Brevet FR2328539A1 — publié le 19770520

L'invention a pour obJet un dispositif pour la commande automatique du changement d'outil sur une tourelle porte-outils de ma chine-outil prévue pour porter plusieurs outils, notamment une tourelle de tour et plus particulièrement une tourelle de tour à commande numérique, Un tel dispositif doit donc faire accomplir à la tourelle, entre deux usinages avec des outils diiférents, une rotation d'une fraction de tour pour que l'outil prévu pour l'opération à venir prenne la place de l'outil utilisé pour l'opération préc~- dente. La rotation automatique de la tourelle pose les problèmes suivants. Il faat tout d'abord que la position angulaire de l'outil, une fois la rotation effectuée, soit bien celle qu'on a prévue au départ et d'après laquelle on a effectué les réglages. D'autre part, la possibilité de rotation de la tourelle ne doit pas nuire å la solidité de son verrouillage sur le chariot, car les efforts qu'elle subit pendant la coupe sont très importants. On a été conduit, pour cette raison, à prévoir un mouvement de montée de la tourelle lui permettant de se dégager de ses organes de verrouillage en vue de la rotation. Cela implique qu'on fait accomplir à la tourelle, au départ en position basse, un mouvement de montée, une rotation d'une fraction de tour amenant l'outil suivant en position et un mouvement de descente ssusqutau retour en position basse, la tourelle devant Etre alors à nouveau verrouillée sur son support. On utilise actuellement, pour assurer la rotation automatique de la tourelle, des dispositifs de commande hydrauliques ou pneuma- tiques, mais ces dispositifs comportent obligatoirement un grand nombre de conduits de fluide apparents, ce qui est gênant, et ils posent en outre des problèmes de vitesse. On utilise également des dispositifs électriques, mais les verrouillages doivent ttre actionnés par des moteurs éleetrioues et de tels dispositifs sont très encombrants et ennsomment beaucoup d'énergie. t'invention vise un dispositif de commande dans lequel l'ensem- ble des déplacements de la tourelle, è savoir montée, rotation et descente, sont commandés à partir d'un moteur unique. À cet effet, le dispositif selon l'invention comprend un ensem- ble vis-écrou dans lequel la vis est solidaire de l'axe de la tourelle et est irréversible et l'écrou peut être entratnd dans les deux sens par un moteur, des moyens agencés pour verrouiller la tourelle en rotation, mais non axialement, à partir d'une position basse et sur une certaine course de montée, des moyens pour bloquer en rotation, mais non axialement, la tourelle dans une position angulaire donnée, des moyens pour détecter au moins une position angulaire de la tourelle et des moyens d'inversion du sens de rotation du moteur commandés par lesdits moyens de détection d'une des positions angulaires. Dans une forme de réalisation préférée, il est prévu des moyens pour détecter ladite position angulaire de blocage en rotation de la tourelle. Lorsque la tourelle est en position pour la rotation, le moteur démarre et fait tourner l'écrou. Comme la tourelle est alors bloquée en rotation, la rotation de l'écrou fait monter la vis et donc la tourelle qui en est solidaire. partir d'une certaine course de montée, la tourelle échappe à l'action des moyens de verrouillage et la rotation de l'écrou fait tourner la vis et la tourelle. Des que la tourelle a tourné de la fraction de tour nécessaire pour que l'outil suivant soit en position d'usinage, l'intervention des moyens de blocage arrête la rotation de la tourelle. La détection du blocage provoque l'inversion du sens de rotation du moteur, donc aussi de écrou, et comme la tourelle reste bloquée en rotation, la vis descend ainsi que la tourelle, jusqu'au retour en position basse. il faut noter que le déroulement des opérations tel qu'on vient de le décrire suppose effectivement que la vis soit irréversible, c#est-à-dire qu'elle soit entraînée positivement par l'écrou car, dans le cas contraire, le poids de la tourelle suffirait à faire descendre la vis. le dispositif selon l'invention, combinant un système visécrou, des moyens de verrouillage et des moyens de blocage, assure ainsi avec un seul moteur l'ensémble des déplacements de la tourelle. D'autre part, il est avantageux dans certains cas de pouvoir faire tourner la tourelle dans le sens inverse du sens correspondant à la montée, par exemple lorsqu'on utilise des outils encombrants. Cette possibilité est obtenue selon l'invention en prévoyant des moyens pour détecter la fin de la course de montée de la tourelle. En choisissant de commander l'inversion du sens de rotation du moteur à la fin de la course de montée de la tourel le, on provoque la rotation