Brevet FR2530991A1 — publié le 19840203

L'invention a pour objet une machine automatique d'usi- nages, à grand rendement, mettant en oeuvre un procédé cyclique d'opérations d'usinages et de translations combinées. L'objet de l'invention se rattache notamment au secteur technique des machines-outils, en particulier des machines spé- ciales exécutant des usinages combinés à partir de broches. On connaît d'une part, les machines spéciales qui sont conçues et réalisées pour exécuter automatiquement, en grande production, une série d'opérations d'usinages Ce sont des machine du genre transfert, multibroches, relativement compliquées et oné- reuses, nécessitant des outillages importants, spécifiques aux pièces à us Iner On connait d'autre part, les centres d'usinage travaillant généralement en monobroche et pouvant réaliser une seule opération simultanément L'opération suivante nécessite un changement d'outil sur la broche Pour résoudre les problèmes liéE à une grande production, il faut mettre en oeuvre soit une machin E transfert qui est onéreuse et nécessite un temps de changement des outillages spécifiques très long, soit plusieurs centres d'usl nage, chacun ayant une productivité relativement faible Dans tou E les cas les investissements sont considérables et on est limité par certaines contraihtestelles que l'impossibilité d'employer de E moyens de perçage rapide sur les unités multibroches d'usinage, le manque de souplesse et les délais pour passer d'un type de pièce à usiner à un autre type de pièce Suivant l'invention, on a voulu réaliser une machine automatique d'usinages, à grand rendement, qui ne présente pas leg inconvénients précités, notamment parce que son coût permet de ré- duire les investissements dans un rapport de 4 à 1, environ, pour une production et un rendement analogues. Cette machine automatique d'usinages, à grand rendement, conforme à l'invention, est remarquable en ce qu'elle met en oeu- vre un procédé suivant lequel on monte en alignement des unités de travail monobroches, fixes, bien positionnées entre elles, avec un mime espacement très précis entre les axes des broches d'usinages; pour l'organisation de ce montage des unités de travail mono- broches, compte tenu du nombre et de la nature des opérations d'usinage à exécuter sur les pièces, on détermine le nombre d'uni- tés de travail monobroches à mettre en oeuvre par la relation 2 N-1, dans laquelle N représente le nombre d'opérations d'usinage 1 - 2 - à exécuter sur ces pièces, de sorte que l'on met en oeuvre un nombre impair d'unités de travail monobroches et qu'il y a, dans tous les cas, une unité centrale de part et d'autre de laquelle est monté un même nombre d'unités X on équipe l'unité centrale de façon que sa broche exécute la dernière opération d'usinage N O N; d'un côté de l'unité centrale, en progressant à partir de celle-ci, on équipé les unités pour effectuer les opérations N-1, N-2; de l'autre côté de l'unité centrale, en progressant à partir de celle-ci, on équipe les uni- tés pour effectuer les opérations 1, 2 O jusqu'à N-I, de cette façon, en les parcourant dans le même sens, on trouve que les configurations d'un c 5 té et de l'autre de l'unité centrale, sont identiques; on déplace en translation-transfert dans un même plan et par rapport aux unités-de travail monobroches, une table ou un plateau portant autant de dispositifs de positionnement des pièces à usi- ner qu'il y a d'opérations à exécuter sur ces pièces, les a res de positionnement des pièces étant séparés par les mêmes espaces pr& cis et rigoureusement égaux correspondant aux entr'axes des broches des unités de travail monobroches; on déplace en translation la on les pièces à usiner devant les unités de travail monobroches, d'une manière automatique et selon un-ordre séquentiel préétabli, en liaison synchronisée avec les commandes successives des unités de travail; on met en oeuvre un système de manutention des pièces à usiner qui, successivement, met en place chacune des pièces sur un des dispositifs de positionnement, et qui la retire à la fin de l'usi- nage, le système de manutention agissant essentiellement à cet effet, dans la zone