Brevet FR2698569A1 — publié le 19940603

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR POSITIONNER LES BARRES DANS UN TOUR La présente invention concerne les machines outils telles que les tours automatiques à chargement automatique de barres (décolleteuses ou tours à commande numérique), dans lesquelles un embarreur sélectionne une barre de matière première, et vient la positionner par poussée axiale dans la machine. Jusqu'à présent, la seule action exercée par les embarreurs est une poussée axiale unidirectionnelle, qui permet de pousser la barre de matière première jusqu'à ce que son extrémité antérieure vienne porter contre un outil ou une butée de positionnement. Après un premier positionnement, les mouvements longitudinaux de la barre sont commandés par la pince de poupée, elle-même entraînée en translation longitudinale par l'arbre à came de la machine. Dans les structures connues, l'embarreur comprend un tube longitudinal coaxial avec le tour automatique, dans lequel coulisse une poussette entraînée en translation par un dispositif de transmission sollicité par un moteur et un dispositif d'embrayage La poussette vient en appui sur l'extrémité postérieure de la barre de matière première insérée dans le tube, et repousse ladite barre en direction du tour automatique pour amener son extrémité antérieure dans la zone des outils de coupe. Une première difficulté résulte du fait que, par un simple mouvement de poussée destiné à amener la barre en appui contre une butée ou contre les outils de coupe, l'action de l'embarreur se limite à exercer sur la barre une poussée inférieure à une valeur maximale déterminée L'avance de la barre s'interrompt ainsi dès que la barre rencontre un obstacle pouvant exercer sur la barre une force supérieure à la poussée maximale de l'embarreur En fonctionnement normal, la barre poursuit sa progression jusqu'à ce que son extrémité antérieure vienne porter contre la butée ou contre l'outil Toutefois, si la barre rencontre un obstacle avant d'atteindre la butée, sa progression s'arrête et la machine ne détecte pas le défaut et il en résulte un usinage défectueux Par exemple, la barre peut interrompre sa progres- sion en venant buter contre la pince, notamment lorsqu'il s'agit d'une barre à section non circulaire devant s'insérer dans une pince présentant la même section non circulaire, un décalage angulaire entre la pince et la barre interdisant la pénétration de la barre dans la pince Un défaut similaire peut se produire si la barre vient buter contre la face postérieure d'un canon de guidage de barre. Un autre défaut peut se produire si la barre vient frapper à grande vitesse la butée, et rebondit légèrement avant serrage de la pince sur la barre En effet, la distance de rebond introduit une erreur de position de la barre, de sorte que le premier usinage est défectueux. Les embarreurs connus sont dépourvus de moyens permettant de détecter ces défauts, et il en résulte une production de certaines pièces dont la longueur est inacceptable. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure d'embarreur permettant de détecter de manière sûre tous les défauts de positionnement de la barre, tels que les défauts d'introduction dans la pince ou dans un canon, et permettant d'éviter les rebonds lors d'un positionnement en appui contre une butée. L'invention a en outre pour objet de proposer une nouvelle structure d'embarreur pouvant agir sans interruption du mouvement d'avance de barre. Un autre objet de l'invention est de proposer une telle structure d'embarreur permettant de contrôler efficacement tout type de barre dans une plage étendue de diamètres de barre, et en particulier des barres de petit diamètre, sans contact mécanique avec la barre. Un autre avantage de la présente invention est d'augmenter sensiblement la rapidité de positionnement de la barre dans un tour automatique, les mouvements longitudinaux de la barre pouvant être effectués à des vitesses nettement supérieures à celles admissibles dans les embarreurs connus. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'avance initiale de la barre s'effectue selon les étapes suivantes: pendant cette avance initiale de la barre, on détecte le passage de l'extrémité antérieure de barre dans une zone de détection en amont de la zone des outils du tour automatique, définissant une position d'origine de la barre, à compter de cette détection du passage d'extrémité de barre dans la zone de détection, on mesure le déplacement des moyens de poussée de barre pour en déduire la position instantanée de la barre, on utilise lesdites mesures de position pour commander les moyens de poussée de barre et produire les étapes d'avance désirées pour l'usinage de la barre. En particulier, les moyens de poussée de barre peuvent être commandés en fonction de la mesure de position de barre pour amener l'extrémité de barre légèrement en aval des outils de coupe assurant l'affranchissement, sans l'utilisation d'une butée de positionnement. Les étapes de poussée de barre