FR2906173A1

FR2906173A1 - Workpiece machining device, has rods forming parallelogram with head and Y carriage, and X carriages that are respectively mobile along directions parallel to Y axis on X carriages mobile that are along directions parallel to X axis

Info

Publication number: FR2906173A1
Application number: FR0653875A
Authority: FR
Inventors: Andre Greffioz; Michel Vives
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-03-28
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: FR2906173B1; CN101528409A; CN101528409B

Abstract

The device has two connecting rods forming a deformable articulated parallelogram with a machining head (10) and a Y carriage (33a) in a plane defined by X and Z directions. A third connecting rod (31b) is articulated on the head and another Y carriage (33b) such that an articulated assembly formed by the rod (31b), the head and the carriage (33b) is deformable in the plane defined by X and Z directions. The carriages (33a, 33b) are respectively mobile along two directions parallel to a Y axis on two X carriages (20a, 20b) that are mobile along directions parallel to an X axis.

Description

1 DISPOSITIF POUR L'USINAGE EN PLAFOND DE PIECES FIXES La présente1 DEVICE FOR CEILING MACHINING OF FIXED PARTS

invention appartient au domaine des machines outils à commandes numériques pour l'usinage de pièces comportant au moins une grande dimension. Plus particulièrement elle concerne un dispositif d'usinage dans lequel la pièce à usiner est positionnée fixe sur une table fixe au-dessus des moyens d'usinage et dans lequel les outils d'usinage se déplacent pendant les opérations d'usinage. Lorsque les pièces à usiner sont de grandes dimensions, donc plus difficile à fixer et à maintenir dans une position précise, la solution utilisée consiste à maintenir la pièce immobile sur une table également immobile, rigide et très solidement fixée, et à déplacer les outils devant usiner la pièce au moyen d'un portique au-dessus de la table. Le portique comporte généralement une traverse horizontale soutenue par deux poteaux latéraux. Le portique se déplace suivant un des axes de la table, le plus allongé, en prenant appui sur des glissières de grande précision fixées à la table et porte une ou plusieurs têtes d'usinage qui se déplacent le long de la traverse horizontale du portique. La ou les têtes d'usinage sont également aptes à effectuer différents mouvements nécessaires à l'usinage, mouvements de translation pour rapprocher l'outil d'usinage de la table et, dans certains cas, mouvements de rotations pour incliner l'axe de rotation de l'outil d'usinage. Les machines de ce type sont largement répandues dans l'industrie et permettent d'utiliser des tables de grandes longueurs pouvant dépasser plusieurs dizaines de mètres. The invention belongs to the field of numerical control machine tools for machining workpieces comprising at least one large dimension. More particularly, it relates to a machining device in which the workpiece is positioned fixed on a fixed table above the machining means and in which the machining tools move during the machining operations. When the workpieces are large, and therefore more difficult to fix and maintain in a precise position, the solution used is to keep the work stationary on a table that is also stationary, rigid and very securely fixed, and to move the tools in front of it. machine the room with a portico above the table. The gantry generally has a horizontal cross supported by two lateral columns. The gantry moves along one of the axes of the table, the longest, taking support on high-precision slides fixed to the table and carries one or more machining heads that move along the horizontal crossbar of the gantry. The machining head or heads are also able to perform various movements necessary for machining, translational movements to bring the machining tool to the table and, in some cases, rotational movements to tilt the axis of rotation. of the machining tool. Machines of this type are widely used in industry and allow the use of tables of great lengths that may exceed several tens of meters.

Toutefois ce type de machines présente plusieurs défauts qui compliquent leur utilisation et pénalisent leur rentabilité industrielle. D'une part les portiques, en raison de la complexité des têtes d'usinage 2906173 2 qu'ils supportent et de la nécessaire précision des opérations d'usinage, doivent être le plus rigide possible. Cette rigidité conduit à des portiques très volumineux et très lourds, pouvant atteindre ou dépasser 20 ou 30 tonnes, ce qui en complique les mouvements et limite en pratique les vitesses de déplacement, hors 5 opération d'usinage notamment. D'autre part les portiques fonctionnent en usinant les pièces posées sur la partie supérieure de la table, par le dessus, ce qui provoque des accumulations de copeaux de matière enlevée par l'usinage et impose de mettre en place des moyens d'évacuation pouvant nécessiter d'interrompre les opérations d'usinage. However, this type of machine has several defects that complicate their use and penalize their industrial profitability. On the one hand the gantries, because of the complexity of the machining heads 2906173 2 they support and the necessary precision of the machining operations, must be as rigid as possible. This rigidity leads to very bulky and very heavy gantries, which can reach or exceed 20 or 30 tons, which complicates the movements and limits in practice the speeds of movement, except 5 machining operation in particular. On the other hand the gantries work by machining the parts placed on the upper part of the table, from above, which causes accumulations of material chips removed by machining and requires the establishment of evacuation means that can require to interrupt the machining operations.

