Brevet FR2011134A1 — publié le 19700227

-i- 2011134 La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de changement automatique d'outil utilisables dans une machine-outil à commande numérique. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif comprenant 5 un bras de changement d'un nouvel outil pour agripper et charger un nouvel outil, un bras de changement de l'outil précédent pour agripper et enlever un outil utilisé, lesdits bras étant montés de façon coulissante et étant liés mécaniquement de manière à se déplacer successivement le long des côtés d'un carter principal 10 triangulaire qui est monté de manière à pouvoir tourner et coulisser sur la machine-outil, les dits bras étant agencés de façon que, dans leur position de sortie complète, l'élément de préhension de chaque bras coïncide avec l'axe de l'outil de coupe, ce qui permet d'enlever l'outil ancien et de charger l'outil nouveau dans la bro-15 che principale d'une machine-outil en déplaçant alternativement et de façon synchronisée les bras de changement d'outil, ce qui permet de réduire considérablement la durée du cycle de changement d'outil. Dans des dispositifs automatiques de changement d'outil de types 20 connus, on utilise un seul bras tournant ou bien deux bras coulissants et indépendants. Le premier dispositif nécessite de faire tourner le bras après enlèvement de l'outil ancien (ou outil précédent) et avant introduction de l'outil nouveau et par conséquent la phase de rotation du bras correspond à une perte de temps. Ce 25 temps peut devenir important lorsqu'une opération d'usinage nécessite de nombreux changements d'outil. Le second dispositif peut introduire des perturbations dans l'opération de changement d'outil à cause de défauts d'alignement et de synchronisation des bras de changement d'outil actionnés indépendamment l'un de l'autre. Le 30 dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients des réalisations connues. L'invention concerne un dispositif de changement d'outil qui assure le transfert d'un outil déterminé d'un magasin dans la broche principale sous le contrôle d'une commande numérique. 35 L'invention a également pour but de fournir un dispositif dans lequel deux bras montés de façon coulissante sont reliés entre eux de manière à se déplacer alternativement dans des directions opposées. L'invention peimet également de réaliser un mécanisme dans lequel 40 deux crémaillères fixées chacune sur un bras de changement d'outil 69 19898 -2- 2011134 sont montées dë façon coulissante de manière à engrener avec deux pignons identiques tournant dans la même direction, lesdits pignons étant entraînés par un train central d'engrenages actionnés par une seule crémaillère entraînée par un dispositif hydraulique 5 à commande numérique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. 10 Sur les dessins - la figo 1 est une vue en plan, montrant une cartouche sélectionnée et descendue dans la'position de changement d'outil. Le nouvel outil agrippé par le bras de changement de nouvel outil et qui a été sorti de la cartouche est maintenant placé dans la broche 15 porte-outil» L'outil précédent, après avoir été agrippé par le bras de changement d'outil précédent, et sorti de la broche porte-outil, a été relevé dans la position représentée où il est prêt à être tourné et introduit dans la cartouche; - la fig. 2 est une vue latérale du magasin de stockage d'outil; 20 la fig. 3 est une vue a échelle grossie, en partie en coupe, montrant des détails du magasin de stockage d'outil; - la fig. 4 est une coupe partielle faite suivant la ligne 4-4 de la fig. 1; - la fig. 5 est une coupe partielle faite suivant la ligne 5-5 25 de la fig. 1; - la fig» 6 est une coupe partielle faite suivant la ligne 4-4 de la fig.l, sans la cartouche; - la fig. 7 est une vue en plan du magasin; *» la fig.8 est une vue à échelle grossie, en partie en coupe, 30 montrant des détails du mécanisme de changement d'outil; - la fig. 9 est une vue en coupe partielle faite suivant la ligne 9-9 de la coupe 8; - la fig. 10 est une coupe partielle faite suivant la ligne 