Brevet FR2861618A1 — publié le 20050506

DISPOSITIF D'ASPIRATION ASSOCIÉ A L'OUTIL D'UNE MACHINE- OUTIL D'USINAGE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de l'usinage et notamment aux adaptations permettant d'évacuer dans les meilleures conditions les copeaux produits par l'opération d'usinage. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR L'évacuation des copeaux produits par l'opération d'usinage est un souci constant des concepteurs de machines-outils d'usinage. Or, l'évolution des normes environnementales incite les concepteurs de machines-outils d'usinage à limiter l'utilisation de fluides de lubrification, évacuation ou refroidissement. Une des techniques de lubrification consiste à remplacer la classique projection d'un liquide de coupe par une micro-pulvérisation de liquide au moyen de conduits ménagés dans l'outil lui-même. Comme cette technique ne permet pas l'évacuation des copeaux, il est prévu de l'associer à un module d'aspiration. Il a été établi que dans le cadre d'une application à une micropulvérisation, il était particulièrement important de réaliser l'aspiration au plus près de la zone de création de copeaux c'est à dire d'utiliser des dispositifs d'aspiration embarqués avec l'outil, permettant l'évacuation des effluents créées au fur et à mesure de leur production. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à obvier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution technologique permettant d'embarquer un module d'aspiration avec l'outil c'est à dire un dispositif d'aspiration des copeaux produits par une machine-outil d'usinage au moyen d'au moins un outil mis en mouvement par un module porte-outil, - 2 - le dispositif étant du type de celui comprenant une centrale d'aspiration créant une dépression, l'outil étant composé d'une partie coupante et d'un support d'attachement standard. Un critère que s'est fixé la demanderesse réside dans la simplicité et le faible coût de la mise en oeuvre de la solution envisagée. En effet, la partie embarquée du module d'aspiration doit être la plus simple possible car son coût est multiplié par le nombre d'outils qu'est susceptible d'accueillir la machine-outil d'usinage. Selon la caractéristique principale de l'invention, le dispositif comporte une buse d'aspiration qui, reliée à la centrale d'aspiration, vient se fixer d'une part de façon flottante au support d'attachement standard de l'outil de façon à créer une dépression autour de l'outil jusqu'à son extrémité tout en autorisant la rotation de ce dernier, d'autre part de façon fixe au module porte-outil. Ce dispositif propose d'envelopper individuellement chaque outil d'un manchon ou buse imperdable qui se connecte automatiquement sur un sousensemble commun fixé sur le module ou la broche porte-outil de la machineoutil, lors de la prise d'outil. Un flux d'air est alors maintenu de l'extrémité de travail de l'outil vers le module porte-outil pour aspirer les effluents créés. En venant en contact avec la pièce à usiner, cette buse assure le confinement de ce flux d'air dans un volume défini par la pièce à usiner, les surfaces extérieures de l'outil et les surfaces intérieures de la buse. Le module porte-outil peut être constitué par une simple broche porteoutil assurant sa seule mise en mouvement en rotation ou bien par un coulant susceptible de proposer une pluralité de mouvements additionnels. Ainsi, dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif de l'invention, chaque outil comporte une buse d'aspiration qui suit les mouvements de l'outil non seulement lors des phases d'usinage mais également lors - 3 des phases de changement d'outils étant entendu que cette buse ne peut jouer son rôle de module d'aspiration embarqué qu'une fois cette dernière installée sur le module porte-outil et qu'en phase d'usinage. Cette caractéristique est en outre particulièrement avantageuse en ce qu'elle prévoit la fixation du moyen d'aspiration au support d'attachement standard supportant chaque outil. Un des soucis de la demanderesse dans la conception du dispositif de l'invention a été la simplicité de cette fixation. En effet, la simplicité des solutions retenues doit garantir leur fiabilité lors de leur utilisation sur machine-outil d'usinage. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la buse est constituée d'un manchon venant se placer autour de l'outil concentriquement à l'axe de rotation de ce dernier sur son support standard d'attachement. Cette buse est ménagée intérieurement d'une rainure dans laquelle vient se loger un anneau élastique coopérant avec une rainure ménagée à cet effet sur le support d'attachement standard de l'outil. La fixation envisagée par la demanderesse ne requiert pas le changement des supports standards d'outils déjà existants mais simplement une adaptation facile à mettre en oeuvre puisqu'il s'agit de réaliser une rainure susceptible d'accueillir un anneau élastique de type "circlips". De plus, le montage en lui-même de la buse autour de l'outil ne requiert pas d'installation particulièrement lourde car il nécessite simplement la mise en ouvre d'un circlips pour autoriser la pénétration du support d'attachement standard à l'intérieur de la buse et son relâchement une fois la surface intérieure du "circlips" se trouvant à l'intérieur de la rainure prévue à cet effet dans le support. En outre, la réalisation d'une telle rainure ne nécessite pas la modification de - 4 - surfaces fonctionnelles déjà exploitées. La simplicité de ce type de fixation et de montage a pour avantage de présenter un coût attractif et de ne pas créer un volume encombrant autour de l'outil, volume qui pourrait limiter les mouvements de l'outil à l'intérieur du poste d'usinage. De plus, une telle solution évite une trop grande addition de masse à mettre en mouvement au niveau de l'outil. Un autre avantage de la réutilisation du support d'attachement de l'outil, réside dans la possibilité de conserver les interfaces existants tels celui utilisé entre l'outil et le module porte-outil ou celui utilisé entre l'outil et l'éventuel module de stockage. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif est équipé d'un moyen d'indexage angulaire permettant à la buse de présenter une position angulaire adéquate pour son installation dans son module porte-outil afin que la partie embarquée avec l'outil du dispositif d'aspiration lui-même présente une orientation angulaire adéquate pour autoriser sa mise en position et son maintien en position par rapport au module porte-outil. La demanderesse a également mené des recherches afin d'optimiser la mise en place de la partie embarquée individuelle à chaque outil du dispositif d'aspiration sur la partie commune fixée au module porte-outil. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite buse solidaire de l'outil est mise en place sur le module porteoutil lors du mouvement relatif de l'outil par rapport au module porteoutil correspondant à celui connu pour la prise de l'outil dans ledit module porte-outil sans actionneur supplémentaire. En conséquence, la mise en position ou le maintien en position du dispositif d'aspiration de l'invention ne nécessite pas d'actions ou d'actionneurs supplémentaires par rapport à ceux qui existent déjà dans le cadre d'un - 5 - changement d'outil. Les concepts fondamentaux de l'invention viennent d'être exposés cidessus dans leur forme la plus élémentaire. D'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description en regard des dessins annexés, qui présentent à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif d'aspiration conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique en vue en coupe en perspective d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, La figure 2 est un dessin schématique en vue en perspective d'un ensemble classique regroupant un outil et un support d'attachement standard d'outil aménagé pour accueillir la partie embarquée de l'invention, La figure 3 est un dessin schématique en vue en coupe de la seule partie embarquée du dispositif de l'invention, La figure 4 est un dessin schématique en vue en perspective de l'opération de montage sur le module porte- outil de l'outil équipé du dispositif de l'invention et en prise avec un moyen de préhension, La figure 5 est un dessin schématique en vue de côté du mode de réalisation du dispositif de l'invention Les figures 6a, 6b et 6c sont des dessins schématiques en vue en coupe illustrant les différentes étapes de montage de l'outil et de la partie embarquée du dispositif sur le module porte-outil. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS Tel qu'illustré sur les dessins des figures 1, 3, 4, 5 et 6, le dispositif d'aspiration des copeaux référencé D dans son ensemble est du type de celui comprenant une centrale d'aspiration non illustrée créant une dépression et reliée à une buse d'aspiration 100 venant au plus prés de l'extrémité de travail d'un outil 200 mis en mouvement - 6 - par un module porte-outil d'une machine-outil non illustrée, l'outil 200 étant composé d'une partie coupante 210 fixée à un support d'attachement standard 220. Conformément à l'invention, la buse d'aspiration 100 vient se fixer de façon flottante au support d'attachement standard 220 de l'outil 200 de façon à créer une dépression autour de l'outil 200 tout en autorisant la rotation de ce dernier. Le mouvement de l'air est illustré par les flèches F. Ainsi, une fois l'outil 200 et la buse 100, partie embarquée du dispositif d'aspiration D mis en position, un jeu fonctionnel est présent entre la surface intérieure de la buse 100 qui est fixe et les surfaces extérieures de l'outil 200 et du support d'emmanchement 220 qui sont mobiles selon un mouvement de rotation autour de l'axe de l'outil 200. Comme illustrée plus en détails sur le dessin de la figure 3, la buse 100 est constituée dans sa partie arrière d'un manchon venant se placer concentriquement à l'axe de rotation de l'outil 200 sur son support standard d'attachement 220. Selon une caractéristique non illustrée, ladite buse 100 se prolonge au niveau de sa partie avant d'un conduit d'une longueur adaptée à la longueur de l'outil 200 venant en contact avec la pièce à usiner non illustrée et dont la longueur est susceptible de varier en fonction de la course axiale de l'outil 200. En outre, la buse 100 est ménagée intérieurement d'une première rainure 110 au niveau du manchon dans laquelle vient se loger un anneau élastique 300 de type "circlips" coopérant avec une deuxième rainure 221 ménagée à cet effet sur le support d'attachement standard 220 de l'outil 200. Cette rainure 221 et l'implantation de l'anneau élastique 300 à l'intérieur de cette dernière apparaissent en vue extérieure sur le dessin de la figure 2. Selon le mode de réalisation illustré, le support d'attachement - 7 standard 220 est du type HSK et comporte sur sa partie avant, une surface cylindrique dans laquelle a été ménagée la rainure 221. La solution de fixation de la buse non seulement autorise l'utilisation des dispositifs de support d'outil déjà existants mais également ne nécessite qu'un aménagement minimal desdits dispositifs déjà existants. Selon un mode de réalisation préféré, l'anneau élastique 300 est du type de ceux restant ouverts au repos. Le montage en lui-même est particulièrement simple. Il suffit de glisser l'outil 200 et son support d'attachement 220 avec l'anneau élastique 300 maintenu en position fermée dans le manchon constituant la partie arrière de la buse 100 jusqu'à la mise en place du circlips 300 dans la rainure correspondante du manchon dans laquelle il reprend sa position de repos. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'anneau élastique 300 est monté avec jeu sur la rainure 221 ménagée sur le support d'attachement d'outil 220 de sorte qu'une fois mis en place dans la rainure 110 de la buse 100 et que la buse est associée à la partie fixe du dispositif D, l'anneau ne soit pas en contact avec le support d'attachement d'outil 220. Ainsi, comme illustré à la figure 3, une fois mis en place sur la partie fixe solidaire du module porte outil, l'anneau élastique 300 ne se trouve pas en contact avec ladite rainure 221 en maintenant un jeu représenté par les repères J1, J2 et J3. En effet, la fonction de ce montage n'est pas de réaliser une fixation serrée ou un guidage en rotation entre la buse 100 et l'outil 200 mais d'empêcher le dégagement du module d'attachement standard 220 de la buse 100 tout en autorisant la rotation de l'outil 200 lorsque ce dernier est mis en mouvement par sa broche. Comme illustrée, la simplicité de ce montage a pour avantage de ne pas créer de volume trop encombrant autour - 8 - de l'outil et donc dans le poste d'usinage. De plus, cette simplicité de mise en oeuvre garantit la fiabilité d'une telle solution technologique. Ainsi, selon le mode de réalisation illustré, la buse ne présente pas une épaisseur allant au delà du diamètre maximal du support d'attachement d'outil HSK illustré. En conséquence, l'ensemble formé par l'outil associé à la buse requiert une gestion d'encombrement dans les phases d'usinage, de changement d'outil ou de stockage de l'outil équivalente à celle nécessaire à un outil n'embarquant pas de dispositif d'aspiration. Comme expliqué plus haut, le dispositif D se décompose en une première partie dite embarquée composée