Brevet FR2957283A1 — publié le 20110916

STRUCTURE LOGIQUE D'UNE MACHINE-OUTIL, PROCÉDÉ DE TRAVAIL, ET MACHINE-OUTIL D'USINAGE NOTAMMENT DE VILEBREQUIN ADOPTANT UNE TELLE STRUCTURE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des machines-outils et notamment aux adaptations de leur structures logiques permettant d'assurer les opérations d'usinage et de chargement/déchargement des pièces dans les meilleures conditions. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Parmi les machines-outils existantes, certaines proposent une structure logique de mise en mouvement commune où le module d'usinage se déplace selon l'axe X (considéré comme l'axe horizontal perpendiculaire à l'axe de l'outil) sur une poutre supérieure alors que le module porte-pièce venant se fixer à ladite poutre voit ses éléments de support et de mise en mouvement positionnés sous ou en arrière du module d'usinage. Une telle structure décrite dans le document 20 FR2884161 a notamment les avantages de : - mieux prendre en compte les efforts induits par l'opération d'usinage, - faciliter l'évacuation des copeaux du fait d'une disposition libérant le volume sous la pièce, 25 - rendre aisée l'accessibilité de toute la partie avant, - réduire la surface au sol, - etc.... DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant d'une telle structure la demanderesse a mené 30 des recherches sur une telle structure visant à concevoir une famille de machines-outils adoptant cette structure et l'améliorant afin d'atteindre une modularité autorisant l'exploitation d'une même structure de base de faible coût, duplicable, pour une pluralité d'applications. 35 Ainsi, un des objectifs de l'invention est de réaliser la totalité sinon le plus grand nombre des opérations - 2 d'usinage des vilebrequins avec une même structure de machine ou avec une seule machine adoptant une telle structure. Ces recherches ont abouti à la conception d'une structure de machine-outil du type de celle comprenant un module d'usinage, un module porte-pièce et une poutre supérieure, le module d'usinage se déplaçant sur la poutre supérieure grâce à des moyens de mise en mouvement et de guidage. Selon l'invention, cette structure est remarquable en ce qu'elle comprend au moins un module de manutention de la pièce (chargement/déchargement) partageant avec le module d'usinage ses moyens de guidage sur ladite poutre. Le partage de cet axe et des moyens de guidage associés entre des modules d'usinage et de manutention est particulièrement avantageux en ce qu'il permet d'envisager une machine-outil plus complète présentant une fonctionnalité supplémentaire sans ajouter un module face au poste d'usinage conservant ainsi l'accessibilité de la configuration d'origine. Une telle fonctionnalité apporte une très grande polyvalence à une telle structure. En outre, ce partage permet de disposer d'un moyen automatique de transport et d'échange rapides des pièces entre les modules, qui évite toute erreur de positionnement du fait du partage des moyens de guidage. L'intégration du chargement et du déchargement de pièce dans la structure logique évite le coût de la réalisation manuelle de telles opérations par un opérateur. Le coût du module de manutention est optimisé par le fait qu'il peut être mis en œuvre selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif par un vérin. La présence d'un tel module sur les mêmes sous ensembles de support et de guidage que le module d'usinage exige que la poutre présente une longueur supplémentaire débordant de l'espace nécessaire à la mise en œuvre du module d'usinage seul afin de permettre son escamotage au - 3 - delà de la course du module de manutention. En effet, les opérations de chargement et de déchargement réalisées par le module de manutention exigent le déplacement en sens opposé sur ladite poutre dudit module d'usinage. Ainsi, un procédé de travail d'une telle structure est remarquable en ce qu'il consiste à déplacer le module d'usinage pour utiliser le module de manutention sur la même poutre et permettre son positionnement à la place du module d'usinage lors des phases de chargement/déchargement au- dessus du module porte-pièce. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le module porte-pièce vient s'associer à ladite poutre avec ses éléments de support et de mise en mouvement positionnés sous ou en arrière du module d'usinage. Cette suspension du module porte pièce permet de libérer l'espace au dessous de la zone d'usinage ce qui va faciliter l'évacuation des copeaux. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, la structure de machine outil est remarquable 20 en ce qu'elle comprend un module de manutention pour deux modules d'usinage, tous les trois associés à la même poutre. Une telle caractéristique permet d'envisager un procédé de travail particulièrement avantageux en ce qu'il consiste à réaliser l'usinage avec un module d'usinage sur un premier module porte-pièce pendant le chargement-déchargement par le module de manutention sur l'autre module porte pièce dont le module d'usinage associé est escamoté. Cette configuration de base peut aussi bien s'appliquer à une fabrication de vilebrequin qu'à d'autres fabrications. Le montage porte-pièce et les outils peuvent différer bien entendu selon chaque phase d'usinage envisagée. En ce qui concerne la fabrication d'un vilebrequin,. il est envisagé qu'une machine-outil assure l'usinage des vilebrequins sur la base de la structure ci-dessus décrite 25 30 35 - 4 et puisse ainsi servir de support pour réaliser toutes les opérations d'usinage des vilebrequins comme : - perçage, - taraudage, - fraisage (bouts, rainure, plat,..), - détourage, - alésage, Ces usinages réalisés par ladite machine-outil sont 10 regroupés au moyen de montages d'usinage adaptés sous les opérations suivantes : - usinage des points de départ, - perçage des trous d'huile, - finition des extrémités, 15 - équilibrage. Le perçage des trous d'huile peut conduire selon un procédé de la demanderesse à l'équilibrage du vilebrequin. Une telle structure utilise des moyens identiques, modulaires, duplicables ou partageables et flexibles, pour 20 les différentes opérations permettant avec un coût réduit: - d'utiliser le matériel adapté à l'opération, - de réaliser les qualités géométriques et dimensionnelles, - d'assurer les différents niveaux de production, 25 - une flexibilité totale, - d'intégrer le chargement déchargement de la machine, tout en conservant l'évacuation facilitée des copeaux, l'accès aisé aux organes de la machine, et la surface 30 réduite au sol. Un exemple de partage entre au moins deux machines-outils conformes à l'invention, concernent les commandes numériques ainsi que les groupes de refroidissement. Afin d'optimiser la polyvalence d'une machine-outil 35 adoptant une telle structure, cette dernière comprend avantageusement sur la même poutre, un module de stockage - 5 et de mise à disposition d'outils. De même, dans le même souci et afin d'envisager la réalisation d'une pluralité d'opérations sur une seule machine-outil adoptant une telle structure, cette dernière comprend une pluralité de montages d'usinage destinés à venir s'installer ponctuellement dans le module porte-pièce préformé et équipé des sous-ensembles d'entraînement à cet effet. Bien entendu, un module de mise à disposition et d'évacuation des pièces (tel un tapis roulant) est associé à cette structure et peut être partagé par plusieurs machines-outils, la poutre étant alors préférentiellement disposée transversalement par rapport à l'axe de déplacement dudit tapis. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, la structure de la machine-outil de l'invention est équipée d'un platelage unique sur lequel se trouve installé le portique et correspondant à la plateforme de transport routier standard permettant un déplacement sans démontage de la structure de base. 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 a la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation de machines-outils adoptant une structure logique conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue de face d'un mode de réalisation d'une machine-outil d'usinage de vilebrequin conforme à l'invention, La figure 2 est un dessin schématique d'une vue de côté de la machine-outil de la figure 1, La figure 3 est un dessin schématique d'une vue de dessus de la machine-outil de la figure 2, - 6 - la figure 4 est un dessin schématique d'une vue de face d'un autre mode de réalisation d'une machine-outil destinée à la réalisation d'un centrage géométrique, La figure 5 est une vue de face d'un autre mode de réalisation d'une machine-outil destinée à la réalisation d'un centrage géométrique après mesure du balourd, La figure 6 est une vue de face d'un autre mode de réalisation d'une machine-outil destinée à la réalisation des trous d'huile au moyen de deux modules d'usinage, La figure 7 est une vue de face d'un autre mode de réalisation d'une autre machine-outil adoptant un double module porte pièce et deux module de manutention. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Pour une meilleure compréhension, il est défini que l'axe X est l'axe horizontal transversal, l'axe Y est l'axe vertical et l'axe Z est l'axe perpendiculaire aux deux autres, comme illustré sur le repère de la figure 1. Telle qu'illustrée sur les dessins des figures 1, 2 et 3, la machine-outil M1 adopte les caractéristiques de la structure de l'invention en ce qu'elle comprend un module d'usinage 100 et un module porte-pièce 200 assurant le support d'un vilebrequin V, le module d'usinage 100 se déplaçant notamment selon l'axe X selon la double flèche F1 sur une poutre supérieure 300 alors que le module porte-pièce 200 vient se fixer à ladite poutre avec ses éléments de support et de mise en mouvement positionnés sous ou en arrière du module d'usinage 100. L'outil O du module d'usinage a également la possibilité de se mouvoir selon l'axe Y pour assurer les opérations d'usinage. Plus précisément, les moyens de guidage 110 du module d'usinage se trouvent disposés sur la face avant 310 de la poutre 300 alors que les moyens de guidage 210 du module porte-pièce 200 se trouvent disposés sur la face inférieure 320. Ladite poutre transversale 300 constitue le support ou le moyen de guidage pour au moins un module de - 7 manutention et d'échange rapide 400 de la pièce V pour assurer d'une part, le chargement et le déchargement de cette dernière par rapport au module porte-pièce 200 mais également pour assurer l'évacuation de la pièce usinée vers un module 500 de mise à disposition et d'évacuation des pièces usinées et son remplacement. Ce module de manutention 400 se déplace selon l'axe X selon la double flèche F2 dans les mêmes moyens de guidage 110 disposés sur la face avant 310 de la poutre 300 que le module d'usinage 100. Ce module de manutention est en outre équipé de moyens de préhension et de mise en mouvement selon l'axe Y selon la double flèche F3 afin d'assurer les mouvements de montée et de descente nécessaires à ses fonctions. Comme illustré, un module 600 de stockage et de mise à disposition d'outils O est également disposé sur ladite poutre 300. Comme illustrée, la poutre 300 présente une longueur supplémentaire 330 débordant de l'espace nécessaire à la mise en oeuvre du module d'usinage seul afin de définir une position d'attente permettant son escamotage au-delà de la course du module de manutention 400. Ainsi, lorsque la phase de fabrication requiert un enlèvement de la pièce hors du module porte pièce 200 à des fins de remplacement et/ou l'insertion d'une nouvelle pièce, le module d'usinage 100 vient se positionner dans la portion de poutre 330 disposé entre sa position située au dessus du module porte-pièce 200 et le module de stockage d'outil 600 pour permettre au module de manutention 400 de venir se positionner à la place du module d'usinage 100 au-dessus du module porte-pièce 200. Il apparaît clairement à la lecture des dessins que l'accès aux différents modules est facilité en partie avant, les armoires des fonctions de service ainsi que l'évacuation de copeaux étant disposés à l'arrière. Une telle configuration est susceptible d'être 5 10 15 20 25 30 35 -8- utilisée pour les opérations de perçage des trous d'huile. La machine M 2 illustrée par le dessin de la figure 4 adopte la même structure logique conforme à l'invention mais diffère de la machine M1 en ce que le dispositif porte-pièce propose en outre un plateau 220 de mise en mouvement de la pièce à des fins de rotation selon la double-flèche F4 selon l'axe Z ainsi qu'un montage d'usinage 221 autorisant l'accès aux extrémités du vilebrequin V à des fins de réalisation des usinages de centrage géométrique. La machine M3 illustrée sur le dessin de la figure 5, propose sur la base de la même structure la mise en œuvre d'un centrage dynamétrique réalisé après une mesure de balourd. Pour ce faire, ladite machine-outil M3 comporte sur la poutre 300; un deuxième module de manutention 400' coopérant avec le dispositif porte pièce 200' ainsi qu'avec un module 500 de mise à disposition et d'évacuation des pièces V. De plus, le module porte pièce 200' comporte deux plateaux 220' de mise en rotation selon l'axe Z afin de permettre une meilleure productivité. Un module de mesure dynamique du balourd 700 est disposé entre le module 500, le module de manutention 400 assurant le déplacement des pièces V d'un module à l'autre. Cette solution permet de compléter la gamme de machines. Elle permet d'intégrer simplement un dispositif de mesure par vision des vilebrequins sans pollution par les copeaux. Elle permet également de disposer d'un moyen de transport automatique des pièces entre les modules, qui évite toute erreur de correction des axes suivant les valeurs de mesure balourd ou de mesure vision pour chaque pièce. La machine-outil M4 illustrée par le dessin de la figure 6 est remarquable en ce qu'elle comprend un module de manutention 400 pour deux modules d'usinage 100 et 100', tous les trois associés à une même poutre transversale 300. Chaque module d'usinage 100 et 100' est 10 15 20 25 30 35 - 9 - associé à un module porte-pièce 200 et 200' et à un poste de stockage d'outil 600 et 600'. Le module de manutention 400 et le module de mise à disposition et d'évacuation des pièces V sont positionnés en partie centrale. Le module de