Brevet FR2047014A1 — publié le 19710312

La présente invention concerne un dispositif changeur d'outils employé en général dans des machines-outils et en particulier dans les tours de type parallèle, comportant un magasin de porte-outils qui poursuit, en suspension, la tourelle du tour pour ^ remplacer l'outil au cours de l'usinage. On connaît des dispositifs changeurs d'outils qui comportent un magasin fixe portant toute la série des outils nécessaires pour le cycle des opérations et des moyens destinés à prélever un outil nouveau du magasin pour le mettre à la place de l'outil déjà 10 utilisé. Avec ces dispositifs, il est toutefois nécessaire d'arrêter le travail de la machine-outil et, par conséquent, les temps morts d'usinage augmentent. Le "but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif changeur d'outils, qui réduit ou pratiquement élimine 15 tout temps mort pour le remplacement de l'outil utilisé par un outil nouveau et qui poursuit, en suspension, la tourelle du tour sans que son poids pèse sur la tourelle elle-même. Le dispositif changeur d'outils selon l'invention comporte un magasin de porte-outils pour le remplacement automatique des 20 outils sur la tourelle d'un tour au cours de l'usinage et il est caractérisé par le fait que le magasin de porte-outils poursuit, en suspension, la tourelle en étant supporté par des moyens destinés à permettre son déplacement longitudinal et/ou transversal par rapport au tour et en même temps le déplacement de la tourelle, 25 le dispositif comportant en outre des moyens-destinés à effectuer une rotation prédéterminée de la tourelle pour amener un outil utilisé d'une position de travail à -une position de remplacement de l'outil et en même temps un outil nouveau d'une position de remplacement à la position de travail. 30 Ces caractéristiques du dispositif selon l'invention ainsi que d'autres caractéristiques complémentaires seront mieux comprises à l'aide de la description qui suit se rapportant au dessin annexé dans lequel : la figure 1 représente schématiquement une vue latérale 35 d'un tour comportant le dispositif changeur d'outils selon l'invention ; la figure 2 représente pratiquement une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 représente une coupe longitudinale verticale du 40 dispositif changeur d'outils selon la ligne 3-3 de la figure 1 ; 70 22746 2 2047014 la figure 4 représente une vue en plan de la tourelle du tour de la figure 1 ; la figure 5 représente une coupe transversale selon la ligne 5-5 de la figure 3. ; 5 la figure 6 représente une vue en perspective de la tourelle de la figure 4 ; et la figure 7 représente une coupe du magasin d'outils selon la ligne 7-7 de la figure 3, à échelle réduite. En référence aux figures et en particulier aux figures 1 et 10 2, on a représenté un tour de type parallèle 10 ayant un mandrin 11 et une contre-pointe 12 qui coulisse longitudinalement pour fixer une pièce à usiner (non représentée), le tour 10 comporte en outre un premier chariot longitudinal 13, supporté de manière coulissante par le tour lui-même, et pourvu à la partie supérieure 15 d'un guidage transversal 14 à queue d'aronde, sur lequel coulisse un second chariot 15 transversal, supportant la tourelle tournante 16. La tourelle 16 supporte une paire de porte-outils 17 et 18, diamétralement opposés l'un à l'autre et cette tourelle 16 peut convenablement pivoter autour de son axe vertical pour amener un 20 porte—outil d'une position de remplacement, correspondant à la position du porte-outil 18 de la figure 4, à une position de travail correspondant à celle du porte-outil 17 de la figure 4. A la partie supérieure de la tourelle 16, et convenablement relié à celle—ci, se place un magasin d'outils 19 pivotant autour 25 d'un pivot vertical 20 et fixé par sa partie supérieure à un premier chariot 21 mobile transversalement sur le tour et supporté par des guides transversaux 22 portés à leur tour par tan second chariot 23 qui peut glisser sur des guides 24 longit dinaux par rapport au tour et supportés, à la partie supérieure du plan de 30 travail du tour, par des montants d'extrémité 25 et 26. Le mouvement des chariots 13 et 15 est obtenu par des moyens connus et qui ne