d'une pluralité de buses 100 individuelles associées à chaque outil 200 et une deuxième partie fixe par rapport au module porte-outil qui peut être composé d'un coulant porte-broche assurant la mise en mouvement non seulement en rotation de l'outil mais également éventuellement en translation selon les axes classiques X, Y et Z. Plus précisément, ladite buse 100 solidaire des mouvements de l'outil 200 vient se relier avec l'outil 200, au module de mise en mouvement de ce dernier qui comporte un moyen 400 de mise en position et un moyen de maintien en position de cette dernière ayant pour fonction de la lier à la centrale d'aspiration non illustrée et de la maintenir dans une position telle qu'elle ne gêne pas la rotation de l'outil 200. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite buse 100 comprend une extrémité de conduit 120 venant coopérer, une fois l'outil 200 mis en place dans son module de mise en mouvement 500, avec une extrémité de conduit liée au moyen de mise en position et de maintien en position. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, afin de mettre en oeuvre la mise en position et le maintien en position de la buse - 9 - 100, le moyen de fixation 400 de l'outil 200 qui accueille' également la buse 100, comporte un corps principal 410 qui assure la liaison de la partie fixe du dispositif D avec le module porte-outil 500. Ce corps principal est équipé d'un adaptateur commun fixe qui se place en vis-à-vis d'un adaptateur embarqué correspondant de la buse 100, lors de la prise de l'outil 200 par le module porte-outil 500, cet adaptateur commun étant également équipé d'une extrémité 412 du conduit destiné à se connecter à la centrale d'aspiration non illustrée. Cet adaptateur comprend un pion de centrage 411 associé à un ergot de blocage 413 qui vont assurer le positionnement et le maintien en position de la buse 100 dans la position adéquate autour de l'outil 200 lorsqu'il est en position dans le module porte-outil 500 de façon à ce qu'un jeu soit présent entre la surface intérieure de la buse 100 qui reste fixe par rapport au module support d'outil et la surface extérieure du support d'attachement de l'outil 220 qui est en rotation pendant l'opération d'usinage. De plus, les jeux sont calculés de façon à ce que le "circlips" ne vienne pas en contact avec le support d'attachement d'outil à l'intérieur de la rainure. Ces éléments fixes sont associés sur la partie embarquée à un trou de centrage 121 destiné à recevoir le pion 411 et à un galet de guidage/blocage 122 qui reprend l'ergot 413. Les figures 6a, 6b, et 6c illustrent la mise en place de l'outil 200 associé à sa buse 100 sur le module porte outil 500. Comme illustrée, l'extrémité de conduite 120 embarquée avec la buse 100 vient correspondre avec l'extrémité de conduite fixe 412 reliée à la centrale d'aspiration non illustrée de façon à ce qu'elle crée une continuité dans la conduite d'aspiration. Le choix de ces moyens de mise en position et de maintien en position permet au dispositif d'aspiration de - 10 - ne pas nécessiter d'actionneur supplémentaire ni de temps de cycle supplémentaire pour son installation. En effet, l'installation du dispositif d'aspiration, c'est à dire la réunion de la partie embarquée avec la partie fixe se réalise dans la même opération et donc dansle même temps de cycle que l'opération de prise d'outil par le module porte-pièce. Comme illustrée sur le dessin de la figure 4, la dite buse 100 comporte extérieurement des encoches 130 venant coopérer avec des moyens d'accueil ou de préhension des outils 200 lors des phases de changement d'outil et de stockage afin d'orienter correctement l'extrémité de conduit 120 qu'elle comporte. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les extrémités du "circlips" 300 sont accessibles au travers de l'ouverture formée par l'extrémité 120 de conduit embarquée par l'ensemble formé de l'outil 200 et de la buse 100. Il suffit donc de rapprocher les extrémités du "circlips" 300 pour désengager ce dernier de la rainure 110 ménagée dans la surface intérieure de la buse 100 et autoriser le retrait du support d'attachement d'outil 220 de la buse 100. Ainsi, non seulement le montage mais également le démontage sont des opérations facilitées par la solution technologique mise en uvre par le dispositif de l'invention. On comprend que le dispositif d'aspiration 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 telle que définie dans les revendications. Ainsi par exemple, bien que particulièrement adapté à des opérations d'usinage faisant intervenir la micropulvérisation, le dispositif de l'invention pourra être utilisé dans le cadre d'opérations d'usinage faisant intervenir des moyens d'évacuation plus classiques. 