Brevet FR2348013A1 — publié le 19771110

L'invention concerne les dispositifs automatiques changeurs d'outils sur machines-outils équipées d'une broche rotative porte-outil monte dans une poupée à laquelle peut être impri mé un mouvement longitudinal d'avance et d'un magasin d'outils indexable solidaire du bâti de la machine. les dispositifs automatiques changeurs d'outils connus comportent, le plus souvent, des commandes hydrauliques qui nécessitent des contrôles électriques et un appareillage de commande relativement important et cotte . De plus, la complexité de l'appareillage et les cascades de relais néces- saires introduisent, dans les manoeuvre d'échange des outils, des temps morts dont la valeur ntest pas négligeable par rapport aux temps d'usinage, ce qui se traduit par conséquent, par une perte de rendement de la machine. Le but de l'invention est de rdaliser un dispositif automatique changeur d'outil qui ne présente pas les inconvdnients qu'on vient de rappeler des dispositifs connus. A cet effet, le dispositif suivant l'invention comporte un bras de transfert d'outil faisant partie d'un mécanisme porté par le bti de la machine et dont la cinématique est conçue et agence de manière telle que ledit bras puisse prendre un outil dans le magasin et l'introduire dans la broche porte-outil, ainsi que prendre un outil dans la broche porte outil pour le placer dans le magasin, ledit mécanisme dotant actionné, d'une part, par des organes d'entraînsment qui le relient temporairement à la poupée porte-broche en déplacement d'avance, pendant la presque totalité d'un cycle de changement d'outil pour imprimer au bras les mouvements de transfert d'un outil et, d'autre part, par des moyens moteurs indépendants pour faire passer le bras de transfert, à vide, d'une position de prise ou de dépôt d'un outil dans le magasin ou dans la broche une position effacée pendant l'indexation du magasin ou pendant une opération d'usinage avec 1' outil monté dans la broche. Grâce N cette conception particulière, on évite les inconvénients indiqués plus haut des commandes hydrauliques, a savoir : les contrôles électriques et les appareillages de commande importants et eofteux, ainsi que les temps morts dûs d la complexité de l'appareillage et aux cascades de relais. En fait, l'échange des outils se fait automatiquement d'un mouvement continu, par le trajet le plus court, comme s'il était effectué uniquement à la main, et cela en utilisant essentiellement un mouvement qui existe déjè sur la machine, à savoir : le mouvement d'avance de la poupée porte-broche. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un dispositif automatique changeur d'outil adapté à une machine-outil à commande numérique équipée d'une broche rotative porte-outil verticale. Sur ces dessins La fig. 1 est une vue de face de la partie supérieure principale de la machine montrant, notamment, la poupée porte-broche, le magasin d'outils, et le dispositif changeur d'outil. La fig. 2 est une vue en plan correspondant à la fig. 1. la fig. 3 est une vue de profil observée dans la direction de la flèche III de la fig. 1, le magasin d'outils et le bras qui le supporte étant supposé enlevés, et La fig. 4 est une vue en perspective de la partie supérieure de la machine, illustrant les positions successives du bras de transfert d'outil au cours d'un cycle. La machine-outil h commande numérique représentée sur les figs. 1 å 3 comporte essentiellement un montant 1, une poupée 2, et un banc 3 qui porte un chariot transversal 4 sur lequel peut coulisser longitudinalement une table 5 destinée à supporter une pièce à usiner. La poupée 2 coulisse sur des glissières verticales 6, 7 du montant 1, sous l'action d'un dispositif de commande par vis 11 et écrou 12, entrains par un moteur 13. Un magasin 15 de réception d'outils 16 est constitué d'un plateau circulaire supporté par un arbre vertical rotatif 17 dont la partie supérieure tourillonne dans un bras 18 solidaire de la partie supérieure du montant 1 et peut être indexée