FR2681546A1 - Procede et machine d'usinage a commande numerique multi-axe. - Google Patents

Abstract

Dans ce procédé d'usinage utilisant une machine à commande numérique multi-axe, on fait tourner un porte-pièce (4) d'un mouvement pas à pas (rotation alpha) autour d'un axe (Z), on produit des mouvements rectilignes entre un outil (3) et le porte-pièce (4) respectivement le long d'axes (Z et X), et on fait en outre tourner l'outil (3) autour d'un axe (Y), ces divers mouvements étant commandés en réponse à des données correspondant à une surface désirée à produire sur une pièce (5). Le mouvement pas à pas de rotation (alpha) et les mouvements rectilignes sont utilisés pour réaliser une trajectoire en spirale de l'outil (3) sur la surface de la pièce (5) à usiner, tandis que le mouvement de rotation (beta) est utilisé pour obtenir la prise d'épaisseur voulue en des points successifs de la trajectoire en spirale.

Description

La présente invention concerne une machine d'usinage à commande numérique

multi-axe, utilisable pour produire une surface de n'importe quelle forme désirée et d'étendue finie sur une pièce, du type comprenant un porte-pièce sur lequel une pièce à usiner peut être fixée et qui est monté rotatif autour d'un premier axe géométrique, des premiers moyens d'entraînement reliés au porte-pièce pour le faire tourner autour du premier axe géométrique, un outil rotatif pour usiner une pièce fixée au porte-pièce, ledit outil ayant une surface active qui est une surface de révolution autour d'un axe de rotation de l'outil, des seconds moyens d'entraînement reliés à l'outil pour le faire tourner autour de son axe de rotation, un premier chariot, qui supporte un des deux éléments, à savoir le porte-piece et l'outil, et qui est mobile linéairement suivant un second axe géométrique parallèle au premier axe géométrique, des troisièmes moyens d'entraînement reliés au premier chariot pour le déplacer suivant ledit second axe géométrique, un second chariot, qui supporte un des deux éléments susdits et qui est mobile linéairement suivant un troisième axe géométrique perpendiculaire au premier axe géométrique et séquent avec lui, des quatrième moyens d'entraînement reliés au second chariot pour le déplacer suivant ledit troisième axe géométrique, ladite surface de révolution de l'outil ayant un centre qui est en permanence contenu dans le plan défini par les premier et troisième axes géométriques, des moyens de commanda reliés auxdits premiers, troisièmes et quatrièmes moyens d'entraînement pour déplacer l'outil et le porte-pièce l'un par rapport à l'autre en réponse à des données correspondant à une surface désirée à produire sur ladite pièce L'invention concerne également un procédé d'usinage utilisant une

telle machine.

On connaît déjà des machines de ce type (voir par exemple la demande de brevet N' EP-A-O 281 754 > Les machines de ce type sont notamment utilisables pour réaliser des surfaces asphériques, concaves ou convexes, par exemple des surfaces dites "surfaces progressives" ou surfaces à puissance variable, soit directement sur une ébauche de lentille ophtalmique, soit sur un bloc de matière propre à servir ensuite de forme d'affaissement pour la réalisation d'une lentille ophtalmique par affaissement thermique, soit encore sur un bloc de matière propre à servir ensuite de moule pour la réalisation d'une lentille ophtalmique par moulage d'une

matière organique.

La machine connue décrite dans la demande de brevet

européen sus-indiquée est une machine trois-axes, c'est-

à-dire une machine dans laquelle, en plus du mouvement de rotation propre de l'outil autour de son axe de rotation, il existe trois axes de mouvement relatif entre l'outil et le porte-pièce ou porte- ébauche, à savoir un mouvement de rotation du porte-pièce autour d'un premier axe géométrique, un mouvement de translation du porte-pièce, porté par un premier chariot, le long d'un second axe géométrique parallèle au premier axe géométrique, et un mouvement de translation de l'outil, porté par un second chariot, suivant un troisième axe géométrique perpendiculaire et sécant au premier axe géométrique Dans cette machine connue, les trois mouvements sus-mentionnés sont utilisés à la fois pour obtenir la trajectoire désirée en spirale de l'outil sur la surface de la pièce à usiner et la profondeur de passe ou prise d'épaisseur, c'est-à-dire la quantité de matière que l'outil doit enlever en séquence en des points successivement espacés le long de ladite trajectoire en spirale Il en résulte que le chariot qui supporte le porte-pièce doit effectuer un mouvement rectiligne oscillant, dont l'amplitude d'oscillation peut atteindre des valeurs relativement importantes, notamment dans le cas o la surface optique à usiner présente des rayons de courbure dont les valeurs sont très différentes dans le plan équateur et dans le plan méridien principal de la surface à usiner, c'est-à-dire chaque fois que par des rotations successives de 90 du porte-pièce autour du premier axe géométrique le point de contact entre l'outil et la surface à usiner passe du plan équateur au plan méridien principal, puis à nouveau au plan équateur, et ainsi de suite Un tel mode de fonctionnement est défavorable du point de vue de la précision d'usinage, du temps d'usinage et quant à la liberté de choix de la trajectoire d'usinage ou d'autres paramètres d'usinage En ce qui concerne la précision et le temps d'usinage, on notera que ces deux grandeurs sont très étroitement liées En effet, plus les vitesses

de déplacement ou d'oscillation de l'outil ou du porte-

pièce sont lentes, plus le temps d'usinage est long, mais plus la précision d'usinage augmente, car les erreurs de poursuite engendrées par les dispositifs d'asservissement de position (commandes numériques)

associés aux divers axes de mouvement sont plus faibles.

