FR3070891A1

FR3070891A1 - Machine-outil horizontale a colonne mobile

Info

Publication number: FR3070891A1
Application number: FR1758316A
Authority: FR
Inventors: Stephane Durand Damet; Emmanuel Rethore
Original assignee: DUFIEUX
Current assignee: DUFIEUX
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: FR3070891B1

Abstract

La présente invention concerne une machine-outil (1) ayant des axes perpendiculaires X,Y et Z, selon un repère cartésien x, y, z, les axes x et z étant horizontaux et l'axe y étant vertical ; ladite machine-outil est remarquable en ce qu'elle comprend au moins une table mobile (2) supportant une palette (3) sur laquelle est embarquée une pièce à usiner, ladite table mobile (2) étant portée par des colonnes verticales (4) solidaires d'un bâti fixe vertical (5) et comportant des moyens de déplacement de ladite table (2) selon l'axe vertical Y, un premier chariot (10) monté mobile le long de moyens de guidage solidaires d'un second bâti fixe vertical (11), et comportant des moyens de déplacement dudit chariot (10) selon l'axe horizontal X, et un second chariot (12) portant un coulant (13) et monté mobile le long de moyens de guidage solidaires du premier chariot (10), et comportant des moyens de déplacement dudit second chariot (12) selon l'axe horizontal Z.

Description

MACHINE-OUTIL HORIZONTALE A COLONNE MOBILE

Domaine technique

La présente invention se rapporte au domaine des machines-outils. Elle concerne, plus particulièrement, une machine-outil du type fraiseuse horizontale permettant l’ébauche et/ou la finition de grandes pièces plates métalliques et procurant une grande rigidité, constante sur toute la course d’usinage.

Etat de la technique

Dans le domaine des machines-outils du type fraiseuse horizontale qui sont utilisées pour usiner de grandes pièces métalliques plates, ayant une grande largeur et une grande longueur mais une faible hauteur, il est bien connu des machinesoutils ayant des axes X, Y et Z et une broche mobile située dans une zone de travail pour usiner la pièce à travailler qui est montée sur un support dit palette dans la zone de travail. Usuellement, ladite machine-outil comporte des éléments de châssis d’axe X fixes, un récepteur de palettes pour transporter une palette le long de l’axe X, une unité d’entraînement pour déplacer le long de l’axe X la palette et la pièce à travailler à l’avant de l’outil, une colonne d’axe Y et des moyens d’entraînement de la broche le long de l’axe Y, et une unité d’entraînement d’axe Z pour positionner la broche le long de l’axe Z.

De telles machines-outils sont notamment décrites dans les documents EP 2 285 526, EP 2 495 070, EP 2 285 528 et EP 1 731 260 notamment.

Le document EP 2 285 526 décrit un châssis d’une machine-outil formant un modèle de boucle fermée en force qui entoure une zone de travail contenant le chariot porte-broche. Les moteurs d’entraînement d’axes X et Y sont montés sur des éléments stationnaires de la machine. La colonne d’axe Y est fixée, et est surmontée d’un coulisseau d’axe Z. Le montage et le positionnement du coulisseau d’axe Z réduit à un minimum la modification dans l’affaissement et les effets des forces d’accélération sur la structure d’axe Z. Les moteurs d’entraînement d’axes X, Y, et Z sont tous montés à l’extérieur de la zone de travail pour les protéger contre la contamination par des débris générés lors du processus d’usinage, et pour en faciliter l’entretien.

Le document EP 2 495 070 décrit une machine-outil ayant des axes X, Y et Z perpendiculaires comprenant des éléments de châssis fixes d’axe X, une paroi fixe verticale d’axe X supportée par les éléments de châssis d’axe X destinée à supporter une pièce à usiner dessus pour un mouvement dans la direction d’axe X, des éléments de châssis verticaux d’axe Z, et des éléments de châssis supérieur et inférieur fixes d’axe Z fixés rigidement aux éléments de châssis fixe d’axe X et aux éléments de châssis verticaux d’axe Z. La machine-outil comporte également une colonne mobile d’axe Y montée entre les éléments de châssis supérieur et inférieur d’axe Z, ladite colonne étant montée mobile dans la direction Z, une poupée fixe montée sur la colonne d’axe Y et deux moteurs d’entraînement d’axe Z pour déplacer la colonne d’axe Y par rapport à la pièce à usiner dans la direction Z, un premier moteur étant agencé pour déplacer la partie supérieure de la colonne d’axe Y et un second moteur étant agencé pour déplacer la partie inférieure de ladite colonne d’axe Y, de sorte que la poupée fixe peut être avancée et rétractée par rapport à la pièce à usiner en déplaçant la colonne d’axe Y par rapport à la pièce à usiner.

