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PERFECTIONNEMENT AlJX MACIITNES OIJrll.S, NOrAIlME~IT AUX fl~/~TS~:USES
La présente lnventlon a pour obJet un per~ectionnement i aux machines outils, notamment aux ~ralseuses dites 5 axes.
L'exécution de certaines opérations d'usinage nécessite de pouvoir déplacer l'outil de travail dans les trois dimensions d'un repère d'axes orthogonaux X, Y et Z, et de pouvoir orienter son axe selon une direction variable dans ce repère. Cette orien-tation es~ réalisée par rotation autour de deux axes qui,sont gé-néralement disposés perpendiculairement entre eux, e-t qui peuvent être parallèles soit à l'un des axes du repère X Y Z, soit à l'un des plans de coordonnées de ce repere. Ces machines outils sont couramment dénommées : machines cinq axes.
De nombreuses dispositions ont été proposées pour l'orga-nisation générale de machines cinq axes. Certaines d'entre elles utilisent l'articulation de tout ou partie de la ~achine sur des p~ ~ts à axe horizontal et la rotation de têtes d'usinages mono-blocs autour d'un axe perpendicula~re au premler et horizontal lorsque le corps principal de la machine est vertical. Dans une telle disposition, la masse des parties mises ~n rotation est im-portante, ce qul est un handicap pour le posltionnemen-t précis des organes.
Par ailleurs, lorsque une machlne outil de ce type com-porte plusieurs têtes d'usinage, leurs mouvements sont tres liés entre eux car la mise en position par rotation autour des plvots l 15~0~ 2 -axe horlzontal sc ~1sant pa~ rot~tlon du corps d~ la m~ch1nc ~eur est commune:et lour rotatlon autour du deoxlème axe perpen-diculaire au premier est llmitée p~r dcs problème~ d'encombrernent, le volume en rotatlon étant ~ormé de l'ensemble de la tête d'usinag~
et étant donc particulièrement ~u~ ant.
La présente invention a pour obtet un perfection~ment qui comporte une dIsposition originale pour réaliser les quatrième et cinquième axes de rotation.
Conformément à la presente invention, le corps de la ma-chine assure seulement les déplacements selon les axes o~thogonaux X, Y et Z. Le premier axe de rotation est obtenu par 1-3 rotation d'cnsemble de la tête d'usinage dans son logement dar!s le corps de la machine. Le deuxième axe de rotation est obtenu par le pivote-ment de la broche porte outil dans une chape solidaire de la tête d'usinage, l'axe de ce pivotement étant perpendiculaire à l'axe de rotation de l'ensemble de la tete d'usinage.
Suivant cette disposition, les quatrième et cinquième axes sont obtenus à partir d'éléments constltuant les ~raiseuses à trois axes et il en résulte une grande modularité de construction.
Par ailleurs, le volume balayé par la tête d'usinage lors de la mise en position de l'axe de l'outil dans l'espace est très réduit puisque seule la partle de la broche porte outil extérieure à ~a tête est à considérer.
Par ail]Leurs1 encore, les masses mlses en oeuvre lors du positionnement par rapport aux quatrième et cinquième axes sont ... .
rès réduites, ~acllltant alnsl ce posltlonnement.
, De plu5, dans le cas d'une machlne multlb~oche, le posi-tlonnement de chacune des broches est lndépendant.
De plus, encore, les angles llmites de rotation autour des quatrième et cinqu~ème axes peuvent être très grands, donnant ain-si un maximu~ de liberté dans l'orlentation de l'axe de l'outil.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se-ront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une frai-seuse perfectionnée suivant l'invention ;
- la figure 2 est une vue en élévation frontale de la frai-seuse représentée à la flgure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective de la cuirasse de la fraiseuse représentée à la figure 1 ;
- la figure 4 est une coupe verticale partielle ~e~ Le de la fixation d'une des têtes d'usinage dans la cuirase ;
- la ~igure 5 est un schéma de la chalne cinématique de commande de la rotation d'une des têtes d'uslnage dans la cuirasse - la figure 6 est une vue ecorchée partielle d'une tête d'usinage ;
- la figure 7 est une vue écorchée partielle d'une tête d'usinage équipée d'une électrnbroche ;
- la ~lgure 8 est une vue écorchée partielle d'une tête d'usinage équipée d'une transmiss~on mécanique~
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! Aux flgurcs 1 et 2, on a-reprtsenté une frdiseusc ~lul com~
porte un portique moblle l montc coullssant sur une table ~'lxe 2~
Ce portique 1 porte une traverse horlzontale 3 montée coulissante sur des glisslères verticales 4. Cette traverse horizontal~ 3 sup-porte une cuirasse 5 montee coulissante horizontalement sur des gllssières 6 - 6a Le portlque, la traverse et la culrasse s~nt ac tionnés par des moyens classiques (pignon - crémaillère ou vis à
bille - écrou) non représentés sur ces ~igures, permettant ains~
des déplacements selon les trois axes orthogonaux X, Y et Z.
