Brevet FR2524360A1 — publié le 19831007

La présente invention concerne une machine-outil universelle avec une pluralité de postes d'usinage, constituant un centre d' usinage. Dans les machines-outils universelles, connues, les diffé- rents dispositifs de changement d'outil S sont compliqués et s'effectuent par l'intermédiaire de bras transferts ou autre moyens engendrant des difficultés de construction De plus, ces machines- outils ne permettent pas d'effectuer des opérations d'usinage sui- vant toutes capacités géométriques. C'est donc pour obvier à ces inconvénients qu'il est apparu nécessaire de réaliser une machine-outil universelle comprenant une tourelle d'usinage porte-outils à broches horizontales, à position circulaire indexée, règlable verticalement et à avancement longi- tudinal automatique, en regard de la ou des pièces à usiner, mon- tées sur un plateau tournant et indexé, solidaire d'un chariot ho- rizontal à déplacement transversal Des moyens de commandes des axes de déplacements par moteurs-couples agissant séparément. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés: La figure 1 est, à petite échelle, une vue schématique de fa- ce de la machine-outil universelle selon l'invention. La figure 2 est une vue extérieure en plan correspondant à la figure 1. La figure 3 esti à plus grande échelle, une vue en coupe trans- versale suivant la ligne 3-3 de la figure 2, illustrant la commande en rotation, en indexation circulaire et en translation du plateau tournant support de pièces à usiner. La figure 4 est à plus grande échelle une vue en coupe trans- versale suivant la ligne 4-4 de la figure 2, illustrant la comman- de en rotation, et en indexation circulaire de la tourelle, ainsi que le dispositif d'embrayage en vue de l'entraînement en rotation de chaque porte-outil en position d'usinage; lamoehdd déplace- ment du chariot porte-tourelle est également représentée. La figure 5 est une vue partielle semblable à la figure 4, mais la broche porte-outil est représentée en position embrayée en vue de son entraînement en rotation. La figure 6 est une vue partielle, en perspective du disposi- tif d'indexation circulaire et de blocage de la tourelle par rap- port au chariot. La figure 7 est à plus grande échelle une vue partielle, il- -2- lustrant en deux positions, le moyen de verrouillage et de dé- verrouillage de chaque porte-outil par rapport à sa broche d' entra nement. La figure 8 est une vue en plan, avec coupes partielles, cor- respondant à la figure 1. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le dé- crit maintenant sous une forme non limitative de réalisation illus- trée aux figures des dessins. Cette machine-outil universelle est établie avec un bâti ( 1) formant table de guidage d'un chariot transversal ( 2) unidirection- nel animé d'un mouvement horizontal de translation, avec en super- position un plateau-support tournant ( 3) avec moyen de commande d' indexation en position angulaire d'usinage autour de son axe ver- tical Une console ( 4) à déplacement vertical, guid é sur la face verticale du bâti ( 1 supportant un chariot longitudinal ( 5) dis- posé perpendiculairement au chariot ( 2) et muni d'une tourelle po- lygonale ( 6) à axe vertical et à positionnement angulaire règlable dont chaque c 8 té extérieur reçoit un ou un groupe de porte-outils ap- propriés, disposés horizontalement et entraînés circulairement suivant chaque poste de travail en vue d'obtenir, en combinaison avec l'avance du chariot ( 5) la ou les opérations d'usinage de la pièce fixée sur le plateau ( 3), suivant toutes capacités géométri- ques. Le chariot transversal ( 2) guidé longitudinalement par des glissières ( 7), reçoit axialement à sa base, un écrou ( 8) pour coo- pérer avec une vis de manoeuvre ( 9), entraînée par moteur et trans- mission ( 10), en vue d'assurer la commande mécanique