Brevet FR2956993A1 — publié le 20110909

La présente invention concerne le domaine technique des machines-outils, et notamment du réglage de telles machines et/ou de leurs outils. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de réglage manuel d'un mandrin de machine-outil à commande numérique tel que par exemple d'un tour d'usinage à commande numérique. Dans le domaine de l'invention, il existe un grand nombre de machines-outils employées aussi bien dans l'artisanat que l'industrie pour réaliser des opérations d'usinage, de traitement ou de contrôle de pièces manufacturées, notamment de pièces métalliques ou de matières plastiques. Pour subir ces opérations, les pièces doivent être maintenues et le cas échéant déplacées vis-à-vis des outils des machines. Lorsque les pièces doivent tourner pour subir les opérations d'usinage ou de traitement, elles sont traditionnellement supportées sur un mandrin. Ce mandrin est fixé sur une broche qui est entraînée en rotation par un moteur de la machine-outil. Sur les machines-outils à commande numérique, la rotation du mandrin est asservie et contrôlée en vitesse et en position angulaire. Le mandrin comporte un ou plusieurs mors mobiles suivant une course relativement faible dans une direction radiale à l'axe de rotation du mandrin. Le maintien d'une pièce à traiter sur le mandrin se fait par serrage de la pièce entre les mors du mandrin lorsque celui-ci en comporte plusieurs ou bien entre le corps du mandrin et son mors unique lorsque le mandrin comporte un seul mors. Le serrage de la pièce, comme sa libération après travail, se font par un élément moteur (pneumatique, ou hydraulique ou électrique) qui entraîne le ou les mors sur une faible course, juste nécessaire et suffisante pour serrer ou desserrer la pièce. Lors d'un changement de série de pièces à travailler, il n'est pas rare de devoir modifier la position du ou des mors du mandrin d'une machine pour l'adapter à la nouvelle série de pièces à travailler, qui présente des formes et/ou des dimensions différentes de celles de la précédente série. En effet, si la faible course de débattement du ou des mors ne suffit pas à accomoder la nouvelle pièce, il convient alors de modifier la position des mors dans leurs glissières, voire de remplacer les mors par de nouveaux d'un autre calibre. Une fois encore, cette opération de déplacement des mors ou de remplacement doit être réalisée manuellement par un opérateur suivant un mode opératoire variant selon que le mandrin est un mandrin classique non réglable ou un mandrin réglable manuellement. Sur un mandrin classique, le mode opératoire est le suivant. L'opérateur doit démonter le(s) mors du mandrin et mettre en place de nouveau(x), généralement fixé(s) par vis. En variante sur certains mandrins, l'opérateur doit desserrer le(s) mors bridé(s) sur un crantage, le(s) décaler radialement à une autre position sur le crantage, puis le(s) resserrer dans cette nouvelle position. Ces opérations doivent ensuite être complétées d'un ajustage minutieux des positions individuelles des mors pour obtenir la concentricité requise pour le travail correct de la pièce. Cette phase d'ajustage est généralement longue et fastidieuse. Sur un mandrin réglable, l'opérateur doit dans un premier temps déverrouiller chacun des mors par l'intermédiaire d'un dispositif ou organe de verrouillage/déverrouillage, puis décaler ensuite les mors pour leur procurer leur nouvelle position, puis enfin reverrouiller les mors par le dispositif de verouillage/déverrouillage. Par opposition aux mandrins classiques évoqués ci-dessus, les mandrins réglables présentent l'avantage de ne nécessiter généralement aucun réglage ultérieur de concentricité des mors. Le verrouillage et le déverrouillage des mors sont généralement réalisés à l'aide d'un outil faisant office de clé, qui est mis en place, actionné, puis retiré manuellement. Toutefois, un opérateur doit pour chaque mors et chaque changement de campagne de pièces intervenir manuellement au réglage des mors sur le mandrin, quand bien même l'ensemble du fonctionnement de la machine-outil est lui piloté par une commande numérique ou un automate de commande. Vu les inconvénients des mandrins classiques et à réglage manuel évoqués précédemment, la présente