La présente invention a donc pour but de fournir une machine du type susindiquée, qui permette d'obtenir une grande précision d'usinage, avec un faible temps d'usinage, et qui donne une plus grande liberté quant au choix de la trajectoire de l'outil par rapport à la surface à usiner ou quant au choix d'autres paramètres d'usinage. A cet effet, la machine selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un élément de support, qui supporte l'outil et qui est mobile en rotation autour d'un quatrième axe géométrique, qui est orthogonal aux premier et troisième axes géométriques, et des cinquièmes moyens d'entraînement reliés audit élément de support pour le faire tourner autour du quatrième axe géométrique sous

la commande desdits moyens de commande.

Suivant une forme d'exécution de la présente invention, l'outil est de préférence supporté par ledit élément de support de telle sorte que l'axe de rotation

de l'outil soit parallèle au quatrième axe géométrique.

De préférence, le premier chariot supporte ledit élément de support et lesdits seconds et cinquièmes moyens d'entraînement, tandis que le second chariot supporte le

porte-pièce et lesdits premiers moyens d'entraînement.

Du fait que l'outil est mobile en rotation autour d'un quatrième axe géométrique, les trois autres mouvements autour ou le long des premier, second et troisième axes géométriques peuvent être consacrés exclusivement à définir la trajectoire de l'outil sur la surface de la pièce à usiner, tandis que le mouvement de rotation de l'outil autour du quatrième axe géométrique peut être consacré à l'obtention de la profondeur de passe ou prise d'épaisseur en chacun des points successifs de la trajectoire de l'outil sur la surface

de la pièce à usiner.

Suivant un autre aspect de la présente invention, celle-ci fournit donc un procédé d'usinage pour produire une surface de n'importe quelle forme désirée et d'étendue finie sur une pièce, à l'aide d'une machine à commande numérique multi-axe comprenant un outil rotatif et un portepièce auquel peut être fixée une pièce à

usiner, ce procédé consistant à faire tourner le porte-

pièce d'un mouvement pas à pas de rotation autour d'un premier axe géométrique, et à produire des premier et second mouvements relatifs rectilignes entre l'outil et le porte-pièce respectivement le long de second et troisième axes géométriques, dont l'un est parallèle et l'autre perpendiculaire et sécant au premier axe géométrique, ledit mouvement pas à pas de rotation et lesdits premier et second mouvements rectilignes étant commandés en réponse à des données correspondant à une surface désirée à produire sur ladite pièce, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à produire un mouvement relatif de rotation entre l'outil et le porte-pièce autour d'un quatrième axe géométrique orthogonal aux premier et troisième axes géométriques, également en réponse auxdites données, à utiliser ledit mouvement pas à pas de rotation et lesdits premier et second mouvements rectilignes uniquement pour réaliser une trajectoire en spirale de l'outil sur la surface de la pièce à usiner, et à utiliser ledit mouvement relatif de rotation autour du quatrième axe géométrique pour obtenir la prise d'épaisseur voulue en des points

successifs de ladite trajectoire en spirale.

Il est ainsi clair que l'on dispose d'une plus grande liberté de choix des paramètres d'usinage (forme et pas de la trajectoire en spirale, etc) En outre, en prenant des dispositions pour que le plan contenant le centre de l'outil et le quatrième axe géométrique reste approximativement vertical (lorsque le premier axe géométrique est vertical) au moins quand l'outil est en contact avec la région centrale de la surface à usiner, il est alors possible, comme on le verra en détail plus loin, d'obtenir un effet démultiplicateur ou réducteur du mouvement de l'outil par rapport au mouvement de l'élément de support autour du quatrième axe géométrique, effet réducteur qui a lieu dans le sens de la prise d'épaisseur et qui est donc particulièrement favorable pour améliorer la précision d'usinage de la surface dans le sens de ses rayons de courbure donc, dans le cas d'une lentille ophtalmique, pour améliorer la qualité de la correction de puissance optique

procurée par la lentille.

De plus, par la plus grande précision qu'il permet, l'effet réducteur donne aussi la possibilité d'utiliser un dispositif d'asservissement de position plus rapide, permettant ainsi d'abaisser sensiblement le temps

nécesaire à l'usinage d'une surface.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux au cours de la

description qui va suivre d'une forme d'exécution de

l'invention donnée à titre d'exemple en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective et en partie par bloc, montrant une machine d'usinage conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en partie en élévation et en partie en coupe verticale de la machine d'usinage;

la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-

III de la figure 2;

la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-

IV de la figure 3; la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 3, à plus grande échelle; les figures 7 et 8 sont des schémas permettant d'expliquer le fonctionnement de la machine d'usinage; les figures 9 et 10 sont des schémas montrant deux cinématiques possibles pour l'outil respectivement dans le cas d'une surface concave et dans le cas d'une

surface convexe.