en translation dudit chariot horizontal par rapport au bâti ( 1). Le plateau ( 3) centré dans un évidement du chariot ( 2) tourne librement sur des roulements et butées à billes ( 11), tandis que son extrémité inférieure forme un nez épaulé ( 31) pour autoriser le centrage et la fixation par vis ( 12) d'une couronne ( 13) à dentu- re périphérique hélicoïdale ( 131). Une vis sans fin ( 14) logée transversalement et à libre coulis- sement à l'intérieur du chariot ( 2) et entra Lnée en rotation par mo- teur et transmission ( 15), engrène avec la couronne ( 13) à seule fin d'assurer la rotation angulaire du plateau ( 3) pour la position d' usinage de la pièce fixée sur ce dernier. Cette position angulaire du plateau ( 3), obtenue par commande numérique, est bloquée après règlage par l'intermédiaire d'une lame 3 - métallique ( 16), en forme de disque/fixée concentriquement sur une collerette inférieure ( 3) dudit plateau La partie débor- dant circulairemnt de cette lame ( 16) s'engage à faible jeu dans une fente correspondante (F) formée entre deux couronnes super- posées ( 17 et 18) assemblées par vis ( 19) et fixées sur la face extérieure du chariot transversal ( 2). La face supérieure de la couronne inférieure ( 17) forme tas- seau d'appui de la lame ( 16), tandis que la couronne supérieure ( 18) est percée d'une pluralité de chambres ( 181) servant de logements lrespectifs à des pistons ( 20) reliés hydrauliquement à une rainure circulaire ( 18) d'arrivée de fluide Les pistons ( 20) munis res- pectivement d'un joint d'étanchéité ( 21) sont ainsi sollicités si- multanément lors de la mise en pression du fluide pour exercer un appui ferme sur la lame ( 16) butée par la couronne ( 17), de manière à assurer ainsi un blocage efficace en position circulaire du pla- teau ( 3). Selon une réalisation en variante, l'ensemble des pistons ( 20) peut avantageusement Stre remplacé par une seule couronne torique, non représentée, mise en communication de par sa face supérieure avec 201 a rainure ( 182) et dont le c 8 té opposé forme une rface d'appui sur la lame ( 16). Selon ces dispositions, l'on conçoit que le plateau ( 3) sup- portant la pièce à usiner, peut être déplacé en translation trans- versale, tout en pouvant tourner autour de son axe vertical, de ma- nière à occuper des positions précises par rapport à l'axe du porte- outil disposé perpendiculairement comme indiqué ci-après. La console ( 4) à déplacement vertical sur le bâti ( 1), perpen- diculairement à l'axe du chariot ( 2) est commandée par un moteur ( 22) agissant par un couple de pignons coniques ( 23) et écrou, sur une vis verticale ( 24) solidaire du bâti ( 1). A sa partie supérieure, la console permet par des glissières ( 25) le libre coulissement d'un chariot longitudinal ( 5) se dépla- çant horizontalement et perpendiculairement par rapport au chariot ( 2) par l'intermédiaire d'un moteur ( 26) agissant sur une vis de ma- noeuvre ( 27) avec écrou ( 28) solidaire dudit chariot ( 5). Une tourelle ( 6) de section extérieure polygonale, à neuf côtés dans l'exemple du dessin, tourne par l'intermédiaire de roulements et butées à billes ( 29) sur une portée axiale ( 51) du chariot ( 5), tan- dis que des broches horizontales porte-outils convergent radialement et axialement suivant chaque côté extérieur de la tourelle ( 6). -4 _ Cette tourelle ( 6) est en outre entra*née circulairement par l'intermédiaire d'une couronne dentée ( 30) fixée en débordement de son évidement vertical, pour engrener avec une roue ( 31) montée en bout d'un arbre vertical ( 32) traversant le chariot ( 5) etflc mo- teur d'entraînement. La tourelle ( 6) est bloquée circulairement après positionnement et indexage /de la broche porte-outils pour l'opération d'usinage et, de la mê- me façon que pour le plateau ( 3), par l'interméclaire d'un disque métallique ( 33) fixé concentriquement