Brevet FR2705266A1 — publié le 19941125

Cellule de travail comprenant deux machines-outils avec un changeur d'outils commun La présente invention se rapporte à une cellule de travail comprenant deux machines-outils et un chan- geur d'outils qui dessert les deux machines. Il s'agit plus particulièrement de deux machi- 5 nes-outils disposées côte à côte avec interposition d'un double magasin d'outils et d'un changeur d'outils automa- tique qui prélève les outils de ce magasin et dessert les deux machines. La cellule de travail peut être complétée d'un 10 changeur d'accessoires commun et d'un double alimentateur de palettes servant à amener les pièces à travail- ler au droit de l'une ou l'autre des machines. On obtient de cette façon une cellule de tra- vail à deux entrées et deux sorties, c'est-à-dire une 15 cellule dans laquelle deux pièces à usiner peuvent être approvisionnées simultanément, même lorsqu'elles doivent être soumises à des types d'usinages différents, eu peu- vent ensuite être évacuées de la machine séparément, vers des voies différentes. 20 Des dispositifs de commande électroniques permettent une gestion coordonnée des machines, des outils et des palettes porte-pièces, ce qui permet aussi bien d'exécuter une succession de différents usinages sur la même pièce que d'usiner simultanément des familles de 25 pièces différentes, en prenant cependant les outils dans le même magasin, avec une gestion optimisée de ce maga- sin. L'évolution de la technique a conduit à réali- ser des machines-outils de plus en plus perfectionnées, 30 munies d'un logiciel de gestion qui permet, une fois la machine préparée, d'automatiser le cycle complet d'uslna- ge, depuis le prélèvement de la pièce jusqu'au remplace- ment de l'outil et à l'usinage proprement dit. Etant donné qu'il se présente fréquemment la né- cessité d'exécuter sur une même pièce une série d'usina- ges pour lesquels il ne suffit pas de remplacer simple- 5 ment l'outil mais pour lesquels on doit équiper la machi- ne d'une façon différente, il a déjà été proposé des cen- tres d'usinage comprenant plusieurs machines-outils en mesure d'exécuter successivement les différentes opéra- tions nécessaires. 10 Toutefois, ces centres d'usinage sont obtenus en utilisant des machines "complètes", c'est-à-dire équipées chacune de son propre magasin et de son propre chan- geur d'outils, ces machines étant disposées en ligne ou radialement, mais de toute façon de manière à pouvoir 15 être servies par une même ligne d'approvisionnement des pièces. De cette façon, à la fin de chaque opération, chaque pièce est transférée automatiquement d'une machi- ne à la suivante. 20 C'est dans ce secteur que se place la présente invention, qui concerne une cellule de travail qui, à la différence des centres d'usinage connus, qui prévoient une seule entrée et une seule sortie, permet d'approvi- sionner simultanément deux pièces, même de familles dif25 férentes, pour permettre de réaliser des usinages qui peuvent aussi ne rien avoir en commun. On obtient encore d'autres avantages tels que, en particulier : - une importante réduction de l'encombrement total de la 30 cellule, grâce à l'adoption d'un magasin commun central, lequel possède une configuration particulière qui en li- mite fortement l'encombrement ; - une notable économie sur les coats due au fait que le changeur d'outils est commun aux deux machines ; et 35 - la possibilité d'optimiser la gestion des outils, en plus de celle des phases d'usinage. Actuellement, la solution qui, dans l'état de la technique, se rapproche le plus de celle de l'inven- tion, est constituée par un centre de travail appelé 5 "Connection Mirror System"', construit par la société MCM de PLAISANCE (Italie), qui prévoit l'installation de deux machines identiques, disposées symétriquement, avec interposition d'un magasin d'outils et d'un robot qui sé- lectionne les outils et les transfère, à la demande, au 10 changeur d'outils de chacune des deux machines. Comme on l'a indiqué plus haut, le but de l'invention est de créer une cellule de travail qui présente une plus grande souplesse de gestion, comparativement aux centres d'usinage connus, qui puisse être modulaire 15 de