Brevet FR2464792A1 — publié le 19810320

L'invention concerne une machine-outil compor- tant une table, un bâti et une tête guidée sur le bâti, mobile par rapport à la table, sur laquelle sont montés une broche maîtresse, un moteur à courant continu à vitesse réglable entraînant la broche maîtresse et un dispositif de changement d'outil, qui comporte une tourelle au moyen de laquelle des porte-outil peuvent être amenés en affleurement sous la broche maîtresse en position dans laquelle le porte- outil et la broche maîtresse sont accouplables.Dans une perçeuseàrévolver de type connu par la demande de brevet allemand publiée 27 41 802, les porte-outil sont constitués par des unités d'entraînement de broches et, par utilisation du moteur à courant continuon peut s'en sortir avec un petit nombre d'unités d'entraînement de brochesmalgré une gamme étendue de vitesses de rotation. La tête est entraînée par sa propre unité d'entraînement. Le but de l'invention est de proposer une machi- ne-outil du type rappelé précédemment qui, pour le même rendement, présente un mode de construction très simplifié. Le but de l'invention est atteint par le fait qu'une machine du type décrit précédemment comporte une pièce tournante qui entraîne la tête en mouvement relatif par rapport à la table et au bâti et que la pièce tournante est liée par une courroie dentée ou autre au moteur à courant continu qui entraîne la broche maîtresse, et il est prévu un accouplement débrayable provoquant l'entraînement de la pièce tournante. De cette façon, et par le fait que le moteur d'entraînement pour la broche maîtresse sert également pour le mouvement de la tête, il en résulte une très grande simplification de la construction de la machine, on économise un moteur additionnel ainsi qu'un entraînement particulier ou encore des éléments hydrauliques. Selon un autre moyen de l'invention, la pièce tournante est une broche filetée autobloquante montée tournante et bloquée axialement dans la tête et guidée en traversée par un écrou monté sur le bAti. Sur la broche filetée est installée une roue pour courroie dentée ou autre, autour de laquelle la courroie dentée est renvoyée au moteur à courant continu. Selon un mode de réalisation, la roue pour courroie dentée est montée tournante sur la broche filetée et un accouplement électromagnétique, constituant accouplement débrayable, est monté entre cette roue pour courroie dentée et la broche filetée. Selon un second mode de réalisation, l'accouplement débrayable est monté sur l'arbre moteur du moteur à courant continu et sert à transmettre au choix le couple de rotation à la broche maîtresse ou à la broche filetée. Il est conforme à l'invention que le moteur à courant continu soit un servo-moteur à aimant permanent réglable non seulement en vitesse de rotation, mais égale- ment en position angulaire de l'arbre moteur en position de repos. Il est également conforme à l'invention que, par l'interposition d'accouplements débrayables, le moteur à courant continu entraîne non seulement la broche maîtresse et la pièce tournante pour la tête, mais également la tou- relle du dispositif d'échange d'outils. De cette façon, un seul et uniaue moteur à courant continu peut servir pour commander trois mouvements, respectivement l'entraînement de la broche maîtresse, la rotation de la tourelle ou équivalent du dispositif de changement d'outils et pour le réglage de base de la tête. Ce n'est pas seulement la construction mécanique qui s'en trouve simplifiée, mais également la commande et la program- mation électriques qui sont très favorablement influencées. Il est avantageux que le moteur à courant continu soit un moteur à commande numérique ainsi qu'éventuellement un second moteur à courant continu servant à l'avance de l'outil. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la.description qui sera donnée ci- -après uniquement à titre d'exemple de modes de réalisation de ladite invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue de face d'une machine- -outil selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe verticale à travers la tête de la machine d'un premier mode de réali- sation, - la figure 3 est une coupe analogue d'une machine selon un second mode de réalisation. Surun bâti 1, se trouve une tête 2 montée mobile en montant et en descendant perpendiculairement à une table 3. Dans la tête 2 se trouve un moteur à courant continu 4, une broche maîtresse 5, un dispositif d'avance 6, un