Brevet FR2615137A1 — publié le 19881118

UNITE TROIS AXES A COMMANDE NUMERIQUE, NOTAMMENT POUR MACHINE TRANSFERT ET ATELIER FLEXIBLE La présente invention se rapporte à une unité trois axes à commande numérique pour la réalisation d'opérations variables, en nombre limité, sur des pièces usinées en transfert ou en atelier flexible notamment. Cette unité permet: - un échange d'outils monoaxe, de petites têtes multibroches ou de moyens de contrôle des bruts ou des usinages réalisés, - une modification de position de trous de percage en diamètre et entraxe. Cette unité peut s'inscrire dans n pas d'une machine transfert, ou d'un ilot de fabrication. Rendue universelle, elle peut être autonome. Parmi les nombreuses applications possibles figurent les opérations suivantes: fraisage d'une face par balayage, - fraisage par contournage, - fraisage point de départ en escalier, - fraisage ébauche d'alésage, - alésages de précision à entraxe précis, - détourages, filetages intérieurs ou extérieurs, - trous variables en position et en dimensions suivant les options. --2 -- Suivant une particularité essentielle de l'invention, cette unité trois axes à commande numérique, comprenant un bâti pourvu de guidages rectilignes X et d'une face d'accouplement (ou monobloc avec le support de montage), comporte: - une table horizontale pourvue de guidages rectilignes Z, - une.console verticale pourvue de guidages rectilignes Y, - une table verticale portant la broche, - un magasin d'outils embarqué sur la table verticale. Suivant une autre particularité de l'invention, le changement d'outils peut s'effectuer dans n'importe quelle position en X, Y, Z de la broche. En effet, le changeur d'outils est embarqué avec la broche et les organes de préhension d'outils en position ouverte permettent, sans avoir a s'escamoter, à l'outil d'usiner et au magasin d'évoluer. Ceci amène un gain de temps important. Suivant une autre particularité de l'invention. la fonction "changement d'outils" (excepté la préhension), assurée par un seul actionneur, est entièrement mécanique et comprend les opérations successives suivantes: débridage de l'outil à changer, - avance du changeur: sortie des outils, respectivement de la broche et du magasin, - rotation des pinces, - retour du changeur: entree des outils, respectivement dans la broche et le magasin, -3 - bridage du nouvel outil. L'organe de préhension des outils se ferme hydrauliquement en début de séquence, permettant ainsi le déverrouillage de l'outil dans le magasin et s'ouvre par un ressort de rappel, verrouillant l'outil dans le magasin. Suivant une autre particularité de l'invention, les guidages rectilignes, qui permettent à la table verticale d'évoluer, sont situés dans un plan vertical parallèle à l'axe de la broche. Suivant une autre particularité de l'invention, le magasin d'outils est incliné de façon à rester près de la broche (changement d'outils rapide) sans que celle-ci s'éloigne des guidages rectilignes de la table verticale, ceci afin d'éviter le porte-à-faux. Suivant une autre particularité de l'invention, le débridage de l'outil dans la broche s'effectue en début de mouvement de l'action- neur du changement d'outils grâce à un système prenant appui sur l'intérieur de la broche, les roulements de celle-ci n'étant ainsi pas sollicités. D'autres particularités de l'invention ressortiront plus claire- ment avec les avantages en découlant, à la lecture de la descrip- tion qui suit d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels. - la figure 1 représente une vue en perspective d'une unité trois axes conforme à l'invention; - la figure 2 représente un changeur d'outils intégré à cette unité trois axes. Sur la figure 1, l'architecture du module de base constituant cette unité trois axes X, Y, Z présente un banc fixe O, pourvu 4 - de guidages rectilignes 1, X à éléments roulants et d'une face d'accouplement verticale 2. Sur le banc se déplace une table horizontale 3 pourvue de guidages rectilignes 4, Z à éléments ioulants. Cette table 3 est surmontée d'une console verticale 5 pourvue de guidages rectilignes 6,Y à éléments roulants. Sur cette console 5 se déplace une table verticale 7 portant la broche 8, le magasin et le changeur d'outils 9 et 10. Le module de base décrit ci-dessus est complété par les équipe- ments conventionnels suivants: - des vis à éléments roulants