Brevet FR2617417A1 — publié le 19890106

L'invention a pour objet un- dispositif de commande destiné au dispositif automatique à traverses mobiles d'une presse à forger, dans lequel une traverse mobile au moins est déplacée pendant un cycle dans les phases fermeture, levage, avance, abaissement, ouverture, retour d'actionneurs, et les actionneurs sont commandés par une commande séquentielle. On sait prévoir dans les presses à forger un dispositif automatique à traverses mobiles qui achemine pas-à-pas les pièces à travailler vers le poste d'usinage. On connaît un dispositif de commande destiné à un dispositif automatique à traverses mobiles du type précité (DE-C-20 61 043) qui comporte deux traverses mobiles parallèles pourvues de pinces, destinées à saisir les pièces à travailler entre lest traverses mobiles, lorsque celles-ci sont rapprochées l'une de l'autre dans un mouvement de serrage ou de fermeture. Les deux traverses mobiles sont ensuite relevées, et elles entraînent la ou les pièces d'ouvrage. Pendant l'avance, l'une des pièces d'ouvrage est conduite en position de travail. Après abaissement des traverses mobiles, celles-ci s'ouvrent et libèrent la pièce ouvrée en position de travail. A l'état de retour, les traverses mobiles reviennent à la position initiale. Pour les cycles de presse rapides, il faut que les traverses mobiles puissent se déplacer rapidement sans que la précision du déplacement en soit diminuée. En particulier, il peut en résulter des phases très brèves pour le chargement de la pièce d'ouvrage et l'avance. Lorsqu'il s'agit de transporter des pièces d'ouvrage lourdes, l'inertie de masse des pièces peut ralentir les déplacements des manipulateurs. Un autre problème posé par les manipulateurs connus réside dans le fait que par suite d'accélérations et de freinages importants des différents déplacements, les éléments des manipulateurs sont soumis à de fortes sollicitations, et dans le fait qu'il peut se produire des oscillations gênantes des machines. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de commande du type précité permettant de travailler avec des durées de cycle différentes et de disposer pour la saisie des pièces à travailler et leur transport d'une part de la durée de cycle aussi importante que possible. Ce but est atteint avec le dispositif de commande suivant l'invention, en ce que les durées d'ouverture et de retour sont prédéfinies de manière fixe en fonction de la durée du cycle le plus court et en ce que les durées d'au moins certaines des autres phases varient en fonction de la durée du cycle prédéfinie ou de temps d'arrêt intercalaires. Le dispositif de commande suivant l'invention fonctionne avec une durée fixe des phases "ouverture" et "retour", tandis que les autres phases varient en fonction du temps disponible à l'intérieur du cycle. Pendant les phases "ouverture" et "retour", s'effectuent les déplacements des traverses mobiles, sans qu'il soit nécessaire de déplacer les pièces à travailler massives. Etant donné que ces phases ne sont pas influencées par les masses des pièces, elles peuvent être définies en fonction de la construction du manipulateur et de la masse des traverses mobiles. La durée des deux phases fixes désignée ici par "cadence fixe", est calculée pour une vitesse maximale et reste constante y compris pour les opérations plus lentes. On obtient ainsi que dans le cas o l'on a besoin d'un temps plus long pour saisir et déplacer une pièce à travailler, il n'est pas nécessaire de prolonger proportionnellement la totalité de la durée du cycle. La prolongation ne concerne que les phases au cours desquelles la pièce est déplacée. La fermeture peut le cas échéant être incluse dans la "cadence fixe". Le dispositif de commande suivant l'invention permet un fonctionnement très rapide du manipulateur. En règle générale, la commande du manipulateur assure la conduite de la commande de la presse, c'est-à-dire que la course de la presse est amorcée par la commande séquentielle du manipulateur. Le dispositif de commande suivant l'invention permet d'exécuter toujours à grande vitesse les déplacements des manipulateurs qui se font sans les masses des pièces, tandis que les autres phases peuvent varier en fonction des pièces à transporter. En d'autres termes, la part respective des phases peut varier à l'intérieur d'une durée de cycle. La durée d'exécution de la cadence fixe reste constante, indépendamment de la durée du cycle et indépendamment des temps d'arrêt intermédiaires ou phases auxiliaires, inclus dans la durée du