Brevet FR2641724A1 — publié le 19900720

L'invention concerne un procédé et un dispositif de positionnement et d'immobilisation de pièces à usiner sur machines-outils ou centres d'usinage à commande numérique. Actuellement, lorsqu'il est nécessaire d'effectuer plusieurs opérations d'usinage successives sur une même piéce avec une machine-outil ou un centre d'usinage, on est, la plupart du temps, obligé de prévoir différents montages d'usinage pour le positionnement et l'immobilisation de la dite pièce. On connait déjà divers dispositifs permettant de maintenir une pièce à usiner, dans une position déterminée, sur une machine-outil, tels que ceux décrits dans les brevets suivants: - Brevet Européen n00015207, concernant un dispositif de maintien et de positionnement de pièces à usiner, comportant un mors fixe et un mors mobile coulissant sur le corps du mors fixe. - Demande de brevet international P.C.T i085/03659, ayant pour objet un appareil d'adaptation de palettes de fixation de pièces à usiner dans une machine-outil, constitué d'un lit horizontal rigide, pourvu d'une table rotative adaptée pour tourner autour d'un axe horizontal et équipée de dispositifs d'engagement et de centrages en rotation d'une palette porte-pièces. La palette peut être ainsi bloquée en n'importe quelle position autour de son axe longitudinal, sans avoir à enlever, à repositionner et à refixer la pièce à usiner. - Brevet d'invention français n 2.212.212, ayant trait à un dispositif de serrage et de positionnement d'une pièce sur une machine-outil. Ce dispositif, destiné principalement à positionner et à serrer les pièces à usiner de grandes dimensions sur les tours à plateau horizontal, comportant une bride de serrage déplacée par une vis de translation reliée à la roue dentée d'une transmission å crémaillère de commande par l'intermédiaire d'un manchon d'embrayage à griffes. Le manchon d'embrayage étant réversible et comportant des griffes, biseautées asymétriquement, assurant la rotation des éléments d'embrayage et le patinage de ceux-ci, lors de la rotation de la roue dentée dans le sens opposé au sens de rotation du manchon de l'embrayage. Tous ces dispositifs ont, en commun, de ne répondre qu'imparfaitement au but recherché; en effet, lorsqu'ils sont soumis à un effort de serrage important, il se produit des fléchissements du corps du mors fixe et certaines variations de position de la pièce sous l'effet des efforts d'usinage; d'autant que le quatrième axe des machines-outils n'est généralement pas prévu pour supporter des efforts axiaux très importants, ni pour assurer un positionnement précis, déterminé et contrôlé par la commande numérique de la machine. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à créer un dispositif indexable sur 3600, assurant le positionnement et l'immobilisation précise des pièces à usiner en utilisant le quatrième axe de la commande numérique de la machine-outil ou par un système directement intégré au dispositif. Le procédé de positionnement et d'immobilisation de pièces, selon l'invention, consiste à assurer le positionnement et l'immobilisation de la pièce par l'intermédiaire d'un quatrième axe confondu ou non avec celui de la commande numérique de la machine ou intégré au dispositif assurant le positionnement et l'immobilisation. Le dispositif de positionnement et d'immobilisation de pièces à usiner, mettant en oeuvre le procédé cidessus exposé, est constitué principalement d'une poupée mobile comportant un système de positionnement sur 3600 de la pièce, commandé et contrôlé par le quatrième axe de la machine, un frein assurant le blocage en position de la pièce et un dispositif amovible et interchangeable de préhension de la pièce, et d'une poupée fixe comportant un dispositif de serrage de la pièce par rapport à la poupée mobile, un frein assurant le blocage en position de la pièce et un dispositif interchangeable de préhension de la pièce. Les poupées fixe et mobile sont réalisées en deux parties distinctes, fixées directement sur la table de la machine ou par l'intermédiaire d'un lit horizontal, de façon que la poupée fixe soit solidarisée au lit et que la poupée mobile puisse être déplacée librement et solidarisée au lit à volonté. Les freins de blocage sont couplés pour éviter tout décalage. Le dispositif de serrage est constitué d'une ceinture métallique, normalement desserrée, dont les extrémités sont munies chacune d'une pièce en forme de demi-coin, pénétrant dans une échancrure en V aménagée à l'extrémité d'un coulisseau mû par un vérin, par l'intermédiaire d'un doigt chanfreiné pénétrant dans une mortaise oblique réalisée dans le corps du coulisseau. Le serrage de la pièce est obtenu par déplacement axial de la butée folle supportant le dispositif de préhension. Ce déplacement étant obtenu par l'intermédiaire d'un vérin dont l'extrémité libre de la tige est reliée à la butée folle, dans l'axe de celle-ci. Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ceci qu'elle permet d'usiner autant de surfaces que nécessaire sur le pourtour de la pièce, c'est à dire sur 360 dans le plan transversal, sans avoir à la démonter, avec une parfaite fiabilité, gracie à la prise en charge du mouvement de rotation par le quatrième axe de la machineoutil, d'où un gain de temps certain et une fiabilité accrue. Pour usiner les deux surfaces restantes, il suffit de démonter la pièce et de la repositionner à 900. En outre ce système, permet le rattrapage des défauts de parallélisme et une économie certaine en montage d'usinage. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront dans la description qui va suivre d'un dispositif réalisé selon l'invention donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente, une vue de face, d'une fraiseuse à commande numérique équipée d'une réalisation modulaire du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une réalisation modulaire du dispositif, vue de face. La figure 3 représente une réalisation intégrée du dispositif, vue de face. La figure 4 représente une vue de dessous de la réalisation intégrée du dispositif. La figure 5 représente, une vue de côté de la réalisation intégrée du dispositif. La figure 6 représente une vue en coupe longitudinale de ta poupée fixe du dispositif. La figure 7 représente une vue en coupe longitudinale de la poupée mobile du dispositif, en réalisation modulaire. La figure 8 représente une vue de face, partielle,du système de serrage du frein. La figure 9 représente une vue de côté, partielle, du système de serrage du frein. La figure 10 représente une vue de côté d'un mode de réalisation du dispositif amovible interchangeable de préhension. La figure 11 représente, une vue de face, d'un mode de réalisation du dispositif amovible et interchangeable de préhension. La figure 12 représente, une vue de dessus du dispositif amovible et interchangeable de préhension. La figure 13 représente, une vue de face d'un dispositif magnétique de préhension et de blocage de la pièce à usiner. La figure 14 représente une vue de côté d'un dispositif magnétique de préhension et de blocage de la pièce à usiner. Les figures 1 à 12, représentent un dispositif de positionnement et d'immobilisation de pièces à usiner selon l'invention constituée essentiellement: - D'une poupée fixe A comportant: une butée folle 10 constituée principalement d'une entretoise 11, de deux roulements å rouleaux coniques 12, montés en opposition et d'un arbre 13; un plateau 20 fixe à l'extrémité arrière de l'entretoise 11, d'une part, et d'autre part à la tige 31 du piston 32, d'un vérin 30, actionne par un distributeur 33; un mandrin 40, fixé à l'extrémité avant de l'arbre 13 de la butée folle 10; un système de freinage 50 comportant une ceinture 51, aux extrémités 511 et 512 de laquelle sont fixées des pièces en forme de demi-coin 521 et 522, pénétrant dans une échancrure trapézoidale 61 aménagée à l'extrémité d'un coulisseau 60, comportant une mortaise oblique 62 dans laquelle pénètre un doigt 71 à extrémité chanfreinée 72 constituant la tige du piston 73 d'un vérin 70. D'une poupée mobile modulaire B ou intégrée C comportant une butée tournante 80 constituée principatement d'une entretoise 81, de deux roulements à rouleaux 82, montés en opposition, et d'un arbre 83 relié, à l'arrière, au dispositif d'indexation 90 par un joint de Oldham 91, et, à l'avant à un mandrin 40, et un système de freinage 50. Le mandrin 40 et Le système de freinage 50 sont identiques à ceux équipant la poupée fixe A. Les tuyauteries rigides d'arrivée d'air comprimé 84 et 85 d'alimentation de la poupée mobile sont montées coulissantes, dans une glissière double 3 solidaire du lit 2, fixe au bâti de la machine 1. Le dispositif de préhension 100, équipant les poupées A et 8 ou C, comporte un mors 101, dont la section correspond à la demi-circonférence du dispositif et dont t'extrémité est percée de trous borgnes 102 destinés à recevoir un doigt de préhension à pointe biseautée 103. Les figures 13 et 14 représentent un mode de réalisation particulier du dispositif de préhension et d'immobilisation, constitué de deux vérins-supports 200, dont l'extrémité de la tige 201 est munie d'une pièce de positionnement 202 comportant des mors magnétiques 203. La figure 15 représente un organigramme de fonctionnement des fonctions M du dispositif. En examinant maintenant plus en détail les figures 1 à 12 et 15 on remarque que, après positionnement de la pièce 4, il suffit d'actionner le distributeur 33 équipant la poupée fixe A pour obtenir le déplacement, vers la droite, du piston 32 du vérin 30 sous l'action de la pression d'air comprimé et, par conséquent, le serrage longitudinal de la pièce entre les mandrins 40 par l'intermédiaire des dispositifs de préhension 100. Les butées folle 10 et tournante 80 sont conçues pour supporter des efforts axiaux importants. Le positionnement angulaire de la pièce 4 est ensuite effectué par le dispositif d'indexation 90 du quatrième axe de la machine, par l'intermédiaire du joint de Oldham 91, dans le mode de réalisation modulaire, représenté à la figure 2 ou, par un dispositif d'indexation intégré dans le mode de réalisation représenté à la figure 3. Le positionnement angulaire de la pièce est obtenu de façon très précise par le calculateur de la commande numérique de la machine-outil. Dès que la