Brevet FR2792864A1 — publié le 20001103

Le dispositif objet de l'invention concerne l'usinage de pièces de différentes longueurs directement finies à partir de barres profilées creuses ou barres pleines de tout type de 5 matériaux, métalliques, acier, aluminium, cuivre, plastiques ou bois. Dans la suite du descriptif, on utilisera le terme barre sachant qu'il peut s'agir de profilés pleins ou creux ou barres de section brute constante et de toute nature.10 Les usinages concernés sont des opérations de fraisage, détourage, perçage, alésage, taraudage. Dans l'usinage de pièces à partir de barres ou profilés, on peut être amené à usiner successivement des pièces courtes depuis quelques millimètres jusqu'à des pièces longues de15 quelques mètres. Pour réaliser de telles pièces par les moyens connus actuellement, pour les petites pièces, on procède par sciage de longueurs de pièces sur une première machine de sciage puis on place manuellement les pièces à usiner sur une machine de20 fraisage en utilisant des outillages complexes avec différents plans de pose correspondant aux différentes faces à usiner. Pour les pièces longues, on utilise généralement un type de machine différent avec des grandes tables sur lesquelles on bride la barre à usiner. Il faut ainsi réaliser des outillages25 coûteux de bridage pour chaque face de la pièce à usiner et au minimum des outillages qui brident la pièce sur toute sa longueur. Les outillages de bridage qui permettent d'immobiliser des pièces variées pendant l'usinage, sont de conception coûteuse obligeant à gérer un outillage spécifique pour chaque pièce à usiner, et pour chaque face à usiner, outillages qu'il faut mettre en place à chaque lancement de pièce puis démonter et stocker. Cette méthodologie s'accorde mal à une gestion de production flexible.35 L'équipement, objet de l'invention permet d'usiner successivement des pièces courtes ou des pièces longues directement en une seule opération à partir de barres avec le maximum de flexibilité, les outillages de prise de pièces sont très simples et faciles à mettre en place autorisant une mise en production rapide. La précision atteinte est identique pour5 tous les types de pièces et le dispositif est aussi bien adapté aux petites séries répétitives qu'aux grandes séries. Le défilement de la barre brute vers le poste d'usinage, l'orientation sous différents faces, l'usinage étant automatiques ainsi que la sortie des pièces, on dispose ainsi d'un procédé d'usinage automatique de la barre brute jusqu'à la pièece finie. Pour les pièces courtes, la barre est déplacée et orientée automatiquement suivant ses différentes faces dans la zone d'usinage o se réalisent les opérations de fraisage perçage, taraudage, sciage. Pour chaque avance d'un pas, une ou plusieurs pièces sont usinées. Pour les pièces longues, la barre se déplace automatiquement par pas successifs dans la zone d'usinage, chaque pas correspondant à l'usinage d'une partie de la20 longueur de la pièce, sur toutes ses faces, jusqu'à usinage complet de toute la pièce sur toutes ses faces. Le même dispositif d'avance et positionnement angulaire de la barre est ainsi utilisé alternativement tout aussi bien pour l'usinage de pièces courtes que de pièces longues.25 Le dispositif objet de l'invention comprend: - un convoyeur d'entrée sur lequel se déplace la barre brute, le convoyeur étant muni de guides latéraux. - un bâti en prolongement du convoyeur d'alimentation sur lequel se déplace une poupée avance et rotation barre, chargée de la progression de la barre et de son orientation dans la zone d'usinage. Ladite poupée comporte ainsi une broche creuse traversée par la barre, munie de dispositifs internes de bridage de la barre comportant des mors amovibles àv la forme de la section barre et des vérins hydraulique ou pneumatique.35 Cette broche est motorisée pour tourner d'une position angulaire à une autre afin d'indexer la barre suivant différentes orientations angulaires nécessaires à son usinage sur toutes ses faces. une broche qui porte un outil tournant de fraisage, cette broche se déplace dans les 3 axes de l'espace, portée par un ensemble de chariots croisés de type connu, l'axe de rotation de l'outil étant situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de la barre, cet ensemble unité d'usinage pouvant être un centre d'usinage à changeur outil à broche verticale, horizontale ou inclinée d'une gamme de constructeur machine10 outil standard ou une unité spécifique d'usinage. - un étau à