15 20 25 30 35 - 11 - REVENDICATIONS 1. Dispositif (D) d'aspiration des copeaux produits par une machine-outil d'usinage au moyen d'au moins un outil (200) mis en mouvement par un module porte-outil, - le dispositif étant du type de celui comprenant une centrale d'aspiration créant une dépression, - l'outil (200) étant composé d'une partie coupante (210) et d'un support d'attachement standard (220), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comporte une buse d'aspiration {100) qui, reliée à la centrale d'aspiration, vient se fixer - d'une part de façon flottante au support d'attachement standard (220) de l'outil (200) de façon à créer une dépression autour de l'outil {200) jusqu'à son extrémité tout en autorisant la rotation de ce dernier, - d'autre part de façon fixe au module porte-outil. 2. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la buse (100) est constituée sur sa partie arrière d'un manchon venant se placer concentriquement à l'axe de rotation de l'outil (200) sur son support standard d'attachement (220). 3. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la buse (100) est ménagée intérieurement d'une première rainure (110) dans laquelle vient se loger un anneau élastique (300) coopérant avec une deuxième rainure {221) ménagée à cet effet sur le support d'attachement standard (220) de l'outil (200). 4. Dispositif (D) selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'anneau élastique (300) est monté avec jeu sur la rainure (221) ménagée sur le support d'attachement d'outil (220) de sorte qu'une fois mis en place dans la rainure (110) de la buse (100) et que la buse (100) est associée à la partie fixe du dispositif, l'anneau (300) ne soit pas en contact avec le support d'attachement d'outil (220). 5. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite buse {100) solidaire de - 12 - l'outil {200) vient se relier avec ce dernier, au module de mise en mouvement de l'outil qui comporte un moyen de mise en position et un moyen de maintien en position (400) de la buse (100) ayant pour fonction de la lier à la centrale d'aspiration et de la maintenir dans une position telle qu'elle ne gêne pas la rotation de l'outil. 6. Dispositif selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite buse (100) solidaire de l'outil (200) est mise en place sur le module porte-outil lors du mouvement relatif de l'outil par rapport au module porte-outil correspondant à celui connu pour la prise de l'outil dans ledit module porte-outil sans actionneur supplémentaire. 7. Dispositif (D) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite buse (100) comprend une extrémité de conduit (120) venant coopérer, une fois l'outil (200) mis en place dans son module de mise en mouvement, avec une extrémité de conduit (412) liée au moyen de mise en position et de maintien en position (400). 8. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le module porte-outil qui accueille également la buse, est équipé d'un adaptateur commun fixe qui se place en vis à vis d'un adaptateur embarqué correspondant de la buse (100) lors de la prise de l'outil (200) par le module porte-outil, cet adaptateur fixe étant équipé de l'extrémité (412) du conduit destiné à se connecter à la centrale d'aspiration 9. Dispositif (D) selon la revendication 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'adaptateur fixe se compose d'un pion de centrage (411) associé à un ergot de blocage (413) qui vont assurer le positionnement et le maintien en position de la buse (100) dans la position adéquate autour de l'outil (200) lorsqu'il est en position dans le module porte-outil, ces éléments venant s'associer sur la partie embarquée à un adaptateur embarqué composé d'un trou (121) - 13 - de centrage destiné à recevoir le pion (411) et d'un galet de guidage blocage (122) qui reprend l'ergot {413). 10. Dispositif selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la dite buse (100) comporte extérieurement des encoches (130) venant coopérer avec des moyens d'accueil ou de préhension des outils (200) lors des phases de changement d'outil (200) afin d'orienter correctement l'extrémité de conduit qu'elle emporte.