cycle. Le manipulateur peut donc fonctionner avec la durée de cycle la plus courte pour les différentes pièces, ce qui conduit à abréger les cadences de la presse. Du fait que les différents actionneurs sont commandés chacun par un moteur pas-à-pas, ceux-ci démarrent doucement dans chaque phase et s'arrêtent de même, ce qui permet d'éviter de forts accélérations et ralentissements. Il s'ensuit que le manipulateur est moins sollicité mécaniquement et que les machines ne sont pas soumises à des oscillations ou vibrations. Du fait que la durée de la fréquence de palier est fixe pour chaque phase, la prolongation de la phase agit sur la valeur de la fréquence de palier et sur la pente de la montée et de la descente de la fréquence. Une prolongation de la durée de la phase conduit donc à des accélérations et à des vitesses minimales, tout en maintenant un démarrage et un ralentissement en douceur. Les variations dans le temps de la courbe de fréquence ou de vitesse sont recalculées pour chaque phase, la valeur réelle (valeur absolue) de la position de l'actionneur considéré étant prise en compte. Ceci empêche que des erreurs de poursuite puissent être reportées sur les phases suivantes. Un mode de réalisation de l'invention est décrit ci-après plus en détail en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif automatique à traverses mobiles, La figure 2 est une vue schématique d'un actionneur, La figure 3 est un diagramme en perspective des déplacements des traverses mobiles, La figure 4 est un schéma fonctionnel du dispositif de commande, La figure 5 montre la variation dans le temps des vitesses des différents actionneurs pour des durées de cycle différentes et La figure 6 est un diagramme semblable à celui de la figure 5 pour un cycle comportant un temps d'arrêt. La figure 1 représente schématiquement un dispositif automatique à traverses mobiles d'une presse à forger qui ne montre de la presse que les quatre colonnes 40, tandis que le coulisseau de la presse n'est pas représenté. Entre les colonnes 40 est placé le dispositif automatique à traverses mobiles 41 qui comporte deux traverses mobiles HB1 et HB2 horizontales et parallèles. Sur leurs faces tournées l'une vers l'autre sont placées des pinces ou préhenseurs 42 destinées à saisir des pièces à travailler (non représentées). Les pinces des traverses mobiles saisissent la pièce d'ouvrage à partir de côtés opposés pendant le mouvement de fermeture. Comme le montre la figure 3, les traverses mobiles sont ensuite relevées et transportées longitudinalement dans un mouvement d'avance. L'amplitude du transport correspond à la distance entre deux pinces 42. Après quoi, les traverses mobiles sont abaissées et écartées pendant la phase "ouverture". A l'état abaissé, commence le retour qui est suivi du mouvement de fermeture de la phase suivante. Chaque traverse mobile est suspendue à ses deux extrémités à deux bras 43, 44 qui s'articulent sur un pont 45 s'étendant transversalement au-dessus des traverses mobiles. Le pont 45 peut être déplacé verticalement par l'actionneur HS ("levage", "abaissement"). Sur le pont est fixé l'actionneur VR ("avance", "retour") qui agit par l'intermédiaire d'une tringlerie (non représentée) sur les bras 44 et les fait pivoter autour du pont 45, les traverses mobiles se déplaçant dans un mouvement de va-et-vient dans la direction longitudinale. L'actionneur VR n'est prévu qu'à une extrémité du dispositif automatique à traverses mobiles, tandis que les autres actionneurs sont disposés aux deux extrémités. Un troisième actionneur OS ("ouverture", "fermeture") agit transversalement aux traverses mobiles, sur un bras 43, pour déplacer une paire de bras 43, 44 à la manière d'un parallélogramme. Les deux paires de bras sont assemblées entre elles par un bras d'accouplement 46 de telle sorte que les deux traverses mobiles soient déplacées l'une vers l'autre en sens contraire par l'actionneur OS. Les actionneurs sont commandés d'une manière qui sera décrite plus loin, de telle sorte que les déplacements représentés à la figure 3 soient exécutés par les traverses mobiles HB1 et HB2. La figure 2 montre de manière schématique la construction de l'actionneur VR pour l'avance et le retour. Les autres actionneurs HS et OS sont conçus de même. L'actionneur VR électro-hydraulique comporte un moteur pas-à-pas 10 électrique, commandé par un micro-calculateur 11. L'arbre de sortie du moteur pas-à-pas 10 entraîne, par l'intermédiaire d'un mécanisme de synchronisation 12, par exemple un mécanisme à courroie