Brevet FR2721254A1 — publié le 19951222

L'invention concerne une machine-outil à trois degrés de liberté et sa table de commande. Cette machineoutil sert par exemple, à partir d'un bloc de matériau, à former une ébauche, notamment d'une sculpture. A l'aide de photographies ou de plans disposés sur la table de commande, l'outil est commandé et se déplace pour donner au bloc de matériau la forme voulue. Le matériau usiné est quelconque. Dans le domaine de la sculpture, il s'agit par exemple de plâtre, d'argile ou de bois. Pour usiner des blocs de matériau, il existe des machines-outils à plusieurs degrés de liberté. Elles sont commandées numériquement ou par laser et comportent de ce fait de nombreux composants électroniques. Pour mémoriser la forme de l'objet à reproduire, de nombreuses opérations sont nécessaires, et des photographies de l'objet ne sont pas suffisantes. Afin de réaliser ces mémorisations, il faut disposer de l'objet qui doit rester statique durant cette opération. Il n'est donc pas possible de reproduire une position d'un modèle en mouvement, ni d'un modèle volumineux. Ces machines permettent un travail de précision, mais leur prix est élevé. Pour réaliser des ébauches, dans le domaine de la sculpture par exemple, la grande précision qu'offre ces machines n'est pas nécessaire et leur prix est trop élevé pour être accessible à des artisans.D'autre part, leur utilisation est complexe et une formation est nécessaire pour pouvoir bien se servir de tels outils. Le but de l'invention est donc de fournir un outil permettant d'usiner des blocs de matériau dans l'espace en relief ou en creux, à partir de photographies, de gravures ou autres plans. Cet outil doit être d'un prix de revient peu élevé et d'utilisation simple. A cet effet, l'outil qu'elle propose est du type machine-outil à trois degrés de liberté destinée à la sculpture avec sa table de commande, comportant d'une part des moyens d'entraînement en rotation d'un outil d'usinage, l'outil pouvant se déplacer linéairement par rapport à la pièce à usiner selon trois axes, formant un repère, de préférence orthogonal, et d'autre part une table de commande des déplacements de l'outil. Cette machine-outil est caractérisée en ce que le déplacement de l'outil selon au moins deux axes par rapport à la pièce à usiner est commandé par le déplacement sur la table de commande d'un dispositif mobile en translation pour chaque axe selon lequel le déplacement de l'outil est commandé, chaque dispositif étant muni d'un repère permettant de se positionner par rapport à une représentation de la pièce, la commande étant transmise par l'intermédiaire d'une part d'un câble guidé dans une gaine et d'autre part d'un dispositif exerçant une force de rappel de sens opposé à celui de la force dérivée d'une traction sur le câble. Ainsi, la commande de l'outil est mécanique. Elle est soit manuelle, soit motorisée. Ceci permet à la machine-outil d'avoir un prix de revient peu élevé, d'être très fiable et d'être facilement manipulable par un opérateur. Des représentations de la pièce à réaliser, qui peuvent être des gravures, des photographies, des dessins cotés etc, peuvent être fixés sur la table de commande et guider l'opérateur grâce aux repères liés aux dispositifs mobiles en translation. L'opérateur déplace alors ces dispositifs et commande ainsi l'outil. Ces dispositifs sont prévus pour la commande de l'outil selon deux ou trois axes. Si ils commandent le déplacement de l'outil selon deux axes seulement, le déplacement de l'outil par rapport à la pièce à usiner selon le troisième axe peut être obtenu automatiquement par un moteur. Avantageusement, la table de commande comporte un support plan sur lequel deux emplacements sont destinés à recevoir les représentations de la pièce à réaliser, et trois repères constitués chacun par une ligne, deux lignes étant parallèles, la troisième, appelée ligne de niveau, étant perpendiculaire aux deux premières, et chaque repère est monté sur un dispositif mobile en translation parallèlement au plan de la table de commande et perpendiculairement au repère. L'intersection de ces