Brevet FR2878460A1 — publié le 20060602

- 1 - PROCÉDÉ DE COMMANDE D'UNE MACHINE-OUTIL NOTAMMENT À DES FINS DE RÉGLAGE ET DE SÉCURISATION DES OPÉRATIONS DE CHARGEMENT D'OUTILS ET PRODUIT LOGICIEL PERMETTANT DE LE METTRE EN UVRE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des machines-outils et notamment aux adaptations permettant de réaliser les opérations de changement d'outils dans les meilleures conditions. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR La bonne réalisation des opérations de changement d'outils dans une machine-outil d'usinage dépend notamment du bon positionnement relatif de l'outil par rapport aux organes réalisant les échanges et la mise en place initiale correcte de l'outil. Ces organes peuvent par exemple être constitués par une poche de stockage, une électrobroche placée ou non à l'extrémité d'un organe de mise en mouvement, ou plus généralement par tout organe de prise d'outil. La demanderesse a ainsi constaté que les problèmes de bridage/débridage des outils qui peuvent se rencontrer dans l'exploitation d'une machineoutil ont notamment pour cause un mauvais positionnement. - de l'outil dans la poche d'échange avec l'organe de prise d'outil ou avec l'électrobroche susceptible de le recevoir (dû par exemple à une erreur de manipulation lors d'interventions humaines), - de la poche ellemême par rapport à l'organe de prise d'outil ou l'électrobroche (dû par exemple à une 30 déformation du magasin ou à un dérèglement), - de l'organe de stockage telle la poche par rapport à un organe de transfert, - etc... La demanderesse a en effet constaté que, dans le cadre de l'utilisation d'un magasin grande capacité nécessitant des échanges d'outils entre organe de stockage - 2 et organe de transfert, un dérèglement progressif des dispositifs de déplacement (dû par exemple à l'usure des pièces mécaniques telles des courroies) conduit à une dérive de positionnement relatif des organes de transfert et à des problèmes d'exploitation des machines. Ces problèmes de positionnement relatifs conduisent à des efforts importants sur la mécanique lors des échanges outils, ce qui peut provoquer des déformations supplémentaires des poches et parfois des blocages de cycle pénalisant la production des machines. Afin d'éviter ces problèmes, la solution usuelle de l'art antérieur consiste à réaliser des opérations régulières de relevé et de réglage par un ou plusieurs opérateurs pour assurer au mieux le positionnement des organes d'échange lors des opérations de transfert. Cette solution présente plusieurs inconvénients parmi ceux-ci. - elle nécessite la présence d'un ou plusieurs opérateurs, - sa durée est particulièrement longue, - les opérateurs doivent avoir accès à des zones de la machine-outil en fonctionnement où plusieurs sous-ensembles sont susceptibles de se mouvoir à très grande vitesse ce qui peut être dangereux, - en étant réalisée par des opérateurs, l'opération de relevé et de réglage est soumise aux mêmes aléas que les opérations d'installation des outils dans le magasin. Ces problèmes de positionnement sont d'autant plus gênants qu'aucune surveillance n'est réalisée pendant lesdites opérations d'échange. Or, si un mauvais positionnement est réalisé malgré tout, des efforts considérables peuvent être appliqués aux différents éléments mis en contact avant que le problème puisse être détecté. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant d'une part, à réaliser de manière automatique les opérations de relevé et de réglage des - 3 magasins d'outils des machines-outils afin de solutionner les problèmes de l'art antérieur tout en évitant les inconvénients des solutions jusqu'ici proposées et d'autre part, à sécuriser de façon systématique les opérations d'échange. Ces recherches ont abouti à la conception d'un procédé de commande d'éléments mobiles d'une machine-outil notamment à des fins de positionnement susceptible de s'appliquer au réglage d'un magasin d'outils d'une machine-outil d'usinage mais également à la surveillance continue des opérations liées au changement d'outils. Le procédé de commande des éléments mobiles d'une machine-outil du type de celle mettant en oeuvre au moins un moyen de mise en mouvement d'un élément quelconque équipé d'un moyen de suivi de la course réalisée ainsi que d'un moyen de détection de l'effort produit par ledit moyen de mise en mouvement, est remarquable en ce qu'il consiste à contrôler, lors de certaines opérations différentes de celles d'usinage, les efforts réalisés par ledit élément mis en mouvement de façon à disposer de l'information d'un dépassement d'une valeur d'effort préalablement définie comme un seuil. La présence de cette information est susceptible de constituer l'évènement déclencheur d'une pluralité d'opérations selon l'application envisagée par la demanderesse. L'exploitation de cette information dans le cadre de la commande d'une machine-outil est particulièrement utile. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé est remarquable en ce qu'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif au moins un contact entre ledit élément de la machine-outil et un autre élément constitutif ou non de la machine-outil, de façon à ce que le dépassement lors de ce contact, d'une valeur d'effort préalablement définie comme un seuil, déclenche une prise de mesure permettant de connaître la course réalisée et en conséquence la position des éléments - 4 mis en contact. Ce procédé a pour spécificité d'exploiter une fonction de commande numérique de machine-outil qui permet de suivre les efforts (sous la forme d'intensité électrique) supportés par les différentes organes de mise en mouvement pilotés. L'utilisation de cette fonction permet ici de situer précisément les éléments faisant l'objet du contact. Ce procédé permet donc de positionner tout élément susceptible d'être atteint par un élément mis en mouvement par la machine-outil. Une autre caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention consiste à surveiller les efforts réalisés lors des opérations de changement d'outil afin de détecter tout mauvais positionnement relatif. En effet, la mise en place d'un outil mal positionné initialement nécessite plus d'effort que pour un outil disposé idéalement. Le procédé permet donc une surveillance systématique du bon positionnement des outils pendant les opérations de changement d'outils conformément aux objectifs de l'invention. Enfin, le procédé s'applique au positionnement des éléments constitutifs d'un magasin de stockage d'outils d'une machine-outil d'usinage du type de celui équipé de poches d'accueil des outils et associé à un organe de prise d'outil assurant la sortie et la rentrée de l'outil dans les poches. A cette fin, le procédé est remarquable en ce qu'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil par rapport aux poches d'accueil un ou plusieurs contacts afin de déterminer la position des éléments mis en contact. Ce procédé permet de réaliser une prise de mesure sur les éléments prépositionnés d'un magasin d'outils, prise de mesure dont peut tenir compte la commande numérique de la machine-outil pour réaliser les différents mouvements liés à l'opération de changement d'outils. Ces mouvements tiennent ainsi compte de tout défaut ou dérive mécanique de la machine et évitent de les accentuer. - 5 L'invention consiste dans un premier temps à mesurer par palpage de manière automatique la position effective de chaque poche des zones de stockage. Cette automatisation permet non seulement l'optimisation des procédures de changement d'outils en s'affranchissant des inévitables défauts géométriques de chaque magasin, mais également le réglage en toute sécurité desdits magasins. Dans un deuxième temps, l'invention a pour avantage de prévenir les conséquences néfastes que pourraient avoir des erreurs humaines lors d'interventions manuelles de chargement d'outils en surveillant de manière systématique le bon déroulement des opérations d'échange d'outils notamment lors du bridage/débridage. Le procédé de l'invention concerne donc des phases de fonctionnement de la machine-outil autres que les opérations d'usinage. De plus, l'invention concerne également le produit logiciel gérant les différentes opérations du procédé et susceptible d'être installé dans la commande numérique de la machine-outil. Ce produit logiciel est notamment remarquable en ce qu'il consiste à établir la courbe dérivée de celle de la mesure d'effort pour qu'un changement de pente de la courbe dérivée constitue l'évènement déclencheur dont la présence est susceptible d'être exploiter pour les applications citées ci-dessus. Cet événement met ainsi à disposition pour la commande numérique de l'information d'un dépassement et déclenche la prise de mesure. Sur instruction du logiciel, la commande numérique assurera donc l'arrêt du mouvement seul ou accompagné d'un relevé de la mesure de la course afin de déterminer le positionnement des éléments mis en contact. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la - 6 description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs mises en uvre du procédé conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue de face d'une machineoutil accueillant deux magasins d'outils rotatifs, La figure la montre la machine-outil avec son coulant venant dans la zone d'échange avec le magasin d'outil. Les figures 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2f sont des dessins schématiques en vue de dessus des mouvements de l'organe de prise d'outil par rapport aux poches de stockage d'un des magasins rotatifs illustrés en figure 1, La figure 3 est un dessin schématique d'une vue en 15 perspective d'une machine-outil équipée d'un magasin d'outils de grande capacité, La figure 4 est un dessin schématique d'une vue de face des différents sousensembles participant au déplacement de l'outil dans la configuration illustrée en figure 4. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, la machine-outil référencée M dans son ensemble comprend un bâti B et au moins un coulant 100 porte électrobroche 110 laquelle entraîne en rotation un outil O. Le coulant 100 est mobile en translation selon trois axes X, Y et Z par rapport au bâti B. Comme illustré, le bâti B de la machine outil M est équipé d'au moins un, ici deux magasins rotatifs 200a et 200b. Ces magasins sont constitués par une enceinte 210a et 210b à l'intérieur de laquelle tourne un barillet 220a et 220b. La périphérie des barillets 220a et 220b est préformée pour mettre et maintenir en position les outils O. Un moyen de maintien en position est notamment constitué par une pince 221a et 221b qui définissent des poches d'accueil des outils. La rotation des barillets - 7 assure simultanément l'ouverture de l'enceinte ainsi que la mise à disposition dans le poste d'usinage (cf. magasin 200b) des poches ou des outils pour le coulant 100 qui assure la fonction d'organe de prise d'outils venant prendre ou décharger les outils grâce aux mouvements selon trois axes qu'il est susceptible de réaliser. Conformément à l'invention, les moyens de mise en mouvement du coulant 100 sont équipés d'un moyen de suivi de la course ainsi que d'un moyen de détection de l'effort produit par ledit moyen de mise en mouvement. Il en est de même pour le moyen de mise en mouvement en rotation du magasin rotatif 200a et 200b. Comme illustré sur le dessin de la figure la, le coulant vient dans la zone d'échange avec le magasin d'outils qui tourne pour mettre à disposition des outils O ou des poches d'outils 221b pour réaliser les opérations de changement d'outils ou pour mettre en uvre le procédé de l'invention. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé consiste à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil par rapport aux poches d'accueil, un ou plusieurs contacts afin de déterminer la position des éléments mis en contact. Selon une autre caractéristique, le coulant ou tout élément mis en mouvement par le coulant vient se mettre en contact avec les poches. Aussi, le coulant 100 et le barillet 200a et/ou 200b réalisent une série de mouvements qui leur permettent par contact dans la zone d'usinage, de l'électrobroche sur certaines parties des poches de définir la position de toutes les poches équipant chaque barillet pour déterminer ensuite la position effective des outils. Pour optimiser la définition de la position effective des outils, le procédé consiste, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil par rapport aux outils présents dans les poches d'accueil, un ou plusieurs contacts afin de déterminer la position des éléments mis en contact. Pour le mettre en uvre, le coulant ou tout élément mis en mouvement par le coulant vient se mettre en contact avec les outils positionnés dans les poches. Pour ce faire, une autre caractéristique consiste à faire réaliser au coulant 100 et au barillet 200a et/ou 200b une série de mouvements qui leur permettent par contact sur les outils eux-mêmes de définir la position de tous les outils remplissant chaque barillet. Selon le procédé, un contact est réalisé selon plusieurs axes afin de positionner dans l'espace les éléments mis en contact. Ainsi, plusieurs moyens de mise en mouvements peuvent être utilisés pour réaliser un contact et/ou plusieurs contacts peuvent être réalisés avec un seul moyen de mise en mouvement. Ces mouvements sont illustrés sur les dessins des figures 2. Comme illustré sur le dessin de la figure 2a, l'électrobroche 110 portée par le coulant 100 porte un outil 0 ou un module de contact présentant des côtes connues et simulant un outil qui est déplacé et palpé au moyen de l'organe de prise d'outil ou tout élément mis en mouvement par le coulant c'est à dire ici l'électrobroche portée par le coulant de poche en poche dans le magasin d'outil. En effet, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé consiste à déplacer et à palper de poche en poche dans un magasin d'outil au moyen d'un module de contact présentant des côtes connues et simulant un outil au moyen de l'organe de