10-10 de la fig. 8; 35 - la fig. 11 est une coupe partielle du mécanisme de changement d'outil; - la fig. 12 est une coupe partielle faite suivant la ligne 12-12 de la figure 11. Un plateau diviseur 2 est monté de façon amovible sur une table 40 porte-pièces 1 qui comporte des dispositifs d'avance pouvant se 69 19898 -3- 2011134 déplacer perpendiculairement ou dans le sens transversal. Un nez de broche 5 est monté sur le côté d'un bâti vertical 4 qui repose sur un bâti horizontal 3. Le nez de broche est monté sur des glissières et peut être déplacé verticalement au moyen d'une vis-mère. 5 Le nez de broche 5 porte les paliers principaux de la broche principale 6 qui est entraînée par un système de transmission logé dans le carter du nez de broche. Le nez de broche se déplace verticalement le long de l'axe T alors que la pièce à usiner est montée sur le plateau diviseur, ce dernier étant fixé à la table porte-10 pièces 1 qui peut elle-même se déplacer suivant les axes T et Z. L'usinage d'une pièce ¥ peut être effectué par contrôle de l'avance du nez de broche et de la table porte-pièces. Un magasin cylindrique plat 14 est fixé par des vis 13 à la plaque supérieure 12 du carter 11 d'un réducteur à engrenages.Un 15 servo-moteur 10 est monté à l'intérieur d'un carter cylindrique 8 qui est fixé à un prolongement 4' du bâti vertical 4 formé sur l'extrémité supérieure de ce bâti. Le moteur 10 est un moteur à impulsions qui est alimenté en courant par un dispositif de commande 9. Le magasin 14 tourne autour du carter cylindrique 8 sur 3*0 des roulements à billes 15 et il est entraîné en rotation par une force transmise par la plaque supérieure 12 du carter 11» Une cartouche porte-outils 17 comporte des alvéoles porte-outils 16 répartis verticalement sur une rangée pour contenir des outils T, ^1 ' ^2 *^e magasin 14 présente sur sa périphérie externe 25 des gorges 18 dans lesquelles les cartouches 17 sont logées parallèlement à l'axe du magasin 14 • Le prolongement 4' du bâti vertical 4 comporte une bague de retenue 20 qui est maintenue par des vis 19 et présente une entaille 23 légèrement plus grande que la gorge 18, disposée de manière à coïncider avec le poste de sor-30 tie de cartouche 22. Ainsi, les cartouches une fois placées dans le magasin ne peuvent plus être retirées ou chargées à moins que le magasin cylindrique se trouve dans la position 22. Pour positionner la cartouche dans son mouvement de descente, un ensemble à vis et noix 27 comporte une clavette 26 qui s'enga-35 ge dans une gorge de retenue 21 de la cartouche 17 lorsque cette dernière occupe la position 22 tandis que des blocs de retenue 28 et 29 montés verticalement des deux côtés de l'ensemble à vis et noix 27 viennent s'engager dans des gorges de positionnement 32 et 33 de pièces moulées de retenue 30, 31 , montées sur le bâti 4 40 par des vis 35. Comme expliqué plus haut, la clavette 26 est enga 69 19898 -4- 2011134 gée dans l'évidement 23 ménagé dans la bague de retenue de cartouche 20. Une pièce moulée 30 comporte une rainure 36 qui empêche la cartouche 17 de glisser vers l'extérieur par l'intermédiaire d'une clavette 24 engagée dans la cartouche 17. Un mécanisme 27 à noix coulissante comporte une vis-mère 38 qui est supportée par un palier supérieur 37, la partie inférieure de la vis 38 étant fixée sur un servo-moteur 39. Un ressort 40 entre en contact avec l'outil de coupe lorsqu'il est introduit dans le support 16 et il empêche ainsi l'outil de tomber de la cartouche. En variante, la bague de retenue 20 pourrait être remplacée par une rainure formée dans le magasin 18, et, au lieu de prévoir une rainure 21 dans la cartouche 17, on utilise alors une clavette engagée dans cette cartouche. Le mécanisme de changement d'outil 41 est fixé d'un côté du bâti 4 et il comprend d'une façon générale un carter principal cylindrique 42 dans lequel est monté à rotation tin arbre creux 45 entraîné par un arbre cannelé 44 du servo-moteur 43 à une extrémité et supportant à l'autre extrémité un plateau tournant 46, le mouvement du, plateau 46 étant limité par une tige 47 