Brevet FR2391028A1 — publié le 19781215

L'invention concerne les centres d'usinage à broche rotative porte-outil montée dans une poupée mobile sur un organe de support, comportant un magasin d'outils rotatif dont l'axe est parallèle à celui de la broche rotative porte-outil et un bras mobile double d'échange d'outils monté sur l'organe de support précité de manière à pouvoir pivoter et se déplacer axialement sur un axe parallèle à celui de la broche rotative porte-outil. Le but de l'invention est de réaliser un tel centre d'usinage qui comporte un très grand nombre d'outils sans présenter un encombrement excessif. A cet effet, suivant l'invention, le magasin d'outils est constitué par des plateaux circulaires qui sont clavetés coulissants sur un arbre rotatif-- parallèle à l'axe de la broche rotative porte-outil et qui sont reliés axialement à l'organe de support précité par une liaison de longueur variable capable d'amener sélectivement chacun desdits plateaux circulaires dans une position de coopération avec le bras mobile double d'échange d'outils pour la prise d'un outil dans le magasin ou pour la remise en place d'un outil dans le magasin. Grâce à cette disposition, on peut réaliser un magasin avec un très grand nombre d'outils sans, pour cela, que son diamètre soit d'une valeur excessive. De plus, le mécanisme d'échange d'outils demeure d'une structure très simple et l'ensemble se prête commodément à une commande automatique, comme cela est nécessaire, par exemple, dans une machine à commande numérique. 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 centre d'usinage suivant l'invention. Sur ces dessins La fig. 1 est une vue de face de la machine avec des arrachements. La fig. 2 montre à plus grande-échelle, en coupe verticale, le magasin d'outils représenté sur la partie gauche de la fig.l. La fig. 5 est, à plus grande échelle encore, une vue en plan du système de verrouillage d'un outil dans son réceptacle, observée suivant la flèche III de la fig. 2. La fig. 4 est un agrandissement en coupe détaillé de la partie de la fig. 1 qui montre le dispositif à bras double d'échange d'outils et ses moyens de commande. La fig. 5 est une vue de profil correspondante observée dans la direction de la flèche V de la fig. 4 et La fig. 6 est une vue en plan, partiellement en coupe, du bras double d'échange d'outils de la fig. 4. Le centre d'usinage représenté sur la fig. 1, comporte essentiellement un banc 1, une table porte-pièce 2, un portique 3 constitué de deux montants 4, 5 solidaires du banc 1 et d'une traverse supérieure 6, une traverse mobile horizontale 7, une poupée porte-outil 8, et un magasin d'outils désigné dans son ensemble par 9. La table porte-pièce 2 coulisse sur deux glissières horizontales parallèles 12, 13 de la partie supérieure du banc 1 sous l'action d'une commande comportant un écrou 14 fixé sous la table 2 et dans lequel est engagée une vis 15 qui tourillonne dans des paliers, tels que 16, portés par le banc 1 et qui est entrainée en rotation par un moteur électrique 17. La traverse mobile horizontale 7 coulisse sur des glissières verticales 21, 22 du montant 4 et 23 24 du montant 5, sous l'action d'un système de commande qui comporte :deux vis verticales 26, 27 tourillonnant respectivement dans les deux montants 4, 5 ; deux écrous 28, 29 qui sont fixés dans ladite traverse et dans lesquels sont engagées les deux vis verticales 26, 27, respectivement; deux roues dentées 32, 33 fixées respectivement sur les extrémités supérieures des deux vis 26, 27; un arbre horizontal 34 qui tourillonne dans des paliers 35, 36, 37, 38 fixés sur la traverse horizontale supérieure fixe 6 et qui porte deux vis sans fin 41, 42 respectivement en prise avec les deux roues dentées 32, 33; et enfin, un moteur électrique 43 qui est fixé sur la traverse horizontale supérieure fixe 6 et qui est relié à ltarbre 34 par une transmission par courroie crantée 44. Ainsi, la