Brevet FR2711085A1 — publié le 19950421

MACHINE AUTOMATIQUE DE DEPLACEMENT DANS L'ESPACE D'UN OUTIL DE TRAVAIL, NOTAMMENT D'USINAGE La présente invention concerne le domaine technique des machines automatiques adaptées pour permettre le déplacement, dans l'espace, d'un outil de travail au sens général et elle vise, plus particulièrement, les machines de ce type offrant la possibilité d'être transportées sur le lieu où les opérations de travail doivent être réalisées. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines polyarticulées, appelées communément robots et adaptées pour assurer des opérations de soudage ou des opérations d'usinage, telles que de fraisage, de taraudage ou de perçage. L'invention trouve encore une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'usinage de tubes, afin de réaliser des piquages mâle et femelle permettant l'assemblage non coaxial des tubes. I1 est connu dans l'état de la technique de nombreuses machines ou robots adaptés pour permettre le déplacement dans l'espace d'un outil de travail au sens général. L'outil de travail est porté par une structure porteuse pourvue d'organes moteurs permettant de déplacer l'outil en translation et en rotation, selon deux ou trois axes orthogonaux entre-eux. De tels robots sont à même d'assurer de nombreuses fonctions dépendant de la nature de l'outil monté sur la machine. Ainsi, il est connu d'utiliser ces robots pour assurer, par exemple, une opération d'encollage, de manutention, d'ébavurage ou de découpe. Le déplacement de l'outil de travail est assuré par le pilotage des différents organes moteurs, par l'intermédiaire d'une unité de programmation. D'une manière générale, les machines automatiques de ce type donnent satisfaction pour l'accomplissement des tâches qui leur sont confiées. De telles machines sont destinées, généralement, à être installées dans une chaîne de fabrication ou de montage. Toutefois, ces machines, qui présentent un poids et un encombrement importants, ne sont pas adaptées pour être déplacées en différents lieux où des opérations de travail doivent être réalisées. Dans certaines applications, il apparaît ainsi la nécessité d'effectuer certaines opérations sur le lieu où les pièces à travailler sont installées. L'espace disponible pour accéder à ces pièces est généralement réduit, interdisant ainsi l'utilisation de machines automatiques pour effectuer les diverses opérations de travail souhaitées. Il apparaît ainsi le besoin de disposer d'une machine automatique apte à permettre le déplacement dans l'espace d'un outil de travail et offrant un encombrement limité. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant une machine automatique conçue pour permettre le déplacement dans l'espace d'un outil de travail et conçue pour présenter un encombrement et un poids limités, permettant son installation sur le site où les diverses opérations sont à accomplir. L'objet de l'invention vise, également, à proposer une machine automatique capable d 'assurer des fonctions d'usinage avec une puissance suffisante, tout en conservant un encombrement limité à la machine. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, la machine de travail selon l'invention comporte - un châssis porteur sur lequel est montée une structure de guidage pour une colonne s'étendant de part et d'autre de la structure de guidage, cette dernière assurant le déplacement en translation de la colonne selon un premier axe parallèle à l'axe de la colonne et selon un deuxième et un troisième axes perpendiculaires entre-eux et par rapport au premier axe, - un support de tête fixé sur l'une des extrémités de la colonne et entraîné en rotation avec cette dernière autour du premier axe, - une tête de travail portée par le support et montée pour être entraînée en rotation autour d'un axe d'inclinaison parallèle au deuxième axe, - un outil de travail porté par la tête selon un axe de travail perpendiculaire à l'axe d'inclinaison, - et un boîtier d'entraînement fixé sur l'autre extrémité de la colonne et contenant au moins les organes moteurs d'entraînement en rotation du support et de la tête reliés, par l'intermédiaire de transmissions, au support et à la tête. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est une vue partielle en perspective d'une machine automatique conforme à l'invention. La Fig. 2 est une vue schématique en coupe-élévation d'une machine automatique selon l'invention. Les Fig. 3 et 4 sont des vues schématiques transversales prises sensiblement selon les lignes IV-IV de la Fig. 2 et montrant un exemple préféré d'application de la machine selon l'invention. Les Fig. SA et 5B sont des coupes-élévations correspondant aux deux parties superposées d'une variante de réalisation de la machine selon l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, la machine automatique 1 selon l'invention est destinée à assurer le déplacement dans l'espace, d'un outil de travail 2, en vue d'assurer une opération de travail correspondante sur une pièce 3. Dans l'exemple illustré, l'outil de travail constitue un outil d'usinage, tel qu'une fraise, destiné à assurer l'usinage d'une pièce 3 formant un tube. La machine automatique 1 comporte un châssis porteur 4 composé, dans l'exemple