WO1989011374A1 - Machine-outil multifonctions permettant des usinages complexes de pieces longues - Google Patents

Machine-outil multifonctions permettant des usinages complexes de pieces longues Download PDF

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WO1989011374A1
WO1989011374A1 PCT/FR1989/000242 FR8900242W WO8911374A1 WO 1989011374 A1 WO1989011374 A1 WO 1989011374A1 FR 8900242 W FR8900242 W FR 8900242W WO 8911374 A1 WO8911374 A1 WO 8911374A1
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carriage
parallel
tool
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PCT/FR1989/000242
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André GADAUD
Michel Gagnal
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Somab S.A.
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Definitions

  • the present invention is in the field of machine tools intended for the machining of parts by removing material and it has more particularly a multifunctional machine for performing machining operations such as turning, milling and drilling on parts can be quite long.
  • the invention aims to provide a machine tool in the aforementioned field, which can firstly be used either in parallel lathe, or milling machine, or in "machining center", that is to say with a succession of fixed or rotary tools, and on the other hand allow complex machining (along at least two axes, one of which is of revolution) of relatively long parts (L / D> 3) where L designates the length and D the diameter of the room.
  • so-called parallel lathes in which a workpiece is supported by a workpiece spindle, called a mandrel, the rotation of the workpiece taking place around a generally horizontal axis of revolution C, while a fixed tool can move in two directions (X, Y) perpendicular to each other from a plane parallel to the axis C; generally, but necessarily in the case of parts whose dimension (L) along the axis C is greater than about three times the transverse dimension (D), a rotary tailstock coaxial with the mandrel is used.
  • Patent FR 2,581,907 discloses a particularly modern lathe adaptation, in which the workpiece spindle is slidably mounted on guides, while a tool holder can support fixed as well as rotating tools.
  • Machining centers are well suited for performing a succession of operations on the same part, generally massive, such as engine blocks; the exchange of tools is carried out by an auxiliary machine called a tool changer obeying the general control program; undoubtedly the automatic exchange of the tools occupies a certain time of the operation of the machine, but the high degree of automation of these machines compensates for this drawback; it should be noted however that due to the complexity of the programming of their operation, the machining centers are reserved for mass production.
  • machine tools of the type comprising the functional organization of vertical lathes, but with three axes of movement of the tool relative to the workpiece, and for some the possibility of using rotary tools. Note that drilling from top to bottom, and sometimes milling the horizontal upper faces, poses the problem of chip evacuation.
  • a second example of a machine of the aforementioned type has been disclosed by patent FR 2,555,086 (COTTIN).
  • the machine described in this patent comprises a tool-holder head which can receive either a stationary turning tool or a rotary drilling or milling tool; by successive rotations and blockages of the workpiece spindle, the faces of the workpiece can be milled; a second head can equip this machine and operate at the same time as the first.
  • This machine of the vertical lathe type would not be suitable for turning or milling a part of a certain length and a fortiori for milling a cam groove in a helix along such a part.
  • a fourth example of such machines with vertical lathe structure is that disclosed by patent FR 2,558,401 (WASCHINO).
  • the general structure of the machine is that of a vertical lathe associated with a mobile tool holder along three orthogonal axes; in this machine a plurality of tools is supported by a rotary turret which can be placed in various indexed positions; thanks to this, it is possible to turn a part, drill it and mill it without having to dismantle and reassemble the tools on the turret the ; this arrangement solves the "problem of numerous tool changes for the execution of parts requiring a large number of different machining operations", "without resorting to the use of a machine tool of a larger model than that really necessary for the execution of the actual machining ".
  • a machine tool intended for machining workpieces by removing chips of the kind of machine tool essentially consisting of a rotary workpiece holder and a tool holder movable relative to the workpiece according to three orthogonal axes, the workpiece holder and the tool holder being supported by a common frame, is generally characterized by the combination of the following three arrangements:
  • the workpiece carrier is rotatable about an axis (C) called horizontal turning and parallel to one (X) of said three orthogonal axes, said axis (C) overhanging a table, the planar upper face of which is parallel to said turning axis and comprises means for fixing one or more support and / or centering means such as tailstock, roller support or glasses,
  • the tool holder is a rotary turret indexable in at least four positions and comprising two clamping mandrels, one for the fixed tool, the other for the rotary tool, - the workpiece holder is related to drive means giving it one of the kinematics of the following group of kinematics: immobilization in a determined angular position (indexing), a so-called slow speed (between 10 -2 and 10 rpm) for milling, and a so-called high speed greater than about 10 3 times the so-called slow speeds.
  • the upper face of said table is normally horizontal, or else parallel to another (Y) of said three orthogonal axes and it is grooved, parallel to the axis of turning, to allow the fixing of said support means and / or centering; the table is secured to the frame and will also serve as a fixed milling table.
  • the grooved table is more advantageous than a means of the slide bench type, substantially equivalent in its function of supporting the tailstock.
  • the chucks of the tool holder on the one hand can be actuated in tightening and loosening by means included in the turret, on the other hand can each take two working positions (horizontal and vertical), a retracting position , and a loading-unloading position, this latter position being common to the two mandrels while finally a loader is associated with the machine tool
  • a tool holder head fulfilling the aforementioned functions is described in a French patent application in the name of the Applicant, jointly filed and entitled: "Multipurpose machining head for machine tools”.
