Brevet FR2255142A1 — publié le 19750718

La présente invention concerne un dispositif d'entrainement en rotation d'une broche de porte-outil à partir d'un arbre moteur, notamment dans une machine à programme d'usinage. L'invention concerne plus particulieremént les machines à programme d'usinage comportant des moyens propres à assurer un changement automatique de ltoutil, pour que l'outil soit constamment adapté au genre d'usinage prévu dans le programme. L'un des buts de l'invention est d'élaborer un dispositif d'entraînement qui permet d'assurer commodément et sélectivement une rotation de la broche de porte-outil"autour de son.axe ou un déplacement de ladite broche dans le plan de cet axe, c'est-à-dire une rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la broche, pour amener la broche dans différentes positions, de sorte.que outil soit toujours positionné conformément au programme. Un autre but de l'invention est d'obtenir automatiquement l'orientation voulue de la broche, en fonction-du.programme d'usinage. L'invention a encore pour but d'élaborer.un dispositif d'entraînement du type susmentionné', qui ne nécessite l'utilisation que d'un seul arbre moteur pour faire effectuer å la broche,sélec tivement;-les deux types de rotation. susdécrits. Conformément à l'invention, ces différents-buts sont sont at- teints par un dispositif d'entrainement caractérisé en ce qu-'il comporte un arbre intermédiaire disposé dans un carter, perpendi culåirement à-l'axe de la broche, et accouplé à cette dernière par un engrenage à renvoi d'angle, ladite broche étanttsupportée à pivotement dans une tête de broche montée pivotante sur l'arbre intermédiaire, et en ce qu'il comporte en outre des premiers moyens de blocage et de déblocage de la tête par rapport au carter, des seconds moyens de blocage et de déblocage de la broche par rapport à la tête, et des moyens de, commande' gouvernés en fonction du programme d'usinage, et propres à coordonner l'action .desdits premiers et seconds moyens, de sorte que la t.ête -soit bloquée par rapport au carter quand la broche est débloquée, et de sorte qu'in versement la tete soit débloquée quand la broche est bloquée par rapport à la tête, ce qui permet notamment l'entraînement en ro tation de la tête sur-ledit arbre intermédiaire par transfert de couple, modifiant ainsi l'orientation de la broche dans le plan de son axe. Le fait que-la broche puisse se déplacer dans le plan de son axe de rotation, c'est-à-dire puisse pivoter, comme indiqué plus haut, autour d'un axe perpendiculaire à cet axe de rotation, présente un avantage supplémentaire ::le programme peut être élaborné de façon qu'avant un changement d'outil, la broche se déplace dans le plan qui contient son axe de rotation pour être amenée dans une position bien déterminée, toujours la même, position la plus propre à faciliter~ la prise du porte-outil par.une-pince d'extraction et de mise en place.Il est en effet plus facile, grâce à un dispositif élaboré conformément à ce qui précède, d'orienter la-broche pour adapter sa position à celle de la pince, laquelle a en principe une orientation constante lorqu'elle saisit le porte-outil, plutôt que de modifier l'orientation de lé pince pour l'adapter à une position variable du porte-outil. Un dispositif d'entraînement selon l'invention peut encore être caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de. blocage et de déblocage de la têt~ par rapport au carter comportent des-organes d'ancrage sur la tête et des organes d'ancrage sur le carter, propres à coopérer entre eux, et des moyens moteurs propres à écarter la#tête dudit carter et à désaccoupler ainsi lesdits organes d '-ancrage. De préférence, lesdits organes d'ancrage sont constitués par des dentures dont le pas correspond à l'amplitude du pivotement discret le plus petit qui est prévu pour la rotation de la tête de broche. sur ledit arbre intermédiaire. Avantageusement, on prévoit en outre des premiers moyens de détection de la position angulaire de ladite tête, reliés auxdits moyens de commande. Bien entendu, lesdits moyens de commande sont agencés pour que la tête de porte-outil soit à nouveau hloquéepar rapport au carter de l'arbre intermédiaire lorsque lesdits premiers moyens de détection fournissent un signal indiquant que la tête est parvenue dans une position propre à assurer à l'outil la position voulue, conformément au .programme d'usinage. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on peut prévoir que les moyens moteurs mentionnés plus haut, et propres à écarter la tête du carter, sont constitués par un premier vérin hydraulique ou analogue, dont l'alimentation est en liaison 'avec lesdits moyens de commande. De manière que la tête de porte-outil puisse d'une part être entraînée en rotation pour que la broche se déplace dans le plan de son axe et å autre part s'écarter du carter de l'arbre intermédiaire, ontpeut prévoir encore,selon un mode de réalisation de l'invention,que ledit arbre intermédiaire comporte deux tron çons solidaires en rotation, dont celui qui porte l'élément d'engrenage à renvoi d'angle est monté sur l'autre à coulissement axial. Le dispositif d'entrainement selon l'invention peut encore être caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de blocage et de déblocage de la broche par rapport à la tête comprennent une roue à encoches solidaire en rotation de ladite broche, et ~un~or- gane mobile propre à s'engager dans une desdites encoches pour bloquer ladite roue, les déplacements dudit organe mobile étant déterminés par lesdits moyens de commande. Avantageusement, ledit organe mobile est constitué par l'extrémité de la tige du piston d'un second vérin hydraulique dont l'alimentation est en liaison avec lesdits moyens de commande. Afin d'éviter que le blocage deXa broche de porte-outil par rapport à la tête intervie S alors que l'arbre moteur est en rota tion, on prévoit encore qu'un dispositif d'entraînement selon l'in vention est caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de la position dudit organe mobile, en liaison avec l'entraînement' dudit arbre moteur, et adapté à provoquer l'arrêt de la rotation dudit arbre lorsque l'organe mobile est engagé dans une encoche de ladite roue, et à autoriser l'entrainement en rotation de l'arbre lorsque l'organe mobile en est complètement désengagé. Pour ce faire, on peut prévoir commodément que le détecteur de la position dudit organe mobile est constitué par au moins une vanne électrohydrauliqué branchée sur le cylindre du- vérin et' propre à couper l'alimentation du moteur lorsque l'organe mobile est engagé dans une encoche de la roue susmentionnée Un dispositif. selon l'invention peut en outre comporter avantageusement des seconds moyens de détection de l.a position angulaire de ladite roue, propres à n'autoriser le déplacement dudit organe, mobile que lorsqu'une encoche se situe en'regard dudit organe. On -évite ainsi tout risque de dommages causés à l'organe m'obile. Un-mode de réalisation de l'inventioF décrit ciidessars à titre dexemple nullement limitatif, en référence-aux figures du dessin annexé dans lequel la, figure 1 est une vue partiellement schématique et par. tiellement en coupe suivant l'axe de l'arbre intermédiaii et suivant l'axe de la broche, d'un dispositif d'entraînement conforme à l'invention ; et la figuré 2 est une vue partielle de détail' montrant un mode de réalisation desdits seconds- moyens de blocage et de déblocage de la broche par rapport a la tête. Le, dispositif d'e,ntra#nement en rotation-d'une broche 1 de porte-outil à partir d'un arbre-moteur 2 comporte un arbre intermé -diaire 3 a - 3 b disposé dans un carter 4, cet, #arbre intermédiaire étant perpendiculaire à l'axe 5 de la,broche. Le porte-outil luimême n'a pas été représenté, mais il peut être de n'importe quel type et supporter à son extrémité, par exemple, un outil d'usinage tel qu'une fraise. Les références 3 a et > 3 b désignent respectivement deux tronçons solidaires en rotation, le tronçon supérieur 3 b étantsusceptible de coulisser axialement sur le tronçon inférieur. 3 a. A cet effet, le tronçon 3 b comporte à sa partie inférieure un méplat engagé à coulissement dans une encoche ménagée à la partie' supérieure du tronçon 3 a. Le tronçon 3 b de l'arbre intermédiaire est monté pivotant, par l'intermédiaire d'un roulement 6i dans un alésage 7 d'une tête de broche 8, ladite tête supportant également à pivotement de la broche de porte-outil rotatif. Dans un évidement central 9 de la tête 8 est disposé un premier pignon conique 10 calé sur la broche 1. Ce premier pignon conique est en prise. avec un second pignon.conique 11 calé à l'extrémité supérieure du troncon 3 b de l'arbre intermédiaire. La partie inférieure du tronçon 3 a 'est montée pivotante, par l'intermédiaire d'un autre roulement 12, dans la partie inférieure du cartier 4. Dans un évidement 13 dudit carter est disposé un troisième pignon conique 14 calé sur le tronçon 3 a et en prise avec un~quatrième pignon conique 15 calé sur l'arbre-moteur 2.. Cet arbre-moteur constitue l'arbre de.sortie d'une boîte de v.itesse 16 dont l'arbre d'entrée est accouplé avec l'arbre de sortie d'un'mo- teur électrique 17. Le dispositif