FR2943574A3 - Procede et dispositif de realisation de grandes pieces de revolution notamment en bois - Google Patents

Abstract

Le dispositif de fabrication de pièces de révolution, notamment en bois, à partir d'une barre (B) maintenue fixe en rotation et guidée en translation par un système d'amenage, comporte : - un châssis fixe (1a) portant une couronne fixe intérieure (1b) et une couronne fixe extérieure (1c) ayanL un même axe principal (Al), - un plateau (5) entraîné en rotation sur la couronne intérieure fixe (1b), le plateau portant des bras mobiles (12) qui portent des outils rotatifs (15) - un écrou denté (2) vissé sur la couronne fixe intérieure (1b) et mu en rotation, - un palier (3) guidé en rotation sur l'écrou denté (2), déplacé en translation lors de la rotation de l'écrou denté (2), le palier (3) portant deux écrous d'un système vis-écrou réversible, dont la vis est reliée aux bras mobiles (12) pour provoquer leur pivotement, de manière que la distance entre les axes des outils et l'axe de la barre soit ajustable en continu par un déplacement des bras commandé par la rotation du moteur (M1) en fonction du mouvement en translation de la barre. Application à la fabrication de pièces de révolution, notamment en bois.

Description

Procédé et dispositif de réalisation de grandes pièces de révolution notamment en bois. présente invention est une variante d'un nouveau procédé et dispositif de façonnage par enlèvement de matière, qui a fait l'objet d'une demande de brevet d'invention en France le 23 octobre 2008 sous le n° 08 05860. Cette variante du procédé, qui s'apparente à une opération de tournage, concerne particulierement l'usinage de pièces en bois, lourdes et volumineuses telles que barreaux profilés, poteaux poutres et analogues, conçus à partir de barres en matériau usinable, notamment en bois et en particulier en balsa, liège et/ou en matière plastique tels que mousse polyuréthane, jusqu'à des bois plus durs tels que le hêtre ou l'Ipé (bois exotique) et autres matériaux.

On connaît déjà des procédés et des machines de fabrications du type indiqué ci-dessus. Un de ces dispositifs connus, pour la fabrication de poteaux cylindriques, est composé d'un moteur électrique qui entraîne un mandrin creux équipé d'au moins deux lames orientées vers le centre et uniformément réparties sur l'intérieur du mandrin. Les lames ainsi en rotation autour de l'axe d'usinage, vont pouvoir usiner une pièce selon son axe et selon un diamètre fixe défini par la position des lames par rapport à l'axe. Ce dispositif permet effectivement d'usiner des grandes longueurs de poteaux. Ce dispositif présente plusieurs inconvénients. Il ne permet la réalisation que d'une seule pièce à la fois. Il ne permet pas non plus des variations de diamètre en cours d'usinage. De plus, pour chaque nouveau diamètre, il faut repositionner les lames et souvent démonter et changer le mandrin en fonction du diamètre à réaliser. De ce fait, le rendement dudit dispositif est très faible les formes des produits réalisés se limitent à des formes cylindriques.

On connaît également le dispositif de tournage traditionnel permettant la fabrication de pièces de révolution. Dans ce dispositif, la barre à usiner est maintenue grâce à un mandrin avec ou sans contrepointe ou entre pointes et est entraînée en rotation autour de son axe. L'usinage du profil à réaliser se fait alors par combinaison du déplacement d'une extrémité à l'autre de la barre, d'un ou plusieurs outils et par la variation de l'écartement de ces outils par rapport à l'axe de la pièce. La variation de cet écartement est réalisée généralement soit mécaniquement soit par un système de commande numérique. Toutefois, ce dispositif présente plusieurs inconvénients. En effet, la longueur de la pièce à usiner est limitée par la capacité de la machine. Plus la pièce est longue, plus la machine comportant ce dispositif est importante et donc coûteuse. Dans le cas de pièces de grands diamètres, la mise en rotation de celles-ci nécessite beaucoup d'énergie, un parfait équilibre de la pièce entre pointes, pour éviter le balourd et une dimension proportionnelle de la machine. D'autre part, dans le cas de pièces longues et minces, il y a risque de flexion ou de vibration à mi-longueur, ce qui peut générer des défauts rédhibitoires de qualité d'usinage. Par ailleurs, ce dispositif est par son principe discontinu. Il ne permet la réalisation que d'une seule pièce à la fois. De ce fait, le rendement dudit dispositif est assez faible, surtout pour les pièces lourdes et volumineuses