crantée, l'élément de consigne 13 qui est constitué ici d'un arbre d'entrée d'un mécanisme de compensation 14. Le mécanisme de compensation 14 comporte comme élément de commande 15, un disque monté sur l'élément de consigne 13 qui fait saillie radialement. Ce disque commande le dispositif de vannes 16, par ses déplacements axiaux. Le disque 15 est fixé axialement par rapport à l'élément de consigne 13, par des paliers axiaux 17. Le dispositif de vannes 16 comporte deux vannes 161, 162 raccordées à un conduit sous pression 18, dont la vanne 161 est raccordée au conduit 20 aboutissant à une extrémité du vérin hydraulique 19, tandis que l'autre vanne 162 est raccordée au conduit 21 aboutissant à l'autre extrémité du vérin hydraulique 18. La figure 2 représente l'élément de commande 15 dans sa position "neutre", dans laquelle les deux vannes 161 et 162 sont fermées. Lorsque l'élément de commande est déplacé vers la droite, à partir de sa position neutre, la vanne 161 s'ouvre afin de faire communiquer le conduit 20 et le conduit sous pression 18, tandis que la vanne 162 reste fermée. Si en revanche, l'élément de commande 15 est déplacé vers la gauche, la vanne 162 ouverte fait communiquer le conduit sous pression 18 et le conduit 21 tandis que la vanne 161 reste fermée. Les deux vannes 161 et 162 raccordées au conduit sous pression 18 sont donc actionnées de manière inverse l'une par rapport à l'autre. Le conduit de retour 22 est raccordé aux vannes 163 et 164. La vanne 163 fait communiquer le conduit de retour 22 et le conduit 20, et la vanne 164 fait communiquer le conduit de retour 22 et le conduit 21. Les vannes 161 et 163 raccordées au conduit 20 sont disposées sur des côtés opposés de l'élément de commande 15 et les vannes 162, 164, raccordées au conduit 21, sont de même disposées sur des côtés opposés de l'élément de commande 15. La tige de piston 25 du piston 24 contenu dans le vérin hydraulique 19 est reliée à l'organe à déplacer. Cette tige de piston 25 comporte une denture 26 dans laquelle engrène la denture d'un pignon 27. Le pignon 27 est solidaire de l'élément de réponse 28 qui, dans le cas présent, est constitué par le deuxième arbre d'entrée du mécanisme de compensation 14. Ce deuxième arbre d'entrée est protégé contre les déplacements axiaux et monté en rotation dans un dispositif de palier 29. Les éléments 19, 24 et 25 forment un moteur hydraulique destiné au déplacement de l'organe. L'élément de réponse 28 pénètre par une pièce de tête 31 à l'intérieur de l'élément de consigne 13 creux. Dans l'élément de consigne 13, sont prévues des rainures hélicoïdales de section transversale semi-circulaire qui sont complétées par des rainures 32 aussi hélicoïdales de section transversale semi- circulaire, pratiquées dans la pièce de tête 31. Des billes 33 se trouvent dans les rainures. La pièce de tête forme ainsi, avec l'élément de consigne 13, un mécanisme à broche présentant très peu de frottements. En principe, la pièce de tête 31 pourrait aussi être pourvue d'un filetage pénétrant dans un taraudage de l'élément de consigne 13; mais avec une prise de ce type, à filetage et taraudage, les frottements seraient plus importants. Le mécanisme à billes 34 forme d'une certaine manière un mécanisme à broche présentant peu de frottements. Lorsque le moteur pas-à-pas 10 fait tourner l'élément de consigne 13, tandis que l'élément de réponse 28 est maintenu par la tige de piston 25 de manière à ne pas pouvoir tourner, l'élément de consigne 13 se déplace axialement par suite de l'effet de broche. Etant donné que l'élément de commande 15 est fixé axialement sur l'élément de consigne 13, il se déplace en même temps que celui-ci et par conséquent ouvre soit les vannes 161 et 164, soit les vannes 162 et 163. Il s'ensuit que soit le volume inférieur du vérin hydraulique 19 est soumis à la pression et le volume supérieur est sans pression, soit le volume supérieur du cylindre est soumis à la pression et le volume inférieur sans pression. Le piston 24 effectue un déplacement, et donc le pignon 27 fait tourner l'élément de réponse 28. Sous l'effet de la rotation de l'élément de réponse 28 et de la pièce de tête 31 qui en est solidaire, l'élément de consigne 13 effectue, sous l'effet du mécanisme à billes 34, un déplacement qui est opposé au premier déplacement amorcé par le moteur pas-à-pas 10. L'élément de commande 15 parvient donc ainsi de nouveau dans sa position neutre. Lorsque cette position neutre est atteinte, toutes les vannes 161 à 164 sont fermées et l'opération de mise en place est