10 La présente invention à pour but de proposer un ensemble comportant une tête d'usinage et des moyens de déplacement de ladite tête de masse très réduite par rapport aux solutions utilisant un portique et de rigidité supérieure adaptée à l'usinage de pièce montée en plafond, c'est à dire sur la face inférieure d'une table de maintien de la pièce en cours d'usinage.The object of the present invention is to propose an assembly comprising a machining head and means for displacing said head of mass that is very small compared to solutions using a gantry and of greater rigidity adapted to the machining of parts mounted on ceilings. , ie on the underside of a table holding the workpiece being machined.

15 Pour atteindre ce résultat un dispositif d'usinage comporte une tête d'usinage mobile suivant au moins trois axes de translation dits axe longitudinal X, axe transversal Y et axe vertical Z pour usiner une pièce immobile fixée au-dessus de la tête d'usinage suivant l'axe Z. La tête d'usinage est maintenue avec une orientation constante par des moyens de liaison comportant au moins trois bielles 20 articulées. Deux bielles parmi les trois forment avec la tête d'usinage et avec un premier chariot Y sur lesquels elles sont articulées un premier parallélogramme articulé déformable dans le plan défini par les directions X et Z. Au moins une autre bielle parmi les au moins trois est articulée d'une part sur la tête d'usinage et d'autre part sur un second chariot Y de sorte que l'ensemble articulé formé par 25 la au moins une bielle, la tête d'usinage et le second chariot Y soit déformable dans le plan défini par les directions X et Z. Le premier chariot Y est mobile suivant une direction parallèle à l'axe Y sur un premier chariot X mobile suivant une direction parallèle à l'axe X et le second chariot Y est mobile suivant une direction parallèle à l'axe Y sur un second chariot X mobile suivant une direction parallèle à l'axe X. Dans un mode particulier de réalisation, pour améliorer la rigidité du 2906173 3 dispositif, le dispositif comporte au moins quatre bielles articulées dont au moins deux bielles forment avec la tête et le second chariot Y sur lesquels elles sont articulées un second parallélogramme articulé, déformable dans le plan défini par les directions X et Z, similaire au premier parallélogramme articulé formé par au 5 moins deux bielles, la tête d'usinage et le premier chariot Y . Afin de réaliser les mouvements de la tête d'usinage avec l'amplitude souhaitée en X et Z, la position suivant l'axe X de la tête d'usinage est modifiée par un mouvement simultané des deux chariots X et dans lequel la position suivant l'axe Z de la tête d'usinage est modifiée par un mouvement relatif entre 10 les deux chariots X. Pour assurer la stabilité de la tête d'usinage et la rigidité nécessaire des parallélogrammes, chaque bielle comporte au moins deux chapes à chacune de ses extrémités articulées dont les axes sont sensiblement parallèles à la direction Y. De préférence les bielles sont de formes trapézoïdales, avec la petite base 15 articulée sur la tête d'usinage et la grande base articulée sur le chariot Y et les bielles sont articulées au moyen de roulements à rouleaux coniques montés en opposition. Dans une forme préférée de réalisation chaque chariot X comporte une poutre qui supporte des glissières parallèles à l'axe Y sur lesquelles coulissent les 20 chariots Y. Pour obtenir une rigidité adaptée, les poutres ont par exemple une section fermée sensiblement triangulaire ou trapézoïdale, et les faces des poutres sur lesquelles coulissent les chariots Y sont de préférence sensiblement verticales, et de préférence inclinées par rapport à la verticale d'une valeur inférieure ou égale à 45 degrés.To achieve this result, a machining device comprises a movable machining head along at least three axes of translation called longitudinal axis X, transverse axis Y and vertical axis Z to machine a stationary part fixed above the head of the machine. machining along the axis Z. The machining head is maintained with a constant orientation by connecting means comprising at least three articulated rods 20. Two rods of the three form with the machining head and with a first carriage Y on which they are articulated a first articulated parallelogram deformable in the plane defined by the directions X and Z. At least one other rod among the at least three is articulated on the one hand on the machining head and secondly on a second carriage Y so that the articulated assembly formed by the at least one connecting rod, the machining head and the second carriage Y is deformable in the plane defined by the directions X and Z. The first carriage Y is movable in a direction parallel to the axis Y on a first carriage X moving in a direction parallel to the axis X and the second carriage Y is movable in one direction parallel to the Y axis on a second mobile carriage X in a direction parallel to the X axis. In a particular embodiment, to improve the rigidity of the device, the device comprises at least four articulated connecting rods. whereof at least two rods form with the head and the second carriage Y on which they are articulated a second articulated parallelogram, deformable in the plane defined by the X and Z directions, similar to the first articulated parallelogram formed by at least two connecting rods, the machining head and the first carriage Y. In order to carry out the movements of the machining head with the desired amplitude in X and Z, the position along the X axis of the machining head is modified by a simultaneous movement of the two carriages X and in which the following position the Z axis of the machining head is modified by a relative movement between the two carriages X. To ensure the stability of the machining head and the necessary rigidity of the parallelograms, each connecting rod comprises at least two clevises to each of its articulated ends whose axes are substantially parallel to the direction Y. Preferably the rods are trapezoidal shapes, with the small base 15 articulated on the machining head and the large base articulated on the carriage Y and the rods are hinged to the means of tapered roller bearings mounted in opposition. In a preferred embodiment each carriage X comprises a beam which supports slides parallel to the Y axis on which the carriages Y slide. In order to obtain a suitable rigidity, the beams have for example a closed section that is substantially triangular or trapezoidal, and the faces of the beams on which the carriages Y slide are preferably substantially vertical, and preferably inclined relative to the vertical by a value less than or equal to 45 degrees.