de l'unité centrale qui exécute toujours la dernière opération d'usinage. Pour mettre en oeuvre ce procédé, la machine automatique d'usinage est caractérisée en ce qu'elle comprend un banc fixe ou support équivalent, sur lequel sont montées fixement des unités de travail monobroches dont les axes entre les broches sont séparés par des intervalles identiques très précis, le nombre d'unités de travail étant impair et égal à deux fois celui des opérations d'usinage à exécuter moins un, compte tenu de ce qu'il y a une unité centrale qui est la seule à exécuter la dernière opération d'usinage, la ou les unités de part et d'autre de l'unité centrale, étant destinées à exécuter, d'une manière alternée, les autres 3 - opérations d'usinage de la pièce; ladite machine comportant encore, en combinaison, une table ou plateau monté et équipé avez des moyens pour être mobile en translation selon un ordre séquen- tiel préétabli par rapport aux unités de travail monobroches, de. dispositifs ou moyens de positionnement des pièces à exécuter dont le nombre correspond au nombre d'opérations à exécuter sur les pièces et dont les intervalles entre les axes desdits dispo- sitifs de positionnementsont précis et égaux entre eux ainsi qu'aux intervalles entre les axes des broches des unités de tra- vail; des moyens de manutention pour mettre successivement en place les pièces à usiner et pour les enlever successivement, à 1 fin de leur usinage, les moyens de manutention agissant à cet eff essentiellement dans la zone de l'unité centrale qui exécute la dernière opération d'usinage. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure 1 est une vue en plan à caractère schématique, illustrant la machine automatique selon l'invention, dans une application à l'usinage de faces en bout de vilebrequin. La figure 2 est une vue de face considérée suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue considérée suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant les unités monobroches - La figure 4 est une vue considérée suivant la ligne 4-4 de la figure 1, montrant les dispositifs de positionnement de pièces de révolution et un exemple de moyen de manutention des pièces. La figure 5 est une vue considérée suivant la ligne 5-5 de la figure 1, montrant des moyens de fixation et d'entraînement en rotation des pièces. La figure 6 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, montrant un exemple d'opérations réalisées sur une extré& mité de vilebrequin, avec la machine selon l'inventions La figure 7 est une vue en plan correspondant à la fi- gure 6. Les figures 8 à 13 sont des vues en plan très schématique illustrant une partie du cycle de travail de la machine selon les figures précédentes. -4 - Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous une forme non limitative de réalisation illustrée aux figures des dessins. La machine selon l'invention comprend essentiellement, un banc fixe ( 1) ou support équivallent, porté par un bâti ( 2) et sur lequel sont montées en alignement et de manière fixe, des unités de travail monobroches ( 3, 4, 5, 6, 7) dont les axes entre les broches sont séparés par des intervalles (a) identiques et très précis. Les unités monobroches sont généralement en nombre impair. Dans l'exemple non limitatif illustrés il y a cinq unités pour réaliser 3 opérations, mais il est bien évident que ce nombre peut être différent, 3, 7, 9, suivant les besoins. L'unité centrale ( 5) est équipée pour réaliser la troi- sième et dernière opération d'usinage sur une pièce, tandis que les unités latérales ( 3,4) et ( 6,7) sont équipées pour réaliser d'une manière alternée, les autres opérations d'usinage de la pièce. Dans l'exemple des dessins, la machine est destinée à réaliser des perçages, des taraudages 2 des chambrages, des chan- freins ou des alésages, sur la face en bout d'un vilebrequin. Dans le cas representé, cet usinage ccïiporte quatre trous taraudés équidistants (T 1, T 2, T 3, T 4) exécutes en bout du vilebre- quin (V), comme illustré aux figures 6 et 7. Dans ce cas, l'unité centrale ( 5) est équipée d'un taraud (Sa) pour effectuer la dernière opération (taraudage), tandis que les unités