Brevet FR2799675A1 — publié le 20010420

La présente invention concerne le façonnage des surfaces et, plus particulièrement, une machine pour surfacer des pièces, notamment optiques, afin de leur donner une configuration géométrique superficielle sphérique et 1 ou tordue et 1 ou de leur donner un poli spéculaire par exemple. Les machines pour surfacer des pièces telles que des lentilles, des prismes, des plans, des lames à faces parallèles sont couramment utilisées en optique, Ces machines se composent, essentiellement, d'un porte-pièce auquel les ébauches des pièces à façonner sont fixées et un porte-outil auquel est fixé une balle, un bassin, un plan, un polissoir souple. Ces porte-plèoe et porte-outil qui sont placés face à face sont animés de déplacements relatifs complexes de manière à donner à la surface à usiner, par exemple par doucissage et polissage, la présentation recherchée, par exemple plane, sphérique, torique ou Asphérique. Les déplacements propres du porte-outil et du porte-pièoe sont aussi complexes pour parvenir à la surface recherchée. Pour générer ces déplacements propres et relatifs complexes les machines habituelles, qu'elles soient semi-automat#ues ou automatiques font appel à des cinématiques compliquées. Le but de l'invention est de construite une machine pour façonner des pièces notamment en verre minéral ou organique à surface sphérique, tordue, plane ou asphérique par exemple, qui met en oeuvre un mécanisme relativement simple pour obtenir un minimum de trois déplacements simultanés dont un rayonnant qui peut être complété par des vibrations à hautes fréquences de faibles amplitudes. La présente invention a pour objet une machine pour façonner superficiellement des pièces notamment optiques, constituée, entre autres, d'au moins deux porte-accessoires destinés à recevoir l'un un outil et l'autre au moins une pièce à travailler, et animés de déplacements relatifs suivant des axes particuliers pratiquement orthogonaux qui leur sont propres. Cette machine est notamment remarquable en ce que l'un de ces porte-aocessoires est animé d'une rotation pério dique conique de précession d'angle réglable suivant un axe pratiquement vertical et l'autre de ces porte-aooessoires est animé à la fois d'une translation et d'une oscillation alternatives d'amplitudes particulières réglables indépendamment suivant un axe pratiquement horizontal; accompagné le cas échéant d'oscUlations rapides de faibles amplitudes. D'autres oaractédstiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des reven dications qui suivent et de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où: la Fig. 1 est une vue perspective schématique d'ensemble de l'interieur d'un mode de réalisation d'une machine selon l'invention; la Fig. 2 est une section partielle d'une partie du mécanisme de la machine selon l'invention de la Fig. 1. Les machines à surfacer des pièces optiques notamment pour le doucissage et le polissage étant bien connues dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui à trait à l'invention, Pour le surplus le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes à sa disposition pour faire face aux probièmes particuliers auxquels il est confronté. La machine selon l'invention met en oeuvre un certain nombre de montages qui sont courants en mécanique, c'est pourquoi certains de ceux-ci ne sont qu'exposés dans leurs grandes lignes, Dans la description qui suit un élément est toujours désigné par un même numéro de référence quels que soient le mode de réalisation et la variante d'exécution. La machine selon l'invention comprend un bâti 10, par exemple fait d'une structure mécano-sou- dée. Ce bâti est habillé de capots il appropriés, par exemple en tôle, sur lesquels sont montées les commandes 12 rassemblées par exemple sur un tableau 13. Ces commandes comprennent des commutateurs, des voyants, des cadrans comme il est classique. c'est pourquoi on ne s'éten dra pas davantage sur cette partie