Brevet FR2243776A1 — publié le 19750411

La présente invention concerne un dispositif perfectionné pour le changement automatique des outils entre un magasin et une broche d'usinage dont l'axe denitation s'étend de façon sensiblement perpendiculaire à 1 axe de rangement de la case sélectionnée de ce magasin Un dispositif connu de ce type décrit dans le brevet fran quais 1.410.257 comprend un bras muni d'une pince de préhension d'un outil et porté par une tête rotative de transfert montée tournante autour d'un axe bissecteur, e'est-à-dire incliné à 450 environ par rapport à la broche.Dès lors, par une simple rotation de 1800 de cette tête autour de son axe, on peut amener outil extrait de la broche en regard de la case de rangement sélectionnée du magasin et ensuite, amener en regard de la broche l'outil prélevédans une autre case ayant pris la place de la précédente. L'inconvénient majeur de ce dispositif connu réside dans le fait que l'espace balayé par un outil tenu par la pince du bras est relativement important, surtout si cet outil est volumineux-et long. Un tel espace n'est généralement pas disponible car la broche d'usinage se trouve placée près d'éléments indispensables de la machine, un montant du bâti par exemple contre lesquels l'outil considéré buterait lors de la rotation de la tette. Cet espace devient en outre une zone dangereuse pour le conducteur de la machine, car l'outil circule alors à un endroit où ce dernier doit normale ment accèder sans risque pour l'exercice de son travail. Par ailleurs, d'autres dispositifs mettant en oeuvre deux bras preneurs sont cnnnus et présentent l'avantage de réduire le temps mort pendant lequel la broche d'usinage doit être immobilisée pour permettre le changement d'outils Cette réduction du temps mort résulte essentiellement du fait que le déplacement d'un outil de la broche vers le magasin s'effectue pendant le déplacement d'un autre outil du magasin vers la broche, Il est bien évident que l'inconvénient précité subsiste lorsque la tête rotative porte deux bras preneurs. La présente invention a donc pour but de réduire l'espace balayé par les outils lors de leur transfert, par simple rotation de la tete, entre la broche et le magasin. A cet effet et conformément à l'invention, les deux bras sont montés pivotants sur la tête autour d'axes s'étendant symétri- quement par rapport à l'axe de rotation de celle-ci et orthogonalement aux deux autres axes précités, ces bras étant reliés à un organ d'entraSnement en pivotement destiné à les placer soit dans une position d'extension suivant laquelle les axes de prise des pinces sont sensiblement perpendiculaires, soit une position de rétraction dans laquelle cet angle des axes de prise est beaucoup plus faible pour réduire l'encombrement de 1 réquipage tournant (tête bras, outil en outre, la tête est supportée par un coulisseau guidé parallèlement à l'axe de la broche et relié à un organe d'entratnement en translation ; enfin, les organes d'entaSnement en pivotement des bras, en rotation de la tête et en translation du .coulisseau sont mis sous la dépendance d'une~centrale de commande sélective et programmée. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'organe d'entratnement en pivotement des bras est une cré maillère double engrenant avec des pignons de ceux-ci et montée folle autour d'une tige de commande dont elle est prisonnière et qui est guidée en translation suivant 1'axe de la tête relativement au coulisseau. La centrale de commande est portée par le coulisseau et comprend un groupemt-rêducteur-frein entratnant en rotation trois cames calées sur le nième arbre - la première came commandant la translation du coulisseau coopère avec un jambage de réaction prenant appui sur le support de la broche, - la deuxième came commandant le pivotement des bras coopère avec un levier pivotant relié, par une transmission cinématique, à un pignon engrenant avec une crémaillère de la tige portant la crémaillère double, - la troisième