Brevet FR2543866A1 — publié le 19841012

Dispositif de blocage et de déblocage automatiques d'un outil dans une broche rotative de machine-outil. L'invention concerne les dispositifs de blocage et de déblocage automatiques d'un outil à un poste de changement d'outil dans une broche rotative montée dans une tourelle de machine-outil à commande numérique, comportant une douille de blocage montée à coulissement dans la broche porte-outil et munie de moyens de retenue axiale adaptés à coopérer avec des moyens de retenue axiale conjugués appartenant à chaque outil. Dans les dispositifs connus de ce genre, la douille de blocage est soumise à l'action de moyens élastiques, notamment de rondelles Schnor, qui assurent le maintien correct de l'outil dans la broche rotative ; pour débloquer l'outil, on fait agir un vérin à fluide sous pression qui repousse la douille de blocage à l'encontre desdits moyens élastiques. Toutefois, à l'occasion de chaque changement d'outil, on est obligé d'arrêter la broche rotative porteoutil dans une position angulaire dite d'indexage, très précise et, de plus, il est nécessaire que cette position d'indexage soit préservée pendant l'évolution de la tourelle, lors du passage de la broche rotative en cause depuis le poste de travail jusqu'au poste de changement d'outil, car les dés classiques solidaires de chaque outil et nécessaires à son entraînement positif pendant l'usinage doivent se présenter rigoureusement en regard des mortaises correspondantes du nez de la broche porte-outil à l'instant où l'on enfile le nouvel outil dans la broche. Bien entendu, il est donc nécessaire de prévoir des moyens particuliers pour assurer cet indexage angulaire précis de la broche. Le but de l'invention est de réaliser un nouveau dispositif de blocage et de déblocage d'outil qui permette précisément de se dispenser de prévoir de tels moyens d'indexage de la broche. A cet effet, suivant l'invention, il est prévu des moyens d'immobilisation en rotation de la douille coulissante de blocage par rapport à la broche rotative porte-outil g une pièce de commande de blocage montée à rotation dans la broche porte-outil sans coulissement axial ; une vis de blocage solidaire de la pièce de commande de blocage et engagée dans un alésage central taraudé correspondant de la douille coulissante de blocage ; une douille d'entraîne- ment de la pièce de commande de blocage, montée dans le corps fixe de la tourelle au poste de changement d'outils coaxialement à la broche porte-outil amenée à ce poste, ladite douille d'entraînement étant sollicitée par un ressort en direction axiale contre l'extrémité adjacente de la pièce de commande de blocage, les deux extrémités en regard l'une de l'autre de la pièce de commande de blocage et de la douille d'entraînement précitée étant munies de crabots conjugués d'accouplement ; un moteur à deux sens de rotation monté aussi dans le corps fixe de la tourelle et dont l'arbre est solidaire, en rotation seulement, de la douille d'entraînement de la pièce de commande de blocage ; et une douille d'indexage angulaire de la broche porte-outil sollicitée par un ressort à coulisser, sans rotation possible, vers la broche porte-outil, dans le corps de la tourelle, coaxialement à la douille d'entraînement, la face debout de ladite douille d'indexage et la face de bout adjacente de la broche porte-outil étant munies de deux dents et creux conjugués diamétralement opposés. Grâce à cette structure particulière, quelle que puisse être la position angulaire occupée par la broche porte-outil à l'instant où elle arrive au poste de changement d'outil, le dispositif de déblocage commence par assurer automatiquement l'indexage angulaire correct de la broche, et cet indexage est maintenu jusqu'à ce que la broche quitte letit poste, comme on le comprendra mieux au cours de la lecture de la description qui va suivre. Ainsi, à la fin d'une opération d'usinage, la broche peut s'arrêter dans une position angulaire quelconque, sans aucun inconvénient. De plus, le dispositif est capable de bloquer et de débloquer de la même manière un outil fixe, tel qu'un outil de tournage par exemple, sans modification, ni manoeuvres supplémentaires, il suffit, pour cela, que la pièce de commande de blocage des outils fixes possède les mêmes crabots que la pièce de commande de blocage d'un outil rotatif. Le dispositif agit donc indifféremment si c'est un outil rotatif ou un outil fixe qui se présente au poste de changement d'outils. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation appliqué à un tour horizontal à tourelle. Sur ces dessins la figure 1 est une vue de face de la tourelle, la figure 2 est une coupe longitudinale faite suivant la ligne brisée Il-Il de la figure 1, la figure 3 montre, à plus-grande échelle, en coupe longitudinale, le poste de changement d'ou tiiaiVaepartie inférieure de la figure 2, la figure 4 est une coupe transversale faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3, la figure 5 montre également, à plus grande échelle, en coupe longitudinale, le poste de travail visible à la partie supérieure de la figure 2, et la figure 6 une coupe analogue à celle de la figure 3, mais avec un outil fixe. Le dispositif de blocage et de déblocage automatiques d'outils représenté sur les figures est appliqué ici au changement des outils dans une broche rotative montée dans une tourelle de tour horizontal à commande numérique. Le plateau de tourelle 1 est monté à rotation autour d'un axe géométrique horizontal 2 sur un corps de tourelle 3 solidaire d'un chariot vertical 4 porté par une coulisse 5 montée elle-même sur une traverse horizontale 6 du tour. Dans l'exemple, le plateau de tourelle 1 peut occuper sélectivement huit positions angulaires différentes ; le poste de travail est indiqué en 7 sur la figure 1 et le poste de changement d'outil en 8. Sur la figure 2, on peut voir la couronne dentée 11 solidaire du corps 3 et la couronne dentée conjuguée 12 solidaire du plateau de tourelle 1 adaptées à assurer le positionnement angulaire précis du plateau sur le corps dans chacune de ses huit positions.Le plateau peut être éloi- gné légèrement du corps en direction axiale pour assurer le dégagement des deux couronnes dentées l'une de l'autre, au moyen d'un dispositif classique qui comporte un vérin hydraulique 14 composé d'un cylindre 15 ménagé dans le corps et un piston 16 fixé au plateau de tourelle 1 par des vis 17. On n'a pas représenté les moyens de commande de pivotement du plateau de tourelle qui peuvent être de tout type classique approprié. Sur la figure 3, une broche rotative porteoutil 21 est supportée par deux roulements à rouleaux coniques 22, 23 dans un fourreau cylindrique 24 fixé dans un alésage 25 de direction axiale du plateau de tourelle 1 au moyen de vis 26. Dans l'alésage conique normalisé 27 du nez de la broche 21, est monté un outil 28 muni d'une embase à gorge 29 au moyen de laquelle l'outil peut être saisi par la pince d'un bras de transfert d'outils suivant une méthode tout à fait classique. Deux dés 31, 32 diamétralement opposés, fixés dans une rainure de l'extrémité du nez de broche, sont engagés dans une rainure diamétrale correspondante 33 de l'embase de l'outil pour assurer un blocage angulaire positif et, éventuellement, un positionnement angulaire correct de l'outil dans la broche. Dans un prolongement de la queue conique 34 de l'outil, est ménagée une gorge annulaire 35 dans laquelle sont partiellement engagées des billes 36 emprisonnées chacune dans un trou radial 37 pratiqué dans une douille de blocage 38 montée elle-même à coulissement dans un alésage 39 de la broche porteoutils. Un chambrage annulaire 41 pratiqué dans ledit alésage permet aux billes de s'écarter légère- ment de l'axe de la broche lorsque la douille coulissante de blocage est déplacée vers la gauche sur la figure 3 pour permettre la sortie de l'outil. La douille coulissante de blocage 38 est immobilisée en rotation par rapport à la broche porte-outil au moyen d'une clavette longitudinale 42.Dans l'extré mité arrière taraudée de la douille coulissante de blocage 38, est engagée une vis de blocage 44 solidaire d'une pièce de commande de blocage 45 montée à rotation, sans coulissement axial possible, dans la broche porte-outil 21, par l'intermédiaire d'une douille 46, d'une rondelle 47, et d'une pièce d'extrémité à bride 48 fixée dans l'extrémité arrière de la broche au moyen de vis 49 engagées dans des trous taraudés correspondants pratiqués dans une bague fi letée intérieurement 51 engagée sur l'extrémité arrière, à cet effet filetée, de la broche.Une bague en deux parties 52, retenue par un jonc élastique 53 dans une gorge annulaire 54 de la pièce de commande de blocage 45, prend appui contre la rondelle 47 et assure le positionnement axial de ladite pièce de commande de blocage, dans un sens, son positionnement dans l'autre sens étant assuré par la face anté- rieure d'un plateau 55 solidaire de la partie arrière de la pièce de commande de blocage et en contact avec la face #arrière de bout de la douille 46. Le positionnement angulaire de la pièce