sur l'extrémité inférieure et circulaire de la tourelle ( 6) Ce disque ( 33) s'engage dans la fente (FI) formée entre deux couronnes superposées ( 34 et 35) soli- daires du chariot ( 5) pour être sollicité en poussée soit par une pluralité de pistons ( 36) disposés circulairement et reliés à un circuit hydraulique par l'intermédiaire d'une rainure ( 351) soit en variante par une seule couronne, non représentée, éga- lement mise en communication avec la dite rainure ( 351)& La partie centrale évidée de la tourelle ( 6), autorise le libre passage d'un bloc botte de vitesse ( 37) dont la semelle ( 371) prend appui et est fixée directement sur le chariot ( 5) Ce bloc-botte de vitesse ( 37) reçoit en outre à sa partie inférieure, le dispositif de commande d' embrayage et d'entraînement de chaque broche disposé coaxialement et en regard du plateau ( 3) recevant la pièce à usiner. La botte de vitesse ( 37) réalisée à la façon connue, avec un arbre d'entrée ( 38) commandé par un bloc-moteur ( 39), présente dans l'exemple du dessin, trois rapports de multiplication, commandés respectivement par embrayage classique, et un arbre de sortie ( 40) avec pignon ( 41) engrenant avec la roue dentée ( 42) de commande du dispositif d'entratnement de chaque broche. A cet effet, la roue dentée ( 42) forme deux portées opposées ( 421 422) tournant librement, mais à libre coulissement longitu- dinal sur des roulements ( 43 et 44) supportés par le carter de bot- te ( 37), en vue d'un déplacement axial combiné avec l'entraînement en rotation L'extrémité de la portée arrière ( 422) est accouplée en libre rotation et en translation, au moyen de butées à billes ( 45) à la tige d'un piston ( 46) de vérin, coulissant dans la cham- bre ( 471) d'un corps ( 47) Des orifices d'arrivée et d'évacuation du fluide hydraulique permettent le déplacement axial du piston ( 46) et par suite de la roue bntée ( 42) en vue de l'opération d'em- brayage, par rapport à l'extrémité de la broche porte-outil placée coaxialement en regarde On remarque, à cet effet, que l'extrémité -5- de la portée avant ( 421) est clavetée à un plateau ( 48) muni d'une denture faciale ( 48) qui coopère en appui avec la denture complé- mentaire ( 491) d'une couronne ( 49) montée coulissante avec moyen élastique d'appui en bout de chaque broche (B) recevant l'outil approprié Ce plateau ( 48) reçoit également dans son épaisseur un électro-aimant ( 50) qui coopère lors de son excitation avec la couronne ( 49) En variante, l'électro-aimant ( 50) est supprimé et c'est le piston ( 46) du vérin qui agit directement sur le pla- teau ( 48) avec une pression suffisante pour enclencher les dentures ( 481 491). Selon ces dispositions, lors de l'embrayage de la broche (B), le piston ( 46) du vérin agit en poussée dans un premier temps sur la roue dentée ( 42) qui se déplace en translation en entraînant le plateau ( 48) tout en ménageant en fin de course un espace de quelques dixièmes de millimètres entre les dentures ( 481 et 491 en assurant ainsi un prépositionnement L'embrayage proprement dit s'effectue dans un deuxième temps, après excitation de l'électro- aimant ( 50) qui de par sa force attractive rappelle la couronne ( 49) en vue d'accoupler les dentures ( 481 et 491) pour l'entra - nement de la broche (B) L'on conçoit que le dégagement longitu- dinal du plateau ( 48) autorise la rotation de la tourelle ( 6) par rapport au dispositif d'entraînement, et la présentation unitaire de chaque broche en vue de son embrayage Il faut également consi- dérer que cet embrayage s'effectuant en deux temps, permet de sup- primer l'effet de poussée engendré par le piston ( 46) du vérin, sur les dentures ( 481 et 491) en évitant leur usure prématurée. Chacune des broches (B) disposée radialement suivant les côtés polygonaux de la tourelle ( 6), tourne librement sur des roulements et