Brevet FR2003406A1 — publié le 19691107

o9 06197 -i- -002406 La présente invention concerne un dispositif automatique de changement d'outil dans lequel plusieurs porte-outil sont reliés ensemble pour former une chaîne sans fin ce qui permet ainsi le transfert successif des outils rotatifs vers une position de tra-5 vail pour effectuer des opérations d'usinage sur une pièce, ainsi que le transfert depuis cette position. Le cycle de changement d'outil et le fonctionnement de la machine-outil qui représentent une relation entre eux,'de.même que l'opération d'usinage, sont commandés automatiquement par un programme, par exemple une bande 10 codée. L'invention permet de réaliser un dispositif de changement d'outil dont les différentes parties sont coordonnées pour permettre un engagement et un dégagement effectifs, rapides et successifs des outils par rapport à la broche» 15 Le dispositif suivant l'invention comporte deux voies ou rails elliptiques parallèles entourant la tête porte-broche. La chaîne portant les outils est supportée de façon mobile et est guidée par ces voies qui comprennent une partie supérieure et une partie inférieure, la partie supérieure étant montée de façon coulissante 20 sur la tête porte-broche et la partie inférieure étant fixe» La - partie supérieure est sollicitée par des ressorts pour obtenir une tension constante dans la chaîne sans fin et d'assurer un guidage correct.. La tension exercée sur la chaîne portant les outils permet d'é-25 carter les porte-outil de surfaces de serrage ou d'appui formées sur l'extrémité inférieure de la tête porte-broche, ces sur faces étant prévues pour bloquer le porte-outil lorsque la broche est abaissée pour la mise en position du porte-outil et l'entrée en action de l'outil ; dans ce cas la partie supérieure coulissante des 30 voies descend, ce qui met en compression les ressorts. Suivant l'invention, on peut réaliser une chaîne en forme d'anneau supportant des outils, qui est en mesure d'emmagasiner plusieurs types d'outils et de les transférer l'un après l'autre à la position de travail. La chaîne est forméepar la liaison de plu-35 sieurs porte-outil pouvant se déplacer avec une grande liberté dans un plan et est agencée pour maintenir avec précision et de façon positive plusieurs outils sur lesquels s'engage la broche qui les fait tourner alors que les outils restent dans le porte-outil associé ce qui confère la stabilité et la précision de mise en posi-40 tion nécessaire à la chaîne, ainsi qu'aux outils. 69 06197 . 1*invention, vise également un dispositif de transfert d'outils robuste et précis qui effectue chaque fois l'avancement de la chaîne annulaire supportant les outils suivant l'espacement de deux outils voisins» Ce dispositif d'avancement des porte-outil 5 est monté sur le côté- arrière -de- la partie rectiligne de la chaîne et comporte une.- tige p.ouvant- être retirée .-qui vient en contact avec le porte-outil pendant son mouvement de descente et qui se retiré en.se^dégageant du porte-outil pendant son mouvement de montée. . 10 L'invention vise encore un dispositif, pour l'entraînement en rotation d'outils, qui. comporte Une broche pouvant effectuer un mouvement alternatif . La broche est montée dans un carter de tête porte-broche disposé de façon centrale à l'intérieur des voies elliptiques et qui s'engage sur le porte-outil en serrant celui-15 ci, lorsqu'il a été amené dans la position de travail, contre les surfaces de serrage prévues à l'extrémité inférieure du carter de la sête porte-broche en permettant ainsi 1* immobilisation de chaque porte-outil et la mise en position précise de chaque outil successif. La broche est relevée et se dégage du porte-outil en 20 libérant ce dernier lorsque l'opération d'usinage est terminée» L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description. détaillée qui suit et à.l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. 25 La .fig® 1 est une élévation frontale d'une fraiseuse suivant l'invention.. La fig> 2 est une élévation latérale de la broche, du cylindre hydraulique pour l'avancement des porte-outil- et du coulisseau monté sur .le bâti, une .partie, de la chaîne des porte-outil n'étant 30 pas. représentée. La. fig. 3 est une coupe, à plus grande échelle de la broche,de la chaîne et du cylindre suivant la ligne 1-1 de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe à plus -grande échelle suivant la ligne 2-2 de la figure 1. 