Brevet FR2816230A1 — publié le 20020510

Machine-outil à plusieurs axes La présente invention concerne une machine-outil du type comportant au moins un premier bâti muni de glissières et une table mobile sur ce premier bâti, et un second bâti et une broche et son outil montée mobile sur ce bâti. On connaît de nombreux types de machines-outils qui permettent de réaliser de différentes manières les déplacements caractéristiques respectifs de la pièce à usiner et de l'outil, selon les axes orthogonaux X, Y et Z d'une part et en rotation selon les axes A et B d'autre part. Le but de l'invention est de proposer un nouvel agencement de machine-outil, et notamment de la table, permettant de réaliser facilement les divers mouvements, et de faire une machine à 3,4 ou 5 axes. L'invention atteint son but grâce à une machine-outil du type précité dans laquelle la table est montée par l'intermédiaire d'au moins trois bielles articulées sur au moins deux chariots indépendants coulissant sur les glissières du premier bâti. Par indépendants, on entend que les chariots peuvent avoir des mouvements différents, même s'il est nécessaire de coordonner ces mouvements pour parvenir au déplacement souhaité. Les bielles sont de préférence de même longueur. Dans une version de l'invention, au moins l'un des chariots est relié à la table par deux bielles parallèles formant avec la table un parallélogramme articulé. Dans ce cas, la table est donc toujours maintenue parallèle à ellemême, et le mouvement relatif entre ce chariot à deux bielles et le deuxième chariot permet de régler par l'intermédiaire de la troisième bielle la hauteur en Z et la position en X de la table. Le deuxième chariot peut lui aussi avoir une double bielle pour équilibrer les efforts. Dans une seconde version, la table est reliée par trois bielles à trois chariots indépendants. Ceci permet par un mouvement combiné des chariots de donner à la table un mouvement d'inclinaison autour de l'axe Y (axe B de la norme"machine-outil") de faible amplitude. Les chariots coulissent de préférence sur les mêmes glissières et peuvent être entraînés par tous systèmes classiques. Les chariots peuvent notamment être entraînés par des vis à billes indépendantes et tournantes, ou par une vis à billes fixe et des noix tournantes placées dans chaque chariot, ou être entraînés par des pignons engrenant sur une crémaillère commune. Les chariots peuvent être entraînés par des moteurs linéaires dont le secondaire est commun tandis que chaque chariot reçoit un primaire. La table peut servir directement au support de la pièce ou comporter une palette de support de pièce. Celle-ci est avantageusement reliée à la table par un système d'attache se débloquant en fonction de l'inclinaison des bielles par rapport à la table, et de préférence lorsque les bielles sont au voisinage de leur position perpendiculaire à la table. Avantageusement, la table loge un moteur rotatif supportant une seconde table tournante accolée ou un étau tournant accolé à la table, notamment un étau de grande longueur. De préférence, dans une machine 3 axes, des positions angulaires bloquantes préférentielles sont prévues pour le moteur rotatif ou l'organe qu'il entraîne. Avantageusement, l'outil est monté sur deux chariots coulissant sur le second bâti par l'intermédiaire d'appuis tournants et/ou coulissants, qui permettent de gérer le déplacement en Y et la rotation autour de A. Dans une disposition avantageuse, la table est disposée sensiblement horizontale de manière que la pièce à usiner soit située au-dessous de la table. Il est alors également avantageux de donner à la machine une forme compacte sensiblement cubique, et de prévoir un tiroir ou évacuateur à copeaux situé dans le bas de la machine. Les avantages de la machine conforme à l'invention, permettant un mouvement combiné XZ, sont nombreux. En effet la suppression d'une deuxième paire de glissières pour réaliser le mouvement croisé orthogonal entraîne une simplification de la construction, permet de réduire les poids et les inerties autorisant des accélérations très supérieures sans oscillations dynamiques lors des déplacements X ou Z, permet d'obtenir des rigidités très supérieures grâce à l'absence des mouvements croisés et des porte-àfaux. La précision est aussi supérieure, en raison de la suppression des mouvements croisés. Les deux éléments principaux de la structure selon l'invention sont complètement séparés et on peut les réaliser indépendamment et les relier par une structure simple et rigide. Enfin, l'évacuation naturelle des copeaux dans la configuration"pièce placée sous la table"permet le fraisage à sec des matières tendres ou dures et d'anticiper ainsi la future sonne antipollution qui pénalisera lourdement l'utilisation de l'arrosage pour l'usinage (l'arrosage est souvent utilisé simplement pour évacuer les copeaux et les calories dégagés). L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 montre en perspective de trois-quarts avant une première disposition de machine conforme à l'invention, La figure 2 montre un schéma de principe du mouvement de la table de la machine de la figure 1, La figure 3 montre en perspective de trois-quarts une seconde disposition de