Brevet FR2303637A1 — publié le 19761008

L'invention concerne les centres d'usinage à broche rotative porte-outil équipés d'un magasin d'outils et d'un dispositif automatique échangeur d'outils capable de prendre un outil prédéterminé dans le magasin et de le mettre dans la broche rotative porte-outil de la machine à la place de l'outil qui s'y trouvait et qu'il ramène dans le magasin Elle vise spécialement de tels centres d'usinage dans lesquels les outils sont rangés dans des alvéoles du magasin qui ont leurs axes orthogonaux à l'axe de la broche porte-outil.C'est par exemple le cas des centres d'usinage comportant une broche rotative porte-outil horizontale et un magasin d'outils constitué par un plateau circulaire indexable dont l'axe est horizontal et perpendiculaire à la direction de la broche, les outils étant rangés dans des alvéoles disposés sur la partie marginale d'une face du dit plateau et dont les axes sont parallèles à l'axe de ce plateau. Ce serait aussi le cas si l'axe du plateau magasin était parallèle à celui de la broche, mais si les alvéoles de réception des outils étaient disposés à la périphérie dudit plateau avec leurs axes en direction radiale. Ce serait encore le cas, par exemple, dans un centre d'usinage à broche porte-outil verticale et plateau magasin circulaire à ame horizontal et alvéoles de réception d'outils de directions pa=callèles à l'axe dudit plateau Les dispositifs connus d'échange d'outils dans de tels centres d'usinage comportent, en général, un chariot transfert équipé d'un système de bras articulés, ou bien un ensemble de deux organes de transfert dont l'un sert de relais pour reprendre, en position correcte, un outil qui lui est présenté par l'autre or gante. De toutes façons, ces dispositifs connus sont relativement eseoWbra~tsw compliqués, et par conséquent relativement couteux. Le but de l'invention est de réaliser un centre d'usinage à transfert automatique d'outils du type précité, qui ne comporte pas les inconvénients indiqués plus haut des machines classiques. A cet effet, suivant l'invention, le dispositif d'échange d'outils comporte un chariot unique qui est mobile sur un rail comportant, dans un même plan, au voisinage du magasin, une partie rectiligne de direction parallble à celle de l'axe de la broche rotative porte-outil de la machine et, au voisinage de ladite broche, une partie rectiligne parallèle à la direction des axes des alvéoles de réception des outils dans le magasin, raccordées par une partie courbe sensiblement en forme de quart de circonférence, ledit chariot portant une pince double constituée par un levier à deux bras terminés, chacun, par une pince de préhension d'un outil, ledit levier à deux bras étant monté de manière à pouvoir pivoter et coulisser sur un axe situé dans le plan du rail et perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot sur le rail Grâce à cette nouvelle conception, on peut réaliser une installation de transfert d'outils qui, non seulement, soit d'une structure simple et par conséquent économique, mais qui permette, en outre, de construire des centres d'usinage d'encombrement mint- mum et dans lesquels le magasin peut être placé à un endroit de la machine tel qu'il laisse la zone de travail de l'outil bien déga- gée , ce qui est favorable à un usinage commode des pièces qxEles que soient leurs formes et à un travail dans les meilleures co#di tions de sécurité. De plus, elle permet une réduction maximum des temps morts par le fait que les phases de rangement de l'outil en levé et de préparation de l'outil suivant peuvent être e éeuti@s à l'épart de la broche porta outil pendant que celle-ci exécute effectivement un travail d'usinage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montent, à titre d'exemple, un mode de réalisation deue centre d'usinage à changement automatique d'outil perfectionné suivant l'invention Sur ces dessins La Fig. 1 est une vue en plan du centre d'usinage sa Fig. 2 est une vue en élévation correspondante La Fig. 3 est une vue de face observée dans la direction de la flèche III de la Fig. 2 La Fig. 4 est une vue en plan à plus grande échelle, avec des arrachements, du dispositif de commande du chariot de trains fert d'outil visible à la partie inférieure de la Fig lo La Fig. 