Brevet FR2546432A1 — publié le 19841130

L'invention concerne le domaine général des machines de tournage dans lesquelles un certain nombre d'outils de tournage,intérieur ou extérieur,sont montés sur une tourelle porte-outils indexable et les outils sont indexés sélectivement sur la zone de travail et sont mis en marche sur une pièce par des coulisseaux appropriés de systèmes de chariots en général orientables a' mouvements croisés. Les différents systèmes de chargement automatique de pièces actuellement utilisés dans la technique utilisent un chargeur de pièces entièrement extérieur aux systèmes de chariots de la machine. Par exemple, un manipulateur de robot peut être utilisé,, situé normalement en face de la machine pour prendre des pièces sur un convoyeur et les introduire dans le mandrin porte-pièce de la machine, et effectuer le mouvement inverse au terme de l'opéra- tion. De même, le manipulateur de robot peut être placé à l'arrière de la machine où il traverse les protections arrière pour effectuer l'échange de pièces entre le mandrin et le convoyeur.Afin d'accélérer le mouvement des pièces, l'organe d'extrémité du robot est habituellement muni de deux pinces, une pour maintenirles pièces "nouvelles" ou brutes et une pour maintenir: les pièces usinées. Au moment où le bras du manipulateur du robot se déploie dans la zone de travail l'organe extrOme est actionné pour échanger les deux pièces avec le mandrin.porte-pibceO Une grande difficulté inhé rente à ce dispositif de la technique antérieure est que les dimensions de la charge utile sont réduites; en effet, puisque deux pièces doivent être maintenues au bout du bras les dimensions des pièces sont bien plus limitées que si le robot n'avait qu'une seule pièce à tenir.En outre, la pénétration du bras du robot dans la zone de travail risque d'occasionner une gêne pour les chariots en mouvement et les mandrins porte-pièce. De plus, quand on utilise un manipulateur de robot arrière sur une machine à banc incliné pour soutenir les couZisseau La Demanderesse a pIlIie les problèmes inhérents aux dispositifs de la technique antérieure grace à un nouveau système de chargement et de déchargement de pièces dans lequel un manipulateur du type robot ou autre dispositif de convoyage sert à présenter les pièces dans une position "pièce présenee qui est un point constant par rapport au mandrin porte-pièce, normalement auedessus de la poupée fixe.La tourelle porte-outil comporte au moins une pince pour pièces dans un poste d'outillage, qui est indexable entre la position l'pince présente'2 et le mandrin portepièce; de la sorte, en commande automatique, la tourelle porte-outil sert de dispositif d'échange pour faire passer les pièces du bras du robot dans le mandrin. Dans une forme de réalisation préférée, deux mandrins ou pinces sont appliqués sur deux postes respectifs de la tourelle porteoutils, si bien que l'on peut simultanément échanger des pièces brutes et remplacer des pièces usinées.Le bras de robot sert aussi à déplacer les pièces usinées depuis la position "pièce présente" jusqu'à un convoyeur navette en attente et à transporter les pièces brutes depuis le convoyeur puis revenir à la position "pièce présente" tandis que la machine réalise une opération sur une pièce, si bien que le temps passé à actionner le bras du robot n'empiète pas sur la durée du cycle de la machine. En outre, puisque le bras de robot ne doit maintenir qu'une seule pièce à la fois dans la forme de réalisation de l'invention, une pièce beaucoup plus lourde (normalement dans un rapport de l'ordre de deux pour un) est manipulable par rapport à l'ensemble de la technique antérieure qui utilise deux éléments de maintien de pièces sur son organe d'extrémité. L'invention est représentée réalisée sur une machine de tournage qui comporte une embase et porte une poupée fixe et un mandrin porte-pièce sur broche rotative actionné entre des positions de serrage et de desserrage. La machine comporte un ensemble de chariot porte-outil positionnable axialement et radialement par rapport à la broche de poupée fixe selon les coordonnées respectives des coulisseaux porte-outils. Une tourelle porte-outil portée par l'ensemble de chariot porte-outil comporte une série de postes d'outillage, chacun étant sélectivement indexable sur une première position de la tourelle proche du mandrin porte-pièce et sur une seconde position de la tourelle éloignée du mandrin. La position éloignée du mandrin est une position pièce présente" desservie par un dispositif de déplacement de pièces brutes vers la position "pièce prête et d'éloignement des pièces usinées depuis la position "pièce prête"; ce dispositif est, par exemple, un manipulateur de robot.Le dispositif de serrage comportant au moins une pince pour pièce est porté'dans l'un des postes d'outillage; il sert à approcher les pièces brutes et à éloigner les pièces usinées du mandrin portepièce grâce à des mouvements appropriés des coulisseaux, et un dispositif est réalisé pour commander l'ouverture et la fermeture de la pince sur les première et seconde positions de la tourelle pendant l'échange de pièces'entre la position "pièce présente" et le mandrin. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue de face d'une machine de tournage utilisant le mécanisme chargeur et déchargeur de pièces de la présente invention; la figure 2 est une vue de gauche en bout de la machine de tournage de la figure 1 prise selon la flèche 2 de la figure 1. la figure 3 est une vue de face en élévation d'une pince prise selon l'axe 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe axiale de la pince prise selon l'axe 4-4 de la figure 3 ; et la figure 5 est une coupe des pistons de la pince prise selon l'axe 5-5 de la figure 4. Les dessins, et en particulier la figure 1 de ceuxci, représentent une machine de tournage 10 comportant une embase il et une poupée fixe 12. La poupée fixe 12 contient une broche 13 rotative et un mandrin porte-pièce 14 sur broche conçu pour supporter et entraîner une pièce 15 de révolution pendant une opération d'usinage.La machine de tournage 10 comporte un banc incliné 16 qui remonte pour évacuer tous les copeaux qui tombent de la pièce pendant l'usinage, et le banc incliné 16 comporte des glissières 17 qui supportent un ensemble de chariot 18 porte-outil Le porte-outil 18 de la ma chine décrite comporte des coulisseaux supérieur 19 et inférieur 20 mobiles de façon coordonnée ;; le coulisseau inférieur 20 se déplace le long des glissières 17 du banc incliné dans une direction parallèle à l'axe longi tudinal de la pièce 15, et ce coulisseau inférieur 20 possède un système 21 de glissières supportant l coulis seau' supérieur 19 qui est mobile radialement par rapport à la pièce 15. Des mécanismes 22 23 approprias de commande des coulisseaux sont portés respectivement sur le banc incliné 16 pour actionner le coulisseau inférieur 20 et sur le coulisseau inférieur 20 pour actionner le coulisseau supérieur 19. Le coulisseau supérieur 19 porte une tourelle porte-outil rotative 2 qui est un ensemble à plusieurs postes indexable pour présenter des outils 25 individuels à la pièce 15 à des moments requis de 1 'usi- nage. Certains détails de lnensemble de tourelle sont omis, mais on peut se reporter au brevet des E.U.A. n0 3 943 802 qui donne un exemple d'ensemble indexable qui pourrait, par exemple, utiliser une série de barres d'alésage Il suffit de comprendre qu'un moteur 26 d'indexage et un train 27 d'engrenages sont commandés automatiquement d'une manière bien connue dans la technique des machinesoutils. Un manipulateur 28 de robot, du type décrit dans le brevet des E.U.A. n0 3 909 600 ou d'autres types similaires connus en robotique, est utilisé à l'arrière de la machine 10, son bras 29 s'étendant au-dessus de la poupée fixe 12 de la machine 10 avec un organe terminal comportant un mandrin 30 de robot pouvant maintenir une pièce usinage 15(a). Le mandrin 30 est amené à un poste constant 31 Tèce présente" au-dessus du mandrin 14 sur broche, si bien qu'un échange peut avoir lieu entre le mandrin 30 de robot et le mandrin 14 sur broche à un moment d'échange préétabli.La tourelle 24 comporte deux pinces 32, 33 pour pièce qui occupent la place d'outils sur deux postes 34, 35 respectifs d'outillage, de telle sorte que les coulisseaux 19, 20 peuvent être avancés jusqu'en un point où la première pince 32 (proche de la zone de tenue de la pièce) peut prendre une pièce 15 serrée dans le mandrin 14 sur broche, et la seconde pince 33 est donc située dans une seconde position, éloignée par rapport au mandrin 14 sur broche, qui correspond au poste 31 "pièce présente". En avançant les coulisseaux 19, 20 vers les pièces d'usinage respectives 15, 15ta), et en actionnant les mâchoires 36, 37 des pinces 32, 33, les pièces 15, 15(a) peuvent être saisies et retirées du mandrin 30 de robot et du mandrin 14 sur broche respectifs, et échangées position pour position, si bien qu'une pièce brute 15(a) peut être chargée depuis le mandrin 30 de robot sur la broche 13 et qu'une pièce usinée 15 peut dans le même temps être retirée du mandrin 14 sur broche pour être replacée dans le mandrin 30 de robot. Lorsque l'échange a eu lieu, la tourelle 24 est indexée pour présenter les outils 25 de maintien de pièce nécessairespour terminer les opérations d'usinage sur une pièce 15(a).Pendant le cycle d'usinage, le bras 29 du robot saisit la pièce 15 usinée qui