Dans la cuirasse 5 sont montées trois têtes d'usinatJe 7, 7a, 7b, identiques. Ces têtes d'usinage sont guIdées et supportées par des paliers d'axes verticaux de sorte qu'elles puissent pivot~, autour des axes vertlcaux C, Ca, Cb. A l'extrémité in~érieure de chaque tête d'usinage, une broche porte-outll 8, 8a, Bb est montée dans une chape permettant ainsi de la ~aire pivoter autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe vertical C, Ca, Cb. Cet axe horizontal peut prendre toute direction. A la ~lgure 1, il est re-présenté parallèle à l'axe Y et se confond donc avec un axe B. A
la ~igure 2, il est représenté parallèle a l'axe X et se confond dont avec un axe A.
Par la rotation de chaque tête de fraisage autour de son axe C et de la broche porte-outil autour de son axe horizontal, l'axe de rotation de l'outil peut prendre toute position à l'inté-rieur d'un cône d'axe, l'axe C, et d'angle au sommet~ déterminé
par les paramètres constructifs de la machine.
La broche porte-outiypouvant être peu proém;nen~te par 1 1580~L
rapport à la tête.d'uslnage, l'envoloppe dc ses d~verses posltlons a un ~alble volu~e, ct les têtes d'uslnage peuvent etre placées très près les unes (les autres.
f Les axes de chacun des outils peuvent être orientés indé-pendamment les uns des autres 5i .1~ usinage à réaliser le rend né-cessaire.
A la fi.gure 3 a été représentée une vue schématl~ue en perspective de la cuirasse 5 montée coulissante sur la traverse 3.
Chaque tête d'usinage 7 (dont une seule est figurée) est dlsposée dans un logement 9 de forme senslblement cylind~ique d'axe verti-cal C et est montée dans ce logement sur un palier 10 d'axe verti-cal C.
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A la figure 4 a été représentée une coupe partielle de la cuirasse 5 au droit d'une des têtes d'uslnage 7. Le palier de fi-xation de la tête 7 dans son logement est ici constitué d'un grand roulement à rouleaux croisés 10 dont la couronne extérieure est fi-xée 3 la cuirasse 5 par des vis 11, lla, et la couronne intér.ieure est fix~e à.une couronne dentée 12 par des vis 13, 13a, la couron-ne 12 étant elle-même fixée à la tête~7 par des vis 14, 14a.
Le guidage de la tête 7 dans la cuirasse 5 est complété pa des patins 15, 15a disposés à l'extrémité de la tête opposée au grand roulement 10. Ces guidages utilisent une technique connue (pat~ns à rouleaux, plaques de bronze...).
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~ - La rotation cle la tetc 7 autour de l'axe vertlcal C cst _obtenùe par un moyen d'actlonne~ent qul entra~ne les pignons 17, 1~, 19, 20, 21 et 22, le pignon 22 engrénant 3ur ia couronne dentée 12. L'ensemble de cette cha~ne cinématlque est supporté par la cul-rasse 5.
A la ~igure 5, a été représentée une vue schématique en plan de cette chaIrle cinématique qui se tr~uve ici dédoublée pour pouvoir introduire, par un rnoyen connu mais non représenté, un dis-positi~ de rattrapage de Jeu ou de précontrainte indispendable si la tête de Fraisage dolt etre utilisée en usinage par contournclgc~
Chacun des pignons 18, 19, 20, 21, 22 est doubl'e par un pi~non 18a, 19a, 20a, 21a, 22a. Un dispositi~ de mesure de la rotation de la tête 7 autour de l'axe C peut être facllement réalisé, par l'en-tra~nement, par'exemple, d'un résolver par l'axe du pignon 22. Ce dispositlf n'est pas représenté ici.
