Brevet FR3053616A1 — publié le 20180112

SYSTEME D'ACCOUPLEMENT DES OUTILS POUR UN PORTE-OUTIL D'UNE MACHINE AUTOMATISÉE La présente invention concerne un système d'accouplement 5 comprenant un porte-outil prévu pour être fixé sur une machine automatisée, ainsi qu'une machine automatisée équipée d'un tel système d'accouplement. Certaines machines automatiques de production réalisant des opérations comportent un porte-outil capable de recevoir différents outils afin de permettre des productions variées. 10 Pour des machines sur des chaînes de production en série, notamment pour la construction automobile, en particulier pour changer de type de véhicule, on prévoit des machines-outils comportant un porte-outil fixé au bout d'un bras, permettant dans un temps de cycle assez court un changement d'outil. 15 On notera que les outils manoeuvrés automatiquement par des machines de production, doivent présenter un assemblage très rigide et un positionnement précis pour obtenir une répétabilité des opérations de fabrication. Un type de système d'accouplement connu pour fixer un outil, présenté 20 notamment par le document WO-A1-201223842, comporte deux plaques parallèles comprenant autour d'un axe transversal des formes circulaires en relief et en creux complémentaires, permettant un alignement et un centrage de ces deux plaques entre elles. Des vis disposées autour des formes circulaires sont manoeuvrées manuellement pour réaliser un serrage des 25 deux plaques entre elles, donnant un assemblage rigide et un positionnement précis. Ce type de système d'accouplement pose des problèmes de temps de main d'oeuvre pour le changement d'outil, nécessitant un arrêt complet de la machine afin de la mettre en sécurité, et ensuite une intervention manuelle 30 afin de dévisser l'outil en place, d'installer le nouveau et de le revisser. Un autre type de système d'accouplement connu pour des machines automatisées ou robotisées, comporte un système d'accouplement recevant 3053616 2 une énergie qui peut être électrique, hydraulique ou pneumatique, permettant d'effectuer de manière automatique le bridage de l'outil sur le porte-outil. L'outil peut être posé à plat sur un support présentant un choix d'outils différents, un bras robotisé comportant à son extrémité le porte-outil vient au- dessus de l'outil choisi, avec un positionnement donné par des moyens de centrage, puis actionne des vérins qui vont réaliser le bridage final de cet outil. Toutefois, ces systèmes d'accouplement nécessitent une alimentation avec une source d'énergie et des actionneurs de bridage, ce qui augmente la 10 masse et l'encombrement de ces systèmes, ainsi que les coûts. Le volume important d'un porte-outil peut être pénalisant pour pouvoir au cours de différentes opérations le glisser dans des espaces assez réduits. Une masse élevée entraîne des fortes inerties qui peuvent augmenter les temps des cycles de production, ainsi que la capacité de portage utile pour 15 les outils eux-mêmes. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système d'accouplement comprenant un porte-outil prévu pour être fixé sur une machine automatisée, et une pièce de 20 liaison prévue pour supporter l'outil, cette pièce de liaison recevant le porte- outil venant au-dessus suivant un axe principal de déplacement, ce système d'accouplement étant remarquable en ce qu'il comporte un premier élément parmi le porte-outil et la pièce de liaison comprenant sur une surface cylindrique axiale plusieurs rainures similaires réparties sur le pourtour, 25 formant chacune un circuit présentant à partir d'une entrée tournée vers le deuxième élément, une première partie axiale s'éloignant de ce deuxième élément, une partie circonférentielle, puis une deuxième partie axiale se rapprochant du deuxième élément sans déboucher, et en ce que le deuxième élément comporte des ergots tournés vers l'axe, prévus pour 30 s'engager chacun dans une rainure. Un avantage de ce système d'accouplement est que de manière automatique, simple et rapide, en posant suivant l'axe principal le porte-outil 3053616 3 sur la pièce de liaison comprenant l'outil fixé en-dessous, avec un calage angulaire permettant d'engager chaque ergot au fond de la première partie de sa rainure, puis en tournant ce porte-outil pour les faire glisser au fond de la partie tangentielle, et enfin par une montée mettant chaque ergot au fond 5 de la deuxième partie axiale, on réalise sans utiliser de source d'énergie sur le porte-outil un maintien robuste de l'outil avec un positionnement précis. Le porte-outil peut être compact avec une masse réduite, et présenter un coût relativement faible. De plus le changement d'outil peut être rapide. Le système d'accouplement suivant l'invention peut de plus comporter 10 une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le système d'accouplement comporte au moins trois rainures. Selon un mode de réalisation, en position accouplée l'extrémité saillante 15 des ergots vient en appui au fond de leurs rainures. En complément, le système d'accouplement peut comporter des pions de centrage des deux éléments entre eux, indépendants des ergots. Avantageusement, les ergots sont des éléments démontables individuellement. 