a été déposée dans son mandrin 30 de robot, et la transporte à l'écart en un lieu non représenté. Le lieu à l'écart pourrait être un système de convoyage passant à l'arrière de la machine 10, ou une surface pour pièces en vrac, par exemple une plate-forme en bois. Après avoir déposé la pièce usinée 15 à l'écart, le bras attrape une autre pièce brute d'usinage 15(a) et revient à la position 31 "pièce présente en vue d'un échange ultérieur par la tourelle 24. Puisque, sur les machines de tournage, li n'est pas connu de porter des pièces d'usinage dans une pince ou un mandrin monté sur une tourelle 24 porte-outil indexable pendant 1'indexage, la coupe partielle de ensemble de tourelle sur la figure 1 montre comment peuvent être réalisées ces pinces 32, 33. Les mâchoires 36:, 37 des pinces sont serrées et ouvertes par pression de fluide exercée sur un piston à l'intérieur des pinces 32, 33. Ces détails de la construction des pincessdntexpliqu4s plus longuement dans les détails des figures 3, 4 et 5. Les conduites 38(ai b) et 39 (a, b) de pression de fluide sont des canaux à l'intérieur de la broche 40 rotative de la tourelle, et les conduites communiquent avec des gorges annulaires respectives 41 (a, b) et 42 (a, b) dans un capot 43 terminal non rotatif afin de créer un accouplement hydraulique tournant.Des tuyaux souples extérieurs 44(a, b) et 45 (a, b) servent à relier les gorges annulaires 41 (a, b) et 42 (a, b) à deux électrovalves de commande 46, 47 (représentées schématiquement) à rappel par ressort. Le fluide sous pression "P" peut être acheminé jusqu'aux pinces 32, 33 quand un mode "desserrage de pièce" est signalé par la commande (non représentée) de la machine qui actionne les électrovaives 46, 47. Après quoi, lorsque les électrovalves 46, 47 ne sont plus actionnées, les pinces 32, 33 sont resserrées par la pression du fluide. La figure 2 représente une vue en bout de la machine de la figure 1, où l'on voit que le manipulateur 28 du robot monté à l'arrière a son bras 29 déployé au-dessus de la poupée fixe 12 de la machine 10, afin d'établir la posi tion 31 "pièce présente". Les pièces 15 sont échangées avec le mandrin 14 sur broche au moyen de la tourelle 24 inde xable sur laquelle sont montées les pinces 32, 33. En fonctionnement réel, les coulisseaux 19, 20 de la machine sont déplacés automatiquement au moyen d'une commande élec tronique bien connue dans la technique.Par exemple, on pourrait utiliser le système de commande numérique' décrit dans le brevet des E.U.A. n0 3 703 112 qui explique dans le principe comment des ensembles de coulisseaux coordon nés d'une machine de tournage peuvent se déplacer par rapport à une pièce maintenue sur une broche sous l'effet des instructions codées d'une commande numérique. La figure 3 montre une vue de la pince,oudumandrin,33, représenté à la figure 1 au sommet de la tourelle 240 La pince inférieure 32 est identique à la pince supérieure 33. La pince 33 est pour 11 essentiel un mandrin à trois mors 37 - - situés à intervalles égaux et mobiles radialement dans des rainures dé guidage 48 respectives situées dans le support 49 de la pince. Des plaques de fixa tion 50 servent à empêcher les mors coulissants 37 de tomber de l'ensemble . Chaque mors 37 comporte une gluis sière 51 de mors avec une crémaillère 52 dirigée vers l'intérieur, engrenant avec un pignon 53 central de com mande. En tournant, le pignon 53 de commande fait varier la position radiale des mors 37, permettant ainsi le ser rage et la libération d'une pièce d'usinage. La coupe de la figure 4 est une vue en coupe axiale partielle de la pince 33 de la figure 3, montrant que le.pignon 53 central de commande est solidaire d'un arbre central 54 rotatif , et la partie médiane de l'arbre tournant 54 est réalisée d'une -seule pièce avec une roue dentée 55 en prise avec deux crsnailleres 56, 57 situées l'une en face de 1 P autre dans le support 49 des pinces. Les glissières 51 des mors sont représentées avec une surface supérieure rainurée servant à placer les macho ires supérieures repositionnables d'une manière bien connue dans la technique de serrage des pièces.Le support 49 des pinces possède un arbre 60 dirigé vers l'arrière, qui comporte un contre-alésage 61 pour recevoir un ressort raide 62. L'arbre 60 est logé dans l'alésage 63 d'un guide de montage 64 de pince; qui est fixé sur la face 65 de la broche 40 de tourelle par des goujons filetés 66 et des écrous 67 qui maintiennent une bride 68 du guide. Le diamètre cylindrique 69 du guide 64 est logé dans une cavité 70 de la broche 40. L'extrémité 71 arrière,intérieure,du guide 64 est pourvue d'un chapeau 72 bsulonnE wr le guide 64 pour réaliser une plaque de pression pour le ressort 62. La