sont pas représentés car ils ne font pas partie de la présente invention, tandis que le mouvement du magasin 19, qui accompagne la tourelle 16 au cours de ses déplacements longitu-35 dinaux et/ou transversaux, peut s'effectuer par entraînement par la tourelle 16 elle-même ou, dans le cas de tours à commande numérique, peut être directement commandé par le programmateur 27 du cycle de travail du tour ; il est évident que dans ce cas on devra prévoir des moyens convenables de commande pneumatique, 40 hydraulique ou électrique, commandés par le programmateur lui-même, 70 22746 3 2047014 pour assurer les déplacements longitudinaux et/ou transversaux du magasin 19, ces moyens de commande pouvant par exemple être constitués par une paire de cylindres pneumatiques, reliés entre le chariot respectif et une partie considérée fixe par rapport au 5 chariot lui—même ; ou "bien ces moyens de commande pourraient comporter des systèmes à crémaillère, formés par de longs guides tels que ceux cités et engrenant avec des pignons correspondants, entraînés en rotation par des moteurs portés par les chariots. Dans l'exemple particulier du dessin, on a représenté le 10 cas d'une connexion mécanique pour l'entraînement du magasin 19 par la tourelle 16 ; celle-ci est d'une forme de réalisation des plus simples, "bien qu'elle ne soit pas limitative de l'invention. En se référant maintenant aux- figures 3, 4, 5, 6 du dessin annexé, on remarque que la tourelle 16 peut tourner autour d'un 15 pivot vertical 28 (figure 3) entre deux positions angulairement écartées l'une de l'autre de 180° et précisément entre une position de travail, correspondant à celle du porte-outil 17 à la figure 4, et une position de remplacement du porte-outil, correspondant à la position du porte-outil 18 à la figure 4. En position de travail, 20 le porte—outil 17 est "bloqué sur la tourelle, comme on le verra par la suite, tandis qu'en position de remplacement le porte-outil 18 est libre pour pouvoir être remplacé par un autre porte-outil pourvu d'un nouvel outil, comme on l'expliquera par la suite. Comme on le voit aux figures 3 et 4, la tourelle 16 est douée 25 d'un mouvement ascendant et descendant selon la double flèche 30 de la figure 3 et d'un mouvement de rotation dans un sens ou dans l'autre selon la double flèche 31 de la figure 4, pour permettre de remplacer un outil utilisé par un nouvel outil et respectivement pour permettre la mise en place du nouvel outil de remplacement. 30 Par conséquent, la tourelle 16 a été rendue solidaire de son pivot vertical de rotation 28, par exemple par une clavette 32, et ce pivot 28 est commandé pour un déplacement axial et pour tourner de la manière décrite dans la suite, de façon à assurer les mouvements de la tourelle 16 mentionnés ci-dessus. Comme on le voit sur la yj figure 3, le pivot 28 est supporté de façon pivotante dans le chariot transversal 15 au moyen de paliers latéraux 33 et par un palier de butée ou à billes 34- placé à 1 ' esefcrémité inférieure du pivot 28, ce palier de butée 34- étant à son tour supporté par un piston 35 mobile verticalement et placé dans une chambre formée à 40 l'intérieur du chariot 1|5. Le piston mobile 35 et par suite le 70 22746 4 2047014 pivot 28 et la tourelle 16 peuvent effectuer un.petit déplacement vertical ascendant sous l'action de l'admission de fluide sous pression dans la chambre 36 formée entre les surface se faisant face du piston mobile 35 et d'une plaque inférieure de fermeture ^ 37. Le fluide en pression est envoyé à travers me conduite convenable 38» formée sur un côté du chariot mobile 15 et reliée au moyen de tubes flexibles (non représentés) à une source de fluide convenable sous pression (non représentée). Le piston mobile 35 est en outre pourvu d'une garniture périphérique étanche 10 59 qui empêche le passage du fluide en pression dans une chambre supérieure 40, dans laquelle se trouve un ressort en cuvette 41, ou un autre moyen équivalent, qui agit sur une bride périphérique 42 à l'extrémité inférieure du pivot 28 pour faire descendre ce dernier lorsque le fluide en pression dans la- chambre 36 est déchargé. Au cours de la phase d'usinage âe la machine, la tourelle 16 doit rester fixe et par conséquent elle est bloquée sur le chariot transversal 15 par l'intermédiaire de surfaces coniques conjuguées 43 formées en même temps sur le chariot transversal et 20 sur la tourelle. La rotation du pivot 28, et par conséquent de la tourelle dans la position supérieure de celle-ci, est effectuée par un dispositif à crémaillère commandé hydrauliquement, comme on l'a représenté aux figures 3 et 5 du dessin annexé. 