Brevet FR2619739A1 — publié le 19890303

La présente invention concerne un changeur d'outils pour la mise en place et l'échange automatiques d'outils entre une broche et un magasin d'outils. On connaît des changeurs d'outils comprenant un magasin d'outils rotatif et indexable pour le positionnement d'un outil désiré par rapport à la broche. Selon la technique antérieure, on utilise des mécanismes à vérins mus par un fluide de pression et des mécanismes à engrenages et cames pour faire tourner le magasin ainsi que pour monter et démonter les outils de la broche. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 292 235 montre un exemple d'un changeur d'outils classique. Le dispositif décrit dans ce document utilise deux mécanismes à vérin pour produire les mouvements horizontaux et verticaux du magasin, ainsi qu'un méca- nisme à engrenage et came pour produire le mouvement rotatif d'indexage du magasin. Deux moteurs sont prévus en plus pour l'actionnement de ces mécanismes. De ce fait, la structure du changeur d'outils selon ce brevet devient complexe et son encombrement devient important. De plus, comme il est nécessaire de commander les deux moteurs mentionnés pour produire un changement d'outil, le nombre des différentes opérations à effectuer par changement est élevé et l'ensemble est sujet à des défaillances. L'un des buts de la présente invention est de procurer un changeur d'outils de petite taille et de structure s4mple, au moyen duquel un changement d'outil puisse être effectué par un nombre plus faible d'opérations, et qui puisse être fabriqué à un coût réduit. Un changeur selon l'invention, pour changer des outils devant être reliés sélectivement à une broche porte-outil d'une machine, comprend un bâti; un arbre de commande monté rotatif dans ce bâti, parallèlement à l'axe de la broche; un support d'outils porté par le bâti, coaxialement à l'arbre de commande et de façon qu'il puisse tourner autour de cet arbre et effectuer sur lui des mouvements alternatifs dans le sens de l'axe de cet arbre, ce support d'outils étant pourvu, sur une partie circonférentielle, de mécanismes de maintien d'outils servant a maintenir chacun un outil de façon amovible; un dispositif d'avance prévu entre l'arbre de commande et le support d'outils et destiné à déplacer le support d'outils axialement entre une première position o ce support est prés de la broche et une seconde position o il est éloigné de la broche; un dispositif de butée pour définir la seconde position; un premier moyen de guidage prévu entre le bâti et le support d'outils pour guider ce support axialement entre les première et seconde positions; un second moyen de guidage prévu entre le bâti et le support d'outils pour guider ce support de manière à ce qu'il tourne, dans un sens seulement, lorsque la rotation de l'arbre de commande se poursuit dans ce sens après que le support d'outils a atteint la seconde position; et un moyen d'entraînement relié à l'arbre de commande et destiné à faire tourner cet arbre dans ledit sens et en sens inverse. Lors de l'utilisation d'un tel changeur, un outil qui vient d'être utilisé et est encore monté dans la broche d'une machine-outil par exemple, est engagé par force dans un mécanisme ou moyen de maintien, constitué notamment par une griffe,quand la broche est ramenée d'une zone d'usinage à une zone de changement d'outil. Lorsque, ensuite, le dispositif d'entraînement est mis en action pour faire tourner l'arbre de commande dans un sens, le support d'outils est déplacé axialement de la première à la seconde position sous l'effet du dispositif d'avance prévu entre l'arbre de commande et le support d'outils, pendant que ce support est guidé par le premier moyen de guidage. Il s'ensuit que l'outil est retiré de la broche. Quand le support atteint la seconde position, définie par le dispositif de butée, le support est tourné dans un sens, conjointement avec l'arbre de commande, sur une distance angulaire prédéterminée, sous l'effet du second moyen de guidage, de sorte qu'un autre mécanisme de maintien ou griffe, tenant un nouvel outil à utiliser, est aligné axialement avec la broche. Le dispositif d'entraînement est ensuite actionné de nouveau pour faire tourner l'arbre