Brevet FR2704789A1 — publié le 19941110

TETE REVOLVER MULTIBROCHE POUR MACHINE-OUTIL La présente invention concerne une tête revolver multibroche pour machine-outil, comportant un bâti pourvu d'un arbre central d'entraînement, une tourelle rotative sur le bâti autour d'un axe formant un angle avec l'arbre central, au moins deux broches porteoutil rotatives sur la tourelle et agencées pour être mises sélectivement dans une position active en alignement avec l' arbre central par rotation de la tourelle et être entraînées par ledit arbre au moyen d' un accouplement, des moyens de rotation motorisés pour faire tourner la tourelle, et des moyens d'indexage de ladite tourelle pour définir la position de la broche active par rapport à l'arbre central. On connaît des têtes revolver de petite dimension, relativement peu coûteuses et prévues initialement pour de petites productions, par exemple pour effectuer surtout du perçage. Si ces têtes sont utilisées pour des productions intensives sur des machines automatiques, elles présentent de gros problèmes de fiabilité. On connaît en outre des têtes revolver relativement grandes et coûteuses, prévues pour travailler en production intensive. Le problème est alors que ces têtes sont trop coûteuses et trop encombrantes. La présente invention s' intéresse plutôt à des têtes revolver d'un type intermédiaire, capables de travailler en production intensive avec une bonne fiabilité, mais ayant une construction relativement simple qui limite leur coût et leur taille. Une tête revolver de ce genre est décrite par exemple dans la demande de brevet WO 89/11376 et comporte une tourelle dont l'axe de rotation forme un angle de 450 avec l'axe de l'arbre central du bâti. Celui-ci est décalé vers le bas par rapport à 1' axe de la broche active, qu'il entraîne au moyen d'un engrenage de renvoi. Afin d'assurer un positionnement précis de la tourelle, il est prévu des goupilles d'indexage parallèles à l'axe de la tourelle. La tourelle doit alors être soulevée axialement par un vérin pour pouvoir tourner grâce à un piston rotatif. Ainsi, un changement d'outil implique trois opérations : soulever, tourner, indexer. L' entraînement hydraulique des mouvements de la tourelle produit des chocs importants lors des arrêts, pouvant conduire à de la casse des éléments mécaniques. En outre, l'indexage de la tête revolver par les goupilles et par une partie tronconique du pignon d'entraînement de la broche active pose des problèmes de précision et d'usure. De plus, le décentrage de la broche porte-outil par rapport à l'arbre central engendre des efforts parasites dans la tête. Par ailleurs, comme certaines pièces sont dans un bain d'huile, il existe des problèmes d'étanchéité et la tête ne peut pas être placée dans n importe quelle position. Comme l'angle de rotation est défini par un piston hydraulique rotatif, le nombre des broches est fixe et ne peut être modifié. Par ailleurs, on connaît des têtes revolver qui n' ont pas besoin d' être déplacées axialement pour pouvoir tourner. Par exemple, le brevet US nO 4 887 345 décrit une tête revolver du genre indiqué en préambule, où l'arbre central se trouve en alignement avec la broche active, qu' il entraîne grâce à un élément d' embrayage à crabots qui coulisse sur l'arbre. La tourelle est entraînée en rotation au moyen d'engrenages; ses positions d'arrêt sont indexées au moyen de chevilles coulissantes actionnées par un mécanisme approprié. I1 est prévu en outre un vérin central de blocage de la tourelle. Par sa complexité mécanique, une telle construction est peu avantageuse au point de vue de l'encombrement, des forces d'inertie en rotation, du coût de construction et de la fiabilité. La présente invention a pour objet une tête revolver permettant d'éviter substantiellement les inconvénients mentionnés ci-dessus et capable de travailler en production intensive dans une machine-outil à commande numérique, en présentant notamment les avantages suivants : simplicité de construction, coût réduit, fiabilité accrue, maîtrise des effets d'inertie, absence d'éléments mécaniques fragiles, alignement de la broche active sur