Brevet FR2606310A1 — publié le 19880513

MACHINE-OUTIL MULTI-FONCTION La présente invention concerne les machines-outils. Plus particulièrement, l'invention a trait à des machines-outils capables d'effectuer, sur une même pièce montée à rotation sur la machine, plusieurs opérations successives nécessitant des vitesses de rotation très différentes de la pièce. Pratiquement, toutes les machines-outils actuelles de ce type, telles que les tours par exemple, sont équipées d'un dispositif de commande de vitesse permettant d'animer la broche porte-pièce d'un mouvement de rotation dont la vitesse peut être régulée avec précision. On tente également de maintenir constant le couple moteur qui entraine la broche quelle que soit la vitesse à laquelle elle est entraînée. On réussit sans problèmes majeurs à atteindre cet objectif si la vitesse de rotation minimale se situe à une valeur relativement élevée, par exemple entre 1'000 et 6000 t/m, en utilisant un moteur d'entrainement, par exemple un moteur électrique à courant continu, alimenté par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement de vitesse. On peut ainsi travailler sur la pièce en y effectuant des opérations qui nécessitent des vitesses de rotation relativement élevées, telles que la coupe, le perçage et analogues. En revanche, il est nettement plus problématique d'exécuter à l'aide d'un tel moteur et d'une telle commande de vitesse des opérations lentes qui impliquent une vitesse de rotation de la broche porte-pièce relativement basse, de l'ordre de 10 t/m par exemple, comme cela peut être le cas pour le fraisage ou le contournage. On sait, en effet, qu'à très basse vitesse, les moteurs d'entraînement ont un couple de rotation faible, c'est-à-dire insuffisant pour pouvoir entraîner la broche pour l'exécution du travail considéré. C'est la raison pour laquelle, jusqu'à présent, on préférait utiliser des machines-outils dédicacées spécialement les unes pour des travaux à grande vitesse et les autres pour des travaux à basse vitesse. Il est clair que cela nécessite des opérations de transfert des pièces d'une machine à l'autre, un investissement tres lourd en raison du fait qu'il faut acheter plusieurs machines, un encombrement important dans l'atelier, etc.. Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'une machine-outil universelle capable d'exécuter successivement sur une même pièce à travailler, plusieurs opérations d'usinage nécessitant des vitesses de rotation différant considérablement l'une de l'autre et ce avec des couples d'entraînement suffisants pour l'exécution correcte des opérations d'usinage considérées. L'invention a donc pour objet une machine-outil multi-fonction qui comporte un bâti, une broche porte-pièce montée à rotation dans ce bâti et adaptée pour recevoir des pièces à travailler, une table porte-outil montée mobile en translation sur le bâti avec au moins deux degrés de liberté et un dispositif moteur pour entraîner la broche à une vitesse variable. Ce dispositif moteur est commandé par un dispositif de commande comprenant une boucle d'asservissement de vitesse pour réguler la vitesse du dispositif moteur. Selon l'invention, la table porte-outil supporte au moins deux outils nécessitant respectivement des vitesses de rotation de la broche différant considérablement l'une de l'autre.La machine comporte en outre un second dispositif moteur couple sélectivement à ladite broche par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement: Le dispositif de commande comprend également une seconde boucle d'asservissement pour réguler la vitesse du second dispositif moteur. Le dispositif de commande est conçu de manière à provoquer sélectivement, d'une part, la commmande du premier dispositif moteur pour entraîner la broche a grande vitesse, le débrayage dudit dispositif d'embrayage et le positionnement dudit premier outil en position de travail par rapport à la broche et, d'autre part, la commande dudit second dispositif moteur, l'embrayage dudit dispositif d'embrayage et le positionnement dudit second outil en position de travail par rapport à la broche. Grâce à ces caractéristiques, la machine-outil peut exécuter consécutivement des opérations d'usinage dont les vitesses de consigne peuvent être de 3'000 t/m et de 10 t/m par exemple, et ce avec des couples de rotation suffisants dans chaque cas, moyennant une commutation coordonnée des dispositifs moteurs et des outils. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, cette description étant faite en faisant référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'une machine-outil multi-fonction suivant l'invention; - la figure 2, également schématique, montre en élévation les moyens d'entraînement de la broche rotative de la machine-outil; et - la figure 3 est un graphique représentant la courbe du couple d'entraînement en Newtonmètres (Nm), engendré sur la broche par les moyens moteurs, en fonction de la vitesse de rotation en tours par minute de la broche. Suivant l'exemple de réalisation de l'invention représenté aux figures, la machine-outil se présente sous la forme d'un tour comprenant un bâti 1 sur lequel est montée mobile une table porteoutil 2 qui est dotée de deux degrés de liberté à directions mutuellement perpendiculaires (X et Y) dans le plan horizontal. Dans cet exemple, la table porte-outil 2 comporte, d'une part quatre montures 3a à 3d pour des burins 4 qui nécessitent une vitesse élevée de travail de la broche 2 et, d'autre part, une monture 5 pour une fraise 6. Celle-ci peut être animée d'un mouve ment de rotation autour de son axe à l'aide d'un moteur d'entrainement 7 porté par un support 8 qui est solidaire de la table 2. L'usinage effectué par cette fraise 6 nécessite une vitesse de travail de la broche extrêmement faible comparée à celle qui est nécessaire lors de l'usinage à l'aide des burins 4. Le bâti 1 supporte également une poupée fixe 9 dans laquelle est montée à rotation une broche 10 pourvue à son extrémité proche de la table 2 d'un mécanisme de serrage 11 destiné à la fixation de pièces à travailler sur cette broche. A son extrémité opposée, la broche 10 est couplée directement à un premier moteur électrique d'entraînement 12 fixé dans le bâti et transmettant sa force motrice à la broche par l'intermédiaire d'une transmission 13. Celle-ci comporte une poulie 13a fixée sur l'arbre de sortie du moteur 12, une plage 13b de la broche faisant office de poulie et une courroie 13c passant sur ces deux poulies 13a et 13b. En d'autres termes, lorsque le moteur 12 est alimenté, il entraîne la broche à une vitesse déterminée, tandis que, lorsque la broche est entraînée d'une autre manière (qui sera décrite cidessous), la broche entraîne l'induit du moteur dont l'alimentation est alors coupée. La broche 10 est également couplée à un second moteur électrique 14 fixé dans le bâti et entraînant un réducteur de vitesse 15 à vis sans fin, par exemple. L'arbre de sortie 16 de ce moteur 14 est pourvu d'un dispositif d'embrayage 17, tel qu'un accouplement à crabots, de telle sorte que la force motrice de ce moteur 14 puisse être transmise sélectivement à une poulie 18. Celle-ci est couplée à une seconde plage 19 de la broche formant poulie par l'intermédiaire d'une seconde courroie de transmission 20. Par conséquent, lorsque le moteur 14 est alimenté, il entraîne la broche 12 par l'intermédiaire du réducteur 15, du dispositif d'embrayage 17, alors embrayé, et de la transmission formée par les poulies 18 et 19 et la courroie 20, cependant que l'alimentation du moteur 12 est coupée. La machine suivant l'invention comporte également un dispositif de commande 21, du type numérique par exemple, chargé d'exécuter un programme de travail régissant les mouvements et la coordination du fonctionnement de tous les organes mobiles comme la table 2, la fraise 6 et, bien entendu, la broche 10. A cet effet, celle-ci est couplée par une troisième transmission 22 à deux capteurs de vitesse 23 et 24 comprenant chacun une poulie 25, 26 qui sont reliées à une plage 27 de la broche 10 formant poulie. Les capteurs 23 et 24 sont connectés, d'une façon connue en soi dans des boucles d'asservissement de vitesse qui commandent respectivement les paramètres de fonctionnement des moteurs 12 et 14, tels que leur vitesse et leur couple. Les boucles d'asservissement sont matérialisées dans le dispositif de commande 21 d'une façon connue des spécialistes, par exemple à l'aide d'un microprocesseur convenablement programmé. Ce dispositif 21 est également programmé pour assurer le fonctionnement alterné des moteurs 12 et 14 en relation avec la commande appropriée du dispositif d'embrayage 17. On va maintenant décrire le fonctionnement de la machine-outil multi-fonction suivant l'invention, étant entendu qu'il ne s'agit que d'un exemple, l'invention pouvant être mise en oeuvre avec profit moyennant d'autres types d'outils et d'autres paramètres des moteurs 12 et 14, comme le comprendront aisément les spécialistes. La figure 3 représente un diagramme qui illustre l'exemple choisi. On suppose que l'on veuille réaliser une pièce devant subir tout d'abord quatre opérations de tournage nécessitant des vitesses de rotation élevées de la broche 10 ainsi qu'un couple de rotation au niveau de la broche situé entre 25 et 30 Nm. Le dispositif de commande 21 alimente alors le moteur 12 successivement au cours de quatre passes de travail tandis