de commande dans l'autre sens. Par suite de cette rotation, le support d'outils est guidé par le premier moyen de guidage pour qu'il soit déplacé axialement de la seconde à la première position sous l'action du dispositif d'avance. Ce oeplacement axial du support d'outils a pour conséquence que le nouvel outil à utiliser est inséré dans la broche. Cet outil est ensuite extrait du méca- nisme de maintien (griffe) sous l'effet du mouvement de la broche depuis la position de changement d'outil vers la position d'usinage. Conformément à la présente invention, les déplacements axiaux et les rotations du support d'outils, en vue du changement d'outils entre la broche et les mécanismes ou griffes tenant les outils, peuvent être produits par la simple rotation d'un arbre de commande dans un sens et dans l'autre, grâce à la prévision d'un rremier et d'un second moyen de guidage. De ce fait, un changeur selon l'invention peut avoir un faible encombrement et une struc- ture simple et le nombre d'opérations nécessaires pour effectuer un changement d'outil peut être diminué. De plus, le coût de fabri- cation d'un tel changeur peut être diminué par rapport aux dispo- sitifs de l'art antérieur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le changeur comporte un capteur pour détecter l'angle de rotation du moyen d'entraînement et pour permettre l'arrêt du support d'outils lorsqu'un quelconque outil désiré, maintenu par ce support, est amené en alignement axial avec la broche, et le dispositif d'avance comporte une rainure hélicoïdale formée dans la surface externe de L'arbre de commande et une partie prévue sur le support d'outils pour pénétrer dans cette rainure. Selon un mode de réalisation particulier du changeur d'outils, le bâti possède une partie ayant la forme d'un manchon cylindrique coaxial à l'arbre de commande, tandis que le support d'outils comporte une partie creuse pour la réception ajustée de cette partie en forme de manchon. Le premier moyen de guidage comprend des rainures rectilignes formées dans ledit manchon cylindrique ou dans ladite partie creuse et le nombre de ces rainures rectilignes correspond au nombre des mécanismes ou griffes maintenant les outils et leurs positions angulaires correspondent à celles des griffes. Un élément d'arrêt est prévu dans l'autre des deux parties constituées par le manchon cylindrique et par la partie creuse. Cet élément d'arrêt est disposé mobile radialement oa- rapport à l'arbre de commande et un moyen de rapoel tend à faire pénétrer cet élément dans l'une des rainures rectilignes. Dans ce mode de réalisation, le second moyen de guidage peut comporter des gorges d'échappement ccmmuniquant chacune avec!'une des rainures rectilignes à un point axial o se trouve l'élément d'arrêt lorsque le support d'outils atteint la seconde position, chacune des gorges servant à guider l'élément d'arrêt hors de la rainure rectiligne avec laquelle elle communique, afin de permettre au support d'outils de tourner dans ledit sens seulemlent. Un changeur d'outils selon un mode de réalisation de l'invention comprend un arbre de commande dont la surface externe porte un filetage et qui est supporté par un bâti, de manière à pouvoir être entraîné en rotation dans le sens horaire et en sens inverse; un support d'outils formé par une pièce cylindrique disposée coaxialement à l'arbre de commande et dont la surface interne présente un filetage destiné à coopérer avec le filetace de l'arbre de commande; un premier moyen de guidage pour guider le support d'outils et produire son mouvement axial en avant ou en arrière lorsque l'arbre de commande est tourné en sens horaire ou en sens inverse, ainsi qu'un second moyen de guidage pour guider le support et le faire tourner dans un sens, conjointement avec l'arbre de commande, à l'extrémité du mouvement d'avancement du support d'outils; des mécanismes de maintien d'outils prévus à des intervalles prédéterminés en direction circonférentielle à la périphérie du support, ces mécanismes étant capables de saisir, de tenir et de relâcher divers outils; un dispositif d'entraînement pour faire tourner l'arbre de commande en sens horaire afin de produire l'avancement du support d'outils depuis la position