Brevet FR2697192A1 — publié le 19940429

Machine-outil pour l'usinage par enlèvement de copeaux La présente invention concerne une machine- outil pour l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux au moyen d'une pluralité d'outils, comportant un bâti de machine, une pluralité d'axes de translation, une pluralité de chariots déplaçables le long des axes de translation dont un premier groupe est réuni en une première unité de chariots porte-outil et au moins un second groupe en une seconde unité de chariots porte-outil, de telle sorte que la première unité et la seconde unité soient déplaçables par rapport au bâti de la machine, le long d'axes de translation parallèles entre eux, et qu'à un axe de translation prévu sur la première unité, il soit associé un axe de translation parallèle à celui-ci sur la seconde unité, un moyen d'entraînement motorisé commandé pour chaque chariot en vue de son déplacement le long de l'un des axes de translation, une première unité de broches d'outil portée par la première unité de chariots porte-outil et une seconde unité de broches d'outil portée par la seconde unité de chariots porte-outil, une unité de broches d'outil respective étant déplaçable le long de chaque axe de translation prévu sur l'unité de chariots porte-outil respective, une unité porte-pièce et comportant un dispositif pour le changement automatique d'un outil sur une unité de broches d'outil respective. Les machines-outils présentant ces caractéristiques sont connues par exemple sous la forme de fraiseuses dites à portique qui, comme on le sait, sont conçues sous la forme de fraiseuses longitudinales, c'est- à-dire pour des opérations d'usinage très particulières Si dans ce cas un usinage est effectué au moyen d'une pluralité d'outils, le cas échéant un premier outil est utilisé sur un premier côté longitudinal et un deuxième outil, en même temps, sur un deuxième câté longitudinal d'une pièce Mais une part relativement importante des tâches dans l'usinage par enlèvement de copeaux consiste à procéder à des usinages sur un même côté d'une pièce avec les outils d'alésage et de fraisage les plus divers, la plupart du temps des opérations d'usinage étant nécessaires aussi dans différentes coordonnées X-Y d'un système de coordonnées X-Y-Z associé à la pièce et dans des coordonnées X-Y déterminées, l'emploi d'une pluralité d'outils différents étant nécessaire Or ces exigences entraînent des temps morts considérables, et ce même lorsqu'il est procédé à un changement d'outil à l'aide d'un dispositif de changement automatique. L'invention a pour but de proposer une machine- outil pour l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux, au moyen d'une pluralité d'outils, permettant de réaliser un grand nombre d'opérations d'alésage et de fraisage, avec des temps d'usinage aussi courts que possibles. Ce but est atteint avec une machine-outil suivant l'invention en ce que la première unité de chariots porte-outil et la seconde unité de chariots porte-outil comportent chacune trois axes de translation perpendiculaires l'un à l'autre, deux par deux, et en ce qu'une première quantité partielle de coordonnées balayée par la première unité de broches d'outil lors de sa translation au moyen de la première unité de chariots porte-outil, et une seconde quantité partielle de coordonnées, balayée par la seconde unité de broches d'outil lors de sa translation au moyen de la seconde unité de chariots porte-outil, présentent une intersection d'ensemble représentant un espace de coordonnées. Avec une machine-outil conçue suivant l'invention, on obtient en particulier un raccourcissement des temps morts, sans même augmenter les valeurs d'accélération ou les valeurs de ralentissement des entraînements d'avance sur les axes et sans augmenter la vitesse rapide au-delà des valeurs usuelles dans l'état de la technique, ce qui fait que le but recherché est obtenu par utilisation d'éléments de machine et de commande qui correspondent à l'art antérieur éprouvé Il n'est pas nécessaire non plus de raccourcir le temps du changement d'outil automatique, ce qui fait qu'il est possible aussi d'utiliser des systèmes de changement d'outil connus, sans que les résultats souhaités soient remis en question Ces avantages considérables résultent en particulier de ce qu'avec une machine-outil suivant l'invention, un changement d'outil peut intervenir pendant les temps principaux Cette possibilité résulte de ce que par exemple pendant une opération d'usinage à l'aide d'une première unité de broches d'outil il peut être procédé à un changement d'outil sur une deuxième unité de broches d'outil, cette dernière étant déplacée à cet effet dans une position de changement d'outil Jusque dans une certaine mesure au moins, à la suite d'un changement d'outil sur cette deuxième unité de broches d'outil, il est possible de procéder à