CH697657B1 - Machine et procédé pour angler ou guillocher. - Google Patents

Abstract

Machine à angler et/ou à guillocher, comprenant:<br/>une tête à angler et/ou à guillocher (1) motorisée, muni d'un burin (10) pouvant pivoter autour d'un axe de rotation (A),<br/>un porte-pièce (32) pour tenir une pièce (30) à angler et/ou à guillocher en regard,<br/>des axes linéaires pour déplacer ladite pièce (30) par rapport audit burin (10) selon deux axes linéaires (X, Y) indépendants.La tête à angler et/ou à guillocher (1) permet d'orienter le burin le long de la trajectoire d'usinage.

Description

  Domaine technique

[0001] La présente invention concerne les machines et procédés pour angler et/ou pour guillocher.

Etat de la technique

[0002] En horlogerie mécanique, il est usuel de décorer des pièces planes, telles que les ponts, platines, fonds, cadrans, etc., par anglage et/ou guillochage. L'anglage et le guillochage ont pour but d'améliorer l'esthétique des pièces usinées, mais aussi de les rendre moins sensibles à la corrosion en supprimant les bavures et autres points d'attaque à la corrosion.

[0003] L'anglage (ou chanfreinage) consiste à souligner le pourtour de la pièce en cassant et polissant les arêtes vives. Traditionnellement, l'anglage est réalisé en limant les arêtes, généralement avec un angle de 45  , puis en polissant les chanfreins ainsi obtenus en prenant notamment soin de ne pas arrondir les coins rentrants et sortants.

   Il s'agit d'un travail minutieux, souvent effectué à la main à l'aide de limes, de cabrons, de brunissoirs et de meules de bois chargées de diamantine. Certaines pièces peuvent requérir plusieurs heures de travail. L'angleur veille en particulier à obtenir des chanfreins parfaitement polis et des coins rentrants ou sortants vifs et non émoussés.

[0004] Il existe aussi des machines à angler qui permettent de chanfreiner les arêtes de pièces métalliques au moyen d'une fraise. Toutefois, l'emploi d'une fraise tournante produit généralement des rayures ou des marques sur le chanfrein. Ces marques sont très visibles lorsque la pièce est orientée de manière particulière par rapport à une source de lumière directionnelle.

   Par ailleurs, il est impossible d'obtenir des angles rentrants ou sortants vifs avec une fraise; le diamètre de l'outil détermine le rayon de courbure minimum des angles.

[0005] Pour les grandes séries, l'anglage est parfois réalisé directement par étampage. Cette méthode permet d'obtenir une qualité satisfaisante, mais ne convient pas à la réalisation de petites séries. Souvent, les chanfreins doivent être brossés ou polis manuellement après étampage. La qualité de finition reste inférieure à celle qui peut être obtenue par un anglage entièrement manuel.

[0006] Le guillochage vise quant à lui à décorer une surface plane du mouvement ou du cadran au moyen de motifs géométriques gravés par enlèvement de matière dans la surface de la pièce.

   Les dessins sont souvent composés de traits droits, de lignes brisées, de courbes ou de cercles qui se croisent et s'entrecroisent en vue d'obtenir un résultat géométrique décoratif. Le guillochage traditionnel est effectué à la main à l'aide de différents types de burins, notamment d'onglettes, d'échoppes et de gouges. Les traits formant le décor ont en général entre 0.1 et 0.5 mm de large et 3 à 4 centièmes de millimètre de profondeur.

[0007] Vu la complexité de ce travail, le guillochage est souvent effectué par des machines à guillocher basées parfois sur des pantographes ou plus souvent sur des tours à guillocher. La variété de dessins qui peut être obtenue avec ce type de machines est cependant limitée.

   De nombreuses machines permettent par exemple uniquement de produire des motifs composés d'un trait continu, par exemple en colimaçon.

