Brevet FR2986172A1 — publié le 20130802

Tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial Domaine technique et état de l'art L'invention concerne une tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial, tête du type comprenant un berceau susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe par rapport à un support, et une broche porte-outil montée sur le berceau et adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation de l'outil. L'invention trouve notamment une application pour le polissage des matériaux tels que le granit, le marbre, le béton et les matériaux composites à l'aide d'un centre d'usinage à commande numérique adapté pour le travail en cinq axes continus ou positionnés. Les marchés visés par cette application sont principalement le domaine du funéraire, la décoration, le bâtiment, etc. Le polissage des matériaux tels que le granit, le marbre, le béton et les matériaux composites est réalisé aujourd'hui à l'aide d'un jeu d'outils travaillant sous un arrosage abondant (eau ou autre lubrifiant). Les outils abrasifs utilisés, à base de diamant ou de carbure de silicium synthétique, présentent une surface de polissage de granulométrie décroissante pour un polissage de plus en plus fin, et travaillent idéalement en pression pneumatique permettant d'avoir un effort constant sur le matériau à polir quel que soit le degré d'usure de l'outil. Cet effort sur le matériau à polir, appliqué perpendiculairement à la surface à polir, doit être adapté en fonction de la dureté du matériau à polir et de la granulométrie de la surface de polissage de l'outil abrasif. Une finesse de réglage de cet effort est nécessaire pour obtenir la finition requise (adouci sans trace, polissage éclatant et uniforme, etc.). Les centres d'usinage cinq axes actuellement disponibles sur le marché sont pour la plupart issus du domaine de l'usinage de pièces mécaniques. Ils sont équipés de manière connue de plateaux de maintien de la pièce à polir, plateaux mobiles en translation, et de têtes porte-outil rotatives selon les axes B et C habituels, l'ensemble permettant d'orienter l'outil par rapport à la pièce à usiner dans toutes les directions. Ils permettent de travailler soit en cinq axes positionnés ou en cinq axes continus. Les têtes porte-outil connues sont parfaitement adaptées pour les travaux d'enlèvement de matière comme la sculpture sur pierre par exemple. Par contre elles ne sont pas adaptées pour le polissage qui requiert un effort constant et parfaitement contrôlé de l'outil sur la surface à polir. Pour pallier cette difficulté, certains fabricants ont développé des mandrins à ressort permettant d'appliquer un effort sur la surface à polir. Les principaux inconvénients de cette solution sont d'une part le prix élevé (un mandrin à ressort est nécessaire pour chaque outil abrasif) et d'autres part le manque de régularité de l'effort appliqué. En effet, la force de compression des ressorts décroit lors de l'usure des outils et par conséquent l'effort appliqué sur la surface à polir diminue. Cela entraîne un manque d'uniformité du polissage fortement préjudiciable. Une autre solution technique disponible sur le marché est l'obtention d'une pression dite "électrique" obtenue en contrôlant le couple délivré par les moteurs d'axe ou les moteurs de broche du centre d'usinage. Cette solution permet d'obtenir des résultats acceptables (en terme d'uniformité du polissage) sur les centres trois et quatre axes numérisés qui travaillent toujours avec la broche verticale. Par contre, les résultats ne sont pas satisfaisants sur les centre d'usinage cinq axes sur lesquels l'effort appliqué doit être constant quelle que soit l'orientation de la broche. Une autre solution envisageable serait l'utilisation de capteur d'effort au niveau de l'outil porté par la broche. Mais cette solution est très onéreuse et incompatible avec le prix de marché des centres de polissage. De plus cette solution est encombrante au niveau de la broche et génère un porte-à-faux supplémentaire au niveau de la broche. L'invention propose une nouvelle tête d'usinage, particulièrement bien adaptée pour le polissage et ne présentant pas tout ou partie des inconvénients des solutions connues décrites ci-dessus. Description de l'invention Ainsi, l'invention propose une nouvelle tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial, tête comprenant un berceau et une broche porte-outil. Le berceau est susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe par rapport à un support. La broche porte-outil est montée sur le berceau et est adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation de l'outil. La tête d'usinage selon l'invention est caractérisée en ce que la broche est montée mobile en translation par rapport au berceau selon l'axe de rotation de l'outil. Ainsi, la distance de l'outil par rapport à une surface de la pièce à usiner, distance mesurée selon l'axe de rotation de l'outil, peut être ajustée à tout moment, notamment en fonction de l'usure de l'outil. Ceci permet d'obtenir la qualité de polissage souhaitée. La tête d'usinage comprend par exemple un moyen de guidage en translation de la broche par rapport au berceau selon l'axe de rotation de l'outil, et un moyen pour entraîner en translation la broche par rapport au berceau. Ces moyens permettent d'ajuster la distance de l'outil par rapport à la surface à polir selon l'axe de rotation de l'outil. Dans un mode de réalisation, le moyen de guidage comprend : - au moins un rail de guidage linéaire, fixé sur la broche ou sur le berceau et - au moins un patin de guidage, fixé sur le berceau ou sur la broche, le dit rail et le dit patin comprenant chacun un axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation de l'outil, le patin étant adapté à coulisser le long du rail. L'association patin de guidage / rail de guidage permet le déplacement en translation de la broche par rapport au berceau. De préférence, le moyen pour entraîner en translation la broche est également adapté pour appliquer l'outil sur une surface d'une pièce à usiner avec une pression de contact prédéfinie. Ainsi, la pression de l'outil sur la surface de la pièce à usiner peut être ajustée en continu, de sorte à tenir compte notamment de l'avancement