Brevet FR2966764A1 — publié le 20120504

MACHINE D'USINAGE POUR DES GRUMES. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une machine d'usinage spécialement destinée à usiner des grumes. TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les grumes sont les troncs d'arbres coupés à une longueur particulière et destinés à être transformés en produits semi-ouvrés pour l'industrie du bois telle que la menuiserie, la charpenterie ou l'ébénisterie. Le travail d'ouvrage des grumes comporte par exemple une opération d'écorçage destinée à enlever la partie superficielle la plus tendre de la grume. Cette opération est menée par exemple sur une machine comportant deux séries de rouleaux, les rouleaux d'une série étant rotatifs autour du même axe. La grume est disposée sur les rouleaux et est entraînée en rotation par les rouleaux. Une tête de travail, comportant une fraise rotative autour d'un axe parallèle à l'axe des rouleaux, est montée sur un bâti le long des rouleaux. Un mouvement de translation relatif entre la tête fraiseuse et la grume est donné soit par une translation de la grume, soit par une translation de la tête fraiseuse. Un dispositif d'asservissement maintient la tête fraiseuse en appui contre la grume avec une pression constante. La tête fraiseuse suit ainsi les irrégularités de la grume lors de la rotation de celle-ci pendant que la fraise enlève la matière en surface de la grume sur toute la longueur de celle-ci. L'aspect de surface de la grume obtenu ainsi est très grossier car la fraise attaque le bois avec une direction de coupe perpendiculaire aux fibres du bois. Ces fibres ont ainsi tendance à être arrachées plutôt que coupées. La surface de la grume est ainsi très fibreuse. On connaît par ailleurs une machine, appelée aussi 2 tour à bois destiné à ouvrager des pièces en bois. La pièce est mise en rotation et un outil est déplacé le long de cette pièce afin d'enlever des copeaux sur la trajectoire. La forme obtenue est une pièce de révolution. Une telle machine n'est pas adaptée pour travailler une grume entière car le temps de parcours de toute la longueur de la grume serait trop long. De plus, du fait de la géométrie aléatoire de la grume, des balourds inévitables imposeraient une limitation draconienne de la vitesse de rotation, diminuant encore la productivité de l'opération. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention vise ainsi à fournir une machine d'usinage destinée à des grumes permettant d'obtenir directement un bon état de surface avec une bonne productivité. EXPOSÉ DE L'INVENTION Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une machine d'usinage de grume comportant un bâti, un chariot principal monté coulissant sur le bâti selon une direction principale, le chariot comportant une tête de travail pour entraîner en rotation un outil coupant autour d'un axe d'outil, caractérisée en ce qu'elle comporte deux poupées pour monter une grume rotative entre les deux poupées et en ce que l'axe d'outil est orienté pour ne pas être parallèle à la direction principale. Le montage de la grume entre les poupées permet d'obtenir une rotation de la grume en limitant les irrégularités de la rotation. La position de la grume par rapport à celle de la tête de travail est déterminée, de telle sorte que le résultat des opérations est déterminé par cette géométrie. Même si le montage de la grume est similaire à celui sur un tour à bois, le travail de l'outil coupant, entraîné indépendamment de la rotation 3 de la grume, permet de fournir un travail par enlèvement de copeaux non directement tributaire de la vitesse de rotation de la grume. Lors de l'utilisation typique de la machine, l'outil coupant en rotation, tel qu'une fraise, est appliqué contre la grume et enlève de la matière. Pendant le même temps, la grume est en rotation et la fraise est déplacée dans le sens longitudinal le long de la grume. La vitesse de coupe est fournie par la rotation de l'outil, tandis que la rotation de la grume et le déplacement de l'outil fournissent la vitesse d'avance. On obtient alors une meilleure productivité, l'outil coupant pouvant prendre une passe importante. L'orientation donnée à la tête de travail, combinée avec la vitesse de rotation de l'outil coupant, induit une coupe dans une direction qui a une composante longitudinale, soit plus proche de la direction des fibres de la grume. On constate qu'il en résulte