Brevet FR2391025A1 — publié le 19781215

La présente invention a trait à une tette porte-outil conçue pour être montée sur des machines à outil mobiles suivant deux ou un plus grand nombre d'axes, notamment des machines à souder automatiques, dans lesquelles l'outil est constitué par un étrier ou un pistolet de soudage par résistance conçu pour le soudage TIG, t$IG ou G. Cette tete porte-outil peut etre utilisée surtout pour le soudage de pièces en tôle métallique, dans la fabrication d'éléments métalliques tels qu'armoires ou caisses d'appareils ménagers et articles similaires, ainsi que dans la fabrication de pièces pour carrosserie automobile, et pour réaliser des carters et bâtis pour d'autres machines. Des machines pouvant se déplacer suivant deux ou un plus grand nombre d'axes sont bien connues dans l'art; on peut les commander par des moyens programmés afin d'exécuter des mouvements et opérations complexes de travail sur les pièces. Lorsque l'outil est un étrier ou pistolet de soudage par résistance du type TIG, MIG ou MAG, il est difficile de placer l'outil en position correcte car cette position doit l'etre en ce qui concerne non seulement son emplacement mais aussi son orientation par rapport à la pièce, cette orientation comportant deux coordonnées angulaires, attendu que la nature complexe du corps ou autre flan à réunir exige que l'outil soit disposé, par rapport à la pièce, chaque fois dans une direction différente.De meme, lorsque l'outil a été placé dans l'orientation voulue, il faut qu'il puisse tourner autour de son axe pour prendre la position correcte par rapport aux surfaces à souder. Un autre problème que l'on rencontre dans le soudage à résistance ou à l'arc réside dans l'application du courant ayant la forte intensité requise à l'étrier ou pistolet de soudage. ce courant, qui est habituellement de l'ordre de 10 kiloampères au moins, est fourni par l'intermédiaire de transformateurs lourds et de grandes dimensions, et la pratique courante dans l'art antérieur consistait à placer ce transformateur dans un endroit fixe sur la machine et à agencer un câble suspendu entre le transformateur et la tette porte-outil. Attendu que ce cible doit permettre les mouvements de la tete porte-outil pendant le déroulement du programme de soudage, sa longueur était nécessairement considérable, soit plusieurs mètres.Par conséquent, la perte de puissance le long du cable était relativement importante, méme Si l'on utilisait des conducteurs de forte section. En outre, pendant les déplacements de la#tête porte-outil, le cabale était soumis à d'importantes et continuelles sollicitations à la flexion et à la torsion, ce qui, ajouté au poids et à la rigidité considérables du cible, en raison des gros conducteurs utilisés, conduisant à une détérioration rapide du cible qu'il fallait par conséquent remplacer fréquemment. Cela s'est traduit par un accroissement substantiel des frais d'exploitation de la machine, qui s'ajoutaient à la dépense due aux pertes de puissance dans le câble, Par conséquent, la présente invention a pour but de prévoir une tête porte-outil du genre sus-indiqué, laquelle permet d'Evi- ter l'utilisation de cules suspendus et de réduire la longueur du câble utilisé tout en évitant toute sollicitation sur celui-ci, ce qui supprime non seulement les pertes de puissance dans le câble mais aussi la détérioration de ce dernier par fatigue. Un autre but de la présente invention consiste à prévoir une tette porte-outil à la fois compacte et autonome, afin d'améliorer la précision de la mise en position de l'outil par rapport à la pièce ou à l'ensemble à souder. La présente invention prévoit donc une tette porte-outil conçue pour être montée sur des machines mobiles selon deux ou trois axes, et qui permet de déplacer un outil, notamment un étrier ou un pistolet de soudage, suivant trois degrés de liberté. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront au cours de la lecture de la description qui suit. Ces buts sont réalisés suivant la présente invention grace à une tête porte-outil destinée à être montée sur des machines mobiles suivant deux ou un plus grand nombre d'axes, en particulier pour supporter un étrier ou pistolet de soudage pour souder des pièces en t81e métallique, en chaudronnerie et travaux similaires, cette tête comprenant - un coussinet fixe dont le corps est rigidement monté sur un support mobile de la machine; - un arbre creux extérieur comportant à une extrémité un premier palier ayant un axe oblique qui intersecte celui dudit arbre; - un arbre creux intermédiaire monté en rotation et coaxialement dans ledit arbre creux extérieur et portant ùne première roue dentée conique à l'extrémité voisine dudit premier palier;; - un arbre intérieur monté en