de la tourelle dans le sens désiré. Une fois accomplie la #fraction de tour, les moyens de blocage arretent la rotation de la tourelle et comme ltécrou tourne dans le sens correspondant à la descente, puisque son sens de rotation a déjà été inversé, la descente de la tourelle-commenee dès que le blocage en rotation est intervenu. Il suffit donc simplement de sélectionner les moyens de détection qui commandent l'inversion pour déterminer un sens de rotation de la tourelle, la détection de la position angulaire de blocage donnant le sens de rotation correspondant à la montée et la la détection de la fin de/course de montée donnant au contraire le sens de rotation correspondant à la descente. Dans une forme de réalisation avantageuse, le dispositif comprend un plateau fixe en rotation, coaxial à la tourelle et lu servant de support lorsqu'elle est en position basse, ledit plateau comportant des éléments qui coopèrent avec des éléments cor respondants de la tourelle pour bloquer celle-ci. Bien entendu, les éléments respectifs de la tourelle et du plateau sont agencés pour que leur coopération cesse au bout d'une certaine course de montée de la tourelle, correspondant à une distance déterminée entre le plateau et la tourelle qui dépend de la forme desdits éléments. Ces éléments sont constitués de préférence par des dentures de Hertz, ctest-à-dire des dentures radiales, dont toutes les aretes convergent vers un point unique, prévues à la périphérie des faces en regard du plateau et de la tourelle. Comme de telles dentures ne comportent aucune surface plane, la tourelle va se recentrer automatiquement au cours de sa descente et retomber nécessairement sur la bonne dent, sous réserve que sa position angulaire ne puisse varier de plus d'une demi-dent Ceci assure une excellente précision de la position angulaire de la tourelle en position basse, la position angulaire de blocage présentant, au contraire, un jeu volontaire pour permettre à la tourelle de se recentrer sur les dentures. Par ailleurs, l'effet#de verrouillage est excellent puisque les dentures sont en contact sur toute leur surface. Pour bloquer la tourelle en position haute dès qu'elle a tourné de la fraction de tour prescrite, il est prévu, de préférence, un levier pivotant dont une partie en saillie est destinée à s'engager dans un évidement ménagé dans la tourelle, laquelle comporte une pluralité de tels évidements répartis sur sa périphérie avec un pas égal à la dite fraction de tour.Bien-entendu, les évidements et 1i partie saillante du levier sont conformés pour permettre un coulissement axial de la tourelle par rapport au levier et, plus préci#sément, pour permettre à la tourelle de descendre dès que l'engagement est réalisé. Dtnutre part, l'engage- -ment du levier dans l'évidement s'effectue avec un jeu important pour permettre à la tourelle de se positionner sur les dentures comme indiqué ci-dessus, le jeu angulaire correspondant au maxi mum à la valeur d'une demi-dent de nart et d'autre d'une position médiane.Ce jeu angulaire offre aussi l'avantage de faciliter le dégagement du levier Pour- actionner le levier pivotant, on utilise de façon avantageuse un électro-aimant sensible à la position angulaire de la tourelle et on agence de préférence l'organe de détection eomman- dant 11 excitation de l'électro-aimant pour que lélectro-aimant soit excité et actionne le levier avant que la tourelle ait tourné de la fraction de tour prescrite. De cette manière, la partie en saillie- du levier vient frotter sur la périphérie de la tourelle jusqu'à ce qu elle arrive en regard de ltévidement et sty engage. L'lnvention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe d'une tourelle porte-outils et du dispositif de commande selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée, à plus grande échelle, représentant de façon plus détaillée les dentures assurant le verrouillage de la tourelle et le levier assurant le blocage-de la tourelle en position haute;; - la figure 5 est une vue en coupe de détail, à plus grande échelle, représentant la façon dont les moyens de détection sont intégrés au dispositif et~ - les figures 4À et 4B représentant la disposition de prin cippe des moyens de détection respectivement sur le plateau fixe, vus en plan, et sur une plaque liée en rotation à la tourelle,vue de dessous. La tourelle représentée à la figure 1, désignée dans son ensemble par 1. est montée sur un chariot porte-tourelle 2. Elle comprend de façon classique:une pluralité de logements d'outils-3, dans lesquels les outils sont bloqués au moyen des vis de blocage 4. La tourelle t, eomposée en fait de deux parties 1' et 1" clavetées l'une sur l'autre et bloquées par une goupille 15 est solidaire d'un