Aux figures 6 et 7 sont représentées deux vues écorchées partielles de la tête d'usinage 7, détaiilant le mode de réalisa-tion de la rotation autour d'un axe horizontal, A par exemple, de la broche porte-outil 24. La broche porte-outil 24 est montée ro-tat~ve dans un support de broche 23 monté oscillant par ses pivots 25,25a dans des chapes 26, 26a, aménagées dans,la tête 7.
Un moyen d'entra~nement 27 actlonne par une courroie cran-tée 2B ou tout dispositif équivalent un écrou à bille 29 solldaire du corps de la tête 7 par des roulements 30, 31. L'écrou à bille 29 actionne une vis 32 à 11extrémité de laquelle est ~ixée une cré-maillère 33. La crémaillère 33 est appuyée sur un patin à rouleaux - 34 et engrène sur un pignon 35. Un pignon 36 solidaire de l'axe I 1 5~0~4 7 du plgnon 35 en~rcne sur un sectcur dcntc 37 ~lxé au 3upport de broche 23. Un dlspositl~ de rattrapage de Jeu ou de prccontra~ntc connu, non représenté lcl, est lncorporé a la cha~ne ~inémat.lque 33, 35, 36, 37 pour permettre l'uslna~je en contournage. L.orsque le rnoyc d'entra~neme~t 27 actionne la cha~ne cinématique cl-dessus, le sup~
port de broche 23 bascule entre les deux posltlons extrêmes repré-sentées en traits interrompus. L~3xe de la broche 24 peut donc pren dre toute position compr.ise entre les positlons extrêmes 38 et 39.
La rotation de l'axe peut être me~surée par la fixation, par exemplc d'un resolver, non représenté9 sur l'axe des pignons 33 - 34.
Aux figures 6 et 7, le support de broche 23 représenté sche matiquemen-t est une électro-broche de conception connue. Son ali-mentation électri~lue est assurée par l'intermédiaire d'un câble électrique 40.
A la figure 8, la rotation de la broche porte-outil 24 est assurée par une transmission mécanique. Un moyen d'entraînement 41 actionne par l'intermédiaire d'une bo~te de vitesse 42 un arbre d'entra~nement 43 qui, par l'intermédiaire des pignons coniques 44 45 actionne l'arbre 46 dont l'axe est con~ondu avec l'axe A de ro-tation du support de broche 23 dans la tête 7 et qui est maintenu et guidé à l'intérieur.du pivot creux 25a de ce support de.broche 23.
Le couple de pignons conlques 46 - 47 transmet en~in le mouvement de l'arbre 43 à la :broche 24.
Bien entendu, diverses modificatlons peuvent être apportées par llh~mme de l'art au dispositi~ qui vient d'être décrit sans sortir du cadre de l'invention~ 1 1 ~ 80 ~ L
IMPROVEMENT AlJX MACIITNES OIJrll.S, NOrAIlME ~ IT AUX fl ~ / ~ TS ~: USES
The present lnventlon has for object a per ~ ectionnement i to machine tools, in particular to the so-called 5-axis scaler.
The execution of certain machining operations requires to be able to move the work tool in three dimensions of a coordinate system of orthogonal axes X, Y and Z, and to be able to orient its axis in a variable direction in this coordinate system. This orient-tation es ~ produced by rotation around two axes which are ge-usually arranged perpendicular to each other, and which can be parallel either to one of the axes of the XYZ coordinate system, or to one coordinate planes of this landmark. These machine tools are commonly referred to as: five-axis machines.
Many arrangements have been proposed for the organization.
generalization of five-axis machines. Some of them use the articulation of all or part of the ~ route on p ~ ~ ts with horizontal axis and the rotation of mono- machining heads blocks around an axis perpendicular to the premler and horizontal when the main body of the machine is vertical. In such arrangement, the mass of the parts put ~ n rotation is im-bearing, which is a handicap for the precise positioning of organs.
