WO2006106273A1 - Architecture de machine-outil - Google Patents

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WO2006106273A1
WO2006106273A1 PCT/FR2006/050312 FR2006050312W WO2006106273A1 WO 2006106273 A1 WO2006106273 A1 WO 2006106273A1 FR 2006050312 W FR2006050312 W FR 2006050312W WO 2006106273 A1 WO2006106273 A1 WO 2006106273A1
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machining
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machine tool
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Thierry Rech
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Comau France
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/017—Arrangements of ways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/015—Frames, beds, pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/60—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/62—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides
    • B23Q1/621—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair

Definitions

  • the present invention relates to the field of machining and in particular to the architecture of machine tools for optimally distributing the stresses due to machining operations. DESCRIPTION OF THE PRIOR ART
  • Another object of the invention is to provide a simplified machine tool architecture in order to reduce the cost of manufacture and operation.
  • the machine tool of the type of the one comprising at least one machining module implementing at least one tool, and at least one support module accommodating at least one workpiece, is remarkable in that it adopts a frame in which the support and guide elements of the machining module and the support and guide elements of the module are respectively distributed on the outer surfaces of two concurrent faces of any theoretical parallelepiped.
  • This wedge structure formed by two intersecting faces makes it possible to distribute the stresses and stresses in particular of machining so as to tend to close the angle formed by said wedge which fatigues and deforms less the structure of the machine tool. As a result, the stiffness of the frame of the machine tool of the invention is optimized.
  • the action of boring performed along a dive axis parallel to the face supporting the machining module on the workpiece tends to close the angle formed between the two faces of the frame because the module ensuring the support of the part is itself linked by points located at the rear of the plane of movement of the machining module.
  • the concurrent faces exploited are the lower horizontal face to which the door-piece module is connected and an upper vertical face to which the machining module is connected.
  • the means for guiding and moving the part-bearing module are then under the functional subassemblies intended for the operation of the moving means of the machining module.
  • the machine tool of the invention has a particularly compact structure requiring little floor space for its operation.
  • the machine tool of the invention thus adopts an original architecture by providing means for supporting and guiding the door module module disposed at the rear of the plane of movement of the machining module.
  • the support module of the workpiece is mounted to move in translation in a direction perpendicular to that of the dive movement.
  • the offset arrangement of the guiding and moving means of the room support module relative to the reception surface of the room makes the support plate the piece is suspended relative to said horizontal outer face without any mechanism is not under the workpiece tray which prevents guiding means or moving are subject to the projection of chips.
  • a translation axis for the holder device allows to use it as a machining axis.
  • this possibility of setting the workpiece movement device in motion will make it possible to move the workpiece plate from an accessible position to the machining module for the machining operations to a position accessible outside the machining station for a feed means or exchange of workpiece.
  • Such a machine tool is compatible with various possibilities of supplying parts such as:
  • Fig. 1 is a schematic drawing of a sectional side view illustrating the original arrangement of the machine tool frame of the invention
  • Fig. 2 is a schematic drawing of a perspective view of an embodiment of the machine tool according to the invention.
  • the machining machine tool referenced M is of the type comprising a machining module 100 implementing at least one tool O, and a support module 200 accommodating at least one a piece to be machined P.
  • This machine tool M adopts a frame B in which the support and guide elements 110 of the machining module 100 and the support and guide elements 210 of the support module 200 are respectively distributed on the outer surfaces of two faces 310 and 320 concurrent of any theoretical parallelepiped 300.
  • the angle formed by the two faces 310 and 320 concurrent is straight and the exploited faces are the lower horizontal face and an upper vertical face.
  • the machine tool M of the invention adopts a symmetrical structure along a longitudinal vertical plane.
  • the dive axis referenced Z that is to say movement towards the workpiece P of the tool or tools is parallel to the face 310 accommodating the support and guide elements 110 of the machining module 100.