lignes permet le repérage sur les représentations de la pièce à réaliser de la position de l'outil. Les représentations fixés sur la table de commande peuvent être par exemple les vues de face et de côté de la pièce à usiner et les trois repères représentent les trois axes orthogonaux selon lesquels l'outil peut se déplacer. Dans un mode de réalisation préféré, chaque dispositif mobile en translation de la table de commande servant à la commande du déplacement de l'outil par rapport à la pièce à usiner comporte un fil, constituant le repère, tendu entre deux pointes, une barre de liaison reliant rigidement les deux pointes, une pièce taraudée solidaire de la barre de liaison, et une tige filetée s'engageant dans la pièce taraudée, montée libre en rotation et portant un moyen d'entraînement en rotation à l'une de ses extrémités. L'opérateur agit alors sur ce moyen d'entraînement pour déplacer le dispositif mobile de la table de commande et commander ainsi la course de l'outil. Le moyen d'entraînement peut par exemple être une manivelle, ou un moteur muni d'un bouton de commande. Afin de rendre l'outil mobile selon deux axes, l'outil est monté sur un chariot mobile en translation, lui-même monté mobile en translation sur une table dans une direction perpendiculaire au mouvement précédent et parallèle à la table. Quant à la mobilité relative entre l'outil et la pièce à usiner, soit cette dernière est immobile et la table portant le chariot sur lequel est monté l'outil est déplaçable orthogonalement au plan défini par cette table, soit la machine-outil comporte un plateau destiné à recevoir la pièce à usiner et pouvant se déplacer orthogonalement au plan défini par la table portant le chariot sur lequel est monté l'outil. Dans le cas où la pièce à usiner est portée par un plateau mobile, ce dernier peut être mu par tous moyens de levage. Cependant, avantageusement ce dernier est guidé par des tiges de guidage fixes, parallèles à sa direction de déplacement, et repose éventuellement par l'intermédiaire d'un roulement, sur un plan incliné, pouvant se déplacer perpendiculairement à la direction de déplacement du plateau, de façon à commander le déplacement du plateau. L'outil doit être commandé selon trois axes. L'opérateur peut facilement le commander selon deux axes, chacune de ses mains commandant le déplacement selon un axe, mais il devient difficile de commander la course de l'outil selon le troisième axe. Selon l'invention, le déplacement de l'outil par rapport à la pièce à usiner selon ce troisième axe est entraîné par un moteur et transmis par un dispositif vis-écrou à l'outil ou à la pièce à usiner, ce mouvement entraîne, par l'intermédiaire d'un câble et d'un dispositif exerçant une force de rappel, un repère de la table de commande en mouvement rectiligne proportionnel. Les dispositifs de rappel agissant dans le sens opposé de la traction exercé sur un câble de commande peuvent comporter des contrepoids, mais, dans un mode préféré de réalisation, il s'agit de tambours à ressorts enrouleurs. Les représentations de la pièce à réaliser peuvent être à l'échelle 1:1, mais il est également possible d'obtenir un agrandissement ou une réduction. Pour ces divers cas de figure, chaque câble reliant un repère à l'outil est fixé, soit au dispositif portant le repère pour obtenir un déplacement de l'outil égal au déplacement du repère, soit, selon le rapport d'agrandissement souhaité, au bâti de la table de commande ou au dispositif portant le repère en passant sur une ou plusieurs poulies solidaires du repère et éventuellement sur une ou plusieurs poulies solidaires du bâti de la table de commande. Pour obtenir des effets spéciaux, il est possible d'obtenir une échelle d'agrandissement différente selon les trois axes. