FR2986172A1

FR2986172A1 - MACHINING HEAD FOR MULTIAXIAL MACHINING CENTER

Info

Publication number: FR2986172A1
Application number: FR1250944A
Authority: FR
Inventors: Jacques Thibaut; Christophe Thibaut
Original assignee: THIBAUT
Current assignee: THIBAUT
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-02
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: FR2986172B1; WO2013114050A1

Abstract

L'invention concerne une tête d'usinage (1) pour centre d'usinage multiaxial, tête comprenant un berceau (3) susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe (B) par rapport à une pièce à usiner, et une broche (4) porte-outil montée sur le berceau et adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation (R) de l'outil, tête d'usinage caractérisée en ce que la broche est montée mobile en translation par rapport au berceau selon l'axe de rotation de l'outil. L'invention concerne également un centre d'usinage pour un travail selon au moins un axe, et de préférence selon plusieurs axes, centre d'usinage comprenant : . une tête d'usinage (1) telle que décrite ci-dessus, montée rotative (axe B) par rapport au support (8), . un moyen (2, 7) pour entraîner en rotation (axe C) le support (8) par rapport à un bâti, . un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner et . un moyen (2) pour entraîner en mouvement . un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti. Application au polissage cinq axes de matériaux durs tels que le granit, le marbre, le béton, ..., notamment dans le domaine du funéraire, de la décoration, du bâtiment, ... The invention relates to a machining head (1) for a multiaxial machining center, the head comprising a cradle (3) capable of being rotated along an axis (B) with respect to a workpiece, and a spindle (4) tool holder mounted on the cradle and adapted to drive a tool in rotation along an axis of rotation (R) of the tool, machining head characterized in that the spindle is mounted movable in translation relative to the cradle along the axis of rotation of the tool. The invention also relates to a machining center for working along at least one axis, and preferably along several axes, machining center comprising: a machining head (1) as described above, rotatably mounted (axis B) relative to the support (8),. means (2, 7) for rotating (C-axis) the support (8) relative to a frame,. a holding plate in position of a workpiece and. means (2) for driving in motion. means for driving said plate in motion relative to the frame. Application to five-axis polishing of hard materials such as granite, marble, concrete, ..., especially in the field of funeral, decoration, building, ...

Description

Tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial Domaine technique et état de l'art L'invention concerne une tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial, tête du type comprenant un berceau susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe par rapport à un support, et une broche porte-outil montée sur le berceau et adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation de l'outil. L'invention trouve notamment une application pour le polissage des matériaux tels que le granit, le marbre, le béton et les matériaux composites à l'aide d'un centre d'usinage à commande numérique adapté pour le travail en cinq axes continus ou positionnés. Les marchés visés par cette application sont principalement le domaine du funéraire, la décoration, le bâtiment, etc. The invention relates to a machining head for multiaxial machining center, head of the type comprising a cradle capable of being rotated along an axis relative to a support, and a tool pin mounted on the cradle and adapted to drive a tool in rotation along an axis of rotation of the tool. The invention finds particular application for the polishing of materials such as granite, marble, concrete and composite materials using a CNC machining center suitable for working in five continuous or positioned axes . The markets targeted by this application are mainly the field of funerary, decoration, building, etc.