fermeture hydraulique ou pneumatique permettant d'immobiliser la portion de barre à usiner dans la zone d'usinage. Cet étau a une longueur égale proche de la course longitudinale de l'unité d'usinage. Son plan de fermeture est15 parallèle à la barre et à l'axe de la broche d'usinage, vertical si la broche est verticale, horizontal si la broche est horizontale. Cet étau peut être placé sur une platine, mobile suivant un axe perpendiculaire à la barre afin de moduler le plan de fermeture, celui-ci n'étant pas forcément au20 même emplacement d'une position angulaire à une autre de la barre (section non forcément centrée sur l'axe de rotation). Ce mouvement latéral comporte un blocage de type hydraulique actionné après fermeture et pendant l'usinage. Les mors de cet étau comportent des pièces facilement amovibles pour s'adapter à différents types de sections ou profilés. - un convoyeur à la sortie de l'étau destiné à la récupération de pièces longues et aligné au convoyeur d'entrée ou une goulotte de récupération en sortie de l'étau pour la récupération de pièces courtes. 30 - un dispositif motorisé pour la mise à hauteur automatique du convoyeur entrée et de l'éventuel convoyeur pièces longues en sortie asservi à un capteur de type mécanique ou capteur sans contact type vidéo ou laser qui détecte la génératrice inférieure de la barre au droit de la poupée avance et rotation barre. Ainsi dans sa rotation, une barre brute de section quelconque et la pièce finie en sortie (cas de pièces longues) restent soutenues sur toute leur longueur sur le plan horizontal défini par les convoyeurs entrée ou sortie ainsi asservis en hauteur. - des butées latérales mobiles transversalement de chaque coté du convoyeur d'entrée barre brute et de l'éventuel convoyeur pièces longues en sortie. La position latérale de ces butées guides est asservie à l'information de capteurs de même type mécanique ou vision que pour l'asservissement hauteur du convoyeur entrée et qui détectent les génératrices extérieures10 barre au droit de la poupée d'avance et rotation barre tel que la barre brute et la pièce finie ( cas d'une pièce longue) restent guidées dans le plan horizontal sur toute leur longueur. - des dispositifs de déplacement de la poupée d'avance barre par moteur vis linéaire ou crémaillère asservi à une mesure de position pour le contrôle des avances successives de barre. - un équipement de commande du type calculateur à commande numérique qui asservit et coordonne chacun des mouvements de déplacement et rotation barre du dispositif et de l'unité de20 fraisage en fonction d'un programme pré chargé facilement modifiable. Ainsi le fonctionnement du dispositif s'établit comme suit: La poupée étant en position avant contre l'étau, la barre est introduite manuellement ou automatiquement dans la broche25 creuse de la poupée avance barre jusqu'à une position longitudinale correspondant à l'extrémité aval de l'étau. Les systèmes de bridage de la barre dans la poupée brident alors la barre. L'étau se ferme sur la barre.30 L'étau étant serré, il est bloqué dans son déplacement transversal, l'usinage peut alors s'opérer sur une première face de la barre. Une fois cette première phase terminée, l'étau s'ouvre et la barre peut être tournée par le dispositif de rotation de la35 poupée pour l'usinage d'une nouvelle face. Pendant l'usinage de la dernière face d'une portion de barre correspondant à la longueur de l'étau, la poupée avance barre recule en relâchant la barre puis rebride la barre pour assurer l'avance d'une nouvelle longueur de barre lors de l'ouverture 5 suivante de l'étau. Pendant toutes les phases d'avance de la barre ou d'indexation angulaire de celle-ci, la barre repose sur sa génératrice inférieure sur le tapis asservi en hauteur et est guidée latéralement par les guides latéraux asservis en position.10 Le dispositif est adapté à l'usinage automatique d'une succession de petites pièces incluses dans chaque portion de barre chargée par la poupée avance et rotation barre. La séparation des pièces se fait par fraisage entre chaque pièce en 1 ou plusieurs opérations correspondant à chaque15 orientation de barre, la séparation totale s'effectuant lors de l'usinage de la dernière face pièce. Les pièces ainsi usinées et séparées sont évacuées poussées par l'avance de la barre brute, l'étau étant simplement desserré de la valeur la plus faible pour permettre le guidage des pièces finies jusqu'à une20 goulotte à la sortie de l'étau. Le dispositif est aussi adapté