de la machine selon l'invention. Cette machine comprend, aussi, des portes-aocessoires 20, ces portes-acoessoires sont, par exemple un porte-pièce 21 et un porte-outil 22. Le porte-pièce 21 reçoit au moins une pièce à sur- façer, non dessinée. Le porte-outil 22 reçoit une balle, un bassin, un plan, un polissoir comme il est classique, non illustré. Les rôles des porte-pièce 21 et porte-outil 22 peuvent être permutés. Dans le mode de réalisation illustré de la machine selon l'invention, deux postes de travail distincts sont installés côte à côte avec chacun, son couple de porte-accessoires. Il est bien clair que la machine peut ne comprendre qu'un seul poste de travail. Comme on le voit sur la Fig.2 le porte- pièce comprend un socle 210 sur lequel sont montés deux mors 211 et 212. Le mors 211 est fixe et le mors 212 mobile Ce mors 212 mobile est associé au socle 210 à l'aide de vis 213 engagées dans des boutonnières 214 pratiquées dans le mors mobile. Des moyens de serrage 215, par exemple un vérin, pneumatique ou hydraulique, permet de pousser sur le mors mobile qui bascule alors et peut se rapprocher du mors fixe pour retenir la pièce à usi ner non dessinée par pincement. le profil du bord actif de l'un au moins des mors est adapté à celui de la pièce à maintenir. Le tout est monté, par toute technique appropriée, par un embase 216. Une canalisation 217 permet d'alimenter en fluide le vérin Cette canalisation équipée de vannes appropriées mises en oeuvre à partir des commandes du tableau est reliée à un compresseur, non représenté, par l'intermédiaire d'un détenteurs' il y a lieu. Un soufflet 218 relie l'embase 216 au bâti 10; de la sorte, pour les raisons que l'on comprendra par la suite l'embase et le porte-pièce peuvent se déplacer sans toutefois tourner sur eux-mêmes. Comme on peut l'observer, le porte-pièce 21 est mobile suivant un axe 201 pratiquement vertical alors que le porte-outil 22 se déplace suivant un axe 202 pratiquement horizontal. De préférence ces deux axes sont orthogonaux et, s'il y a lieu, conoourants . Pour faire se déplacer le porte-pièce 21 suivant son axe 201, on utilise un dispositif à excentrique 31. Comme on le voit plus particulièrement sur la Fig.2, ce dispositif à excentrique 31 comprend une colonne 310 dont l'une des extrémités porte une jonction rigide 311 qui la relie à l'embase 216 alors que son autre extrémité est munie d'une articulation réglable 312. Cette articulation réglable 312 est associée à un tambour 313. Comme on l'observe de préférence au voisinage de son milieu, la colonne 310 est montée sur rotule, bloc élastique ou cardan 314 monté sur ou sous le bâti 10 de toute manière appropriée classique. Comme on peut le noter, l'articulation 312 est associée au tambour 313 à l'aide d'un plateau ou bloc orientable 315, cette articulation 312 est de position régla ble radialement de manière à pouvoir incliner la colonne 310 par rapport à l'axe 201 en le faisant basculer autour du point de rotation 0 de 314; rotule, cardan, ou bloc élastique qui sert alors de centre situé sur cet axe. On reviendra par la suite sur la manière dont le réglage radial de cette articulation 312 peut être obtenu. De préférence, l'articulation 312 et le point de rotation 0 de 314; sont obtenus avec l'aide de roulements adéquates; la jonction rigide 311 obtenue par soudage par exemple. On voit donc que lorsque l'articulation 312 réglable n'est pas située sur l'axe 201 et que l'on fait tourrier le tambour 313 cette articulation 312 décrit un mouvement orbital. En décrivant ce mouve ment orbital, rarticulation fait décrire à la colonne 310 un cône dont le sommet 0 est le centre de 314 qui sert de centre de iotation. On comprend donc que l'embase 216 du porte-pièce 21 décrit alors une rotation périodique ron#ue de précession. En fixant la position radiale de l'articulation 312 réglable on donne la valeur recherchée à l'angle du cône ainsi décrit. Cette situation est celle illustrée pour