came commandant la rotation de la tête coo père avec un levier pivotant relié, par une transmission cinématique, à un couple de pignons dont l'un est solidaire de la tête, ces cames étant profilées et décalées angulairement les unes relativement aux autres de façon que les opérations suivantes o translation du coulisseau, rétraction des bras, rotation de la tetet extension des bras i translation du coulisseau, se succèdent dans cet ordre après accomplissement de chacune d'entre elles Divers autres caractéristiques et avantages de 11 invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une élévation, partie en coupe, illus trant de façon très schématique le dispositif conforme à 1linven- tion, - les figures 2 et 3 sont des coupes brisées partielles prises suivant les lignes Il - Il et III - III respectivement de la figure 1, - la figure 4 est une vue synoptique montrant le calage des cames de la centrale de commande sélective, les galets coopérant avec ces cames étant représentés à l'aplomb les uns des autres, alors qu'ils ne le sont pas sur la figure I uniquement pour faciliter le compréhension de ce dessin 1 désigne le support fixe ou coulissant d'une broche tournante d'usinage 2 dans laquelle sont susceptibles d'être;j@gatës des outils 3, 4 normalement rangés dans les cases mobiles 5 d'un magasin 6. Pour que le dispositif changeur automatique d'outils selon l'invention puisse être appliqué, il est nécessaire que la machine à laquelle appartiennent le support 1 et le magasin 6 soit organisée de telle manière que les axes 7 et 8 respectivement de la broche 2 et de la case sélectionnée 5 (c'est-à-dire des outils 3 et 4 montés dans celles-ci) soient sensiblement orthogonaux entre eux. Le dispositif changeur comprend alors une tête rotative 9 montée tournante autour d'un axe 10 s'étendant, lorsque les outils 3 et 4 sont montés dans la broche 2 et la case 5 comme illustré sur la figure 1 à l'intersection du plan bissecteur des axes 7 et 8 (c'est-à-dire sensiblement à 450) et de leur plan médian, A cet effet, un pignon 11 solidaire de la tette 9 est prolongé par un manchon 12 orienté suivant l'axe L0 et tourillonnant dans un coulisseau 13. Le pignon mené 11 engrène avec un pignon menant 14 supporté par le coulisseau et relié, par Llrntermédiaire d'un couple de pignons coniques 15, à un arbre d-entratnement 16. Ce coulisseau 13 est guidé en translation parallèlement à l'axe 7 de la broche 2 et relativement soit au bâti de la machine, soit au support 1. Le dispositif changeur comprend également deux bras 17 et 18 pourvus de tourillons 19 et 20 montés fous dans la tête 9, situés symétriquement par rapport à l'axe de rotation 10 de celle-ci et disposés perpendiculairement aux axes 7 et 8 Comme le montre clairement la figure 2, les bras 17 et 18 s'étendent en porte-à-faux et des deux cotés de la tête 9 ; ils sont donc écartés l'un de l'autre et ne peuvent pas se rencontrer lorsqu'ils pivotent d'ailleurs, en raison de cet écartement, les axes de prise des pinces 21 et 22 dont ces bras sont munis à leur extrémité libre, cotncident e lorsque ceux-ci sont dans la position illustrée par la figure 1, avec les axes 7 et 8. Bien entendu, les bras 17 et 18 doivent être adaptés, étant donné que la tête 9 se trouve située entre le support 1 et le magasin 6, à la conformation durez de la broche 2 ; par suite, ils sont coudés d'équerre. Les tourillons 19 et 20 des bras 17 et 18 sont solidaires de pignons 23 et 24 (figures 1 et 2) logés dans la cavité interne de la tête 9. Ces pignons engrènent avec une crémaillère double 25 disposée entre eux et montée folle autour d'une-tige 26 entre deux épaulements 27 de celle-ci , la tige est guidée en translation suivant l'axe 10 à travers le pignon 11 et immobilisée en rotation grâce à -une clavette 28 du coulisseau 13. Cette tige 26 comporte une crémaillère menée 29 engrenant avec un pignon menant 30 (figures 1 et 3) relié, par l'intermédiaire d'un couple de pignons coniques 31, à un arbre d'entraînement 