ange. lairement par tout dispositif approprié contrôle par le programme de la commande numérique de la machine. Chaque outil 16 présente une partie conique 22 par laquelle il repose simplement sur le bord d'un alvdole d'une série d'alvéoles 23 régulièrement répartis sur la partie marginale du plateau 15. Cette partie conique 22 sert aussi à positionner l'outil dans le corne femelle correspondant 26 pratiqué dans l'extrémité inférieure d'une broche rotative verticale porte-outil 25 montée dans la poupée 2. Chaque outil présente aussi une gorge 27 facilitant sa prise, soit pour sa mise en place dans la broche porte- outil 25 ou dans le magasin 15, soit pour son enlèvement de ces organes, soit encore pour son transfert de la broche porte- outil au magasin et vice versa. le transfert des outils s'effectue sous l'action d'un bras unique 31 appartenant à un mécanisme dont la partie principale est renfermée dans un bottier 32 fixé au montant 1. le bras 31 est fixé sur une extrémité d'un arbre 34 qui peut pivoter dans une noix 35 montée elle-même à coulissement sur un arbre hori principaî3 ont zonal principalSdont elle est rendue solidaire en rotation par une clavette 37, l'arbre 36 est orthogonal à l'arbre 34 et tourillonne lui-même dans les parois du boitier 32 le pivotement du bras 31 sur la noix 35 est assuré par le mouvement de translation de ladite noix sur l'arbre 36, par l'intermédiaire d'une transmission constituée par une roue dentée 37' qui est solidaire de l'arbre 34 de support du bras et qui est en prise avec une crémaillère 38 taillée dans l'arbre 36. le mouvement de translation de la noix 35 sur l'arbre 36 se fait par 1' intermédiaire d'un levier b deux bras 41 de position moyenne sensiblement verticale qui peut pivoter, en un point intermédiaire de sa longueur, sur un axe 42 porté par le boîtier 32; le bras inférieur de ce levier porte un galet 44 engagé dans une gorge annulaire extérieure 45 de la noix 35. L'extrémité du bras supérieur du levier 41 porte un galet 46 qui, au cours des mouvements de montée et de descente de la poupée 2, peut s'engager dans Me gorge de came 47 taillée on forme générale de "v" couché, dans une plaque 48 qui est fixée contre la face latérale correspondante de la poupée 2 et qui passe au ras du boîtier 32. Le levier à deux bras 41 peut aussi être actionné par un vérin d fluide sous pression 51 dont un élément, par exemple la tige de piston 52 terminée par une fourche 53, est articulée sur le bras inférieur dudit levier par un axe 54, tandis que son cylindre 55 est articulé sur le bottier 32 par un axe 56. le bras 31 peut etre retourné par un pivotement d'un angle de 1808 de l'arbre 36 sous l'action d'un mécanisme qui comporte: une roue dentée 61 solidaire dudit arbre 36, une crémaillère verticale 62 qui peut coulisser dans le bottier 32 et qui est en prise avec la roue dentée 61, une bielle 63 dont l'extrémfté inférieure est articulée sur la crémaillère 62 par un axe 64, une roue dentée 66 qui peut tourner autour d'un axe horizontal dans le bolier 32 et qui forme plateau-manivelle sur le maneton 67 duquel est articulée l'extrémité supérieure de la bielle 63, une crémaillère horizontale 71 qui coulisse aussi dans le bottier 32 et qui est en prise avec la roue dentée 66, et une rainure de came 72 taillée dans la plaque 48 solidaire de la poupée et dans laquellepeut s'engager un galet 73 porté par la crémaillère 71. L'extrémité du bras 31 de transfert d'outil est en forme de crochet qui peut venir se placer dans la gorge 27- d'un outil place dans la broche ou dans le magasin et qui est muni d' un système de verrouillage de tout type classique approprié, afin que l'outil soit retenu dans le bras en toute sécurité. Parmi les diverses positions que peut occuper le bras de transfert 31 au cours d'un cycle complet d'échange d'outils, on peut citer la position M (fig. 2) pour le dépit d'un outil dans le magasin 15 ou sa prise, la position B pour la mise en place d'un outil-dans la broche 25 ou son enlèvement, la position U qui est la position