partir de barre de 100 kg et pouvant mesurer jusqu'à six mètres de longueur. Sur la figure 2 l'architecture générale d'une machine-outil 1 d'usinage conforme à l'invention est représentée ; d'une manière générale les divers mécanismes de manipulation de la machine-outil 1 sont disposés symétriquement autour du plan de symétrie vertical 29 de sorte qu'une barre 20, ici similaire à celle représentée sur la figure 1B, a toujours, en cours d'usinage, son axe 28 de symétrie longitudinal maintenu dans ce plan de symétrie vertical 29. La machine-outil 1 comporte les éléments suivants - un magasin embarreur 30, - un mécanisme d'entraînement de barre 40, - un mécanisme de rotation de barre 50, - une table d'usinage 60, - une tête d'usinage 70, et - une tête de tronçonnage 80. On peut tout de suite noter que la surface d'appui 67 de la table d'usinage 60 est fixe ce qui définit un plan fixe de référence 67 lequel est le même que le plan 27 de support du magasin embarreur 30. Le magasin embarreur 30 est ici succinctement représenté avec trois rouleaux horizontaux situés à un même niveau pour supporter une face de la barre 20 ; la barre 20 a été représentée de manière simplifiée, il est clair que dans un fonctionnement normal l'extrémité de la barre 20 la plus éloignée aurait déjà été usinée et tronçonnée ; avec le magasin embarreur 30 on peut prévoir un dispositif d'alimentation automatique des barres à usiner, non représenté, tel qu'un dispositif à sangles. Le magasin embarreur 30 est, pendant l'usinage, constamment utilisé comme support pour la partie de la barre non encore usinée. Le mécanisme d'entraînement 40 est un mécanisme qui est uniquement utilisé pour l'avancement de la barre à l'occasion de la fabrication de chaque nouvelle pièce ; ce mécanisme d'entraînement 40 comporte essentiellement une mâchoire 41 dont l'ouvertu re/fermeture est symétrique par rapport au plan de symétrie vertical 29, et un mécanisme d'avancée de barre 42 ; le mécanisme d'avancée de barre 42 peut aussi reculer la barre lorsque celle-ci a été volontairement trop avancée, par exemple pour permettre un tronçonnage en dehors de la surface d'appui de la table d'usinage. Le mécanisme de rotation 50, qui est aussi illustré sur les figures 3, 3A, 3B et 3C avec les mêmes repères, comporte essentiellement un mandrin d'indexage rotatif 51 pourvu d'une mâchoire intérieure 52 pour tenir la barre 20, un moyen de rotation 54 pour, à la demande, faire tourner le mandrin d'indexage autour de son axe, et un moyen d'entraînement vertical 53 pour le mandrin d'indexage 51 ; ce moyen 53 est commandé par un dispositif d'asservissement 58 lequel réagit aux indications 56, 57 fournies par un rouleau palpeur 55 d'axe horizontal disposé transversalement en appui au-dessous de la barre 20 ; le moyen d'entraînement vertical 53 peut par exemple être un vérin hydraulique ; selon l'invention, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 3C, la distance entre l'axe 28 de la barre (dont la section n'est pas circulaire) et le plan fixe de référence 27, 67 sur lequel la barre est toujours en appui, est variable au fur et à mesure de la rotation de la barre (distances D1, D2, D3). La table d'usinage 60 est fixe et son plan d'appui d'usinage constitue le plan fixe de référence 67 ; la table d'usinage 60 est pourvue d'un étau 61 à ouverture/fermeture symétrique par rapport au plan de symétrie vertical 29. La tête d'usinage 70 est située au-dessus de la table d'usinage 60 ; en plus du mouvement de rotation de l'outil d'usinage, elle peut se déplacer dans les trois directions X, Y et Z pour les besoins de l'usinage ; il est clair sur cette figure que le mouvement dans l'axe X de la tête d'usinage 70 est complètement indépendant du mouvement 42 du mécanisme d'entraînement 40 de la barre ; ainsi chacun de ces deux mouvements pourra être obtenu avec des moyens spécifiques en fonction de l'effort et de la précision demandés ; la tête d'usinage 70 peut être associée à un magasin d'outils, par exemple au nombre de dix, un mesureur d'outils et une tige de POP (Point d'Origine Pièce). La machine-outil d'usinage selon l'invention, comporte une tête de tronçonnage 80 avec un disque rotatif de tronçonnage 81 qui peut descendre 82 sur la barre 20 pour la tronçonner soit orthogonalement, tel que représenté, soit de manière non orthogonale après un déplacement angulaire 83 ; on peut limiter à 45" le débattement angulaire 83 de la tête de tronçonnage 80 puisqu'il suffit alors de faire tourner sur elle-même la barre 20 de 180- au moyen du dispositif de rotation 50 pour obtenir tous les angles de tronçonnages entre 0 et 90 . Le fonctionnement de la machine 1 sera maintenant décrit étant entendu qu'elle est pourvue des dispositifs connus, et de ce fait ni représentés ni décrits, tels que commande numérique, détecteur de position, dispositif de contrôle et analogues. Une barre 20 étant présente sur les rouleaux du magasin embarreur 30, celle-ci est avancée jusqu'à la table d'usinage 60 au moyen du