  • the support module 200 of the piece P is mounted to move in translation along an axis, here the Y axis, perpendicular to that of the diving movement Z.
  • This mobility along the Y axis allows to move the workpiece support module from a working position illustrated by the two figures to a transfer position where the workpiece can be loaded and unloaded.
  • This mobility also provides an additional axis for performing machining.
  • the support module 200 of the part P comprises a rotating support plate 220 rotating the workpiece P along an axis parallel to the axis of its movement in translation Y.
  • This rotation offers greater possibilities in machining.
  • parallelism between the axes of rotation and translation has several advantages in particular to avoid the presence of a mechanical subset of moving under the room.
  • said machining module 100 comprises, arranged on said outer face 310, horizontal transverse rails 111 and 112 on which moves along the X axis a table 113 also supporting transverse rails. vertical guides 114 and 115 for guiding the translational movement of the tool-holder runner 0 along the Z axis towards the piece P.
  • the machining module 100 of the machine tool M of the invention adopts a flowing configuration where the tool O is installed at the end of an electro-spindle supported by a flange. which is movable in translation along the axes X and Z.
  • the mobility along two axes of the machining module allows, in addition to its operation in the context of the actual machining operations, to participate in exchange operations. tools with a magazine, an embodiment of which is illustrated in FIG.
  • said turntable 220 accommodates a receiving plate 230 providing a flat receiving surface 231 of the part P, parallel to the axis of rotation of said turntable 220. to orient the main constraints due to machining to the outer face 320 and thus to tend to close the wedge structure.
  • said turntable directly accommodates the part associated or not with a machining assembly.
  • the workpiece holding module 200 is mounted in translation along the Y axis on two rails 211 and 212 longitudinals horizontal fixed on the outer surface of the face 320.
  • the workpiece holding module 200 ensuring the movement in translation and in rotation along the Y axis of the receiving plate 230 is suspended from these two rails 211 and 212 by hooking means 213 and 214.
  • This arrangement provides at said attachment points 213 and 214 not only a constant overhang regardless of the linear position along the Y axis adopted by the door module -Piece 200, but also the transmission to the face 320 of the main constraints due to machining including those appearing when the machining module performs a machining movement along the Z axis to the piece P. It is understood that the machine tool, which has just been described and shown above, has been for the purpose of disclosure rather than limitation. Of course, various arrangements, modifications and improvements may be made to the example above, without departing from the scope of the invention.
  • At least one mobile subassembly 100 or 200 is set in motion by means of linear motors.
  • the machine tool of the invention can accommodate several parts and / or simultaneously implement several tools.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Abstract

L'invention concerne une machine-outil d'usinage (M) du type de celle comprenant au moins un module d'usinage (100) mettant en oeuvre au moins un outil (O), et au moins un module support (200) accueillant au moins une pièce à 10 usiner (P), remarquable en ce qu'elle adopte un bâti (B) dans lequel les éléments de support et de guidage (110) du module d'usinage (100) et les éléments de support et de guidage (210) du module support (200) se répartissent respectivement sur les surfaces extérieures de deux faces concourantes (310 et 320) d'un parallélépipède (300) théorique quelconque. Applications : machines-outils.

Description

ARCHITECTURE DE MACHINE-OUTIL
DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention a trait au domaine de l'usinage et notamment à l'architecture des machines-outils permettant de répartir de façon optimisée les contraintes dues aux opérations d'usinage. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
II est classique dans l'art antérieur de retrouver des machines-outils adoptant une structure ouverte en "L" composée d'une table verticale de déplacement selon un ou plusieurs axes transversaux horizontaux d'un module d'usinage disposée perpendiculairement à un plan horizontal de support et/ou de déplacement d'une pièce à usiner . Cette structure ouverte dite en "L" voit les efforts et contraintes notamment d'usinage se répartir de façon à tendre à ouvrir l'angle formé par ledit "L" et à rassembler le maximum de contraintes dans la zone de liaison entre les deux plans ce gui tend à fatiguer et à déformer la structure de la machine-outil.
