Brevet FR2507934A1 — publié le 19821224

L'invention se rapporte aux machines-outils comportant un support tel qu'un bélier coulissant, supportant une tête porte-broches pivotante, dont la rotation est commandée automatiquement, et qui doit être verrouillée de façon précise en au moins deux positions correspondant par exemple à une rotation de 1800 de la tête l'une de ces positions pou- vant être utilisée pour réaliser un changement automatique d'outil. Une tête de ce genre peut être monobroche ou multibroche et il est connu, notamment par le brevet US 3,238 615 de réaliser une tête pivotante selon un axe incliné à 450 par rapport au plan de travail horizontal de la table, munie d'une commande automatique de rotation par pignon et couronne et de moyens de verrouillage en deux posi- tions correspondant à une rotation de 1800 de la tête par l'introduction, sous commande hydraulique, d'un doigt porté par le support dans un logement de la tête pivotante et application de la tête pivotante contre son support (chariot ou bélier). La présente invention est relative à des perfectionnements permettant d'obtenir une précision accrue d'indexage avec des moyens de fabrication simples et sûrs. Conformément à l'invention, la tête pivote sur le support selon une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation ayant la forme d'un disque mobile plan solidaire de la tête glissant sur un disque fixe plan solidaire du support, le disque mobile solidaire de la tête étant entralné en rotation par des moyens assurant un centrage compor- tant un jeu prédéterminé; le disque fixe, solidaire du support est percé de deux alésages et le disque mobile, solidaire de la tête est percé d'au moins deux couples d'alésages, les deux alésages d'un tel couple ayant rigoureusement le même diamètre et la même distance entre eux que ceux des alésages du disque fixe ainsi que, dans les limites du jeu prédéterminé prévu, les mêmes distances au centre du disque que celles des alésages du disque fixe, et leurs positions sur le disque mobile se déduisant géométriquement de celles d'un autre couple par une rotation d'un angle prédéterminé autour du centre du disque; le support comporte des moyens pour l'introduction simultanée au travers des deux disques de deux bagues expansibles, de même diamètre (une fois expansées) que les alésages, et des moyens pour l'expansion desdites bagues, laquelle expansion rappelle les disques fixe et mobile en une position telle que les alésages de l'un des couples du disque mobiles prennent des positions rigoureusement coaxiales à celles des alésages du disque fixe, lesdites bagues expansibles étant montées mobiles selon leurs axes en face des alésages du support et des moyens étant prévus pour, à volonté, les introduire dans les alésages, et provoquer leur expansion ainsi que pour les retirer; des moyens sont prévus pour appliquer avec pression la tête pivotante contre le support après indexage. Ainsi, par la combinaison de la rotation sur disques plans perpendiculaires à l'axe de rotation avec un jeu de centrage et de l'indexa- tion par bagues expansibles introduites dans un couple d'alésages du disque mobile en correspondance rigoureuse (diamètre et distance) avec le couple d'alésage du disque fixe, on réalise une indexation rigoureuse en autant de positionsangulaires prédéterminées qu'il y a de couples d'alésages sur le disque mobile, sans qu'il soit nécessaire d'assurer, au stade de la fabrication, une précision rigoureuse autre que celle de l'égalité des diamètres et des distances séparant les alésages d'un même couple Selon l'invention les dispositions suivantes seront de préférence adoptées Les deux alésages du disque fixe ainsi que les alésages du disque mobile ont le même diamètre. Un alésage d'un couple d'alésages du disque mobile coïncide avec un alésage d'un autre couple d'alésages du disque mobile Les alésages du disque mobile étant situés sur certains au moins des sommets d'un polygone centré sur l'axe de rotation du disque mobile. Lorsque la rotation recherchée est de 180 Q, on adoptera de préfé- rence la disposition selon laquelle les alésages du disque fixe sont diamétra- lement opposés par rapport au centre de ce disque et le disque mobile comporte un seul couple d'alésages, lesquels