  • the tool bench includes a first pair of slides parallel to the axis C and arranged in a substantially horizontal plane; these first slides serve as a guide for a first horizontally movable carriage supporting a column with substantially vertical extension; the column comprises a second pair of parallel slides and arranged in a plane perpendicular to the plane of the first slides and perpendicular to the axis C; these second slides serve as a guide for a second vertically movable carriage; the second carriage comprises a third pair of parallel slides and arranged in a plane perpendicular to the plane of the first slides, and parallel to the plane of the second, therefore also perpendicular to the axis C; these third slides serving as a guide for a third carriage movable horizontally, called "
  • Each of the above-mentioned carriages is moved along its slide by an eco-mechanism and screw driven in rotation by an asynchronous type motor controlled by frequency converter; the position of each carriage is identified by a 1/1000 mm varnished ruler, for example with optical reading; the tracking is transmitted to an electronic processor whose program ensures the control, command and coordination of the movements of the carriages; it will then be noted that in the case where the turret can be indexed in more than four positions, ie for example in positions spaced by a degree of angle, an almost continuous displacement of the tool along its axis of rotation is made possible by the coordination of the movements of the carriages, whatever the inclination of the tool axis in the plane of rotation of the turret.
  • This arrangement finds all its interest due to the fact that, as said above, a machining operation implementing such a displacement of the tool along its axis of rotation, can be carried out between, or in succession, other operations, without the need to perform a recovery of the part.
  • Fig.1 is a perspective representation of a part machined in one take, by the machine tool of the invention
  • - fig. 1a is a similar representation of another example of a machined part
  • Fig.2 is a perspective illustrating the main structural elements of the machine tool
  • Fig.3, 4 and 5 are respectively an end elevation, side view and a partial top view
  • fig. 6 is a partial schematic side elevation, illustrating the cooperation of essential organs
  • - fig.7 is a perspective illustrating the machine tool as a whole
  • Fig.8 illustrates from the front a protective curtain with which the machine tool is fitted.
  • a mechanical part purely imaginary, has the general shape of an elongated cylinder having a length L greater than its transverse dimension D; the L / D ratio is obviously greater than three and the machining of such a part, especially if it is a precise machining (greater than one tenth of a millimeter) would be impossible without the use of a tailstock; for this purpose, the part 1 which is taken between the jaws by its left end in the figure can be held at its other end by the tailstock thanks to a centering hole 2; the part comprises different machining operations: a helical groove 3 extending for the most part from its end, a flat 4 pierced with holes 5 perpendicular to the axis C of turning, a shoulder 6 and a plane leave 7 connecting the flat to the part of the smallest diameter; the leave 7 is itself pierced with a cylindrical hole 9 perpendicular to the plane of the leave
  • the another part l ' consists of a cylindrical part and a frustoconical part; the frusto-conical part has a groove 3 ′ having a median plane 3 "offset from the axis 1" of the part.
  • the structure base of a machine tool of the invention comprises a work-holding bench 11, said first, supporting a grooved table 12 and a tool-carrying bench 13, said second, supporting a couple of first slides 14.
  • the first bench 11 and the second bench 12 are elements formed of granite or reconstituted granite, the slides 14 are made of cast iron and the table 12 of steel; the benches 11 and 13 are assembled by bolting in such a way that no play is possible between them, and they constitute the fixed frame of the machine tool; the fixed frame also supports a mechanically welded frame 10 which itself supports subassemblies and parts of the machine which will be described later.
  • the bench 11 has a vertical projection 21 forming the headstock of the traditional towers, on which the workpiece chuck is rotatably mounted; on the other side of the headstock, a space is provided above the bench for receiving the reduction gears for driving the mandrel and for immobilizing it (these members are represented by 26 in FIG. 4); a drive motor 23 is sketched fixed to the base at the rear of the members to which it is connected by a belt 27 (fig.4).
  • the part of the bench 11 located opposite the mandrel is hollowed out to constitute a chip chute.
  • a movable headstock 25 comprising a retractable tailstock 26 is supported by the table 12 taking advantage, for its fixing, of the grooves of the latter; the movable headstock can be moved along the table while remaining aligned on the axis C of the mandrel 22.
  • the slides 14 serve as a translation guide for a first carriage 31 in the form of a vertical column provided with a sole 32 with an elongated plane in the direction of the slides; the first carriage 31 can move along its slides 14 in a direction X parallel to the axis C of the mandrel; movement carriage 31 is induced by the rotation of a screw 33 carried by the sole 32 cooperating with a nut 34 (fig.3) secured to the frame.
  • the column 31 serves, thanks to slides 28, as a translation guide for a second carriage 35 which can be moved in a direction Z perpendicular to the direction X and perpendicular to the plane of the table 12; the column supports a motor for driving a screw 37 for moving the second carriage.
  • the second carriage 35 itself serves, thanks to slides 29, as a translation guide to a third carriage 36 along an axis Y perpendicular to both the X axis and the Z axis.