5 est une coupe faite suivant la ligne V-V de la Fig. 4 La Fig. 6 est, à plus grande échelle, une vue en coupe de la pince double de manipulation des outils La Fig. 7 est une coupe partielle faite suivant la ligne Vil-Vil de la Fig. 6 La Fig. 8 représente, à plus grande échelle, en coupe verticale faite suivant la ligne Vili-Vili de la Fig. 1, le dispositif de commande des déplacements axiaux de la pince sur le chariot de transfert d'outil La Fig. 9 représente, également à plus grande échelle, en coupe verticale faite suivant la ligne IX-IX de la Fig. 1, le dispositif de commande de pivotement de la pince porte-outils, et Les Figs. 10 à 24 sont des schémas illustrant les phases successives d'un cycle complet de transfert d'outils entre le maga sin et la broche et vice versa Le centre d'usinage représenté dans son ensemble sur les Figs. 1 à 3 comporte un bâti 1 en forme de "il'! avec un banc longitudinal 2 et un banc transversal 3. Sur des glissières 4 du banc longitudinal 2 peut coulisser un montant 6 muni de glissières verticales 7 dans lesquelles peut coulisser une poupée 8 équipée d'une broche rotative porte-outil #. La poupée 8 traverse axialement le montant 6 de part en part à travers un ajour 12.Sur la Fig. 1, on peut voir la partie arrière 8A de la poupée qui dépasse la face arrière du montant 6 Un magasin d'outils 15 est constitué par un plateau circulaire 16 porté par un arbre horizontal 17 qui tourillonne dans un support en équerre 19 fixé contre la face verticale arrière du montant 6. L'axe de l'arbre 17 est orthogonal à l'axe de la broche porte-outil 9 et les logements destinés à recevoir les outils sont répartis au voisinage de la périphérie du plateau circulaire 16 aux emplacements désignés par leurs axes 18 qui sont parallèles à l'axe de l'arbre 17 de pivotement du plateau, c'est-à-dire que les axes des alvéoles de réception des outils sont également orthogonaux à l'axe de la broche porte-outil . Le plateau rotatif 16 du magasin d'outils peut être indexé dans toute position angulaire désirée au moyen d'un dispositif classique de tout type approprié qui ne sera pas décrit ici en détail Le banc transversal 3 est muni de glissières 22 sur lesquelles peut coulisser un chariot 23 qui supporte un plateau rotatif 24 destiné à recevoir les pièces que doivent usiner les outils montés dans la broche 9,tels que la fraise A par exemple Les outils peuvent être transférés du magasin 15 à la broche porte-outil 9 et vice versa au moyen d'un chariot 31 qui porte une pince double 32 montée de manière à pouvoir pivoter et coulisser axialement sur ledit chariot Bien que les axes des alvéoles 18 du magasin d'outils soient orthogonaux à l'axe de la broche rotative porte-outil 9, la pince 32 portée par le chariot 31 est capable d'assurer directement le transfert des outils du magasin à la broche et vice versa grâce au fait que ledit chariot est monté sur un rail 35 de configuration particulière qui permet à l'axe de la pince d'effectuer un pivotement de 900 dans un plan horizontal au cours du trajet de transfert des outils. A cet effet, le rail 35 présente une première partie rectiligne 36 de direction horizontale perpendiculaire à la direction des axes des alvéoles 18 de réception des outils dans le magasin et une deuxième partie rectiligne 37 de direction perpendiculaire à l'axe de la broche porte-outil 9, raccordées par une partie courbe 38 approximativement en forme de quart de circonférence. L'en semble du rail est situé sensiblement dans le plan géométrique horizontal qui renferme l'axe de l'arbre 17 du magasin d'outils 15. La partie rectiligne 36 du rail est fixée contre la face latérale correspondante du montant 6 par l'intermédiaire de deux supports 41 (voir aussi Fig. 5) et l'autre partie rectiligne 37 du rail est fixée par un support analogue 42 contre la face avant dudit montant Le rail 35 est de section générale sensiblement rectangulaire et le chariot 31 est guidé sur ce rail au moyen de plusieurs galets Deux galets de suspension 45 (Figs.5,8 et 9) montés des axes 46 fixés au chariot 31 roulent sur la face supérieure plane du rail 35, tandis qu'un galet inférieur de retenue 47 (Fig.9) monté sur un axe 48 fixé au chariot roule contre la face inférieure plane dudit rail.Le dévers du chariot 31 est