axe 5, la liaison résultant du blocage de 11 écrou 6 sur l'ex- trémité filetée 7 de ltaxe 5. Des joints 8 assurent ltetanchéité entre la tourelle 1 et le chariot porte-tourelle 2 et le guidage de la tourelle. L'ase~5 de la tourelle se termine à sa partie inférieure par une vis 9 en prise avec un#écrou 10. écrou 10 est entrainé en rotation par un moteur Il à courant continu par l'intermédiaire de pignons 12, 13, 14, 15,-le pignon 12 étant claveté sur l'écrou 10. La vis 9 porte à son extrémité inférieure une tige filetée 16 servant à maintenir une rondelle 17 qui coopère avec une butee 18 fixée au chariot 2 pour limiter la course de la tourelle. De plus, une plaque 19, fixée au chariot 2 par des vis 20, assure l'étant chéité de Itensemble vis-écrou/des corps étrangers (poussières,etc.). Des roulements 21, 22 sont prévus entre le chariot 2 et, respectivement, la vis 9 et le pignon 12 claveté sur ltécrou 10,et un roulement 23 est prévu entre l'écrou 10 et un plateau 24, fixé au chariot 2 par des vis 25, qui sert de support à la tourelle 1. Le plateau 24, dont la partie supérieure est représentée à la figure 2, porte à la périphérie de sa face supérieure des dentures 26 dont les are tes convergent toutes vers un point central unique, appelées communément deoRres de Hertz, et la tourelle 1 porte à la périphérie de sa face inférieure des dentures 27 identiques, le nombre des dentures 26 et 27 étant un multiple du nombre de positions d'outils, c'est-à-dire, dans la réalisation du dessin, un multiple de 4. La coopération des dentures 26 et des dentures 27 assure ainsi le verrouillage en rotation de la tourelle 1 pendant la coupe tout en permettant la montée de la tourelle 1 pour le changement d'outil, comme on va ltexpliquer ci-après. En effet, lorsque la tourelle, après une opération d'usinage, revient en position pour le changement d'outil, le moteur Il commence à tourner sous l'effet de la détection du retour de la tourelle par un organe détecteur (non représenté). Le moteur il entrain l'écrou 10 en rotation, mais la tourelle, reposant sur le plateau 24, est bloquée en rotation, ainsi que la vis 9. La rotation de l'écrou 10 fait donc monter la vis 9 et la tourelle 1, que le verrouillage précité n'empêche pas de se déplacer axialement. La monte de la tourelle dégage progressivement les dentures 27 des dentures 26 du plateau 24, et au bout d'une certaine course de soulèvement, la coopération entre les dentures cesse complètement et la tourelle peut tourner en vue du changement d'outil. Le moteur il continuant à tourner entrain toujours l'écrou 10 qui fait alors tourner la vis 9 et la tourelle 1. Cependant, la rotation de la tourelle doit être limitée à la fraction de tour nécessaire pour le changement d'outil, par exemple à un quart de tour si la tourelle porte quatre outils. Le dispositif comprend à cet effet un levier pivotant 28 à axe vertical, actionné par un électro-aimant 29 par l'intermédiaire d'un autre levier pivotant 30 à axe horizontal. Dans la forme de réalisation représentée à la figure 2, le levier 28 est rappelé par un ressort 33 et l'électro-aimant 29 est à simple effet, mais on peut également prévoir, pour éviter le recours à un ressort, un électro-aimant à double effet solidaire du levier 28. Le levier 28 c#omporte une partie saillante 31 agencée pour coopérer avec l'un des évidements 32-ménagés à la périphérie de la tourelle, qui sont prévus en nombre égal au nombre maximal d'outils portés par la tourelle (quatre sur le dessin). L'engagement de la partie saillante 31 dans un évidement 32 a-r r ê t e la rotation de la tourelle, la position angulaire prise alors par la tourelle correspondant à une position angulaire correcte de l'ou- til en vue de la coupe ultérieure. D'autre part, les évidements 32 ont la forme d'encoches verticales, de manière à- permettre un déplacement axial de la tourelle une fois l'engagement réalisé entre la partie saillante 31 et l'un des évidements 32. Il faut noter à ce propos que l'ajustement entre la partie saillante 31 et les évidements 32 est prévu avec un jeu volontairement important de manière à permettre à la tourelle 1 de se caler sur les dentures 26 au cours de sa descente, le dégagement du levier 28 s'en trouvant également facilité. L'excitation de l'électro-aimant 29 est commandée de préfé rence bien avant que la tourelle ait accompli la rotation prescrite pour le. changement d'outil, à partir d'un détecteur de position an gulaire, décrit plus loin, qui détecte par exemple le passage de la tourelle par une position située 15 à 200 avant la position de blocage. L'électro-aimant 29 provoque alors le pivotement du levier 28 dont la partie saillante 31 vient au contact de la périphérie de la tourelle. Ensuite, la