25 Dans un mode de réalisation les chariots Y sont entraînés en déplacement suivant l'axe Y par des vis à billes situées à la partie supérieure des poutres afin de rapprocher le centre de gravité du dispositif de son centre d'inertie et de limiter les déformations. Pour assurer les déplacements suivant l'axe X, les chariots X comportent 30 des moyens de guidage qui sont avantageusement portés par des plaques d'extrémité fixées aux extrémités des poutres et qui en augmente simultanément 2906173 4 la rigidité en torsion. Le cas échéant la rigidité de la liaison entre les plaques d'extrémité et les poutres est renforcée par au moins un élément raidisseur. Pour assurer les mouvements combinés des chariots X et des chariots Y qui déterminent la trajectoire complexe de la tête d'usinage suivant les axes X, Y 5 et Z, les différents mouvements des chariots sont contrôlés par des moyens de commande numérique. En fonction des besoins des pièces à usiner, la tête d'usinage comporte au moins une broche d'entraînement d'un outil d'usinage dont l'axe peut être orienté suivant des directions différentes de la verticale Z. L'invention concerne également un centre d'usinage particulièrement 10 compact et performant qui comporte un dispositif d'usinage tel que décrit positionné dans un tunnel au plafond duquel est fixée la pièce à usiner, et dans lequel les chariots X se déplacent suivant l'axe X en prenant appui sur des moyens de guidage en X fixés aux parois latérales du tunnel. La description détaillée d'un mode de réalisation d'un dispositif suivant 15 l'invention est faite en référence aux figures qui représentent : Figure 1 : une représentation en perspective des principaux éléments du dispositif assemblé ; Figure 2 : une représentation en perspective d'une variante de réalisation du dispositif ; 20 Figure 3 : une vue partielle du dispositif ; Figure 4 : une représentation schématique partielle d'un centre d'usinage mettant en oeuvre le dispositif dans un tunnel d'usinage. Comme montré sur la figure 1 le dispositif comporte une tête d'usinage 10, un premier et un second chariots 20a, 20b mobiles suivant un axe X 25 sensiblement horizontal dits chariots X et des moyens de liaison 30a et 30b maintenant la tête d'usinage 10 en position par rapports aux chariots X, respectivement 20a et 20b. Au moins un moyen de liaison 30a comporte au moins deux bielles 31a et 32a, chaque bielle étant articulée à une extrémité sur la tête d'usinage 10 et à 30 l'autre extrémité sur un premier chariot 33a, ledit chariot, dit chariot Y, étant fixé mobile sur le premier chariot X 20a avec la possibilité de se déplacer le long dudit 2906173 5 chariot X suivant une direction Y sensiblement horizontale et sensiblement perpendiculaire à l'axe X de déplacement dudit chariot. Le second moyen de liaison 30b comporte au moins une bielle 31b articulée à une extrémité sur la tête d'usinage 10 et à son autre extrémité sur un 5 second chariot Y 33b, ledit chariot Y étant fixé mobile sur le second chariot X 20b avec la possibilité de se déplacer le long dudit chariot X suivant la direction Y. Les bielles 31a, 32a, 31b sont conçues avec une rigidité adaptée aux efforts statiques et dynamiques de l'usinage que doit réaliser la machine d'usinage équipé du dispositif. Chaque bielle est articulée de sorte que la tête d'usinage 10 10 soit mobile en translation verticale suivant un axe Z dans un repère lié à ladite tête, c'est à dire suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini par les directions de déplacement X et Y des chariots, et soit maintenue fixe suivant les autres axes tant de translation que de rotation. Ce résultat est obtenu d'une part en articulant les bielles de sorte que les bielles 31a, 32a entre le 15 premier chariot Y 33a et la tête d'usinage 10 forment un parallélogramme articulé qui a pour effet de maintenir l'orientation de la tête d'usinage et d'autre part avec des axes d'articulation des bielles 31a, 32a, 31b sur la tête d'usinage 10 et sur les chariots Y 33a, 33b parallèles et sensiblement parallèles à l'axe Y. Dans une forme particulière de réalisation illustrée sur la figure 2, le 20 second moyen de liaison 30b comporte également au moins deux bielles 31b, 32b articulées sur la tête d'usinage 10 et sur le chariot Y 33b de telle sorte que les dites deux bielles, lechatiot X 33b et la tête d'usinage 10 forment un parallélogramme articulé similaire à celui formé par les bielles 31a, 32a du premier moyen de liaison 30a.In one embodiment, the Y carriages are driven along the Y axis by ball screws located at the upper part of the beams in order to bring the center of gravity of the device closer to its center of inertia and to limit the deformations. . To provide the X-axis displacements, the X carriages comprise guide means which are advantageously carried by end plates attached to the ends of the beams and which simultaneously increase the torsional rigidity thereof. If necessary, the rigidity of the connection between the end plates and the beams is reinforced by at least one stiffening element. To ensure the combined movements of X carriages and Y carriages which determine the complex trajectory of the machining head along the X, Y and Z axes, the different movements of the carriages are controlled by numerical control means. According to the needs of the workpieces, the machining head comprises at least one drive spindle of a machining tool whose axis can be oriented in directions different from the vertical Z. The invention also relates to a particularly compact and efficient machining center which comprises a machining device as described positioned in a tunnel whose ceiling is fixed to the workpiece, and in which the carriages X move along the axis X by taking support on X guide means attached to the side walls of the tunnel. The detailed description of an embodiment of a device according to the invention is made with reference to the figures which represent: FIG. 1: a perspective representation of the main elements of the assembled device; Figure 2: a perspective representation of an alternative embodiment of the device; Figure 3: a partial view of the device; Figure 4: a partial schematic representation of a machining center implementing the device in a machining tunnel. As shown in Figure 1 the device comprises a machining head 10, a first and a second carriages 20a, 20b movable along a substantially horizontal axis X 25 said X carriages and connecting means 30a and 30b now the machining head 10 in position relative to the carriages X, respectively 20a and 20b. At least one connecting means 30a comprises at least two connecting rods 31a and 32a, each connecting rod being hinged at one end to the machining head 10 and at the other end to a first carriage 33a, said carriage, said carriage Y, being movably attached to the first carriage X 20a with the possibility of moving along said carriage X in a substantially horizontal direction Y and substantially perpendicular to the axis X of movement of said carriage. The second connecting means 30b comprises at least one rod 31b articulated at one end on the machining head 10 and at its other end on a second carriage Y 33b, said carriage Y being fixed movably on the second carriage X 20b with the possibility to move along said carriage X in the direction Y. The rods 31a, 32a, 31b are designed with a stiffness adapted to the static and dynamic forces of the machining to be performed by the machining machine equipped with the device. Each connecting rod is articulated so that the machining head 10 is movable in vertical translation along an axis Z in a coordinate system linked to said head, ie in a direction substantially perpendicular to the plane defined by the directions of movement X and Y carriages, and is held fixed along the other axes both translation and rotation. This result is obtained on the one hand by articulating the connecting rods so that the rods 31a, 32a between the first carriage Y 33a and the machining head 10 form an articulated parallelogram which has the effect of maintaining the orientation of the head machining and secondly with axes of articulation of the connecting rods 31a, 32a, 31b on the machining head 10 and the Y carriages 33a, 33b parallel and substantially parallel to the Y axis. In a particular form 2, the second connecting means 30b also comprises at least two connecting rods 31b, 32b articulated on the machining head 10 and on the carriage Y 33b so that said two connecting rods, lechatiot X 33b and the machining head 10 form an articulated parallelogram similar to that formed by the rods 31a, 32a of the first connecting means 30a.

