Brevet FR2631869A1 — publié le 19891201

MACHINE-OUTIL MODULAIRE COMPOIITANT AU MOINS UNE UNITE D'USINAGE. La présente invention concerne une machine-outil modulaire comportant un bâti pourvu d'une base en forme de caisson, au moins une unité d'usinage, des moyens de support prévus sur le bâti pour supporter plusieurs unités d'usinage et au moins une pièce à usiner, et des moyens de commande pour commander au moins ladite unité d'usinage. Les opérations d'usinage complexes, nécessitant l'emploi de plusieurs unités d'usinage dans une même machine, se font généralement au moyen de machines-outils spéciales, adaptées aux pièces à traiter et équipées pour cela d'unités d'usinage spécifiques. Il s'agit donc de machines complexes qui sont presque exclusivement réservées à l'usinage d'une même série de pièces ou éventuellement de deux ou plusieurs séries de pièces très voisines. De ce fait elles manquent de souplesse car elles ne peuvent pas usiner une grande variété de pièces ce qui correspond pourtant à un besoin pour bien des entreprises qui sont souvent appelées à fabriquer plusieurs petites ou moyennes séries de pièces différentes. Pour être exploitées économiquement et pouvoir être amorties, ces machines coûteuses doivent être utilisées pour des productions en grande série.En cas de changement de production, leur transformation est souvent difficile et coûteuse et nécessite une immobilisation assez longue, voire impossible. Il existe donc un marché pour des machines capables d'exécuter des travaux multiples, mais moins coûteuses et surtout adaptables aux besoins. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir une machineoutil modulaire et évolutive, aisément convertible grâce à des possibilités multiples de monter une ou plusieurs unités d'usinage, sur différents emplacements de montage, et pouvant utiliser différents types standardisés d'unités d'usinage avec ou sans commande numérique, et avec différents organes de transfert des pièces à usiner. Dans ce but, l'invention fournit une machine-outil du type indiqué en préambule, caractérisée en ce que les moyens de support comportent au moins une structure centrale solidaire de la base. agencée pour porter un support de pièce à usiner et présentant au moins trois faces de référence verticales et perpendiculaires deux à deux, dont chacune est agencée pour le montage d'un dispositif de support de l'unité d'usinage, et en ce que ce dispositif de support comporte au moins une paire de montants verticaux agencés pour être rendus solidaires de l'une des faces de référence de la structure centrale. Ainsi. le principe de base de l'invention consiste à équiper le bâti d'une structure centrale très rigide sur laquelle on peut monter à la fois le support de pièce. par exemple une table de transfert. et une ou plusieurs têtes d'usinage disposées sur différents emplacements et pouvant être constituées par des têtes standards du commerce, donc interchangeables et relativement peu coûteuses. Une réalisation avantageuse prévoit que le bâti comporte un chassis extérieur monté sur la base indépendamment desdits moyens de support, ce châssis étant agencé pour porter des organes de commande et d'alimentation. Le châssis extérieur peut comporter des éléments structurels tubulaires dans lesquels sont logés des câbles électriques et des conduits d'alimentation de 1' unité d'usinage. De préférence, lesdits éléments tubulaires sont des profilés métalliques à section carrée ou rectangulaire. La base peut comporter au moins un bac de récupération du liquide de lubrification et porter une pompe agencée pour refouler ce liquide vers des conduites de distribution à l'unité d'usinage. Elle peut comporter également un bac de récupération des copeaux et un organe d'évacuation de ces copeaux, pourvu d'une chaîne centrale sans fin portant des palettes agencées pour racler le fond dudit bac, et d'un mécanisme d'entraînement pas-à-pas de cette chaîne, par exemple à vérin pneumatique. De préférence, les faces de référence de la structure centrale sont identiques quant à leurs dimensions. En général, la structure centrale présente sensiblement la forme d'un prisme à axe vertical et à section carrée, chacune des quatre faces latérales du prisme étant une face deréférence. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, les moyens de support comportent au moins un élément d'écartement agencé pour être fixé sur l'une quelconque des faces de référence, cet élément comportant une face d'appui destinée à être appliquée contre ladite face de référence, et une autre face de référence qui est parallèle à la face d'appui et agencée pour porter une paire desdits montants verticaux. De préférence, l'épaisseur de l'élément de l'écartement entre sa face d'appui et sa face de référence est égale à la moitié de l'épaisseur de la structure centrale entre deux faces de référence opposées. Dans une forme avantageuse. l'élément d'écartement comporte, le long de deux bords verticaux opposés de sa face de référence, des chanfreins à 450 formant chacun une surface verticale de référence agencée pour porter un desdits montants verticaux. De cette manière, deux éléments d'écartement identiques peuvent être fixés respectivement sur deux faces de référence perpendiculaires de la structure centrale, de manière à former par leurs chanfreins voisins une paire de surfaces de référence situées dans un plan vertical commun et portant chacune un desdits montants verticaux, ces montants étant agencés pour porter une unité d'usinage à axe horizontal disposé à 450 par rapport à l'axe d'une unité d'usinage montée sur une paire de montants portés par une face de référence de la structure centrale ou d'un élément d'écartement. Dans une forme de réalisation particulière, la machine comporte au moins une plaque supérieure de support, disposée dans un plan horizontal au-dessus du support de la pièce à usiner et fixée à une paire desdits montants verticaux, cette plaque supérieure comportant au moins une surface de référence pour porter une unité d'usinage à axe vertical. Cette machine peut comporter au moins deux desdites structures centrales juxtaposées et assemblées rigidement par deux de leurs faces de référence. Dans une forme de réalisation avantageuse, le support de pièce comporte une table rotative porte-pièce. ou un mécanisme de transfert linéaire de palettes. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation d'une machine-outil modulaire selon l'invention, présentant différentes formes plus ou moins complexes selon le nombre d'éléments modulaires ou d'unités d'usinage qu'on y installe, comme le montrent les dessins, dans lesquels la fig. I est une vue schématique en plan montrant une forme de disposition d'une machine selon l'invention, la fig. 2 est une vue schématique en élévation suivant la flèche Il de la fig. 1, la fig. 3 est une vue en perspective montrant plus en détail une machine selon l'invention, équipée de quatre unités d'usinage. la fig. 4 est une vue schématique en coupe verticale d'un évacuateur de copeaux représenté en fig. I, la fig. 5 est une vue schématique en plan d'un exemple de disposition comportant une seule unité d'usinage, la fig. 6 est une vue en élévation de la machine illustrée en fig. 5, la fig. 7 est une vue schématique en plan d'une disposition comportant quatre unités d'usinage montées sur deux structures centrales juxtaposées, la fig. 8 est une vue schématique en plan montrant une disposition à cinq unités d'usinage à axe horizontal, la fig. 9 est une vue schématique en plan d'une machine comportant cinq unités d'usinage à axe horizontal et trois unités d'usinage à axe vertical, ainsi qu'une table de transfert circulaire à huit stations, et la fig. 10 est une vue en élévation frontale de la disposition représentée en fig. 9. En référence aux fig. I à 3, la machine représentée comporte un bâti comprenant une base rigide 1 construite en forme de caisson et un châssis extérieur 2 monté sur le pourtour de la base I et constitué de profilés tubulaires ordinaires à section carrée ou rectangulaire. Ce châssis tubulaire contient la plupart des conduites de distribution et des câbles électriques d'alimentation et de commande des unités d'usinage. Les câbles de commande sont raccordés à un pupitre de commande 3 (fig. 1) qui peut être du type numérique et qui est suspendu à un bras 4 du châssis 2 à portée d'un opérateur 5. En face de ce dernier, le châssis 2 est équipé d'un portillon automatique de protection 6. Du côté opposé, le châssis supporte dans cet exemple une armoire 7 pour des composants pneumatiques et une armoire S pour des composants hydrauliques. Pour sa part, le caisson de base I peut contenir une grande variété d'équipements auxiliaires, notamment un bac 10 de récupération d'un liquide de lubrification, avec les organes de filtration et d'alimentation correspondants, ainsi qu'une pompe Il refoulant ce liquide sous pression dans des conduites logées à l'intérieur des profilés tubulaires du châssis 2, pour rejoindre les unités d'usinage. Sur le caisson de base I est fixée rigidement une structure centrale 12 en forme de prisme à axe vertical et à section carrée, constituant un fût de support pour une ou plusieurs unités d'usinage et pour un dispositif de support des pièces devant être usinées. Dans l'expression structure centrale, le terme "central" ne signifie pas que cette structure se trouve nécessairement au milieu de la machine, mais qu'elle forme le centre d'un ensemble de production comprenant plusieurs unités distinctes.Dans cet exemple, les quatre faces verticales de la structure centrale 12 sont usinées avec une grande précision, par exemple rectifiées, pour servir de surfaces de référence sur lesquelles on peut fixer, d'une manière très précise et très rigide, des organes de support qui sont constitués ici par des paires de montants verticaux 14a, 14b et 14c, disposés comme on le voit en fig. 1, pour définir, autour de la