manière à offrir à l'acquéreur la possibilité d'acqué- rir la cellule équipée d'une seule machine pour la com- pléter ensuite, lorsque la nécessité s'en présente, par simple addition de l'autre machine, sans les coûts que comporterait, comme dans le cas des centres d'usinage 20 connus, l'acquisition d'un changeur d'outils additionnel et d'un deuxième magasin, et sans qu'on n'ait à apporter au complexe les modifications qui seraient nécessaires pour assurer à l'ensemble un fonctionnement correct. En substance, la cellule selon l'invention doit 25 être en mesure d'assurer ce qu'on appelle dans le jargon un "fonctionnement dégradé", c'est-à-dire que, même dans le cas de déficience ou d'absence d'une des deux machi- nes, elle doit pouvoir assurer toutes les fonctions pour lesquelles le centre est prévu, bien qu'avec des temps 30 plus longs, ceci pour éviter de devoir arrêter toute la cellule pour procédé à l'entretien ou à la réparation d'un de ses composants. Ceci est rendu possible dans la machine selon l'invention par le fait qu'on dispose d'un magasin d'ou- 35 tils commun et d'un changeur d'outils qui dessert les deux machines. Lorsque ces fonctions sont assurées, il suffit, pour le fonctionnement dégradé de la cellule, que les pa- lettes qui apportent les pièces à usiner dans la zone de 5 travail soient adressées à une seule des deux machines. Ces avantages ainsi que d'autres ressortiront clairement de la description qui va suivre, donnée uni- quement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : 10 la figure 1 est une vue en plan d'une cellule selon l'invention ; la figure 2 est une vue de côté schématique de la cellule avec les dispositifs de transfert des palet- tes ; 15 la figure 3 montre un détail des dispositifs de la figure 2 ; la figure 4 montre la disposition des commandes de la cellule. Comme on le voit en se reportant à la figure 1, 20 la cellule comprend deux unités travaillantes, symétri- ques, 1 et 1', qui comprennent chacune un montant 2 muni de guides verticaux 3 le long desquels coulisse, sous la commande d'une vis à circulation de billes 4, ou équiva- lent, le support d'un coulisseau 5 à axe horizontal. 25 Le support du coulisseau 5, indiqué en 6 sur la figure 2, est à son tour équipé de guides 7 le long des- quels le coulisseau peut coulisser en se déplaçant paral- lèlement à son axe, ce mouvement étant lui aussi comman- dé par une vis à circulation de billes 8 actionnée par 30 un moteur 9. Aussi bien les mouvements du support 6 le long du montant 2 (axe Y) que ceux du coulisseau le long du support horizontal 6 (axe Z) sont commandés par une com- mande numérique. 35 Le coulisseau 5 est à son tour muni d'une fixa- tion pour le montage d'un organe final (end effector) qui peut être un mandrin électrique, comme représenté sur les dessins, ou un autre accessoire tel que, par exemple, une tête travaillante dotée d'un certain nombre 5 de degrés de liberté, du type de celle décrite dans le brevet des E.U.A. n 4 652 190, ou d'autres accessoires. Comme on l'a dit plus haut, les deux machines 1 et 1' sont disposées côte à côte, symétriquement par rap- port à un axe central et, entre ces machines, est dispo- 10 sé un magasin d'outils 10, sensiblement constitué par une paire de chaines 11 munies chacunes d'un certain nom- bre de logements destinés à recevoir un nombre correspon- dant d'outils, qui sont représentés schématiquement et désignés par 12. 15 Les chaînes 11 circulent chacune dans un plan vertical et l'une des caractéristiques de l'invention consiste dans le fait que les outils sont disposés radia- lement, c'est-à-dire avec leur axe parallèle au plan le long de laquelle la chaîne circule, contrairement à ce 20 qu'on observe dans les machines connues actuellement, dans lesquelles les outils, portés par des chaînes, sont disposes avec leur axe perpendiculaire au plan le long duquel la chaîne circule. Cette solution permet de réaliser une notable 25 économie d'espace, en ce sens que la largeur totale du magasin peut être égale à la somme des largeurs des outils ou des deux chaines tandis que, dans les solutions connues, dans lesquelles les outils sont disposés perpen- diculairement au plan du mouvement de