rotation de la tourelle amène un évidement 32 en regard de la partie saillante 31, ce qui provoque l'engagement de cette dernière dans l'évidement et le blocage de la tourelle. Le blocage de la tourelle doit provoquer 1 'inversion du sens de marche du moteur 11 pour que la descente puisse s'effectuer deci peut être obtenu en détectant le blocage à l'échelon de la tourelle par un organe de détection décrit plus loin, ou à ltéche- Ion du moteur, grace à la réaction dtinduit provoquée par l'immo- bilisation de l'induit résultant du blocage de la tourelle. L'écrou 10 est ainsi entrainé en sens contraire de son sens initial, et comme la tourelle reste bloquée en rotation nar len- gagement de la partie saillante 31 dans l'évidement 32, la vis 9 descend avec la tourelle La descente de la tourelle rétablit l'engagement entre les dentures 27 de la tourelle et les dentures 26 du plateau# et, à la fin de la descente, la tourelle se trouve à nouveau verroulllée sur.# plateau 24.Il faut souligner que la forme particulière des dentures 26 et 27 assure automatiquement un positionunement angu laire précis de la tourelle face au jeu important prévu entre la partie saillante 31 du levier 28 et l'évidement 32. Pour que la tourelle soit verrouillée dans la position angulaire correcte il suffit que ce jeu ne dépasse pas la valeur d'une dent, mais il est avantageux qu'il s'approche au maximum de cette valeur limite. Le retour de la tourelle en position basse est détectée par un organe détecteur, décrit ci-après, la détection provoquant la désexcitation de l'éIect#o-ainiant 29 et par suite le pivotement du levier 28, qui dégage la partie saillante 31 de l'évidement 32. Cette détection commande également l'arret du moteur 11, mais avec un léger retard, par exemple d'une fraction de seconde, par rapport à son blocage effectif sous l'effet du verrouillage de la tourelle en position basse. Ce léger retard permet de s'assurer quton a bien verrouillé l'écrou 10 sur la vis 9. Ensuite, l'opération d'usinage peut avoir lieu. D'autre part, il est intéressant de pouvoir faire tourner la tourelle dans le sens inverse. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend un organe 35 pour détecter la fin de la course de montée de la tourelle, c'est-à-dire son dégagement des dentures 26, lequel organe peut être substitué au détecteur du blocage de la tourelle pour la commande de l'inversion du sens de rotation du moteur Il On-a représenté la figure i ce détecteur 55 sous la forme d'un contact fin de course monté sur la butée 18, l'arrivée de la tourelle en position haute provoquant le contact entre la plaque de butée 17 et le détecteur 35 et donnant ainsi naissance à un signal de commande. Lorsque le détecteur 35 est actif, l'inversion de marche du moteur il se produit au moment ou la tourelle se dégage des dentu res 26. Il en résulte que la tourelle va tourner dans le sens inverse de celui qu'on avait décrit précédemment. Ensuite, llengage- ment de la partie 31 du levier 28 dans un évidement 32 va bloquer la tourelle en rotation, et celle-ci va descendre sous l'action de la rotation de l'écrou 10, puisque le moteur 11 tourne dans le sens correspondant à la descente. On va maintenant décrire, en se référant aux figures ), tA et 4M, certains des détecteurs dont il a dté fait mention précédemment. Cette description. ne vise qu'un exemple de réalisation, d'autres agencements étant à la portée de- l'homme de l'art. La figure 3 représente l'un de ces détecteurs qui sont constitués par des microcontacts 36 logés dans le plateau 24 de manière que leur partie supérieure, formée par une bille effaçable 37, dépasse légèrement sur la surface du plateau 24. Ces microcontacte sont répartis sur une circonférence, comme on peut le voir à la figure 4a, et sont en nombre égal-au nombre de positions outil, c'est-à-dire 4 dans l'exemple représenté. D'autre part, il est prévu une couronne 38, liée-en rotation à la tourelle 1 par des pions 39 solidaires de la tourelle et maintenue en contact-avec le plateau 24 par des ressorts de compression héIico#daux 40-montés respectivement sur les pions 39.La face inférieure de la couronne 38 comporte des évidements 41 et 42 qui, pour des positions angulaires données de la tourelle, passent au droit d'un microcontact 36, ce qui libère la bille 37 normalement effacée. On obtient ainsi liémission d'un signal de commande, la libération de la bille provoquant la fermeturedhncircuit Le passage de l'évidement 42 au droit d'un microcontact 36 se produit au moment oh la tourelle 1 termine sa rotation d'une fraction retour, et le signal émis commande l'inversion du sens de marche du moteur 11.L'évidement 41 est en avance de 15 à 200 par rapport à l'évidement 42., et par