structure centrale 12, trois emplacements 15a, 15b et 15c pour différentes unités. Par exemple, la fig. 3 montre deux unités d'usinage 16a et 16c montées respectivement aux emplacements 15a et 15c, sur les montants 14 correspondants. L'emplacement 15b est libre et pourrait être occupé par exemple par un support 17 d'un dispositif de transfert linéaire des pièces. En fait, dans la fig. 3, les paires de montants 14a et 14c portant les unités d'usinage ne sont pas fixées directement sur les faces de référence de la structure centrale 12, mais sont rendues solidaires de celle-ci par l'intermédiaire d'éléments d'écartement 20 qui comportent des faces d'appui 20' fixées contre les faces de référence de la structure 12. Les éléments 20 possèdent eux-mêmes, à l'opposé de la structure 12, une même face verticale de référence 21 agencée pour recevoir une paire de montants 14. Afin d'obtenir une construction aussi modulaire que possible, l'épaisseur totale d'un élément d'écartement 20 est égale à la moitié de celle de la structure 12. Ainsi, dans l'exemple de la fig. 3, Orl obtient un fût central de double largeur, offrant une surface supérieure importante. En pratique, la construction de la structure 12 et d'un élément d'écartement 20 peut être quelconque, pourvu qu'elle soit extrêmement rigide. On peut notamment utiliser des pièces coulées ou une construction soudée. La structure 20 peut avantageusement être munie d'un passage longitudinal central (non représenté) pouvant servir par exemple au retour d'une chaîne de transfert linéaire. Les organes de support des pièces à usiner peuvent avantageusement être montés sur la face supérieure horizontale 22 de la structure 12. Dans l'exemple de la fig. 3, il est prévu un dispositif de transfert circulaire 23 pourvu. d'une table 24 de support de pièce, rotative autour d'un axe vertical 25. Il s'agit d'un organe bien connu, pourvu d'un système d'indexage permettant de positionner les pièces avec précision en regard des unités d'usinage. La fig. 3 montre également comment deux unités supérieures d'usinage 16d et 16e à axe vertical peuvent être montées au-dessus des unités 16a et 16c, pour usiner les pièces en même temps que ces dernières. Chaque unité 16d, 16e est fixée sur une plaque supérieure horizontale respective 26, fixée elle-même dans une position réglable avec précision au sommet des montants 14 portant les unités 16a, 16c, ainsi qu'au châssis 2. Dans l'exemple de la fig. 3, les quatre unités d'usinage 16, groupées deux par deux, correspondent à deux stations d'usinage desservies par le dispositif de transfert circulaire 23. Les unités d'usinage 16 peuvent être avantageusement des unités standards du commerce, similaires ou différentes les unes des autres, pour effectuer par exemple des opérations telles que perçage, taraudage, fraisage, surfaçage etc. Il peut s'agir aussi de têtes multibroches ou à renvoi d'angle. De préférence. chaque unité d'usinage 16 comprend un module de translation 28 à trois axes orthogonaux, dont l'orientation correcte est assurée par les surfaces de référence prévues sur les éléments 12, 20 et 26. La fig. 3 montre également l'avantage constitué par le châssis tubulaire extérieur 2 qui entoure l'ensemble des unités d'usinage et qui permet d'amener en face des différents emplacements possibles de ces unités, les câbles ou conduites d'alimentation et de commande qui sont ainsi particulièrement faciles à établir et bien protégés. La fig. 4 représente schématiquement un organe 30 d'évacuation de copeaux, disposé à l'intérieur du caisson de base I, dans un bac de récupération de copeaux 31 qui est combiné au bac de récupération de liquide 10. Le bac 31 comporte des parois latérales inclinées et un fond plat pour concentrer les copeaux dans une zone médiane où circule une unique chaîne centrale sans fin 32 équipée de palettes 33 qui raclent le fond plat du bac 31 et le fond d'un bec incliné 34 s'étendant à l'extérieur de la base 1, pour déverser 'les copeaux sur un organe d'évacuation approprié. Les palettes ont de préférence la forme d'un triangle et sont disposées en quinconce de part et d'autre de la chaîne qui frotte, ainsi que les palettes contre le fond plat du bac de récupération. La chaîne 32 est portée et guidée par une roue dentée 37 et des roues libres 35 et 36. Pour entraîner la chaîne, la roue 37 est solidaire d'un arbre portant une seconde roue dentée 38 qui se trouve à l'extérieur du bac 31 et qui est' entraînée au moyen d'un mécanisme pas-à-pas comprenant un vérin pneumatique 40 et un dispositif à cliquet 41 actionné en va-et-vient par ce vérin. Grâce à la présence d'une unique chaîne 32 disposée au centre, la construction de l'organe d'évacuation cle copeaux 30 est particulièrement simple. De plus, l'entraînement de la chaîne pas-à-pas n'exige qu'un mécanisme très simple et il permet aux copeaux de s'égoutter graduellement le long du fond incliné du bec 34. La conception modulaire de la machine selon l'invention permet