peuvent avantageusement compren- dre deux étapes successives: une première étape de poussée rapide, interrompue dès que l'extrémité antérieure de barre est à proximité de la butée, cette position étant détectée par les moyens de mesure de position de barre, une seconde étape de poussée lente pour compléter l'avance de la barre et l'amener à faible vitesse en appui contre la butée, évitant les rebonds. Le dispositif selon l'invention, permettant de mettre en oeuvre ce procédé et de positionner les barres de matière première sur un tour automatique, comprend un embarreur muni de moyens actionnés par un moteur pour pousser axialement une barre de matière première entre une position reculée d'introduction de barre dans l'embarreur et une position d'avance extrême de barre Le dispositif comprend: un capteur de détection de présence d'extrémité de ladite barre, destiné à être disposé en amont de la zone des outils du tour automatique, et produisant un signal de détection de passage d'extrémité de barre, un capteur de position angulaire pour mesurer la rotation dudit moteur de poussée axiale, et produire des signaux de mesure de position angulaire, des moyens de commande pour produire des signaux électriques de commande en fonction du signal de détection de passage d'extrémité de barre et en fonction des signaux de mesure de position angulaire, lesdits signaux de commande pilotant une alimentation électrique alimentant le moteur de poussée axiale pour produire une suite prédéfinie d'étapes d'avance de barre pour l'usinage de la barre. Les moyens de commande sont agencés de façon à produire une poussée de barre selon deux types de poussée: une poussée en asservissement de position de barre, la force de poussée étant alors limitée par les seules capacités nominales du moteur et de son alimentation électrique, l'alimentation du moteur étant commandée par un signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre, une poussée élastique, dans laquelle on asservit le couple moteur pour produire une poussée sensiblement égale à une valeur connue, quels que soient la valeur et le sens de déplacement de la barre. De préférence, les moyens de commande utilisent le signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre, pour produire un signal d'erreur en cas de présence d'un signal d'écart en fin d'étape de poussée de barre; ce signal d'erreur est utilisé pour avertir l'utilisateur, ou pour arrêter le tour automatique, ou pour modifier son fonctionnement. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réali- sation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: la figure 1 est une vue schématique de côté des éléments essentiels d'un embarreur selon la présente invention associé à un tour automatique et la figure 2 est une vue schématique illustrant les principaux organes fonctionnels de commande selon la présente invention. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la machine telle qu'un tour automatique comprend un outil de coupe 1, placé dans une zone 2 d'outil de coupe, en aval d'un canon de guidage de barre 3, lui-même en aval d'une zone 4 occupée par une pince 5 montée dans la poupée du tour automatique La pince 5 peut être serrée ou desserrée autour d'une barre de matière première, elle peut tourner autour de l'axe longitudinal I-I du tour automatique, et elle peut se déplacer longitudinalement selon la double flèche 6, entrainée selon les consignes données par l'arbre à came ou le calculateur numérique de tour automatique, non représenté sur les figures. Ces organes de machine-outil ou de tour automatique peuvent être de tous types connus actuellement et n'ont donc pas à être décrits plus en détail. L'embarreur 7 comprend également des organes habituels des embarreurs connus, et en particulier une poussette 8 pouvant coulisser longitudinalement selon l'axe I-I de la machine dans un tube de guidage non représenté sur la figure L'extrémité antérieure de la poussette 8 comprend une pince de poussette 9 destinée à tenir l'extrémité postérieure d'une barre 10 de matière première introduite dans le tube de guidage. Dans le mode de réalisation représenté, la poussette 8 est entraînée en translation longitudinale par un dispositif de transmission comprenant un drapeau 11 latéral fixé à une chaîne 12 elle-même tendue entre deux pignons de renvoi tourillonnant sur des axes transversaux respectifs 13 et 14 L'un des deux axes respectifs, par exemple l'axe 14, est entraîné en rotation par un moteur 15. La chaîne 12 porte un taquet 26 positionné de façon à venir actionner un contacteur 27 lorsque la poussette 8 se trouve à proximité de l'extrémité d'embarreur proche du tour automatique, indiquant la fin de poussée de barre. En alternative, d'autres types d'embarreurs peuvent également être utilisés avec les moyens de l'invention, par exemple un embarreur à poussée par câble. Le moteur 15 est avantageusement un moteur de type asynchrone triphasé à rotor aimanté Il est alimenté en énergie électrique sous forme d'une tension triphasée à