Furthermore, when a machine tool of this type comprises carries several machining heads, their movements are very linked between them because the positioning by rotation around the plvots l 15 ~ 0 ~ 2 -horlzontal axis sc ~ 1sant pa ~ rot ~ tlon of the body of ~ m ~ ch1nc ~ eur is common: and heavy rotatlon around the deoxlem axis perpen-diculaire with the first is llmitée p ~ r dcs problem ~ of obstruct, the volume in rotatlon being ~ covered with the entire machining head ~
and therefore being particularly ~ u ~ ant.
The present invention provides a perfection ~ ment which includes an original layout for the fourth and fifth axes of rotation.
According to the present invention, the body of the ma-china only ensures displacements along the o ~ thogonal axes X, Y and Z. The first axis of rotation is obtained by 1-3 rotation of the machining head in its housing in the body of the the machine. The second axis of rotation is obtained by the pivot-tool holder spindle in a yoke attached to the head machining, the axis of this pivoting being perpendicular to the axis of rotation of the entire machining head.
According to this arrangement, the fourth and fifth axes are obtained from elements constituting the ~ three-grader axes and this results in a great modularity of construction.
Furthermore, the volume swept by the machining head during of positioning the tool axis in space is very reduced since only the part of the external tool holder spindle to ~ a head is to be considered.
Para]] Leur1 encore, les masses mses positioning relative to the fourth and fifth axes are ...
very reduced, ~ acllltant alnsl this posltlonnement.
, From plu5, in the case of a multlb ~ oche machlne, the posi-the setting of each of the pins is independent.
Furthermore, again, the limit angles of rotation around the fourth and fifth axes can be very large, thus giving if a maximum of freedom in the orientation of the axis of the tool.
Other characteristics and advantages of the invention are:
will be better understood on reading the description which follows of an embodiment and with reference to the accompanying drawings, on which ones :
- Figure 1 is a side elevational view of a cooler improved threshold according to the invention;
- Figure 2 is a front elevational view of the cooler threshold shown in figure 1;
- Figure 3 is a schematic perspective view of the breastplate of the milling machine shown in Figure 1;
- Figure 4 is a partial vertical section ~ e ~ The fixing one of the machining heads in the cuirase;
- The ~ igure 5 is a diagram of the kinematic chain of control of the rotation of one of the user heads in the breastplate - Figure 6 is a partial cutaway view of a head machining;
- Figure 7 is a partial cutaway view of a head machining equipped with an electrnbroche;
- The ~ lgure 8 is a partial cutaway view of a head machining equipped with a mechanical transmiss ~ on ~
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! Figures 1 and 2 show a frdiseusc ~ lul com ~
carries a movable gantry l montc coullssant on a table ~ 'lxe 2 ~
This gantry 1 carries a horizontal cross member 3 sliding mounted on vertical slides 4. This horizontal cross ~ 3 sup-wears a breastplate 5 mounted horizontally sliding on gllssières 6 - 6a The portlque, the crossmember and the breech s ~ nt ac operated by conventional means (pinion - rack or opposite ball - nut) not shown on these ~ igures, thus allowing ~
displacements along the three orthogonal axes X, Y and Z.
In the breastplate 5 are mounted three machining heads 7, 7a, 7b, identical. These machining heads are guided and supported by bearings of vertical axes so that they can pivot ~, around the vertical axes C, Ca, Cb. At the end in ~ érieure of each machining head, a tool spindle 8, 8a, Bb is mounted in a yoke thus allowing the ~ area to rotate around a horizontal axis perpendicular to the vertical axis C, Ca, Cb. This axis horizontal can take any direction. At ~ lgure 1, it is re-presented parallel to the Y axis and therefore merges with an axis B. A
~ igure 2, it is shown parallel to the X axis and merges of which with an axis A.
By rotating each milling head around its C axis and the tool spindle around its horizontal axis, the axis of rotation of the tool can take any position inside laughing of a cone of axis, axis C, and of angle at the apex ~ determined by the constructive parameters of the machine.
The tool-holding pin can not be very proem; nen ~ te by 1 1580 ~ L
relation to the head. of use, the envelope dc its d ~ verses posltlons a ~ alble volu ~ e, ct the uslnage heads can be placed very close to each other.
f The axes of each tool can be oriented inde-pendant each other 5i .1 ~ machining to achieve makes it born-stop.