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple, une forme d'exécution de cette machine-outil Figure 1 est une vue en perspective schématique de l'ensemble de la machine-outil avec sa table de commande Figure 2 est une vue en perspective tronquée à échelle agrandie d'une partie de la table de commande ; Figure 3 est une vue schématique de dessus de la table de commande Figure 4 est une vue de dessus schématique de la partie inférieure de la table de commande montrant le passage d'un câble de commande pour une exécution à l'échelle 1::1 Figure 5 est une vue identique à celle de la figure 4 dans le cas d'un agrandissement ; Figure 6 est une vue identique à celle de la figure 4 dans le cas d'une réduction ; Figure 7 est une vue schématique du plateau portant la pièce à usiner pour une exécution à échelle 1:1 ; Figure 8 est une vue identique à la figure 6 pour un agrandissement Figure 9 est une vue identique à la figure 6 pour une réduction. La figure 1 montre l'ensemble de la machine-outil avec sa table de commande. Un outil 1, entraîné par un moteur électrique 2 est mobile en translation selon deux axes horizontaux orthogonaux. Une pièce à usiner 3 est posée sur un plateau 4 pivotant monté sur une table 5 pouvant se déplacer selon un axe vertical. Le mouvement de l'outil 1 est commandé par le déplacement sur une table de commande 6 de deux dispositifs mobiles en translation et qu'un opérateur peut déplacer grâce à deux manivelles 7, une par dispositif. Le mouvement vertical de la pièce à usiner est commandé par un moteur électrique 8 par l'intermédiaire d'un dispositif vis-écrou et d'un plan incline. Les mouvements relatifs de l'outil 1 et de la pièce à usiner 3 sont repérés sur la table de commande 6 à l'aide de trois repères 9,10,11 qui se déplacent en même temps que l'outil 1 et que la pièce à usiner 3. La table de commande 6 d'une part, et l'outil 1 et la pièce à usiner 3 d'autre part, sont reliés à l'aide de câbles 12. L'outil 1 et son moteur 2 sont montés sur un chariot 13. Ce dernier est guidé par deux tiges de guidage 14 horizontales, permettant au chariot 13 de se déplacer selon une direction appelée par la suite par convention direction gauche/droite. Les tiges de guidage 14 sont reliées l'une à l'autre à chacune de leur extrémité par un support 15. Chaque support 15 est monté coulissant sur une tige de guidage 16, horizontale et réglé ici perpendiculairement aux tiges de guidage 14. Les tiges de guidage 16 permettent aux supports 15 et aussi au chariot 13 de se déplacer selon une direction appelée par la suite par convention direction avant/arrière. La table 5, portant le plateau 4 sur lequel est posée la pièce à usiner 3, est guidée par quatre tiges de guidages 17 verticales. Pour une meilleure rigidité de l'ensemble, l'extrémité supérieure des quatre tiges 17 sont reliées entre elles à l'aide de trois barres de liaison. La table 5 repose, par l'intermédiaire d'un roulement 18 sur un plan incliné 19, constitué par une cornière, afin que le roulement 18 soit bien guidé sur le plan incliné 19 grâce aux bords latéraux empêchant le roulement 18 de quitter le plan incliné 19. A son extrémité inférieure, le plan incliné 19 est relié à une poutrelle 20 sous laquelle est fixée un écrou 21.L'autre extrémité du plan incliné est également fixée à un ensemble poutrelle 20/écrou 21, mais par l'intermédiaire d'un montant vertical 22, afin que les deux écrous 21 soient alignés dans un plan horizontal et parallèlement aux bords latéraux de la cornière. Une longue tige filetée 23 à pas trapézoïdal est engagée dans les deux écrous 21. Les deux poutrelles 20 sont guidées sur deux tiges de guidages 24, parallèles à la tige filetée 23. Les tiges de guidage 24 sont reliées l'une à l'autre à chacune de leur extrémité par une barre de liaison 25. L'une de ces barres 25 porte également le moteur électrique 8 qui entraîne la tige filetée 23 en rotation. Une extrémité de la tige filetée 23 est alors reliée au moteur 8, l'autre est dépourvue de filetage et est montée sur l'autre barre 25. Ainsi, lorsque le moteur 8 est en marche, la tige filetée tourne et par l'intermédiaire des écrous 21, le plan incliné 19 se déplace le long de la tige filetée, provoquant la montée ou la descente de la table 5 portant la pièce à usiner 3. Le moteur 8 est commandé par une commande à pied 48. La table de commande 6 comporte, monté sur un bâti, un support plan 26 sur lequel deux emplacements sont destinés à recevoir des