retenu, d'une part, par un galet supérieur 51 (Fig.8) qui est monté sur un axe 52 fixé au chariot et qui roule contre la face intérieure verticale du rail 35 et, d'autre part, par deux galets inférieurs 53 qui sont montés aussi sur des axes portés par le chariot et qui roulent contre la face eité- rieure du rail, lorsque le chariot roule sur des parties rectilignes du rail , le plan géométrique qui joint les deux génératrices de contact des deux galets inférieurs 53 de tenue du dévers coïncide avec le plan vertical de la face extérieure du rail, mais, par contre, lorsque les galets sont engagés sur la partie courbe 38 du rai; le même plan géométrique coupe le rail suivant une corde, de sorte que, pour que le chariot se déplace bien horizontalement, on a donné au profil de la face intérieure du rail 38 une configuration particulière dans laquelle la partie supérieure du rail est plus épaisse dans sa partie courbe que dans ses parties rectilignes auxquelles elle est raccordée par des parties inclinées intermédiaires dzsignées respectivement par 56 et 57 (Figs 1 et 4) La hauteur du rail 35 sur le montant 6 est telle que l'axe de la pince double 32 de manipulation des outils se trouve à la hauteur de l'axe du magasin d'outils 15.Pour effectuer les opérations de transfert d'outils, on amène la poupée 8 à la hauteur pour laquelle l'axe de la broche rotative porte-outil 9 se trouve à la hauteur de l'axe de la pince double 32 lia pince double 32 de manipulation des outils est d'un type classique comportant deux mtchoires fixes 61 (Figs.6 et 7) vers les quelles sont sollicitées deux mâchoires mobiles 62 montées sur des axes 63 solidaires des mâchoires fixes sous l'action de ressorts 64 qui agissent sur des prolongements 65 desdites mâchoires mobiles Les deux mâchoires fixes ST sont solidaires d'un corps tu bullaire 68 qui peut coulisser sur un arbre cylindrique 69 dont il est rendu solidaire en rotation par une clavette coulissante 72 (voir aussi Sig.8) Les queues normalIsées 74 des outils (Fig,7) représentent une gorge annulaire 75 dans laquelle peut s'engager un cordon annulaire 76 de section correspondante en saillie dans la face inté rieure des mâchoires 61962 de la pince.La mâchoire fixe 61 et la måchoire mobile 62 sont munies de becs 78,79 (Fig. 6) respectivement qui embrassent un arc géométrique très légèrement supérieur à 1880 de manière à retenir convenablement l'embase du porte-outil saisi par la pince. L'amplitude du mouvement de fermeture de la pin#ce sous l'effet du ressort 64 est limitée par une butée ajusta- ble 82 de manière que la pince puisse saisir un outil par un simple engagement à force entre les deux mâchoires, le dégagement de l'outil se faisant également à force L'arbre porte-pince 69 tourillonne dans deux roulements à billes 84,85 (Fig.8) montés respectivement dans deux embrèvements cylindriques 86,87 pratiqués dans le chariot de transfert 31.Un Jonc élastique 88 retient axialement le roulement à billes 85 Les déplacements axiaux de la pince 32 sont commandés par un vérin hydraulique 91 dont le cylindre 92 est fixé sur le chariot 31 et la tige de piston 93 vissée, par son extrémité extérieure à cet effet filetée, dans un trou taraudé d'une couronne épaulée 95 engagée sur une collerette épaulée correspondante 96 de la douille 68, la couronne 95 et la collerette 96 pouvant tourner librement l'une par rapport à l'autre. La pince 32 est rendue solidaire de la collerette 96 par des vis 97.L'axe du vérin 91 est parallèle à ce lui de l'arbre 69 de sorte que les déplacements de la tige de piston 93 du vérin assurent des déplacements axiaux correspondants de la pince 32 quelle que soit la position angulaire de celle-ci aljitour de son axe géométrique Les mouvements de pivotement de la pince 32 snnt commandés par un autre vérin hydraulique 101 (voir aussi frigo 9) dont le eym lindre 102 est solidaire du chariot 31 et dont la tige de piston 103 est taillée en forme de crémaillère 104 en prise avec un pignon den- té 105 rendu solidaire de l'arbre 69 par une clavette 106. Les mot vements de coulissement de la tige de piston UG) du vérin se tra duisent donc par des mouvements de notation du pignon 105,de l'arbre 69,de la douille 68 et de la pince 32. L'amplitude de ce mouvement de pivotement est de 