Le polissage des matériaux tels que le granit, le marbre, le béton et les matériaux composites est réalisé aujourd'hui à l'aide d'un jeu d'outils travaillant sous un arrosage abondant (eau ou autre lubrifiant). Les outils abrasifs utilisés, à base de diamant ou de carbure de silicium synthétique, présentent une surface de polissage de granulométrie décroissante pour un polissage de plus en plus fin, et travaillent idéalement en pression pneumatique permettant d'avoir un effort constant sur le matériau à polir quel que soit le degré d'usure de l'outil. Cet effort sur le matériau à polir, appliqué perpendiculairement à la surface à polir, doit être adapté en fonction de la dureté du matériau à polir et de la granulométrie de la surface de polissage de l'outil abrasif. Une finesse de réglage de cet effort est nécessaire pour obtenir la finition requise (adouci sans trace, polissage éclatant et uniforme, etc.). Les centres d'usinage cinq axes actuellement disponibles sur le marché sont pour la plupart issus du domaine de l'usinage de pièces mécaniques. Ils sont équipés de manière connue de plateaux de maintien de la pièce à polir, plateaux mobiles en translation, et de têtes porte-outil rotatives selon les axes B et C habituels, l'ensemble permettant d'orienter l'outil par rapport à la pièce à usiner dans toutes les directions. Ils permettent de travailler soit en cinq axes positionnés ou en cinq axes continus. Les têtes porte-outil connues sont parfaitement adaptées pour les travaux d'enlèvement de matière comme la sculpture sur pierre par exemple. Par contre elles ne sont pas adaptées pour le polissage qui requiert un effort constant et parfaitement contrôlé de l'outil sur la surface à polir. The polishing of materials such as granite, marble, concrete and composite materials is carried out today using a set of tools working under heavy watering (water or other lubricant). The abrasive tools used, based on diamond or synthetic silicon carbide, have a polishing surface of decreasing granulometry for an increasingly fine polishing, and ideally work in pneumatic pressure to have a constant effort on the material to polish regardless of the degree of wear of the tool. This stress on the polishing material, applied perpendicular to the surface to be polished, must be adapted according to the hardness of the material to be polished and the granulometry of the polishing surface of the abrasive tool. A fine tuning of this effort is necessary to obtain the required finish (softened without trace, polishing and uniform polishing, etc.). The five-axis machining centers currently available on the market are mostly from the field of machining mechanical parts. They are equipped, in known manner, with holding trays for the part to be polished, trays movable in translation, and rotary tool heads along the usual axes B and C, the assembly making it possible to orient the tool with respect to the workpiece in all directions. They make it possible to work either in five positioned axes or in five continuous axes. The known tool heads are perfectly suited for the removal of material such as stone carving for example. By cons they are not suitable for polishing that requires a constant effort and perfectly controlled tool on the surface to be polished.

Pour pallier cette difficulté, certains fabricants ont développé des mandrins à ressort permettant d'appliquer un effort sur la surface à polir. Les principaux inconvénients de cette solution sont d'une part le prix élevé (un mandrin à ressort est nécessaire pour chaque outil abrasif) et d'autres part le manque de régularité de l'effort appliqué. En effet, la force de compression des ressorts décroit lors de l'usure des outils et par conséquent l'effort appliqué sur la surface à polir diminue. Cela entraîne un manque d'uniformité du polissage fortement préjudiciable. To overcome this difficulty, some manufacturers have developed spring-loaded mandrels to apply a force on the surface to be polished. The main disadvantages of this solution are on the one hand the high price (a spring mandrel is necessary for each abrasive tool) and on the other hand the lack of regularity of the applied force. Indeed, the compression force of the springs decreases during the wear of the tools and consequently the force applied on the surface to be polished decreases. This results in a lack of uniformity of the highly detrimental polishing.

Une autre solution technique disponible sur le marché est l'obtention d'une pression dite "électrique" obtenue en contrôlant le couple délivré par les moteurs d'axe ou les moteurs de broche du centre d'usinage. Cette solution permet d'obtenir des résultats acceptables (en terme d'uniformité du polissage) sur les centres trois et quatre axes numérisés qui travaillent toujours avec la broche verticale. Par contre, les résultats ne sont pas satisfaisants sur les centre d'usinage cinq axes sur lesquels l'effort appliqué doit être constant quelle que soit l'orientation de la broche. Another technical solution available on the market is to obtain a so-called "electrical" pressure obtained by controlling the torque delivered by the spindle motors or the spindle motors of the machining center. This solution makes it possible to obtain acceptable results (in terms of uniformity of the polishing) on the digitized centers three and four axes which always work with the vertical pin. On the other hand, the results are not satisfactory on the five-axis machining centers on which the applied force must be constant whatever the orientation of the spindle.