[0008] Le brevet CH7607 décrit une machine à guillocher comportant un support de pièce qui permet de déplacer et de pivoter la pièce à guillocher en face d'un burin fixe. Cette machine permet également de guillocher des parties non planes. Comme dans beaucoup de machines à guillocher, le burin reste fixe et seule la pièce est déplacée et orientée. Cet arrangement est peu favorable; la pièce doit effectuer un nombre important de translations et de rotations pour entraîner le burin au long de la trajectoire des traits gravés, et pour l'orienter correctement le long de cette trajectoire. L'axe de rotation de la pièce est au centre, et donc le plus souvent distant de la position momentanée du burin.

   A chaque fois que la pièce est tournée pour modifier l'orientation du burin, il est donc nécessaire la déplacer pour compenser le déplacement du burin et le ramener au bon endroit. Cette machine est par ailleurs entièrement manuelle, et dépourvue de moteurs ou de commande numérique.

[0009] CH 346 182 décrit une autre machine à graver munie d'un burin monté de manière excentrée sur un porte-burin rotatif. Différents motifs en vague, en colimaçon, etc. peuvent être obtenus en combinant des mouvements de rotation du porte-burin avec des mouvements de translation de la pièce à usiner. La variété de motifs qui peuvent être obtenus ainsi est cependant limitée et des combinaisons complexes de rotation du porte-burin et de translations de la pièce sont nécessaires pour graver des trajectoires arbitraires.

   A nouveau, toute correction de l'orientation du burin doit être compensée par des mouvements de déplacement linéaire pour le ramener à son emplacement initial.

[0010] On connaît par ailleurs des machines à graver, telles que décrites dans FR 2 849 549, qui permettent de graver des lettres ou d'autres motifs au moyen d'un outil à graver qui tourne en permanence sur son propre axe, afin d'enlever plus efficacement la matière. De telles machines ne permettent cependant ni d'effectuer un guillochage propre, ni un anglage net. En effet, le profil des sillons ou des chanfreins gravés avec un outil tournant est difficile à contrôler; il n'est par exemple pas possible de graver des sillons avec des flancs en V avec une telle machine. Les rotations de l'outil tournant laissent en outre des rayures sur les flancs des sillons et sur les chanfreins usinés.

   La qualité des surfaces usinées avec un outil tournant est donc inférieure à celle obtenue au moyen d'un burin qui découpe la matière obliquement en laissant un sillon net en forme de V.

Bref résumé de l'invention

[0011] Un but de la présente invention est donc de proposer une machine à angler et/ou à guillocher améliorée par rapport aux machines de l'art antérieur.

   En particulier, un but de la présente invention est de permettre l'anglage et le guillochage à la machine de motifs arbitraires, avec une qualité pratiquement équivalente à celle qui peut être obtenue par des opérations manuelles.

[0012] Un but est aussi de permettre l'anglage et le guillochage de motifs libres, par exemple de motifs géométriques ou non géométriques, de textes ou de dessins, sur des parties de mouvement de montre, des cadrans de montre, d'autres éléments d'habillage horloger en métal ou en nacre, des bijoux, des boîtes métalliques, des stylos ou ustensiles d'écriture, des lunettes, ou d'autres éléments en métal, en nacre, en verre, en pierre ou en d'autres matériaux durs.

[0013] Ces buts sont notamment atteints au moyen d'une machine à angler et/ou à guillocher, comprenant:

   une tête à angler et/ou à guillocher motorisée, muni d'un burin qui peut être orienté en pivotant autour d'un axe de rotation (A); un porte-pièce pour tenir une pièce à angler et/ou à guillocher en regard de la tête; et des axes linéaires pour déplacer la pièce relativement au burin selon (au moins) deux axes linéaires indépendants. Le burin est monté de manière centrée sur ledit axe de rotation, de manière à pouvoir l'orienter sans modifier sa position sur ladite pièce.

[0014] Avantageusement, le burin pivote ainsi sur son propre axe, ce qui permet de corriger son orientation tout au long de la trajectoire sans que ces mouvements de rotation n'influencent sa position.

[0015] Cette disposition permet d'effectuer un anglage ou un guillochage le long d'une trajectoire définie uniquement par les déplacements de la pièce relativement au burin.

