Brevet FR2284410A1 — publié le 19760409

La présente invention concerne les changeurs automatiques d'outils pour les machines-outils "multifonctioirelles". Le changeur automatique d'outils de l'invention est à la fois simple et peu coûteux à réaliser car il ne comporte pas de bras de transfert des outils entre son magasin rotatif et la broche de la machine-outil. Dans le dispositif de l'invention, les outils sont transportés entre la broche et le magasin par des pinces de transfert mobiles en translation parallèlement à l'axe de la broche. Dans les changeurs automatiques d'outils classiques, les transferts d'outils entre le magasin et la broche sont généralement assurés par un bras tournant ou pivotant dont le mécanisme de commande est compliqué et dont l'encombrement est important. Il existe également des changeurs automatiques d'outils sans bras de transfert dont la cinématique peut être classée en trois types différents. Dans le premier type, les opérations de changement d'outil sont réalisées par des mouvements tridimensionnels du magasin : un mouvement d'indexation, une translation parallèle à l'axe de la broche et un mouvement transversal par rapport à l'axe de la broche. Dans le second type, le magasin n'effectue que des mouvements bidimensionnels comprenant une rotation et une translation axiale par rapport à la broche qui est clle-même mobile verticalement. Dans le troisième type, le magasin à outils porte une série de pinces de transfert ayant chacune des moyens de guidage axial.Pour un changement d'outil, le magasin rotatif est tout d'abord indexé pour présenter l'outil demandé en position de transfert, puis la broche est avancée, et enfin la pince portant l'outil qui est en position de transfert est animée d'un mouvement de translation axiale pour engager l'outil dans le cône de la broche. D'une manière générale, ces trois types de changeurs automatiques d'outils n'utilisent pas de bras intermédiaire, les outils étant directement transférés entre le magasin et la broche. Dans les deux premiers types, les mouvements tri- et bidimensionnels du magasin nécessitent des mécanismes de commande très élaborés dont les séquences de mouvements sont complexes et imposent des temps de cycle relativement longs. L'inertie considérable du magasin à déplacer dans plusieurs directions est un inconvénient supplémentaire.Dans le troisième type de mécanisme, ces problèmes sont en principe résolus, mais la structure du magasin est à la fois lus complexe et elus encombrante car acs moyens de ruldare des pinces doivent être associes à chaque position d'outil. Il est en outre fréquent qu'un outil tombe accidentellement de sa pince lors des mouvements rapides, à cause des effets d'inertie. La présente invention a pour objet un chanteur automatique d'outils du troisi type permettant de résoudre ces divers problèmes. Le changeur automatique d'outils comprend un magasin rotatif équipé à sa périphérie de plusieurs pincer à outils qui sont déplaçables axialement sur des barres de guidait montées uniquement au poste de changement d'outils pour permettre les transferts axiaux de l'outil de ou vers la broche d'usinage. Selon une caractéristique essentielle de 11 invention, chaque pince est constituée d'une paire de machoires de serrage de l'outil dont ltouverture ne peut avoir lieu qu'en fin de course lorsque l'outil est déjà engagé dans la broche et verrouillé.En dehors de cette position, les mâchoires sont verrouillées en permanence pour éviter les chutes et les projections d'outils. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation frontale d'un centre d'usinage à tourelle revolver qui est équipé du changeur automatique d'outils de l'invention; la figure 2 est une coupe à grande échelle dans le plan II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe dans le plan III-III de la figure 2; la figure 4 est une coupe fragmentaire dans le plan IV-IV de la figure 2; la figure 5 est coupe fragmentaire dans le plan V-V de la figure 2; la figure 6 est une coupe fragmentaire dans le plan VI-VI de la figure 4 montrant plus particulièrement une pince de transfert d'outil; la figure 7 est une coupe diamétrale de la tourelle dans le plan vertical VII-VII de la figure 1;; la figure 8 est une coupe fragmentaire dans le plan VIII -VIII de la figure 7; les figures 9, 10 et 11 sont des coupes fragmentaires illustrant une variante du dispositif de transfert des pinces illustré sur les figures 2 et 6. La figure 1 représente une machine-outil comprenant un socle 1 sur lequel est montée une table mobile 2, une colonne 3 portant des glissières verticales et parallèles 4, et une