Cette déformation est notamment due au fait que le module d'usinage est susceptible d'assurer un mouvement d'usinage perpendiculaire aux plans de mise en mouvement qui le porte. DESCRIPTION DE L'INVENTION
Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à répartir de façon différente les contraintes dues au fonctionnement d'une machine-outil d'usinage pour éviter les phénomènes de déformation et de fatigue.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une architecture simplifiée de machine-outil afin d'en diminuer le coût de fabrication et d'exploitation.
Selon la caractéristique principale de l'invention, la machine-outil d'usinage du type de celle comprenant au moins un module d'usinage mettant en œuvre au moins un outil, et au moins un module support accueillant au moins une pièce à usiner, est remarquable en ce qu'elle adopte un bâti dans lequel les éléments de support et de guidage du module d'usinage et les éléments de support et de guidage du module support se répartissent respectivement sur les surfaces extérieures de deux faces concourantes d'un parallélépipède théorique quelconque.
Cette structure en coin formée par deux faces qui se coupent permet de répartir les efforts et contraintes notamment d'usinage de façon à tendre à fermer l'angle formé par ledit coin ce qui fatigue et déforme moins la structure de la machine-outil. En conséquence, la raideur du bâti de la machine-outil de l'invention est optimisée.
Cette disposition peut adopter diverses positions spatiales sans pour autant sortir de l'invention.
Ainsi, l'action par exemple d'alésage réalisée selon un axe de plongée parallèle à la face supportant le module d'usinage sur la pièce à usiner tend à fermer l'angle formé entre les deux faces du bâti du fait que le module assurant le support de la pièce est lui-même lié par des points situés à l'arrière du plan de déplacement du module d'usinage.
Afin de simplifier l'exploitation d'une telle structure, l'angle formé par les deux faces concourantes est droit.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les faces concourantes exploitées sont la face horizontale inférieure à laquelle vient se lier le module porte pièce et une face verticale supérieure à laquelle vient se lier le module d'usinage.
Les moyens de guidage et de mise en mouvement du module porte pièce se trouvent alors sous les sous-ensembles fonctionnels destinés au fonctionnement des moyens de mise en mouvement du module d'usinage. La machine-outil de l'invention présente une structure particulièrement compacte nécessitant peu de surface au sol pour son fonctionnement. La machine-outil de l'invention adopte ainsi une architecture originale en proposant des moyens de support et de guidage du module porte pièce disposés à l'arrière du plan de déplacement du module d'usinage. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le module de support de la pièce est monté mobile en translation selon une direction perpendiculaire à celle du mouvement de plongée. La disposition décalée des moyens de guidage et de mise en mouvement du module support de pièce par rapport à la surface d'accueil de la pièce, fait que le plateau soutenant la pièce est suspendu par rapport à ladite face extérieure horizontale sans qu'aucun mécanisme ne se trouve sous le plateau porte-pièce ce qui évite que des moyens de guidage ou de mise en mouvement soient soumis à la projection de copeaux.
L'absence de tout mécanisme de mise en mouvement définit sous la pièce un volume non utilisé qui peut être avantageusement exploité pour mieux récupérer les copeaux issus de l'opération d'usinage réalisée au-dessus en insérant par exemple un bac de récupération de forme adaptée .
La mise en œuvre d'un axe de translation pour le dispositif porte pièce permet de l'utiliser comme axe d'usinage. De plus, cette possibilité de mise en mouvement du dispositif porte-pièce va permettre de faire passer le plateau porte pièce d'une position accessible au module d'usinage pour les opérations d'usinage a une position accessible hors du poste d'usinage pour un moyen d'alimentation ou d'échange de pièce à usiner. Une telle machine-outil est compatible avec diverses possibilités d'alimentations de pièces comme :
- le transfert sériel,
- par portique ou par convoyeur, - par alimentation manuelle ou par robot,
- en pièce libre au moyen d'un adaptateur ou d'une palette porte pièce .
Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description gui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une machine-outil conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue de côté en coupe illustrant la disposition originale du bâti de la machine-outil de l'invention, la figure 2 est un dessin schématique d'une vue en perspective d'un mode de réalisation de la machine-outil conforme à l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, la machine-outil d'usinage référencée M est du type de celle comprenant un module d'usinage 100 mettant en œuvre au moins un outil O, et un module support 200 accueillant au moins une pièce à usiner P.
Cette machine-outil M adopte un bâti B dans lequel les éléments de support et de guidage 110 du module d'usinage 100 et les éléments de support et de guidage 210 du module support 200 se répartissent respectivement sur les surfaces extérieures de deux faces 310 et 320 concourantes d'un parallélépipède 300 théorique quelconque.
Selon le mode de réalisation illustré et conformément à l'invention, l'angle formé par les deux faces 310 et 320 concourantes est droit et les faces exploitées sont la face horizontale inférieure et une face verticale supérieure.
La mise en œuvre d'une telle structure nécessite le maintien d'un écart entre le sol et la surface extérieure accueillant les moyens de guidage du module porte-pièce. Cet écart est maintenu grâce à des appuis 410 et 420 assurant le support de la structure du bâti B de part et d'autre du module de support 200 de la pièce P de la face 320 sur laquelle sont installés les moyens de guidage 210.
Comme illustrée, la machine-outil M de l'invention adopte une structure symétrique selon un plan vertical longitudinal.
Cette symétrie associée à la disposition en coin où les moyens de support et de guidage du module porte-pièce se situent à l'arrière de la machine-outil M font que cette dernière présente une compacité et une rigidité optimisées. Pour solidariser les deux faces 310 et 320 du bâti B sans nécessiter la présence de l'ensemble des faces du parallélépipède 300, une ou plusieurs nervures
330 assurent la liaison avec le minimum de matière.
Conformément a l'invention et selon le mode de réalisation illustré, l'axe de plongée référencé Z c'est à dire de mouvement vers la pièce P du ou des outils est parallèle à la face 310 accueillant les éléments de support et de guidage 110 du module d'usinage 100.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module de support 200 de la pièce P est monté mobile en translation selon un axe, ici l'axe Y, perpendiculaire à celui du mouvement de plongée Z. Cette mobilité selon l'axe Y permet de faire passer le module support de pièce d'une position de travail illustrée par les deux figures à une position de transfert où la pièce peut être chargée et déchargée. Cette mobilité fournit également un axe supplémentaire pour la réalisation des usinages.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le module support 200 de la pièce P comprend un plateau support tournant 220 assurant la rotation de la pièce P selon un axe parallèle à l'axe de son mouvement en translation Y. Cette rotation offre de plus grandes possibilités en usinages. De plus, le parallélisme entre les axes de rotation et de translation a plusieurs avantages notamment d'éviter la présence d'un sous-ensemble mécanique de mise en mouvement sous la pièce. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit module d'usinage 100 comprend, agencée sur ladite face extérieure 310, des rails transversaux horizontaux 111 et 112 sur lequel se déplace selon l'axe X une table 113 supportant également des rails transversaux verticaux 114 et 115 pour guider le mouvement de translation du coulant porte-outil 0 selon l'axe Z vers la pièce P.