la chaine, on de- 30 vrait prévoir un espace beaucoup plus grand, égal à la somme des longueurs des outils augmentée de la distance nécessaire pour permettre aux dispositifs de manoeuvre d'extraire les outils de leurs logements sans devoir heurter les outils adjacents ou d'autres parties de la 35 machine. Dans le cas d'une machine de dimensions moyen- nes (par exemple avec une machine qui permet une course de 1750 mm selon l'axe Y et de 1250 mm selon l'axe Z), il est possible d'installer deux chaînes capables de re- 5 cevoir chacune environ 80 outils sans sortir des limites d'encombrement de la machine. Le parcours des chaines 11 présente avantageuse- ment, au droit de la partie avant haute des machines, un segment rectiligne indiqué par H sur la figure 2, de ma- 10 nière que, lorsque les outils se trouvent dans cetce zo- ne, ils se présentent avec leur axe horizontal, pour faciliter le prélèvement des outils par un manipulateur, désigné dans son ensemble par 13, lequel prélève les ou- rils dans le magasin pour les approvisionner aux machi- 15 nes. Le manipulateur comprend un guide 18, solidaire de la structure des machines et sensiblement parallèle à l'axe Z, le long duquel se déplace le corps 19 du manipu- lateur, qui peut ainsi se rapprocher et s'éloigner des 20 machines sur une distance suffisante pour pouvoir extrai- re les outils du magasin et les y replacer. Un chariot 20 peut coulisser par rapport au plan du manipulateur dans une direction sensiblement pa- rallèle à l'axe X. 25 Le chariot est solidaire d'un bras 21 qui porte à son extrémité inférieure une pince 22 de type connu apte à prélever les outils. La course du chariot 20 est suffisante pour pla- cer la pince 22 au droit des mandrins des deux machines. 30 Les dispositifs supports de pièces, qui sont eux aussi disposés en avant des machines, comprennent un banc 23, fixé aux fondations 24 de la structure, sur le- quel coulisse un chariot 25 qui porte une table tournan- te 26 munie à son tour de moyens pour la fixation de la 35 pièce à usiner. Les mouvements du chariot 23 le long de l'axe X sont eux aussi commandés par commande numérique. La table tournante comprend avantageusement une plaque 49 munie dans sa région supérieure de rouleaux 5 fous 50 et montée sur la tige 51 d'un piston 52 qui est à son tour monté dans la base de la table tournante, com- me représenté sur la figure 3. Les palettes présentent, dans leur partie infé- rieure, un logement dans lequel se loge la plaque 49, et 10 elles sont en outre équipées, également sur la paroi in- férleure, de logements prévus pour l'insertion de tenons de centrage 53 solidaires de la base. Lorsque la palette, prélevée sur le transporteur, est introduite dans la cellule, elle s'engage sur 15 la plaque en roulant sur les rouleaux 50. Lorsqu'elle est parvenue en position, le piston 52 descend et la palette se positionne correctement sur sa base, en s'engageant sur les tenons auto-centreurs 53. Entre les machines et le porte-pièce, est avantageu- 20 sement placé un magasin d'accessoires, apte à permettre le remplacement automatique des accessoires montés sur les coulisseaux 5. Ce magasin, représenté sur la figure 2, com- prend un chariot 27 qui se déplace le long de deux gui- 25 des 28, eux aussi parallèles à l'axe X et auquel est fixé un support 29 supportant un ou plusieurs accessoi- res comme, par exemple, une tête d'équerre 30 ou une tê- te travaillante à plusieurs degrés de liberté, non repré- sentée sur la figure, ou une plaque de fermeture 31 des- 30 tinée à s'appliquer sur l'extrémité du coulisseau 5 lors- que ce dernier ne porte pas d'accessoires. Cette plaque de fermeture et de protection est nécessaire pour protéger les raccordements des divers services auxquels on raccorde l'accessoire au moment du 35 montage, services qui peuvent être, par exemple, un li- quide de refroidissement, une alimentation électrique, un lubrifiant, une aspiration des copeaux, etc.. La cellule peut encore être éventuellement com- plétée par un magasin des palettes équipé d'un organe de 5 transfert qui peut prélever automatiquement les palettes et les introduire automatiquement dans la machine, en les déposant sur la table tournante 