fréquence et amplitude variables, produite par une alimentation électrique du moteur 16 tel qu'illustré sur la figure 2. Le moteur 15 est associé à un capteur de position angulaire 17, monté sur son arbre 18 Ce capteur de position angulaire peut, par exemple, être un résolveur Il fournit des signaux codés, ou signaux de25 mesure de position angulaire, envoyés à des moyens de commande 19. Un capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20 est disposé en amont de la zone 2 des outils 1 du tour automatique, et, de préférence, en amont du canon 3 et de la zone 4 de pince 5 de poupée, comme le représente la figure 1 Ce capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20 est avantageusement un capteur optique, se présentant sous la forme d'un cadre optique apte à produire un flux lumineux dans un plan transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I ou axe de progression de la barre 10 Le cadre optique est apte à détecter la variation du flux lumineux lors de la traversée du plan par l'extrémité de la barre 10. Le capteur de détection de présence de barre 20 est associé à un circuit de traitement de signal 21, permettant de produire un signal de détection de présence d'extrémité de barre lorsque la variation de flux lumineux se produit selon une vitesse de variation comprise dans une plage de variation prédéterminée Ce signal est envoyé par une ligne 22 aux moyens de commande 19. Le circuit de traitement de signal 21 permet ainsi de reconnaitre avec précision la variation de flux lumineux produite par la pénétration de l'extrémité de barre, et de rendre le système insensible à toute autre variation de flux lumineux telles que les variations produites par exemple par les dispositifs extérieurs d'éclairage du local dans lequel se trouve la machine. De préférence, le circuit de traitement de signal 21 est inhibé pendant toutes les plages de durée autres que celle au cours de laquelle une extrémité de barre est susceptible de traverser le cadre optique du capteur de détection de présence de barre 20. De préférence, également, un tube de protection est inséré axialement dans le cadre optique, pendant toutes les périodes autres que celle au cours de laquelle une extrémité de barre est susceptible de traverser le cadre optique La présence de ce tube protège le cadre optique contre les projections d'huile lors des opérations d'usinage de la barre, opérations au cours desquelles la barre est entraînée en rotation rapide autour de l'axe longitudinal I-I de la machine Pendant les périodes de détection d'extrémité de barre, le tube de protection est escamoté axialement à l'écart du flux lumineux. Pour améliorer la précision avec laquelle on peut détecter le signal de présence de l'extrémité de barre 10 dans le cadre optique, les moyens de commande 19 d'avance de barre sont agencés de façon à réguler la vitesse d'avance de barre 10 au voisinage d'une vitesse déterminée pendant l'étape de détection de présence d'extrémité de barre dans le capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20 On connaît ainsi avec précision la variation normale de flux lumineux produite par la pénétration d'extrémité de barre dans le cadre optique, et on peut ainsi discriminer plus aisément le signal utile parmi les signaux parasites. Les moyens de commande 19, recevant les signaux de détection de passage d'extrémité de barre produits par le capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20, et recevant les signaux de position angulaire produits par le capteur de position angulaire 17, produisent des signaux de commande envoyés par la ligne 23 à l'alimentation électrique 16 alimentant le moteur 15 de poussée axiale, produisant une suite prédéfinie d'étapes d'avance de barre pour l'usinage de la barre Les moyens de commande 19 comprennent ainsi un ensemble de mémoire dans lequel on peut entrer les données relatives aux étapes d'usinage, et comprennent un processeur pour produire les signaux de commande selon la suite désirée. L'ensemble de mémoire des moyens de commande 19 comprend notamment une première mémoire pour mémoriser la valeur de distance D entre le capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20 et la position initiale que doit prendre l'extrémité de barre 10 avant serrage de la pince 5 de poupée. L'ensemble de mémoire comprend une seconde mémoire pour mémoriser la longueur de la pièce à réaliser par usinage de la barre 10. L'ensemble de mémoire comprend une troisième mémoire pour mémoriser la largeur d'outil de coupe 1, ou distance entre les deux extrémités adjacentes des deux pièces successives usinées sur la barre. Les moyens de calcul tels que le processeur sont associés à des programmes pour déterminer la position instantanée de l'extrémité de barre en fonction des signaux contenus dans les mémoires, en fonction du nombre de pièces précédemment réalisées dans ladite barre 10, et en fonction des signaux de mesure de position angulaire produits par le capteur de position angulaire 17. L'alimentation 16 triphasée