Brevet FR2373350A1 — publié le 19780707

La présente invention se rapporte à une- tourelle rotative pour machine-outil automatique, en particulier à commande numérique. Comme les personnes compétentes en cette branche particulière de la technique le savent bien, les tourelles de ce genre portent une pluralité d'outils, espacés angulairement, aptes à exécuter, un à la fois, un travail prédéterminé sur une pièce. La tourelle est donc rotative autour de son axe afin de pouvoir amener chaque outil utilisé pour le travail en contact opérationnel avec la pièce. Dans chaque position opérationnelle il faut prévoir des moyens positifs de blocage de la tourelle rotative sur une base fixe afin d'assurer un travail correct. Le problème technique le plus important à résoudre dans les machines de ce type est celui qui se rapporte au système de manoeuvre de la tourelle qui doit être tel qu'il permet d'assurer que son déplacement et son arrêt dans chaque position opérationnelle fixe soient réalisés avec une extrême précision et dans une séquence correcte. A cette fin, on a déjà réalisé des systèmes de manoeuvre hydrauliques qui présentent cependant des inconvénients non négligeables. Tout d'abord, le blocage de la tourelle dans une position de travail fixe est lié à la présence de la pression qui règne dans le circuit hydraulique. Si, pour une raison quelconque, cette pression vient à manquer, la tourelle se débloque pendant que l'outil est en contact opérationnel avec' la pièce, ce qui entrasse des conséquences faciles à imaginer. En outre, la présence d'un circuit hydraulique avec un poste central de commande rend la machine plus bruyante et l'installation plus complexe. Le fonctionnement hydraulique permet seulement une vitesse de rotation de la tourelle relativement faible et il nécessite en outre des temps morts dus au fait qu'il y a deux commandes distinctes, l'une pour la rotation et l'autre pour le blocage de la tourelle. Pour pallier ces inconvénients de la tourelle hydraulique, on a réalisé des tourelles à commande électrique en prévoyant un moteur électrique incorporé dans la tourelle rotative elle-même. Toutefois, les tourelles de ce genre sont de construction complexe principalement parce qu'on prévoit d'incorporer le moteur électrique dans la tourelle elle-mtme où doivent être déjà prévus les organes de blocage stable dans les différentes positions opérationnelles. La tourelle réalisée selon la présente invention élimine les inconvénients de la tourelle hydraulique aussi bien que ceux de la tourelle électrique. Elle est du type comprenant une base fixe sur laquelle est montée une tête porte-outil qui peut être- commandée par des moyens moteurs pour se déplacer axialement et tourner entre une pluralité de positions opérationnelles différentes dans lesquelles la tête est bloquée sur la base par des moyens de blocage positifs du type à dents frontales, caractérisé par le fait que les moyens moteurs sont extérieurs à la tourelle et commandent la rotation de la tête par l'intermédiaire d'un train réducteur relié opérationnellement à la tête par un dispositif d'accouplement unidirectionnel mobile et déplaçable axialement contre l'action de premiers moyens antagonistes, agissant entre la tête et la base. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le train réducteur comprend une cinématique à vis sans fin et roue dentée, logée dans la base, et le dispositif d'accouplement unidirectionnel comprend une roue à cliquet fixée à un axe accouplé pour la rotation à la roue dentée mais déplaçable axialement par rapport à elle, l'axe étant en outre vissé sur un manchon de la base. Les caractéristiques structurelles et fonctionnelles de l'invention ressortiront encore plus clairement de la description suivante se référant aux dessins joints dans lesquels : - la fig 1 est une coupe longitudinale d'une tourelle porte-outil rotative réalisée selon l'invention; - la fig 2 est une coupe selon la ligne Il - Il de la fig 1; - la fig 3 est une coupe selon la ligne III - III de la fig 1; - la fig 4 est une vue en plan d'une autre tourelle réalisée selon l'invention; - la fig 5 est une coupe selon la ligne V - V de la fig 4; - la fig 6 est une coupe