Brevet FR2307615A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne d'importants perfectionnements dans les machines-outils de conception avancée et plus particulièment une tête spéciale pour machines-outils grâce à laquelle il est possible, au moyen d'une commande automatique, d'imposer au mandrin unique dont elle est équipée, soit la position horizontale, soit la position verticale. L'invention concerne également une machine-outil équipée avec ladite tête et dotée d'un dispositif unique pour le changement automatique des outils sur ledit mandrin. On connaît depuis quelque temps déjà des machines-outils comportant un unique mandrin fixe et des moyens pour effectuer le changement automatique des outils sur ledit mandrin. D'autre part, on connaît également des machines-outils à deux mandrins orthogonaux entre eux, toujours fixes, dont l'un est vertical et 11 autre horizontal. Toutefois, le changement des outils n'a pas encore pu être réalisé d'une manière automatique sur ces machines, à cause de la difficulté de monter en même temps deux dispositifs de changement automatique des outils, comme cela aurait été nécessaire. Une des exigences les plus ressenties dans cette branche, en continuelle expansion, est par conséquent celle de pouvoir disposer d'une machine outil sur laquelle il serait possible d'effectuer des usinages aussi bien avec un mandrin vertical qu'avec mandrin horizontal et dans laquelle il serait possible en même temps d'effectuer le changement des outils d'une manière automatique. La demanderesse a affronté ce problème et l'a résolu de la manière la plus efficace en s'inspirant en partie des solutions susmentionnées de la technique connue concernant les machinesoutils pour productions en grandes séries, et en partie d'une solution adoptée par le passé pour des machines-outils de type et utilisations différents de celles que l'on s'était fixé le but de réaliser, c'est-à-dire des machines-outils destinées à effectuer des usinages sous le contrôle continu d'un opérateur spécialisé et sur des pièces unitaires pour outillages et similaires.Quelques une de ces machines comportent une tête en deux parties, l'une desquelles, portant le mandrin, peut être fait tourner manuellement par rapport à l'autre, solidaire du bâti de la machine ou à un de ses chariots, autour d'un axe incliné de 450 par rapport au plan de travail et perpendiculaire au plan, également incliné, de séparation des deux parties de la tête. Dans ces machines-outils la partie tournante de la tête portant le mandrin est déplacée ma nuellement par l'opérateur pour faire prendre au mandrin lui-mme une infinité de positions entre celle de mandrin vertical et celle de mandrin horizontal, de manière à rendre possible le choix des positions les plus appropriées à des usinages spéciaux, tels que ceux pour la fabrication d'outillage et similaires. En partant de l'état de la technique exposé plus haut, on réalise une machine-outil du type destiné à des productions en grande série et d'une conception avancée, caractérisée par une tête à mandrin unique montée tournante autour d'un axe incliné de 450 sur le plan de travail horizontal de la machine, par des moyens à commande automatique qui permettent de faire prendre à ladite tête au moins deux positions correspondant à celle où le mandrin est horizontal et à celle où le mandrin est vertical, et par un dispositif unique de changement d'outils automatique apte à effectuer le changement automatique des outils sur le mandrin de ladite tête lorsque celle-ci assume une desdites deux positions. De préférence, sur cette machine le plan de travail est fixe et la tête est portée par un montant monté mobile suivant deux directions orthogonales entre elles dans un plan horizontal. Grâce à une machine de ce type on obtient le résultat, d'autant plus désiré qu'il n'a jamais été atteint, de pouvoir disposer d'une machine-outil capable de travailler d'une manière entièrement automatique et avec un programme dépendant des exigences d' usinage, suivant deux axes perpendiculaires entre eux. Grâce à cette construction on obtient, en outre, l'avantage de pouvoir maintenir la pièce entièrement fixe pendant toute l'opération d' usinage, ce qui s'avère très important en cas d'usinage de pièces ayant un poids et des dimensions considérables. Dans lrétat actuel de la technique dans le domaine des machines-outils, ces résultats et la manière simple et rationnelle avec laquelle ils sont atteints grâce à la présente invention, assument une importance sans conteste exceptionnelle, comme cela a été amplement confirmé par la première Exposition Mondiale de la tachine Outil (ego) qui s'est tenue à Paris en Juin 1975, quelques mois après le dépôt de la demande de brevet italien, dont la présente demande revendique