25 A cet effet, à proximité de l'extrémité inférieure du pivot 28 se trouve une couronne dentée circulaire 44 qui engrène avec une crémaillère 45 formée sur un côté d'un piston à double effet 46 entraîné alternativement dans une chambre transversale 47 ménagée à l'intérieur du chariot 15® la chambre 47 est pourvue de 30 deux conduites d'extrémité 48 et 49 pour le fluide sous pression, convenablement reliées par des tubes flexibles (non représentés) à une source de fluide convenable sous pression. L'alimentation en fluide sous pression, à travers les conduits 48 et 49 déterminé le déplacement du piston 46 dans im sens ou dans le sens opposé 35 en entraînant .ainsi la rotation de 180° du pivot 28 et, par conséquent, d© la tourelle. Le blocage et le déblocage ds*m porte-outil de la tourelle 16 sont obtenus par un© b&rr© a«"feio2œé@ par cames coisae reprêesa.-té à la figure 3, et par "os.® pal2?s dsétriers. Il convient ici de 40 préciser que sur la figŒ5® 3 on a sepsésenté un seul porte-outil, 0 22746 5 2047014 par exemple le porte-outil 18 à la position de remplacement, et le moyen de blocage correspondant 5 en supposant que le blocage de l'autre porte-outil à la position de travail est obtenu par un ensemble analogue. 5 Gomme on le voit sur la figure 3? le porte-outil 18 présente un évidement vertical arrière 50 s le long duquel peut glisser la tête 51* d'une barre 51 supportée radialement, dépassant de la tourelle 16 et pourvue à son extrémité arrière d'un galet suiveur de came 52 qui suit le profil dîune première came 53 formée à 10 18extrémité supérieure d•un prolongement tubulaire du chariot 15 de guidage du pivot 28» le profil de la came 53 a été convenablement étudié de manière que la barre 51 soit poussée vers 1"extérieur pour l'amenée du porte-outil 18 à la position de remplacement, tandis qu'à la position de travail la barre 51 est poussée 15 vers l'intérieur par un ressort en cuvette 51" ou un autre moyen équivalent pour bloquer le porte-outil sur la tourelle 16. Le blocage du porte-outil sur la tourelle est en outre permis par une paire d'étriers de support, dont un étrier fixe 54- et un é tri ex-mobile 55 portés sur les côtés de la tourelle. L8étrier mobile 20 54, de façon semblable, est bloqué par une seconde barre (non représentée) commandée par la came 55f (figure 3)=» Les cames 53 et 55® sont fixées de telle manière que, lorsque la tourelle tourne en amenant un porter-outil de la position de remplacement à la position de travail} la came 55® libère d8 abord la barre 25 de 15étrier mobile de telle manière qu8 elle positionne exactement le porte-outil contre l'étrier fixe 54- tandis que la came 53 libère ensuite la barre 51 qui. poussée par le ressort 51% bloque le porte—outil sur la tourelle <>• Le contact entre le porte—outil et la tourelle s'effectue sur des surfaces cylindriques parfai-30 tement conjugué e s. Chaque porte-outil est pourvu en outre d*une saillie supérieure ayant un ergot transversal 56 destiné à venir en prise avec un écrou 57 ou un autre élément d'engagement pour le déplacement du porte—outil sur le magasin ou son enlèvement du magasin, 35 comme on 1'expliquera plus loin. En référence maintenant aux figures 3 et 7» on remarque que le magasin de porte-outils 19 est creux à 1*-intérieur et pourvu sur sa surface latérale d'une pluralité de guidages longitudinaux de logement des différents porte-outils, chaque porte-outil étant 40 pourvu d'un outil correspondant et différent, destiné à effectuer 70 22746 6 2047014 1*1211 des différents usinages de la pièce à travailler. Le magasin 19 est supporté de façon pivotante autour du pivot vertical 20 précédemment mentionné et la rotation de ce magasin est commandée par un moteur électrique 60 supporté par 5 la console 61, solidaire du pivot 20 lui-même. L'arbre