selon la ligne VI - VI de la fig 4; - la fig 7 est une coupe selon la ligne VII - VII de la fig 5; et - la fig 8 est une coupe selon la ligne VIII - VIII de la fig 5. Si l'on se réfère tout d'abord aux fig 1 à 3, la tourelle en question est formée structurellement par une base fixe 10 destinée à Entre fixée à une machine-outil et par une tête porte-outil 11 montée sur un manchon central 12 de la base 10, de manière à pouvoir se déplacer axialement et tourner. Plus précisément, la tête il est mue par un axe 13 qui se visse sur la manchon 12, l'axe 13 étant actionné par un moyen moteur par l'intermé- diaire d'un train réducteur à roue dentée 14 et vis sans fin 15. De manière plus précise, la vis sans fin 15 (fig 3) située dans un logement 16 de la base 10 présente une portion de tige 17 qui sort de la base mime et à laquelle est appliquée la sortie de puissance d'un moyen moteur, par exemple un moteur électrique M. La vis sans fin 15 engrène avec la roue dentée 14 qui est située dans un logement 17 de la base 10 et qui est accouplée à l'axe 13 par un accouplement cannelé 18; de cette manière, la roue 14 et l'axe 13 sont solidaires en rotation, mais l'axe 13 peut se déplacer axialement par rapport à la roue 14. A cette fin, l'axe 13 et le manchon 12 sont accouplés par vis par des filetages respectifs 19 et 20. La rotation de l'axe 13 est transmise à la teste Il au moyen d'un accouplement unidirectionnel constitué par une roue à cliquet comprenant une roue dentée 21 et un cliquet d'entratnement 22 (fig 1 et 2). La roue dentée 21 est clavetée sur l'axe 13 et a des dents dont le nombre correspond aux positions opérationnelles que la tourelle devra prendre, c'est-à-dire au nombre des différents outils portés par la tourelle. Dans l'exemple représenté, on a prévu quatre dents 23a, b, c et d décalées l'une par rapport à l'autre de 900. Chaque dent 23a, b, c et d coopère avec le cliquet 22 qui est situé dans un logement 24 de la tête 11 et qui est poussé par un ressort 25 sur le parcours de rotation des dents. Sur la fig 2, on voit de façon évidente comment la roue 21 peut tourner librement dans le sens des aiguilles d'une montre indiqué par la flèche F, sans aucune influence du cliquet 22; une rotation en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre de la roue 21, dans le sens de la flèche F1, amènera au contraire l'une des dents en-engagement avec le cliquet 22; la tête il sera ainsi entraînée en rotation par l'axe 13. Il faut noter que l'engagement entre une dent 23a, b, c et d et le cliquet d'entraRnemeat 22 se produit seulement après le désengagement de l'accouplement à dents frontales circonférentielles 26, 27 entre la base 10 et la tête 11. Cet accouplement peut être d'un type quelconque classique et n'est donc pas illustré et décrit ici de façon plus détaillée. Un ressort central 28 agit entre une butée annulaire 9 du manchon 12 et un épaulement 8 de la tête 11, dans le sens d'une poussée axiale de celle-ci vers le haut quand l'axe 13 se visse dans le même sens sur le manchon 12 lui-même. De cette manière, les couronnes dentées 26, 27 de l'accouplement de blocage stable entre la base 10 et la teste Il se trouvent désengagées. Entre la tête 11 et la base 10 sont prévues en outre quatre goupilles d'indexation à tête sphérique 29 disposées le long d'une circonférence à des distances angulaires égales. La tête de chaque goupille 29 est amenée par un ressort 30 à s'insérer dans l'une des quatre encoches d'indexation 31 prévues sur la base 10. Chaque encoche correspond à une position opérationnelle prédéterminée de la tourelle porte-outil. La tourelle représentée à titre d'exemple est parallélépipédique et chacune de ses faces présente un logement 32 pour un outil (non représenté). Le refroidissement de tous les outils est réalisé par une conduite 33 qui passe à travers l'axe central 13 et qui est mise en communication alternativement avec chacun des quatre conduits 34 creusés dans la tette il et correspondant à un outil; à la sortie de chaque conduit 34 est raccordé un tube flexible (non représenté) qui amène le liquide réfrigérant au taillant de l'outil. Comme on le voit bien sur la fig 1, le réfrigérant est amené au conduit 