32. Lorsque le pignon menant 30 tourne0 il provoque la translation de la crémaillère 29 et par conséquent de la crémaillère double 25, puisque celle-ci est prisonnière de la tige 26 ; il en résulte que les bras 17 et 18 pivotent de la position d'extension E représentée en trait plein vers la position de rétraction R illustrée en trait interrompu (figure 1) ou inversement. Lorsque le pivotement des bras cesse, la tête 9 peut tourner en entraînant la crémaillère double 25, mais non la tige 26. Il est important de remarquer que dans la position de rétraction R, l'encombrement de l'équipage tournant 9, 17, 18, 3, 4 est considérablement réduit par rapport à ce qu'il est dans la position d'extension E, étant donné que les bras se croisent et que les outils se recouvrent partiellement sur l'axe 10 ; dans ces conditions, lorsque la tête 9 tourne en position de rétraction R des bras, l'espace balayé est beaucoup moins important que dans les dispositifs connus, de sorte que le dispostif changeur d'outils de l'invention peut être disposé près d'un montant et ne constitue plus de danger pour le conducteur de la machine. Enfin, le dispositif changeur automatique d'outils comporte une centrale de commande sélective et programmée provoquant le pi votement des bras 17, 18, la rotation de la tête 9 et la translation du coulisseau 13. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 4, la centrale 33 est du type à commandes positives enchaînées et plus précisément du type mécanique. Elle comporte trois cames 34, 35 et 36 calées sur un même arbre 37 supporté par des paliers 38 du coulisseau 13 et relié à un groupe d'entraînement 39. Ce groupe qui est également supporté par le coulisseau 13, peut comporter une roue dentée 40 solidaire de l'arbre 37 et engrenant avec une vis tangente 41, laquelle est accouplée à un moteur-frein 42. Les cames 34 à 36 sont de préférence du type disque à rainure. La came 34 provoquant la translation du coulisseau 13, coopère avec un jambage 43 dont une extrémité est reliée par un attelage 44 au support 1 et dont l'autre extrémité est munie d'un galet fou 45 dispose dans la rainure 46 de cette came ; le jambage 43 est guidé en translation radiale relativement à ladite came gracie à un manchon 47 du coulisseau. La came 35 provoquant le pivotement des bras 17 et 18, coopère avec un levier pivotant 48 solidaire, à l'une de ses extrémités, d'un arbre 49 et muni, à son autre extrémité, d'un galet fou 50 disposé dans une rainure 51 de cette came ; l'arbre 49 est supporté par des paliers 52 du coulisseau 13 disposés de façon que le levier 48 puisse pivoter entre deux positions extrêmes s'étendant symétriquement par rapport à une direction tangentielle de ladite came et correspondant aux positions E et R des bras ; l'arbre 49 est relié, par l'intermédiaire d'un couple de pignons coniques 53, à 11 arbre 32 de commande du pivotement des bras, ledit arbre 32 étant également supporté par des paliers 54 du coulisseau 13. La came 36 provoquant la rotation de la tête 9, coopère comme précédemment avec un levier pivotant 55 solidaire, à l'une de ses extrémités, d'un arbre 56 et muni, à son autre extrémité, d'un galet fou 57 disposé dans une rainure 58 de cete came ; l'arbre 56 est supporté par des paliers 59 du coulisseau 13 disposés de façon que le levier 55 puisse pivoter entre deux positions extrêmes s'étendant symétriquement par rapport à une direction tangentielle de ladite came et correspondant à une rotation de 1800 de la tête 9 l'arbre 56 est relié, par I'intermédiaire -d'un couple de pignons coniques 60, à l'arbre 16 de commande de cette rotation de la tête, leditartrel6étant également supporté par des paliers 61 du coulisseau 73. Pour faciliter l'illustration des chaînes cinématiques, on a représenté sur la figure 1 les galets 50 et 57 diamétralement opposés. En réalité et ainsi que cela ressort clairement de la figure 4, les trois galets 50, 57 et 45 sont situés à l'aplomb les uns des autres et l'arbre 49 est disposé