Brevet FR2509208A1 — publié le 19830114

L'invention concerne un procédé pour l'échange des pièces à usiner avec des machines de production de copeaux à grande vitesse, en particulier des tours à grande vitesse dans lesquels la pièce à usiner se trouve sous tension entre la pointe principale d'un arbre princi- pal actionné par moteur et la pointe de contre-poupée d'un fourreau de contre-poupée La machine d'usinage pour mettre en oeuvre ce procédé est en particulier un tour selon lequel la pièce à usiner est montée entre pointes, et comporte un arbre principal présentant une pointe principale et qu'on peut accoupler à la pièce à usiner selon le couple de rotation, et qui peut être commandé par un moteur de com- mande adapté en puissance à la valeur de la puissance de production de copeaux, le tour comportant également un fourreau de contre-poupée présentant une pointe de contre- poupée. Pour augmenter la productivité on a essayé cons- tamment d'accroître la puissance de production de copeaux des machines d'usinage de production de copeaux, en particu- lier des tours Un accroissement de la puissance de produc- tion de copeaux est réalisable par exemple en accroissant la vitesse d'usinage, c'est-à-dire en augmentant le nombre de tours de l'arbre et en accroissant la puissance de com- mande, tout en introduisant en même temps des outils de valeur élevée comme par exemple des outils en céramique. Si on accroît sensiblement le nombre de tours de l'arbre, par exemple à 10 000 tours/minute ou même à 000 tours/minute, on améliore certes la puissance de production de copeaux de la machine d'usinage, de façon substantielle, mais cette amélioration n'agit pas en tota- litéacar le rapport entre le temps de production de copeaux, c'est-à-dire l'usinage actif des pièces et le temps de pré- paration, c'est-à-dire le temps nécessaire pour serrer et desserrer la pièce à usinerse détériore sensiblement. Cette détérioration n'est pas causée seulement par le fait que l'acte de production de copeaux en lui-même va plus vite mais encore parce que la puissance de commande accrue maintenant nécessaire pour l'arbre principal requiert l'em- ploi d'un moteur plus important qui possède des masses rota- tives plus grandes Le freinage et la réaccélération de ce moteur de commande important non seulement n'ont lieu qu'avec une certaine inertie, mais nécessitent en outre une puissance relative élevée. Le problème qui est à la base de l'invention est de créer un procédé pour l'échange des pièces à usiner dans des machines d'usinage à grande vitesse pour produire des copeaux ainsi que de produire une machine produisant des copeaux, de telle manière que le rapport entre le temps de production de copeaux et le temps de préparation soit amé- lioré de façon décisive eten outreque l'usure de la machine d'usinage soit diminuée. Pour résoudre ce problème, le procédé selon la présente invention est caractérisé par la réalisation'd'un échange volant de pièces à usiner tout en continuant la marche de l'arbre principal, du fait qu'on accélère la pièce à usiner, désaccouplée par couple de rotation de l'arbre prin- cipal, par l'intermédiaire du fourreau de contre-poupée couplé à la pièce en couple de rotation, depuis une valeur nulle de nombre de tours à une valeur coïncidant au moins approximativement avec le nombre de tours de l'arbre prin- cipal, la pièce à usiner étant alors couplée par couple de rotation à l'arbre principal après avoir atteint ce nombre de tours. Pour résoudre ce problème également, le tour est caractérisé en ce que le fourreau de contre-poupée est monté dans la contre-poupée de façon à pouvoir se déplacer axialement sous l'action d'un dispositif de commande en contact avec lui dans le sens axial, comporte une pointe de contrepoupée munie d'un dispositif du type taquet pouvant être couplé par couple de rotation à la pièce à usiner, et peut être entraîné par un deuxième moteur de commande réglable ou commandable en nombre de tours de la valeur nulle à un nombre de tours très élevé, et