L'invention va maintenant être décrite à propos d'une machine d'usinage à commande numérique multi-axe, destinée plus particulièrement à l'usinage des ébauches de lentilles ophtalmiques La machine d'usinage 1 représentée dans les figures 1 à 5 comprend un bâti 2, constitué par exemple par un bâti inférieur 2 a et un bâti supérieur 2 b superposés et fixés l'un à l'autre comme montré dans la figure 2 Dans le bâti 2 sont montés un outil rotatif 3, constitué par exemple par une meule sphérique, et un porte-pièce 4 de n'importe quelle construction connue propre à recevoir et à maintenir une pièce à usiner, par exemple une ébauche de lentille ophtalmique 5 Le porte-pièce 4 est accouplé à une broche rotative 6, d'axe vertical Z, qui est supportée par une table mobile ou chariot 7 et montée à rotation dans celui-ci L'extrémité inférieure de la broche 6 est accouplée à un ensemble d'entraînement composé d'un moteur à courant continu 8 et d'un réducteur 9 permettant de communiquer à la broche 6, donc à l'ébauche 5, un mouvement de rotation autour de l'axe Z. Un capteur de position angulaire 11 est associé à la broche 6 pour détecter la position angulaire de cette broche, donc celle de l'ébauche 5 Le capteur 1 l peut être constitué par un codeur rotatif de précision ( 9 000 traits) permettant d'obtenir une résolution électronique angulaire de 0,001 degré et une précision maximale du codeur de + 2,5 secondes d'arc (+ 0, 0007 degré) Le moteur 8 et le réducteur 9 sont par exemple dimensionnés de telle façon que la vitesse maximale de la broche 6 soit de 135 tr/mn et que le jeu mécanique à la sortie du réducteur 9 à l'inversion du sens de rotation

soit nul.

La table ou chariot 7 est montée dans le bâti supérieur 2 b de façon à pouvoir effectuer un mouvement de translation suivant un axe horizontal X, qui est perpendiculaire à l'axe Z et qui intersecte celui- ci A cet effet, le chariot 7 est monté sur le bâti supérieur 2 b par l'intermédiaire de deux rails à aiguilles 12 de haute précision (figures 2 et 4) Le chariot 7 peut être déplacé le long de l'axe X par un ensemble d'entraînement comprenant par exemple un moteur électrique 13 et une transmission à vis et écrou 14 transformant le mouvement de rotation du moteur 13 en un mouvement de translation, la vis 14 a de la transmission 14 étant par exemple accouplée à l'arbre de sortie 13 a du moteur 13 et l'écrou 14 b de ladite transmission étant accouplé au chariot 7 La vis 14 a peut être par exemple une vis à rouleaux satellites et elle peut avoir un pas de 2 mm La position du chariot 7 le long de l'axe X, donc la position de l'axe Z par rapport à un plan vertical fixe de la machine, qui est perpendiculaire à l'axe X et qui contient un axe Z' qui sera défini plus loin, peut être détectée au moyen d'un capteur de position linéaire 15, par exemple une règle incrémentale ayant une résolution électronique de 0,10 ja La précision de la règle peut être alors de 2,4 En intégrant la courbe d'erreur de mesure dans le système électronique de commande de la machine, on peut augmenter la précision et prétendre alors à une précision de contrôle du déplacement de i 1 i Le moteur 13 et la transmission 14 sont par exemple dimensionnés pour que la vitesse maximale de déplacement du chariot 7 soit de 3 m/mn et

le course de déplacement de 150 mm.

La meule 3 est montée sur une autre table mobile ou chariot 16, en forme de caisson creux, qui peut être déplacé en translation le long d'un axe géométrique vertical Z' qui est fixe par rapport au bâti 2 de la machine A cet effet, le chariot ou table caisson 16 est monté dans le bâti supérieur 2 b et guidé verticalement dans celui-ci par deux rails à aiguilles 17 de haute précision, semblables aux rails 12 qui guident la table ou chariot 7 Le chariot 16 peut être déplacé le long de l'axe Z' par un autre ensemble d'entraînement composé par exemple d'un moteur électrique 18 et d'une transmission à vis et écrou 19 semblables au moteur électrique 13 et à la transmission 14 Le moteur 18 est fixé à une traverse 21 du bâti inférieur 2 a et son arbre de sortie 18 a est accouplé à la vis 19 a de la transmission 19, tandis que l'écrou lob de cette transmission est accouplé au chariot 16 (figures 2 et 3) Comme la vis 14 a, la vis Iga peut être constituée par une vis à rouleaux satellites avec un pas de 2 mm. Le moteur 18 et la transmission 19 sont par exemple dimensionnés pour que la vitesse maximale de déplacement du chariot 16 soit de 1, 5 m/mn et que la course verticale du chariot 16 ait une amplitude de 100 mm La position du chariot 16 le long de l'axe Z' peut être détectée par un capteur de position linéaire 22 (figure 4) Le capteur 22 peut être semblable au capteur 15 utilisé en liaison avec le chariot 7 et il peut avoir la

même résolution électronique.

Selon une caractéristique de la présente invention, la meule 3 est supportée par un élément de support 23, qui est mobile en rotation autour d'un axe géométrique Y orthogonal aux axes géométriques X et Z L'élément de support 23 peut être par exemple constitué par un barillet cylindrique, dont l'axe est confondu avec l'axe Y Le barillet 23 est monté à rotation dans le chariot 16 à l'aide de plusieurs roulements à billes 24 servant également de butées axiales La surface active de la meule 3 a par exemple la forme d'une zone sphérique ayant un diamètre de 80 mm et une largeur de 25 mm La machine est conçue pour que le centre O de la meule 3 reste en permanence dans le plan défini par les axes X et Z au cours des mouvements du chariot 16 le long de l'axe Z' et au cours des mouvements de rotation du barillet cylindrique 23 autour de l'axe Y La meule 3 est fixée à l'une des extrémités d'une broche 25, dont l'axe s'étend de préférence parallèlement à l'axe Y et

qui est montée rotative dans le barillet cylindrique 23.

