Brevet FR2754751A1 — publié le 19980424

DISPOSITIF ROTATIF DE CHANGEMENT DE PIECES A USINER D'UNE MACHINE-OUTIL La présente invention a trait au domaine des machines-outils et notamment aux adaptations permettant de réaliser le changement de pièces à usiner en remplissant les conditions de temps de cycle et d'étanchéité répondant aux critères d'intégration nécessaires plus particulièrement à l'utilisation d'une machine-outil d'usinage à très grande vitesse. Classiquement, les dispositifs de changement de pièces dits de "palettisation" ont pour fonction l'approvisionnement en pièces à usiner des machines-outils : le dispositif amène la pièce à usiner sur le poste d'usinage de la machine-outil, la machineoutil réalise la gamme d'usinage puis la pièce usinée est évacuée et remplacée par une nouvelle pièce à usiner. Les dispositifs existant dits "pas à pas" sont très adaptés pour l'usinage en série et à la configuration pour des machines-outils d'usinage en très grande série. Ces machines possèdent des têtes d'outils multi-broches qui assurent la réalisation à très grande vitesse d'une gamme d'usinage. Ces machines-outils faisant l'objet d'améliorations constantes en rapidité et en précision et du fait que de nouvelles machines mono-broches plus flexibles, plus rapides, et plus précises apparaissent, les dispositifs existants sont difficilement adaptables car il est désormais impératif qu'ils deviennent plus flexibles, plus rapides et plus précis. En effet, la flexibilité augmentée de ces machines entraîne, entre autres, une différence de temps d'usinage d'une machine à l'autre et le procédé technique de convoyage "pas à pas" n'est plus utilisable dans une telle configuration. Un autre contrainte à laquelle doit s'adapter maintenant un dispositif de changement de pièces, est l'usinage à sec. En effet, 1' usinage à sec, c'est à dire sans projection de liquide, supprime le moyen d'entraînement usuel des copeaux de sorte que ceux-ci s'évacuent beaucoup moins facilement et deviennent donc un facteur plus important de grippage des composants de la machine, de faussage des références et de mauvais fonctionnement. Le concept des dispositifs de "palettisation" tournants présents devant chaque machine et servant d'interfaces entre la chaîne de convoyage classique des pièces et une machine-outil d'usinage à grande vitesse, semble être la meilleure solution au problème de flexibilité. Cependant, un inconvénient de ces dispositifs est le grand volume libre demandé, au niveau du poste d'usinage, par son installation, puisque la rotation de ces dispositifs demande un volume cylindrique dont la base aurait pour diamètre la longueur du palettiseur, encombrement nettement plus important qu'un palettiseur classique en translation. Cet inconvénient a souvent obligé les techniciens du bureau d'outillage à concevoir des montages d'usinage moins encombrants. Le problème d'étanchéité, et notamment lors d'un usinage à sec, est plus complexe pour les palettiseurs rotatifs puisqu'ils amènent une palette dans une zone d'usinage par un mouvement rotatif à grande vitesse ce qui est difficile à rendre étanche, du fait que toute surface du palettiseur en appui sur la machine-outil devient un obstacle au moment de la rotation dudit palettiseur. L'étanchéité des dispositifs existants est, lorsqu'elle existe, un compromis pas toujours satisfaisant et non acceptable au vu des conditions qu'exige aujourd'hui l'usinage à très grande vitesse. Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches sur les palettiseurs changeurs de pièces qui ont abouti sur un nouveau concept de dispositif rotatif assurant le changement de pièces à usiner d'une machine-outil, dans les meilleures conditions d'étanchéité, de rapidité et d'encombrement. Le dispositif rotatif de changement de pièces à usiner d'une machine-outil de l'invention est du type de celui constitué d'un plateau qui, comportant au moins deux supports de palette disposés de préférence à intervalle angulaire régulier destinés à recevoir chacun une palette porte-pièce, est monté rotatif entre le poste d'usinage de la machine-outil et le poste d'alimentation des palettes porte-pièce disposé face audit poste d'usinage. Selon le concept fondamental de