rotation du moteur 43, dans un sens ou dans l'autre, assure la montée ou la descente de la traverse mobile 7 rigoureusement parallèlement à elle#meAme. La poupe#e porte-outil 8 peut se déplacer sur des glissières horizontales 51, 52 de son organe de support constitué par la traverse mobile sous l'action d'une vis horizontale 53 qui est entrainée par un moteur 54 et qui est engagée dans un écrou 55 fixé dans ladite poupée. Une broche rotative verticale porte-outil 57 est montée à rotation dans un fourreau vertical 58 qui peut coulisser verticalement, sans tourner, dans la poupée 8, sous l'action d'une commande qui comporte un moteur électrique 61 porté par la poupée et relié à une vis 62 dont les filets sont engagés dans un écrou 63 fixé au fourreau 58. On n'a pas représenté la commande de rotation de la broche porte-outil 57, elle peut être de tout type classique approprié. Le magasin d'outils 9 comporte plusieurs plateaux circu- laires, à savoir deux plateaux 71, 72 (voir aussi fig. 2) dans cet exemple, fixés respectivement sur les deux extrémités d'un manchon 73 qui peut coulisser sur une colonne verticale 74. Le manchon 73 est rendu solidaire en rotation de la colonne 74 par une clavette 75 montée dans ledit manchon et engagée dans une rainure longitudinale 76 de la colonne. La colonne 74 est montée à rotation, par son extrémité inférieure, dans une crapaudine 77 solidaire du montant 4 et, par son extrémité supérieure, dans deux paliers 78, 79 montés dans un boîtier 82 solidaire d'un prolongement 83 de la traverse supérieure fixe 6.On peut faire tourner la colonne 74 au moyen d'un moteur électrique 85 qui est monté sur le boîtier 82 et qui entraîne une vis sans fin 86 en prise avec une roue dentée tangente 87 fixée sur l'extrémité supérieure de la colonne 74. L'extrémité supérieure du manchon 73 peut pivoter librement, sans déplacement axial, dans un support 91 (fig. 2) relié à un contrepoids d'équilibrage 92 par l'intermédiaire d'un câble 93 qui passe sur deux poulies de renvoi 94, 95 montées dans le prolongement 83 de la traverse supérieure fixe 6. Le support 91 est empêché de tourner par une tige verticale 97 qui est fixée sur lui et qui est constituée par la tige du piston 98 d'un vérin hydraulique 99 dont le cylindre 101 est fixé sur la face horizontale 102 d'un support en équerre 103 dont la face verticale 104 est fixée contre la face d'extrémité correspondante 105 de la traverse mobile 7. Ainsi, le magasin d'outils 9 suit les déplacements en hauteur de la traverse mobile 7.Le vérin 99 a une hauteur telle que, lorsqu'il est raccourci, comme représenté sur les dessins, le plateau inférieur 71 du magasin d'outils se trouve au niveau du nez de la broche rotative porte-outil 57, tandis que, lorsqu'il est allongé, c'est le plateau supérieur 72 du magasin qui se trouve au niveau du nez de broche. Chaque outil, tel que outil 111 par exemple de la fig. 2, possède une queue conique normalisée 112 logée dans un réceptacle 113 de forme correspondante fixé sur le plateau 71 du magasin d'outils, près du bord de celui-ci, avec son axe parallèle à l'axe dudit plateau. Sur la périphérie de chacun des deux plateaux 71, 72, sont régulièrement répartis des réceptacles semblables de réception d'outils, la queue 112 de l'outil est retenue dans le réceptacle 113 par un verrou 115 (voir aussi fig. 3) qui coulisse dans une glissière transversale 116 de la partie supérieure du réceptacle et qui présente une lumière 117 en forme de boutonnière avec une extrémité élargie.Avec cette lumière, coopère l'extrémité en forme de champignon 118 de la queue de l'outil; le diamètre de la partie large du champignon est légèrement inférieur au diamètre de l'extrémité élargie de la lumière 117. Un ressortSsollicite le verrou 115 dans le sens de la flèche f , c'est-à-dire vers sa position active. Un bras double d'échange d'outils 122 (fig. I) est monté fou à rotation, par des roulements à billes 123 (fig. 4), sur l'extrémité inférieure d'un fourreau vertical 124 qui peut coulisser dans la partie inférieure d'un chariot 125 monté sur deux guides cylindriques 126, 127 (voir aussi fig. 5) portés par la traverse mobile 7 et parallèles aux glissières horizontales 51, 52 de celle-ci. L'extrémité supérieure du fourreau coulissant 124 est supportée, par l'intermédiaire d'une plaque 129, par la tige 131 du piston 132 d'un vérin hydraulique 133 dont le cylindre 134 est fixé sur le dessus du chariot 125. Ce vérin permet donc de faire monter et descendre le bras double d'échange d'outils 122. De plus, on peut faire pivoter ce bras au moyen d'un autre vérin hydraulique 136 (fig. 5) dont le cylindre 137 est fixé horizontalement contre la partie supérieure de la face arrière du chariot 125 et dont le piston 138 a sa tige 139 reliée au bras double 122 par une transmission qui comporte une crémaillère 142 solidaire de la tige de piston du vérin et un pignon denté 143 qui est en prise avec la crémaillère 142 et qui est taillé dans la partie supérieure d'une douille 144 dont la surface intérieure cannelée est en prise avec un arbre cannelé correspondant 145 dont l'extrémité inférieure est solidaire du bras double 122. La douille 144 peut tourner à l'intérieur du fourreau 124 et elle est supportée, par son extrémité supérieure, dans un palier 147 fixé dans la partie supérieure du chariot 125. On peut faire coulisser le chariot 125 sur ses guides 126, 127 au moyen d'un vérin hydraulique 151 dont le cylindre 152 est fixé à la traverse mobile 7, tandis que la tige 153 de son piston 154 est fixée au chariot 125. Les extrémités du bras double 122 sont munies de pinces identiques 161, 162 comportant, respectivement, des mâchoires fixes 163, 165 et des mâchoires mobiles 164, 166. La mâchoire mobile 164, par exemple, est montée à pivotement sur le bras par un axe 167 et est sollicitée vers sa position de fermeture par un ressort 168. Tes pinces sont agencées pour pouvoir serrer le col 169 (fig. 2) de chaque outil, d'une manière classique. Le chariot 125 porte un poussoir 171 (fig. I) destiné à repousser le verrou 115 (voir aussi figs. 2 et 3) de retenue d'un outil dans le réceptacle, dans des conditions qui seront expliquées# plus loin. Le fonctionnement de la machine est le suivant On va supposer qu'on vient de terminer une opération d'usinage avec un outil 110 (fig. 1) monté dans la broche rotative porte-outil 57 et qu'il convient de remplacer cet outil par un autre outil 111 déjà monté dans la pince 161 du bras double d'échange d'outils 122, d'une manière qu'on' décrira plus loin. Le chariot 125 qui porte le bras d'éehange d'outils est dans sa position d'attente, c'est-à-dire à l'extrémité de droite de sa course sur la fig. 1 et le bras est dans sa position haute, c1est-à-dire que ses pinces sont au niveau du col de l'outil monté dans la broche 57. On déplace la poupée 8 vers la gauche sur la traverse 7 jusqu'à ce que l'outil 110 s'engage dans la pince élastique 162 du bras d'échange d'outils. On fait descendre le bras 122 au moyen du vérin 133 après avoir libéré le système classique qui verrouillait l'outil 110 dans la broche de la machine, de manière à sortir cet outil du nez de broche. Au moyen du vérin 136, on fait faire un demi-tour au bras 122 que l'on fait ensuite remonter au moyen du vérin 133 afin d'engager le nouvel outil 111 dans le nez de broche où il est automatiquement verrouillé par le système classique précité. On déplace la poupée 8 vers la droite et la machine est dès lors prête à commencer une opération d'usinage avec le nouvel outil 111. Si le magasin n'est pas dans la bonne position pour recevoir 11 outil 110 enlevé de la broche, on l'y amène par un mouvement angulaire convenable de la colonne 74 au moyen du moteur 85 et/ ou un mouvement de descente ou de montée pour que le plateau 72, ou le plateau 71, qui porte le réceptacle devant recevoir l'ancien outil 110 se trouve