FR2528745A1 - Three-plane movement controller for machine tool - uses processor to determine displacement and angle data from cartesian coordinates to reference point - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé pour déplacer tridimensionnellement un outil et machine-outil pour sa mise en oeuvre. Method for three-dimensional movement of a tool and machine tool for its implementation.
La présente invention concerne les machines-outils et plus particulièrement la commande des déplacements d'un outil d'une machine-outil, notamment une fraiseuse. The present invention relates to machine tools and more particularly the control of the movements of a tool of a machine tool, in particular a milling machine.
Dans une fraiseuse, on est amené à déplacer 11 outil tridimensionnellement, d'une manière générale à l'aide de trois chariots coulissant respectivement les uns sur les autres suivant trois directions perpendiculaires entre elles. In a milling machine, it is necessary to move the tool three-dimensionally, generally by means of three carriages sliding respectively on each other in three directions perpendicular to each other.
les solutions mécaniques qui ont été préconisées pour la réalisation d'un ensemble mobile de trois chariots combinés pour obtenir le déplacement de l'outil dans l'espace présentent de nombreuses imperfections. the mechanical solutions which have been recommended for the production of a mobile assembly of three combined carriages for obtaining the displacement of the tool in space have numerous imperfections.
En effet, bien que les meilleures glissières recti vignes de type précontraint assurent une rigidité supérieure à celle de glissières lisses de même longueur, cette rigidité n'est cependant pas suffisante pour qu'un ensemble de trois chariots superposés ne présente pas d'effet de déformation. In fact, although the best preloaded recti vines slides provide greater rigidity than smooth slides of the same length, this rigidity is however not sufficient for a set of three stacked carriages to have no deformation.
En conséquence, la plupart des machines à fraiser comporte généralement, d'une part un ensemble de deux chariots sur lesquels est fixée la pièce à usiner ou la broche tournante porte-outil et, d'autre part,un troisième chariot indépendant équipé de la broche ou de la pièce, respecttrement. Consequently, most milling machines generally comprise, on the one hand, a set of two carriages on which the workpiece or the rotating tool-holder spindle is fixed, and, on the other hand, a third independent carriage equipped with the spindle or part, respectfully.
Cette disposition présente d'autres inconvénients le chariot porte-pièce étant mobile, le chargement automatique est moins aisé et la position de chargement-déchargement impose des déplacements importants, car le chariot mobile porte-pièce est plus grand qu'un simple porte-pièce. This arrangement has other drawbacks since the workpiece carrier trolley is mobile, automatic loading is less easy and the loading-unloading position requires considerable movement, since the mobile workpiece carrier trolley is larger than a simple workpiece carrier .
les deux chariots combinés et le chariot seul ne doivent pas interférer dans leurs déplacements ce qui impose des porte-à-faux importants de la broche porte-outil pour ménager l'espace indispensable de dégagement. the two combined trolleys and the trolley alone must not interfere in their movements, which imposes significant overhangs of the tool-holder spindle to save the essential clearance space.
Enfin, la conception des bridages de la pièce doit tenir compte de la géométrie du chariot porte-pièce, ce qui impose certaines contraintes. Finally, the design of the workpiece clamps must take into account the geometry of the workpiece carrier, which imposes certain constraints.
La présente invention a pour but une machine-outil à oom- mande numérique dans laquelle les déplacements tridimensionnels de l'outil sont assurés par un ensemble mobile rigide et compact limitant les porte-à-faux et permettant toute conception du porte-pièce désirable. The object of the present invention is a machine tool with digital control in which the three-dimensional movements of the tool are ensured by a rigid and compact mobile assembly limiting the overhangs and allowing any desirable design of the workpiece carrier.
L'invention a pour objet un procédé pour déplacer tridimensionnellement un outil de machine-outil parallèlement à lui-m#me, caractérisé en ce qu'on donne à l'outil trois possibilités de déplacement contrôlé suivant un cercle d'un plan perpendiculaire à l'axe de l'outil, ainsi que parallèlement à un axe de ce plan et à un axe perpendiculaire à ce plan, et en ce qu'on coordonne les déplacements de l'outil simultanément suivant ces trois possibilités pour suivre un parcours prédéterminé. The subject of the invention is a method for three-dimensional movement of a machine tool tool parallel to itself, characterized in that the tool is given three possibilities of controlled movement along a circle of a plane perpendicular to the axis of the tool, as well as parallel to an axis of this plane and to an axis perpendicular to this plane, and in that the movements of the tool are coordinated simultaneously according to these three possibilities to follow a predetermined path.