25 De préférence, afin d'assurer la rigidité nécessaire suivant l'axe Y, chaque bielle a une forme de trapèze dont la petite base est articulée sur la tête d'usinage 10 au moyen de au moins deux chapes d'axe parallèle à l'axe Y et dont la grande base est articulée sur le chariot Y associé également au moyen de au moins de deux chapes d'axe parallèle à l'axe Y.Preferably, in order to ensure the necessary rigidity along the Y axis, each connecting rod has a trapezoidal shape whose small base is articulated on the machining head 10 by means of at least two clevises of axis parallel to the Y axis and whose large base is articulated on the carriage Y also associated by means of at least two clevises of axis parallel to the axis Y.

30 Chaque chariot Y 33a, 33b est fixé sur le chariot X correspondant 20a, 20b par des glissières 21a, 22a, respectivement 21b, 22b solidaires du chariot X 2906173 6 correspondant qui permettent de déplacer le chariot Y en translation suivant la direction Y le long du chariot X sans autoriser d'autre mouvement relatif entre le chariot X et le chariot Y. Chaque chariot X 20a, 20b comporte avantageusement une poutre 23a, 5 respectivement 23b orientée suivant l'axe Y et terminée par deux plaques d'extrémité 24a et 25a, respectivement 24b et 25b. La poutre porte les glissières 21a, 22a, respectivement 21b, 22b. Les plaques 24a, 25a, 24b, 25b aux extrémités des poutres 23a et 23b participent à la rigidité en torsion des poutres et supportent des moyens de guidage 26, par exemple des patins de guidage, 10 destinés à coopérer avec la structure supportant les chariots X 20a et 20b. Les poutres 23a et 23b doivent supporter les efforts d'usinage et avoir une rigidité suffisante pour éviter les vibrations incompatibles avec l'usinage. De telles rigidités sont relativement aisées à obtenir sans pénalité de masse en raison de la forme simple des poutres et de l'absence de structure 15 mobile complexe telle qu'un portique. Par exemple, comme illustré sur la vue partielle de la figure 3, la poutre 23a, 23b a avantageusement une section fermée sensiblement triangulaire ou trapézoïdale qui lui confère une grande rigidité en flexion et les plaques d'extrémité solidaires de la poutre apporte une rigidité en torsion complémentaire à la forme de la section.Each carriage Y 33a, 33b is fixed on the corresponding carriage X 20a, 20b by slides 21a, 22a, respectively 21b, 22b integral with the carriage X 2906173 6 corresponding to move the carriage Y in translation along the Y direction along of the carriage X without allowing any other relative movement between the carriage X and the carriage Y. Each carriage X 20a, 20b advantageously comprises a beam 23a, 23b respectively orientated along the axis Y and terminated by two end plates 24a and 25a, respectively 24b and 25b. The beam carries the slides 21a, 22a, respectively 21b, 22b. The plates 24a, 25a, 24b, 25b at the ends of the beams 23a and 23b participate in the torsional stiffness of the beams and support guide means 26, for example guide pads, intended to cooperate with the structure supporting the carriages X 20a and 20b. The beams 23a and 23b must withstand the machining forces and have sufficient rigidity to avoid vibrations incompatible with the machining. Such rigidities are relatively easy to obtain without mass penalty due to the simple shape of the beams and the absence of a complex moving structure such as a gantry. For example, as illustrated in the partial view of FIG. 3, the beam 23a, 23b advantageously has a substantially triangular or trapezoidal closed section which gives it a high flexural rigidity and the integral end plates of the beam provide rigidity in complementary torsion to the shape of the section.