26. Ce complexe est illustré par la vue schématique de la figure 2 o l'on indique en 32 l'enveloppe de la cellule, munie d'une por- 10 te à ouverture automatique servant pour l'introduction des palettes qui portent les pièces à usiner. Les palettes sont contenues dans un magasin constitué par une structure qui est de préférence à deux étages 33 dont sont solidaires des guides 34 le long des- 15 quels circule la structure d'une navette de transfert des palettes, désignée dans son ensemble par 35. Cette structure comprend un châssis 36 qui est monté sur les guides 34 au moyen de roues de façon à pou- voir se déplacer parallèlement à l'axe X. 20 Le mouvement du châssis 36 est commandé par un moteur 37 qui actionne une roue dentée 38, laquelle est en prise avec une crémaillère 39 solidaire de la structu- re 32 du magasin de palettes. La navette 35 comprend aussi une paire de montants verticaux 40 constitués par des profilés en C, le long desquels circule, au moyen de roues 41, le support 42 d'un plateau muni de moyens pour le transfert des pa- lettes. Le support 42 comprend un moteur 43 qui action- 30 ne une vis sans fin 44, laquelle attaque la crémaillère 45 d'un plateau ou chariot 46 qui peut ainsi se déplacer parallèlement à l'axe Z. A son tour, le chariot 46 est muni d'un disposi- tif analogue servant pour le déplacement d'une palette 35 désignée par 47, elle aussi équipée d'une crémaillère 2705266 9 dans sa partie inférieure. En substance, le chariot 46 prévu pour le prélè- vement des palettes peut se déplacer selon de trois axes rectangulaires parallèles à ceux des machines 1 et 1'. 5 Les mouvements du support 42 le long des guides 43 sont commandés au moyen d'une vis à circulation de billes ou équivalent 48. Les fonctions de la cellule sont commandées à l'aide de dispositifs électroniques du type connu dans 10 ce secteur technique. En particulier, chaque machine est dotée de sa propre commande numérique, avec un logiciel de supervi- sion qui coordonne les fonctions des deux machines, tan- dis que le magasin d'outils et l'installation d'alimenta- 15 tion des palettes en pièces à usiner sont gérés par au- tant de PLC. Le fonctionnement se produit de la façon suivan- te : Lorsque les palettes portant les pièces à usi- 20 ner ont été disposées dans le magasin 33, on insère dans les chaînes 1il du porte-outils 10 les outils nécessaires pour l'usinage prévu et on monte sur le support 29 du chariot 27 les accessoires qui doivent être montés sur le coulisseau 5. 25 A ce stade, on peut activer la cellule, dont les fonctions sont toutes gérées par un ordinateur de commande qui mémorise le temps d'usinage de chaque outil pour programmer le remplacement de cet outil au moment prescrit, en prévoyant aussi d'optimiser l'utilisation 30 de ces outils. Le dispositif 42 est mis en action pour le transfert des palettes et, en se déplaçant parallèlement à l'axe Z, il pénètre dans le magasin, prélève la palet- te avec la pièce montée sur cette dernière et l'extrait. 35 A ce stade, la navette 35 est mise en transla- tion sous l'action du moteur 37 jusqu'à ce qu'elle place la palette au droit de la table tournante 26 qui lui est assignée par le programme, pendant que le support du plateau 46 descend jusqu'au niveau de la table cournan- 5 te. A ce stade, par actionnement des moteurs pré- sents sur le chariot 45 et sur le plateau 46, la palette est avancée jusqu'au-dessus de la table tournante, sur laquelle elle est déposée, en effectuant le blocage 10 d'une façon connue. En même temps, on fait avancer les chaînes 11 jusqu'à amener les outils prévus pour l'usinage au droit du parcours vertical H, o le changeur d'outils 13 procè- de au prélèvement de l'outil. 