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de fournir un nouveau dispositif d'usinage permettant un usinage en continu, à cadence élevée, capable d'usiner aussi bien de très fines barres que des barres de grands diamètres, de longueur théorique infinie, sans perte excessive de matière et sans diminuer la vitesse d'usinage, de générer des profils variés en cours d'usinage avec le même outil et d'usiner au plus près du maintien, supprimant ainsi les effets de vibration et de flambement des grandes pièces en tournage. 1.0 Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces de révolution, notamment en bois, à partir d'une barre, du type décrit dans la demande de brevet n° 08 05860 précitée, selon 15 lequel la barre est maintenue fixe en rotation par rapport à un châssis, et animée d'un mouvement de translation continu et rectiligne selon l'axe de la barre, ladite barre est usinée par au moins deux outils rotatifs en forme de disque situés dans un même plan de 20 coupe transversal à l'axe de la barre et fixe par rapport au châssis, les outils étant diamétralement opposés par rapport à l'axe de la barre ou répartis autour de la barre, chaque outil tournant selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de la barre, ces outils étant animés 25 d'un mouvement épicycloïdal tel qu'ils tournent chacun autour de leur axe respectif, les axes des outils tournant eux-mêmes autour de l'axe de la barre, et la distance entre les axes des outils et l'axe de la barre étant ajustée en continu en fonction de la position en 30 translation de la barre par rapport au châssis. Le procédé est ici caractérisé en ce que la barre est déplacée par rapport au dispositif d'usinage dans le sens tel que l'usinage se fait à l'entrée du dispositif. Les outils sont des disques abrasifs pour les 35 matériaux légers tels que le balsa et des disques à dents coupantes pour les matériaux plus durs.

L'invention a aussi pour objet un dispositif de fabrication de pièces de révolution, notamment en bois, à partir d'une barre (B) maintenue fixe en rotation et guidée en translation par un système d'amenage. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte : - un châssis fixe (la) portant une couronne fixe intérieure (lb) et une couronne fixe extérieure (1c) ayant un même axe principal (Al), - un plateau (5) guidé en rotation sur la couronne intérieure fixe (lb) et entraîné en rotation selon l'axe principal (Al) à l'aide d'un moteur (M3), le plateau portant au moins deux outils rotatifs(15) en forme de disque portés par des bras mobiles(12) sur lesquels les outils sont entraînés en rotation selon leurs axes respectifs, - sur la couronne fixe intérieure (lb) est vissé un écrou denté (2) mu en rotation par un pignon (11) porté par un axe (10)lui-même entraîné en rotation par une roue dentée (9)et une transmission (Tl) grâce à un moteur (MI), - sur cet écrou denté (2) est guidé en rotation un palier (3), déplacé en translation selon l'axe principal (Al) lors de la rotation de l'écrou denté (2), le palier (3) portant deux écrous (6) diamétralement opposés d'un système vis-écrou réversible (6,7), dont la vis (7) est guidée en rotation sur le plateau (5) et entraînée en rotation par le déplacement en translation de l'écrou (6), la vis (7) étant reliée aux bras mobiles (2) pour provoquer leur pivotement, de manière que la distance entre les axes des outils et l'axe de la barre soit ajustable en continu par un déplacement des bras commandé par la rotation du moteur (Ml) en fonction du mouvement en translation de la barre.