dispo- sitif d'échange 7 d'outils comportant une tourelle 8 de changement d'outils et un élément tournant 9 pour les mouve- ments de montée et de descente de la tête 2 y compris les parties d'entraînement mécanique. Dans le mode de réalisation selon la figure 2 d'une machine-outil servant de centre d'usinage, le moteur à courant continu 4, qui est ici un moteur à courant continu à excitation de champ avec, par exemple, une puissance de 11 KW tournant à 4000 tr/min. avec démultiplication, entraî- ne au moyen d'une courroie dentée 10 une roue d'entraînement 11 disposée inamovible dans la tête 2. Dans la roue d'en- traînement 11 un arbre cannelé 12 est disposé coulissant axialement et traverse un boîtier 13 et une roue d'entraî- nement 14 qui s'y trouve montée inamovible, ledit arbre cannelé traversant ensuite une douille 15 disposée dans la tête 2 et portant une roue dentée 16 servant de pignon pour l'entraînement de la tourelle 8. La roue d'entraînement 14 conformée en roue dentée 17 étant montée avec jeu sur l'arbre cannelé 12 peut être amenée en prise avec l'arbre cannelé 12 au moyen d'un accouplement débrayable actionné de préférence électromagnétiquement. La broche maîtresse 5 est montée tournante dans le boîtier 13. Sur celleci est montée bloquée en rotation et axialement une roue dentée 19, qui engrène avec une roue dentée 17. La broche maîtresse 5 dépasse par son extré- mité libre en dehors du boîtier 13 et peut, par cette extré- mité, se déplacer jusque sur une butée fixe 21 portée par la tête 2. Le boîtier 13,avec les roues dentées 17 et 19 et la broche maîtresse,est déplaçable axialement au moyen d'un mécanisme d'avance 6. Un servo-moteur à courant continu 22 fait tourner une vis d'avance 23 qui s'engrène avec un écrou d'avance 24 lié au bottier 13. La broche maîtresse 5 est montée tournante d'une part dans le boîtier 13 et d'autre part dans la douille 25 constituant palier et elle est déplaçable axialement avec le bottier 13. Elle porte à sa face frontale libre une pièce d'accouplement 26 constituée par un cône de centrage 27 et une pièce d'arrêt 28. La pièce d'arrêt 28 est conformée à son extrémité en T et elle est tirée vers l'intérieur par un organe de déplacement constitué par un empilement de rondelles Belleville 30. Un porte-outil 31 peut être accouplé avec la broche maîtresse , ce porte-outil comportant à l'une de ses extrémités frontales un organe d'accouplement 32 constitué par une partie tronconique 33 et une rainure 34. La partie tronco- nique 33 s'adapte exactement dans le cône de centrage 27 et dans la rainure 34 vient s'adapter l'extrémité en forme de T de la pièce d'arrêt 28 qui sert également d'élément de transmission de couple de rotation. De cette façon, l'organe d'arrêt 28 déplaçable axialement dans la broche maîtresse 5 est lié en rotation avec la broche maîtresse 5 au moyen d'une cannelure 35. Les porte-outil 31 sont pris dans la tourelle 8, en tant qu'élément constitutif du dispositif 7 d'échange d'outils, qui porte au voisinage de son pourtour extérieur 36 des ouvertures de passage 37, par lesquelles les porte- -outil 31 et la broche maîtresse 5 peuvent être positionnés en position d'usinage. La tourelle 8 est montée,avec son arbre 38,dans la tête 2 de façon immobilisée selon la direction axiale. L'arbre 38 porte une roue dentée 39 qui vient s'engrener avec la roue dentée 16 montée sur l'arbre cannelé 12. Au-dessus de l'arbre 38 se trouve un indica- teur de position 40 de la tourelle 8. Sur l'une des faces frontales de la roue 8 ont été pratiqués les crans divi- seurs 1, dans lesquels peut pénétrer en position de coïncidence l'extrémité étagée de l'arbre cannelé 12 servant de doigt de positionnement 42. L'arbre cannelé 12 est muni d'un collet 43 qui peut s'appuyer sur un disque 44. Entre son extrémité fron- tale et la roue d'entraînement 11 se trouve un ressort de commande 45. La roue dentée 16 est montée tournante sur l'arbre cannelé 12 et peut être liée en rotation avec celui-ci au moyen d'un accouplement débrayable 48 constitué par un accouplement électromagnétique. Dans la position de la figure 2, la tourelle 8 est fixée par introduction du doigt de positionnement 42 dans le cran diviseur 41. L'arbre cannelé 12 entraîne la roue d'entraînement 14 par l'intermédiaire de l'accouple- ment débrayable 48 et met en mouvement la broche maîtresse et le porteoutil 31. La broche maîtresse 5 est ainsi accouplée, et la tourelle 8 est désaccouplée par l'accou- plement débrayable 48. A