butées à billes ( 50 51) logés dans un fourreau ( 52) lui-même emmanché et fixé dans le corps de la dite tourelle en vue de permettre son extraction. L'alésage de chaque broche tournante (B) forme en bout une portée conique (Bl) pour l'emmanchement de la queue ( 0) de l'outil dont l'extrémité constitue une gorge (O) quicoopère avec le moyen de verrouillage en position de travail. A cet effet, une tige-poussoir ( 53) monté&à libre coulis- sement dans une chambre axiale de la broche (B) reçoit à son extré- mité intérieure une tête ( 54) munie de trous disposés radialement pour le logement de billes ( 55) En position deverrouillage de la queue ( 0) de l'outil, ces billes ( 55), butées extérieurement de par -6- le/logement de la tête ( 54), émergent et s'engagent dans la gorge (O) de l'outil en vue d'assurer son verrouillage Un ressort ( 56) intercalé entre le fond de la chambre axiale et l'extrémité épau- lée ( 531) de la tige-poussoir ( 53) assure son rappel permanent en position de verrouillage. Lors du déverrouillage automatique s'effectuant en dehors du poste de travail de l'outil, un vérin non représenté disposé ho- rizontalement dans le bloc ( 37) agit de par son piston sur l'extré- mité ( 531) de la tige poussoir ( 53) en vue du déplacement lon- gitudinal de la tête ( 54) Les billes ( 55) se présentent en regard d'un dégagement circulaire (B 2) de la broche (B) pour permettre leur effacement et par suite le dégagement longitudinal de la queue ( 0) de l'outil qui peut-en outre être dégagé manuellement Il est bien évident que chaque broche tournante (B) qui est amovible, peut recevoir des outils spéciaux ou encore une tête multibroches ou outils multi-lames suivant les opérations combinées ou successives d'usinage à effectuer. Selon les dispositions, l'on conçoit que la tourelle ( 6) permet de par le positionnement circulaire et l'entraînement respec- tif en rotation de chacune de ses broches (B) à la vitesse désirée et placée en regard de la pièce à usiner (P), d'effectuer les opé- rations successives d'usinage, après règlage en hauteur de ladite tourelle ( 6) et avance en translation donnée par le chariot ( 5). Cette opération d'usinage s'effectue en combinaison avec le règlage en translation de la pièce à usiner donné par le chariot ( 2) et également par son positionnement circulaire donné par le plateau-support ( 3). Il est bien évident que cette machine peut être personnali- sée et équipée différemment en de nombreuses variantes, selon les opérations d'usinage à effectuer. A titre d'exemple, la tourelle ( 6) ainsi que le bloc- support ( 37) peuvent être retirés de manière à libérer le chariot ( 5) sur lequel est alors fixé un ou des outillages spécifiques avec moteur indépendant, tels une unité de fraisage, une unité de perçage ou autre. De la même façon, le plateau tournant ( 3) ainsi que le chariot ( 2) peuvent recevoir également des outillages spécifiques; la ou les pièces à usiner étant dans ce cas fixées sur le chariot ( 5) ou sur la tourelle ( 6). Il faut considérer également que la tourelle ( 6) peut au- -7- toriser de par ses faces périphériques et de par sa partie supé- rieure équipées de moyens d'appui et de fixations, tels que trous taraudés, le montage de têtes d'usinage autonomes avec broche d'outildisposée soit verticalement ou horizontalement, soit encore règlable angulairement comme illustré par le tracé en traits mixtes figure 1. Cette machine constitue donc un centre d'usinage pour tou- tes pièces s'ircrivant dans sa capacité géométrique, indépendam- ment de l'importance de la série et de la grandeur des lots. Il est bien évident que tous les déplacements des orga- nes de la machine sont asservis par commande numérique et qu'elle peut être intégrée dans un atelier flexible. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses doverses parties ayant plus spécialement été indiquées; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. 