Brevet FR2507935A1 — publié le 19821224

L'évolution actuelle de la technique des machines-outils tend à répondre aux besoins de productivité de l'industrie par la fabri- cation de machines dont le fonctionnement est susceptible d'un haut degré d'automatisation par programmation des opérations d'usinage et changements d'outils automatique. L'association d'un changeur automatique d'outil à une machine- outil est connue depuis longtemps. Mais pour augmenter la productivité des machines-outils, on tend aujourd'hui à construire des machines dans lesquelles les opérations de réglage de la position de broche peuvent se faire automatiquement, ce qui conduit à adopter, soit des têtes multibroches, soit des têtes monobroches à deux positions de travail, l'une horizontale, l'autre verticale, des moyens mécaniques appropriés étant prévus pour effectuer automatiquement le changement de position et l'indexation ou l'immobilisation rigoureuse de la tête de broche par rapport à son sup- port dans chacune de ces positions. On obtient dans ce dernier cas, une machine monobroche ayant une position de travail horizontale et une position de travail verticale, avec commande automatique du changement de position et indexation rigou- reuse; le changeur d'outil peut alors être prévu pour opérer sur l'une de ces positions. Cependant les machines de ce type actuellement connues présentent divers inconvénients: Les machines dans lesquelles l'axe de rotation de la tête de broche par rapport à son support est parallèle au plan de travail hori- zontal de la machine ont pour inconvénient une distance importante entre les projections sur un plan horizontal du nez de broche dans ses posi- tions horizontale et verticale, cette distance étant égale au rayon de la tourelle et pouvant atteindre 15 à 20 cm. Dans les machines du type HURE, dites "à tête universelle", dans lesquelles la tête de broche tourne selon un axe incliné à 450, cette distance peut être considérablement réduite, mais par contre, lorsque cette tête est montée sur un bélier ou support à glissières de guidage situéOsur le côté, l'outil monté dans la broche vient interférer avec les glissières de guidage lors du passage d'une position à une autre. Enfin et surtout, ces machines ne permettent qu'une seule position de travail à broche horizontale alors que l'usinage automatique des pièces complexes ou lourdes est grandement facilité si l'on dispose de deux positions de travail horizontal faisant entre elles un angle appréciable de préférence égal à 900 et formant, avec la position de travail vertical, un trièdre de préférence rectangle, l'une de ces posi- tions étant parallèle à l'axe principal d'entraînement, ce qui donne trois positions de travail parallèles aux trois axes principaux de la machine. Conformément à l'invention, ces inconvénients sont surmontés par la disposition consistant à munir la machine d'une tête pivotante selon un axe faisant avec le plan de travail horizontal de la machine un angle P que les trois positions de la tête soient industriellement significa- tives. Selon une autre disposition de l'invention la projection hori- zontale de l'axe de rotation de la tête est oblique par rapport à la pro- jection de l'axe principal d'entralnement, l'angle d'obliquité Y étant de préférence déterminé en corrélation avec l'angle K ci-dessus de telle sorte que l'une des deux positions horizontales soit parallèle à l'axe principal d'entraînement. Cette obliquité permet en outre d'éviter les interférences entre la broche et les glissières et l'angle Y pourra donc également être déterminé en fonction de l'angle o férences. Pour un angle o à l'axe principal d'entraînement, ce qui fournit trois positions de tra- vail orthogonales selon les axes principaux de la machine dont une hori- zontale pouvant servir au changement d'outil tout en conservant deux po- sitions de travail j'une horizontale, l'autre verticale toutes deux dépour- vues d'interférences avec le changement d'outil. Lorsque la broche est montée sur un bélier coulissant hori- zontalement et parallèlement à l'axe principal d'entraînement les deux directions horizontales sont donc dans ce cas respectivement parallèle et perpendiculaire à la direction de coulissement horizontal du bélier