   Le burin est orienté correctement, tout au long de la trajectoire, en pivotant la tête d'anglage ou de guillochage. Il est ainsi possible d'orienter le burin avec un angle d'attaque (angle de coupe) optimal par rapport à la tangente de la trajectoire en tous points; la direction de la force transmise par le burin à la matière pour la découper forme ainsi un angle fixe par rapport à cette tangente.

[0016] Par ailleurs, cette disposition permet d'usiner des trajectoires comportant des discontinuités, par exemple des angles vifs ou des coins rentrants ou sortants, en orientant le burin sans le déplacer.

   Les déplacements de la pièce relativement au burin peuvent ainsi être minimisés.

Brève description des dessins

[0017] Des exemples de mise en ¼oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:
<tb>La fig. 1<sep>est une vue en perspective d'une machine à angler et/ou à guillocher selon l'invention.


  <tb>La fig. 2<sep>est une vue en perspective de la tête à guillocher de l'invention.


  <tb>Les fig. 3 à 5<sep>illustrent différents types de burins employés avec la machine de l'invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0018] La figure illustre une vue en perspective d'une machine à guillocher et à angler selon l'invention. Pour des raisons de lisibilité, certains éléments de la machine, notamment la commande numérique et le châssis, n'ont pas été reportés sur la figure. La machine comporte une tête à angler et à guillocher 1 munie d'un porte-burin 105 pour tenir un burin 10 (fig. 2).

   Sur l'exemple illustré, le burin est maintenu verticalement, ce qui permet de minimiser l'influence de la force de gravité selon la direction de la trajectoire; des burins horizontaux, ou orientés selon un axe quelconque, sont cependant envisageables.

[0019] Un moteur 11 lié à la tête à angler 1 permet de faire pivoter le porte-burin 105 et le burin 10 autour d'un axe de rotation vertical A, afin de l'orienter tout au long de la trajectoire. L'axe A est confondu avec l'axe du burin 10, ce qui permet de le faire tourner sur place, sans modifier sa position par rapport à la pièce à usiner.

   Un diviseur 106 transmet les mouvements de rotation du moteur au porte-burin; la précision requise étant très importante, on choisira de préférence un diviseur sans ébats, permettant une grande résolution et une grande précision de positionnement, une rotation du porte-burin sans allers-retours et un maintien rigide sans vibration.

[0020] Un ensemble porte-pièce 3 est monté en regard de la tête à angler et à guillocher 1. La pièce à usiner 30 est montée sur une palette 31 maintenue par un porte-pièce 32. La face supérieure de la pièce 30 est de préférence plane, ce qui permet au burin de graver rapidement selon des trajectoires situées dans un plan horizontal 34.

   Des faces bombées ou non planes ne sont cependant pas exclues de la présente invention, bien qu'elles rendent la réalisation de la machine et sa programmation plus complexes.

[0021] L'ensemble porte-pièce 3 est lié au bâti de la machine au travers de coulisses 33 qui permettent de le positionner selon au moins un axe linéaire, dans cet exemple un axe non motorisé.

[0022] La tête à angler et à guillocher 1 peut se déplacer dans un plan horizontal au moyen de deux axes horizontaux motorisés X et Y.

   Selon l'invention, la trajectoire parcourue par le burin au cours de l'anglage ou du guillochage est déterminée par des combinaisons de déplacement selon ces deux axes linéaires; les rotations selon l'axe de rotation A servent uniquement à orienter le burin afin que la surface de coupe forme en tout point un angle fixe ("l'angle d'attaque") par rapport à la tangente de la trajectoire, mais n'ont pas d'influence sur la trajectoire parcourue.

[0023] Dans l'exemple illustré, les déplacements relatifs de la pièce à usiner 30 relativement au burin 10 sont obtenus par des translations du porte-burin selon les deux axes X et Y. Il est cependant aussi imaginable de déplacer de manière motorisée la pièce dans un plan horizontal, en regard d'un burin fixe. Par ailleurs, un axe permettant de tourner la pièce dans un plan horizontal sont imaginables.

   Enfin, il est également possible de prévoir une machine avec davantage d'axes et dans laquelle le porte-burin et la pièce peuvent chacun se déplacer selon deux axes linéaires indépendants; une telle solution renchérit cependant la machine, et réduit la rigidité de l'ensemble du dispositif.

