Brevet FR2681275A3 — publié le 19930319

FR 2681275 A3 19930319 FR 9111379 A 19910916 APPAREIL DE CHANGEMENT D'OUTIL DE COUPE INCORPORE DANS UNE MACHINE Cette invention se rapporte à un appareil de changement d'outil de coupe, plus particulièrement à un appareil de changement d'outil de coupe commandé par ordinateur incorporé dans une machine et dans lequel un mécanisme à cames est utilisé pour réaliser l'objectif de changement d'outil de coupe. Un appareil de changement d'outil de coupe commandé par ordinateur classique destiné à être incorporé dans une machine comprend un dispositif d'entraînement pour faire tourner un mécanisme à cames monté de manière rigide sur un arbre menant pour entraîner en rotation par ce moyen un arbre mené relié audit mécanisme à cames par une barre de liaison Une extrémité de l'arbre mené porte un bras pour changer un outil Afin que l'arbre mené soit entraîné en rotation et simultanément déplacé dans le sens axial, une pluralité de mécanismes à cames et des mécanismes d'entraînement sont utilisés, en augmentant ainsi le coût de fabrication et en faisant en sorte que ledit appareil de changement d'outil soit plus compliqué. En outre lorsque ledit mécanisme à cames a besoin d'être usiné dans une machine d'électro-érosion, il n'est pas facile de démonter ledit mécanisme à cames de l'arbre menant sur lequel il est monté. Par conséquent, c'est un objectif principal de la présente invention que de créer un appareil de changement d'outil de coupe destiné à être utilisé en liaison avec une machine et qui a une structure simplifiée. Un autre objectif de la présente invention est de créer un appareil de changement d'outil de coupe qui utilise une came unique avec deux rainures en creux différentes formées sur celle-ci dans lesquelles deux suiveurs de came sont disposés Le déplacement de ces suiveurs de came dans les rainures en creux peut obliger un arbre mené à tourner et par conséquent à réaliser un changement d'outil. Par conséquent, un appareil de changement d'outil de coupe de la présente invention comprend un bâti support dans lequel sont montés, respectivement, un arbre menant et un arbre mené situés au-dessus dudit'arbre menant et parallèlement à celui-ci Un mécanisme à cames qui comprend un galet cylindrique et une plaque est monté de manière rigide sur l'arbre menant Le galet cylindrique comporte une première extrémité et une seconde extrémité fixée à un premier côté de la came plaque L'arbre mené comprend un premier arbre creux dont l'une des extrémités s'étend vers l'extérieur à partir du bâti support sur lequel un bras avec un élément de saisie à ses deux extrémités libres, est monté de manière centrale et un arbre intérieur Une seconde extrémité de l'arbre creux est emmanchée de manière à pouvoir coulisser sur l'arbre intérieur Un moyen d'accouplement disposé entre le premier arbre creux et l'arbre intérieur permet audit premier arbre creux de tourner avec l'arbre intérieur et il permet simultanément au premier arbre creux de coulisser sur celui-ci Un galet de guidage est fixé à l'arbre creux dans le bâti support au voisinage de la seconde extrémité de l'arbre creux Une roue dentée est fixée à l'arbre intérieur à distance du galet de guidage Une rainure de came en creux sans fin est formée sur la surface extérieure du galet cylindrique et une rainure de came en creux, s'étendant à partir d'un point proche du centre de rotation de la plaque, est formée sur le second côté de la plaque Une barre de liaison comporte une extrémité montée à pivot sur la base du bâti support et l'autre extrémité pouvant se déplacer reliée au galet de guidage du premier arbre creux et une partie médiane formée entre les deux extrémités La partie médiane de la barre de liaison possède un premier suiveur de came, qui est logé de manière à pouvoir se déplacer dans la rainure de came en creux sans fin du galet cylindrique Un chemin de guidage est disposé dans le bâti support Une crémaillère dentée ayant l'une de ses extrémités en prise avec la roue dentée de l'arbre intérieur de l'arbre mené, est montée de manière coulissante