sont diamétralement upposés par rapport au centre dudit disque. En effet, le perçage simultané de deux alésages dans deux disques superposés est une opération qui peut être réalisée de façon simple avec une grande précision, et la concordance de ces mêmes alésages après rotation de l'un des disques assure l'exactitude absolue à 1800 de cette rotation autour d'un axe de rotation situé à mi-distance des axes des deux alésages En prévoyant que la rotation des disques est effectuée par des moyens de centrage comportant un jeu prédéterminé suffisant, il n'est plus nécessaire de déterminer avec précision l'axe de rotation, et l'angle de 1800 est obtenu avec la rigueur maximale par la coïncidence des alésages des disques. L'invention vise également les dispositions ci-après a) Les bagues expansibles sont montées à l'extrémité des tiges de deux vérins hydrauliques montés dans le support concentriquement aux alésages d'indexage du disque fixe. b) Les bagues expansibles sont intérieurement tronconiques et montées sur des pièces tronconiques portées par les tiges des vérins, des moyens de butées étant prévus pour arrêter l'avance des bagues avant la fin de course des tiges des vérins portant les bagues. c) Les moyens de butées des bagues sont portés par une tige coulissant à travers les pistons des vérins et dont l'extrémité arrière porte un collier coagissant en fin de course avec une butée portée par le cylindre de vérin. d) Le diamètre extérieur des bagues expansibles libres (avant expansion) est calculé pour éviter tout frottement entre les bagues expansibles et les alésages d'indexage pendant-l'introduction des bagues dans les alésages, pour un écart maximum de concentricité des alésages correspondant aux écarts maximum de précision réalisés sur les pièces usi- nées. e) Les alésages des disques fixe et mobile portent des bagues cylindriques en acier trempé, destinées à recevoir les bagues expansibles. f) Les bagues expansibles sont des bagues munies de fentes longitudi- nales réalisées alternativement à partir de l'une et l'autre extrémité de la bague sur une longueur supérieure à la demi-longueur des bagues. g) Pour une rotation de 1800 les disques fixe et mobile portent sur leur plan de glissement des parties saillantes qui forment butées de fin de course, placées de façon à permettre au disque mobile d'effectuer une rotation légèrement supérieure à 1800 afin que les butées en contact à la fin de la rotation du disque mobile s'écartent l'une de l'autre sous l'effet du rappel en position obtenu par les bagues expansibles. h) Deux interrupteurs de fin de course sont placés dans le support correspondant aux deux positions à 1800, chaque interrup- teur agissant lorsque les butées des disques sont séparées par une faible distance et provoquant l'arrêt du dispositif de commande de rotation de la tête. i) Après une temporisation d'une fraction de seconde, le disposi- tif de commande de rotation-de la tête est de nouveau actionné et le dis- que mobile est de nouveau entraîné en rotation jusqu'au contact avec la butée fixe. j) L'action sur un interrupteur de fin de course provoque, avec une temporisation, l'introduction des bagues expansibles dans les alésages des disques. k) La fin de course des tiges de vérin provoquant l'introduction des bagues expansibles agit sur un interrupteur qui commande l'arrêt de la commande de rotation de la tête et l'action du dispositif de blocage de la tête, tandis que l'extraction des bagues expansibles hors des alésages agit sur un interrupteur électrique provoquant le déblocage de la tête tournante et autorise la commande de rotation de la tête. 1) Un vérin annulaire alimenté en pression hydraulique assure le blocage de la tête sur son support avec un effort supérieur aux composantes des for- ces dues aux efforts d'usinage, un clapet anti-retour situé sur l'alimenta- tion du vérin assurant le maintien de cette pression en cas de défaillance du circuit hydraulique. m) La rotation de la tête est commandée par un moteur hydraulique et un réducteur à engrenage entraînant un pignon agissant sur une couronne dentée portée par la tête. L'invention est décrite plus amplement ci-après avec références aux dessins annexés sur lesquels on a représenté figures 1 à 7, un