33 par un conduit 35 creusé dans la base 10. Le fonctionnement de la tourelle décrite ci-dessus est en résumé le suivant. Il faut faire tourner la tête Il de la position opérationnelle stable représentée sur les fig 1 et 2 à la position suivante déphasée de 900. A travers la channe cinématique 15, 74 et 13 on commande la rotation dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une-montre de la roue 21, qui, en mS#e temps, se déplace axialement vers le haut, portée par l'axe 13 qui se visse sur le manchon 12. En conséquence, sous l'effet du ressort 28, avec lequel coopèrent seulement accidentellement les ressorts 30, la tSte 11 est incitée elle aussi à se déplacer vers le haut dans le sens de la flèche F2 en restant au contact de la face inférieure de la roue 21, avec interposition d'un anneau de glissement 36. Le filetage des pièces 13 et 12 est calculé de façon telle que, lorsque la dent 23a de la roue 21 aura parcouru un angle d'environ 900 la couronne 27 sera déjà désengagée de la couronne 26; c'est pourquoi la même dent 23a, lorsqu'elle rencontrera le cliquet 22, pourra entraSner la tête 11 avec elle dans sa rotation contraire au sens des aiguilles d'une montre vers la position opérationnelle suivante. Cette position opérationnelle suivante de la tête Il sera déterminée par un dispositif de fin de course électrique ou électronique qui, agissant sur le moteur électrique de commande, inversera le sens de rotation de la vis 15 et, par conséquent, celui de l'axe 13 et de la roue 21. L'axe 13 se déplace ainsi du haut vers le bas,entraSnant avec lui la t8te Il contre l'action du ressort central 28, la teste il étant engagée axialement avec la roue 21, mais dégagée d'elle pendant la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre comme on le voit bien sur la fig 2. Les couronnes 26, 27 s'accouplent donc à nouveau, ce -qui rend sta ble cette position opérationnelle suivante de la tourelle, stabilité renforcée encore par l'engagement des goupilles 29 dans les encoches 31. On réalise ainsi une tourelle de construction très simple et de fonctionnement extrêmement fiable, qui ne dépend pas du fonctionnement correct d'un système hydraulique ou d'un moteur électrique comme les tourelles de type classique. La tourelle pourra ainsi porter un nombre d'outils fixé à l'avance selon les nécessités et, ainsi, la roue 21 aura un nombre de dents égal au nombre d'outils, de façon à pouvoir faire tourner la tourelle entre des positions non immédiatement adjacentes, avec le dispositif d'accouplement unidirectionnel déjà mis en place pour le déplacement suivant. En se référant aux fig 4 à 8, on va décrire une autre forme possible de réalisation de l'invention où la tourelle est formée structurellement par une base fixe 110 destinée à être fixée à une machine-outil et par une tête porte-outil 111 montée sur un manchon central 112 de la base, à translation axiale et à rotation. Plus précisément, la tête est mue par un arbre moteur 117 qui présente deux zones bien distinctes, la première filetée 140 et la seconde dentée à vis sans fin 115; cette dernière coopère avec la roue hélicoidale correspondante 114.La tête est portée par un axe central 113 qui comporte une zone terminale filetée 141 engagée dans l'écrou creusé dans la roue hélicoidale 114. Comme on le voit bien sur la fig 5, la roue 114 peut être animée seulement d'un mouvement de rotation, la translation axiale étant empêchée. Au-dessus de la roue hélicol- dale 114 est prévu un engrenage 142 rendu solidaire de l'axe 113 au moyen de la clavette 143. Sur l'arbre moteur 117, dans la première zone filetée 140, est accouplée une seconde vis sans fin 144 dont l'intérieur est creusé en écrou pour que le filetage 140 de l'arbre 117 puisse tourner et se déplacer dans le sens de l'arbre 117 lui-même. A la vis sans fin 144 est accouplée une seconde roue hélicordale 145 qui est rendue solidaire d'un anneau de rotation 146 au moyen de la cla suette 147. La partie supérieure de cet anneau 146 est élargie en couronne dans la périphérie de laquelle on a taillé des dents d'engrenage 148. Un troisième arbre fou, qui fonctionne seulement comme intermédiaire, porte l'engrenage intermédiaire 149 qui, se