Brevet FR2849403A1 — publié le 20040702

La présente invention concerne une machine à graver et/ou à marquer, prévue plus particulièrement pour être utilisée pour la personnalisation d'objets, pour le marquage industriel et la petite signalisation. Elle n'est cependant pas limitée à ces domaines et peut être utilisée dans 5 d'autres situations, pour autant que la surface de travail reste relativement réduite. Traditionnellement, les machines à graver comprennent un bâti qui supporte une vis et des arbres de guidage d'un chariot croisé selon un axe des abscisses. Le chariot croisé supporte quant à lui un bâti transversal qui est 10 muni des vis et des arbres de guidage selon les axes des ordonnées et des cotes. Dans une telle machine, l'objet à graver est immobilisé sur un support de travail. C'est le déplacement du support de travail par rapport à un outil de gravure fixe qui permet de graver le motif choisi sur l'objet. Ainsi, les déplacements relatifs de l'objet par rapport à l'outil de 15 gravure sont assurés grâce à un chariot croisé, monté sur des axes en équerre, selon des coordonnées rectangulaires. Une telle machine présente une structure complexe, onéreuse et nécessite un équerrage parfait entre les arbres de guidage selon l'axe des abscisses et selon l'axe des ordonnées. En effet, dans le cas contraire, la 20 machine risque de présenter des points de blocage, empêchant son fonctionnement correct. Le montage de cette machine doit donc être réalisé avec une grande précision, ce qui allonge la durée et le cot de fabrication. Par ailleurs, une telle machine est peu adaptée aux surfaces réduites, du fait de l'encombrement qu'elle représente et de son cot. Elle est 25 donc prévue pour de grandes surfaces de gravure, de l'ordre de 200 cm2 Le but de la présente invention est de proposer une machine à graver et/ou à marquer qui pallie les inconvénients précités, et notamment qui permette de limiter l'aire de gravure maximale en diminuant son cot. Un autre but de la présente invention est de proposer une 30 machine à graver d'un montage simplifié, facile à entretenir. Un autre but de la présente invention est encore de fournir une machine à graver compacte et simple d'emploi. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne une machine à graver et/ou à marquer, comprenant un bâti constituant un support pour une aire de travail apte à recevoir un objet et apte à permettre une immobilisation dudit objet, au moins pendant les opérations de gravure et/ou de marquage, ladite machine étant caractérisée en ce que ledit bâti constitue un support pour une potence 10 constituée d'un ft et d'une flèche munie d'une tête porte-outil, et en ce qu'elle comprend en outre des moyens de positionnement dudit outil par rapport audit objet selon des coordonnées cylindriques, lesdits moyens de positionnement comprenant: - des moyens de translation, pour déplacer horizontalement 15 ledit outil à une distance contrôlée r dudit ft, - des moyens de rotation pour tourner ladite flèche d'un angle contrôlé 0 par rapport à une position de référence, - des moyens de levage pour déplacer verticalement ledit outil à une hauteur contrôlée z dudit objet, - des moyens de commande et de contrôle desdits moyens de translation, rotation et levage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description, accompagnée des dessins en annexe, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une machine 25 conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective des moyens de rotation et de levage pour la mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe des moyens de levage, selon un plan vertical passant par l'axe longitudinal de ladite machine à graver 30 et/ou à marquer, - la figure 4 est une vue en coupe des moyens de levage, selon un plan perpendiculaire au plan de coupe de la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe selon un plan vertical longitudinal, d'une machine conforme à l'invention. Comme illustré à la figure 1, la présente invention concerne 5 une machine à graver et/ou à marquer 1 comprenant un bâti 2. Le bâti 2 constitue, directement ou indirectement, un support pour une aire de travail 3 apte à recevoir un objet à graver et/ou à marquer. Ladite aire de travail 3 peut être solidaire d'un chariot mobile 4 dont la position peut être réglée à l'aide d'une manivelle 5. Pendant le travail de l'objet, ladite aire de travail est apte à permettre