prise d'outil. Ainsi comme illustré dans un mouvement latéral du coulant 100, l'outil est installé dans une poche vide 221a du magasin d'outil 200a. Une fois installé, le coulant réalise un mouvement de translation axial (cf. figure 2b) afin de connaître la position en Z de la poche d'outil. Conformément à l'invention à chaque 25 30 35 - 9 dépassement de la valeur de l'effort "seuil" le mouvement s'arrête et la course est mesurée. L'électrobroche libère l'outil O installé dans la poche puis vient réaliser un contact latéralement (cf. figure 2d) afin de déterminer les coordonnées d'un nouveau point de contact. Le positionnement selon l'axe Z peut être réalisé comme illustré sur le dessin de la figure 2c où l'électrobroche ou le coulant vient directement en contact avec l'outil O ou avec l'organe de contact selon un mouvement axial. De même, le mouvement latéral et le contact peuvent être réalisés comme illustrés en figure 2f où le coulant de l'électrobroche est positionné de façon à ce que la partie arrière de l'outil 0 soit introduite dans la zone 15 d'accueil de l'outil ménagée dans l'électrobroche 110. Selon une mise en uvre non illustrée, le coulant ou son électrobroche ou d'une manière général tout élément porté par le coulant, vient se mettre en contact directement avec les poches. Les figures 2 illustrent également une autre caractéristique particulièrement avantageuse du procédé où le coulant ou l'électrobroche viennent se mettre en contact avec les outils déjà positionnés dans les poches. Le procédé situe alors les outils et non les zones d'accueil des outils ce qui optimise le réglage du magasin d'outil. Ainsi, il n'est plus utile de disposer d'un magasin vide et d'un organe de contact simulant l'outil. Afin d'optimiser le positionnement des outils d'un magasin rotatif, une caractéristique du procédé est remarquable en ce que l'information traitée est celle liée à l'effort de réaction après contact issu du moyen de mise en mouvement du magasin rotatif qui est exploitée pour la prise de mesure. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de prendre en compte les éventuels jeux et tolérances du magasin d'outils et/ou de son entraînement. 25 30 35 - 10 - Les figures 3 et 4 illustrent une autre configuration de magasin d'outils où le procédé de l'invention est susceptible de s'appliquer. Ces figures illustrent une machine-outil référencée M dans son ensemble comprend un bâti B et au moins un coulant 100 porte électrobroche 110 laquelle entraîne en rotation un outil O. Le coulant 100 est mobile en translation selon trois axes X, Y et Z par rapport au bâti B. Comme illustré, le bâti B de la machine outil M est associé à un magasin d'outil 300 comportant une enceinte 310 à l'intérieur de laquelle sont stockés les outils O dans des poches 320 selon un axe parallèle à celui du coulant 100. Selon le mode de réalisation illustré, un chariot de transport 330 muni de moyens de préhension 331 se déplace selon un plan parallèle à celui de stockage des outils O. Ce chariot 330 assure le passage des outils d'une position de stockage dans leurs poches d'accueil respectives à une position de mise à disposition pour un organe de transfert 400 qui vient prendre l'outil transporter et le rendre disponible pour le coulant 100 porte électrobroche comme illustré en figure 4. Ce chariot de transport 330 met en uvre la caractéristique du procédé de l'invention consistant à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil transportant un outil 0 par rapport aux poches d'accueil 320, un ou plusieurs contacts sur lesdites poches au moyen de l'outil transporté. En effet, le chariot manipulateur vient en contact avec la poche avec l'outil présent dans ses pinces. Dans ce mode de réalisation, les moteurs pilotant le chariot de manipulation 330 se déplaçant parallèlement au plan de stockage des outils fournissent l'information concernant les efforts mis en oeuvre et en conséquence l'information liée à la position des éléments faisant - 11 l'objet du contact. Afin de réaliser une mise à zéro ou la détermination d'un point de référence de la prise de mesure du positionnement effectif, ledit chariot 330 vient se mettre en contact directement ou par l'intermédiaire d'un moyen de contact avec au moins un point précis du volume 310 dans lequel il évolue, point de référence à partir duquel un positionnement théorique des poches d'accueil 320 est connu. Ce positionnement théorique autorise la commande des mouvements du chariot pour l'opération suivante de prise de mesure effective. On comprend que le procédé et ses mises en uvre, qui viennent d'être cidessus décrits et représentés, l'ont 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. 