Le dispositif comporte donc un palier mobile (3) selon la direction de l'axe principal (Al) et lié en rotation avec le plateau (5), les bras (12) portant les outils sont montés pivotants sur le plateau (5), et entraînés en pivotement par un pignon (8) rotatif solidaire d'une vis réversible (7) d'un système vis-écrou (6,7) à billes réversible, l'écrou (6) du système vis-écrou étant porté par ledit palier (3), ce dernier étant guidé en rotation et mu en translation par l'écrou denté (2) commandé en position axiale en fonction du déplacement axial de la barre.

Selon des dispositions complémentaires : - la position en translation selon l'axe de l'écrou denté est commandée par le pignon (11) entraîné en rotation par un moteur piloté (Ml). - chaque outil est entraîné en rotation selon son axe respectif par un système (T2) de poulies et courroies entraîné par un pignon (17) dont la rotation est provoquée par engrenage sur la denture intérieure de la couronne dentée (4), ladite couronne guidée en rotation sur la couronne extérieure fixe (lc) du châssis est entraînée en rotation par un moteur (M2).

Dans ce dispositif, la barre ne tourne pas sur elle-même. Elle est uniquement soumise à un déplacement longitudinal, dans sa direction axiale, à travers une bague de guidage. Dès la sortie de la bague de guidage, ladite barre (B) mise en contact avec deux disques abrasifs maintenus chacun par un porte-outil en rotation autour de ladite barre. Dès la sortie de la bague de guidage, ladite barre est usinée par deux outils diamétralement opposés par rapport à l'axe de la barre et situés dans un même plan de coupe, ce qui répartit les efforts de coupe de part et d'autre de la barre et limite les efforts de flexion sur celle-ci.

L'écartement de ce porte-outil est piloté par une commande numérique qui va réaliser le profil de la barre 10 15 20 25 30 35 à usiner, préalablement mémorisé dans un fichier informatique. En comparaison de la première invention qui a fait l'objet d'une demande de brevet d'invention en France le 23 octobre 2008 sous le n° 08 05860, les modifications suivantes ont été apportées : Remplacement du système de crémaillère par un système d'écrou denté pour le déplacement du support des vis-écrou réversibles. Ce système permet de conserver une bonne maîtrise de l'écartement des outils compte tenu des importants efforts de coupe et puissances d'usinage mises en jeu. L'usinage de la barre se fait à l'entrée du dispositif et non en sortie comme présenté dans la première version de l'invention. Cette option permet de réduire la dimension du dispositif et d'en réduire ainsi le coût. Elle permet également de faciliter le démontage des outils. Cette variante comporte une couronne rotative à double denture (intérieure et extérieure) à l'intérieur de laquelle vient rouler un pignon qui transmet sa vitesse de rotation à l'outil. Dans la version précédente, la couronne était fixe et la denture intérieure était remplacée par une bande de roulement sur laquelle roulait un galet qui transmettait sa vitesse de rotation à l'outil. Cette variante permet d'obtenir une vitesse de rotation des outils constante quelque soit la vitesse de rotation du plateau.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'une machine conforme à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure la est un schéma de principe du procédé d'usinage, - la figure lb est un vue 3D simplifiée de l'ensemble du dispositif, - la figure 2 est une vue en coupe axiale du dispositif montrant le principe de fonctionnement du système d'écartement des bras porte-outil, - la figure 3 est une vue en coupe axiale du dispositif montrant le principe de fonctionnement de l'entrainement en rotation des outils, - la figure 4 est une vue simplifiée du plateau tournant équipé.