comporte en outre des premiers moyens de blocage de la tête 8 sur le carter 4, qui ont été dénommés ci-dessus "organes d'ancrage" et qui sont constitués d'une part, de dentures 18 fixées à la partie supérieure du carter 4, et d'autre part de dentures 19 fixées à la partie inférieure de.la tête 8. Les dentures 18 et-19 sont disposées suivant des circonférences de même .diamètre, et selon un pas identique, chaque circonférence comportant,par exemple.360 dentures, de sorte que lorsque les organes d'ancrage sont en prise, le tête de broche 8 puisse occuper par rapport au carter 4 différentes positions discrètes, l'amplitude, du- pivotement le plus petit qui est prévu pour la rotation de la tête sur l'arbre intermédiaire étant alors, pour le nombre fixé ci-dessus à titre d'exemple, de un degré. L'alésage 7 susmentionné constitue un passage entourant la partie supérieure .de l'arbre intermédiaire, pratiqué dans une partie de forme générale cylindrique 20 de la tête 8. Cette partie de forme générale cylindrique présente à sa périphérie une bride 21 ayant la fonction d'un piston et susceptible de se- déplacer dans une gorge 22 du carter 4. Les espaces annulaires ménagés de part et d'autre de la bride 21 communiquent respectivement avec des conduites 23 et 24 reliés une source d'alimentation en fluide hydraulique, de sorte que la bride 21 peut coopérer avec la gorge 22 à la manière d'un vérin hydraulique. Ce vérin hydraulique a été dénommé plus haut "premier vérin hydraulique". Le dispositif d'entraînement comporte, en outre, des seconds moyens de blocage et de déblocage de la broche 1 par rapport à la tête 8, ces moyens comprenant une roue 25 calée sur l'extrémité de la broche 1 qui fait saillie à l'extérieur de la tête, et qui comporte sur toute sa périphérie des encoches équidistantes 26 (figure 2). Lesdits seconds moyens de blocage comprennent, en outre un organe mobile propre à s'engager dans l'une desdites encoches 26 pour ,bloquer la roue 25: par rapport à la tête 8, cet organe mobile étant constitué d'un galet 27 fixé à l'extrémité de la tige 28 du piston 29 d'un second vérin hydraulique 30 à double effet dont l'alimentation est en liaison avec des moyens de commande, par lintermédiaire de deux conduites 31 et 32. Les moyens de commande susmentionnés n" ont pas été représentés, mais ils peuvent être de n'importe quel type et sont gouvernés en fonction dui.programme d'usinage ; il suffit de noter qu'ils sont adaptés à coordonner l'action des premiers moyens de blocage 18-19 et des seconds moyens de blocage 26-27,, de sorte que la tête 8 soit bloquée par rapport au carter 4 quand la broche 1 est débloquée par rapport à la tête , et de sorte qu'inversement la tête 8 soit débloquée par rapport au carter 4 quand la broche lest bloquée par rapport à la tête 8.Par ailleurs, ces moyens de commande sont reliés à des premiers moyens de détection de la.position angu laire de la tête 8 par rapport au carter 4, par exemple de type photo-électrique,#et représentés schématiquement en 33. Le dispositif susdécrit comporte enf-in un détecteur de la position de l'organe mobile 27, en liaison avec l'entraînement de 1'arbre moteur 2,et adapté à provoquer l'arrêt de la rotation dudit, arbre lorsque l'organe mobile 27 est engagé dans une encoche 26 de la roue 25,et à autoriser ltentraînement en rotation de cet arbre lorsque l'organe mobile 27 en est complètement ddsengagé. Pour ce faire, ce détect.eur-est constitué de deux vannes électrohydrauliques qui sont respectivement en liaison avec les espaces du, cylindre 30 du second vérin hydraulique, situés de part et d'autre du piston 29. Ces vannes électrohydrauliques ont été représentées schématiquement à la figure 1, l'une sous la forme d'un détecteur 34 en liaison avec un microcontact 35, et l'autre sous la forme d'un itecteur 36 en liaison avec un microcontact 37.Ces microcontacts sont disposés dans le circuit d'alimentation du moteur éléctrique 17 ; le montage est agencé de sorte que lorsque le piston 29 occupe la partie supérieure du cylindre 30, le microcontact 35 soit fermé, ce qui assure l'alimentation du moteur 17, et de sorte que, lorsque le piston 29 occupe la partie inférieure du cylindre 30, l'organe mobile 27 étant alors engagé dans une.encoche 26, le microcontact 3a7 soit ouvert, ce qui coupe l'alimentation du moteur électrique 17. Enfin, à proximité de la périphérie de la roue à encoches 25 sont disposés des seconds moyens de détection; référencés en 38, constitués par exemple par un détecteur de proximité,'et reliés auxdits moyens de commande,'de sorte que le piston 29 du vérin 30 ne puisse se