Dans un tel procédé, il est avantageux de limiter en cours d'usinage les déplacements de l'outil à l'intérieur d'un parallélépipède rectangle dont la hauteur correspond à une course prédéterminée de l'outil perpendiculairement au plan du cercle, et dont le rectangle de base est inscrit dans l'espace compris entre deux moitiés parallèles du cercle séparées d'une distance correspondant à une course prédéterminée de l'outil parallèlement au plan du cercle. In such a method, it is advantageous to limit the movements of the tool during machining inside a rectangular parallelepiped whose height corresponds to a predetermined travel of the tool perpendicular to the plane of the circle, and whose the basic rectangle is inscribed in the space between two parallel halves of the circle separated by a distance corresponding to a predetermined stroke of the tool parallel to the plane of the circle.
Suivant un tel procédé, on peut amener l'outil en dehors de l'usinage dans une position extrême d'une portion du cercle extérieure au rectangle de base. According to such a method, the tool can be brought outside of the machining in an extreme position of a portion of the circle outside the basic rectangle.
Un tel procédé permet de déterminer les déplacements de l'outil suivant les coordonnées cartésiennes du parcours envisagé. Such a method makes it possible to determine the displacements of the tool according to the Cartesian coordinates of the envisaged course.
L'invention a également pour objet une machine-outil mettant en oeuvre un tel procédé et caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-outil monté excentriquement sur un tambour rotatif pivotant sur un premier chariot qui coulisse, parallèlement à l'axe du tambour, sur un second chariot coulissant, perpendiculairement au premier chariot, sur un banc de la machine-outil, et en ce que des moyens d'entrainement assurent la rotation du tambour et la translation des chariots sous la coordination de moyens de commande programmables. The invention also relates to a machine tool implementing such a method and characterized in that it comprises a tool holder mounted eccentrically on a rotary drum pivoting on a first carriage which slides, parallel to the axis of the drum , on a second sliding carriage, perpendicular to the first carriage, on a bench of the machine tool, and in that drive means ensure the rotation of the drum and the translation of the carriages under the coordination of programmable control means.
Dans un mode de réalisation avantageux, les moyens d'entraînement du tambour le font pivoter sur une portion d'un même demi-tour pour l'usinage et l'amènent sur l'autre demi-tour pour le changement d'outil et/ou changement de pièces à usiner. In an advantageous embodiment, the drum drive means rotate it on a portion of the same half-turn for machining and bring it on the other half-turn for tool change and / or change of workpieces.
Une telle machine peut comporter un porte-pièce immobile en translation et déplaçable angulairement suivant deux axes de rotation perpendiculaires entre eux et à l'axe de l'outil. Such a machine may include a workpiece holder which is stationary in translation and angularly movable along two axes of rotation perpendicular to each other and to the axis of the tool.
Une machine suivant l'invention peut comporter des moyens de commande numérique à programmation en coordonnées cartésiennes. A machine according to the invention may include digital control means with programming in Cartesian coordinates.
La valeur des déplacements de l'outil est ainsi déterminée par rapport à un point d'origine commun à trois axes perpendiculaires, chaque déplacement étant parallèle à l'une de ces directions. The value of the tool displacements is thus determined relative to a common point of origin with three perpendicular axes, each displacement being parallel to one of these directions.
L'ensemble de ces valeurs définit les coordonnées cartésiennes du point à atteindre par les déplacements. The set of these values defines the Cartesian coordinates of the point to be reached by the displacements.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawings which represent, by way of nonlimiting example, an embodiment of the invention.
Sur ces dessins
La figure 1 est un diagramme rappelant la définition des coordonnées d'un point,
la figure 2 est un schéma montrant le réglage du centre d'une mol ette coupante sur un porte-outil intérieur de tour, suivant un procédé classique,
la figure 3 est une vue schématique partielle du porte-outil d'une machine-outil suivant l'invention,
les figures 4 à 8 sont des schémas des déplacements d'un outil suivant le procédé de l'invention.On these drawings
FIG. 1 is a diagram recalling the definition of the coordinates of a point,
FIG. 2 is a diagram showing the adjustment of the center of a cutting blade on an internal lathe tool holder, according to a conventional method,
FIG. 3 is a partial schematic view of the tool holder of a machine tool according to the invention,
Figures 4 to 8 are diagrams of the movements of a tool according to the method of the invention.
la figure 9 est une vue schématique en perspective d'une machine à fraiser suivant l'invention. Figure 9 is a schematic perspective view of a milling machine according to the invention.