rotation et coaxialement dans l'arbre creux intermédiaire et portant une seconde roue dentée conique à son extrémité voisine dudit premier palier; - un premier moyen de commande, agencé sur ce coussinet, pour faire tourner l'arbre extérieur suivant des quantités angulaires désirées par rapport audit coussinet; - un second moyen de commande sur l'arbre extérieur pour faire tourner l'arbre intermédiaire suivant des quantités angulaires désirées par rapport audit arbre extérieur; - un troisième moyen de commande sur ledit arbre extérieur pour faire tourner l'arbre intérieur suivant des quantités angulaires désirées par rapport à l'arbre extérieur;; - un premier organe commandé monté en rotation sur le premier palier et portant une troisième roue dentée conique en prise avec la première roue dentée conique précitée, ce premier organe commandé comportant une seconde portée disposée coaxialement par rapport au premier palier, ainsi qu'un troisième palier ayant un axe oblique par rapport à l'axe du second palier et qui intersecte ce dernier axe;; - un second organe commandé monté en rotation dans le second palier et portant une quatrième roue dentée conique en prise avec la seconde roue dentée conique, ce second organe commandé étant muni en outre d'une cinquième roue dentée conique à l'opposé de la quatrième roue dentée conique précitée, et - un troisième organe commandé monté sur ledit troisième palier et portant une sixième roue dentée conique en prise avec la cinquième roue dentée conique, ce troisième organe commandé supportant un outil. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode préféré de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel La figure 1 est une coupe longitudinale axiale faite à travers une tête porte-outil réalisés suivant la présente invention. La figure 2 montre une coupe transversale faite suivant la ligne Il-Il de la figure 1, et La figure 3 est une coupe transversale faite suivant la ligne III-III de la figure 1. Si l'on examine les différentes figures du dessin, on voit que la tête porte-outil suivant l'invention comprend un coussinet 10 formant carter et dont le corps est solidaire d'une bride latérale 12 qui en permet la fixation sur un organe mobile de la machine du genre indiqué (non représentée). A l'intérieur de ce coussinet 10 est monté en rotation, par l'intermédiaire de fourrures antifriction 14, 16, un arbre creux extérieur 18 muni d'une denture en couronne 20 en prise avec une vis sans fin 22 montée en rotation et transversalement sur le coussinet 10 et entraînée par un moteur électrique 24 fixé au corps du coussinet 10 par l'-intermédiaire d'une courroie crantée de transmission 26. De préférence, les fourrures antifriction 14, 16 se composent de minces couches de matière plastique auto-lubrifiante, par exemple celle connue sous le nom déposé "Rulon" et commercialisé par Dixon Italia S.p.A. de San Francesco al Campo, Turin, Italie. La vis sans fin 22 est accouplée à un frein électro- magnétique 28, de telle sorte que l'on puisse obtenir un arrêt pratiquement immédiat de cette vis sans fin.A celle-ci est également accouplée une roue dite d'accord 30 qui opère conjointement à un détecteur de proximité 32 fixé au corps du coussinet 10 grâce à une console de montage 34. Dans cette disposition particulière, le détecteur de proximité 32 fournit, selon le mode classique, une série d'impulsions électriques de sortie dont le nombre est proportionnel à l'angle parcouru par la roue d'accord 30 lors de sa rotation. L'arbre extérieur 18 porte également deux cames 36, 38 destinées à coopérer avec un double micro-contact 40 monté sur le corps du coussinet 10 et dont le rle consiste à détecter les positionslimites du mouvement de rotation de l'arbre 18. A l'extrémité de droite de l'arbre extérieur 18, comme le montre la figure 1, cet arbre porte un palier de coussinet 42 dont l'axe oblique forme un angle de 450 avec l'axe de l'arbre 18 qu'il intersecte. Un premier organe commandé 46 est monté rotatif dans le palier 42 grâce à une fourrure antifriction 44 composée de la même matière plastique auto-lubrifiante que celle indiquée plus haut, cet organe 46 portant à son tour un second palier 47 disposé coaxialement par rapport au premier ainsi qu'un troisième palier 49 dont l'axe oblique forme un angle de 450 par rapport à l'axe du second palier.Le second palier 47 supporte en rotation une couronne 50, par interposition d'une autre fourrure antifriction 48 du même type, et le troisième palier de coussinet 49 supporte en rotation un support terminal à bride 51 destiné au montage d'un outil tel qu'un étrier de soudage (non représenté), également avec interposition d'une fourrure antifriction 53 du même type. Dans l'arbre creux extérieur 18 est monté en