dans le chemin de guidage L'autre extrémité de la crémaillère possède un second suiveur de came qui est reçu de manière mobile dans la rainure de came en creux de la plaque Lorsque l'arbre menant est entraîné en rotation, le galet cylindrique et la plaque tournent en déplaçant par ce moyen les premier et second suiveurs de came respectivement dans la rainure de came en creux sans fin et dans la rainure de came en creux Le déplacement du second suiveur de came déplace la crémaillère vers le haut et vers le bas dans le chemin de guidage, par conséquent l'arbre intérieur tourne Le déplacement du premier suiveur de came oblige la barre de liaison à pivoter autour du point pivot, et par conséquent à faire coulisser le premier arbre creux coulissant sur l'arbre intérieur De manière correspondante, le bras tourne sur l'arbre intérieur Un dispositif de détection disposé dans le cadre support peut commander automatiquement le déplacement axial de la l'arbre creux et le dispositif d'entraînement. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un appareil de changement d'outil de coupe de la présente invention; la figure 2 est une autre vue généralede l'appareil de changement d'outil de la figure 1 le long de la ligne A-A'; la figure 3 est une vue en coupe transversale de l'appareil de changement d'outil de la figure 2, vue le long de la ligne B-B'; la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'appareil de changement d'outil de la figure 2, vue selon la ligne C-C'; la figure 5 est une vue de la came cylindrique du mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 6 est une vue de la came plaque du mode de réalisation préféré de la présente invention montrée après rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre; la figure 7 est une vue de la came plaque du mode de réalisation préféré de la présente invention montrée après rotation dans le sens des aiguilles d'une montre; et la figure 8 est un graphique représentant la rotation de la came cylindrique et de la came plaque par rapport au déplacement axial de l'arbre mené sur lequel le bras de changement d'outil de la présente invention est monté. En se référant aux figures 1 et 2, l'appareil de changement d'outil de coupe de la présente invention comprend un bâti support 10, un bras 20 pour changer les outils, un mécanisme à cames 30, un-système de barre de liaison 40, une crémaillère dentée 50 et un dispositif de détection 60 (cf aussi les figures 3 et 5). Le bâti support 10 est monté dans une machine 11 entre un poste de stockage d'outils 12 et un carter 13 comme tout autre appareil de changement d'outil commandé par ordinateur classique Le bâti support 10 comprend un sommet, une base, une paroi avant et une paroi arrière. Un arbre mené est monté à tourillons dans le bâti support 10 au voisinage de son sommet L'arbre mené comprend un arbre creux 22 ayant une première extrémité s'étendant vers l'extérieur à partir du bâti support, et une seconde extrémité emmanchée sur un arbre intérieur Un dispositif d'accouplement, comme un système à cannelures 26, est prévu entre l'arbre creux 22 et l'arbre intérieur 25 par une technique connue de sorte que l'arbre intérieur puisse tourner avec l'arbre creux et qu'il permette en même temps audit arbre creux de coulisser à l'intérieur. Un bras 20 avec des éléments de saisie 211, 212 respectivement à ses deux extrémités libres, est fixé de manière centrale à la première extrémité de l'arbre creux 22 Un galet de guidage 24 est solidement fixé sur - l'arbre creux 22 au voisinage de la seconde extrémité de celui-ci Le galet de guidage 24 comporte, formé sur lui, un évidement circonférentiel 241 Une roue dentée 27 est montée de manière rigide sur l'arbre intérieur 25 à distance du galet de guidage 24. Un arbre menant 31 sur lequel un mécanisme à cames est monté, est monté à tourillons dans le bâti support 10 au-dessous de l'arbre mené Un dispositif d'entraînement 36, habituellement un moteur, comporte un ensemble embrayage 37 et un arbre 361 relié à l'arbre menant pour entraîner celui-ci Le mécanisme à cames 30 comprend un galet