Brevet FR2825940A1 — publié le 20021220

MACHINE MULTIPOSTE A TRANSFERT ROTATIF POUR USINAGE DE PIECES La présente invention concerne les machines-outils permettant l'usinage rapide de pièces en grande série. Les opérations de tournage de pièces en grande série sont généralement réalisées sur des tours multibroche. Dans un tour multibroche, plusieurs pièces sont tenues simultanément chacune sur l'une des broches d'une série de broches entraînées par un même moteur et disposées parallèlement les unes aux autres, généralement selon une disposition en couronne. L'avantage est un usinage très rapide par tournage, avec une bonne précision d'usinage. L'inconvénient est qu'un tour multibroche n'effectue que des opérations de tournage. Par conséquent, lorsqu'une pièce doit subir plusieurs types d'usinage successifs, le tournage peut être effectué sur le tour multibroche, et les autres opérations doivent être effectuées en reprise, c'est-à-dire après déplacement de la pièce et fixation sur un support d'une autre machine d'usinage adaptée aux autres opérations. Il en résulte une complexité de manipulation, et une perte de précision de position entre les différentes surfaces réalisées par les usinages successifs. On connaît également des centres d'usinage, dans lesquels la pièce est tenue dans un poste d'usinage unique, et est soumise à l'action successive de plusieurs outils. Il n'est alors pas nécessaire de déposer la pièce pour la remonter sur un autre support pour les usinages successifs, de sorte que l'on gagne en précision. L'inconvénient est une perte importante de rapidité, car tous les outils travaillent sur une seule pièce disposée dans un poste d'usinage unique. On connaît également des machines à transfert rotatif, dans lesquelles les pièces sont disposées sur une tourelle rotative qui les amène successivement à plusieurs postes d'usinage ayant chacun leurs outils propres. Ces machines à transfert rotatif sont utilisées à ce jour pour les usinages en reprise après le tournage par un tour multibroche. On a pu être tenté d'adapter, sur un tour multibroche, d'autres outils pour effectuer des opérations d'usinage complémentaires. Mais le tour multibroche ne se prête pas bien à la disposition d'outils supplémentaires, notamment à cause d'un manque de place pour loger les outils ; les broches sont en effet relativement proches les unes des autres. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de machine-outil permettant de réaliser des usinages rapides et multiples, tous les usinages d'une pièce pouvant être réalisés sur une même machine sans déposer la pièce de son support, la structure étant adaptée pour recevoir des outils en nombre suffisant et de taille suffisante, sans problème de place pour leur logement, et en assurant l'évacuation efficace des déchets d'usinage. On limite ainsi les opérations de reprise. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose une machine multiposte d'usinage de pièces à transfert rotatif, comprenant : - une tourelle rotative indexable équipée de plusieurs dispositifs de tenue de pièces répartis en périphérie de la tourelle, une pluralité de dispositifs de tenue et de positionnement d'outils, répartis en une pluralité de postes d'usinage autour de la tourelle et adaptés pour usiner les pièces portées par les dispositifs de tenue de pièces ; selon l'invention : - les dispositifs de tenue de pièces sont des broches de tournage, dont l'axe est orienté vers la périphérie de la tourelle et qui sont capables d'entraîner en rotation rapide la pièce pour une opération de tournage par des outils de tournage prévus dans l'un au moins des postes d'usinage, - les broches de tournage sont capables de s'indexer en toutes positions angulaires en conservant un couple de blocage de pièces suffisant pour permettre d'autres usinages de la pièce par d'autres outils adaptés prévus dans l'un au moins des postes d'usinage. Selon un mode de réalisation avantageux, certains au moins des postes d'usinage comprennent une paroi support verticale orientée parallèlement à l'axe d'une broche de tournage et portant un plateau porte-unité d'usinage par l'intermédiaire d'une coulisse axiale et d'une coulisse verticale constituant une structure de chariots croisés. De préférence, on prévoit dans au moins certains des postes d'usinage deux structures de chariots croisés, une première structure avec un premier plateau pour couvrir l'espace inférieur et frontal d'usinage, une seconde structure avec un second plateau pour couvrir l'espace supérieur d'usinage. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la machine comprend des passages d'évacuation inférieurs entre les parois supports verticales successives. Cette disposition facilite considérablement l'évacuation des déchets d'usinage, et est rendue possible par le fait que les chariots sont tenus sur des parois verticales qui ne perturbent pas l'évacuation des déchets. Pour positionner les outils en périphérie de la machine, il faut tenir les pièces sur une tourelle centrale. Il faut donc prévoir des broches de tournage dont la forme générale est rétrécie vers l'intérieur de la tourelle, les broches étant ainsi susceptibles de se loger les unes à côté des autres dans la tourelle sans nécessiter d'augmenter le diamètre de la tourelle. L'un des problèmes d'une telle structure à broches portées par une tourelle centrale est l'amenée des énergies électrique, pneumatique, hydraulique dans la tourelle. Ce problème est résolu selon l'invention en prévoyant un faisceau de câbles et de tuyaux enroulé en hélice autour de l'axe de rotation de la tourelle entre une zone de branchement fixe sur le bâti et une zone de branchement rotative sur la tourelle de la machine. Les moyens de commande de rotation de tourelle assurent une rotation alternative de la tourelle, avec une séquence d'usinage à rotations partielles depuis une position d'origine dans un premier sens pour les transferts successifs des pièces de poste en poste entre les étapes d'usinage successives, et avec une séquence de retour à rotation inverse rapide jusqu'en position d'origine de la tourelle. On peut avantageusement prévoir onze rotations partielles de séquence d'usinage, et une rotation de retour de 330 . De préférence, la zone de branchement fixe est située audessus de la tourelle. En position d'enroulement maximum le faisceau hélicoïdal de câbles et de tuyaux peut avantageusement former une hélice faisant au moins quatre spires pour chaque câble ou tuyau. On peut trouver avantage à commander la rotation de la tourelle par un double indexage, c'est-à-dire en faisant une rotation de deux pas faisant tourner la tourelle pour déplacer une pièce depuis un poste jusqu'au poste qui suit le poste adjacent. Il est alors possible d'alterner les types d'usinage, et de prévoir par exemple six opérations de tournage à broche rotative et six opérations d'usinage à broche fixe. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue générale en perspective d'une machine multiposte d'usinage selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une vue de dessus de la machine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle de dessus en coupe de la machine de la figure 1, montrant les structures de broche et les mécanismes de tenue de pièce ; - la figure 4 est une vue de détail en perspective montrant la structure d'un porte-outil sur la machine de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue partielle en perspective illustrant le mécanisme d'entraînement en rotation de la tourelle ; - la figure 6 est une vue partielle en perspective illustrant le principe d'alimentation en énergie des broches de tournage de la tourelle ; et - la figure 7 est une vue de dessus en coupe longitudinale d'une structure possible de broche de tournage selon la présente invention. Dans la réalisation illustrée sur les figures, comme on le voit en particulier sur les figures 1 et 2, une machine multiposte d'usinage de pièces à transfert rotatif selon l'invention comprend de façon générale une tourelle 1 rotative indexable, montée à rotation autour d'un axe vertical sur un bâti 2. Le bâti 2 comprend une pluralité de dispositifs de tenue et de positionnement d'outils, répartis en une pluralité de postes d'usinage autour de la tourelle 1, et adaptés pour usiner des pièces portées par des dispositifs de tenue de pièces prévus sur la tourelle 1. Selon l'invention, les dispositifs de tenue de pièces sur la tourelle 1 sont des broches de tournage, par exemple la broche 3. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, on distingue ainsi douze broches de tournage telles que la broche 3, réparties équitablement en périphérie de la tourelle l, et ayant un axe orienté radialement vers la périphérie de la tourelle 1. Les broches de tournage 3 selon l'invention sont capables d'entraîner en rotation rapide une pièce tenue sur la broche pour une opération de tournage par des outils de tournage prévus sur un poste d'usinage correspondant. On distingue sur les figures 1 et 2 douze postes d'usinage tels que le poste 4 qui, dans la position de la tourelle 1, correspond à la broche de tournage 3. Les broches de tournage telles que la broche 3 sont capables de s'indexer en toutes positions angulaires, en conservant alors un couple de blocage de la pièce qui soit suffisant pour permettre l'usinage de la pièce par des outils adaptés du poste d'usinage correspondant tel que le poste d'usinage 4. De préférence, les broches de tournage sont en outre capables de tourner à des vitesses très lentes et parfaitement synchronisées avec un autre mouvement des dispositifs de tenue et de positionnement d'outils. Comme on le voit bien sur la figure 2, la disposition centrale des broches de tournage 3 implique, pour des questions d'encombrement, d'utiliser de préférence des broches de tournage ayant une forme générale qui va en se rétrécissant vers l'intérieur c'est-à-dire vers l'axe de rotation central de la tourelle 1. Par contre, en périphérie des broches de tournage 3, on dispose d'une place beaucoup plus large pour contenir les outils dans le poste d'usinage 4. Si on se réfère à la figure 7, on distingue, dans la broche de tournage, un arbre 5 rotatif autour de l'axe 1-1, porté par un premier roulement 6 et un second roulement ou palier 7, en étant solidaire d'un rotor 8 de moteur qui est sollicité en rotation dans un stator 9 de moteur. L'ensemble est enfermé dans une carcasse 10. Dans l'arbre 5, on prévoit des logements tels que le logement 11 pour contenir le système de serrage de pièce, non représenté sur les figures. Une roue codée 12 est calée sur l'arbre 5, et tourne face à un capteur optique 13 fournissant des signaux de position de broche qui sont envoyés à une commande du moteur (8,9) pour piloter sa rotation et piloter sélectivement son blocage en rotation et son maintien en une position fixe déterminée et appropriée pour un usinage d'une pièce tenue fixe. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, les postes d'usinage sont sensiblement identiques. On pourra toutefois concevoir une structure de machine dans laquelle les postes d'usinage diffèrent les uns des autres. On décrira maintenant plus en détail l'un des postes d'usinage, par exemple le poste d'usinage 14 sur les figures 1 à 3, qui se trouve face à une broche de tournage 15 dans la position angulaire représentée de la tourelle 1. Le poste d'usinage 14 est limité latéralement par deux parois supports verticales 16 et 17, fixes sur le bâti 2. La première paroi support verticale 16 est orientée parallèlement à l'axe I de la broche de tournage 15, en étant décalée latéralement par rapport à l'axe I pour laisser la place des outils fixes du poste d'usinage 14. La seconde paroi support verticale 17 est elle- même parallèle à l'axe II de la broche adjacente 18 de la tourelle 1. La première paroi support verticale 16 porte un plateau 19, mieux visible sur la figure 4, par l'intermédiaire d'une coulisse axiale 20 et d'une coulisse verticale 21, constituant une structure de chariots croisés. Le plateau 19 est adapté pour porter des outils ou des unités d'usinage du poste d'usinage 4. Ainsi, la coulisse axiale 20 permet les mouvements de déplacement des outils parallèlement à l'axe de la broche de tournage 15, tandis que la coulisse verticale 21 permet les mouvements perpendiculaires. En réalité, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le poste d'usinage 14 comprend une première structure de chariots croisés portant le plateau 19, et une seconde structure de chariots croisés portant un plateau 22. La première structure de chariots croisés à plateau 19 permet de porter des outils dans l'espace inférieur d'usinage, à côté ou au-dessous de l'axe de la broche de tournage 15, tandis que la seconde structure de chariots croisés à plateau 22 permet de porter des outils dans la zone supérieure au-dessus