exemple d'application de l'invention à une tête monobroche avec rotation de 1800 et figures. La figure 1 est une coupe schématique partielle selon B-B de la figure 2 de l'ensemble de la tête et de son support; La figure 2 est une vue de détail en coupe selon C-C de la fi- gure 3 du moyen d'indexage à bague expansible selon l'invention La figure 3 est une vue selon A-A de la figure 1; Les figures 5, 6 et 7 illustrent, en coupe axiale et en vue de bout une bague expansible; La figure 8 représente l'épure des disques fixe et mobile d'une variante d'application de l'invention; La figure 9 représente une épure des disques fixe et mobile conforme à l'invention, pour une application dans laquelle il est prévu trois positions d'indexage à 1200 d'une de l'autre. L'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 7 se rapporte à une tête monobroche du type tête universelle HURE, dans laquelle la bro- che est en position de travail quelle que soit son orientation par rapport au support ou chariot porte-tête; mais cette réalisation est applicable aussi bien à une tête pivotante monobroche d'un autre type, qu'à une tête multibroche telle que celle décrite au brevet US 3 238 615 et ceci, quel que soit l'angle d'inclinaison ou de l'axe de rotation de la tête par rapport à l'horizontale. Dans l'exemple représenté aux figures 1 à 7, cet angle d'incli- naison est de 450 et la rotation nécessaire pour passer de la position hori- zontale de la broche à sa position verticale doit être exactement de 1800. Sur les figures du dessin annexé, on voit que la tête 1 qui porte la broche 2 pivote selon un axe 3 sur le support ou chariot 4 La broche 2 est entraînée à partir de l'arbre principal 5 par les pignons 6, 7, 8, 9, de façon connue. Conformément à l'invention la tête 1 pivote sur le support 4 selon une face plane 10, en forme de disque annulaire perpendiculaire à l'axe 3, qui glisse sur la face plane 11 portée par le support et également en forme de disque annulaire perpendiculaire à l'axe 3. Au cours de la fabrication, les disques 10 et 11 sont percés simultanément de deux alésages d'axes diamétralement opposés 12 et 13 et de diamètres égaux Du fait de ce perçage simultané des deux disques, on obtient une rigoureuse coïncidence des alésages après pivotement à 1800 absolus du disque mobile, pour autant que les moyens de rotation et de cen- trage des disques 10 et 11 laissent un jeu et que l'indexage précis soit réalisé par la mise en coïncidence coaxiale des alésages. Cette mise en coïncidence est réalisée par le moyen des bagues expansibles 14 qui, au terme de la rotation du disque mobile 10 sont in- troduites dans les alésages et expansées. Sur les figures 1 et 2 de l'exemple représenté, les bagues expansibles 14 sont portées par l'extrémité des tiges 15 de deux vérins hydrauliques 16 montées dans le support 4 concentriquement aux alésages d'indexage 12, 13 du disque fixe. En se reportant à la figure 2, on voit que l'extrémité 17 d'un vérin est conique et que la bague 14 est intérieurement conique; de préférence, les alésages 12 a (disque fixe) et 12 b (disque mobile) sont eux-mêmes munis de bagues 18, 19 en acier trempé, ajustées sans contrain tes et immobilisées, dont les diamètres intérieurs ont été rectifiés ensemble Une fois la bague 14 introduite par le vérin 16 dans sa position d'indexage, son avance est arrêtée par la butée 20 portée par la tige 21 qui traverse le pistion 22 et porte à sa partie arrière un collier 24 qui coopère, en fin de course, avec le redent 25 du cylindre 16 formant butée; la poursuite de l'avance du piston 22 provoque alors un enfoncement du cône 17 dans la bague 14 et son expansion, ce qui assure un indexage rigoureux par coïncidence des axes des alésages 12 a et 12 b. Ceci suppose toutefois que les disques d'indexage 10 et 11 sont maintenus concentriques pendant la rotation de la tête par des moyens de rotation et de centrage dont le jeu est suffisant pour ne pas contrarier le rappel en position obtenu par les bagues expansibles. La réalisation de cette caractéristique est à la portée de l'homme de l'art qui dispose de moyens de transmission connus dont les jeux peuvent être déterminés. Dans l'exemple représenté, la transmission adoptée est du type dans lequel une couronne