Brevet FR2661855A1 — publié le 19911115

La présente invention concerne un dispositif pour le changement automatique d'outils dans un magasin d'outils, lequel a été spécialement conçu pour obtenir une série d'avantages par rapport à ceux utilisés actuellement dans un but analogue. Il existe actuellement des magasins d'outils comprenant une structure mobile dans laquelle sont disposés les outils qui vont être utilisés lors d'une opération d'usinage au moyen de la machine-outil correspondante. Ces magasins comportent également des mécanismes permettant de saisir les différents outils de façon automatique et de les placer sur la tête porte-outils de la machine. Généralement, ces mécanismes ou dispositifs sont de type hydraulique. Au moyen de divers entraine- ments hydrauliques, l'outil du magasin est saisi et échangé contre celui placé sur la tête porte-outils. Bien qu'il existe également des dispositifs de type pneumatique permettant d'obtenir des résultats relativement fiables, dans tous les cas l'utilisation de mécanismes ou de composants additionnels est rendue nécessaire pour permettre de confirmer la position du bras chargé d'effectuer le changement pendant l'opération. L'invention a pour but de fournir un mécanisme permettant l'exécution du changement automatique dans un magasin d'outils, sans qu'il soit nécessaire de confirmer la position du bras qui effectue le remplacement. L'invention a pour objet un dispositif de type mécanique, parfaitement synchronisé, au moyen de cames et de galets de guidage. Le mécanisme permet l'échange pour des machines du type vertical et horizontal. Le magasin d'outils comprend un disque ou channe pouvant tourner pas à pas, qui est pourvu, sur sa circonférence, d'une pluralité de supports cylindriques, dans chacun desquels se trouve disposé l'outil destiné à etre utilisé lors de l'usinage de la pièce solidaire de la machine-outil correspondante. Les supports porteurs de l'outil ont leurs axes horizontaux, c' est-à-dire perpendiculaires à la -surface du disque porteur, mais peuvent pivoter de 90 degrés pour que leurs axes soient en position radiale, ce qui est obtenu au moyen d'un vérin. L'outil du magasin qui a été sélectionné pour être placé sur la tête porte-outils de la machine-outil est tout d'abord positionné verticalement au moyen dudit vérin, apres quoi un bras agit sur l'outil en assurant deux mouvements : l'un giratoire autour de son point central, et l'autre de déplacement axial ascendant ou descendant. Au moyen de ce bras, l'outil placé sur le support cylindrique du disque ou de la chaîne est prélevé et transféré jusqu'à la tête porte-outils de la machine-outil où l'échange correspondant a lieu. Cela est obtenu par rotation de 180 degrés de l'axe vertical porteur du bras, une fois que ce dernier a été déplacé axialement pour provoquer l'extraction des outils échangés, ainsi que nous l'expliquerons de façon plus détaillée en faisant référence aux figures. Le déplacement angulaire pour l'avancement d'une position du disque ou de la chaine qui porte les outils, dans le magasin, s'effectue au moyen d'une came giratoire qui est pourvue d'un canal sur son contour dans lequel est reçu. l'un des galets de guidage disposé sur la face postérieure du disque ou de la channe précités, permettant ainsi une avance angulaire exacte et stre dans les deux sens, tel que nous l'expliquerons par la suite. De manière analogue, le bras agissant sur les outils réalise son déplacement axial de montée et de descente et le déplacement angulaire rendant possible l'échange d'outils, au moyen de cames respectivesmunies de canaux sur leur contour dans lesquels agissent les galets de guidage respectifs. Ces cames ont des mouvements synchronisés au moyen de pignons coniques. Le pivotement du bras s'obtient directement avec l'une des cames, tandis que son déplacement axial est assuré au moyen d'un levier dont une extrémité est montée basculante sur un point fixe du châssis. Un point intermédiaire de ce levier comporte un galet de guidage logé dans la deuxième came, et son extrémité libre comprend un autre galet de guidage qui est logé dans une collerette de l'axe porteur du bras, pour assurer son mouvement de montée et de descente. Un exemple de réalisation de l'invention va être déc#rit plus en détail ci-dessous, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la Figure 1 est