Brevet FR2576536A1 — publié le 19860801

Les centres de fraisage ou d'usinage actuels sont conçus pour permettre le changement automatique d'outil dans la ou les broches de la tête porte-broche. Dans ces machines, le palier de la broche est rapporté et solidement fixé sur la face avant du chariot. On peut donc effectuer des changements automatiques d'outil, mais par contre il n'est pas possible par exemple, de remplacer une tête monobroche normale par une tête multibroche, ou un plateau à surfacer, ou une tête à renvoi d'angle, ce qui limite les possibilités du centre d'usinage. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de proposer un chariot de machineoutil -ou une machine-outil munie d'un #chariot- constitué de façon à permettre le changement de l'équipement de tête1 (tête monobroche, tête multibroche, plateau à surfaces, tête à renvoi d'angle, train de fraisage, etc.). La machine selon l'invention est du type comprenant un chariot lequel porte une tête munie de paliers dans lesquels tourne un axe de broche ou autre équipement entrainé par une transmission logée dans le chariot et elle est caractérisée en ce que: l'axe de broche est divisé en deux parties, l'une tourillonnant dans des paliers portés par la tête qui est amovible, l'autre tourillonnant dans des paliers portés par le chariot, cette partie de l'axe de broche étant entrainée par les moyens de transmission de mouvement logés dans le chariot; . la face antérieure du chariot, et la face postérieure de la tête comportent des moyens de positionnement angulaire par couronne à dentures frontales (dentures HIRTH, Curvic Coupling);; la face antérieure du chariot comprend un vérin annulaire coaxial à l'axe de broche dont la face antérieure porte une couronne dentée et la tête amovible porte à sa partie arrière une roue dentée correspondante, ledit vérin ayant un mouvement de coulissement axial ainsi qu'un mouvement de rotation;; le vérin annulaire est animé en rotation sous l'action d'un vérin externe entre une position dans laquelle les dents de la roue correspondent aux creux de la couronne (position de mise en place de la tête) et une position dans laquelle les dents de la roue sont en face des dents de la couronne (position de serrage par translation du vérin vers l'arrière), des moyens élastiques sont prévus pour, lors du desserrage, immobiliser en position indexée dans la tête le tronçon de l'axe de broche tourillonnant dans la tête et également pour fermer les canalisations de fluide du chariot et de la tête à leur lieu de jonction. L'invention vise également tout ou partie des dispositions suivantes: i. La transmission de mouvement entre les deux parties de l'axe de broche est obtenue par crabotage à coulissement axial. 2. La fermeture des canalisations de fluide du chariot et de la tête est obtenue par coulissements de pistons placés à l'interface entre tête et chariot et contretenus par ressorts, les uns sur les arrivées de fluide, les autres sur les sorties. 3. L'immobilisation indexée de l'axe de broche dans la tête est réalisée par un doigt contretenu par ressort, coulissant dans la tête, venant se loger dans une encoche portée par la partie de l'axe de broche logée dans la tête, doigt qui est repoussé et effacé par la face avant du chariot lors de la mise en place de la tête. 4. Le nombre des dents des couronnes à dentures frontales portées respectivement par la face antérieure du chariot et la face postérieure de la tête est un multiple entier du nombre des dents de la couronne dentée et de la roue dentée portées respectivement par les faces antérieure et postérieure du vérin annulaire. Les dispositions qui précèdent et toutes autres particularités de l'invention sont illustrées par le dessin joint relatif à un exemple de réalisation et sur lequel: la figure 1 est une vue schématique perspective générale d'une fraiseuse ou centre de fraisage muni des dispositions de l'invention; . la figure 2 est une coupe selon l'axe du chariot et d'une tête amovible selon l'invention; la figure 3 est une coupe transversale selon A-A de la figure 2; la figure 4 est une coupe selon B-B de la figure 2; la figure 5 est une coupe selon C-C de la figure 2; les figures 6, 7, 8 illustrent schématiquement différentes têtes amovibles susceptibles de changement automatique grâce aux dispositions de l'invention. En se reportant par exemple à la figure 1, on voit qu'il s'agit d'une machine comportant un bâti ou support 1, sur lequel coulisse un chariot 2 pouvant recevoir soit une tête 5 portant une broche 4, soit une tête portant un autre équipement, tel qu'une tête multibroche 51 (figure 8), une tête à renvoi d'angle 52 (figure 6), un train de fraisage 53 (figure 7), un plateau à surfaces, etc. Ainsi, dans la machine de l'invention, la tête elle-même est amovible et interchangeable. Ce#tte machine peut, par ailleurs, comporter tout équipement de changement d'outil comme représenté schématiquement en 54, 55. Une telle machine comporte donc un double niveau de dispositions de changement automatique, lrun de ces niveaux étant relatif aux outils (54, 55), l'autre étant relatif à la tête elle-même 5i 51, 52, 53, etc. Les dispositions relatives au changement d'outil ne font pas partie de l'invention qui se rapporte aux dispositions relatives à l'interchangeabilité de la tête elle-même. Le chariot 2 peut être monté coulissant d'avant en arrière, ou de haut en bas, sur un socle ou sur une console elle-même coulissante, selon l'architecture générale adoptée pour la machine. Les figures 6, 7 et 8 illustrent trois têtes susceptibles d'interchangeabilité avec la tête 5 de la figure 2. La tête 52 de la figure 6 est une tête à renvoi d'angle, la tête 53 de la figure 7 porte un train de fraisage, tandis que la tête 51 de la figur#e 8 est une tête multibroche. Toutes ces têtes portent les mêmes dispositions que la tête 5 de la figure 2 et notamment la couronne frontale 6, la roue dentée 11 coagissant avec le vérin annulaire et la partie 33 de l'arbre d'entraînement, montée dans les paliers 26 et accouplée avec la partie 22 par le crabotage 25. D'autres têtes portent d'autres équipements pouvant encore être- utilisés (équipement de surfaçage par exemple). La figure 1 est une perspective d'un centre d'usinage muni de moyens de 11 invention. Il est à noter que les têtes ou équipements amovibles peuvent être stockées dans un rack ou une armoire comme représenté figure 1., mais qu'elles peuvent aussi être. stockées sur des palettes et être présentées devant le chariot par les moyens usuels de transport des palettes portant les pièces à usiner. On peut encore monter les équipements amovibles sur un magasin, avec des moyens de transport analogues aux dispositifs 54, 55 de la figure 1. De même, d'autres machines ou d'autres structures de centres d'usinage peuvent recevoir les dispositions de l'invention dès lors qu'ils comportent une tête porte-broche ou porte-équipement. L'invention est plus spécifiquement illustrée sur les figures 2 et 3. Comme représenté sur ces dessins, la tête 5 est amovible et remplaçable par une autre tête, le chariot 2 et les différentes têtes 5, 51, 52, 53... étant à cet effet pourvus des caractéristiques ci-après: L'arbre ou l'axe de la broche 4 (ou l'axe d'entrainement de tout autre équipement porté par la tête) est divisé en deux parties, l'une 33 portée par la tête 5 dans les paliers 26 et l'autre 22 portée par le chariot 2 au moyen de roulements supplémentaires 27 prévus dans ce chariot. L'arbre intermédiaire d1entrai- nement 21 vient engrener avec la partie 22 de l'axe de broche. L'accouplement entre la partie 33 de l'axe de la broche 4 et la partie 22 est de préférence obtenu par deux dents à flancs parallèles 14 diamétralement opposées portées par une partie (par exemple la partie 22) et coagissant avec deux échancrures ou créneaux 25 correspondants sur l'autre partie 33; cette disposition autorise un léger désaxement de l'arbre de broche 22 et de l'arbre de broche 33 (figure 4). La mise en place de la tête de broche 5 s'effectue par un mouvement de la tête 5 parallèle à l'axe de broche. A cette fin, la tête doit être convenablement positionnée angulairement, ce qui est obtenu par coopération des couronnes à dentures frontales 6 de grand diamètre (denture HIRTH ou Curvic Coupling). Ce système assure une stabilité géométrique parfaite de la tête 5 par rapport au chariot 2 et donc une excellente fiabilité du positionnement. Le serrage de la tête ainsi positionné est réalisé au moyen du vérin annulaire 15 à double effet, coaxial à la broche. Ce vérin est susceptible de mouvement de translation, mais aussi d'un mouvement de rotation sous l'action du vérin périphérique 18. La tête 5 présente sur sa face postérieure une roue dentée 11 dont les dents 28, lors du positionnement de la tête 5, viennent se présenter en face des creux 29 d'une couronne 9 solidaire de la face antérieure du vérin annulaire 15 figure 4). Les dents 28 s'insèrent dans les creux 29 jusqu'à traverser complètement la couronne 9.L'action du vérin 18 provoque alors une rotation du vérin 15 de la valeur angulaire égale ou multiple d'une dent 28 après quoi, la translation vers l'arrière du vérin 15 sous l'effet du fluide moteur dans la chambre 30 provoque l'application de la couronne 9 sur la roue 11, l'application des couronnes frontales 6 l'une sur l'autre, et le serrage de la tête 5 sur le chariot 2. Ce dispositif de serrage et de positionnement présente une symétrie de révolution et donc une très bonne répartition de plusieurs positions angulaires de positionnement et de serrage d'une même tête autour de l'axe Z (axe de broche), combinées avec un déplacement de la tête en vue de la mise en place et du serrage qui se réduit à un déplacement parallèle à l'axe 2; moyennant un convenable indexage de la partie 33 de l'axe de broche dans la tête 5 et de l'arbre 22 dans le chariot 2 (voir plus loin), ces dispositions permettent un changement automatique de tête par un seul mouvement axial de la tête 5. Le nombre des dents des couronnes frontales 6 est de préférence un multiple entier du nombre l'n" des dents des engrenages 9 et 11, ce qui permet aux équipements amovibles d'être placés dans "n" positions angulaires différentes moyennant l'emploi d'un système d'indexage, connu en soi, susceptible de programmation à plusieurs positions. Dans l'exemple représenté, la rotation du cylindre 15 est commandée par le vérin 18 logé dans une cavité du chariot située à la périphérie du système de serrage. Un doigt 20 solidaire de la tige de vérin 19 mais libre en rotation comporte des méplats 31 qui. coulissent dans la fourchette 32 d'un bras 17 fixé à la paroi extérieure du cylindre 15. Lorsque la tête 5 est en place, la partie 33 de l'axe de la broche 4 est libre en rotation dans les paliers. Mais lors du desserrage et de l'extraction de la tête 5, un doigt 10 porté par la tête 5 et repoussé par le ressort 8 vient s'engager dans un logement 12 d'une pièce solidaire de la broche 4 et immobilise ainsi en position indexée la partie 33 de l'axe de la broche 4 par rapport à la tête 5. Au moment de la mise en place d'une tête 5, le doigt 10 vient buter contre le chariot 2 et se trouve repoussé hors du logement 12, libérant la rotation de la broche 4. De son côté, le-chariot 2 comporte un moyen de type connu, non représenté, assurant l'indexage de l'arbre 22 pour le changement d'outil. De tels moyens d'indexage. sont utilisés sur toutes les machines à changement automatique d'outil et ne nécessitent pas de description particulière. Il faut et il suffit que la position d'indexage de l'arbre 22 colncide avec la position d'indexage de la broche 4 dans la tête 5 pour que cet indexage permette également le changement de la tête 5 en assurant la colncidence des créneaux 25 de l'accouplement de la partie 33 de l'axe de la broche 4 avec des dents 14 de l'arbre 22. Pour la lubrification de la tête 5, le passage des fluides sous faible pression du chariot 2 à la tête 5 s'effectue à l'interface 34. Le bloc supérieur 35 permet le passage de l'huile graissant les roulements, de l'huile réfrigérant la broche et du fluide lubrifiant la coupe. Un bloc inférieur disposé symétriquement par rapport à l'axe de broche assure l'évacuation des huiles Dans l'exemple représenté, les canaux portés par le chariot 2 et par la tête 5 débouchent en face les uns des autres et parallèlement à l'axe de broche (axe Z). A leur débouché, ces canaux sont fermés par des clapets ou boisseaux coulissants 3 contretenus