35 La fig. 5 est une vue suivant la ligne 3-3 de la figure 1,1a voie antérieure n'étant pas représentée et m porte-outil et la broche Stant illustrés en coupe. La description suivante fait état de certains sens de mouvement tels que "verticalement " ou "horizontalement" ou de positions de différentes parties, telles que "au-dessus" ou "au- n : H ' ' "W r - ft 'w 69 06197 dessous"mais l'invention n'est pas limitée à une disposition particulière des parties. La fraiseuse "M" représentée à la figure 1 comporte une console 2 dont la hauteur est réglable parallèlement au "bâti 1„ Le cou-5 lisseau 3 peut se déplacer en avant et en arrière sur la console 2, la table 4 étant elle-même réglable sur le coulisseau 3 et pouvant être déplacée dans une direction horizontale (de gauche à droite ou vice-et-versa) .Les mouvements de la console 2, du coulisseau 5, et de la table 4 peuvent être commandés par des signaux fournis 10 par une "bande codée au moyen de systèmes de commande connus. La pièce à usiner MWW est montée par des moyens classiques sur la table 4 et le travail sur celle-ci est effectué automatiquement par la sélection commandée d'outils et par le mouvement correspondant de la machine-outil. 15 Le bâti 1 de la fraiseuse "M" comporte un élément horizontal supérieur mobile ou coulisseau porte-outil 5 monté sur ce bâti et une tête porte-broche 10 fixée sur la face antérieure. La moitié inférieure 10a de la tête 10 supporte de façon fixe deux plaques constituant des voies inférieures séparées par un intervalle 13 20 pour former ainsi des voies ou rails parallèles comportant une partie inférieure semi-circulaire et deux côtés droits. La moitié supérieure 10b de la tête 10 supporte de façon coulissante au moyen de rainures 14 et 15 deux plaques 11b , 12b séparées par un intervalle 16. La plaque lia pour la voie inférieure et la plaque 12a 25 pour la voie supérieure, la plaque 11b pour la voie inférieure et la plaque 12b pour la voie supérieure forment une paire de voies ou rails parallèles, à savoir la voie antérieure 11 et la voie postérieure 12. L'ensemble 11b , 12b constituant les voies supérieures est sup-30 porté par des ressorts 20 maintenus en place dans des trous 19 des plaques et par des bras 17 présentant des trous de positionnement de faible profondeur, ces bras étant fixés des deux côtés de la tête de broche, approximativement dans la partie médiane de celle-ci. 35 Le montage à ressorts mentionné ci-dessus maintient une forte tension dans une chaîne 30 supportant les outils, laquelle est décrite en détail dans ce qui suit, et évite tout relâchement et tout jeu pendant le mouvement de la chaîne sur les voies supérieures et inférieures mentionnées. En outre, les ressorts supportent 40 les porte-outil tels que 34a pour établir un éoartement 25 entre -3- f. fi f * . i r . 69 06197 ■4- les surfaces de serrage 23, 24 (décrit en détail dans ce qui suit) et permettent ainsi au porte-outil de se déplacer librement sans toucher ces surfaces» Des bras 21 et ,22 (présentant les appendices de limitation de déplacement en forme de "L" dont les faces infé-5 rieures sont désignées par 23, 24 )s1étendent depuis le côté avant et le côté arrière de la tête 10 de broche et sont prévus pour limiter le mouvement du porte-outil 34a maintenant Coutil "T" ; ils servent ainsi à la mise en position précise de l'outil dans la position de travail (lorsque la broche d'entraînement sJengage,pen-10 dant son mouvement de descente, sur le porte-outil). La chaîne comprend plusieurs porte-outil 34 dont les bras 35 et 36 sont reliés de façon articulée par un axe 33; sur les extrémités de celui-ci sont montés des galets 31 et 32 circulant sur les voies 11 et 12 pour permettre l'avancement de la chaîne avec le 15 moins de friction possible. L'outil "T" est fixé sur un mandrin à extrémité conique 38 qui est monté en rotation sur le porte-outil 34 au moyen d'un roulement 37» L'extrémité conique 38 se déplace dans l'écartement 13, 16 entre les voies 11 et 12. La chaîne 30 supportant les outils est tendue par les ressorts 20 qui suppor-20 tent les voies supérieures 11b, 12b , ce qui assure que la chaîne passe sur les voies 11 et 12 sans relâchement ou jeu. Chaque porte-outil 34 présente un appendice 39 qui vient coopérer avec un vérin 40 pour l'avancement des outils lequel est décrit en détail dans ce qui suit, et qui a pour but de faire avancer, à chacune de ses 25 courses, la chaîne suivant la distance séparant deux outils pour la mise en position successive de chaque outil au poste de travaîL. Le dispositif 40 pour l'avancement des outils, monté