Machine-outil à changement automatique d'outils
La présente invention concerne une machine-outil à changement automatique d'outils, ayant un magasin porte-outil muni d'une pluralité de logements creux, chaque logement étant apte à loger un outil correspondant, et une broche tournant axialement dans une douille.
On connaît déjà des machines-outils avec dispositif automatique de changement d'outils. Dans une machine connue, l'outil sélectionné est amené dans une position préétablie de laquelle il est prélevé au moyen d'organes intermédiaires pour être ensuite connecté à la broche.
La machine est donc compliquée et coûteuse.
Cet inconvénient ainsi que d'autres sont éliminés par la machine-outil suivant l'invention, laquelle est caractérisée par des moyens aptes à déplacer sélectivement ledit magasin de façon que l'outil sélectionné est amené en alignement avec ledit arbre, des moyens de commande étant pourvus pour déplacer axialement ladite douille d'abord d'une course constante pour faire engager la broche avec l'outil sélectionné, et ensuite d'une course variable pour effectuer l'avance de l'outil, la douille et la broche ainsi déplacées étant aptes à passer à travers le logement de l'outil sélectionné.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine-outil faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une machineoutil à changement automatique des outils suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale partielle de la machine.
La fig. 3 est une autre vue en coupe longitudinale partielle de la machine.
La fig. 4 est une vue prise suivant la ligne IV-IV de la fig. 2, et elle constitue un schéma électrique de commande.
La fig. 5 est la vue de la fig. 4 dans une deuxième position.
La fig. 6 est une vue en coupe partielle suivant la ligne VI-VI de la fig. 2.
La fig. 7 est une vue partielle en plan de la machine.
La fig. 8 est une vue partielle en plan d'un détail de la machine.
Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 1, la machineoutil comprend un socle 10 sur lequel est montée l'habituelle table porte-pièce 11, laquelle peut se déplacer dans deux directions horizontales sous la commande d'un dispositif de commande numérique connu en soi mais non décrit ici. Le programme de ce dispositif peut être enregistré, par exemple sur une bande perforée ou magnétique. La machine comprend en outre un montant 12 muni de deux guides prismatiques 15 et sur lequel est montée une tête de travail désignée dans son ensemble par 14. La tête 11 peut se déplacer verticalement le long des guides 13 et elle peut être fixée dans la position voulue au moyen d'un levier de blocage 16, d'une façon connue en soi.
La tête de travail 14 comprend un tambour porteoutils 17 ayant une forme en tronc de cône et qui peut tourner sur son axe 12. Le tambour 17 est apte à recevoir dans une position préétablie une série de douze tableaux 19, chacun portant un outil différent 20A, 20B...
20L qui est disposé radialement par rapport à la surface latérale du tambour 17. La tête de travail 14 est en outre munie d'une broche 21 (fig. 2), qui peut tourner sur un axe vertical 22.
L'axe 18 du tambour 17 est incliné par rapport à l'axe 22 d'un angle a. Le tambour 17 est pourvu d'une surface latérale 15 inclinée par rapport à l'axe 18 d'un angle p complémentaire de l'angle a. La surface latérale 15 est pourvue de douze logements 9. Chaque logement est apte à loger un tasseau 19, dans lequel l'outil correspondant 20 est placé avec son axe 20' perpendiculaire à la surface 15, de sorte que, par rotation du tambour 17, les divers outils 20 sont amenés individuellement sur l'axe 22 de la broche 21.
Le tambour 17 est solidaire d'un manchon 23 qui tourne sur un arbre 24 fixé lui-même sur le bâti 26 de la tête 14. Le tambour 17 est en outre muni d'un guide annulaire creux 27 qui coopère avec une saillie annulaire 28 du bâti 26. Le manchon 23 est en outre solidaire d'une roue hélicoïdale 29 qui coopère avec une vis sans fin 32 (fig. 7), laquelle est fixée sur un arbre 33 qui tourne sur le bâti de la tête 14. Le rapport de transmission entre la vis 32 et la roue 33 est tel qu'à chaque tour de l'arbre 33, la roue 29 fait avancer le tambour 17 de la distance séparant deux outils 20 contigus. L'arbre 33 peut être entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique 34, par une deuxième roue hélicoïdale 35 qui est en prise avec une vis sans fin 36 (fig. 6) fixée sur un arbre vertical 37.
