Brevet FR2521894A1 — publié le 19830826

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils permettant de déterminer automatiquement la position de travail entre des pièces à usiner et des outils de travail de machines-outils. Plus particulièrement,les perfectionnements suivant l'invention concernent les appareils destinés à être utilisés sur des machines-outils telles que tours, fraiseuses, aléseuses, perceuses et similaires dans lesquelles les outils de travail ou la pièce à usiner sont portés par une tourelle montée à rotation sur une structure formant support qui est montée à son tour mobile sur la machine-outil. Dans les ensembles comprenant le support et la tourelle rotative qui sont actuellement connus, la liaison et la séparation entre le support et la tourelle, c'est-à-dire le déblocage de la tourelle rotative par rapport au support, la rotation de la tourelle par rapport au support et le blocage de cette tourelle sur le support sont réalisés au moyen d'un système de clabotage à dents frontales et de moyens d'actionnement du type fluidique, hydropneumatique ou mécanique, dont est dérivé le type connu dans le commerce en tant que tourelle hydropneumatique, ou bien encore plus simplement hydraulique ou mécanique. Dans le premier type de tourelle, c'est-à-dire la tourelle hydraulique, l'entralnement pour les mouvements précités, c'est-à-dire ceux du déblocage, de la rotation et du blocage de la tourelle par rapport à son support, est obtenu à partir d'un mécanisme à vérin hydraulique tandis que dans le second type de tourelle, c'est-à-dire la tourelle mécanique, l'entratnement est fourni par un moteur électrique à courant alternatif généralement triphasé et habituellement à l'aide d'un réducteur de vitesse du type à roue hélicoldale et vis sans fin, par l'intermédiaire d'un système à vis et vis-mère fonctionnant en combinaison avec un dispositif de translation. La sélection de la position opérationnelle relative de la position de travail entre l'outil et la pièce à usiner est réalisée, dans tous ces appareils connus, au moyen de sélecteurs de position à pas successifs ou bien d'un circuit utilisant des capteurs de position du type binaire. Le mintien du blocage en position de travail sous l'effort de l'outil est obtenu au moyen d'un organe élastique en guise de verrou pour la tourelle hydraulique et au moyen d'un frein électromagnétique pour la tourelle mécanique, tandis que le trajet pour la mise en position de l'outil ou de la pièce à usiner est toujours unidirectionnel. En pratique, en ce qui concerne le maintien du blocage en position de travail, il arrive que par suite de l'effort de l'outil, aussi bien dans le premier cas d'un verrou élastique ou électromagnétique que dans le second cas où on utilise un frein électromagnétique, on n'obtient pas une grande fiabilité ou garantie du maintien. En outre, dans le second cas, c'est-à-dire lorsqu'on utilise un frein électromagnétique, la totalité de l'effort se répercute en per- manence sur ce frein électromagnétique, par l'intermédiaire des organes d'actionnement, ce qui a pour désavantage que les derniers organes sont soumis continuellement à l'effort précité. La présente invention a principalement pour but de fournir un appareil du genre précité, de type mécanique, permettant d'assurer un maintien stable vis à vis de l'effort exercé sur l'outil au cours de l'usinage, et ce sans soumettre les organes de transmission au moindre effort résultant de la force exercée par l'outil au cours de l'usinage, cet appareil permettant d'obtenir un rapport de réduction maximal des organes de transmission en diminuant leur nombre au lieu de les augmenter, et de réaliser un trajet bidirectionnel pour la phase de mise en position de travail à partir de la position prédéterminée en choisissant la plus courte. A cet effet, cet appareil pour la détermination automatique de la position de travail entre des pièces à usiner et des outils sur des machines-outils, comprenant essentiellement un support associé d'une manière amovible à la machine-outil, une tourelle rotative associée d'une manière amovible à ce support, un système à dents frontales pour accoupler et désaccoupler en torsion la tourelle rota tive et le support, des moyens d'actionnement comportant des moyens réducteurs du mouvement pour assurer l'accouplement et le désaccouplement par l'intermédiaire du système à dents frontales, des moyens sélecteurs d'asservissement des moyens d'actionnement pour mettre en position opérationnelle relative l'outil et la pièce à usiner et des moyens de blocage, en position de travail, entre la tourelle rotative et le support, est caractérisé en ce que les moyens de blocage, dans la position de