la priorité. En effet, cette exposition EPIO a démontré avant tout combien, d'un côté, était important et ressenti le problème de concentrer dans un seul centre d'opérations tous les usinages à effectuer sur une pièce et, d'un autre côté, combien inattendue et originale tait la solution fournie à ce problème par la présente invention. En vérité, l'unique solution de remplacement de ce problème, présentée à l'exposition EVlO de Paris en Juin 1975, a été celle de réunir dans un unique ensemble extrêmement encombrant et coûteux deux grosses machines-outils, toutes les deux avec changement automatique des outils et aptes à travailler, l'une avec mandrin ex clusivement vertical et l'autre avec mandrin exclusivement horizontal, en ayant recours a l'artifice complexe de relier les deux machines par un transporteur automatique. Le fait que l'on ait eu recours à une telle solution (fournie par une Société de réputation mondiale et d'un sérieux inconstes table montre, d'un côté, que l'on a pas ménagé toute sorte de sacrifices dans le but de réaliser un ensemble mécanique capable de travailler d'une manière automatique et avec un programme unique suivant deux axes perpendiculaires entre eux, ce qui prouve l'importance du problème et son actualité. D'un autre côté, le fait que des techniciens spécialisés bénéficiant d'une excellente préparation n'aient pas hésité à recourir à une solution aussi complexe et coûteuse qu'artificielle et peu pratique, montre bien qu'une solution simple et rationnelle comme celle offerte par la présente invention n'était possible que grâce à un acte hautement et spécifiquement inventif. D'autre part, il est utile de faire remarquer que l'originalité et l'efficacité de la solution selon l'invention ont été successivement confirmées par le succès exceptionnel et le très grand intérêt suscité à tous les niveaux, pendant la ibère Exposition o de Paris, par la machine-outil selon la présente invention qui y avait été exposée, succès et intérêt dont témoigne la presse spécialisée internationale. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en regard des dessins annexés qui représentent une forme de réalisation actuellement préférée et dans lesquels - la figure 1 représente une vue schématique frontale d'une forme d'exécution de la machine-outil perfectionnée selon l'in vent ion - la figure 2 représente une vue de côté de la même machine, dans laquelle la tête est illustrée en position de mandrin vertical, la tête en position de mandrin horizontal étant représentée en pointillé dans la partie droite de la même figure - la figure 3 est une vue en plan de la machine-outil des fi gures 1 et 2 - la figure 4 est une vue latérale détaillée, avec quelques parties en coupe, de la tête de la machine représentée dans les figures de 1 à 3 - les figures de 5 à 10 illustrent, en vue de dessus, et d' une manière tout-à-fait schématique, le fonctionnement de la disposition de changement des outils adoptée sur la machine-outil représentée dans les figures de 1 à 4. A l'examen des trois premières figures des dessins on voit clairement qu'il représentent une machine-outil comportant un bâti 1, un montant vertical 2 et une table de travail 3. Sur le montant vertical 2 sont montés la tête mobile 4, équipée d'un mandrin porte-outils, un magasin à outils 5 et un dispositif de changement d'outils 6. Le montant vertical 2 est mobile en direction du travail (perpendiculairement au plan de la feuille si l'on regarde la figure 1) sur un chariot 7, et en direction perpendiculaire à la précédente (parallèlement au plan de la feuille Si l'on regarde la figure 1) grâce à une structure 8 à éléments tsslescopiq car- rés 9 sur la partie centrale de laquelle est monté le chariot 7. Dans la forme de réalisation illustrée, la table de travail 3 comporte une base fixe 10 et deux plateaux circulaires 3' tournants. Cette disposition permet très avantageusement de pouvoir travailler simultanément deux pièces avec un cycle pendulaire croi sé. Il va de soi qu'il est possible d'adopter d'autres dispositions ou d'employer tout autre type de dispositif porte-pièces. Le magasin à outils 5 est du type à chaîne ovale verticale et il est disposé sur un côté du montant 2. La référence A indique une armoire pour les appareillages électriques et électroniques qui gouvernent le fonctionnement de la machine, tandis que la référence C indique un tableau de commande et/ou de contrôle. La tête 4 du montant 2, mobile verticalement sur ledit montant, est constituée, selon l'invention, par une partie fixe 11 et par une partie mobile 12 portant un mandrin unique 13. La description détaille qui va suivre de cette tête se refère à la figure 4 où elle est représentée en détail. La partie fixe 11 est portée par le montant vertical t figures 1 à 