une vue partielle en élévation frontale d'un dispositif selon l'invention pour remplacement automatique d'outils dans un magasin d'outils ; - la Figure 2 est une vue en plan de ce que montre la figure 1 - la Figure 3 est une vue en élévation latérale de ce que montre la figure 1, comprenant le vérin de basculement du support cylindrique de l'outil qui occupe la position la plus basse parmi ceux disposés dans le disque porte-outils du magasin ;; - la Figure 4 est une vue en élévation du module contenant les dispositifs de montée, de descente et de rotation du bras agissant sur les outils - la Figure 5 est une vue schématique en plan, sur laquelle on peut observer la position relative des axes porteurs des cames, ainsi que du bras porte-outils montrés à la figure 4 ; - la Figure 6 est une vue en plan, semblable à celle de la figure 5, permettant d'observer la zone d'action de la came qui provoque le déplacement de montée et de descente de l'axe porteur du bras, par l'intermédiaire du levier basculant - la Figure 7 est une vue en élévation du levier basculant qui est montré à la figure 6 - la Figure 8 est une vue partielle du bras porte-outils - la Figure 9 montre schématiquement les différentes positions adoptées par le bras porte-outils pendant un cycle de travail. En se référant à la numération indiquée dans les figures, nous pouvons constater comment les éléments suivants interviennent dans le dispositif selon l'invention pour remplacement automatique d'outils dans un magasin d'outils : le magasin d'outils proprement dit qui est montré à la figure 1 et qui est référencé de façon générale par le numéro 1 ; le dispositif pour obtenir l'avancement pas à pas du disque porte-outils incorporé dans le magasin, ce dispositif d'avancement angulaire étant référencé par le numéro 2 ; le vérin 3 (voir figure 3) au moyen duquel on obtient le changement de position horizontale de l'outil sélectionné dans le disque du magasin, afin qu'il adopte une position verticale permettant l'intervention du bras pivotant 4 avec lequel on obtient l'échange de l'outil sélectionné, ce bras étant visible sur les figures 4 et 8 ; et finalement le module référencé de façon générale par le numéro 5, où sont compris les cames et autres méca nismes mobiles à même de produire les mouVements#du bras porte-outils, c'est-à-dire sa'descente, sa montée et sa rotation, ainsi que nous l'expliquerons ci-après en nous référant à la figure 9. Les figures 1 à 3 permettent de voir le disque 6 du magasin d'outils 1, lequel comporte sur sa circonférence plusieurs supports cylindriques 7, répartis uniformément dans le sens angulaire et à égale distance radiale de son centre, par lequel passe l'axe de rotation 8. Chacun de ces supports cylindriques 7 contient l'un des outils destiné à intervenir pendant l'usinage de la pièce placée dans la machine-outil. Comme on peut l'observer plus clairement sur la figure 3, chacun des supports cylindriques 7 peut basculer autour du goujon 9 pour occuper la position montrée en pointillé sur la même figure, mouvement qui s'effectue au moyen du vérin 3 précédemment commenté. Comme indiqué plus haut, le disque 6 avance angulair#ement de telle sorte qu'à chaque pas il présente un support cylindrique 7 dans la zone inférieure, tel que le montre la figure 1. Ce mouvement est obtenu à l'aide de la came 10, pourvue de canaux périphériques en sa surface latérale, où se logent pour y sistre guidés les galets de guidage 11 dispo#sés sur la face postérieure du disque porte-outils 6. Comme indiqué précédemment, l'outil se trouvant situé sur le support cylindrique 7 du disque 6 du magasin et occupant la position la plus basse doit être saisi par un bras pivotant pour être placé sur la tête porte-outils de la machine-outil Ce bras est clairement montré, isolé, à la figure 8, et monté sur son axe porteur 12 dont il est solidaire, à la figure 4. Nous allons expliquer ci-après comment s'effectuent les mouvements de pivotement du bras 4, ainsi que ses mouvements ascendants et descendants par déplacement axial de l'axe vertical 12, à l'extrémité duquel le bras est solidaire (voir figure 4), car. pour exécuter l'échange des outils il faut que le bras 4 réalise ces mouvements-là en séquence et avec des valeurs déterminées, ainsi que nous l'expliquerons ultérieurement au regard de la figure 9 qui montre les phases opératives