qui est supportée perpendiculairement par le plateau et qui est engagée dans une rainure radiale 48 ménagée dans la face du carter 42, entre des vis de limitation 49 et 50 montées de façon réglable aux deux extrémités de la rainure radiale, comme indiqué sur la figure 8. Le plateau tournant 46 supporte un vérin hydraulique 51 contenant un piston 52 et une tige 53 qui est supportée concentriquement au carter cylindrique 56 par une vis 54 et un écrou 57. Lorsque de l'huile passant dans les conduits 58 et 59 entraîne le piston 52, le carter principal 55 glisse vers l'extérieur en étant guidé par la surface extérieure du cylindre 51 et par une surface d'appui prévue dans l'alésage du carter 55. Un arbre 60 est fixé dans une position perpendiculaire à la surface du plateau tournant 46 et un petit pignon 62 est fixé à l'extrémité d'un manchon 61 monté de manière à tourner et coulisser librement sur l'arbre 60. Le pignon 62 est en prise avec une crémaillère 63 formée dans l'arbre 69 qui est muni de pistons 64 et 65 à ses deux extrémités,lesdits pistons coulissant dans un cylindre commun 6b. Une encoche 67 est prévue au centre de la crémaillère et elle reçoit un axe 69 pousse par un ressort 68 logé dans un trou ménagé dans le carter 73, l'axe et l'encoche servant ©AD ORIGINAL 69 19898 -5- 2011134 à placer la crémaillère 63 dans la position centrale. Lorsqu'une pression d'huile est exercée sur les pistons 64 ou 65» la crémaillère 63 glisse de façon à faire tourner le pignon 62. Le manchon 61 fixé sur le pignon 62 porte à son extrémité opposée un pignon 5 principal 70, la partie centrale du manchon 61 étant montée à rotation dans des paliers tourillonnés dans un alésage 71 du carter principal 55» la partie supérieure du carter 72 étant munie d'un couvercle 73 qui recouvre l'axe 69. Le carter principal 55 pourvu de la saillie cylindrique 56,1e 10 manchon 61, le piston principal 70, le pignon 62, la crémaillère 63, l'axe 69 et le couvercle 73 forment un ensemble qui tourne avec le plateau 46 et qui peut coulisser sur ce dernier par l'intermédiaire de l'arbre 60 et de la surface extérieure du cylindre 51. Le pignon principal 70 est en prise avec deux pignons identi-15 ques 74 et 75 positionnés symétriquement et montés à rotation sur le carter principal 55- Le bras 78 de changement d'outil nouveau et le bras 79 de changement d'outil ancien (outil précédent) sont montés de façon coulissante sur des surfaces équilatérales 76, 77 fomées dans le carter principal 55 et des crémaillères 80 et 81 20 fixées sur les bras 78 et 79 sont positionnées de manière à engrener avec les pignons 74 et 75. Les deux bras de changement d'outil 78 et 79 portent à leurs extrémités des mécanismes de préhension d'outil 82 et 83. Lorsque le pignon 70 tourne, les pignons 74 et 75 tournent également de façon à faire coulisser le bras 78 25 et le bras 79 dans des directions opposées sous l'impulsion des crémaillères 80 et 81. Une électrovanne (non représentée) reliée au vérin 66, est agencée de manière à couper l'écoulement de fluide lorsque l'axe 69 s'engage dans l'encoche 67 de la crémaillère 63 et à arrêter ainsi le mouvement de coulissement des bras 30 78 et 79 dans la position neutre. Pendant cette période, le carter principal 55 est entraîné en rotation par le servo-moteur 43, ce qui détermine le sens de déplacement des bras de changement d'outil. La séquence des mouvements du mécanisme de changement d'outil est commandée en synchronisme avec l'opération de change-35 ment d'outil de la machine à l'aide de la commande numérique 9. Le mécanisme de changement d'outil décrit plus haut est actionné par un débit d'huile sous pression contrôlé par la commande numérique 9. Le servo-moteur 10 fait tourner le magasin 14 par l'intermédiaire du réducteur 11, la cartouche 17' contenant l'outil 40 nouveau devant intervenir dans l'opération d'usinage suivante est 69 19898 -6- 2011134 placée dans là position d'extraction de cartouche 22 et la rainure de blocage de cartouche 21 prévue sur le côté inférieur de cette cartouche est sollicitée par la clavette 46 de la noix