Brevet FR2363406A1 — publié le 19780331

La présente invention, due la collaboration de Messieurs LEGUY, MARCEL et VIGNAUD, concerne la fabrication de pièces diverses en petites et moyennes séries a l'aide d'opérations diverses d'usinage telles que perçage, taraudage, chanfreinage, alésage, lamage, fraisage, ou annexes de controle, nettoyage, marquage, etc.. On sait que ce genre de fabrication pose des problèmes particuliers en raison du faible temps d'usinage des diverses machines par rapport aux temps d'utilisation de ces machines, avec souvent un grand nombre de petites familles de pièces et des modifications fréquentes de ces familles. Pour résoudre ces problèmes on connaît actuellement deux sortes de solution. La première consiste a utiliser des machines à commande numérique du type centre d'usinage. Ces machines répondent parfaitement aux problèmes de grande convertibilité nécessaire pour ces pièces. En effet sur ces machines seule la prise de pièce est spécifique. La souplesse d'utilisation est donc très grande, mais par contre les cadences de production sont très faibles. En raison des usinages se faisant unitairement, il y a addition totale des temps d'usinage, des temps mécaniques, des temps de changement d'outils et des temps de changement de pièces. La deuxième solution, qui est celle des machinestransfert classiques, consiste a faire passer la pièce a usiner devant un programme d'unités d'usinage. Dans cette solution, tous les temps ne s'ajoutent pas. C'est la somme du temps nominal d'usinage, du temps maximal mécanique et du temps de transfert de pièces qui devient le temps de cycle. Cette solution permet donc de grandes cadences, plus appropriée d'ailleurs a la fabrication de pièces en grande série. Par contre, le programme d'usinage est forcément figé et les possibilités de convertibilité pratiquement nulles. Le but de l'invention est d'éliminer au maximum les inconvénients des deux solutions précitées en réalisant une machine particulièrement adaptée aux problèmes posés par les pièces de petites et moyennes séries par une convertibilité élevée, comparable a celle des machines a commande numérique, et par des facteurs d'utilisation élevés, comparables à ceux des machines transfert spéciales, même si les cadences recherchées sont plus faibles. L'invention consiste a utiliser un poste de travail unique recevant la pièce et comportant une unité d'usinage, et a faire circuler entre la pièce et l'unité d'usinage une série de têtes, munies d'au moins une broche de travail, actionnées par l'unité d'usinage et comportant par avance les outils nécessaires a l'exécution d'un programme déterminé. D'autres particularités de l'invention apparaitront également dans la description qui va suivre de différents modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente en perspective un ensemble d'usinage doté d'un simple déplacement axial horizontal de l'unité d'usinage; la figure 2 représente un ensemble d'usinage similaire doté. d'un déplacement ti--axial (horizontal et vertical de l'unité d'usinage avec ou sans positionnement; la figure 3 représente un ensemble d'usinage doté d'un déplacement tri-axial (bi-horizontal et vertical) de l'unité d'usinage avec ou sans positionnement;; la figure ss .4représentée un dispositif porte-pièces lié aux ensembles d'u-sinage représentés sur les figures 1 et 2, et permettant d'éliminer certains temps morts. Comme représenté sur la figure 1, la machine selon l'invention comporte une unité d'usinage constituée par une console 1 munie d'une unité motrice 2 avec son dispositif d'accouplement 3, cette console étant portée par une table d'avance 4 susceptible de coulisser sur des glissières 5 portées par un bâti~ 6, avec un mécanisme approprié non représenté déplaçant.îa table 4 sur ces glissières pour produire le mouvement d'avance. Contre la face-avant 7 de l'unité d'usinage est bridée une tête 8 munie d'au moins une broche de travail et représentée en trait mixte sur la figure 1. Les broches tournent a leur vitesse appropriée par l'intermédiaire d'un arbre entraîné par le dispositif d'accouplement 3. Conformément a l'invention, pour chaque unité d'usinage décrite précédemment, il est prévu une pluralité de têtes telles que 8. Chaque broche est équipée de l'outil d'usinage ou de contrôle approprié qui reste a demeure pendant toute l'exécution d'une série de pièces ou d'une série voisine. Ainsi tous les réglages de positions ou d'entre axes sont remplacés par le seul échange des têtes. Cet échange est automatisé. Il comprend : le débridage, le désaccouplement, le transfert, le débridage et l1accouple- ment des têtes sur l'unité d'usinage. Un dispositif de support inférieur 9 et de coulisse inférieure 10 permet par un système de transfert le déplacement simultané de la tête désaccouplée de l'unité d'usinage et de sa remplaçante. Le système transfert peut par exemple, être assuré par une barre 11 portant-deux taquets 13 et commandée par un vérin 12. Ce système peut être remplacé par tout autre mécanisme. Il suffit alors, conformément a l'invention, d'organiser un dispositif de cheminement en circuit fermé pour recycler en permanence la succession des têtes telles que 8 dont le nombre-dépend