Brevet FR2770161A1 — publié le 19990430

La présente invention concerne la production automatique de pièces directement obtenues à partir d'une barre brute par usinage de type fraisage, détourage, perçage, alésage, taraudage. La pièce finie peut comporter des usinages sur toutes ses faces et ce dans toutes les directions de l'espace, elles peuvent être obtenues à partir de barres de section pleines ou creuses, profils fermés ou non en tous matériaux aluminium, acier, bois ou matériaux plastiques. Dans la suite du texte, on utilisera le terme de barre pour tout type de profilé ou barre et le terme fraisage pour toutes opérations d'usinage par fraisage, surfaçage, détourage, perçage, alésage, taraudage exécutées par des outils tournants d'une broche de fraisage. Les équipements existants usinent des pièces en plusieurs opérations successives, une première machine scie des longueurs de brut à une longueur légèrement supérieure à la pièce finie, une deuxième machine effectue les opérations de fraisage, sur chacun des morceaux débités. Le fraisage des différentes faces de la pièce nécessite souvent plusieurs montages démontages dans différentes positions de la pièce en utilisant plusieurs outillages de bridage spécifiques. Ces outillages représentent des coûts importants en conception, réalisation, gestion et maintenance avec des temps importants de mise en place et démontage sur machine à chaque changement de série. En production, la présence d'un opérateur est nécessaire pour le chargement et déchargement de chaque pièce. Le dispositif objet de l'invention permet d'usiner automatiquement, à partir de barres et sur une seule machine, des suites de pièces comportant des opérations de frai sage sur toutes les faces, la séparation des pièces de la barre brute étant faite par sciage ou fraisage sur le même poste de travail. Ce dispositif est associé à une unité standard ou spécifique de fraisage, qui comporte de façon classique un outil tournant qui peut se déplacer parallèlement à lui meme dans les trois directions orthogonales de l'espace. L'axe de rotation de la broche de fraisage est parallèle à un des 3 axes orthogonaux de l'espace, il peut être vertical, horizontal ou incliné. Cette unité comprendra de préférence un dispositif automatique de changement d'outil ou plusieurs broches de travail qui opèrent successivement. Les outillages de bridage à la forme de la section de la barre sont particulièrement simples de réalisation et rapides à mettre en place à chaque changement de série. L'équipement spécifique de l'invention comprend - un bâti fixe équipé de glissières longitudinales implantées parallèlement à un axe (X) de déplacement horizontal de l'unité de fraisage. - une première unité indexable de bridage de la barre qui se déplace suivant V1 sur des glissières longitudinales du bâti et qui positionne la barre dans la zone d'usinage en contrôlant son avance parallèlement au bâti. On entend par unité indexable de bridage, une unité qui assure la fonction de bridage de la section de barre et qui est couplée à un dispositif de positionnement angulaire U de la barre autour de son axe longitudinal dans une plage d'au moins 270 degrés. Pour cela, on utilisera avantageusement une unité du type décrite dans la demande de brevet numéro 97/12320 du 03/10/97. Dans certains cas d'usinage, la rotation U de la barre pour indexage angulaire de celle ci pourra être utilisée en rotation continue à une vitesse adaptée à une avance de coupe de fraisage ou sciage. - une deuxième unité indexable de bridage du même type que la précédente qui bride la barre sur le même axe longitudinal. -une troisième unité indexable de bridage qui constitue un troisième point de bridage de la barre sur son axe longitudinal. Cette troisième unité a la particularité d'être orientable autour d'un axe perpendiculaire à la fois à l'axe outil de fraisage et à l'axe longitudinal machine. L'angle d'orientation W autour de cet axe est au moins de 90 degrés de part et d'autre du plan perpendiculaire à l'axe longitudinal barre. L'une au moins des deuxième et troisième unités de bridage se déplace sur des glissières longitudinales communes ou parallèles à celles de la première unité de bridage et détermine ainsi une distance variable entre les 2 points de bridage des deuxième et troisième unités par déplacement V2 ou V3 suivant que c'est la deuxième ou troisième unité qui est mobile. - une séquence automatique qui permet l'avance V1 pas à pas de la barre suivant l'axe longitudinal (X), la premiére unité avance barre bridée, les deuxièmes et troisièmes unités étant fixes et débridées, puis les deuxième et troisième unités brident la barre tandis que la première unité recule jusqu'à une position de départ prête pour une nouvelle séquence d'avance