trouvant dans le méme plan que les précédents, s'engrène à la fois aux engrenages 142 et 148. Le fonctionnement de l'ensemble cinématique décrit ci-dessus a pour but de faire réaliser par la tourelle la suite des phases opérationnelles nécessaires pour amener l'un des divers outils à travailler sur la pièce, puis le suivant. Quand un outil a fini de travailler, la tourelle se trouve solide ment ancrée à la base fixe grâce à l'accouplement de la denture frontale de deux anneaux dentés 126 et 127, le. première solidement ancré dans la base fixe 110 et le second dans la tête mobile 111. L'action de blocage sur la denture frontale est assurée par la rondelle 150 rigidement liée à l'axe central 113. Lorsque le moteur électrique (non représenté) placé à l'extérieur de la tourelle, reçoit le signal de départ, il imprime à l'arbre moteur 117 un mouvement de rotation. La vis sans fin 144 filetée sur l'arbre moteur 117, qui, au début du cycle se trouve déplacée vers la droite (trait en pointillé), est mue par un mouvement de translation vers la gauche sous l'effet de vis et écrou des deux organes 117 - 144. En même temps, la vis sans fin 115, rigidement liée à l'arbre moteur 117, imprime un mouvement de rotation à la roue 114, avec pour conséquence le soulèvement de l'axe central 113 et du corps de la tourelle dans lequel il est solidement ancré. A la fin intervient le déblocage de la tourelle de la base fixe et il s'ensuit le dégagement des dents formées sur les anneaux 126 - 127. Immédiatement après, la vis sans fin 144 a terminé sa course de translation et elle s'arrête contre une butée en forme d'anneau interposé 151. A cet instant, la course de la vis rencontre l'obstacle de l'anneau t51 qui, s'arrêtant contre un épaulement annulaire 152 formé sur l'arbre 717i rend solidaire le système 117 - 144 - 151. La vis sans fin 144 change alors son mouvement-précédent de translation en un mouvement de rotation entratnant l'ensemble cinématique formé par les engrenages 148 - 149 et enfin 142. A l'engrenage 142 se trouve solidement fixée la tourelle grâce aux organes 143 - 113 - 150 - 153. Donc, la tourelle, par l'effet de ce qui a été exposé ci-dessus, est animée d'un mouvement de rotation. Quand une impulsion suivante amènera le moteur électrique à changer son sens de rotation, la cinématique produira les effets suivants Dans la tourelle sont creusés des trous borgnes longitudinaux dans lesquels pénètrent deux dents 754 (fig 8) constamment poussées contre l'anneau 155- par un ressort 156 et par un grain fileté 157. Les deux dents 154 sont taillées de manière à créer un arbre positif contre les encoches 158 creusées dans l'anneau 155. Donc, lorsque le moteur inverse son sens de rotation, en entratnant en sens inverse toute la cinématique à engrenages, la tourelle est arrAtée dans ce sens par l'arrêt positif des dents 154 sur l'anneau 155. Par suite, l'arbre moteur 117, sous l'effet de cette action, fait accomplir à rebours la même course de translation à la vis sans fin 144t ce qui annule donc la solidarité précédente du système 117 - 144-151-152 et la rotation qui s1 ensuivait des engrenages 148 - 149 - 142. L'organe de rotation unique reste l'arbre 117, et sa partie terminale 115 (taillée en roue hélicoidale) qui permet d'abaisser à nouveau l'axe central 113 avec la tourelle qui en est solidaire, pour l'amener dans une nouvelle position opérationnelle. La précision de la nouvelle position de la tourelle est assurée par l'accouplement de la denture frontale des anneaux 126 - 127. Il faut noter la conception particulière de la cinématique exposée ci-dessus qui bloque la tourelle à un moment quelconque de ses phases opérationnelles, lui permettant de réaliser avec une sécurité absolue et avec précision la succession des phases. La cinématique de transmission du mouvement de l'arbre moteur à l'axe vertical central 113 est en fait un système irréversible. Sur la fig 4, on a désigné par 132 un logement en queue d'aronde capable de recevoir de manière classique un porte-outil (non représenté). Cette seconde réalisation de l'invention donne des résultats particulièrement satisfaisants meme lorsque les masses en jeu sont assez importantes pour rendre