rotation un second arbre creux intermédiaire 52 avec interposition de fourrures antifriction 54, 56, de préférence également constituée par de minces couches de la même matière plastique que celle citée plus haut. L'arbre intermédiaire 52 porte une couronne dentée 58 entraînée par une vis sans fin 60 supportée en rotation et transversalement par l'arbre creux extérieur 18 et entraînée par un moteur électrique 62, semblable au moteur 24, par l'intermédiaire d'une courroie crantée de transmission 64. Comme le montre la figure 3, la vis sans fin 60 est accouplée à un frein électro-magnétique 66 semblable au frein électro-magnétique 28, et en outre elle porte une roue dentée d'accord 68, semblable à la roue d'accord 30 et qui opère conjointement à un détecteur de proximité 70 monté à poste fixe sur l'arbre creux intermédiaire 52 grace à une console 72, dans des buts analogues à ceux sus-indiqués pour le détecteur de proximité 32 de la figure 2. Comme on le voit sur la figure 1, sur l'extrémité de droite dè l'arbre creux intermédiaire 52 est prévue une couronne dentée conique 74 en prise avec une couronne dentée conique correspondante 76 portée par l'organe commandé 46. Par conséquent, la rotation de l'arbre intermédiaire 52 entraîné par le moteur électrique 62 se traduit par celle de l'organe commandé 46 par rapport à l'arbre extérieur 18. Enfin, à l'intérieur de l'arbre creux intermédiaire 52 est monté et supporté en rotation un troisième arbre intérieur 78, de préférence creux comme les précédents, ce montage s'effectuant à l'aide de deux fourrures antifriction 80, 82 également réalisée, de préférence, en matière plastique auto-lubrifiante du type pré- cité. L'arbre intérieur 78 porte une couronne dentée 84 qui engrène avec une vis sans fin 86 supportée en rotation par l'arbre creux 18 et orientée transversalement par rapport à ce dernier; la vis 86 est entraînée comme la vis 60 par un moteur électrique 88 fixé à l'arbre creux extérieur 18 avec interposition d'une transmission par courroie crantée 90.La vis sans fin 86 est également soumise à l'action d'un frein électro-magnétique 92 et porte une roue d'accord 94 coopérant avec un détecteur de proximité 96 monté sur l'arbre creux extérieur 18 de manière à fournir des signaux électriques indiquant l'angle de rotation de la vis 86. Comme il ressort de la figure I, à l'extrémité droite de l'arbre creux intérieur 78, celui-ci est muni d'une couronne dentée conique 98 coaxiale à la roue dentée conique 74 et qui engrène avec une roue dentée conique 100 formée sur la couronne 50. Sur son côté opposé cette couronne 50 porte une autre roue dentée conique 106 qui engrène avec une couronne dentée 108 prévue sur la bride 51 coaxialement à son axe de rotation. Sur l'organe commandé 46 est fixé un double micro-contact 110 qui coopère avec des cames 112 portées par le palier de coussinet 42 de l'arbre creux extérieur 18 afin de permettre la détection des positions-limiteB du mouvement de rotation de l'organe comz mandé 46 par rapport à son palier de coussinet. A l'extrémité de gauche, en regardant la figure 1, l'arbre creux intérieur 78 est muni d'une bride 114 pour supporter un transformateur électrique 115 destiné à fournir le courant d'alimentation de l'outil (non représenté). Attendu que l'arbre 78 est de préférence creux et'qu'aussi bien la couronne 50 que la bride 51 présentent des ouvertures centrales relativement grandes, on dispose d'un espace amplement suffisant, entre les brodes 114 et 51 et à l'intérieur de la tête porte-outil pour y loger un cible d'alimentation (non représenté) pour transmettre le courant électrique à forte intensité entre le transformateur et l'étrier ou canon de soudage. Sur la bride 114 solidaire de l'arbre creux intérieur 78 sont montées deux cames 116, 118 coopérant avec un double micro-contact 120 agencé sur l'arbre extérieur 18 afin de permettre de détecter les positions-limites du déplacement de l'arbre intérieur 78 par rapport à l'arbre extérieur 18. Si l'on considère la structure d'ensemble de la tête porteoutil décrite ci-dessus, il est évident qu'en combinant les inou- vements individuels des trois arbres coaxiaux 18, 52 et 78 par rapport au coussinet 10 formant carter, et étant donné les liaisons cinématiques réalisées entre ces arbres et les organes comr mandés respectifs 46, 50 et 51, la bride 50 peut assumer n'importe quelle orientation désirée dans un hémisphère. En plus de cette possibilité d'obtenir l'orientation désirée, l'outil peut aussi prendre n'importe quelle position angulaire désirée autour de son propre axe. La rotation de l'outil autour de son axe est obtenue par la rotation de la bride 51 sur son coussinet, rotation qui est également produite par celle de l'arbre intérieur 78. La rotation de