des opérations de positionnement sur cette unité de broches d'outil, tandis que la première unité se trouve en usinage L'équipement suivant l'invention d'une unité de chariots porte- outil avec trois axes de translation perpendiculaires l'un à l'autre, deux par deux, se révèle avantageux, en ce qui concerne le grand nombre de possibilités d'usinage pouvant être obtenu, en particulier parce que les opérations d'usinage peuvent être effectuées aussi bien dans des plans horizontaux que dans des plans verticaux de travail. La conception d'une machine-outil suivant l'invention offre en outre en variante à un changement d'outil possible pendant le temps principal, avec utilisation alternée d'une unité de broches d'outil, dans le cas d'une utilisation différente, les avantages d'une machine-outil équipée d'une tête à broches multiples, ces avantages se traduisant par une réduction du temps principal A cet effet, il est possible d'utiliser une machine-outil suivant l'invention de manière qu'une première et une seconde unités de broches d'outil se trouvent utilisées simultanément pour l'usinage Dans ce cas, les avantages pouvant être obtenus avec des têtes multibroches sont encore dépassés par la possibilité du changement d'outil automatique. Une forme de réalisation pouvant être utilisée de manière extrêmement diversifiée d'une machine- outil suivant l'invention s'obtient en ce qu'une unité de chariots porte- outil respective comporte un chariot supérieur portant une unité de broches d'outil respective, un chariot central guidant le chariot supérieur et un chariot inférieur guidant le chariot central, lequel chariot inférieur est guidé sur le bâti de la machine au moyen d'organes de guidage rectilignes, communs aux unités de chariots porte-outil. Les avantages cités, justifiés dans la conception d'une machine suivant l'invention, se manifestent toutefois largement dans une forme de réalisation dans laquelle les unités de chariots porte- outil comportent un chariot supérieur respectif portant une unité de broches d'outil, un chariot central respectif guidant le chariot supérieur et un chariot inférieur commun, guidant le chariot central, lequel chariot inférieur est guidé de son côté sur le bâti de la machine au moyen d'organes de guidage rectilignes. Une forme de réalisation avantageuse s'obtient par ailleurs en ce qu'une qu'une unité de broches d'outil respective est conçue à la manière d'une tête révolver pour le changement automatique d'un outil sur celle-ci On réalise ainsi l'économie d'un dispositif supplémentaire pour le changement d'outil, sans qu'il faille renoncer à un grand nombre approprié d'outils à utiliser au choix, puisque le nombre d'outils de type divers, mis à dispositif avec la tête révolver grâce à sa configuration, est déjà doublé lorsque deux unités de chariots porte- outil sont équipés chacune d'une tête révolver pour le même nombre d'outils. Dans une variante de l'invention il est prévu que la tête révolver est équipée de broches à basses et hautes fréquences et que l'une de ces broches d'outil est en liaison active avec un entraînement principal commun, commandé, par l'intermédiaire d'un embrayage Ceci permet, au moins dans le cas de tâches de fabrication supportées de manière particulière, de raccourcir encore le temps d'usinage par un temps principal raccourci Les tâches de fabrication supportées de manière particulière s'étendent dans ce cas à celles dans lesquelles il est possible d'avoir des vitesses de coupe élevées pour des étapes partielles de l'usinage. Dans une variante de l'invention il est prévu en outre que pour un axe de translation sélectionné sur l'unité porte-outil, il est prévu un axe de translation parallèle à celui-ci sur l'unité porte-pièce et qu'à chacun des chariots, déplaçables le long de ces axes de translation, il est associé des moyens d'entraînement motorisés, commandés, pour la translation de ces chariots. Avec une configuration de ce type de l'objet de l'invention, il est possible d'obtenir, en plus des temps d'usinage plus courts déjà exposés, un autre raccourcissement de ceux-ci, qui se répercute aussi bien sur les temps morts que sur les temps principaux Une machine-outil conçue de la sorte permet notamment un déplacement simultané d'une unité de broches d'outil et d'une unité de porte-pièce, et ce aussi bien pour les opérations de positionnement que pour les opérations30 d'usinage Dans ce cas il est possible en recourant simplement aux éléments de machine et de commande correspondants à l'état de la technique éprouvé, d'obtenir des raccourcissements considérables du temps d'usinage, l'utilisation de ces éléments de machine éprouvés étant possible en ce qu'au lieu de faire varier des vitesses absolues des translations des chariots, on fait varier des vitesses relatives entre une pièce et une unité de broches d'outil. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits ci-après plus en détail Des formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexés. La figure l est une vue schématique d'un porte- outil d'une machine-outil suivant l'invention, dans une vue en coupe le long de la ligne I-I de la figure 2, la figure 2 est une vue en coupe partielle schématique le long de la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une vue schématique d'une variante suivant l'invention d'une unité de broche d'outil. La figure 1 montre une unité porte-outil 1, qui suivant l'invention, comporte une pluralité d'axes de translation et une pluralité de chariots déplaçables le long de ceux-ci L'unité porte-outil 1, placée sur un bâti de machine 2, comprend une première unité de chariots porte- outil 3, formée par un premier groupe de chariots et une seconde unité de chariots porte-outil 3 ', formée par un second groupe de chariots Dans l'exemple de réalisation représenté, la première unité de chariots porte-outil 3 et la seconde unité de chariots porte-outil 3 ' ont un chariot inférieur 4 commun Dans ce cas, un axe de translation prévu pour le déplacement de la première unité de chariots porte-outil 3 par rapport au bâti 2 de la machine et un axe de translation parallèle au premier, prévu pour le déplacement de la seconde unité de chariots porte- outil 3 ' par rapport au bâti 2 de la machine coïncident en un axe de translation U commun, formant un axe U s'étendant horizontalement Pour le déplacement du chariot inférieur 4, commun aux deux unités de chariots porte-outil 3 et 3 ', dans le sens de l'axe U ou dans le sens contraire, il est prévu sur le bâti 2 de la machine, des moyens de guidage rectiligne 2 1 et des moyens d'entraînement 2 2 motorisés, commandés, représentés de manière schématique sous la forme d'un moteur. La première et la seconde unités de chariots porte-outil 3 et 3 ', réunies à partir d'un groupe des chariots précités, comprennent en outre chacune un chariot central 5, guidé par le chariot inférieur 4 et chacune un chariot supérieur 6, guidé par le chariot central 5 respectif, qui porte une unité de broches d'outil 7, 7 's respective laquelle est représentée dans l'exemple illustré sous la forme d'une tête révolver, conformément à une autre variante suivant l'invention. Le chariot central 5 respectif et le chariot supérieur 6 respectif sont déplaçables le long d'un autre axe de translation A cet effet, il est prévu pour les deux chariots centraux 5 un axe de translation Y formant l'axe Y et un axe de translation V, parallèle au premier, formant un axe V, ainsi que pour les deux chariots supérieurs 6 un axe de translation W, formant un axe W et un axe de translation R, parallèle à celui-ci, formant un axe R Dans ce cas les axes de translation Y et V pour les chariots centraux 5 s'étendent verticalement et les axes de translation W et R pour les chariots supérieurs 6 sont perpendiculaires à l'axe de translation U ainsi qu'aux axes de translation Y et V Dans l'ensemble, il est donc prévu pour chacune des deux unités de chariots porte-outil 3 et 3 ', trois axes de translation U, Y, W et U, V, R perpendiculaires l'un à l'autre, deux par deux. Pour la translation des chariots centraux 5 et des chariots supérieurs 6 le long de ces axes de translation Y et V ainsi que W et R associés, on a recours à nouveau à des moyens de guidage rectilignes 4 1 et 5 1 correspondants ainsi qu'à des moyens d'entraînement 4 2 et 5.2 motorisés, commandés, correspondants, représentés de manière schématique sous la forme d'un moteur respectif (voir aussi fig 2). Comme le montre la figure 2, un autre groupe des chariots mentionnés cidessus est réuni en une unité porte-outil 8 L'unité porte-outil 8 est egalement p acee dans ce cas sur le bâti 2 de la machine et comprend un chariot longitudinal 5 guidé sur le bâti 2 et un chariot transversal 10, guidé par celui-ci Dans ce cas, dans une variante particulière de l'objet de l'invention, il existe une possibilité de translation du chariot longitudinal 9 par rapport au bâti 2 de la machine le long d'un axe de translation Z horizontal, formant un axe Z, qui est parallèle aux axes de translation W et R, prévus sur l'unité porte-outil 1, tandis que pour le chariot transversal 10 il existe une possibilité de translation par rapport au chariot longitudinal 9, le long d'un axe de translation X horizontal, formant un axe X, qui est parallèle à l'axe de translation U prévu sur l'unité porte- outil 1. Pour l'exécution de translation correspondante de chariots longitudinaux 9 et de chariots transversaux 10, il est prévu en outre, dans une variante particulière de l'objet de l'invention, à nouveau des moyens de guidage rectiligne 2 1 ' et 9 1 correspondants ainsi que des moyens d'entraînement 2 2 ' et 9 2 motorisés, commandés, représentés de manière schématique sous la forme de moteurs Dans l'ensemble, une