Une autre solution envisageable serait l'utilisation de capteur d'effort au niveau de l'outil porté par la broche. Mais cette solution est très onéreuse et incompatible avec le prix de marché des centres de polissage. De plus cette solution est encombrante au niveau de la broche et génère un porte-à-faux supplémentaire au niveau de la broche. L'invention propose une nouvelle tête d'usinage, particulièrement bien adaptée pour le polissage et ne présentant pas tout ou partie des inconvénients des solutions connues décrites ci-dessus. Description de l'invention Ainsi, l'invention propose une nouvelle tête d'usinage pour centre d'usinage multiaxial, tête comprenant un berceau et une broche porte-outil. Le berceau est susceptible d'être entraîné en rotation selon un axe par rapport à un support. Another possible solution would be the use of force sensor at the tool carried by the spindle. But this solution is very expensive and incompatible with the market price of polishing centers. Moreover, this solution is cumbersome at the spindle and generates an additional cantilever at the spindle. The invention proposes a new machining head, particularly well suited for polishing and not having all or some of the disadvantages of the known solutions described above. DESCRIPTION OF THE INVENTION Thus, the invention proposes a new machining head for multiaxial machining center, head comprising a cradle and a tool-holder spindle. The cradle can be rotated along an axis relative to a support.

La broche porte-outil est montée sur le berceau et est adaptée pour entraîner un outil en rotation selon un axe de rotation de l'outil. La tête d'usinage selon l'invention est caractérisée en ce que la broche est montée mobile en translation par rapport au berceau selon l'axe de rotation de l'outil. Ainsi, la distance de l'outil par rapport à une surface de la pièce à usiner, distance mesurée selon l'axe de rotation de l'outil, peut être ajustée à tout moment, notamment en fonction de l'usure de l'outil. Ceci permet d'obtenir la qualité de polissage souhaitée. La tête d'usinage comprend par exemple un moyen de guidage en translation de la broche par rapport au berceau selon l'axe de rotation de l'outil, et un moyen pour entraîner en translation la broche par rapport au berceau. Ces moyens permettent d'ajuster la distance de l'outil par rapport à la surface à polir selon l'axe de rotation de l'outil. Dans un mode de réalisation, le moyen de guidage comprend : - au moins un rail de guidage linéaire, fixé sur la broche ou sur le berceau et - au moins un patin de guidage, fixé sur le berceau ou sur la broche, le dit rail et le dit patin comprenant chacun un axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation de l'outil, le patin étant adapté à coulisser le long du rail. L'association patin de guidage / rail de guidage permet le déplacement en translation de la broche par rapport au berceau. The tool spindle is mounted on the cradle and is adapted to drive a tool in rotation along an axis of rotation of the tool. The machining head according to the invention is characterized in that the spindle is mounted to move in translation relative to the cradle along the axis of rotation of the tool. Thus, the distance of the tool relative to a surface of the workpiece, distance measured along the axis of rotation of the tool, can be adjusted at any time, in particular according to the wear of the tool . This makes it possible to obtain the desired polishing quality. The machining head comprises for example a guide means in translation of the spindle relative to the cradle according to the axis of rotation of the tool, and a means for translating the spindle relative to the cradle. These means make it possible to adjust the distance of the tool relative to the surface to be polished according to the axis of rotation of the tool. In one embodiment, the guiding means comprises: at least one linear guide rail, fixed on the spindle or on the cradle and at least one guide shoe, fixed on the cradle or on the spindle, the said rail and said shoe each comprising a longitudinal axis parallel to the axis of rotation of the tool, the shoe being adapted to slide along the rail. The guiding shoe / guide rail association allows the translation movement of the spindle relative to the cradle.

De préférence, le moyen pour entraîner en translation la broche est également adapté pour appliquer l'outil sur une surface d'une pièce à usiner avec une pression de contact prédéfinie. Ainsi, la pression de l'outil sur la surface de la pièce à usiner peut être ajustée en continu, de sorte à tenir compte notamment de l'avancement de l'usinage et/ou de l'usure progressive de l'outil. L'invention concerne également un centre d'usinage pour un travail selon au moins un axe, et de préférence selon plusieurs axes, centre d'usinage comprenant : - une tête d'usinage selon l'invention telle que décrite ci-dessus, montée rotative par rapport au support, - un moyen pour entraîner en rotation le support par rapport à un bâti du centre d'usinage, - un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner et - un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de réalisation d'une tête d'usinage selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une tête porte-outil selon l'invention montée sur un support, - la figure 2 est une vue en perspective de dessus de la tête porte-outil selon l'invention. Preferably, the means for translationally driving the spindle is also adapted to apply the tool to a surface of a workpiece with a predetermined contact pressure. Thus, the pressure of the tool on the surface of the workpiece can be adjusted continuously, so as to take into account in particular the progress of machining and / or progressive wear of the tool. The invention also relates to a machining center for working along at least one axis, and preferably along several axes, machining center comprising: a machining head according to the invention as described above, mounted rotatable relative to the support, - means for rotating the support with respect to a frame of the machining center, - a holding plate in position of a workpiece and - a means for moving said plateau compared to the frame. Brief description of the figures The invention will be better understood, and other features and advantages of the invention will become apparent in light of the following description of embodiments of a machining head according to the invention. These examples are given in a non-limiting manner. The description is to be read in conjunction with the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a perspective view of a tool head according to the invention mounted on a support, - Figure 2 is a perspective view from above of the tool head according to the invention.