[0024] Un axe Z, vertical sur la figure, permet de déplacer le burin 10 de façon motorisée relativement à la face supérieure de la pièce 30 à usiner. Ce déplacement est notamment utile pour engager le burin ou le dégager après le gravage d'un trait.

   A nouveau, ce déplacement relatif peut être obtenu en déplaçant linéairement le burin, comme dans l'exemple illustré, et/ou en déplaçant la pièce (non illustré).

[0025] Les déplacements selon l'axe Z permettent de régler la hauteur du burin face à la pièce et de contrôler la profondeur d'usinage en tenant compte du burin, de la profondeur d'usinage souhaitée et de la matière. La position verticale en Z n'est cependant de préférence pas modifiée au cours du burinage, sauf éventuellement dans le cas d'usinage de faces non planes.

   On choisira donc de préférence une motorisation permettant des déplacements rapides du burin, pour réduire les temps morts lorsque le burin est dégagé, et un positionnement précis et rigide à la hauteur d'usinage souhaitée.

[0026] Des déplacements du burin en Z sont en outre nécessaires pour l'écarter de la pièce et l'amener en regard d'une nouvelle position, notamment lors de l'usinage de trajectoires constituées de segments discontinus. Par ailleurs, l'usinage d'un segment ou l'anglage d'une arête peut nécessiter plusieurs passages du burin. En effet, les burins peuvent généralement graver uniquement selon une direction et un sens déterminés, mais pas en sens inverse; il est donc nécessaire de soulever le burin à la fin d'un segment pour le ramener en position initiale afin d'effectuer un second passage sur ce segment.

   Enfin, des déplacements en Z du burin peuvent être utiles pour le retourner afin d'inverser le sens de burinage le long d'une trajectoire. Cette caractéristique permet par exemple d'usiner un coin entrant ou un coin sortant en rapprochant le burin du coin depuis deux directions opposées, de manière à obtenir une arête vive.

[0027] Différents exemples de burins aptes à être utilisés avec la machine des fig. 1 à 2 sont illustrés sur les fig. 3 à 5. De manière générale, le burin comporte une tige cylindrique, maintenue fermement dans le porte-burin 105. L'axe de la tige 101 correspond de préférence à l'axe de rotation A du porte-burin. Le burin comporte une portion d'usinage 100 à l'extrémité de la tige 101, dont la forme détermine le profil du trait guilloché ou du chanfrein obtenu.

   La portion d'usinage 100 est asymétrique par rapport à l'axe de rotation A et peut ainsi être orientée en agissant sur l'axe A le long de la trajectoire. Les burins efficaces permettent un usinage propre uniquement lorsque le burin est parfaitement orienté selon un angle d'attaque optimal par rapport à la tangente de la trajectoire. L'extrémité acérée du burin est alignée avec l'axe A, en sorte qu'une rotation du burin autour de cet axe ne modifie pas sa position.

[0028] Le burin illustré sur les fig. 3A et 3B est réalisé entièrement en métal dur. La portion d'usinage 100 comporte deux flancs triangulaires, définissant des plans de coupe 1000 visibles en particulier sur la fig. 3B. Dans le cas d'un guillochage, ces flancs définissent la section du trait gravé sur la surface de la matière. Dans le cas d'un anglage, ils déterminent l'angle du chanfrein obtenu.

   Dans une variante préférentielle, les plans de coupe 1000 sont inclinés de 45 deg. chacun par rapport à l'horizontale, ce qui permet d'effectuer des anglages à 45 deg. ou de guillocher des traits dont la section correspond à un triangle isocèle rectangle.

[0029] L'extrémité du burin constitue une pointe parfaitement alignée avec l'axe A de rotation de l'outil. Il est donc possible de pivoter le burin sur lui-même pour modifier la trajectoire usinée sans nécessairement introduire de discontinuité ou d'angle vif dans la trajectoire, et sans devoir nécessairement soulever le burin.