peut être de type connu, pour piloter le moteur 15 Toutefois, l'invention prévoit une façon particu- lière de piloter l'alimentation 16 par les moyens de commande 19. Ainsi, les moyens de commande 19 sont agencés de façon à produire, par l'alimentation 16, une poussée de barre 10 selon deux types de poussée: une poussée en asservissement de position de barre, dans laquelle l'alimentation 16 alimente le moteur 15 de façon à suivre le mieux possible une consigne de position, selon les capacités maximales du moteur 15, l'alimentation 16 du moteur étant commandée par un signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre 10; une poussée élastique, en asservissement de couple moteur, dans laquelle l'alimentation 16 envoie au moteur 15 une énergie électrique permettant au moteur 15 de produire une poussée à couple constant quels que soient le sens et la vitesse de déplacement de la barre 10. En fonction des étapes de fonctionnement, les moyens de commande 19 produisent l'un ou l'autre des types de poussée de barre précédemment définis. Par exemple, lors d'une procédure de poussée de barre contre une butée, cette procédure comprend deux étapes successives: une première étape de poussée rapide, en asservissement de position de barre, que l'on interrompt lorsque la position instantanée de l'extré- mité de barre 10 est à proximité de la butée à atteindre, une seconde étape de poussée plus lente, en asservissement de couple moteur, pour compléter l'avance de la barre et l'amener en appui contre la butée. Un autre intérêt du dispositif selon l'invention est qu'il est possible d'exercer sur la barre 10, pendant certaines étapes de fonctionnement, une traction élastique constante et limitée, par application d'un couple négatif approprié du moteur 15. De préférence, les moyens de commande utilisent le signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre 10, pour produire un signal d'erreur en cas de présence d'un signal d'écart en fin d'étape de poussée de barre Ce signal d'erreur est alors utilisé soit pour avertir l'utilisateur, soit pour arrêter la machine, soit pour modifier son fonctionnement. Par exemple, ce signal d'erreur est utilisé, dans une procédure d'introduction de barre dans un canon 3 de guidage de barre ou dans la pince 5 de poupée, pour interrompre la poussée de barre, pour provoquer un léger recul de la barre, et pour recommencer la procédure d'introduc- tion de barre en produisant éventuellement une rotation appropriée de la broche jusqu'à l'introduction désirée Une telle procédure peut en particulier être utile pour l'introduction d'une barre non cylindrique, par exemple à section en six pans. Lors du fonctionnement normal du dispositif selon l'invention, on actionne les moyens de poussée de l'embarreur pour effectuer une avance initiale de la barre 10 en direction de la zone des outils de coupe Pendant l'avance initiale de la barre 10, on détecte le passage de l'extrémité antérieure de barre 10 dans le plan occupé par le cadre optique du capteur de détection de présence d'extrémité de barre 20, en amont de la zone des outils 1, définissant une position d'origine de la barre 10 A compter de cette détection de passage d'extrémité antérieur de barre dans la zone de détection, on mesure le déplacement des moyens de poussée de barre à l'aide du capteur de position angulaire 17, pour en déduire la position instantanée de la barre 10 On utilise ces mesures de position pour commander le moteur 15 de poussée de barre et produire les étapes d'avance désirées pour l'usinage de la barre 10. Selon l'invention, la procédure initiale d'affranchissement de barre peut être exécutée sans intervention de butée Les moyens de poussée de barre sont alors commandés en fonction de la mesure de position de barre faite par le capteur de position angulaire 17, et ils amènent l'extrémité de barre légèrement en aval des outils de coupe 1 assurant l'affranchissement, sans l'utilisation d'une butée de position- nement. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Procédé pour positionner les barres ( 10) de matière première dans un tour automatique, dans lequel on introduit une barre ( 10) dans un embarreur ( 7), on actionne les moyens de poussée de l'embarreur ( 7) pour effectuer une avance initiale de la barre ( 10) en direction de la zone ( 2) des outils ( 1) de coupe, caractérisé en ce que: pendant l'avance initiale de la barre ( 10) on détecte le passage de l'extrémité antérieure de barre ( 10) dans une zone de détection ( 20) en amont de la zone ( 2) des outils ( 1), définissant une position d'origine de la barre ( 10), à compter de ladite détection du passage d'extrémité antérieure de barre dans la zone de détection ( 20), on mesure le déplacement des moyens de poussée de barre ( 15) pour en déduire la position instantanée de la barre ( 10), on utilise lesdites mesures de position pour commander les moyens de poussée de barre ( 15) et produire les étapes d'avance désirées pour l'usinage de la barre ( 10). 