L'axe de la broche 25 est située à une distance

prédéterminée de l'axe Y du barillet cylindrique 23.

La broche 25 peut être entraînée en rotation à une vitesse variable de par exemple O à 7000 tr/mn, par un autre ensemble d'entraînement comprenant un moteur électrique 26 fixé au chariot 16, une première transmission à courroie sans fin 27, qui relie cinématiquement l'arbre de sortie 26 a du moteur 26 à un arbre intermédiaire de transmission 28, qui est coaxial au barillet cylindrique 23, et une seconde transmission à courroie sans fin 29, qui relie cinématiquement

l'arbre 28 à l'autre extrémité de la broche 25, c'est-à-

dire son extrémité opposée à celle qui porte la meule 3, comme montré dans la figure 5 Pour permettre l'installation de l'arbre intermédiaire 28 et de la transmission par courroie 29 dans le barillet cylindrique 23, celui-ci est segmenté axialement en trois parties 23 a, 23 b et 23 c, comme montré dans la figure 5, qui sont fixées les unes aux autres par des moyens non montrés La partie 23 c présente dans sa surface périphérique une large ouverture 31 permettant le passage de la transmission par courroie 27 A cet égard, on notera que le barillet 23 n'effectue jamais un mouvement de rotation sur un tour complet, mais seulement des mouvements limités d'oscillation autour de l'axe Y Dans ces conditions, il suffit de prévoir pour l'ouverture 31 une étendue angulaire un peu plus grande que l'amplitude maximale d'oscillation du barillet 23 autour de l'axe Y. Le barillet cylindrique peut être tourné autour de l'axe géométrique Y par un autre ensemble d'entraînement comprenant par exemple un chariot 32 (figure 3 et 5) qui est mobile en translation le long d'un axe géométrique W orthogonal à l'axe géométrique Y, des moyens moteurs 33, qui sont reliés fonctionnellement au chariot 32 pour le déplacer suivant l'axe W, et au moins deux bandes ou clinquants 34 a et 34 b, flexibles mais inextensibles, qui ont chacun une extrémité fixée au barillet cylindrique 23 Comme cela est plus particulièrement visible dans les figures 3 et 6, la bande 34 a s'enroule dans un premier sens autour d'une partie de la périphérie du barillet cylindrique 23 et a son autre extrémité attachée à une extrémité du chariot 32, tandis que l'autre bande 34 b s'enroule dans le sens opposé au premier sens autour d'une partie de la périphérie du barillet 23 et a son autre extrémité attachée à l'autre extrémité du chariot 32 Pour des raisons d'équilibrage des points d'application des forces appliquées au barillet cylindrique 23 par les bandes 34 a et 34 b, l'une des deux bandes, par exemple la bande 34 b, est de préférence subdivisée en deux bandes parallèles qui ont chacune une largeur égale à la moitié de celle de la bande 34 a et qui sont disposées respectivement de part et d'autre de cette dernière comme montré dans la figure 6. Le chariot 32 est monté mobile à l'intérieur du chariot caisson 16 dans une partie supérieure élargie 16 a de celui-ci, par l'intermédiaire de deux rails à aiguilles 35 de haute précision, qui s'étendent parallèlement à l'axe W, lequel est ici horizontal et parallèle à l'axe X, mais pourrait avoir toute autre orientation perpendiculaire à l'axe Y Comme cela est plus particulièrement visible dans la figure 3, les moyens moteurs 33 peuvent comprendre par exemple un moteur électrique 36 et une transmission à vis et écrou 37 transformant le mouvement de rotation moteur 36 en un mouvement de translation pour le chariot 32 La vis 3 '7 a de la transmission 377 est accouplée à l'arbre de sortie 36 a du moteur 36, tandis que l'écrou 37 b de la transmission 37 est fixé au chariot 32 La vis 37 a peut être une vis semblable aux vis 14 a et i Oa des transmissions 14 et 19 déjà décrites plus haut Le moteur 36 et la transmission 37 sont par exemple dimensionnés pour que la vitesse maximale de rotation du barillet 23 soit d'environ 6,4 tr/mn, avec un rapport de réduction de 1/314 Avec un tel système d'entraînement, le barillet cylindrique 23 peut être tourné au choix dans l'un ou l'autre sens autour de l'axe Y en faisant tourner le moteur 36 dans l'un ou l'autre sens Un tel système d'entraînement peut paraître relativement compliqué Toutefois, il offre l'avantage de procurer une transmission sans jeu entre le barillet cylindrique 23 et le chariot 32 chaque fois que le sens de déplacement de celui-ci est inversé, donc la possibilité d'obtenir une position de rotation précise pour le

barillet cylindrique 23.