[0030] Le burin illustré sur les fig. 4A et 4B comporte également une tige 101 et une tête munie d'un diamant naturel ou synthétique rapporté, dont deux faces sont taillées pour définir dans ce cas également deux plans de coupe 1000 analogues au plan du burin des fig. 3A et 3B.

   A nouveau, l'extrémité du diamant, la tige 101 et l'axe A sont alignés.

[0031] Le burin illustré sur les fig. 5A et 5B comporte également une tige 101 et une tête amovible, liée à la tige par une vis. Comme dans les exemples précédents, la tête est munie d'un diamant naturel ou synthétique rapporté, comportant deux faces taillées pour définir dans ce cas également deux plans de coupe 1000.

[0032] Des burins comportant un seul plan de coupe peuvent aussi être utilisés, par exemple pour angler un chanfrein ou pour graver séparément les deux flancs de chaque segment guilloché l'un après l'autre, en deux opérations successives.

   Il est aussi possible de prévoir des éléments de chargement et/ou de déchargement de pièces, par exemple une table transfert.

[0033] Dans les exemples illustrés, l'angle des chanfreins obtenus ou des flancs de traits guillochés est défini uniquement par la forme des portions de coupe du burin, en particulier par l'inclinaison des plans de coupe 1000. Il est aussi possible de prévoir des machines dans lesquelles le burin 10 peut être incliné relativement à la pièce 30 afin de contrôler ces angles ou même de les modifier le long de la trajectoire.

   Il est aussi possible de prévoir un chargeur d'outil qui permet par exemple de remplacer automatiquement le burin, afin d'employer différents burins lors de l'usinage de différentes portions d'une même pièce.

[0034] Les déplacements selon les axes X, Y, Z et A, ainsi que les chargements d'outils optionnels sont de préférence contrôlés par une commande numérique. Une application logicielle détermine à partir d'une description de la trajectoire à usiner les déplacements en X et Y, et les retraits de l'outil selon l'axe Z pour relier des portions disjointes. L'application peut aussi déterminer automatiquement ou d'après les commandes d'un opérateur les segments nécessitant éventuellement plusieurs passages du burin, ainsi que le sens de déplacement du burin sur chaque portion de la trajectoire de manière à optimiser l'aspect esthétique obtenu.

   L'application calcule en outre la tangente de la trajectoire en chaque point, et détermine à partir de cette valeur et du sens de burinage choisi ou détermine l'orientation à donner à l'outil selon l'axe A. Comme indiqué plus haut, cette orientation est déterminée de manière à ce que le plan de coupe 1000 du burin définisse en chaque point un angle d'attaque prédéfini par rapport à la tangente de la trajectoire.

   Il est cependant aussi possible de modifier cette orientation, automatiquement ou à partir d'instructions de l'opérateur, pour optimiser l'aspect esthétique notamment à proximité des points de discontinuité, notamment des coins rentrants ou sortants.

[0035] Les calculs de déplacement à partir de la trajectoire introduite par l'opérateur peuvent être effectués directement sur la commande numérique, ou par une application exécutée par un ordinateur distinct, par exemple un ordinateur personnel qui offre un confort d'utilisation plus élevé. Il est par exemple possible de calculer ces déplacements à partir d'une image bitmap ou vectorielle de la trajectoire à usiner, en indiquant de préférence également à l'application les dimensions et l'épaisseur de la pièce, le type de burin disponible, et éventuellement le métal à graver.

   Le plan d'usinage peut ensuite être transmis à la commande numérique pour être exécuté.

[0036] La machine de l'invention ne requiert en principe pas de boucle de contre-réaction pour adapter les paramètres d'usinage en fonction du résultat; la commande est directe et déterminée uniquement par le plan d'usinage prédéfini. Il est cependant envisageable d'imaginer un contrôle optique au moyen d'une caméra CCD ou d'un laser des gravures effectuées, afin d'adapter les commandes de déplacement des axes en fonction de signaux de mesure de la pièce.

   Cette solution a cependant pour inconvénient d'ajouter une complexité supplémentaire, de ralentir l'usinage et de renchérir le dispositif.