un meilleur état de surface, avec moins d'arrachement de fibres. Les pièces travaillées sur une telle machine ne sont pas limitées à des pièces de révolution. On peut par exemple utiliser l'outil coupant pour effectuer des usinages lorsque la pièce est sans vitesse de rotation. On réalise ainsi par exemple un méplat, un rainurage, un mortaisage ou un perçage. On peut travailler toute essence d'arbre, mais de préférence des essences dont les troncs sont sensiblement rectilignes telles que des résineux, parmi lesquels l'épicéa, le sapin ou le mélèze. Les pièces ouvragées pourront être utilisées comme panne, faîtière, sablière, poinçon ou contre-poinçon. Selon une caractéristique particulière, chaque poupée est mobile selon la direction principale et comporte des moyens d'entraînement de la grume en rotation. Le mouvement de la poupée permet de mettre sa 4 pointe en appui sur la grume, sans bouger celle-ci. En effet, la masse de la grume est telle qu'elle nécessite d'utiliser des moyens de manutention, et il est plus simple de déplacer la poupée que la grume dans la direction principale. On pourrait par exemple déposer la grume entre les poupées en appui sur des supports provisoires. Par ailleurs, l'entraînement par les deux extrémités de la grume permet de diminuer le couple à transmettre par les moyens d'entraînement, et donc de diminuer les risques de glissement au niveau de cet entraînement. De même, les contraintes de torsion sur la grume sont diminuées. Selon une caractéristique particulière, l'inclinaison de l'axe de rotation de l'outil est réglable. On peut ainsi adapter les conditions de travail en fonction des contraintes à respecter, entre la qualité de l'état de surface, les vitesses limites possibles, la nature de l'outil coupant, la nature du bois, etc_ Par exemple, l'angle d'inclinaison de l'axe d'outil est compris entre 0 et 30 par rapport à un plan perpendiculaire à la direction principale. Dans cette plage, la composante principale de la vitesse de coupe est dans la direction principale, ce qui est propice à une bonne coupe des fibres, et donc à un bon état de surface. Selon une disposition constructive, l'inclinaison de la tête de travail est obtenue par l'intermédiaire d'un vérin à déplacement linéaire. Un tel dispositif mécanique est simple à mettre en oeuvre et peu coûteux. Il est adapté à la plage de fonctionnement souhaitable. Le vérin peut être du type pneumatique, hydraulique ou électrique. Selon une autre disposition constructive, la machine comporte un chariot vertical monté coulissant sur le chariot principal dans une direction d'élévation perpendiculaire à la direction principale. On peut ainsi régler l'altitude de l'outil coupant. En considérant le plan passant par l'axe de rotation et perpendiculaire à la direction d'élévation, on peut régler la position de l'outil coupant par rapport à ce plan, plus ou moins au- 5 dessous ou au-dessus de ce dernier. On peut même placer l'outil au-dessus de la grume. Selon une autre disposition constructive, la machine comporte un coulisseau monté coulissant par rapport au chariot principal selon une direction transversale, perpendiculaire à la direction principale, et portant la tête de travail. On peut ainsi régler et modifier la profondeur de passe, de manière à choisir le rayon à obtenir sur la pièce. Selon une disposition qui combine les deux précédentes, le coulisseau est monté coulissant sur le chariot vertical, la direction transversale étant perpendiculaire aux directions respectivement principale et d'élévation. Selon un perfectionnement, la machine comporte une patronne de cône fixée de manière réglable sur le bâti et servant de guide à la position du coulisseau par l'intermédiaire de moyens suiveurs. En suivant cette patronne, la position du coulisseau permet de régler le rayon de travail en fonction de la position longitudinale. On peut ainsi obtenir un cône, reprenant la forme générale d'un tronc d'arbre. Selon une disposition particulière, la machine comporte des moyens d'actionnement hydrauliques. Ces moyens sont bien adaptés à la taille de la machine et à la nature des entraînements à réaliser. Ceux-ci sont obtenus par exemple avec des vérins linéaires ou avec des moteurs rotatifs. Ces derniers ne nécessitent pas de démultiplication et développent des couples importants même à vitesse nulle ou faible. De plus, on peut les piloter pour faire varier continument leur position ou leur vitesse. 