cylindrique 32 et une plaque 33 Le galet cylindrique 32 possède une première extrémité et une seconde extrémité fixée de manière démontable au premier côté de la plaque 33 Une rainure de came en creux sans fin 34 est formée autour de la surface extérieure du galet cylindrique 32 et comprend une première et une seconde rainures de came en creux circonférentielles 341 respectivement formées au voisinage de la première et de la seconde extrémité du galet cylindrique et deux rainures de came de transition graduellement incurvées 343 formées entre les première et seconde rainures de came en creux circonférentielles 341. En se référant à la figure 3, le second côté de la plaque 33 porte, formée sur lui, une rainure de came en creux 331 qui comprend un point de départ formé au voisinage du centre "O" de rotation de la plaque 33 et un point d'arrivée. En se référant aux figures 2 et 4, une barre de liaison 41 a l'une de ses extrémités 411 reliée de manière pivotante à la base du bâti support 10 L'autre extrémité de la barre de liaison 41 est bifurquée de manière à constituer une extrémité en forme de fourche 44 avec deux galets 43, 45 s'étendant vers l'intérieur de la fourche Lorsque l'extrémité fourchue 44 est reliée au galet de guidage 24 de l'arbre creux 22, les deux galets s'étendent à l'intérieur de l'évidement circonférentiel 241 du galet de guidage 24 en mettant en prise par ce moyen la barre de liaison 41 avec l'arbre creux 22 La partie médiane de la barre de liaison 41 porte un premier suiveur de came 42 qui est logé de manière mobile dans la rainure de came en creux sans fin 34 du galet cylindrique 32. Une paire de nervures espacées 511 définissant un chemin de guidage 51 entre elles, est fixée verticalement à la paroi arrière du bâti support 10 Une crémaillère 53 ayant un côté denté en prise avec la roue dentée 27 de l'arbre intérieur et une pièce rapportée 52 dépassant perpendiculairement de l'autre côté qui s'étend à l'intérieur du chemin de guidage 51, est disposée dans le bâti support 10 L'autre extrémité de la crémaillère 53 porte un second suiveur de came 54 qui est logé de manière mobile dans la rainure en creux 331 de la plaque 33 Grâce à la pièce apportée 52, la crémaillère 53 peut se mouvoir vers le haut et vers le bas dans le bâti support 10. Dans cet état, le centre de rotation "O" de la plaque 33 est situé au-dessous et aligné verticalement avec la crémaillère dentée 53, et le point de départ se situe au-dessus du centre de rotation "O" de la plaque et le point d'arrivée est sensiblement aligné avec le point de départ et le centre de rotation "on et au-dessus d'eux La rainure de came en rr-eux 331 de la plaque comprend une première partie d'une première longueur prédéterminée augmentant en diamètre par rapport au point central de la plaque, en commençant à partir du point de départ jusqu'à un premier point dans la rainure de came en creux 331, et une seconde partie qui a une seconde longueur prédéterminée avec un diamètre constant commençant à partir du premier point jusqu'à un second point et une troisième partie qui a une troisième longueur prédéterminée décroissante en diamètre par rapport au point central de la plaque commençant à partir du second point jusqu'au point d'arrivée. Il est important d'observer ici que lorsque l'arbre menant 31 est entraîné en rotation, le second suiveur de came 54 circule dans la rainure de came en creux 31 à partir du point de départ jusqu'au point d'arrivée. Lorsque le second suiveur de came 54 atteint le point d'arrivée, l'arbre menant 31 a tourné de 360 degrés à partir de sa position initiale, temps pendant lequel la crémaillère dentée 53 a circulé jusqu'à la position la plus élevée dans le chemin de guidage 51. Une unité de commande informatisée 60 est disposée dans le bâti support 10, elle comprend un premier dispositif de détection 61 qui peut détecter le galet de guidage 24 lorsqu'il est déplacé axialement jusqu'à une position extrême à partir de sa position d'origine et un second dispositif de détection 62 qui peut détecter la crémaillère 53 lorsqu'elle a gagné le point le