de la barre. - une programmation de la distance entre la deuxième et troisième unité par déplacement V2 ou V3, la distance étant d'autant plus courte que la barre usinée est flexible et que les efforts d'usinage de l'opération courante sont importants. - une programmation des différents angles U d'indexage de la barre autour de son axe longitudinal. - une unité optionnelle de sciage, attachée à la 2trine unité, qui comporte un disque circulaire denté motorisé, solidaire d'un chariot oscillant ou coulissant avec un mouvement d'avance linéaire ou oscillant qui maintient le disque de sciage dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal barre. Dans une version évoluée, le chariot coulissant ou oscillant qui porte le disque de sciage est monté sur un plastron orientable dont l'axe d'orientation est perpendiculaire à l'axe longitudinal barre et passe par un point le plus proche possible de l'extrémité des mors de bridage de la 2éme unité. Le dispositif évolué permet des sciages à des angles quelconques des extrémités pièces dans une plage approximative d'angle de 45 à 90 degrés. - un dispositif mécanique ou électronique qui synchronise les rotations et indexations U1, U2 et U3 des 3 unités de bridage et indexe la barre suivant n'importe quelle angle autour de son axe longitudinal. Selon un mode simplifié de réalisation de l'équipement, les unités de bridage peuvent être dépourvues de mouvement U d'indexation angulaire de la barre auquel cas on limite les possibilités d'usinage à une face longitudinale et 2 faces d'extrémité de la pièce à usiner. Dans la version de base sans unité de sciage à disque, la séparation des pièces se fait alors par avance transversale d'une fraise tige montée dans l'unité de fraisage ce qui convient notamment pour des matériaux tendres ou pour des barres de profilé creux de relative faible épaisseur. La séparation des pièces par sciage ou fraisage par fraise tige, peut également se faire en 2 opérations successives après rotation U de 180 degrés de la barre autour de son axe longitudinal ou 90 degrés s'il s'agit d'un profilé à section en équerre, ce peut être nécessaire notamment si la barre est trop épaisse pour le diamètre du disque de sciage. Dans les cas de coupe perpendiculaire à l'axe de la barre par fraisage ou sciage, on peut combiner l'action simultanée ou successive de l'avance transversale de sciage avec la rotation lente du profilé. Tous les mouvements d'avance barre, serrage, desserrage, rotation barre, déplacement outil, mise à l'angle du disque de sciage, avance de l'unité de sciage sont motorisés par des moteurs en général électriques au travers de cinématiques couramment utilisées et non décrites. Le pilotage de ces moteurs est asservi à des capteurs de mesure linéaire ou rotatif. L'ensemble est avantageusement contrôlé par des programmes et des calculateurs à commande numérique contrôlant à la fois les mouvements de l'unité de fraisage et les mouvements linéaires ou rotatifs du dispositif décrit permettant ainsi un usinage entièrement automatique. Les dessins annexés illustrent l'invention Les figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E représentent en vue de face, de gauche, dessus et perspective un exemple de pièce usinée par le dispositif objet de l'invention. Toutes les directions d'usinage sont possibles dans tous les plans de sections perpendiculaires à l'axe X1X2 de la barre et toutes les directions d'usinage sont également permises sur les 2 extrémités a et b tout autour de l'axe X1X2. La figure 2B représente en vue de face un exemple de réalisation dans une version ou la 2ee unité de bridage est fixée au bâti et la troisième mobile suivant l'axe longitudinal. La pièce en cours d'usinage est bridée horizontalement et peut ainsi être usinée sur ses 4 faces latérales avec n'importe quel angle d'indexation U de la barre. Les figures 2A et 2C représentent respectivement les vues de droite en coupe et gauche en coupe correspondant à la vue de face 2B précédente. Les figures 3A,3B et 3C représentent respectivement vues de droite en coupe, de face et de gauche en coupe du même dispositif, la 3émi unité de bridage est en position verticale après l'opération de sciage. L'orientation W de cette 36me unité s'est effectuée sens horaire de 90 degrés, la pièce ainsi bridée verticalement peut être usinée sur son extrémité a. Les figures 4A, 4B et 4C représentent respectivement vues de droite en coupe, de face et de gauche en coupe du même dispositif, la 3éne unité de bridage est dans une des positions W inclinées pour un usinage de la face extrémité opposée de la pièce suivant un angle correspondant à l'angle d'orientation W de la dite unité. La figures 5 représente vue de face du même dispositif dans la variante sciage incliné, l'unité de