machine-outil suivant l'invention est donc conçue pour le déplacement simultané d'une unité de broches d'outil 7, 7 ' et de l'unité porte- pièce 8 le long d'axes de translation associés, avec une orientation de ceux-ci telle que pour un axe de translation sélectionné sur l'unité porte-outil 1 il existe un axe de translation parallèle à celui-ci, sur l'unité porte-pièce 8, le déplacement simultané s'effectuant au moyen d'un axe de translation respectif ou d'un moyen d'entraînement motorisé, commandé, respectif, associé aux chariots mentionnés ci-dessus. Dans une exemple de réalisation non représenté sur les dessins, les deux unités de chariots porte-outil 3 et 3 ' peuvent comporter, au lieu d'un chariot inférieur commun, des chariots inférieurs séparés l'un de l'autre, les mêmes moyens de guidage rectiligne 2 1 étant prévus comme moyens de guidage rectiligne communs pour leur translation par rapport au bâti 2 de la machine, mais à chacun des chariots inférieurs séparés l'un de l'autre étant associés des moyens d'entraînement motorisés, commandés, particuliers, conformément aux moyens d'entraînement 2 2 prévus pour le chariot inférieur 4 commun, représentés sous la forme d'un moteur. La figure 3 représente une variante avantageuse, désignée dans son ensemble par 7 ", d'une unité de broches d'outil, conçue sur la figure 1 ou la figure 2 sous la forme d'une tête révolver, dans une vue schématique et détachée d'une unité de chariots porte-outil 3, 3 ' correspondante Dans une réalisation suivant l'invention, cette unité de broches d'outil 7 " est équipée pour le cas, prévu à titre d'exemple, d'un équipement de tête révolver avec deux outils avec une broche à basse fréquence il et une broche à haute fréquence 12, qui sont en liaison active avec un entraînement principal 14 commandé, par l'intermédiaire d'un embrayage 13, 13 ' respectif. Il est bien entendu que la conception de la broche à basse fréquence d'une part et de la broche à haute fréquence 12 d'autre part est adaptée aux vitesses de rotation de broches usuelles, qui dans un cas peuvent aller jusqu'à 10 000 tours par minute environ et dans l'autre cas, jusqu'à 40 000 tours par minute environ. Or c'est précisément dans la possibilité d'une telle adaptation de construction que se trouve un avantage décisif d'une telle variante de l'objet de l'invention par rapport à une machine-outil conventionnelle équipée aussi d'un dispositif de changement automatique d'outil et conçue pour des tâches d'usinage déterminées. Sur les figures 1 et 2 il est en outre indiqué au moyen de lignes de délimitation de zones, tracées en pointillés, des zones qui sont balayées par une unité de broches d'outil 7, 7 ' respective sur ses parcours possibles de déplacement, le long des axes de translation prévus pour l'unité porte-outil 1 L'extension respective de ces zones le long des axes de translation X ou U d'une part et le long des axes de translation Y ou V d'autre part est indiquée sur la figure 1, pour la première unité de chariot porte-outil 3, par des lignes à deux points et tirets et, pour la seconde unité de chariots porte-outil 3 ', par des lignes à points et tirets Bien que dans ce cas sur la figure 1, des parties s'étendant horizontalement des lignes de délimitation de zones coïncideraient partiellement, en cas de construction totalement symétrique des deux unités de chariot porte-outil 3 et 3 ', les parties horizontales correspondantes des lignes de délimitation de zones ont été représentées sur la figure 1, sous la forme de lignes discrètes, pour plus de clarté. L'extension des zones citées le long des axes de translation Z ou W ou R, est représentée sur la figure 2 par la largeur d'un rectangle dessiné en pointillés, tel qu'on l'obtiendrait dans le cas d'une construction totalement symétrique des deux unités de chariots porte- outil 3 et 3 '. Une zone respective, balayée par la première ou la seconde unité de broches d'outil 7 ou 7 ', enferme, conformément à l'exposé fait ci-dessus de ses extensions respectives, une première ou une seconde quantité partielle Tl ou T 2 de coordonnées, ces deux quantités partielles TI et T 2 étant disposées dans l'espace, suivant l'invention, par disposition réciproque correspondante des deux unités de chariots porte-outil 3 et 3 ', de manière à former une intersection d'ensemble S, représentant un espace de coordonnées. Pour usiner une pièce sur un côté déterminé de celle-ci, il est prévu, conformément à l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, une disposition réciproque des deux unités de chariots porte- il outil 3 et 3 ', telle qu'une unité de broches d'outil 7, 7 ' respective pénètre lors de sa translation dans une direction d'usinage, dans une seule et même direction dans le volume de coordonnées représenté par l'intersection d'ensemble S. Par ailleurs, les chariots compris par l'unité porte-outil 