de la nature et de la quantité des usinages a effectuer. Pour des raisons pratiques, il est jugé commode d'assurer le cheminement des têtes 8 a l'aide de simples convoyeurs a rouleaux ou a galets moteurs 14 en plaçant à cet effet les têtes a plat, leurs-broches étant verticales, comme par exemple dans le cas présent ot ces têtes reposent par leur face d'accouplement avec les outils en l'air.Pour cela il suffit conformément a l'invention de placer sur le b ti 6, de part et d'autre des glissières 5, deux basculeurs 15 portant les tronçons extrêmes des supports 9 et des glissières 10 et powantlljasculer vers l'arrière sous l'effet d'une commande appropriée pour amener les têtes dans la position indiquée pr#c#demment. - Le clrcuit peut alors être simplement constitué par trois tronòns successifs de-convoyeur auto-moteur 14 disposés de mantere à complOter le rectangle, avec des dispositifs 15 de pivotement dans les angles. De la sorte il est toujours possiuble de modifier ce circuit en allongeant si nécessaire les tronçons latéraux du convoyeur pour recevoir le nombre de têtes- désiré pour satisfaire les cycles d'usinage les plus exigeants. Inversement, la même machine peut parfaitement fonctionner avec un nombre de têtes beaucoup plus réduit pour des cycles d'usinage plus simples, les convoyeurs 14 assurant-leur fonction-sans nécessairement être complètement remplis. En outre, la disposition a double basculeur 15 dispense de tout dispositif de dégagement des taquets 13 de la barre transfert 11.D'autre part, la disposition indiquée, avec les outils verticaux, assure une très grande stabilité des têtes 8 pendant leur déplacement, surtout dans le cas oA les têtes portent des masques guide-outils importants. Par ailleurs, lors de la circulation des têtes d'usinage, en particulier lors de l'accumulation de ces têtes cdte a cote, on Olimine tout risque de choc sur les parties vitales des têtea. Il est clair d'autre part, que cette disposition facilite grandement#-tout intervention sur les têtes d'usinage, aussi bien pour leur mise en place et leur enlèvement, a la main ou à l'aide de moyens de manutention mécanique ou de convoyeurs auxiliaires, que pour effectuer les changements d'outils portés par ces têtes. De plus l'encombrement au sol de l'ensemble est minimum. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'ensemble d'usinage ainsi conçu peut fonctionner par une succession d'opérations multiples, grâce aux têtes multiples, et pratiquement sans temps morts entre ces diverses opérations. En effet c'est pendant qu'une tête travaille que l'on opère l'acheminement des autres têtes sur les convoyeurs, la tête suivante se présentant sur le basculeur amont abaissé en même temps que la barre transfert 11 revient en sa position amont, puis les deux basculeurs se relèvent. Par conséquent dès que la tête en cours d'utilisation a fini son travail, il suffit d'assurer le retour rapide de l'unité d'usinage pour commander le transfert. La nouvelle tête 8 vient remplacer la précédente, après quoi l'unité d'usinage peut reprendre immédiatement son travail après une approche sapide, toute la suite des mouvement s'effectuant pendant ce travail. Dans la variante de realisation représentée sur la figure 2 on a rajouté entre la table coulissante 4 et l'unité d'usinage 1 une console 17 munie de glissières verticales 18 avec un moyen mécanique 19 assurant le déplacement vertical de l'unité d'usinage l, soit pour un positionnement variable des diverses têtes par rapport à la pièce, soit pour effectuer un mouvement d'avance vertical, par exemple dans certaines opérations de fra-isage ou de lamage. Bien entendu le retour rapide en position initiale de l'unité d'usinage 1 est obtenu eh actionnant simultanément le retour rapide vertical et le retour rapide horizontal, donc sans temps mort supplémentaire. Tous les avantages exposés précédemment demeurent donc vablables. Dans l'autre variante représentée sur la figure 3, tout l'ensemble de la figure 2, solidaire du support 6a, est susceptible en outre de se déplacer sur des glissières transversale fixes 20 sous l'effet d'un mécanisme approprié afin de rajouter une nouvelle possibilité de déplacement transversal de l'unité d'usinage. Dans ce cas, le changement de tête peut s'effectuer quelle que soit la position de support mobile 6a sur les glissières transversales 20. Cependant, les déplacements du support mobile, nécessités par les opérations d'usinage du prochain cycle peuvent avoir lieu dès le retour rapide de l'unité d'usinage, donc sans introduire de temps mort supplémentaire. La machine, selon l'invention, opère ainsi par une succession programmée d1opérations multiples, de la même façon qu'une machine transfert classique, mais avec cette différence qu'ici les diverses opérations multiples se succèdent dans le temps au lieu de se succéder dans l'espace, La cadence de production des pièces est donc nécessairement plus faible a cause du poste de travail unique. Mais le taux de productivité de la machine reste tout a fait comparable a celui des machines-trasfert-effectuant dans les mêmes condi tions la meme-série d1opérations multiples.La machine selon l'invention a pour avantage que les temps des