sciage étant représentée inclinée à l'angle de sciage. Les figures 6A à 6F représentent une suite de séquences d'usinage. En référence à ces dessins, le dispositif est constitué: - d'un bâti horizontal (7) dont la plus grande longueur est parallèle à l'axe (X) de l'espace, l'ensemble du dispositif est associé à une broche rotative de fraisage (5) dont l'axe de rotation est perpendiculaire à l'axe longitudinal bâti. Cet axe de rotation dans les différents dessins est d'une façon non limitative vertical. - de deux unités (1) et (6) qui se déplacent respectivement suivant V1 et V3 sur des glissières parallèles à l'axe de la barre (4) et solidaires du bâti (7). - d'un bloc (3) orientable sur l'unité (6) d'un angle W autour d'un axe perpendiculaire à la fois à l'axe longitudinal et à l'axe de rotation unité de fraisage (5). L'unité (2) comporte un dispositif de bridage indexable (2b) tandis que l'unité (3) comporte 2 postes de bridage indexables (3a) et (3b) liés mécaniquement en rotation. - d'une unité (2) fixée au bâti et équipée de mors de bridage (2b) qui bride et indexe la barre (4) sur le même axe que les deux unités (1) et (3). Dans la réalisation particulière des figures 2 à 5, ce sont l'unité (1) et l'unité (6) qui porte le bloc orientable (3) qui sont mobiles longitudinalement de part et d'autre de l'unité (2) fixée au bâti. Dans une autre version non représentée, l'unité (2) peut être mobile et c'est l'unité (6) qui porte le bloc orientable (3) qui est alors fixe sur le bâti. - d'un chariot (9), équipé de l'unité rotative de sciage à lame circulaire (10) dans le plan perpendiculaire à la barre (4) et animé d'un mouvement transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal X du bâti et coulisse sur des glissières solidaires du corps de l'unité (2). Le chariot (9) est implanté de telle manière que dans son mouvement d'avance le plan de sciage passe au ras des mors de bridage (2b) de l'unité (2). Dans le cas de la variante sciage incliné figure 5, le chariot (9) coulisse sur un plastron (8), lui même orientable autour de l'axe (11) perpendiculaire à l'axe longitudinal barre et qui passe par un point proche de l'extrémité des mors (2b) de l'unité (2) Le fonctionnement de la machine ainsi constituée est schématisée par les figures 6A à 6F - introduction de la barre à usiner dans les unités de bridage (1) et (2). - avance de l'unité de bridage (1) serrée pour pousser la barre au travers des blocs indexables de bridage (2b) et (3a),(3b) débridées. L'unité (6) mobile suivant V3 est positionnée par programme à une distance de l'unité fixe (2) compatible avec l'usinage à réaliser. - serrage des unités de bridage (2b) et (3a). - orientation du profilé par rotations U1, U2, U3 simultanées des unités (lb), (2b) et (3a), (3b) pour l'orienter par rapport aux outils d'usinage. - usinage de la barre (4) par fraisage sur toute la périphérie de la barre pour chacune des indexations U, l'outil de fraisage se déplaçant dans l'espace par interpolation ou non suivant les axes X, Y, Z (figure 6A). A noter que l'usinage simultané par déplacement de l'outil de fraisage et rotation U de la barre est possible. - approche V3 de l'unité mobile (6) de l'unité fixe (2) pour un bridage rapproché de la barre pendant le sciage qui s'effectue par avance transversale du chariot (9) porte scie perpendiculairement à l'axe longitudinal barre (figure 6b). Après séparation de la pièce, celle ci étant bridée dans le poste de bridage 3a de l'unité (3), l'unité (3) s'incline suivant W sous l'unité de fraisage pour permettre l'usinage de la face a qui vient d'être sciée avec des opérations de fraisage sous n'importe quel angle combinaison de l'angle d'indexation U de la barre et orientation W de l'unité (3) de bridage .Plusieurs fraisages peuvent être successivement exécutés, sous différents angles d'orientation W de l'unité (3) et indexation angulaire U de la pièce autour de son axe longitudinal (figure 6C). - L'unité de bridage (3) revient à l'horizontale, la barre brute pousse alors la pièce sciée jusqu'à ce que l'autre extrémité b de la pièce affleure le deuxième poste de bridage (3b) opposé de l'unité (3) de bridage (figure 6D). Après bridage de la piéce dans le poste (3b), la barre (4) est dégagée de l'unité (3) par recul suivant V1 pour permettre l'orientation W de (3). - La troisième unité (3) s'incline suivant W en sens opposé pour usiner l'autre extrémité b avec les toutes les possibilités d'angle comme pour la première extrémité a de la pièce. - La troisième unité (3) revient à la position horizontale, la barre brute, poussée par l'unité (1) bridée, entraîne alors la pièce finie hors du poste de bridage 3b dans une goulotte de récupération des pièces finies (figure 6F). La barre brute revient en arrière tirée par