15 Pour cette opération, la machine commande la translation du chariot 20 le long de l'axe X jusqu'à ame- ner la pince 22 sur l'axe de l'outil, après quoi on com- mande le coulissement du corps 19 du changeur d'outil le long du support 18, parallèlement à l'axe Z, ce qui amè- 20 ne la pince 22 à prélever l'outil voulu, en l'extrayant du magasin 10. Le changeur d'outils place maintenant la pince au-dessus du coullsseau destiné à recevoir l'outil, après quoi le support 6 du coulisseau 5 est commandé 25 pour coulisser le long des guides 3 jusqu'à placer le coulisseau dans l'axe de l'outil. A ce stade, la pince se rapproche de nouveau de la machine pour insérer l'outil dans le mandrin du coulisseau. Lorsque cette opération a été répétée pour l'au- 30 tre machine, on peut déclencher l'usinage. Chaque fois qu'un outil s'use et qu'il est né- cessaire de le remplacer, les dispositifs de commande de la machine procèdent à l'opération inverse, pour repla- cer l'outil dans le magasin et le remplacer par un outil 35 neuf. Pendant l'usinage, le chariot 27, avec le sup- port 29 des accessoires, reste parqué en dehors de la zone de travail, par exemple entre les deux machines et, lorsqu'il faut remplacer le groupe complet, le chariot 5 27 se déplace le long des guides 28 jusqu'à placer l'ac- cessoire sur l'axe du coulisseau, lequel se sera en même temps positionné en hauteur de manière à aligner son axe sur celui de l'accessoire à monter. On fait avancer le coulisseau jusqu'à ce qu'il 10 entre en prise avec l'attache de l'accessoire, laquelle est automatiquement bloquée à l'aide de dispositifs de type connu et qui ne seront donc pas décrits. Il ressort clairement de ce qui a été décrit que la cellule de travail selon l'invention forme une 15 unité autonome multifonction qui est en mesure d'effec- tuer simultanément et automatiquement des usinages, même totalement différents, sur des pièces distinctes. Il est en fait possible de faire travailler si- multanément les deux machines avec des programmes par- 20 tiels indépendants, ou encore de les faire travailler in- dividuellement, puisque la partie commune est indépendan- te et par conséquent capable d'assurer la complète capa- cité de fonctionnement, même lorsqu'une machine n'est pas en service. 25 La cellule apporte donc une notable souplesse d'emploi, avec une réduction notable de l'encombrement et des coûts, comparativement aux installations connus. En particulier, le fait de prévoir un changeur d'outils commun aux deux machines permet, grâce à la con- 30 figuration du magasin d'outils, de limiter les dimen- sions de l'installation dans une mesure appréciable. L'homme de l'art pourra apporter de nombreuses modifications et variantes qui doivent cependant être considérées comme comprises dans le domaine de l'inven- 35 tion. REVENDICATIONS 1. Cellule de travail du type comprenant deux machines-outils automatiques (1, 1') et un magasin d'ou- 5 tils (10), avec des dispositifs électroniques de comman- de pour la gestion commune des fonctions des machines, caractérisée en ce qu'elle comprend un unique changeur d'outils (13) capable de desservir les deux machines. 2. Cellule de travail selon la revendication 1, caractérisée en ce que les machines (1, 1') sont indenti- ques, disposées symétriquement, le magasin d'outils (10) étant disposé entre ces machines. 3. Cellule de travail selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit magasin d'outils (10) est constitué par une ou plusieurs chaînes (11) munies d'une pluralité de logements aptes à recevoir chacun un outil, lesdits outils étant disposés avec leur axe parallèle au plan le long duquel les chaînes (11) circulent. 4. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les machines (1, 1') comprennent un montant vertical (2) le long duquel se déplace, sous commande numérique, le support (6) d'un coulisseau (5) porte-mandrin à axe horizon- tal qui, à son tour, se déplace parallèlement à son axe, sous commande numérique, des tables porte-pièces (26) étant disposées devant chaque machine, cependant qu'il est prévu des moyens à commande numérique capables de dé- placer lesdites tables le long d'un axe perpendiculaire aux axes précédents. 5. Cellule de travail selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les plans le long des- quels les chaines (11) du magasin d'outils (10) circu- lent sont parallèles aux axes des coulisseaux (5) porte- mandrins des machines (1, 1'). 6. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladi- te table porte-pièce (26) est une table tournante muni de moyens- d'accrochage (53) aptes à recevoir une palette (47) sur laquelle la pièce est montée. 7. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit changeur d'outils (13) est constitué par un manipulateur (13) monté sur un support (19) situé dans la partie supérieure d'une des machines (1, 1') et capable de se dépla- 10 cer parallèlement à l'axe des coulisseaux (5), cependant que, sur ledit support (19), est monté un chariot (20) mobile le long d'un axe horizontal, dans une direction orthogonale à la précédente et que, sur ledit chariot (20), est monté le bras (21) de support d'une pince (22) 15 apte à prélever les outils dans le magasin et à les in- troduire dans les attaches respectives prévues sur les machines. 8. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdi- 20 tes chaînes (11) qui constituent le magasin porte-outils (10) présentent, au niveau de la partie supérieure de la machine, dans la zone de prélèvement des outils, un seg- ment vertical, de manière à disposer les outils alignés sur la direction de montage. 9. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un magasin d'accessoires commun, des moyens étant prévus pour faire circuler ce magasin et pour ame- ner chaque accessoire au moment de son utilisation au 30 droit du coulisseau (5) sur lequel il doit être monté. 10. Cellule de travail selon la revendication 9, caractérisée en ce que le magasin porte-accessoires comprend un chariot (27), mobile le long d'une glissière (28) disposée parallèlement aux machines (1, 1') dans la 35 zone comprise entre les machines et la table porte-pièce (26), et il est prévu des moyens de commande aptes à dé- placer ledit magasin pour amener chaque accessoire au droit de l'un ou de l'autre des coulisseaux (5). 11. Cellule de travail selon une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens aptes à approvisionner automatique- ment les palettes (47) sur lesquelles est montée la piè- ce à usiner. 12. Cellule de travail selon une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisée en qu'elle com- prend un magasin (33) à plusieurs étages pour les palet- tes (47). 13. Cellule de travail selon les revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une na- 15 vette (35), mobile le long de la structure dudit magasin de palettes, ladite navette (35) étant munie de moyens aptes à prélever les palettes (47) dans le magasin et à les introduire dans la machine (1, 1') en les déposant sur la table porte-pièce (26). 14. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladi- te navette (35) comprend un châssis (36) mobile le long d'une paire de guides horizontaux (34) solidaires du ma- gasin (33), ledit châssis (36) présentant deux montants 25 verticaux (40) le long desquels circule le support (42) d'un chariot (46) apte à recevoir une palette, cependant qu'il est prévu des moyens de déplacement (43, 44, 45) aptes à commander les déplacements dudit chariot (46) par rapport audit support (42) et de la palette (47) par 30 rapport audit chariot (46) dans une direction parallèle à l'axe des coulisseaux (5). 15. Cellule de travail selon la revendication 14, caractérisée en ce que ledit support (42) est muni d'un moteur (43) qui actionne une vis sans fin (44), la- 35 quelle attaque une crémaillère (45) présente sur la pa- roi inférieure du chariot (46), ledit chariot (46) étant à son tour muni d'une transmission analogue à vis sans fin qui attaque une crémaillère analogue prévue sur la paroi inférieure de la palette (47). 16. Cellule de travail selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite table tournante (26) est munie d'une plaque (49) apte à s'insérer à coulisse- ment dans un logement prévu dans la palette (47), ladite plaque étant munie, en position supérieure, de roues fol- O10 les, cependant qu'il est prévu des moyens (51, 52) aptes à élever et à abaisser ladite plaque (49). 17. Cellule de travail selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur ladite ta- ble tournante, des tenons de centrage (53) aptes à s'in- sérer dans des logements correspondants prévus dans la paroi inférieure des palettes (47). 18. Cellule de travail selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que cha- que machine est équipée de sa propre commande numérique, et il est prévu des moyens électroniques de coordination des fonctions des deux machines.