déplacer pour engager le galet 27 dans une encoche 26 que lorsqu'une encoche se situe exactement en regard dudit galet 27. Le dispositif d'entraînement qui vient d,'être-décrit- fonc- tionne de la façon suivante Lorsque le programme d'usinage commande une rotation de la broche 1 dans le plan de son axe 5 pour que la fraise puisse attaquer une nouvelle surface à usiner, la boîte de vitesse 16 est commandée automatiquement par lesdits moyens, ,de sorte que l'arbre moteur 2, libre intermédiaire 3 a - 3 b , et la broche 1 aient une vitesse de rotation ralentie. Ensuite,les moyens de commande, agissent de façon que du fluide hydraulique soit injecté dans la conduite 31, ce qui provoque un déplacement du piston 29 vers le bas, jusqu'à ce que le galet 27 s-'engage dans une encoche 26, ce qui a pour effet de bloquer la broche 1 en rotation, par rapport à la tête 8. Bien -entendu, comme ceci a été mentionné plus haut, ce déplacement du piston 29 ne peut.steffectuer que lorsque les se conds moyens de détection 38 fournissent auxdits moyens de commande l'indication 'qu'une encoche 26 se situe en regard du galet 27. Le piston 29 occupe alors la partie inférieure du cylindre 30, et le microcontact 37 étant ouvert, l'alimentation du moteur électrique 17 est coupée, ce qui provoque son arrêt. Ainsi, l'arrêt de la rotation de l'arbre moteur 2 s'effectue-en même temps que l'arrêt de la rotation de la broche 1, de' sorte qu'il n'y a aucun risque d'endommagement du moteur. Dans une phase ultérieure.du processus, les moyens de commande permettent l'injection du fluide hydraulique dans la conduite 23, ce qui provoque l'écartement de la tête 8 par ~rapport .au carter 4 et le désengagement des- organes d'ancrage 18 et 19, le troncon supérieur 3 b de l'arbre intermédiaire coulissant alors sur le tronçon inférieur 3- a'. La tête 8 est alors libre de pivoter par rapport au carter 4', autour de l'arbre intermédiaire 3 a - 3 b.Ce pivotement est produit par une~ remise en marche au ralenti du moteur électrique 17 et s'effectue par transfert, de couple, du fait .que le premier pignon conique 10 est alors empêché de tourner par rapport à la tête si Lorsque les premiers moyens de détection 33 fournissent un signal indiquant que la tête 8 occupe la nouvelle position fixée par le programme d'usinage, l'arrêt du moteur 17 est à nouveau commandé et la conduite 23 cesse d'être alimentée en fluide hydrau lique.L'alimentation du# vérin constitué par la bride 21 et par la gorge 22 s'effectue alors au contraire par la conduite 24, et la tête 8 est à nouveau appliquée contre la, partie supérieure du carter 4, les' organes d'ancrage 18-19 coopérant entre eux pour- as- surer la blocage de la tête, dans sa nouvelle position. Les moyens de commande permettent alors l'injection du fluide hydraulique dans la conduite 32,ce qui provoque un désengagement entre le galet 27 et l'encoche 26 dans laquelle il était engagé. Lorsque le piston 29 revient dans la partie supérieure du cylindre 30, le microcontact 3.5 se ferme et le moteur électrique 17 est à nouveau alimenté ; par suite, la broche 1- est entraînée en rotation à la vitesse normale d'usinage. Lorsqu'une phase d'usinage avec un-outil déterminé arrive à sa fin, lé programme d'usinage commandant alors un changement du porte-outil, le processus qui vient.d'être décrit se déroule de la même manière, de façon à amener la tête de broché 8 dans une position bien déterminée, toujours rla même, ce qui permet à une pince d'extraction et de mise en place classique de saisir le porte-outil et de le remplacer par un autre porte-outil adapté au type d'usinage suivant. Ainsi, grâce à l'invention et outre les avantages qui découlent des explications précédentes,~ il n'est pas nécessaire de, prévoir dàns une machine à programme d'usinage des mécanismes qui seraient coûteux et compliqués, élaborés de façon à permettre une modification de la direction de la pince d'extraction et de mise en place, lorsqu'elle.est en prise' avec le porte-outil, pour adapter cette position à celle du porte-outil au moment où le changement d'outil est commandé par le programme ; c'est au contraire la position de la tête qui est modifiée, par une rotation --dans le plan de son axe .5, pour être en conformité avec une position uni- que de la pince, lorsqu'elle est en prise sur le porte-outil.On voit donc que le changement d'outil, dans un dispositif d'entraînement conforme à l'invention, ne nécéssite l'utilisation d'aucun mécanisme supplémentaire. Bien entèndu, on pourrait prévoir, sans sortir du cadre de 1 'invention, quezl'arbre moteur-- 2 - est -calé directement sur