Description d'un mode de réalisation de l'invention Comme dit précédemment, l'invention concerne une tête d'usinage 1. Sur la figure 2, la tête 1 d'usinage est représentée seule, en vue de dessus éclatée. Sur la figure 1, la tête 1 d'usinage est représentée montée rotative sur un support 8 par exemple de type fourche, rotative par rapport à un axe B. Le support 8 est fixé sur un coulant d'un centre d'usinage par l'intermédiaire de la plaque 7 ; le support 8 est entraîné en rotation à l'aide d'un moyen d'entraînement 2 selon un axe C. La tête d'usinage 1 selon l'invention comprend un berceau 3 et une broche 4 porte-outil. Le berceau 3 est monté rotatif sur le support 8 selon l'axe B. La broche 4 porte-outil est montée sur le berceau 3 et est adaptée pour entraîner un outil (non représenté sur les figures) en rotation selon un axe de rotation R de l'outil ; dans un exemple, l'outil est un outil de polissage. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION As previously mentioned, the invention relates to a machining head 1. In FIG. 2, the machining head 1 is represented alone, in exploded top view. In FIG. 1, the machining head 1 is shown rotatably mounted on a support 8, for example of the fork type, rotatable with respect to an axis B. The support 8 is fixed on a runner of a machining center by means of a intermediate of the plate 7; the support 8 is rotated by means of a drive means 2 along an axis C. The machining head 1 according to the invention comprises a cradle 3 and a spindle 4 tool holder. The cradle 3 is rotatably mounted on the support 8 along the axis B. The spindle 4 is mounted on the cradle 3 and is adapted to drive a tool (not shown in the figures) in rotation along an axis of rotation R the tool; in one example, the tool is a polishing tool.