3) qui est capable, comme on l'a déjà vu, d'accomplir des mouvements orthogonaux entre eux par rapport au bâti 1. Ceci permet de maintenir la pièce usinée complètement bloquée sur le plan de travail pendant l'exécution des différentes opérations auxquelles elle doit être soumise. La partie mobile 12 est montée tournante par rapport à la partie fixe 11 autour d'un axe 14 incliné de 450 par rapport au plan de travail horizontal de la machine, les deux parties se faisant face suivant un plan 15 perpendiculaire à l'axe 14. La partie mobile 12 est montée sur la partie fixe Il au moyen d'un arbre creux 16 qui saille de ladite partie 12 perpendiculairement au plan 15 et suivant l'axe 14 et qui pénètre dans un logement cylindrique correspondant de la partie 11. A l'intérieur du corps de la partie 11 est inséré un vérin hydraulique 17 dont le piston 18 à crémaillère 19 collabore avec une roue dentée 20 portée par l'extrémité de l'arbre creux 16. Entre la partie fixe ll et la partie mobile 12 de la tête 4 illustrée dans la figure 4, sont insérées deux couronnes dentées de haute précision à engagement frontal 21 et 22 dont l'embrayage réciproque est assuré par un empilage de ressorts en disque 23 de grande force a6iS8ant entre une douille 24 solidaire de- la partie Il et une douille 25 solidaire de l'arbre creux 16 de la partie 12 et dont le débrayage peut être effectué en injectant de l'huile sous pression dans la chambre 26 pour vaincre l'action des ressorts 23 sur la douille 25. Dans le dessin, le mandrin 13 est montré en trait plein en position verticale. Il est mis en mouvement par un pignon conique 27 et par un arbre de transmission 28 logé à l'intérieur de 1' arbre creux 16, lequel est à son tour mis en mouvement par les organes moteurs de la tête de la machine. Dans cette même figure 4, la position horizontale du mandrin 13 est illustrée en pointillé. Si l'usinage à exécuter nécessite la position verticale du mandrin 13, la machine-outil selon l'invention fonctionnera dans la disposition illustrée en trait plein dans la figure 4. Dans cette disposition, la précision de la position du mandrin est assurée par celle de la partie 12 de la tête 4 par rapport à la par tie 11, en fonction de l'engagement précis des couronnes dentées à embrayage frontal 21 et 22. Lorsqu'il est nécessaire de disposer le mandrin en position horizontale on fait affluer de l'huile sous pression dans la chambre 26 de façon à vaincre l'action des ressorts 23, éloigner la partie 12 de la tête de la partie 11, et obtenir de cette façon le débrayage des couronnes dentées 21 et 22. On fait affluer ensuite de l'huile sous pression-dans le vérin 17 dont le piston 18 en se déplaçant fait tourner avec sa crémaillère 19 la roue dentée 20 et l'arbre creux 16. La partie 12 de la tête 4 tourne en conséquence jusqu a disposer le mandrin 13 -grâce au fait que la rotation s'effectue autour d'un axe (14) incliné à 450 en position horizontale (disposition indiquée en pointillé dans la figure 4). A ce moment on coupe la pression de l'huile dans la chambre 26 et l'action des ressorts 23, ainsi rétablie, bloque rigidement dans la nouvelle position les couronnes dentées 21 et 22 et par conséquent les deux parties 11 et 12 de la tête 4. Toutes les opérations qui viennent d'être décrites sont commandées et effectuées d'une manière automatique et suivant une séquence établie à l'avance, grâce à un groupe électro-hydraulique doté de dispositif d'autorisationçet de sécurité de type connu. En revanche, la course du piston 18 qui détermine la rotation de la partie 12 de la tête 4 est limitée par des moyens d'arrêt mécanique-s. Une fois que l'on dispose d'une tête à mandrin unique capable de prendre les deux positions désirées, horizontale et verticale, il n'y a plus aucun problème grave à résoudre pour effectuer le changement automatique des outils sur ledit mandrin dans une des deux positions susmentionnées et rendre ainsi la machine capable de travailler d'une manière entièrement autonome suivant un programme établi à l'avance. Les figures de 5 à 10 montrent, uniquement à titre d'exemple, la façon dont on pourrait réaliser le changement des outils. Dans ces figures on voit la tête 4 de la machine portée par le montant 1 avec le mandrin 131en position horizontale. Un dispositif de changement d'outils 6 se déplace sur une piste 30 entre le magasin à outils 5 et le mandrin 13, suivant un parcours horizontal courbe. Ce dispositif 6 comporte un chariot mobile 32 et un bras 33 de prise et de livraison des outils "U", tournant sur un plan vertical entre deux positions horizontales à 1800 entre elles. Comme l'on voit d'après la séquence des figures, le dispositif 6 extrait, dans la figure 5, l'outil l'U" désiré par le magasin 5 ; ensuite il se déplace le long de la