l'invention, un tel dispositif est remarquable en ce que le susdit plateau- support de palettes est monté d'une part, pivotant autour de son axe central et d'autre part, basculant entre une position horizontale et une position inclinée par rapport à l'horizontale. Cette caractéristique a pour grand avantage de décaler vers le centre du dispositif rotatif les éléments solidaires du plateau introduits dans le poste d'usinage à des fins de dégagement de ce dernier, afin de pouvoir réaliser la libre rotation du plateau. Le basculement du plateau a pour conséquence un déplacement vertical et horizontal de l'extrémité du plateau introduit dans le poste d'usinage qui lui permet de se dégager suffisamment de celui-ci pour engager la rotation. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le plateausupport de palettes dudit dispositif est monté basculant entre le poste d'usinage de la machine-outil et le poste d'alimentation des palettes porte-pièce, autour d'un axe horizontal théorique disposé orthogonalement à l'axe d'alignement desdits postes. Ainsi, le basculement se fait de bas en haut et de haut en bas, permettant l'utilisation d'un module de bridage standard intégrant des références qui servent de positionnement pour les palettes sur lesquelles sont bridées les pièces par l'intermédiaire d'un montage d'usinage classique. Un autre avantage non négligeable de l'inclinaison du plateau du dispositif rotatif de changement de pièces de l'invention, est de dégager suffisamment les éléments liés au plateau introduits dans le poste d'usinage de la machine-outil pour assurer leur rotation, afin que les éléments solidaires de l'ensemble tournant puissent être en appui sur la machine Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le plateau-support de palettes dudit dispositif est monté basculant de sa position horizontale de repos où une palette est positionnée sur les références du module de bridage du poste d'usinage de la machine-outil à une position inclinée au dessus dudit module de bridage où la palette est libérée desdites références. De plus, le mouvement de rotation du susdit plateau est avantageusement actionné pendant la position inclinée dudit plateau. Contrairement aux dispositifs de "palettisation" classiques, l'inclinaison de l'ensemble plateau avec la palette a un effet de dégagement permettant de la faire pivoter sans avoir à diminuer les dimensions du montage d'usinage assurant le serrage de la pièce. De plus, en dégageant les différents éléments du plateau du poste d'usinage avant la rotation, l'inclinaison du plateau permet de garder à proximité du poste d'usinage, sans en gêner le mouvement de rotation, le magasin d'outils indispensable au fonctionnement optimal d'une machine-outil. Ainsi, après usinage, le plateau s'incline de façon à dégager la palette porte-pièce des références du module de bridage de la machine-outil pour permettre sans obstacle la rotation du plateau qui positionne une nouvelle palette au-dessus des références tout en faisant passer la palette de la pièce usinée sur le poste de chargement/déchargement. Une fois la rotation réalisée, le plateau revient alors en position horizontale de façon à permettre le positionnement et le bridage de la nouvelle palette et le déchargement de l'ancienne. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le susdit axe théorique horizontal suit un mouvement dont la direction est parallèle au plan vertical passant par l'axe d'alignement desdits postes. La mobilité de cet axe théorique permet de proposer au plateau un centre instantané de rotation de sorte que le dégagement des pièces du poste d'usinage peut commencer suivant une trajectoire sensiblement verticale, ce qui permet l'utilisation de toutes les sortes de références sur le module de bridage. De plus, la trajectoire de dégagement peut être optimisée suivant les besoins et les obstacles existants et à venir lors de la rotation du plateau-support de palettes et l'inclinaison peut être réduite grâce au décalage de l'axe. Avantageusement, le susdit axe théorique horizontal autour duquel bascule le susdit plateau est situé à proximité du susdit poste d'alimentation permettant ainsi un rayon de courbure plus grand au niveau du poste d'usinage