tourelle revolver 5 déplaçable verticalement sur les glissières 4 et indexable autour d'un axe horizontal perpendiculaire au plan des glissières. La tourelle revolver porte une seule position d'outillage interchangeable 5a dont la broche rotative peut recevoir divers outils mis en place par le système de l'invention, et plusieurs positions d'outillage fixe 5b dont les broches portent des outils non interchangeables. Un moteur 6 monté sur la colonne 3 entraîne en rotation la broche de celle des positions d'outillage 5a, 5b qui est au poste d'usinage. Un magasin à outils 7 contient un certain nombre de porte-outils contenant chacun un outil proprement dit (pour simplifier, l'ensemble sera appelé "outil" ci-après) qui sont sélectivement présentés à la tourelle revolver 5 lorsqu'elle est dans sa position haute A qui est la position de changement d'outil. Les figures 2 et 3 sont des coupes du magasin et du changeur automatique d'outils de la présente invention. Une base 9 estfixée latéralement sur la colonne 3 au niveau de la position A de la tourelle 5, et porte une paire de barres de guidage parallèles 10 et un cylindre hydraulique 12 disposés dans un plan horizontal perpendiculaire aux broches de la tourelle. Un coulisseau 11 glissant sur les barres 10 est déplaçable par rapport à la broche 29 de la position d'outillage interchangeable 5a, lorsque cette dernière est amenée au poste de changement d'outil. Le coulisseau 11 est déplacé par la tige 13 du cylindre 12. Le coulisseau 11 porte également un arbre rotatif 14 sur l'extrémité duquel un magasin circulaire 15 est claveté. Plusieurs supports équidistants 16 sont montés à la périphérie du magasin et portent chacun trois axes 16a, 16b, 16c qui dépassent parallèlement à l'arbre 14. Des mâchoires opposées 17 et 18 dont la première est fixe et la seconde mobile sont engagées sur les axes 16a, 16b, 16c de chaque support 16 et sont sollicitées l'une vers l'autre par un ressort de tension 30. On voit sur la figure 5 que la partie arrière de la mâchoire fixe 17 est engagée sur les trois axes 16a, 16b, 16c, alors que la partie arrière de la mâchoire mobile 18 n'est engagée que sur les axes 16b, 16c. Les parties avant des mâchoires 17 et 18 sont capables de saisir un outil en s'engageant dans une gorge trapézoïdale 8a. Un disque fixe 22 est fixé à la partie avant du coulisseau 11 face au magasin circulaire 15 et comporte une échancrure 23 au voisinage de la position de changement d'outil. Tout le reste du disque 22 forme une surface continue face au magasin 15 pour empêcher que les mâchoires 17, 18 ne sortent des axes parallèles 16a, 16b, 16c. Une roue dentée 19 est clavetée sur l'arbre 14 et engrène avec une vis sans fin 20. On voit sur la figure 3 que la vis 20 est mise en rotation par un moteur d'indexation 21, par l'intermédiaire d'un couple d'engrenages coniques. Ce mécanisme permet d'indexer le magasin 15 pour amener un outil serré entre les mâchoires 17 et 18 au poste de changement d'outil. Un support 25 est fixé sur le côté du coulisseau 11 à proximité du poste de changement d'outil et porte trois barres de guidage parallèles 24a, 24b, 24c. Ces barres sont respectivement alignées avec les axes 16a, 16b, 16c du support 16 qui est au poste de changement d'outil. L'une des barres 24a, 24b, 24c comporte une partie 31 de diamètre réduit permettant l'ouverture de la mâchoire mobile 18 lorsque les mâchoires 17, 18 sont dans la position de la figure 4. Le support 25 est solidaire d'un cylindre de translation 27 dont la tige 28 est mobile parallèlement aux barres de guidage 24a, 24b, 24c. Un étrier 26 fixé à l'extrémité libre de la tige 28 se déplace parallèlement à la longueur des barres 24a, 24b, 24c et comporte un évidement en U 26a qui reçoit les parties arrière des différentes paires de mâchoires 17, 18 lorsque le magasin 15 tourne.On comprend que l'étrier 26 permet d'engager un outil 8, préalablement amené au poste de changement d'outil, dans le cône de réception de la broche 29 lorsque la tige 28 est rétractée. Comme illustré figure 2, le cylindre de translation 27 est du type à deux pistons téléscopiques. Les figures 9 à 11 illustrent une autre forme du mécanisme de translation des mâchoires. Dans cette variante, il n'existe que deux axes 116 et que deux barres de guidage 124 sur lesquelles se déplacent des mâchoires 118 qui sont sollicitées l'une vers l'autre par un ressort 130 tendu entre des saillies 118a pour refermer les mâchoires 118 sur un outil 8. L'une des mâchoires porte une ferrure 166 qui sert d'articulation à un crochet 155, alors que l'autre mâchoire comporte un rebord 118b. Un ressort 167 