d'extrémité 48 dans la broche 21 est assuré par une clavette 57 pour décharger les vis de serrage 49 de tout effort éventuel de flexion. Le fourreau 24 est muni de deux joints d'étanchéité 58, 59 qui coopèrent respectivement avec les deux extrémités de la broche 21. La face arrière du plateau 55 est munie de deux dents 62, 63 diamétralement opposées (voir aussi figure 4) adaptées à coopérer, par leurs faces radiales, avec les faces radiales de deux dents con juguées 64, 65 appartenant à la face frontale d'une douille 66 d'entraînement de la-pièce de commande de blocage 45 rendue solidaire en rotation de l'arbre 67 d'un moteur de serrage 68 par l'intermédiaire d'une clavette 71, d'une vis 72 prenant appui contre une rondelle 73.La douille 66 d'entraînement de la pièce de commande de blocage peut coulisser sur l'arbre 67 du moteur sur une longueur légèrement supérieure à la hauteur axiale des dents 64, 65 de cette douille et elle est sollicitée élastiquement vers l'avant contre le plateau 55 de la pièce de commande de blocage par un ressort 75 qui prend appui, vers l'avant, contre un épaulement 76 de la douille d'entraînement et, vers l'arrière, contre une rondelle 77 enfilée sur l'arbre 67 du moteur et prenant appui contre un épaulement 78 dudit arbre. Le moteur 68 est fixé, au moyen de vis 79, sur le corps de tourelle 3, au poste de changement d'outils 8, coaxialement à la broche porte-outil lorsque celle-ci se trouve audit poste. Dans un alésage 82 du corps de tourelle 3, est montée à coulissement une douille 83 d'indexage angulaire de la broche porte-outil, elle est immobilisée en rotation par rapport au corps au moyen d'une clavette 84 (ramenée dans le plan de coupe sur la figure 4 pour la clarté de la représentation) et elle est sollicitée élastiquement vers l'avant par un ressort 85 dont les deux extrémités s'appuient, respectivement, contre un épaulement intérieur 86 de la douille et contre l'extrémité adjacente de la carcasse du moteur de serrage 68. La longueur de course axiale de la douille 83 est limitée vers l'avant par l'entrée en contact de sa collerette arrière 88 avec le fond d'un embrèvement 89 pratiqué dans la partie arrière de l'alésage 82 dans lequel coulisse ladite douille.La face frontale avant de cette douille d'indexage angulaire de la broche est munie de deux dents 91, 92 diamétralement opposées adaptées à s'engager exactement dans deux creux de forme conjuguée 93, 94 pratiqués dans la face frontale arrière de la pièce d'extrémité à bride 48 solidaire de la broche rotative porte-outil 21. Au poste de serrage et de desserrage qu'on vient de décrire en référence a la figure 3, se trouvait un outil 28, en l'occurence un foret monté dans une broche porte-outil rotative 21, mais, a ce même poste de serrage, peut venir se présenter un outil fixe tel que, par exemple, l'outil de tournage 101, comme représenté sur la figure 6 et il est important de faire remarquer que le même dispositif de serrage et de desserrage convient à cet outil fixe, sans aucun changement de structure, ni de fonctionnement. Les seules différences entre les deux figures 3 et 6, sur lesquelles on a conservé les mêmes chiffres de référence pour désigner les mêmes organes, résident dans le fait que l'outil, au lieu d'être monté dans une broche rotative, se trouve logé dans un fourreau 102 fixé dans le plateau de tourelle 2 au moyen de vis 103.Etant donné qu'il n'y a plus de broche rotative et que, par conséquent, il n'y a pas lieu d'indexer une telle broche, les deux dents 93, 94 de la douille d'indexage angulaire de la broche, au dispositif de serrage, tombent dans le vide, la pièce diextremité å bride 48 qui existait dans le cas de la broche rotative étant remplacée ici-par une pièce, bride 105 qui est fixée au plateau 2 de la tourelle par des vis 106 et dans laquelle tourilL lonne la pièce de commande de blocage 45 montée de la manière décrite plus haut. Au poste de travail, on peut voir comment la broche rotative porte-outil 21 est entraînée en rotation à partir d'un moteur 111 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission qui comporte : une poulie 112 fixée sur l'arbre 113 du moteur, une courroie crantée 114 qui passe sur la poulie dentée 113, une autre poulie dentée 115 sur laquelle passe aussi la courroie crantée 114, un arbre intermédiaire 116 qui tourillonne dans le corps de tourelle 3 par deux roulements à rouleaux coniques 117, 118 et sur l'ex- trémité arrière duquel est fixée la deuxième poulie dentée 115, et une douille intermédiaire 119 montée à coulissement sur l'arbre