l'unité (1) bridée et s'arrête dans une nouvelle position de bridage pour les opérations d'usinage sur la pièce suivante. Le dispositif objet de l'invention, peut être adjoint à des centres d'usinage à commande numérique de fraisage, détourage, perçage et taraudage pour produire en automatique des pièces directement à partir de barres de section quelconque pleines ou creuses et constituées de tous matériaux à usiner par fraisage. Le faible coût des outillages de prise de pièce, la facilité pour passer d'une série à une autre destine tout particulièrement ce dispositif à La production de pièces en petites et moyennes séries répétitives. Des pièces type corps de distributeurs pneumatiques ou hydrauliques constituent des exemples caractéristiques mais non limitatifs. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'usinage de pièces à partir de profilés ou barres qui coopère avec une unité de fraisage mobile dans les trois axes de l'espace caractérisé par - un bâti (7) équipé de glissières parallèles à l'axe de la barre à usiner et à un des axes de déplacement de l'unité de fraisage sur lesquelles se déplace une première unité (1) équipée de mors (la) de bridage de la section de la barre. - une deuxième unité de bridage fixée au bâti et qui bride sur le même axe longitudinal que l'unité (l). - une troisième unité (3) qui dans les opérations d'usinage des faces latérales de la barre bride celle ci sur le même axe longitudinal que les unités (1) et (2) puis peut être orientée suivant W autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de fraisage et à l'axe longitudinal du profilé pour l'usinage des extrémités pièces. Cette troisième unité orientable est portée par un chariot (6) qui se déplace sur des glissières solidaires du bâti de telle manière que les unités (1) et (3) se déplacent de part et d'autre de l'unité (2) fixe sur le bâti (7). 2- Dispositif d'usinage de pièces à partir de profilés ou barres qui coopère avec une unité de fraisage mobile dans les trois axes de l'espace qui dans une variante de la revendication 1 est caractérisé par - un bâti (7) équipé de glissières parallèles à l'axe de la barre à usiner et à un des axes de déplacement de l'unité de fraisage sur lesquelles se déplacent deux unités de bridage (1) et (2) de la section du profilé. - une troisième unité (3) qui dans les opérations d'usinage des faces de la barre bride celle ci autour sur le même axe longitudinal que les unités (1) et (2) puis peut être orientée suivant W autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de fraisage et à l'axe longitudinal de la barre pour l'usinage des extrémités pièces. Cette troisième unité est fixée au bâti d'un même coté des deux unités mobiles (1) et (2). 3- Machine d'usinage de pièces à partir de profilés suivant revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'axe de la broche tournante de fraisage perpendiculaire à l'axe du profilé se déplace parallèlement à lui même suivant les 3 axes orthogonaux X, Y, Z de l'espace dans un volume délimité entre les 2 unités de bridage indexables ou non (2b) et (3a) dont la distance est réglable. 4- Machine d'usinage de pièces à partir de profilés suivant revendication 1 ou 2 et 3, caractérisée par le fait que l'unité orientable (3) comporte à chaque extrémité suivant l'axe barre, deux postes de bridage 3a et 3b qui peuvent être bridés et débridés indépendamment. 5- Machine d'usinage suivant revendications 1 ou 2 et 3 à 4, caractérisée par des blocs de bridage lb, 2b, 3a, 3b alignés sur un axe parallèle à la barre et qui sont rotatifs et indexables par des mouvements synchronisés permettant le positionnement angulaire de la barre autour d'un axe longitudinal dans une plage angulaire d'un minimum de 270 degrés. 6- Machine d'usinage suivant revendications 1 ou 2 et 3 à 5, caractérisée par une unité de sciage à disque (10) qui déplace le disque de sciage dans un plan perpendiculaire à l'axe de la barre au moyen de glissières ou de bras oscillants solidaires de l'unité centrale de bridage (2). 7- Machine d'usinage de pièces à partir de profilé suivant revendications 1 ou 2 et 3 à 6 caractérisée par le fait que dans une variante l'unité de sciage coulisse ou oscille sur un plastron (8) lui même orientable autour d'un axe (11) perpendiculaire à l'axe de la barre pour s'adapter à l'angle de coupe, cet axe (11) passant par un point le plus proche de l'extrémité des mors (2b) de bridage de l'unité (2). 8 - Machine d'usinage de pièces à partir de profilé suivant revendications l ou 2 et 3 à 7, caractérisée par le fait que l'indexage U synchronisé des 3 unités de bridage peut être assorti d'une rotation U synchronisée à vitesse lente créant une avance de coupe ou de sciage compatible avec les données technologiques du fraisage ou sciage.