6 Selon un autre perfectionnement, la machine comporte un support pour soutenir la grume dans une position intermédiaire entre les poupées pendant les phases d'usinage. Le support limite les risques de fléchissement de la grume pendant la phase d'usinage. Ce support comporte des rouleaux au niveau de l'appui pour permettre la rotation de la grume. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'une machine conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus de la machine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue du détail III de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue du détail IV de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en perspective détaillée de la machine au niveau de la tête de travail. DESCRIPTION DETAILLÉE Une machine 1 d'usinage conforme à l'invention est représentée sur les figures 1 à 4. Elle comporte un bâti 10 s'étendant dans une direction principale. Elle est destinée à usiner des grumes G entières de bois. La grume G est montée rotative autour d'un axe dans la direction principale F1, parallèle au sol. Une tête de travail 11 destinée à porter un outil coupant tel qu'une fraise 2 est montée mobile le long de la grume G. Le bâti 10 est réalisé par l'assemblage d'éléments de structures mécano-soudés, dont en particulier trois grandes poutres 101 longitudinales et des couples 102 transversaux répartis le long de ces poutres 101 et les supportant. Les couples 102 sont destinés à être fixés sur des semelles S, par exemple en béton, réalisées dans le sol. La machine coulissantes de grume G. Chaque1 comporte deux poupées 12, 13 montées part et d'autre des extrémités de la poupée 12, 13 comporte une broche 120, 130 entraînée en rotation par un moteur hydraulique. L'extrémité de la broche 120, 130 comporte une pointe, non représentée, destinée à guider une empreinte correspondante de la grume G dans l'extrémité de la broche 120, 130. De plus, l'extrémité de la broche 120, 130 comporte également des formes spécifiques, non représentées car connues en soi, pour réaliser l'entraînement de la grume G. Les poupées 12, 13 sont entraînées par exemple par des vérins hydrauliques pour que les pointes des broches 120, 130 soient mises en appui sur la grume G. Pour aider à la mise en place de la grume G, le bâti 10 comporte deux supports 103 auxiliaires escamotables comportant des rouleaux, utilisés pour supporter la grume G avant la mise en place des broches 120, 130. La machine 1 comporte en outre un chariot principal 14 monté coulissant le long de la direction principale F1. Il prend appui sur deux glissières 104 fixées respectivement sur deux des poutres 101 du bâti 10. Le chariot principal 14 comporte un moteur hydraulique 140 coopérant avec une crémaillère, non représentée, fixée sur le bâti 10 pour entraîner le chariot principal 14 en translation. Le chariot principal 14 comporte une plaque de base 141 sur laquelle est fixé un poteau 142. Un chariot vertical 15 est monté coulissant le long du poteau 142 dans une direction d'élévation F2, perpendiculaire au plan du sol, et donc perpendiculaire à la direction principale F1. Le chariot vertical 15 est entraîné en translation par un vérin hydraulique, non représenté, intégré à l'intérieur du poteau 142. La machine 1 comporte en outre un coulisseau 16 8 monté coulissant sur le chariot vertical 15 selon une direction transversale F3, perpendiculaire à la direction principale F1 et à la direction d'élévation F2, et portant la tête de travail 11. Le coulisseau 16 est entraîné en translation par un vérin hydraulique 160. La tête de travail 11 est montée pivotante autour d'un axe de tête A ayant la direction transversale F3. L'inclinaison de la tête de travail 11 est réglée par l'intermédiaire d'un vérin hydraulique 110 à déplacement linéaire, dont l'axe est orthogonal à l'axe de tête A et déporté par rapport à celui-ci. La tête de travail 11 comporte une chape 111 entre les ailes 1111, 1112 de laquelle un outil coupant tel qu'une fraise 2 peut être monté. Un moteur hydraulique 112 est fixé sur l'une des ailes 1111 afin d'entraîner la fraise en rotation autour d'un axe d'outil B perpendiculaire à l'axe de tête A. L'inclinaison de l'axe d'outil est réglable typiquement entre 0 et 30 ° par rapport à un plan perpendiculaire à la direction principale F1, c'est-à-dire que l'axe d'outil B peut évoluer entre la verticale et une