Brevet FR2613267A1 — publié le 19881007

La présente invention concerne de façon générale un porte-outil destiné à être utilisé dans une machine- outil, et plus précisément un porte-outil permettant le contrôle du temps de service de l'outil. Une machine-outil appelée "centre d'usinage" con- tient en général un grand nombre d'outils dans son maga- sin et transfère un outil voulu à la broche, de manière sélective, pendant l'opération d'usinage afin que diver- ses opérations soient réalisées dans une seule machine- outil. Dans une telle machine-outil, le nombre d'outils commandés augmente lorsque les opérations d'usinage ont une complexité accrue. En outre, on doit fixer un numéro différent d'iden- tification à chaque outil et lire ce numéro pour la sélection automatique d'un outil voulu. De plus, on doit contrôler le temps réel de service et la durée nominale de chaque outil car chaque outil a une limite de temps de service due à son usure. Un dispositif à mémoire destiné à conserver le nu- méro d'identification et la durée nominale peut être uti- lisé sur le porte-outil afin qu'il détecte le numéro d'identification et la durée nominale à partir du porte- outil. D'autre part, le temps de service de chaque outil est compté de façon cumulée par une unité centrale de traitement dans un appareil de commande numérique. Plus précisément, lorsqu'un outil particulier est choisi, l'unité centrale lit le temps actuel de service dans le dispositif à mémoire de l'appareilde commande numérique et compte ou enregistre le temps pendant lequel une opéra- tion d'usinage est réalisée avec l'outil choisi, en fonc- tion de l'ordre d'usinage d'un programme de commande numérique. L'unité centrale ajoute ensuite le temps comp- té ou enregistré à la lecture du temps de service et mémorise le temps de service remis à jour dans la mémoire de l'appareil de commande numérique. Dans l'appareil décrit de commande, la charge de l'unité centrale de l'appareil de commande numérique devient relativement importante à cause du calcul du temps de service. Un logiciel complexe de contrôle du temps de ser- vice doit aussi être conservé dans l'appareil de commande numérique. En outre, le contrôle du temps de service de chaque outil dans la machine-outil qui ne comporte pas d'appa- reil de commande numérique est difficile car l'opération de contrôle du temps de service est réalisée à l'aide d'un logiciel conservé dans l'appareil de commande numé- rique. L'invention a pour objet un porte-outil perfection- né permettant le contrôle du temps de service d'un outil. Elle concerne aussi un porte-outil perfectionné permettant la détection des opérations d'usinage et le comptage ou l'enregistrement du temps de manière cumulée pendant lequel les opérations d'usinage sont exécutées. L'invention concerne un tel porte-outil. Un capteur de détection de l'exécution ou non d'une opération d'usi- nage est disposé dans le corps du porte-outil. Lorsque le signal de sortie du capteur indique que l'opération d'usinage est exécutée, un compteur compte le temps cumu- lé et conserve le temps cumulé sous forme du temps de service. Les données de temps de service sont transmises à un circuit externe de commande par un dispositif de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'une ma- chine-outil ayant un appareil automatique de changement d'outil la figure 2 est une élévation en coupe partielle d'un porte-outil selon l'invention; la figure 3 est une coupe d'un capteur d'accéléra- tion utilisé dans le porte-outil; la figure 4 est un diagramme synoptique représen- tant le circuit de commande du porte-outil; la figure 5 est un diagramme synoptique représen- tant la structure détaillée d'un circuit de pilotage, d'une tête de sortie et d'une tête de lecture; et la figure 6 est un ordinogramme illustrant l'opé- ration de détermination de la durée de l'outil, exécutée par une unité centrale dans un appareilde commande numé- rique. La figure 1 représente un magasin 14 d'outils dans lequel sont