Brevet FR2195504A1 — publié le 19740308

La présente invention concerne de façon générale un dispositif de changement automatique d'outil pour une machine-outil, et de façon plus particulière, un dispositif de changement automatique d'outil perfectionné qui contrôle au surveille la durée de vie des outils stockés dans un magasin de stockage et qui remplace les outils par des outils de réserve précédemment fournis dans celui-ci lorsque la fin de la vie des outils mentionnés en premier lieu est atteinte. Un objet de la présente invention est donc de fournir une machine-outil possédant un dispositif de changement automatique d'outil nouveau et perfectionné. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de changement automatique d'outil dans lequel une opération d'échange adéquate et effective entre un outil usé et un outil de réserve identique s'accomplit. Un autre objet encore de la présente invention est de fournir un dispositif de changement automatique d'outil qui comporte un dispositif de surveillance de la durée de vie pour les outils emmagasinés dans le magasin de stockage d'outils du dispositif de changement automatique d'outil. Un objet supplémentaire de la présente invention est de fournir un dispositif de changement automatique d'outil qui est associé à un magasin de stockage d'outils pour le stockage d'outils de réserve à utiliser dans l'opération d'usinage suivante après que les outils couramment utilisés aient atteint leur durée de vie marginale. Les objets précédents et d'autres objets sont atteints par la fourniture d'un dispositif de changement automatique d'outil selon la présente invention qui se caractérise par un dispositif de surveillance et de signalisation de la durée de vie de 1' outil pour surveiller la vie des outils stockés dans un magasin de stockage d'outils dans lequel des outils de réserve pour certains outils sont également stockés. Quand la durée de vie marginale d'un outil particulier est détectée, le dispositif de surveillance fonctionne de façon à utiliser un outil de réserve en remplacement de l'outil particulier en réponse à une instruction d'une unité de commande. De façon générale, dans une machine-outil à commande nu mêriqt#e ayant un dispositif de changement automatique d'outil as socié, Ou dans ee on gu'on appelle un centre d'usinage, une grande variété d'outils est utiIjs#é de façon prequente~et non consécutive pour une opération d'usinage sur une pièce empêchant ainsi le maintien d'un contrôle de la durée de vie des outils respectifs, avec la conséquence en pratique que le temps de remplacement d'un outil par un outil neuf est laissé au jugement empirique d'un opérateur. Comme l'opération de remplacement d'outil est gênante, on l'accomplit de façon usuelle de façon à remplacer tous les outils contenus dans le magasin par des outils neufs correspondants à un moment convenable.Par suite, il en est résulté de façon facheuse que certains outils sont utilisés au-delà de leur durée de vie marginale, ce qui nuit à la précision de l'usinage cependant que d'autres sont remplacés bien qu'ils soient loin d'avoir atteint leur durée de vie marginale, causant ainsi un gaspillage coûteux. D'autres objets et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins ci-Joints, dans lesquels La figure 1 est une vue de face d'une machine-outil à commande numérique possédant un dispositif de changement automatique d'outil selon la présente invention ; et Les figures 2 à 5 sont des diagrammes schématiques des circuits de commande qui accomplissent une partie du cycle de commande selon la présente invention. On décrit maintenant en détail le mode de réalisation préféré. En se référant pour l'instant à la figure 1, celle-ci représente une machine-outil à commande numérique ayant le dispositif de changement automatique d'outil selon la présente invention et comportant un bâti 10. Monté sur le bâti 10 et pouvant se déplacer transversalement sur lui, il y a un chariot 11 sur lequel une table en potence 12 est montée de façon à pouvoir coulisser dans une direction horizontale perpendiculaire au mouvement de la glissière 11. Montée avec ses repères sur la table en potence 12 se trouve une table tournante 13 sur laquelle une pièce W à usiner doit être montée.Une colonne 14 se dresse verticalement à partir de l'arrière du bâti 10 et porte une tête de broche 15 de façon à pouvoir se déplacer dans la direction verticale le long de sa paroi lat~rale. Une broche 16 a des tourillons pour pouvoir tourner dans la tête de broche 15 et est conçue pour