de fin de course de son mouvement de recul, et de faire tourner ce support sur une distance angulaire prédéterminée à la fin du mouvement d'avancement du support, ainsi que pour faire tourner l'arbre de commande en sens inverse afin de faire reculer le support d'outils jusqu'à la position de fin de course de son mouvement de recul; et un moyen pour détecter l'angle de rotation de l'arbre de commande. Dans ce mode de réalisation, le filetage du support d'outils est en prise avec le filetage formé sur l'arbre de commande et le premier 2619 7 3 9 moyen de guidage est constitué par les rainures rectilignes pour le déplacement axial du support d'outils. Le second moyen de guidage est constitué par des parties inclinées des flancs d'un côté des rainures, formant des gorges d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins a-nexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiate d'un changeur d'outils selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne II-II de la figure 1; et - la figure 3 est un diagramme montrant la relation entre les opérations nécessaires pour un changement d'outil et la rotation du dispositif de commande. Sur la figure 1, on voit un changeur d'outils 20 avec un bâti ou embase 21a qui est fixé sur une colonne (non représentée) guidant verticalement une tête de broche 10. A cette embase 21a est reliée une extrémité d'un manchon de guidage ou guide 22 de forme cylindrique, dont l'axe est parallèle à l'axe d'une broche Dorte-outil 11. Une partie cylindrique forme l'autre extrémité du guide 22 et présente une épaisseur de paroi relativement faible. Cette partie est disposée entre une paroi cylindrique interne 25 et une paroi cylindrique externe 24 d'un support 23 décrit ci-après. Le support 23, pourvu d'un fond, est disposé rotatif et axialement mobile le long du guide 22. Comme mentionné ci-dessus, il est formé par une pièce à double paroi. La paroi cylindrique externe 24 s'étend autour de la surface externe de la partie cylindrique à faible épaisseur de paroi du guide 22, tandis que la paroi cylin- drique interne 25 du support 23 s'étend le long de la surface interne de cette partie du guide. L'extrémité arrière ouverte (côté embase 21) de la paroi externe 24 est d'un seul tenant avec une partie formant un plateau circulaire 241. Ce plateau peut être constitué aussi par une pièce séparée fixée rigidement à la paroi 24. Comme on peut:e voir sur la figure 2, des griffes 27, formant des mécanismes de ma;ntien d'outils et constituées chacune de deux pièces de serrage 28 et 29, sont fixées à égale distance angulaire au plateau 241, le long de son pourtour, en vue du maintien d'un certain nombre de différents outils 26. Ces pièces de serrage 28 et 29 sont chargées par une force élastique pour être fermées normalement. Le plateau 241 et les griffes 27 constituent un magasin pour les outils 26. Le plateau 241 contient un élément d'arrêt 36 poussé radialement vers l'intérieur par un ressort 37. La surface externe de la partie cylindrique mince du guide 22 présente des rainures axiales rectilignes 35 dont la profondeur est relativement faible comparativement à leur largeur; ces rainures correspondent au nombre et aux positions angulaires des différentes griffes 27 et ils constituent le premier moyen de guidage. A la position visible sur la figure 1, l'extrémité -adialement intérieure de l'élément d'arrêt 36 fait saillie de la surface périphérique interne de la paroi cylindrique 24 et est engagée dans l'une des rainures droites 35, empêchant ainsi la rotation du support 23. Un arbre de commande 30 est monté rotatif par sa partie arrière dans l'embase 21a. La partie restante de l'arbre 30 porte sur sa surface externe une nervure hélicoldale 31, par laquelle elle est engagée dans une rainure hélicoldale 32 du support 23. L'extrémité de l'arbre 30 présente un collet de butée 33 pour arrêter le déplacement, le long de l'arbre, du support 23 et en même temps celui du plateau 241 avec les outils. La rainure 32 est ménagée dans la surface interne d'une partie extrême de la paroi cylindrique interne 25 du support d'outils 23. Il est naturellement possible aussi d'intervertir les emplacements de la nervure et de la rainure. La surface interne