1/2 tour et elle est réglée avec précision par deux vis 108 vissées respectivement dans les deux fonds du cylindre 102 du vérin et contre lesquelles viennent buter, respectivement, les deux extrémités de la tige de piston 10.5 dudit vérin. Les déplacements du chariot 31 norte-pinee le long ou rai r 35 sont assurés au moyen d'un système de deux vérins hydrauliques 113,114 montés en série (Fig.4). Le vérin 1139 de course relative ment longue, sert à commander les déplacements du chariot 31 entre une position d'attente 9 qui est celle représentée sur la Figo4 et qui correspond par exemple à celle représentée aussi sur la Fig 1US et une position de mise en place des outils dans la broche 9 de la machine, ainsi que d'enlèvement desdits outils (Figs. 11 à 14j.L'aur tre vérin 114, de course plus petite, sert à assurer les déplace ments du chariot entre ladite position d'attente et la position de prise d'un outil dans le magasin 15 ou de mise en place d'un outil dans ledit magasin, comme représenté par exemple sur la Fig. . Le cylindre 117 du vérin 113 est fixé à une plaque 118 solidaire du montant 6 de la machine et sa tige de piston 119 est accouplée, par un manchon 121, à la tige de piston 122 de l'autre vérin 114 dont le cylindre 123 est fixé à un ooulisseau 124 relié au chariot porte-pince 31 par une bielle 125. L'axe géométrique commun des deux vérins 113 et 114 est parallèle au rail 35 et le coulisseau 124 ne se déplace que sur la partie rectiligne 36 dudit rail; lorsqu'il est sur le point d'atteindre la partie 56 de raccordement de la partie rectiligne 36 du rail au coude 38 de celui-ci, le chariot 31 a atteint sa position extrême pour laquelle la pince est capable de coopérer avec la broche porte-outil de la machine, comme représenté sur la Fig. 11 par exemple Le fonctionnement du dispositif de changement d'outil est le suivant La machine travaille actuellement avec un outil A en l'occurence une fraise, montée dans la broche rotative 9 et la phase d'usinage suivante se fait au moyen d'un autre outil B, par exemple un foret (Fig.1-O), qui se trouve actuellement dans une branche de la pince 32 en position d'attente On commence par amener la poupée porte-broche 8 de la machine au niveau prédéterminé où se fait l'échange des outils, c'est à-dire au niveau pour lequel l'axe géométrique de la broche porteoutil 9 se trouve au niveau de l'axe du magasin 15 et de la pince 32. Cette mise .d niveau de la poupée se fait automatiquement par tout moyen classique approprié Les phases successives d'un cycle complet de changement d'outil sont les suivantes Première phase : Amenée du chariot 31 porte-pince contre la broche porte-outil 9 (Fig.11) par développement du vérin 113 (Fig. 4).L'une des branches de la pince 32 s'engage sur l'embase de la fraise A, à la fin de la course du chariot Deuxième phase: L'outil A est extrait du nez de la broche 9 par un déplacement axial de la pince (Fig.12) sous l'action du vérin 91 (Fig.8) Troisième phase : La pince 32 fait un demi-tour sur ellemême (Fig.13) sous l'action du vérin 101 (Fig.9) et présente ltou- til B devant le nez de la broche 9, dans l'axe de celui-ci Quatrième phase : L'outil B est engagé dans le nez de broche par coulissement axial de la pince (Fig.14) Cinquième phase : Le chariot porte-pince 31 est ramené en position d'attente (Fig.15) .On peut commencer dès lors à position ner le nouvel outil B par rapport à la pièce à usiner et commencer l'usinage proprement dit, de sorte que le travail effectif de la machine n'a été interrompu que pendant une durée très courte juste nécessaire à l'exécution des phases 1 à 5 Sixième phase : On éloigne la pince du chariot pour dégager l'embase de l'outil A du plan du magasin (fiv.16) Septième phase : On déplace le chariot porte-pince 31 vers le magasin (Fig.17) par l'action du vérin 114 (Fig.4). L'outil enlevé A se présente devant l'alvéole du magasin convenablement indexé pour le recevoir Huitième phase : On engage l'outil A dans le magasin par un déplacement axial de la pince (Fig.18) Neuvième phase :On dégage la pince de l'outil A remis en place dans le magasin, en ramenant le chariot porte-pince 31 en position d'attente (Fig.19) Dixième phase : On indexe le magasin 15 pour amener en position de prise l'outil C qui servira à