Le document EP 2 285 528 décrit le bâti d'une machine-outil constituant une conception en boucle fermée de force qui entoure une zone de travail contenant la tête porte-broche. Les systèmes d'entraînement des axes X, Y et Z sont tous montés à l'extérieur de la machine pour les protéger contre toute contamination et débris produits au cours du processus d'usinage, et à des fins de maintenance facile sans avoir à entrer dans la machine ou à retirer les capots de la zone de travail pour y avoir accès. Les entraînements des axes X et Y sont montés sur des parties fixes de la machine, ceci éliminant la nécessité d'avoir des câbles flexibles pour alimenter et contrôler ces entraînements et ceci réduisant la masse des éléments mobiles de la machine.

Le document EP 1 731 260 décrit un appareil de machine-outil ayant un changeur de palette, dans lequel une palette est déplacée, dans un état vertical, depuis la surface de fixation de palette formée à la verticale de la table d’une machine-outil vers la surface de fixation de palette formée à la verticale de l’élément de support de palette du changeur de palette et après qu’une plaque tournante soit indexée en tournant de 180° autour de son axe vertical, une palette est déplacée depuis l’élément de support de palette vers la table

Toutes ces machines-outils présentent l’inconvénient d’être constituées de châssis métalliques et de présenter une rigidité insuffisante et/ou une rigidité qui n’est pas constante sur toute la course d’usinage. Or, dans les machines-outils à hautes performances, il est important que la rigidité de la machine reste aussi constante que possible dans la zone de travail de la machine afin, notamment, de ne pas avoir à modifier les paramètres d’usinage en fonction de la position de la pièce à usiner dans la zone de travail de l’outil.

La présente invention a pour but de surmonter, au moins partiellement, les inconvénients susmentionnés.

Divulguation de l’invention

L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant une machine-outil pour l’ébauche et/ou la finition de grandes pièces plates métalliques de conception simple et peu onéreuse, et procurant une rigidité constante dans toutes les zones de travail de l’outil.

A cet effet, et conformément à l'invention, il est proposé une machine-outil ayant des axes perpendiculaires X,Y et Z, selon un repère cartésien x, y, z, les axes x et z étant horizontaux et l’axe y étant vertical ; ladite machine-outil est remarquable en ce qu’elle comprend au moins une table mobile supportant une palette sur laquelle est embarquée une pièce à usiner, ladite table mobile étant portée par des colonnes verticales solidaires d’un bâti fixe vertical et comportant des moyens de déplacement de ladite table selon l’axe vertical Y, un premier chariot monté mobile le long de moyens de guidage solidaires d’un second bâti fixe vertical, et comportant des moyens de déplacement dudit chariot selon l’axe horizontal X, et un second chariot portant un coulant et monté mobile le long de moyens de guidage solidaires du premier chariot, et comportant des moyens de déplacement dudit second chariot selon l’axe horizontal Z.

On comprend bien que, contrairement, aux machines-outils de l’art antérieur, l’axe X permet le déplacement de la tête d’usinage portant l’axe Z et procure une rigidité constante suivant le plan formé par les axes X et Z. Par ailleurs, la structure de la machine-outil suivant l’invention facilite le contrôle visuel de la pièce à usiner par un opérateur.

Selon une caractéristique essentielle de la machine-outil suivant l’invention, le bâti fixe vertical portant la table mobile et le bâti fixe vertical portant les moyens de guidage du premier chariot mobile sont obtenus dans du béton armé.

La réalisation des bâtis en béton armé procure une plus grande inertie à la machine-outil ainsi qu’un meilleur amortissement aux vibrations.

De préférence, le bâti fixe vertical portant la table mobile présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur (épaisseur) est comprise entre au moins 0,3 et 0,5 fois la hauteur dudit bâti.

Par ailleurs, le bâti fixe vertical portant les moyens de guidage du premier chariot mobile présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur (épaisseur) est comprise entre au moins 1 et 1,5 fois la hauteur dudit bâti.

De plus, le bâti fixe vertical portant la table mobile et le bâti fixe vertical portant les moyens de guidage du premier chariot mobile pourront être obtenus d’un seul tenant dans du béton armé, le bâti fixe vertical portant la table mobile et le bâti fixe vertical portant les moyens de guidage du premier chariot mobile étant reliés par une semelle en béton armé.