25 30 - 12 - REVENDICATIONS 1. Procédé de commande des éléments mobiles (100, 220a, 220b) d'une machine-outil (M) du type de celle mettant en oeuvre au moins un moyen de mise en mouvement d'un élément (100, 220a, 220b, 330) quelconque équipé d'un moyen de suivi de la course réalisée ainsi que d'un moyen de détection de l'effort produit par ledit moyen de mise en mouvement, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à contrôler, lors de certaines opérations différentes de celles d'usinage, les efforts réalisés par ledit élément (100, 220a, 220b, 330) mis en mouvement de façon à disposer de l'information d'un dépassement d'une valeur d'effort préalablement définie comme un seuil. 2. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif au moins un contact entre ledit élément (100) de la machine-outil (M) et un autre élément (200a, 200b) constitutif ou non de la machine-outil, de façon à ce que le dépassement lors de ce contact, d'une valeur d'effort préalablement définie comme un seuil, déclenche une prise de mesure permettant de connaître la course réalisée et en conséquence la position des éléments mis en contact. 3. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à surveiller les efforts réalisés lors des opérations de changement d'outil (0) afin de détecter tout mauvais positionnement relatif. 4. Procédé selon la revendication 1 appliqué au positionnement des éléments constitutifs d'un magasin de stockage d'outils (200a, 200b, 300) d'une machine-outil d'usinage (M) du type de celui équipé de poches d'accueil (221a, 221b, 320) des outils (0) et associé à un organe de prise d'outil (100, 300) assurant la sortie et la rentrée de l'outil dans les poches (221a, 221b, 320), CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil (100, 300) par rapport aux poches d'accueil (221a, 221b, 320) un ou - 13 - plusieurs contacts afin de déterminer la position des éléments mis en contact. 5. Procédé selon la revendication 1 appliqué au positionnement des éléments constitutifs d'un magasin de stockage d'outils (200a, 200b, 300) d'une machine-outil (M) d'usinage du type de celui équipé de poches d'accueil (221a, 221b, 320) des outils (0) et associé à un organe de prise d'outil (100, 300) assurant la sortie et la rentrée de l'outil dans les poches (221a, 221b, 320), CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil (100, 300) par rapport aux outils (0) présents dans les poches d'accueil (221a, 221b, 320), un ou plusieurs contacts afin de déterminer la position des éléments mis en contact. 6. Procédé selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à réaliser un contact sur plusieurs axes afin de positionner dans l'espace les éléments mis en contact. 7. Procédé selon la revendication 4 où la machine- outil (M) comporte au moins un coulant (100) porte électrobroche (110) assurant la prise d'outil (0) dans un magasin (200a et 200b), CARACTÉRISÉ EN CE QUE le coulant (100) ou tout élément (110) mis en mouvement par le coulant (100) vient se mettre en contact directement avec les poches (221a, 221b). 8. Procédé selon la revendication 5 où la machine-outil (M) comporte au moins un coulant (100) porte électrobroche (110) assurant la prise d'outil (0) dans un magasin (200a et 200b), CARACTÉRISÉ EN CE QUE le coulant (100) ou tout élément (110) mis en mouvement par le coulant (100) vient se mettre en contact avec les outils (0) positionnés dans les poches (221a, 221b). 9. Procédé selon la revendication 4 appliqué à une machine-outil (M) équipé d'au moins un magasin d'outils 35 rotatif (200a et 200b), CARACTÉRISÉ EN CE QUE l'information traitée est celle liée à l'effort de 14 - réaction après contact issue du moyen de mise en mouvement du magasin rotatif (200a et 200b) qui est exploitée pour la prise de mesure. 10. Procédé selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire réaliser par mouvement relatif de l'organe de prise d'outil (100, 300) transportant un outil (0) par rapport aux poches d'accueil (221a, 221b, 320) un ou plusieurs contacts sur lesdites poches (221a, 221b, 320) au moyen de l'outil (0) transporté. 11. Procédé selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à déplacer et palper de poche en poche (221a, 221b, 320) dans un magasin d'outils (200a, 200b)au moyen de l'organe de prise d'outil (100, 300) un module de contact présentant des côtes connues et simulant un outil (0). 12. Produit logiciel mettant en oeuvre les phases du procédé selon la revendication 1,, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à établir la courbe dérivée de celle de la mesure d'effort pour qu'un changement de pente de la courbe dérivée déclenche la prise de mesure. 30