le poste de gauche sur Fig.l. Lorsque Particulation 312 réglable est placée sur l'axe 201 et que le tambour 313 tourne, la colon ne 310 peut tourner sur elle même selon son axe confondu avec l'axe 201 si l'on à pris soin de désolidariser le soufflet 218 du bâti 10, le point d'oscillation 314 étant monté sur roulement et de caler la colonne sur le plateau 316; ceci peut être obtenu de toute manière appropriée classique et, pour cela, non exposé en détail. L'embase 217 étant montée perpendiculairement à la colonne 310, le porte-pièce 21 tourne sur lui même suivant un cercle centré sur l'axe 201 . Cette situation est celle illustrée pour le porte-pièce de droite sur la Fig.l. Le mécanisme 40 suivant l'invention comprend, aussi deux liaisons bielle - manivelle pour déplacer l'autre porte-accessoire suivant l'axe 202. Une translation suivant l'axe 202 est obtenue à l'aide d'un maneton 320 fixé sur un disque 321 entraîné en rotation. Ce maneton tourne sur un axe décentré et radial du disque 321. Le maneton 320 est engagé, à l'aide de palier convenable par exemple à billes non dessiné, de référence au milieu d'un levier 324. Ce levier 324 est coiffé d'un étrier 325. Chaque branche parallèle de cet étrier 325 est articulée à chacune des extrémités du levier 324 par des paliers 326 appropriés, par exemple à billes,qui définissent la direction de l'axe 202 qui est choisie orthogonale au maneton 320. A l'étrier 325 est fixée une barre 328 qui supporte à l'une de ses extrémités un porte-outil. L'extrémité de la barre 328, opposée à celle à laquelle est fixé le porte-outil est associé à un vérin 35 qui est ancré au bâti. Entre le porte outil 22 et le maneton 330 peut être disposé le module 332 qui commande le mécanisme de vibration à fréquence élevée qui peut être pneumatique, électromé canique, électronique; par exemple à ultra sons . Pour les raisons qui apparaîtront par la suite, l'association du vérin à la barre et l'ancrage de celui-ci au bâti sont relativement souples; ceci est obtenu à l'aide de liaisons à rotules ou à blocs élastiques; par exemple du type de celles couramment utilisées dans l'industrie automobile. Ce vérin à pour rôle d'appliquer avec un effort choisi l'outil du porte-outil contre la pièce à surfacer montée sur le porte-pièce et, aussi, de servir d'amortisseur pour la raison qui suit. Lorsque la pièce à surfacer est au contact de l'outil et que le maneton 320 tourne en décrivant un cercle, la barre 328 décrit, à la fois, une translation alternative dans un plan parallèle à l'axe 201 et un basculement oscillatoire dans ce plan commandé par le contact U entre pièce et outil représenté entre 21 et 22 à droite sur la Fig.l. Ce point de contact U. est mobile. Cet étrier 325 est aussi muni d'une patte 329 Cette patte 329 est reliée par une tige 331 à un maneton SU, liaison oscillante et réglable pouvant être assurée par une rotule par exemple. Les techniques qui permettent d'obtenir le même résultat que les pattes 329 sont variés et multiples avec axes de montage verticaux et horizontaux indifféremment. Comme on peut l'observer les manetons 320 et 3M sont orthogonaux. De même, ici encore, les liaisons de la tige à la patte et au maneton sont à blocs élastiques ou rotules ou les tiges elles mêmes constituées d'un matériau flexible; nylon par exemple. Lorsque le maneton 330 décrit un cercle , il fait osciller l'étrier 325 par l'entremise de la tige 331 autour de la direction horizontale 202 en faisant ainsi osciller le porte-outil suivant l'axe 202. On voit donc que lorsque les deux manetons 320 et 330 sont simultanément animés, le porte- outil décrit à la fois une translation et une oscillation alternatives d'axe 202 par rapport au porte- pièce qui lui, décrit une rotation périodique conique de précession d'axe 201. La machine selon l'invention est mue par un moteur 40 qui entraine une transmission 50. Comme on le voit, cette transmission 50 comprend au moins une poulie 51 et au moins une