en ce que la pointe principale est montée de façon à pouvoir tourner dans l'arbre principal et à se déplacer intérieurement et axialement contre la force d'un dispositif à ressort, séparément d'un dispositif taquet relié rigidement à l'arbre principal pour réaliser l'accouplement par couple de rotation de la pièce à usiner. D'autres formes de réalisation avantageuses et d'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- tion apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre donnée à titre d'exemple de formes de réalisation. A la lumière des dessins partiellement schémati- ques sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale d'un tour à grande vitesse selon la présente invention; la figure 2 est un détail agrandi de cette machine en représentation partiellement en coupe; et les figures 3 et 4 montrent une portion de la figure 2 à différents moments de l'échange des pièces à usiner. Le tour à puissance élevée représenté à la figure 1 est constitué essentiellement d'une table pour outils 15, d'un arbre principal 1, d'un fourreau de contre-poupée 3 ainsi que d'outils de production de copeaux 12. La table de travail 15 sert au montage d'un sup- port d'arbre principal 16 et d'une contre-poupée 2 qui peut se déplacer axialement par rapport à celui-ci et qui sont à une certaine distance l'un de l'autre Dans le support d'arbre principal 16 l'arbre principal 1 est d'une part monté de façon à pouvoir tourner et,d'autre partil est fixé à un moteur de commande 14 de forte puissance pour effectuer la commande de l'arbre principal et dont la puis- sance de commande correspond à la valeur de la puissance requise de production de copeaux. Le fourreau de contre-poupée 3 est monté de façon à pouvoir tourner dans la contre-poupée 2 En outre, un deuxième moteur de commande 6 est encore fixé à la contre-poupée et il présente une puissance faible par comparaison avec le premier moteur de commande 14, et grâce à laquelle le fourreau de contre-poupée 3 peut être entraîné, comme expliqué plus en détail ci-après. La pièce à usiner 9 pour produire des copeaux est montée dans les pointes, à savoir à une extrémité sur la pointe principale 7 de l'arbre principal 1 et à l'autre extrémité sur la pointe de contre-poupée 5 du fourreau de contre-poupée 3 Le montage de la pièce à usiner dans des pointes apparaît tout d'abord inhabituel étant donné ces nombres de tours élevés C'est cependant un montage précis et très fiable L'emploi de dispositifs de serrage par mandrin ou éléments analogues n'est pratiquement pas possi- ble à cause des forces centrifuges produites avec les nom- bres de tours d'arbre élevés recherchés. Dans l'exemple de réalisation on prévoit deux sup- ports d'outils 12 déplaçables horizontalement et verticale- ment ainsi que pouvant tourner autour de leur axe longitu- dinal horizontall des outils de coupe 17, par exemple respec- tivement plusieurs outils de coupey sont fixés. Pour mettre en oeuvre de façon optimale le tour à haute puissanceon réalise chaque fois un échange volant de pièces à usiner L'arbre principal 11 commandé par le moteur 14 tourne ainsi lors de l'échange des pièces à usiner, c'est-à-dire que lors de l'introduction de la pièce à usiner 9 dans la machine et lors de la sortie de la pièce usinée hors de la machine il tourne avec toute sa vitesse Dans ce buton prévoit d'une part le deuxième moteur de commande 6 et.d'autre part on conforme et on dispose de façon particu- lière d'une part la pointe principale 5 et l'arbre princi- pal 1 et,d'autre partla pointe de contre-poupée 5 et le fourreau de contre-poupée 3. La figure 2 représente des détails de la réalisa- tion de l'arbre principal et du fourreau de contre-poupée. Le fourreau de contre-poupée 3 est monté de façon à pouvoir tourner dans la contre-poupée 2 et peut également être déplacé axialement dans la contre-poupee 2 ou dans un chariot sous l'influence d'un dispositif de commande 4 en forme de cylindre hydraulique moteur qui est en contact avec lui dans le sens axial La pointe