20 Dans ce cas, les ergots peuvent constituer des plaques fixées à plat sur une tôle du deuxième élément. Avantageusement, en position accouplée les ergots sont dans la largeur ajustés dans la deuxième partie axiale de leurs rainures. En particulier, les rainures peuvent être réalisées sur le porte-outil. 25 En complément, le système d'accouplement peut comporter un ressort agissant axialement entre le porte-outil et la pièce de liaison. L'invention a aussi pour objet une machine automatisée prévue pour recevoir avec un porte-outil différents outils, comportant un système d'accouplement comprenant l'une quelconque des caractéristiques 30 précédentes, prévu pour fixer à ce porte-outil une pièce de liaison supportant l'outil. 305 3 6 1 6 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 présentent en vue éclatée un système 5 d'accouplement selon l'invention, respectivement en vue de dessous et en vue de dessus ; - la figure 3 présente un système d'accouplement comprenant une pièce de liaison suivant une variante ; et - les figures 4, 5 et 6 présentent ce système d'accouplement sans la 10 tôle de la pièce de liaison, dans trois étapes successives d'un cycle d'assemblage. La figure 1 présente un système d'accouplement comportant un porte-outil 2 prévu pour se fixer de manière automatisée sur une pièce de liaison 4. Le porte-outil 2 forme une pièce globalement cylindrique autour d'un 15 axe principal vertical, comprenant une face supérieure transversale présentant un perçage central 6 formé au milieu d'un bossage circulaire 8 entouré par des perçages latéraux 10, pour centrer et fixer par des vis ce porte-outil sur le bras d'une machine. Le porte-outil 2 présente une face inférieure transversale plane 22, et 20 un contour extérieur cylindrique 12 centré sur l'axe principal, comportant trois rainures identiques de bridage 14 répartis régulièrement sur ce contour, formant chacune un circuit. Chaque rainure de bridage 14 comporte en partant de la face inférieure 22, une première partie axiale 16 de grande largeur débouchant sur cette 25 face inférieure, une partie circonférentielle 18 de petite hauteur, et enfin une deuxième partie axiale 20 de grande largeur qui redescend. La pièce de liaison 4 comporte une tôle formant un anneau circulaire 30, comprenant en dessous trois rainures radiales 32 présentant chacune des perçages 34. Chaque rainure radiale 32 reçoit de manière ajustée un 30 ergot 36 qui s'encastre en partie dans cette rainure afin d'assurer un calage latéral. Des vis engagées dans les perçages 34 de l'anneau circulaire 30 et des perçages des ergots 36 assurent le serrage de ces ergots. 3053616 5 En variante les ergots 36 peuvent être soudés sur la pièce de liaison 4. Chaque ergot 36 comporte vers l'axe principal une extrémité saillante 38 dépassant de la tôle de l'anneau circulaire 30, présentant une largeur et une épaisseur prévues pour s'ajuster respectivement dans la grande largeur 5 des première 16 et deuxième 20 parties axiales des rainures de bridage 14 et dans la hauteur de la partie circonférentielle 18. L'extrémité saillante 38 de chaque ergot 36 comporte un chanfrein sur son contour facilitant l'entrée et la circulation dans sa rainure de bridage 14, et une face avant ajustée pour venir en appui au fond de cette rainure en position accouplée. De cette manière, on réalise avec les trois faces avant des extrémités saillantes 38 des ergots 36 disposés à 120°, un centrage isostatique précis de la pièce de liaison 4 sur le porte-outil 2. La figure 3 présente en variante la pièce de liaison 4 comportant les ergots 36 fixés en-dessous d'une tôle 30, et trois pions de centrage 40 intercalés entre les ergots 36, fixés au-dessus de la tôle, qui présentent chacun une face avant tournée vers l'axe, ajustée pour venir en appui sur le contour extérieur cylindrique 12 du porte-outil 2. De cette manière, on réalise un pré-centrage par les pions de centrage 40 avant l'entrée des ergots 36 dans leurs rainures 14. Le fonctionnement du système d'accouplement est présenté par les figures suivantes, comportant la tôle 30 de la pièce de liaison 4 ainsi que l'outil supporté qui ne sont pas représentés pour faciliter la description. Tous les mouvements du porte-outil 2 sont effectués par la machine automatisée qui comporte un programme prévu pour aller chercher différents outils, et les brider sur son porte-outil. La figure 4 présente le porte-outil 2 qui descend axialement sur la pièce de liaison 4 disposée sur un support, avec une orientation angulaire prévue pour permettre à chaque extrémité saillante 38 des ergots 36 de s'engager dans la première partie axiale 16 de sa rainure 14. On a d'abord l'arrivée de la surface cylindrique 12 sur les pions de centrage 40 disposés plus haut que les ergots 36, ce qui réalise un centrage 