illustré, d'un cadre 5 équipé d'une structure 6 d'adaptation de la machine 1 dans l'environnement immédiat de la pièce 3 ou, comme illustré, directement sur la pièce 3. Dans l'exemple illustré aux Fig. 2 et 3, la structure d'adaptation 6 est conçue pour assurer la fixation de la machine sur le tube 3, sur lequel une opération d'usinage est réalisée, afin d'effectuer un piquage femelle f. La structure 6 est composée de deux paires de bras antagonistes 719 72 adaptés pour assurer un montage et une fixation efficaces de la machine sur le tube 3. Tel que cela apparaît plus précisément à la Fig. 3, chaque bras 719 72 est pourvu d'un patin d'appui 8 surmonté d'un mors de serrage 9. Les patins 8 des deux bras opposés sont destinés à s'établir de part et d'autre du diamètre du tube, tandis que les mors de serrage 9 viennent en appui sur la partie supérieure du tube. La partie inférieure du tube 3 est maintenue par une bride 10 fixée sur les deux bras opposés 719 72. 2 Au moins l'un des bras 7,, 72 de chaque paire est pourvu d'un moyen 11 de réglage de leur écartement relatif pour permettre l'adaptation de la structure 6 au diamètre du tube. Avantageusement, il peut être prévu que les paires des bras 71, 72 se trouvent munies de moyens non représentés, permettant de régler leur écartement relatif. La Fig. 4 illustre une autre variante de réalisation de la structure de fixation 6, adaptée pour permettre la fixation de la machine sur un tube 3', sur lequel est réalisé un piquage mâle m. De préférence, les piquages femelle et mâle présentent des profils complémentaires adaptés pour assurer l'assemblage non coaxial des tubes par soudage. Dans cet exemple, les bras 7" 72 sont équipés de retours 12 reliés entre-eux par un système de bridage 13. Le châssis 4 est destiné à supporter une structure 14 de guidage en translation d'une colonne 15, de préférence, selon trois axes orthogonaux entre-eux. La structure 14 assure ainsi le déplacement en translation de la colonne 15, selon un premier axe dit vertical x parallèle à l'axe de la colonne 15, par l'intermédiaire de moyens 17 de guidage et de motorisation, et selon deux axes y et z perpendiculaires entre-eux et par rapport à l'axe x, à l'aide respectivement de moyens 18 et 19 de guidage et de motorisation. Les moyens de guidage et de motorisation 17 à 19 sont de tous types connus en soi et sont réalisés, par exemple, à l'aide de glissières et de supports motorisés. De préférence, les moyens 18, 19 de guidage et de motorisation sont fixés sur la partie inférieure du cadre 5. Avantageusement, la colonne 15 est montée sur la structure de guidage 14, de manière à s'étendre de part et d'autre du cadre S. L'une des extrémités de la colonne 15 est pourvue d'un support de tête 21 destiné à supporter une tête de travail 22. Le support de tête 21 est destiné à être entraîné en rotation autour de l'axe x, par l'intermédiaire d'un organe moteur 23 monté à l'intérieur d'un boîtier d'entraînement 24 fixé sur l'extrémité opposée de la colonne 15 portant le support 21. Dans l'exemple illustré, le boîtier 24 s'étend au-dessus du cadre 5, tandis que le support de tête 21 est disposé au-dessous de ce dernier. La tête de travail 22 est montée sur le support 21 pour être entraînée en rotation autour d'un axe d'inclinaison 25 parallèle au deuxième axe y ou perpendiculaire à l'axe x. A cet effet, la tête 22 est commandée en rotation par l'intermédiaire d'une transmission 26 passant dans le support 21 et la colonne 15 et reliée à un organe moteur 27 monté dans le boîtier d'entraînement 24. La tête de travail 22 est destinée à porter l'outil 2, selon un axe de travail 28 perpendiculaire à l'axe d'inclinaison 25. Dans le cas où l'outil de travail 2 doit être entraîné en rotation autour de l'axe 28, par exemple lorsque l'outil assure une fonction d'usinage, L'outil 2 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une transmission 29 traversant la tête 22, le support 21 et la colonne 15 pour être accouplé en rotation avec un organe moteur 30 placé dans le boîtier d'entraînement 24. Bien entendu, les organes moteurs 23, 27 et 30 sont reliés à une unité de contrôle programmable non représentée, permettant de définir la trajectoire dans l'espace de l'outil de travail 2. L'unité de commande est également apte à commander les différents organes moteurs en translation de la structure de guidage 14. La machine selon l'invention présente, de par sa construction, un encombrement limité permettant son transport et son adaptation sur le lieu où doivent être réalisées les diverses opérations de travail souhaitées. D'une manière préférée, la machine peut être constituée à partir de quatre modules destinés à être assemblés sur le site de travail. Ces modules correspondent aux deux paires de bras 7,, 72, à la structure de guidage 4 et à la colonne 15. Une telle machine offre l'avantage de pouvoir déplacer, selon trois axes de translation et trois axes de rotation, L'outil de travail qui peut avantageusement former un outil d'usinage. En effet, la structure générale de la machine permet la transmission d'efforts suffisants pour mener à bien les opérations d'usinage. La machine selon l'invention permet, en particulier, d'effectuer des opérations d'usinage sur des