l'immobilisation dudit objet. En particulier, le chariot mobile 4 peut être pourvu de moyens de blocage que l'on enclenche avant de commencer les opérations, ou qui s'enclenchent automatiquement au cours du fonctionnement de la machine à graver et/ou à marquer. En outre, ledit bâti 2 constitue un support pour une potence 6 constituée d'un ft 7 et d'une flèche 8 munie d'une tête porte-outil 9. Ladite tête porte-outil est apte à recevoir un outil de gravure ou de marquage 10, non illustré. Selon l'invention, ladite machine comprend en outre des 20 moyens de positionnement 11,12, 13 dudit outil 10 par rapport audit objet selon des coordonnées cylindriques (r, 0, z), lesdits moyens de positionnement comprenant: - des moyens de translation 11 pour déplacer horizontalement ledit outil 10 à une distance contrôlée r dudit ft 7, des moyens de rotation 12 pour tourner ladite flèche 8 d'un angle contrôlé 0 par rapport à une position de référence, - des moyens de levage 12 pour déplacer verticalement ledit outil 10 à une hauteur contrôlée z dudit objet. La présente invention comprend également des moyens de 30 commande et de contrôle desdits moyens de translation 11, de rotation 12, et de levage 13. On rappelle que, si un point de l'espace a pour coordonnées (xy,z) dans un repère orthonormé direct (O;i,j,k), alors on peut définir r et 0, les coordonnées polaires du projeté orthogonal du point considéré dans le plan (O;1,],), o Sx = r cos 0 y = rsinO {r2 =x 2+ y2 Les coordonnées cylindriques du point considéré sont alors (r,O,z). Il et donc aisé de passer d'un jeu de coordonnées à l'autre, à l'aide de simples opérations trigonométriques. Lesdits moyens de commande et de contrôle peuvent se 10 présenter sous la forme d'un asservissement électronique et/ou logiciel, qui comprend notamment une fonction de conversion des coordonnées cartésiennes en coordonnées cylindriques et réciproquement. Par exemple, il pourra s'agir d'un programme de conception assisté par ordinateur (CAO) constituant une interface pour l'opérateur. Grâce 15 à ce programme de CAO, l'opérateur peut continuer à travailler avec les mêmes méthodes, notamment en définissant des motifs à graver ou à marquer d'après ses coordonnées cartésiennes, lesquelles sont ensuite converties en coordonnées cylindrique et utilisées sous cette forme pour commander et contrôler ladite machine. Avantageusement, ledit bâti 2 constitue un cache et un support pour lesdits moyens de positionnement 11-13 ce qui les protège de l'extérieur et protège également l'opérateur. Comme représenté à la figure 5, lesdits moyens de translation horizontale 11 comprennent des moyens pour déplacer et guider ladite flèche 25 8 sensiblement horizontalement, le long de moyens de guidage fixes par rapport audit ft 7. En particulier, lesdits moyens de translation horizontale 11 comprennent un premier organe moteur 14 apte à entraîner notamment en rotation une vis 15 de longueur sensiblement égale à celle de ladite flèche 8. Lesdits moyens de translation horizontale 11 comprennent également un chariot de guidage 16 assujetti à l'extrémité supérieure dudit ft 7 et notamment muni d'un taraudage 17 apte à coopérer avec ladite vis 15. Ladite flèche 8 se présente quant à elle sous la forme d'un profilé mobile creux 18 auquel sont assujettis, notamment intérieurement, ledit premier organe moteur 14 et ladite vis 15. Quand ledit premier organe moteur 14 entraîne ladite vis 15, celle-ci coopère avec le taraudage 17 du chariot de guidage 16. Comme ce dernier est monté fixe par rapport au ft 7 de la potence 6, c'est la vis 15 qui va se déplacer par rapport audit ft. De ce fait, elle entraîne la flèche 8 à laquelle 10 ladite vis 15 et ledit organe moteur 14 sont assujettis. De la sorte, selon le sens de rotation de ladite vis 15, ladite flèche 8 se déplace dans un sens ou dans l'autre le long dudit chariot taraudé 16 et ledit outil 10 se rapproche ou s'éloigne dudit ft 7 et il est possible de contrôler la distance r entre ledit ft 7 et ledit outil 10. Tel que représenté aux figures 2 à 4 et conformément à l'invention, ledit ft 7 comprend au moins deux pièces 19, 20 coaxiales, disposées verticalement et coopérant entre elles, une première 19 desdites pièces étant assujettie auxdits moyens de rotation 12 pour transmettre le mouvement de rotation audit ft 7, la seconde 20 desdites pièces coopérant 20 avec lesdits moyens de levage 13 pour transmettre le