d'obtenir une machine facilement transformable, évolutive et flexible au point de vue de son utilisation, comme on le montrera ci-dessous en référence aux fig. 5 à 10 qui représentent quelques exemples de dispositions d'un nombre variable d'unités d'usinage, parmi une multitude de possibilités réalisables dans une même machine. Le cas extrêmement simple illustré par les fig. 5 et 6 montre une disposition de base comprenant une seule unité d'usinage 16a à axe horizontal, montée latéralement sur la structure centrale 12 par l'intermédiaire des montants 14à. L'acquisition de cette forme élémentaire de la machine est relativement peu coûteuse, par exemple pour un petit atelier, mais elle offre d'énormes possibilités d'évolution ultérieure, d'une part en échangeant l'unité 16a contre une unité standard d'un autre type selon les travaux à effectuer, et d'autre part en complétant la machine par des unités d'usinage supplémentaires telles que l'unité 16f représentée en traits interrompus en fig. 6. A titre d'exemple, cette unité est équipée d'une plaque de base coulissante inclinée 43 donnant l'inclinaison voulue à l'axe 44 de la broche rotative. Dans le cas de la fig. 7, une seconde structure centrale 12', composée en fait de deux éléments d'écartement 20 juxtaposés, est fixée contre la face de référence 13b de cette dernière. Bien entendu, elle est également supportée par la base 1. Ainsi, les deux structures alignées 12 et 12' forment ensemble un fût rectangulaire sur lequel on a monté quatre unités d'usinage à axes horizontaux 16a, 16c, 16g et l6h, par l'entremise de paires de montants 14. Cette machine peut comporter par exemple deux stations d'usinage à deux unités, ces stations étant desservies par un dispositif de transfert linéaire des pièces, monté sur le sommet des structures 12 et 12'. La fig. 8 montre une disposition particulièrement intéressante d'une machine selon l'invention qui peut également être obtenue en complétant la version de base illustrée par les fig. 5 et 6. Dans ce cas, la structure centrale 12 est complétée par trois éléments d'écartement 20 tels que décrits plus haut, portant chacun une unité d'usinage 16a, 16b, 16c en regard de sa face de référence 21 située à l'opposé de la structure centrale. Cependant, les deux bords verticaux de cette face 21 sont pourvus de chanfreins à 450 qui sont rectifiés pour former chacun une surface verticale de référence 50 sur laquelle on peut fixer un montant vertical 14.La profondeur des chanfreins est choisie de manière que, lorsque deux montants parallèles 14 sont fixés sur les chanfreins voisins de deux éléments d'écartement 20 formant entre eux un angle droit, l'écartement entre ces montants est le même que celui d'une paire de montants fixés sur une face de référence de la structure centrale 12 ou d'un élément d'écartement 20. C'est ainsi qu'on peut fixer sur ces montants, exactement de la même manière que sur les autres. des unités d'usinage 16i et 16j à axe horizontal disposé à 450 par rapport aux axes horizontaux des unités 16a à 16c. La machine illustrée en fig. 8 peut exécuter jusqu'à cinq opérations d'usinage simultanées, ou bien elle présente cinq stations d'usinage décalées de 450 si elle est équipée d'une table rotative 24 telle qu'illustrée en fig. 3. Enfin, les fig. 9 et 10 illustrent une configuration idéale d'une machine à transfert circulaire des pièces grâce à une table rotative 24. En plus de cinq unités inférieures d'usinage 16a, 16i, 16b, 16j, 16c disposées comme en fig. 8, cette machine comporte encore trois unités supérieures d'usinage 16k, 161 et 16m à axe vertical. Ces unités supérieures sont montées comme on l'a décrit en référence à la fig. 3. Le mécanisme de transfert circulaire comporte huit stations, à savoir une station de chargement 51, les cinq stations d'usinage, une station de lavage 52 et une station de déchargement 53. Le chargement et le déchargement des pièces se font au moyen d'un manipulateur automatique 54 qui est un bras de robot bien connu.Celui-ci transfère les pièces à usiner sur une piste d'arrivée 55 pour les placer sur la station 51, et il prélève à la station 53 les pièces usinées pour les placer sur une piste d'évacuation 56. La description qui précède montre que l'invention permet de combiner un nombre variable et des types divers d'unités d'usinage sur un même bâti, de manière à former une machine-outil qui peut subir facilement de multiples transformations, notamment pour s'adapter à des productions en petites séries. Comme les organes de support sont modulaires et adaptés à des unités d'usinage standards, il est possible de monter ces dernières indifféremment dans plusieurs emplacements et dans différentes directions. En outre, le même bâti est utilisable indifféremment pour des unités à commande manuelle ou pour un ensemble d'unités à commande numérique. De plus, la possibilité d'utiliser différents types de mécanismes de transfert accroît encore la flexibilité de la