ou à côté de l'axe de la broche de tournage 15. De préférence, le bâti 2 est ajouré, comportant des passages d'évacuation inférieurs au droit de chaque poste d'usinage 4 ou 14, entre les parois supports verticales 16 et 17. Les déchets d'usinage peuvent ainsi être évacués par gravité vers le bas, sans gêner l'usinage ni le déplacement de la tourelle 1. On comprend que les broches de tournage telles que les broches 3 et 15 de la tourelle 1 doivent être alimentées en énergie électrique pour le moteur, en énergie hydraulique pour le serrage de la pièce dans la broche, en eau pour le refroidissement, en huile pour la lubrification, et éventuellement en air pour certaines opérations nécessitant l'énergie pneumatique. L'apport de toutes ces énergies s'effectue, selon l'invention, par un faisceau de câbles et de tuyaux enroulé en hélice, comme représenté schématiquement sur la figure 6. On voit sur cette figure la tourelle 1 avec des broches de tournage telles que la broche 15 et la broche 3. Le faisceau hélicoïdal 23 de câbles et de tuyaux est enroulé entre une zone de branchement fixe 24 solidaire du bâti 2 et une zone de branchement rotative 25 montée sur la tourelle 1. De préférence, la zone de branchement fixe 24 est au-dessus de la tourelle 1. De bons résultats sont obtenus avec un faisceau hélicoïdal 23 de câbles et de tuyaux comportant au moins quatre spires pour chaque câble ou tuyau lorsque le faisceau est à l'état enroulé. On comprend que la tourelle 1 doit pivoter pour amener les pièces d'un poste à l'autre, et elle doit être maintenue indexée en position fixe lorsque la pièce est face aux outils du poste d'usinage. On peut avantageusement maintenir la tourelle 1 en position fixe à l'aide d'une denture HIRTH. La figure 5 illustre schématiquement les moyens d'entraînement et d'indexage de la tourelle 1 : on distingue un moteur 26 qui entraîne la tourelle 1 par un réducteur 27, un pignon 28 et une roue 29. Des moyens de repérage de position angulaire de la tourelle 1 permettent de piloter le moteur 26, en définissant les positions dans lesquelles la tourelle 1 doit être indexée et maintenue fixe pour un usinage dans un poste d'usinage. Les broches d'usinage sont alors face aux postes d'usinage. Le moteur 26 est piloté par des moyens de commande de tourelle, assurant une rotation de tourelle dans deux sens de rotation. Dans un premier sens, la rotation est intermittente, pour déplacer les pièces de poste en poste. Dans ce premier sens de rotation, les câbles et tuyaux hélicoïdaux se déroulent ou s'enroulent progressivement. Ensuite, on effectue une rotation inverse rapide, selon une révolution, pour enrouler ou dérouler à nouveau les faisceaux de câbles et de tuyaux hélicoïdaux. Les moyens d'entraînement des broches sont adaptés pour entraîner sélectivement les broches à une vitesse de rotation de 0 à environ 6 000 tours/minute, par exemple, tout en assurant une possibilité d'indexage fixe et de fort couple de blocage contre les rotations pour tenir les pièces en position fixe au cours de certaines étapes d'usinage. Pour cela, le moteur de la broche est avantageusement un moteur synchrone, alimenté par une alimentation à commande numérique. La puissance développée par le moteur des broches peut avantageusement être de l'ordre de 10 kW à 3 500 tours/minute. La disposition de deux structures de chariots croisés à chaque poste de travail permet de travailler les pièces par le dessus, par la face frontale, mais également par le dessous. Le système de tenue de pièce sur la broche peut être un système traditionnel tel que ceux qui sont actuellement utilisés. En conséquence, il n'est pas nécessaire de le décrire car il est à la portée de l'homme du métier. Les moyens de commande de rotation de la tourelle 1 peuvent avantageusement permettre un double indexage, à savoir un indexage simple pour faire pivoter la tourelle d'un angle de rotation correspondant à l'angle nécessaire pour amener une pièce depuis un poste de travail jusqu'au poste de travail adjacent, et un indexage double correspondant à une rotation de tourelle permettant d'amener une pièce directement jusqu'au poste d'usinage qui suit le poste adjacent. Les différents organes de la machine d'usinage selon l'invention sont avantageusement pilotés par une commande centralisée comprenant un microprocesseur à mémoire associée et programme enregistré. La commande centralisée reçoit les signaux de capteurs de position tels le capteur optique 13 associé à la roue codée 12, et commande le fonctionnement des moteurs pour contrôler les mouvements des pièces et des outils. De plus, la commande centralisée connaît à tout instant la position angulaire de la pièce en cours d'usinage, même après une opération de tournage. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1-Machine multiposte d'usinage de pièces à transfert rotatif, comprenant : une tourelle (1) rotative indexable équipée de plusieurs dispositifs de tenue de pièces répartis en périphérie de la tourelle (1), - une pluralité de dispositifs de tenue et de positionnement d'outils, répartis en une pluralité de postes d'usinage autour de la tourelle (1) et adaptés pour usiner les pièces portées par les dispositifs de tenue de pièces, caractérisée en ce que : - les dispositifs de tenue de pièces sont des broches de tournage (3,15), dont l'axe (I, II) est orienté vers la périphérie de la tourelle (1) et qui sont capables d'entraîner en rotation rapide la pièce pour une opération de tournage par des outils de tournage prévus dans l'un au moins des postes d'usinage (4,14), - les broches de tournage (3,15) sont capables de s'indexer en toutes positions angulaires en conservant un couple de blocage de pièces suffisant pour permettre d'autres usinages de la pièce par d'autres outils adaptés prévus dans l'un au moins des postes d'usinage (4,14). 2-Machine d'usinage selon la revendication 1, caractérisée en ce que certains au moins des postes d'usinage (4, 14) comprennent une paroi support verticale (16) orientée parallèlement à l'axe (II) d'une broche de tournage (15) et portant un plateau (19) porte-unité d'usinage par l'intermédiaire d'une coulisse axiale (20) et d'une coulisse verticale (21) constituant une structure de chariots croisés. 3-Machine d'usinage selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans certains au moins des postes d'usinage (14), deux structures de chariots croisés, une première structure avec un premier plateau (19) pour couvrir l'espace inférieur et frontal d'usinage, une seconde structure avec un second plateau (22) pour couvrir l'espace supérieur d'usinage. 4-Machine d'usinage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des passages d'évacuation inférieurs entre les parois supports verticales (16,17) successives. 5-Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les broches de tournage (3,15) ont une forme générale rétrécie vers l'intérieur de la tourelle (1). 6-Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alimentation des broches de tournage (3,15) en énergie est assurée par un faisceau de câbles et de tuyaux (23) enroulé en hélice autour de l'axe de rotation de la tourelle (1) entre une zone de branchement fixe (24) sur le bâti (2) et une zone de branchement rotative (25) sur la tourelle (1). 7-Machine d'usinage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la zone de branchement fixe (24) est située au-dessus de la tourelle (1). 8-Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande de rotation de tourelle assurant une rotation alternative de la tourelle (1), avec une séquence d'usinage à rotations partielles depuis une position d'origine dans un premier sens pour les transferts successifs des pièces de poste en poste entre les étapes d'usinage successives, et avec une séquence de retour à rotation inverse rapide jusqu'en position d'origine de la tourelle (1). 9-Machine d'usinage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que, en position d'enroulement maximum, le faisceau de câbles et de tuyaux (23) forme une hélice faisant au moins quatre spires pour chaque câble ou tuyau. 10-Machine d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de commande de rotation de tourelle permettent un double indexage, à savoir un indexage simple pour faire pivoter la tourelle (1) d'un angle de rotation correspondant à l'angle nécessaire pour amener une pièce depuis un poste de travail jusqu'au poste de travail adjacent, et un indexage double correspondant à une rotation de tourelle permettant d'amener une pièce directement jusqu'au poste d'usinage qui suit le poste adjacent.