de repos du bras pendant les opératians d'usinage, et la position B qui est la position d'effacement du bras pendant le pivotement du magasin d'outils 15. En dehors des deux mouvements de pivotement pur du bras 31 sur la noix 15 pour son passage de la position M à la position E et vice versa, ainsi que pour son passage de la position B d la position U et vice versa, les autres mouvements du bras sont des mouvements complexes résultant de la combinaison d'un mouvement de pivotement du bras sur la noix 35 et par coulissement de celle-cisur l'arbre 36 et d'un mouvement de retournement progressif du bras et de la noix par pivotement de l'arbre 36, le transfert de l'outil s'effectuant d'une manière continue en même temps qu'il se retourne, comme si ce mouvement complexe était exécuté à la main. Pour des raisons que l'on comprendra mieux au cours de la lecture de l'exposé du fonctionnement qui va suivre, il convient de remarquer que, lorsque le bras de transfert d'outil 31 occupe la position M (fig. 2), le plateau manivelle 66 (figs. 3 et 4) se trouve è une certaine distance de son point mort bas, de telle façon que, lorsqu'il va commencer à tourner dans le sens de la flèche fi (fig. 4), il va d'abord faire descendre la bielle 63 et la crémaillère 62 pour faire remonter un peu le bras de transfert 31 et sortir l'outil de l'alvéole du magasin, tandis qu'après avoir passé son point mort bas, la poursuite de son mouvement de rotation va, au contraire, faire redescendre le bras pendant que ce dernier se dégage du magasin sous ltef- fet du coulissement de la noix 35, comme on le verra plus loin. Le fonctionnement pour l'exécution d'un cycle complet d'échan- ge d'outils est le suivant t On va supposer,pour commencer, qu'il n'y a pas d'outil dans la broche 25 et que le bras 31 est en position M prêt à saisir un outil dans le magasin 15 pour le porter dans la broche.La poupée 2 est en position haute, ctest-à-dire au moins au dessus du niveau A (fig. 1). on fait descendre la poupée par la mise en marche du moteur 13 dans le sens correspondant; les extrémités inférieures des deux rainures de cames 72 et 47 s'engagent sur les galets correspondants 73-et 46 la came 72 s'engageant la première, la crémaillère 71 est déplacée vers la droite sur le dessin; le plateau manivelle 66 pivote dans le sens de la flèche fl, depuis la position représentée jusqu'è son point mort bas, la crémaillère 62 descend et fait pivoter l'arbre 36 dans le sens de la flèche f2, le bras 31 se soulève et fait sortir l'outil 16 de l'alvéole 23 du magasin; la rainure de came 47 entre, å son tour, en action pendant que la rainure de came 72 poursuit la sienne, le plateau manivelle 66 a maintenant franchi son point mort bas, de sorte qutil fait remonter la crémaillbre 62 et que le bras 31 pivote maintenant vers le bas en même temps que la noix 35 est déplacée par le levier 41 sur l'arbre 36 dans le sens qui 1' éloigne du magasin 15, le bras est actuellement dirigé vers l'avant et tient l'outil sen slblement horizontalement, le galet 46 se trouve au sommet du HV" de la rainure de came 47 et le galet 73 au milieu de la longueur de la rainure de came 72, la partie supérieure de la rainure de came 47 provoque le recul de la noix 35 vers le montant, de sorte que le bras, en achevant de se retourner sous l'action de la partie supérieure de la rainure de came 72, vient placer sa pince sous la broche porte-outil 25, après avoir parcouru le trajet T La poupée est au niveau B; elle continue à descendre jusqu' au niveau C, ce qui provoque l'engagement de l'outil dans le nez de la broche et son enclenchement au moyen d'un dispositif classique, pendant que le bras demeure immobile.Le galet 46 est sorti de la partie supérieure de la rainure de came 47, de sorte que le levier à deux bras 41 peut pivoter dans le sens de la flèche f3 sous l'action du vérin 51 alimenté dans le sens de l'allongement; le bras 31 est ainsi ramené par le trajet Tl (fig. 2), en position d'usinage U . Les cames 47 et 72 se trouvent en dessous du