La cinématique de la machine consiste en l'association du mouvement de translation de la barre B à façonner avec un mouvement de rotation de l'axe de l'outil autour de la barre. La machine comporte alors un plateau tournant (5), supportant deux outils de coupe (15) diamétralement opposés. Chaque outil peut se déplacer de façon radiale par rapport à l'axe (Al) de la machine par pivotement d'un bras (12) autour d'un axe(A3). Une extrémité du bras supporte l'outil, l'autre est mue par une liaison engrenage par un pignon (8). Ce pignon est solidaire d'une vis à bille réversible (7) qui oscille autour de son axe sous l'effet de translation de l'écrou réversible associé (6). Les deux outils se déplacent donc simultanément, radialement par rapport à l'axe (Al) du dispositif qui est généralement confondu avec l'axe de la barre (B), grâce au déplacement de ces deux écrous. Ces écrous s'appuient sur un palier (3) qui est entraîné en translation par l'écrou cranté (2) lui-même mu par la rotation du pignon (11) entraîné simultanément par un moteur Ml. Ce moteur est piloté par une commande numérique qui va faire en sorte que l'outil reproduise le profil à usiner en fonction de l'avance de la barre. Ce profil est préalablement mémorisé dans un fichier informatique. L'avance de la barre est assurée par un système d'entraînement et un moteur, non représenté.

La rotation de chaque outil est obtenue grâce à un pignon (17) supporté par le plateau tournant et roulant sur la denture intérieure d'une couronne dentée (4), mue en rotation par un moteur (M2). La rotation du pignon est transmise à l'outil par un système de poulie - courroie (T2) et via l'axe 14. Le plateau tournant (5) est entraîné par un moteur M3 via un système poulie courroie. NOMENCLATURE : la : Bati/Chassis lb : Bati : Couronne intérieure fixe le : Bati : Couronne extérieure fixe 2 : Ecrou denté 3 : Palier support 4 : Couronne dentée 5 : Plateau 6 : Ecrou réversible 7 : Vis à billes réversible 8 : Pignon de positionnement du bras porte-outil 9 : Roue dentée d'entraînement de l'axe 10 10 : Axe du pignon 11 11 Pignon d'entraînement de l'écrou denté 12 Bras porte-outil 13 : Axe de transmission de la rotation à l'outil 14 Axe de l'outil 15 : Outil à dents ou meule 16 : Guidage et butée à billes ou coussinet 17 Pignon d'entraînement pour la rotation de l'outil Al : Axe principal du dispositif A2 Axe de l'outil A3 Axe de l'articulation du bras A4 Axe du pignon d'entrainement de l'écrou denté A5 Axe du système vis-écrou réversible Cl C2 : C3 : C4 Tl Transmission par courroie Moteur 1 T2 Système de transmission par courroies de la rotation du pignon 17 à l'outil 15. Rotation du bras porte-outil 12 Rotation de l'outil 15 Rotation du plateau 5 Rotation du pignon 8 Ce procédé présente notamment les avantages suivants : Pas de fabrication, ni de montage ou démontage de gabarit. Pas d'usure de gabarit. Changement immédiat de modèle de profil à usiner. Outil commun à plusieurs profils. Pas de porte-à-faux pendant l'usinage, quelle que soit la longueur de la barre, d'où une meilleure précision d'usinage et une absence totale de vibration de la barre puisqu'elle ne tourne plus. L'avantage d'un procédé continu pouvant s'intégrer dans un process d'ensemble continu. Longueur de barre illimitée et donc une limitation des chutes. Possibilité d'usiner des sections originales telles que l'usinage simultané de 4 barres carrées et transformées en 4 barres de section 's rond après usinage ou l'usinage simultané de 2 barres de section rectangulaire regroupées formant une grande section carrée à l'entrée du dispositif et transformées en 2 barres de section rond après usinage. Il existe ainsi de nombreuses formes et combinaisons possibles compte tenu de l'absence de rotation de la barre.

L'absence de rotation des barres facilite également l'usinage de pièces lourdes et volumineuses et réduise de fait la consommation d'énergie. Une seule machine suffit quelque soit la longueur de barre à usiner, ce qui réduit considérablement les investissements.

Avantages complémentaires :

Possibilité d'usiner des barres très fines, très fragiles, asymétriques.