du moteur est en outre pourvu d'un pignon 62 qui engrène avec une couronne dentée 63 s formée à l'intérieur du magasin lui-même. Ce moteur 60, commandé convenablement par le programmateur ou l'appareillage de commande de la machine-outil, fait exécuter une rotation • Le passage d'un porte-outil, par exemple du porte-outil 69, de la position de décharge sur le magasin 19 à la position de 25 remplacement sur la tourelle 16, est obtenu au moyen d'un dispositif comprenant un élément de guidage 70 rendu solidaire du pivot de support 20 du magasin 19? et pourvu de surfaces de guidages longitudinaux destinées à constituer un prolongement dfun guidage de logement du porte-outil dans le magasin 19 5 placé 30 à la position de décharge citée» Cet élément de guidage 70 se termine à une petite distance de la tourelle 16 et il est pourvu à l'intérieur d'une vis sans fin 71 à recirculation de billes, le long de laquelle peut glisser l'écrou 57 précédemment cité. La vis sans fin 71 porte à son extrémité supérieure un engrenage 35 72 qui s1 accouple à un pignon 73 porté par 18 extrémité de l'arbre d'un second moteur électrique 74-, ou un autre moyen équivalent, tel que, par exemple, un moteur hydraulique, supporté par une console 75 fixée au pivot 20 précédemment mentionné. Si on le désire, à la place du groupe écrou et vis sans fin, on 40 peut utiliser un cylindre hydraulique convenable pour transférer 70 22746 7 2047014 le porte-outil 69 de la position, de décharge sur le magasin à la position de remplacement sur la tourelle 16. Comme on vient de le dire, le déplacement du magasin 16 s'effectue dans le cas représenté par entraînement par la tourelle 5 16. A cet effet, le pivot central 20 du magasin est relié rigidement par l'intermédiaire de l'élément 70 a un joint télescopiçjue 76 qui est à son tour relié au pivot 28 de rotation de la tourelle 16, de manière à permettre la rotation de la tourelle en plus de .Sa translation verticale ; toutefois, si on le désire, le mouvement 10 du magasin 19 à la poursuite de la tourelle 16 pourrait être effectué par d'autres moyens à mouvement indépendant, tels que par exemple des cylindres hydrauliques, pneumatiques, ou des moyens électromagnétiques qui sont directement commandés par le programmateur de la machine-outil. En ce cas, après remplacement >15 de l'outil utilisé par un nouvel outil, il est aussi possible de faire reculer le magasin 19 à une des extrémités de la machine-outil ou à une position loin de la pièce en usinage» Des moyens tâteurs de positionnement convenables, portés par exemple par le magasin 19 et par la tourelle 16, permettraient de trouver leur 20 position relative exacte lorsqu'on doit de nouveau changer un outil utilisé. Le fonctionnement du dispositif changeur d*outils s'effectue comme indiqué ci-après. Comme on l'a exposé, la tourelle 16 peut tourner de 180° pour placer le porte-outil dans l'une des deux 25 positions et précisément dans une position de travail et dans une position de remplacement de l'outil (décalée de 180° par rapport à la proutre, la tourelle est mobile verticalement pour son déblocage du chariot 15 situé au-dessous lorsqu'on doit effectuer la rotation de la tourelle. Par conséquent, on aura.une 30 première phase de soulèvement, suivie d'une deuxième phase de rotation et d'une troisième phase d'abaissement. Au cours de la phase de soulèvement, la tourelle se dégage du chariot 15 et ce soulèvement s'effectue par l'admission de fluide en pression dans la chambre 36 (figure 3)» La force exercée 35 par le fluide en pression soulève la tourelle 16 et comprime le ressort 41 en libérant le contact entre les surfaces coniques de blocage 43. Dès que la phase de soulèvement de la tourelle est terminéei la phase de rotation de celle—ci commence, Au cours de la phase de rotation, du fluide en pression est envoyé à une 40 extrémité de la chambre 47, ce qui détermine le déplacement dans 70 22746 8 2047014 un sens prédéterminé du piston 46, dont la crémaillère 45, engrenant avec la couronne 44 du pivot 28, détermine la rotation de celui-ci et, par conséquent, la rotation de 180® de la tourelle elle-mêmeo Au cours de cette rotation de 180° de la tourelle, le 5 nouvel outil, préalablement placé