coulissante 27. la vis-mère 38 entraînée par le servo-moteur 39 fait 5 descendre la noix 27 et la cartouche 17' » le guidage étant assuré par les surfaces 30 et 31« La cartouche 17' s'arrête lorsque l'outil nouveau arrive dans la position de préparation d'outil. Pendant ce cycle, l'axe 69 s'engage dans l'encoche 67 de la crémaillère 63 située à l'intérieur du cylindre 66 et les bras de change-10 ment d'outil 78 et 79 sont placé s dans la position neutre, le carter principal 55 étant entraîné en rotation par le plateau 46 actionné par le servo-moteur 43 cle façon que la tige de positionnement 47 soit maintenue appliquée contre la vis de butée 50 en vue de positionner le bras de changement d'outil nouveau dans une 15 position d'agrippage d'un outil nouveau T2. Lorsque de l'huile sous pression est introduite par l'orifice 34 du vérin 66 de façon à arriver sur le côté de droite du piston 65, la crémaillère 63 coulisse vers la gauche et le pignon 62, en prise avec la crémaillère 63, tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. 20 Le pignon 62 assure, par rotation du manchon 61 et de l'engrenage principal 70, une rotation du pignon 74 dans le sens des aiguilles d'une montre. Ceci provoque un déplacement du bras 78 de changement d'outil nouveau jusque dans une position d'agrippage de l'outil e"k par déplacement de la crémaillère 81 qui est solidaire 25 du bras de changement d'outil et qui est en prise avec le pignon 74, l'outil ^2 es"fc agrippé par le mécanisme de préhension 82.Dans cette position du bras de changement d'outil nouveau, le bras de changement d'outil ancien se trouve dans sa position limite de retrait. Ensuite, lorsque de l'huile sous pression est introduite sur 30 le côté de droite du piston 52, la tige de piston 53 déplace le carter principal 55 vers la gauche le long de l'axe déterminé par l'arbre 60 et le cylindre 51. Le bras 78 de changement d'outil nouveau se déplace avec le carter 55 et l'outil nouveau agrippé par le mécanisme 82 est sorti de l'alvéole 16 de la cartouche 17 35 et simultanément de l'huile sous pression est introduite sur le côté de gauche du piston 64 par l'intermédiaire de l'orifice 85 en vue de déplacer la crémaillère 63 vers la droite et, lorsque l'axe 69 s'engage dans l'encoche 67, l'écoulement d'huile est arrêté de façon à bloquer la crémaillère 63; en conséquence, sous l'action du 69 19898 -7- 2011134 pignon 62, du manchon 61, de l'engrenage principal 70 et des pignons 64 et 65, le bras 78 de changement d'outil nouveau est déplacé en retrait tandis que le bras 79 de changement d'outil ancien est sorti de manière à s'arrêter dans sa position centrale 5 ou "neutre"» Dans la phase suivante du cycle de fonctionnement, le servomoteur 43 fait tourner le carter principal 55 et le plateau 46 de façon que la tige de butée 47 entre en contact avec la vis de réglage 49 et s'ârrête ; de l'huile sous pression est alors intro-10 duite dans le conduit 59 et le piston 52 déplace la tige 53 de façon à entraîner le carter principal 55 jusque dans sa position initiale par coulissement le long du cylindre 51 et de l'arbre 60; en même temps, de l'huile sous pression est introduite à nouveau par l'orifice 85 du vérin 66 qui entraîne la crémaillère 63 vers 15 la gauche, par rotation du train, d'engrenage, de sorte que le bras 78 de changement d'outil nouveau qui est en train d'agripper l'outil nouveau est déplacé en retrait tandis que le bras 79 de changement d'outil ancien est sorti» Dans cette phase de l'opération, le mécanisme de préhension 83 du bras de changement d'outil 20 ancien est placé directement au-dessus de la broche porte-outil 6. Dans la phase suivante du cycle, le mandrin (non représenté sur les dessins) maintenant l'outil dans la broche principale 5 est ouvert de façon à relâcher l'outil et simultanément la tête de broche 5 est entraînée vers le haut le long de l'axe "Y" ,et 25 l'outil ancien fixé auparavant dans la tête 5 est agrippé par le mécanisme 83 du bras 79 de changement d'outil ancien. Après agrippage de l'outil, les bras 78 et 79 sont déplacés vers l'extérieur, en même temps