latérales ( 3 et 6) sont équipées d'un foret de perçage ( 3 a et 6 a) et les unités latérales ( 4 et 7) sont équipées d'un outil de chambrage, de chanfreinage ou d'alésage ( 4 a et 7 a). En face des unités monobroches et suivant un plan déter- miné, les vilebrequins (V) ou autres pièces à usiner, sont posi- tionnés sur une table ou plateau ( 8) qui est monté et équipé par tous moyens connus, pour être mobile en translations alternativese selon un axe perpendiculaire au sens de déplacement des broches. Le plateau ( 8) doit être dimensionné en largeur pour rece- voir dans l'exemple illustré, trois vilebrequins espacés entre eux d'un intervalle (b) précis et égal à l'intervalle (a) entre les broches, et en longueur pour assurer le positionnement de vilebre- quins de grande longueur. Du côté de l'extrémité à usiner, les vilebrequins sont _ 5 _ 2 530991 positionnés en butée par une portée de paliers (VI), dans des supports en Vé ( 9) ou des demi-bagues, et sont maintenus par tous moyens de serrage pneumatique ou hydraulique tels que les brides articulées ( 10) illustrées à la figure 4 Pour éviter l'usure des supports, on peut prévoir un dispositif d'allègement par film d'huile ou autre moyen, pendant la rotation des pièces. A l'opposé, les vilebrequins sont montés par leur platea' (V 2) dans un dispositif de centrage et de serrage approprié, du type mandrin ( 11) par exemple. Pour effectuer les opérations de perçage, chambrage et taraudage sur les quatre trous, il est nécessaire de prévoir des rotations successives des vilebrequins A cet effet, les mandrins ( 11) sont associés à un diviseur à-trois sorties ou à des diviseu: ( 12),pour permettre la rotation sur 360 degrés, commandés périodi. quement suivant le cycle prévu Le positionnement angulaire de départ, s'il y a lieu, est réalisé par tous moyens connus tels qu E mâchoires autocentrantes escamotables. Le plateau ( 8), déplaçable en translations alternatives, doit encore être indexé fermement dans les positions correspondant à un usinage (trois positions dans l'exemple illustré) Pour cela. on a prévu par exemple, un doigt ( 13) manoeuvré par tous moyens pour passer d'une position arrière ou escamotée selon laquelle le plateau est libre, à une position avant ou d'indexage du plateau par pénétration du doigt dans une des entailles correspondantes ( 8 a) du plateau (figures 1 et 2). On prévoit encore un moyen de chargement et de décharge- ment des vilebrequins lorsqu'ils sont placés en face de l'unité centrale ( 5) On a-symbolisé ce moyen par les pinces ( 14), aux figures 2 ét 4, étant entendu que tous types d'organesde préhensic et de transport appropriés, peuvent être adaptés. D'une manière importante, il faut souligner que le nombre d'unités de travail monobroches est déterminé par la relation 2 N-1, dans-laquelle N représente le nombre d'opérations d'usinage du même type à exécuter sur les pièces De la sorte, on-met en oeuvre un nombre impair d'unités de travail et il y a dans tous les cas, une unité centrale exécutant ladernière opération, de part et d'autre de laquelle est placé un même nombre d'unités. A noter encore que le nombre de pièces en travail est toujours égal au nombre d'opérations de même type à effectuer. Bien entendu, les déplacements en translations alter- -6 - natives du plateau ( 8) ainsi que le contrôle des positions, peu- vent être asservis par une commande numérique, de manière à pou- voir régler un décalage d'origine, correspondant au rayon de per- gage, et les différentes courses suivant le cycle de travail. L'indexation angulaire des pièces pour l'usinage trou par trou s'opère également par commande numérique du ou des diviseurs (,12). De même, on peut également mettre en oeuvre une commande numérique de chaque unité de travail monobroche, pour assurer les cycles de travail et les vitesses convenables des outils. En variante, on peut concevoir la machine avec l'unité centrale fictive La position de la pièce en face de cet emplace- ment ne servant alors qu'au chargement et au déchargement Dans ce cas, le nombre d'unités est égal à deux fois le nombre d'opé- rations à effectuer. On décrit maintenant, en se référant aux