de la paroi cylindrique 25 présente en outre, à peu près au milieu, une nervure annulaire de butée 34 destinée à coopérer avec le collet 33. Les nervures rectilignes 35 possèdent chacune une section droite rectangulaire à l'exception d'une partie 38 près de l'extré- mité avant du guide 22. A cet endroit, l'un des flancs de la rainure, celui situé à l'avant dans le sens de rotation du support 23 indiqué par la flèche sur la figure 2, comporte une surface inclinée 38 formant une gorge d'échappement qui relie le fond oe La rainure à la surface externe du guide 22. Les surfaces inclinées ou gorges 38 des différentes rainures rectilignes 35 constituent le second moyen de guidage. Un servomoteur 41 combiné à un réducteur de vitesse 40 est monté sur une plaque de base 21b fixée à l'embase 21a. L'arbre de sortie 42 du réducteur 40 porte une poulie dentée 43. Une autre poulie dentée 44 est clavetée sur l'arbre de commande 30 et une courroie 45 relie les poulies 43 et 44 et passe par une poulie de tension 47. Un encodeur absolu 46 est couplé au servomoteur 41 pour détecter l'angle de rotation de celui-ci. Fonctionnement Lorsqu'un outil 26 qui vient d'être utilisé doit être remplacé par un autre outil, la tête de broche 10 est remontée le long de la colonne pour amener la broche 11, montée rotative dans cette tête, à une position de changement d'outil représentée en bas sur la figure 1, o l'outil 26 qui vient d'être utilisé est aligné axialement avec l'une des griffes 27 du magasin d'outils. Par suite de ce mouvement, l'outil 26 utilisé précédemment et qui est encore monté dans l'extrémité avant de la broche 11, provoque l'ouverture forcée de cette griffe 27, en écartant l'une de l'autre les pièces de serrage 28 et 29 formant la griffe, contre la force élastique agissant sur elles, de sorte que l'outil est ensuite tenu par ces pièces 28 et 29. Après cela, le servomoteur 41 est amené à tourner en sens horaire, ce qui fait tourner l'arbre de commande 30 dans le même sens. La rotation de l'arbre est transmise au support 23 par la nervure hélicoidale 31 et la rainure complémentaire 32. Pendant ce temps, l'élément d'arrêt 36 reste engagé dans l'une des rainures droites 35, empêchant ainsi la rotation du support 23. Ce dernier se déplace donc axialement le long du guide 22, vers l'extrémité avant de celui-ci (vers la droite sur la figure 1), si bien que l'outil 26, tenu dans la griffe 27, est retiré de la broche 11 dont le mandrin vient d'être desserré. L'avance axiale du support 23 est arrêtée lorsque la nervure annulaire 34 s'applique contre le collet de butée 33 au bout de l'arbre 30. A ce moment, l'élément d'arrêt 36 se trouve en regard de la surface inclinée formant la gorge d'échappement 38 de la rainure 35 et glisse par cette gorge hors de la rainure, par suite de la rotation du support 23 et du plateau porte-outils avec lui dans le sens horaire. Cette rotation est stoppée par l'arrêt du servomoteur 41 quand l'encodeur absolu 46 détecte que l'arbre du servomoteur 41 a tourné d'un angle qui correspond à l'amenée de la griffe 27 tenant le nouvel outil 26 nécessaire en alignement axial avec la broche 11. A ce moment, l'élément d'arrêt 36 pénètre dans une autre rainure droite 35, laquelle correspond à la griffe 27 contenant le nouvel outil 26 à utiliser. Il est à noter que le changeur selon l'invention possède la faculté très avantageuse de pouvoir indexer n'importe quel outil désiré en alignement avec la broche 11 par un seul mouvement rotatif d'indexage, produit par la commande adéquate du servo- moteur 41. Apres cela, le servomoteur 41 est amené à tourner en sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, ce qui fait tourner l'arbre de commande 30 dans le même sens. Du fait que l'élément d'arrêt 36 est maintenant engagé dans une autre rainure droite 35, le support 23 est de nouveau forcé de se déeacer axialement, le long du guide 22, en direction de la partie de base ou partie arrière de l'arbre 30 (vers la gauche dans la représen- tation de la figure 1), sans tourner, ce qui s'accompagne de l'introduction du nouvel outil 26 dans la broche 11. Le mandrin de la broche serre ensuite l'outil 26 qui vient d'être mis en place et la tête de broche 10 est abaissée