l'arbre intermédiaire 52 détermine celle de l'organe commandé 46 et imprime par conséquent un mouvement oscillant à la bride 51 par rapport au palier 42. Enfin, la rotation de l'arbre extérieur 18 fait osciller l'organe commandé 42 et cela permet, par interaction avec le mouvement oscillant de la bride 51 (soit par la comr binaison du mouvement de l'arbre extérieur 18 avec celui de l'arbre intermédiaire 52), d'obtenir l'orientation désirée de la bride 51 et de l'outil qu'elle porte. En utilisant les moyens électriques d'entraînement comportant chacun un frein électro-magnétique sur chacune des vis sans fin d'entraînement, ainsi que les trois roues dentées d'accord per- mettant la détection des mouvements angulaires exécutés par les arbres, et à l'aide des micro-contacts de ces arbres, on peut programmer les mouvements de la tete porte-outil concurremment aux mouvements de l'organe mobile de support de la machine, pour assurer l'exécution de séquences programmées d'opérations, ce que l'on obtient en utilisant des dispositifs programmeurs connus en soi. Attendu que le transformateur est monté sur la bride 114 de l'arbre extérieur et que le cable d'alimentation en courant élec trique"de l'étrier de soudage est agencé dans le passage interne traversant la tête porte-outil, il n'est pas nécessaire de recourir à des câbles suspendus et cela permet de réduire très sens i- blement la longueur de ce cabale ainsi que, par voie de conséquence, la perte de courant produite à travers un tel cabale. Il convient de noter qu'au cours des mouvements exécutés par les différents arbres et organes de la tete porte-outil, la bride 51 supportant l'outil proprement dit et la bride 114 supportant le transformateur 115 tournent à l'unisson, et que, par conséquent, le cable d'alimentation qui relie le transformateur à l'outil n'est pas soumis à des sollicitations quelconques en torsion et/ou en flexion. En fait, même en supposant le cas d'une flexion maximale, ctest-à- dire celle qui se produit lorsque la bride 51 est placée à angle droit par rapport à la bride li4, les deux extrémités opposées du cabale d'alimentation formeront entre elles un angle ne dépassant pas 900. En conséquence, l'usure du câble est sensiblement réduite et l'on peut s'attendre à ce qu'un tel cible puisse avoir une durée utile de nombreux mois ou années, par rapport à une durée utile inférieure à un mois pour les cabales suspendus des têtes de soudage analogues selon l'art antérieur à égalité d'utilisation. Bien que l'on ait décrit en détail ci-dessus et représenté sur le dessin annexé un mode préféré de réalisation de l'invention, il est évident pour tout homme de l'art que de nombreux changements et modifications pourront lui être apportés sans s'écarter des principes de base de l'invention, tels que les définissent les revendications qui suivent. En particulier, les moyens d'en- tralnement des arbres, ici à base d'engrenages à vis sans fin, pourraient être remplacés par -d'autres moyens de transmission de couple sans modifier l'emplacement des moteurs respectivement sur le coussinet formant carter et sur l'arbre extérieur. En outre, bien que l'on utilise dans ce mode préféré de réalisation des fourrures antifriction en matière plastique auto-lubrifiante, il est évident que ces fourrures antifriction pourraient être remplacées en totalité ou en partie par d'autres types de garnitures, par exemple des roulements à rouleaux. Enfin, bien que dans la description qui précède l'on se réfère uniquement à une tête porte-outil destinée au montage d'un étrier ou pistolet de soudage, il est évident que cette tête porte-outil peut également être utilisée pour supporter d'autres outils, sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Tête porte-outil destinée à être montée sur des machines mobiles suivant au moins deux axes, notamment pour supporter un étrier ou pistolet de #soudage pour souder des pièces en tôle métallique, par exemple dans la fabrication de caissons métalli- ques et articles analogues, cette tête étant caractérisée en ce qu'elle comprend - un coussinet dont le corps est rigidement monté sur un support mobile de la machine; - un arbre creux extérieur comportant à une extrémité un premier palier disposé suivant un axe oblique par rapport à l'axe audit arbre et qui intersecte cet axe; - un arbre creux intermédiaire monté coaxialement en rotation dans l'arbre creux extérieur et comportant une première roue dentée conique à son extrémité voisine dudit premier palier;; - un arbre intérieur monté coaxialement en rotation dans ledit arbre creux intermédiaire et comportant une seconde roue dentée conique à son extrémité voisine dudit premier palier; - de premiers moyens de commande prévus sur ledit coussinet pour assurer la rotation