conservés un grand nombre d'outils 15. Les outils 15 sont transférés sélectivement à une broche 11, qui est supportée dans une tête 12 afin qu'elle puisse tourner, par un bras 16 d'échange d'un appareil automa- tique 13 de changement d'outil. La tête 12 de la broche est supportée-afin qu'elle puisse être déplacée en trans- lation par rapport à une table 10 de travail. Le magasin 14 d'outils peut être positionné afin que les outils 15 conservés dans le magasin 14 soient déplacés successive- ment vers une position d'échange d'outil. Une tête 17 de lecture est placée dans la position d'échange d'outil afin qu'elle lise le temps de service de l'outil, sur chaque outil 15. La tête 17 de lecture est connectée à un appareil 20 de commande numérique, si bien que les temps de service des outils sont lus par l'appareil 20 de commande numérique. Chaque outil 15 est fixé au corps 31 d'un porte- outil 30 comme représenté sur la figure 2. Le corps 31 a une forme conique et une gorge 32 avec laquelle coopère le bras 16 d'échange, est formée à la périphérie d'une partie d'extrémité du corps 31. L'outil 15 est fixé au centre de la partie d'extrémité. Un capteur 33 d'accélé- ration destiné à détecter l'accélération dans une direc- tion normale R (force centrifuge), un circuit 34 de com- mande destiné à compter ou enregistrer le temps de ser- vice de façon cumulée et à mémoriser le temps cumulé, une tête 35 de sortie et une batterie 36 d'alimentation sont disposés dans le corps 31. Le capteur 33 d'accélération a un boîtier 331 fixé au corps 31 comme représenté sur la figure 3, et une cou- che de cinq disques 332 formés de cristaux et destinés à transformer un lecture de pression en un signal de ten- sion est disposée dans le boîtier 331. Une première sur- face d'extrémité de la couche des disques 332 est au con- tact d'une plaque 338 de réception qui est elle-même au contact d'un organe qui peut être incliné et qui est fixé au boîtier 331 par un boulon 336. Une plaque 339 de main- tien repoussée par un ressort 334 est au contact d'une autre surface d'extrémité de la couche formée par les disques 332 et une masse 333 est au contact de la plaque 339 de maintien. Le signal de tension formé à partir des disques 332 est transmis par l'intermédiaire de deux con- necteurs 335a, 336b. Le boîtier 331 est fixé de manière que la surface inférieure 331a du boîtier 331 soit proche de la surface périphérique du corps 31 si bien que la masse 333 peut être déplacée dans la direction normale de déplacement du porte-outil 30. Ainsi, lorsque le porte- outil 30 tourne, la force centrifuge dans la direction normale de déplacement R agit sur la masse 333. En consé- quence, les disques 332 sont comprimés par la masse 333 et un signal de tension, qui varie proportionnellement avec la pression, c'est-à-dire avec la force centrifuge agissant sur les disques 332, est créé par ces disques 332. Le signal de tension V provenant du capteur 33 d'accélération est transmis à un amplificateur 331, comme représenté sur la figure 4, afin que le signal de tension V soit amplifié. Le signal de sortie de l'amplificateur 341 parvient à une borne d'entrée d'inversion d'un com- parateur 342, alors qu'une tension de référence Vs est transmise à la borne d'entrée directe du comparateur 342. La tension de référence Vs est une valeur de seuil uti- lisée pour la détermination du fait que le porte-outil tourne ou non. La tension Vs de référence est réglée ?613267 de manière que le signal de sortie de l'amplificateur 341 devienne supérieur à la tension de référence Vs lors- que la force centrifuge est détectée, et le signal de sortie de l'amplificateur 341 devient inférieur à la ten- sion de référence Vs lorsque la force centrifuge n'est pas détectée. Ainsi, le niveau du signal de sortie V1 du comparateur 342 devient un faible niveau lorsque le porte-outil 30 est entrainé en rotation. Le signal de sortie V1 du comparateur 342 est transmis à la borne S de lancement d'un oscillateur 343 afin que celui-ci