Brevet FR2799150A1 — publié le 20010406

La présente invention concerne un dispositif automatisé d'usinage d'éléments bois destinés à la fabrication de différentes types de structures tels qu'éléments de maisons à ossature bois, de caisses ou de palettes, de charpentes, en particulier de fermes préfabriquées connues sous le nom de fermettes. Chaque lien entre éléments en bois composant la fermette est assuré à l'aide de pièces métalliques munies de picots connus sous le nom de connecteurs. Ces fermettes sont généralement de forme triangulaire et sont composées deux arbalétriers, d'un entrait et de pièces de triangulation venant renforcer la structure. Ainsi, chaque élément en bois pourra avoir à son extrémité une, deux ou trois coupes d'angle permettant un positionnement et un ajustement précis entre eux. Les caractéristiques dimensionnelles (sections, longueurs, angles de coupes) des différents éléments en bois sont déterminées par calcul de résistance soit manuellement soit plus fréquemment à l'aide d'un logiciel ad hoc. Ces différents éléments en bois sont donc choisis et coupés suivant les caractéristiques déterminées par la note de calcul. Le plus souvent dans la technique connue, après avoir choisi leurs sections, éléments en bois sont coupés par des lames de scies pouvant s'orienter afin d'obtenir le ou les angles désirés. Le réglage angulaire de ces lames de scies est obtenu soit manuellement soit automatiquement. En cas d'un réglage manuel, l'opérateur dispose d'un repère angulaire pour chaque lame lui permettant de respecter la fiche débit issue de la note de calcul en sa possession. Dans le cas d'un réglage automatique, le logiciel de calcul délivre un fichier comportant toutes les informations relatives au réglage automatique des lames de scies. La transmission de ces informations au système de coupe peut se faire par tout procédé connu. Habituellement, le support est une disquette informatique. On connaît principalement deux types de dispositifs destinés à cette utilisation Le premier, rarement à réglage automatique, est constitué de deux bras tangentiels supportant chacun une lame de scie. Le bois est posé sur la table, en butée sur une cale. Les bras tangentiels sont écartés à la distance désirée. lis sont également orientés à l'angle désiré. Dans ce procédé, le bois sera coupé par déplacement des lames de scies. Le deuxième, à réglage manuel ou automatique, est constitué de quatre lames scies (quelquefois de six). Deux des quatre lames de scies sont disposées à extremité de la machine sur un support fixe. Elles peuvent se régler en angle, et positionner l'une par rapport à l'autre afin d'obtenir le ou les angles de coupes désirés sur l'extrémité correspondant de l'élément en bois. Les deux autres lames de scies sont disposées à l'autre extrémité sur un chariot mobile permettant le réglage de longueur de coupe de l'élément en bois. Bien entendu, ces deux lames possèdent les mêmes possibilités de réglages angulaires que les deux autres, et assureront la ou les coupes sur cette autre extrémité de l'élément en bois. Dans ce dispositif, c'est l'élément en bois qui se déplace en travers, horizontalement pour se faire couper. II est positionné en long, debout sur son épaisseur. Les séries d'éléments en bois identiques en longueur et en angle étant très petites, le principal inconvénient de ces dispositifs est d'être long en réglage. Ceci est bien entendu vrai pour les machines à réglage manuel, mais l'est également pour les machines à réglage automatique. En complément, la vitesse de coupe, qui peut être importante avec des lames de scies, n'est pas un élément primordiale d'un bon rendement du dispositif (dans certaines proportions). En effet, il existe un temps incompressible de manipulation de l'élément en bois par l'opérateur pour qu'il le positionne sur l'installation de coupe ; II est d'ailleurs fréquent qu'elle attende l'élément en bois pour le couper. L'autre inconvénient important du dispositif à réglage automatique avec lame de scies est complexité, donc son coût: il faut une multitude d'organes mécaniques pilotés par ordinateur pour assurer tous les réglages. Cette complexité entraîne également des travaux de maintenance fréquents et coûteux. Un autre inconvénient des dispositifs à réglage automatique avec lames de scie est l'impossibilité de faire de petits éléments en bois utilisés fréquemment