depuis la position représentée vers la zone d'usinage. Par suite de ce mouvement, le nouvel outil 26, serré à présent dans la broche 11, provoque l'ouverture forcée de la griffe 27 dans laquelle cet outil est encore tenu aussi, par l'écartement des pièces de serrage 28 et 29 de cette griffe. Ainsi qu'il vient d'être décrit, les ooérations de démontage d'un outil, d'indexage du magasin et l'opératior de montage du nouvel outil sont effectuées séquentiellement par la rotation du servomoteur 41 en sens horaire et en sens inverse. Le diagramme de la figure 3 montre La relation entre le cycle de travail du changeur d'outils selon l'invention et la rotation du servomoteur 41. REVENDICATIONS 1. Changeur d'outils destiné à change, des outils cevant être reliés sélectivement à une broche porte-outil d'une machine, caractérisé en ce qu'il comprend: un bâti (21a); un arbre de commande (30) monté rotatif dans ce bâti, parallèlement à l'axe de la broche (11); un support d'outils (23) porté par le bâti, coaxialement lC à l'arbre de commande et de façon qu'il puisse tourner autour de cet arbre et effectuer sur lui des mouvements alternatifs dans le sens de l'axe de cet arbre, ce support d'outils étant Dourvu, sur une partie circonférentielle, de mécanismes de maintien d'outils (27) servant à maintenir chacun un outil (26) de façon amovible; un dispositif d'avance (31, 32) prévu entre l'arbre de commande et le support d'outils et destiné à déplacer le support d'outils axialement entre une position o ce support est près de la broche(11)et une seconde position o il est éloigné de ta broche; un dispositif de butée (33, 34) pour définir la seconde position; un premier moyen de guidage (35) prévu entre le bâti (21a) et le support d'outils (23) pour guider ce support axialement entre les première et seconde positions; un second moyen de guidage (38) prévu entre le bâti et le support d'outils pour guider ce support de manière à ce qu'il tourne, dans un sens seulement, lorsque la rotation de l'arbre de commande (30) se poursuit dans ce sens après que.e suz=c:- d'outils (23) a atteint la seconde position; et un moyen d'entrainement (41) relié à l'arbre de commande et destiné à faire tourner cet arbre dans ledit sens et en sens inverse. 2. Changeur d'outils selon la revendication 1, comprenant en outre un capteur (46) pour détecter l'angle de rotation du moyen d'entraînement (41) et pour permettre l'arrêt du support d'outils (23) lorsqu'un quelconque outil (26) désiré, maintenu par ce support, est amené en alignement axial avec la broche (). 3. Changeur d'outils selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'avance comporte une rainure hélicoîdale (31) formée dans la surface externe de l'arbre de commande (30) et une partie prévue (32) sur le support d'outils (23) pour pénétrer dans cette ES rainure. 4. Changeur d'outils selon la revendication 1, dans lequel le bâti (21a) possède une partie ayant la forme d'un manchon cylindrique (22) coaxial à l'arbre de commande (30), tandis que le support d'outils (23) comporte une partie creuse (24) pour la réception ajustée de cette partie en forme de manchon (22), et dans lequel le premier moyen de guidage comprend: des rainures rectilignes (35) formées dans ledit manchon cylindrique (22) ou dans ladite partie creuse (24), le nombre de ces rainures rectilignes correspondant au nombre des mécanismes de maintien d'outils (27) et leurs positions angulaires correspondant à celles desdits mécanismes; un éLément d'arrêt (36) prévu dans l'autre des deux parties constituées par le manchon (22) et par la partie creuse (24), cet élément d'arrêt (36) étant disposé mobile radialement par rapport à l'arbre de commande (30); et un moyen de rappel (37) tendant à faire pénétrer l'élément d'arrêt dans l'une des rainures rectilignes (35). 5. Changeur d'outils selon la revendication 4, dans lequel le second moyen de guidage comprend: des gorges d'échappement (38) communiquant chacune avec l'une des rainures rectilignes (35) à un point axial o se trouve l'élément d'arrêt (36) lorsque le support d'outils (23) atteint la seconde position, chacune des gorges (38) servant à guider l'élément d'arrêt hors de la rainure rectiligne avec laquelle elle communique, afin de permettre au support d'outils de tourner dans ledit sens seulemrient. 