sur le côté du coulisseau 5, se trouve sur le côté arrière de la chaîne 30 supportant les outils et vient en contact avec cette dernière 30 dans la partie rectiligne de son mouvement de descente. Le dispositif 40 est monté de façon fixe sur le côté du coulisseau 5 et comporte un cylindre 46 monté de façon coulissante sur une tige de piston 44, portant un piston 43, et sur une tige de guidage parallèle 45 fixée sur des plaques d'extrémité 41 et 42 du dispositif 35 40 en permettant ainsi au cylindre 46 d'effectuer un mouvement de va-et-viento Un petit cylindre 50 est attaché sur le côté du cylindre 46 de façon que son axe soit perpendiculaire par rapport à celui-ci. Le cylindre 50 comporte un piston 47 solidaire d'une tige 48 et comporte un ressort 49 qui provoque le retrait de la ti-40 ge 48 lorsque la pression hydraulique dans le cylindre 50 dispa- r 69 06197 -5- ~ no /in \J w» *ï W "w raît. cylindre. 46 peut effectuer un mouvement alternatif mais ne peut pas tourner en raison de la tige de piston 44 et de la tige de guidage 45» Deux tubulures 51 et 52 sont reliées à la partie inférieure du 5 cylindre 50. la tubulure 51 est reliée à un réservoir d'huile et à une pompe.à huile par l'intermédiaire d'une électro-valve et la tubulure 52 est reliée au cylindre 46, au-dessous de la position la plus basse du piston 43. Une tubulure 53 relie la partie supérieure du cylindre 46 au réservoir et à la pompe à huile par l'in-10 termédiaire d'une électro-valve. Les valves mentionnées sont commandées par des signaux provenant d'interrupteurs de limitation de course et de la bande codée. Lorsque de l'huile sous pression est amenée à la tubulure 51, de l'huile entre dans le cylindre 50 et la tige 48 sort pour s'appliquer contre l'appendice 39a faisant 15 saillie de la partie supérieure du porte-outil 34. L'huile sous pression entre dans le cylindre 46 par la tubulure 52 et fait descendre le cylindre 46 ensemble avec le cylindre 50 et la tige 48, ce qui fait avancer la chaîne portant les outils d'un pas ou de la distance nécessaire pour remplacer l'outil "Tl" par l'outil "Ï2" 20 au poste de travail..La valve est actionnée, lorsque ce mouvement est terminé, de sorte que,la tubulure 51 n'est plus en liaison avec la pompe à huile et qu'elle est au contraire reliée au réservoir à huiley la pression hydraulique dans le cylindre 50 est enlevée simultanément de sorte que le ressort 49 retire la tige 48» 25 Par conséquent, lorsque le cylindre 46 est soulevé pour la mise en position de l'outil suivant, la tige 48 est dégagée du porte-outil ce qui a pour conséquence que la chaîne supportant les outils reste dans la même position pendant ce cycle de fonctionnement» La tête porte-broche 10 comporte un mécanisme d'entraînement 30 pour établir la liaison avec l'outil "T" et pour le faire tourner en vue des opérations d*usinage sur une pièce "W" . La tête 10 comporte un manchon 63 supporté par des paliers 61 et 62 de sorte qu'il peut toiirner librement; il porte , dans une partie évidée 64 de la tête 10 une roue conique 65 fixée sur le manchon par une 35 clavette 66, une bague 68 et un écrou 67. Un arbre 69 est monté rotatif dans le coulisseau 5 et porte une roue conique 70 qui est en prise avec la roue conique 65 mentionnée ci-dessus. L'arbre 69 est entraîné par un moteur qui est commandé par la bande codée» Une clavette 71 enfoncée dans le manchon 63 peut coulisser dans 40 une rainure 73 creusée dans la broche 72. La broche peut se dépla- 69 C6197 ^ eer librement vers le haut et le bas dans 1e. manchon 63 grâce à la clavette 7Î« Un roulement 74 est fixé à l'extrémité supérieure de la broche 72 par un écrou 75oLa bague extérieure du roulement 74 est fixée dans un chapeau 77 et est retenue par une bague 76.Une 5 tige de liaison 79» solidaire du chapeau 77» porte un piston 80 se déplaçant dans un cylindre 78 formé dans.la partie supérieure 10b de la tête porte-broche. Des ouvertures 81 et 82 sont formées dans les parties supérieure et inférieure du cylindre 7S et des tubulures relient ces ouver-10 tures par 1*intermédiaire d!