FR2760670A1 - HIGH SPEED 4 AND 5 AXIS MACHINING CENTER - Google Patents
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Abstract
Description
CENTRE D'USINAGE A 4 ET 5 AXES TRES GRANDE VITESSE
La présente invention concerne un agencement particulier des axes rotatifs utilisés sur fraiseuse ou centre d'usinage à quatre et cinq axes.HIGH SPEED 4 AND 5 AXIS MACHINING CENTER
The present invention relates to a particular arrangement of rotary axes used on milling machines or machining centers with four and five axes.
Les machines existantes sont conçues pour obtenir des axes rotatifs supplémentaires ( appelés par convention axe B et C) aux trois axes linéaires classiques ( par convention X , Y et Z) par les différents moyens suivants: axe B obtenu par un plateau tournant incorporé à la table de la machine, axe C obtenu par oscillation de l'axe broche, axe B obtenu par un mouvement de basculement (tilting) du support de l'axe C, axes B et C obtenus par rotation de l'axe broche, ou toute autre combinaison des solutions énoncées ci-dessus. Existing machines are designed to obtain additional rotary axes (called by convention B and C axis) to the three conventional linear axes (by convention X, Y and Z) by the following different means: B axis obtained by a turntable incorporated in the machine table, axis C obtained by oscillation of the spindle axis, axis B obtained by a tilting movement of the support of the C axis, axes B and C obtained by rotation of the spindle axis, or any another combination of the solutions set out above.
L'usinage à grande vitesse rendu possible par l'utilisation de broches ayant des vitesses de rotation élevées ( de dix mille tours par minute à quarante mille tours par minute et plus) nécessite des machines ayant des vitesses, des accélérations et une précision de déplacement que ne peuvent atteindre les configurations existantes. The high speed machining made possible by the use of spindles having high rotational speeds (from ten thousand revolutions per minute to forty thousand revolutions per minute and more) requires machines having speeds, accelerations and precision of movement that existing configurations cannot reach.
Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient par une architecture de machine conférant vitesse, accélération , précision et rigidité. The device according to the invention overcomes this drawback by a machine architecture conferring speed, acceleration, precision and rigidity.
La figure I montre le dispositif selon l'invention (vue latérale). Figure I shows the device according to the invention (side view).
La figure 2 représente ce même dispositif vu de dessus. Figure 2 shows the same device seen from above.
La figure 3 montre une vue de profil en coupe de la machine. Figure 3 shows a sectional side view of the machine.
La figure 4 montre une vue arrière de la machine. Figure 4 shows a rear view of the machine.
La figure 5 montre une vue de dessus de la machine. Figure 5 shows a top view of the machine.
Une broche d'usinage (2) est reliée à un chariot (3) par un point pivot (Pi). Le point pivot peut être indifférement un cardan, une rotule lisse, une rotule à billes, à galets ou tout autre dispositif donnant deux degrés de liberté (rotation) sans jeu. A machining spindle (2) is connected to a carriage (3) by a pivot point (Pi). The pivot point can be either a universal joint, a smooth ball joint, a ball joint, roller joint or any other device giving two degrees of freedom (rotation) without play.
Le chariot (3) peut coulisser verticalement par rapport à un chariot (6). La liaison entre les deux chariots s'effectue par l'intermédiaire de guidages (4) et le déplacement est commandé par une vis à bille (5) accouplée à un moteur (7) relié au chariot (6) par un palier (8). Le déplacement du chariot (3) s'effectue suivant l axe Y+ et Y-.La a masse du chaiiot (3) est équilibrée par un vérin (39). The carriage (3) can slide vertically relative to a carriage (6). The connection between the two carriages takes place via guides (4) and movement is controlled by a ball screw (5) coupled to a motor (7) connected to the carriage (6) by a bearing (8) . The carriage (3) moves along the Y + and Y- axis. The mass of the cart (3) is balanced by a jack (39).