que le carter principal 55 par le piston 52 et l'outil ancien est sorti de la broche 6, lorsque la crémail-30 1ère 63 est entraînée hydrauliquement jusque dans la position de la figure IL; l'axe de l'outil nouveau Tg coïncide avec l'axe de la broche principale, de l'huile sous pression est introduite comme précédemment sur le côté opposé du piston 52 situé dans le vérin 51 et les bras 78 et 79 de changement d'outil sont déplacés 35 en retrait en même temps que le carter principal 55 de façon que l'outil nouveau SGit introduit dans le mandrin de la broche principale; ensuite, la tête de la broche principale est descendue le long de l'axe Y jusque dans la position d'usinage et l'usinage de la pièce fixée dans la machine-outil est commencé « 69 19898 -8- 2011134 Après montage de l'outil nouveau ^ » ime pression d*huile est exercée sur le piston 64 du vérin 66 et la crémaillère 63 est déplacée jusqu'à ce que l'axe 69 s'engage dans l'encoche 67 ; les bras 78 et 79 de changement d'outil sont alors placés d'ans la position neutre et le carter principal 55 solidaire des bras 78 et 79 est entraîné vers l'extérieur par le piston 52. Lorsque le servo-moteur 43 est excité et que le plateau 46 est tourné en même temps que le carter principal 55 jusqu'à ce que la tige 47 vienne buter contre la vis 50, de l'huile sous pression est fournie au piston 64 logé dans le vérin 66, de sorte que la crémaillère 63 est déplacée vers la droite et fait sortir par conséquent le bras 79 de changement d'outil ancien. L'outil ancien 2^ agrippé dans le mécanisme de préhension 83 du bras 79 est déplacé vers l'avant de façon que le centré de l'outil ancien coïncide avec l'alvéole maintenant vide qui contenait l'outil Tg ou tien avec tout autre alvéole sélectionné qui est situé dans la position de changement d'outil. Ensuite, le carter principal 55 est déplacé en retrait de manière à introduire l'outil ancien dans l'alvéole identifié . Après introduction de l'outil ancien dans l'alvéole, les bras 78 et 79 sont ramenés dans la position neutre, ce qui termine le cycle de changement d'outil. Ce cycle de changement d'outil est commandé automatiquement et de façon répétée par un appareil électronique. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. 69 19898 -9- 2011734 - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif de changement d'outil, caractérisé en ce qu'un "bras de changement d'outil nouveau pour transférer un nouvel outil dans une position de préparation d'outil par rapport à la broche principale et un bras de changement d'outil ancien pour trans-5 férer un outil précédent dans une position de préparation d'outil sont reliés entre eux et sont montés de façon coulissante de façon à se déplacer alternativement dans des directions opposées sur les côtés d'un carter qui est monté de manière à pouvoir tourner autour et coulisser le long de son axe de rotation. 10 2.- Dispositif suivant 1, qui comprend Tin carter supporté par un arbre et un vérin monté sur un plateau tournant, ledit plateau pouvant exécuter une rotation limitée,la tige de piston coulissant dans le vérin étant fixée sur une saillie du carter; une crémaillère montée de façon coulissante dans un cylindre solidaire du 15 carter est en prise avec un engrenage principal qui engrène avec deux pignons identiques de façon à les faire tourner dans la même direction, un pignon entraînant la crémaillère du bras de changement d'outil ancien tandis que l'autre pignon entraîne la crémaillère du bras de changement d'outil nouveau, ces crémaillères étant 20 montées de façon coulissante de chaque côté du carter. 3.- Mécanisme de changement d'outil qui comporte deux crémaillères fixées chacune sur un bras de changement d'outil et montées coulissantes de façon à engrener avec deux pignons identiques tournant dans la même direction,lesdits pignons étant entraînés 25 par un train central d'engrenages actionnés par une seule crémaillère entraînée par un dispositif hydraulique à commande numérique. 4.- Machine outil à commande numérique comportant un système de changement d'outil suivant 1, 2 ou 3.