figures 8 à 13, le cycle de fonctionnement de la machine selon l'invention, dans son application, a titre d'exemple seulement, à l'usinage sur une face en bout de vilebrequins, usinage comprenant des perçages, des chambrages et des taraudages de quatre trous équidistants, à l'aide des cinq unités monobroches ( 3, 4, 5, 6 et 7) et du plateau ( 8) à trois positions ou postes ci-après dénommés (A, B, C). Le plateau ( 8) est amené et indexé dans la position o le poste (A) est situé en face de l'unité centrale ( 5), avec un décalage (x) correspondant au rayon de perçage des trous Un pre- mier vilebrequin (Va) est positionné au poste (A) et calé angulai- rement (figure 8) Le plateau ( 8) est déplacé suivant flèche (P Fo) pour que le poste (A) soit en face de l'unité ( 6), avec le déca- lage (x) L'unité ( 6) est mise en action pour effectuer le per- çage avant chanfreinage et taraudage, sur un premier trou Après recul de la broche, le diviseur ( 12) déplace en rotation suivant degrés, le vilebrequin, et le deuxième trou est percé On pro- cède ainsi pour les deux autres trous A la fin du perçage un deuxième vilebrequin (Vb) est positionné au poste (B) du plateau (traits interrompus, figure 8) et le plateau ( 8) est deplacé selon flèche (F 1) pour l'amener et l'indexer dans la position (avec déca- lage x) o le poste (A) est en face de l'unité ( 7) et le poste (B) en face de l'unité ( 6) - Dans cette position, illustrée à la figure 9, on met en action les unités ( 6 et 7) pour effectuer simultanément les per- çages sur le vilebrequin (Vb) et les chambrages d'entrée sur le 7- vilebrequin (Va). A la fin de l'opération, un troisième vilebrequin (Vc) est positionné au poste (C), puis le plateau ( 8) est déplacé se- lon flèche (F 2) pour l'amener et i'indexer dans la position (avec décalage x) o les postes (A, B, C) sont respectivement en face des unités ( 5, 4 et 3) Dans cette position illustrée figure 10, on effectue simultanément les perçages sur le vilebrequin (Vc), les chambrages d'entréWsur le vilebrequin (Vb) et les taraudages sur le vilebrequin (Va). O 10 A la fin de l'opération, le vilebrequin (Va) qui est terminé, est enlevé par le dispositif de déchargement et un qua- trième vilebrequin (Vd) est positionné au poste (A). Le plateau ( 8) est ensuite déplacé pour l'amener et 1 ' indexer dans la position de départ, flèche (F 3), dans laquelle les postes (A, B et C) sont respectivement en face (avec décalage x) des unités ( 6, 5 et 4) Dans cette position (figure 11), on effec tue simultanément les perçages sur le vilebrequin (Vd), les tarau dages sur le vilebrequin (Vb) et les chambrages sur le v-ilebrequi (Vc). A la fin de l'opération, le deuxième vilebrequin (Vb) également terminé, est enlevé et remplacé par un cinquième vile- brequin (Ve) et le plateau ( 8) est déplacé selon flèche (F 4), fi- gure 12, pour 1 l'amener et l' indexer dans la position suivant la- quelle sont effectués simultanément les taraudages sur le vilebre quin (Vc) par l'unité ( 5)3 les perçages sur le vilebrequin (Ve) par l'unité ( 6) et les chambrages sur le vilebrequin (Vd) par l'unité ( 7) o A la fin de l'opération, le vilebrequin (Vc) est enlevé et remplacé par un sixième vilebrequin (Vf), puis le plateau est déplacé (selon flèche F 5, figure 13) pour opérer simultanément le perçages sur (Vf), les chambrages sur (Ve) et les taraudages sur (Vd) Le cycle continue ainsi, jusqu'à-épuisement des pièces. A noter encore que le temps d'usinage varie selon les unités et leur travail On aligne les temps de chaque opération sur la plus longue. Les avantages ressortent bien de la description, on sou- ligne encore le coût très sensiblement réduit de la machine par rapport aux machines spéciales multibroches et aux centres d'usinage (dans un rapport de 4 à 1, environ, pour un rendement égal) 8- la simplicité des moyens utilisés et leur rendement élevé du fait de l'emploi d'organes de perçage rapide (impossible dans les multibroches eto les centres d'usinage) et du fait que l'on tra- vaille sur plusieurs pièces simultanément (autant de pièces qu'ilt y a d'opérations), avec remplacement d'une pièce finie, toujours au même poste, par manutention