successives d'un cycle de travail. Le moteur électrique 13 (figure 4) fournit le mouvement de rotation de l'axe 14, et par l'intermédiaire du groupe de pignons coniques défini par les pignons 15 et 16 nous obtenons le mouvement de rotation de la came 17, fixée au pignon conique 16 au moyen des vis 18, l'ensemble complet pivotant autour du boulon 19 dont l'axe géométrique 20 est horizontal (voir figure 5). La figure 4 permet de voir également l'axe géométrique 20, perpendiculaire à l'axe géométrique 21 de l'axe ou arbre 14. Cette même figure 4 montre l'arbre 14 dans une position plus éloignée de l'axe vertical 12 porteur du bras 4 , ceci afin de permettre d'observer plus clairement les éléments qui vont ensemble, bien que la véritable position des deux axes à l'intérieur du module 5 soit montrée sur les figures 5 et- 6. La came 17 présente sur sa surface latérale des canaux ou chemins qui reçoivent des galets de guidage 22, lesquels sont disposés autour de l'axe vertical 12, de telle manière qu'ils peuvent pivoter respectivement autour de leurs axes orientés en position radiale par rapport audit axe 12, permettant ainsi d'obtenir que la rotation de la came 17 provoque également celle de l'axe vertical 12 et, par con séquent, celle du bras 4. Sur la figure 5, on peut voir les axes géométriques 23 autour desquels pivotent les galets de guidage 22. Le déplacement axial de l'axe vertical 12, pour obtenir la montée et la descente du bras 4, s'effectue de la manière suivante. En plus du pignon conique 15, qui lui est solidaire, l'arbre vertical 14 a une came 24 fixée sur lui (voir figures 4 et 6) dont le contour latéral est muni d'un canal 25 dans lequel est reçu le galet de guidage 26 relié au levier 27, tel que le montre clairement la figure 6. Le levier 27 est monté basculant, à l'une de ses extrémités, autour d'un axe fixe 28 et comporte aussi à son extrémité libre un petit galet 29 qui est logé à son tour dans une gorge annulaire 30 de l'axe vertical 12 porteur du bras 4. Par cette configuration, la rotation de la came 24 se traduit par un déplacement angulaire du levier 27 et, en définitive, par la montée ou la descente de l'axe 12. Nous voyons donc qu'au moyen des cames 17 et 24, on obtient respectivement la rotation et le déplacement axial de l'axe vertical 12 et, par voie de conséquence, les mouvements souhaités du bras 4 porte-outils. Ainsi que le montre la figure 8, le bras 4 comprend des mécanismes de rétention destinés à l'outil qui doit venir se loger dans une échancrure semi-circulaire 31 de l'une de ses extrémités. Cette rétention s'effectue au moyen d'un dispositif référencé de façon générale par le numéro 32, assisté d'un ressort 33. L'autre extrémité du bras 4 a son échancrure semi-circulaire correspondante ménagée du coté opposé, comme on le voit clairement sur les dessins schématiques de la figure 9. Le fonctionnement automatique du bras 4, en vue d'effectuer l'échange d'outils, se fait de la manière décrite ci-après, une fois que le vérin 3 a agi de sorte que le support cylindrique 7 porteur de l'outil que l'on désire échanger passe de la position montrée sur la figure 3 par des traits continus, à la position représentée en pointillés sur cette même figure, c 'est-à-dire une fois que l'outil, s'est mis en position verticale. Il en est ainsi, étant donné que le bras 4 pivote dans un plan horizontal. En position de repos, le bras 4 se trouve dans une certaine position angulaire pour ne pas interférer avec les différents mécanismes de la machine-outil, autrement dit, il adopte la position Il I# désignée sur la figure 9 par la lettre a Lorsqu'il devient nécessaire de procéder au remplacement de l'outil, le bras 4 pivote tout d'abord comme il est indiqué dans la position "b", afin de rapprocher les échancrures semi-circulaires 31 se trouvant à ses extrémités, jusqu'à ce qu'elles accrochent les outils respectifs du magasin et de la tête porte-outils de la machine-outil. Ce mouvement de rotation est de 45 degrés environ. Immédiatement après, se produit la descente de l'axe 12 et, par conséquent, celle du bras 4, pour procéder à l'extraction desdits outils, suivi d'un pivotement de 180 degrés pour échanger lesdits outils. Sur le schéma de la figure 9, nous pouvons voir comment, à partir d'une position repérée par "b", on passe à la position repérée par 'Xc" sans aucune rotation du bras 