avec écrous précontraints sur paliers à butées préchargées, pour les trois axes X, Y, Z, - des servomoteurs sans balai montés: en direct pour les axes Y et Z, par l'intermédiaire de poulies et courroies crantées pour l'axe X, la broche et le changeur d'outils, par l'intermédiaire d'un couple de roue et vis sans fin pour le magasin, - des codeurs pour les déplacements, ou en option des règles incrémentales, - une commande numérique à calculateur CNC pour le pilotage des cinq axes: X, Y, Z, le magasin et le changement d'outils. L'outillage équipant cette unité trois axes consiste en des outils simples, des outils multiples et des outils spéciaux montés sur des cones ISO. 4 111 W7 flO- - Les outils spéciaux comprennent: - des têtes à renvoi d'angle pour des usinages à angles quelconques, avec une interpolation lineaire sur deux ou trois axes, - une ou des broches montées sur cône et entraînées par multiplicateur ou réducteur par la broche de la machine, - des systèmes de palpage pour le positionnement par rapport au brut de la pièce ou pour contrôle des cotes réalisees. L'arrosage des outils est assuré par une buse montée sur la broche, ou par une buse extérieure (montée sur la table verticale). Le magasin d'outils est constitué d'une chaîne sur laquelle viennent se fixer les godets recevant les outils. L'axe avant de la chalne est monté fixe. L'axe arrière, moteur par l'intermédiaire d'une roue et vis sans fin, est a translation pour tendre la chaîne. Le verrouillage de l'outil dans son godet est assuré par deux verrous à ressort entrant dans les encoches de la collerette du cône a l'arrivée de celui-ci. Le déverrouillage s'effectue grâce à la pince de préhension de l'outil, au moment de la prise de celui-ci. La pince fonctionne hydrauliquement pour sa fermeture-et par un ressort de rappel pour son ouverture. On contrôle son état par deux détecteurs. Elle est constituée d'une partie fixe sur laquelle viennent se loger les axes de deux mors de préhension et dans laquelle coulissent deux parties'flottantes coaxiales. La pièce flottante extérieure commande par sa translation la fermeture -6- des mors pendant que la pièce intérieure, par un mouvement inverse, vient fournir un troisième point d'appui sur la collerette de l'outil. La fonction changement d'outils" (excepté la préhension), assurée mécaniquement, permet d'enchalner toutes les opérations nécessaires grace à un seul servomoteur (voir figure 2). -10 Pour cela, on utilise: - pour la translation, une vis à billes, - pour le débridage de l'outil dans la broche, une came, solidaire de l'écrou de la vis, actionne le levier d'un système monté sur ressort. Ce système comporte un galet excentrique sur un levier et un arbre central coulissant. Lorsque le levier est sollicité par la came, l'excentrique fait coulisser l'arbre central vers l'avant. Celui-ci, en atteignant le débridage, ne peut l'actionner qu'en forçant le système a reculer et a prendre appui sur l'extérieur de la partie tournante de la broche. Ainsi, les roulement de la broche ne sont pas sollicités par l'effort de débridage, - pour la rotation des pinces, un système de croix de Malte, lié à un couple conique et à une roue, est monté sur le changeur d'outils. Deux jeux de 4 galets a 90 sont fixes de part et d'autre de la roue. Le premier jeu engrène avec la 3 croix de Malte. Deux des galets du second jeu, roulant sur une rampe fixée sur la table verticale, verrouillent la rotation pendant l'avance du changeur, jusqu'a rencontrer une butee escamotable. La roue tourne alors d'un quart de tour, fait tourner la croix de malte (loi d'accélération) qui, par l'intermédiaire du couple conique, entratne la rotation des pinces de 180 . Au retour, la butée s'escamote, empêchant ainsi toute rotation. -7- L'enchainement des opérations se fait conme suit: - fermeture des pinces, - débridage de l'outil, - avance de l'ensemble changeur pour sortir les outils, respectivement de-la broche et du magasin, - rotation des pinces de 180O afin d'intervertir les outils, en fin d'avance du changeur, - retour du changeur: mise en place des outils dans la broche et le magasin, - bridage de l'outil dans la broche (bridage automatique dans le magasin), - ouverture des pinces (verrouillage de l'outil dans le magasin). 