travail prédéterminée, entre la tourelle rotative et le support sont constitués de moyens hydrodynamiques à cylindre et piston" en ce que les moyens réducteurs du mouvement sont constitués par un organe d'entraînement cylindrique mû en rotation, denté à sa périphérie, et d'une paire d'anneaux disposés côte à côte, à l'extérieur de l'organe d' entraînement rotatif et pourvus chacun d'une denture interne en prise avec les dents de l'organe d' entraînement rotatif,le rapport des nombres de dents internes des deux anneaux disposés côte à côte coaxialement étant entre eux de n à n - 1, et en ce que les moyens sélecteurs comprennent des circuits comportant des dispositifs à action logique de sélection du sens de rotation par l'intermédiaire de moyens d'actionnement comprenant un moteur électrique à courant continu. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en perspective d'un appareil suivant l'invention, certaines parties étant représentées en coupe et d'autres étant supprimées pour mieux mettre en évidence les caractérisitiques de l'invention. La figure 2 est'une vue en coupe verticale et axiale de l'appareil suivant l'invention. Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en perspective illustrant divers modes d'emploi de l'appareil suivant 1 'in- vention. La figure 6 est un schéma synoptique des circuits de l'appareil. Si on se référé à ces figures et. si observe en particulier la figure 1, on y voit un bâti 1 pourvu de brides de fixation la pour le montage mobile de l'appareil sur une glissière 2 ou un banc 3 d'une machine-outil (voir des exemples d'emplois sur les figures 3 à 5). Le bati 1 est conformé, à l'une de ses extrémités, de manière à présenter, å l'intérieur, une surépaisseur formant support lb et, à son autre extrémité, une paroi interne transversale lc , le support lb et la paroi interne lc étant creux coaxialament et présentant des portées cylindriques ld, le sur le support lb et If sur la paroi interne transversale lc (voir en particulier la figure 2). A la première extrémité du bâti 1 est fixé un disque 4 percé d'un alésage axial 4a et présentant une partie centrale formant moyeu 4b se prolongeant à l'intérieur de la cavité le de la surépaisseur formant support lb, creuse axialement, le moyeu 4b s'étendant jusqu'à une butée annulaire interne lg formée à la jonction des deux tronçons de cavités ld et le. Le disque 4 est pourvu, à sa périphérie, d'une couronne de dents frontales 4c. Une tourelle 5 en forme de disque est pourvue d'un moyeu constitué de tronçons Sa,- 5b de différentes sections droites, lesquels sont montés respectivement à rotation à l'intérieur des alésages 4a du disque 4 et ld de la surépaisseur formant support lb du bâti 1, le tronçon de plus grande section Sa s'étendant sur la totalité de la longueur de l'alésage 4a du disque 4 et sur une partie de la longueur de l'al-ésage ld. La tourelle 5 est pourvue, sur sa surface de base externe,d'une rainure diamétrale 5c permettant la liaison, avec la tourelle, d'un support 6 des outils de travail 7 (voir la figure 4) ou de la pièce à usiner B (voir la figure 3), cette pièce à usiner 8 pouvant être également fixée différemment sur la tourelle 5 de toute manière connue, comme on peut le voir sur la figure 5. La tourelle 5 est en outre pourvue, sur sa périphérie, d'une couronne de dents frontales 5d destinées à coopérer avec les dents frontales 4c du disque 4, pour permettre son accouplement avec le disque 4 ou son désaccouplement de ce disque, d'une façon qui sera décrite d'une manière plus détaillée dans ce qui va suivre. La tourelle 5 est en outre fixée, par l'extrémité de son tronçon de moyeu de petite section 5b, à un pignon 9 pourvu d'une denture interne 9a. Entre ce pignon 9 et la butée annulaire lh formée à l'intersection entre les deux tronçons de moyeu Sa, 5b de différentes sections de la tourelle 5 est logé un piston 10, ce piston comportant deux parties cylindriques creuses lova, lOb de sections droites différentes, lesquelles sont montées sur le tronçon de moyeu de petite section 5b avec interposition d'un roulement 11 à l'endroit de la partie cylindrique de grande section 10a. Ce piston 10 se trouve ainsi logé à l'intérieur d'une chambre 12 creusée dans la surépaisseur formant support lb du bâti 1, cette chambre 12 étant fermée par un flasque transversal 13 fixé sur la surépaisseur formant support lb.Le piston 10 est pourvu d'un joint d'étanchéité lOc et les deux parties de la chambre 12 délimitées par le piston 10 sont respectivement en communication avec des conduits 14 et 15, percés radialement dans la surépaisseur formant support lb et dont partent des canalisations respectives 16, 17 reliées à une source d'énergie motrice