6. Changeur d'outils destiné à changer des outils à monter sur une broche, caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre de commande (30) dont la surface externe porte un filetage (31) et qui est supporté par un bâti (21a), de manière à pouvoir être entraîné en rotation dans le sens horaire et en sens inverse; un support d'outils (23) comprenant une partie cylin- drique (25) disposée coaxialement à l'arbre de commande et dont la surface interne présente un filetage (32) destiné à coopérer avec le filetage (31) de l'arbre de commande; un premier moyen de guidage (35) pour guider le support (23) et produire son mouvement axial en avant ou en arrière lorsque l'arbre de commande (30) est tourné en sens horaire ou en sens inverse, ainsi qu'un second moyen de guidage (38) pour guider le support (23) et le faire tourner dans un sens, conjointement avec l'arbre de commande, à l'extrémité du mouvement d'avancement du support; des mécanismes (27) de maintien d'outils prévus a des intervalles prédéterminés en direction circonférentielle c la périphérie du support (23), les mécanismes de maintien (27) étant capables de saisir, tenir et relâcher divers outils (26); un dispositif d'entraînement (40 à 47) pour faire tourner L'arbre de commande (30) en sens horaire afin de produire l'avan- cement du support (23) depuis la position de fin de course de son mouvement de recul, et de faire tourner le support sur une distance angulaire prédéterminée à la fin du mouvement d'avancement du support, ainsi que pour faire tourner l'arbre de commande (30) en sens inverse afin de faire reculer le support (23) jusqu'à la position de fin de course de son mouvement de recul; et un moyen (46) pour détecter l'angle de rotation de l'arbre de commande (30). 7. Changeur d'outils selon la revendication 6, dans lequel le support (23) comporte une partie cylindrique à double paroi, composée d'une paroi cylindrique interne (25) et d'une paroi cylindrique externe (24), le filetage (32) étant formé dans la surface interne de la paroi cylindrique interne (25), les mécanismes (27) de maintien d'outils sont prévus à la périphérie de la paroi cylindrique externe (24), le premier moyen de guidage est composé de rainures rectilignes (35) formées dans La surface externe d'une partie cylindrique disposée entre la paroi interne (25) et la paroi externe (24) du support (23), les rainures rectilignes (35) ayant chacune une section droite rectangulaire, s'étendant axialement et correspondant aux mécanismes (27) de maintien d'outils, le second moyen de guidage est composé de gorges d'échappement (38) communiquant chacune avec une partie extrême d'une des rainures rectilignes (35), chaque gorge étant formée par une face inclinée (38) s'étendant du fond de la rainure (35) correspondante à la surface externe de la partie cylindrique, suivant un sens de rotation du support d'outils (23), un élément d'arrêt (36) est prévu à un point de la surface interne de la paroi cylindrique externe (24) du support (23), cet élément d'arrêt (36) étant chargé par un ressort (37) pour faire radialement saillie vers l'intérieur par rapport à ladite paroi cylindrique (24) et pour s'engager dans l'une des rainures rectilignes (35), afin de permettre l'avancement et le recul du support outils (23) le long d'une de ces rainures, en empêchant sa rotation, l'agen- cement étant tel que, vers la fin de l'avancement de l'élément d'arrêt (36) conjointement avec le support (23), lorsque cet élément atteint la face inclinée formant la gorge d'échappement (38) de la rainure (35) concernée, il sort de cette rainure par ladite gorge, de manière à permettre la rotation du support (23). 8. Changeur d'outils selon la revendication 6, dans lequel chacun des mécanismes (27) de maintien d'outils est comDosé de deux pièces de serrage (28, 29) chargées par une force élastique vers une position de fermeture et de maintien d'un outil (26), l'outil étant capable d'ouvrir par force les pièces de serrage et de pénétrer dans l'espace intérieur défini par lesdites pièces, et l'outil (26) pouvant être retiré des pièces de serrage (28, 29) après l'ouverture forcée de celles-ci.