de l'usinage et/ou de l'usure progressive de l'outil. L'invention concerne également un centre d'usinage pour un travail selon au moins un axe, et de préférence selon plusieurs axes, centre d'usinage comprenant : - une tête d'usinage selon l'invention telle que décrite ci-dessus, montée rotative par rapport au support, - un moyen pour entraîner en rotation le support par rapport à un bâti du centre d'usinage, - un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner et - un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de réalisation d'une tête d'usinage selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une tête porte-outil selon l'invention montée sur un support, - la figure 2 est une vue en perspective de dessus de la tête porte-outil selon l'invention. Description d'un mode de réalisation de l'invention Comme dit précédemment, l'invention concerne une tête d'usinage 1. Sur la figure 2, la tête 1 d'usinage est représentée seule, en vue de dessus éclatée. Sur la figure 1, la tête 1 d'usinage est représentée montée rotative sur un support 8 par exemple de type fourche, rotative par rapport à un axe B. Le support 8 est fixé sur un coulant d'un centre d'usinage par l'intermédiaire de la plaque 7 ; le support 8 est entraîné en rotation à l'aide d'un moyen d'entraînement 2 selon un axe C. La tête d'usinage 1 selon l'invention comprend un berceau 3 et une broche 4 porte-outil. Le berceau 3 est monté rotatif sur le support 8 selon l'axe B. La broche 4 porte-outil est montée sur le berceau 3 et est adaptée pour entraîner un outil (non représenté sur les figures) en rotation selon un axe de rotation R de l'outil ; dans un exemple, l'outil est un outil de polissage. Selon l'invention, la broche 4 est montée mobile en translation par rapport au berceau 3 selon l'axe de rotation R de l'outil. Ceci est obtenu par un moyen de guidage linéaire de précision de la broche 4 par rapport au berceau 3 selon l'axe de rotation R de l'outil, et un moyen pour entraîner en mouvement la broche par rapport au berceau. Ce système de guidage linéaire inséré entre la broche 4 et le berceau 3 permet à la broche de disposer d'un degré de liberté supplémentaire toujours orienté parallèle à l'axe de rotation de l'outil, c'est-à-dire toujours perpendiculaire à la surface à polir (ou plus généralement à usiner). Dans l'exemple représenté figure 2, le moyen de guidage linéaire comprend : - deux rails 5a de guidage linéaire, fixés sur la broche 4 et - quatre patins Sb de guidage, fixés sur le berceau 3 Les rails 5a et les patins Sb comprennent chacun un axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation R de l'outil, et chaque patin est adapté à coulisser le long d'un rail associé. Le moyen pour entraîner la broche 4 en mouvement par rapport au berceau est également adapté pour appliquer l'outil sur une surface d'une pièce à usiner avec une pression de contact prédéfinie. Ceci est obtenu dans l'exemple par deux vérins pneumatiques 6 pilotés en continu par un moyen de commande proportionnelle (non représenté) appropriée. Le moyen de commande permet d'entraîner en avant ou en arrière la broche 4 par rapport au berceau 3 (donc d'approcher ou d'éloigner l'outil de la surface de la pièce à usiner) ; le moyen de commande permet également d'une part d'appliquer sur la surface à usiner une pression prédéfinie en fonction par exemple de la granulométrie de l'outil et d'autre part de maintenir la dite pression prédéfinie constante sur la surface à usiner quelle que soit l'orientation de la broche dans l'espace, l'avancement de l'usinage, l'usure de l'outil, .... La tête d'usinage selon l'invention est avantageusement montée sur un centre d'usinage comprenant : - la tête d'usinage 1 telle que décrite ci-dessus, montée rotative selon l'axe B par rapport au support 8, - un moyen 2, 7 pour entraîner en rotation selon l'axe C le support 8 par rapport à un bâti, - un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner, et - un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti. Les essais réalisés ont montré que l'invention permet d'obtenir, notamment pour des opérations de polissage, le niveau de finition requis y compris sur des matériaux particulièrement durs comme le granit, le marbre, le béton, etc. REVENDICATIONS1. Tête d'usinage (1) pour centre d'usinage multiaxial, tête comprenant un berceau (3) susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe (B) par rapport à un support (8), et une broche (4) porte-outil montée sur le berceau et adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation (R) de l'outil, tête d'usinage caractérisée en ce que la broche (4) est montée mobile en translation par rapport au berceau (3) selon l'axe de rotation (R) de l'outil. 2. Tête d'usinage selon la revendication 1, comprenant également un moyen de guidage (5a, Sb) en translation de la broche (4) par rapport au berceau (3) selon l'axe de rotation (R) de l'outil, et un moyen (6) pour entraîner en translation la broche (4) par rapport au berceau (3). 3. Tête d'usinage selon la revendication 2, dans lequel le moyen de guidage (5a, Sb) comprend : - au moins un rail de guidage (5a) linéaire, fixé sur la broche ou sur le berceau et - au moins un patin de guidage (5b), fixé sur le berceau ou sur la broche, le dit rail et le dit patin comprenant chacun un axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation (R) de l'outil, le patin étant adapté à coulisser le long du rail. 4. Tête d'usinage selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le moyen (6) pour entraîner en translation la broche est également adapté pour appliquer l'outil sur une surface d'une pièce à usiner avec une pression de contact prédéfinie. 5. Tête selon l'une des revendications précédente, dans laquelle la broche porte un outil à polir. 6. Centre d'usinage pour un travail selon au moins un axe, et de préférence selon plusieurs axes, centre d'usinage comprenant : - une tête d'usinage (1) selon l'une des revendications précédentes, montée rotative (axe B) par rapport au support (8), - un moyen (2, 7) pour entraîner en rotation (axe C) le support (8) par rapport à un bâti, - un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner, et - un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti.