Brevet FR2546434A1 — publié le 19841130

L'invention concerne le domaine général des machines de tournage dans lesquelles un certain nombre d'outils de tournage intérieursou extérieurs sont montés sur une tourelle porte-outils indexable et les outils sont indexés sélectivement sur la zone de travail et sont mis en action sur une nièce par les coulisseaux appropriés de systèmes de chariots en général coordonnés à 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 o 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 tenir les pièces "nouvelles" ou brutes et une pour tenir les pièces usinées Au moment o le bras du manipulateur se déploie dans la zone de travail, l'organe terminal est actionné pour échanger les deux pièces avec le mandrin porte-pièce 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 tenues 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 in- cliné pour soutenir les coulisseaux porte-tourelle, la sur- face du banc incliné risque d'empêcher le bras articu- lable de pénétrer dans la zone de travail. La Demanderessea pallié 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 présente" qui est un point constant par rapport au mandrin portepièce, normalement au-dessus 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 "pièce présente" et le mandrin porte- pièce; 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 à sup- port élastique sont appliqués sur deux postes respectifs de la tourelle porte-outils, si bien que l'on peut simul- tanément échanger des pièces brutes tout en remplaçant des pièces usinées Les pinces sont montées de manière à s'a- dapter aux variationset aux défauts d'alignement des pièces afin d'éviter un coincement des pièces Le bras de robot sert aussi à déplacer les pièces usinées depuis la posi- tion "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 tenir qu'une seule pièce à la fois dans la forme de réalisation de l'inven- tion, 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 pou- pée 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-outil Une tourelle porte-outil portée par l'ensemble de chariot porte-outil comporte une série de postes d'outillages, chacun étant indexable à volonté 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 des pièces brutes vers la position "pièce prête" et d'éloignement des pièces usinées depuis la posi- tion "pièce prête"; ce dispositif est, par exemple, un manipulateur de robot Le dispositif de serrage compor- tant au moins une pince pour pièce est porté dans l'un des postes d'outillage, et appuie de manière élastique contre un ressort auxiliaire pour permettre le mouvement axial de la pince La pince sert à approcher les pièces brutes et à éloigner les pièces usinées du mandrin porte- pièce grâce à des mouvements appropriés des coulisseaux, et un dispositif est réalisé pour commander l'ouverture et la fermeture de la pince sur la première et la seconde position de la tourelle en échangeant les 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 limi- tatifs et sur lesquels: la figure 1-est une vue de face de machine de tour- nage utilisant le mécanisme chargeur et déchargeur de pièces de la présente invention; la figure 2 est une vue de gauche en bout de la ma- chine 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 pièce 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. 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 ceux- ci, représentent une machine de tournage 10 comportant une embase il et une partie poupée fixe 12 La partie poupée fixe 12 contient une broche 13 rotative et un man- drin porte-pièce sur broche 14 conçu pour supporter et en- traîner 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 in- férieur 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 le coulisseau inférieur 20 possède un système 21 de glissières supportant le coulis- seau supérieur 19 qui est mobile radialement par rapport à la pièce 15 Des mécanismes 22 ff 23 appropriés 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 coulis- seau supérieur 19 Le coulisseau supérieur 19 porte une tourelle porteoutil rotative 24 qui est un ensemble à Plusieurs postes indexable pour présenter des outils 25 individuels à la pièce 15 à des moments requis de l'usi- nage Certains détails de l'ensemble de tourelle sont omis, mais on peut se reporter au brevet des E U A no 3 943 802 qui donne un exemple d'ensemble indexable qui pourrait, par exemple, utiliser une série de barres d'alé- sage 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 machines- outils. Un manipulateur 28 de robot du type décrit dans le brevet des E U A no 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 d'usinage (a) Le mandrin 30 est amené en un point constant 31 "partie 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 o 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 point 31 "pièce présente". En avançant les coulisseaux 19, 20 vers les pièces d'usinage respectives 15, 15 (a), 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 nécessaires pour 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 en position 31 "pièce présente" en vue d'un échange ultérieur par la tourelle 24. Puisque, sur les machines de tournage,il n'est pas connu de porter despiècesd'usinage dans une pince ou un mandrin monté sur une tourelle 24 porte-outil indexable pendant l'indexage, la coupe partielle de l'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 de la pince 32, 33 Ces détails de la construction des pinces sont indiqués plus longuement dans les détails des figures 3, 4 et 5 Les conduites 38 (a, b) et 39 (a, b) de pressionde fluide sont des canaux à l'intérieur de la broche 40 rotative de la tourelle, et les conduits commu- niquent avec des gorges annulaires respectives 41 (a, b) et 42 (a, b) dans un capot terminal 43 non rotatif afin de créer un accouplement de fluide 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 schématique- ment) à rappel par ressort Le fluide sous pression I"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 électrovalves 46, 47 Après quoi, quand 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, o l'on voit que le manipulateur 28 du robot monté à l'arrière a son bras 29 déplové 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 n 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, ou du mandrin, représenté à la figure 1 au sommet de la tourelle 24 La pince inférieure 32 est identique à la pince supérieure 33 La pince 33 est pour l'essentiel un mandrin à trois mors 37 placés à intervalles égaux mobiles radialement dans des rainures de guidage 48 respectives situées dans le support 49 de la pince Des plaques de fixa- tion 50 servent à empêcher lesmors coulissants 37 ae tomber de l'ensemble Chaque mors 37 comporte une glis- 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 isolée 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 crémaillères 56,57 situées l'une en face de l'autre dans la support 49 des pinces Les glissières 51 des mors sont représentées avec une surface supérieure rainurée servant à placer les mâchoires supérieures repositionnables d'une manière bien connue dans la tech- nique de serrage des pièces Le support 49 des pinces possède un arbre 60 dirigé vers l'arrière, qui comporte un contre-alésage 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 de guidage Le diamètre cylindrique 69 du guide 64 est logé dans une cavité 70 de la broche 40 L'extrémité 71 arrière inté- rieure du guide 64 est pourvue d'un chapeau 72 boulonné sur 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 sor- tir du guide 64, tout en permettant un mouvementvers l'inté- rieur du 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, et d'éviter ainsi le blocage de la pièce L'arbre central 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 55 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 réa- lisées 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, 39 sont reliés aux extrémités des cy- lindres 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. Ainsi, 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 con- duites 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'inven- tion 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 approprié. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 1 O R E V E N D I C A T I O N S 1 Pince pour pièces pour une machine de tournage ( 10) comportant une tourelle porte-outils ( 24) à postes d'outillage multiples, caractérisée par un support depince comportantun axe central de montage et conçu pour un montage dans un poste d'outillage; *une serie de mors( 37) mobiles radialement sur le support perpendiculairement à l'axe central de montage; un dispositif souple supportant le support de pince au niveau du poste d'outillage de la tourelle, permettant ainsi un mouvement relatif entre le support et la tourelle le long de l'axe de montage; et un dispositif de commande des mors entre les positions ouverte et fermée. 2 Pince pour pièces selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'axe de montage est parallèle à l'axe de la broche rotative porte-pièce de la machine.