305 3 6 1 6 6 du porte-outil 2. On a ensuite une descente du porte-outil 2, qui conduit chaque ergot 36 en haut de la première partie axiale 16 de sa rainure 14. La figure 5 présente le porte-outil 2 qui après sa descente complète sur la pièce de liaison 4, effectue une rotation dans le sens horaire pour mettre 5 chaque ergot 36 au fond de la partie circonférentielle 18. En variante on peut disposer les rainures 14 dans la direction opposée, et effectuer une rotation du porte-outil 2 dans le sens anti-horaire. La figure 6 présente le porte-outil 2 qui, après sa rotation complète, effectue une montée axiale pour mettre chaque ergot 36 en butée au fond de 10 la deuxième partie axiale 20 de sa rainure 14. Avec un ajustement latéral de chaque ergot 36 dans la deuxième partie axiale 20 de sa rainure 14, on obtient un positionnement précis de la pièce de liaison 4, qui est fait de manière simple et rapide sans utiliser sur le porte-outil 2 de système motorisé nécessitant une énergie venant de l'extérieur. 15 En variante, on peut disposer plus de trois rainures de bridage 14, par exemple quatre. On peut aussi disposer deux rainures de bridage 14, et effectuer le centrage de la pièce de liaison 4 avec des pions de centrage 40 indépendants des ergots 36. Avantageusement, les ergots 36 et les pions de centrage 40 sont des 20 éléments rapportés sur la pièce de liaison 4, ce qui permet de former des pièces d'usure démontables, qui avantageusement subissent un traitement pour résister à l'usure. Les ergots 36 de la pièce de liaison 4 supportant son outil, sont calés en bas de la deuxième partie axiale 20 de chaque rainure 14 par gravité. 25 En complément on peut disposer un ressort intermédiaire entre le porte- outil 2 et la pièce de liaison 4, agissant axialement de manière à maintenir les ergots 36 en pression au fond de la deuxième partie axiale 20 de leurs rainures 14. On réalise de cette manière un calage en hauteur de la pièce de liaison 4 par rapport au porte-outil 2. 30 L'encombrement et le coût du système d'accouplement selon l'invention sont réduits. Une étude comparative a montré une réduction de la masse d'environ 10kg par rapport à un système équipé d'actionneurs motorisés. 3053616 7 De plus, le temps de cycle pour un changement d'outil est réduit par rapport à un porte-outil comprenant des actionneurs motorisés nécessitant des temps d'action et de contrôle de chacun des mouvements. Une étude comparative indique un temps de cycle passant de 35 à 18 centièmes de 5 minute, ce qui donne un gain d'environ la moitié. Par ailleurs, la fiabilité du système ne possédant pas d'actionneur ni de capteur est améliorée. REVENDICATIONS1 - Système d'accouplement comprenant un porte-outil (2) prévu pour être fixé sur une machine automatisée, et une pièce de liaison (4) prévue pour supporter l'outil, cette pièce de liaison (4) recevant le porte-outil (2) venant au-dessus suivant un axe principal de déplacement, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément parmi le porte-outil (2) et la pièce de liaison (4) comprenant sur une surface cylindrique axiale (12) plusieurs rainures similaires (14) réparties sur le pourtour, formant chacune un circuit présentant à partir d'une entrée tournée vers le deuxième élément, une première partie axiale (16) s'éloignant de ce deuxième élément, une partie circonférentielle (18), puis une deuxième partie axiale (20) se rapprochant du deuxième élément sans déboucher, et en ce que le deuxième élément comporte des ergots (36) tournés vers l'axe, prévus pour s'engager chacun dans une rainure (14). 2 - Système d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois rainures (14). 3 - Système d'accouplement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en position accouplée l'extrémité saillante (38) des ergots (36) vient en appui au fond de leurs rainures (14). 4 - Système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des pions de centrage (40) des deux éléments entre eux, indépendants des ergots (36). 5 - Système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que les ergots (36) sont des éléments qui sont démontables individuellement. 6 - Système d'accouplement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ergots (36) constituent des plaques fixées à plat sur une tôle du deuxième élément. 30 7 - Système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en position accouplée les ergots (36) sont 3053616 9 dans la largeur ajustés dans la deuxième partie axiale (20) de leurs rainures (14). 8 - Système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures (14) sont réalisées sur le 5 porte-outil (2). 9 - Système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort agissant axialement entre le porte-outil (2) et la pièce de liaison (4). 10 - Machine automatisée prévue pour recevoir avec un porte-outil (2) 10 différents outils, caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes, prévu pour fixer à ce porte-outil (2) une pièce de liaison (4) supportant l'outil.