transmette des signaux V2 de sortie ayant une période constante à la borne d'horloge CK d'un compteur de secondes 344 pendant que le signal de sortie Vl est à un faible niveau. Le compteur 344 de secondes peut comp- ter jusqu'à 60 secondes, et le signal de retenue V3 du compteur 344 est transmis à la borne d'horloge CK d'un compteur 345 de minutes. Ce compteur 345 peut compter jusqu'à 60 minutes, et le signal V4 de retenue du comp- teur 345 de minutes est transmis à la borne d'horloge d'un compteur 346 d'heures. Un commutateur 347 à poussoir destiné à remettre les compteurs 344, 345 et 346 à zéro est disposé à la surface externe du corps 31 afin qu'un opérateur puisse remettre à zéro les compteurs 344, 345 et 346 depuis l'extérieur du porte-outil 30. Lorsque le commutateur 347 à poussoir est repoussé temporairement, les compteurs 344, 345 et 346 sont remis à zéro. Cette opération de remise à zéro est exécutée chaque fois que l'outil 15 est réusiné ou remplacé. Les lectures du compteur 345 de minutes et du comp- teur 346 d'heures sont transmises sous forme d'un temps de service à l'appareil 20 de commande numérique par l'intermédiaire de la tête 35 de sortie et de la tête 17 de lecture. La tête 35 de sortie et la tête 17 de lecture peu- vent être formées par deux connecteurs électriques capa- bles d'être en contact mutuel comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 588 339. En outre, la tête de sortie et la tête 17 de lecture peuvent être for- mées d'enroulements magnétiques 35a,. 35b de sortie et l'enroulement détecteur 17a, 17b, qui ne sont pas en con- tact mutuel mais qui sont tournés les uns vers les autres dans la position d'échange d'outil comme représenté sur la figure 5. Dans ce cas, le circuit 349de pilotage com- porte des convertisseurs numériques-analogues 380a, 380b et des convertisseurs tension-fréquence 381a, 381b qui transforment les données numériques indiquant le temps de service UT et la durée nominale LT en signaux en cou- rant alternatif, la fréquence des signaux en courant al- ternatif variant proportionnellement à la valeur des don- nées numériques. Les enroulements magnétiques 35a, 35b de sortie sont exécutés par le signal en courant alterna- tif si bien que des courants d'induction sont produits par les enroulements 17a, 17b de détection. Les signaux formés par les courants d'induction sont transformés en données numériques indiquant le temps de service UT et la durée nominale LT, dans l'appareil 20 de commande numérique. On décrit maintenant le fonctionnement du porte- outil 30 selon l'invention. Lorsque l'outil 15 est recti- fié à nouveau, le commutateur poussoir 347 est repoussé par l'opérateur et les compteurs 344, 345 et 346 sont alors remis à zéro. Dans l'opération d'usinage, le porte-outil 30 por- tant l'outil 15 est choisi dans le magasin 14 et est fixé à la broche 11 par l'appareil automatique 13 de change- ment d'outil lorsqu'un ordre de changement d'outil d'un programme de commande numérique est lu. Ensuite, lorsque des ordres d'usinage sont transmis par le programme de commande numérique, la broche 11 est entraînée en rota- tion et les opérations d'usinage sont exécutées en fonc- tion des instructions d'usinage. En conséquence, le cap- teur 33 d'accélération détecte la force centrifuge, et le signal de sortie V1 du comparateur 342 a un faible niveau. Lorsque le signal de sortie V1 a un faible niveau, les signaux pulsés V2 sont transmis par l'oscillateur 343 et parviennent au compteur 334 de secondes, si bien que les signaux pulsés V2 sont comptés par accumulation dans les compteurs 344, 345 et 346. L'énergie nécessaire aux compteurs 344, 345 et 346 est transmise par la batte- rie 36 d'alimentation représentée sur la figure 2 afin que le nombre des compteurs 344, 345 et 346 soit conservé jusqu'à la poussée du commutateur 347. Ainsi, les comp- teurs 344, 345 et 346 comptent le temps pendant lequel la force centrifuge détectée dépasse la valeur prédéter- minée et conservent la valeur cumulée