niveau des galets 46 et 73 de sorte qu'e es ne risquent pas d'entraver les opérations d'usinage. I saque l'opération d'usinage est terminée, il convient par exemple d'enlever l'outil de la broche et de le remplacer par un autre d prendre dans le magasin. A cet effet, on fait remonter la poupée au niveau C, on alimente le vérin 51 dans le sens qui produit son raccourcissement de manière que le bras 31 passe de la position U à la position B, par le trajet Tl pour que sa pince saisisse l'outil; on fait remonter la poupée du niveau C au niveau B, après avoir libéré le dispositif de verrouillage de l'outil dans la broche, de manière que l'ou- til, retenu par le bras immobile, soit dégagé du cône 26 de la broche; on fait remonter la poupée du niveau B au niveau A les galets 46 et 73 parcourent les rainures de cames 47 et 72 depuis leur partie supérieure jusqu'à leur partie inférieure, ce qui provoque le passage du bras 31 de la position B de prise de l'outil dans la broche jusqu' sa position M de ddp8t de 1' outil dans le magasin, par un mouvement combiné de pivotement autour de son axe de support 34 et de retournement autour de l'arbre 36 suivant un trajet de retour qui, en sens inverse, est exactement le même que le trajet aller "T" qu'il avait emprunté pour passer précédemment du magasin dans la broche; vers la fin de ce trajet, le plateau-manivelle 66, qui tourne actuellement dans le sens inverse de celui de la flèche fl, passe de son point mort bas à sa position représentée sur les fige. 3 et 4, c'est-à-dire que l'outil, après avoir été élevé un niveau un peu supérieur k celui du plateau du magasin 15 au moment du passage du plateau-manivelle d son point mort bas, va redescendre un peu pour être déposé dans l'alvéole 23 du magasin destiné le recevoir, bien que la poupée soit encore en train de monter un peu pour terminer sa course. On amène le bras 31 dans sa position d'effacement E, par le trajet T2 (fig. 2) en alimentant le vérin 51 dans le sens qui provoqué son allongement; on fait pivoter le magasin 15 porte amener, en position de prise, l'outil sélectionné pour l'oi ration d'usinage suivante; et enfin, par un nouveau raccourcissement du vérin 51, on fait passer le bras 31 sur le trajet T2, de sa position d'effacement E b sa position X, de manière que sa pince saisisse l'outil sélectionné. Tous les éléments du dispositif changeur d'outils se retrouvent dans leurs positions initiales. Un cycle complet est terminé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réali- sation décrit et représenté qui a été donné à titre d'exemple; on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les ap plications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, - que dans la machine représentée, la broche rotative porteoutil est verticale, mais l'inveation est applicable aussi A des machines où la broche porte-outil occuperait une autre direction. - que ltoa a supposé que le mécanisme de commande du bras de transfert d'outil est commandé par un mouvement d'avance de la poupée porte-broche qui est un mouvement de direction axiale, mais il pourrait être commandé par un mouvement d'avan- ce de la poupée effectué dans une autre direction. - qu'au lieu d'rm vérin i fluide sous pression, on pourrait utiliser d'autres moyens moteurs indépendants pour saisir ou sortir un outil du magasin ou de la broche. REVENDICATIONS 1 - Dispositif automatique changeur d'outil sur machineoutil équipée d'une broche rotative porte-outil montée dans une poupée d laquelle peut être imprimé un mouvement d'avance et d'un magasin d'outils indexable solidaire du btti de la machine, caractérisé en ce qu'full comporte un bras de transfert d'outil (31) faisant partie d'un mécanisme porté par le bâti (1) de la machine et dont la cinématique est conçue et agencée de manière telle que ledit bras puisse prendre un outil (16) dans le magasin (15) et l'introduire dans la broche porte-outil (25) ainsi que prendre un outil dans la broche porte-outil pour le placer dans le magasin, ledit mécanisme étant