Brevet FR3121622A1 — publié le 20221014

La présente invention a pour objet une tête (20) de préhension, de serrage et de poinçonnage d’une pièce à usiner qui comprend un cadre structurel (22) d’orientation générale verticale qui porte une matrice (38) inférieure, un dévêtisseur (102) supérieur et un porte-poinçon, et un vérin (52) d’actionnement dont la tige est reliée au porte-poinçon caractérisée en ce que le dévêtisseur (102) est monté mobile axialement sur le porte-poinçon (84) entre une position inférieure vers laquelle il est rappelé élastiquement et une position supérieure, de manière que la commande du vérin (52) provoque successivement le serrage de la pièce, puis son poinçonnage, et en ce que la tête (20) comporte une unité motorisée d’entrainement en rotation du porte-poinçon (84). Figure pour l'abrégé : 3 TETE DE PREHENSION ET DE POINÇONNAGE D’UNE PIECE PERMETTANT SON ENTRAINEMENT EN ROTATION POUR SON USINAGE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une tête de préhension, de bridage et de poinçonnage d’une pièce, notamment d’une pièce mince et plane et par exemple d’un couvercle, que l’on souhaite pouvoir usiner - notamment meuler, ébavurer et/ou tronçonner - par mise en rotation de cette pièce. L’invention concerne notamment une tête de préhension et de poinçonnage apte à être portée par un bras de robot. L’invention concerne notamment l’usinage de pièces de forme simple ou complexe et par exemple l’usinage de pièces dont la forme générale de la périphérie peut être circulaire ou ovale et/ou de géométrie complexe. Arrière-plan technique D’une manière générale, une machine à poinçonner comprend un bâti qui porte une matrice de contre-appui en regard de laquelle se déplacent axialement un dévêtisseur et un porte-poinçon qui porte un poinçon central coaxial au dévêtisseur. Il est connu du document FR2487703 de faire appel des moyens hydrauliques agencés entre le dévêtisseur et le porte-poinçon pour commander le déplacement en séquence du dévêtisseur, puis du poinçon. Le poids d’une telle conception ne permet pas son adaptation pour constituer une tête de préhension et de poinçonnage apte à être portée par un bras de robot. De plus, il est apparu nécessaire de pouvoir entraîner en rotation une pièce préalablement poinçonnée lorsque l’on souhaite effectuer des opérations d’usinage de cette pièce, notamment à sa périphérie. Pratiquer de telles opérations d’usinage en effectuant une reprise de la pièce préalablement poinçonnée sur une machine à poinçonner est possible et peut être automatisée, mais de telles solutions sont coûteuses en temps et en investissements. De plus, l’adaptation des opérations de reprises et d’usinage est particulièrement complexe du fait de la forme générale de la périphérie qui peut être de forme simple, par exemple circulaire ou ovale et/ou de géométrie complexe. Afin de résoudre tout ou partie de ces problèmes, l’invention propose une tête de préhension, de serrage et de poinçonnage d’une pièce à usiner qui comprend un cadre structurel d’orientation générale verticale qui porte : - une matrice inférieure ; - un dévêtisseur supérieur de serrage de la pièce et un porte-poinçon qui sont montés mobiles, axialement selon la direction verticale, en regard de la matrice inférieure ; - un vérin d’actionnement dont la tige de sortie est reliée au porte-poinçon pour l’entraîner axialement entre une position haute de repos et une position basse de poinçonnage ; caractérisée : -- en ce que le dévêtisseur est monté mobile axialement sur le porte-poinçon entre une position inférieure vers laquelle il est rappelé élastiquement, et une position supérieure, de manière que, à partir de la position haute de repos du porte-poinçon, la commande du vérin d’actionnement provoque successivement le serrage de la pièce, puis son poinçonnage ; -- et en ce que la tête comporte une unité motorisée d’entrainement en rotation du porte-poinçon pour entrainer le dévêtisseur, et une pièce bridée axialement par le dévêtisseur, en rotation autour d’un axe de rotation parallèle à l’axe de serrage, et la matrice inférieure est montée à rotation par rapport au cadre structurel autour dudit axe de rotation. Selon d’autres caractéristiques de l’invention : - le dévêtisseur est guidé axialement par rapport au porte-poinçon, et au moins un ressort de rappel à action axiale, est interposé entre le porte-poinçon et le dévêtisseur ; - la tête comporte un support mobile qui est monté coulissant verticalement par rapport au cadre structurel, qui est entraîné en déplacement dans les deux sens par la tige du vérin d’actionnement, et sur lequel sont montés le porte-poinçon