Le chariot (6) peut coulisser hol izontalelnellt par rapport à un montant (9). La liaison entre le chariot (6) et le montant (9) s'effectue par l~inlellllédiaire de guidages (10) et le déplacement est commandé par deux vis à billes (11) et (12) accouplées respecti\ement aux moteurs (li) et (14) chacun des moteurs étant relié au montant (9) par des paliers. respectivement (15) et (16). Le déplacement du chariot (6) s effectue suivant l'axe X+ et X-. The carriage (6) can slide hol izontalelnellt relative to an upright (9). The connection between the carriage (6) and the upright (9) is effected by the inlellllies of guides (10) and the movement is controlled by two ball screws (11) and (12) coupled respectively to the motors ( li) and (14) each of the motors being connected to the upright (9) by bearings. respectively (15) and (16). The carriage (6) moves along the X + and X- axis.
La broche d'usinage (2) est reliée sans jeu à un arbre extensible (1). Cet arbre peut être constitué indifférement de deux tubes coulissant l'un dans l'autre sans jeu suivant un guidage qui peut être soit hydrostatique. soit par rampes à billes. soit par des patins prechargés. The machining spindle (2) is connected without play to an extendable shaft (1). This shaft can be made up indifferently of two tubes sliding one inside the other without play following a guide which can be either hydrostatic. either by ball rails. either by preloaded pads.
L'une des extrémités coulissantes du tube (1) est reliée à la broche d'usinage (2) tandis que l'autre extrémité est reliée à un chariot (]6) par l'intermédiaire d'un point pivot (P2) qui est de meme nature que le point pivot (PI). One of the sliding ends of the tube (1) is connected to the machining spindle (2) while the other end is connected to a carriage (] 6) via a pivot point (P2) which is of the same nature as the pivot point (PI).
Le chariot (16) peut coulisser verticalement par rapport à un chariot (19). La liaison entre les chariots (16) et (19) s'effectue par l'intermédiaire de guidages (17) et le déplacement est commandé par une vis à bille (18) accouplée à un moteur (20) relié au chariot (19) par un palier (2]). Le déplacement du chariot (16) s'effectue suivant l'axe Yl+et Y1- La masse du chariot (16) est équilibrée par un vérin (40). The carriage (16) can slide vertically relative to a carriage (19). The connection between the carriages (16) and (19) takes place by means of guides (17) and the movement is controlled by a ball screw (18) coupled to a motor (20) connected to the carriage (19) by a bearing (2]). The carriage (16) moves along the axis Yl + and Y1- The mass of the carriage (16) is balanced by a jack (40).
Le chariot (19) peut coulisser horizontalement par rapport au montant (9). La liaison entre le chariot (19) et le montant (9) s'effectue par l'intermédiaire de guidages (22) et le déplacement est commandé par deux vis à billes (23) et (24) accouplées respectivement à des moteurs (25) et (26), chacun des moteurs étant relié au montant (9) par des paliers (27) et (28). Le déplacement du chariot (19) s'effectue suivant l'axe Xl+ et X1-. The carriage (19) can slide horizontally relative to the upright (9). The connection between the carriage (19) and the upright (9) is effected by means of guides (22) and the movement is controlled by two ball screws (23) and (24) coupled respectively to motors (25 ) and (26), each of the motors being connected to the upright (9) by bearings (27) and (28). The carriage (19) moves along the axis Xl + and X1-.
Le montant (9) peut coulisser horizontalement suivant l'axe Z+ et Z- par rapport à un bati (29). The upright (9) can slide horizontally along the axis Z + and Z- relative to a frame (29).
La liaison entre le montant (9) et le bati (29) s'effectue par l'intermédiaire de guidages (30) et le déplacement est commandé par une vis à bille (31) accouplée à un moteur (32) relié au bati (29) par un palier (33).The connection between the upright (9) and the frame (29) takes place via guides (30) and the movement is controlled by a ball screw (31) coupled to a motor (32) connected to the frame ( 29) by a bearing (33).
