Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
1 1~80~L
PERFECTIONNEMENT AlJX MACIITNES OIJrll.S, NOrAIlME~IT AUX fl~/~TS~:USES
DITES 5 AXES
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~
.
~ ., ., ~, .
0~
! 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.
.
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...).
. ,
,
o~
~ - 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~