machine. Revendications I. Machine-outil modulaire comportant un bâti pourvu d'une base en forme de caisson, au moins une unité d'usinage, des moyens de support prévus sur le bâti pour supporter plusieurs unités d'usinage et au moins une pièce à usiner, et des moyens de commande pour commander au moins ladite unité d'usinage, caractérisée en ce que les moyens de support comportent au moins une structure centrale (12, 12') solidaire de la base (1), agencée pour porter un support (23) de pièce à usiner et présentant au moins trois faces de référence (13a à 13d) verticales et perpendiculaires deux à deux, dont chacune est agencée pour le montage d'un dispositif de support de l'unité d'usinage (16), et en ce que ce dispositif de support comporte au moins une paire de montants verticaux (14) agencés pour être rendus solidaires de l'une des faces de référence de la structure centrale. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bâti comporte un châssis extérieur (2) monté sur la base (1) indépendamment desdits moyens de support, ce châssis étant agencé pour porter des organes de commande et d'alimentation. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le châssis extérieur (2) comporte des éléments structurels tubulaires dans lesquels sont logés des câbles électriques et des conduits d'alimentation de l'unité d'usinage (16). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits éléments tubulaires sont des profilés métalliques à section carrée ou rectangulaire. 5. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la base (1) comporte au moins un bac (10) de récupération du liquide de lubrification et une pompe (11) agencée pour refouler ce liquide vers des conduites de distribution à l'unité d'usinage. 6. Machine selon la revendication I, caractérisée en ce que la base (1) comporte un bac (31) de récupération de copeaux et un organe (30) d'évacuation de ces copeaux, pourvu d'une chaîne centrale sans fin (32) portant des palettes agencées pour racler le fond dudit bac, et d'un mécanisme d'entraînement pas-à-pas (38, 40, 41) de cette chaîne. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit mécanisme d'entraînement comporte un vérin pneumatique (40). 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites faces de référence (13a à 13d) sont identiques quant à leurs dimensions. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que la structure centrale (12) présente sensiblement la forme d'un prisme à axe vertical et à section carrée, chacune des quatre faces latérales du prisme étant une face de référence. 10. Machine selon la revendication I, caractérisée en ce que les moyens de support comportent au moins un élément d'écartement (20) agencé pour être fixé sur l'une quelconque des faces de référence (13), cet élément comportant une face d'appui (20') destinée à être appliquée contre ladite face de référence, et une autre face de référence (21) qui est parallèle à la face d'appui et agencée pour porter une paire desdits montants verticaux (14). 11. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'élément de l'écartement (20) entre sa face d'appui et sa face de référence est égale à la moitié de l'épaisseur de la structure centrale (12) entre deux faces de référence opposées. 12. Machine selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que l'élément d'écartement (20) comporte, le long de deux bords verticaux opposés de sa face de référence, des chanfreins à 45 formant chacun une surface verticale de référence (50) agencée. pour porter un desdits montants verticaux. 13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que deux éléments d'écartement identiques (20) sont fixés respectivement sur deux faces de référence perpendiculaires de la structure centrale (12), de manière à former par leurs chanfreins voisins une paire de surfaces de référence situées dans un plan vertical commun et portant chacune un desdits montants verticaux, ces montants étant agencés pour porter une unité d'usinage (16i, 16j) à axe horizontal disposé à 45C par rapport à l'axe d'une unité d'usinage montée sur une paire de montants portés par une face de référence de la structure centrale (12) ou d'un élément d'écartement (20). 14. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une plaque supérieure de support (26), disposée dans un plan horizontal au-dessus du support de la pièce à usiner et fixée à une paire desdits montants verticaux (14), cette plaque supérieure comportant au moins une surface de référence pour porter une unité d'usinage à axe vertical (16d, 16e). 15. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux desdites structures centrales (12,12') juxtaposées et assemblées rigidement par deux de leurs faces de référence. 16. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support de pièce comporte une table rotative porte-pièce (24). 17. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que le support de pièce comporte un mécanisme de transfert linéaire de palettes.