conséquent passe au droit du meme microcontact 36 avant l'évidement 42, le signal émis déclen chant l'excitation de l'électro-aimant 29. On obtient ainsi la seojience d'opérations décrite, à savoir que le levier 28 pivote en direction de la tourelle bien avant que celle-ci ait accompli la fraction de tour prévue. D'autre part, la détection du retour en position basse de la tourelle est obtenue par la pression de llun quelconque des pions 39 sur un microcontact 43, la disposition étant telle que la coincidence entre l'évidement 42 et l'un des microcontacts TE provoque nécessairement la coincidence entre l'un des nions 39 et le sicro- contact 43. Le signal émis commande la désexcitation de ltélectro aimant 29 et, avec un temps de retard, l'arrêt du moteur ît. Il faut noter que les microcontacts 36, pour fonctionner, doivent être activés de l'extérieur. Par suite, si l'évidement 41 passe au droit d'un microcontact 36 non activé, la détection ne se produit pas et le levier 28 n'est pas actionné et, naturellement, la détection du blocage ne se produit pas non plus. Si l'on se réfère à l'exemple représenté, c'est-à-dire dans le cas d'une tourelle à quatre positions d'outil, cela permet par exemple, en cas de besoin, de faire tourner la tourelle d'un demitour, simplement en ntactivant-pas le premier micro-contact, qui colncidera avec l'évidement 42, mais le second. D'autre part, la figure 4B ne montre qu'un évidement 41, mais il fait souligner qu'un second évidement est nécessaire pour que la rotation de la tourelle dans les deux sens soit possible, ce second évidement devant etre, pour des raisons évidentes, symétrique du premier évidement 41 par rapport au plan diamétral passant par l'évidement 42. RE#EI#I CkTI 0N# X Dispositif de commande en rotation d'une tourelle de machine-outil comportant une pluralité de logements d'outils, destiné à faire accomplir successivement à la tourelle, à partir d'une position basse, un-mouvement de montée, une rotation d'une fraction de tour pour la présentation de l'outil suivant en position d'usinage et un mouvement de descente (retour en position basse), dispositif caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble visécrou dans lequel la vis est solidaire de l'axe de la tourelle et est irréversible et l'écrou peut être entrainé dans les deux sens par un moteur, des moyens agencés pour verrouiller la tourelle en rotation, mais non axialement, à partir d'une position basse et sur une certaine course de montée, des moyens pour bloquer en rotation, mais non axialement, la tourelle dans une position angulaire donnée, des moyens pour détecter au moins une position angulaire de la tourelle et des moyens d'inversion du sens de rotation du moteur commandés par lesdits moyens de détection d'une des positions angulaires. 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel il est prévu des moyens pour détecter ladite position angulaire de blocage en rotation de la tourelle. 3.- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel il est prévu des moyens pour détecter la fin de la course de montée de la tourelle. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu un plateau fixe en rotation, coaxial à la tourelle et lui servant de support lorsqu'elle est en position basse, ledit plateau comportant des éléments qui coopèrent avec des éléments correspondants de la tourelle pour bloquer celle-ci. 5.-- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel lesdits éléments sont des dentures de Dite, c'est-à-dire des dentures radiales dont toutes les aretes convergent vers un point unique, prévues à la périphérie des faces en regard du- plateau et de la tourelle#. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu un organe mobile agencé pour s'engager, dès que la tourelle a tourné de la dite fraction de tour, dans un évidement ménagé sur la tourelle, laquelle comporte une pluralité de tels évidements répartis sur sa périphérie avec un pas égal à ladite fraction de tour. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit organe mobile est un levier pivotant comprenant une partie en saillie pour l'engagement danu n des dits évidements, ledit levier étant actionné par un électro-aimant sensible à la position angulaire de la tourelle. 8 Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit levier est actionné, contre l'action d'un moyen de rappel, par un électro-aimant à simple effet. 9.- Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit levier est solidaire d'un électro-aimant à double effet. 10.- Dispositif selon ltune des revendications 8 et 9, dans lequel il est prévu des moyens pour détecter le retour de la tourelle en position basse1 lesdits moyens agissant sur Itélectro aimant pour dégager ledit levier.