l'arbre central, précision du positionnement et du centrage de la broche active. On recherche également une grande souplesse d'utilisation, grâce à la suppression des arrêts de fin de course dans les moyens de rotation, pour permettre de choisir librement le nombre de broches à installer sur la tête. A cet effet, l'invention concerne une tête revolver du genre indiqué plus haut, caractérisé en ce que les moyens de rotation comportent une transmission à courroie entraînée par un moteur électrique, en ce que l'arbre central est monté dans un fourreau coulissant commandé par un dispositif de translation, et en ce que les moyens d'indexage comportent un codeur d'angle associé à la tourelle et délivrant des signaux à un dispositif de commande du moteur électrique, et un dispositif de blocage de la tourelle par engagement positif entre une extrémité avant du fourreau coulissant et une forme correspondante ménagée dans la tourelle à proximité de chaque broche. Ces caractéristiques essentielles permettent d'abord de faire tourner la tourelle en douceur et à une vitesse variable, d'un angle quelconque contrôlé par le codeur d'angle, et de l'arrêter sans choc grâce à la courroie. Cette opération de rotation est suivie d'une opération d'indexage par translation du fourreau coulissant de l'arbre central, permettant d'engager en même temps l'accouplement craboté entre cet arbre et la broche porte-outil. Cet indexage réalisé positivement au niveau de la broche elle-même garantit un alignement parfait entre la broche et 1' arbre et permet un travail à grande vitesse. Dans une forme de réalisation avantageuse, l'arbre central est supporté radialement et axialement par des roulements à proximité de l'extrémité avant du fourreau coulissant. De préférence, une extrémité avant de l'arbre central est pourvue d'un accouplement à crabots coopérant avec la broche active à proximité de l'extrémité avant du fourreau coulissant. Chaque broche porte-outil peut être montée par des roulements dans une tête porte-outil fixée à la tourelle et ayant une extrémité arrière de forme sensiblement conique dans ou sur laquelle 1' extrémité avant du fourreau coulissant s'engage positivement. Ladite forme sensiblement conique est avantageusement une embouchure évasée. Dans la forme de réalisation préférée, le dispositif de translation comporte un vérin pneumatique à double effet, dont le piston est solidaire du fourreau coulissant. La transmission à courroie des moyens de rotation comporte avantageusement une courroie crantée attaquant une roue disposée sur la tourelle autour d'un palier supportant la tourelle. Le moteur électrique des moyens de rotation peut être un moteur sans balais, pourvu d'un variateur de vitesse. De préférence, le codeur d'angle est monté sur le bâti dans une ouverture centrale de la tourelle et relié à celle-ci par un axe pourvu d' un joint flexible. Les broches porte-outil peuvent être disposées sur la tourelle avec des angles quelconques entre elles. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description suivante, donnée à titre d'exemple, d'une unité d'usinage à tête revolver pour une machine-outil, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I est une vue en coupe longitudinale partielle de la tête revolver, et - la figure 2 est une vue en plan de la tête revolver de la figure 1. La tête revolver représentée dans les dessins comporte un bâti 1 sur lequel une tourelle 2 est montée de manière rotative autour d'un axe 3. Sur la tourelle 2 sont fixées, dans le présent exemple, six têtes porte-outil 4 à 9, contenant chacune une broche 10 dont l'axe il forme un angle de 450 avec l'axe 3. Tous les axes 11 des broches coupent l'axe 3 au même point O. Dans chaque tête 4 à 9, la broche 10 est montée sans jeu au moyen de roulements à rouleaux coniques 12 préchargés par un écrou 13. De manière connue, différents outils peuvent être montés dans les différentes broches 10, pour usiner successivement une pièce fixée sur un porte-pièce non représenté. Dans cet exemple, les têtes 4 à 9 sont disposées avec des angles égaux entre elles, mais cette condition n'est pas nécessaire. En outre, il