intermédiaire et liée en rotation à celui-ci par une clavette 121, ladite douille intermédiaire portant un plateau 122 dont la face antérieure est munie de deux dents 123, 124 identiques aux deux dents 91, 92 de la douille d'indexage angulaire de la broche qui se trouve au poste de serrage et qui sont destinées a s'engager dans les deux creux précités 93, 94 de la broche rotative porte-outil. Le plateau 122 est sollicité élastiquement contre l'extrémité arrière de la broche par un ressort 126 dont une extrémité porte contre l'extrémité arrière de la douille intermédiaire 119 et, l'autre extrémité, contre le fond d'un évidement 127 pratiqué dans l'alésage de l'arbre intermédiaire 116. Le fonctionnement du dispositif de serrage et de desserrage d'outil qu'on vient de décrire est le suivant On suppose qu'on vient de terminer une opération d'usinage avec l'outil 21 qui se trouve au poste de travail 7 et qu'il s'agit de remplacer cet outil par un autre. A cet effet, au moyen du vérin hydraulique 14, on déplace le plateau de tourelle 1 légèrement vers la gauche sur la figure 2 de manière à dégager l'une de l'autre les deux couronnes dentées 11, 12 de positionnement angulaire dudit plateau et à dégager, en même temps, les dents 123, 124 du plateau d'entraînement 122 au poste de travail, des creux correspondants d'une broche rotative porteoutil, si c'est un outil rotatif qui s'y trouvait, ainsi que les dents 62, 63 de la douille d'entraîne- ment de la pièce de blocage 66, au poste de blocage, des dents correspondantes 64, 65 de la pièce de commande de blocage 45, quelle que soit la nature de l'outil qui se trouve a ce poste, à savoir : un outil rotatif ou non, et encore le dégagement des dents 91, 92 de la douille d'indexage angulaire de la broche 83 des creux correspondants de ladite broche 21, dans le cas où un outil rotatif était présent au poste de serrage. On fait pivoter le plateau de tourelle d'un angle convenable pour amener, au poste de serrage et de desserrage, l'outil qui se trouvait précédemment au poste de travail 7 et, au moyen du vérin hydraulique 14, on ramène ledit plateau vers la droite, contre le corps pour remettre en prise les deux couronnes dentées 11, 12 de positionnement angulaire du plateau.Dès le début de ce mouvement, les dents des éléments rotatifs qui se trouvent dans le corps 3 sont repoussées axialement vers la droite, car, dans la plupart des cas, les éléments conjugués avec lesquels ils doivent coopérer ne se trouvent pas rigoureusement en regard desdites dents. Ainsi, au poste de-travail, si c'est un outil fixe qui se présente, la question ne se pose pas, mais, si c'est un outil rotatif, la douille intermédiaire 119 est simplement repoussée légèrement vers la droite à l'encontre de la force du ressort 126. Au poste de serrage et de desserrage, le processus est le suivant : la douille 83 d'indexage angulaire de la broche est légèrement repoussée vers la droite, à l'encontre de la force du ressort 85, et la douille 66 d'entraînement de la pièce de blocage également, à l'encontre de la force du ressort 75. On fait tourner le moteur 68 dans le sens du desserrage. Au moment ou les deux dents 62, 63 de la douille 66 arrivent en regard des creux correspondants qui se trouvent entre les dents 64, 65 du plateau 55 ds, la pièce de commande 45, elles tombent dans lesdits creux sous l'action du ressort 75. Cela correspond au cas où les dents du plateau 55 s'étaient présentées à peu près en regard des dents de la douille 66, mais, évidemment, au cas où lesdites dents ne s'étaient pas trouvées en regard les unes des autres, la douille 66 n'aurait pas été repoussée vers la droite. Quoi qu'il en soit, les dents62, 63 repoussent maintenant les dents 64, 65 en direction circon férentielle, ce qui se traduit par un mouvement de rotation de la pièce de commande de blocage 45. Etant donné que cette dernière est bloquée sur la douille coulissante 38, la broche 21 se trouve aussi entraînée en rotation jusqu'à l'instant où ses deux creux 93, 94 se présentent exactement en regard des deux dents 91, 92 de la douille d'indexage 83. A cet instant, la douille 83 est repoussée vers la gauche par le ressort 85 et se trouve-accou,Dlée à la broche 21 qui, dès lors, ne peut plus tourner. Le moteur 68 continue à tourner et à entraîner la vis 44 de sorte que la douille coulissante 38, immobili sée en rotation dans la broche 21, se déplace vers la gauche et entraîne les billes 36 dans le chambrage 41. Dès lors, l'outil 28 est libéré et peut être sorti de la broche 21 par le bras de transfert. Un