Brevet FR2638113A1 — publié le 19900427

Titre: MANDRIN D'UNITE D'USINAGE POUR MACHINES-OUTILS AUTOMATIQUES La présente invention se rapporte à un ensemble d'entraînement d'outil ou ensemble formant mandrin pour les unités d'usinage de machines-outils automatiques, conçu pour usiner à vitesse variable et à couple constant. Cette caractéristique signifie qu'un couple élevé peut être transmis à l'outil à basse vitesse de rotation, rendant ainsi la machine idéale pour usiner des matériaux tels que le titane. On connait des machines-outils automatiques qui comportent une unité d'usinage constituée d'une fourchette qui est montée à l'extrémité d'un bras mobile selon un certain nombre d'axes, et sur laquelle est articulé un ensemble formant mandrin constitué d'un mandrin et de l'équipement nécessaire pour l'entraîner en rotation. la demande de brevet italien 44804 A/88 décrit une unité d'usinage de ce type qui comporte un équipement conçu pour commander des mouvements limités du mandrin le long de son propre axe lorsqu'il est entrainé en rotation. Ce système présente cependant certaines limitations, en particulier lorsqu'il faut usiner des pièces en titane, du fait que ce métal nécessite une basse vitesse de rotation de l'outil. L'appareil connu ne peut transmettre une puissance suffisante à l'outil que lorsqu'il tourne à vitesse de rotation élevée. Pour cette raison, il est nécessaire de disposer d'un appareil qui permette de transmettre un couple constant au mandrin à toute vitesse de rotation. De préférence, cet appareil doit permettre d'utiliser un certain nombre de rapports de vitesses,et ceci sans perte de précision, tout en conservant la compacité obtenue dans des types d'appareil similaires courants ou plus perfectionnés. Pour résoudre ce problème, 1' invention propose un ensemble formant mandrin d'unité d'usinage pour machines-outils automatiques dans lequel un moteur sans balais, connecté au 26 38 113 m.,t.drin par l'intermédiaire d'un entraînement à plusieurs ra.;,prts,sert à entrainer le mandrin. Des transducteurs convenables, montés, commandent et regulent automatiquement la position des différents composants de l'ensemble d'entraînement de tellesorte quele rapport devitesse change automatiquement sans nécessiter l'intervention manuelle. On va maintenant décrire l'invention en détail, à titre d'exemple, mais non de limitation, en se référant aux figures jolntes sur lesquelles: 1C la figure 1 représente une section droite de l'ensemble formant mandrin conforme à l'invention; - la figure 2 représente une section droite selon la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 représente une section droite selon la ligne C-C de la figure 1; - la figure 4 représente une section droite partielle de l'ensemble conforme à l'invention, vu du côté opposé à celui de la figure 3. Comme indiqué, l'ensemble porte-outil est monté dans une fourchette de façon à pouvoir tourner autour d'un axe indiqué X-X sur la figure 2. La même figure 2 représente l'un des supports qui permettent à l'ensemble d'être monté sur la fourchette support,avec la référence 1. Comme représenté sur les figures 2 et 3, l'ensemble d'entraînement conforme à l'invention comporte un mandrin 3, un moteur 4 qui entraîne en rotation le mandrin par l'inter- médiaire d'un entraTnement désigné sous laréférence 5, et unmoteur 6 qui commande les mouvements axiaux du mandrin, le tout monté dans un support ou cadre caissonné 2. Le mandrin est monté dans un manchon 7 de façon à pouvoir tourner, et il est d'une pièce avec un arbre cannelé 8 conçu pour coulisser à l'intérieur d'un manchon 20 rainuré à l'intérieur et monté sur roulements. Le manchon 7 est d'une pièce avec un coulisseau à filet hélicoYdal 9 qui est monté sur une vis 10 à billes remises en circulation, entraînée en rotation autour de son propre axe par le moteur 6 par l'intermédiaire d'une courroie de synchronisation 11 ou analogue. Le manchon 7 est ainsi monté sur son support associé avec plusieurs degrés de liberté. Le moteur 6 peut servir à entraîner en rotation la vis 10, faisant alors coulisser le coulisseau 9 et faisant alors que le manchon 7 se déplace le long de son propre axe, entraînant avec lui le mandrin 3 et l'arbre cannelé 8. Le moteur 4 d'entraînement du mandrin est du type sans balais, commandé par un résolveur 12 de type connu. Un pignon 13, qui engrène avec une roue dentée 14 est monté par cannelures sur l'arbre du moteur 4. La roue dentée 14 est fixée à un arbre cannelé 15 monté dans l'appareil sur des roulements. Une paire de pignons dentés 16 et 17, d'une pièce l'un avec l'autre, est montée sur l'arbre cannelé 15, avec possibilité de coulisser le long de cet arbre. Les pignons dentés 16 et 17 sont dimensionnés de façon à engrener avec les dents des pignons correspondants 18 et 19 montés, à cannelures, sur le manchon 20. Une mâchoire fourchette 21, qui vient en prise avec le pignon denté 16, est monté sur la tige d'un vérin pneumatique 22 qui, par l'intermé- diaire de la fourchette, commande les mouvements des pignons dentés 16 et 17 le long de l'arbre cannelé 15. La position angulaire de l'arbre 8, et par conséquent celle du mandrin 3 et des pignons dentés 18 et 19, est contrôlée premièrement par un détecteur 23 (figure 4) intercepté par une paire de doigts 24 ou analogues qui sont montés sur