4, mais uniquement en le faisant descendre, ainsi qu'on peut le voir schématiquement en constatant le décalage des axes des diagram mes respectifs. Dans la position "d",- le bras 4 a déjà pivoté de 180 degrés. Par la suite, une fois l'échange d'outils accompli, la montée de-l'axe 12 a lieu pour fixer correctement les outils, tel que le montre la position "e". Dès que les outils sont retenus dans leurs nouveaux emplacements, le bras 4 reprend la position angulaire initiale, pour ne pas interférer pendant ltoperation d'usinage, en faisant pour cela un tour de 45 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ainsi que le montre schématiquement la position "f" de cette figure 9. Comme nous le signalions au début de ce mémoire descriptif, le dispositif pour remplacement automatique d'outils est applicable par analogie à des machines de type horizontal dans lesquelles, naturellenent, le disque ou la channe du magasin d'outils occupe une position horizontale. REYENDICATIONS 1. Dispositif pour le remplacement automatique d'outils dans un magasin d'outils ce dernier étant du type comportant une structure dans laquelle sont placés les outils destinés à être utilisés, dans une machine-outil correspondante, lors d'une opération d'usinage, les outils étant automatiquement placés sur la tête porte-outils de la machine, carac térisé en ce qu'il comprend une came (10) munie de canaux sur son contour dans lesquels -viennent se loger successivement des galets de guidage (11) disposes sur la face postérieure d'un disque (6), la came permettant de provoquer des mouvements de rotation, d'une valeur déterminée dudit disque (6) qui porte des outils, ceux-ci étant disposés sur sa circonférence dans des supports cylindriques (7) respectifs, lesdits supports cylindriques (7) étant basculants, pour pouvoir passer d'une position horizontale ou axiale par rapport au disque (6) à une autre position verticale ou radiale par rapport au disque, ceci étant obtenu par l'action d'un vérin vertical (3) agissant uniquement sur le support cylindrique (7) qui occupe la postion la plus basse du disque (6). 2. Dispositif pour le remplacement automatique d'outils dans un magasin d'outils selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil du support cylindrique (7) inférieur est transporté jusqu'à la tête porte-outils de la machine-outil, pour procéder à l'échange correspondant, au moyen d'un bras (4) pivotant autour de son point central où il est solidaire de l'extrémité d'un axe vertical (12), ce dernier pouvant se déplacer axialement. 3. Dispositif pour le remplacement auto matique d'outils dans un magasin d'outils, selon l'une quelconque des revendications précédente-s, caractérisé en ce que ledit bras (4) a une position angulaire normale au repos qui n'interfère pas avec le restant des éléments mobiles du dispositif, et en ce qu'une première came (17), actionnée par une transmission à pignons coniques (1516), comporte sur son contour des canaux dans lesquels sont reçus des galets de guidage (22) solidaires de l'axe vertical (12), à l'extrémité inférieure duquel, le bras (4) est fixé, afin de provoquer la rotation de ce dernier de 45 degrés pour saisir les outils qui doivent être échangés. 4. Dispositif pour le remplacement automa- tique d'outils dans un magasin d'outils, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une deuxième came (24), synchronisée avec la première came (17), est fixée sur un axe (14) qui est orthogonal à l'axe de la première came et comporte un chemin ou canal sur son contour, dans lequel est guidé un galet de guidage (26) fixé à un point proche du centre d'un levier (27) monté basculant, à une de ses extrémités sur un axe fixe (28) du chtssis, tandis que son extrémité libre est munie d'un autre galet (29) qui est logé dans une gorge annulaire (30) de l'axe de pivotement (12) du bras (4), pour provoquer le déplacement axial de ce dernier. 5. Dispositif pour le remplacement automatique d'outils dans un magasin d'outils, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce qu'après la rotation initiale de 45 degrés, le bras (4) descend avec l'axe (12) et ce dernier tourne ensuite de 180 degrés, pour que l'outil soit échangé, après quoi le bras porte-outil (4) remonte et effectue une dernière rotation de 45 degrés dans le sens contraire pour retrouver la position initiale et achever le cycle.