recevoir successivement des outils pris dans un magasin 18 de stockage d'outils qui sera décrit plus loin. Montés de façon fixe sur la paroi avant de la colonne 14 se trouvent deux barres pilotes parallèles 17, 17 qui guident le corps 19 d'un magasin 18 de stockage d'outils. Un disque 20 de magasin est supporté à rotation par le corps 19 pour le repérage de la rotation ; montés de façon a pouvoir pivoter sur le disque 20 avec un écartement régulier à sa périphérie se trouvent plusieurs linguets 21 de maintien à déclenchement qui sont adaptés pour tenir les outils de façon relâchable.Les outils tenus par les linguets de maintien 21 sont placés par repérage à leur tour dans une position Z de livraison de l'outil conformément à un mouvement rotatif de repérage du disque 20, les outils étant indiqués par leurs numéros respectifs T1 à Tn qui sont identifiés, quand ils sont à leurs repères à la position Z de livraison, par un dispositif d'identification d'outils, non représenté. Comme cela est décrit dans la demande de brevet des Etats Unis d'Amérique, déposée sous le n0 222.915, le 2 février 1972, au nom de la demanderesse, le magasin 18 de stockage d'outils est disposé pour suivre le déplacement de la tête 15 de broche de façon synchronisée de façon qu'une position relative constante soit maintenue entre le magasin 18 de stockage d'outils et la tête 15 de broche.Un petit bras 22 déplaçable en rotation et axialement, est porté sur la partie supérieure de la tête 15 de broche et permet à un outil qui a été placé à ses repères dans la position Z de livraison d'outil du magasin 18 de stockage d'être transféré à un emplacement X de changement d'outil au-dessus de la broche 16, emplacement X dans lequel la figure 1 représente la mise en place d'un outil Tn Un bras principal 23 est monté de façon à pivoter sur la tfflte 15 de broche et est également déplaçable dans le sens axial pour permettre un échange de l'outil monté sur la broche 16 avec un outil qui a été transféré à l'emplacement X de changement d'outil au moyen du petit bras 22. Le magasin 18 de stockage d'outils, en plus du stockage d'une grande variété outils, stocke des outils de réserve pour des outils particuliers, tels que des outils de perçage et d'alésage qui ont une fréquence d'utilisation relativement élevée et par suite une durée de vie courte par comparaison avec les autres outils. Dans la réalisation représentée, on suppose que trois outils désignés par les numéros d'outils T1, T3 et T5 ont une durée de vie limitée, et trois outils identiques sont stockés comme outils de réserve dans le magasin 18 de stockage et désignés par les numéros T2, T4 et T6 respectivement.En vue de détecter la fin de la durée de vie, ou durée de vie marginale de chacun de ces six outils T1 à T6, il est prévu un dispositif de surveillance de la durée de vie de l'outil qui comporte six compteurs préréglés C01 à C06 (figure 3), qui sont respectivement adaptés pour enregistrer le nombre cumulé de fois où les outils T1 à T6 sont utilisés ou sortis du magasin 18 de stockage dans un but d'usinage, ce qui fournit un comptage cumulé qui est comparé avec une valeur de consigne prédéterminée du compteur respectif, pour permettre de détecter la fin de la durée de vie des outils respectifs T1 G T6. Cependant, il faut souligner ici que la technique de surveillance de la durée de vie de l'outil ne se limite pas au comptage du nombre d'utilisations, mais peut être remplacée par l'intégration des durées cumulées d'utilisation au moyen d'un compte-temps, par exemple, ou en ajoutant de façon cumulative les durées d'utili- sation ayant pour base les données des instructions d'avance et de vitesse d'avance appliquées à un outil particulier. Par conséquent, on ne vise pas à limiter la technique de surveillance de la durée de vie de l'outil à un dispositif particulier. Le cycle de commande utilisé avec l'agencement décrit cidessus conformément à la présente invention sera décrit ci-dessous en se référant aux circuits de commande représentés aux figures 2 à 5. De façon précise, les caractères de référence CRT1 à CRTN désignent les relais d'accès de numéros d'outil ; RCOl à RCo6 désignent des relais de remise à zéro pour les compteurs préréglés C01 à C06 ; CRT1C à CRT6C désignent des relais pour modifier les numéros d'outils ; RT1C à RT6C désignent des relais de remise à zéro pour les relais CRT1C à CRT6C ; L1 à L6 désignent des lampes indiquant la fin de la durée de vie de l'outil ;CRT1F à CRTGF désignent des relais pour enregistrer que les outils