Un capteur de position angulaire 38 est prévu pour détecter la position angulaire du barillet 23, donc la position angulaire du centre O de la meule 3 sur un cercle centré sur l'axe Y Comme montré dans la figure , le capteur 38 peut être par exemple relié fonctionnellement à la partie 23 c du barillet cylindrique 23, qui fait saillie à l'extérieur du chariot caisson 16 à travers une ouverture à l'arrière de celui-ci, et il peut être supporté par un carter de protection 39, qui est lui-même fixé au chariot 16 et qui cache au moins partiellement la transmission par courroie 27 Le capteur 38 peut être par exemple constitué par un codeur rotatif de haute précision ( 36 000 traits) ayant une résolution électronique angulaire de 0,0001 degré, donnant une précision

maximale de + 0,00027 degré <+ 1 seconde d'arc).

Etant donné que pendant l'usinage le point de contact entre la face sphérique de la meule 3 et la surface à usiner de l'ébauche 5 évoluera en général sur la surface de la meule, sans rester constamment sur le même cercle de cette surface, on ne peut maîtriser l'usure de la meule Afin de remédier à cela, la machine d'usinage selon l'invention peut avantageusement comporter un système de regénération de la meule 3 Ce système de regénération, uniquement montré dans la figure 2, peut être par exemple constitué d'une meule boisseau 41 qui peut être entraînée en rotation par un moteur électrique 42 Le moteur 42 peut être par exemple porté par le carter de protection 43 qui entoure habituellement la meule 3 et le porte-pièce 4 et qui sert aussi habituellement de bac récupérateur pour le liquide de refroidissement qui est projeté sur la meule 3 et l'ébauche 5 en cours d'usinage La meule boisseau 41 peut avoir par exemple un diamètre intérieur de 38 mm lorsque la meule 3 a un diamètre de 8 Omm Chaque fois que la meule 3 doit être régénérée, le moteur 42 est mis en marche et la meule 3 est amenée en contact avec la meule 41 au moyen du chariot 16 et de l'ensemble

d'entraînement 18, 19 y associé.

Les divers éléments actifs de la machine d'usinage de la présente invention, comme par exemple les moteurs 8, 13, 18, 26, 36 et 42, sont commandés par un ordinateur représenté schématiquement dans la figure 1 sous la forme d'un bloc 44 En plus de ses sorties vers les éléments actifs sus-mentionnés, l'ordinateur 44 peut comporter au moins une autre sortie 45 pour commander d'autres éléments faisant partie de la machine d'usinage ou associés à celle-ci, comme par exemple, un dispositif

pour projeter le liquide de refroidissement sus-

mentionné, un dispositif de transfert (non montré) pour amener et mettre en place une ébauche sur le porte-pièce 4 et pour l'en évacuer une fois que l'usinage de l'ébauche est terminé, un éventuel dispositif de maintien (non montré) pour maintenir activement l'ébauche 5 dans le porte-pièce 4 pendant l'opération d'usinage de l'ébauche, un éventuel dispositif éjecteur (non montré) pour faciliter l'extraction de l'ébauche 5 hors du porte-pièce 4 une fois que l'usinage de l'ébauche est terminé, etc, ou encore une sortie reliée à un dispositif de visualisation pour

l'affichage de données au de messages.

L'ordinateur 44 reçoit les informations en provenance des divers capteurs 11, 15, 22 et 38 décrits plus haut L'ordinateur 44 comporte en outre au moins une autre entrée 46 pour recevoir d'autres informations comme par exemple des informations provenant de détecteurs de fin de course, comme il en est usuellement prévu dans les machines de ce genre, des informations provenant d'un clavier (non montré), au moyen duquel un opérateur peut entrer des données dans l'ordinateur 44, des informations provenant d'une ligne télématique permettant à l'ordinateur 44 de recevoir des instructions/ou d'échanger des informations avec des sites éloignés, Avec la machine d'usinage conforme à la présente invention qui a été décrite ci-dessus, tout point de la surface désirée sur l'ébauche 5 peut être défini par trois coordonnées d'un système de trois axes de coordonnées x, y et z, qui est fixe par rapport à l'ébauche 5, comme dans la demande de brevet européen sus-mentionnée EP-A-0 281 754 Ce système fixe de coordonnées est habituellement défini par des éléments complémentaires coopérant prévus respectivement dans le porte-pièce 4 et sur un bloc de montage fixé à l'ébauche 5 et reçu dans le porte-pièce 4 Les axes x, y et z peuvent être par exemple parallèles ou confondus avec les axes X, Y et Z décrits plus haut Par contre, avec la machine d'usinage de la présente invention, les trois coordonnées de chaque point de la surface désirée peuvent être transformées en quatre coordonnées pour le centre O de la meule 3 Ces quatre coordonnées sont les deux coordonnées X et Z mesurées suivant les deux axes X et Z, la coordonnée a (angle de rotation autour de l'axe Z) et la coordonnée P (angle de rotation autour de l'axe Y) Les trois premières coordonnées sus-indiquées X, Z et cx définissent la position du centre instantané de rotation ou centre d'oscillation CO de la meule 3 par rapport à la surface de l'ébauche 5 Ce point CO se trouve à l'intersection de l'axe Y avec le plan vertical qui est défini par les axes X et Z et qui contient également le centre O de la meule 3 La position de ce point GO peut être contrôlée au moyen des informations de position fournies par les capteurs 11, 15 et 22 décrits plus haut La coordonnée e permet de définir la position du centre O de la meule 3, donc la position du point de contact C (voir les figures 7 et 8), entre la meule 3 et la surface S de l'ébauche a usiner Ainsi, connaissant les quatre coordonnées X, Z, a et j et connaissant le rayon RN de la meule 3 (ce rayon est une donnée de construction, par exemple 40 mm dans l'exemple décrit plus haut, ou peut être mesuré après chaque régénération de la meule 3) et la longueur du segment 47 joignant les points O et CO (cette longueur est également une donnée de construction et est égale à la distance entre l'axe Y du barillet cylindrique 23 et l'axe géométrique de la broche 25), il est alors possible de définir la position du point de contact C entre la meule 3 et la surface S de l'ébauche à usiner, donc de définir tout point de surface désirée à usiner

avec la meule 3.