par des ressorts 36 et portant des prolongements 37, 39, qui entrent en contact au moment de la mise en place de la tête et repoussent lesdits clapets ou boisseaux; ainsi se trouve établie automatiquement la lubrification de la tête 5 à partir du chariot 2 au moment de la mise en place de la tête, et sans manoeuvre supplémentaire, de même que le retrait de la tête 5 entrai ne la fermeture automatique des canaux de lubrification tant sur le chariot 2 que sur la tête 5. Pour le serrage et le desserrage de l'outil, en vue du changement automatique d'outil, -il est prévu une tige divisée en deux tronçons, l'un 13, situé dans la partie 33 de l'axe de la broche 4 et l'autre 23, situé dans l'arbre 22 et actionné par le vérin de desserrage 24. Les tronçons 13 et 23 sont munis d'un passage 38 pour l'air comprimé servant au soufflage du cône de l'outil. Le tronçon 23 est constamment repoussé contre l'extrémité du tronçon 13 par le ressort 16 REVENDICATIONS 1. Chariot de machine-outil à tête portant un équipement tel qu'une broche, tête munie de paliers dans lesquels tourne un axe dit axe de broche (4) entraîné par une transmission logée dans le chariot, caractérisé en ce que: l'axe de broche est divisé en deux parties, l'une (33) tourillonnant dans des paliers (26) portés par la tête (5) qui est amovible, l'autre (22) tourillonnant dans des paliers (27) portés par le chariot (2), la partie (22) étant entraînée par les moyens (21) logés dans le chariot; la face antérieure du chariot (2) et la face postérieure de la tête (5) comportent des moyens de positionnement angulaire par couronnes (6) à dentures frontales;; la face antérieure du chariot (2) comprend un vérin annulaire (15) à double effet coaxial à l'axe de broche, dont la face antérieure porte une couronne dentée (9), tandis que la face postérieure de la tête (5) porte une roue dentée correspondante (11), ledit vérin (15) étant susceptible de mouvement -de coulissement axial et de mouvements de rotation; le vérin annulaire (15) est animé en rotation sous l'action d'un vérin périphérique (18), rotation de la valeur d'un multiple entier de la valeur angulaire d'une dent (28) de la roue dentée (11), entre une position dans laquelle les dents (28) correspondent aux creux (29) de la couronne (9) et une position dans laquelle les dents (28) sont en face des dents de la couronne (9);; des moyens sont prévus pour, lors du desserrage,immobiliserdans la tête (2), la portion (33) de l'arbre de la broche (4), dans une position indexée; des moyens sont prévus pour, au desserrage, fermer les canalisations de fluide du chariot (2) et de la tête (5) à leur lieu de jonction. 2. Chariot de machine-outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission de mouvement entre les deux parties (33 et 22) de l'arbre de la broche (4) est obtenue par crabotage à coulissement axial. 3. Chariot de machine-outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le crabotage comporte deux dents diamétralement opposées (14) portées par une partie et coagissant avec deux créneaux diamétralement opposés de l'autre partie. 4. Chariot de machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fermeture des canalisations de fluide du chariot et de la tête est obtenue par coulissements de pistons placés à l'interface entre tête et chariot et contretenus par ressorts, les uns sur les arrivées de fluide, les autres sur les sorties. 5. Chariot de machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'immobilisation indexée de la partie (33) de l'axe de broche situé dans la tête (5) est réalisée par un doigt (10) contretenu par un ressort, coulissant dans la tête (5) et venant se loger dans une encoche portée par îa partie (33), ledit doigt étant repoussé par la face avant du chariot (2) lors de la mise en place de la tête (5). 6. Chariot de machine-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre des dents des couronnes à dentures frontales portées respectivement par la face antérieure du chariot et la face postérieure de la tête est un multiple entier du nombre des dents de la couronne dentée, portées respectivement par les faces antérieure et postérieure du vérin annulaire.