FR2496532A1 - Machine tool with automatic tool change - has spindle key engaging in tool groove and rotary tool support - Google Patents
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- B23Q3/15713—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools a transfer device taking a single tool from a storage device and inserting it in a spindle
Abstract
Description
La présente invention concerne une machine-outil à changement automatique d'outil, pouvant provoquer la mise en coopération d'une clavette d'une broche et d'une rainure d'un outil ou d'un support d'outil sans que la rotation de la broche soit interrompue. The present invention relates to a machine tool with automatic tool change, which can cause the keying of a spindle to co-operate with a groove of a tool or a tool holder without the rotation of the spindle is interrupted.
Habituellement, une clavette et une rainure sont formées sur une broche et un outil respectivement de manier que la force de rotation d'une broche soit transmise positivement à un outil qui y est introduit. Lorsque la clavett doit pénétrer dans la rainure, la broche est arrêtée à une position angulaire prédéterminée si bien que le temps de changement d'outil est allongé. Usually, a key and a groove are formed on a spindle and a tool respectively so that the rotational force of a spindle is positively transmitted to a tool which is introduced therein. When the key is to enter the groove, the spindle is stopped at a predetermined angular position so that the tool change time is extended.
Ainsi, il est très efficace de réduire le temps de changement d'outil sans arrêter la rotation de la broche à une position angulaire prédéterminée. Thus, it is very effective to reduce the tool change time without stopping the rotation of the spindle at a predetermined angular position.
D'autre part, l'outil a deux rainures ayant des positions diamétralement opposées et ainsi le maintien d'un coopération constante par cônes entre la broche et l'outil nécessite l'introduction de la clavette de la broche dans une rainure prédéterminée de l'outil. L'opération peut être réalisée par conservation des outils à des emplacements angl laires prédéterminés dans un magasin, par transport de l'ou til du magasin à la broche par un bras de changement d'outil lorsque l'outil est serré dans une position angulaire prédé terminée, et par introduction de la clavette de la broche dans la rainure de l'outil à la suite d'un signal confirmant que la broche a atteint une position angulaire prédéterminée. On the other hand, the tool has two grooves having diametrically opposite positions and thus the maintenance of constant cooperation by cones between the spindle and the tool requires the introduction of the pin of the spindle into a predetermined groove of the 'tool. The operation can be carried out by keeping the tools at predetermined English locations in a magazine, by transporting the tool from the magazine to the spindle by a tool changing arm when the tool is clamped in an angular position. finished, and by inserting the spindle key into the groove of the tool following a signal confirming that the spindle has reached a predetermined angular position.
Cependant, l'outil serré par le bras de changement d'outil est entraîné en rotation avec la broche au moment où la clavette de celle-ci pénètre dans la rainure si bien que le bras doit serrer l'outil d'une manière qui permette la rotation forcée de l'outil. D'autre part, le bras de chan gement d'outil doit serrer ce dernier à une position angulaire prédéterminée, en transportant l'outil du magasin à la broche. En particulier, cette caractéristique s'applique à un outil de perçage de grand diamètre, ayant un organe de coupe qui dépasse radialement et à l'utilisation d'un appareil à broche multiple avec une masse excentrique. However, the tool clamped by the tool changing arm is driven in rotation with the spindle at the moment when the key of the latter enters the groove so that the arm must tighten the tool in a way that allows forced rotation of the tool. On the other hand, the tool changing arm must clamp the tool to a predetermined angular position, by transporting the tool from the magazine to the spindle. In particular, this characteristic applies to a drilling tool of large diameter, having a cutting member which protrudes radially and to the use of a multiple spindle device with an eccentric mass.
L'invention concerne une machine-outil perfectionnée à changement automatique d'outil, dans laquelle un dispositif de maintien d'angle est disposé sur un support d'outil afin qu'il coopère avec une rainure d'un outil porté par le support afin que l'outil garde une position angulaire prédéterminée, le dispositif pouvant se déplacer afin qu'il guide la rainure lorsque l'outil porté par le support est entraîné en rotation par la broche. The invention relates to an improved machine tool with automatic tool change, in which an angle-holding device is arranged on a tool support so that it cooperates with a groove of a tool carried by the support in order that the tool keeps a predetermined angular position, the device being able to move so that it guides the groove when the tool carried by the support is rotated by the spindle.