que si l'axe de rotation se trouvait au centre du plateau. L'inclinaison du plateau et le dégagement qu'il provoque, ont pour autre grand avantage de permettre d'équiper le plateau d' un capotage se composant d'une part, d'une partie inférieure assurant la couverture complète du plateau tout en laissant libre les supports de palette et d'autre part, d'une partie supérieure définissant une enveloppe de protection autour desdits supports de palette et aménagée sur ses parois verticales destinées à être face au poste d'usinage, d'ouvertures pour autoriser l'accès à chaque support de palettes. Ce capotage, qui sera développé dans la description appuyée sur les dessins, a pour principale fonction d'éviter la projection des copeaux sur les pièces et le mécanisme de bridage. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention visant à améliorer les conditions de sécurités et l'automatisation, la connexion et la déconnexion des circuits servant au bridage de la palette sont assujettis aux mouvements de basculement du susdit plateau de changement de pièces. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques de l'invention, ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un dispositif rotatif de changement de pièces à usiner d'une machine-outil conforme à l'invention, comportant à titre illustratif deux supports de palettes. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue de côté schématique d'un tel dispositif rotatif de changement de pièces à usiner d'une machine-outil, en position horizontale, La figure 2 est une vue de côté schématique du dispositif rotatif de la figure 1, en position inclinée, La figure 3 est une vue en perspective d'un tel dispositif rotatif en position inclinée devant le poste d'usinage de la machine-outil, muni de son capotage, La figure 4 est une vue en perspective du capotage seul de ce dispositif rotatif. Tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif rotatif de changement de pièces à usiner de l'invention référencé dans son ensemble R est constitué d'un plateau 100 comprenant deux supports de palette 110 et 120 disposés à 1800 l'un de l'autre et qui sont destinés à accueillir deux palettes porte-pièce 210 et 220 sur lesquelles sont montées, par l'intermédiaire d'un montage de bridage, deux pièces à usiner P et P'. Ce dispositif rotatif R est situé entre, d'une part, le poste d'usinage 300 d'une machine-outil référencée dans son ensemble M et comportant un coulant porte électro-broche 310 et un module de bridage 320, et d'autre part, un poste d'alimentation des palettes porte-pièce illustré par son module de dépose 400. Selon la caractéristique principale de l'invention, le plateau-support de palettes 100 est monté d'une part, pivotant autour de son axe central Y et d'autre part basculant entre une position horizontale illustrée sur la figure 1 et une position inclinée par rapport à l'horizontale illustrée sur la figure 2. Le susdit plateau 100 est monté basculant d'un angle "a" entre le poste d'usinage 300 et le module de dépose du poste d'alimentation des palettes, autour d'un axe théorique horizontal Z disposé orthogonalement à l'axe d'alignement desdits postes. Cet axe théorique, situé à proximité du module de dépose 400, suit un mouvement (flèche V) dont la direction est parallèle au plan vertical passant par l'axe d'alignement desdits postes, afin d'assurer au plateau 100 une trajectoire de basculement optimisée qui permette au plateau 100 un début de dégagement vertical. Cette trajectoire d'élévation et de basculement permet au susdit plateau 100 de basculer de sa position horizontale de repos où une palette 220 est positionnée sur les références 321 du module de bridage 320 de façon à ce que la machine-outil M puisse usiner la pièce P' (cf. figure 1) vers une position inclinée d'un angle "a" au dessus dudit module de bridage 320 où la palette 220 est libérée des références 321 et où le support 120 du plateau 100 avec la palette porte-pièce 220 sur laquelle est montée la pièce P' venant d'être usinée sont suffisamment dégagées. Une fois que l'angle d'inclinaison "a" est atteint, le plateau 100 réalise une rotation à 1800 suivant la flèche F (cf figures 2 et 3) autour dudit axe central Y incliné d'un angle "a" afin que la palette porte-pièce 220 portant la pièce usinée P' vienne se positionner au-dessus du module de dépose 400 à des fins de déchargement et que la palette porte-pièce 210 portant la pièce non-usinée P se positionne au-dessus du module de bridage 320 du poste d'usinage 300, de sorte que lorsque le basculement "retour" est opéré, la palette porte-pièce 210 soit bridée sur les références 321 et la palette 220 soit évacuée à des fins de chargement d'une palette avec une nouvelle pièce à usiner. Comme on peut le voir sur le dessin de la figure 3, le plateau 100 du dispositif rotatif de changement de pièces R est muni d'un capotage 500. En effet, grâce à la cinématique de basculement et de dégagement qu'il provoque, le dispositif de l'invention peut non seulement comporter des montages d'usinage standards mais aussi être équipé d'un capotage original, à des fins de protection optimale garantissant l'étanchéité aux copeaux. Ce capotage 500 se compose d'une part, d'une partie inférieure 510 assurant la couverture complète du plateau 100 tout en laissant accessibles par le haut les deux supports de palette 110 et 120 de ce dernier et d'autre part, d'une partie supérieure 520 définissant une enveloppe de protection autour desdits supports de palette 110 et 120 et aménagées sur ses parois verticales destinées à être face au poste d'usinage 300, de deux ouvertures 521 et 522 pour autoriser l'accès à chaque support de palette 110 et 120. Ces ouvertures 521 et 522 réalisées dans la partie supérieure du capotage 500 ont pour fonction de permettre l'accès de l'électro-broche porté par le coulant 310 du poste d'usinage 300 pour réaliser l'usinage et du dispositif de chargement/déchargement du module de dépose 400 du poste d'alimentation pour évacuer et remplacer la pièce usinée. La couverture complète du plateau 100 par la partie inférieure 510 du capotage 500 a notamment pour avantage de protéger contre la projection de copeaux toute la partie cinématique du dispositif rotatif R se situant au-dessous du plateau 100. A cet effet, cette partie inférieure 510 du capotage 500 est façonnée en tronc de cône dont les parois latérales débordantes 511 protègent le mécanisme du susdit module de bridage 320 du poste d'usinage 300 de la machine-outil M quelle que soit la position du susdit plateausupport de palettes 100 (même en position inclinée) et dont la paroi recouvrant le plateau 100 autour desdits supports de palette 110 et 120 est façonnée d'une succession de plans 512 orientés de manière à ce que les copeaux soient dirigés par gravité dans des bacs de récupération correspondants. Ainsi, même lorsque le plateau 100 est basculé au maximum, le module de bridage 320 du poste d'usinage 300, ses références de localisation 321 et les mécanismes du dispositif rotatif de changement de pièces R sont protégés de la chute de copeaux puisque l'inclinaison des plans 512 canalise par gravité ceux-ci, particulièrement avantageux lors d'un usinage à sec. Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 4, la susdite enveloppe de protection formant la partie supérieure 520 du capotage 500 est cloisonnée par une paroi verticale de séparation 523 de façon à délimiter deux compartiments 531 et 532 assurant l'isolement desdits supports de palette 110 et 120 entre eux. L'isolement de ces deux supports de palettes a pour avantage, par exemple, d'éviter la projection des copeaux résultant de l'usinage de la pièce P' fixée à une palette 220, sur le support de palette libéré lors de la phase de déchargement et de chargement de la palette porte-pièce. La présence de copeaux sur les supports de palettes 110 ou 120 pourrait avoir des conséquences de mauvais positionnement de la palette sur son support et donc de mauvais positionnement de la palette sur les références 321 du module de bridage 320. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la partie inférieure 510 du capotage 500 comprend un orifice central 513 situé au-dessus d'un bac de récupération et vers lequel s'orientent les plans 512 situés dans la moitié intérieure de chaque compartiment 531 et 532 de l'enveloppe supérieure 520 de protection. Les plans 512 situés dans la moitié extérieure desdits compartiment s'inclinent, quant à eux, vers l'extérieur du dispositif rotatif à des fins d'évacuation dans un bac de récupération intégré au poste d'usinage 300 (cf figure 3). La présence d'un orifice 513 dans la partie intérieure des compartiments 531 et 532 du capotage 500 a pour avantage d'assurer l'évacuation des copeaux accumulés généralement à cet endroit. L'expansion angulaire "a" du plateau 100 a, en outre, pour avantage d'accentuer l'inclinaison des pentes des plans 512 situés sur la moitié intérieure du compartiment concerné par l'usinage, parachevant ainsi l'évacuation des copeaux. Les plans 512 situés sur la partie extérieure des compartiments 531 et 532 dirigeront, quant à eux, les copeaux projetés sur leur face vers le bac 330 lequel pourra être relié au bac d'évacuation situé audessous de l'orifice central 513. Les contours de l'ouverture d'accès 521 ou 522 de chaque compartiment 531 et 532 de l'enveloppe de protection supérieure dudit capotage 500 sont délimités en adéquation avec les contours d'une partie fixe 340 solidaire de la cage d'usinage de la susdite machine-outil M lorsque la palette porte-pièce 210 ou 220 est en position sur le module de bridage 320 du poste d'usinage 300 de la machine-outil de façon à former avec ladite cage, une enceinte hermétique pendant l'opération d'usinage. En effet, le dégagement du plateau-support de palettes 100 autorise une liaison plan sur plan entre le capotage 500 et la partie fixe 340 s'adaptant au profil du capotage 500. Une liaison plan sur plan est garante de l'étanchéité optimale du poste d'usinage 300 que ce soit en haut ou sur les côtés, liaison impossible à réaliser sur les dispositifs tournants classiques car la rotation dans un plan horizontal était entravée par toutes les surfaces en contacts. Un autre avantage lié à la configuration du capotage 500 ne réalisant une enveloppe de protection qu'autour de deux supports de palette 110 et 120, est de libérer deux espaces symétriques et libres de tout élément entre les parois extérieures des deux compartiments exploitables pour d'autres opérations avec d'une rotation adéquate du plateau 100 autour de son axe central Y. On comprend que le dispositif rotatif de changement de pièces à usiner d'une machine-outil qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. R.... Dispositif rotatif M. ... Machine-outil d'usinage 100 Plateau 110, 120... Supports de palette 210, 220... Palettes porte-pièce 300... Poste d'usinage 310.... Coulant porte électro-broche 320.... Module de bridage 321... Références de localisation 330...4 Bacs de récupération de copeaux 340.... Partie fixe solidaire du poste d'usinage et s'adaptant aux contours des ouvertures pratiquées dans le capotage 500 400.... Module de dépose 500.... Capotage 510.... Partie inférieure du capotage 511... Paroi débordante de la partie inférieure du capotage 512.... Plans inclinés guidant les copeaux vers les bacs et orifices 513.... Orifice central de récupération des copeaux 520... Partie supérieure du capotage 521, 522.... Ouvertures d'accès pratiquées dans le capotage 523... Paroi verticale de séparation 531, 532... Compartiments de la partie supérieure 520 Y.... Axe central de rotation du plateau Z.... Axe théorique horizontal mobile de basculement du plateau Fléche F.... Mouvement de rotation suivant l'axe Y du plateau Flèche V.... Mouvement de l'axe théorique Z "a"... Angle d'inclinaison du plateau après basculement REVENDICATIONS 1. Dispositif rotatif (R) de changement de pièces à usiner d'une machine-outil (M), du type de celui constitué d'un plateau (100) qui, comportant au moins deux supports de palette (110 et 120) disposés à intervalle angulaire régulier destinés à recevoir chacun une palette porte-pièce (210 et 220), est monté rotatif (flèche F) entre le poste d'usinage (300) de la machine-outil (M) et le poste d'alimentation (400) des palettes portepièce (210 et 220) disposé face audit poste d'usinage (300), CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit plateau (100) est monté d'une part, pivotant (flèche F) autour de son axe central (Y) et d'autre part, basculant entre une position horizontale et une position inclinée (angle "a") par rapport à l'horizontale. 2. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit plateau (100) est monté basculant entre le poste d'usinage (300) de la machine-outil (M) et le poste d'alimentation (400) des palettes porte-pièce (210 et 220) autour d'un axe théorique horizontal (Z) disposé orthogonalement à l'axe d'alignement desdits postes (300 et 400). 3. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit plateau (100) est monté basculant de sa position horizontale de repos où une palette (210 ou 220) est positionnée sur les références (321) du module de bridage (320) du poste d'usinage (300) de la machine-outil (M) à une position inclinée au dessus dudit module de bridage (320) où la palette (210 ou 220) est libérée desdites références (321). 4. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le mouvement de rotation (flèche F) du susdit plateau (100) est actionné pendant la position inclinée (angle "a") dudit plateau (100). 5. Dispositif selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit axe théorique horizontal (Z) suit un mouvement (flèche V) dont la direction est parallèle au plan vertical passant par l'axe d'alignement desdits postes (300 et 400). 6. Dispositif selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit axe théorique horizontal (Z) autour duquel bascule le susdit plateau (100) est situé à proximité du susdit poste d'alimentation (400). 7. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 6, CARACTERISE PAR LE FÀIT QU' il comprend un capotage (500) se composant d'une part d'une partie inférieure (510) assurant la couverture complète du plateau (100) tout en laissant libre lesdits supports de palette (110 et 120) et d'autre part, d'une partie supérieure (520) définissant une enveloppe de protection autour desdits supports de palette (110 et 120) et aménagée sur ses parois verticales destinées à être face au poste d'usinage (300), d'ouvertures (521 et 522) pour autoriser l'accès à chaque support de palettes (110 et 120). 8. Dispositif selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la partie inférieure (510) du capotage (500) est façonnée en tronc de cône dont les parois latérales débordantes (511) protègent le mécanisme du susdit module de bridage (320) du poste d'usinage (300) de la machine-outil (M) quelle que soit la position du susdit plateau (100) et dont la paroi recouvrant le plateau (100) autour desdits supports de palette (110 et 120) est façonnée d'une succession de plans (512) orientés de manière à ce que les copeaux soient dirigés par gravité dans des bacs de récupération correspondants. 9. Dispositif selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite enveloppe de protection formant la partie supérieure (520) du capotage (500) est cloisonnée d'au moins une séparation verticale (523) de façon à délimiter des compartiments (531 et 532) assurant l'isolement desdits supports de palette (110 et 120) entre eux. 10. Dispositif selon les revendications 7 et 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la partie inférieure (510) du capotage (500) comprend un orifice central (513) situé au-dessus d'un bac de récupération et vers lequel s'orientent les plans (512) situés dans la moitié intérieure de chaque compartiment (531 et 532) de l'enveloppe de protection, les plans (512) situés dans la moitié extérieure desdits compartiment (531 et 532) s'inclinant quant à eux vers l'extérieur du dispositif (R) à des fins d'évacuation dans un bac de récupération (330). 11. Dispositif selon les revendications 7 et 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les contours de l'ouverture d'accès (521 et 522) de chaque compartiment de l'enveloppe de protection dudit capotage (500) sont délimités en adéquation avec les contours d'une partie fixe (340) solidaire de la cage d'usinage de la susdite machine-outil (M) lorsque la palette porte-pièce (210 ou 220) est en position sur le module de bridage (320) du poste d'usinage (300) de la machine-outil (M) de façon à former avec ladite cage, une enceinte hermétique pendant l'opération d'usinage. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la connexion et la déconnexion des circuits servant au bridage de la palette (210 ou 220) sont assujetties aux les mouvements de basculement du susdit plateau (100) de changement de pièces.