devant le plan antéro-postérieur passant par l'arbre 37 des cames, alors que l'arbre 56 est disposé derrière. Cette figure 4 montre que - la rainure 46 de la came 34 présente deux parties 46a et 46b arquées concentriquement à l'arbre 37 suivant des rayons dont la différence correspond à la course du coulisseau 13, ces parties étant raccordées par des rampes inclinées 46c et 46d couvrant des angles de rotation c et d symétriques par rapport au plan antéro postérieur précité. - la rainure 51 de la came 35 présente deux parties 51a et 51b arquées concentriquement à l'arbre 37 et raccordées par des rampes inclinées 51e et 51f couvrant des angles de rotation e et f qui suivent symétriquement les angles précédents c et d. - la rainure 58 de la came 36 présente deux parties 58a et 58b arquées concentriquement à l'arbre 37 et raccordées par une rampe inclinées 58 q couvrant l'angle qui reste au-delà des angles précités e et f. Les cames étant calées comme représenté sur la figure 4 et étant entraînées en rotation dans le sens de la flèche F par le groupe 42 e la centrale de commande 33 fonctionne de la façon suivante - la rampe 46c aborde le galet 45 etprosoqueç par traction sur le jambage 43 prenant appui sur le support fixe 1, la translation du coulisseau 13 dans le sens de la flèche F1 ; dès lors, le bras 17 extrait l'outil 3 hors de la broche 2 et le bras 18 prélève l'outil 4 de la case 5 du magasin , cette opération se déroule pendant la rotation de toutes les cames de l'angle c , mais alors que la came 34 est active, les cames 35 et 36 sont inactives puisque les galets 50 et 57 circulent dans les parties arquées 51a et 58a - la rampe 51e aborde ensuite le galet 50 et provoque, par pivotement du levier 48 et transmission jusqu'à la crémaillère double 25, le pivotement des bras 17, 18 dans le sens de la flèche F2 ; il en résulte une rétraction de ceux-ci et une diminution de l'encombrement de l'équipage tournant , cette opération se déroule pendant la rottion de 16ensemble des cames de l'angle e ; mais alors que la came 35 est active, les cames 34 et 36 sont inactives puisque les galets 45 et 57 circulent dans les parties arquées 46b et 58a - puis, la rampe sss aborde le galet 57 et provoque, par pivotement du levier 55 et transmission jusqu'au pignon 11, la rotation de la tête 9 de 1890 autour de l'axe 10 pour que le bras 17 et son outil 3 prennent la place du bras 18 et de son outil 4 et inversement ; cette opération se déroule pendant la rotation de l'ensemble des cames de l'angle q ; mais alors que la came 36 est active, les cames 34 et 35 sont inactives puisque les galets 45 et 50 circulent dans les parties arquées 46b et 5lob. - la rampe 51f aborde alors le galet 50 et provoque, par pivotement du levier 48 dans le sens opposé au précédent et transmission jusqu'à la crémaillère double 25, le pivotement des bEas 172 18 dans le sens opposé à celui de la flèche F2 ; il en résulte une extension de ceux-ci qui viennent se placer devant la nouvelle case 5 du magasin sélectionnée pour le rangement de l'outil 3 et respectivement en regard de la broche 2 pour le montage de l'outil 4 ; cette opération se déroule pendant la rotation de l'ensemble des cames de l'angle f ; mais alors que la came 35 est active, les cames 34 et 36 sont inactives puisque les galets 45 et 57 circulent dans les parties arquées 46b et 58b. - finalement, la rampe 46d aborde le galet 45 et provoque, par poussée sur le jambage 43 prenant appui sur le support fixe 1, la translation du coulisseau 13 dans le sens opposé à celui de la flèche F1 ; dans ces conditions, le bras 17 range l'outil 3 dans la case 5 et le bras 18 introduit l'outil 4 dans la broche 2 ; cette opération se dérode pendant la rotation de 1 'ensemble des cames de l'angle d ; mais alors que la came 34 est active, les cames 35 et 36 sont inactives puisque les galets 50 et 57 circulent dans les parties arquées 51a et 58b. - toUes les cames poursuivent leur rotation de l'angle h pour marquer un temps d'arrêt, Pour effectuer un nouveau-changement d'outils, il suffit de faire tourner l'ensemble des cames dans le sens opposé à celui de la flèche F, ce qui engendre le cycle décrit ci-dessus, étant donné que ces cames sont symâtriques relativement au plan antéropostérieur et que leurs rampes peuvent produire des déplacements inverses si le sens de rotation est lui-meme inversé. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Le dispositif, objet de linvention, est applicable de pré- férence aux centres automatiques d'usinage. REVENDICATIONS 1. Dispositif perfectionné pour le changement automatique des outils entre un magasin et une broche d'usinage dont l'axe de rotation s'étend de façon sensiblement orthogonale à 1'axe de rangement de la case sélectionnée de- ce magasin, le dispositif comprenant une tête rotative de transfert montée tournante autour d'un axe bissecteur par rapport aux axes directions des axes précités et reliée à un organe d'entraînement en rotation, ce dispositif étant caractérisé - en ce qu'il comprend également, de façon connue en soi, -deux bras munis de pinces extrêmes dont les axes de prise forment entre eux le même angle que les axes du magasin et de la broche, - en ce que les bras sont montés pivotants sur la tête autour d'axes s'étendant symétriquement par rapport à l'axe de.ro- tation de celle-ci et orthogonalement aux deux autres axes précités, ces bras étant reliés à un organe d'entraînement en pivotement destiné à les placer soit dans une position d'extension suivant laquelle les axes de prise forment l'angle défini ci-dessus, soit une position de rétraction dans laquelle cet angle des axes de prise est beaucoup plus faible pour réduire l'encombrement de l'équipage tournant (tête, bras, outils), - en ce que le dispositif comprend encore un coulisseau supportant la tête, guidé parallèlement à l'axe de la broche et relié à un organe d'entraînement en translation, - et en ce que les organes d'entraînement en pivotement des bras, en rotation de la tête et en translation du coulisseau sont mis sous la dépendance d'une centrale de commande sélective et programmée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 'organe d' entraînement en pivotement des bras est une crémaillère double s'étendant suivant l'axe de la tête, mobile en translation le long de cet axe et engrenant avec deux pignons calés sur les axes des bras. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la crémaillère double est montée folle autour d'une tige de commande et prisonnière en translation de cette tige qui s'étend suivant l'axe de la tête et est guidée en translation le long de cet axe relativement au coulisseau. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé - en ce que la centrale de commandé est portée par le coulisseau et comprend un groupe moteur-réducteur-frein entraînant en rotation, trois cames calées sur le même arbre, - en ce que la première came commandant la translation du coulisseau coopère avec un jambage de réaction prenant appui sur le support de la broche, - en ce que la deuxième came commandant le pivotement des bras coopère avec une transmission cinématique, - et en ce que la troisième came commandant la rotation de la tête coopère avec un levier pivotant relié, par une transmission cinématique, à un couple de pignons dont l'un est solidaire de la tête, ces cames étant profilées et-décalées angulairement les unes rela- tivement aux autres de façon que les opérations suivantes o translation du coulisseau, rétraction des bras, rotation de la tête, extension des bras et translation du coulisseau se succèdent dans cet ordre après accomplissement de chacune d'entre elles 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la transmission cinématique assurant le pivotement des bras comprend, à l'une de ses extrémités, un levier pivotant coopérant avec la deuxième came et, à son autre extrémité, un pignon coopérant avec une crémaillère solidaire de la tige portant la crémaillère double précitée.