L'invention concerne une machine-outil à changement automatique d'outil du type indiqué précédemment, dans laquelle une clavette mobile, constituant un dispositif de maintien d'angle placé sur un bras de changement d'outil, est bloquée par un dispositif convenable afin qu'elle reste en prise avec la rainure de l'outil porté par le bras au moins lorsque le bras est en position en retrait par rapport à la broche. The invention relates to a machine tool with automatic tool change of the type indicated above, in which a movable key, constituting an angle holding device placed on a tool change arm, is locked by a suitable device in order to that it remains in engagement with the groove of the tool carried by the arm at least when the arm is in the recessed position relative to the spindle.
En résumé, l'invention concerne une machine-outil à changement automatique d'outil ayant une broche supportée afin qu'elle puisse tourner et capable de loger un outil à une extrémité, comme indiqué dans la suite du présent mémoire. Une clavette est montée à une première extrémité de la broche et une rainure est formée sur l'outil. Un dispositif de commande, lorsqu'il reçoit un ordre de changement d'outil, fait tourner la broche à une vitesse prédéterminée convenant à l'introduction de la clavette dans la rainure. In summary, the invention relates to a machine tool with automatic tool change having a spindle supported so that it can rotate and capable of housing a tool at one end, as indicated in the remainder of this specification. A key is mounted at a first end of the spindle and a groove is formed on the tool. A control device, when it receives a tool change command, rotates the spindle at a predetermined speed suitable for the introduction of the key into the groove.
Un dispositif assure le support d'au moins un outil afin qu'il puisse tourner. Un dispositif de maintien d'angle est disposé sur le dispositif de support d'outil afin qu'il coopère avec la rainure de l'outil porté par le dispositif de support et le maintienne à une position angulaire prédéter- minée. Le dispositif de maintien d'angle est mobile afin qu'il puisse se séparer de la rainure lorsque l'outil porté par le dispositif de support est entraîné en rotation par la broche du fait de la coopération de la clavette et de la rainure. Un dispositif de mise en action provoque un dé placement relatif du dispositif d'outil et de la broche afi que l'outil soit sélectivement introduit dans la broche et retiré de celle-ci tout en tournant à une vitesse prédéterminée.A device supports at least one tool so that it can rotate. An angle holding device is arranged on the tool support device so that it cooperates with the groove of the tool carried by the support device and maintains it at a predetermined angular position. The angle-holding device is movable so that it can separate from the groove when the tool carried by the support device is rotated by the spindle due to the cooperation of the key and the groove. An actuating device causes a relative displacement of the tool device and the spindle so that the tool is selectively introduced into the spindle and withdrawn therefrom while turning at a predetermined speed.
Selon l'invention, le dispositif de maintien d'an gle du support d'outil permet la rotation de celui-ci lors de la coopération de la rainure avec la clavette de la broc
De cette manière, les opérations de changement d'outil peuvent être exécutées alors que la broche tourne si bien que le temps de changement d'outil est avantageusement raccourci.According to the invention, the anchor holding device of the tool support allows the rotation of the latter during the cooperation of the groove with the pitcher key.
In this way, the tool change operations can be performed while the spindle is rotating so that the tool change time is advantageously shortened.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une clavette mobile constituant un dispositif de maintien d'angle placé sur un bras de changement d'outil, est bloquée par un dispositif qui assure le maintien en coopération avec la rainure de l'outil porté par le bras au moins pendant que celui-ci est en position en retrait par rapport à la broche. Ainsi, le déplacement angulaire de l'outil par rapport au bras peut être évité car il pourrait être provoqué par la rotation de transfert d'outil du bras de changement. According to another characteristic of the invention, a movable key constituting an angle holding device placed on a tool changing arm, is blocked by a device which ensures the holding in cooperation with the groove of the tool carried by the arm at least while the latter is in the recessed position relative to the spindle. Thus, the angular displacement of the tool relative to the arm can be avoided because it could be caused by the tool transfer rotation of the change arm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'ìnven tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une élévation frontale représentant une tête porte-broche et un appareil de changement autc matique d'outil selon l'invention
la figure 2 est une coupe agrandie suivant la ligr Il-Il de la figure 1
la figure 3 est une coupe agrandie suivant la ligr 111-111 de la figure 2
la figure 4 est une coupe agrandie suivant la ligr
IV-IV de la figure i
la figure 5 est une élévation agrandie d'un -bras de changement d'outil, dans la direction de la flèche V de la figure 4
la figure 6 est une élévation agrandie en coupe partielle d'un dispositif d'arrêt représenté sur la figure 4
la figure 7 est une coupe suivant la ligne Vil-Vil de la figure 6
la figure 8 est un diagramme synoptique d'un circuit de commande électrique d'un moteur d'entratnement de broche ;
la figure 9 est une coupe représentant la relation dimensionnelle entre une clavette d'une broche et une rainure d'un outil
la figure 10 est une coupe partielle d'un autre mode de réalisation de bras de changement d'outil ; et
la figure il est une coupe suivant la ligne
XI-XI de la figure 10.Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the description which follows of embodiments and with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a front elevation showing a spindle head and an automatic tool change apparatus according to the invention
Figure 2 is an enlarged section along the line Il-Il of Figure 1
Figure 3 is an enlarged section along ligr 111-111 of Figure 2
Figure 4 is an enlarged section along the ligr
IV-IV of figure i
Figure 5 is an enlarged elevation of a tool change arm, in the direction of arrow V in Figure 4
Figure 6 is an enlarged elevation in partial section of a stop device shown in Figure 4
Figure 7 is a section along the line Vil-Vil of Figure 6
Figure 8 is a block diagram of an electrical control circuit of a spindle drive motor;
Figure 9 is a section showing the dimensional relationship between a key of a spindle and a groove of a tool
FIG. 10 is a partial section of another embodiment of the tool changing arm; and
the figure it is a section along the line
XI-XI of figure 10.