20 Chaque chariot X 20a, 20b est mobile suivant la direction X de déplacement. Des moyens, non représentés, assurent le mouvement contrôlé des chariots X, par exemple des dispositifs d'entraînement en translation par des vis à billes ou par des crémaillères. Le déplacement en X des chariots X est un mouvement d'ensemble des deux chariots X dans lequel la distance séparant les 25 deux chariots est constante ou un déplacement différentiel dans lequel la distance entre les deux chariots X varie ou une combinaison de ces deux mouvements. Ces déplacements d'ensemble ou relatifs des deux chariots X peuvent être obtenus soit par un mouvement de chaque chariot X indépendant et un contrôle de la position de chaque chariot par rapport à une référence commune, soit par 30 un mouvement absolu de l'un des chariots X et un mouvement relatif de l'autre chariot X par rapport au premier.Each carriage X 20a, 20b is movable in the direction X of displacement. Means, not shown, ensure the controlled movement of the carriages X, for example drive devices in translation by ball screws or racks. X displacement of the carriages X is an overall movement of the two carriages X in which the distance between the two carriages is constant or a differential movement in which the distance between the two carriages X varies or a combination of these two movements. These overall or relative displacements of the two carriages X can be obtained either by a movement of each independent carriage X and a control of the position of each carriage with respect to a common reference, or by an absolute movement of one of the X carriages and a relative movement of the other carriage X relative to the first.