la fin de l'usinage, la broche maîtresse 5 est retirée jusqu'à ce que son extrémité libre vienne en butée sur la butée fixe 21. A partir de cet instant, l'échange d'outils peut se faire, car la broche maîtresse 5 est rentrée dans la tête 2 au point que la tourelle 8 peut tourner, le dispositif de positionnement étant libéré. Il se passe alors seulement que l'extrémité en forme de T de la pièce de retenue 28 fait suffisamment saillie pour que le porte-outil 31 avec son tronc de cône 32 puisse être extrait du cône de centrage 27. La broche maîtresse 5 se trouve en position rentrée et dans une position angulaire dans laquelle la rainure 34 et la pièce de retenue 28 sont ainsi mutuellement ajustées que le porte-outil 31 peut être extrait de la pièce de retenue 28 lors du mouvement de rotation de la tourelle-8. Lors du déplacement vers le haut du boîtier 13 au moyen du disposi- tif d'avance 6, l'arbre cannelé 12 est entraîné par le disque 44 par l'intermédiaire du collet 43, de sorte que le doigt de positionnement 42 sort du cran diviseur 41 de la tourelle 8. En même temps, la liaison d'entraînement en rotation de la roue d'entraînement 14 par l'accouplement le e!t interrompue, de sorte que dans ca position de départ la broche maîtresse 5 n'est pas entraînée. Par contre la roue dentée 16 est en prise avec la roue dentée 39 par l'accouplement 48. Lorsque le moteur à courant continu 4 tourne, il en résulte l'entraînement de la tourelle 8 par l'intermédiaire de la courroie dentée 10, la roue d'entraî- nement 11, l'arbre cannelé 12, l'accouplement 48 et la paire de roues dentées 16 et 39, de sorte qu'un nouveau porte- -outil 31 peut être amené en alignement sous la broche maîtresse 5. On n'a pas encore achevé un cycle d'opérations, mais on peut amener par commande tout porte-outil 31 dési- rable sous la broche maîtresse. Aussitôt que le porte-outil choisi a été amené sous la broche maîtresse 5, le boîtier 13 descend, la pièce d'arrêt 28 est libérée de la butée fixe 21 et l'élément 29 de mise en mouvement tire le porte- -outil 31 contre la broche maîtresse 5, de telle sorte que l'accouplement est complet. Grâce au ressort de commande 45, l'arbre cannelé 12 suit le boîtier 13 qui descend jusqu'à ce que le doigt de positionnement 42 s'encliquette dans le cran diviseur 41. Sur l'arbre moteur 49 du moteur à courant con- tinu 4 est montée une roue 50 pour courroie dentée, autour de laquelle la courroie dentée 10 ainsi qu'une courroie dentée 51 sont menées. La courroie dentée 51 est renvoyée sur une roue 52 pour courroie dentée, qui est montée en rotation sur une broche filetée 53 et qui peut être entraînée par l'intermédiaire d'un accouplement débrayable 55 constitué par un embrayage électromagnétique 54. La broche filetée 53 est montée rotative dans la tête 2 dans un palier fixe 56, mais bloquée axialement. Elle traverse un écrou 57 maintenu dans un palier 58 du bâti 1. Lorsque la broche.filetée 53 est mise en mouvement par l'intermédiaire de l'accouplement débrayable 55 et que tourne le moteur 4, cette broche filetée 53 se déplace alors vers le haut ou vers le bas sur le bâti 1 en fonction du sens de rotation de la tête 2. On obtient ainsi égaleoent le réglage de base de la tête 2 par rapport à la table 3. Dans la représentation de la figure 3, la machi- ne-outil est une perceuse à révolver. Les mêmes numéros de référence ont été affectés aux parties correspondantes de celles qui sont décrites dans le mode de réalisation de la figure 2 o la machine est un centre d'usinage. La broche maîtresse 5 est ici directement conformée en arbre cannelé 12 et elle porte les roues d'entraînement 11 et 14, celles- -ci étant constituées en roue dentée 17 qui peut entraîner la roué dentée 39 montée sur l'arbre 38 et entraîner ainsi la tourelle 8 de transport d'outils constituant révolver. A l'une des extrémités de l'arbre cannelé 12 se trouve un organe spécial d'accouplement 59, qui comporte d'un côté une pièce d'accouplement 26 et de l'autre côté une pièce d'accouplement 60 pour l'accouplement avec la roue d'en- traînement 14. Dans ce cas, le porte-outil 31 est constitué par un porte-broche d'outil ayant son propre mécanisme 61. Le porte-broche est mû axialement par un dispositif d'avance 6, ce pour quoi il est guidé dans une douille 62 ménagée dans la tourelle 8. La pièce d'accouplement 59 peut- coulisser axialement avec la broche maîtresse 5 au moyen d'un organe hydraulique 63 disposé dans le boîtier 13 qui reçoit, comme dans