plus élevé dans le chemin de guidage 51 puis qui peut automatiquement donner des instructions au moyen d'entraînement 36 pour s'arrêter et changer son sens de rotation. La figure 1 montre l'appareil de changement d'outil de coupe de la présente invention après assemblage Dans un tel état, les deux éléments de saisie 212, 211 du bras sont dans une position inclinée par rapport au poste de stockage d'outils 14 et au porte-outil 15 de la machine 11 Il est important de noter que l'extraction de l'outil du porte-outil 15, la prise d'un nouvel outil au poste de stockage d'outils 14 et le remplacement de l'outil usagé sont des opérations qui sont toutes exécutées simultanément pendant que l'arbre menant 31 tourne dans un premier sens Lorsque l'arbre menant 31 est entraîné en rotation dans un second sens contraire du premier sens, l'échange a également lieu Le sens de la rotation de l'arbre menant est commandé par l'unité de commande informatisée. Lorsque l'arbre menant 31 est entraîné de manière à tourner autour de son propre axe par le moyen d'entraînement 36, les premier et second suiveurs de came 42, 54 circulent, respectivement, dans la rainure de came en creux sans fin 34 du galet cylindrique 32 et dans la rainure de came en creux 331 de la plaque 33 Le mouvement du premier suiveur de came oblige la barre de liaison 41 à pivoter autour du point pivot 411, en déplaçant par conséquent le galet de guidage 24 et, d'une manière correspondante, l'arbre creux 22 coulisse vers l'extérieur et par la suite se rétracte en retour dans le bâti support 10 Le déplacement du second suiveur de came 54 oblige la crémaillère 53 à coulisser vers le haut et vers le bas dans le chemin de guidage 51 en faisant tourner par conséquent l'arbre intérieur 25 et l'arbre creux 22 Ainsi, le bras 20 s'étend en tournant vers l'extérieur et se rétracte en retour vers sa position d'origine Le changement de l'outil est réalisé pendant l'extension et la rétraction du bras de changement d'outil 20. Pour une plus grande clarté du fonctionnement de l'appareil de changement d'outil, un graphique à la figure 8 représente le déplacement de la crémaillère 53 et le déplacement axial du bras de changement d'outil 20. Après assemblage, le premier suiveur de came 42 est en un point intermédiaire entre la première et la seconde partie de rainure de came en creux circonférentielle 341. Le second suiveur de came 54 est au point de départ proche du centre de rotation "O" de la plaque 33 Lorsque l'arbre menant 31 est entraîné de manière à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre d'environ 30 degrés, le premier suiveur de came se déplace à partir du point A jusqu'au point C dans la rainure de came en creux circonférentielle 341, par conséquent il n'y a aucun déplacement du bras de changement d'outil 20 Cependant, le déplacement de la crémaillère 53 provoqué par le second suiveur de came 54 fait tourner le bras de changement d'outil 20 pour qu'il soit dans une position alignée prêt à saisir l'outil de la machine et un nouvel outil au poste de stockage Les premier et second suiveurs de came se déplacent au-delà à partir de C jusqu'au point D, le bras de changement d'outil en tournant s'étend vers l'extérieur hors du bâti support , en extrayant l'outil et le nouvel outil respectivement de la machine et du poste de stockage, temps pendant lequel l'arbre menant 31 a tourné d'environ degrés Les déplacements des premier et second suiveurs de came à partir des points D-E-F-G-H rétractent le bras de changement d'outil 20 en retour en direction du bâti support 10 pendant que le changement de l'ancien et du nouvel outil est réalisé,temps pendant lequel l'arbre menant 31 est entraîné en rotation sur environ 270 degrés Les déplacements ultérieurs des premier et second suiveurs de came 42, 54 dans la rainure de came en creux sans fin 34 et dans la rainure de came en creux 331 amènent ledit bras de changement d'outil 20 en retour à sa position d'origine Pendant lequel temps, le premier suiveur de came 42 se déplace dans la rainure de came en creux circonférentielle 341 de la rainure