2906173 7 Chaque chariot Y 33a, 33b est mobile suivant la direction Y le long de la poutre 23a, respectivement 23b, de laquelle il est solidaire. Le mouvement contrôlé des chariots Y peut être assuré par tout moyen conventionnel, par exemple vis ou crémaillère. Dans une forme particulière de réalisation, un seul des 5 chariots Y 33a ou 33b est entraîné suivant Y par lesdits moyens, le chariot Y non entraîné par ces moyens étant alors entraîné librement du fait de la rigidité en torsion des liaisons des bielles 31a, 32a, 31b et 32b. Dans une autre forme de réalisation, les deux chariots Y 33a et 33b sont entraînés par des moyens synchronisés pour améliorer la précision de la position en Y de la tête d'usinage 10 10 et limiter la dissymétrie des efforts dans le dispositif. La tête d'usinage 10 comporte une structure rigide 11 qui : comporte les points de reprise des bielles articulées 31a et 32a, respectivement 31b et 32b, pour former les côtés 12a, respectivement 12b, du parallélogramme des moyens de liaison, 15 assure une liaison rigide 13 entre les deux côtés 12a et 12b et donc entre les points de reprise des bielles 31a, 32a, 31b, 32b. Cette structure rigide 11, qui conserve une orientation constante en raison de la géométrie du ou des parallélogrammes formés par les bielles qui la supportent, porte une broche 14 pour entraîner en rotation un outil d'usinage (non 20 représenté) autour de son axe. Cette broche d'usinage 14 est une broche conventionnelle, par exemple une électrobroche ou une broche hydraulique, qui est montée fixe sur la structure rigide 11 ou qui est montée articulée suivant un ou plusieurs axes si l'axe de l'outil doit être orientable pour les besoins de l'usinage. La figure 1 illustre le cas d'une broche 14 articulée en rotation sur la 25 structure rigide 11 autour d'un axe 15 parallèle à l'axe de déplacement en X. Le dispositif permet ainsi de déplacer la tête d'usinage 10 en translation suivant les trois axes principaux. Un déplacement suivant l'axe X des chariots X 20a et 20b permet de déplacer la tête d'usinage 10 suivant l'axe X lorsque les chariots X sont déplacés 30 simultanément avec une distance constante entre les chariots X. Un déplacement suivant l'axe Z, axe perpendiculaire au plan défini par les 2906173 8 axes de déplacement suivant X et suivant Y, de la tête d'usinage 10 est obtenu en faisant varier la distance entre les deux chariots X 20a et 20b. Le déplacement combiné des chariots X 20a et 20b par des moyens conventionnels de commande numérique de machines outils permet donc 5 d'obtenir aisément toutes les trajectoires dans le plan défini par les axes X et Z pour l'outil monté sur la tête d'usinage, dans les limites autorisées par les dimensions et la géométrie des moyens mis en oeuvre. Le mouvement simultané des chariots Y 33a et 33b permet de déplacer la tête d'usinage suivant la direction Y dans les limites imposées par la longueur des 10 poutres 23a et 23b. L'ensemble de ces mouvements de translation est assuré par des moyens qu'il est possible de concevoir avec une grande rigidité sans que les éléments mobiles atteignent des masses importantes comme dans le cas des portiques. En effet, comme illustré sur la figure 4, les chariots X 20a et 20b prennent 15 appui pour leurs déplacements sur des moyens guidage fixes 44. Lesdits moyens de guidage fixes sont supportés par des structures 41, 42 fixes par rapport au sol et lesdites structures peuvent être renforcées autant que souhaitable, sans craindre des augmentations de la masse de l'ensemble mobile qui aurait des conséquences néfastes sur les performances dynamiques du dispositif.Each carriage Y 33a, 33b is movable in the Y direction along the beam 23a, respectively 23b, of which it is integral. The controlled movement of the carriages Y can be provided by any conventional means, for example screw or rack. In a particular embodiment, only one of the Y carriages 33a or 33b is driven according to Y by said means, the carriage Y not driven by these means then being driven freely due to the torsional rigidity of the links of the connecting rods 31a, 32a. , 31b and 32b. In another embodiment, the two Y carriages 33a and 33b are driven by synchronized means to improve the accuracy of the Y position of the machining head 10 and to limit the asymmetry of the forces in the device. The machining head 10 comprises a rigid structure 11 which: comprises the points of recovery of the articulated rods 31a and 32a, respectively 31b and 32b, to form the sides 12a, respectively 12b, of the parallelogram of the connecting means, 15 ensures a connection rigid 13 between the two sides 12a and 12b and therefore between the points of recovery of the connecting rods 31a, 32a, 31b, 32b. This rigid structure 11, which keeps a constant orientation due to the geometry of the parallelogram or parallelograms formed by the connecting rods which support it, carries a pin 14 for rotating a machining tool (not shown) about its axis. This machining spindle 14 is a conventional spindle, for example an electrospindle or a hydraulic spindle, which is fixedly mounted on the rigid structure 11 or which is mounted articulated along one or more axes if the axis of the tool must be orientable. for the purposes of machining. FIG. 1 illustrates the case of a spindle 14 articulated in rotation on the rigid structure 11 around an axis 15 parallel to the axis of displacement at X. The device thus makes it possible to move the machining head 10 in translation. along the three main axes. An X-axis displacement of the carriages X 20a and 20b makes it possible to move the machining head 10 along the X axis when the carriages X are moved simultaneously with a constant distance between the carriages X. A displacement along the axis Z, axis perpendicular to the plane defined by the 8 axes of displacement along X and Y, of the machining head 10 is obtained by varying the distance between the two carriages X 20a and 20b. The combined movement of the carriages X 20a and 20b by conventional numerical control means of machine tools thus makes it possible to easily obtain all the trajectories in the plane defined by the X and Z axes for the tool mounted on the machining head. , within the limits allowed by the dimensions and the geometry of the means used. The simultaneous movement of the Y carriages 33a and 33b makes it possible to move the machining head in the Y direction within the limits imposed by the length of the beams 23a and 23b. All these translational movements are provided by means that can be designed with great rigidity without the moving elements reach large masses as in the case of gantries. In fact, as illustrated in FIG. 4, the carriages X 20a and 20b take support for their movements on fixed guide means 44. Said fixed guide means are supported by structures 41, 42 which are fixed with respect to the ground and said structures can be reinforced as much as desirable without fear of increases in the mass of the moving assembly which would have adverse consequences on the dynamic performance of the device.

20 Un dispositif suivant l'invention permet d'atteindre, lorsque le dispositif n'est pas en cours de réalisation d'un usinage, des vitesses de déplacement dix à vingt fois supérieures à celle d'un portique offrant des capacités d'usinage équivalentes tout en ayant une rigidité pendant les opérations d'usinage très supérieure. Cette vitesse de déplacement hors période d'usinage est essentielle 25 car de nombreuses opérations, par exemple le changement d'outil ou le contrôle de la pièce en cours d'usinage, nécessite de déplacer la tête d'usinage provoquant des temps morts au regard de l'usinage proprement dit pouvant atteindre 50% du temps d'occupation de la machine sur les machines conventionnelles. Des premiers essais montrent que le dispositif suivant l'invention, pour des 30 capacités d'usinage équivalentes, procure sans difficulté en dynamique des rigidités meilleures que celles atteintes actuellement avec un portique en statique.A device according to the invention makes it possible to achieve, when the device is not being machined, movement speeds ten to twenty times greater than that of a gantry having equivalent machining capabilities. while having a rigidity during machining operations much higher. This speed of movement outside the machining period is essential because many operations, for example the tool change or the control of the part being machined, necessitates moving the machining head causing dead times to actual machining up to 50% of the machine occupancy time on conventional machines. First tests show that the device according to the invention, for equivalent machining capabilities, provides without difficulty in dynamic stiffness better than those currently achieved with a gantry static.