actionné, d'une part, par des organes d'entraSnerent (41, 61, 62, 63, 66, 71) qui le relient temporairement b la poupée porte-broche (2) en déplacement d'avance pendant la presque totalité d'un cycle de changement d'outil, pour imprimer au bras (31) les mouvements de transfert d'un outil, et d'autre part, par des moyens moteurs indépendants (51) pour faire passer le bras de transfert (31), d vide, d'une position (M ou B) de prise ou de dépôt d'un outil dans le magasin (15) ou dans la broche (25) è une position effacée (E ou U)pendant l'indexation du magasin ou pendant une opération d'usinage avec l'outil monté dans la broche. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les organes d'entraînement précités émportent deux cames (47, 72), portées par la poupée (2), s'étendant dans des directions générales parallèles à la direction de déplacement de la poupée, et dont les deux extrémités peuvent s'engager sur des éléments de commande (46, 73) faisant partie du mécanisme précité. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bras de transfert d'outil (jl) est monté à pivotement sur une noix (35) qui peut coulisser sur un arbre principal (36) tourillonnant dans un bottier (32) solidaire du bati (1), le bras de transfert étant solidaire d'un pignon denté (37) en prise avec une crémaillère (38) solidaire de l'arbre principal (36), le dispositif comportent encore des moyens (41) de commande de translation de la noix (35) sur l'arbre principal (36) et des moyens (61, 62, 63, 66, 71) de commande de pivotement de l'arbre principal (36). 4 - Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de commande de translation de la noix (35) sur l'arbre principal (36) sont constitués par un levier (41) articulé sur le bottier (32), relié à la noix (35) et portant un galet (46) engageabîé contre la came correspondante (47). 5 - Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractéri- sé en ce que les moyens de commande de pivotement de l'arbre principal (36) sont constitués par un pignon denté (61) qui est solidaire dudit arbre et qui est en prise avec une crémaillère (62) montée coulissante dans le bottier (32) et reliée d un galet (73) engageable contre la came correspondante (72). 6 - Dispositif suivant la revendication 3, sur une machineoutil dans laquelle les ases des alvéoles de réception d'outils dans le magasin sont parallèles à 1' axe de la broche rotative porte-outil, caractérisé en ce que l'arbre principal (36) sur lequel coulisse la noix (35) qui porte le bras de transfert d'outil (31) est orthogonal è l'axe de la broche porte-outil (25) de la machine et est situé entre ladite broche et le magasin (15), et en ce que l'axe (34) de pivotement du bras de transfert d'outil (31) sur la noix (35) est orthogonal à l'axe dudit arbre principal (36). 7 - Dispositif suivant la revendication 6, sur une machineoutil dans laquelle l'axe de la broche rotative porte-outil (25) est vertical, caractérisé en ce que l'amplitude du mouvement de pivotement de l'arbre principal (36) est égale d 180O avec un dépassement temporaire de fin de course angulaire lorsque le bras de transfert d'outil (31) se trouve au voisinage du magasin (15) pour assurer, par le dessus du magasin, le dépit d'un outil dans l'alvéole (23) correspondant ou son enlèvement dudit alvéole, le mouvement de pivotement de l'arbre principal (36) assurant le retournement du bras de transfert d'outil (31) et, par conséquent, de l'outil, au cours de son trajet entre le magasin et la broche ou entre la broche et le magasin. 8 - Dispositif suivant les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que les moyens de commande de pivotement de l'arbre principal (36) comportent une crémaillère (62) qui est en prise avec le pignon denté (61) de l'arbre principal (36) et qui est reliée à la came correspondante (72) par l'intermédiaire d'un système bielle (63)- manivelle (66) dont l'actflon, au voisinage de l'un de ses points morts, assure le dépassement temporaire de fin de course angulaire de l'arbre principal (36).