Une table de travail (34) sur laquelle vient se fixer la pièce à usiner est rendue solidaire du bati (29) par l'intermédiaire d'un support (35). A work table (34) on which the workpiece is fixed is made integral with the frame (29) by means of a support (35).
Dans l'exemple représenté un axe (36) permet de présenter successivement face à la broche les plans de travail (34) , (37) , (38) de sorte que l'on peut charger et décharger les pièces sur le plan (37) pendant que la broche (2) usine les pièces fixées sur le plan de travail (34).In the example shown, an axis (36) makes it possible to present the work surfaces (34), (37), (38) successively opposite the spindle so that the parts can be loaded and unloaded on the plane (37 ) while the spindle (2) is machining the parts fixed to the worktop (34).
D'autres configurations sont possibles avec uniquement deux faces de travail. plus de trois faces ou bien un système de navette venant s'arrimer automatiquement sur le bati (29). Other configurations are possible with only two working faces. more than three sides or a shuttle system coming to dock automatically on the frame (29).
La machine est représentée, pour plus de clarté, sans carénages; elle peut entre équipée d'un évacuateur de copeaux dans la zone (38) ainsi que d'un changeur automatique d'outils en relation avec la broche (2). The machine is shown, for clarity, without fairings; it can be fitted with a chip evacuator in the area (38) as well as an automatic tool changer in relation to the spindle (2).
Lorsque l'axe de la broche (2) est perpendiculaire au plan de travail (34) que le chariot (16) se déplace de manière synchrone avec le chariot (3), et que le chariot (19) se déplace de manière synchrone avec le chariot (6), la machine se comporte comme un centre d'usinage classique qui travaille suivant les axes X, Y, Z. When the axis of the spindle (2) is perpendicular to the work plane (34) the carriage (16) moves synchronously with the carriage (3), and the carriage (19) moves synchronously with the carriage (6), the machine behaves like a conventional machining center which works along the axes X, Y, Z.
Lorsque le chariot (16) va plus vite ou moins vite que le chariot (3) , I'arbre coulissant (I) s'expanse, et les points pivots (Pl) et (P2) permettent à la broche de pivoter suivant une rotation C+ ou
C-.When the carriage (16) moves faster or slower than the carriage (3), the sliding shaft (I) expands, and the pivot points (Pl) and (P2) allow the spindle to pivot according to a rotation C + or
VS-.
Lorsque le chariot (19) va plus vite ou moins vite que le chariot (6), I'arbre coulissant (I) change de longueur et les points pivots (Pl) et (P2) permettent à la broche de pivoter suivant une rotation B+ ou B-. When the carriage (19) moves faster or slower than the carriage (6), the sliding shaft (I) changes in length and the pivot points (Pl) and (P2) allow the spindle to pivot according to a rotation B + or B-.
La combinaison des mouvements précédents permet donc d'obtenir un centre d'usinage ayant cinq axes, trois linéaires X, Y, Z et deux rotatifs B et C. The combination of the preceding movements therefore makes it possible to obtain a machining center having five axes, three linear X, Y, Z and two rotary B and C.
Cette configuration machine donne un débattement limité des axes B et C ( + ou - 30 par exemple). On peut pallier cette limitation en fixant la pièce sur la table (34) par l'intermédiaire d'un plateau rotatif qui permettra d'obtenir les angles complémentaires. This machine configuration gives a limited travel of axes B and C (+ or - 30 for example). This limitation can be overcome by fixing the part on the table (34) by means of a rotary plate which will make it possible to obtain the complementary angles.