Ce dernier, à l'aide d'un couple conique 38, est entraîné par rotation par un arbre horizontal 39, lequel, par l'intermédiaire d'un deuxième couple conique 40 (fig. 3), est entraîné en rotation par un arbre 41 d'un moteur électrique triphasé 42 apte à tourner sélectivement dans l'un ou l'autre des deux sens.
A cette fin, il est prévu pour le pilotage du moteur 42 un premier télérupteur TX (fig. 4) apte à actionner un contact TX1, lequel forme le circuit du moteur 42 de façon telle que ce moteur tourne dans le sens propre à faire tourner le tambour 17 dans le sens des aiguilles d'une montre, et un deuxième télérupteur TY apte à actionner un contact TY1, lequel ferme le circuit du moteur 42 d'une façon telle que ce moteur fasse tourner le tambour 17 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Deux relais RX et RY sont aptes à fermer chacun un contact RXI ou RYI respectivement, interposés sur le circuit du télérupteur TX et TY respectivement.
Les deux télérupteurs TX et TY sont munis en outre d'un circuit de maintien, lequel est fermé par un contact
TX2 ou TY2 respectivement. Les deux relais RX et RY actionnent en outre chacun un contact RX2 ou RY2 respectivement interposés sur le circuit d'un électroaimant, EL, qui actionne l'embrayage électromagnétique 34 (fig. 7). L'électro-aimant EL (fig. 4) est finalement muni d'un circuit de maintien qui se ferme à l'aide d'un interrupteur 50 qui est maintenu ouvert, à l'aide d'une encoche creusée dans un disque 55 (fig. 2) fixé sur l'arbre 33, uniquement lorsque cet arbre se trouve au repos, c'est-à-dire lorsque un outil 20 est disposé sur l'axe de la broche 21.
Sur la partie fixe de la machine est disposée une série de douze contacts 44A, 44B,...44L (fig 4) qui sont associés aux outils 20A, 20B,...20L. La fermeture de chaque contact 44 est commandée d'une façon connue par la bande du programme, sur laquelle est enregistré un code pour chaque outil, en même temps que les données du travail que cet outil doit effectuer.
Sur l'arbre 24 du tambour 17 est fixée une plaque 43 sur laquelle est disposée une série de douze interrupteurs électriques 45A, 45B,...45L, eux aussi associés aux outils 20A, ....... 20L. Les interrupteurs 45 sont disposés en série avec les contacts 54 correspondants et sont ordonnés dans le sens opposé à celui des outils 20.
Les interrupteurs 45 sont à trois positions et sont aptes à être actionnés par une came semi-circulaire 46 fixés au tambour 17. En particulier, les interrupteurs 45 sont normalement maintenus dans la position externe et ferment un contact correspondant 45X disposé sur un circuit 47 représenté par une ligne continue, et qui alimente le relais RX. La came 46 comprend une partie 48 apte à attaquer simultanément la moitié moins un des interrupteurs 45, et une deuxième partie 49 apte à attaquer un seul interrupteur 45 à la fois. Les interrupteurs 45 attaqués par la partie 48 de la came sont maintenus dans la position intérieure dans laquelle ils forment un contact correspondant 45Y intercalé dans un circuit 51 représenté en traits interrompus, lequel alimente le relais
RY.
L'interrupteur 45 qui est attaqué par la partie 49 de la came 46 est au contraire maintenu dans une position intermédiaire par rapport aux deux premières, dans laquelle il maintient ouverts les contacts 45X et 45Y.
Avec la vis sans fin 36 (fig. 6) engrène en outre une roue à dents hélicoïdales 52, laquelle est apte à entraîner, par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique 53 à un cycle de 1800 (fig. 2) un disque 54 muni d'une rainure annulaire excentrique 56 (fig. 6). Dans la rainure 56 est engagé un galet 57 qui tourne sur un doigt 58 porté par un coulisseau 59, lequel peut coulisser verticalement dans le bâti de la machine. Le doigt 58 se prolonge en arrière du coulisseau 59 (à gauche sur la fig. 2) et coopère avec une rainure 61 d'une douille 62. Cette dernière peut coulisser verticalement dans le bâti de la machine, conjointement avec la broche 21, laquelle peut tourner par rapport à cette douille grâce à deux roulements 63.