La conception de la machine de l'invention avec quatre axes (translations le long des axes X et Z, rotation a autour de l'axe Z et rotation P autour de l'axe Y) permet de réaliser des surfaces gauches (asphériques) concaves ou convexes L'utilisation de ces quatre axes offre l'avantage de maîtriser totalement la trajectoire de la meule 3 sur la surface de l'ébauche usinéeOn peut ainsi obtenir des spirales différentes suivant les lois d'usinage que l'on impose au départ On peut ainsi imposer que la trajectoire en spirale présente, au choix, par exemple: un pas constant en valeur d'arc sur équateur et méridien d'un tore; un pas constant en projection sur équateur et mêridient d'un tore; une profondeur du sillon de spirale constante sur équateur et méridien; méridien et équateur finis en même temps au bord du verre; méridien fini avant équateur au bord du verre; équateur fini avant méridien au bord du verre; etc Suivant la loi d'usinage choisie au départ, la cinématique qui en découle pour les points O et CO conduit à une orientation du segment 47 favorable à la précision d'usinage comme cela va maintenant être expliqué en faisant référence aux figures 7 et 8 dans le cas d'une surface S concave Dans les figures 7 et 8, R désigne le rayon de courbure de la surface travaillée S, dont le centre Q est aligné avec le centre O de la meule 3 et avec le point de contact C entre cette dernière et la surface S C désigne l'erreur en arc dûe à la somme de l'erreur mécanique (rigidité) et de l'erreur de poursuite de la commande numérique relative aux mouvements de rotation f 3 autour de l'axe Y (rotation du centre O de la meule 3 autour du centre instantané de rotation CO) Cette erreur a entraîne, pour chaque position calculée de 0 correspondant à un point de la surface désirée, une plage d'erreur de position de O représentée par l'arc,O O 00 dans les figures 7 et 8 f 3 désigne l'angle entre l'axe vertical Z' et le segment 47 joignant les points O et CO (le segment 47 sera appelé ci-après bielle d'oscillation) 3 ' désigne l'angle entre la bielle d'oscillation 47 et la droite joignant les points Q, O et C Le point C doit normalement être usiné avec la meule 3 centrée en O L'imprécision de positionnement de O a S provoque une erreur de génération du point C, dont les limites sont indiquées en C, et C 2 Cette erreur de génération entraîne une erreur i A sur la génération du rayon de courbure au point travaillé de la surface désirée, et une erreur ip suivant l'axe x D'après la figure 7, on voit que lorsque les angles P et J 3 ' ont une valeur relativement faible, c'est-à-dire lorsque la bielle d'oscillation 47 a une orientation proche de la verticale et que le point travaillé C se trouve dans la région centrale de la

surface S, l'erreur t est plus petite que l'erreur i e.

La bielle 47 procure un effet réducteur dans un rapport correspondant à l'inverse du rapport de la longueur d'un arc de cercle à la longueur de la flèche de cet arc Si D'( 20 ', on peut montrer que i A ' 0,5 j A cet égard, on notera que les longueurs des arcs Ol OO et CCC dans les figures 7 et 8 ont été fortement exagérées pour les

besoins de la description afin de mieux rendre visible

l'effet réducteur sus-mentionné L'erreur p engendrée suivant l'axe x provoque une erreur de pas de la trajectoire en spirale de la meule 3 sur la surface S. Cette erreur de pas est négligeable (l'incidence de p sur la position du point C est fonction de la valeur du rayon R travaillé et elle est de l'ordre de 0,lu) En comparant les figures 7 et 8, on voit que l'angle P' augmente lorsque le point C s'écarte du centre de la

surface S, c'est-à-dire se rapproche du bord de celle-

ci Suivant les cinématiques utilisées et suivant les rayons R travaillés, 3 ' pourra varier de 30 ' à 90 ' à un diamètre de l O Omm, on peut montrer que dans ces conditions L variera de i 0,75 p à i 2,1 i suivant la valeur de P' Il est à noter que l'erreur sur la réalisation du pas de la trajectoire en spirale dans la région du bord de la surface S diminuera par rapport à celle dans la région du centre de ladite surface,

puisque la valeur de l'angle D' augmente.

Ainsi, la conception originale de la machine d'usinage selon la présente invention avec la bielle d'oscillation 47 pour la meule 3 (rotation 3 autour de l'axe géométrique Y) et l'effet réducteur, qui en découle, permettent, suivant les positions des centres instantanés de rotation CO, d'optimiser au mieux les trajectoires désirées sur la surface à usiner et les

précisions d'usinage relatives à l'optique ophtalmique.

Par exemple, il est possible d'obtenir une précision qui est maximale au centre optique de la surface et qui diminue progressivement vers le bord de celle-ci On peut également envisager une cinématique telle que l'angle J 3 ' reste toujours inférieur à 20 depuis le centre de la surface jusqu'au bord de celle-ci, ce qui

permet de garder la même précision sur toute la surface.