le pignon 19, et ensuite, avec une plus grande précision, par un résolveur 25 monté sur l'arbre d'un pignon 26 qui engrène avec les dents de la roue 18: le résolveur 25, relié mécaniquement auxdits pignons pour contrôler leur position angulaire exacte, active l'équipement conçu pour commander des rotations micrométriques desdits pignons pour les synchroniser. Tous les dispositifs décrits sont reliés à l'appareillage électronique qui commande les différentes fonctions de la machine. L'ensemble fonctionne comme suit. Après avoir préparé l'appareil en montant l'outil sur le mandrin 3, on peut commencer l'usinage en démarrant le moteur 4 par l'intermédiaire du résolveur 12. Au moyen du pignon 13, le moteur entraîne en rotation le pignon 14 et, avec lui, l'arbre cannelé 15 et les pignons 16 et 17. Supposons que le piston du vérin 22 se trouve dans la posi- tion la plus basse représentée sur la figure 2. Dans ce cas, le pignon 16 engrène avec le pignon 18, entrainant en rotation l'arbre 8 et le mandrin 3 à la vitesse maximale. Pour passer à la vitesse de rotation plus basse, il faut arrêter la machine jusqu'à ce que les dents des pignons 16, 17, 18 et 19 soient synchronisées; on fait alors coulisser les pignons 16 et 17> jusqu'à ce que le premier soit désaccouplé du pignon 18 et que le second engrène avec les dents du pignon 19. L'appareil conforme à l'invention effectue tout cela automatiquement. La vitesse du moteur 4 est réduite par les dispositifs de commande et lorsque le détecteur 23 détecte la présence du doigt 24, son mouvement s'arrête. L'alignement entre les dents des différents pignons est alors approximatif. Le résolveur 25 sert. à les ajuster à la position exacte; à nouveau, par l'intermédiaire du dispositif de commande de la machine, il commande la rotation de l'arbre 8 jusqu'à ce que les différents pignons soient synchronisés. Le vérin 22 est alors actionné, et-déplace la fourchette 21 vers le haut; ceci fait glisser les pignons 16 et 17 le long de l'arbre 15 jusqu'à engrènement du pignon 17 avec le pignon 19. La machine peut alors reprendre le travail, le mandrin tournant à la vitesse la plus basse. Les dispositifs d'alignement décrits ci-dessus positionnent exactement le mandrin pour le changement automatique d'outil et synchronisent également les dents des différents pignons. L'homme de l'art pourrait imaginer de nombreuses modifi- cations et variantes, toutes devant être considérées comme incluses dans l'objet de cette invention. 2638 1 13 REVENDICATIONS I. Ensemble formant mandrin d'unité d'usinage pour machines outils automatiques du type comportant un mandrin (3) monté de façon à coulisser sur un support à plusieurs degrés de liberté, ainsi qu'un équipement conçu pour entraîner ledit mandrin monté sur ledit support, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif conçu pour faire varier automatiquement le rapport de vitesse entre ledit mandrin et ledit équipement d'entraînement. 2. Ensemble formant mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (4) d'entraînement du mandrin est du type sans balais. 3. Ensemble formant mandrin d'unité d'usinage pour machines-outils automatiques, caractérisé en ce qu'il comporte: - un mandrin (3) monté pour coulisser dans un manchon (7) lui-même monté à son tour sur un support associé, en portant sur des roulements à billes, avec plusieurs degrés de liberté; - un arbre cannelé (8), d'une pièce avec ledit mandrin (3), qui peut coulisser à l'intérieur d'un manchon (20) monté sur des roulements fixés audit support; - une première paire de pignons dentés (18, 19) montés à cannelures sur ledit manchon (20); - une seconde paire de pignons dentés (16, 17), d'une pièce l'un avec l'autre, et qui coulissent sur un second arbre cannelé (15) de façon à venir engrener alternativement avec l'un ou l'autre desdits premiers pignons dentés (18, 19); - un moyen motorisé (4) conçu pour entraîner en rotation ledit second arbre cannelé (15); - un moyen (21) conçu pour venir en prise avec ladite seconde paire de pignons dentés (16, 17) afin de commander leur coulissement sur ledit second arbre cannelé (15). 4. Ensemble formant mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23, 24, 25) conçus pour détecter la position angulaire desdits pignons dentés et pour activer en conséquence les dispositifs de 26381 13 commande de la machine. 5. Ensemble formant mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une mâchoire (21), entraînée parunvérin pneumatique (22), et conçue pour venir en prise avec ledit second jeu de pignons dentés (16, 17) de façon à commander leurs mouvements le long dudit second arbre cannelé (15). 6. Ensemble formant mandrin selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens qui détectent la position angulaire desdits pignons dentés sont constitués de détecteurs (23) conçus pour détecter la proximité de doigts (24) en saillie montée sur l'un des pignons, lesdits moyens de détection étant reliés à des dispositifs qui commandent l'arrêt de la machine. 7. Ensemble formant mandrin selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte un résolveur (25) relié mécaniquement auxdits pignons pour contrôler leur position angulaire exacte, ledit résolveur activant l'équipement conçu pour commander des rotations micrométriques desdits pignons pour les synchroniser.