La douille 62 est munie d'une denture 64 en prise avec un pignon 66 fixé lui-même à un arbre 67 qui tourne sur le bâti de la tête 14. Sur l'arbre 67 est en outre fixé un deuxième pignon 68 (fig. 3) en prise avec une crémaillère 69, laquelle est fixée sur un chariot 70 qui coulisse verticalement et qui fait partie d'un mesureur de position connu en soi et désigné dans son ensemble par la référence 71. Le chariot 70 est relié par une chaîne 72 à un piston 73 qui coulisse dans un tube 74 et qui est poussé vers le bas par un ressort de compression 76 interposé entre le piston 73 et une virole 77 fixée à l'extrémité supérieure du tube 74.
Avec la denture 64 (fig. 2) la douille 62 engrène en outre un deuxième pignon 78 peut être entraîné en rotation, par l'intermé- diaire d'une boîte de vitesses à embrayages électromagnétiques désignée dans son ensemble 79 (fig. 7), par un arbre 80 qui est entraîné lui-même en rotation par l'inter- médiaire d'un couple vis sans fin roue hélicoïdale 81 et un embrayage électromagnétique non représenté sur le dessin, à partir de l'arbre horizontal 39.
La broche 21 (fig. 2) comprend à son extrémité supérieure une partie cannelée 82 en prise avec une douille 83 qui tourne dans le bâti de la machine mais qui est immobilisée dans le sens axial. Sur la douille 83 est fixée une autre roue dentée 84 apte à être entraînée en rotation par un arbre 85 (fig. 3) relié à l'arbre du moteur 41 par une autre boîte de vitesses à embrayages électromagnétiques 86, lequel est commandé d'une façon connue par le programme enregistré sur la bande. La broche 21 (fig. 2) est en outre munie à sa base de deux bossages 87 aptes à entrer en prise avec deux cavités 88 creusées dans le tasseau 19 de chaque outil 20.
Chaque tasseau 19 est en outre muni sur sa surface latérale de deux encoches 89 et 91 décalées en hauteur et normalement attaquées par deux mâchoires 92 et 93 (fig. 8). Chaque mâchoire 92 ou 93 est munie de deux bords dentés 94 (fig. 2) et 96 respectivement, qui attaquent par les deux côtés opposés deux pignons 97 qui tournent sur deux axes 98 fixés sur le tambour 17. De cette façon, les deux mâchoires se déplacent toujours dans les deux sens opposés. Avec la mâchoire 92 coopère normalement un verrouillage à bille et à ressort 99. La mâchoire 92 est finalement munie d'un bossage 101 présentant une cavité 102 qui est apte à coopérer avec une bride 103 appartenant à une armature 104 d'un électroaimant 105 fixé sur la machine. L'armature 104 est normalement maintenue à droite par un ressort 106.
Chaque tasseau 19 est finalement muni d'une partie en tronc de cône 107 apte à s'engager dans une cavité conique 108 de la broche 21. La partie 107 est munie d'un trou fileté 109 avec lequel peut coopérer une extrémité filetée 111 d'une tige 112 qui est coulissante et rotative dans la cavité intérieure de la broche 21. La tige 112 est munie d'une bague 113 qui coopère avec un épaulement 114 de la cavité du mandrin et d'une partie cannelée 116 (fig. 3) qui est normalement en prise avec une douille 117 cannelée intérieurement. Cette dernière est en outre constamment en prise avec une extrémité cannelée d'un arbre 118 (fig. 3) appartenant à un moteur électrique auxiliaire 119 du type réversible. La douille 117 est finalement munie de deux brides 121 entre lesquelles est engagé un galet 122 porté par un levier 123 qui est articulé sur un axe fixe 124.
Le levier 123 est normalement appuyé sous l'action d'un ressort 125 contre un arrêt fixe et il est en outre replié par une liaison à doigt et coulisse à une armature 126 appartenant à un électro-aimant 127.