  • the third carriage 36 supports a rotary turret 38 whose axis of rotation, or of indexing, is parallel to the axis Y of translation of the third carriage; it further supports means 39 for controlling the various maneuvers of the turret, means 41 for moving the carriage along the Y axis and means 42 for rotating the rotary tools; the means 41 essentially consist of a motor driving a screw carried by the third carriage and meshing in a nut secured to the second carriage, and the means 42 consist essentially of a motor driving by belt, shaft and angle gear in the turret, the tool chuck thereof.
  • the means 41 and 42 relating to the known art of modern machine tools will not be more explicitly described.
  • Figs. 3 to 5 to which a certain number of references from the previous figure are transferred, make it possible to better locate the various constituent elements of the machine tool; we also note in these figures the position of the means 43 for driving the screw 33, supported by the sole 32; there is also a tool changer 45 arranged substantially above the end of the bench 11 near a tool magazine 46 located in the oroloncrement of the bench it; in the example shown in the figure the magazine is of the carousel type rotating around a vertical axis 47, but it could as well be of the chain type.
  • the changer grasps the tools positioned vertically in the magazine, and after having rotated them by 90 ° introduces them horizontally into one of the mandrels of the turret.
  • a chip conveyor 48 is arranged in the extension of the benches 11 and 13.
  • the table 11 can also receive in addition to the movable headstock a roller support 15 intended to support the end of the workpiece in the case where machining operations such as holes 8 (fig. l) should be performed on the end face of the part. Consequently the tailstock 25 can be used for adjusting the rollers, then be retracted to allow the passage of the tool and the tool-holder turret; this figure illustrates well the cooperation of the various means and arrangements entering into the general characteristic defined above.
  • a control console 50 comprising keyboards such as 51 and a cathode screen such as 52, this console being disposed against the front face of the machine tool substantially facing the movable headstock.
  • the desk 53 is supported by a mechanism of articulated arms 55 allowing them to be placed (arrow 56) in any practical position in front of the machining compartment.
  • a dashed line 49 symbolizes a partition which separates a first machining compartment situated roughly above the first bench 8, from a second compartment in which the motors and their control accessories (vernier ruler) for control, lubrication, etc. are disposed.
  • This partition comprises in its longitudinal part and substantially in the support plane of the first bench against the second, a curtain with vertical blades 53 and horizontal 54 surrounding the third carriage, or ram, 36; the blades, mounted sliding on each other, allow the triaxial displacement of the ram, while ensuring the separation of the two compartments.
  • This partition arrangement prevents chips or other particles from entering the first compartment to hinder the functioning of the sensitive organs it contains.
  • the command of the machine tool does not come within the scope of the present invention, it will however be noted that this command is advantageously of digital type and that it can proceed from the execution of a series of elementary programs comprising undefined parameters representing dimensions and machining conditions (movement speeds, rotation speeds, type of tools, etc.); the machine tool therefore comprises means for introducing these parameters; it also comprises means for controlling the linear movement of the tool and / or the rotation of the workpiece carrier, at the will of the user; it finally comprises means for memorizing voluntary or programmed operations, carried out during the memorization period.

Abstract

La machine-outil de l'invention combine les trois caractéristiques suivantes: le porte-pièce (22) est rotatif autour d'un axe (C) dit de tournage horizontale et parallèle à l'un (Y) desdits trois axes orthogonaux (X, Y, Z) ledit axe (C) surplombant une table (12) dont la face supérieure plane est parallèle audit axe de tournage (C) et comporte des moyens de fixation d'un ou plusieurs moyens de support et/ou de centrage (15, 24); le porte-outil (38) comporte deux mandrins de serrage, l'un pour un outil fixe, l'autre pour un outil rotatif; le porte-pièce est en relation avec des moyens d'entraînement (23, 25) lui conférant l'une des trois cinématiques du groupe de cinématique suivant: l'immobilisation en une position angulaire déterminée, une vitesse de rotation dite lente pour des opérations de fraisage non parallèle à l'axe (C) et une vitesse dite élevée pour le tournage.

Description

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"MACHINE-OUTIL MULTIFONCTIONS PERMETTANT DES USINAGES COMPLEXES DE PIECES LONGUES"
La présente invention est du domaine des machines-outils destinées à l'usinage de pièces par enlèvement de matière et elle a plus particulièremen pour objet une machine multifonctionnelle permettant d'effectuer des opérations d'usinage telles que tournage, fraisage et perçage sur des pièces pouvant être d'assez grande longueur.
L'invention a pour buts de proposer une machine-outil du domaine précité, pouvant d'une part être utilisée soit en tour parallèle, soit en fraiseuse, soit en "centre d'usinage", c'est-à-dire avec une succession d'-outils fixes ou rotatifs, et d'autre part permettre l'usinage complexe (suivant au moins deux axes dont un de révolution) de pièces relativement longues (L/D > 3) où L désigne la longueur et D le diamètre de la pièce.
On connaît en premier lieu les tours dits parallèles, dans lesquels une pièce à usiner est supportée par une broche porte-pièce, dite mandrin, la rotation de la pièce s' effectuant autour d'un axe de révolution C généralement horizontal, tandis qu'un outil fixe peut se mouvoir dans deux directions (X,Y) perpendiculaires entre elles d'un plan parallèle à l'axe C ; généralement, mais nécessairement lorsqu'il s'agit de pièces dont la dimension (L) suivant l'axe C est supérieure à environ trois fois la dimension transversale (D), on utilise une contrepointe tournante coaxiale au mandrin.