le tron çon inférieur de l'arbre intermédiaire 3 a, ce qui éviterait lfu- tilisation des troisième et quatrième pignons coniques 14 et 15. De même , le plan dans lequel se déplace l'axe 5 de la 'broche- 1 pour rait avoir n'importe quelle orientation, horizontale, verticale, etc... Il convient encore de noter que e processus de modification de ltoriéntation de la tête de broche 8? qui a été-décrit ci- dessus n'est pas le seul possible. On pourrait en -effet envisager de ne prévoir aucun arrêt du moteur ,,17. Il suffirait pour cela dé ne permettre le blocage de la broche 1 par rapport à la tête 8 qu'après ie déverrouillage de la tête par rapport au carter ~4,au lieu de le prévoir avant ;, on éviterait là encore tout risque d'en dommagement au moteur électrique 17. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de-ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de téalisation qui ont été plus spécialement en visagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes'. REVENDICATIONS a 1. Dispositif d'entrainement en rotation d'1une#broche, de porte-outil à partir d'un arbre moteur, notamment dans une machine à programme d'usinage, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre intermédiaire disposé dans un carter,perpendiculairement à l'axe de la broche, et accouplé à cette dernière par un engrenage à renvoi d'angle, ladite broche étant supportée à pivotement dans une tête de broche montée pivotante sur l'arbre intermédiaire, et en ce qutil.comporte en outre des premiers moyens de blocage et de déblocage de la tête par rapport au carter, des seconds moyens de blocage et de déblocage de la broche par rapport à la tête, et des moyens de commande gouvernés en fonction du programme d'usinage, et propres à coordonner l'action desdits premiers et seconds moyens, de sorte que tête soit bloquée par rapport au carter quand la broche est débloquée, et de sorte. qu'inversement la tête soit débloquée quand la broche est bloquée par rapport à la tête, ce qui permet notamment l'entraînement en rotation de la tête sur ledit arbre intermédiaire par transfert de couple, modifiant ainsi l'orientation de la broche dans le plan de son axe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de blocage et de déblocage de la tête par rapport au carter comportent des organes d'ancrage sur la tête et des organes d'ancrage sur le carter, propres à coopérer entre eux, et des moyens moteurs propres à écarter la tête dudit carter et à désaccoupler ainsi lesdits organes d'ancrage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits organes d'ancrage sont constitués par des dentures dont le pas correspond à l'amplitude du pivotement discret le plus petit qùi est prévu pour la rotation de la tête de broche sur ledit arbre intermédiaire. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de détection de la position angulaire de ladite tête, reliés auxdits moyens de commande. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens moteurs sont conjtituda par un premier vérin hydraulique ou analogue, dont l'alimentation est en liaison avec lesdits moyens de commande. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit arbre intermédiaire comporte deux tronçons solidaires en rotation, dont celui qui porte l'élé ment d'engrenage à renvoi d'angle est monté sur 1-' autre à coulis semant axial. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de blo cage et de, déblocage de la broche par rapport à la tête compren nént une roue à encoches solidaire en rotation de ladite broche, et un organe mobile propre à s'engager dans une desdites encoches pour bloquer ladite roue, les déplacements dudit organe mobile étant déterminés par lesdits moyens de commande. 8. Dispositif selon la revendication. 7, caractérisé en ce que ledit organe mobile èst constitué par l'extrémité de la tige du piston d'un second vérin hydraulique dont l'alimentation est en liaison avec lesdits moyens de commande. 9. Dispositif selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en- ce qu'il comporte un détecteur de la position dudit organe mo "bile, en liaison avec l'entraînement dudit arbre moteur, et-adap té à provoquer l'arrêt de la rotation dudit arbre lorsque l"or- gane mobile est engagé dans une encoche de ladite roue, et à au toriser l'entraînement en rotation de l'arbre lorsque l'organe mobile en est complètement désengagé. 10. Dispositifssselon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens dé détection de la position angulaire de ladite, roue, propres à n'autoriser le déplacement dudit organe mobile que lors,qu'une encoche se situe en- regard dudit organe.