pour l'usinage automatique de pièces de grande longueur à partir de barres par portions successives, usinage de chacune des faces, en utilisant en sortie un convoyeur de même type que le tapis d'entrée avec les25 mêmes fonctionnalités de mise à hauteur automatique et de guides latéraux qui assurent le guidage de la pièce longue terminée à sa sortie. Les dessins annexés illustrent l'invention: - La figure 1 représente une vue générale du dispositif de l'invention. - La figure 2 montre le dispositif particulier de capteurs pour l'asservissement de la hauteur des convoyeurs entrée et sortie et position transversale des guides latéraux. - Les figures 3 et 4 montrent une coupe de l'étau dans une variante o la position du plan de fermeture est motorisée et peut être programmée, 2 positions du plan de fermeture sont ainsi représentées correspondant à 2 positions angulaires du5 profilé à usiner. Les mors amovibles spécifiques à la section de barre sont également représentés. En référence à ces dessins le dispositif comporte: - un outil tournant (1) de fraisage perçage porté par la broche rotative d'un centre d'usinage et mobile dans les 3 axes X, Y, Z de l'espace. - une poupée (2) comportant une broche creuse (13) avec un passage au centre et des dispositifs internes de bridage de la barre (3) par action de vérins plats sur des mors amovibles, la15 dite poupée se déplaçant longitudinalement sur un bâti fixe (4) muni de glissières, le déplacement étant assuré par un système connu par exemple moteur couplé à une vis à billes (non représenté) - un dispositif interne à la poupée du type moteur (10) et roue vis tangente par exemple qui assure la rotation de la broche (13) de bridage de la poupée (2) pour positionner angulairement la barre (3) et permettre ainsi l'usinage de la barre (3) sur toutes ses faces. un étau (5) constitué d'un mors (5 a) sur lequel est serré la barre (3) pendant l'usinage par l'action de vérins (6) sur un mors mobile (5b). - des glissières (7) qui permettent le positionnement libre transversal de l'étau (5) pour se centrer sur le plan de bridage de la barre.30 - un dispositif de bridage non figuré qui assure le blocage de (5a) sur les glissières (7) par des frettes hydrauliques par exemple. - un convoyeur d'entrée (8) comportant par exemple des rouleaux sur lesquels se déplace la barre (3) en amont de l'usinage. - un dispositif (12) de mise à hauteur automatique du convoyeur constamment asservi à un capteur (15) muni de touches de contact (16) détectant en permanence la génératrice inférieure de la barre y compris dans la rotation de celle ci. Ce type de capteur à touche mécanique peut-être remplacé par tout type de capteur sans contact (ex: capteur caméra ou laser).5 - des butées latérales (11a) et (llb), chacune respectivement constamment asservies à 2 capteurs (14a) et (14b) détectant chacun en permanence la génératrice latérale de la barre dans toutes positions angulaires y compris pendant sa rotation. Ces butées latérales (11a) et (11b) sont montrées équipées de10 rouleaux à rotation libre d'axe vertical mais peuvent être constitués de plaques de glissement garnies de matière anti- friction. - un convoyeur optionnel de sortie (9) pour la prise en charge des pièces finies de grande longueur qui comporte le même plan de référence horizontal que le convoyeur d'entrée (8) et les mêmes dispositifs (non représentés) de mise à hauteur (12) et guides latéraux (lla),(llb) que le convoyeur d'entrée. - l'étau comporte des pièces amovibles (17) spécifiques pour les différentes sections qui ne sont pas forcément de forme carrée ou rectangulaire. Dans une variante représentée figures 3 et 4, le positionnement transversal de la platine d'étau (5a) est assuré par un système de positionnement par moteur (19), vis de déplacement (18) pour programmer la position du plan de fermeture de l'étau en25 fonction du centrage de la section barre par rapport à l'axe de rotation de la barre. Le dispositif ainsi décrit, associé à une unité de fraisage à commande numérique type centre d'usinage à changeur automatique d'outil permet l'usinage automatique et flexible d'une grande variété de pièces courtes ou longues en petites ou grandes séries et ce automatiquement et directement en une seule opération à partir des barres ou profilés. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'usinage de pièces de toutes longueurs par fraisage, perçage, taraudage élaborées directement à partir d'une barre ou profilé de toute matière et de section quelconque sur une unité d'usinage type centre d'usinage à commande numérique caractérisé par: - une poupée (2) agissant en poupée avance et position angulaire de la barre en amont de la zone d'usinage d'une unité d'usinage de fraisage, perçage, la dite poupée (2) coulissant sur des glissières longitudinales solidaires d'un bâti (4) parallèle à la barre (3) à usiner et à l'axe longitudinal de déplacement de l'unité d'usinage, poupée (2) munie d'une broche cylindrique creuse (13) au travers de laquelle circule la barre15 à usiner (3), la dite broche (13) étant motorisée et indexable angulairement, équipée de mors de bridage de la barre, mors qui serrés assurent l'entraînement en positionnement angulaire et translation de la barre. - un système de motorisation qui contrôle les déplacements d'avance et de recul de la poupée (2) sur une course supérieure ou égale à la course longitudinale de l'outil (1) de l'unité d'usinage. - un étau (5) de bridage de la portion de barre à usiner comprise dans la course longitudinale de l'outil rotatif (1) de l'unité d'usinage, l'outil (1) se déplaçant dans les 3 axes X,Y,Z de l'espace. - un convoyeur (8) de barre brute en amont de la zone d'usinage et de la poupée avance barre (2). 2- Dispositif selon revendication 1 caractérisé par un étau (5) monté sur des glissières transversales (7) qui permet à l'étau de se positionner librement latéralement en se fermant sur la barre (3), la platine (5a) de l'étau étant munie d'un dispositif de blocage pneumatique ou hydraulique sur les glissières transversales (7) immobilisant l'étau sur les dites glissières une fois l'étau (5) fermé sur la barre (3). 3- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le convoyeur d'entrée (8) monté sur un dispositif (12) de monte et baisse, déplaçant le convoyeur parallèlement à lui même, le plan supérieur étant asservi à l'information d'un capteur (15)5 donnant le niveau inférieur horizontal de la barre lors de son mouvement de rotation au droit de la poupée (2) avance barre. 4- Dispositif selon revendication 1 et 3 caractérisé par des butées latérales verticales (11a) et (11b) de chaque coté du convoyeur d'entrée en amont de la poupée (2) avance barre et qui encadrent la barre dans sa rotation, la position latérale de ces butées (11a) et (11b) étant respectivement asservie à l'information de capteurs (14a) et (14b) placés sur la poupée d'avance barre (2) donnant la position des 2 plans verticaux15 guidant latéralement la barre pendant son mouvement de rotation. - Dispositif selon revendication 1 à 4 utilisé pour l'usinage de pièces longues caractérisé par un convoyeur de sortie (9) additionnel équipé des mêmes dispositifs pour la pièce finie que le convoyeur d'entrée (8), pour la mise à hauteur automatique tel que (12) et pour le centrage latéral tels que (lia) et (11b). 6- Procédé qui utilisant le dispositif suivant revendications 1 à 4 caractérisé par la capacité de réaliser des usinages type fraisage, perçage, taraudage de suite de pièces courtes usinées en une seule opération successivement toutes les faces directement à partir d'une barre qui progresse automatiquement30 par longueurs correspondant à un nombre entier de pièces finies. 7- Procédé qui utilisant le dispositif suivant revendications 1 à 4 est caractérisé par la capacité d'usiner des pièces longues sur un centre d'usinage de course longitudinale très inférieure à la longueur de la pièce finie, directement à partir d'une barre brute, la barre brute étant avancée pas à pas suivant différentes orientations dans la zone d'usinage, chaque portion pièce étant bridée à chaque pas dans un étau (5) jusqu'à obtention d'une pièce usinée automatiquement sur toute sa 5 longueur et sur toutes ses faces sous contrôle d'une commande numérique. 8- Dispositif suivant revendications 1 à 4 comportant un étau (5) d'immobilisation de la barre à usiner caractérisé par le fait que l'étau comporte des pièces facilement amovibles (17) dessinées de façon à assurer le serrage d'une section de forme complexe ou d'une collection de profils dans les différentes orientations requises par l'usinage. 9- Dispositif suivant revendications 1 à 4 dont la platine (5a) de l'étau (5) est dans une variante caractérisé par un déplacement latéral de cette platine (5a) asservi et programmable, positionné par un dispositif vis écrou (18) et un moteur électrique (19),associés à une mesure de position20 permettant ainsi de programmer la position de l'axe de fermeture d'une position angulaire à l'autre de la barre.