et l’unité motorisée d’entrainement en rotation du porte-poinçon ; - le porte-poinçon est monté à rotation par rapport au support mobile, et l’unité motorisée d’entrainement en rotation du porte-poinçon comporte un moteur qui entraîne le porte-poinçon en rotation ; - le moteur comporte un arbre de sortie qui est parallèle à l’axe de rotation du porte-poinçon et l’entraîne en rotation par l’intermédiaire d’une courroie ou une chaine de transmission qui s’étend dans un plan horizontal ; - le cadre structurel est en forme de C et comprend une branche inférieure horizontale qui porte la matrice inférieure, une branche supérieure horizontale sur laquelle le support est monté coulissant, et une branche verticale de raccordement des deux branches horizontales ; - une extrémité libre de la branche supérieure horizontale porte un bloc de guidage en coulissement du support mobile et de fixation du vérin d’actionnement - la tige de sortie du vérin d’actionnement s’étend axialement selon la direction verticale et, à son extrémité inférieure, est reliée au porte-poinçon pour l’entraîner axialement ; - la branche verticale porte une platine de fixation de la tête à un bras de manipulation, notamment à un bras d’un robot Brève descriptions des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : – la est une vue générale en perspective d’un exemple de réalisation d’une tête selon l’invention qui est représentée avec le porte-poinçon et le dévêtisseur en position verticale haute de repos ; – la est une demi-vue en perspective selon un autre angle de vue et en coupe par le plan vertical et longitudinal médian de la tête représentée à la , et sur laquelle le vérin d'actionnement n’est pas représenté ; – la est une vue en perspective d’un premier sous-ensemble constitué des principaux composants fixes de la tête illustrée aux figures 1 et 2 ; – la est une vue en perspective d’un second sous-ensemble constitué des principaux composants mobiles de la tête illustrée aux figures 1 et 2 qui constitue un module ou équipage qui est monté mobile par rapport au premier sous-ensemble ; – la est une vue partielle en perspective de dessous de la tête illustrée aux figures 1 et 2 ; – la est une vue latérale de la tête illustrée aux figures 1 et 2 ; – la est une vue analogue à celle de la sur laquelle sur laquelle le porte-poinçon est représenté dans une position verticale intermédiaire dans laquelle le dévêtisseur est en position de serrage d’un couvercle à poinçonner ; – la est une vue partielle en coupe par le plan vertical et longitudinal médian et à plus grande échelle de la ; – la est une vue analogue à celle de la sur laquelle le porte-poinçon est représenté en position verticale basse de poinçonnage ; – la est une en perspective illustrant la mise en œuvre de la tête selon l’invention pour entraîner en rotation et usiner le contour d’un couvercle préalablement serré et poinçonné ; – la est une en perspective de détail qui illustre à grande échelle le jeu de trois ressorts de rappel élastique du dévêtisseur par rapport au porte-poinçon. Description détaillée de l'invention Pour la description de l'invention et la compréhension des revendications, on adoptera à titre non limitatif et sans référence limitative à la gravité terrestre les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures dont les axes longitudinal L et transversal T s’étendent dans un plan horizontal. Par convention, l’axe longitudinal L est orienté de l’arrière vers l’avant. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. Exemple de réalisation On a représenté aux figures une tête de préhension 20, aussi appelée préhenseur. La tête de préhension 20 présente ici une symétrie générale de conception par rapport à son plan vertical et longitudinal médian. La tête 20 comporte un cadre structurel rigide 22 en forme général de « C ». Le cadre 22 est ici constitué par deux plaques verticales identiques et parallèles 24 dont chacune comporte une branche horizontale longitudinale inférieure 26 et une branche horizontale longitudinale supérieure 28. A leurs extrémités longitudinales arrière, les deux branches horizontales 26 et 28 sont reliées entre elles par une banche arrière verticale 30. Les deux plaques verticales 24 sont ici reliées entre elles, selon un assemblage vissé, par : - une platine inférieure horizontale 32 agencée entre les tronçons d’extrémité avant des branches inférieures 26 ; - une platine verticale arrière 34 agencée sensiblement à mi-hauteur entre les branches verticales parallèles 30 ; et - une platine verticale avant 36 agencée entre les bords d’extrémité avant des branches supérieures 28. Grâce à