terminée. Le moteur pas-à-pas 10 est commandé par le calculateur d'actionneur VRP d'une manière qui sera décrite plus loin, par des impulsions à fréquence variable. Un transmetteur de course absolue 36, solidaire du boîtier (non représenté) de l'actionneur ou du vérin 19, calcule la position réelle de la tige de piston 25. Ce transmetteur de course absolue comporte un capteur 37 qui agit sur une bande de signalisation 38 à plusieurs pistes fixée sur la tige de piston 25, et délivre un signal correspondant à la position réelle de la tige de piston 25, au calculateur principal PM commun aux cinq actionneurs. La figure 4 est un schéma fonctionnel montrant que le calculateur principal MP commande les cinq calculateurs d'actionneurs. Les calculateurs HSP1 et HSP2 commandent les actionneurs HS du "levage" et de l'"abaissement", les calculateurs OSP1 et OSP2 commandent les actionneurs OS d'ouverture" et de "fermeture" et le calculateur VRP commande l'actionneur VR d'"avance" et de "retour". Le calculateur principal MP fournit pour chaque cycle les valeurs suivantes à chacun des calculateurs d'actionneur: la position réelle PI déterminée par le transmetteur de course absolue 36 (figure 3), la position de consigne PS à obtenir à la fin de la phase, le diviseur de fréquence-source QT à partir duquel la fréquence maximale à laquelle le moteur pas-à-pas doit fonctionner au cours de cette phase, ainsi que la valeur angulaire WG à l'intérieur du cycle à laquelle la phase concernée commence. A partir de ces valeurs, les calculateurs d'actionneurs calculent les données nécessaires à la commande des moteurs pas-à-pas 10. Au calculateur principal MP est connecté un clavier TA qui permet d'introduire par exemple la durée de cycle ou les courses à effectuer pour les différentes phases. La figure 5 représente en a la variation dans le temps de la vitesse v pour les différentes phases "levage" HE, "avance" VL, "abaissement" SE, "ouverture" OE, "retour" RL et "fermeture" SL. La vitesse v est proportionnelle à la fréquence à laquelle fonctionne le moteur pas-à-pas 10 concerné. On voit que pour chaque phase, la fréquence croît de manière linéaire à partir de zéro, sous la forme d'une rampe, jusqu'à ce que la fréquence de palier DF prescrite soit atteinte. Après quoi, la vitesse ou la fréquence diminue de nouveau de manière linéaire jusqu'à zéro, suivant une pente égale à la pente du flanc de montée. Les différentes phases ont donc une forme trapézoïdale. Les domaines initial et terminal des phases se recoupent, de sorte que les courbes représentées à la figure 3 ne sont pas rectangulaires, mais présentent des angles émoussés. On obtient ainsi des transitions douces entre les différentes phases. Seules les phases SE et OE sont séparées par un court intervalle. Les trapèzes des phases HE et SE sont semblables, les trapèzes OE et SL sont de même semblables entre eux, et les trapèzes VL et RL sont certes différents l'un de l'autre, mais ont la même superficie, puisque les mêmes parcours doivent être effectués pendant l'avance et pendant le retour. il Au-dessus des phases indiquées en (a), est représentée la variation dans le temps de l'opération de travail du coulisseau PR. Le mouvement de descente du coulisseau commence à peu près à la fin de la fréquence de palier DF, dans la phase OE, c'est-à- dire pendant l'ouverture des traverses mobiles. Pendant que le coulisseau de la presse se trouve au point mort bas, le manipulateur exécute la phase de retour RL. Pendant la phase de fermeture SL, le coulisseau de la presse remonte. La totalité du cycle de déplacement des traverses mobiles, de 0 à 359 , est divisée en pas angulaires égaux de 0 à 255. Chaque pas angulaire est donc égal à a.1/1,408, indiquant l'angle en degrés angulaires (359:255=1, 408). La phase de fermeture Si se termine au pas angulaire 248. Pendant les pas angulaires 249 à 255, il se produit un temps d'arrêt pendant lequel aucun déplacement n'a lieu. La représentation (a) de la figure 5 se réfère à la durée de cycle la plus courte qui est atteinte lorsque le manipulateur ne manipule pas de pièces à - travailler, ou des pièces très légères. En (b), est représentée la variation dans le temps qui correspond à une durée de cycle plus longue. Les formes trapézoïdales des phases OE et RL sont les mêmes dans les deux représentations car ces déplacements se déroulent toujours à la même vitesse, indépendamment de la durée du cycle. Cette section entre les pas angulaires 92 et 213 a donc toujours une durée constante dite "cadence fixe". En revanche, une