portebroche. Mais si l'angle oa est différent de 350 15 ' 52 " tout en étant dans les limites prévues, l'angle Y étant déterminé de façon telle que l'une des position horizontales soit parallèle à l'axe principal d'entraînement et/ou à l'axe de coulissement du bélier et/ou perpendicu- laire à la direction longitudinale de la table, on disposera, en plus des positions de travail horizontale et verticale, d'une position horizon- tale oblique utilisable pour le changement d'outil. Cette disposition a le grand avantage de permettre d'effec- tuer le changement d'outil dans une position o l'outil ne risque pas d'interférer avec la pièce à travailler. L'entraînement en rotation de la tête porte-broche pourra être réalisé de différentes manières notamment par couronne entraînée par pignon, ou par pignon entraîné par vis ou crémaillère; il existe de même des solutions à la disposition de l'homme de l'art pour le blocage de la tête en position angulaire rigoureuse, notamment par couronnes à denture frontales du type répandu sous la désignation en langue an- glaise de "curvic coupling", et l'invention n'est pas limitée à un mode d'entraînement et/ou de blocage particulier. De même, divers systèmes de changeurs d'outils connus peuvent être associés ou adaptés à une machine munie des dispositions de l'invention étant remarqué que, selon l'invention, on dispose de deux po- sitions horizontales dont l'une peut être utilisée comme position de changement d'outil en évitant les problèmes d'interférence du changeur d'outil avec la broche en position horizontale de travail. L'invention est plus amplement décrite ci-après avec réfé- rences au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue schématique latérale d'ensemble d'une machine outil selon l'invention; Les figures 2, 3 et 4 sont des vues schématiques frontales du bélier muni de la tête porte-broche dans ses trois positions; Les figures 5, 6 et 7 sont des vues schématiques latérales illustrant les mêmes positions; La figure 8 est une vue de dessous du bélier; La figure 9 est une vue en coupe partielle selon II-II des fi- gures 2, 3, 4; La figure 10 est une vue en coupe partielle selon I-I de la figure 8. En se reportant aux figures 1 à 8, on voit que la machine selon l'invention comporte un bélier 2 muni d'une tête du type mono- broche rotative 5 portant une broche 4 qui est entraînée dans toutes les positions angulaires de la tête comme toutes les têtes de ce type; le bélier est déplaçable selon les flèches 3 et l'axe principal d'en- trainement de la broche 4 par le moteur 15 est représenté en 8. Dans l'exemple représenté, le bélier 3 est monté coulissant par des glissières latérales 9, 10 sur une machine-outil 1, par exemple par l'intermédiaire d'une console la susceptible de coulissement verti- cal sur le bâti de la machine et portant les glissières 43 En 7 est représentée la table 7 avec son plan de travail horizontal. Conformément à l'invention, la tête monobroche 5 est montée rotative sur le bélier 2 selon un axe 6 qui est incliné par rapport au plan horizontal de travail de la table 7 d'un angle c plan vertical comprenant l'axe 8 un angle Y(figure 8) de l'ordre de 45 . Lorsque les angles o dessus, la rotation de la tête 5 autour de l'axe 6 permet à la broche 4 d'occuper une position verticale (figures 2 et 5) une position horizontale d'axe parallèle à l'axe 8 (figures 3 et 6) et une position horizon- tale d'axe perpendiculaire à l'axe 8 (figures 4 et 7). Une telle machine n'a pas été jusqu'à ce jour réalisée. Certaines machines monobroches, en effet, comportent une position de travail verticale et une position horizontale selon deux des axes principaux de la machine (mais non pas selon les trois axes ortho- gonaux principaux), soit que l'on utilise une tête pivotante selon un axe horizontal soit que l'on utilise une tête pivotante de façon connue selon un axe incliné à 450 sur l'horizontale et situé dans le plan vertical contenant l'axe d'entraînement. Mais il n'a pas été proposé à ce jour de tête pivotante monobroche selon un axe oblique (selon les angles ci-dessus spécifiés) dans deux directions à la fois et permettant ainsi d'obtenir une position de travail dans chacun des trois axes principaux de la machine, et ceci, avec un seul axe