de l'arbre extérieur suivant des accroissements angulaires réguliers par rapport audit coussinet; - de seconds moyens de commande prévus sur l'arbre extérieur pour assurer la rotation dudit arbre intermédiaire suivant des accroissements angulaires réguliers par rapport à l'arbre extérieur; - de troisièmes moyens de commande prévus sur l'arbre extérieur pour assurer la rotation de l'arbre intérieur suivant des accroissements angulaires réguliers et désirés par rapport audit arbre extérieur;; - un premier organe commandé monté en rotation sur le premier palier et comportant une troisième roue dentée conique qui engrène avec la première roue dentée conique, ce premier organe commandé comportant à son tour un second palier disposé coaxialement par rapport au premier palier ainsi qu'un troisième palier ayant un axe oblique par rapport à l'axe du second palier tout en intersectant cet axe du second palier;; - un second organe commandé monté en rotation dans le second palier et comportant une quatrième roue dentée conique qui engrène avec la seconde roue dentée conique, ce second organe commandé comportant en outre une quatrième roue dentée conique opposée à la quatrième roue dentée conique, et - un troisième organe commandé monté en rotation sur le troi siège palier et comportant une sixième roue dentée conique qui engrène avec ladite cinquième roue dentée conique, ce troisième organe commandé supportant un outil. 2 - Tête porte-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe du premier palier est disposé de manière à former un angle d'environ 450 par rapport à l'axe dudit arbre extérieur, et que l'axe du troisième palier est disposé de manière à former un angle d'environ 450 par rapport à l'axe du second organe commandé. 3 - Tête porte-outil selon la revendication I, caractérisée en ce que 11 arbre intérieur et tous les organes commandés sont creux de manière à former ensemble, à travers la tête porte-outil, un passage central pour y loger au moins un cable d'alimentation en courant électrique. 4 - Tête porte-outil selon la revendication 3, caractérisée en ce que 11 arbre intérieur est muni d'une bride supportant un transformateur électrique à son extrémité opposée å celle portant la seconde roue dentée conique. 5 - Tête porte-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que des fourrures antifriction composées de minces couches de matière plastique autolubrifiante sont interposées entre le coussinet et l'arbre extérieur, entre l'arbre extérieur et l'arbre intermédiaire, entre 1'arbre intermédiaire et 1' arbre inté- rieur, entre le premier palier et le premier organe commandé, entre le second palier et le second organe commandé et enfin entre le troisième palier et le troisième organe commandé. 6 - Tête porte-outil selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite matière plastique auto-lubrifiante est du genre connu sur le marché sous le nom déposé ffRulon". 7 - Tête porte-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de commande comprennent un premier moteur électrique rigidement monté sur ledit corps de coussinet, une première couronne dentée montée sur la pFriphérie dudit arbre creux extérieur, et une première vis sans fin supportée en rotation par, et disposée transversalement sur, ledit corps de coussinet de manière à engrener avec ladite première couronne dentée, cette première vis sans fin étant entrainée par ledit premier moteur électrique, les seconds moyens de commande comportant un second moteur électrique, une seconde couronne dentée montée sur la périphérie dudit arbre creux intermédiaire, ainsi qu'une seconde vis sans fin montée en rotation et disposée transversalement sur ledit arbre extérieur de maniere à engrener avec la seconde couronne dentée, ladite seconde vis sans fin étant entraînée par ledit second moteur électrique, tandis que les troisièmes moyens de commande comprennent un troisième moteur électrique, une troisième couronne dentée montée sur la périphé- rie dudit arbre creux intérieur, et une troisième vis sans fin montée en rotation et disposée transversalement sur ledit arbre creux extérieur de façon à engrener avec ladite troisième couronne dentée, cette troisième vis sans fin étant entraînée par ledit troisième moteur électrique. 8 - Tête porte-outil selon la revendication 7, caractérisée en ce que chacune des vis sans fin précitées est accouplée à un frein électro-magnétique et soumise à I1 action de celui-ci. 9 - T#te porte-outil selon la revendication 7, caractérisée en ce que chacune des vis sans fin précitées est agencée de manière à entraîner une roue dentée conique coopérant avec un dispositif respectif de détection de proximité afin de détecter le degré de mouvement angulaire effectué par la vis sans fin y associée.