mécanisme d'entraînement 40 ; pendant cette avancée, l'étau d'usinage 61 et la mâchoire intérieure 52 du mandrin d'indexage 51 sont en position ouverte ; puis, l'étau 61 est serré sur la barre 20 et l'usinage de la face de la barre 20 qui se trouve sous la tête d'usinage 70 peut s'effectuer ; à la fin de l'usinage de cette face, l'étau 61 est desserré et la mâchoire intérieure 52 du mécanisme de rotation 50 vient serrer la barre 20 et une rotation, par exemple celle représentée sur les figures 3A, 3B, 3C, est effectuée pendant lequel l'axe 28 de la barre 20 est toujours maintenu dans le plan de symétrie vertical 29, cette manoeuvre s'effectuant sans effort excessif sur le mandrin d'indexage 51 puisque, du fait du moyen d'entraînement vertical asservi 53, le poids de la barre 20 est toujours, au moins partiellement, porté par le magasin embarreur 30 et la table d'usinage 67 ; après rotation, la mâchoire intérieure 52 est desserrée, l'étau d'usinage 61 est serré, et l'usinage d'une autre face de la barre 20 avec la tête d'usinage 70 peut être effectué ; on peut ainsi usiner toutes les faces de la barre 20, et on peut même, si nécessaire, envisager d'usiner une même face en plusieurs étapes ; à la fin de l'usinage, l'étau 61 est desserré, et le mécanisme d'entraînement 40 fait à nouveau avancer la barre pour la disposer de manière adéquate en vue du tronçonnage par la tête de tronçonnage 80 en variante, du fait de l'indépendance complète des mouvements des divers mécanismes, on peut usiner deux pièces avant d'effectuer le tronçonnage, ceci pouvant être le cas pour les pièces 21 et 22 de la figure 1B que l'on peut avoir avantage à usiner deux par deux avant d'effectuer un double tronçonnage pour les séparer ; ainsi avec une machine-outil d'usinage à commande numérique dont l'architecture est conforme à la présente invention, la fabrication automatique de pièces mécaniques par usinage selon trois axes est possible selon de nombreuses variantes au moyen de la mise en oeuvre des mécanismes décrits qui sont particulièrement simples et économiques en comparaison avec ceux de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1) Machine-outil d'usinage à commande automatique pour la fabrication de pièces (11, 12, 13, 21, 22, 23) par usinage selon trois axes (X, Y, Z) d'une barre (10, 20) à plusieurs faces, comportant dans l'ordre et suivant l'axe d'avancement (28, X) de la barre pendant l'usinage - un magasin embarreur pour l'alimentation des barres à usiner, - un mécanisme de rotation de barre pour tourner la barre sur elle-même et permettre l'usinage des dif férentes faces de la pièce encore rattachée à la barre ainsi que son sectionnement, - une table d'usinage formée d'un étau d'usinage dans lequel est serrée la barre pendant l'usinage, - une tête d'usinage située au-dessus de la table d'usinage, - un moyen de coupe pour séparer la pièce de la barre, machine-outil caractérisée par - un plan de référence (27) défini par le magasin em barreur (30), plan sur lequel s'appui la barre (20) pendant l'usinage et sa rotation sur elle-même pour le changement de face, - un mécanisme d'entraînement de barre (40) pour en traîner la barre suivant son axe (28, X) en la pous sant ou en la tirant pour sa mise en place, son usi nage et/ou le passage d'une pièce à la suivante, - un plan fixe de référence (67) défini par la table d'usinage (60) identique au plan de référence (27) défini par le support du magasin embarreur (30) et constituant la surface d'appui pour la pièce pendant sa rotation et son usinage, cette table d'usinage (60) comportant un étau d'usi nage (61) à ouverture/fermeture symétrique par rap port à un plan de symétrie vertical (29), - le mécanisme de rotation de barre (50) comprenant un mandrin d'indexage (51) traversé par la barre à usiner (20) et pourvu d'une mâchoire intérieure (52) pour tenir la barre, un moyen de rotation (54) pour commander la rota tion du mandrin d'indexage (51) à la demande, sui vant la face à présenter pour l'usinage en faisant tourner le mandrin (51) autour de son axe, un moyen d'entraînement vertical (53) du mandrin d'indexage (51) pour faire monter et descendre de façon commandée par un moyen d'asservissement (58), le mandrin (51) pendant sa rotation avec la barre (20) en laissant la barre (20) s'appuyer pendant cette rotation sur le plan de référence (27) du magasin embarreur (30) et sur le plan de référence (67) de la table d'usinage (60). 2) Machine-outil d'usinage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'asservissement du mouvement vertical (53) de la lunette (51) comporte un moyen de détection de niveau qui est un palpeur (55) en forme de rouleau d'axe horizontal disposé transversalement en appui au-dessous de la barre. 3) Machine-outil d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une tête (80) de tronçonnage orientable, dont le débattement angulaire est de 45". 4) Machine-outil d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que c'est une machine-outil à commande numérique.