une telle conception, le cadre structurel 22 se présente sous la forme d’une structure en C qui est globalement creuse et d’une grande rigidité. Le cadre structurel 22 délimite ainsi notamment un espace ou volume libre interne 23. La platine inférieure 32 porte une matrice 38 de contre-appui qui est ici de forme générale cylindrique et qui, par l’intermédiaire d’une monture 40 à roulements est montée libre à rotation sur la platine inférieure 32, autour d’un axe vertical A1. La platine verticale arrière 34 porte une monture 42 de fixation réglable et orientable du cadre structurel, et donc de la tête 20, par exemple sur un bras d’un robot (non représenté). La platine verticale avant 36 porte un bloc 44 de guidage qui est fixé par vissage sur sa face verticale avant 33. Le bloc de guidage 44 comporte ici deux montants verticaux 46 reliés entre eux par un montant horizontal 48 et dont chacun comporte un alésage vertical débouchant 50 dont chacun constitue une coulisse de guidage. Le montant horizontal 48 porte sur sa face supérieure un vérin vertical d’actionnement 52. Le vérin 52 peut être un vérin oléopneumatique, ou bien un vérin hydraulique ou pneumatique, ou encore électrique. Le vérin d’actionnement 52 comporte une tige de sortie (non visible aux figures) qui s’étend axialement vers le bas à travers un trou central débouchant 54 du montant horizontal 48 du bloc de guidage 44. Le cadre structurel 22, le bloc de guidage 44 et le vérin d’actionnement 52 constitue un sous-ensemble fixe de guidage et d’entraînement du sous ensemble mobile 60 représenté notamment à la . Comme on peut le voir notamment à la , le sous-ensemble ou équipage mobile 60 comporte un support mobile 62 qui est monté coulissant verticalement par rapport au bloc de guidage 44 porté par le cadre structurel 22 et qui est entraîné en déplacement dans les deux sens par la tige du vérin d’actionnement 52. Le support mobile 62 comporte une plaque horizontale arrière 66 et une plaque verticale transversale avant 68 reliées entre elles par des équerres latérales 71. La plaque horizontale arrière 66 comporte une découpe centrale et, sur sa face supérieure 65, elle porte un motoréducteur électrique 70 dont l’arbre inférieur de sortie 72 s’étend axialement, selon un axe vertical A2 de rotation, au-dessous de sa face inférieure 63. La plaque verticale et transversale avant 68, porte deux colonnes verticales de guidage 74 dont chacune est reçue à coulissement dans un alésage associé 50 du bloc de guidage 44. A leurs extrémités inférieures, les colonnes de guidage 74 sont fixées à un bloc de liaison 76 qui est ainsi monté mobile verticalement dans les deux sens par rapport au sous-ensemble fixe, et notamment par rapport à platine inférieure horizontale 32 et à la matrice tournante 38. Pour l’entrainement en déplacement vertical dans les deux sens de l’équipage mobile 60, la tige du vérin d’actionnement 52 est reliée à une entretoise 78 fixée sur la face supérieure du bloc de liaison 76. Sous sa face inférieure 77, le bloc de liaison 76 porte un boîtier 80 qui est fermé par une rondelle inférieure 82 et à l’intérieur duquel un porte-poinçon 84 est monté à rotation libre, autour d’un axe de rotation confondu avec l’axe A1, par l’intermédiaire de roulements 86. Le porte-poinçon 84 comporte une partie supérieure 88 qui est guidée à rotation dans le boîtier 80 et une partie inférieure 90 dont la périphérie constitue une couronne dentée 92 d’entraînement en rotation du porte-poinçon 84 autour de l’axe A1. Pour cet entraînement en rotation, la tête 20 comporte ici une courroie crantée 94 qui est elle-même entrainée dans les deux sens par un pignon denté 96 porté par l’arbre inférieur de sortie 72 du motoréducteur 70. Ainsi, le moteur est un moteur électrique dont l’arbre du rotor est parallèle à l’axe A1 de rotation du porte-poinçon 84 et l’entraîne en rotation par l’intermédiaire d’une courroie crantée 94, ou une chaine de transmission qui s’étend dans un plan horizontal. Le porte-poinçon 84 loge un poinçon 100 comportant un tronçon actif d’extrémité libre inférieure 101. Le poinçon 100 est lié axialement au porte-poinçon et donc au bloc de liaison 76 qui, sous l’action du vérin d’actionnement 52, entraîne le porte-poinçon 84 et le poinçon 100 en déplacement axial dans les deux sens selon l’axe vertical A1. Le porte-poinçon 84 porte aussi un dévêtisseur 102, aussi appelé serre-flan, qui – de manière connue – est apte à coopérer avec la matrice de contre-appui 38 pour serrer axialement une pièce P à poinçonner. Le dévêtisseur 102 est ici une pièce tubulaire dont le perçage axial central 104 permet le passage coaxial