L'invention est basée sur la définition de la position d'un point dans un plan suivant des coordonnées géométriques qui permettent d'utiliser, de façon très avantageuse, la commande numérique et les calculateurs modernes. The invention is based on the definition of the position of a point in a plane along geometric coordinates which make it possible to use, very advantageously, numerical control and modern computers.
Comme représenté sur la figure 1, on définit la position d'un point 1 par sa distance a à un point d'origine 0 et l'angle b que fait le segment de droite joignant ces deux points avec l'axe de référence X-X' passant par le point 0. As shown in Figure 1, we define the position of a point 1 by its distance a to a point of origin 0 and the angle b made by the line segment joining these two points with the reference axis XX ' passing through point 0.
Par rapport à un point 3 placé sur cet axe de référence à une distance c du point 0, on définira les coordonnées
X et Y du point 1 par rapport au point 3 par les relations
X = c + a cos.b, et Y = a sin.b.With respect to a point 3 placed on this reference axis at a distance c from point 0, the coordinates will be defined
X and Y of point 1 compared to point 3 by the relations
X = c + a cos.b, and Y = a sin.b.
Ce mode de définition de la position d'un point est utilisé empiriquement depuis longtemps dans les ateliers, notamment pour le réglage du centre d'une molette coupante de forme, montée sur un porte-outil intérieur de tour. This mode of defining the position of a point has been used empirically for a long time in workshops, in particular for adjusting the center of a cutting wheel of form, mounted on an interior tool holder for a lathe.
Comme représenté sur la figure 2, pour amener le centre 1 de la mo 1 ette 4 à une hauteur différente de la valeur d du centre 37 de la pièce à tourner, on tourne la broche porte-molette excentrée 8 dans le logement du porte-barre 9 jusqu'à ce que l'on obtienne la différence de hauteur d. As shown in FIG. 2, to bring the center 1 of the mo 1 ette 4 to a height different from the value d of the center 37 of the part to be turned, the eccentric knurling spindle 8 is turned in the holder housing bar 9 until the height difference d is obtained.
Ainsi, on assure à la fois le profil de la forme recherchée et l'angle de dépouille de l'outil. Puis, par un déplacemenl transversal, on ajuste la position de la pointe de l'outil. Thus, both the profile of the desired shape and the clearance angle of the tool are ensured. Then, by a transverse displacement, the position of the tool tip is adjusted.
Cette intervention est manuelle et ne nécessite aucun calcul de la part de l'opérateur. Ce dernier tourne la bague 8 jusqu'au moment où elle a compensé la dénivellation Y entre le centre du porte-barre 9 et le centre de la pièce à tourner 6. I1 ne connaît pas l'angle b
Dans le mouvement d'approche de la molette vers la pièce, l'opérateur ne tient pas compte du déplacement de la molette suivant la direction x - x' qui est la conséquent de la rotation de la bague 8.This intervention is manual and does not require any calculation on the part of the operator. The latter turns the ring 8 until it has compensated for the difference in level Y between the center of the bar holder 9 and the center of the part to be turned 6. I1 does not know the angle b
In the approach movement of the wheel towards the workpiece, the operator does not take into account the movement of the wheel in the direction x - x 'which is the consequence of the rotation of the ring 8.
On retrouve une disposition analogue dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3. A similar arrangement is found in the embodiment of the invention shown in FIG. 3.
La broche horizontale porte-outil 15 tourne dans une partie cylindrique excentrée 16 d'un tambour rotatif 14 logé dans un chariot 13 de forme cubique. The horizontal tool-holder spindle 15 rotates in an eccentric cylindrical part 16 of a rotary drum 14 housed in a carriage 13 of cubic shape.