piste 30 jusqu'à arriver, dans la figure 6, en position de prise de l'outil sur le mandrin 13 ; successivement (figure 7) s'effectue 11 opération d'échange de lvoutil qui comporte un déplacement du bras de prise 33 parallèlement à l'axe du mandrin et vers l'extérieur et une rotation de 1800 de ce même bras. L'insertion sur le mandrin 13 du nouvel outil "U11, prélevé auparavant sur le magasin, s'effectue (figure 8) par un mouvement inverse au précédent.Le dispositif 6 retourne ensuite vers le magasin 5 par la piste 30 (figure 9) et y délivre l'outil 'tU" remplacé (figure 10). Les opérations qui viennent d'être décrites s'effectuent d' une manière entièrement automatique suivant des critères et par des moyens qu'il serait superflu de décrire en détail, étant donné qu'ils sont bien connus par les techniciens. Il va de soi que si le mandrin travaille en position verticale, les opérations de changement de l'outil devront être précédées par celle de rotation de la tête pour porter le mandrin en position horizontale, suivies par celle de rotation de la tête en sens opposé à la première pour le remettre en position verticale. Bien entendu l'invention pourra être réalisée d'une manière différente de celle qui vient d'être décrite en détail en regard des- dessins- illustrant- la forma de r-alisation actuellement preSé- rée, tout comme il sera possible d'apporter à celle-ci des variantes et des modifications qui apparaîtront même évidentes aux experts en la matière. I1 est fait explicitement observer que, bien que pour la généralité des usinages en série le fait de disposer d'une machine-outil capable de travailler avec ses propres outils montés sur un axe horizontal ou vertical avec possibilité d'effectuer leur changement automatique, rien n'empêche que l'on puisse donner au mandrin des orientations différentes, intermédiaires de celles qui viennent d'être indiquées. Pour ce faire, il serait suffisant de procéder à des modifications peu contraignantes du point de vue constructif et de difficulté nulle quant à la conception, ce que les techniciens spécialistes en la matière n'auront aucune peine à comprendre immédiatement. I1 va de soi que la présente invention s'étend à toutes ces formes de réalisation et aux variantes ou modifications de celle qui a été illustrée et décrite. RE WeDIC^DIOliS 1. Nachine-outil destinée à des productions en grande série, caractérisée par le fait qu'elle comporte une tête à mandrin unique montée tournante autour d'un axe incliné de 450 sur le plan de travail horizontal de la machine, des moyens de commande automatique qui permettent de faire prendre à ladite tête au moins deux positions correspondant à celle où le mandrin est horizontal et à celle où le mandrin est vertical, et un unique dispositif de changement d'outils automatique apte à effectuer le changement d'outils sur le mandrin de ladite tête lorsque celle-ci prend une de ces deux positions. 2. Nachine-outil selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite tête est réalisée en deux parties dont une fixe portée par le montant et une mobile tournant par rapport a la première autour dutit axe, des moyens étant prévus pour bloquer d'une manière rigoureusement précise ladite deuxième partie par rapport à la première au moins dans lesdites positions. 3. Nachine-outil selon la revendication 2, caractérisée par le fait- que son plan de travail est fixe et que la partie fixe de ladite tête est portée par un montant monté mobile suivant deux directions orthogonales. 4. Nachine-outil selon une quelconque des revendications 2 5, caractérisée par le fait que ladite partie mobile de la tete est montée tournante dans la partie fixe au moyen d'un arbre creux saillant de ladite première partie et allant se loger dans un logement correspondant de la deuxième partie, ledit arbre portant à son extrémité une roue dentée dans laquelle s'engage une crémail1ère commandée par le piston d'lln vérin à pression de fluide qui commande la rotation de ladite partie mobile de la tête par rapport à la partie fixe. 5. Nachine-outil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que lesdits moyens de blocage rigoureusement précis de la partie mobile de la tête par rapport à la partie fixe comprennent deux couronnes dentées à engagement frontal, des moyens à ressort pour les faire embrayer, et des moyens à pression de fluide pour les faire débrayer. 6. Nachine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le changement des outils s'effectue avec la tête en position correspondante à celle où le mandrin est horizontal grâce à un chariot se déplaçant sur un parcours courbe horizontal entre un magasin à outils et le mandrin et ayantun bras de prise des outils se déplaçant horizontalement vers l'ex trieur et tournant sur un plan vertical.