Selon l'invention, la broche 4 est montée mobile en translation par rapport au berceau 3 selon l'axe de rotation R de l'outil. Ceci est obtenu par un moyen de guidage linéaire de précision de la broche 4 par rapport au berceau 3 selon l'axe de rotation R de l'outil, et un moyen pour entraîner en mouvement la broche par rapport au berceau. Ce système de guidage linéaire inséré entre la broche 4 et le berceau 3 permet à la broche de disposer d'un degré de liberté supplémentaire toujours orienté parallèle à l'axe de rotation de l'outil, c'est-à-dire toujours perpendiculaire à la surface à polir (ou plus généralement à usiner). Dans l'exemple représenté figure 2, le moyen de guidage linéaire comprend : - deux rails 5a de guidage linéaire, fixés sur la broche 4 et - quatre patins Sb de guidage, fixés sur le berceau 3 Les rails 5a et les patins Sb comprennent chacun un axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation R de l'outil, et chaque patin est adapté à coulisser le long d'un rail associé. Le moyen pour entraîner la broche 4 en mouvement par rapport au berceau est également adapté pour appliquer l'outil sur une surface d'une pièce à usiner avec une pression de contact prédéfinie. Ceci est obtenu dans l'exemple par deux vérins pneumatiques 6 pilotés en continu par un moyen de commande proportionnelle (non représenté) appropriée. Le moyen de commande permet d'entraîner en avant ou en arrière la broche 4 par rapport au berceau 3 (donc d'approcher ou d'éloigner l'outil de la surface de la pièce à usiner) ; le moyen de commande permet également d'une part d'appliquer sur la surface à usiner une pression prédéfinie en fonction par exemple de la granulométrie de l'outil et d'autre part de maintenir la dite pression prédéfinie constante sur la surface à usiner quelle que soit l'orientation de la broche dans l'espace, l'avancement de l'usinage, l'usure de l'outil, .... La tête d'usinage selon l'invention est avantageusement montée sur un centre d'usinage comprenant : - la tête d'usinage 1 telle que décrite ci-dessus, montée rotative selon l'axe B par rapport au support 8, - un moyen 2, 7 pour entraîner en rotation selon l'axe C le support 8 par rapport à un bâti, - un plateau de maintien en position d'une pièce à usiner, et - un moyen pour entraîner en mouvement le dit plateau par rapport au bâti. Les essais réalisés ont montré que l'invention permet d'obtenir, notamment pour des opérations de polissage, le niveau de finition requis y compris sur des matériaux particulièrement durs comme le granit, le marbre, le béton, etc. According to the invention, the spindle 4 is mounted to move in translation relative to the cradle 3 along the axis of rotation R of the tool. This is achieved by means of precision linear guidance of the spindle 4 relative to the cradle 3 along the axis of rotation R of the tool, and means for driving the spindle relative to the cradle. This linear guiding system inserted between the pin 4 and the cradle 3 allows the pin to have an additional degree of freedom always oriented parallel to the axis of rotation of the tool, that is to say always perpendicular on the surface to be polished (or more generally to be machined). In the example represented in FIG. 2, the linear guiding means comprises: two linear guiding rails 5a fixed on the spindle 4 and four guiding pads Sb fixed on the cradle. The rails 5a and the pads Sb each comprise a longitudinal axis parallel to the axis of rotation R of the tool, and each pad is adapted to slide along an associated rail. The means for driving pin 4 in motion relative to the cradle is also adapted to apply the tool to a surface of a workpiece with a predetermined contact pressure. This is achieved in the example by two pneumatic cylinders 6 continuously controlled by a proportional control means (not shown) appropriate. The control means makes it possible to drive pin 4 forward or backward with respect to cradle 3 (thus to bring the tool closer to or away from the surface of the workpiece); the control means also makes it possible, on the one hand, to apply a predefined pressure to the surface to be machined according to, for example, the size of the tool and, on the other hand, to maintain said predetermined pressure constant on the surface to be machined. whatever the orientation of the spindle in the space, the advancement of the machining, the wear of the tool, .... The machining head according to the invention is advantageously mounted on a center of machining comprising: - the machining head 1 as described above, rotatably mounted along the axis B relative to the support 8, - a means 2, 7 for driving in rotation along the axis C the support 8 relative to to a frame, - a holding plate in position of a workpiece, and - a means for driving in motion said plate relative to the frame. The tests carried out have shown that the invention makes it possible to obtain, especially for polishing operations, the level of finish required even on particularly hard materials such as granite, marble, concrete, etc.

Claims

REVENDICATIONS1. Machining head (1) for multiaxial machining center, head comprising a cradle (3) capable of being rotated about an axis (B) relative to a support (8), and a pin (4) carries -tool mounted on the cradle and adapted to drive a tool in rotation along an axis of rotation (R) of the tool, machining head characterized in that the spindle (4) is mounted movable in translation relative to the cradle ( 3) along the axis of rotation (R) of the tool.

2. Machining head according to claim 1, also comprising a guide means (5a, Sb) in translation of the pin (4) relative to the cradle (3) along the axis of rotation (R) of the tool , and means (6) for translating the spindle (4) in translation relative to the cradle (3).

3. machining head according to claim 2, wherein the guide means (5a, Sb) comprises: - at least one guide rail (5a) linear, fixed on the pin or on the cradle and - at least one pad guide (5b), fixed on the cradle or on the spindle, said rail and said pad each comprising a longitudinal axis parallel to the axis of rotation (R) of the tool, the pad being adapted to slide along of the rail.

4. machining head according to one of claims 2 or 3, wherein the means (6) for driving in translation the pin is also adapted to apply the tool on a surface of a workpiece with a pressure of predefined contact.

5. Head according to one of the preceding claims, wherein the pin carries a polishing tool.

Machining center for working along at least one axis, and preferably along several axes, machining center comprising: a machining head (1) according to one of the preceding claims, rotatably mounted (B-axis). ) with respect to the support (8), - means (2,

7) for rotating (C-axis) the support (8) with respect to a frame, - a holding plate in position of a workpiece, and - a means for moving said plateau relative to the frame .