automatique rapide; la facilité d'adaptation de la machine à des opérations diffé- rentes sur des pièces diverses, sans outillage spécifique onéreux. Il suffit de changer les outils, d'interchanger les moyens de positionnement des pièces et de régler les commandes numériques et éventuellement, les cycles des unités; la qualité du travail par l'utilisation des commandes numériques synchronisées pour les dimensions et positions des usinages à réaliser: l'ordre des opérations. A noter encore que les trous taraudés peuvent être exécutes soit sur des rayons différents en modifiant la cote (x), soit à des angles différents en modifiant les réglages angulaires du diviseur; ces modifications sont données par la cominmande numérique. L'invention ne se limite aucunement à celui de ces modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ces diverses parties ayant plus specialement été indiqués; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. -9 = REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S -1 Machine automatique d'usinages, à grand rendement, mettant en oeuvre un procédé cyclique d'opérations d'usinages et de translations combinées; ledit procédé étant caractérisé en ce que on monte en alignement des unités de travail monobroches, fi- xes, ( 3, 4, 5, 6 et 7), bien positionnées entre elles, avec un même espacement (a), très précis, entre les axes des broches d'usinages; pour l'organisation de ce montage des unités de travail mono- broches, compte tenu du nombre et de la nature des opérations d'usinage à exécuter sur les pièces, on détermine le nombre d'unités de travail monobroches à mettre en oeuvre, par la rela- tion 2 N-1, dans laquelle N représente le nombre d'opérations d'usinage à exécuter sur les pièces, de sorte que l'on met en oeuvre un nombre impair d'unités de travail monobroches et qu'il y a, dans tous les cas, une unité centrale ( 5) de part et d'au- tre de laquelle est monté un même nombre d'unités on équipe l'unité centrale ( 5) de façon que sa broche exécute la dernière opération d'usinage n N d'un côté de l'unité cen- trale en progressant à partir de celle-ci, on équipe les unités pour effectuer les opérations N-1, N-2; de l'autre côté de l'unité centrale, en progressant à partir de celle-ci, on équipe les unités pour effectuer les opérations 1, 2: jusqulà N-1; de cette façon, en les parcourant dans le même sens, on trouve que les configurations d'un côté et de l'autre de l'unité cen- trale, sont identiques; on déplace en translation-transfert dans un même plan et par rapport aux unités de travail monobroches, une table ou un pla- teau ( 8) portant autant de dispositifs de positionnement des pièces à usiner qu'il y a d'opérations à exécuter sur ces pièces les axes de positionnement des pièces étant séparés par des es- paces (b) précis et rigoureusement égaux, correspondant aux entr'axes (a) des broches des unités de travail monobroches on déplace en translation la ou les pièces à usiner devant les unités de travail monobroches, d'une manière automatique et se- lon un ordre séquentiel préétabli, en liaison synchronisée avec les commandes successives des unités de travail on met en oeuvre un système de manutention ( 14) des pièces à O- usiner qui, successivement, met en place chacune des pièces sur un des dispositifs de positionnement et qui la retire à la fin de l'usinage, le système de manutention agissant essentiellement à cet effet, dans la zone de l'unité centrale ( 5) qui exécute toujours la dernière opération d'usinage. -2 Machine automatique d'usinages, à grand rendement, suivant le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce que ladite machine comprend un bane fixe ( 1) ou support equivalent, sur lequel sont montées fixement des unités de travail monobroches ( 3, 4, 5, 6, 7) dont les axes entre les broches sont séparés par des intervalles identiques très précis (a), le nombre d'unités de travail étant impair et égal à deux fois celui des opérations d'usinage à exécuter moins un, compte tenu de ce qu'il y a une unité centrale ( 5) qui est la seule à exécuter la dernière opéra- tion d'usinage, la ou les unites ( 3, 4 et 6, 7), de part et d'au- tre de