manutention vient alternativement sur les modules porte-pièce 200 et 200' assurer les opérations de chargement/ déchargement. Dans cette configuration, la poutre 300 est préformée pour présenter deux portions d'escamotage 330 et 330' afin que les modules d'usinage respectifs libèrent la place au-dessus du module porte pièce. Une telle configuration rend possible la réalisation d'une opération d'usinage avec un module d'usinage sur un premier module porte pièce pendant le chargement-déchargement par le module de manutention sur l'autre module porte pièce dont le module d'usinage associé est escamoté. Une telle machine peut également servir à la réalisation des trous d'huile sur un vilebrequin. L'usinage de ces trous d'huile peut permettre selon un procédé élaboré par la demanderesse à équilibrer ledit vilebrequin. La machine-outil M5 illustrée par le dessin de la figure 7 est plus destinée à la réalisation de l'usinage des extrémités de vilebrequin avec une productivité améliorée. Pour ce faire, elle comprend un module d'usinage 100 coopérant avec un dispositif porte pièce 200 comportant deux plateaux en rotation selon l'axe Z ainsi que deux modules de manutention coopérant avec un module de mise à disposition et d'évacuation des pièces 500. On comprend que les structures, procédés et machines-outils, qui viennent d'être ci-dessus 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. 10 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS1. Structure logique de machine outil du type de celle comprenant un module d'usinage (100), un module porte-pièce (200) et une poutre supérieure (300), le module d'usinage (100) se déplaçant sur la poutre supérieure (300) grâce à des moyens de mise en mouvement et de guidage, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend au moins un module de manutention (400) de la pièce (chargement/déchargement) partageant avec le module d'usinage (100) ses moyens de guidage (110) sur ladite poutre(300). 2. Structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le module porte-pièce (200) vient s'associer à ladite poutre (300) avec ses éléments de support et de mise en mouvement positionnés sous ou en arrière du module d'usinage (100). 3. Structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE la poutre (300) présente une longueur supplémentaire (330) débordant de l'espace nécessaire à la mise en oeuvre du module d'usinage (100) seul afin de définir une position d'attente permettant son escamotage au delà de la course du module de manutention (400). 4. Structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend un module de manutention (400) pour deux modules d'usinage (100 et 100'), tous les trois associés à la même poutre (300). 5. Structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend sur la même poutre (300), un module de stockage et de mise à disposition d'outils (600). 6. Structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend une pluralité de montages d'usinage (220) destinés à venir s'installer ponctuellement dans le module porte-pièce (200) préformé à cet effet. 7. Procédé de travail d'un machine-outil adoptant la- 11 - structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend un déplacement du module d'usinage (100) pour utiliser le module de manutention (400) sur la même poutre (300) et permettre son positionnement à la place du module d'usinage (100) lors des phases de chargement/déchargement au dessus du module porte-pièce (200). 8. Procédé de travail d'une machine-outil adoptant la structure selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comprend la réalisation d'une opération d'usinage avec un module d'usinage (100) sur un premier module porte pièce (200) pendant le chargement-déchargement par le module de manutention (400) sur l'autre module porte pièce (400') dont le module d'usinage (100') associé est escamoté. 9. Machine-outil d'usinage de vilebrequin (V) du type de celle comprenant un module d'usinage (100) et un module porte-pièce (200), le module d'usinage (100) se déplace sur une poutre supérieure (300) alors que le module porte- pièce (200) vient se fixer à ladite poutre (300) avec ses éléments de support et de mise en mouvement positionnés sous ou en arrière du module d'usinage (100), CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE ladite poutre transversale (300) constitue le support ou le moyen de guidage pour au moins un module de manutention (400) de la pièce (chargement/déchargement). 10. Machine-outil d'usinage d'un vilebrequin (V) selon la revendication 9, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle réalise au moyen de montages d'usinage adaptés (220, 220'), les opérations suivantes : - usinage des points de départ, - perçage des trous d'huile, - finition des extrémités, - équilibrage.35