sollicite le crochet 165 vers sa position d'engagement sur le rebord 118b de façon à verrouiller les mâchoires 118 en position fermée.De plus, le support 25 précédemment décrit porte une butée 168 qui vient en face de la partie arrière 165b du crochet 165 pour le faire basculer de façon à déverrouiller les mâchoires 118 lorsqu'elles arrivent en bout de course dans leur position en trait mixte de la figure 9. La construction de la tourelle revolver 5 va maintenant être décrite en regard des figures 7 et 8. Sur la coupe de la figure 7, la position d'outillage interchangeable 5a est représentée en haut. Les autres positions d'outillage 5b portent des outils non interchangeables 32 qui sont maintenus dans le cône de la broche 29a par un mandrin à serrage rapide 33. Au contraire, la position Sa comporte une broche creuse 29 dont l'alésage central contient successivement un manchon de guidage 41, une tige coaxiale 44 dont l'extrémité avant est équipée d'une douille d'accrochage 42 qui s'ouvre et se. ferme en coulissant dans le manchon 41, et enfin un poussoir 5 destiné à déplacer la tige 44 contre la force de rappel d'un empilage de rondelles élastiques 43. La douille 42 se referme sur la tête d'un boulon de traction 40 qui est fixé à la partie postérieure d'un outil 8 engagé dans le cône de la broche 29 pour le maintenir en place. Chacune des broches 29, 29a porte un pignon d'entrainement 39. La tourelle revolver 5 est montée rotative sur un moyeu 34 qui est fixé au carter 37 de la boite de vitesses du moteur de broche 6. L'indexation de la tourelle revolver est commandée par un moteur non représenté qui attaque une denture circonférentielle 38. Chacune des positions d'outillage. 5a, 5b peut être amenée au poste d'usinage, mais la position d'outillage interchangeable 5a peut en outre être amenée au poste de changement d'outil. Le moyeu 34 forme un cylindre de verrouillage 35 dont le piston 36 agit sur un élément 36a qui permet de verrouiller la tourelle sur le carter fixe 37. Le déverrouillage de l'élément 36a est assuré par un empilage de rondelles élastiques 61 qui est interposé entre le piston 36 et le moyeu 34. Le moyeu 34 contient également un cylindre 57 commandant le déverrouillage de l'outil 8 qui est engagé dans la position d'outillage interchangeable 5a. Comme illustré sur la figure 8, le cylindre 57 contient un piston 59 qui est rappelé vers l'intérieur du moyeu par un ressort de compression 60. La tige 58 du piston s'aligne avec le poussoir 45 de la broche 29 lorsqu'elle est amenée en position de changement d'outil de façon à actionner le mécanisme de déverrouillae. L'entrainement de la broche 29 ou 29a qui est en position d'usinage est assuré par le moteur 6 et sa boite de vitesses 37. La boite de vitesses 37 comprend un arbre d'entrée 47, des arbres de renvoi 48, 49 et un arbre de sortie 50, ainsi que des trains d'engrenages donnant différents rapports de transmission. L'arbre 50 est entraîné par un pignon claveté 51 et comporte une partie cannelée 50a sur laquelle un pignon baladeur 54 peut se déplacer axialement. Un ressort 53 est interposé entre les pignons 51 et 54 pour maintenir ce dernier en prise avec le pignon 39 de la broche 29 ou 29a qui est en position d'usinage. Lorsqu'il est nécessaire d'indexer la tourelle 5, un cylindre 55 et sa tige de piston 56 soulèvent le pignon baladeur 54 contre la force du ressort 53 pour libérer le pignon 39. On va maintenant aborder le fonctionnement du dispositif de changement d'outil de la présente invention en commençant par la description de son cycle opératoire. En réponse à une instruction de changement d'outil, le cylindre 12 est alimenté et fait avancer le coulisseau il vers la broche 29, comme on peut le voir sur la figure 2. Le moteur 21 est ensuite mis en marche pour indexer le magasin 15 et amener l'outil demandé en position de changement d'outil devant l'échancrure 23 du disque fixe 22. Dans cette position, les axes 16a, 16b et 16c sont exactement alignés avec les barres de guidage 20a, 20b, 2oc et les mâchoires associées 17, 18 sont entamées dans l'évidement 26a de l'étrier 26 qui est en bout de course. Le cylindre 27 est ensuite rétracté pour amener l'étrier 26 à l'autre extrémité de sa course en entraînant les mâchoires 17, 18 qui glissent des axes 16a, 16b, 16c sur les barres de guidage 24a, 24b, 24c vers leurs position en trait mixte de la figure 2. En conséquence, la translation de l'étrier 26 a pour effet d'extraire l'outil demandé du magasin 15 et de l'engager dans le cône de la broche 29. Lorsque l'outil 8 est engagé, le coulisseau 11 est ramené en position de repos par la course