tubes en réalisant des piquages mâle et femelle, de manière à assurer ultérieurement leur assemblage par soudure. Il peut ainsi être réalisé des usinages permettant d'assembler les tubes faisant entre-eux un angle compris entre 90" et 20 . Il est à noter qu'une telle machine peut assurer, également, les opérations de soudage en remplaçant l'outil d'usinage par une buse de soudage. Dans cette configuration, la motorisation 30 peut être éventuellement supprimée. Les Fig. SA et 5B illustrent un exemple de réalisation d'une machine automatique telle que décrite ci-dessus. La colonne 15 est pourvue, à une de ses extrémités, du boîtier d'entraînement 24, dans lequel est monté l'organe moteur 23 agissant sur une roue dentée 31 calée en rotation sur l'extrémité supérieure de la colonne 15. L'extrémité inférieure de la colonne 15 est fixée par tous moyens appropriés sur le support de tête 21. Tel que cela apparaît plus précisément à la Fig. SB, le support de tête 21 contient des moyens de roulement 32 destinés à assurer le guidage en rotation d'un pignon denté 33 d'axe 25, sur lequel est fixée angulairement la tête de travail 22. La tête 22 est ainsi reliée à l'organe moteur 27, par l'intermédiaire de la transmission 26 composée du pignon denté 33 engrènant avec un pignon 34 porté par la partie inférieure d'un fourreau 36, monté à l'intérieur coaxialement de la colonne 15 et pourvu, à sa partie supérieure opposée, d'une roue dentée 37 entraînée en rotation par le moteur 27. Le fourreau 36 est destiné à contenir coaxialement un arbre 38 entrainé en rotation par l'organe moteur 30. L'arbre 38 est muni, à son extrémité inférieure disposée à l'intérieur du support 21, d'un pignon 40 s'engrènant avec un pignon de renvoi 42 porté par un arbre 43 guidé en rotation par des roulements 44. L'arbre 43 s'étend perpendiculairement à l'axe x et comporte, à son extrémité placée à l'intérieur de la tête 22, un pignon 47 calé en rotation avec un bloc 50 de support de l'outil de travail 2. REVENDICATIONS: 1. Machine automatique assurant le déplacement dans l'espace d'un outil de travail (2), notamment d'usinage, caractérisée en ce qu'elle comporte - un châssis porteur (4) sur lequel est montée une structure (14) de guidage pour une colonne (15) s'étendant de part et d'autre de la structure de guidage, cette dernière assurant le déplacement en translation de la colonne (15) selon un premier axe (x) parallèle à l'axe de la colonne et selon un deuxième (y) et un troisième (z) axes perpendiculaires entre-eux et par rapport au premier axe, - un support de tête (21) fixé sur l'une des extrémités de la colonne (15) et entraîné en rotation avec cette dernière autour du premier axe (x), - une tête de travail (22) portée par le support (21) et montée pour être entraînée en rotation autour d'un axe d'inclinaison (25) parallèle au deuxième axe (y), - un outil de travail (2) porté par la tête (22) selon un axe de travail (28) perpendiculaire à l'axe d'inclinaison (25), - et un boîtier d'entraînement (24) fixé sur l'autre extrémité de la colonne (15) et contenant au moins les organes moteurs (23, 27) d'entraînement en rotation du support et de la tête reliés, par l'intermédiaire de transmissions (15, 26), au support et à la tête. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'outil de travail (2) est entraîné en rotation autour de l'axe de travail perpendiculaire à l'axe d'inclinaison (25). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'outil de travail (2) est entraîné en rotation par un organe moteur (30) porté par le boîtier d'entraînement (24) et accouplé en rotation ensemble par l'intermédiaire d'une transmission (29) montée à l'intérieur de la colonne, du support de tête et de la tête de travail. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe moteur (23) d'entraînement en rotation du support (21) agit directement sur la colonne (15), tandis que l'organe moteur (27) d'entraînement en rotation de la tête (22) est relié à la tête de travail par une transmission à renvoi (26), montée à l'intérieur de la colonne (15) et du support (21). 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le châssis porteur (4) comporte une structure de fixation (6) adaptée à la géométrie de la pièce à travailler. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que la structure de fixation (6) comporte au moins deux paires de bras antagonistes (71, 72) de montage sur la pièce. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bras (719 72) de chaque paire sont pourvus de moyens de réglage en rapprochement-éloignement relatifs. 8. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les paires de bras (7,, 72) sont munies de moyens de réglage en écartement relatif. 9. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque bras (7,, 72) est pourvu d'un patin d'appui (8) surmonté d'un mors de serrage (9) et en ce que les deux bras (719 72) d'une paire sont reliés entre-eux par un système de bridage(l0) permettant la réalisation d'un usinage pour l'obtention d'un piquage femelle. 10 - Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les bras (7,, 72) sont pourvus de retours (12) reliés entre-eux par un système de bridage (13), afin d'assurer une opération d'usinage réalisant un piquage mâle.