de contre- poupée 5 du fourreau de contre-poupée 3 est munie d'un dis- positif taquet par l'intermédiaire duquel la pointe de contre-poupée ou le fourreau de contre-poupée 3 peuvent être couplés en couple de rotation avec la pièce à usiner 9. Ce dispositif taquet peut être conformé à la manière d'un embrayage à griffes ou analogue, selon lequel des entailles, des rainures ou analogues se trouvant à l'avant de la pièce à usiner 9 et s'étendant au moins approximativement radiale- ment, s'engagent sur des parties saillantes correspondantes se trouvant sur le côté avant du fourreau de contre-poupée. Au contraire-du fourreau de contre-poupée 3,on sépare entièrement l'un de l'autre au point de vue fonction une pointe principale 7 et un dispositif taquet 8 du côté de l'arbre principal 1 Tandis que le dispositif taquet 8 peut être conformé de la même manière ou à peu près que le dispositif taquet correspondant du fourreau de contre- poupée 3, et relié rigidement à l'arbre principal 1, la pointe principale 7 est montée indépendamment de ceci _ de façon à tourner librement dans l'arbre principal 1. Elle peut être introduite quelque peu axialement dans l'ar- bre principal 1 contre la force d'un dispositif à ressorts 13 L'échange de pièces à usiner a lieu de la façon suivante: On part du fait que l'arbre principal 1 est com- mandé à vitesse complète par le moteur de commande 14 et qu'aucune pièce à usiner 9 ne s'y trouve serrée La pièce à usiner est alors placée dans une position telle entre la pointe principale 7 et la pointe de contrepoupée, au moyen d'un dispositif de transport 10, par exemple un dispositif a poutre de levage qui passe par la machine dans la zone entre les deux pointes 1 et 5 dans un plan horizontal se trouvant en dessous de ces pointes et transversal par rapport à l'axe longitudinal des pointes, que l'axe longi- tudinal de la pièce d'ouvrage 9 est alignée avec les axes de l'arbre principal 1 et du fourreau de contre-poupée 3. Cette position est représentée à la figure 3 La pièce à usiner 9 tout d'abord ne se trouve en contact ni avec la pointe principale 7 tournant à cause du frottement avec l'arbre principal 1,ni avec la pointe de contrepoupée 5 se trouvant à l'arrêt Lors de l'actionnement du disposi- tif de commande 4,le fourreau de contre-poupée 3 qui ne tourne pas sort axialement, ce qui fait que tout d'abord la pointe de contre-poupée 5 pénètre dans un alésage de centrage de la pièce à usiner 9 se trouvant du côté avant et qu'en même temps un accouplement par couple de rotation est établi entre la pièce à usiner 9 d'une part et d'autre part le dispositiftaquet 18 de la pointe de contre-poupée Lors d'un mouvement axial ultérieur du fourreau de contre-poupée 3,la pièce à usiner est enfilée par son autre côté avant sur la pointe principale 7 qui de ce fait, reste fixe au cas o elle devrait tourner par suite de frottement avec l'arbre principal 1 Le fourreau de contre- poupée 3 est alors déplacé axialement à un point tel que la pièce à usiner 9 est certes poussée sur la pointe prin- cipale 7 de l'arbre principal, mais que cependant le dis- positif taquet 8 de l'arbre principal tournant de toute sa vitesse n'est pas encore parvenu à s'engager sur la pièce à usiner Cette position est représentée à la figure 4. Après avoir atteint cette positionle fourreau de contre-poupée 3 est accéléré par le second moteur de commande 6 réglable ou commandable en nombre de tours sans interruption, d'une valeur nulle à une valeur de nombre de tours correspondant au moins approximativement à celui de l'arbre principal 1, les outils 17 étant alors bien évidem- ment hors contact pendant cette période. Aussitôt que le nombre de tours de la pièce à usiner 9 correspond au moins approximativement au nombre de tours de l'arbre principal 1 entraînéà la vitesse du moteur de commande 14, ce qui est détecté par des dispositifs connus pour mesurer et comparer les nombres de tours, le fourreau de contre-poupée 3 est poussé axiale- ment plus avant dans l'arbre principal 1 au