prolongation de la durée du cycle a pour effet un allongement des phases HE, VL, SE et SL. La durée de ces phases est dite "cadence variable". Dans ces phases, la vitesse des traverses mobiles est variable. Dans les deux cas (a) et (b), les surfaces des trapèzes HE sont les mêmes, car la course du déplacement "levage" est la même. De même, les surfaces des trapèzes VL, SE et SL sont égales. Enfin, dans les deux cas, les durées pendant lesquelles la fréquence de palier DF s'accroît, sont égales pour les phases de même nom. Donc, seules les pentes des flancs des courbes de vitesses sont différentes ainsi que les valeurs des fréquences de palier. Toutes deux sont liées mathématiquement, car lorsqu'à surface de trapèze égale et à durée de la fréquence de palier DF égale, la valeur de la fréquence de palier diminue, la pente des flancs doit de même diminuer pour que l'on obtienne une durée de phase plus longue. Les valeurs angulaires auxquelles les phases sont associées sont les mêmes dans les deux cas (a) et (b). Si la masse de la pièce à travailler augmente, un allongement de la durée du cycle a pour effet d'allonger les temps d'accélération et de ralentissement du déplacement, tandis que la durée de la vitesse maximale reste constante. Le calculateur principal MP conserve en mémoire, dans un tableau des différentes durées de cycle qui peuvent être introduites par le clavier, les fréquences de palier DF respectives des phases à cadence fixe. Sur la figure 6, la fréquence à laquelle fonctionnent les moteurs pas-àpas 10 des actionneurs, est portée en ordonnée, tandis que le temps t est porté en abscisse. Les fréquences de palier sont indiquées pour chaque phase. La fréquence de palier maximale possible qui pour l'exemple représenté sur la figure 6 ne peut toutefois pas être atteinte, se situe à 16 kHz. Dans le mode de réalisation de la figure 6, la phase d'avance VL est divisée en deux demi-phases d'avance 1/2 VL, et entre ces deux demiphases d'avance, est intercalée une phase d'arrêt HT qui sert par exemple à lubrifier les matrices. Les trapèzes des deux demi-phases d'avance ont ensemble la même superficie que le trapèze de la phase de retour RL. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande destiné au dispositif automatique à traverses mobiles d'une presse à forger, dans lequel une traverse mobile au moins (HB1, HB2) est déplacée pendant un cycle dans les phases fermeture, levage, avance, abaissement, ouverture, retour d'actionneurs (HS, VR, OS), et les actionneurs sont commandés par une commande séquentielle, caractérisé en ce que les durées d'ouverture (OE) et de retour (RL) sont prédéfinies de manière fixe en fonction de la durée du cycle le plus court et en ce que les durées d'au moins certaines des autres phases (HE, VL, SE, SL) varient en fonction de la durée du cycle prédéfinie ou de temps d'arrêt (HT) intercalaires. 2. Dispositif de commande, notamment selon la revendication 1, caractérisé en ce que les actionneurs (HS, VR, OS) sont commandés chacun par un moteur pas-à-pas (10) dont la fréquence s'élève continûment pour chaque phase jusqu'à une valeur- palier (DF), maintient cette valeur-palier pendant un certain temps puis décroît à nouveau continûment. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les flancs de montée et les flancs de descente des fréquences des moteurs pas-à- pas (10) se chevauchent dans des phases voisines. 4. Dispositif de commande selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on fait varier les fréquences de palier (DF) pour les phases variables (HE, VL, SE, SL) en fonction des temps disponibles ou nécessaires, tandis que leurs durées sont prédéfinies de manière fixe et en ce que les pentes des flancs de montée et des flancs de descente de la fréquence sont calculées dans chaque cas à partir du parcours à effectuer et de la fréquence de palier (DF). 5. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un calculateur principal (MP) commun à tous les actionneurs (HS, VR, OS), lequel fournit aux calculateurs d'actionneur (HSPl, HSP2, OSPl, OSP2, VRP) prévus pour les actionneurs, les valeurs suivantes: la valeur réelle (PI) de la position de l'actionneur, la valeur de consigne (PS) qui doit être obtenue à la fin de la phase suivante, la fréquence-source (QT) permettant de calculer 1 fréquence de palier (DF) et la valeur angulaire (WG) à l'intérieur de la durée du cycle pour laquelle le déplacement doit commencer, et en ce que les calculateurs des actionneurs commandent les moteurs pas-à-pas (10) en fonction de ces valeurs.