mouvement de levage à ladite flèche 8. Avantageusement, ledit ft 7 comprend au moins un tube creux 19 présentant une ouverture longitudinale 21 ainsi qu'une colonne 19 munie d'un ergot radial 22. Ladite colonne 19 est placée dans ledit tube creux, 25 ledit ergot 22 coopérant avec ladite ouverture longitudinale 21 pour bloquer ladite colonne 20 en rotation à l'intérieur dudit tube creux 19. Lesdits moyens de levage 13 coopèrent avec ledit ergot 22 pour entraîner ladite colonne 20 en déplacement vertical et lesdits moyens de rotation 12 coopèrent avec ledit tube creux 19 pour entraîner ledit ft 7 en rotation. Ainsi, ladite colonne 20 va pouvoir entrer en translation verticale à l'intérieur dudit tube creux 19 et sera guidée par ledit ergot 22 coopérant avec ladite ouverture longitudinale 21 dudit tube creux 19. Ledit tube creux 19 pourra être muni intérieurement d'un moyen pour faciliter la translation verticale de ladite colonne 20, tel qu'une douille à bille 23 ou une bague lisse. A l'aide de ce dispositif, il est donc possible de commander la hauteur de ladite colonne 20, et partant, celle dudit outil 10, par rapport à l'objet à graver. Avantageusement, lesdits moyens de rotation 12 se présentent sous la forme d'un secteur denté 24 engrenant avec une vis sans fin 25 10 commandée par un deuxième organe moteur 26. Dans ce cas, ledit tube creux 19 est assujetti coaxialement audit secteur denté 24. Ainsi, lorsque ledit secteur denté 24 est entraîné en rotation, selon un angle 0, ledit tube creux 19 sera également entraîné en rotation, selon le même angle 0. Ledit tube creux 19 va alors entraîner ledit ergot 22 en rotation, lequel est fixé à ladite colonne 15 20. Ainsi, le mouvement de rotation va pouvoir être transmis jusqu'à la colonne 20, à laquelle peut être assujettie ladite flèche 8, notamment par l'intermédiaire dudit chariot de guidage 16. Dès lors, il est possible de contrôler l'angle de rotation 0 de ladite flèche 8 par rapport à une position de référence. On pourra choisir 20 comme position de référence celle dans laquelle l'axe longitudinal de ladite flèche 8 est parallèles à celui de ladite machine à graver. Afin de faciliter la rotation dudit ft 7 ou tube creux 19 par rapport au bâti 2, il peut être avantageux de prévoir des roulements à bille 27 fixés audit bâti 2, avec lesquels coopère ledit tube creux 19. Selon l'invention, ledit ergot 22 se présente sous la forme d'une crémaillère assujettie longitudinalement à ladite colonne 20. Lesdits moyens de levage se présentent sous la forme d'un troisième organe moteur 28 apte à entraîner un mécanisme de transmission, notamment de réduction 29, lequel engrène avec ladite crémaillère 22. Ledit troisième organe moteur 30 28 et ledit mécanisme de transmission 29 sont portés par ledit secteur denté 24. Pour réaliser la gravure et/ou le marquage d'une plaque, il est préférable que l'outil 10 soit en appui franc contre ladite plaque. De plus, on aura pu constater, notamment à la figure 5, que les moyens de translation 11 pour déplacer horizontalement ledit outil 10 à une 5 distance contrôlée r dudit ft 7 sont placés en porte-à-faux par rapport audit ft 7. Cela se répercute sur la rigidité de l'ensemble. Le fait de travailler sur des surfaces réduites et donc le fait que le rayon r soit limité, permet de diminuer les effets que pourrait avoir cette moindre rigidité. Pour améliorer encore la qualité de gravure et/ou de 10 marquage, on peut ajouter divers moyens de réglage et de rattrapage du jeu non seulement entre le fourreau 19 et la crémaillère 22, mais également entre le chariot de guidage 16 et le profilé mobile creux 18 ainsi qu'entre la vis sans fin 25 et le secteur denté 24. Tout d'abord, ladite vis sans fin 25 peut être légèrement 15 précontrainte contre ledit secteur denté 24. Cela permet d'assurer un contact intime et un meilleur engrenage entre ladite vis sans fin 25 et ledit secteur denté 24. En particulier, la vis sans fin 25 peut être montée sur l'arbre moteur 38 du second organe moteur 26 et bloquée en translation sur ledit arbre moteur 38. Ledit arbre moteur 38 peut être supporté par deux paliers de part et d'autre de ladite vis sans fin 25, l'un à proximité dudit deuxième organe moteur 26 et l'autre à l'opposé dudit deuxième organe moteur 26 par rapport à ladite vis sans fin 25. Ce second palier peut, par exemple, être supporté par un plot 39. Pour précontraindre ladite vis sans fin 25 