qui ont atteint leur durée de vie marginale ont été changés ; et RT1F à RT6F désignent des relais de remise à zéro pour les relais CRT1F à CRT6F. Ces relais et compteurs sont mis en circuit entre deux bornes a et b d'alimentation de courant. Comme il a été indiqué précédemment, l'excitation de chacun des relais CRT1 à CRTN, CRT1C à CRT6C et CRT1F à CRT6F oblige les contacts normalement ouverts désignés par les lettres correspondantes à se fermer, et les contacts normalement fermés désignés par les petites lettres correspondantes accompagnées de x à s'ouvrir.Lorsque le compte des compteurs C01 à C06 correspond au compte préréglé de ceux-ci, les contacts du compteur désignés par les petites lettres correspondantes sont fermés. De plus, les contacts d'instruction de numéro d'outil crtl à crt6 sont fermés en réponse aux instructions tl à tn de numéro d'outil fournies par une unité de commande numérique, non représentée. Le contact crM06 représenté à la figure 3 représente un contact de fonction diverse qui est fermé en réponse à une instruction pour une fonction M06 diverse de changement d'outil fournie par l'unité de commande numérique, (non représentée). Les désignations PB1 à PB6 de la figure 5 représentent des boutons-poussoirs à commande manuelle. On notera que les relais CRTlC à CRT6C de changement de numéro d'outils sont auto-maintenus par les contre-contacts col à co6, tandis que les relais CRT1F à CRT6F de reconnaissance du changement d'outil sont auto-maintenus par les contacts crTlC à crT6C ; ctest-à-dire, qu'une fois excités, ces relais restent excités, à moins que leurs relais de remise à zéro RT1C à RT6C ou nTlF à RT6P ne soient excités. En fonctionnement, en supposant qu'une opération dtusi- nage donnée soit terminée en utilisant l'outil monté sur la broche 16, une fonction M06 diverse de changement d'outil est émise comme instruction par l'unité de commande numérique mentionnée ci-dessus en même temps que l'instruction pour le numéro de l'outil à échanger avec l'outil qui est monté sur la broche 16 et qui doit être renvoyé au magasin 18 de stockage d'outils.Cette instruction sera désignée de façon commode par la référence tl. L'instruction tl oblige le contact crut, à se fermer, grâce à quoi le relais CRT1 d'accès de numéro d'outil est excité en vue de l'appel de l'outil T1.Puis le disque 20 du magasin 18 de stockage d'outils tourne pour mettre à ses repères l'outil T1 tenu par les linguets 21 de maintien à l'emplacement Z de livraison de l'outil. En même temps, un signal d'accès pour l'outil T1 est fourni au compteur COI préréglé par le contact crTl pour augmenter son comptage d'une unité de façon comulative. L'instruction pour la fonction M06 diverse de changement d'outil est le début d'un cycle de changement d'outil comportant une série d'opérations grâce auxquelles l'outil usé sur la broche 16 est échangé au moyen du bras principal 23 avec un outil à utiliser à la suite et retenu par le petit bras 22, et ensuite renvoyé aux linguets 21 sur le magasin 18 par le petit bras 22. Dans la succession de telles opérations,1'unité de com mande numérique donne comme instruction une fonction diverse de livraison de outil et également une instruction pour un nouveau numéro de l'outil à faire sortir du magasin 18 de stockage la fois suivante, cette instruction pouvant être désignée par t7. L'instruction t7 oblige le relais T7 d'accès au numéro d'outil à être excité pour appeler l'outil T7.L'instruction de la fonction diverse de livraison d'outil est le début d'un cycle de livraison d' outils dans lequel l'outil désigné par le numéro T7 est placé à ses repères dans l'emplacement Z de livraison d'outil pour coopérer avec le petit bras 22 pour être amené à l'emplacement X de changement dloutil, où il est soumis à 11 opération de changement d'outil par le bras principal 23. Le cycle de changement d'outils et le cycle-de livraison d'outils décrits ci-dessus, sont répétés de façon successive d'après les instructions fournies par l'unité de commande numérique, et chaque fois que l'un des outils portant les numéros T1, T3 et T5 est appelé en provenance du magasin 18 de stockage par l'unité de commande numérique, le compte cumulé du compteur préréglé correspondant respectif Col, C03 ou C05 s'augmente d'une unité. Par suite, lorsque ltopdration d'usinage par l'outil portant le numéro T1 est répétée conformément aux instructions de 1' unité de commande numérique, l'instruction tl du numéro d'outil émise par le compte cumulé du compteur COl devient égale au compte