Brevet FR2497129A1 — publié le 19820702

I Installation automatique pour le matriçage àa chaud et l'ébavurage de pièces métalliques Actuellement, le matriçage des pièces métalliques au moyen de presses mécaniques est effectué suivant un processus manuel, selon lequel un opérateur préposé à la presse prélève a l'aide de tenailles appropriées l'ébauche ou pièce brute provenant du four et chauffée à une température convenable (ô- 1200 -;- 1250"C), la positionne ensuite par rapport à la partie fixe de la matrice, au niveau de la première station de celle-ci, et active enfin la presse pour le préformage de la pièce, Successivement, le coulisseau de la presse se soulève et le même opérateur, toujours à l'aide de tenailles appropriées, saisit la pièce préformée et la passe dans la deuxième station de la matrice et répète l'opération de fer- meture de la presse, après quoi, le formage définitif de la pièce est généralement obtenu dans une troisième et dernière station de la matrice. A la troisième ouverture de la presse, la pièce est prélevée manuellement et acheminée vers le poste d'ébavurage à l'aide d'un transporteur approprié. Tous les trois actionnements de la presse, c'est-à-dire à la fin de chaque cycle de matriçage, l'opérateur actionne une commande à pédale qui active un dispositif doté d'un ou plu- sieurs tuyaux de soufflage qui émet un mélange d'eau et de graphite pour le nettoyage, la lubrification et le refroidis- sement partiel de la matrice; à la suite de quoi la machine est prête pour le cycle successif, Les différentes phases du cycle manuel présentent toutefois des inconvénients évidents, tels que: - Radiations thermiques engendrées par la température de la pièce usinée, radiations qui atteignent l'opérateur même si celui-ci travaille à une certaine distance, consentie par la longueur des pinces. - Vibrations auxquelles est soirmis l'opérateur. - Fatigue de l'opérateur et problèmes ergonomiques se rappor- tant en particulier au milieu de travail, Bruit engendré par les digf&entes operat-ins qui atteint constaiment l'opérateur. - Pollution du milieu ambLanr aéd par l usire scories et les vapeurs engendrées par: vapotîao du dL i- quide utilisé pour le nettoyage de la *uaî-ie., - Dangereusité intrinsèque du système cdif-enant les ff - rentes opérations d'actionnement des pdailes et de manipula- tion de la piece. Le but principal de l'invention est celui de reaiser une installatiot- de atriçage totalement auteatiqu-e dans laquel- le le cycle répétitif des diffúretas opératios Est effectu par des autcmatismes ou 'robots;" ui permettequ d'i iminer totalemtnt lJutilisation de 1:el.îment humainB à part l'emploi d'un opérateur spéecialisé préposé au contrôle d'une centrale électronique à partir de laquelle sont enjvoyees les impulsions nécessaires pour la commande automatique du cycle d'usinage. Ce but est atteint par l'installation automatique selon la présente invention, dont une des caractéristiques principales réside dans le fait que les différentes phases qui constituent le cycle d'usinage sont effectuées par des unités mécaniques pilotées par des microprocesseurs électroniques convenablement programmés. plus spécifiquement, l'installation automatique selon la présente invention est caractérisée par le fait que la presse est servie par quatre automatismes ou "robots" situés chacun 24971V sur un c8té de la machine et fonctionnant d'une manière séquentielle de manière à accomplir toutes les opérations qui, dans la technique connue sont effectuées par des opé- rateurs humains. Une autre caractéristique de l'installation selon la présen- te invention réside dans le fait que deux des robots juxta- posés sont des robots opérateurs qui travaillent en synchro- nisation, sont interdépendants et assurent le transfert de la pièce de l'une à l'autre des stations suivant lesquelles est réalisé le cycle de matriçage, tandis que les deux autres robots, ou robots d'asservissement, sont disposés au droit des deux premiers et programmés de manière à assurer: l'un le prélèvement de l'ébauche ou pièce brute provenant du four et son positionnement successif sur le bloc fixe de la matrice, et l'autre de prélèvement de la pièce matricée et soulevée, du bloc de la matrice et son transfert successif entre les matrices de la machine à ébavurer, après quoi, une fois éba- vurée, la pièce est dirigée vers les postes de traitement thermique. Ce robot assure d'autre part l'enlèvement du maté- riau excédentaire provenant de l'ébavurage pour le décharger sur une bande transporteuse. Une autre caractéristique de l'installation selon la présente invention réside dans le fait que chacun des deux robots préposés, l'un