électro-valves à une pompe ou à un réservoir à huile pour l'amenée d'huile sous pression au-dessus ou au-dessous du piston ou pour le refoulement de l'huile dans le réservoir suivant les signaux reçus par les valves depuis la bande codée, lorsque de lshuile sous pression est admise dans l'ouvertu-15 re située dans le haut du cylindre 78, le piston 80 fait descendre la Isroche 72 et cette dernière est soulevée lorsque 1*huile est admise dans l'ouverture située dans le fond du cylindre 78. Un alésage conique 83 est formé dans l'extrémité inférieure de la broche 72 . Cet alésage conique s'adapte sur tous les porte-20 outil coniques 38 et permet la transmission sans glissement du mouvement rotatif à l'outil. Lorsque la broche 72 est descendue,l'alésage conique 83 vient se placer sur l'extrémité 38 de l'arbre du porte-outil et le corps 34a de ce dernier est pressé contre les surfaces d'appui 23 et 24 pour la mise en position de lsoutil"T" « 25 Une liaison est ainsi établie entre l'alésage conique 83 et l'extrémité 38 du porte-outil qui est ainsi préparé pour l'opération d'usinage sur la pièce "W" «le porte-outil 38 avec l'outil se dégagent de la broche 72 lorsque la rotation de celle-ci est arrêtée et qu'elle est soulevée. 30 la description qui précède explique la réalisation et le fonc tionnement des différentes parties constituant une machine-outil suivant l'invention. Le fonctionnement relatif des différents dispositifs de la machine est décrit plus en détail dans ce qui suit. Un signal codé enregistré sur une bande codée provoque l'entrée 35 d'huile sous pression, par l'ouverture 81, dans le cylindre 78 du système 60 d'entraînement de l'outil. La pression de l'huile agit sur le piston 80 en le faisant descendre avec la broche 72 par la tige de liaison 79 et le chapeau 77 du palier. Lralésage conique 83 à l'extrémité inférieure de la broche 72 s*engage sur le porte-40 outil conique 38 en le faisant descendre jusqu'à ce que le corps 9 06197 34 du porte-outil s'applique sur les surfaces de limitation 23,24. La chaîne 30 supportant les outils est tirée vers le bas, ce qui est possible en raison des ressorts 20 supportant la voie mobile supérieure 11b , 12b . Le signal codé suivant provoque le démarrage du moteur d'entraînement et la rotation de la broche 72 par l'intermédiaire de l'arbre 69, des roues coniques 70, 65 et du manchon 63.L'outil tourne par conséquent. La console 2, le coulisseau 3 et la table 4 effectuent des mouvements verticaux ou horizontaux suivant les signaux reçus de la bande codée et l'usinage programmé est effectué sur la pièce. Lorsque l'opération d'usinage sur la pièce "V" est terminé, un signal de la bande codée provoque l'ar-rpet du moteur, de sorte que la broche 72 et l'outil "T" s'arrêtent également. De l'huile est simultanément introduite à travers l'ouverture 82 dans la partie du cylindre se trouvant sous le piston 80 et le piston 80 est soulevé, l'huile se trouvant au-dessus de ce piston étant refoulée à travers l'ouverture 81 vers le réservoir à huile. Lorsque le piston 80 est soulevé, la broche 72 qui est reliée à ce piston, est également soulevée, dé sorte que la liaison entre l'extrémité 38 du porte-outil maintenant l'outil "T" et l'alésage conique dans la broche 72 est supprimée. Lorsque l'outil est relâché, les ressorts 20 peuvent se détendre de sorte que les voies supérieures mobiles montent et que la chaîne 30 portant les outils monte également, si bien que le porte-outil 34a se dégage des surfaces de limitation 23, 24 pour rétablir le jeu 25. En outre, lorsque la rotation de l'outil "I" est arrêtée et lorsqu'il est nécessaire de déplacer la pièce de façon que celle-ci ne gêne pas le mouvement de l'outil "T" , des signaux de la bande codée provoquent le mouvement de la console 2, du coulisseau 3 et de la table 4 dans le sens horizontal ou vers le bas. Lorsque la broche 72 se dégage du porte-outil 38, un signal de la bande codée provoque l'entrée d'huile sous pression dans le petit cylindre 50 du mécanisme d'avancement des outils et la tige 48 sort de ce cylindre pour venir en contact avec l'appendice 39a du porte-outil 34 . L'huile s'écoule simultanément par la tubulure 52 dans la partie inférieure du cylindre 46 sous le piston 43 en provoquant la descente du cylindre 46. Cette descente du cylindre 46 entraîne le mouvement de la chaîne 30 supportant les outils sur les voies 11 et 12 de sorte que le porte-outil 34b maintenant le nouvel outil "T2" est placé sur les surfaces de limitation 23,24 dans la position d'usinage, tandir l'outil "Ti'! qui vient b9 06197 d'être utilisé, est déplacé de cette position. Lorsque le. nouvel outil "T2" est placé dans la position d'usinage et que le cylindre 46 se trouve dans sa position la plus basse, un interrupteur de fin de course est actionné et son sigaal 5 provoque le fonctionnement de la valve qui arrête 1* écoulement de l'huile sous pression vers la tubulure 51 qui est en même temps reliée avec le. réservoir à huile« La tige 48 est retirée, tandis que de l'huile sous pression est amenée à la tubulure 53 ce qui provoque la montée du cylindre 41 et son arrêt dans sa position de 10 départ« Lorsque l'outil "52" est placé au poste d'usinage, la broche 72 est abaissée et le porte-outil du nouvel outil "T2" est engagé dans l'alésage conique de la broche. L'outil "T2" peut à présent tourner et effectuer des opérations de fraisage. 