pièce est, ainsi, correctement positionnée, le frein est actionné directement à partir du programme inserre dans la machine et, ceci, par l'adjonction d'une simple fonction M sur cette dernière, comme le montre l'organigramme représenté à la figure 15. Le serrage du frein 51 est obtenu par rapprochement de ses extrémités 511 et 512, entre lesquelles est ménagé un jeu J, par l'intermédiaire des pièces en forme de demi-coin 521 et 522, dont le rapprochement est obtenu par remontée du coulisseau 60 sous l'action de la pénétration de l'extrémité chanfreinée 72, du doigt 71 constituant la tige du piston 73 sur lequel est appliquée la pression d'air comprimé. L'opération d'usinage correspondant à la position donnée à la pièce peut alors être effectuée. On comprend que l'opération suivante puisse être déclenchée automatiquement après déblocage en rotation de la pièce 5 et nouvel indexage et ainsi de suite. Une fois le travail accompli, l'opérateur peut retirer la pièce en actionnant le dispositif de desserrage longitudinal. En se reportant à l'organigramme, on remarque que le serrage du frein se fait lorsque L'ordre M 25 apparait dans le programme, le desserrage correspondant à l'ordre M 26. Ceci ne nécessite, sur la machine-outil ou le centre d'usinage, que l'adjonction d'un distributeur pneumatique commandé par la fonction M du programme. Le dispositif de préhension, ci-dessus décrit, est destiné principalement à l'usinage des moules de verreries. Cependant, il est possible de lui substituer d'autres moyens, tels que des mors doux permettant d'éviter le marquage des pièces. Revendications 1. Procédé de positionnement et d'immobilisation de pièces à usiner sur machines-outils ou centres d'usinage à commande numérique caractérisé en ce qu'il consiste à assurer le positionnement et l'immobilisation de la pièce par l'intermédiaire d'un quatrième axe. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le quatrième axe est confondu avec celui de la machine (1). 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le quatrième axe est intégré au dispositif assurant le positionnement et l'immobilisation de la pièce. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications ci-dessus caractérisé en ce que le positionnement et l'immobilisation de la pièce sont commandés par la commande numérique de la machine (fonction M). 5. Dispositif de positionnement et d'immobilisation de pièces à usiner sur machines-outilS; ou centre d'usinage à commande numérique, caractérisé en ce qu'il est constitué principalement d'une poupée mobile (B) comportant un système (90) de positionnement angulaire de la pièce (4) sur 3600, commandé et contrôlé par te quatrième axe de la machine, un frein (50) assurant le blocage en position de la pièce (4) et un dispositif amovible et interchangeable de préhension de la pièce (4) et d'une poupée fixe (A) comportant un dispositif de serrage longitudinal de la pièce par rapport a la poupée mobile (B), un frein assurant le blocage en position de la pièce et un dispositif interchangeable de préhension de la pièce. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les poupées (A,8) sont réalisées en deux parties distinctes fixées directement sur la table de la machine. 7. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les poupées sont montées sur un lit horizontal de façon que l'une (A) soit solidarisée à ce lit (2) et dont l'autre (B) puisse se déplacer librement et être solidarisée à volonté par rapport au lit (2) 8. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les freins de blocage sont couplés. 9. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif de freinage (50) est constitué d'une ceinture métallique (51) normalement desserrée, dont les extrêmes (511, 512) sont munies chacune d'une pièce en forme de demi-coin (521, 522), pénétrant dans une échancrure trapézoidale (61) aménagée à l'extrémité d'un coulisseau (60) mû par un vérin (70). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que te vérin (70) actionne le coulisseau (60) par l'intermédiaire d'un doigt chanfreiné (72) pénétrant dans une mortaise oblique (62) réalisée dans le corps du coulisseau (60). 11. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le serrage de la pièce (5) est obtenu par déplacement axial de la butée folle (10) supportant le dispositif de préhension de pièce (100) correspondant. 12. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que le déplacement axial de la butée folle (10) est obtenu par l'intermédiaire d'un vérin (30) dont l'extrémité libre de la tige (31) est reliée à la butée folle (10) dans l'axe de celle-ci. 13. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif de préhension de la pièce (4) comporte un mors (101) correspondant à la demicirconférence du dispositif, dont l'extrémité est percée de trous borgnes (102) destines à recevoir un doigt de préhension à pointe biseautée (103). 14. Dispositif de préhension selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif de préhension de la pièce (4) est constitué de deux vérins-supports (200) dont l'extrémité de la tige (201) est munie d'une pièce de positionnement (202) munie de mors magnétiques (203).