courroie 52, un réducteur 53 et un renvoi d'angle 5.4. Le réducteur 53 et le renvoi d'angle 54 sont des sous-ensembles classiques dont seuls les bofflers sont représentés. Le réducteur 53 peut- être par exemple mécanique et le renvoi d'angle 54 fait de pignons coniques; réducteur et renvoi d'angle ainsi que moteur et poulies sont montés sur le bâti de manière classique et pour cela non dessinés. Réducteur 53 et renvoi d'angle 54 peuvent être mus par moteur séparé. La machine suivant l'invention permet des amplitudes de déplacement de l'ordre d'une vingtaine de millimètres environ ce qui est notablement suffisant dans la pratique pour faire face aux situa tions habituelles. Déplacements qui peuvent êtres diminués ou; augmentés en changeant la valeur les décentrements des manetons 320 et 3M. Les techniques qui permettent d'obtenir un réglage radial de l'articulation 312 ou des manetons 320 et 330 sont variées, on peut par exemple utiliser des solutions à fentes avec des vis de bloca ge ou des solutions à cames héliooTdales du type de celles servant pour les mors des mandrins par exemple sur les tours. les solutions sont multiples c!est pourquoi on en a représenté seulement que deux d'entre elles. Sur la Fig. 2 le tambour 313 dont la périphérie sert de poulie 51, porte sur sa face supérieure le plateau 315. Ce plateau est longiligne et à l'écart de son milieu il porte l'articulation 312. La périphérie du tambour est percée de perçages taraudés 316 et celle du plateau de trous 317. Deux vis 318 traversent les trous et sont engagées dans des perçages . Les perçages sont répartis sur deux arcs de cercle diamétralement opposés dont le centre de l'un est situé sur l'autre, comme illustré clairement. En placent les deux vis approximativement diamétralement à l'opposé et en se servant de l'une d'elle comme centre on peut déplacer relativement l'un à l'autre plateau et tambour en changeant la vis de perçage taraudée ; en procédant ainsi on voit que l'articulation 312 peut être placée à des distances différentes du centre ( raxe 201 ) c'est à dire que l'on peut modifier l'angle au sommet du cône du mouvement de rotation conique de précession. En permutant le rôle de deux vis on change de bras le levier et donc l'importance des possibilités de réglage de l'excentricité de l'articulation 312, L'excentricité du maneton 320 est obtenue par le décentrement de son axe de rotation par rapport au centre de l'axe de rotation de l'arbre 321. De préférence on utilise des poulies à dents et des courroies crantées. De la sorte l'élastioité inhé rente à la courroie permet d'absorber, dans une certaine mesure, les petits défauts d'équilibrages dynamique du type de ceux, par exemple, résultant des réglages de l'excentricité des manetons 320,330 et l'articulation 312. Ceci convient bien pour des vitesses de rotation de l'ordre de 400 à 1000 Ymn qui sont celles habituellement utilisées pour le travail du verre et matières organiques optiques, Dans le mode de réalisation de la Fig.1, le vérin 35 est relié à rextrémité de la barre 328 opposée à celle ou se trouve le porte-outil . On peut aussi relier ce vMn à l'étrier 325, par exemple à la branche de ce dernier voisine du porte-outil. De la sorte on réduit l'importance des masses suspendues et Famplitude de la course du vérin pendant les opérations de surfaçage. Pour séparer l'un de l'autre outil et pièce lorsque la machine est à l'arrêt on agit sur le vérin 35 à l'aide de la commande appropriée du tableau. En faisant ceci, le vérin fait basculer la barre 328 sur le maneton 320 qui sert alors de centre C. Cette manoeuvre peut aussi être exécutée automatiquement en fin de cycle. Si nécessaire, pour améliorer la rigidité du montage, la barre 328 n'est pas portée directement par l'étrier 325 mais montée par l'intermédiaire d'un fourreau dans lequel elle est engagée avec, s'il y a lieu, interposition de paliers convenables aux endroits appropriés. Sur la Fig.1, les différents déplacements