que la table de travail 2 est animée des mouvements de translation appropriés pour que chacun des burins 4 puisse effectuer un travail d'usinage sur la pièce. Le moteur 12 est commandé en vitesse et en couple de manière à respecter les tronçons A et B de la courbe de la figure 3.Chacune des opérations est ainsi réalisée en fonction d'une vitesse et d'un couple de consigne que le dispositif de commande 21 tente de maintenir, les valeurs de consigne de la vitesse et du couple étant choisies en fonction des opérations particulières à réaliser. On suppose également que l'on veuille ensuite effectuer sur la même pièce une opération de contournage. Celle-ci nécessite essentiellement deux modifications de la configuration de la machine par rapport à celle qu'elle avait auparavant. Tout d'abord, la fraise 6 doit être placée convenablement par rapport à la pièce serrée dans la broche 10, et être entraînée en rotation à une vitesse convenable à l'aide du moteur 7. Mais il faut également que la broche soit entraînée à une vitesse et avec un couple très inférieurs à ceux nécessaires pour l'exécution des opérations précédentes. A titre d'exemple, la broche doit tourner à une vitesse de 10 t/m et le couple être maintenu à une valeur de 4 Nm (voir tronçon C du diagramme de la figure 3). Le dispositif de commande 21 est donc programmé pour couper l'alimentation du moteur 12, embrayer l'embrayage 17, alimenter le moteur 14 à l'aide de sa boucle d'asservissement appropriée et commander le moteur 7 de manière à ce qu'il tourne à la vitesse appropriée. Pendant le travail de contournage, l'induit du moteur 12 est entraîné en rotation, mais ceci n'est pas gênant, car son alimentation est coupée. Il convient de noter qu'avant de commencer le travail de contournage, le dispositif de commande 21 alimente le moteur 14 brièvement pour indexer la position angulaire de la broche 10 sur une position de référence à partir de laquelle le contournage de la pièce est effectué. Ce positionnement peut être réalisé à une vitesse nettement supérieure à la vitesse de travail, le moteur 14 et le réducteur 16 étant conçus pour entraîner la broche 10 à une vitesse pouvant aller jusqu'à 1'000 t/m. On constate donc que l'invention fournit une machine-outil multi-fonction permettant, moyennant l'adjonction de moyens simples et relativement peu coûteux, d'exécuter des travaux d'usinage impliquant pour la broche des vitesses de rotation et des couples dont les valeurs diffèrent considérablement, tout en garantissant des conditions d'usinage adaptées à chaque travail particulier. REVENDICATIONS 1. Machine-outil multi-fonction comportant un bâti (1), une broche porte-pièce (10) montée à rotation dans le bâti (1) et adaptée pour recevoir des pièces à travailler, une table porte-outil (2) montée mobile en translation sur le bâti avec au moins deux degrés de liberté, un dispositif moteur (12, 13) pour entraîner la broche (10) à une vitesse variable, et un dispositif de commande (21) pour réguler le fonctionnement dudit dispositif moteur (12, 13), caractérisée en ce que ladite table porte-outil (2) supporte au moins un premier et un second outil (4, 6) nécessitant Pespective- ment des vitesses de rotation de la broche différant considérablement l'une de l'autre, en ce que la machine comporte en outre un second dispositif moteur (14 à 20) couplé sélectivement à ladite broche (10) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (17) et en ce que ledit dispositif de commande est connecté auxdits premier et second dispositifs moteurs de manière à provoquer selectivement, d'une part, la commande du premier dispositif moteur pour entraîner la broche à grande vitesse, le débrayage dudit dispositif d'embrayage (17) et le positionnement dudit premier outil (4) en position de travail vis-à-vis de la broche et, d'autre part, la commande dudit second dispositif moteur (14 à 20), l'embrayage dudit dispositif d'embrayage (17) et le positionnement dudit second outil (16) en position de travail par rapport à ladite broche. 2. Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le premier dispositif moteur (12, 13) est couplé en permanence à ladite broche (10). 3. Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ledit dispositif d'embrayage (17) est un accouplement à crabots. 4. Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier outil (4) est un outil de coupe. 5. Machine suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le second outil (6) est un outil de contournage. 6. Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits premier et second dispositifs moteurs (12, 13, 14 à 20) comportent chacun une transmission à courroie qui passe directement sur le corps de ladite broche (10).