Ce chariot 13 coulisse sur des glissières verticales fixées sur un chariot 10 coulissant sur des glissières horizontales 11 fixées sur un banc 12 à face verticale
Les glissières sont de forme classique et la rotation du tambour est assurée par entratnement d'une roue tangente montée sur le tambour dans lequel engrène une vis sans fin entratnée par un moteur à commande numérique. Ce mode d'entrainement classique n'est pas représenté et ne fait pas partie de l'invention.This carriage 13 slides on vertical slides fixed on a carriage 10 sliding on horizontal slides 11 fixed on a bench 12 with vertical face
The slides are of conventional shape and the rotation of the drum is ensured by driving a tangent wheel mounted on the drum in which engages an endless screw driven by a numerically controlled motor. This classic training mode is not shown and is not part of the invention.
Avec un tel dispositif, lorsque le chariot 10 est maintenu nmcbile le point central 17 de la broche 15 peut tre déplacé verticalement par montée ou descente du chariot 13 ou suivant une circonférence ayant pour rayon l'excentration e de la broche 15 sur le tambour 14. With such a device, when the carriage 10 is held nmcbile the central point 17 of the spindle 15 can be moved vertically by raising or lowering the carriage 13 or along a circumference having the eccentricity e of the spindle 15 on the drum 14 .
En combinant ces deux mouvements, on peut placer le point central 17 de la broche 15 à tout endroit d'une surface délimitée (figure 4) par deux segments des droites 18 et 19 égaux à la course verticale du chariot 13 et dune demi-circonférence 20-21 de rayon e. By combining these two movements, it is possible to place the central point 17 of the spindle 15 at any location on a surface delimited (FIG. 4) by two segments of lines 18 and 19 equal to the vertical stroke of the carriage 13 and of a semi-circumference 20-21 of radius e.
Si le dispositif suivant l'invention est appliqué sur une machine à pointer, on peut utiliser toute cette surface. Par contre, dans une machine à fraiser tous les parcours ne sont pas possibles et, par exemple (figure 5), on ne peut déplacer l'outil en ligne droite d'un point 23,se trouvant sur une demi-circonférence supérieure 22, à un point 24 situé sur une demi-circonférence inférieure 25. If the device according to the invention is applied to a pointing machine, all of this surface can be used. On the other hand, in a milling machine all the paths are not possible and, for example (FIG. 5), the tool cannot be moved in a straight line by a point 23, being on an upper half-circumference 22, at a point 24 located on a lower half-circumference 25.
Pour une machine à fraiser, la surface utilisable du contournage est limitée,si on ne tient pas compte de problème de vitesse de déplacement,à deux zone égales et symétriques (figures 6 et 7) définies chacune par deux demi-circonférences tournées dans le même sens 21 et 26 ou 20 et 27 et les deux droites 18 et 19. For a milling machine, the usable surface of the contouring is limited, if we do not take into account the problem of speed of movement, to two equal and symmetrical zones (Figures 6 and 7) each defined by two half-circumferences turned in the same direction 21 and 26 or 20 and 27 and the two straight lines 18 and 19.
Dans ces surfaces, par combinaison d'un mouvement semi-circulaire et d'un mouvement vertical linéaire, on peut décrire n'importe quelle courbe. In these surfaces, by combination of a semi-circular movement and a linear vertical movement, any curve can be described.
On retrouve ainsi les mêmes conditions dans lesquelles l'opérateur tourne la barre porte-molette pour mettre le centre de la molette à hauteur (figure 2). We thus find the same conditions in which the operator turns the wheel-holder to bring the center of the wheel up to height (Figure 2).
Dans le dispositif suivant l'invention, la programmation se fait en données cartésiennes et le calculateur détermine la valeur du déplacement vertical et celle de l'angle, sans que l'opérateur n'ait à se soucier des valeurs angulaires et des corrections à apporter sur le déplacement vertical. In the device according to the invention, the programming is done in Cartesian data and the computer determines the value of the vertical displacement and that of the angle, without the operator having to worry about the angular values and the corrections to be made. on vertical displacement.
il peut exister, cependant, des problèmes de vitesse de déplacement à proximité des droites 18 et 19 ou on peut être amené à prévoir de grandes vitesses de déplacement suivant l'axe X - X' pour de faibles déplacements suivant l'axe Y -Y'. there may exist, however, displacement speed problems near the lines 18 and 19 or it may be necessary to provide high displacement speeds along the axis X - X 'for small displacements along the axis Y -Y '.