au prélèvement de l'ébauche et l'autre au transfert de la pièce matricée vers la machine à ébavurer, sont dotés d'une paire de bras opposés à 180- l'un par rap- port à l'autre, et pourvus de pinces terminales activées pneumatiquement, pouvant être actionnés suivant un mouvement rotatoire alternatif autour de leur axe vertical sur un angle de 180', tandis que les deux robots opérationnels qui suivent la pièce pendant les différentes phases de matriçage sont pourvus d'un bras unique doté d'une pince terminale et sont en mesure d'effectuer des mouvements alternatifs sur le plan vertical. Tous les robots sont en mesure d'effectuer des mouvements de translation d'une ampleur programmée, par rapport à des colonnes à axe horizontal, parallèles au plan vertical frontal de la presse. Une autre caractéristique de l'installation réside dans le fait que les blocs supérieur et inférieur de la matrice sur les surfaces opposées desquels a été réalisée en négatif l'empreinte de la pièce à matricer présentent, suivant les axes des figures, c'est-à-dire sur les côtés tournés vers les robots opérateurs, des cavités symétriquement juxtapo- sées destinées à contenir l'extrémité des pinces terminales des bras de ces mêmes robots. Une autre caractéristique de l'installation selon la présente invention réside dans la structure du bîîti de la presse qui, pour permettre l'accès et les manoeuvres des quatre robots, est ouverte sur ses quatre côtées. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement de la description qui va suivre donnée ici à titre d'exemple en regard des dessins schématiques annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective montrant les parties essentielles de l'installation; la figure 2 est une vue en plan de dessus de la partie in- férieure de la matrice, qui est à peu près identique à la partie supérieure; la figure 3 est une-vue en coupe transversale des organes représentés sur la figure 2, suivant la ligne III-III de cette même figure 2; la figure 4 est une vue du bâti de la presse à une échelle réduite et suivant une coupe transversale pratiquée à la hauteur de la matrice. Conformément à la figure 1, l'installation comprend un bâti pour un coulisseau de presse Sa. Ce bâti comprend quatre colonnes montantes 34, 35, 36, 37 (fig. 4) qui délimitent deux paires d'ouvertures symétriques, respectivement 32, 32a et 33, 33a permettant l'entrée et la manoeuvre des bras des deux paires de robots. Les deux robots indiqués avec 23, 26 sont dotés de bras uniques respectivement 24 et 27, se terminant par des pinces 24a, 27a qui stationnent dans l'une ou l'autre cavité 29 ou 30, ou bien 31, comme on va le décrire plus loin. Ces robots 23, 26 sont mobiles, suivant un mouvement pas à pas, dans les deux sens indiqués par les flèches, sur des colonnes parallèles à axes horizontaux, respectivement 25 et 28, tandis que leur bras 24, 27 sont mobiles dans les deux sens sur le plan ver- tical. Les robots 13, 17 sont disposés au carré par rapport aux ro- botE 23, 26 et sont dotés chacun d'une paire de bras, res- pectivement 14, 15 et 18,19. Chacun de ces robots est mobile sur des colonnes à axes horizontaux 16, 20 et peut décrire un mouvement de rotation alterné sur un arc de cercle de 1800. D'autre part, les paires de bras, respectivement 14, 15 et 18, 19 des deux robots 13, 17 sont télescopiques, de sorte qu'ils peuvent s'allonger ou se rétracter pour assurer les fonctions qui vont être décrites ci-après. Sur un côté de la presse, au-delà d'un des robots dotés de mouvement angulaire (dans le cas représenté celui qui est indiqué avec 13), un transporteur 12 alimente en succession cadencée des ébauches ou billettes métalliques 2 chauffées à une température appropriée et provenant, à travers la rampe 11, du four à induction 9 dans lequel elles sont préalablement introduites par un dispositif d'alimentation approprié. Au-delà du robot 17, et à une distance convenable de celui- ci est installée une presse à ébavurer 6 dotée d'une matrice 21 en deux parties au niveau de laquelle viennent manoeuvrer les bras 18, 19 de ce même robot 17. Etant donné que les deux paires de robots sont prograimmées de manière à accomplir une série de mouvements et d'opérations séquentielles, qui font partie du cycle d'usinage, les deux robots 23, 26 se déplacent en synchronisation de sorte que les deux unités accomplissent le même mouvement et les mêmes opérations d'une manière que l'on pourrait définir "en miroir". Comme on l'a déjà expliqué, les deux robots 13 et 17 sont destinés: le robot 13 à prélever les ébauchnes A sur le transporteur 12 et à les déposer sur la partie S de la matrice, et le robot i? à prélever la pièce qui sort de la dernière station de 1 matrice pour la déposer entre les matrices 21 de la machine à ébavurer 6. A cat effet, les bras i4, 15l du robot 13 et les bras 18. 