sont indiqués par des flèches. On comprend tout l'intérêt de la machine suivant l'invention qui permet d'obtenir tous les dépla- oements nécessités par le façonnage des surfaces les plus usuelles des pièces d'optique classiques à l'aide de trois déplacements simultanés dont un latéral rayonnant dont les amplitudes sont facilement réglables indépendamment. REVENDICATIONS Machine pour façonner les surfaces de pièces notamment en verre, constituée, entre autres, d'au moins deux pode-accéssoires 20 destinés à recevoir l'un 21 une pièce à travailler et l'autre 22 un outil et animés de déplacements relatifs suivant des axes 201 et 202 particuliers pratiquement orthogonaux qui leur sont propres, caractérisée en ce que l'un de ces porte-aooéssoires 20 est animé d'un déplacement de rotation périodique coniclue de précession d'angle au sommet réglable suivant un axe 201 pratiquement vertical et l'autre de ces porte-accessoires 20 est animé à la fois de déplacements de translations et d'oscillations alternatives d'amplitudes particulières réglables indépendamment suivant un axe 202 pratiquement horizontal. 2 Machine conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe 202 est inclinable dans un plan parallèle à raxe 201 soit par rapport à un centre de rotation U extrémale déterminé par le contact pièce- outil soit par rapport à un centre de rotation C intermédiaire distinct. 3 Machine conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les déplacements sont engendrés par un mécanisme 30 qui comprend un dispositif à excentrique 31 à excenticité réglable pour produire la rotation conique de précession et des liaisons bielle-manivelle 32 à manetons 320, 330 réglables pour produire ces translations et oscillations. 4 Machine conforme à la revendication 3.Caractérisée en ce que le dispositif à excentrique 31 comprend une colonne 310 dont l'une des extrémités est réunie par une jonction rigide 311 à l'un des porte-aooessoi- res 20 et dont l'autre des extrémités est associée par une articulation réglable 312 de la face d'un tambour 313 et qui est montée entre ces extrémités sur une rotule ou articulation 314. 5 Machine oonforme-à la revendication 3, caractérisée en ce que la liaison bielle-manivelle 32 pour produP la translation comprend un levier 324 monté approximativement en son milieu sur le maneton 320 un étrier 325, chevauchant ce levier et relié à chacune des extrémités de ce dernier de manière à pouvoir tourner suivant la direction de. l'axe 202, orthogonalement au maneton 320, une barre 328, qui est portée par l'étrier 325, et orientée suivant cette direction et dont rune des extrémités supporte l'un des porte-accéssoires 21. 6 Machine conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que la liaison bielle-manivelle 32, pour produP re l'oscillation comprend un maneton 330, orthogonal à celui 320, de la liaison produisant la translation, en ce que l'étrier 325, porte une patte 329, et en ce que cette patte 329 et ce maneton 330 sont reliés par une. tige 331. 7 Machine conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'un module 332 à haute fréquence de faible amplitude est interposé entre le maneton 330 et le porte-outil 22. Machine conforme à l'une quelconque des revendications 2à7 caractérisée en ce que le centre de rotation intermédiaire C est constitué par le maneton 320, de la liaison bielle-manivelle 32, produisant la translation. 9 Machine conforme à l'une quelconque des revendications 5à 8 caractérisée en ce que la barre 328 est reliée directement ou indirectement à l'opposé du porte-accessoire 20, à un vérin 35, à la fois presseur et amortisseur. 10 Machine conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que l'articulation réglable 312 est constituée par une rotule ou roulement excentré -montée sur un plateau 315, qui est fixé de manière réglable sur la face du tambour 313. 11 Machine conforme à la revendication 9. caractérisée en ce que ce tambour 313 est une poulie.