de rétraction du cylindre 12. Au début de ce mouvement, la partie étroite 31 de la barre de guidage 24c permet un pivotement limité de la mâchoire mobile 18 pour libérer le nouvel outil 8 qui reste accroche à l'extrémité de la broche 29, ce qui marque la fin du cycle de changement d'outil. Le fonctionnement de la tourelle revolver va maintenant être décrit dans le cadre d'une opération de changement d'outil. Lorsque l'9r- dre de changement est donné, le cylindre de débrayage 55 est alimenté pour séparer le pignon 54 du pignon 39 de la broche. Simultanément, le cylindre 35 est purgé pour permettre le déverrouillage de la tourelle 5 par l'action des rondelles élastiques 61. Le moteur d'indexation de la tourelle est ensuite alimenté pour amener la position d'outillage interchangeable 5a au poste de changement d'outil, après quoi la tourelle est reverrouilléc par la mise sous pression du cylindre 35. Dans cette position de la tourelle, le poussoir 45 est aligné axialement avec la tige 58 du cylindre 57 de libération de l'outil.Lorsque la tige avance, le poussoir 45 agit sur la tige 44 et la douille 42 avahce en comprimant les rondelles élastiques 43 pour sortir du manchon de guidage 41 de façon à libérer la queue de l'outil. Une fois ces opérations terminées, le cylindre fait avancer le coulisseau 11 en direction de la broche 29 pour permettre d'engager un nouvel outil 8 par le processus précédemment décrit. Lorsque l'étrier 26 a engagé le nouvel outil 8 dans la broche 29, le cylindre 57 est purgé pour rétracter sa tige 58 qui cesse d'appuyer sur le poussoir 45. La force des rondelles élastiques 43 provoque la rétraction de la tige 44 dont la douille 42 se referme sur la queue 40 du nouvel outil 8 qui est ainsi solidement assujetti dans le cône de la broche 29. Une fois 11 outil verrouillé sur la broche 29, le cylindre 12 rétracte le coulisseau 11 en position de repos. Comme indiqué plus haut, la barre de guidage 24c sur laquelle coulisse la mâchoire mobile 18 (qui est également guidée par la barre 24b) comporte une partie rétrécie 31 correspondant à la fin de la course des mâchoires 17, 18. Ainsi, lorsque le coulisseau il commence à reculer, la mâchoire 18 pivote autour de la barre 24b et laisse échapper l'outil 8, puis elle revient en position fermée sous l'effet de la force du ressort 30. Bien que la description précédente ne le mentionne pas, l'outil précédemment utilisé peut etre replacé dansle magasin 5 avant la mise en place d'un nouvel outil. Pour cela, le coulisseau 11 avance une première fois vers la broche 29 qui est en position de change ment d'outil. En approchant de la broche 29, les mâchoires 17, 18 rencontrent l'ancien outil. A ce moment, les l,lâchoires 17, la sont dans la position qu'elles occupaient lors de la dernière opération de changement d'outil, c'est à dire-en haut des barres de guidage 24a, 24b, 2fic, à l'endroit de la partie rétrécie 31.La mâchoire 18 peut donc s'écarter en pivotant autour de la barre centrale 2ib, après quoi les mâchoires 17, 18 se referment dans la gorge devmaintien 8a sous l'effet de la force du ressort 30. Ultorieurement, l'ancien outil est libéré du mécanisme de la broche 29 par l'action du cylindre 57 dont la tige 58 appuie sur le poussoir 45. Le cylindre de translation 27 est ensuite alimenté pour faire redescendre les mâchoires 17, 18 le long des barres 24a, 24b, 24c en entraînant l'ancien outil 8. Dès que la mâchoire 18 quitte partie rétrécie 31 de la barre 24c, elle ne peut plus pivoter intempestivement pour laisser échapper l'outil. En fin de course, les mâchoires 17, 18 s'engagent à nouveau sur les axes 16a, 16b, 16c dans la partie découpée 23 du disque 22. L'outil 8 est donc replacé dans le magasin 15 qui est ensuite indexé pour présenter un nouvel outil à engager dans la broche 29 par le processus précédemment décrit. Après cela, le coulisseau 11 est ramené à sa position de repos et le cycle de changement d'outil est terminé. Il est clair que la présente invention est applicable aux machines ne comportant pas de bras intermédiaire car tous les transferts d'outils sont réalisés par des translations axiales entre la broche et le magasin rotatif. Le système de l'invention utilise un dispositif ingénieux de maintien des outils dans le magasin et pendant la translation. Chaque outil est ainsi maintenu entre des mâchoires mobile et fixe qui sont montées sur trois axes dépassant de chaque position du magasin circulaire. Grâce à ce verrouillage mécanique, les outils ne peuvent en aucun cas échapper aux mâchoires, même si la vitesse d'indexation du magasin est grande. Une autre caractéristique de l'invention