Le brevet FR 2.581.907 (WIRTH Se CRUFFAT) divulgue une adaptation particulièrement moderne de tour, dans laquelle la broche porte pièce est montée coulissante sur des guides, tandis qu'un porte-outil peut supporter des outils fixes aussi bien que tournants.
On connaît aussi des tours dits verticaux dans lesquels l'axe de révolution du porte-pièce est vertical ; les tours verticaux ne sont pas pourvus de contrepoints et ils sont en général réservés à l'exécution de oièces lourdes et massives. On connaît en second lieu les fraiseuses, dans lesquelles la pièce à usiner est fixée sur une table pouvant être déplacée suivant trois axes orthogonaux ; la pièce à usiner est présentée à un outil tournant (fraise) supporté par une broche rotative et monté en regard de la table, l'axe de rotation de l'outil étant généralement perpendiculaire à l'un des axes de déplacement de la table.
On connaît en troisième lieu des machines-outils plus complexes relevant du principe de fonctionnement des fraiseuses dans lesquelles la pièce à usiner est supportée par une table - fixe tandis qu'un outil rotatif est déplacé suivant trois axes orthogonaux ; généralement ces machines-outils, dites centres d'usinage, sont pourvues .de moyens de chargement automatique de la broche porte-outil ainsi que de moyens de commande numériques du chargement et du déplacement de l'outil. Les centres d'usinage sont bien adaptés pour effectuer une succession d'opérations sur une même pièce, généralement massive, telle que les blocs de moteurs ; l'échange des outils est effectué par une machine annexe dite changeur d'outil obéissant au programme général de commande ; sans doute l'échange automatique des outils occupe-t-il un certain temps du fonctionnement de la machine, mais le haut degré d'automatisation de ces machines compense cet inconvénient ; on notera cependant qu'en raison de la complexité de la programmation de leur fonctionnement, les centres d'usinage sont réservés à la production en grande série.
On connaît aussi des machines-outils du type comportant l'organisation fonctionnelle des tours verticaux, mais avec trois axes de déplacement de l'outil par rapport à la pièce à usiner, et pour certaines la possibilité d'utiliser des outils rotatifs. On notera que le perçage de haut en bas, et quelquefois le fraisage des faces supérieures horizontales, pose le problème de l'évacuation des copeaux.
Un premier exemple de ce type de machine-outil a été divulgué par le brevet US 346.435 (H.HUCKS et AL) ; toutefois la machine de ce brevet est du type à "banc interrompu" ; en outre elle ne comporte qu'une seule broche d'outil qui peut cependant être orientée.
Un second exemple d'une machine du type précité a été divulgué par le brevet FR 2.555.086 (COTTIN). La machine décrite dans ce brevet comporte une tête porte-outil pouvant recevoir soit un outil fixe de tournage, soit un outil rotatif de perçage ou de fraisage ; par rotations et blocages successifs de la broche porte-pièces, on peut usiner par fraisage, les faces de la pièce ; une seconde tête peut équiper cette machine et fonctionner en même temps que la première. Cette machine du type tour vertical ne conviendrait pas pour tourner ou fraiser une pièce d'une certaine longueur et à fortiori pour fraiser une rainure de came en hélice le long d'une telle pièce.
Un troisième exemple de telles machines à structure de tour vertical a été divulgué par le certificat d'Addition FR 2.585.276 (SATECO) rattaché au brevet FR 2.560.541. Les machines décrites dans ces publications comportent comme principale caractéristique l'association d'un porte-pièce rotatif pouvant pivoter dans un plan vertical et d'un porte-outil déplaçable suivant trois axes orthogonaux ; le porte-pièce peut prendre différentes positions indexées, pour des opérations de fraisage.
Un quatrième exemple de telles machines à structure de tour vertical est celui divulgué par le brevet FR 2.558.401 (WASCHINO). Là encore, la structure générale de la machine est celle d'un tour vertical associé à un porte-outil mobile suivant trois axes orthogonaux ; dans cette machine une pluralité d'outils est supportée par une tourelle rotative pouvant être placée dans diverses positions indexées ; grâce à cela, il est possible de tourner une pièce, de la percer et de la fraiser sans avoir à démonter et remonter les outils sur la tourel le ; cette disposition résoud le "problème des nombreux changements d'outils pour l'exécution de pièces demandant un grand nombre d'usinages différents", "sans avoir recours à l'utilisation d'une machine-outil d'un modèle plus grand que celui réellement nécessaire pour l'exécution des usinages proprement dits".
A propos de la machine-outil précitée, on observera tout d'abord que le nombre des outils montés sur la tourelle ne peut être que réduit, de l'ordre de la dizaine par exemple (le dessin en suggère un nombre de six). Or il est fréquent qu'une cinquantaine d'outils différents soit utilisée : forets et fraise de différents diamètres, outils de tournage de formes, de rayons et d'orientations différents ; en outre un outil nécessite d'être assez fréquemment réaffuté et souvent, de ce fait, à diamètre inférieur.