En face de chaque outil 20 (fig. 2), le tambour 17 porte un organe qui peut être positionné suivant les caractéristiques de travail demandées par l'outil correspondant, cet organe étant constitué par un tambour à profil en escalier 128 apte à être positionné à la main par l'intermédiaire d'une manette 129 correspondante, lorsqu'on a enlevé du tambour 17 une plaque de fermeture 131. Avec le tambour 128 peut coopérer un palpeur constitué par un profil en escalier 132 opposé au profil 128 du tambour et qui est porté par un coulisseau 133 capable de coulisser verticalement dans le bâti de la machine.
Le coulisseau 133 est muni dans sa partie supérieure d'une fente 134 (fig. 6) qui peut coulisser sur le doigt 58.
Le bord supérieur de la fente 134 est normalement maintenu appuyé sur le doigt 58 par un ressort de compression 136 interposé entre un trou 137 du coulisseau 133 et l'extrémité inférieure du coulisseau 59. Un ergot 138 fixé sur le coulisseau 59 sert de guide pour le ressort 136.
Le coulisseau 133 est en outre muni d'une denture 139 qui est en prise avec une roue dentée 141, laquelle est à son tour en prise avec un pignon 142 fixé sur un arbre 143 qui peut tourner sur le bâti de la machine. Sur l'arbre 143 est en outre fixée une manivelle 144 ayant un doigt 146 en prise avec une fente 147 d'un coulisseau horizontal 148 de commande de la boîte de vitesses 79 (fig. 7) de l'avance de la broche 21.
Le fonctionnement de la machine-outil est le suivant:
Au début du cycle de travail correspondant à un outil prédéterminé, la broche 21 (fig. 2) se trouve en position haute et, par conséquent, dégagée de l'outil 20. La machine lit alors sur la bande du programme le code de l'outil 20 qui doit être sélectionné. La lecture du code provoque ensuite la fermeture du contact 44 correspondant à l'outil à sélectionner.
Si le tambour 17 se trouve en position avec l'outil 20A sur l'axe 22 de la broche 21 comme représenté sur la fig. 4, le contact 44I se ferme. Etant donné que l'interrupteur correspondant 45I ferme le contact 45X, le contact 44I fait fermer alors le circuit 47 en excitant ainsi le relais RX. Celui-ci, d'une part, à travers le contact RXI, excite le télérupteur TX qui provoque la rotation du moteur électrique 42 dans le sens propre à faire tourner le tambour 17 dans le sens des aiguilles d'une montre et, d'autre part, à travers le contact TX2, excite l'électroaimant EL qui ferme l'embrayage 34 (fig. 7).
L'arbre 41 (fig. 3) du moteur 42 entraîne, à travers le couple conique 40, de l'arbre 39, le couple conique 38 (fig. 7), l'arbre 37, la vis sans fin 36, la roue hélicoïdale 35 et l'embrayage 34, l'arbre 33 et la vis sans fin 32 en rotation. Cette dernière fait alors tourner la roue 29 (fig. 2) conjointement avec le tambour 17 dans le sens des aiguilles d'une montre d'un pas à chaque tour. A la fin de chaque tour de l'arbre 33, le disque 55 fait ouvrir le contact 40. Toutefois, l'électro-aimant EL (fig. 4) reste excité à travers le contact RX2 du relais RX.
Lorsque la partie 49 de la came 46 entre en prise avec l'interrupteur 45I comme représenté sur la fig. 5, ce dernier est amené à la position intermédiaire en ouvrant le contact 45X correspondant et en désexcitant ensuite le relais RX. Les contacts RX1 et RX2 s'ouvrent alors mais le télérupteur TX reste excité par son circuit de maintien et l'électro-aimant EL reste excité à travers le contact 50 qui est maintenu fermé par le disque 55 en rotation. Lorsque, ensuite le disque 55 (fig. 2) de l'arbre 63, par sa rainure, fait ouvrir le contact 50,
I'électro-aimant EL (fig. 4) est désexcité et fait ouvrir l'embrayage 34 (fig. 7).