A fi.gure 3 has been shown a schematic view ~ ue perspective of the breastplate 5 slidingly mounted on the cross member 3.
Each machining head 7 (of which only one is shown) is disposed in a housing 9 of substantially cylindrical shape ~ ique with vertical axis cal C and is mounted in this housing on a bearing 10 of vertical axis cal C.
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In Figure 4 has been shown a partial section of the breastplate 5 in line with one of the wear heads 7. The bearing xation of the head 7 in its housing here consists of a large crossed roller bearing 10 with an outer crown fixed 3 the breastplate 5 by screws 11, lla, and the inner crown is fixed ~ e à.une ring gear 12 by screws 13, 13a, the crown-only 12 being itself fixed to the head ~ 7 by screws 14, 14a.
The guidance of the head 7 in the breastplate 5 is completed pa pads 15, 15a disposed at the end of the head opposite the large bearing 10. These guides use a known technique (roller skates, bronze plates ...).
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~ - The rotation of the tetc 7 around the vertlcal C cst axis _obtenùe by means of actlonne ~ ent qul entered ~ do the pinions 17, 1 ~, 19, 20, 21 and 22, the pinion 22 meshing 3ur ia toothed ring 12. The whole of this cha ~ cinematlque is supported by the cul-grows 5.
In ~ igure 5, there is shown a schematic view in plan of this kinematic chain which is split here for to be able to introduce, by a known but not represented means, a positi ~ game take-up or preload essential if the Milling head must be used in contour machining ~
Each of the pinions 18, 19, 20, 21, 22 is doubled by a pi ~ not 18a, 19a, 20a, 21a, 22a. A device for measuring the rotation of the head 7 around the axis C can easily be realized, by the tra ~ nement, par'example, a resolver by the axis of the pinion 22. This dispositlf is not shown here.
Figures 6 and 7 show two cutaway views parts of the machining head 7, detailing the embodiment tion of the rotation around a horizontal axis, A for example, of the tool holder spindle 24. The tool holder spindle 24 is mounted tat ~ ve in a spindle support 23 mounted oscillating by its pivots 25,25a in yokes 26, 26a, arranged in the head 7.
A drive means 27 actlonne by a notched belt tee 2B or any equivalent device a ball nut 29 of the body of the head 7 by bearings 30, 31. The ball nut 29 operates a screw 32 to 11 end of which is ixed a cre-mesh 33. The rack 33 is supported on a roller skate - 34 and meshes with a pinion 35. A pinion 36 integral with the axis I 1 5 ~ 0 ~ 4 7 plgnon 35 en ~ rcne on a sectcur dcntc 37 ~ lxé au 3upport de pin 23. A dlspositl ~ for game catching or prccontra ~ ntc known, not shown lcl, is incorporated in the chain ~ ne ~ inémat.lque 33, 35, 36, 37 to allow uslna ~ I bypassing. L. when rnoyc of entra ~ neme ~ t 27 actuates the chain ~ kinematic cl above, the sup ~
spindle port 23 switches between the two extreme positions shown felt in broken lines. L ~ 3xe of pin 24 can therefore take from any position between the extreme positions 38 and 39.
The rotation of the axis can be me ~ sure by the fixing, for example a resolver, not shown9 on the pinion axis 33 - 34.
In Figures 6 and 7, the pin support 23 shown sche matiquemen-t is an electro-spindle of known design. His ali-electri ~ read is provided by means of a cable electric 40.
In FIG. 8, the rotation of the tool-holder spindle 24 is ensured by a mechanical transmission. A drive means 41 operates through a gearbox 42 a shaft drive 43 which, via the bevel gears 44 45 actuates the shaft 46 whose axis is con ~ undulated with the axis A of ro-tation of the spindle support 23 in the head 7 and which is maintained and guided inside the hollow pivot 25a of this spindle support 23.
The pair of sprockets 46 - 47 transmits in ~ in the movement from shaft 43 to: spindle 24.
Of course, various modifications can be made by llh ~ mme art at dispositi ~ which has just been described without depart from the scope of the invention ~