l'unetéét centrale, étant destinées à exécuter, d'une manière alternée, les autres opérations d'usinage de la pièce; ladite machine comportant encore, en cotmblnaison, une table ou plateau ( 8) monté et équipé avec des moyens pour être mrobile en transla- tion, selon un ordre séquentiel préétabli par rapport aux unités de travail monobroches, des dispositifs ou moyens de positionne- ment des pièces à exécuter dont le nombre correspond au nombre d 'opérations à exécuter sur les pièces et dont les intervalles (b) entre les axes desdits dispositifs de positionnement sont précis et égaux entre eux, ainsi qu'aux intervalles entre les axes des broches des unités de travail; des moyens de manutention ( 14) pour mettre successivement en place les pièces à usiner et pour les enlever successivement à la fin de leur usinage, les moyens de manutention agissant à cet effet, essentiellement dans la zone de l'unité centrale ( 5) qui exécute la dernière opération d'usinage. -3 Machine et procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisés par l'usinage selon un ordre séquentiel préétabli, résultant notamment des figures 8 à 13 des dessins, suivant lequel sont combinées des translations alternées de la table ou plateau ( 8) et des pièces positionnées par rapport aux unités de travail ( 3, 4, 5, 6, 7), afin que, après une phase de mise en place des pièces à tous les emplacements de position- ii - nement de la table, on usine simultanément autant de pièces différentes qu'il y a doopérations d'usinage pour une pièce, un pièce étant terminée par l'unité centrale ( 5) et une autre mise en place lors de chaque déplacement séquentiel à partir du Nièm déplacement (N = nombre d'opérations à exécuter par pièce). -4 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisée en ce que les déplacements séquentiels en translation alternative du plateau ( 8) et son indexation à chaq poste, sont assurés par une commande numérique, de manière à poi voir régler un décalage correspondant au rayon de perçage ou au tre opération. -5 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisée en ce que les indexations du plateau ( 8) à chaque poste de travail, sont obtenues par un dispositif esca. motable du type doigt ( 13), manoeuvré par tous moyens pour coop( rer avec des entailles ( 8 a) du plateau ou pour en échapper. = 6 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisée en ce que les broches des unités monobrocl ( 3, 4, 5, 6, 7) sont déplacées en translations alternatives par une commande numérique couplée et synchronisée avec la commande numérique du plateau ( 8), selon le cycle de travail déterminé. -7 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisée en ce que lorsque plusieurs opérations soi effectuées sur chaque pièce par la même unité de travail, les pièces sont commandées en rotation par un ou des diviseurs d'en- trainement ( 12) à commande numérique couplée et synchronisée av( les autres commandes numériques, selon le cycle déterminé. -8 Machine suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 7, appliquée à des usinages sur des vilebrequins (V), caractérisée en ce que lesdits vilebrequins sont positionnés en butée sur le plateau ( 8), par l'intermédiaire d'un support tel qu'un Vé ou une demi-bague ( 9) sur lequel s'appuie à roulement une portée (V 1) de palier du vilebrequin proche de la face à usiner, tandis qu'à l'autre extrémité, le vilebrequin est monté par son plateau (V 2) dans un mandrin ( 11) relié éventuellement 12 - aux diviseurs ( 12). -9 Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les portées (VI) des vilebrequins posées dans leur support ( 9), sont maintenues par tous moyens de serrage pneuuatique ou hydraulique tels que brides ( 10) articulées aux supports et dé- placées selon le cycle déterminé. -10 Machine automatique d'usinages, à grand rendement, mettant en oeuvre un procédé cyclique d'opérations d'usinages et de translations combinées, caractérisée en ce qu'elle présente un nombre pair d'unités de travail, réparties également de part et d'autre d'une unité centrale fictive en emplacement médian, des- tinée seulement au chargement et au déchargement des pièces.