du poinçon 100 et le déplacement axial de ce dernier par rapport au dévêtisseur 102. Outre son perçage central 104, le corps du dévêtisseur 102 comporte trois alésages de guidage 106 répartis angulairement à cent-vingt degrés autour de l’axe A1. Le dévêtisseur est porté par une monture 108 qui comporte elle aussi trois alésages 110 alignés avec les alésages de guidage 106. Pour le guidage en déplacement axial du dévêtisseur 102 par rapport au porte-poinçon 84, ce dernier porte trois tiges axiales vissées 112 de guidage qui s’étendent axialement vers le bas en-dessous de la partie inférieure 90. Chaque tête d’extrémité inférieure 114 d’une tige de guidage 112 est reçue et est guidée en coulissement dans un alésage de guidage associé 106 du dévêtisseur 102. Chaque tête d’extrémité inférieure 114 définit aussi la position inférieure extrême du dévêtisseur 102 par rapport au porte-poinçon 84. Le dévêtisseur 102 est en permanence rappelé élastiquement vers cette position inférieure extrême, ici à titre non limitatif par trois ressorts à gaz 116. La position supérieure extrême du dévêtisseur par rapport au porte-poinçon 84 (Illustrée à la ) correspond à la venue en butée de la face supérieure 109 de la monture 108 du dévêtisseur contre le lamage 91 en vis-à-vis formé dans la face inférieure 90 du porte-poinçon 84. Chaque ressort à gaz 116 est fixé à l’intérieur d’un logement complémentaire 117 de la partie supérieure 88 du porte-poinçon 84 et il comporte une tige de piston 118 qui est en permanence en appui élastique contre une tête 120 d’une vis associée 122 d’assemblage de la monture 108 et du dévêtisseur 102. Pour appuyer sur la face supérieure d’une pièce P à serrer axialement avant son poinçonnage, la face inférieure du dévêtisseur 102 comporte ici un bord annulaire périphérique plan 103 de serrage, tandis que la face supérieure de la matrice de contre-appui 38 est bombée et convexe et délimite une arête centrale supérieure circulaire 39 de plus petit diamètre et centrée par rapport au bord annulaire de serrage 103. Centralement, la matrice de contre-appui 38 comporte un noyau central en acier 37 de guidage du poinçon 100 après que ce dernier ait traversé la pièce P. Dans la position illustrée à la , le vérin d’actionnement 52 est dans son état de repos et le porte-poinçon est en position haute de repos avec une distance verticale maximale entre le dévêtisseur 102 et la matrice de contre-appui 38. La tête 20 présente ainsi une grande ouverture de dégagement permettant de traiter des pièces de grandes variétés de dimensions et d’épaisseur. En partant de la position illustrée aux figures 5 et 6, pour prendre une pièce P tel qu’ici un couvercle, le robot positionne la tête 20 par rapport à la pièce P à prendre. Ce positionnement peut par exemple être réalisé au moyen d’un dispositif de vision qui prend en compte les différents paramètres de dimensions et de forme de la pièce. Ensuite, le vérin d’actionnement 52 est activé pour provoquer un déplacement rapide du porte-poinçon 84 et du dévêtisseur 102 afin de brider la pièce P en la serrant axialement entre le bord 103 et l’arête 39, comme illustré aux figures 7 et 8. Ainsi serrée, la pièce P peut être alors déplacée par le robot sans risque de chute de cette pièce P. Le vérin continue ensuite sa course afin de poinçonner centralement la pièce P comme illustré à la grâce au déplacement axial supplémentaire du porte-poinçon 84 par rapport à la pièce P et donc par rapport au dévêtisseur 102. La pièce P est ainsi poinçonnée et est toujours bridée par la tête 20. La qualité du bridage axial de la pièce P et son poinçonnage évite tout risque de glissement et de déformation plastique lors de l’usinage tel qu’un meulage périphérique. Il est alors possible de déplacer la tête 20 et la pièce P par rapport à un outil d’usinage qui est par exemple une meule M d’ébavurage comme illustré à la . De manière à pouvoir usiner la totalité du bord périphérique de la pièce P, cette dernière est entrainée en rotation le dévêtisseur 102 qui est lui-même entraîné en rotation par la courroie crantée 94. Il est possible d’usiner un bord ou contour circulaire ou bien non circulaire et par exemple ovale en faisant appel à la faculté d’asservir des déplacements longitudinaux de la tête 20 par rapport à la pièce. Le motoréducteur 70 constitue un septième axe asservi d’un robot six axes équipé de la tête 20. Un robot équipé de la tête selon l’invention peut présenter la pièce devant un outil d’usinage en rotation et mettre la pièce en rotation afin d’en usiner le contour. La tête de préhension suit le profil de la pièce durant la rotation par un mouvement