le cas précédent, l'écrou d'avance 24. Pour l'indexation de la tourelle 8, un doigt 64 faisant partie d'un autre organe hydraulique 65 pénètre dans le cran diviseur 41 qui se trouve sur le pourtour 36 du révolver. Les organes hydrauliques 63, 65 peuvent être commandés, comme il est représenté, simultanément par un robinet de commande 66. Dans ce mode de réalisation, l'ac- couplement débrayable 55 se trouve sur l'arbre moteur 49 du moteur à courant continu 4 qui, dans le mode de réalisa- tion décrit, est un servo-moteur à courant continu de puis- sance maximale par exemple de l'ordre de 7,5 à 15 KW et ayant une vitesse maximale de rotation de 2800 tr/min. De tels types de moteurs multipolaires à champ magnétique par aimant permanent ont un couple de rotation quasiment constant sur un domaine de vitesses de rotation exception- nellement large, la constante-thermique est de plus de 100 minutes et l'armature lourdement chargée en métal ferreux peut supporter la chaleur qui se dégage lorsque des couples de pointe plus élevés que le couple nominal se prolongent anormalement. C'est pourquoi le moteur peut n'être conçu que pour la valeur moitié de la puissance maximale. Les deux roues pour courroie dentée 50 et 67 sont montées tournantes sur l'arbre moteur 49 et peuvent être entraînées ensemble par le moyen d'une douille 68 calée en rotation sur l'arbre moteur 49 et pouvant être accouplée en fonction de sa position axiale d'une part avec la roue pour courroie dentée et d'autre part avec la roue 67 pour courroie dentée. L'élément tournant 9,qui est constitué comme à la figure 2,n'est pas représenté à nouveau sur la figure 3. A la figure 3 c'est la position de travail qui est représentée. La tête 2 est réglée à bonne hauteur par rapport à la table 3 grâce à l'élément tournant 9, la douille 68 est montée vers le haut, de sorte que le disque 67 pour courroie dentée est calé en rotation avec l'arbre moteur 49 du moteur à courant continu 4. Le dispositif d'avance 6 déplace vers le bas à la fois et ensemble le boîtier 13, la broche maîtresse 5 par l'intermédiaire de l'élément d'entraînement 29 et le-porte-broche, de façon à procéder à l'usinage de la pièce alors montée sur la table 3 et non représenté. Ensuite, le porte-outil 31 et la broche maîtresse 5 sont mis en position de retrait au moyen du dispositif d'avance 6. Dans une position extrême définie, la broche maîtresse 5,avec l'organe d'accouplement 59, est à nouveau déplacée vers le haut au moyen de l'organe hydraulique 63, si bien que l'accouplement entre la broche maîtresse 5 et le porte-outil 31 est débrayé et finalement la pièce d'accouplement 60 pénètre dans la roue d'entraîne- ment 14 de telle sorte que la tourelle 8 est maintenant entraînée par l'intermédiaire de la paire de roues dentées 17 et 39. En même temps que l'organe hydraulique 63, l'or- gane hydraulique 65 est également actionné, de sorte que le doigt de positionnement 64 est déplacé en retrait et que le positionnement d'indexation est interrompu. Pour amener un nouveau porte-outil 31 en position alignée avec la bro- che maîtresse 5, l'organe d'accouplement 59 est alors déplacé vers le bas au moyen de l'organe hydraulique 63; l'accouplement entre la broche maîtresse 5 et le porte- -outil 31 est réalisé et le dispositif de changement d'ou- til 7 est désaccouplé. L'organe hydraulique 65 a réintro- duit le doigt de positionnement 64 dans le cran d'indexation 41. REVENDICATIONS 1. Machine-outil comportant une table, un bâti et une tête guidée sur le bâti, mobile par rapport à la table, sur laquelle sont montés une broche maîtresse, un moteur à courant continu à vitesse réglable entraînant la broche maîtresse et un dispositif de changement d'outil, qui com- porte une tourelle au moyen de laquelle des porte-outil peuvent être amenés en affleurement sous la broche maîtresse en position dans-laquelle le porte-outil et la broche maî- tresse sont accouplables, caractériseëen ce qu'elle comporte une pièce tournante (9) qui entraîne la tête (2) en mouve- ment relatif par rapport à la table (3) et au bâti (1) et la pièce tournante (9) est liée par une courroie dentée ou autre au moteur à courant continu qui entraîne la broche maîtresse (5), et il est prévu un accouplement débrayable provoquant l'entraînement de la pièce tournante (9). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce tournante (9) est une broche filetée autobloquante (53) montée tournante et bloquée axialement dans la tête (2) et guidée en traversée par un écrou (57) monté sur le bâti (1). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une roue pour courroie dentée ou autre est montée tournante sur la broche filetée (53) et l'accouplement. débrayable, constitué par un accouplement électromagnétique, est monté entre cette roue (52) pour courroie dentée et la broche filetée (53). 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accouplement débrayable (55) est monté sur l'ar- bre moteur (49) du moteur à courant continu (4) et sert à transmettre au choix le couple de rotation à la broche maitresse (5) ou à la broche filetée (53) (fig. 3). 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur à courant continu (4) est un servo-moteur à aimant permanent. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur à courant continu est réglable non seule- ment en vitesse de rotation, mais également en position il angulaire de l'arbre moteur (49) en position de repos. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que par l'interposition d'accouplements débrayables (18, 48, 55), le moteur à courant continu (4) entraîne non seulement la broche maîtresse (5) et la pièce tournante (9) pour la tête (2), mais également la tourelle (8) du dispo- sitif (7) d'échange d'outils. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'un des accouplements débrayables (18) est monté sur un arbre cannelé (12), qui comporte un doigt de posi- tionnement (42) pouvant pénétrer dans un cran diviseur (41) de la tourelle (8) et comporte un collet (43) et avec lequel peut engrener un disque d'entraînement (44) lié à la broche maîtresse (5), un avancement de la tourelle (8) n'étant possible que lorsque la broche maîtresse (5) est en position de départ. 9. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que sur la broche maîtresse (5) est montée bloquée en rotation une roue dentée ([9) dans laquelle engrène une roue dentée (17) montée avec jeu sur l'arbre cannelé (12) et accouplable avec celui-ci au moyen d'un accouplement débraya- ble (18). 10. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'arbre cannelé (12) est monté guidé en coulisse- ment axial libre sur une roue motrice (11) bloquée axiale- ment liée au moteur à courant continu (4) par l'intermé- diaire d'une courroie dentée (10) ou autre moyen. 11. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que les roues dentées (17 et 19) sont disposées dans un boîtier (13) pouvant coulisser axialement au moyen d'un mécanisme d'avance (6). 12. Machine selon les revendications 7, 9 et 10 combinées, caractérisée en ce que l'arbre cannelé (12) reçoit une autre roue dentée (16) montée libre en rotation, qui engrène avec une roue dentée (39) montée sur un arbre (38) lié à la tourelle (8) et qui peut être bloquée en rotation avec l'arbre cannelé (12) au moyen d'un accouple- ment débrayable (48). 13. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un indicateur de position (46) d'orientation de la broche entrainé par la broche maitresse (5) au moyen d'un mécanisme de mesure et un indicateur de position (40) de la tourelle (8) est monté sur l'arbre (38) de cette roue (fig. 2). 14. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que, pour constituer un accouplement débrayable (18), un organe d'accouplement (59) est lié à la broche maitresse (5) et comporte deux éléments (26, 60) pouvant être respec- tivement associés par coulissement de la broche maîtresse (5), l'un (26) avec un élément d'accouplement (32) d'un porte-outil (31) et l'autre (60) avec une roue d'entraîne- ment (14) montée sur la broche maitresse (5), ladite broche maîtresse (5) étant réalisée comme arbre cannelé (12) traversant une roue d'entraînement (11I) comportant des cannelures en concordance et liée au moteur électrique (4) à courant continu et la roue d'entrainement (14) est une roue dentée (17), qui engrène avec une roue dentée (39) liée à la tourelle (8). 15. Machine selon la revendication 14, caractéri- sée en ce que la broche maîtresse (5) avec l'organe d'accouplement (59) peut coulisser axialement grâce à un organe hydraulique (63) monté dans un boitier (13), qui peut coulisser axialement au moyen d'un dispositif d'avance (6) constitué par un écrou (24) fixé dans le boîtier (13) et une vis d'avance (23) entrainée par un moteur à courant continu (22). 16. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15, caractérisée en ce qu'au moins l'un des moteurs à courant continu (4, 22) est un moteur à commande numérique.