Selon le mode de réalisation préféré illustré, le module d'usinage 100 de la machine-outil M de l'invention adopte une configuration de coulant où l'outil O est installé à l'extrémité d'une électro-broche supportée par un coulant qui est mobile en translation selon les axes X et Z. La mobilité selon deux axes du module d'usinage permet, en addition de son exploitation dans le cadre des opérations d'usinage proprement dites, de participer a des opérations d'échange d'outils avec un magasin dont un mode de réalisation est illustré en figure 2.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ledit plateau tournant 220 accueille un plateau d'accueil 230 offrant une surface plane d'accueil 231 de la pièce P, parallèle à l'axe de rotation dudit plateau tournant 220. Cette disposition permet d'orienter les principales contraintes dues à l'usinage vers la face extérieure 320 et donc de tendre à fermer la structure en coin.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse non illustré, ledit plateau tournant accueille directement la pièce associée ou non à un montage d'usinage . En effet, le module porte-pièce 200 est monté mobile en translation selon l'axe Y sur deux rails 211 et 212 horizontaux longitudinaux fixés sur la surface extérieure de la face 320. Comme illustré, le module porte-pièce 200 assurant la mise en mouvement en translation et en rotation selon l'axe Y du plateau d'accueil 230, est suspendu à ces deux rails 211 et 212 par des moyens d'accrochage 213 et 214. Cette disposition assure au niveau desdits points d'accrochage 213 et 214 non seulement un porte-à-faux constant quelle que soit la position linéaire selon l'axe Y adoptée par le module porte-pièce 200, mais également la transmission vers la face 320 des contraintes principales dues à l'usinage notamment celles apparaissant lorsque le module d'usinage réalise un mouvement d'usinage selon l'axe Z vers la pièce P. On comprend que la machine-outil, qui vient d'être ci-dessus décrite et représentée, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Ainsi par exemple, une telle architecture de machine- outil permet de proposer un grand choix dans la motorisation des sous-ensembles mobiles. Selon une caractéristique de l'invention, au moins un sous-ensemble mobile 100 ou 200 est mis en mouvement au moyen de moteurs linéaires .
De plus, en partageant ou en dédoublant les modules ou certaines parties des modules, la machine-outil de l'invention peut accueillir plusieurs pièces et/ou mettre en œuvre simultanément plusieurs outils.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine-outil d'usinage (M) du type de celle comprenant au moins un module d'usinage (100) mettant en œuvre au moins un outil (O), et au moins un module support (200) accueillant au moins une pièce à usiner (P) , CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT Qu'elle adopte un bâti (B) dans lequel les éléments de support et de guidage (110) du module d'usinage (100) et les éléments de support et de guidage (210) du module support (200) se répartissent respectivement sur les surfaces extérieures de deux faces concourantes (310 et 320) d'un parallélépipède (300) théorique quelconque, les faces concourantes exploitées étant la face horizontale inférieure (320) à laquelle vient se lier le module porte pièce (200) et une face verticale supérieure (310) à laquelle vient se lier le module d'usinage (100), ledit module d'usinage (100). comprenant, agencés sur ladite face extérieure (310), des rails transversaux (111, 112) sur lequel se déplace un sous-ensemble (113) assurant la mise en mouvement de- l'outil (O) vers la pièce (P).
2. Machine-outil d'usinage (M) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'angle formé par les deux faces concourantes (310 et 320) est droit.
3. Machine-outil d'usinage (M) selon la revendication i, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'axe de plongée (Z), c'est à dire de mouvement vers la pièce (P) du ou des outils (O) est parallèle à la face (310) accueillant les éléments de support et de guidage (HO) du module d'usinage ( 100) .
4, Machine-outil d'usinage (M) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le module de support (200) de la pièce (P) est monté mobile en translation selon une direction (Y) perpendiculaire a celle du mouvement de plongée (Z).
5. Machine-outil d'usinage (M) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le module support (200) de la pièce (P) comprend un plateau support tournant (220) assurant la rotation de la pièce (P) selon un axe parallèle à l'axe de son mouvement en translation (Y).
6. Machine-outil (M) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit plateau tournant (220) accueille un plateau d'accueil (230) offrant une surface plane d'accueil (231) de la pièce (P) parallèle à l'axe de rotation (Y) dudit plateau tournant (220).
7. Machine-outil (M) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ledit plateau tournant (220) accueille directement la pièce (P).
8. Machine-outil (M) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE au moins un sous-ensemble mobile (100 ou 200) est mis en mouvement au moyen de moteurs linéaires.
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