asservi de translation donné par le robot La conception permet ainsi un suivi du profil de la pièce durant l’usinage pour les pièces qui ne sont pas rondes avec : - un temps de réponse de l’asservissement réduit qui permet d’avoir une bonne corrélation entre les trajectoires suivies par le robot, le profil de la pièce et l’outil d’usinage ; - une grande précision de l’asservissement par rapport au profil de la pièce. La conception selon l’invention permet ainsi de proposer un procédé d’usinage du bord périphérique d’une pièce P bridée et poinçonnée au moyen d’une tête 20 selon l’invention qui l’entraîne aussi en rotation, la tête de préhension étant portée par un bras d’un robot, les trajectoires de déplacement du robot et l’entraînement en rotation de la pièce étant asservis, notamment pour permettre l’usinage de pièces de forme simple ou complexe et par exemple l’usinage de pièces dont la forme générale de la périphérie peut être circulaire ou ovale et/ou de géométrie complexe. Tête (20) de préhension, de bridage et de poinçonnage d’une pièce (P) à usiner qui comprend un cadre structurel (22) d’orientation générale verticale qui porte : - une matrice (38) inférieure ; - un dévêtisseur (102) supérieur de serrage de la pièce (P) et un porte-poinçon (84) qui sont montés mobiles, axialement selon la direction verticale, en regard de la matrice (38) inférieure ; - un vérin (52) d’actionnement dont la tige de sortie est reliée au porte-poinçon (84) pour l’entraîner axialement (A1) entre une position haute de repos et une position basse de poinçonnage, caractérisée : -- en ce que le dévêtisseur (102) est monté mobile axialement sur le porte-poinçon (84) entre une position inférieure vers laquelle il est rappelé élastiquement, et une position supérieure, de manière que, à partir de la position haute de repos du porte-poinçon (84), la commande du vérin (52) d’actionnement provoque successivement le serrage de la pièce (P), puis son poinçonnage, -- et en ce que la tête (20) comporte une unité motorisée (70) d’entrainement en rotation du porte-poinçon (84) pour entrainer le dévêtisseur (102), et une pièce (P) bridée axialement par le dévêtisseur (102), en rotation autour d’un axe de rotation parallèle à l’axe (A1) de serrage, et la matrice (38) inférieure est montée à rotation par rapport au cadre structurel (22) autour dudit axe de rotation. Tête (20) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dévêtisseur (102) est guidé axialement par rapport au porte-poinçon (84), et en ce qu’au moins un ressort (116) de rappel à action axiale, est interposé entre le porte-poinçon (84) et le dévêtisseur (102). Tête (20) de serrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un support mobile qui est monté coulissant verticalement par rapport au cadre structurel (22), qui est entraîné en déplacement dans les deux sens par la tige du vérin (52) d’actionnement, et sur lequel sont montés le porte-poinçon (84) et l’unité motorisée (70) d’entrainement en rotation du porte-poinçon. Tête (20) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le porte-poinçon (84) est monté à rotation par rapport au support mobile, et en ce que l’unité motorisée (70) d’entrainement en rotation du porte-poinçon (84) comporte un moteur qui entraîne le porte-poinçon (84) en rotation. Tête (20) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur comporte un arbre de sortie qui est parallèle à l’axe (A1) de rotation du porte-poinçon (84) et l’entraîne en rotation par l’intermédiaire d’une courroie (94) ou une chaine de transmission qui s’étend dans un plan horizontal. Tête (20) selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le cadre structurel (22) est en forme de C et comprend une branche inférieure horizontale (26) qui porte la matrice (38) inférieure, une branche supérieure horizontale (28) sur laquelle le support est monté coulissant, et une branche verticale (30) de raccordement des deux branches horizontales (26, 28). Tête (20) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu’une extrémité libre de la branche supérieure horizontale (28) porte un bloc (44) de guidage en coulissement du support mobile et de fixation du vérin (52) d’actionnement. Tête (20) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la tige de sortie du vérin (52) d’actionnement s’étend axialement selon la direction verticale et, à son extrémité inférieure, est reliée au porte-poinçon (84) pour l’entraîner axialement. Tête (20) selon la revendication 7, caractérisée en que ladite branche verticale porte une platine (36) de fixation de la tête (20) à un bras de manipulation, notamment à un bras d’un robot.