à la position de remplacement, est amené à la position de travail et, en même temps, l'outil utilisé est amené de la position dë travail à la position de r emplacement. Au cours de cette rotation, les cames 53 et 55' agissent "10 sur les barres respectives en déterminant le déblocage du porte-outil à la position de remplacement et le blocage du porte-outil amené à la position de travail» Après la rotation de la tourelle qui a assuré le remplacement des outils, on a la phase suivante d'abaissement de la tourelle qu'on obtient en interrompant l'arrivée de fluide dans la chambre 56, de telle manière que le ressort 41 préalablement gcus contrainte ramène vers le bas la toui".e 11 g 16 en la "bloquant le chariot 1$. Dès que les phases de rotation et d'abaissement de la tou.=* 20 relie sont terminées, le moteur électrique 74- est actionné et détermine la rotation de la vis 7^ le soulèvement de l'écrou 57 qui accroche l'ergot 56 du porte-outil 18 à la position de remplacement sur la tourelle 16 pour amener le porte—outil avec l'outil utilisé dans le guidage du logement correspondant du magasin 19 25 laissé préalablement vide. Des micro-interrupteurs convenables, non représentés, donnent des signaux à l'appareillage de commande pour le réglage du ralentissement de la vis creuse et de l'arrêt de celle-ci à ses deux positions d'extrémité. Le micro-interrupteur qui eomsiande l'arrêt de l'écrou 57 à 30 sa position supérieure commande en outre aussitôt le démarrage clu moteur 60 qui détermine la rotation du magasin 19- Cette rotation du magasin 19 amène un porte-outil suivant, sélectionné par le lecteur 65, à la position de dé©&as?g@ pcmr sa translation suivante du magasin à la tourelle» Le iaotsiir &'actionnement de la vis 35 sans fin 71 est ensuite commandé pose .amener le nowsâsa porte-outil qui se trouve dans 1© magasin à la positioa ô® reiEplacenssb sur la tourelle 16, selon ce qiî2c;a Tietiv de dire» '0 22746 9 2047014 D'après ce qui précède et comme illustré sur le dessin annexé, on comprend que le dispositif selon l'invention pourvoit au remplacement automatique de l'outil au cours de l'usinage, en sélectionnant l'outil suivant et en le plaçant tout prêt pour 5 être amené en position de travail» Grâce au dispositif selon l'invention, on a donc une économie des temps passifs, avec réduction du temps, qui était perdu pour le remplacement des outils, au seul temps nécessaire pour effectuer la rotation de la tourelle. 10 On comprend toutefois que ce qu'on vient de dire et ce qui est représenté n'a été indiqué qu'à titre d'exemple et qu'on pourrait adopter d'autres variantes sans pour cela s'écarter du cadre de l'invention. 70 22746 1Q 2047014 BEVIKDXOÀTIOB. 3. 1. Dispositif changeur d'outils pour machines-outils, du type ayant une tourelle porte-outils supportée par un premier chariot ou semelle mobile transversalement par rapport à la machine-5 outil et supporté à son tour par un second chariot ou semelle " moMle longitudinalement par rapport à la machine, et un magasin porte-outils, caractérisé par le fait que la tourelle en tournant autour de son axe porte un outil d'une position de remplacement à une position de travail et inversement et que le magasin des ■^0 porte-outils est supporté, de façon pivotante à la partie supérieure du plan de travail de la machine-outil, par un premier chariot mobile transversalement à la machine sur des premiers guidages transversaux portés à leur tour par un second chariot mobile sur un second guidage longitudinal de la machine-outil, le dispositif comportant en outre des moyens destinés à positionner automatiquement le dit magasin par rapport à la tourelle dans toutes les positions de celle-ci, des moyens pour faire tourner la tourelle et pour bloquer un premier outil à la position de travail en bloquant un second outil à la position de remplacement et des 20 moyens pour transférer automatiquement un outil vers le magasin et inversement. 