comme renforts. En effet, le grand diamètre des lames de scie (obligatoire pour les grandes coupes) limite le rapprochement entre deux lames et donc limite la longueur minimum de l'elément en bois. Très souvent les éléments en bois utilisés pour la fabrication des charpentes préfabriquées sont voilés. Hors, aucun des dispositifs n'est équipé de système satisfaisant de redressement de l'élément en bois durant la coupe. L'angle de coupe donc différent de l'angle théorique et l'assemblage de deux éléments en bois sur angle de coupe n'est pas jointif. peut également signaler comme autres inconvénients des dispositifs à lames de scies, le bruit, la difficulté de récupération de la sciure, le coût très élevé des lames scies, l'impossibilité d'avoir des longueurs de coupe plus grandes que le diamètre la plus grande lame de scie, la difficulté de mettre en place des organes de securité mettant l'opérateur hors de danger. présente invention a pour objet de pallier à ces inconvénients en réalisant un dispositif d'usinage de type fraisage, et non de coupe avec scie circulaire, permettant l'obtention des angles et longueurs de coupe désirés par la résultante du déplacement synchronisé en deux axes du ou des outils de fraisage dans l'élément en bois. Le dispositif est principalement composé d'un ou de plusieurs outils de coupe cylindrique de fraisage, de préférence de type mèche à défoncer pour obtenir une vitesse de coupe dans l'élément en bois satisfaisante. La trajectoire de ou des outils dans l'élément en bois est telle que celui ci se trouve coupé en angle et en longueur. Dans une forme préférentielle de réalisation de l'invention, les outils de coupe sont au nombre de deux et s'occupent simultanément d'usiner l'élément en bois à chaque extrémité. Les éléments en bois qui devront en final être de géometrie identique, sont positionnés, au fur et à mesure par un opérateur, les uns derrière autres, à plat sur leur largeur, et avancent en travers dans la direction d'un axe nous appellerons X, poussés par des taquets. Les outils de coupe sont capables de se déplacer dans la direction d'un axe parallèle à la longueur de l'élément en bois que nous appellerons Y (perpendiculaire à l'axe X) pour l'outil situé à extrémité, et Y bis (perpendiculaire à l'axe X aussi) pour l'outil situé à l'autre extrémité. L'axe de ces outils est vertical. Un logiciel de calcul de charpentes définit, pour chaque série d'éléments en bois, leur géométrie ainsi que le nombre d'éléments en bois de chaque serie. Ces données sont transmises au système de pilotage par un moyen approprié que câble, disquette, faisceau infra rouge, code à barres, transmission hertzienne ou autres. L'opérateur lance alors la machine, les éléments en bois avancent dans le sens de l'axe X à une vitesse définie par le système de pilotage. Au moment opportun, défini par le système de pilotage, les outils de coupe se déplacent dans la direction des axes Y et Y bis à des vitesses définies par le système pilotage afin d'obtenir par combinaison des deux mouvements les angles définis le logiciel de calcul. Dans le cas d'une deuxième coupe du même coté de l'élément en bois, le déplacement de l'outil s'inversera au moment opportun, et ajustera sa vitesse afin d'obtenir l'angle défini par le logiciel de calcul. Pour maintenir bois durant l'usinage, on place, sur le dessus de l'élement en bois, des systèmes pressage à proximité des coupes, de chaque coté. complément, pour les éléments en bois qui seraient voilés, un système de pressage central aligne les éléments bois sur des taquets centraux (qui avancent à la même vitesse que les taquets latéraux) afin que les éléments en bois soient le plus possible droit durant l'usinage. Ainsi, l'angle de coupe prévu par le logiciel de calcul est respecté. Une butée de référence située à une extrémité facilite le positionnement des éléments en bois sur le dispositif dans le sens de la longueur (pour être sûr qu'il y ait de la matière au moment de l'usinage). Le positionnement de cette butée sera bien entendu commandé automatiquement par le système de pilotage. La position des taquets extérieurs est variable. Le système de pilotage calcule la meilleure position pour supporter les éléments en bois le plus près des usinages sans pour autant les gêner. Bien entendu, les données relatives aux éléments en bois à usiner peuvent être validées sur un pupitre