face interne 73 du chapeau 72 comporte un contre-alésage 74 pour loger le ressort 62. Une broche transversale 75 part radialement de l'arbre 60 et appuie sur l'extrémité 76 d'une rainure 77 allongée réalisée dans le guide 64 afin d'empêcher le support 49 de pince de sortir du guide 64, tout en permettant un mouvement vers 1' inté- rieur da support 49 de pince par rapport au guide 64. L'objet de l'action du ressort sur le support 49 de pince est de permettre une certaine souplesse des mors 37 de la pince lorsqu'on les appuie contre une pièce d'usinage susceptible de présenter des variations de tolérances ou des inexactitudes de positionnement. L'arbre centrai 54 est immobilisé axialement par rapport au support 49 de pince au moyen d'une douille fendue 78 introduite dans une gorge 79 créée par le pignon 53 et la roue dentée de l'arbre. La douille 78 est fixée par des vis 80 sur le support 49 de pince. La figure 5 montre une coupe de la roue dentée 55 et des crémaillères 56, 57 situées face à face à l'intérieur du support 49 de pince. Les crémaillères 56, 57 sont réalisées sur des pistons identiques 81, 82 actionnés dans des cylindres respectifs 83, 84. Sur les pistons sont montés des bagues d'étanchéité 85, et des orifices d'entrée de fluide 86, 87, 88, 89 sont reliés aux extrémités des cylindres 83, 84. On notera ici que les crémaillères 56, 57 se déplacent ensemble et dans des directions opposées afin d'appliquer un couple à la roue dentée 55. Aussi, les extrémités opposées des crémaillères 56, 57 sont en communication hydraulique l'une avec l'autre et sont reliées par des tuyaux souples 90, 91 à la broche 40 de la tourelle pour se brancher sur les conduites respectives 38(a, b) de fluide sous pression. Les tuyaux souples 90, 91 ou autres connexions hydrauliques souples servent à autoriser le mouvement axial du support 49 de pince par rapport à la broche 40 Bien que la forme de réalisation préférée de l'invention comporte un manipulateur général de robot 28 pour retirer les pièces de la position 31 "pièce prête" et les emporter à l'écart, on notera que d'autres types de convoyeurs peuvent être utilisés, notamment un mécanisme de navette approprie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Chargeur de pièces perfectionné pour machine de tournage (10) comportant : une embase S une poupée fixe (12) et un mandrin (14) porte-pièce sur broche rotative (13) mobile entre des positions de serrage et de desserrage; un ensemble (18) de chariot porte-outil positionnable axialement et radialement par rapport à la broche de poupée fixe; et une tourelle (24', porte-outil comportant une série de postes d'outillage indexables chacun sélectivementvers une première position de tourelle proche du mandrin portepièce (14) et une seconde position de tourelle éloignée du mandrin (14); Caractérisé par un dispositif pour approcher les pièces brutes et éloigner les pièces usinées de la seconde position éloignée du mandrin porte-pièce (14bu un dispositif de pince comportant au moins une pince pour pièces portée par la tourelle (24 > sur l'un des postes d'outillage; et servant à approcher les pièces brutes et éloigner les pièces usinées du mandrin (14) sur broche; et un dispositif pour actionner la pince entre des positions ouverte et fermée sur les première et seconde positions de la tourelle. 2. Chargeur de pièces selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de déplacement des pièces comporte un convoyeur. 3. Chargeur de pièces perfectionné pour machine de tournage (10) comportant : une adxse E une poupée fixe (12) et un mandrin (14) porte-pièce sur broche rotative (13) mobile entre des positions de serrage et de desserrage; un ensemble (18) de chariot porte-outil positionnable axialement et radialement par rapport à la broche de poupée fixe; et une tourelle (24) porte-outil comportant une série de postes d'outillage indexables chacun sélectivement sur une première position de tourelle proche du mandrin porte pièce (14) et une seconde position de tourelle éloignée du mandrin (14), caractérisé par un dispositif manipulateur de robot comportant un dispositif de serrage des pièces brutes et usinées pour approcher les pièces brutes et éloigner les pièces usinées de la seconde position éloignée du mandrin (14); deux pinces (32, 33) pour pièces situées sur des postes d'outillage respectifs sur la tourelle (24), servant à déplacer les pièces brutes entre le manipulateur du robot et le mandrin (14) porte-pièce sur broche et à déplacer les pièces usinées vers le manipulateur depuis le mandrin (14); et un dispositif de commande pour actionner sélectivement les pinces entre des positions ouverte et fermée sur les première et seconde positions de tourelle.