invention a pour but de procurer un procédé de réglage automatique d'un mandrin réglable manuellement sur des machines-outils à commande numérique et/ou automate de pilotage. Pour ce faire, l'invention propose un procédé de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil à commande numérique, le mandrin de ladite machine comportant au moins un mors réglable apte à coulisser dans une glissière formée dans le corps du mandrin, ou dans un porte-mors apte à coulisser dans une glissière formée dans le corps du mandrin, caractérisé en ce que : a) on stoppe la rotation du mandrin dans une position angulaire déterminée de réglage du mors, de préférence telle que la direction de déplacement du mors à régler soit parallèle à un des axes de déplacement de la machine outil, b) on déverrouille ensuite, par l'intermédiaire d'un dispositif de déverrouillage mobile et automatisé, au moins ledit mors dans la glissière du corps de mandrin ; c) on déplace le mors déverrouillé par le dispositif de déverrouillage dans sa glissière par déplacement suivant au moins un axe de mouvement de la machine outil; d) on verrouille à nouveau le mors une fois déplacé ou remplacé dans sa glissière par l'intermédiaire du dispositif de déverrouillage; e) on retire les dispositifs de déverrouillage et le déplacement de mors du champ d'action et de fonctionnement du mandrin de la machine outil. Selon le procédé de l'invention, le mouvement d'engagement et de dégagement du dispositif de verrouillage et déverrouillage des mors, ainsi que le mouvement de verrouillage /déverrouillage des mors, sont deux mouvements additionnels, non prévus initialement pour le fonctionnement de la machine-outil et ajouté par l'invention. Ces mouvements peuvent être générés par des actionneurs pneumatiques, hydrauliques ou électriques. La commande, et éventuellement le contrôle de ces deux mouvements sont gérés par l'automatisme de la machine outil qui de façon classique est de type à commande numérique ou à automate programmable. Conformément à l'invention, les étapes a) à e) sont pilotées et effectuées par la commande numérique de la machine-outil et /ou par un automate de commande de ladite machine. De plus, lorsque le mandrin comporte plusieurs mors réglables, on fait pivoter le mandrin après réglage d'un premier mors conformément aux étapes a) à e) précédemment décrites, jusqu'à une position de réglage d'un second mors et on reproduit ensuite les étapes b) à e) pour ce second mors, ainsi que pour tous les autres mors du mandrin jusqu'à ce que chaque mors ait été correctement réglé. De façon avantageuse, le procédé de l'invention prévoit dans certains cas, notamment lorsque la position exacte du réglage précédent des mors n'est pas connue, que préalablement à l'étape a), on effectue une remise à zéro ou initialisation de la position du mors. Pour cela, le dispositif de déplacement du mors ne s'engage pas sur ou dans le mors, mais se positionne au delà de l'une des deux positions extrêmes du mors, puis effectue un déplacement au cours duquel il rencontre le mors, puis le pousse jusqu'à sa seconde position extrême de réglage. La position du mors est alors connue, à l'une des extrémités de sa course de réglage. Pour mettre en oeuvre ce procédé de réglage automatique, l'invention propose également une installation de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil à commande numérique, ladite installation étant pilotée par la commande numérique de la machine-outil et/ou par un automate de commande industrielle. Selon l'invention, cette installation comporte : un dispositif de déverrouillage de mors réglable du mandrin, ledit dispositif étant mobile selon au moins un axe de mouvement relativement au corps de mandrin et, un dispositif de déplacement de mors réglable du mandrin dans des glissières prévues pour ces mors dans le corps du mandrin, et un dispositif d'interfaçage des dispositifs de déverrouillage et de déplacement de mors avec la commande numérique et/ou avec l'automate de commande de la machine-outil. Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif de déplacement de mors est en fait formé par un élément existant de la machine outil. Il comporte un corps de support fixé soit sur un élément fixe de la machine-outil lorsque le mandrin est mobile, soit sur un chariot mobile de la machine-outil. Dans ce second cas, le chariot est alors animé par un ou une combinaison de plusieurs mouvements de ladite machine-outil selon au moins une direction parallèle à la direction de déplacement du mors lors de son réglage, ainsi qu'un organe de déplacement des mors dans leur glissière sur le corps de mandrin, de forme complémentaire d'une partie au moins de chaque mors. Le procédé et l'installation de réglage automatique d'un mandrin réglable manuellement sur une machine-outil à commande numérique et/ou à automate de commande présentent l'avantage d'être particulièrement simples à la fois à mettre en oeuvre et à réaliser respectivement, à faible coût additionnel sur la machine-outil, tout en permettant des gains importants de productivité de ladite machine en supprimant toute intervention humaine pour les phases de changements de mors et réglage des mors de mandrins, en réduisant ainsi de façon très importante les temps d'arrêt entre chaque changement de série de pièces et en autorisant une totale automatisation du fonctionnement des machines-outils équipées de l'installation et mettant en oeuvre le procédé jusque dans les phases de changement de campagne de pièces. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. Sur les figures annexées : la Figure 1A représente en vue de face un mandrin de machine-outil réglable manuellement à trois mors et le dispositif de déverrouillage des mors de l'installation de réglage de l'invention, la Figure 1B représente en vue de gauche le mandrin de machine-outil de la figure 1A et le dispositif de déverrouillage des mors de l'installation de réglage de l'invention ainsi que le dispositif de déplacement de mors automatisé de ladite installation, les Figures 2 à 6 sont des vues analogues à celle de la Figure 1B et représentent les différentes étapes de réglage automatique d'un mors du mandrin de machine-outil par l'intermédiaire de l'installation de l'invention, conformément au procédé de l'invention. L'invention propose un procédé de réglage automatique d'un mandrin 1 réglable manuellement sur des machines-outils à commande numérique et/ou pilotées par un automate de commande. Le procédé de l'invention nécessite la mise en oeuvre sur de telles machines - outils d'une installation additionnelle spécifique, apte à coopérer et être pilotée par la commande numérique et/ou l'automate de commande de la machine-outil. Conformément à l'invention et comme représenté sur les Figures 1A et 1B, cette installation de réglage automatique de mandrin 1 comporte tout d'abord un dispositif 3 de déverrouillage des mors 2 réglables du mandrin 1. Ce dispositif 3 de déverrouillage est mobile selon au moins un axe vertical dans la Figure 1A suivant la double flèche F1 relativement au corps de mandrin .1. L'installation de l'invention comporte également un dispositif 4 de déplacement des mors réglables 2 du mandrin 1 dans des glissières prévues pour ces mors 2 dans le corps du mandrin 1. Ce dispositif 4 de déplacement des mors 2 est quant à lui mobile suivant deux directions représentées par les doubles flèches F3, F4 perpendiculaires entre elles; une première direction verticale F3 perpendiculaire à l'axe de rotation S du mandrin 1 et une seconde direction F4 parallèle à l'axe de rotation S du mandrin 1, ce dernier étant mobile en rotation dans un sens horaire et un sens anti-horaire suivant la double flèche F2 autour de l'axe S, cette rotation étant pilotée par la commande numérique ou l'automate de commande de la machine-outil. Il convient par ailleurs de noter que, dans une variante de réalisation de l'invention dédiée à l'application spécifique à certains types de tours à outils d'usinage fixes et mandrin mobile, l'élément 4 peut être fixe. Les mouvements relatifs entre le mandrin 1 et le dispositif 4 sont alors obtenus par déplacement du mandrin 1. Afin de piloter également les dispositifs 3, 4 l'installation de l'invention comporte en outre un dispositif d'interfaçage du dispositif 3 de déverrouillage et dispositif 4 de déplacement des mors avec la commande numérique et/ou avec l'automate de commande de la machine-outil. Ce dispositif d'interfaçage, non représenté sur les figures, est de type classique et bien connu de l'homme