de came en creux sans fin ce qui ne provoque de manière correspondante aucun déplacement axial de l'arbre creux sur l'arbre intérieur, le déplacement du second suiveur de came 54 dans la seconde partie de la rainure de came en creux 331 pousse le bras de changement d'outil 20 en retour vers sa position initiale, dans le même temps l'arbre menant 31 est entraîné en rotation sur 360 degrés, à laquelle position initiale, le bras de changement d'outil est incliné d'environ 30 degrés par rapport à une ligne virtuelle tracée transversalement au sens du bras de changement d'outil 20 parallèlement à la base du bâti support 10. Lors de la détection de la fin de l'opération de changement d'outil, l'unité de commande informatisée donne l'ordre au dispositif d'entraînement 36 de s'arrêter A ce moment, le second suiveur de came 54 est au point d'arrivée dans la seconde partie de la rainure de came en creux 331 de la plaque 33, comme cela est montré à la figure 7. L'unité de commande informatisée 60 peut mettre en oeuvre automatiquement le dispositif d'entraînement 36 pour faire tourner l'arbre menant 31 dans le sens des aiguilles d'une montre, pendant lequel temps une opération de changement d'outil a lieu une seconde fois de la manière qui a déjà été indiquée dans l'explication ci-dessus. il REVENDICATIONS 1 Appareil de changement d'outil de coupe incorporé dans une machine qui comprend un bâti support ( 10) comportant un sommet, une base, une paroi avant et une paroi arrière; un mécanisme à cames ( 30) monté sur un arbre menant ( 31) monté à tourillons entre lesdites parois avant et arrière dudit bâti support ( 10); un dispositif d'entraînement accouplé audit arbre menant ( 31) pour entraîner ledit arbre menant ( 31) de manière à faire tourner ledit mécanisme à cames ( 30); un arbre mené monté sur ledit bâti support ( 10) au-dessus dudit arbre menant ( 31) et parallèlement à celui-ci, ledit arbre mené comprenant un arbre creux ( 22) et un arbre intérieur ( 25), ledit arbre creux ( 22) ayant une première extrémité s'étendant vers l'extérieur par rapport à ladite paroi avant dudit bâti support ( 10) et une seconde extrémité emmanchée sur ledit arbre intérieur ( 25); un bras avec des éléments de saisie ( 211, 212) à ses deux extrémités libres fixé par son centre à ladite première extrémité dudit arbre creux ( 22); et une unité d'accouplement d 6) reliant ledit arbre creux ( 22) et ledit arbre intérieur ( 25) pour qu'ils tournent ensemble et pour permettre que ledit arbre creux ( 22) coulisse sur ledit arbre intérieur ( 25); caractérisé en ce qu'un galet de guidage ( 24) est fixé sur ledit arbre creux ( 22) au voisinage de ladite seconde extrémité dudit arbre creux ( 22) et en ce qu'une roue dentée ( 27) est fixée audit arbre intérieur ( 25) à distance dudit galet de guidage ( 24); en ce que ledit mécanisme à cames ( 30) comprend un galet cylindrique ( 32) et une plaque ( 33), ledit galet cylindrique ( 32) ayant une première extrémité et une seconde extrémité fixée de manière démontable à un premier côté de ladite plaque ( 33), ladite plaque ( 33) ayant un second côté opposé audit premier côté, ledit galet cylindrique ( 32) ayant une rainure de came en creux sans fin ( 34) formée autour de sa surface extérieure comprenant des rainures de came en creux circonférentielles supérieure et inférieure ( 341) formées respectivement au voisinage de ladite première extrémité et de ladite seconde extrémité dudit galet cylindrique ( 32) et deux rainures de came de transition inclinées graduellement ( 343), chacune étant raccordée à l'une des deux extrémités libres desdites rainures de came en creux circonférentielles supérieure et inférieure ( 341) et ledit second côté de ladite plaque ( 33) ayant un centre de rotation ("O") et une rainure de came en creux ( 331) comportant un point de départ formé au voisinage dudit centre de rotation ("O") de ladite plaque ( 33) et un point d'arrivée; en ce qu'une barre de liaison ( 41) comportant une première extrémité montée à pivot sur ladite base dudit bâti support ( 10), une seconde extrémité de ladite barre de