19 du robot 17 sont reliés à des dispositifs hydrauliques et/ou pneumatiques qui leur impri- men.t des mouvements télescopiques, D'autre parti tarnt donncé que toutes les parities cinématiques de l'installation sont assujetties % des disrositiLs de con- trle et de sécurité à intervention automatiqoue, aptes à in- terrompre le cycle d'usinage à n'importe qile! moment de son déroulement au cas o il se preduirait une anomalie quelcon- que, le onctionDement de 1 ix3ai.--ation est le suivant: L'ébauche A provenant du four 9 arrive sur le transporteur à chalne 12 Brui est doté8 de détecteurs de présence et de tem- pnératur de l'bauche A, laquelle, si sa température est sa- tisfaisante, vient s'arrêter contre un dispositif de butée. Ce dispositif d'arrêt est par contre neutralisé si la tempé- rature de l'bauche n'est pas celle prévue, ou bien au cas ou il se produirait une anomalie quelconque et imprévisible sur tout úe reste de l'installation, dans lequel cas l'ébau- che ou billette sera écartee. Pendant le déroulement normal d'un cycle d'usinage, la pince terminale du bras 14 (ou bien 15), qui stationne en position ouverte et soulevée sur la billette A, recoit un ordre sé- quentiel suivant lequel le support commun aux deux bras 14, s'abaisse, à la suite de quoi la pince se referme sur la billette A et se soulève. Le robot 13 pivote ensuite de 1800 et amène la billette A en face de l'ouverture 33 de la presse. 249712' Simultanément, le vérin pneumatique du bras 14 et le vérin hydraulique du robot 13 avancent à l'intérieur de l'ouverture 33 jusqu'à amener la billette A dans la position 29 (fig. 1) sur la partie 8 de la matrice, en l'y déposant. Dès que la pince terminale du bras 14 abandonne l'ébauche A, ce même bras se soulève et se rétracte en même temps que le robot 13. Le bras 15, qui entre-temps aura pris la position précédemment occupée par le bras 14, répètera séquentiellement, s'il en reçoit l'autorisation, les phases déjà décrites pour le bras 14. Le mouvement angulaire de 1800 du robot 13 est al- ternatif, de sorte que tous les mouvements angulaires de celui-ci (et ceci vaut également pour le robot 17) corres- pondent toujours à des phases actives de travail. Pendant cette phase de travail, les pinces 24a et 27a des robots 23, 26 stationnent ouvertes dans les cavités symé- triquement opposées, ménagées sur les deux parties de la matrice (figures 1 à 3). La rétraction du bras 14 ou bien 15 commande la descente du coulisseau Sa de la presse 5 en même temps que la partie mobile supérieure 7 de la matrice qui effectue la lère phase de l'opération de matriçage en aplatissant la billette (fig. 2-Ai). Ainsi qu'il est connu, le volume de la billette A est légèrement supérieur au volume de la cavité définie par les deux parties fermées de la matrice, de manière à obtenir une pièce présentant une bavure périmétrale 38 qui déborde de l'empreinte de la matrice et qui pénètre entre les extrémi- tés ouvertes des pinces 24a, 27a (fig. 2). Suivant une séquen- ce automatique, le coulisseau Sa se soulève, les pinces 24a et 27a se referment sur la bavure 38, tandis que les bras correspondants 24, 27 sont commandés à effectuer un mouvement de relevage dans le sens vertical. En succession immédiate, les deux robots 23 et 36 se déplacent d'un pas d'une ampleur suffisante pour amener la pièce semi-ouvrée au niveau de la 2ème station. Une fois dans cette position, les bras de ces mêmes robots 23 et 26 s'abaissent de manière à permettre à leurs pinces terminales de pénétrer dans la cavité 30 de la partie 8 du moule. Successivement, les pinces 24a et 27a s'ouvrent au- tomatiquement, tandis que le coulisseau Sa accomplit sa deuxième course de descente. Lorsque le coulisseau Sa remonte automatiquement, les robots 23 et 25, par l'intermédiaire de leurs bras respectifs, répètent le cycle déjà décrit, de sorte que la pièce semi-ouvrée est amenée dans la position indiquée avec A3 sur la figure 2. A ce stade, le coulisseau Sa de la presse effectue la troi- sième et dernière descente qui termine le cycle de matriçage. Lorsque le coulisseau Sa effectue sa course de remontée, les pinces 24a et 27a se soulèvent en même temps que la pièce A3 qu'elles emprisonnent, pendant que les extracteurs 39 se char- gent de démouler la pièce de la matrice. A la fin de cette phase, le bras 18, ou bien 19, du robot 17, stationnant devant l'ouverture 33a (fig. 4), étend télesco- piquement sa pince terminale de manière à saisir la bavure périphérique 38 de la pièce