de pivotement de la tête; l'avantage d'une telle réalisation est de permettre d'automatiser le travail de fraisage selon trois axes de coordonnéesspatiales dont deux au moins rectangulaires, ce qui permet l'usinage automatique complet de pièces de formes complexes sans avoir à les déplacer sur la table de travail. En effet, en prévoyant des moyens de commande automatique de la rotation de la tête 5 et de blocage de cette tête dans des positions prédéterminées rigoureuses, on obtient une machine-outil à tête mono- broche indexable automatiquement selon trois positions de travail dispo- sée en trièdre rectangle selon les trois axes principaux de la machine l'une de ces positions pouvant être utilisée pour effectuer un changement d'outil automatique, tandis que les deux autres restentdépourvues d'inter- férence avec le dispositif changeur d'outil. De tels moyens de commande automatique et de blocage ont déjà été décrits et utilisés en rapport avec divers types de têtes tournantes soit monobroches soit multibroches, ainsi que l'association de telles têtes avec un changeur d'outil, notamment dans les brevets USA 3 238 615, France 1 556 941, France 2 255 142 et n'ont pas besoin d'être décrits. Les figures 9 et 10 illustrent cependant une réalisation mécanique possible. La figure 9 montre que sur l'arbre d'entraînement principal 14 porté par le bélier 2 et entraîné par le moteur 15 est monté un pignon 17 qui entraîne le pignon 16 monté sur l'arbre 11 situé selon l'axe 6 de la tête Il est à préciser que l'angle entre les axes 8 et 6 n'est pas l'angle Y celui-ci étant l'angle des projections horizontales de ces axes. La figure 10 montre que l'arbre 11 entraîne les pignons 12 et 13 et par suite la broche 4 La tête 5 est montée pivotante autour de l'arbre 11; sa rotation est assurée par l'arbre 19 entraîné par exemple par le moteur 18 et entraînant l'arbre 20 par les pignons 21, 22; l'arbre entraîne le pignon 24 qui coopère avec la couronne 23 prévue dans la tête 5. Le blocage en position est assurée par les couronnes à denture plates 25 et 26 l'une solidaire du bélier 2 et l'autre de la tête 5, dont les dents sont en nombre tel qu'après une rotation de l'an- gle g désiré (figure 1) les dents des deux couronnes se retrouvent face à face (système curvic coupling) Dans l'exemple représenté dans lequel a égal à 1200. Pour permettre la rotation de la tête, les couronnes 25 et 26 sont écartées et elles sont au contraire pressées l'une contre l'autre en position de travail Ceci peut être obtenu notamment par des moyens hydrauliques ou mécaniques Dans l'exemple représenté, ces moyens sont hydrauliques, l'envoi de la pression d'huile dans les chambres 35 ou 41, sous les pistons 36 ou 40 provoquant respectivement l'écartement et le désengagement des couronnes ou leur application à force. Il serait équivalent de prévoir un rappel en posi- tion de verrouillage par ressort au lieu du rappel hydraulique par la chambre 41 et le piston 40: il suffit pour cela de remplacer le piston 40 par un ou plusieurs ressorts repoussant la rondelle 33 vers le bélier 2. Lorsque l'angle Dû n'est pas rigoureusement égal à 350 15 ' 52 " tout en étant voisin de cette valeur et compris entre 300 et 40 , il existe toujours deux positions horizontales et une position verticale, mais les deux positions horizontales ne sont par orthogonales et l'angle Y est de préférence choisi en fonction de l'angle o axes principaux de la machine, par exemple l'axe principal d'entraine- ment 8,et/ou l'axe de coulissement du bélier 2 et/ou la direction perpen- diculaire à la direction longitudinale de la table; l'autre position horizontale fera avec la précédente un angle différent de 900 mais utilisable, conformément à l'invention, au moins comme position de chan- gement d'outil Il est en effet avantageux d'utiliser comme position ou non de changement d'outil une position horizontalerdifférente de celle- qui est coaxiale à l'axe principal de travail horizontal car cela permet une disposition du changeur d'outil dépourvue d'interférences avec les positions de travail principales qui sont les positions verticale et horizontale coaxiale à l'entraînement principal, et en particulier d'évi- ter les problèmes posés par une interférence possible, au