représentations 27 de la pièce à réaliser (Figure 3). Les représentations 27 peuvent être des photographies, ou des gravures, ou bien encore des dessins cotés, etc. Trois repères 9,10,11 constitués par des lignes se déplacent sur le support plan 26. Deux repères 10,11 sont parallèles, le troisième 9 est perpendiculaire aux deux autres et est appelé ligne de niveau. Les points d'intersection des repères permettent de situer la position de l'outil dans l'espace, en repérant un même point sur les deux représentations 27. Les deux repères 10,11 sont une ligne matérialisée par un fil. Ce dernier est tendu entre deux pointes 28, reliées entre elles par deux barres de liaison 29, parallèles au fil, qui portent, sensiblement en leur milieu, une pièce taraudée 30, solidaire des barres de liaison 29. Le taraudage de la pièce 30 est perpendiculaire aux barres de liaison 29 et il est en prise avec une tige filetée 31, munie à l'une de ses extrémités d'une manivelle 7, permettant de la faire tourner autour de son axe longitudinal. La tige filetée 31 est montée sur des paliers (non représentés au dessin). Le repère 9 dit de niveau est également une ligne matérialisée par un fil. Cependant, ce dernier est fixé sur une règle 33 guidé par une tige de guidage 34, parallèle aux repères 10 et 11. Le repère 9 est orthogonal à ces deux autres repères. La tige de guidage 34 est fixée à la table de commande 6 par deux supports 35. La liaison entre l'outil 1 et la table 5 d'une part et les repères de la table de commande 6 se fait par l'intermédiaire des câbles 12. Un câble 12 est fixé au chariot 13 portant l'outil 1. Ce câble 12 est guidé dans une gaine 36, prenant appui sur un embout solidaire du support 15 des tiges de guidage 14 du chariot, jusqu'à la table de commande 6. Le bâti de la table de commande possède un trou laissant passer le câble 12 et sur le bord duquel la gaine 13 prend appui. Si les représentations 27 sont à l'échelle 1:1 (figure 4), l'extrémité du câble 12 est fixée à un point solidaire du repère 10. Ainsi, lorsque le repère 10 se déplace d'une unité de longueur, le chariot 13 se déplace également d'une unité de longueur. Si par rapport à la taille de l'objet à réaliser les représentations 27 sont à échelle réduite (figure 5), le câble 12 passe par le trou du bâti de la table de commande, passe sur une ou plusieurs poulies 37 solidaires du repère 10 afin d'allonger la course du câble par rapport à la distance parcourue par le repère et éventuellement sur une ou plusieurs poulies 38 solidaires du bâti de la table de commande et son extrémité est alors soit reliée au bâti de la table de commande, soit à un point solidaire du repère 10. Si par rapport à la taille de l'objet à réaliser les représentations 27 sont à échelle agrandie (figure 6), l'extrémité du câble 12 est fixée à proximité d'une des poulies 37 solidaires du repère et l'extrémité de la gaine 13 prend appui à proximité d'une autre poulie 37 solidaire du repère. Ces deux poulies sont guidées sur deux tiges en V, de telle sorte que, lorsque le repère se déplace, les poulies 37 se rapprochent ou s'écartent l'une de l'autre suivant le sens de déplacement du repère. Selon l'angle formé par les branches du V, le rapport de réduction est plus ou moins grand. Le principe est exactement le même pour le câble 12 relié au repère 11 qui est par exemple fixé à l'un des supports 15 des tiges de guidages 14 guidant le chariot 13. Pour le câble relié au repère 9, le principe est exactement le même, mais le système de poulies est disposé du côté de l'outil (figures 7 à 9). Les câbles 12 reliés aux repères 10 et 11 commandent le mouvement de l'outil 1, alors que le troisième câble 12, relié au repère 9 dit de niveau commande ce dernier. Ces câbles ne peuvent déplacer l'outil 1 ou le repère 9 que si une traction est exercée sur eux. Ils ne peuvent commander le mouvement que dans un seul sens. Pour commander dans l'autre sens, il est nécessaire d'avoir une force de rappel qui agit dans ce sens. Pour exercer cette force de rappel, il suffit de fixer un câble 39 à un point du chariot 13 et du support 15 situé à l'opposé