hydraulique non représentée, par l'intermédiaire de dispositifs de commande connus également non représentés. Le pignon 9 est actionné, de la manière décrite ci-après, par un moteur électrique 19 à courant continu, entraînant une dynamo 18, lesquels sont supportés coaxialement par une platine alésée ou un flasque annulaire 20 fixé sur le bord de la paroi interne lc du bâti 1. L'arbre d'entraînement 21 du moteur électrique à courant continu est prolongé à travers le flasque annulaire 20 et sur cet arbre est fixé un tourillon 22 tournant dans un roulement 23 disposé entre le tourillon 22 et la surface délimitant l'alésage du flasque annulaire 20. Sur le tourillon 22 est calé un réducteur de vitesse 24 à rapport de réduction élevé. Pratiquement ce réducteur de vitesse 24 à rapport de réduction élevé comprend un organe moteur 25 plat et circulaire,calé sur le tourillon moteur 22 et pourvu d'une denture périphérique, et d'une paire d'anneaux 26, 27 disposés coaxialement l'un à côté de l'autre et pourvus de dentures internes en prise avec les dents de l'organe moteur 25. Les nombres des dents des dentures des anneaux 26, 27 se trouvent respectivement dans le rapport de n à n - 1 si bien que, par suite d'une structure élastique de l'organe moteur plat 25, celui-ci, sous l'effort qui lui est appliqué à partir de l'anneau 26 qui est fixe, cède pour tourner librement pour provoquer, à chaque tour, l'avancement d'une dent de l'autre anneau 27 comprenant un nombre de dents n-l, lequel devient l'organe de sortie assurant de cette façon un rapport de réduction élevé. Cet organe de sortie 27 du réducteur de vitesse est solidaire d'un flasque transversal 8 présentant une chambre centrale 29 dans laquelle s'étend le tourillon 22 et où ce dernier est soutenu par un roulement 30. Ce flasque 28 se prolonge par un tourillon axial Ba se terminant par une denture 28b en prise avec la denture interne précitée 9a du pignon 9. Le tourillon 28a est monté à rotation dans un roulement 31 interposé entre ce tourillon et un corps formant support 32, en forme de boîtier, fixé au flasque précité 20. Avec la denture externe du pignon 9 est en prise un autre pignon 33 (voir en particulier la figure 1) lequel est calé sur une extrémité d'un arbre 34 parallèle à l'axe du moteur électrique 19 et traversant la paroi transversale interne lc du bâti 1 par laquelle cet arbre 34 est supporté, celui-ci s'étendant jusqu'à la hauteur du moteur électrique 9. En regard de ce moteur 19 et sur l'arbre 34 est calé un tambour 35 présentant, sur sa surface périphérique, une pluralité de petits blocs 36 (au nombre de huit dans l'exemple représenté), lesquels sont disposés suivant six génératrices équidistantes et suivant quatre circonférences également équidistantes.La disposition des blocs 36 le long des génératrices et des circonférences est prévue de façon à donner lieu à des combinaisons de type binaire équivalant à six positions de travail de la tourelle 5 portant les outils de travail ou la pièce à usiner, comme on le verra par la suite. En regard de chacune des quatre positions circonférentielles des blocs 36 est disposé un élément d'actionnement correspondant 37, électrique ou électromagnétique, porté par un boltier 38 lui-même fixé en porteà-faux sur le flasque transversal annulaire 20. Le boîtier 38 porte également deux autres éléments d'actionnement 39 électriques ou électromagnétiques, disposés côte à côte et en regard de chacun desquels tourne un organe correspondant 40, 41 en forme d'étoile, ces deux organes étoilés étant calés sur l'arbre 34 dont est également solidaire le tambour précité 35 portant les blocs 36.Sur le flasque annulaire 20 est également fixé un support vertical plat 42 s'étendent parallèlement et côte à côte par rapport au corps cylindrique du moteur 19 porté par le flasque plat 20 et ce support plat 42 porte à son tour deux autres éléments d'actionnement 45, 46, électriques ou magnétiques, lesquels sont disposés à distance l'un de l'autre parallèlement à la direction axiale du moteur électrique 19, ces deux éléments étant portés par des blocs formant supports 43, 44. Avec ces deux éléments d'actionnement électrique 45, 46 coopèrent des tétons correspondants-47, 48 qui sont prévus respectivement aux deux extrémités libres d'un balancier 49 monté oscillant sur un pivot 50 porté par le suport plat 42.Ce balancier 49 est pourvu, dans sa partie supérieure intermédiaire, d'une rainure 49a dans laquelle est engagé un doigt 51 monté radialement à l'extrémité d'une tige 52 s'étendant parallèlement à l'axe général de l'appareil et traversant librement à coulissement le flasque transversal 20 et la paroi interne lc du bâti 1. Cette tige 52 est solidaire, à son