Possibilité d'usiner des sections ovales en en inclinant légèrement l'axe de la barre par rapport à l'axe principal du dispositif (Al)

Selon une variante de réalisation, on peut imaginer 35 un système d'entraînement en rotation de l'outil par moteur pneumatique ou électrique embarqué,

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de fabrication de pièces de révolution, notamment en bois, à partir d'une barre (B) maintenue fixe en rotation et guidée en translation par un système d'amenage, caractérisé en ce qu'il comporte : - un châssis fixe (la) portant une couronne fixe intérieure (lb) et une couronne fixe extérieure (1c) ayant un même axe principal (Al), - un plateau (5) guidé en rotation sur la couronne intérieure fixe (lb) et entraîné en rotation selon l'axe principal (A1) à l'aide d'un moteur (M3), le plateau portant au moins deux outils rotatifs(15) en forme de disque portés par des bras mobiles(12) sur lesquels les outils sont entraînés en rotation selon leurs axes respectifs, - sur la couronne fixe intérieure (lb) est vissé un écrou denté (2) mu en rotation par un pignon (11) porté par un axe (10)lui-même entraîné en rotation par une roue dentée (9)et une transmission (Ti) grâce à un moteur (MI), - sur cet écrou denté (2) est guidé en rotation un palier (3), déplacé en translation selon l'axe principal (Al) lors de la rotation de l'écrou denté (2), le palier (3) portant deux écrous (6) diamétralement opposés d'un système vis-écrou réversible (6,7), dont la vis (7) est guidée en rotation sur le plateau (5) et entraînée en rotation par le déplacement en translation de l'écrou (6), la vis (7) étant reliée aux bras mobiles (12) pour provoquer leur pivotement, de manière que la distance entre les axes des outils et l'axe de la barre soit ajustable en continu par un déplacement des bras commandé par la rotation du moteur (Ml) en fonction du mouvement en translation de la barre.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un palier mobile (3) selon la direction de l'axe principal (Al) et lié en rotation avec le plateau (5), les bras (12) portant les outils sont montés pivotants sur le plateau (5), et entraînés en pivotement par un pignon (8) rotatif solidaire d'une vis réversible (7) d'un système vis-écrou (6,7) à billes réversible, l'écrou (6) du système vis-écrou étant porté par ledit palier (3), ce dernier étant guidé en rotation et mu en translation par l'écrou denté (2) commandé en position axiale en fonction du déplacement axial de la barre.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position en translation selon l'axe de l'écrou denté est commandée par le pignon (11) entraîné en rotation par un moteur piloté (Ml).
4. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque outil est entraîné en rotation selon son axe respectif par un système (T2) de poulies et courroies entraîné par un pignon (17) dont la rotation est provoquée par engrenage sur la denture intérieure de la couronne dentée (4), ladite couronne guidée en rotation sur la couronne extérieure fixe (1c) du châssis est entraînée en rotation par un moteur (M2).
5. 5. Procédé de fabrication de pièces de révolution, notamment en bois, à partir d'une barre, caractérisé en ce que la barre est maintenue fixe en rotation par rapport à un châssis, et animée d'un mouvement de translation continu et rectiligne selon l'axe de la barre, ladite barre est usinée par au moins deux outils rotatifs en forme de disque situés dans un même plan de coupe transversal à l'axe de la barre et fixe par rapport au châssis, les outils étant diamétralement opposés par rapport à l'axe de la barre ou répartis autour de la barre, chaque outil tournant selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de la barre, ces outils étant animés d'un mouvement épicycloïdal tel qu'ils tournent chacun autour de leur axe respectif, les axes des outils tournant eux-mêmes autour de l'axe de la barre, et la distance entre les axes des outils et l'axe de la barre étant ajustée en continu en fonction de la position en translation de la barre par rapport au châssis, et en ce que la barre est déplacée par rapport au dispositif d'usinage dans le sens tel que l'usinage se fait à l'entrée du dispositif.