Brevet FR2547230A1 — publié le 19841214

L#invention a pour objet un dispositif changeur automatique d'outils, notamment pour machines-outils. L'objet de l'invention se rattache aux secteurs techniques des machines-outils et des moyens de manupulation. Actuellement, les machines à commande numérique, par la simplification de leur programmation et de leurs performances croissantes, pénètrent progressivement dans les ateliers de mécanique légère ou de micro-mécanique. Le marché des machines à commande numérique, généralement de petites capacités, est en augmentation par suite de l'évolution des techniques de l'électronique qui tend à une miniaturisation de plus en plus poussée. D'autre part, les outils de coupe, dont les performances accrues diminuent les temps de production, la rapidité du changement d'outils entre chaque opération devient un critère de rendement important. Pour répondre à ces exigences, il est apparu nécessaire de créer un nouveau type de changeur d'outils comprenant, d'une maniè- re connue, un magasin rotatif recevant les outils et un bloc manipulateur équipé d'au moins un bras de préhension. Selon une caractéristique, le manipulateur est conformé et agencé pour permettre d'accomplir un cycle complet de changements d'outils - extraction de l'outil de la broche de la machine-outils puis mise en place dudit outil dans le magasin - extraction de l'outil du magasin et mise en place dans la broche. Les mouvements nécessaires à ces opérations sont commandés par un moteur électrique à deux sens de marche qui actionne un système de cames convenablement profilées et d'amplitude variable, les dites cames coopérant avec des organes appropriés pour transmettre bras de préhension les déplacements préréglés, ledit moteur étant assujetti à un asservissement de position en combinaison avec le magasin. Il en résulte le cycle suivant Pour l1extraction de l'outil du magasin, en vue de sa mise en place dans la broche - Le bras de préhension étant positionné en direction du magasin, c amène l'outil choisi en alignement axial avec ledit bras. - On déploie linéairement le bras pour saisir l'outil. - On abaisse le bras équipé de l'outil. - On replie le bras. - On agit en rotation sur le bras pour l'amener en regard de la broche de la machine-outil. - On déploie linéairement le bras. - On remonte le bras jusqu'à la position d'enclenchement de lou- til dans la broche de la machine. - On retire le bras et on le ramène en position initiale. Pour l'opération inverse, c'est-à-dire l'extraction de l'outil de la broche de la machine-outil en vue de son rangement dans le magasin, le cycle est très sensiblement le même, mais le moteur est commandé en sens inverse au précédent. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description#. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective du dispositif changeur selon 1 invention. Les figures 2 à 9 sont des vues de faces montrant les différentes phases du cycle de fonctionnement du dispositif dans le cas de l'extraction de l'outil du magasin et sa mise en place dans la broche de la machine. La figure 10 est une vue en coupe longitudinale du magasin. La figure 11 est, à une échelle plus importante, une vue en coupe longitudinale considérée selon la ligne 11-11 de la figure 1. La figure 12 est une vue en coupe considérée selon la ligne 12-12 de la figure 11. La figure 13 est une vue en coupe considérée selon la ligne 13-13 de la figure 11. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le dé crit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux exemples de réalisation des figures des dessins. On voit figure 1 que le dispositif comprend essentiellement un magasin rotatif (M) pour le positionnement des différents outils (o) et un bloc manipulateur (B) équipé d'au moins un bras porte-outil (C) avec pince de préhension (P). L'ensemble du magasin (M) avec. son manipulateur (B) est mon s té sur un socle supporT7commun facilement déplaçable pour être adap- té à une machine-outil quelconque, en laissant libre la totalité du champ de travail de la machine. A noter que le dispsoitif selon l'in- vention peut être adapté à toutes machines à broche horizontale ou verticale, qu'elles soient traditionnelles cyclées ou à commande nu mérique. Comme le montre la figure 10, le magasin (M) se compose dt un plateau support circulaire (1) présentant périphériquement diff rents pots (2) conformés pour recevoir les outils (O). Ce plateau (1) est solidaire d'un arbre central (3) disposé verticalement et sur lequel est monté libre en rotation une console (4) supportant moto-réducteur (MR)à courant continu. Ce moto-réducteur comporte en bout de son axe de rotation un pignon (5) engrenant avec une couronne (6) qui apparaît à base du plateau (1). La rotation du magasin est contrôlé par un moyen de contrô et de lecture de la position assujetti à l'ensemble de l'asserviss ment de position. Le bloc manipulateur (B) présente un moteur biphasé (8) à deux sens de marche qui entraîne en rotation, par courroie (9) ou autre moyen d'accouplement, un tambour (10) monté tournant dans des paliers A-P1) relatifs aux flasques du carter de protection (CF l'axe. dudit tambour étant disposé horizontalement. Le tambour (10) présente périphériquement au moins deux gorges profilées en came (lOa et lOb) susceptibles d'être réglées angulairement I'unopar raF port à l'autre. En effet, on prévoit d'éxécuter le tambour (10) er deux parties# distinctes (vioc et lOd). Selon l'invention, la première came (lOa) par un profil convenablement approprié et en combinaison avec un ensemble mécano que, permet le déplacement linéaire dans les deux sens (avance et recul) de la pince de préhension (P) du bras porte-outil (C). L'ax tre came (lOb), pour un autre profil approprié, permet en combinais avec deux ensembles mécaniques distincts, d'une part la montée et descente du bras porte-outil (C) et, d'autre part, la rotation da un plan horizontal dudit bras (C), ces deux mouvements étant sépia rés. Dans ce but, la première gorge En effet, le plateau (17) présente à proximité de son bor circulaire un galet (18) qui agit dans une rainure (19a) formée d une branche équerrée (19b) d'une crémaillère (19) montée à coulis ment libre le long d'un ou de plusieurs guides (20) disposés parallèlement aux guides (13 et 14) de la crémaillère (12) (figure 13). I1 en résulte un déplacement alternatif de la crémaillère (19) lors de la rotation du plateau (17). La crémaillère (19) coopère avec un pignon denté (21) monté libre en rotation sur un arbre vertical (22) agencé en bout pour agir sur la pince (P) du bras porte-outil (C). Le pignon (21), par l'in- termédiaire de satellites (23) entraîne en rotation l'arbre de commande (22) pour le déplacement linéaire de la pince (P), dans un sens ou dans l'autre fonction du sens de rotation de l'arbre C22) assujetti au déplacement de la crémaillère (19) Dans ce but, 1' arbre (22) est solidaire en bout d'un pignon (24) qui coopère avec une créma#i1lère (25) formée sur le corps de la pince monté à coulissement guidé dans un carter de protection (26) (figures 1 et 11). On souligne que l'arbre (22) est monté à libre coulissement à l'intérieur d'un fourreau (22a) fixé en translation, une partie de l'alésage du fourreau (22a) étant cannelépour entraîner en rotation ledit arbre (22) qui est creux dans sa partie haute pour le logement d'un ressort de compensation (R) accroché en bout du fourreau (22a). La deuxième gorge profilée en came (lOb), coopère de la même façon que la-gorge (lova), avec un galet (27) solidaire d'une crémaillère (28) montée à coulissement libre sur les deux guides pa rallèles (13 et 14). La crémaillère (28) engrène avec un pignon (29) solidaire d'un arbre tournant (30) en bout duquel est monté verticalement un plateau vilebrequin (31) disposé dans le même plan et à côté du plateau (17). Comme précédemment, le plateau (31) présente à proximité de son bord circulaire, un galet (32) qui agit dans une rainure (33a) formée dans une branche équerrée (33b) d'une crémaillère (33) montée à libre coulissement le long de guides (34) disposés parallèlement aux guides (20) et dans un même plan vertical (figure 11). La crémail 1ère (-33) engrène avec une denture circulaire (35) formée à la périphérie d'une douille (36) montée tournante sur l'arbre de commande (22). L'alésage de la douille (36) présente intérieurement une couronne dentée (37) qui, par l'intermédiaire des satellites (38), dont les axes sont fixés au bâti, agit en rotation sur un fourreau (39) dans lequel est monté l'ensemble arbre de commande (22) fourreau (22a). Le fourreau (39) présente des cannelures (39a) pour autoriser l'entraînement en rotation d'un axe vertical creux (40) suF portant le bras porte-outil (C). On souligne que l'alésage de la douille (36) présente également intérieurement en partie haute, une autre couronne dentée (41? susceptible de coopérer avec les satellites (23). Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, la deuxième gorge profilée en came (lob) coopère avec un second galet (41) solidaire d'une autre crémaillère (42). Ce galet (41) occupe une position angulaire (ct) déterminée par rapport au galet (27) (figure 11) pour permettre d'obtenir en combinaison avec le profil da la came (lOb), les deux mouvements séparés comme indiqué précédemment. La crémaillère (42) est montée à libre coulissement sur des guides (43) et coopère avec pignon (44) pour entraîner en rotation sur un demi-tour, un plateau vilebrequin (45) équipé d'un galet (46) qui agit dans une rainure (47a) d'un guide équerré (47) monté à coulissement guidé le long d'une colonne (48) (figure 13) Ce guide est accouplé à la partie haute de l'axe support (40) en étant monté libre en rotation sur ledit axe (figure 11). Il en résulte donc que l'entraînement partiel en rotation du plateau vilebrequin (45) a pour effet de commander le déplacement en hauteur (descente et remontée) de l'axe-support (40) du bras par l'intermédiaire du guide (47). On souligne que les différents plateaux vilebrequins (17, 3: et 45) sont convenablement déterminés pour faire un demi-tour de sorte que, à vitesse de rotation uniforme des différents pignons, oi ait unepériode accélération et une période d#élération, ce qui se traduit par une douceur de fonctionnement. Il convient maitnenant d'analyser le fonctionnement en se ri férant plus particulièrement aux figures 2 à 9 des dessins. On rappelle que les phases montrées à ces figures sont rela tives au cycle d'extraction de l'outil (o) du magasin en vue de sa mise en place dans la broche (b) de la machine-outil (Mo). I1 est bien évident que le principe est le même pour le cycle inverse où seulement le sens de rotation du moteur est différent. Après avoir déterminé l'outil désiré, un asservissement de position permet de mettre en alignement axial le bras porte-outil et l'outil (o) choisi (figure 2). Dans cette position origine, la pince est escamotée, l'axe vertical (40) du bras support n'est pas abaissé. A la phase de la figure 3, le tambour (10) étant entraîné en rotation , dans un sens, par le moteur (8), commande dans un premier temps le déplacement de la pince (P) qui vient saisir l'outil. La came profilée (lOa), en combinaison avec le galet (11), commande en rotation, sur un demi-tour par ltintermédiaire de 1' ensemble crémaillère (12) - pignon (15), le plateau vilebrequin (17) qui permet le déplacement alternatif de la crémaillère (19) pour agir en rotation sur l'ensemble arbre de commande (22) - fourreau (22a) par l'intermédiaire d'un ensemble pignon (21) - satellite (23). Le pignon (24) de l'arbre (22) entraîne la crémaillère (25) du corps de la pince en vue de son déploiement. Dans la phase montrée figure 4, la came (lOb), en combinaison avec le galet (41), a commandé dans un sens par la crémaillère (43) et le pignon (44), le plateau vilebrequin (45) pour agir sur le guide (47) en vue de la descente de l'axe vertical support (40) du bras porte-outil. L'outil (o) est dégagé du magasin (M). A la figure 5, la came profilée (lova), en combinaison avec le galet (11), continue à agir sur le plateau vilebrequin (7) qui commande le déplacement de la crémaillère (19) dans un sens directement opposé à celui de la figure 3. L'ensemble arbre (22) - fourreau (22a) est par conséquent entraîné en sens inverse, de sorte que le pignon (24) et la crémaillère (25) autorisent le retrait du corps de la pince (P). A la figure 6, la came (lob) en combinaison avec le galet (27), commande la crémaillère (28) pour agir en rotation sur le plateau vilebrequin (31) par l'intermédiaire du pignon (29). Le plateau (31) autorise le déplacement dans un sens de la crémaillère (33) pour