liaison ( 41) étant fixée de matière mobile audit galet de guidage ( 24) dudit arbre creux ( 22) et une partie médiane située entre lesdites première et seconde extrémités, ladite partie médiane de la dite barre de liaison ( 41) portant un premier suiveur de came ( 42) reçu de manière mobile dans ladite rainure de came en creux sans fin périphérique ( 34) dudit galet cylindrique ( 32); en ce qu'un chemin de guidage ( 51) est fixé verticalement sur ladite paroi arrière dudit bâti support ( 10); en ce qu'une crémaillère dentée ( 53) comporte une extrémité en prise avec ladite roue dentée ( 27) dudit arbre intérieur ( 25), ladite crémaillère dentée ( 53) étant disposée de manière à pouvoir coulisser dans ledit chemin de guidage ( 51) et l'autre extrémité de ladite crémaillère dentée ( 53) comportant un second suiveur de came ( 54) qui y est monté et qui est reçu de manière mobile dans ladite rainure de came en creux ( 331) de ladite plaque ( 33), ledit centre de rotation ("O") de ladite plaque ( 33) étant aligné verticalement avec ladite crémaillère dentée ( 53) et au-dessous d'elle, ledit point de départ de ladite rainure de came en creux ( 331) se trouvant au-dessus dudit centre de rotation (" 10 " 1) de ladite plaque ( 33) et ledit point d'arrivée se trouvant sensiblement aligné avec ledit point de départ et ledit centre de rotation (" O ") de ladite plaque ( 33) et au- dessus d'eux, ladite plaque ( 33) étant entraînée en rotation sur 360 degrés par rapport à sa position initiale lorsque le second suiveur de came ( 54) de ladite barre de liaison ( 41) est déplacé à partir dudit point de départ jusqu'audit point d'arrivée dans ladite rainure de came en creux ( 331); en ce que, lorsque ledit arbre menant ( 31) est entraîné de manière à tourner par ledit dispositif d'entraînement, ledit galet cylindrique ( 32) et ladite plaque ( 33) tournent, déplaçant lesdits premier et second suiveurs de came ( 42, 54) respectivement dans ladite rainure de came en creux sans fin et dans ladite rainure de came en creux, le déplacement dudit second suiveur de came déplaçant de manière correspondante ladite crémaillère dentée ( 53) vers le haut et vers le bas dans ledit chemin de guidage ( 51) pour faire tourner ledit arbre mené autour de son propre axe, ledit bras de changement d'outil ( 20) tournant de manière correspondante et simultanément le déplacement dudit premier suiveur de came ( 42) obligeant ladite barre de liaison ( 41) à pivoter autour dudit point de pivot ( 411) et déplaçant d'une manière correspondante ledit arbre creux ( 22) pour qu'il coulisse sur ledit arbre intérieur ( 25); et en ce qu'une unité de détection ( 60) est disposée dans ledit bâti support ( 10) pour détecter le déplacement axial dudit arbre creux ( 22) et pour commander automatiquement ledit dispositif d'entraînement. 2 Appareil de changement d'outil de coupe tel que revendiqué dans la revendication 1, caractérisé en ce ledit galet de guidage ( 24) comporte une rainure de came en creux circonférentielle ( 341) formée sur lui, en ce que ladite première extrémité de ladite barre de liaison ( 411 est une extrémité en forme de fourche ayant deux bras, ledit galet de guidage étant entouré par ladite extrémité fourchue avec lesdites deux saillies qui sont reçues dans ladite rainure de came en creux circonférentielle ( 341). 3 Appareil de changement d'outil de coupe tel que revendiqué dans la revendication 1, caractérisé en ce que ladite rainure de came en creux ( 331) de ladite plaque ( 33) comprend une première partie ayant une première longueur prédéterminée augmentant en diamètre par rapport audit centre de rotation ("O") commençant à partir du point de départ jusqu'à un premier point dans ladite rainure de came en creux ( 331), une seconde partie ayant une seconde longueur prédéterminée avec un diamètre constant commençant à partir dudit premier point jusqu'à un second point et une troisième partie ayant une troisième longueur prédéterminée décroissante en diamètre par rapport audit centre de rotation ("O") commençant à partir dudit second point jusqu'audit point d'arrivée.