cours de l'opé- ration de changement d'outil, entre l'outil et la pièce à usiner. En tout état de cause, un angle c rapport au plan des glissières. Etant donné le nombre élevé des dispositions connues pour la réalisation d'un changeur automatique d'outil,'il n'est pas néces- saire de représenter un tel changeur pour la description de l'invention on pourra adopter, par exemple, un changeur tel que celui décrit par la demanderesse dans son brevet français ne 77 36028 déposé le 30 novembre 1977. De même, les dispositions de blocage en position angulaire ri- goureuses par couronnes dentées plates pourront être remplacées par un système du type dans lequel un doigt lié au bélier est introduit dans un trou prévu dans la tête rotative 5 (ou l'inverse). On pourra de ce fait utiliser en combinaison avec les dispo- tions de la présente invention les dispositions décrites au brevet français 81 11914 déposé le 17 juin 1981 au nom de la demanderesse. Sur le dessin annexé, on a pris comme exemple une machine dans laquelle la tête est montée sur un bélier coulissant horizontale- ment perpendiculairement à la table Mais il va de soi que la tête selon l'invention peut être montée sur n'importe quel type de support, fixe ou mobile dans une ou plusieurs directions et sur' n'importe quel type de machine-outil. R E V E N D I C A T I O N S 1 Machine-outil du type à tête monobroche pivotante ( 5), montée sur un support ( 2), tel qu'un bélier coulissant, dans laquelle la broche est entraînée quelle que soit la position angulaire de la tête, caractérisée en ce que la tête ( 5) est montée pivotante sur le support ( 2) selon un axe ( 6) faisant avec le plan de travail horizontal de la table ( 7) un angle o ce que l'angle o 3 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la projection horizontale de l'axe ( 6) de rotation de la tête ( 5) est oblique par rapport à la projection horizontale de l'axe principal d'entraînement ( 8). 4 Machine-outil selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle Y de l'obliquité de la projection horizontale de l'axe ( 6) par rapport à celle de l'axe ( 8) est choisi de telle sorte que l'une des deux positions horizontales de l'axe ( 42) de la broche ( 4) soit parallèle à l'axe principal ( 8). 5 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'angle " l'angle Y est égal à 45 . 6 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête porte-broche ( 5) est montée sur un bélier ( 2) portant des glissières latérales ( 9, 10) et l'angle g est déterminé en fonction de l'angle c férences de la broche avec les glissières correspondantes ( 43) portées par la machine. 7 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un changeur d'outil disposé pour opérer sur une position qui n'est pas coaxiale à l'axe principal de travail horizontal. 8.Machine-outil selon la revendication 7, caractérisée en ce que le changeur d'outil opère sur la position horizontale qui n'est pas coaxiale à l'axe principal de travail. 9 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande automatique de la rotation de la tête ( 5) ainsi que des moyens de verrouillage en positions angulaires déterminées. Machine-outil selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de commande automatique sont du type comprenant une couronne dentée ( 23) liée à la tête ( 5) et entraînée par un pignon ( 24) porté par le bélier ( 2) 11 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que les moyens de blocage en position angu- laire sont du type comprenant des couronnes à dentures plates portées l'une ( 25) par le bélier ( 2), l'autre ( 26) par la tête ( 5), munies de dentures telles qu'elles-soient en correspondance au terme de la rota- tion désirée et comportant des moyens de désengagement en vue de la rotation et de pressage en vue du verrouillage. 12 Machine-outil selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage de la tête en position angulaire déterminée sont du type à bagues expansibles introduites dans deux alésages correspondants de disques fixe et mobile liés respectivement à la tête ( 5) et au support ( 2) et glissant l'un sur l'autre selon une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation ( 6) sous l'effet d'un entraînement comportant un jeu de centrage prédéterminé.