Les figures 9 et 10 illustrent deux exemples possibles de cinématique pour le centre instantané de rotation CO et pour le centre O de la meule 3, respectivement pour une surface concave et une surface convexe Dans les figures 9 et 10, le numéro de référence 48 désigne la trajectoire du centre instantané de rotation GO quand le point de contact C entre la meule 3 et la surface à usiner se déplace depuis le centre de ladite surface vers son bord ou vice versa Si et 52 désignent respectivement le méridien et l'équateur de la surface, c'est-à-dire deux sections de la surface

par des plans perpendiculaires contenant l'axe Z (ou z).

47 désigne encore la bielle d'oscillation, c'est-à-dire le segment joignant les points O et CO Les signes prime ('), seconde ('') et tierce (''') ont été affectés aux symboles de référence CO, O, C et 47 pour désigner des positions différentes successives des éléments correspondants Des indices 1 et 2 ont également été affectés aux symboles de référence sus-mentionnés pour distinguer les positions des éléments correspondants respectivement associées au méridien SI et à l'équateur 52 de la surface Par exemple, lorsque le centre instantané de rotation occupe la position désignée par CO' sur la courbe 48, la bielle d'oscillation, le centre de la meule 3 et le point de contact entre la meule et la surface occupent respectivement les positions désignées par 47 '-, O 'î et C'I pour le méridien Si et les positions 47 ':, O'^ et C'^ pour l'équateur Sa La figure 9 correspond au cas o l'on impose une loi d'usinage telle que la trajectoire en spirale a un pas constant en arc sur équateur et méridien, dans le cas d'une surface concave dont l'équateur S a un rayon Rr de valeur infinie et un méridien Si de rayon Ri égal à mm La figure 10 correspond au cas o l'on impose une loi d'usinage telle que l'équateur et le méridien de la surface sont terminés en même temps, pour un verre base 7.50, addition 3 50, ayant un diamètre de 85 mm, le méridien Si et l'équateur S ayant respectivement un

rayon Ri de 45 mm et un rayon R 2 de 6 ? mm.

Il va de soi que la forme d'exécution de l'invention qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention C'est ainsi notamment que, au lieu de déplacer le porte-pièce 4 suivant l'axe X et l'outil 3 suivant l'axe Z (ou Z'), il est bien entendu possible de déplacer l'outil suivant l'axe X et le porte-pièce 4 suivant l'axe Z Il est également possible de donner à l'outil 3 uniquement un mouvement

de rotation JB autour de l'axe Y et de donner au porte-

pièce 4 les trois autres mouvements, à savoir les mouvements de translation le long des axes X et Z et le mouvement de rotation a autour de l'axe Z Ou encore, il est possible de donner au porte-pièce 4 uniquement le mouvement de rotation a autour de l'axe Z et de donner à l'outil 3, en plus de son mouvement propre de rotation, les trois autres mouvements, à savoir les deux mouvements de translation le long des axes X et Z et le mouvement de rotation 3 autour de l'axe Y En outre, bien que l'invention ait été plus particulièrement décrite à propos d'une machine pour l'usinage d'une ébauche 5 de lentille ophtalmique, en employant une meule appropriée et un porte-pièce approprié la machine de l'invention peut être également utilisée pour usiner un bloc de matière destiné ensuite à servir de forme d'affaissement pour la réalisation de lentilles ophtalmiques par affaissement thermique ou à servir de moule pour la réalisation de lentilles ophtalmiques en matières organiques polymérisables En outre, la machine de la présente invention peut être également utilisée, moyennant une adaptation de l'outil 3, comme machine de doucissage ou de polissage pour des surfaces

asphériques.

Claims (9)

R E V E N D I C A T I O S

1 Machine d'usinage à commande numérique multi-axe, utilisable pour produire une surface de n'importe quelle forme désirée et d'étendue finie sur une pièce ( 5), comprenant un porte-pièce ( 4) sur lequel une pièce à usiner peut être fixée et qui est monté rotatif autour d'un premier axe géométrique (Z), des premiers moyens d'entraînement ( 6, 8, 9) reliés au porte-pièce pour le faire tourner autour du premier axe géométrique, un outil rotatif ( 3) pour usiner une pièce ( 5) fixée au porte-pièce, ledit outil ayant une surface active qui est une surface de révolution autour d'un axe de rotation de l'outil, des seconds moyens d'entraînement ( 25-29) reliés à l'outil pour le faire tourner autour de son axe de rotation, un premier chariot ( 16), qui supporte un des deux éléments, à savoir le porte-pièce ( 4) et l'outil ( 3), et qui est mobile linéairement suivant un second axe géométrique (Z') parallèle au premier axe géométrique (Z), des troisièmes moyens d'entraînement ( 18, 19) reliés au premier chariot pour le déplacer suivant ledit second axe géométrique, un second chariot ( 7), qui supporte un des deux éléments susdits ( 3 et 4) et qui est mobile linéairement suivant un troisième axe géométrique (X) perpendiculaire au premier axe géométrique (Z) et sécant avec lui, des quatrièmes moyens d'entraînement ( 13, 14) reliés au second chariot pour le déplacer suivant ledit troisième axe géométrique, ladite surface de révolution de l'outil ayant un centre ( 0) qui est en permanence contenu dans le plan défini par les premier et troisième axes géométriques (Z et X), et des moyens de commande ( 44) reliés auxdits premiers, troisièmes et quatrièmes moyens d'entraînement ( 6, 8, 9; 18, 19; 13, 14) pour déplacer l'outil ( 3) et le porte-pièce ( 4) l'un par rapport à l'autre en réponse à des données correspondant à une surface désirée à produire sur ladite pièce ( 5), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un élément de support ( 23), qui supporte l'outil ( 3) et qui est mobile en rotation autour d'un quatrième axe géométrique (Y), qui est orthogonal aux premier et second axes géométriques (Z et X), et des cinquièmes moyens d'entraînement ( 32-34) reliés audit élément de support ( 23) pour le faire tourner autour dudit quatrième axe géométrique (Y) sous la commande desdits moyens de

commande ( 44).