8 2524360 R E V E N D I C A T I O N S -1 Machine-outil universelle avec une pluralité de postes d'usinage à broches horizontales constituant un centre d'usinage, caractérisée par le fait qu'elle comprend une tourelle d'usinage ( 6) porte-outils,à broches horizontales (B) avec moyen d'entratnement en position circulaire indexée et dispositif d'em- brayage et d'entraînement respectif de chaque broche (B) en phase d'usinage; ladite tourelle ( 6) étant fixée tournante sur un cha- riot ( 5) avec dispositif de déplacement longitudinal sur une con- sole ( 4) mobile verticalement et guidée sur un bâti ( 1), au moyen d'un dispositif de déplacement en hauteur; un chariot transversal ( 2) à déplacement unidirectionnel perpendiculaire au déplacement du chariot ( 5) , coulissant à la partie supérieure dudit bâti au moyen d'un dispositif de commande; un plateau-support ( 3) fixé sur le chariot ( 2),avec moyen d'entrainement en position circu- laire indexée, pour supporter la pièce à usiner, suivant les coor- données des opérations d'usinage s'effectuant par déplacement de la tourelle ( 6). -2 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le chariot transversal ( 2) coulissant sur le bâti ( 1), reçoit axialement un écrou ( 8) dans lequel se déplace une vis de manoeuvre ( 9) entra 5 née par moteur et transmission ( 10), en vue de son déplacement mécanique en translation. -3 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le plateau-support ( 3) tourne librement dans un évide- ment du chariot ( 2) et forme à sa base un épaulement ( 31) pour le centrage et la fixation d'une couronne dentée ( 13) qui engrène avec une vis sans fin ( 14) logée à l'intérieur dudit chariot ( 2) et entraînée par moteur et transmission ( 15), de manière à per- mettre la rotation dudit plateau ( 3). -4 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rotation du plateau-support ( 3) est bloquée après indexation, par un disque ( 16) fixé concentriquement à la base dudit plateau ( 3), pour s'engager circulairement et tourner dans l'intérieur d'une fente (F) formée entre deux couronnes superposées ( 17 et 18), solidaires du chariot ( 2); la couronne inférieure ( 17) 9 2524360 formant appui, tandis que la couronne supérieure ( 18) reçoit dans son épaisseur, une pluralité de pistons ( 20) disposés circulaire- ment et mis ensemble en communication avec une rainure circulaire ( 12 ( 18) d'admission du fluide hydraulique; lesdits pistons ( 20) agissant simultanément en pression Sur le disque ( 16), en vue d'obtenir son blocage en rotation sur la couronne ( 17) formant tasseau, et par suite, le blocage circulaire dudit plateau ( 3). -5 Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'en variante, les pistons ( 20) sont remplacés par une -couronne mise en communication de par sa face supérieure, avec la rainure circulaire ( 182) , ladite couronne agissant en pression sur le disque ( 16). -6 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la console ( 4) coulissant verticalement sur le bâti ( 1) est commandée dans son déplacement en hauteur, par un moteur ( 22) agissant de par l'intermédiaire d'un couple de pignons coni- ques ( 23), sur une vis verticale ( 24) solidaire dudit bâti ( 1); ladite console ( 4) permettant le coulissement du chariot ( 5) per- pendiculaire au chariot ( 2), au moyen d'un moteur ( 26) entraînant une vis ( 27) coopérant avec un écrou ( 28) solidaire dudit chariot ( 5). -7 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tourelle ( 6) de section polygonale évidée avec une pluralité de broches radiales horizontales porte-outils, tourne librement sur une portée axiale ( 51) du chariot ( 5) et reçoit à sa base, une couronne dentée ( 30) engrenant avec une roue ( 31) montée en bout d'un arbre vertical ( 32) avec moteur d'entraînement -8 