n' est pas nécessaire d'avoir une broche à chaque emplacement prévu à cet effet. Le bâti 1 a un axe principal 15 passant par le point O, suivant lequel un arbre central 16 est monté dans le bâti 1 au moyen d'un palier arrière 17 et d'un fourreau coulissant 18 dont l'extrémité avant 19 présente une forme conique s' emboîtant dans une embouchure conique correspondante 20 de la tête porte-outil 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 placée devant le fourreau. Dans cette position, l'arbre 16 est couplé en rotation à la broche 10 par un accouplement à crabots 21 de type connu. L'arbre 16 est supporté axialement et radialement dans le fourreau 18 au moyen d' un dispositif comportant deux roulements à contact oblique 22, deux entretoises 23 et 24 et deux écrous 25 et 26. Une clavette (non représentée) empêche que le fourreau 18 tourne dans le bâti 1. L'arbre central 16 a une extrémité arrière non circulaire 27 engagée dans un entraîneur rotatif 28 supporté par des roulements 29 dans le palier 17. L'entraîneur 28 est entraîné en rotation de manière usuelle par un moteur 30 et une courroie crantée 31 classique. Pour faire tourner la tourelle 2 autour de l'axe 3, il est prévu un moteur électrique 33 sans balais ou un moteur à courant continu commandé à l'aide d'un variateur et entraînant, par un réducteur à vis 34 et une poulie 35, une courroie crantée 36 qui attaque une poulie de grand diamètre 37 montée autour de la partie arrière de la tourelle 2 et fixée à celle-ci par des vis 38 autour du palier 50 de la tourelle à galets précontraints, c' est-à-dire que la courroie 36 se trouve dans le même plan que ce palier. A l'avant, le bâti 1 porte par un support 39 un codeur d'angle 40 du type dit "électronique absolu". Un capuchon 41 lie la tourelle 2 à l'arbre 42 du codeur pourvu d'un joint flexible 43. Le signal de sortie du codeur 40 est transmis à un dispositif de commande numérique de la machine-outil, commandant notamment le moteur 33 et son variateur pour faire tourner la tourelle 2 à une vitesse variable sans à-coups et amener la broche 10 voulue en face de l'arbre central 16. L'association du moteur 33 et du variateur permet un déplacement précis de la tête. L'association du moteur et du variateur avec le codeur permet de maîtriser les effets d'inertie dans la tête revolver. Le codeur 40 permet un contrôle précis du positionnement de la tête sans utilisation de mécanismes de fin de course, si bien que les arrêts s effectuent sans élément mécanique fragile et sans choc. Pour commander le déplacement axial du fourreau coulissant 18, il est prévu un dispositif de translation à pression de fluide 44, de préférence pneumatique, où la tête arrière élargie 45 du fourreau constitue le piston entre deux chambres 46 et 47 délimitées par des épaulements du bâti 1 et du palier arrière 17. Bien entendu, la distribution de la pression dans les chambres 46 et 47 s'effectue sous le contrôle de la commande numérique de la machine, avant et après chaque actionnement du moteur 33 pour faire tourner la tourelle 2. Pour amener une nouvelle broche en position active, le fourreau 18 est d'abord déplacé vers 1' arrière pour débrayer la broche 10 sur l'accouplement 21. En même temps, l'extrémité avant 19 se dégage de l'embouchure 20, permettant alors la rotation de la tourelle 2. Dès qu'une autre broche 10 a été placée en face de l'arbre central 16, le fourreau 18 est à nouveau déplacé vers l'avant par une pression d'air dans la chambre 47, ce qui engage à la fois l'accouplement 21 sur la broche 10 et l' extrémité conique 19 du fourreau dans l'embouchure 20 de la tête porte-outil, garantissant ainsi un centrage précis de la broche par rapport à l'arbre. C' est la souplesse de la courroie crantée 36 de la tourelle qui permet de compenser un éventuel défaut de centrage, résultant par exemple d' une imprécision dans 1' angle de rotation de la tourelle. On remarque que les éléments constitutifs de la tête revolver n' ont pas besoin d'un circuit de lubrification, ni d'ailleurs de commande hydraulique, si bien qu'il est possible d'utiliser la tête dans n'importe quelle position sans qu'il en