2. Dispositif changeur d'outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens cités pour faire tourner la tourelle comportent un pivot supporté de façon pivotante par le 25 premier chariot de tourelle, ce pivot étant solidaire de la tourelle et étant pourvu d'une couronne dentée qui engrène dans une crémaillère solidaire d'un piston mobile alternativement dans une direction transversale par rapport au pivot dans une chambre formée dans le dit premier chariot, la dite chambre pouvant être 30 alimentée à chacune de ses extrémités par du fluide sous pression pour déplacer le piston dans un sens ou dans le sens opposé, le dispositif comportant en outre des moyens pouvant être actionnés pour bloquer et débloquer la tourelle du premier chariot une fois la rotation terminée. 35 3. Dispositif changeur d'outils selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens pour bloquer et débloquer la tourelle sur le chariot comportent des surfaces coniques de blocage formées sur des zones de contact entre la tourelle et le chariot, le pivot de support mentionné étant supporté pour son 40 coulissement axial par un second piston mobile dans une seconde 0 22746 n 2047014 chambre formée dans le dit premier chariot et pouvant être alimentée en fluide sous pression pour soulever le pivot en dégageant la tourelle du contact avec son chariot, un moyen élastique agissant pour rétablir le contact de blocage entre les 5 surfaces coniques par évacuation du fluide sous pression de la dite seconde chambre. 4. Dispositif changeur d,outils selon la revendication "1, dans lequel l'outil est fixé à un élément porte-outil, caractérisé par le fait que les moyens cités pour bloquer un outil à la >jq position de travail et en même temps débloquer un outil à la position de remplacement comportent pour chaque outil une première barre qui vient en prise avec un porte-outil et une seconde barre qui vient en prise avec 1'étrier mobile d'une paire d'étriers de positionnement latéral du porte-outil porté par la tourelle ; ^5 la première et la seconde barre mentionnées étant actionnées chacune par une came entre une position de blocage et une position de dégagement, un moyen élastique agissant pour pousser les barres vers leur position de blocage. 5« Dispositif changeur d'outils selon la revendication 1, 20 caractérisé par le fait que le magasin cité tourne, en suspension, pour porter une pluralité d'outils, d'une position de repos à une position de descente de l'outil quand il est au-dessus de la position de remplacement de l'outil de la tourelle mentionne , le magasin étant en outre pourvu des moyens destinés à déterminer sa 25 rotation et le choix d'un outil selon un cycle programmé. 6. Dispositif changeur d'outils selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens pour transférer un outil depuis et vers le magasin comportent un organe de prise de l'outil dans sa position de remplacement et des moyens pour guider et 30 déplacer cet organe de prise avec l'outil entre la tourelle et le magasin. 7- Dispositif changeur d'outils selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens pour guider et déplacer l'organe de prise de l'outil sont constitués par un cylindre 35 pneumatique porté par le magasin même. 8. Dispositif changeur d'outils selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens cités pour guider et déplacer l'organe de prise comportent une vis sans fin qui se visse dans un écrou solidaire de l'organe de prise cité, un 40 dispositif moteur convenable porté par le magasin et assurant la 22746 12 2047014 rotation de la vis sans fin. mentionnée pour déplacer le long de celle-ci le susdit organe de prise de l'outil. 9. Dispositif changeur d'outils selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le magasin est 5 relié mécaniquement à la tourelle par l'intermédiaire d'un joint télescopique pour être entraîné, en suspension, par celle-ci. 10. Dispositif changeur d'outils selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que les moyens cités pour positionner automatiquement le magasin par rapport à 10 la tourelle comportent des moyens mécaniques, hydrauliques, pneumatiques ou électriques, indépendants, actionnés par un dispositif de commande de la machine-outil pour faire effectuer au magasin des déplacements transversaux et/ou longitudinaux par rapport à la machine-outil, la tourelle et le magasin étant 15 pourvus de moyens de positionnement pour déterminer leur position, relative exacte quand on va changer l'outil.