Par ailleurs, les moyens de déplacement de la table consistent en deux écrous coopérant respectivement avec une vis-à-billes, chaque vis-à-billes étant entraînée en rotation par un moteur et lesdits moteurs étant synchronisés.

De plus, la table mobile comporte des moyens de guidage de la palette, lesdits moyens de guidage de la palette consistant, de préférence, en des patins.

Ladite machine-outil comporte également des moyens de guidage de la table mobile.

Ces moyens de guidage consistent en des glissières hydrostatiques et/ou des patins.

Par ailleurs, les moyens de guidage du premier chariot sont constitués par deux glissières hydrostatiques et les moyens de déplacement du premier chariot selon l’axe horizontal X sont constitués d’un système motorisé pignon crémaillère à précharge électronique.

Accessoirement, la machine-outil suivant l’invention comporte avantageusement un échangeur de palette adjacent au bâti fixe vertical portant la table mobile et constitué d’un cadre basculant autour d’un axe horizontal.

Brève description des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d’une unique variante d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, de la machine-outil conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective déchirée de la machine-outil suivant l’invention, la figure 2 est une vue en perspective de la table de la machineoutil suivant l’invention, la figure 3 est une vue de face de la table de la machine-outil suivant l’invention, la figure 4 est une vue de côté de la table de la machine-outil suivant l’invention, la figure 5 est une vue de dessus de la table de la machine-outil suivant l’invention, les figures 6 et 7 sont des vues en perspective du changeur de palette de la machine-outil suivant l’invention, en position horizontale et verticale respectivement, la figure 8 est une vue en perspective d’une cellule comportant une pluralité de machine-outil suivant l’invention.

Mode de réalisation de l’invention

Dans la suite de la description de la machine-outil suivant l'invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Par ailleurs, les différentes vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle. De plus, la machine-outil est du type à axes perpendiculaires X,Y et Z selon un repère cartésien x, y, z, les axes x et z étant horizontaux et l’axe y étant vertical.

En référence aux figures 1 à 5, la machine-outil 1 suivant l’invention comprend une table mobile 2 supportant une palette 3 sur laquelle est embarquée une pièce à usiner, non représentée sur les figures, ladite table mobile 2 étant portée par des colonnes verticales 4 solidaires d’un bâti fixe vertical 5 et comportant des moyens de déplacement de ladite table mobile 2 selon l’axe vertical Y. Ledit bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2 est avantageusement obtenu dans du béton armé afin de procurer une plus grande inertie à la machine-outil ainsi qu’un meilleur amortissement des vibrations. De préférence, le bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2 présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur, i.e. l’épaisseur du bâti, est comprise entre au moins 0,3 et 0,5 fois la hauteur dudit bâti 5.

Par ailleurs, les moyens de déplacement de la table 2 consistent en deux écrous 6 coopérant respectivement avec une vis-à-billes 7 verticale s’étendant parallèlement entre elles et à la paroi verticale du bâti 5, chaque vis-à-billes 7 étant entraînée en rotation par un moteur 8 et lesdits moteurs 8 étant synchronisés. On notera que, dans cet exemple particulier de réalisation, les écrous 6 et les vis-à-billes 7 forment les colonnes 4. De plus, la table mobile 2 comporte des moyens de guidage afin de garantir une forte rigidité et un amortissement optimum. Lesdits moyens de guidage consistent, de préférence, en des glissières hydrostatiques 9 ; toutefois, il est bien évident que lesdits moyens de guidage pourront consister dans tous moyens de guidage bien connus de l’homme du métier tel que des patins par exemple sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Ladite table mobile 2 comporte également des moyens de guidage de la palette 3, lesdits moyens de guidage consistant dans des patins ou dans tous autres moyens de guidage bien connus de l’homme du métier.

Il est bien évident que les moyens de déplacement et les moyens de guidage de la table 2 pourront être substitués par tous autres moyens de déplacement et/ou de guidage bien connus de l’homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Par ailleurs, ladite table mobile 2 comporte avantageusement des moyens mécaniques de bridage et de positionnement au point zéro, non représentés sur les figures. Lesdits moyens de bridage et de positionnement au point zéro pourront consister dans tous moyens bien connus de l’homme du métier.