résulte des problèmes d'étanchéité. La tourelle est petite et relativement légère, et sa construction est simple sur le plan mécanique. Les capteurs de déplacement sont placés à l' extérieur, notamment le codeur d' angle 40, et sont facilement accessibles. Comme la rotation de la tête revolver est commandée et contrôlée électroniquement, il est possible d'obtenir un nombre quelconque de positions, donc d' utiliser un nombre et une disposition quelconques des broches, sous réserve des questions d'encombrement. Une même tourelle 2 peut être équipée de différents nombres de broches, ou être remplacée facilement par une tourelle ayant d'autres positions de broches, mais fonctionnant avec les mêmes organes de commande. Il en résulte une très grande souplesse d' utilisation de la tête revolver selon l'invention. La présente invention n' est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. Revendications 1. Tête revolver multibroche pour machine-outil, comportant un bâti (1) pourvu d'un arbre central d'entraînement (16), une tourelle (2) rotative sur le bâti autour d' un axe (3) formant un angle avec l'arbre central, au moins deux broches porte-outil (10) rotatives sur la tourelle et agencées pour être mises sélectivement dans une position active en alignement avec l'arbre central (16) par rotation de la tourelle et être entraînées par ledit arbre au moyen d' un accouplement, des moyens de rotation motorisés (33-37) pour faire tourner la tourelle, et des moyens d'indexage de ladite tourelle pour définir la position de la broche active par rapport à 1' arbre central, caractérisée en ce que les moyens de rotation comportent une transmission à courroie (36) entraînée par un moteur électrique (33), en ce que l'arbre central (16) est monté dans un fourreau coulissant (18) commandé par un dispositif de translation (44), et en ce que les moyens d'indexage comportent un codeur d'angle (40) associé à la tourelle (2) et délivrant des signaux à un dispositif de commande du moteur électrique, et un dispositif de blocage de la tourelle par engagement positif entre une extrémité avant (19) du fourreau coulissant (18) et une forme correspondante (20) ménagée dans la tourelle à proximité de chaque broche (10). 2. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre central (16) est supporté radialement et axialement par des roulements (22) à proximité de l'extrémité avant (19) du fourreau coulissant (18). 3. Tête revolver selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une extrémité avant de l'arbre central (16) est pourvue d'un accouplement à crabots (21) coopérant avec la broche active (10) à proximité de l'extrémité avant (19) du fourreau coulissant (18). 4. Tête revolver selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque broche porte-outil (10) est montée par des roulements (12) dans une tête porte-outil (4-9) fixée à la tourelle (2) et ayant une extrémité arrière (20) de forme sensiblement conique dans ou sur laquelle l'extrémité avant (19) du fourreau coulissant (18) s' engage positivement. 5. Tête revolver selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite forme sensiblement conique est une embouchure évasée. 6. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de translation comporte un vérin pneumatique (44) à double effet, dont le piston (45) est solidaire du fourreau coulissant (18). 7. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que la transmission à courroie des moyens de rotation comporte une courroie crantée (36) attaquant une roue (37) disposée sur la tourelle (2) autour d'un palier (50) supportant la tourelle. 8. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique (33) des moyens de rotation est un moteur sans balais, pourvu d'un variateur de vitesse. 9. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le codeur d'angle (40) est monté sur le bâti (1) dans une ouverture centrale de la tourelle (2) et relié à celle-ci par un axe (42) pourvu d'un joint flexible (43). 10. Tête revolver selon la revendication 1, caractérisée en ce que les broches porte-outil (10) sont disposées sur la tourelle (2) avec des angles quelconques entre elles.