On observera ensuite que la pièce usinée ne peut pas être très longue (L > 3) sous peine de fléchir. On observera enfin que cette machine n'est pas prévue pour, entraîner simultanément la pièce en rotation et l'outil rotatif en translation, donc par exemple fraiser une rainure hélicoïdale, ce qui nécessiterait une rotation lente du porte-pièce qui n'est pas prévue.
Il apparaît ainsi qu'aucune des machines-outils de l'art antérieur connu de la Demanderesse, n'atteint l'ensemble des buts qu'elle a fixé à sa démarche inventive.
Selon la présente invention, une machine-outil destinée à l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux du genre de machine-outil constituée essentiellement d'un porte-pièce rotatif et d'un porte-outil mobile par rapport à la pièce suivant trois axes orthogonaux, le porte-pièce et le porte-outil étant supportés par un bâti commun, est caractérisée d'une manière générale par la combinaison des trois dispositions suivantes :
- le porte-pièce est rotatif autour d'un axe (C) dit de tournage horizontal et parallèle à l'un (X) desdits trois axes orthogonaux, ledit axe (C) surplombant une table dont la face supérieure plane est parallèle au dit axe de tournage et comporte des moyens de fixation d'un ou plusieurs moyens de support et/ou de centrage tels que contrepointe, support à galets ou lunette,
- le porte-outil est une tourelle rotative indexable en au moins quatre positions et comportant deux mandrins de serrage, l'un pour l'outil fixe, l'autre pour l'outil rotatif, - le porte-pièce est en relation avec des moyens d'entraînement lui conférant l'une des cinematiques du groupe de cinematiques suivant : l'immobilisation en une position angulaire déterminée (indexage), une vitesse dite lente (comprise entre 10-2 et 10 t/min.) pour le fraisage, et une vitesse dite élevée supérieure à environ 103 fois les vitesses dites lentes.
Il résulte de cette triple caractéristique que des opérations de tournage, de fraisage et d'usinage complexe telles que fraisage de rainure de came hélice, peuvent être réalisées sur une pièce relativement longue (L/D > 3) sans avoir à démonter la pièce du porte-pièce, avec comme conséquence de cela une très grande précision de la position des différents usinages les uns par rapport aux autres. Suivant une première caractéristique secondaire la face supérieure de ladite table est normalement horizontale, ou encore parallèle à un autre (Y) desdits trois axes orthogonaux et elle est rainurée, parallèlement à l'axe de tournage, pour permettre la fixation desdits moyens de support et/ou de centrage ; la table est solidaire du bâti et elle servira accessoirement de table fixe de fraisage.
Pour cette dernière raison la table à rainure est ,plus avantageuse qu'un moyen du genre banc à glissières, sensiblement équivalent dans sa fonction de support de la contrepointe.
Suivant une deuxième caractéris tique secondaire, les mandrins du porte-outil d'une part sont actionnables en serrage et en desserrage par des moyens compris dans la tourelle, d'autre part peuvent prendre chacun deux positions de travail (horizontale et verticale), une position d'escamotage, et une position de chargement-déchargement, cette dernière position étant commune aux deux mandrins tandis qu'enfin un chargeur est associé à la machine-outil
Une tête porte-outil répondant aux fonctions précitées est décrite dans une demande de brevet français au nom de la Demanderesse, déposée conjointement et intitulée : "Tête d'usinage polyvalente pour machines-outils".
Suivant une disposition constructive,- les deux premières cinematiques du groupe sus-visé, à savoir l'immobilisation et la vitesse lente, mettent en oeuvre un mécanisme à roue dentée et vis tangente ; il en résulte que ces cinematiques peuvent être contrôlées de façon très précise. Suivant une autre disposition constructive le banc porte-outil comporte un premier couple de glissières parallèles à l'axe C et disposées dans un plan sensiblement horizontal ; ces premières glissières servent de guide à un premier chariot mobile horizontalement supportant une colonne à extension sensiblement verticale ; la colonne comporte un deuxième couple de glissières parallèles et disposées dans un plan perpendiculaire au plan des premières glissières et perpendiculaire à l'axe C ; ces deuxièmes glissières servent de guide à un deuxième chariot mobile verticalement ; le deuxième chariot comporte un troisième couple de glissières parallèles et disposées dans un plan perpendiculaire au plan des premières glissières, et parallèle au plan des deuxièmes, donc lui aussi perpendiculaire à l'axe C ; ces troisièmes glissières servant de guide à un troisième chariot mobile horizontalement, dit "bélier", supportant à son extrémité la tourelle porte-outil d'axe de rotation parallèle à la fois au plan des premières glissières et au plan de deuxièmes glissiàres; donc parallèle à l'axe Y.
Chacun des chariots sus-visé est mû le long de sa glissière par un mécanisme à écro et vis entrainé en rotation par un moteur de type asynchron piloté par variateur de fréquence ; la position de chaqu chariot est repérée par un dispositif de règle à vernie au 1/1000 de mm, à lecture optique par exemple ; le repérag est transmis à un processeur électronique dont le programm assure le contrôle, la commande et la coordination des mouvements des chariots ; on notera alors que dans le cas où la tourelle peut être indexée en plus de quatr positions, soit par exemple en des positions écartées d'u degré d'angle, un déplacement quasi-continu de l'outi le long de son axe de rotation est rendu possible par l coordination des mouvements des chariots, quelle que soi l'inclinaison de l'axe de l'outil dans le plan de rotatio de la tourelle. Cette disposition trouve tout son intérê en raison du fait que, comme dit plus haut, une opération d'usinage mettant en oeuvre un tel déplacement de l'outil le long de son axe de rotation, peut être exécutée entre, ou à la suite, d'autres opérations, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une reprise de la pièce.