Le tambour 17 s'arrête alors exactement dans la position dans laquelle l'outil 20I (fig. 5) se trouve sur l'axe 22 (fig. 2) de la broche 21 tandis que le moteur électrique 42 continue à tourner pour commander les phases suivantes du cycle.
Si, au contraire, à un moment où l'outil 20A (fig. 4) se trouve sur l'axe du mandrin, on ferme par exemple le contact 44D, il se ferme à travers l'interrupteur 45D le circuit 51 qui excite le relais RY. Par l'intermédiaire du relais RYI, le télérupteur TY est alors excité et provoque la rotation du moteur 42 dans le sens opposé au sens précédent pendant que le contact RY2 excite l'électroaimant EL comme dans le cas précédent. Le tambour 17 est alors mis en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et, lorsque la partie 48 de la came 46 dégage l'interrupteur 45D, ce dernier est attaqué par la partie 49 de la came 46 et se place dans sa position intermédiaire, en faisant désexciter le relais RY.
Lorsque ensuite l'arbre 33 (fig. 2) termine son tour, le disque 65 fait ouvrir le contact 50, de sorte que le tambour 17 s'arrête pendant que le moteur 42 continue à tourner de la même façon que dans le cas précédent.
Il est donc évident que les moyens 44, 45 et 46 (fig.
4) sont aptes à faire tourner automatiquement le tambour 17 (fig. 2) dans un sens ou dans l'autre de façon à déplacer l'outil 20 à sélectionner en lui faisant parcourir le trajet le plus court pour l'amener en face de la broche 21.
A la suite de l'arrêt du tambour 17, on provoque d'une façon connue le serrage de l'embrayage 53 pour un cycle de 1800. La vis sans fin 36 (fig. 6), en agissant par l'intermédiaire de la roue 52 et l'embrayage 53, fait maintenant tourner le disque 54 de 1800 dans un sens ou dans l'autre. La rainure excentrique 56 du disque 54, en agissant par l'intermédiaire du galet 57 et du doigt 58, fait maintenant abaisser d'une course constante, égale à l'excentricité de la rainure 56, le coulisseau 59 conjoin tement avec la douille 62 et la broche 21. Ce dernier par l'intermédiaire de la cavité conique 108 vient en regard avec la partie mâle 107 du tasseau 19 tandis que les deux bossages 87 s'engagent dans les deux cavités 88.
A son tour, la tige 112 accompagne la broche sous l'effet de son propre poids jusqu'à ce qu'elle s'appuie sur le trou fileté 111 du tasseau 19. Le coulisseau 59, en arrivant à fond de course, provoque une rotation du moteur auxiliaire 119 dans un sens propre à faire visser la tige 112 dans le tasseau 19. Lorsque la bague 113 de la tige 112 s'appuie à nouveau sur l'épaulement 114, la broche 21 est refoulée contre le tasseau 19. Il se produit alors une augmentation du couple demandé au moteur 119 qui, d'une façon connue, provoque l'arrêt du moteur 119.
Ensuite, l'électro aimant 105 est excité (fig. 2), l'armature 104 de cet électro-aimant faisant alors déplacer la mâchoire 92 vers la gauche par l'intermédiaire de la bride 103. Cette mâchoire, par l'intermédiaire de ses bords dentés 94 (fig. 8), des deux pignons 97 et des bords dentés 98, fait déplacer la mâchoire 93 vers la droite de sorte que l'outil reste débloqué. Simultanément, I'électro-aimant 127 (fig. 3) est également excité et fait descendre l'armature 126. Le levier 123 est entraîné dans le sens des aiguilles d'une montre en faisant monter la douille 117, qui dégage ainsi la partie cannelée 116 de la tige 112.
Le coulisseau 59 (fig. 2) en descendant, repousse vers le bas, par l'intermédiaire du ressort 136, le coulisseau 133 dont le profil en escalier 132 va s'arrêter sur le profil en escalier 128 du tambour en exécutant ainsi une course qui dépend de la position angulaire dans laquelle le tambour 128 a été placé. Le déplacement du coulisseau 133 vers le bas, par l'intermédiaire de la roue 141 (fig. 6) du pignon 142, de l'arbre 145, de la manivelle 144 et du doigt 146, est transmis au coulisseau 148 qui prédispose ainsi la boîte de vitesses 79 (fig. 7) en fonction de l'avance prescrite pour l'outil sélectionné.