l'exécution de la phase d'usinage suivante (Fig. 20) Onzième phase : On ramène le chariot 31 en position de prise de l'outil C dans le magasin (Fig. 21) Douzième phase : On extrait l'outil C du magasin par un déplacement axial de la pince 32 (Fig.22) Treizième phase : On ramène le chariot 31 en position d'attente (Fig.23) Quatorzième phase :On ramène la pince axialement contre le chariot actuellement en position d'attente (Fig. 24). le cycle de changement d'outil est complètement terminé, les organes de tiansfert d'outil se trouvent dans les mêmes positions qu'au début du cycle représenté sur la Fig. 10, avec cette différence que la pince 32 porte maintenant un outil C au lieu de l'outil B, prêt à être inttoduit par le même processus, dans le nez de broche 9 en vue de l'opération d'usinage suivante Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ; on peut y apporter des modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention C'est ainsi, par exemple - Que l'invention est applicable à des centres d'usinage d'une autre configuration, pourvu que les axes des alvéoles de réception des outils dans le magasin aient des directions perpen diculaires à l'axe de la broche porte-outil de la machins, comme exposé dans l'introduction - Que le magasin d'outils pourrait se présenter sous une aute forme que celle d'un plateau circulaire et, par exemple, sous la forme d'une chaine ou d'un râtelier, pourvu que les axes des alvéoles de réception des outils présentent toujours la direction précitée Revendications 1.- Centre d'usinage à broche rotative porte-outil équipé d'un magasin d'outils rangés dans des alvéoles qui ont leurs axes orthogonaux à l'axe de la broche porte-outil, et d'un dispositif automatique échangeur d'outils capable de prendre un outil prédéterminé dans le magasin et de le mettre dans la broche rotative porte-outil de la machine à la place de l'outil qui s'y trouvait et qu'il ramène dans le magasin, caractérisé en ce que le disposi::#i' échangeur d'outils comporte un chariot unique qui est mobile sur un rail comportant, dans un meme plan, au voisinage du magasin, une partie rectiligne de direction parallèle à celle de l'axe de la broche rotative porte-outil de la machine et, au voisinage de ladite broche, une partie rectiligne parallèle à la direction des axes des alvéoles de réception des outils dans le magasin, raccordées par une partie courbe sensiblement en forme de quart de circonférence, ledit chariot portant une pince double constituée par un levier à deux bras terminés, chacun, par une pince de préhnn- sion d'un outil, ledit levier à deux bras étant monté de manière à pouvoir pivoter et coulisser sur un axe situé dans le plan du rail et perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot sur le rail 2.- Centre d'usinage suivant la revendicatio# I 1, c risé en ce que le chariot est guidé sur le rail par des galets de roulement dont les axes sont portes par ledit chariot, lQlza de ces galets étant disposé pour rouler coutre la face ciu ra;; qui compor- te la surface concave de la partie courbe dudit rail, tandis que deux autres galets sont disposés pour rouler contre la fao. du @ai@ qui comporte la surface convexe de la partie courbe de ce rail , l'épaisseur du rail comprise entre les de;; faces précitées ce ce- luimcl étant plus grande dans la pare courbe que dans les parties rectilignes du rail, les parties d'épaisseurs différentes étant rac- cordées entre elles par des fates inclinées de transition progressive 3.- Centre d'usinage suivant la revendication 1, caractéri sé en ce que les déplacements du chariot sur le rail sont assurés par un ensemble de deux vérins reliés mécaniquement en série et disposés le long du rail, une extrémité de cet ensemble de vérins étant reliés au rail et l'autre extrémité au chariot , de façon telle que les deux vérins assurent, respectivement, les déplacements du chariot entre une position intermédiaire d'attente, et, soit une position active de coopération avec le magasin, soit une position active de coopération avec la broche porte-outil de la machine 4.- Centre d'usinage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble de vérins est disposé le long d'une partie rectiligne du rail et il est relié au chariot par l'intermédiaire d'une bielle