Outre la table mobile 2, la machine-outil 1 suivant l’invention comprend également un premier chariot 10 monté mobile le long de moyens de guidage solidaires d’un second bâti fixe vertical 11, s’étendant au droit du premier bâti fixe vertical 5 et comportant des moyens de déplacement dudit chariot 10 selon l’axe horizontal X, et un second chariot 12 portant un coulant 13 et monté mobile le long de moyens de guidage solidaires du premier chariot 10, et comportant des moyens de déplacement dudit second chariot 12 selon l’axe horizontal Z. Ledit second bâti fixe vertical 11 portant les moyens de guidage du premier chariot mobile 10 est avantageusement obtenu dans du béton armé afin de procurer une plus grande inertie à la machine-outil ainsi qu’un meilleur amortissement des vibrations. De préférence, le second bâti fixe vertical 11 portant les moyens de guidage du premier chariot mobile 10 présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur, i.e. l’épaisseur du bâti, est comprise entre au moins 1 et 1,5 fois la hauteur dudit bâti. De préférence, tel que représenté sur les figures, le bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2 et le second bâti fixe vertical 11 portant les moyens de guidage du premier chariot mobile 10 sont obtenus d’un seul tenant dans du béton armé, le bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2 et le bâti fixe vertical 11 portant les moyens de guidage du premier chariot mobile 10 étant reliés par une semelle en béton armé.

Selon une variante d’exécution, non représentée sur les figures, le bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2 et le second bâti fixe vertical 11 sont obtenus dans de la fonte, ou similaire, ou dans des blocs coffrants en résine.

Accessoirement, en référence à la figure 1, la machine-outil 1 pourra être coiffée par un carter de protection 14 comprenant une porte 15 d’accès pour un opérateur et pour permettre le passage de la palette 18.

Par ailleurs, les moyens de guidage du premier chariot mobile 10 sont constitués par deux glissières hydrostatiques 16 et les moyens de déplacement dudit premier chariot 10 selon l’axe horizontal X sont constitués d’un système motorisé pignon crémaillère à précharge électronique 17. De plus, le second chariot mobile 12 suivant l’axe Z comporte des moyens de guidage du coulant 13 de l’outil, lesdits moyens de guidage permettant de maintenir une rigidité constante sur toute la course de travail du coulant 13.

Enfin, en référence aux figures 1,6 et 7, la machine-outil 1 suivant l’invention comporte également un changeur de palettes 18 adjacent au bâti fixe vertical 5 portant la table mobile 2. Ledit changeur de palettes 18 est constitué d’un cadre 19, en forme général de H apte à recevoir deux palettes, une palette de part et d’autre de la barre du H et basculant autour d’un axe horizontal depuis une position horizontale (figure 6) jusqu’à une position verticale (figure 7) et inversement. Ainsi, le cadre 19 comporte, au niveau de la partie centrale de chaque branche du cadre 19,

i.e. au niveau de la barre du H, un axe motorisé 20 pour basculer le cadre depuis sa position verticale jusqu’à sa position horizontale et inversement.

On comprend bien que le changeur de palettes 18 permet un chargement et un déchargement facile et rapide des palettes. En effet, pendant l’usinage d’une pièce par la machine-outil suivant l’invention, ladite pièce en cours d’usinage étant solidaire d’une première palette 3, une nouvelle pièce à usiner est chargée sur une seconde palette 3 solidaire du changeur de palettes 18 au niveau de la station dite de chargement, le cadre 19 du changeur de palettes 18 étant alors dans sa position horizontale. Le cadre 19 du changeur de palettes 18 est alors pivoté jusqu’à sa position verticale et, lorsque l’usinage de la pièce est terminé, la table 2 de la machine outil suivant l’invention est déplacée suivant l’axe Y de la machine-outil de telle sorte que la première palette 3 solidaire de la table 2 s’étende au niveau de la zone vide du cadre 19 du changeur de palettes 18. La pièce usinée et la première palette 3 sont alors glissées vers la zone vide du cadre 19 du changeur de palette 18 puis, la table mobile 2 qui ne comporte plus de palette 3 est déplacée vers le haut ou le bas jusqu’à ce que ladite table mobile 2 s’étende au droit de la seconde palette 3 supportant la nouvelle pièce à usiner. La seconde palette 3 est alors transférée sur la table mobile 2 pour qu’un nouveau cycle d’usinage puisse commencer. Pendant ce nouveau cycle d’usinage, le cadre 19 du changeur de palettes 18 est déplacé jusqu’à la station de chargement puis est basculé horizontalement pour pouvoir procéder au déchargement de la pièce usinée. Une nouvelle pièce à usiner est alors positionnée sur la palette du changeur de palette pour un nouveau cycle.