Le moteur 42 (fig. 3) est alors entraîné en rotation dans le sens demandé par l'outil, cependant que la boîte de vitesses 86 est mise en action, cette boîte ayant été prédisposée automatiquement par le programme enregistré sur la bande. La roue dentée 84 est alors entraînée en rotation conjointement avec la douille 83 qui fait tourner la broche 21 et par conséquent l'outil 20, qui a été rendu solidaire de ce mandrin par la tige 112. Pendant cette phase du cycle, la boîte de vitesses 79 (fig. 7) est également mise en action et, par l'intermédiaire du pignon 78, elle fait avancer la douille 62 conjointement avec la broche 21, en fonction de l'avance prescrite pour l'outil sélectionné.
L'arrêt et le retour de bas en haut de l'outil 20 sont commandés par le mesureur de position 71 (fig. 3) d'une façon connue en soi. Lorsque la broche 21 est revenue à la position verticale qu'il avait au début du travail, les deux boîtes de vitesses 79 (fig. 7) et 86 (fig. 3) sont rendues inactives et l'électro-aimant 105 (fig. 8) est désexcité.
Le ressort 106 ramène maintenant au repos l'armature 104 et tend à faire fermer les mâchoires 92 et 93 tandis que la broche 21 est encore en rotation par inertie. Les mâchoires 92 et 93 ne peuvent toutefois se fermer entièrement que lorsque le porte-outil 19 se trouve orienté angulairement de façon à présenter aux mâchoires 92 et 93 les cavités 89 et 91 comme sur la fig. 2, de sorte que chaque outil 20 est bloqué sur le tambour 17 en position orientée.
A la suite de la fermeture complète des mâchoires 92 et 93, l'électro-aimant 127 est désexcité (fig. 3), de sorte que le ressort 125 fait revenir le levier 123 à la position de la fig. 3 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le levier 123 repousse maintenant vers le bas la douille 117 en le remettant ainsi en prise avec la partie cannelée 116 de la tige 112. Le moteur 119 est alors mis en rotation dans le sens propre à dévisser l'extrémité 111 de la tige 112 du trou fileté 109 du tasseau 19. Finalement se produit le serrage de l'embrayage 53 (fig. 2), qui fait décrire un cycle de 1800 au disque 54 en ramenant le coulisseau 59 à la position haute de la fig. 6.
Le doigt 53 ramène alors en position haute le coulisseau 133 tandis que le ressort 76, par l'intermédiaire de la chaîne 72, ramène en position haute la douille 62 en même temps que la broche 21, en complétant ainsi le cycle de travail de l'outil sélectionné.
Les outils 20 utilisés dans la machine peuvent nécessiter un déplacement commandé du mandrin uniquement pendant la course descendante de travail comme, par exemple les mèches à percer 20D et 20C, ou bien pendant les deux courses comme, par exemple les mèches à aléser 20A et 20C. Dans le but d'introduire dans la fonction de l'outil sélectionné une variation automatique du programme de la machine consistant dans la commande du déplacement du mandrin également pendant la course de retour, le tambour portant le profil en escalier 128 (fig. 7) est muni de deux profils en escaliers analogues 149 et 150. Chaque profil 149 et 150 occupe un arc de 1800 du tambour 128 et est apte à être amené en position active par rotation de la manette 129 dans le sens correspondant, le profil 149 correspondant à un outil à percer, le profil 150 correspondant à un outil à aléser.
Le tambour 128 est également muni d'une came 151 apte à actionner un interrupteur 150 uniquement lorsque le tambour 128 est prédisposé pour placer en position active le profil 150 correspondant aux outils à aléser.
L'interrupteur 152 prédispose alors un circuit apte à faire revenir l'outil 20 vers le haut à une vitesse réglée.
Il va de soi que l'on peut apporter à la machine-outil à changement automatique d'outils qui a été décrite cidessus divers perfectionnements et diverses modifications et additions d'éléments sans pour cela sortir du domaine de l'invention.