2906173 9 Les mouvements de la tête d'usinage et l'axe de l'outil d'usinage sont agencés pour usiner une pièce placée au-dessus des chariots X 20a et 20b et de la tête d'usinage 10. Ladite pièce à usiner est par exemple fixée au plafond 43 d'un tunnel d'usinage 40 dont la longueur n'est, en théorie, pas limitée et qui est 5 avantageusement adaptée en fonction de la plus grande longueur des pièces à usiner en tenant compte des volumes nécessaires pour loger les différents éléments du dispositif qui s'étendent au-delà de la zone qui peut être atteinte par la tête d'usinage. Lorsqu'un tunnel d'usinage 40 est mis en oeuvre, avantageusement les 10 patins 26 des chariots X 20a et 20b prennent appui sur les moyens de guidage fixes 44 qui sont solidaires des parois latérales 41, 42 sensiblement verticales du tunnel 40. Un avantage important de l'usinage en plafond, bien que pour brider la pièce à usiner il puisse être nécessaire de faire appel à des moyens spéciaux, 15 concerne le dégagement naturel des copeaux de matière usinés qui tombent par gravité. Ainsi il n'est pas nécessaire de faire appel à un excès d'huile de coupe pour tenter d'entraîner les copeaux et il est possible de réaliser un usinage à sec sans craindre un endommagement de la pièce en cours d'usinage par les copeaux très chaud.The movements of the machining head and the axis of the machining tool are arranged to machine a workpiece placed above the carriages X 20a and 20b and the machining head 10. Said workpiece is for example fixed to the ceiling 43 of a machining tunnel 40 whose length is theoretically not limited and which is advantageously adapted according to the greatest length of the workpieces taking into account the necessary volumes to accommodate the different elements of the device that extend beyond the area that can be reached by the machining head. When a machining tunnel 40 is used, advantageously the pads 26 of the carriages X 20a and 20b are supported on the fixed guide means 44 which are integral with the substantially vertical side walls 41, 42 of the tunnel 40. However, in order to clamp the workpiece, it may be necessary to use special means, especially for the natural clearance of the machined material chips which fall by gravity. Thus it is not necessary to use an excess of cutting oil to try to drive the chips and it is possible to perform a dry machining without fear of damage to the workpiece being machined by the chips very hot.

20 Dans la conception pratique d'une telle machine il est particulièrement important de considérer les problèmes de rigidité qui ont un impact sur la qualité des usinages réalisés. Ainsi les différentes parties, poutres et bielles en particulier, qui influent sur la rigidité et le comportement vibratoire du dispositif comportent des raidisseurs en nombres et en positions adaptés en fonction des conditions 25 d'usinage, efforts d'usinage et fréquences des vibrations, susceptibles d'être rencontrés. Les liaisons articulées des bielles 31a, 32a, 31b, 32b comportent avantageusement des chapes, de préférence doubles, largement dimensionnées et intégrant des paires de roulements à rouleaux coniques montés en opposition 30 pour obtenir une bonne rigidité des liaisons. La rigidité de la liaison entre la poutre 23a, 23b et la plaque latérale 25a, 2906173 10 respectivement 25b, est le cas échéant renforcé par un élément raidisseur 27a, respectivement 27b. Les faces des poutres 23a et 23b qui servent d'appui aux chariots Y 33a et 33b respectivement sont avantageusement proches de la verticale, de préférence 5 inclinées d'un angle inférieur à quarante cinq degrés par rapport au plan défini par les directions Y et Z, ce qui permet d'obtenir une meilleure rigidité de l'ensemble et une meilleure transmission des efforts qui assurent le mouvement en Z de la tête d'usinage (10). Les moyens d'entraînement en translation des chariots Y 33a et 33b, par 10 exemple des vis à billes, sont avantageusement positionnés au-dessus des chariots Y, dans la partie haute de la poutre 23a, 23b. Une telle disposition permet d'élever le centre de gravité du dispositif et de rapprocher ledit centre de gravité du centre d'inertie. La rigidité d'ensemble s'en trouve améliorée et les déformations au niveau de l'outil d'usinage sont réduites.In the practical design of such a machine it is particularly important to consider stiffness problems which have an impact on the quality of the machining operations carried out. Thus the different parts, beams and connecting rods in particular, which affect the rigidity and the vibratory behavior of the device comprise stiffeners in numbers and in positions adapted according to the machining conditions, machining forces and vibration frequencies, likely to be met. The articulated links of the rods 31a, 32a, 31b, 32b advantageously comprise yokes, preferably double, widely dimensioned and incorporating pairs of tapered roller bearings mounted in opposition to obtain a good rigidity of the links. The rigidity of the connection between the beam 23a, 23b and the side plate 25a, respectively 25b, is optionally reinforced by a stiffening element 27a, respectively 27b. The faces of the beams 23a and 23b which serve to support the Y carriages 33a and 33b respectively are advantageously close to the vertical, preferably inclined at an angle less than forty five degrees with respect to the plane defined by the Y and Z directions. , which makes it possible to obtain a better rigidity of the assembly and a better transmission of the forces which ensure the Z-movement of the machining head (10). The translation drive means of the Y carriages 33a and 33b, for example ball screws, are advantageously positioned above the carriages Y, in the upper part of the beam 23a, 23b. Such an arrangement makes it possible to raise the center of gravity of the device and to bring said center of gravity closer to the center of gravity. The overall rigidity is improved and the deformations at the machining tool are reduced.