machine conforme à l'invention, Les figures 4 et 5 montre en perspective de trois-quarts de dessous et de dessus un détail de modification de la table de la machine de la figure 3, La figure 6 montre un détail de réalisation du dispositif de blocage de la palette de support de pièce sur la table La figure 7 montre le schéma d'un système d'équilibrage de la table lorsqu'elle est suspendue au bâti. La machine 1 comprend deux bâtis orthogonaux 2 et 3 parallèles respectivement aux axes X et Y. Le bâti 2 comporte sous sa face inférieure des glissières parallèles 4 sur lesquelles coulissent trois chariots 5,6, 7 reliés par des bielles 5', 6', 7' de même longueur à une table 8. Les bielles 5'et 6's'articulent sur la table à deux emplacements relativement distants l'un de l'autre, tandis que les bielles 6'et 7's'articulent à deux emplacements rapprochés. Les chariots sont guidés sur la même paire de glissières mais commandés séparément par des moteurs linéaires indépendants se partageant le même stator à aimant permanent. Le déplacement des chariots peut être assuré par une vis à billes fixe traversant un écrou tournant solidaire de chaque chariot, ou par des vis à billes tournantes en nombre égal aux chariots, placées de part et d'autre du bâti, lesdites vis étant reliées à un écrou fixe solidaire de chaque chariot entraîné. Les chariots sont percés pour éviter la collision avec la ou les vis entraînant les autres chariots. En alternative, chaque chariot peut être équipé d'une boîte d'avance à pignon engrenant dans une crémaillère commune portée par le bâti. On comprend que le mouvement respectif des chariots 5,6, 7 va définir la position de la table 8, à la fois selon les axes X et Z, mais aussi en rotation selon l'axe Y (axe B de la norme"machines-outils") sur un angle de faible amplitude. Le mouvement des chariots doit être calculé pour respecter la condition d'avoir les axes d'articulation des bielles 5', 6', 7'dans un même plan et ne pas provoquer de blocage mécanique. Dans une version simplifiée (figure 2), les deux chariots 5 et 6 peuvent être confondus dans un seul et même chariot 56 sur lequel les articulations des bielles 5 et 6 sont éloignées de la même longueur qu'entre leurs articulations sur la table 8. Dans ce cas, le chariot 56, la table 8 et les bielles 5,6 forment un parallélogramme articulé. La table 8 garde une position horizontale et sa hauteur sur l'axe Z est définie par le mouvement relatif entre le chariot 7 et le chariot 56. La figure 2 montre en traits pleins la position de la table 8 la plus rapprochée des glissières, lorsque les bielles 5', 6'et 7'sont le plus couchées sur l'axe X, et en traits pointillés la position de la table 8a la plus éloignée des glissières 4, lorsque toutes les bielles 5'a, 6'a, 7'a sont parallèles et verticales. Un déplacement identique des chariots 56 et 7 dans le même sens commande un mouvement en X tandis qu'un déplacement identique en sens opposé commande un mouvement en Z. Les deux déplacements peuvent être combinés pour commander un mouvement combiné. En alternative au chariot unique 56, on peut conserver les deux chariots 5 et 6 mais les commander simultanément pour un déplacement identique. Le bâti 3 comporte deux paires de glissières 10 et 11 parallèles à l'axe Y, sur lesquelles coulissent parallèlement deux chariots 12,13 portant de manière articulée le corps 14 de l'électrobroche 15. Le mouvement combiné des deux chariots 12, 13 permet de réaliser le déplacement en Y de l'outil et sa rotation autour de l'axe A de l'outil (axe X) à condition de prévoir un dispositif permettant d'absorber la variation de la longueur séparant les articulations des chariots 12,13 : par exemple l'articulation du corps 14 sur le deuxième chariot 13 peut se faire par l'intermédiaire d'un patin à billes coulissant dans un rail non représenté solidaire du corps 14. Une crémaillère solidaire avec le chariot engrène avec un 1/2 pignon solidaire du plateau rotatif supportant la broche, lui-même placé sur le chariot 12. Le mouvement rotatif du chariot 13 par rapport au chariot 12 crée une rotation de l'axe A. La figure 3 montre une modification de la table 8 de la figure 2 dans laquelle le chariot 7 a été remplacé par un chariot 77 à deux bielles parallèles 7', 7', analogues au chariot 56 et aux bielles 5', 6'. La table 8 est remplacé par une table ou un plateau plus simple 88 logeant un moteur rotatif 16 d'axe Y qui supporte une table secondaire ou une palette pivotante 17 dont il contrôle la rotation autour de l'axe Y. Quand le plateau 88 est dans sa position la plus basse en Z, c'est-à-dire lorsque les bielles sont dirigées verticalement vers le bas, et que les chariots ont été ramenés dans leur position de fin de course sur la gauche de la figure, la table secondaire 17 peut se mettre verticale pour permettre de plus facilement charger ou décharger la pièce. Les figures 4 et 5 montrent une modification de la réalisation de la figure 3 dans laquelle la table 8 de support de pièce est conservée et loge un moteur rotatif 16 qui permet de faire pivoter un étau tournant 17'monté sur le côté de la table 8. De préférence, il est prévu plusieurs positions bloquantes de rotation autour de l'axe Y, par exemple