est l'emploi de barres parallèles qui viennent s'aligner avec les axes supports d'une position d'outil du magasin pour permettre la translation des mâchoires fermées sur l'outil. Un tel magasin est nettement plus simple, plus léger et moins encombrant qu'un magasin qui comporte des glissières et des éléments de guidage à chaque position d'outil. De plus, dans le SJSteme de l'invention, le transfert d'un outil entre le magasin et la broche est directement coiiunandé par l'étrier qui assure une course de translation précise des mâchoires. Le changeur d'outil de l'invention est avantageux à de nombreux égards par rapport aux systèmes dans lesquels l'engagement et le dégagement de l'outil sont obtenus par une translation de l'ensemble du magasin parallèlement à l'axe de la broche. On a vu que la mâchoire mobile était verrouillée pendant la majeure partie du cycle et qu'elle ne pouvait pivoter vers sa position d'ouverture qu'en fin de course, Lorsque l'outil est déjà engagé dans la broche. Cette disposition élimine radicalement les risques de chutes et de projections d'outils du magasin. Par ailleurs, l'ouverture et la fermeture des mâchoires résultent simplement des mouvements du coulisseau sur un axe perpendiculaire à celui de la broche. Il est donc inutile de prévoir un mécanisme de commande de ltouverture et de la fermeture des mâchoires, ce qui représente une simplification et une économie appréciables. Il va de soi que la description précédente n'est nullement limitative et qu'on pourra y apporter diverses modifications ou variantes entrant dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Changeur automatique d'outils pour une machine-outil à tourelle du type comportant une colonne, une tourelle revolver à plusieurs broches radiales montée sur la colonne pour présenter sélectivement une broche en position d'usinage, l'une des broches de la tourelle étant du type à outillage interchangeable, le changeur d'outils étant également monté sur la colonne à proximité d'une position de changement d'outil éloignée de la position d'usinage, le changeur automatique d'outils étant caractérisé en ce qu'il comprend un coulisseau déplaçable sur la colonne perpendiculairement à l'axe de la broche qui est en position de changement d'outil, un magasin circulaire indexable sur ledit coulisseau, plusieurs pinces amovibles montées à intervalle régulier à la périphérie du magasin, chaque pince étant capable de maintenir temporairement un outil, le coulisseau portant également des moyens de guidage de la pince qui est adjacente à la position de changement d'outil sur une trajectoire parallèle à l'axe de la broche qui est en position de changement d'outil, un mécanisme d'indexation du magasin permettant d'amener sélectivement une pince en position de changement d'outil, un mécanisme de translation du coulisseau permettant de l'avancer et de le rétracter par rapport à la position de changement d'outil de façon à présenter dans l'alignement de la broche à outillage interchangeable un outil qui est tenu dans la pince sélectionnée, et un mécanisme de translation de la pince et de l'outil le long des moyens de guidage pour engager ou dégager l'outil du réceptacle de la broche. 2. Changeur automatique d'outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pince du magasin comprend une paire de mâchoires dont l'une est mobile et l'autre fixe pour saisir entre elles un outil, les pinces étant montées indépendamment les unes des autres à la périphérie du magasin. 3. Changeur automatique d'outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le magasin comprend un disque d'où dépassent plusieurs groupes d'axes de montage des pinces amovibles, les moyens de guidage comprenant des barres de même diamètre que celui des axes de montage qui viennent s'aligner avec les axes d'un groupe de manière que la pince associée soit translatable le long desdites barres de guidage. 4. Changeur automatique d'outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coulisseau porte également un disque fixe monté parallèlement au disque du magasin devant les extrémités libres des axes de montage de façon à y maintenir les pinces, le disque fixe comportant une échancrure au voisinage de la po sition de changement d'outil pour permettre le transfert d'une pince sur les barres de guidage. 5. Changeur automatique d'outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une des barres de guidage comporte une partie de diamètre réduit permettant l'ouverture de la pince par un pivotement limité de sa mâchoire mobile dans une position où l'outil est engagé à fond dans le réceptacle de la broche.