manuellement par l'opérateur. Par l'intermédiaire d'un clavier, il donnera au système de pilotage les informations nécessaires permettant l'usinage des éléments en bois. Pour la fabrication des fermettes industrielles, on utilise fréquemment des éléments en bois de grandes longueurs afin de fabriquer plusieurs éléments dedans. Pour faciliter la récuperation par l'opérateur de la chute de l'élément en bois utile pour le ou les éléments suivants, une scie de petite dimension ou un outil de coupe de type fraisage, positionné automatiquement par le système de pilotage, débite le premier élément en bois ' sa dimension hors tout en laissant en plus un peu matière pour l'usinage ultérieur avec le ou les outils de coupe prévus dans le dispositif objet de l'invention. Ce dispositif que nous appellerons de précoupe est situé ' l'opposé de la butée de référence. En complément, la mise en oeuvre de ce dispositif de précoupe assure une coupe perpendiculaire sur la chute de l'élément en bois, permettant d'utiliser la butée de référence sans dérégler celle ci. plus, dans cette forme préférentielle de l'invention les éléments en bois sortent machine toujours au centre, facilitant la récupération sur un empileur mécaniquement très simple. consommation électrique nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention est moins coûteuse qu'un dispositif à lames de scie. En effet, la puissance nécessaire au fonctionnement des moteurs pour les outils de coupe prévus dans le dispositif selon l'invention est plus faible que pour un dispositif à lames de scie. peu ajouter enfin que la sécurité optimum des opérateurs est facilement obtenue la mise en place d'une simple protection périphérique. Dans une autre forme préférentielle de réalisation de l'invention, l'élément en bois fixe durant l'usinage tandis que le ou les outils de coupe sont mobiles sur deux axes et Y, le ou les angles désirés sont obtenus par la combinaison des mouvements Y des outils de coupe. Bien entendu, nous pouvons imaginer l'inverse (élément bois mobile, outil de coupe fixe) sans que cela sorte du dispositif selon l'invention. Dans une autre forme préférentielle de réalisation de l'invention, les éléments en bois avancent en long sur un axe X, le ou les outils de coupe se déplacent sur un axe Y. Au moment opportun, la combinaison de l'avance d'un élément en bois sur l'axe X avec le déplacement en Y d'un outil de coupe réalise l'angle souhaité. voit bien les avantages du dispositif selon l'invention rapide en réglage. simple, moins coûteux et moins d'entretien qu'un dispositif à lames de scie à réglage automatique. faible consommation électrique. possibilité d'usiner de petits éléments en bois. possibilité d'usiner de grandes longueurs de coupe. redressement possible et simple de l'élément en bois pendant la coupe. butée de référence toujours bien réglée grâce au dispositif de précoupe. récupération aisée de la sciure. sécurité optimum pour les opérateurs. La description et les dessins annexés, représentent naturellement un mode non limitatif de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif automatisé d'usinage d'éléments en bois exécuté selon une forme de réalisation de l'invention, simplifiée sans système de pressage ni butée de référence, ici située à gauche, ni bâti inférieur. La figure 2 représente en perspective un système de pressage ainsi que butée de référence et la scie de précoupe. La figure 3 représente en vue de dessus un exemple d'un élément en bois usiné. Sur une poutre supérieure (1) coulissent deux chariots (2) et (3) portant chacun un moteur haute vitesse (4) et (5). Les moteurs (4) et (5) sont équipés d'outils coupe de type mèche à defoncer (6) et (7). Les chariots (2) et (3) sont motorisés afin qu'ils puissent se déplacer respectivement dans le sens des axes Y et Y bis. Trois chaînes à taquets (8), (9) et (10) tournent en même temps et à la meure vitesse entraînant en travers les éléments en bois (11) que l'opérateur pose au fur à mesure. Le coffret de pilotage (12) reçoit les données du logiciel de calcul et gère différents déplacements. Au moment opportun, alors que les éléments en bois (11) avancent en continu dans le sens de l'axe X, mèches à défoncer (6) et (7) s'écartent respectivement dans le sens des axes Y et Y bis, à une vitesse synchronisée à la vitesse d'avance éléments en bois (11) dans l'axe des X, afin d'obtenir les angles (13) et (14) désirés. Dans notre exemple, la mèche à défoncer (6) devra, au moment opportun, inverser son sens de déplacement, afin de réaliser l'angle (15). Les chaînes à taquets (8) et (10) se règlent dans le sens des axes Y et Y afin de supporter les éléments en bois (11) le plus près possible de leur coupe. La butée de référence (16) se règle automatiquement dans les sens + et -. L'opérateur doit simplement placer les éléments en bois (11) contre cette butée (16). Cette butée (16) se positionne automatiquement pour que les bois usinés 1) traversent la machine dans le sens de l'axe X toujours en son centre. La récupération mécanique sur un empileur en est facilitée. Les presseurs (1 (18) et (19) maintiennent les éléments en bois durant l'usinage en les appliquant sur chaînes à taquets dans le sens de l'axe Z. Le presseur central (18) redresse l'élément en bois (11) en le plaquant contre taquet de la chaîne à taquets centrale (9). Afin de réaliser plusieurs éléments en bois (11) à partir d'un élément en bois plus grand, la scie de précoupe (20), réglée légèrement plus grand que la longueur hors tout de l'élément en bois (11) à réaliser, débite en deux l'élément en bois. L'operateur récupère cette chute qu'il positionne contre les taquets suivants sur les chaînes à taquets (8), (9) et (1 L'angle de coupe de la scie de précoupe (20) étant toujours de 90 , la butée (16) se trouve toujours bien réglée. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la mise en géométrie adéquat des éléments en bois constitutifs des fermettes. REVENDICATIONS 1- Dispositif automatisé d'usinage d'éléments en bois destinés à la fabrication de différentes types de structures tels qu'éléments de maisons à ossature bois, de caisses ou de palettes, de charpentes, en particulier de fermes préfabriquées connues sous le nom de fermettes, ayant pour objet l'obtention des angles de coupes 3), (14) et (15) et la mise en longueur des différents éléments en bois (11), seront ultérieurement assemblés entre eux afin de réaliser la structure désiree caractérisé en ce que l'outil qui réalise la géométrie des éléments en bois assembler est une fraise (6) (7). 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fraise (6) (7) est de type mèche à défoncer. 3- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les différents déplacements et positionnements nécessaires à la fabrication des éléments en bois (1 sont gérés par un coffret de pilotage (12) recevant, par un moyen approprie, les données relatives à la géométrie des éléments en bois (11) élaborées sur un ordinateur grâce à un logiciel ad hoc. 4- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les données relatives à la géométrie des éléments en bois (11) sont transmises au coffret de pilotage (12) grâce à opérateur qui les valide sur un pupitre manuellement. 5- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments en bois (11) avancent de travers en continu dans le sens de l'axe X, le ou les outils de fraisage (6) et (7) se déplaçant, au moment opportun, respectivement dans le sens des axes Y et éventuellement Y bis de manière synchronisée à l'axe X. 6- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments en bois (1 sont maintenus par des systèmes de presseurs (8), (9) et (10) venant maintenir éléments en bois (11) durant l'usinage. 7- Dispositif selon les revendications 1, 5 et 6 caractérisé en ce que le presseur central plaque l'élément en bois (11) contre le taquet de la chaîne à taquets centrale 8- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que une butée de référence (16) définit le positionnement longitudinal des éléments en bois (11). 9- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce un outil coupant (20) précoupe à la longueur adéquate les éléments en 1) avant leur usinage par la ou les fraises (6) (7). 10- Dispositif selon les revendications 1 et 8 caractérise ce que les éléments en bois (11) traversent la machine dans le sens de toujours en son centre. 11- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce les éléments en bois (11) sont fixes durant l'usinage, le ou les outils de fraisage et (7) étant mobiles suivant X et Y. 12- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments en bois (11) avancent en long sur un axe X, le ou les outils de fraisage (6) et (7) se déplaçant dans le sens des axes Y et Y bis réalisant le ou les angles désirés.