inclinaison de 30° par rapport à cette position verticale, dans un plan longitudinal. La machine 1 comporte par ailleurs une patronne 17 de cône fixée de manière réglable sur le bâti 10 et servant de guide à la position du coulisseau 16 par l'intermédiaire de moyens suiveurs, non représentés, qui pilotent le vérin hydraulique 160. Cette patronne 17 est une règle, qui est donc rectiligne, et qui détermine l'évolution de la position du coulisseau 16 dans ce mode de fonctionnement. La position de cette patronne 17 peut être réglée dans un plan sensiblement horizontal. On peut donc donner une forme de cône à la grume G par ce biais. La machine 1 est commandée par une unité de commande non représentée, qui par exemple à commande numérique capable de piloter les mouvements de la machine 9 1 de manière automatique. Après la mise en place d'une grume G sur les broches 120, 130, le chariot principal 14 est placé à proximité de l'une des poupées 12, 13, avec un angle d'inclinaison de l'axe d'outil B non nul, de préférence entre 10 et 30°. La hauteur de l'outil coupant 2 et sa position transversale sont réglées pour prendre une passe d'usinage, par exemple 20 mm au rayon. L'outil coupant 2 et la grume G sont mis en rotation et le chariot principal 14 est mis en mouvement. La vitesse de rotation de l'outil coupant 2 détermine la vitesse de coupe, tandis que la vitesse de rotation de la grume G détermine la vitesse d'avance. La vitesse du chariot principal 14e détermine la prise de passe à chaque tour. Sans mouvement du coulisseau 16, on obtient ainsi un usinage d'une forme cylindrique sur la grume G. De préférence, le sens de rotation de l'outil est choisi en contre rotation par rapport à la rotation de la grume G. L'outil coupant pourrait être une fraise deux ou trois tailles, ou un foret, afin de réaliser d'autres types d'usinage. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Le coulisseau pourrait être d'axe vertical et le chariot vertical pourrait être d'axe transversal. REVENDICATIONS1. Machine d'usinage de grume (G) comportant un bâti (10), un chariot principal (14) monté coulissant sur le bâti (10) selon une direction principale (F1), le chariot comportant une tête de travail (11) pour entraîner en rotation un outil coupant (2) autour d'un axe d'outil (B), caractérisée en ce qu'elle comporte deux poupées (12, 13) pour monter une grume (G) rotative entre les deux poupées (12, 13) et en ce que l'axe d'outil (B) est orienté pour ne pas être parallèle à la direction principale (F1) . 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle chaque poupée est mobile selon la direction principale (F1) et comporte des moyens d'entraînement de la grume (G) en rotation. 3. Machine selon la revendication 1, dans laquelle l'inclinaison de l'axe de rotation de l'outil est réglable. 4. Machine selon la revendication 1 ou 3, dans laquelle l'angle d'inclinaison de l'axe d'outil (B) est compris entre 0 et 30° par rapport à un plan perpendiculaire à la direction principale (F1). 5. Machine selon les revendications 3 et 4 prises en combinaison, dans laquelle l'inclinaison de la tête de travail (11) est obtenue par l'intermédiaire d'un vérin à déplacement linéaire. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un chariot vertical (15) monté coulissant sur le chariot principal (14) dans une direction d'élévation perpendiculaire à la direction principale (F1) . 7. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un coulisseau (16) monté coulissant par rapport au chariot principal (14) selon 11 une direction transversale (F3), perpendiculaire à la direction principale (F1), et portant la tête de travail (11). 8. Machine selon les revendications 6 et 7 prises en combinaison, dans laquelle le coulisseau (16) est monté coulissant sur le chariot vertical (15), la direction transversale (F3) étant perpendiculaire aux directions respectivement principale et d'élévation. 9. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une patronne (17) de cône fixée de manière réglable sur le bâti (10) et servant de guide à la position du coulisseau (16) par l'intermédiaire de moyens suiveurs. 10. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'actionnement hydrauliques (110, 140, 160). 11. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un support pour soutenir la grume (G) dans une position intermédiaire entre les poupées (12, 13) pendant les phases d'usinage.