dentée 26 portée par le disque mobile est entraînée par le pignon 27 entraîné par le moteur hydraulique 28. Conformément à l'invention, les disques 10 et 11 portent sur leur plan de glissement des parties saillantes 29, 30 qui forment butées de fin de course et qui sont placées de façon à permettre au disque mobile une rotation légèrement supérieure à 1800 de sorte que les butées en contact s'écartent lors de l'effet de rappel en position rigoureuse obtenu par les bagues 14. L'énergie cinétique et les résistances passives déterminent la position et le temps d'arrêt de la tête Après une temporisation de 0,15 seconde environ, le dispositif de commande de rotation de la tête est de nouveau actionné, le disque mobile solidaire de la tête est entral- né en rotation jusqu'au contact avec la butée fixe La position de l'in- terrupteur électrique sur la course du disque mobile est calculée pour que sous l'effet de faibles résistances passives, l'énergie cinétique de la tête au moment du contact des butées de fin de course mécanique soit négligeable tandis que sous l'effet de résistances passives maximum, l'arrêt de la tête se produira pour un écartement des butées mécaniques inférieur à la distance nécessaire à l'accélération de la tête jusqu'à la vitesse correspondant à la puissance du dispositif de commande. L'action sur l'interrupteur électrique de fin de course de rotation autorise après une temporisation l'introduction des bagues expan- sibles dans les alésages des disques L'action sur l'interrupteur élec- trique de fin de course informe le dispositif de commande de la machine de la position horizontale ou verticale de la broche. Les fins de course des vérins 16 sont détectés par des inter- rupteurs électriques 31 qui autorisent: Lorsque les bagues expansibles sont introduites dans les alésages: a) l'arrêt commande rotation tête, b) le blocage tête. Lorsque les bagues expansibles sont extraites des alésages a) le déblocage tête, b) la commande rotation tête. Un ensemble de ressorts maintient les disques d'indexage en contact pendant la rotation de la tête sous un effort supérieur à la composante de séparation des disques due au poids de la tête et de l'ouil. Un vérin annulaire 32 alimenté en pression hydraulique assure, lorsque l'indexage est réalisé par les bagues 14, le blocage de la tête sur le chariot porte-tête de la machine avec un effort supérieur aux composantes dues aux efforts d'usinage. Les bagues expansibles 14 seront de préférence réalisées comme représenté figures 4, 5 et 6, c'est-à-dire avec des fentes longi- tudinales 33 réparties sur leur périphérie, supérieures en longueur à la demi-longueur de la bague et alternativement réalisées à partir de l'une et l'autre extrémité 34, 35 de la bague. Comme le montre la figure 8, l'invention n'est pas limitée au cas ou l'indexation recherchée correspond à deux positions à 1800 l'une de l'autre N'importe quel écart angulaire peut être adopté entre deux positions d'indexage et le nombre des positions est quelconque. Selon l'invention en effet, le disque fixe 11 porte deux alésa- ges 12, 13 et le disque mobile 10 porte autant de couples d'alésages 121 et 131, 122 et 132, 123 et 133 qu'il y a de positions d'indexage recherchées. Les deux alésages de chacun de ces couples ont rigoureuse- ment les mêmes diamètres d 12, d 13 que les alésages correspondant 12, 13 et leur entr'axe D qui les sépare est rigoureusement le même que celui des alésages 12, 13; leurs distances au centre C 10 est égale à la dis- tance des alésages 12, 13 au centre C 1 l dans les limites du jeu prévu; les positions géométriques des alésages d'un couple tel que 121, 131 se dédui- sent de celles d'un autre couple 122, 132 ou 123, 133 par une rotation correspondant à l'écart angulaire recherché entre les positions d'indexage; le disque mobile 10 est entraîné à rotation par des moyens assurant le centrage du disque 10 par rapport au disque Il avec le jeu précité. En face de chaque alésage 12, 13 le support de la tête comporte un moyen permettant d'enfoncer et d'expanser une bague expansible comme dé- crit et représenté avec référencesaux figures 1 à 7. Ainsi, l'indexage rigoureux est obtenu par la mise en place et l'expansion des bagues, le disque 10 étant rappelé, grâce