préréglé de celui-ci, le contre-contact col associé à ce compteur est fermé pour exciter le relais CRT1C de modification du numéro d'outil, grâce à quoi son contact crTlc normalement ouvert est fer mé, et son contact crTlCx normalement fermé est ouvert.La fois suivante, lorsque l'unité de commande numérique émet l'instruction t de numéro d'outil, l'ouverture du contact crTlCx et la fermeture du contact crTlC provoquent l'excitation du relais CRT2 d'accès de numéro d'outil au lieu de celle du relais CRT1 mentionné ci-dessus, de sorte que maintenant l'outil portant le numéro T2, c'est-à-dire l'outil de réserve de l'outil T1, est appelé en remplacement. L'excitation du relais CRT1C de modification du numéro d'outil provoque l'allumage de la lampe T1 par la fermeture du contact crTlC normalement ouvert, pour indiquer au personnel d'exploitation que la durée de vie marginale de l'outil portant le numéro T1 a été atteinte. De cette façon, lorsque la durée de vie marginale de 1' outil portant le numéro T1 est atteinte, la même instruction tl de numéro d'outil émise par la suite par l'unité de commande numérique provoque l'appel de l'outil de réserve portant le numéro T2 à la place de celui portant le numéro T1, et le nombre de fois où le précédent outil T2 est utilisé est compté de façon cumulée par le compteur préréglé C02. L'outil dont la durée de vie marginale est atteinte ou ayant le numéro T1 est remplacé par un outil neuf identique par le personnel d'exploitation à un moment approprié, et l'outil neuf porte le numéro T1 et sert maintenant d'outil de réserve de ltou- til portant le numéro T2.Quand un remplacement d'outil est effectué de cette façon, le bouton-poussoir PB1 est actionné par le personnel pour exciter le relais CRT1F d'enregistrement de changement d'outil, grâce à quoi son contact crTlF normalement ouvert à la figure 3 se ferme pour exciter le relais RCO1 du relais de remise à zéro du compteur, et ainsi pour remettre à zéro le compte cumulatif du compteur préréglé COl, et son contact crTlFx normalement fermé s'ouvre pour éteindre le voyant L1, permettant ainsi de signaler le fait que le magasin 18 de stockage d'outils dispose maintenant en stock d'un outil de réserve ayant le numéro T1 pour l'outil portant le numéro T2 actuellement en service. Quand l'utilisation répétée de l'outil portant le numéro T2 se poursuit jusqu'à ce que le compte cumulatif du compteur C02 devienne égal à sa valeur de consigne préréglée, le contact co2 de compteur se ferme pour exciter le relais CRT2C de changement de numéro d'outil et également le relais RT1C de remise à zéro, grâce à quoi le relais CRT2 d'accès au numéro d'outil est désexcité par 1' ouverture du contact crT2Cx normalement fermé (figure 2) et le re lais CRT1C de changement de numéro d'outil est désexcité pour permettre à l'outil T1 d'être appelé à la place de l'outil portant le numéro T2 qui a atteint sa durée de vie marginale, par l'excitation du relais CRT1 d'accès au numéro d'outil par le contact crTlCx normalement fermé en réponse à l'instruction tl du numéro d'outil re çue de l'unité de commande numérique. Comme il a été décrit ci-dessus, une paire d'outils identiques portant les numéros d'outil T1 et T2, en fonction de la durée de vie de l'outil, en réponse à l'instruction tl de numéro d'outil émise par l'unité de commande numérique, est utilisée alternativement, et il est évident qu'une telle opération de substitution d' outils s'applique aux autres outils, portant les numéros d'outil T3 à T6. Il est également évident que les outils de réserve peuvent être préparés pour toutes les sortes d'outils à utiliser dans le magasin de stockage, et que l'on peut prévoir plus d'un outil de réserve pour un outil particulier. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Changeur d'outil automatique pour une machine-outil possédant une tête de broche, une broche montée à rotation dans la tête de broche, comportant un magasin de stockage d'outils pour stocker divers outils qu'on peut enlever, un moyen de transfert d'outil pour transférer les outils entre la broche et le magasin, un moyen de commande numérique pour fournir les instructions de numéro d'outil pour appeler successivement les outils à monter dans la broche, ce changeur d'outil étant caractérisé en ce qu'il comporte : un moyen de surveillance de la durée de vie des outils pour surveiller la durée de vie d'un outil choisi en réponse à des instructions de numéro d'outil et pour engendrer un signal de commande quand la durée de vie marginale de l'outil choisi arrive à terme, et un moyen de modification de numéro d'outil en réponse à ce signal de commande de façon à substituer à l'outil choisi un outil de réserve identique à l'outil choisi, et stocké en vue de cette substitution dans le magasin de stockage d'outils. 