8 - REVENDICATIONS 1 - Unité trois axes (X, Y, Z) à commande numérique, notamment pour machine transfert et atelier flexible, du type comprenant un banc fixe (0) pourvu de guidages rectilignes (1, X) et d'une face d'accouplement (2) caractérisee en ce qu'elle comporte: - une table horizontale (3) pourvue de guidages rectilignes (4, Z), - une console verticale (5) pourvue de guidages rectilignes (5, Y), - une table verticale (7) portant la broche (8), - ainsi qu'un magasin (9) et un changeur d'outils (10) embarqués avec la broche (8) sur cette table (7) de manière à effectuer ce changement d'outils par un seul actionneur. 2 - Unité trois axes suivant la revendication 1, caractérisee en ce que les guidages rectilignes (5, Y), qui permettent à la table verticale (7) d'évoluer, sont situés dans un plan vertical parallèle à l'axe de la broche. 3 - Unité trois axes suivant la revendication 1 ou 2 caractérisee en ce que le magasin d'outils et le changeur d'outils sont embarqués avec la broche, le changement d'outils pouvant donc s'effectuer dans n'importe quelle position en X, Y, Z de la broche. 4 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisee en ce que le magasin d'outils est incliné de façon à rester près de la broche (changement d'outils rapide) sans que celle-ci s'éloigne des guidages rectilignes de la table verticale, ceci afin d'éviter le porte- _9 _ à-faux. - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les organes de préhension d'outils (ou pinces) en position ouverte permettent, sans avoir à s'escamoter, à l'outil d'usiner et au magasin d'évoluer, ceci amenant un gain de temps important. 6 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caracterisée en ce que la pince est constituée d'une partie fixe sur laquelle viennent se loger les axes de deux mors de préhension et dans laquelle se déplacent deux parties coulissantes coaxiales. 7 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la pièce coulissante extérieure de la pince commande, par sa translation, la fermeture des mors, pendant que la pièce intérieure, par un mouvement inverse, vient fournir un troisième point d'appui sur la collerette de l'outil. 8 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que la fermeture des pinces est hydraulique, l'ouverture se faisant par ressort de rappel. 9 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que la fermeture des pinces provoque le déverrouillage de l'outil dans le magasin, leur ouverture provoquant le verrouillage de l'outil dans le magasin. - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la fonction "changement d'outils" (excepté la préhension), assurée par un - 10 - seul actionneur, est entièrement mécanique, ce qui élimine les séquences. 11 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que le débridage de l'outil dans la broche s'effectue en début de mouvement de l'actionneur du changement d'outils grace à un système prenant appui sur l'intérieur de la broche, les roulements de celle-ci n'étant ainsi pas sollicités. 12 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications i à 11 caractérisée en ce que l'avance de tout le changeur, provoquée par l'actionneur du changement d'outils, s'effectue après le débridage de l'outil dans la broche et permet la sortie des deux outils à intervertir, respectivement de la broche et du magasin, puis la rotation des pinces. 13 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisée en ce que la rotation des pinces est provoquée par un système à croix de Malte, un couple conique et une roue à galets; le tout, monté sur le changeur d'outils, rencontre une came escamotable. 14 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisee en ce que le retour du changeur, provoqué par l'actionneur du changement d'outils, permet l'entrée des outils, respectivement dans la broche et le magasin. 15 Unité trois axes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisee en ce que le bridage de l'outil dans la broche s'effectue après le retour du changeur et en fin de mouvement de l'actionneur du changement d'outils. 16 - Unité trois axes suivant l'une quelconque des - 11 - revendications 1 à 15 caractérisée en ce que le bridage de l'outil dans le magasin se fait de façon automatique à l'arrivée de celuici par l'intermédiaire de verrous à ressort, libérés à l'ouverture des pinces, et qui rentrent dans les encoches de la collerette de l'outil. La fermeture des pinces escamote les verrous, libérant ainsi l'outil.