Machine -selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tourelle ( 6) est bloquée circulairement après posi- tionnement de chaque broche (B), en phase d'usinage, par un disque ( 33) fixé concentriquement à sa base, pour s'engager circulaire- ment et tourner dans l'intérieur d'une fente (FI) formée entre deux couronnes superposées ( 34 et 35) solidaires du chariot ( 5), ledit disque ( 33) étant sollicité en appui par une pluralité de pistons ( 36) ou par une seule couronne mise en communication avec une rainure circulaire ( 351) d'admission du fluide hydraulique, 2524360 en vue d'obtenir son blocage en rotation et par suite, celui de ladite tourelle ( 6). -9 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le chariot ( 5) autorise la fixation à demeure d'un bloc boite de vitesse ( 37) à plusieurs rapports, avec à sa base le dispositif d'embrayage et d'entraînement de chaque broche en phase d'usinage; ledit bloc ( 37) traversant librement l'ouver- ture de la tourelle rotative ( 6) supportant le moteur ( 39) d'en- traînement de l'arbre primaire, tandis que l'arbre de sortie ( 40) supporte un pignon ( 41) qui engrène avec la roue dentée ( 42) d'en- traînement et d'embrayage de chaque broche (B). -10 Machine selon les revendications 1 et 9 prises ensemble, caractérisée par le fait que la roue ( 42) d'entraînement de chaque broche (B) en position d'alignement, est sollicitée, dans un mouvement longitudinal et axial, par un piston de vérin ( 46) coulissant dans un corps ( 47), en vue de présenter son pla- teau extrême ( 48) denté facialement en ( 481), en regard et en position pré-embrayée,de la denture complémentaire ( 491) d'une couronne ( 49) accouplée élastiquement en bout de ladite broche (B); ledit plateau extrême ( 48) recevant en outre, dans son épaisseur, un électro-aimant ( 50) qui coopère de par son excitation, avec la couronne ( 49), en vue de l'embrayage et l'accouplement des den- tures ( 4811 491) pour l'entraînement en rotation de la broche (B). -11 Machine selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'en variante, le piston de vérin ( 46) agit directement de par son plateau extrême ( 48), en vue de l'accouplement des den- tures ( 481 491) pour l'entraînement en rotation de la broche (B). -12 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque broche (B) tourne librement dans un fourreau ( 52) emmanché dans le corps de la tourelle ( 6) et alésé pour rece- voir la queue ( 0) de l'outil dont l'extrémité coopère avec une tête ( 54) solidaire d'une tige poussoir ( 53); des billes ( 55) qui débouchent radialement de ladite tête ( 54) en tangentant l'alésage de cette dernière pour émerger dans une gorge (O 1) de l'outil, en vue d'assurer son verrouillage, tandis qu'en position de déverrouillage, le déplacement de la tige-poussoir ( 53) à 11 2524360 l'encontre d'un ressort ( 56), permet le débordement extérieur des dites billes ( 55) dans un dégagement (B 2) de la broche (B). -13 Machine selon la revendication 12, caractérisée par le fait qu'un vérin disposé horizontalement dans le bloc - support ( 37) de la boite de vitesse, agit de par son piston, sur l'extrémité ( 531) de la tige-poussoir ( 53) débouchant dans l'ou- verture de la tourelle ( 6), dans une position angulaire de la broche (B) autre que celle de son embrayage, pour l'opération d'usinage. -14 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque broche (B) peut recevoir des outils spéciaux ou une tête multibroches ou outils multilames. -15 Machine selon les revendications 1, 7 et 8 prises ensemble, caractérisée par le fait que la tourelle ( 6) est établie suivant sa face supérieure et sur chaque pans, avec des moyens d'appui et de fixation pour le montage de têtes autonomes d'usi- nage avec outils disposés verticalement, horizontalement ou régla- bles angulairement, disposés en regard du plateau ( 3).