La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une forme particulière de réalisation en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles :
- la fig.1 est une représentation en perspective d'une pièce usinée en une seule prise, par la machine-outil de l'invention,
- la fig. 1a est une représentation analogue d'un autre exemple de pièce usinée,
- la fig.2 est une perspective illustrant les principaux éléments de structure de la machine-outil, les fig.3, 4 et 5 en sont respectivement une élévation en bout, de côté et une vue partielle de dessus, la fig.6 est une élévation schématique partielle de côté, illustrant la coopération d'organes essentiels, et
- la fig.7 est une perspective illustrant la machine-outil dans son ensemble,
La fig.8 illustre de face un rideau protecteur dont est équipée la machine-outil. Sur la fig.1, une pièce de mécanique, purement imaginaire, a la forme générale d'un cylindre allongé comportant une longueur L supérieure à sa dimension transversale D ; le rapport L/D est manifestement supérieur à trois et l'usinage d'une telle pièce, surtout s'il s'agit d'un usinage précis (supérieur au dixième de millimètre) serait impossible sans l'utilisation d'une contrepointe ; à cet effet, la pièce 1 qui est prise entre les mors par son extrémité gauche sur la figure peut être maintenue à son autre extrémité par la contrepointe grâce à un trou de centrage 2 ; la pièce comporte différents usinages : une rainure hélicoïdale 3 s'étendant sur sa majeure partie depuis son extrémité, un méplat 4 percé de trous 5 perpendiculaires à 1' axe C de tournage, un épaulement 6 et un congé plan 7 raccordant le méplat à la partie du plus petit diamètre ; le congé 7 est lui-même percé d'un trou cylindrique 9 perpendiculaire au plan du congé, donc incliné sur l'axe C et décalé par rapport au plan médian du méplat. Sur la fig. la une autre pièce l' est constituée d'une partie cylindrique et d'une partie tronconique ; la partie tronconique comporte une rainure 3' ayant un plan médian 3" désaxé par rapport à l'axe 1" de la pièce. Il est tout à fait évident que de telles pièces ne pourraient être exécutées sans reprise avec les machines connues de l'art antérieur cité plus haut tandis qu'il apparaîtra à l'homme de l'art qu'elles peuvent l'être, avec la machine-outil de l'invention.
Sur la fig.2, la structure de base d' une machine-outil de l'invention, dit machine multifonctionelle, comprend un banc porte-pièce 11, dit premier, supportant une table à rainures 12 et un banc porte-outil 13, dit second, supportant un couple de premières glissières 14.
Dans la forme de réalisation, préférée, le premier banc 11 et le second banc 12 sont des éléments formés de granit ou de granit reconstitué, les glissières 14 sont réalisées en fonte et la table 12 en acier ; les bancs 11 et 13 sont assemblés par boulonnage de telle manière qu'aucun jeu ne soit possible entre eux, et ils constituent le bâti fixe de la machine-outil ; le bâti fixe supporte aussi un châssis mécano-soudé 10 qui supporte lui-même des sous-ensembles et des organes de la machine qui seront décrits plus loin.
Le banc 11 comporte une excroissance verticale 21 formant la poupée fixe des tours traditionnels, sur laquelle est monté rotatif le mandrin porte-pièce ; de l'autre côté de la poupée un espace est ménagé au-dessus du banc pour recevoir les organes de démultiplication de l'entraînement du mandrin et de son immobilisation (ces organes sont représentés par 26 sur la fig.4) ; un moteur d'entraînement 23 est esquissé fixé au socle à l'arrière des organes auxquels il est relié par une courroie 27 (fig.4). La partie du banc 11 située en regard du mandrin est évidée pour constituer une goulotte à copeaux. Une poupée mobile 25 comportant une contrepointe retractile 26 est supportée par la table 12 profitant, pour sa fixation, des rainures de cette dernière ; la poupée mobile peut être déplacée le long de la table en restant alignée sur l'axe C du mandrin 22.
Les glissières 14 servent de guide de translation à un premier chariot 31 en forme de colonne verticale pourvue d'une semelle 32 à plan allongé dans le sens des glissières ; le premier chariot 31 peut se déplacer le long de ses glissières 14 suivant une direction X parallèle à l'axe C du mandrin ; le mouvement chariot 31 est induit par la rotation d'une vis 33 portée par la semelle 32 coopérant avec un écrou 34 (fig.3) solidaire du bâti.
La colonne 31 sert, grâce à des glissières 28, de guide de translation à un deuxième chariot 35 pouvant être déplacé suivant une direction Z perpendiculaire à la direction X et perpendiculaire au plan de la table 12 ; la colonne supporte un moteur pour l'entraînement d'une vis 37 pour le déplacement du second chariot.