autre extrémité, d'une fourche 53 engagée sur le pignon 9 solidaire du piston 10. Le fourche 53 est percée de part en part d'un trou 53e pour permettre son guidage sur un doigt 54 solidaire du support formant boltier 32. Co#mme il a été dit précédemment, la figure 6 est un schéma synoptique de l'appareil perfectionné suivant 1' in- vention et sur cette figure est indiqué, par la référence 55, l'ensemble d'un boîtier, tracé en trait mixte, contenant les éléments électriques constituant la centrale de commande A A l'intérieur de ce boîtier 55 sont représentés, sous forme de blocs, les divers éléments du circuit auxquels sont reliés les organes de commande, d-e contrôle et asservis, qui ont été décrits, comme on le verra par la suite.Au bloc 56 qui symbolise les circuits d'entrée, sont reliés les éléments d'actionnement précités 37, du type électrique ou électromagnétique, qui sont actionnés par les blocs 36 produisant toutes les combinaisons d'asservissement du type binaire, les éléments d'actionnement 46, 45 asservis aux tétons 48, 49 pour l'exécution du blocage et du déblocage de la tourelle 5 en position de travail, les éléments d'actionnement électriques ou électromagnétiques 39 actionnés par les organes en forme d'étoiles 40, 41 respectivement pour la synchronisation et la détermination de la position exacte de la tourelle 5, des touches ou boutons-poussoirs 57 pour la sélection de la position de la tourelle rotative et une touche ou bouton-poussoir 5E de prédisposition de l'appareil au démarrage.Le sortie du bloc 55 comprenant les circuits d'entrée est reliée à l'entrée de circuits 59,60 conservant respectivement en mémoire le dernière position de travail de le tourelle 5 et la position de travail requise, les sorties respectives des deux circuits 59, 60 étant connectées à des entrées correspondantes d'un comparateur 61. La sortie de ce comparateur 61 est reliée à l'entrée d'un circuit 62 sélectionnant le sens de rotation de la tourelle 5 (dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse), l-a sortie de ce circuit 62 étant connectée aux entrées de deux circuits à savoir un circuit de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre 63 et un circuit de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre 64. La sortie de chacun de ces deux circuits 63, 64 est connectée à l'entrée d'un circuit 65 qui définit la logiqueodu sens de rotation de la tourelle 5 et qui est pouvu d'une seconde entrée laquelle est reliée à la sortie précitée du bloc des circuits d'entrée 56 et qui comprend deux sorties.L'une des sorties du circuit 65 est reliée à l'entrée d'un transformateur 66 à courant alternatif dont la sortie est reliée à une électrovanne 67 insérée dans le circuit hydraulique pilotant les conduits 16 et 17 pour la commande du piston 10 en vue du blocage et du déblocage,dans la position de travail,de la tourelle 5. L'autre sortie du circuit 65 est reliée à une première entrée d'un dispositif ou étage de sortie 68 comportant une seconde entrée laquelle est reliée à la sortie précitée du bloc des circuits d'entrée 56. La sortie de l'étage de sortie 68 est connectée à l'une des deux entrées d'un dispositif 69 d'actionnement du moteur électrique précité à courant continu 19 lequel est relié à la sortie du dispositif 69. La seconde entrée de ce dispositif 69 est connectée à la sortie d'un groupe transformateur 70 qui est relié à son tour au réseau électrique et à une alimentation 71.Le moteur électrique à courant continu 19 est shunté à son tour sur le dispositif précité 69. La sortie du bloc des circuits d'entrée 56 est également reliée à un dispositif 72 de décodage et de pilotage d'un afficheur 73 dont l'entrée est reliée à la sortie du dispositif 72. Le fonctionnement de l'appareil perfectionné suivant l'invention qui a été décrit ci-dessus est le suivant Si on appuie sur la touche ou le bouton-poussoir 57 relatif à la position de travail dans laquelle on désire placer la tourelle 5, l'électrovanne 67 qui assure le déblocage du circuit hydraulique d'actionnement est alors excitée par l'intermédiaire du circuit électrique représenté sur la figure 6, le blocage et le déblocage du piston 10 assurant le déplacement axial de la tourelle 5 pour désaccoupler sa denture 5d de la denture 4c du disque fixe 4.En meme temps, par l'intermédiaire du dispositif de sélection 62, des deux circuits 63, 64 du sens de rotation et du circuit 65, le dispositif 68 et le dispositif d'actionnement 69 assurent l'alimentation du moteur électrique à courant continu 19 et la rotation de celui-ci dans le sens des aiguil les d'une montre ou dons le sens ínserse, sens qui est Drédéterminé automatiquement et qui correspond au parcours le plus court