15 La pièce llW" est en outre déplacée dans la position désirée et l'usinage peut commencer. Lorsqu'il est nécessaire d'utiliser le neme outil après l'outil "Tl" , le cylindre 46 du dispositif 40 pour l'avancement des % outils effectue n mouvements de va-et-vient et amène ainsi le neme 20 outil au poste d'usinage. 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 25 l'invention,, ••V r- 1 \gj 69 06197 -9- * «h ,n .r, ' » " *r *. "* -REVENDICATIONS - 1,— Dispositif automatique de changement d'outil ,caractérisé en ce qu'il comporte deux voies ou rails divisés en une partie supérieure et une partie inférieure montées autour d'une tête porte-broche et sollicitées par des ressorts de sorte qu'elles ont ten-5 dance à s'écarter l'une de l'autre et produisent ainsi une tension dans une chaîne annulaire supportant des outils guidés sur les dites voies, ainsi qu'un système d'avance des outils qui fait avancer la chaîne en vue de la mise en position successive des outils à un poste de travail. 20 2.- Dispositif automatique de changement d'outil, caractérisé en ce qu'il comporte deux voies inférieures en forme de ïï avec une partie semi-circulaire en bas et deux côtés verticaux rectili-gnes, ainsi que deux voies supérieures en forme de U inversé,les voies inférieures étant fixées à la moitié Inférieure d'une tête 15 porte-broche et les voies supérieures étant montées de façon cou—| lissante sur la moitié supérieure de la dite tête, des ressorts étant prévus pour supporter les deux voies supérieures coulissantes formant avec les voies inférieures un ensemble en forme d'ellipse. 20 3.- Dispositif automatique de changement d'outil, caractérisé ! i en ce qu'il utilise une chaîne sans fin ayant approximativement la forme d'un anneau et comportant plusieurs porte-outil qui sont équipés de paliers supportant un mandrin conique rotatif pour le , maintien d'un outil, ainsi que de bras fixes de chaque côté, les 25 dits bras étant reliés ensemble de façon articulée par plusieurs axes parallèles portant à chaque extrémité un galet. 4.- Dispositif automatique de changement d'outil,.caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'avance des outils qui fait avancer une chaîne supportant des outils, ce dispositif d'avance 30 comportant une tige de piston, un piston et une tige de guidage disposée parallèlement à la tige de piston et sur laquelle coulisse un cylindre principal, les tiges étant montées sur le côté du coulisseau de broche du bâti de la machine au moyen de deux plaques de support; un petit cylindre étant monté à angle droit par 35 rapport a l'axe du cylindre principal et renfermant un piston et une tige sollicités par un ressort, de l'huile sous pression pouvant être admise,au moyen de tuyauteries appropriées, sur le côté arrière du petit piston, ainsi que du côté inférieur du piston commandant le déplacement des outils» 69 06197 -10- 5»- Dispositif automatique de changement d'outil, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme d'entraînement en rotation des outils qui se compose d'un manchon rotatif entraîné par un moteur et monté sur des paliers dans la partie inférieure du carter de la 5 tête porte—broche, une broche montée coulissante dans le manchon de sorte qu'elle" peut tourner tout en effectuant des mouvements de va-et-vient suivant 1'axe de rotation, un mécanisme de commande des mouvements de va-et-vient de la broché qui se compose d'un organe de retenue monté sur paliers à l'extrémité supérieure de la 30 broche et,relié à une tige d'entraînement et un piston à eoamande• hydrauliquè qui se déplace à l'intérieur d'un cylindre monté dans la partie supérieurs dudit carter ,1a broche présentant à son extrémité inférieure un alésage conique qui s'engage sur l'extrémité conique rotative d'un porte-outil mis en position au poste de 15 travail lorsque la broche est descendue par ledit mécanisme, la broche se dégageant du porte-outil lorsqu'elle est levée. 5.- Machine-outil, notamment fraiseuse, équipée d'un dispositif automatique de changement d'outil suivant l'une quelconque des revendications précédentes.