Le deuxième chariot 35 sert lui-même grâce à des glissières 29 de guide de translation à un troisième chariot 36 suivant un axe Y perpendiculaire à la fois à l'axe X et à l'axe Z. Le troisième chariot 36 supporte une tourelle rotative 38 dont l'axe de rotation, ou d'indexage, est parallèle à l'axe Y de translation du troisième chariot ; il supporte en outre des moyens 39 de commande des différentes manoeuvres de la tourelle, des moyens 41 de déplacement du chariot le long de l'axe Y et des moyens 42 d'entraînement en rotation des outils rotatifs ; les moyens 41 sont essentiellement constitués d'un moteur entraînant une vis portée par le troisième chariot et engrenant dans un écrou solidaire du deuxième chariot, et les moyens 42 sont essentiellement constitués d/un moteur entraînant par courroie, arbre et renvoi d'angle dans la tourelle, le mandrin porte-outil de celle-ci. Les moyens 41 et 42 relevant de l'art connu des machine-outils modernes ne seront pas plus explicitement décrits.
Les fig.3 à 5, sur lesquelles sont reportées un certain nombre de références de la figure précédente, permettent de mieux situer les différents éléments constitutifs de la machine-outil ; on remarque en outre sur ces figures la position des moyens 43 d'entraînement de la vis 33, supportés par la semelle 32 ; on y remarque aussi un changeur d'outils 45 disposé sensiblement au-dessus de l'extrémité du banc 11 à proximité d'un magasin d'outils 46 situé dans le oroloncrement du banc il ; dans l'exemple représenté sur la figure le magasin est du type à carrousel tournant autour d'un axe vertical 47, mais il pourrait aussi bien être du type à chaîne. Le changeur, dans une forme de réalisation, saisit les outils positionnés verticalement dans le magasin, et après les avoir fait pivoter de 90° les introduit horizontalement dans l'un des mandrins de la tourelle. Un convoyeur à copeaux 48 est disposé dans le prolongement des bancs 11 et 13.
Sur la fig.6, il apparaît que la table 11 peut aussi recevoir en plus de la poupée mobile un support à galets 15 destiné à soutenir l'extrémité de la pièce usinée pour le cas où des usinages tels que les trous 8 (fig.l) devraient être exécutés sur la face d'extrémité de la pièce. Dès lors la contrepointe 25 peut être utilisée pour le réglage des galets, puis être escamotée pour permettre le passage de l'outil et de la tourelle porte-outil ; cette figure illustre bien la coopération des différents moyens et dispositions entrant dans la caractéristique générale définie plus haut.
Sur la fig.7, on remarque plus particulièrement un pupitre de commandes 50 comprenant des claviers tels que 51 et un écran cathodique tel que 52, ce pupitre étant disposé contre la face avant de la machine-outil sensiblement en regard de la poupée mobile. Le pupitre 53 est supporté par un mécanisme de bras articulés 55 leur permettant d'être placés (flèche 56) dans n'importe quelle position pratique devant le compartiment d'usinage.
Sur la fig.8, mais également sur les fig.3, 4, 5 et 7, un trait mixte 49 symbolise une cloison qui sépare un premier compartiment d'usinage situé grosso modo au-dessus du premier banc 8, d'un second compartiment dans lequel sont disposés les moteurs et leurs accessoires de contrôle (règle à vernier) de commande, de lubrification, etc.. Cette cloison comporte dans sa partie longitudinale et sensiblement dans le plan d'appui du premier banc contre le second, un rideau à lames verticales 53 et horizontales 54 entourant le troisième chariot, ou bélier, 36 ; les lames, montées glissantes les unes sur les autres, autorisent le déplacement triaxial du bélier, tout en assurant la séparation des deux compartiments. Cette disposition de cloison évite que des copeaux ou autres particules ne pénètrent dans le premier compartiment pour y entraver le fonctionnement des organes sensibles qu'il contient.
Bien que la commande de la machine-outil ne rentre pas dans le champs de la présente invention, on notera cependant que cette commande est avantageusement de type numérique et qu'elle peut procéder de l'exécution d'une série de programmes élémentaires comportant des paramètres non définis représentant les cotes et les conditions d'usinage (vitesses de déplacement, vitesses de rotation, type d'outils, etc..) ; la machine-outil comporte donc des moyens d'introduction de ces paramètres ; elle comporte aussi des moyens de commande du déplacement linéaire de l'outil et/ou de rotation du porte-pièce, à la volonté de l'utilisateur ; elle comporte enfin des moyens de mémorisation des opérations volontaires ou programmées, effectuées durant la période de mémorisation.
Bien que l'on ait décrit et précisé une combinaison optimale de différentes caractéristiques de la machine-outil de l'invention et que l'on en ait représenté et décrit une forme particulière de réalisation, il doit être compris que ces caractéristiques pourraient être combinées différemment et que d'autres formes de réalisation de machines-outils combinant autrement ces caractéristiques doivent être comprises comme entrant dans le champ de la présente invention.