pour porter la position prédétrince de la tourelle 5 dans la position de travail, également 2 l'aide des combinaisons des organes en forme d'étoiles 40, 41 et des éléments d'actionnement 39. A ce moment, la tourelle 5 est alors déplacée, au moyen du même piston I, dans le sens opposé au précédent, ce qui a pour effet d'amener sa denture 5d en prise avec la denture 4c du disque fixe 4, entraînant ainsi le blocage dans cette position. Un appareil semblable peut trouver divers emplois sur des machines-outils différentes, comme celles représen tées sur les figures 3, 4 et 5. Sur la figure 3 est représentée une application de l'appareil à une fraiseuse 74 et on peut voir que dans ce cas l'appareil en question, indiqué dans son ensemble par la référence 75, est monté fixe horizontalement sur la gluis sière 2 de la fraiseuse 74, la pièce à usiner 8 étant montée sur la tourelle 5. Au contraire sur la figure 4 est représentée une application à un chariot 2a d'un tour 76, un bloc 6 portant des outils 7 étant monté sur la tourelle 5. Enfin, sur la figure 5 est illustrée l'application de l'appareil sur un banc 3 d'une perceuse 77, la pièce à usiner étant fixée sur la tourelle 5. L'appareil qui a été décrit ci-dessus permet d'atteindre tous les buts qui lui ont été fixés. REVENDICATIONS 1- Appareil pour la détermination automatique de la position de travail entre des pièces à usiner et des outils sur des machines-outils, comprenant essentiellement un support associé d'une manière amovible à la machine-outil, une tourelle rotative associée d'une manière amovible à ce support, un système à dents frontales pour accoupler et désaccoupler en torsion la tourelle rotative et le support, des moyens dactionnement comportant des moyens réducteurs du mouvement pour assurer l'accouplement et le désaccouplement par l'intermédiaire du système à dents frontales, des moyens sélecteurs d'asservissement des moyens d'actionnement pour mettre en position opérationnelle relative l'outil et la pièce à usiner et des moyens de blocage, en position de travail, entre la tourelle rotative et le support, caractérisé en ce que les moyens de blocage,-dans la position de travail prédéterminée, entre la tourelle rotative (5) et le support (1,4) sont constitués de moyens hydrodynamiques à cylindre (12) et piston (10) , en ce que les moyens réducteurs du mouvement (24) sont constitués par un organe d'en treinement cylindrique (25) mû en rotation, denté à sa périphérie, et d'une paire d'anneaux (26,27) disposés côte à côte, à l'extérieur de l'organe d' entraînement (25) mû en rotation, et pourvus chacun d'une denture interne en prise avec les dents de l'organe d' entraînement rotatif (25),le rapport des nombres de dents internes des deux anneaux (26,27) disposés côte à côte coaxialement étant entre eux de n à n - 1, et en ce que les moyens sélecteurs comprenne't des circuits comportant des dispositifs à action logique de sélection du sens de rotation par l'intermédiaire de moyens d'actionnement comprenant un moteur électrique (19) à courant continu. 2.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (10) est solidaire d'un premier pignon (9) avec lequel est en prise un second #pignon (33) calé sur une extrémité d'un arbre (34) s'étendant parallèlement à l'axe de la tourelle rotative (5) et en ce que sur l'autre extrémitéde cet arbre (34) sont calés, d'une part, un tambour (35) portant sur sa surface périphérique une pluralité de petits blocs (36) alignés longitudinalement et répartis sur des circonférences distantes les unes des autres, et, d'autre part, deux organes en forme d'étoiles (40, 41), les petits blocs (36) et les organes en forme d'étoiles (40, 41) agissant sur un nombre correspondant d'éléments d'actionnement (37, 39) électriques ou électromagnétiques, les premiers, à savoir les blocs (36) suivant des combinaisons binaires et les seconds, à savoir les organes en forme d'étoiles (40, 41), par des surfaces d'amplitudes différentes. 3.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (19) à courant continu est accouplé coaxialement, par des moyens mécaniques, au premier pignon (9), à travers l'anneau (27) à n - 1 dents des moyens réducteurs (24). 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le premier pignon (9) est engagé dans une fourche (53) solidaire d'une extrémité d'une tige (52) montée à coulissement parallèlement à l'axe de rotation de la tourelle (5), l'autre extrémité de cette tige (52) copérant avec un balancier (49) agissant alternativement sur des éléments d'actionnement électriques ou électromagnétiques (45, 46) pour assurer le blocage et le déblocage de la tourelle rotative (5) par l'intermédiaire du piston (10) et d'une électrovanne (67).