du métier dans le domaine de la conception de machines-outils et ne sera pas décrit ici plus en détail. Il peut notamment comporter relais, contacteurs, variateurs, électrovannes, distributeur pneumatique ou hydraulique en fonction de la structure des dispositifs de déverrouillage 3 et de déplacement des mors 4. De façon avantageuse, le dispositif 3 de déverrouillage de mors comporte un corps de support apte à être fixé sur le bâti de la machine-outil, ainsi qu'au moins un organe 32 de déverrouillage de mors apte à coopérer avec un organe 5 de verrouillage des mors prévus dans le corps de mandrin 1. Le dispositif 3 de déverrouillage comporte également au moins un moyen de guidage et un moyen d'actionnement 31 de l'organe 32 de déverrouillage relativement à l'organe de verrouillage 5 dans le corps de mandrin 1. Le moyen de guidage peut notamment être de type rail de guidage ou chariot de guidage sur lequel le corps de support du dispositif 3 est monté. Ce moyen de guidage dirige les mouvements d'engagement et de dégagement du corps de support et de l'organe de déverrouillage 32 vis-à-vis du mandrin 1 lors des phases de verrouillage/déverrouillage des mors 2. Le moyen d'actionnement 31 est un actionneur simple, le cas échéant motorisé, pour actionner l'organe de déverrouillage 32, lequel s'apparente de fait à une clé apte à coopérer avec l'organe de verrouillage 5 (ou verrou) de chacun des mors 2 pour libérer ces derniers et permettre leur coulissement dans leur glissière sur le corps du mandrin 1. Dans l'exemple présenté, le dispositif 4 de déplacement de mors 2 comporte quant à lui un corps de support fixé 41 sur un chariot mobile de la machine-outil. Ce chariot est animé par un ou une combinaison de plusieurs mouvements de la machine-outil selon au moins une direction parallèle à la direction de déplacement du mors 2 lors de son réglage. Le dispositif 4 comporte également un organe 42 de déplacement des mors 2 dans leur glissière sur le corps de mandrin, de forme complémentaire d'une partie 6 au moins de chaque mors 2 à régler sur le mandrin 1, pour permettre une liaison et une action de traction ou de poussée de l'organe de déplacement 42 sur les mors 2 du mandrin, et des moyens de déplacement du corps de support 41 aptes à être pilotés par la commande numérique et/ou l'automate de commande de la machine outil. De façon préférée dans le cadre de l'invention, les organes 32, 42 de déverrouillage et de déplacement des mors 2 comportent chacun des outils mâles aptes à s'insérer respectivement dans un organe de verrouillage 5 et une réservation 6 tous deux de forme femelles respectivement réalisés sur le corps de mandrin et sur les mors 2 dudit mandrin 1 respectivement. Dans une variante de réalisation consacrée aux machines-outils à outils fixes et mandrin mobile, c'est alors le mandrin qui se déplace par rapport au dispositif 4 pour réaliser le déplacement des mors 2. Le procédé de réglage des mors 2 du mandrin 1 conformément à l'invention va maintenant être décrit en référence aux Figures 2 à 6. Lors du lancement d'un cycle de réglage des mors, qui peut être initié soit par un opérateur, soit de manière automatique par le programme de pilotage de la machine, on stoppe dans une première étape a) la rotation du mandrin 1 dans une position angulaire telle que le déplacement d'un mors 2 dans sa glissière sur le corps du mandrin 1 soit parallèle au déplacement du dispositif 4 de déplacement des mors. Le mandrin adopte alors la position représentée à la Figure 1A. Dans une seconde étape b), on abaisse ensuite verticalement, suivant la direction de la flèche F1 sur la Figure 2, le dispositif 3 de déverrouillage des mors jusqu'à ce que l'organe de déverrouillage 32 de celui-ci s'engage dans l'organe de verrouillage 5 sur le corps du mandrin 1, puis on actionne l'actionneur 31 qui mobilise l'organe mâle de déverrouillage 32 engagé dans l'organe de verrouillage 5 pour déverrouiller le premier mors 2 à régler. Une fois le premier mors 2 déverrouillé, on déplace dans une troisième étape c) le dispositif 4 de déplacement des mors suivant la flèche F3, verticalement, pour positionner l'organe de déplacement 42 du dispositif 4 dans l'alignement de la réservation 6 d'accouplement ménagée dans le mors 2 à déplacer. On