du point où le câble 12 est fixé, de faire passer ce câble 39 sur une poulie 40 reliée à un point fixe par rapport à la tige de guidage du mouvement concerné et de lui accrocher un contrepoids représenté sur le dessin par une flèche. Ce contrepoids et la poulie 40 peuvent être remplacés par un tambour à ressort enrouleur (non représenté). Le fonctionnement de cette machine-outil est le suivant. La pièce à usiner 3 est posée sur le plateau 4. Ce plateau est bloqué en rotation. L'outil 1 est positionné par rapport à cette pièce 3. Il est alors possible de positionner les deux représentations 27 de la pièce à réaliser, qui sont toutes deux à la même échelle, sur le support 26 de la table de commande 6. En effet, la position de l'outil 1 par rapport à la pièce 3 est connue. Sur le support 26, la position de l'outil est indiquée par la position et l'intersection des repères 9,10 et 11, il suffit alors de placer les représentations 27 par rapport aux axes des repères et à la position de l'outil 1. Le fil dit de niveau 9 est commun aux deux représentations 27. Les représentations 27 peuvent par exemple être une vue de face et une vue de gauche de la pièce à obtenir. Pour usiner la pièce 3, les moteurs 2,8 entraînant l'outil 1 et la table 5 sont mis en marche. La table 5 se déplace verticalement, et ce mouvement entraîne, par l'intermédiaire d'un câble 12, le repère 9 en translation le long de sa tige de guidage 34. A l'aide des manivelles 7, les repères 10 et 11 sont déplacés, de sorte que les intersections des repères 9 et 10, et 9 et 11 suivent sur les représentations 27 le contour souhaité point commun par point commun. Le déplacement des repères 10 et 11 commande, comme expliqué plus haut, le déplacement de l'outil 1, qui usine alors la pièce 3, par approches successives dans le matériau. Pour faciliter la manoeuvre, des repères peuvent être tracés sur le modèle présenté. Il peut s'agir par exemple d'un quadrillage ou d'un maillage qui aide alors l'opérateur à se repérer pour suivre un même contour sur les représentations 27. Lorsque l'usinage est fini, il peut être souhaitable d'usiner une autre face de la pièce. Les mêmes opérations que précédemment doivent être recommencées. Les représentations utilisées sont alors par exemple une vue de droite et la même vue de face. La pièce 3, partiellement usinée, est alors tournée d'un demi-tour. Le plateau 4 étant pivotant, il suffit donc de faire tourner le plateau 4 et de le bloquer en rotation et d'inverser la gaine du câble. La pièce peut alors être usinée. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Ainsi, par exemple, au lieu de motoriser la montée et la descente de la table sur laquelle se trouve la pièce à usiner, il est possible de motoriser le dispositif portant le repère correspondant pour qu'il se déplace automatiquement sur le tableau de la table de commande et entraîne, comme le font les autres repères et leurs dispositifs associés, la table en translation. Les manivelles peuvent également être remplacées par des moteurs actionnés à l'aide d'une commande. Le mouvement vertical de la pièce à usiner est commandé par un moteur, un système vis-écrou et un plan incliné. Tout autre mode de levage peut convenir, comme par exemple un vérin. De même, la pièce à usiner peut très bien rester fixe et dans ce cas, c'est alors l'outil qui se déplace verticalement. La description n'évoque qu'un travail à l'échelle 1:1 à partir des plans, ou bien en agrandissement. Une réduction est aussi envisageable. Il suffit de faire passer les câbles du côté outil sur des poulies, tout comme ils passent sur des poulies côté table de commande. De plus, les directions de déplacement de l'outil 1 ne sont pas forcément orthogonales. Elles peuvent par exemple faire un angle entre elles de 45 , qui est alors l'angle des prises de vue. REVENDICATIONS 1. Machine-outil à trois degrés de liberté destinée à la sculpture avec sa table de commande (6) comportant d'une part des moyens d'entraînement en rotation d'un outil (1) d'usinage, l'outil pouvant se déplacer linéairement par rapport à la pièce à usiner (3) selon trois axes formant