l'entraînement en rotation limité du fourreau (39) et conséquemment de l'axe support (40) du bras. L'outil est positionné en regard de la machine (Mo). A la figure 7, la came (lOa) en combinaison avec le galet (11) agit de nouveau sur le plateau vilebrequin (17) comme indiqué dans la phase de la figure 3 pour autoriser le déploiement de la pince (P) en vue du positionnement axial de l'outil (o) sous la broche (b) de la-machine (Mo). La figure 8 montre l'accouplement de l'outil de la broche de la machine. Dans ce but, la came (lOb) en combinaison avec le galet (ol) commande en sens inverse de celui de la figure 4, le plateau vilebrequin (45) qui assure, par l'intermédiaire du guide (47), la remontée de l'ensemble du bras porte-outil. A la figure (9), la pince (P) est de nouveau retirée et dégagée de l'outil qui demeure accouplé à la broche de la machine (Mo). La came (loua) en combinaison avec le galet (11), agit sur le plateau vilebrequin (17) comme indiqué à la figure 5. La came (lOb), avec le galet (21), continue à agir sur le plateau vilebrequin (31) dans un sens opposé à celui de la figure pour l'entraînement en rotation du bras support en vue de le ramenf à la position d'origine. Il est bien évident que ce cycle préréglé, est réalisé pendant un tour complet du tambour (.10). On prévoit, dans une variante de réalisation, de remplacer les gorges profilées en came, par des vérins#crémai1lères qui agis. sent directement sur les différents pignons relatifs aux ensembles mécaniques pour le déplacement linéaire dans les deux sens de la pince de préhension et pour la montée et la descente du bras porte outil d'une part, et la rotation dans un plan horizontal dudit bra d'autre part. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne que les contraintes de liaison électrique avec la machine sont réduites. Il n'est pas nécessaire de contrôler cha cun des mouvements. Les asservissements sont allégés. Enfin, on note que le bloc manipulateur peut présenter soit un seul bras de préhension. Dans ce cas, seul le codage de 1' emplacement de l'outil est nécessaire, l'outil étant toujours remis dans le même emplacement, soit deux bras. Dans ce--deuxième cas, 1 temps de chargement des outils est très court, mais il faut continuellement mémoriser leur position dans le magasin. La liaison échangeur-machine doit tenir compte de la mémoire de la commande r mérique. Concernant l'asservissement des positions du magasin par rapport au bloc échangeur, différentes solutions sont possibles pc convertir l'indication codée du numéro d'outils relevant de la commande numérique de la machine en vue d'assurer le positionneme choisi de l'outil du magasin en alignement axial avec le bras de échangeur, puis la commande du moteur d'entraînement de l'échange# L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes appli#ation non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses d: verses parties ayant plus spécialement été indiquées , elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Dispositif changeur automatique d'outils pour machines-outils comprenant essentiellement un magasin rotatif pour le positionnement des outils et un bloc manipulateur équipé d'au moins un bras porteoutil avec pince de préhension , caractérisé en ce que ledit manipulateur est assujetti à un organe de commande en rotation d'un tambour qui présente des agencements ou moyens, l'un desdits agencementC ou moyens, en combinaison avec un ensemble mécanique, permet le déplacement linéaire dans les deux sens (avance et recul) de la pince de préhension (P) du bras porte-outil (C), l'autre agencement'ou moyen permettant en combinaison avec deux ensembles mécaniques distincts, d'une part la montée et la descente du bras porte-outil (C) et, d'autre part, la rotation dans un plan horizontal dudit bras (C), ces deux mouvements étant séparés ; l'organe de commande en rotation du tambour et l'organe de commande du magasin étant assujettiS à un asservissement de position. -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour présente périphériquement au moins deux gorges de profil dé-: terminé formant cam#, l'une desdites cames (lova), par un profil convenablement approprié et en combinaison avec l'ensemble