Sur les dessins sur lesquels les références identiques désignent des éléments analogues ou correspondants et plus précisément sur la figure 1, une tête 10 de support de broche est guiddesur des glissières 12 formées sur une colonne verticale non reprdsentde afin qu'elle puisse coulisser verticalement et supporter une broche verticale 11 de ma nière qu'elle puisse tourner. La figure 1 représente la tête 10 dans sa position supérieure e: < trême, dans laquelle une opération de changement outil est exécutée. La référence 13 désigne un bras de changement d'outil ayant des dispositifs de serrage d'outil à ses extrémités opposées afin qu'il constitue un dispositif de support d'outil. Le bras 13 est mobile parallèlement à l'axe de la broche il et peut tourner autour d'un axe vertical. Un magasin 15 d'outil est supporté afin qu'il puisse tourner et porte lui-même plusieurs logements 16 d'outil à sa périphérie. Chaque logement 16 supporte temporairement un outil T et peut être mis en position repérée C de changement d'outil dans laquelle le lo gement repéré 16 pivote d'une position horizontale repré sentée en trait plein à une position verticale représentée en traits mixtes de manière que le bras 13 puisse, échanger les outils entre la broche 11 et le logement 16 orienté verticalement.Chaque logement 16 du magasin 15 a un axe 19 d'enclenchement destiné à coopérer avec une rainure 18 formée sur chaque outil T avec un certain jeu afin que le sens de déplacement de la rainure 18 de l'outil T placé dans le logement 16 soit limité à une étendue angulaire prédéterminée. In the drawings in which the identical references designate similar or corresponding elements and more specifically in FIG. 1, a spindle support head 10 is guided on slides 12 formed on a vertical column not shown so that it can slide vertically and support a vertical spindle 11 so that it can rotate. FIG. 1 represents the head 10 in its upper position e: <treme, in which a tool change operation is carried out. Reference 13 designates a tool changing arm having tool clamps at its opposite ends so that it constitutes a tool support device. The arm 13 is movable parallel to the axis of the spindle 11 and can rotate around a vertical axis. A tool magazine 15 is supported so that it can rotate and itself carries several tool housings 16 at its periphery. Each housing 16 temporarily supports a tool T and can be placed in the position marked C for tool change in which the housing marked 16 pivots from a horizontal position shown in solid lines to a vertical position shown in dashed lines so that the arm 13 can exchange the tools between the spindle 11 and the vertically oriented housing 16. Each housing 16 of the magazine 15 has a latching axis 19 intended to cooperate with a groove 18 formed on each tool T with a certain clearance so that the direction of movement of the groove 18 of the tool T placed in the housing 16 is limited to a predetermined angular extent.