un repère, de préférence orthogonal, et d'autre part une table de commande des déplacements de l'outil, caractérisée en ce que le déplacement de l'outil (1) selon au moins deux axes par rapport à la pièce à usiner (3) est commandé par le déplacement sur la table de commande d'un dispositif mobile en translation pour chaque axe selon lequel le déplacement de l'outil est commandé, chaque dispositif étant muni d'un repère (9,10,11) permettant de se positionner par rapport à une représentation de la pièce (27), la commande étant transmise par l'intermédiaire d'une part d'un câble (12) guidé dans une gaine (36) et d'autre part d'un dispositif exerçant une force de rappel de sens opposé à celui de la force dérivée d'une traction sur le câble. 2. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que la table de commande comporte un support plan (26) sur lequel deux emplacements sont destinés à recevoir les représentations (27) de la pièce à réaliser, et trois repères (9,10,11) constitués chacun par une ligne, deux lignes (10,11) étant parallèles, la troisième (9), appelée ligne de niveau, étant perpendiculaire aux deux premières, et en ce que chaque repère est monté sur un dispositif mobile en translation parallèlement au plan de la table de commande et perpendiculairement au repère. 3. Machine-outil selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque dispositif mobile en translation de la table de commande (6) servant à la commande du déplacement de l'outil (1) par rapport à la pièce à usiner (3) comporte un fil, constituant le repère (9,10,11) , tendu entre deux pointes (28), une barre de liaison (29) reliant rigidement les deux pointes (28), une pièce taraudée (30) solidaire de la barre de liaison, et une tige filetée (31) s'engageant dans la pièce taraudée, montée libre en rotation et portant un moyen d'entraînement en rotation (7) à l'une de ses extrémités. 4. Machine-outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'outil (1) est monté sur un chariot (13) mobile en translation, lui-même monté mobile en translation sur une table, dans une direction perpendiculaire au mouvement précédent, et parallèle à la table. 5. Machine-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce que la table portant le chariot (13) sur lequel est monté l'outil (1) est déplaçable orthogonalement au plan défini par cette table. 6. Machine-outil selon la revendication 4, caractrisée en ce qu'elle comporte un plateau (4) destiné à recevoir la pièce à usiner (3) et pouvant se déplacer orthogonalement au plan défini par la table portant le chariot (13) sur lequel est monté l'outil (1). 7. Machine-outil selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plateau est guidé par des tiges de guidage fixes, parallèles à sa direction de déplacement, et repose éventuellement par l'intermédiaire d'un roulement, sur un plan incliné, pouvant se déplacer perpendiculairement à la direction de déplacement du plateau, de façon à commander le déplacement du plateau. 8. Machine-outil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le déplacement de l'outil (1) par rapport à la pièce à usiner (3) selon l'un des trois axes est entraîné par un moteur et transmis par un dispositif vis-écrou à l'outil ou à la pièce à usiner, et en ce que ce mouvement entraîne, par l'intermédiaire d'un câble (12) et d'un dispositif exerçant une force de rappel, un repère (9) de la table de commande (6) en mouvement rectiligne proportionnel. 9. Machine-outil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les dispositifs exerçant une force de rappel sont des tambours à ressorts enrouleurs. 10. Machine-outil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque câble (12) reliant un repère à l'outil est fixé, soit au dispositif portant le repère pour obtenir un déplacement de l'outil égal au déplacement du repère, soit, selon le rapport d'agrandissement souhaité, au bâti de la table de commande ou au dispositif portant le repère en passant sur une ou plusieurs poulies (37) solidaires du repère et éventuellement sur une ou plusieurs poulies (38) solidaires du bâti de la table de commande.