Liste des numéros de référence de l'exemple illustré

[0037] 
1 : Tête à angler et à guillocher
10 : Burin
100 : Portion d'usinage
101 : Tige du burin
102 : Vis de fixation de la tête du burin
105 : Porte-burin
1000 : Plan de coupe; portion de coupe
11 : Moteur axe A
13 : Coulisse axe X
15 : Coulisse axe Y
3 : Ensemble porte-pièce
30 : Pièce à usiner
300 : Anglage convexe
301 : Anglage concave
31 : Palette
32 : Porte-pièce
33 : Coulisse palette
34 : Plan de déplacement X, Y

Claims (16)

1. Machine à angler et/ou à guillocher, comprenant: une tête à angler et/ou à guillocher (1) motorisée, muni d'un burin (10) pouvant pivoter autour d'un axe de rotation (A), un porte-pièce (32) pour tenir une pièce (30) à angler et/ou à guillocher en regard de ladite tête, des axes linéaires pour déplacer la pièce (30) relativement au burin (10) selon deux axes linéaires (X, Y) indépendants, caractérisé en ce que le burin est monté de manière centrée sur ledit axe de rotation, de manière à pouvoir l'orienter sans modifier sa position.

2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle ledit burin comporte une extrémité affutée, ledit axe de rotation (A) traversant ladite extrémité.

3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, le burin (10) étant muni d'une tige (101) et d'une portion d'usinage (100), ladite portion d'usinage étant destinée à graver ladite pièce selon une direction déterminée, le burin étant lié à la tête à angler (1) de manière à pouvoir pivoter autour dudit axe de rotation (A) parallèle à ladite tige pour l'orienter dans ladite direction privilégiée en chaque point d'une trajectoire d'usinage.

4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, ledit burin comportant deux faces de coupe (1000) séparées par une arête, la machine étant agencée pour orienter ladite arête selon un angle fixe par rapport à la tangente d'une trajectoire d'usinage.

5. Machine selon la revendication 4, ladite arête se trouvant dans le même plan que ledit axe de rotation (A).

6. Machine selon l'une des revendications 4 ou 5, lesdites faces de coupe étant inclinées par rapport à la face de la pièce (30) à usiner.

7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit axe de rotation (A) est perpendiculaire à la face de la pièce (30) à usiner.

8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle ledit axe de rotation (A) est sensiblement vertical et la face de la pièce à usiner (30) est sensiblement horizontale.

9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle l'inclinaison dudit dit axe de rotation (A) par rapport à ladite pièce peut être ajustée.

10. Machine selon la revendication 9, dans laquelle ladite inclinaison peut être ajustée au moyen d'un axe motorisé.

11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant un axe motorisé pour déplacer ledit burin (10) relativement à ladite pièce (30) selon une direction (Z) parallèle audit axe de rotation (A).

12. Machine selon l'une des revendications 1 à 11, comportant une commande numérique pour commander les axes (X, Y, Z) linéaires de la machine, de manière à déplacer le burin (10) le long d'une trajectoire d'usinage, et pour commander ledit axe de rotation (A) afin d'orienter automatiquement le burin tout au long de ladite trajectoire.

13. Machine selon la revendication 12, dans laquelle ladite commande numérique est agencée pour déterminer l'orientation dudit burin (10) à partir de la tangente de ladite trajectoire d'usinage en chaque point.

14. Procédé d'anglage et/ou de guillochage de pièces (30) au moyen d'un burin (10), dans lequel la pièce (30) est déplacée relativement au burin (10) selon deux axes linéaires (X, Y) de manière à définir une trajectoire d'usinage, caractérisé en ce que le burin (10) est orienté tout au long de la trajectoire, en le pivotant autour d'un axe (A) traversant l'extrémité du burin.

15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ladite trajectoire d'usinage est définie dans un plan (34), et dans lequel des portions disjointes de la trajectoire sont usinées en déplaçant ledit burin (10) relativement à ce plan selon un axe (Z) perpendiculaire au plan.

16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, comportant une étape d'usinage de coins rentrants ou sortants en déplaçant ledit burin dans deux sens différents en direction dudit coin.