La figure 2 représente en détail la construction de la tête 12 et la broche 11,supportée par un bottier 20 afin qu'elle puisse tourner,a un trou conique lia de logement d'outil à son extrémité inférieure, et un alésage llb qui traverse et qui est relié au trou conique lia. Dans l'a alésage llb, un organe 21 d'enclenchement élastique peut coo pérer avec une tige 17 de traction dépassant d'une extrémit d'un outil T logé dans le trou lia ; l'alésage 71b contient aussi une tige 22 de traction dont l'extrémité avant est fixée à l'organe 21 d'enclenchement élastique et dont l'ex- trémité arrière dépasse à l'arrière de la broche 11, et un jeu de rondelles élastiques 23 repoussant la tige 22 vers l'arrière par rapport à la broche 11 de manière qu'elles forment un dispositif de serrage de l'outil T sur la broche 11. Un vérin 24 de desserrage est placé en face de l'extrémité arrière de la tige 22 et a une tige 25 de piston qui supporte un organe 26 de butée qui peut y tourner, à l'extrémité avant, par l'intermédiaire d'un palier de butée 27. Figure 2 shows in detail the construction of the head 12 and the spindle 11, supported by a case 20 so that it can rotate, has a conical hole 11a of tool housing at its lower end, and a bore llb which passes through and which is connected to the conical hole 11a. In the bore llb, an elastic engagement member 21 can co-operate with a pull rod 17 projecting from one end of a tool T housed in the hole 11a; the bore 71b also contains a traction rod 22 the front end of which is fixed to the elastic engagement member 21 and the rear end of which protrudes behind the spindle 11, and a set of washers elastic 23 pushing the rod 22 backwards with respect to the spindle 11 so that they form a device for tightening the tool T on the spindle 11. A release cylinder 24 is placed opposite the rear end of the rod 22 and has a piston rod 25 which supports a stop member 26 which can rotate there, at the front end, by means of a stop bearing 27.
Lorsque la tige 22 est repoussée contre les ressorts 23 par l'organe 26, l'outil T est desserré dans la broche il. Un pignon 28 est fixé sur la broche 11 et est raccordé par un pignon coulissant 30 de transmission et un pignon 29 d'entraînement à un arbre 32 de sortie d'un moteur 31 d'entrainement de broche monté à l'extrémité supérieure de la tête 10. Le moteur 31 est entrainé à une vitesse qui dépend d'un ordre de vitesse de rotation transmis par une commande numé rique NC ainsi qu'à une faible vitesse prédéterminée à la suite d'un ordre de changement d'outil comme décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire.When the rod 22 is pushed against the springs 23 by the member 26, the tool T is loosened in the spindle 11. A pinion 28 is fixed on the spindle 11 and is connected by a sliding pinion 30 for transmission and a pinion 29 for driving to an output shaft 32 of a motor 31 for spindle drive mounted at the upper end of the head 10. The motor 31 is driven at a speed which depends on a rotational speed command transmitted by a digital command NC as well as at a predetermined low speed following a tool change command as described in more detail later in this memo.
Une clavette 35 est montée à l'extrémité avant de la broche 11 et est destinée à coopérer avec l'une ou l'autre des rainures 18 formées sur une bride, non référence d'un outil T. La largeur Q1 de la clavette 35 est légèrement inférieure à la largeur 2 de la rainure 18 comme indiqué sur la figure 9. En outre, un taquet 33 est fixé à l'extrémité arrière de la broche 11 comme indiqué sur les figures 2 et 3. Un commutateur 34 de proximité, commandé par le taquet 33, est fixé à la tête 10. Le changement du signal du commutateur 34 de l'ouverture à la Eermeture rend possible la détection de la disposition de la broche 11 à une position angulaire prédéterminée. A key 35 is mounted at the front end of the pin 11 and is intended to cooperate with one or the other of the grooves 18 formed on a flange, not reference to a tool T. The width Q1 of the key 35 is slightly less than the width 2 of the groove 18 as shown in FIG. 9. In addition, a cleat 33 is fixed to the rear end of the pin 11 as shown in FIGS. 2 and 3. A proximity switch 34, controlled by the cleat 33, is fixed to the head 10. The change of the signal from the switch 34 from the opening to the Eermeture makes it possible to detect the arrangement of the pin 11 at a predetermined angular position.