En conséquence, il est préférable de limiter la zone utilisée pour l'usinage à une zone rectangulaire 28 (figure 7)choisie à l'écart des droites 18 et 19. Consequently, it is preferable to limit the zone used for machining to a rectangular zone 28 (FIG. 7) chosen away from the lines 18 and 19.
Cette disposition permet un changement facile des outils (ou de la pièce). En effet, par rotation du tambour 14 et montée du chariot 13, on amène la broche 15 rapidement en un point extrême 29 de la demi-circonférence 20 écarté de la zone de travail. This arrangement allows an easy change of tools (or part). Indeed, by rotation of the drum 14 and mounting of the carriage 13, the spindle 15 is brought quickly to an end point 29 of the half-circumference 20 away from the working area.
En complétant les déplacements décrits dans le plan du cercle 2 (figure 8) par des déplacements perpendiculaires suivant un axe 7,on peut ainsi déplacer le point 17 de la broche 15 à l'intérieur d'un parallélépi perde rectangle 33 ayant pour base le rectangle 28 dans le plan du cercle 2. By supplementing the displacements described in the plane of the circle 2 (FIG. 8) by perpendicular displacements along an axis 7, it is thus possible to move the point 17 of the spindle 15 inside a rectangular parallelepi 33 having for base the rectangle 28 in the plane of circle 2.
Le dispositif suivant l'invention , dont le chariot combiné évite le déplacement de la pièce en cours d'usinage, permet de réaliser un porte-pièce à deux axes de rotation perpendiculaires (figure 9). The device according to the invention, the combined carriage of which avoids the movement of the workpiece during machining, makes it possible to produce a workpiece carrier with two perpendicular axes of rotation (FIG. 9).
On retrouve sur le schéma de la figure 9 le dispositif représenté partiellement sur la figure 3. The device shown partially in FIG. 3 is found in the diagram in FIG. 9.
Une table porte-pièce 32 est fixée pivotante autour d'un axe horizontal 36 au centre d'un support 31 en forme de U couché. A workpiece table 32 is pivotally fixed about a horizontal axis 36 in the center of a support 31 in the shape of a coated U.
Ce support 31 pivote lui-même autour d'un axe vertical 35 entre une console inférieure 30 et une potence supérieure 34 fixée en bout du banc 12. This support 31 pivots itself around a vertical axis 35 between a lower console 30 and an upper bracket 34 fixed at the end of the bench 12.
Comme pour le tambour porte-broche, le contrôle de la rotation du support 31 et de la table porte-pièce 32 est assuré par un entraînement à roue tangente et vis sans fin entraîné par un moteur à commande numérique. As for the spindle drum, the control of the rotation of the support 31 and of the workpiece table 32 is ensured by a tangent wheel and worm drive driven by a numerically controlled motor.
-La potence supérieure offre un logement préférentiel pour la commande de rotation du support 31, alors que les câbles et autres conduits associés à la table portepièce 32 passent aisément par la console inférieure. -The upper bracket provides preferential housing for the rotation control of the support 31, while the cables and other conduits associated with the workpiece table 32 pass easily through the lower console.
Du fait de la oonception verticale du banc, la console inférieure 30 peut avoir avantageusement une forme dégagée par une double pente 37 qui permet une évacuation particulièrement facile des copeaux. Due to the vertical design of the bench, the lower console 30 can advantageously have a shape released by a double slope 37 which allows a particularly easy evacuation of the chips.
Le montage du porte-pièce indexable à deux axes pivotants est d'une grande rigidité et les glissières peuvent être aisément protégées,à l'écart du poste d'usinage. The mounting of the indexable workpiece carrier with two pivoting axes is very rigid and the slides can be easily protected, away from the machining station.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown, it is capable of numerous variants accessible to man.
de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. of art, depending on the applications envisaged and without departing from the scope of the invention.
Claims (8)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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FR2528745A1 true FR2528745A1 (en) | 1983-12-23 |
FR2528745B1 FR2528745B1 (en) | 1985-11-22 |
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ID=9275205
Family Applications (1)
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FR8210773A Expired FR2528745B1 (en) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | METHOD FOR THREE DIMENSIONALLY MOVING A TOOL AND MACHINE TOOL FOR IMPLEMENTING IT |
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