au jeu prévu dans la commande de son entraînement, dans une position correspon- dant à la coaxiabilité rigoureuse d'un des-couples 121, 131, ou 122, 132 ou 123, 133 avec le couple 12, 13. La figure 9 représente une épure de positionnement des alésages des disques fixe et mobile pour en cas o les positions d'indexation recherchées sont à 1200 l'une de l'autre. Dans cet exemple, les couples 121, 131 d'une part 122, 132 d'autre part, 123, 133 enfin, se superposent en ce sens que chacun des alésages du disque 10 appartient à deux couples comme représenté. Dans ce cas, les alésages 12, 13 du disque fixe 11 ont rigoureusement même diamètre de même que tous les alésages du disque mobile 10. D'autres dispositions peuvent encore être adoptées. Dans le cas des exemples des figures 8 et 9, la fin de course de la rotation de la tête d'une position à l'autre pourra être déterminée par des détecteurs électriques de position dont l'un arrête la rotation rapide et l'autre assure l'arrêt précis précédent l'entrée en jeu des bagues expansibles Tout autre dispositif de détection de position angulaire en vue de commander l'arrêt de la rotation peut être adopté. Les dispositions de l'invention s'appliquent particulièrement aux machines qui comportent un changeur d'outil et pour lesquelles il est nécessaire de donner à la tête mobile des positions d'indexage précis tant pour les positions d'indexage précis tant pour les positions de tra- vail que pour les positions de changement d'outil. R E Y E N D I C A T I O N S 1 Machine-outil perfectionnée du type à tête porte-broche pivotante dont la rotation et le verrouillage en au moins deux positions d'indexage précis est commandée automatiquement, caractérisée en ce que la tête ( 1) pivote sur son support ( 4) selon une face plane perpendiculaire à l'axe de rotation ( 3),ayant la forme d'un disque mobile plan ( 10) soli- daire de la tête ( 1) glissant sur un disque fixe plan ( 11) solidaire du support ( 4), le disque mobile ( 10) solidaire de la tête ( 1) étant entraîné en rotation par des moyens assurant un centrage comportant un jeu pré- déterminé; le disque fixe ( 11), solidaire du support ( 4) est percé de deux alésages ( 12, 13) et le disque mobile, solidaire de la tête est percé d'au moins deux couples d'alésages, les deux alésages d'un tel cou- ple ayant rigoureusement le même diamètre et la même distance entre eux que ceux des alésages ( 12, 13) du disque fixe ainsi que, dans les limites du jeu prédéterminé prévu, les mêmes distances au centre du disque que celles des alésages ( 12, 13) du disque fixe, et leurs positions sur le disque mobile se déduisent géométriquement de celles d'un autre couple par une rotation d'un angle prédéterminé autour du centre du disque; le support ( 4) comporte des moyens pour l'introduction au travers des deux disques de deux bagues ( 14) expansibles, de même diamètre (une fois expansées), que les alésages, et des moyens pour l'expansion desdites bagues, laquelle expansion rappelle les disques fixe ( 10) et mo- bile ( 11) en une position telle que les alésages de l'un des couples du disque mobile ( 10) prennent des positions rigoureusement coaxiales à celles des alésages ( 12, 13) du disque fixe ( 11), lesdites bagues expansibles ( 14) étant montées mobiles selon leurs axes en face des alésages ( 12, 13) du support ( 4) et des moyens étant prévus pour, à volonté, les introduire dans les alésages, et provoquer leur expansion ainsi que pour les retirer; des moyens sont prévus pour appliquer avec pression la tête pivotante ( 1) contre le support ( 4) après indexage. 2 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux alésages du disque fixe ainsi que les alésages du disque mobile ont le même diamètre. 3 Machine-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un alésage d'un couple d'alésages du disque mobile coïncide avec un alésage d'un autre couple d'alésages du disque mobile, les alésages du disque mobile étant situés sur certains au moins des sommets d'un polygone centré sur l'axe de rotation du disque mobile. 4 Machine-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que les alésages du disque fixe sont diamétralement opposés par rapport au centre de ce disque et le disque mobile comporte un seul couple d'alésa- ges, lesquels sont diamétralement opposés par rapport au centre dudit disque. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bagues expansibles ( 14) sont montées à l'extrémité des tiges ( 15) de deux vérins hydrauliques ( 16) montés dans le support ( 4) concentriquement aux alésages d'indexage ( 12, 13) du disque fixe ( 11). 6 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bagues expansibles ( 14) sont intérieurement tronconiques et montées sur des pièces tronconiques ( 17) portées par les tiges ( 15) des vérins ( 16), des moyens de butées ( 20) étant prévus pour arrêter l'avance des bagues ( 14) avant la fin de course des tiges ( 15) des vérins ( 16) portant les bagues ( 14). 7 Machine-outil selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de butées ( 20) des bagues ( 14) sont portés par une tige ( 21) coulissant à travers les pistons ( 22) des vérins ( 16) et dont l'extrémité arrière porte un collier ( 24) coagissant en fin de course avec une butée ( 25) portée par le cylindre du vérin ( 16). 8 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre extérieur des bagues ex- pansibles libres est calculé pour éviter tout frottement entre les bagues expansibles et les alésages d'indexage pendant l'introduction des bagues dans les alésages, pour un écart maximum de concentricité des alésa- ges correspondant aux écarts maximum de précision réalisés sur les pièces usinées. 9 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les alésages des disques fixe ( 11) et mobile( 10) portent des bagues cylindriques ( 18, 19) en acier trempé, destinées à recevoir les bagues expansibles ( 14). Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bagues expansibles ( 14) sont des bagues munies de fentes longitudinales ( 33) réalisées alternative- ment à partir de l'une et l'autre extrémité ( 34, 35) de la bague sur une longueur supérieure à la demi-longueur des bagues. 11 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications à 10, caractérisée en ce que les disques d'indexage portent sur leur il leur plan de glissement des parties saillantes qui forment butées de fin de course, placées de façon à permettre au disque mobile ( 10) d'effectuer une rotatiob légèrement supérieure à 1800 afin que les butées en contact à la fin de la rotation du disque mobile s'écartent l'une de l'autre sous l'effet du rappel en position obtenu par les bagues expan- sibles ( 14). 12 Machine-outil selon la revendication 11, caractérisée en ce que deux interrupteurs de fin de course sont placés dans le support, l'un correspondant aux deux positions d'indexage, chaque interrupteur agis- sant lorsque les butées ( 29, 30) des disques sont séparées par une faible distance et provoquant l'arrêt du dispositif de commande ( 28) de la rotation de la tête - 13 Machine-outil selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'après une temporisation d'une fraction de seconde, le dispositif de commande de rotation de la tête est de nouveau actionnée et le disque mobile est de nouveau entraîné en rotation jusqu'au contract avec la butée fixe. 14 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'action sur un interrupteur de fin de course provoque, avec une temporisation, l'introduction des bagues expansibles dans les alésages des disques. Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la fin de course des tiges de vérin provoquant l'introduction des bagues expansibles agit sur un interrupteur qui commande l'arrêt de la commande de rotation de la tête et l'action du dispositif de blocage de la tête, tandis que l'extraction des bagues expansibles hors des alésages agit sur un interrupteur électrique provo- quant le déblocage de la tête tournante et autorise la commande de rota- tion de la tête. 16 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un vérin annulaire-alimenté en pression hydraulique assure le blocage de la tête sur son support avec un effort supérieur aux composantes des forces dues aux efforts d'usinage, un clapet anti-retour étant prévu sur l'alimentation dudit vérin. 17 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rotation de la tête est commandée par un moteur hydraulique et un réducteur à engrenages entraînant un pignon agissant sur une couronne dentée portée par la tête.