2 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'outil ( 3) est supporté par ledit élément de support ( 23) de telle sorte que l'axe de rotation de

l'outil soit parallèle au quatrième axe géométrique (Y).

3 Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier chariot ( 16) supporte ledit élément de support ( 23) et lesdits seconds et

cinquièmes moyens d'entraînement ( 25-29; 32-34).

4 Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit élément de support ( 23) est constitué par un barillet cylindrique, dont l'axe est confondu avec ledit quatrième axe géométrique (Y) et qui est monté à rotation dans le premier chariot ( 16 ' autour dudit quatrième axe géométrique, et en ce que l'outil ( 3) est constitué par une meule sphérique, qui est fixée à l'une des extrémités d'une broche ( 25), dont l'axe est parallèle au quatrième axe géométrique (Y), est qui est montée rotative dans le barillet cylindrique ( 23), l'axe de ladite broche ( 25) étant situé à une distance

prédéterminée de l'axe du barillet cylindrique ( 23).

Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que les seconds moyens d'entraînement ( 25-29) comprennent un moteur ( 26) fixé au premier chariot ( 16), une première transmission à courroie sans fin ( 27) montée entre l'arbre de sortie ( 26 a) dudit moteur ( 26) et un arbre intermédiaire de transmission ( 28) qui est coaxial au barillet cylindrique ( 23), et une seconde transmission à courroie sans fin ( 29) montée entre ledit arbre intermédiaire ( 28) et l'autre extrémité de ladite

broche ( 25).

6 Machine selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les cinquièmes moyens d'entraînement ( 32-34) comprennent un troisième chariot ( 32), qui est monté mobile linéairement par rapport au premier chariot ( 16) dans une direction (W) orthogonale au quatrième axe géométrique (Y), des moyens moteurs ( 33) reliés fonctionnellement au troisième chariot ( 32) pour le déplacer suivant ladite direction orthogonale (W), et au moins deux bandes ( 34 a, 34 b), flexibles, mais inextensibles, qui ont chacune une extrémité fixée au barillet cylindrique ( 23), une première ( 34 a) des deux bandes s'enroulant dans un premier sens autour d'une partie de la périphérie dudit barillet cylindrique ( 23) et ayant son autre extrémité attachée à une extrémité dudit troisième chariot ( 32), tandis que la seconde bande ( 34 b) s'enroule dans le sens opposé au premier sens autour d'une partie de la périphérie dudit barillet ( 23) et a son autre extrémité attachée à l'autre

extrémité dudit troisième chariot ( 32).

7 Machine selon l'une quelconque des revendications

4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un capteur de positon angulaire ( 38), qui est porté par le premier chariot ( 16) et qui est couplé fonctionnellement au barillet cylindrique ( 23) pour en détecter la

position angulaire.

S Machine selon l'une quelconque des revendications

1 à 7, caractérisée en ce que le second chariot ( 7) supporte le portepièce ( 4) et lesdits premiers moyens

d'entraînement ( 6, 8, 9).

9 Procédé d'usinage pour produire une surface de n'importe quelle forme désirée et d'étendue finie sur une pièce, à l'aide d'une machine à commande numérique

multi-axe comprenant un outil rotatif ( 3) et un porte-

pièce ( 4) auquel peut être fixéeune pièce ( 5) à usiner, ce procédé consistant à faire tourner le porte-pièce ( 4) d'un mouvement pas à pas de rotation autour d'un premier axe géométrique (Z), et à produire des premier et second mouvements relatifs rectilignes entre l'outil ( 3) et le porte-pièce ( 4) respectivement le long de second et troisième axes géométriques (Z' et X), dont l'un (Z') est parallèle et l'autre (X) perpendiculaire et sécant au premier axe géométrique (Z), ledit mouvement pas à pas de rotation et lesdits premier et second mouvements rectilignes étant commandés en réponse à des données correspondant à une surface désirée à produire sur ladite pièce ( 5), caractérisé en ce qu'il consiste en outre à produire un mouvement relatif de rotation entre l'outil ( 3) et le porte-pièce ( 4) autour d'un quatrième axe géométrique (Y) orthogonal aux premier et troisième axes géométriques (Z et X), également en réponse auxdites données, à utiliser ledit mouvement pas à pas de rotation et lesdits premier et second mouvements rectilignes uniquement pour réaliser une trajectoire en spirale de l'outil ( 3) sur la surface de la pièce ( 5) à usiner, et à utiliser ledit mouvement relatif de rotation autour du quatrième axe géométrique (Y) pour obtenir la prise d'épaisseur voulue en des points

successifs de ladite trajectoire en spirale.