sous forme du temps de service. Les données de temps de service actuelles sont transmises à la tête 35 de sortie par l'intermé- diaire du circuit 349 de pilotage si bien que le temps de service peut être lu dans la tête 35 de sortie. En outre, la durée nominale LT de l'outil (c'est- à-dire la limite de temps d'utilisation de l'outil avant nouvelle rectification) est conservée préalablement dans une mémoire 348, et les données de durée nominale LT sont aussi transmises à la tête 35 de sortie par le circuit 347 de pilotage afin qu'elles soient lues. L'utilisation du porte-outil 30 selon l'invention est maintenant considéré. La figure 6 est un ordinogramme illustrant une opération exécutée par une unité centrale 22 de traitement dans l'appareil 20 de commande numérique. Lorsque l'outil désigné est positionné à l'emplacement d'échange d'outil en fonction d'une instruction d'échange d'outil, l'opération représentée sur la figure 6 est exécutée. Au pas 100, la durée nominale LT et le temps de service actuel UT sont lus par la tête 35 de sortie du porte-outil 30. Ensuite, le fait que le temps de ser- vice UT est supérieur à la durée nominale LT ou non est déterminé au pas 102. Si le temps de service UT est infé- rieur à la durée nominale LT, l'opération représentée sur la figure 6 est terminée et le fonctionnement de l'appareil automatique 13 de changement d'outil commence afin que l'outil désigné soit transféré à la broche 11. D'autre part, s'il est détecté que le temps de ser- vice UT dépasse la durée nominale LT, un signal d'alarme indiquant que le temps de service UT a dépassé la durée nominale LT est transmis au pas 104, et un signal d'arrêt est transmis à l'appareil automatique 13 de changement d'outil au pas 106 afin que l'exécution de l'opération de changement d'outil soit interrompue. Dans le mode de réalisation décrit précédemment, la rotation du porteoutil 30 est détectée afin que le fait que l'outil est utilisé pour l'usinage ou non soit déterminé. Cependant, il est possible de déterminer si l'outil est utilisé ou non par une opération différente. Plus précisément, la pression agissant sur l'outil 15 pendant l'opération d'usinage est détectée par un capteur de déformation qui est fixé au corps 31, et l'utilisation de l'outil est détectée en fonction du signal de sortie de ce capteur de déformation. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux porte-outils qui vien- nent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Porte-outil destiné à contrôler une durée de service d'outil, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps (31) portant un outil; un capteur (33) placé dans le corps et destiné à détecter si une opération d'usinage est en cours avec l'outil ou non, un dispositif (344, 345, 346) destiné à compter le temps cumulé pendant lequel le signal de sortie du capteur indique qu'une opération d'usinage est exécutée, et à mémoriser la valeur cumulée sous forme d'un temps de ser- vice, et un dispositif (35) de sortie destiné à transmettre le temps de service conservé dans le dispositif de corrp- tage à un circuit externe. 2. Porte-outil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le capteur comprend: un capteur (33) d'accélération destiné à détecter la force centrifuge agissant sur le corps, et un circuit électrique destiné à déterminer si l'opé- ration d'usinage est exécutée ou non en fonction du si- gnal de sortie du capteur d'accélération. 3. Porte-outil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le capteur comporte: un capteur de pression destiné à détecter une force d'usinage agissant sur le corps, et un circuit électronique destiné à déterminer si l'opération d'usinage est exécutée ou non en fonction du signal de sortie du capteur de pression. 4. Porte-outil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (348) destiné à mémoriser une durée nominale prédéterminée de l'outil, et le dispositif de sortie transmet la durée nominale au circuit externe, en plus du temps de service.