à 0 , 90 , 1800 et 2700. Lorsque les bielles sont en position parallèle verticale, le système n'offre plus de rigidité selon X, ce qui rend cette zone inutilisable pour faire de l'usinage. On met avantageusement à profit le passage dans cette zone pour faire fonctionner un dispositif de déblocage automatique de la palette 18 attachée à la table 8 par des goujons 19. Les goujons 19 sont maintenus par une dent 20 poussée en permanence par un ressort 21. La dent 20 est solidaire d'une rampe 22 sur laquelle peut s'appuyer une contre-rampe 23 d'une pièce 24 solidaire de la bielle 5'. Lorsque la bielle 5's'approche de sa position verticale, la contre-rampe 23 vient pousser la rampe 22 et faire reculer la dent 20, ce qui libère le goujon 19 et la palette 18. La machine a été décrite ici avec la table horizontale située au-dessus de la pièce à usiner, mais on peut adopter d'autres dispositions, comme la disposition classique avec table horizontale et pièce à usiner au-dessus de la table, ou table verticale. Toutefois, l'agencement décrit présente un avantage supplémentaire, visible sur la figure 3 ; les bâtis 2 et 3 peuvent être intégrés dans une machine compacte en forme de cube, avec sa paroi verticale de fond 25 et ses appuis inférieurs latéraux 26, entre lesquels il est possible de placer un tiroir à copeaux pour la récupération des copeaux et des fluides de coupe et faciliter naturellement l'évacuation des copeaux qui se nichent dans les poches usinées de la pièce. Dans une telle position de la table 8, il est avantageux de prévoir un système d'équilibrage de la table, du type palan à ressort, tel que celui représenté schématiquement sur la figure 7. La table 8 supporte en son milieu une poulie 30. Deux bielles égales 31 sont articulées sur un point des bielles centrales 6'et 7', et sont articulées à leur sommet commun 33 sur une pièce mobile 34, de manière à former avec les bielles 6', 7'un parallélogramme articulé. La pièce 34, qui reste à hauteur constante, supporte deux poulies de renvoi 35. Une courroie plate 36 est attachée d'un côté à un point fixe 37 et d'un autre côté, après avoir été renvoyé par une poulie 32, à un ressort lui-même relié à un point fixe 39 du bâti 2. La courroie 36 passe autour des poulies 35 et de la poulie 30 de manière à exercer au niveau de la poulie 30 des forces d'équilibrage dirigées vers le haut. REVENDICATIONS 1. Machine-outil du type comportant au moins un premier bâti (2) muni de glissières (4) et une table mobile (8,88) sur ce premier bâti et un second bâti (3) et une broche et son outil montée mobile sur ce bâti, caractérisée en ce que la table (8,88) est montée par l'intermédiaire d'au moins trois bielles (5', 6', 7') articulées sur au moins deux chariots indépendants (5, 6,7 ; 56,77) coulissant sur les glissières. 2. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'un (56) des chariots est relié à la table (8,88) par deux bielles (5', 6') parallèles formant avec la table un parallélogramme articulé. 3. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que la table (8,88) est reliée par trois bielles (5', 6', 7') à trois chariots indépendants (5,6, 7). 4. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les chariots (5,6, 7 ; 56,77) sont entraînés par des vis à billes indépendantes et tournantes. 5. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les chariots (5,6, 7 ; 56,77) sont entraînés par des noix tournantes placées dans chaque chariot. 6. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les chariots (5,6, 7 ; 56,77) sont entraînés par des pignons engrenant sur une crémaillère commune 7. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les chariots (5,6, 7 ; 56,77) sont entraînés par des moteurs linéaires dont le secondaire est commun tandis que chaque chariot reçoit un primaire. 8. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la table (8,88) comporte une palette (18) de support de pièce. 9. Machine-outil selon la revendication 8, caractérisée en ce que la palette (18) est reliée à la table (8, 88) par un système d'attache (19, 20) se débloquant en fonction de l'inclinaison des bielles (5') par rapport à la table. 10. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 59 caractérisée en ce que la table (8,88) loge un moteur rotatif (16) supportant une seconde table tournante (17) ou un étau tournant (17') accolé à la table. ll. Machine-outil selon la revendication 10, caractérisée en ce que des positions bloquantes préférentielles sont prévues. 12. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'outil est monté sur deux chariots (12,13) coulissant sur le second bâti (3) par l'intermédiaire d'appuis tournants et/ou coulissants. 13. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la table (8,88) est disposée sensiblement horizontale de manière que la pièce à usiner soit située au-dessous de la table. 14. Machine-outil selon la revendication 13, caractérisée par un tiroir ou évacuateur à copeaux situé sous la table (8,88). 15. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisée par une forme compacte sensiblement cubique. 16. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que la table (8) est équilibrée par un palan à ressort (30,31, 36,38).