diverses opérations multiples peuvent être différents alors que dans une machine-transfert classique ils sont forcément tous alignés sur le plus long. Lorsque les pièces a usiner doivent supporter des usinages dans diverses directions, c'est-a-dire sur diverses faces, on peut naturellement brider chaque pièce sur un plateau pivotant a commande automatique pour supprimer les temps morts que nécessiteraient ces changements d'orientation de pièces. Enfin, on peut également supprimer les temps morts correspondant a la mise en place et l'enlèvement des pièces en utilisant un montage tel que représenté sur la figure 4 Deux plateaux pivotants 21 identiques sont destinés CL recevoir les pièces et a présenter les diverses faces qui doivent être usinées devant l'unité d'usinage 1. Ces deux plateaux sont eux-memes montés sur une table 23 déplaçable par coulissement transversal sur un support 24. De la sorte, dès qu'une pièce est terminée la table se déplace, dans un sens ou dans l'autre alternativement, pour amener la nouvelle ébauche en face de l'unité d'usinage en même temps que se --fait le changement de texte pour recommencer un nouveau cycle d'opérations multiples.On dispose donc de tout le temps nécessité par les diverses d'opérations multiples opérées sur les diverses faces d'une piece, pour assurer le déchargement de la pièce usinéeprécédemment et le chargement d'une nouvelle ébauche. Naturellement, le module d'usinage tel qu'il vient d'être décrit peuteetre utilisé si on le désire en plusieurs exemplaires agissant -sur une même pièce ou des pièces se succédant dans une ligne transfert courte si on désire accroître la productivité. Par exemple pour une pièce nécessitant des usinage sur deux faces opposées, on peut utiliser deux modules identiques se-faisant face pour doubler la productivité- et supprimer le retournement des pièces. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'usinage opérant par séquences d'opérations multiples à l'aide de têtes munies d'au moins une broche de travail et d'unités comportant des moyens d'entraînement des têtes ainsi que des moyens d'avance d'usinage par rapport aux pièces successives, caractérisé par le fait qu'il comporte une unité d'usinage unique et une pluralité de têtes avec un dispositif de transfert transversal assurant simultanément la mise en place sur l'unité d'usinage d'une nouvelle tête et l'évacuation de la tête 'précédente. 2. Ensemble d'usinage selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de cheminement des têtes raccordé sur les deux extrémités du transfert transversal de manière a -refermer le circuit des têtes en circulation, l'ensemble ayant une capacité totale suffisante pour recevoir le nombre de têtes nécessité par les séquences d'usinage les plus complexes par opérations multiples. 3. Ensemble d'usinage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les 'têtes sont en nombre égal au nombre d'opérations multiples--que comporte le cycle d'usinage d'une pièce et qu'elles se succèdent sur le convoyeur de circulation dans l'ordre nécessité par ces opérations, de telle manière que le transfert transversal n'avance que d'un pas a chaque opération multiple-et que l'ensemble des têtes fasse une seule circulation complète par cycle d'usinage. 4. Ensemble d'-usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes,#caractérisé par le fait que les extrémités d'alimentation et d'évacuation du transfert transversal sont basculantes jusqu'a l'horizontale de telle manière que les têtes puissent être utilisées avec leurs broches horizontales tout-en étant déplacees sur le convoyeur de circulation avec leurs broches verticales. 5. Ensemble d'usinage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le convoyeur de circulation comporte des éléments rectilignes a rouleaux moteurs et des éléments pivotants a changement de direction, ainsi qu'au moins un poste d'introduction et d'extraction des têtes permettant les changements du nombre, des types et de l'ordre de succession des têtes pour l'adaption à tout nouveau programme d'usinage. 6, Ensemble d'usinage 'selon ljune quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'au poste de travail situé devant l'unité d'usinage, chacune des pièces à usiner est montée sur un plateau pivotant a actionnement automatique permettant le changement d'orientation de la pièce par rapport à la direction des broches de travail au cours du cycle d'usinage de la pièce.' 7. Ensemble d'usinage selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte deux plateaux pivotants à commande automatique montés sur un dispositif de déplacement automatique amenant alternativement l'un et l'autre des plateaux pivotants au poste de travail, de manière à permettre la mise en place des pièces a usiner et l'enlèvement des pièces usinées pendant-le déroulement du cycle d'usinage d'une pièce.# 8. Installation d'usinage caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs ensembles d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes agissant sur la même séquence de pièces, dans des directions semblables ou différentes, et au même poste de travail ou a des postes décalés, chacun des ensembles se partageant l'ensemble du programme d'usinage.