2 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen d'accès au numéro d'outil relié de façon fonctionnelle au moyen de surveillance de la durée de vie de 11 outil et au moyen de modification de numéro d'outil de façon à fournir un signal au moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil chaque fois que des instructions de numéro d'outil lui sont fournies. 3 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil comporte : un premier moyen de comptage travaillant én liaison avec le moyen d'accès au numéro d'outil pour compter de façon cumulée la durée de vie de outil choisi, et un second moyen de comptage travaillànt en liaison avec le moyen d'accès au numéro d'outil pour compter de façon cumulée la durée de vie de l'outil de réserve. 4 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'accès au numéro d'outil comprend : un premier moyen d'accès pour fournir des signaux primaires au premier moyen de c o m p t a g e avant que le premier moyen de comptage ne fournisse un signal de commande au moyen de modification de numéro d'outil, et un second moyen d'accès pour fournir des signaux secondaires au second moyen de comptage après que le premier moyen de comptage ait fourni un signal de commande au moyen de modification du numéro d'outil. 5 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de modification du numéro d'outil comporte un premier et un second moyen de modification qui répondent au moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil quand ce moyen de surveillance donne naissance à un signal de commande. 6 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de modification de numéro d'outil comporte : un premier moyen de modification travaillant en liaison avec le premier moyen d'accès et le premier moyen de comptage, en vue de la fourniture d'un signal au premier moyen d'accès de façon à arrêter la fourniture des signaux primaires quand la durée de vie de l'outil choisi est atteinte ; et un second moyen de modification travaillant en liaison avec le second moyen d'accès et le second moyen de comptage, en vue de la fourniture d'un signal au second moyen d'accès de façon à arrêter la fourniture des signaux secondaires quand la durée de vie de l'outil de réserve est atteinte. 7 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : un moyen de signalisation travaillant en liaison avec le moyen de modification de numéro d'outil et signalant la fin de la durée de vie de l'un des outils choisis et de l'un des outils de réserve. 8 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de signalisation comporte un voyant lumineux. 9 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : un moyen d'enregistrement de changement d'outil travaillant en liaison avec le moyen de modification de numéro d'outil et un moyen de signalisation, rendant le moyen de signalisation inopérant quand l'outil choisi est remplacé par un outil neuf identique. 10 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : un moyen de remise à zéro travaillant en liaison avec le moyen de modification de numéro d'outil pour sa remise à zéro en réponse au moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil quand le signal de commande est émis par le moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil. 11 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un premier moyen de remise à zéro travaillant en liaison avec le premier moyen de modification et avec le second moyen de comptage de façon à arrêter la fourniture du signal du premier moyen de modification quand le second moyen de comptage atteint la fin de la durée de vie de l'outil de réserve, et un second moyen de remise à zéro travaillant en liaison avec le second moyen de modification et le premier moyen de comptage de façon à arrêter la fourniture du signal du second moyen de modification quand le premier moyen de comptage atteint la fin de la durée de vie de l'outil choisi. 12 - Changeur automatique d'outil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un moyen de remise à zéro travaillant en liaison avec le moyen d'enregistrement de changement d'outil pour sa remise à zéro en réponse à un moyen de modification de numéro d'outil quand le signal de commande est émis par le moyen de surveillance de la durée de vie de l'outil.