Brevet FR2581907A1 — publié le 19861121

STRUCTURE DE MACHINE-OUTIL. La présente invention concerne les machines-outils comprenant une broche tournante et un ensemble d'outils, ainsi que des moyens pour faire varier la position relative de la broche et des outils. Les machines-outils actuellement utilisées comprennent plu- sieurs familles, et notamment: les tours, comportant une broche à rotation rapide destinée à supporter la pièce à usiner et à la présenter en rotation devant des outils fixes ou à déplacement lent; les fraiseuses, comportant une platine ou un support de pièce à usiner, en déplacement lent ou nul, l'outil étant monté sur une broche à rotation rapide. Les dispositifs connus sont bien adaptés à des productions à grande cadence, dans lesquelles les opérations à effectuer par une même machine-outil sur une pièce sont relativement peu nombreuses et simples. On a cherché plus récemment à augmenter les possibilités d'usinage d'une pièce par une même machine-outil. Toutefois, les dispositifs utilisés jusqu'à ce jour sont relativement peu adaptés à des productions de séries moyennes dans lesquelles la machine-outil doit effectuer un nombre relativement important d'opérations élémentaires. La présente invention a notamment pour objet de proposer une nouvelle structure de machine-outil, dérivée du tour, et constituant un ensemble particulièrement bien adapté aux séries moyennes à usinage complexe. Une même structure de machine- outil selon l'invention permet d'élargir très substantiellement les possibilités d'usinage d'un tour conventionnel, et en particulier de réaliser, sans démontage de la pièce à usiner, sans aucun changement d'outil, et sans arrêt de la machine, des opérations annexes à celles du tournage: par exemple fraisage, perçage, taraudage, ou usinage frontaux ou latéraux. La nouvelle structure permet en outre d'utiliser systématique- ment des unités auxiliaires à outils tournants, laissant toutefois la possibilité d'employer des outils fixes. On peut en particulier adapter les mêmes unités auxiliaires que celles couramment utilisées sur des machines-transfert, chaque unité auxiliaire pouvant comporter des moyens d'entraînement en rotation d'un outil, et des moyens de positionnement de l'outil par rapport à un bâti. Les nouvelles structures ainsi conçues permettent d'augmenter les utilisations possibles d'un parc d'unités 81907 auxiliaires qui peuvent ainsi s'adapter sur des machines aussi diverses qu'une machine-transfert ou une machine pour production en petites séries. Le nombre et la nature des opérations annexes aux opérations de tournage que la structure selon l'invention permet de réaliser dépendent du nombre et du type des unités auxiliaires de travail que l'utilisateur adapte sur la structure. L'invention permet d'adapter simultanément, sur une même structure, un grand nombre d'unités auxiliaires. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la structure selon l'invention utilise de façon classique, comme sur un tour conventionnel, un certain nombre de sous-ensembles: une broche à pince porte-pièces rotative selon un axe horizontal, un ensemble porte-outils, mobile en translation horizontale par rapport à la broche selon un premier axe parallèle à l'axe de la broche et selon un second axe perpendiculaire, des outils montés fixes sur l'ensemble porte-outils, et des outils tournants montés sur l'ensemble porte-outils. Selon l'invention, la broche porte-pièces est montée sur un chariot coulissant sur des guides du bâti selon un axe vertical, et les moyens d'entratnement de la broche comprennent un moteur et des moyens de commande électroniques permettant de régler instantanément la vitesse de rotation de la broche,- puis de l'arrêter à des positions angulaires successives choisies par l'utilisateur. Tous les outils, fixes ou tournants, sont montés sur un même ensemble porte-outils pouvant recevoir des unités auxiliaires de travail motorisées disposées à des hauteurs diverses, parallèlement à l'axe de la broche, ou perpendiculairement à l'axe de la broche, ou même selon un angle quelconque par rapport à l'axe de la broche, chaque unité disposant à demeure de son outil de travail. Aucun changement d'outil n'est nécessaire en cours d'usinage d'une pièce, de sorte que la précision de travail obtenue est excellente. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble des outils tournants est rangé selon deux familles distinctes, une première famille d'axe parallèle à l'axe de la broche, et une seconde famille d'axe perpendiculaire à l'axe de la broche; la seconde famille forme une rangée d'outils selon une ligne verticale. Cette architecture permet notamment une grande accessibilité 8 1 9 0 7 des dispositifs entraînant les outils en rotation, permettant d'utiliser des unités auxiliaires même encombrantes, assurant une grande facilité d'accès pour leur maintenance ou leur changement. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisa- tion particulier, faite en relation avec la figure annexée représentant une vue schématique en perspective d'une machine-outil selon l'in- vention. Comme le représente la figure, la machine selon l'invention comprend un bâti formé d'un montant vertical 6 associé à un banc horizontal 9 auquel il est relié par une pièce de liaison. Un ensemble de moyens de guidage permet les déplacements relatifs entre un ensemble porte-broche 1 et un ensemble porte-outils 2. L'ensemble porte-broche 1 comprend un moteur d'entraînement 3, actionnant une broche à pince portepièces rotative 4 d'axe longitudinal horizontal I-I. Le moteur 3 est commandé par des moyens de commande électroniques, par exemple des moyens connus en eux-mêmes, pour régler la vitesse de rotation de la broche et la maintenir à l'arrêt en des positions angulaires choisies. L'ensemble porte-broche 1 est monté sur un chariot 5 coulis- sant lui-même sur des guides 61 du montant vertical 6 selon un axe III- III vertical. L'ensemble porte-outils 2 est monté sur une coulisse croisée 12 qui coulisse horizontalement sur des guides 91 du banc horizontal 9 selon un mouvement de translation d'axe transversal perpendiculaire à l'axe I-I de la broche porte-pièces. La coulisse croisée 12 porte des guides longitudinaux 121 coopérant avec l'ensemble porte-outils 2 pour permettre sa translation horizontale parallèlement à l'axe I-I de la broche. L'ensemble porte-outils 2 comprend deux familles d'outils tournants, une première famille 7 dont les outils ont des axes d'outil parallèles à l'axe I-I de la broche 4, et une seconde famille 8 dont les axes d'outil sont perpendiculaires à l'axe de la broche. Les outils de la famille 8 sont rangés les uns au-dessus des autres selon une ligne verticale, de façon à occuper une longueur d la plus réduite possible, la longueur d représentant l'ordre de grandeur de la course longitudi- nale nécessaire pour l'usinage. De façon préférée, la famille 8 des outils est rangée selon 8 1907 une ligne parallèle au troisième axe III-III, bien qu'une disposition selon le second axe II-II soit également possible. Dans la disposition représentée sur la figure, l'évacuation des déchets s'effectue naturel- lement par le bas, par exemple dans un bac-chariot monté sur roulettes, et l'ensemble des broches et des outils est très facilement accessible par le devant de la machine. Les outils tournants peuvent être montés sur des unités auxiliaires 10, facilement accessibles par deux côtés extérieurs de l'ensemble porte-outils 2, et assurant l'entraînement des outils en rotation et en translation. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, l'ensemble porte outils 2 est un bloc métallique comportant, sur une face verticale 18, des trous de fixation pour l'adaptation d'une plaque 11 porte-outils de tournage, une première série 13 d'alésages horizon- taux parallèles à l'axe I-I de la broche, une seconde série 14 d'alésages horizontaux perpendiculaires à l'axe I-I de la broche, éventuellement d'autres alésages obliques, et des trous de fixation 15 pour l'adaptation, à sa partie supérieure, d'autres équipements divers. On peut par exemple superposer un second ensemble porte-outils. Les alésages des deux séries 13 et 14 d'alésages horizontaux, et les alésages obliques, sont des alésages traversants, de positions relatives et dimensions déterminées avec précision pour former surfaces de référence et recevoir avec un très faible jeu des unités auxiliaires de travail comportant une surface complémentaire. De préférence on utilise des unités auxiliaires à surface extérieure cylindrique s'adap- tant et se bloquant dans des alésages cylindriques complémentaires de l'ensemble porte-outils. Les unités auxiliaires sont introduites de l'extérieur, c'est-à-dire depuis les faces 16 et 17 de l'ensemble porte- outils. L'architecture selon l'invention permet le changement des pièces à usiner par le haut ou par le devant, l'ensemble porte-broche 1 étant dégagé par coulissement le long des guides verticaux 6, la pièce pouvant être échangée au-dessus de l'ensemble porte-outils 2 ou devant lui sans gêner l'accessibilité. On peut utiliser le mouvement de translation selon l'axe I-I pour se rapprocher d'un magasin de pièces. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Les opérations de tournage sont réalisées à l'aide des outils montés sur la plaque porte- outils par combinaison du déplacement 2 5 8 1 9 0 7 vertical de la broche rotative portant la pièce et du déplacement de l'ensemble porte-outils parallèlement et transversalement à l'axe de la broche. Les opérations annexes au tournage sont exécutées par les unités auxiliaires motorisées 7 et 8. Selon leur type, ces opérations s'effectuent pendant la rotation de la broche et de la pièce à usiner, ou pendant que la broche et la pièce sont arrêtées. Les trois axes de translation sont utilisés. Des moyens de commande numérique assurent la commande du moteur 3 de broche et des moyens d'entraînement en translation selon les trois axes. Ces moyens sont bien connus dans la technique des machines- outils. Le cycle complet d'usinage de la pièce comportant les opéra- tions de tournage et les opérations annexes est exécuté sans arrêt de la machine, sans démontage de la pièce, et sans aucun changement d'outils car les outils de travail gardent leurs mêmes positions relatives pendant toute la durée du cycle. Suivant l'opportunité, l'entraînement des broches des unités auxiliaires de travail est obtenu à l'aide de moteurs asynchrones conventionnels ou à l'aide de moteurs à régulation de vitesse. Dans le premier cas, la vitesse désirée est obtenue par montage du jeu de poulies et de la courroie adéquates et dans le deuxième cas, la vitesse désirée est affichée sur l'équipement électronique de commande du moteur. Dans le cas o une ou plusieurs unités auxiliaires doivent être inclinées d'un certain angle par rapport à la broche, il est utile que ces unités comportent un dispositif de commande d'avance intégré aux unités. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica- tions ci-après. 81907 REVENDICATIONS 1 - Machine-outil comprenant les organes essentiels d'un tour conventionnel, à savoir: - une broche porte-pièces rotative (4) sollicitée en rotation selon un axe horizontal (I-I) par des moyens d'entraînement (3); - un ensemble porte-outils (2), mobile en translation horizontale par rapport à la broche (4) selon un axe longitudinal parallèle à l'axe (I- I) de la broche et un axe transversal (II-II) perpendiculaire à l'axe de la broche; - des outils (11) montés fixes sur l'ensemble porte-outils (2); - des moyens (10), montés sur l'ensemble porte-outils, pour entraîner des outils tournants (7,8) en rotation; caractérisée en ce que la broche (4) porte-pièces est montée sur un chariot (5) coulissant sur des guides (61) du bâti selon un axe (III- III) vertical, et en ce que les moyens d'entraînement de la broche comprennent un moteur (3) et des moyens de commande électroniques permettant de régler instantanément la vitesse de rotation de la broche, puis de l'arrêter à des positions angulaires successives prédéterminées. 2 - Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble des outils tournants est rangé selon une première famille (7) dont les axes sont parallèles à l'axe de la broche (I-I) et une seconde famille (8) dont les axes sont perpendiculaires à l'axe de la broche. 3 Machine-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que la seconde famille (8) forme une rangée d'outils selon une ligne verticale. 4 - Machine-outil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'ensemble porte-outils (2) comporte: - sur une face verticale (18), des trous de fixation pour une plaque porte-outils de tournage (11); - une série (13) d'alésages horizontaux parallèles à l'axe de la broche pour recevoir.des unités auxiliaires de travail; --une série (14) d'alésages horizontaux perpendiculaires à l'axe de la broche pour recevoir des unités auxiliaires de travail; et 35. - à sa partie supérieure, des trous (15) de fixation pour le montage d'équipements divers. - Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 819 0 7 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti formé d'un montant vertical (6) associé à un banc horizontal (9) auquel il est relié par une pièce de liaison, le montant vertical (6) portant les guides (61) sur lesquels coulisse le chariot (5) de la broche porte-pièces (4), le banc horizontal (9) portant des moyens de guidage et de support de l'ensemble porte-outils (2). 6 - Machine outil selon la revendication 5, caractérisée en ce que le banc horizontal (9) porte des guides horizontaux (91) transver- saux sur lesquels coulisse une croisée (12) portant des guides longitudinaux (121) sur lesquels coulisse l'ensemble porte-outils (2). 7 - Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'ensemble porte-outils comprend en outre des moyens pour recevoir et disposer des unités auxiliaires de travail selon un axe oblique par rapport à l'axe de la broche.