mécanique, permet le déplacement linéaire dans les deux sens (avance et recul) de la pince de préhension (P) du bras porte-outil (C), l'autre came (lOb), par un autre profil approprié permettant en combinaison avec les deux ensembles mécaniques distincts, d'une part la mo#ntée et la descente du bras porte-outil (C) et, d'autre part, la rotation dans un plan horizontal, dudit bras (C), ces deux mouvements étant séparés. -3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pr mière gorge (lOa) profilée en came coopère avec un organe de roulement (11) solidaire d'une crémaillère (12) montée coulissante sur des guides parallèles (13 et 14), ladite crémaillère (12) entraînant en rotation un plateau (17) qui agit à la façon d'un vilebrequin. -4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pl teau (17) présente à proximité de son bord circulaire un organe de roulement (18) qui coopère avec une rainure (19a) relative à une partie (19b) d'une crémaillère (19) montée coulissante sur des guides (20) disposés parallèlement aux guides (13 et 14), ladite cré- maillère (19) étant animée d'un mouvement alternatif lors de la rotation du plateau (17). -5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la crémaillère (19) coopère avec différents organes d'entraînement (21 23) pour la rotation d'un arbre vertical de commande (22) agencé en bout pour le déplacement linéaire en translation du corps de la pince, dans un sens ou dans l'autre, fonction du sens de rotation de l'arbre (22) assujetti au déplacement alternatif de la crémaillère (19). -6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la gorge profilée en came (lob), coopère avec un organe de roulement solidaire d'une crémaillère (28) montée coulissante sur les guides (13 et 14) de la crémaillère (12), ladite crémaillère (12) entraînant en rotation un plateau (31) qui agit à la façon d'un vilebrequin. -7- Dispositif selon la revendication 6, car-actérisé en ce que le plateau (31) présente à proximité de son bord circulaire un organe de roulement (32) qui coopère avec une rainure (33a) relative à une partie (33b) d'une crémaillère (33) montée coulissante sur des gui- des (34), ladite crémaillère étant animée d'un mouvement alternatif lors de la rotation du plateau (31). -8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la crémaillère (33) coopère avec différents organes d'entraînement (35, 36, 37, 38) pour agir en rotation sur un fourreau (39) dans lc quel est monté l'arbre de commande (22), ledit fourreau (39) prél sentant des agencements pour autoriser l'entraînement en rotation c un axe vertical creux (40) supportant le bras porte-outil (C). -9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la gorge profilée (lOb) coopère avec un autre organe de roulement (41) solidaire d'une crémaillère (42) montée coulissante sur des guides (43), ladite crémaillère entraînant en rotation un plateau (45) qui agit à la façon d'un vilebrequin. -10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que 1' organe de roulement (41) occupe par rapport à l'organe de roulemen (27) une position angulaire (o( ) déterminée pour obtenir, en combinaison avec le profil de la came (lOb), les deux mouvements séparés. -11- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le plateau (45) présente à proximité de son bord circulaire, un organe de roulement (46) qui agit dans une rainure (47a) d'un guide (47) accouplé à la partie haute de l'axe-support (40), en vue de la descente ou de la montée de l'ensemble de laxe-support (40) du bras porte-outil. -12- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le magasin (M) est solidaire d'un arbre central disposé verticalement et sur lequel est montée libre en rotation une console (4) supportant un motoréducteur -13- Dispositif selon l'uen quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'ensemble du magasin (M) avec son manipulateur (B) est monté sur un socle-support commun facilement déplaçable pour être adapté à une machine-outil quelconque. -14- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 - 13, caractérisé en ce qu'en variante, les gorges profilées en came sont remplacées par des# vérinsycrémaillère qui agissent directement sur les ensembles mécaniques.