déplace ensuite ledit dispositif 4 parallèlement suivant la flèche F4 à l'axe S de rotation du mandrin, jusqu'à ce que l'organe mâle 42 pénètre dans la réservation 6 dans l'extrémité du mors 2 à déplacer. Une fois l'organe 42 en place dans la réservation 6 du mors, on déplace ensuite à nouveau le dispositif 4 verticalement suivant la flèche F3 (Figure 4) afin de décaler le mors 2 pour l'amener dans la position désirée, par coulissement dans sa glissière. Une fois la position désirée du mors 2 atteinte, on actionne dans une quatrième étape d) l'actionneur 31 de manière à verrouiller à nouveau le mors 2 réglé en position dans sa glissière puis on désengage, dans une dernière étape e), l'organe de déverrouillage 32 par retrait vertical suivant la flèche F1 pour dégager le dispositif 3 de déverrouillage du champ de travail du mandrin. Dans le même temps, ou en variante de façon antérieure ou postérieure, on dégage ensuite le dispositif 4 de déplacement du mors 2 de la réservation 6 par translation suivant la flèche F4 en retrait du mors 2 puis translation verticale suivant la flèche F3 vers le haut pour retirer le dispositif 4 du champ de travail du mandrin 1. Après le réglage d'un mors, le mandrin 1 tourne pour amener le mors 2 suivant en position angulaire de réglage, puis les phases précédentes sont répétées. Au cours du cycle de réglage, tous les mouvements nécessaires au cycle sont effectués par les axes numériques existants sur la machine-outil, et par l'actionneur 31 d'engagement et d'actionnement de l'organe 32 de verrouillage/déverrouillage du mandrin. Tous ces mouvements sont gérés par la commande numérique de la machine, et éventuellement partiellement par son automate programmable lorsque celle-ci en est équipée. Lorsque tous les mors 2 sont réglés, le réglage du mandrin 1 est terminé et la machine est prête au niveau du mandrin 2 pour travailler une série de pièces correspondant à ce réglage. Dans certains cas, la position des mors 2 peut ne pas être connue de manière certaine par la commande numérique et/ou l'automate de commande de la machine-outil. Un cycle de réglage particulier, dit cycle d'initialisation de la position des mors, permet dans ce cas de réinitialiser la position des mors. Ainsi au cours de ce cycle d'initialisation, le dispositif 4 de déplacement des mors ne s'engage pas, comme dans l'étape c) du cycle de réglage présenté ci-avant, dans le premier mors 2 à régler mais vient se positionner soit au dessus soit au dessous de celui-ci, dans une position que le mors 2 ne peut pas atteindre. Le dispositif 4 de déplacement des mors effectue ensuite une trajectoire radiale qui lui permet de rencontrer le mors 2 et de l'amener dans une position de réglage extrême. Une fois cette position extrême atteinte, position d'initialisation des mors, le cycle de réglage usuel reprend son cours à l'étape c) et le dispositif 4 de déplacement des mors peut alors s'engager dans la réservation 6 d'accouplement du mors 2 pour reprendre un cycle normal ou passer de l'autre côté du mors, et le pousser en position désirée. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS1 - Procédé de réglage automatique d'un mandrin (1) de machine-outil à commande numérique, le mandrin de ladite machine comportant au moins un mors (2) réglable apte à coulisser dans une glissière formée dans le corps du mandrin ou dans un porte-mors, caractérisé en ce que : a) on stoppe la rotation du mandrin dans une position angulaire déterminée de réglage, de préférence telle que la direction de déplacement du mors à régler soit parallèle à un des axes de déplacement de la machine outil,; b) on déverrouille ensuite par l'intermédiaire d'un dispositif (3) de déverrouillage mobile et automatisé au moins ledit mors (2) dans la glissière du corps de mandrin ; c) on déplace le mors (2) déverrouillé par le dispositif (3) de déverrouillage dans sa glissière par déplacement suivant les axes de mouvement de la machine outil; d) on verrouille à nouveau le mors une fois déplacé ou remplacé dans sa glissière par l'intermédiaire du dispositif (3) de déverrouillage ; e) on retire les dispositifs de déverrouillage et le déplacement de mors du champ d'action et de fonctionnement du mandrin de la machine-outil. 