15 L'invention permet donc de réaliser une machine d'usinage à commande numérique plus rapide et plus performante que les machines conventionnelles à portique pour usiner les pièces placées sur des tables fixes.The invention therefore makes it possible to produce a CNC machining machine which is faster and more efficient than conventional gantry machines for machining parts placed on fixed tables.

Claims

1 machining device comprising at least one machining head (10) movable along at least three axes of translation said longitudinal axis X, transverse axis Y and vertical axis Z to machine an immobile part characterized in that: - the piece to machining is fixed above the machining head (10) along the Z axis; - The machining head is maintained with a constant orientation by connecting means (30a, 30b) having at least three articulated rods (31a, 32a, 31b); two rods (31a, 32a) among the at least three form with the machining head and with a first carriage Y (33a) on which they are articulated a first articulated parallelogram deformable in the plane defined by the directions X and Z; at least one other connecting rod (31b) among the at least three is articulated on the one hand on the machining head (10) and on the other hand on a second carriage Y (33b), so that the articulated assembly formed by the at least one connecting rod (31b), the machining head (10) and the second carriage Y (33b) is deformable in the plane defined by the directions X and Z; the first carriage Y (33a) is movable in a direction parallel to the axis Y on a first carriage X (20a) movable in a direction parallel to the axis X; the second carriage Y (33b) is movable in a direction parallel to the axis Y on a second carriage X (20b) movable in a direction parallel to the axis X.

2 Device according to claim 1 comprising at least four articulated rods (31a, 31b, 32a, 32b) and wherein at least two connecting rods (32a, 32b) form with the head (10) and the second carriage Y (33b) on which they are articulated a second articulated parallelogram deformable in the plane defined by the directions X and Z.

3 - Device according to claim 1 or claim 2 wherein the position along the X axis of the machining head (10) is modified by a simultaneous movement of the two carriages X (20a, 20b) and wherein the position along the Z axis of the machining head (10) is modified by a relative movement between the two carriages X (20a, 20b).

4 - Device according to one of the preceding claims wherein each rod (31a, 32a, 31b, 32b) comprises at least two yokes at each of its hinged ends whose axes are substantially parallel to the direction Y.

5 - Device according to one of the preceding claims wherein the connecting rods are trapezoidal shapes, the small base being articulated on the machining head (10) and the large base being articulated on the carriage Y (33a, 33b). Apparatus according to claim 4 or claim 5 wherein the connecting rods are hinged by means of counter-mounted tapered roller bearings. 7 - Device according to one of the preceding claims wherein each carriage X (20a, 20b) comprises a beam (23a, 23b) supporting rails (21a, 22a, 21b, 22b) parallel to the Y axis on which slide the carriages Y (33a, 33b). 8 - Apparatus according to claim 7 wherein the beams (23a, 23b) have a substantially triangular or trapezoidal closed section. 9 - Apparatus according to claim 7 or claim 8 wherein the faces 25 of the beams (23a, 23b) on which slide the carriages Y (33a, 33b) are substantially vertical. 10 - Device according to claim 9 wherein the faces of the beams (23a, 23b) on which slide Y carriages (33a, 33b) are inclined relative to the vertical by a value less than or equal to 45 degrees. 11 - Device according to one of claims 7 to 10 wherein the Y carriages (33a, 33b) are driven in displacement along the Y axis by ball screws 2906173 13 located at the upper part of the beams (23a, 23b) . 12 ù Device according to one of the preceding claims wherein the carriages X (20a, 20b) comprise means for guiding (26) the displacements along the X axis. 13 The device according to claim 12, wherein the guide means (6) are arranged on end plates (24a, 25a, 24b, 25b) attached to the ends of the beams (23a, 23b). 14 ù Apparatus according to claim 13 wherein at least one stiffening element (27a, 27b) reinforces the connection between an end plate (24a, 24b) and the beam (23a, 23b). 15 - Device according to one of the preceding claims wherein the movements of the carriages X (20a, 20b) and Y carriages (33a, 33b) are controlled by digital control means to perform the translational movements along the X axes , Y and Z of the machining head (10). Device according to one of the preceding claims, in which the machining head (10) comprises at least one drive spindle (14) of a machining tool whose axis can be oriented in different directions from the vertical Z. 17-machining center comprising a device according to one of the preceding claims wherein the device is positioned in a tunnel (40) whose ceiling is fixed to the workpiece, and in which the carriages X ( 20a, 20b) move along the X-axis by resting on X-guide means (44) attached to the side walls (41, 42) of the tunnel (40).