peu store la position de la tourelle avec les moyens de blocage de type classique. Bien qu'on ait représenté et décrit des formes possibles de réalisation de l'invention, on comprendra qu'on peut y apporter des variantes et des modifications sans cependant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Tourelle porte-outil rotative pour machines-outils automatiques, en particulier à commande numérique, du type comprenant une base fixe sur laquelle est montée une tête porte-outil commandée par des moyens moteurs, en translation axiale et en rotation, pour prendre une pluralité de positions opérationnelles différentes dans lesquelles la tête est bloquée sur la base par des moyens de blocage positifs du type à dents frontales, ca- ractérisée en ce que les moyens moteurs sont externes à la tourelle et commandent la rotation de la tête, par l'intermédiaire d'un train réducteur relié opérationnellement à la tête par un dispositif d'accouplement unidirectionnel qui est rotatif et déplaçable axialement contre l'action de premiers moyens antagonistes agissant entre la tête et la base. 2 - Tourelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le train réducteur comprend une cinématique à vis sans fin et roue dentée logée dans la base et en ce que le dispositif d'accouplement unidirectionnel comprend une roue à cliquet, fixée à un axe qui est accouplé pour la ro Cation à la roue dentée mais peut se déplacer axialement par rapport à elle , cet axe étant en outre vissé sur un manchon de la base. 3 - Tourelle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'entre la base et la tete agissent de seconds moyens antagonistes ayant la forme d'une pluralité de goupilles de positionnement à tête sphérique poussées par des ressorts dans des encoches d'indexation, correspondant à chaque position opérationnelle de la tourelle. 4 - Tourelle selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les premiers moyens antagonistes comprennent un ressort agissant axialement entre une butée annulaire du manchon de la base et un épaulement de la tête. 5 - Tourelle selon la revendication 2, caractérisée en ce que la roue à cliquet a un nombre de dents égal au nombre de positions opérationnelles prévues pour la tourelle, chaque dent de la roue ne pouvant s'engager avec un cliquet sortant élastiquement de la tête, que pour un sens de rotation de la roue. 6 - Tourelle selon la revendication 2, caractérisée-en ce que dans l'axe est creusé un conduit pour un liquide réfrigérant qui, pour chaque position opérationnelle de la tourelle, se trouve en communication avec un conduit creusé dans la tête et débouchant en un emplacement qui correspond à l'outil utilisé. 7 - Tourelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le train réducteur comprend une première cinématique à vis sans fin et roue dentée, apte à commander la translation de la tête porte-outil et une seconde cinématique à vis sans fin et roue dentée, apte à commander la rotation de la tête elle-même, ces deux cinématiques à vis sans fin et roue dentée étant opérationnellement interconnectées par une chaîne cinématique telle qu'elles interviennent sur la tête porte-outil l'une après l'autre dans la séquence opérationnelle correcte. 8 - Tourelle selon la revendication 7, caractérisée en ce que les roues dentées de la première et de la seconde cinématiques sont interconnectées par une roue intermédiaire et qu'une vis sans fin est solidaire d'un arbre moteur desdits moyens moteurs, tandis que l'autre vis sans fin peut se visser sur cet arbre moteur entre deux positions extrêmes déterminées par des moyens d'arrêt. 9 - Tourelle selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens d'arrêt sont formés d'un côté par le dispositif d'accouplement unidirectionnel même et de l'autre côté par une butée prévue sur ledit arbre moteur entre les deux vis sans fin. 10 - Tourelle selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit dispositif d'accouplement unidirectionnel comprend un couple de dents diamétralement opposées, lié à la tête et poussé par des ressorts dans des encoches correspondantes creusées dans la base fixe, ces dents étant substantiellement profilées comme des dents de scie.