2 Procédé selon la revendication 1, comprenant une procédure de poussée de barre contre une butée, caractérisé en ce que cette procédure comprend deux étapes successives: une première étape de poussée rapide, interrompue dès que la position instantanée de l'extrémité de barre ( 10) est à proximité de la butée, une seconde étape de poussée lente, pour compléter l'avance de la barre ( 10) et l'amener à faible vitesse en appui contre la butée, sans rebond. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une procédure initiale d'affranchissement, caractérisé en ce que les moyens de poussée de barre ( 15) sont commandés en fonction de la mesure de position de barre pour amener l'extrémité de barre ( 10) légèrement en aval des outils de coupe ( 1) assurant l'affranchissement, sans l'utili- sation d'une butée de positionnement. 4 Dispositif pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et pour positionner les barres ( 10) de matière première dans un tour automatique, comprenant un embarreur ( 7) muni de moyens ( 8, 9, 11, 12) actionnés par un moteur ( 15) pour pousser axialement une barre ( 10) entre une position reculée d'intro- il duction et une position d'avance extrême de barre, caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur de détection de présence d'extrémité de barre ( 20), destiné à être disposé en amont de la zone ( 2) des outils ( 1) du tour automatique, et produisant un signal de détection de passage d'extrémité de barre ( 10), un capteur de position angulaire ( 17) pour mesurer la rotation dudit moteur ( 15) de poussée axiale et pour produire des signaux de mesure de position angulaire, des moyens de commande ( 19), pour produire des signaux électriques de commande en fonction du signal de détection de passage d'extrémité de barre et en fonction des signaux de mesure de position angulaire, lesdits signaux de commande pilotant une alimentation électrique ( 16) alimentant le moteur ( 15) de poussée axiale pour produire une suite prédéfinie d'étapes d'avance de barre ( 10) pour l'usinage de la barre. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 19) comprennent: une première mémoire pour mémoriser la valeur de distance (D) entre le capteur de détection de présence d'extrémité de barre ( 20) et la position initiale désirée d'extrémité de barre avant serrage de pince ( 5) de poupée, une seconde mémoire pour mémoriser la longueur de la pièce à réaliser par usinage de la barre ( 10), une troisième mémoire pour mémoriser la largeur d'outil de coupe ( 1), des moyens de calcul pour déterminer la position instantanée de l'extrémité de barre ( 10) en fonction des signaux contenus dans les trois mémoires précédentes, en fonction du nombre de pièces précédemment réalisées dans ladite barre ( 10), et en fonction des signaux de mesure de position angulaire produits par le capteur de position angulaire ( 17). 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 19) sont agencés de façon à produire une poussée de barre ( 10) selon deux types de poussée: une poussée en asservissement de position de barre, limitée par les capacités nominales du moteur, l'alimentation ( 16) du moteur étant commandée par un signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre ( 10), une poussée élastique, en asservissement de couple du moteur ( 15). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 19) utilisent le signal d'écart entre la position désirée et la position mesurée de la barre ( 10), pour produire un signal d'erreur en cas de présence d'un signal d'écart en fin d'étape de poussée de barre, ledit signal d'erreur étant utilisé pour avertir l'utilisateur, ou pour arrêter le tour automatique, ou pour modifier son fonctionnement. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit signal d'erreur est utilisé, dans une procédure d'introduction de barre dans un canon de guidage de barre ( 3) ou dans une pince ( 5) de poupée, pour recommencer la procédure d'introduction en produisant éventuellement une rotation appropriée de la poupée jusqu'à l'introduc- tion désirée de la barre. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le capteur de détection de présence de barre ( 20) est un cadre optique apte à produire un flux lumineux dans un plan transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I de la machine ou axe de progression de la barre ( 10) et apte à détecter la variation dudit flux lumineux lors de la traversée dudit plan par l'extrémité de la barre ( 10). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capteur de détection de présence d'extrémité de barre ( 20) est associé à un circuit de traitement de signal ( 21), pour produire un signal de détection de présence d'extrémité de barre lorsque la variation de flux lumineux se produit selon une vitesse de variation comprise dans une plage de variation prédéterminée. 11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 19) sont agencés de façon à réguler la vitesse d'avance de barre ( 10) au voisinage d'une vitesse déterminée pendant l'étape de détection de présence d'extrémité de barre.