A3. Successivement, les pinces 24a et 27a s'ouvrent tandis que le bras 18 ou bien 19 du robot 17 se rétracte et que le robot se déplace en direction de la presse à ébavurer 6, en avançant par rapport à celle-ci d'une valeur suffisante pour permettre au bras qui retient la pièce matricée de déposer celle-ci, après avoir décrit un mouvement angulaire de 180e, entre les matrices 21 de la presse à éba- vurer 6. Successivement, les pinces terminales de ce même bras sont commandées en ouverture, à la suite de qui le cou- lisseau de la presse 6 descent et réalise l'ébavurage de la pièce précédemment matricée. La pièce matricée est ensuite déchargée automatiquement dans un conteneur par un mécanisme commandé par le coulisseau de la presse 6. A ce stade, le coulisseau de la presse 6 remonte, tandis que la pince terminale du bras 18 ou 19 se referme sur la bavure découpée et séparée de la pièce, se rétracte, et une fois arrivée au-dessus du transporteur 22 relache cette même bavure qui est ensuite évacuée par celui-ci. 249712V Le cycle qui vient d'être décrit est entièrement automatique et s'effectue dans un laps de temps très court, de l'ordre d'environ 6 secondes. Toutes les phases du cycle sont interdépendantes et pilotées par un ou plusieurs microprocesseurs qui, s'ils sont plusieurs, sont programmés eux aussi de manière à travailler en synchro- nisation. Le mouvement de chaque organe cinématique de l'installation est contrôlée par des détecteurs de proximité qui autorisent la phase cinématique successive uniquement lorsque la phase précédente s'est correctement terminée. Toute anomalie éventuelle de fonctionnement provoque l'arrêt immédiat du cycle d'usinage et, pour ce qui concerne tout particulièrement les robots 13, 17, ceux-ci sont programmés de manière à rétracter rapidement leurs bras respectifs de la zone d'évo- lution de la presse 5, laquelle reçoit l'autorisation d'ac- complir sa course de travail uniquement lorsque ce même mou- vement de rétraction a été effectué. Les bras des robots 24, 27 - appelés "robots opérateurs" dans ce sens qu'ils assurent le transfert répétitif et pas à pas de la pièce usinée sont dotés de conduits de lavage et de distribution de lubrifiant pour les cavités de la matrice. L'activation de ces conduits pourra avoir lieu non seulement automatiquement, mais également être effectuée ou prolongée par l'opérateur qui pourra intervenir avec une commande à distance pour interrompre temporairement le cycle automatique de l'installation. - 2497129 Revendications 1. Installation automatique pour le matriçage à chaud et l'ébavurage de pièces métalliques, comprenant une presse (5) à matricer, une presse (6) à ébavurer, quatre robots et des moyens de transfert (10,!i, 12, 22), cFractérisée par le fait que la presse (5) à matricer est ueprte pr- un bâti constitué pa-r quatre colonnes (34, 3S5, 36, 37) dispo- sées aux angles d'un quadrilatère de maniere a obtenir deux paires d'accès syseriqus t jutaos& 2 2a) et (33' - 32a), devant chaque accès étant monte un -bot (23 2- 13, 17), une pai daces robots (!3, 17) -'é t oirvu e d.e. bras norzontaux disposes sui ant des a3gles opposés de ', tnd1is que lPautre paire.23, 2r1 -:st Dourvue de bras hhorizontaux uniques {24, 27, t -ous ' de ces quatr:e robots étant dotes de pinces.i ilac i. Installation automatique selon -l re'6endication i, carac- térisée par Jle fait que les deu. robot-s (23', 26) dctés de bras uniques (24, 27) sont mobiles d'une zan anir.nchronsee, pas - pas et "en miroir', sur des!s= de colonizes parallè- les '%(:8 25 k xex hori2z.nta t'a--s ou i.rs bras peuvent effectuer des mouvements aliteratifs sr'n "s sur le Dlan vertical, 3 Ins allation automatiLque selon Les r. ve icatins i et 2, caractérisée par le -fait que, lor-scque les bra-s (24, 27) des deux robots (232, 26) atteignent la position d'abaissement maximum, les pinces (2-4a, 27a) de c.s mi.mes bras ne se- rétractent pas mais vont se loger dans des cavités (29, 30, 31) judicieuse- ment prévues sur les côtés opposés des deux parties de la matrice (5a) monrtée sur la presse en bloquant sur des points opposés la bavure (28) de la pièce usinée (Al)-pour- la soule- ver et la transférer d'une manière séquentielle de la première jusqu'à la dernière station de matriçage (Al, A2, A3....). 4. Installation automatique selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que les deux robots (13, 17) dotés chacun d'une paire de bras (14, 15 - 18, 19) effectuent des mouve- ments angulaires alternatifs sur un arc de cercle de 180' 249712S autour de leur axe vertical de manière à ce que chaque mouvement angulaire puisse correspondre à une phase de travail de l'un ou l'autre bras.