au niveau du bras d'échange 122 remonté dans la position représentée sur le dessin. En d'autres termes, le réceptacle de réception considéré doit se trouver dans le prolongement du bras d'échange 122. On fait descendre le bras 122 et l'on déplace le chariot 125 vers la gauche, pour amener l'outil 110, tenu par la pince 162 du bras, en regard du réceptacle qui doit le recevoir.On fait remonter le bras pour engager 11 outil dans le réceptacle et l'on déplace le chariot 125 vers la gauche pour dégager le magasin, des le début de ce dernier déplacement, le verrou 155 (fig. 3) retient l'outil dans le réceptacle. Il convient maintenant d'amener l'outil suivant du programme d'usinage dans la pince 162 du bras. Pour cela, par un nouveau mouvement de rotation et/ou de translation des plateaux du magasin 9, on amène l'outil considéré en regard de cette pince. On déplace le chariot 125 vers la gauche pour que sa pince 162 s'engage sur le nouvel outil; on fait descendre le bras pour sortir l'outil du réceptacle, le verrou 115 est actuellement dégagé par le poussoir 171 porté par le chariot, on fait descendre le bras pour sortir l'outil du magasin, on ramène le chariot vers la droite et l'on fait remonter le bras pour l'amener dans la position d'attente représentée sur les dessins et de laquelle on était parti pour décrire un cycle complet de changement d'outils. Pour cette description, on a supposé que la machine n'était pas équipée d'un système de codage des outils, de sorte que outil qu'on enlève de la broche de la machine ne peut pas être remis dans le réceptacle du magasin où l'on a prélevé l'outil suivant. Chaque outil doit toujours etre rangé dans un réceptacle du magasin qui lui est propre, ce qui conduit à un nombre un peu plus grand de phases pour un cycle complet, comme exposé dans la description ci-dessus. Les opérations d'échange d'outils peuvent être programmées et effectuées automatiquement, notamment s'il s'agit d'une machine à commande numérique. On utiliserait, à cet effet, toute disposition classique appropriée qui n'a pas besoin d'être décrite ici. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté; on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'invention a été décrite dans son application à une machine à broche porte-outil verticale, mais elle est applicable aussi à des machines à broche porte-outil horizontale. REVENDICATIONS 1 - Centre d'usinage à broche rotative porte-outil montée dans une poupée mobile sur un organe de support, comportant un magasin d'outils rotatif dont l'axe est parallèle à celui de la broche rotative porte-outil et un bras mobile double d'échange d'outils monté sur l'organe de support précité de manière à pouvoir pivoter et se déplacer axialement sur un axe parallèle à celui de la broche rotative porte-outil, caractérisé en ce que le magasin d'outils (9) est constitué par des plateaux circulaires 71, 72 , qui sont clavetés coulissants sur un arbre rotatif (74) parallèle à l'axe de la broche rotative porte-outil (57) et qui sont reliés axialement à l'organe de support précité (7) par une liaison (99)de longueur variable capable d'amener sélectivement chacun desdits plateaux circulaires dans une position de coopération avec le bras mobile double d'échange d'outils (9) pour la prise d'un outil dans le magasin ou pour la remise en place d'un outil dans le magasin. 2 - Centre d'usinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux circulaires (71, 72) du magasin d'outils sont fixés sur un manchon (73) claveté coulissant sur l'arbre précité ,# et leur liaison à l'organe de support précité comporte un vérin rectiligne 99 parallèle à l'axe du magasin d'outils. 3 - Centre d'usinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bras mobile double d'échange d'outils (122) est porté par un chariot (125) mobile sur l'organe de support précité (7) dans une direction perpendiculaire à l'axe de la broche rotative porte-outil (57).