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Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1.- Machine-outil destinée à l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux, du genre de machine-outil constituée essentiellement d'un porte-pièce rotatif et d'un porte-outil mobile par rapport à la pièce suivant trois axes orthogonaux, le porte-pièce et le porte-outil étant supportés par un bâti commun, caractérisé : par la combinaison des trois dispositions suivantes :
- le porte-pièce (22) est rotatif autour d'un axe (C) dit de tournage horizontal et parallèle à l'un (Y) desdits trois axes orthogonaux (X,Y,Z), ledit axe (C) surplombant une table (12) dont la face supérieure plane est parallèle au dit axe de tournage (C) et comporte des moyens de fixation d'un ou plusieurs moyens de support et/ou de centrage (15,24),
- le porte-outil (38) comporté deux mandrins de serrage, l'un pour un outil fixe, l'autre pour un outil rotatif,
- le porte-pièce est en relation avec des moyens d'entraînement (23,25) lui conférant l'une des trois cinematiques du groupe de cinematiques suivant : l'immobilisation en une position angulaire déterminée, une vitesse de rotation dite lente pour des opérations de fraisage non parallèle à l'axe (C) et une vitesse dite élevée pour le tournage ;
2.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce que le porte-outil est une tourelle rotative (38) indexable en au moins quatre positions ;
3.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce que ladite vitesse de rotation lente est comprise entre 10-2 et 10 tours/min, et en ce que ladite vitesse rapide est d'environ 10-3 fois la vitesse de rotation lente ;
4.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce. que lesdits moyens de centrage sont constitués par la contrepointe (26) d'une poupée mobile fixable sur ladite table ;
5.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce que lesdits moyens de support sont constitués par un support (15) en galet fixable sur la table ;
6.- Machine-outil selon la revendication 2, caractérisée : en ce que les mandrins du porte-outil sont actionnables en serrage et en desserrage par des moyens compris dans la tourelle, en ce que chacun des deux mandrins peut prendre deux positions de travail (horizontale et verticale), une position d'escamotage, et une position de chargement-déchargement, cette dernière position étant commune aux deux mandrins, et en ce qu'un chargeur (46) est associé à la machine-outil, d'où il résulte qu'un grand nombre d'outils fixes ou rotatifs peut être utilisé par la machine-outil pour l'exécution d'une même pièce ;
7.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce que les deux premières cinematiques du groupe, à savoir l'immobilisation et la vitesse lente mettent en oeuvre un mécanisme à roue dentée et vis, d'où il résulte que ces cinématiques peuvent être contrôlées de façon très précise ;
8.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée : en ce Que le bâti comorend un banc dit porte-pièce (11) et un banc dit porte-outil (13), constitué l'un et l'autre d'une matière du groupe comprenant le granit et le granit reconstitué ;
9.- Machine-outil selon la revendication 8, caractérisée : en ce que le banc porte-outil
(13) comporte un couple de premières glissières (14) parallèles à l'axe C et disposées dans un plan sensiblement horizontal, lesdites premières glissières servant de guide à un premier chariot (31,32) mobile horizontalement comprenant une semelle (32) à plan allongé et une colonne (31) à extension verticale, en ce que la colonne (31) comporte un couple de deuxièmes glissières (28) parallèles à l'axe Z et disposées dans un plan perpendiculaire au plan desdites premières glissières, et perpendiculaire à l'axe C, lesdites deuxièmes glissières servant de guide à un deuxième chariot (35) mobile verticalement, et en ce que le deuxième chariot comporte un couple de troisième glissières parallèles à l'axe Y et disposées dans un plan perpendiculaire au plan des premières glissières et parallèle au plan des deuxièmes glissières, donc perpendiculaire à l'axe C, les troisièmes glissières servant de guide à un troisième chariot (36), mobile horizontalement dit "bélier", et supportant à son extrémité le porte-outil ;
10.- Machine-outil selon les revendications 2 et 9, caractérisée : en ce que l'axe de rotation, ou d'indexage, de la tourelle porte-outil est un axe parallèle au plan des premières glissières et au plan des deuxièmes glissières, donc parallèle à l'axe Y ;
11.- Machine-outil selon la revendication 9, caractérisée : en ce que : - le premier chariot (31,32) est mû par une vis (33) engrenant dans un écrou (34), la vis étant supportée par le premier chariot et l'ecrou étant solidaire du bâti, - le deuxième chariot (35) est mû par une vis (37) supportée par la colonne (31), la vis engrenant dans un écrou solidaire du deuxième chariot,
- le troisième chariot (36) est mû par une vis supportée par lui-même et engrenant dans un écrou solidaire du deuxième chariot, et en ce que les vis sont entraînés en rotation chacune par un moteur asynchrone piloté par variateur de fréquence ; 12.- Machine-outil selon la revendication 11, caractérisée : en ce que la position de chaque chariot (32,35,36) est repérée par un dispositif de règle à vernier ;
13.-Machine-outil selon la revendication 9, caractérisée : en ce qu'une cloison (49) sépare un premier compartiment dit d'usinage situé au-dessus du premier banc (11), d'un second compartiment dans lesquels sont disposés des organes sensibles, et en ce que ladite cloison comprend dans sa partie longitudinale un rideau à lames (53) et à lames horizontales (54) entourant le bélier (36), lesdites lames étant montées coulissantes les unes sur les autres pour autoriser le mouvement triaxial du bélier.
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