8 (chariot longitudinal 9 et chariot transversal 10) sont disposés et déplaçables de telle sorte que dans une position de la pièce prévue pour l'usinage sur une zone d'une surface d'une pièce serrée sur l'unité porte-outil 8, les coordonnées de ladite zone de surface coïncident avec des coordonnées de l'intersection d'ensemble S mentionnée. Par suite de l'équipement suivant l'invention des unités de chariots porte-outil 3 et 3 ' avec chacune trois axes de translation perpendiculaires l'un à l'autre, deux par deux et par suite de la possibilité qui en résulte, déjà mentionnée, de procéder à des opérations d'usinage tant dans des plans horizontaux de travail que dans des plans verticaux, une unité de broches d'outil 7, 7 ' respective peut, dans l'exemple représenté, pénétrer lors de sa translation dans un sens d'usinage, vu dans le sens de la figure 2, de la droite ainsi que d'en haut, dans un espace de coordonnées formant une intersection d'ensemble correspondante. _ 12 REVENDICATIONS 1 Machine-outil pour l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux au moyen d'une pluralité d'outils comportant un bâti de machine, une pluralité d'axes de translation, une pluralité de chariots déplaçables le long des axes de translation dont un premier groupe est réuni en une première unité de chariots porte-outil et au moins un second groupe en une seconde unité de chariots porte-outil, de telle sorte que la première unité et la seconde unités soient déplaçables par rapport au bâti de la machine, le long d'axes de translation parallèles entre eux, et qu'à un axe de translation prévu sur la première unité, il soit associé un axe de translation parallèle à celui-ci sur la seconde unité, un moyen d'entraînement motorisé commandé pour chaque chariot en vue de son déplacement le long de l'un des axes de translation, une première unité de broches d'outil portée par la première unité de chariots porte-outil et une seconde unité de broches d'outil portée par la seconde unité de chariots porte-outil, une unité de broches d'outil respective étant déplaçable le long de chaque axe de25 translation prévu sur l'unité de chariots porte-outil respective, une unité porte-pièce et comportant un dispositif pour le changement automatique d'un outil sur une unité de broches d'outil respective caractérisée en ce que la première unité de chariots porte-outil ( 3) et la seconde unité de chariots porte-outil ( 3 ') comportent chacune trois axes de translation (U, Y, W et U, V, R) perpendiculaires les uns aux autres, deux par deux, et en ce qu'une première quantité partielle Ti de coordonnées balayée par la première unité de broches d'outil ( 7) lors de sa translation au moyen de la première unité de chariots porte-outil ( 3), et une seconde quantité partielle T 2 de coordonnées, balayée par la seconde unité de broches d'outil ( 7 ') lors de sa translation au moyen de la seconde unité de chariots porte-outil ( 3 '), présentent une intersection d'ensemble (S) représentant un espace de coordonnées. 2 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une unité de chariots porte-outil ( 3, 3 ') respective comporte un chariot supérieur portant une unité de broches d'outil ( 7, 7 ') respective, un chariot central ( 5) guidant le chariot supérieur ( 6) et un chariot inférieur ( 4) guidant le chariot central ( 5), lequel chariot inférieur est guidé sur le bâti ( 2) de la machine au moyen d'organes de guidage rectiligne ( 2 1), communs aux unités de chariots porte-outil ( 3, 3 '). 3 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les unités de chariots porte-outil ( 3, 3 ') comportent un chariot supérieur ( 6) respectif portant une unité de broches d'outil ( 7, 7 '), un chariot central ( 5) respectif guidant le chariot supérieur ( 6) et un chariot inférieur ( 4) commun, guidant le chariot central ( 5), lequel chariot inférieur est guidé de son côté sur le bâti ( 2) de la machine au moyens d'organes de guidage rectiligne ( 2 1). 4 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une unité de broches d'outil ( 7, 711) respective est conçue à la manière d'une tête révolver pour le changement automatique d'un outil sur celle-ci. Machine-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce que la tête révolver est équipée de broches à basse et haute fréquences ( 11 et 12) et en ce que l'une de ces broches d'outil ( 11, 12) est en liaison active avec un entraînement principal ( 14) commun, commandé, par l'intermédiaire d'un embrayage ( 13, 13 '). 6 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu pour un axe de translation sélectionné sur l'unité porte-outil ( 1) un axe de translation parallèle à celui-ci sur l'unité porte- pièce5 ( 8) et en ce qu'à chacun des chariots, déplaçables le long de ces axes de translation, il est associé des moyens d'entraînement motorisés, commandés, pour la translation de ces chariots.