contre ledit secteur denté 24, 25 il suffit alors de rapprocher très légèrement le plot 39 dudit secteur denté 24 de sorte que l'arbre moteur 38 du deuxième organe moteur 26 ne soit pas strictement parallèle à une tangente du secteur denté 24, mais très légèrement incurvé vers ledit secteur denté 24. En ce qui concerne les moyens de rattrapage du jeu entre le 30 fourreau 19 et la crémaillère 22, il s'agit par exemple d'un dispositif de compression à excentrique 40. Un tel dispositif est constitué d'une paire d'excentriques 41 disposés de part et d'autre de la crémaillère 22 et enserrant ladite crémaillère 22. Leur axe de rotation est assujetti à un support d'axe 42 lui-même solidaire dudit fourreau 19. Ce dispositif à excentrique permet donc de diminuer le jeu entre le fourreau 19 et la crémaillère 22. Afin d'améliorer le guidage de ladite flèche 8, celle-ci peut être munie de glissières longitudinales aptes à coopérer avec, par exemple, des galets suiveurs assujettis audit chariot de guidage 16, notamment pour diminuer le jeu entre ladite flèche 8 et ledit chariot 16. Selon une caractéristique avantageuse, les organes moteur 10 14, 26, 28 sont des moteurs électriques pas à pas. Dans une telle machine à graver, la surface de gravure peut délimiter un rectangle de 120 x 80 mm2. L'angle de rotation O peut être compris entre n/6 et 7z/6 radians. Le rayon r maximum vaut en particulier 182 mm. Le débattement vertical est faible, d'environ 30 mm. On constate que selon l'invention, les moyens de translation, rotation et levage sont disposés de façon compacte les uns par rapport aux autres, ce qui autorise un gain de place sensible. De plus, les mécanismes mis en oeuvre ne nécessitent pas un équerrage parfait, ce qui facilite la fabrication et l'entretien de machines 20 conformes à l'invention. Conformément à l'invention, ladite flèche 8 peut être munie en outre d'un dispositif 30 de réglage de la pression appliquée par ledit outil 10 sur ledit objet. Ledit dispositif 30 comprend d'une part une lame de ressort longitudinale 31 fixée par une extrémité 32 à ladite flèche 8. Ladite tête porte25 outil 9 est assujettie au moins indirectement à l'extrémité libre 33 de ladite lame de ressort 30. D'autre part, ledit dispositif 30 de réglage de la pression comprend un curseur 34 coopérant avec ladite lame de ressort 31. Suivant la position dudit curseur 34 sur ladite lame de ressort 31, la longueur libre 30 d'osciller sera plus ou moins importante et ladite tête porte-outil 9 pourra se déplacer avec une amplitude plus ou moins importante. Par exemple, ladite tête porte-outil 9 peut être assujettie à ladite flèche 8 par l'intermédiaire d'une colonne 35 fixée à l'extrémité libre 33 de ladite lame de ressort 31, et dont la course verticale est guidée et limitée par un alésage prévu dans la tête porte-outil 9 de ladite flèche 8. Généralement, on trouve au niveau de la tête porte-outil 9 un mécanisme d'entraînement de l'outil de gravure 10 en rotation. Il s'agit par exemple d'un moteur électrique, dont l'arbre de sortie coopère avec une courroie, pour entraîner ledit outil 10, ou tout autre dispositif moteur. Selon une variante de l'invention, l'outil peut être un système 10 de micropercussion, connu par ailleurs. Selon une autre variante, ledit outil peut être un outil de découpe à l'aide d'un laser, connu par ailleurs. Dans ce cas, il n'y a pas besoin d'un dispositif de réglage de la pression tel que précédemment décrit. Avantageusement, ledit outil peut être entraîné en rotation 15 pendant les opérations de gravure, par un moteur électrique à axe creux, ledit axe creux étant solidaire du rotor dudit moteur. REVENDICATIONS 1. Machine à graver et/ou à marquer (1), comprenant un bâti (2) constituant un support pour une aire de travail (3) apte à recevoir un objet à graver et apte à permettre l'immobilisation dudit objet au moins pendant les 5 opérations de gravure et/ou de marquage, ladite machine étant caractérisée en ce que ledit bâti (2) constitue un support pour une potence (6) constituée d'un ft (7) et d'une flèche (8) munie d'une tête porte-outil (9, 10), et en ce qu'elle comprend en outre des moyens de positionnement (11-13) dudit outil (10) par rapport audit objet selon des coordonnées cylindriques, lesdits moyens de 10 positionnement comprenant: - des moyens de translation (11), pour déplacer horizontalement ledit outil (10) à une distance contrôlée (r) dudit ft (7), - des moyens de rotation (12), pour tourner ladite flèche (8) d'un angle contrôlé (0) par rapport à une position de référence, - des moyens de levage (13), pour déplacer verticalement ledit outil (10) à une hauteur contrôlée (z) dudit objet, - des moyens de commande et de contrôle desdits moyens de translation (1 1), rotation (12) et levage (13). 2. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 1, 20 dans laquelle lesdits moyens de translation horizontale (11) comprennent des moyens pour déplacer et guider ladite flèche (8) sensiblement horizontalement, le long de moyens de guidage fixes par rapport audit ft (7). 3. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 2, dans laquelle: - lesdits moyens de translation horizontale (11) comprennent un premier organe moteur (14) apte en entraîner en rotation une vis (15) de longueur sensiblement égale à celle de ladite flèche (8), un chariot de guidage (16) étant assujetti à l'extrémité supérieure dudit ft (7) et étant muni d'un taraudage (17) apte à coopérer avec ladite vis (15), et, ladite flèche (8) se présente sous la forme d'un profilé mobile creux (18) auquel sont assujettis ledit premier organe moteur (14) et ladite vis il (15), de sorte que selon le sens de rotation de ladite vis (15), ladite flèche (8) se déplace dans un sens ou dans l'autre le long dudit chariot (16) et ledit outil (10) se rapproche ou s'éloigne dudit ft (7). 4. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 1, 5 dans laquelle ledit ft (7) comprend au moins deux pièces (19, 20) coaxiales, disposées verticalement et coopérant entre elles, une première (19) desdites pièces étant assujettie auxdits moyens de rotation (12) pour transmettre le mouvement de rotation audit ft (7), la seconde (20) desdites pièces coopérant avec lesdits moyens de levage (13) pour transmettre le mouvement de levage 10 à ladite flèche (8). 5. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 4, dans laquelle ledit ft (7) comprend au moins d'une part, un tube creux (19) présentant une ouverture longitudinale (21), et d'autre part une colonne (20) munie d'un ergot radial (22), placée dans ledit tube creux (19), ledit ergot (22) 15 coopérant avec ladite ouverture longitudinale (21) pour bloquer ladite colonne (20) en rotation à l'intérieur dudit tube creux (19), lesdits moyens de levage (13) coopérant avec ledit ergot (22) pour entraîner ladite colonne (20) en déplacement vertical et lesdits moyens de rotation (12) coopérant avec ledit tube creux (19) pour entraîner ledit ft (7) en rotation. 6. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 5, dans laquelle lesdits moyens de rotation (12) se présentent sous la forme d'un secteur denté (24) engrenant avec une vis sans fin (25) commandée par un deuxième organe moteur (26), ledit tube creux (19) étant assujetti coaxialement audit secteur denté (24). 7. Machine à graver et/ou à marquer selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle ledit ergot (22) se présente sous la forme d'une crémaillère (22) assujettie longitudinalement à ladite colonne (20) et dans laquelle lesdits moyens de levage (13) se présentent sous la forme d'un troisième organe moteur (28) coopérant avec ladite crémaillère (22) par l'intermédiaire d'un 30 mécanisme de transmission (29). 8. Machine à graver et/ou à marquer selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle ledit tube creux (19) présente un moyen (23) apte à faciliter le déplacement de ladite colonne (20) selon son axe longitudinal. 9. Machine à graver et/ou à marquer selon l'une quelconque 5 des revendications précédentes, dans laquelle ledit bâti (2) est muni d'au moins un roulement à billes (27) apte à coopérer avec ledit ft (7), afin de faciliter la rotation dudit ft (7) autour de son axe longitudinal. 10. Machine à graver et/ou à marquer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite flèche (8) est munie en 10 outre d'un dispositif (30) de réglage de la pression appliquée par ledit outil (10) sur ledit objet, ledit dispositif (30) comprenant d'une part, une lame de ressort longitudinale (31), fixée par une extrémité (32) à ladite flèche (8), ladite tête porte-outil (9) étant assujettie au moins indirectement à l'extrémité libre (33) de ladite lame de ressort (31), et d'autre part, un curseur (34) coopérant avec 15 ladite lame de ressort (31) et prévu pour régler la longueur de ladite lame de ressort (31) libre d'osciller.