En référence à la figure 8, il est possible de concevoir une cellule comportant une pluralité de machines-outils suivant l’invention, lesdites machines-outils étant installées en série. Ladite cellule 21 comporte ainsi plusieurs machines-outils 1 installées en série, une zone tampon 22 de palettes 3, un changeur de palettes 18 et 5 une navette 23. La zone tampon 22 comporte des moyens de stockage de palettes 3 en position verticale et des moyens de chargement/déchargement desdites palettes 3. La navette 23 consiste en un chariot 24 apte à se déplacer sur un rail 25 s’étendant le long de la cellule 21 et comportant des moyens pour porter simultanément deux palettes 3 et des moyens pour pivoter lesdites palettes à 90° et 10 180° de sorte que, lors du déplacement du chariot 24, lesdites palettes s’étendent parallèlement au rail 25 et que, lors du chargement/déchargement des palettes 3 dans la zone tampon et dans les machines-outils 1, lesdites palettes 3 s’étendent perpendiculairement audit rail 25.

II est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières et en aucun cas limitatives quant au domaine d'application de l'invention.

Claims

Revendications

1. Machine-outil (1) ayant des axes perpendiculaires X,Y et Z, selon un repère cartésien x, y, z, les axes x et z étant horizontaux et l’axe y étant vertical,

5 caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une table mobile (2) supportant une palette (3) sur laquelle est embarquée une pièce à usiner, ladite table mobile (2) étant portée par des colonnes verticales (4) solidaires d’un bâti fixe vertical (5) et comportant des moyens de déplacement de ladite table (2) selon l’axe vertical Y, un premier chariot (10) monté mobile le long de moyens de guidage solidaires d’un 10 second bâti fixe vertical (11), et comportant des moyens de déplacement dudit chariot (10) selon l’axe horizontal X, et un second chariot (12) portant un coulant (13) et monté mobile le long de moyens de guidage solidaires du premier chariot (10), et comportant des moyens de déplacement dudit second chariot (12) selon l’axe horizontal Z.
2. Machine-outil selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bâti fixe vertical (5) portant la table mobile (2) et le bâti fixe vertical (11) portant les moyens de guidage du premier chariot mobile (10) sont obtenus dans du béton armé.

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3. Machine-outil selon la revendication 2 caractérisée en ce que le bâti fixe vertical (5) portant la table mobile (2) présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur (épaisseur) est comprise entre au moins 0,3 et 0,5 fois la hauteur dudit bâti (5).

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4. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce que le bâti fixe vertical (11) portant les moyens de guidage du premier chariot mobile (10) présente une forme sensiblement parallélépipédique dont la largeur (épaisseur) est comprise entre au moins 1 et 1,5 fois la hauteur dudit bâti (11).
5. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que le bâti fixe vertical (5) portant la table mobile (2) et le bâti fixe vertical (11) portant les moyens de guidage du premier chariot mobile (10) sont

FR1758316 obtenus d’un seul tenant dans du béton armé, le bâti fixe vertical (5) portant la table mobile (2) et le bâti fixe vertical (11) portant les moyens de guidage du premier chariot mobile (10) étant reliés par une semelle en béton armé.
6. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée err ce que les moyens de déplacement de la table (2) consistent en deux écrous (6) coopérant respectivement avec une vis-à-bille (7), chaque vis-à-bille (7) étant entraînée en rotation par un moteur (8) et lesdits moteurs (8) étant synchronisés.
7. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la table mobile (2) comporte des moyens de guidage de la palette (3).
8. Machine-outil selon la revendication 7 caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage de la palette (3) consistent en des patins.
9. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens de guidage de la table mobile (2).
10. Machine-outil suivant la revendication 9 caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage consistent en des glissières hydrostatiques (9) et/ou des patins.
11. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que les moyens de guidage du premier chariot (10) sont constitués par deux glissières hydrostatiques (16).
12. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisée en ce que les moyens de déplacement du premier chariot (10) selon l’axe horizontal X sont constitués d’un système motorisé pignon crémaillère à précharge électronique (17).
13. Machine-outil selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisée en ce qu’elle comporte un changeur de palette (18) adjacent au bâti fixe

FR1758316 vertical (5) portant la table mobile (2) et constitué d’un cadre (19) basculant autour d’un axe horizontal.