nouvel outil est mis en place dans la broche. On remarquera que cette mise en place se fait correctement, puisque la broche 21 se trouve indexée angulairement dans la bonne position par la douille 83 et. que le bras de transfert amène l'outil dans la position angulaire correcte grâce à une technique classique. On fait tourner le moteur 68 dans le sens opposé ; la vis de blocage 44 tire la douille coulis sante de blocage 38 vers la droite, ce qui assure le blocage de l'outil dans la broche ; toutes les pièces occupent les positions représentées sur la figure 3. On éloigne le plateau de tourelle du corps, toutes les dents en prise se dégagent les unes des autres et l'on peut donc indexer le plateau pour amener le nouvel outil au poste de travail. Ici, les dents du plateau 55 de la pièce de commande de blocage tombent dans le vide et ne procurent donc aucune interférence ; les dents 91, 92 de la broche repoussent temporairement en direction axiale le plateau intermédiaire 122 à l'encontre du ressort 126, mais la rotation dudit plateau provoque bientôt l'accouplement de l'arbre intermédiaire 116 pour assurer l'entraînement correct de la broche porte-outil 21. Dans le processus de changement d'outil qu'on vient de décrire, on a supposé qu'on montait l'outil dans une broche rotative et l'on a vu que le dispositif représenté est capable d'assurer, non seulement le serrage et le desserrage de l'outil, mais aussi l'indexage correct automatique de la broche. Lorsqu'on monte un outil fixe dans l'alvéole du plateau destiné à le recevoir, on voit que le même dispositif de serrage et de desserrage est capable d'entrer en action, sans aucune modification dans les manipulations, la seule différence résidant dans le fait que les moyens d'indexage angulaire automatique de la broche porte-outil n'ont pas à entrer en action puisque l'orientation de l'outil fixe est immuable. REVENDICATIONS 1. Dispositif de blocage et de déblocage automatiques d'outil à un poste de changement d'outils dans une broche rotative montée dans une tourelle de machine-outil à commande numérique, comportant une douille de blocage montée à coulissement dans la broche porte-outil et munie de moyens de retenue axiale adaptés à coopérer avec des moyens de retenue axiale conjugués appartenant à chaque outil, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (42) dlimmobilisa- tion en rotation de la douille coulissante de blocage (38) par rapport à la broche rotative porte-outil (21) ; une pièce de commande de blocage (45) montée à rotation dans la broche porte-outil sans coulisse ment axial ; une vis de blocage (44) solidaire de la pièce de commande de blocage et engagée dans l'extré- mité arrière taraudée de la douille coulissante de blocage ; une douille (66) d'entraînement de la pid- ce de commande de blocage (45), montée dans le corps fixe (3) de la tourelle au poste de changement d'outils (8) coaxialement à la broche porte-outil (21) amenée à ce poste, ladite douille d'entraînement étant sollicitée par-un ressort (75) en direction axiale contre l'extrémité adjacente de la pièce de commande de blocage (45), les deux extrémités en regard l'une de l'autre de la pièce de commande de blocage (45) et de la douille d'entraînement préci tée (66) étant munies de crabots conjugués d'accouplement (62, 63, 64, 65) ; un moteur à deux sens de rotation (68) monté aussi dans le corps fixe de la tourelle et dont l'arbre (67) est solidaire, en rotation seulement, de la douille (66) d'entraînement de la pièce de commande de blocage ; et une douille (83) d'indexage angulaire de la broche porte-outil (21) sollicitée par un ressort (85) à coulisser, sans rotation possible, vers la broche porte-outil, dans le corps (3) de la tourelle, coaxialement à la douille d'entraînement (66), la face de bout de ladite douille d'indexage (83) et la face de bout adjacente de la broche porte-outil (21) étant munies de deux dents (91, 92) et creux (93, 94) conjugués diamétralement opposés. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les creux (93, 94) de la face de bout arrière de la broche rotative porte-outil (21) sont adaptés à coopérer avec des dents (124) d'entraînement en rotation de ladite broche rotative porte-outils au poste de travail (7) de la machine. 3. Dispositif suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dents (62, 63) de la pièce de commande de blocage d'un outil rotatif (28) sont identiques a des dents d'une pièce de commande de blocage d'un outil fixe (101) dans un alvéole correspondant de la tourelle adapté à le recevoir.