En résumé, les caractéristiques de l'invention sont les suivantes 1) La machine-outil d'usinage grande vitesse à trois, quatre ou cinq axes comprend une broche 2 reliée à un chariot 3 se déplaçant verticalement suivant des guidages 4 par l'intermédiaire d'une vis à bille 5 et d'un moteur 7 et se déplaçant horizontalement suivant des guidages par 1 ' intermédiaire des vis à billes 11 et 12 et des moteurs 13 et 14 ; à l'arrière du montant 9 un chariot 16 se déplaçant verticalement sur des guidages 17 par l'intermédiaire d'une vis à bille 18 et d'un moteur 20 et se déplaçant horizontalement suivant des guidages 22 par l'intermédiaire de vis à billes 23 et 24 et de moteurs 25 et 26 ; un arbre coulissant préchargé sans jeu 1 est relié à la broche 2 et au chariot 16 de sorte que les points pivots P1 et P2 génèrent les axes rotatifs B et C de la broche. In summary, the characteristics of the invention are as follows 1) The high-speed machining tool with three, four or five axes comprises a spindle 2 connected to a carriage 3 moving vertically along guides 4 via a ball screw 5 and a motor 7 and moving horizontally along guides by one through ball screws 11 and 12 and motors 13 and 14; behind the upright 9 a carriage 16 moving vertically on guides 17 by means of a ball screw 18 and a motor 20 and moving horizontally along guides 22 by means of ball screws 23 and 24 and motors 25 and 26; a preloaded sliding shaft without play 1 is connected to the spindle 2 and to the carriage 16 so that the pivot points P1 and P2 generate the rotary axes B and C of the spindle.
2) Les cinq axes de la broche X, Y, Z, B et C sont obtenus par des mouvements linéaires.: l'axe rotatif B résulte de la combinaison des deux axes linéaires X et X1, de même l'axe rotatif C résulte de la combinaison des deux axes linéaires Y et Y1.2) The five axes of the spindle X, Y, Z, B and C are obtained by linear movements: the rotary axis B results from the combination of the two linear axes X and X1, similarly the rotary axis C results of the combination of the two linear axes Y and Y1.
3) Les moteurs d'axes sont soit des vis à billes entraînées par des moteurs rotatifs, soit des moteurs linéaires, soit une combinaison des deux solutions précédentes.3) The axis motors are either ball screws driven by rotary motors, or linear motors, or a combination of the two previous solutions.
4) Les points pivots ont un entraxe variable qui peut être obtenu soit par deux tubes coulissant lrun dans l'autre et guidés l'un par rapport à l'autre soit par des rampes à billes, soit par des patins préchargés, soit par des paliers hydrostatiques, soit par un arbre coulissant dans l'articulation du point pivot P2.4) The pivot points have a variable center distance which can be obtained either by two tubes sliding in each other and guided in relation to each other either by ball ramps, or by preloaded pads, or by hydrostatic bearings, either by a sliding shaft in the articulation of the pivot point P2.
5) L'axe X ou les axes X et Y sont obtenus par translation de la table de travail.5) The X axis or the X and Y axes are obtained by translation of the work table.
6) La pièce peut être fixée sur la table de travail 34 par l'intermédiaire d'un plateau tournant 3600 de façon à pouvoir réaliser les angles complémentaires au débattement de la broche.6) The part can be fixed to the work table 34 by means of a turntable 3600 so as to be able to make the angles complementary to the travel of the spindle.
7) Les chariots 3 et 16 sont directement mobiles par rapport au montant 9 (les chariots 6 et 19 sont supprimés), la broche dans ce cas n'a plus que quatre degrés de liberté soit les axes X, Y, Z et C.7) The carriages 3 and 16 are directly movable relative to the upright 9 (the carriages 6 and 19 are deleted), the spindle in this case has only four degrees of freedom or the axes X, Y, Z and C.
8) La distance entre la face de la broche 2 et le point pivot P1 peut être réduite significativement de façon à limiter les débattements de l'extrémité de l'outil. 8) The distance between the face of the spindle 2 and the pivot point P1 can be significantly reduced so as to limit the deflections of the end of the tool.
Claims (6)
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| FR9703236A FR2760670B1 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | HIGH SPEED 4 AND 5 AXIS MACHINING CENTER |
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1998
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- 1998-03-11 WO PCT/FR1998/000499 patent/WO1998040797A1/en active Application Filing
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2760670B1 (en) | 1999-06-11 |
| WO1998040797A1 (en) | 1998-09-17 |
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| ST | Notification of lapse |