2 - Procédé de réglage automatique d'un mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape a) on stoppe la rotation du mandrin dans une position angulaire telle que le déplacement d'un mors dans sa glissière soit parallèle au déplacement du dispositif de déplacement des mors. 3 - Procédé de réglage automatique d'un mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les étapes a) à e) sont pilotées et effectuées par la commande numérique de la machine-outil et /ou par un automate de commande de ladite machine. 4 - Procédé de réglage automatique d'un mandrin selon 'l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le mandrin comporte plusieurs mors réglables, on fait pivoter le mandrin après réglage d'un premier mors conformément aux étapes a) à e) précédemment décrites, jusqu'à uneposition de réglage d'un second mors et on reproduit ensuite les étapes b) à e) pour ce second mors, ainsi que pour tous les autres mors du mandrin jusqu'à ce que chaque mors ait été correctement réglé. - Procédé de réglage automatique d'un mandrin selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape a), on effectue une remise à zéro ou initialisation de la position du mors. 6 - Installation de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil à commande numérique, ladite installation étant pilotée par la commande numérique de la machine-outil et/ou par un automate de commande industrielle, caractérisé en ce qu'elle comporte : - un dispositif (3) de déverrouillage de mors réglable du mandrin, ledit dispositif étant mobile selon au moins un axe relativement au corps de mandrin et, - un dispositif (4) de déplacement de mors réglable du mandrin dans des glissières prévues pour ces mors dans le corps du mandrin, et un dispositif d'interfaçage des dispositifs de déverrouillage et de déplacement de mors avec la commande numérique et/ou avec l'automate de commande de la machine outil. 7 - Installation de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil selon la revendication 6, caractérisé-en ce que le dispositif de déverrouillage de mors comporte : - un corps de support apte à être fixé sur le bâti de la machine-outil, et au moins un organe (32) de déverrouillage de mors apte à coopérer avec un organe (5) de verrouillage des mors prévus dans le corps de mandrin (1) et au moins un moyen de guidage et un moyen d'actionnement (31) de l'organe (32) de déverrouillage relativement à l'organe (5) de verrouillage dans le corps de mandrin, 8 - Installation de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif (4) de déplacement de mors comporte un corps de support (41) fixé sur un chariot mobile de la machine-outil, animé par un ou une combinaison de plusieurs FROM (MON)OCT 25 2010 2:01/ST. 2: 01 /No. 7810881715 P 2mouvements de ladite machine-outil selon au moins une direction parallèle à la direction de. déplacement du mors lors de son réglage, ainsi qu'un organe (42) de déplacement des mors (2) dans leur glissière de forme complémentaire d'une partie au moins de chaque mors à régler sur le mandrin, pour permettre une liaison et une action de traction ou de poussée de l'organe de déplacement sur les mors du mandrin, le chariot mobile étant piloté par la commande numérique .et/ou l'automate de commande de la machine-outil. 9 - Installation de réglage automatique d'un mandrin de machine-outil selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif (4) de déplacement de mors comporte un corps de support fixe par rapport au_bâti de la machine-outil, le mandrin (1) étant mobile et animé par un ou une combinaison de plusieurs mouvements de ladite machine-outil selon au moins une direction parallèle à. la direction de déplacement 'du mors lors de son réglage, ainsi qu'un organe de déplacement des mors (2) dans leur glissière de forme complémentaire d'une partie au moins de chaque mors à régler sur le mandrin. 10 - Installation de réglage automatique d'un mandrin selon l'une des revendications . 6 à 9, caractérisée en ce que les organes . (32, 42) de déverrouillage et de déplacement de mors comportent des outils mâles aptes à. s'insérer respectivement dans, un organe de verrouillage (5) et une réservation (6), tous deux de forme femelles respectivement réalisés sur le corps de mandrin (1) et sur les mors (2) dudit mandrin respectivement.