moyen du dispo- sitif de commande 4 jusqu'à ce que le dispositif taquet 8 soit couplé à la pièce à usiner 9 en force ou en couple de rotation, ce qui fait que l'échange proprement dit des pièces à usiner est terminé et que l'usinage de production de copeaux sur la pièce peut commencer. Le deuxième moteur de commande 6 qui n'a que par exemple 2 à 5 % de la puissance de la machine principale de commande 14 pourrait en principe continuer à tourner pendant le processus d'usinage ou tourner également librement en marche folle Il est cependant plus avantageux de séparer de la pièce à usiner 9 le deuxième moteur de commande 6 au point de vue couple de rotation, de même que la pièce à usiner a été couplée en couple de rotation avec l'arbre principal 1 Dans l'exemple de réalisation on intercale dans ce but un dispositif de rotation libre 11 entre le fourreau de contre-poupée et le deuxième moteur de commande 6 Le deuxième moteur de commande 6 est simplement mis en marche, comme indiqué déjà ci- dessus, à un nombre de tours qui se trouve légèrement en dessous du nombre de tours de l'arbre principal tournant 1 Cette différence de nombres de tours produit une séparation entre fourreau de contre- poupée et deuxième moteur de commande 6, lorsque la liaison en couple de rotation entre l'arbre principal 1 et la pièce à usiner 9 et ainsi également entre arbre de commande 1 et fourreau de contre-poupée 3 est établie Le deuxième moteur de commande 6 peut ensuite être à nouveau mis à l'arrêt. A la fin de l'usinage de production de copeaux sur la pièce à usiner 9,le prochain échange de pièces a lieu -La pièce usinée de façon finie est retirée et une nouvelle pièce à usiner est introduite Lors de l'enlèvement de la pièce usinée de façon finie,les étapes de procédé décrites ci-dessus ont lieu essentiellement de façon inversée Après retour des outils de coupe de produc- tion de copeaux 17,le fourreau de contre-poupée 3 est retiré par le dispositif de commande 4 à nouveau assez loin (vers la droite, figure 2), pour que la pièce à usiner déplacée axiale- ment dans la même direction sous l'influence du dispositif à ressort 13 soit séparée en couple de rotation du dispositif taquet 8 de l'arbre principal 1 Ensuitela pièce à usiner 9 est freinée par réduction du nombre de tours du deuxième moteur de commande 6 Enfin,le fourreau de contre-poupée 3 est sorti davantage et la pièce finie est rejetée sur le dispositif de transport 10. Au cas o le deuxième moteur de commande 6 est relié au fourreau de contre-poupée 3 par l'intermédiaire d'un dispositif de marche libre 11, celui-ci doit être muni d'un dispositif de blocage de marche libre commutable pour permettre un freinage du fourreau de contre-poupée. La présente invention permet non seulement l'em- ploi optimal d'une machine d'usinage à très grande vitesse par l'échange de pièces à usiner qui doit être effectué très rapidement, mais encore la réduction sensible de l'usure de la commande principale présentant des masses rotatives relativement importantes et quidans les machines d'usinage classiques doit être freinée constamment et à nouveau accélérée. REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'échange de pièces à usiner dans des machines d'usinage à grande vitesse de production de copeaux, en particulier des tours à grande vitesse, dans lesquels la pièce à usiner se trouve tendue entre la pointe principale d'un arbre principal commandé par moteur et la pointe de contre-poupée d'un fourreau de contre- poupée, caractérisé par la réalisation d'un échange volant de pièces à usiner pendant que l'arbre principal ( 1) continue à tourner, du fait que la pièce à usiner( 9), désaccouplée en couple de rotation de l'arbre principal ( 1) est accélérée par le fourreau de contre-poupée ( 3), couplé à cette pièce par couple de rotation, d'une valeur nulle à une valeur de nombres de tours correspondant au moins approximativement à celle de l'arbre principal, et est couplée à l'arbre prin- cipal ( 1) après obtention par couple de rotation de ce nom- bre de tours. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un deuxième moteur de commande ( 6) est séparé en couple de rotation de la pièce à usiner ( 9) et en ce que la pièce à usiner ( 9) est couplée par couple de rotation à l'arbre principal ( 1). 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'échange des pièces à usiner a lieu auto- matiquement du fait que la pièce à usiner ( 9) est alignée sur un dispositif de transport ( 10),passant par la machine d'usinage dans une position axialement parallèle par rap- port à l'axe de l'arbre principal et du fourreau de contre- poupée, se trouve sous tension entre la pointe principale ( 1) et la pointe de contre-poupée ( 5) et est couplée par couple de rotation avec le fourreau de contre-poupée ( 3). 4 Machine d'usinage produisant des copeaux, en particulier tour pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications l'à 3, o la pièce à usiner est montée entre pointes, et comporte un arbre principal présentant une pointe principale et pouvant être couplé à la pièce à usiner par couple de rotation, l'arbre principal pouvant être commandé par un moteur de commande correspon- dant en puissance à la valeur de la puissance de production de copeaux, ainsi qu'un fourreau de contre-poupée présentant une pointe de contrepoupée, machine caractérisée en ce que le fourreau de contre-poupée ( 3) est monté dans la contre- poupée ( 2) de manière à pouvoir se déplacer axialement sous l'action d'un dispositif de commande ( 4) qui le contacte dans la direction axiale, présente une pointe de contre- poupée ( 5) munie d'un dispositif-taquet qu'on peut coupler par couple de rotation à la pièce à usiner ( 9), et peut être commandé par un deuxième moteur de commande ( 6) régla- ble ou commandable en nombres de tours d'une valeur nulle à un nombre de tours le plus élevé, et en ce que la pointe principale ( 7) est montée de façon à pouvoir tourner dans l'arbre principal ( 1) et à pouvoir se déplacer intérieure- ment axialement contre la force d'un dispositif à r:essort ( 13), séparément d'un dispositif taquet ( 8) relié rigide- ment à l'arbre principal ( 1) et destiné à l'accouplement par couple de rotation de la pièce à usiner ( 9). 5 Machine d'usinage produisant des copeaux selon la revendication ( 4), caractérisée en ce que la puis- sance du deuxième moteur de commande ( 6) n'est pas prévue au moins essentiellement plus importante qu'il n'est néces- saire pour accélérer sans interruption d'une valeur nulle à la valeur du nombre de tours de l'arbre principal ( 1) la pièce à usiner ( 9) ne se trouvant pas en contact de production de-copeaux et pour la freiner à une valeur nulle lors de son enlèvement à partir du nombre de tours de l'arbre principal ( 1). 6 Machine d'usinage de production de copeaux selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le deuxième moteur de commande ( 6) peut être séparé du four- reau de contre-poupée ( 3) après accouplement par couple de rotation de la pièce à usiner ( 9) avec l'arbre principal ( 1). 7 Machine d'usinage de production de copeaux selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'on intercale un dispositif de marche libre ( 11) entre le fourreau de contre-poupée ( 3) et le deuxième moteur de commande ( 6). 8 Machine d'usinage de production de copeaux selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dispo- sitif de marche libre ( 11) est muni d'un dispositif de verrouillage de marche libre commutable. 9 Machine d'usinage de production de copeaux selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de transport ( 10) passant par la machine, dans la zone se trouvant entre les deux pointes ( 1, 5), dans un plan horizontal en dessous des pointes transversalement par rapport à l'axe longitudinal des pointes ( 1, 5), ce dispositif de transport permettant de mettre automatiquement la pièce à usiner ( 9), éventuelle- ment en y intercalant un dispositif de levage dans une position axiale par rapport aux pointes principale et de contre-poupée ( 7, 5).