Comme l'indique la figure 4 qui représente en détail la construction du bras 13 et un dispositif d'entrane- ment, un arbre 41 de support est lui-même porté par un corps 40 de manière qu'il puisse tourner et se déplacer axialement
L'arbre 41 a, à son extrémité inférieure, un bras 13 de changement d'outil dont les extrémités opposées ont deux dispositifs circulaires 13a et 13b de serrage d'outil, ayant des orifices semi-circulaires symétriques par rapport à l'axe de l'arbre 41 et destinés à coopérer avec la bride 37 de chaque outil T.Un plongeur 43 qui supporte un galet 42 qui peut tourner, à une première extrémité, est destiné à empêcher la chute d'un outil T du dispositif de serrage 13a ou 13b, et est guidé à chaque extrémité du bras 13, afin qu'il puisse se déplacer en direction sensiblement radiale et qu'il soit repoussé vers l'extérieur par un ressort non représenté. Ce ressort est calibré de manière que, lorsque le bras 13 tourne pour serrer ou libérer les outils portés dans la broche 11 et le logement 16, en position verticale, le plongeur 43 se déplace vers l'intérieur et permette un tel serrage ou une telle libération de l'outil alors que, lorsque les outils sont retenus par les dispositifs 13a et 13b de serrage du bras 13, le galet 42 est repoussé vers l'outil T et empêche la chute de l'outil tout en permettant sa rotation par friction.As shown in Figure 4 which shows in detail the construction of the arm 13 and a drive device, a support shaft 41 is itself carried by a body 40 so that it can rotate and move axially
The shaft 41 has, at its lower end, a tool changing arm 13, the opposite ends of which have two circular tool clamping devices 13a and 13b, having semicircular orifices symmetrical with respect to the axis of the shaft 41 and intended to cooperate with the flange 37 of each tool T. A plunger 43 which supports a roller 42 which can rotate, at a first end, is intended to prevent the fall of a tool T from the clamping device 13a or 13b, and is guided at each end of the arm 13, so that it can move in a substantially radial direction and that it is pushed outwards by a spring not shown. This spring is calibrated so that, when the arm 13 rotates to clamp or release the tools carried in the spindle 11 and the housing 16, in the vertical position, the plunger 43 moves inward and allows such clamping or such release of the tool when, when the tools are retained by the devices 13a and 13b for clamping the arm 13, the roller 42 is pushed back towards the tool T and prevents the tool from falling while allowing its rotation by friction .
Une clavette mobile 37 est portée par un axe 38 afin qu'elle puisse tourner, dans chacun des dispositifs 13a et 13b de serrage comme représenté sur la figure 5, et elle est repoussée par un ressort 39 afin que sa première extrémité, destinée à coopérer avec la rainure 18 de l'outil T, puisse dépasser, dans l'orifice semi-circulaire de chacun des dispositifs 13a et 13b. La force exercée par le ressort 39 est choisie de manière que la première extrémité de la clavette 37 reste en coopération avec la rainure 18 de l'outil T sans venir en retrait dans le dispositif 13a (ou 13b) de serrage même lorsque la rotation du bras 13 provoque la rotation forcée de chacun des outils T par rapport à lui.Cependant, des chanfreins sont formés aux bords de la première extrémité de la clavette mobile 37 et, lorsque l'outil T est entraîné en rotation par la broche 11, du fait de la coopération de la clavette 35 et de la rainurez 18, la première extrémité de la clavette 37 doit venir en retrait dans le dispositif 13a (ou 13b) de serrage malgré la force exercée par le ressort 39 si bien que l'outil T peut tourner dans le dispositif 13a (ou 13b). A movable key 37 is carried by an axis 38 so that it can rotate, in each of the clamping devices 13a and 13b as shown in FIG. 5, and it is pushed back by a spring 39 so that its first end, intended to cooperate with the groove 18 of the tool T, can protrude into the semi-circular orifice of each of the devices 13a and 13b. The force exerted by the spring 39 is chosen so that the first end of the key 37 remains in cooperation with the groove 18 of the tool T without coming back into the clamping device 13a (or 13b) even when the rotation of the arm 13 causes the forced rotation of each of the tools T with respect to it. However, chamfers are formed at the edges of the first end of the movable key 37 and, when the tool T is rotated by the spindle 11, of the made of the cooperation of the key 35 and the groove 18, the first end of the key 37 must come back into the clamping device 13a (or 13b) despite the force exerted by the spring 39 so that the tool T can rotate in the device 13a (or 13b).
L'arbre 41 de support comporte, dans sa partie intermédiaire, un piston 45 qui peut coulisser dans un cylindre 44 formé dans le corps 40. La transmission sélective d'un fluide sous pression dans les chambres supérieure et inférieure du cylindre 44 provoque un déplacement vertical du bras 13 de changement d'outil qui peut ainsi introduire les outils T et les retirer. L'arbre 41 porte, à son extrémité supérieure, un pignon allongé 53 qui est en prise avec une barre 46 portant une crémaillère. Cette barre 46 est raccordée d une tige 47 d'un piston 49 d'un vérin hydre lique 48 capable de prendre quatre positions. Le piston 49 peut coulisser dans un cylindre interne 50 qui peut luimême coulisser dans un cylindre externe 51. Lorsque le cylindre interne 50 se déplace par rapport au cylindre exterr 51, le déplacement relatif du piston 49 et du cylindre 50 étant empêché, le bras 13 tourne entre une position de préparation représentée en traits pleins sur la figure 1 et une position de serrage d'outil représentée en traits mixtes afin que les outils soient saisis ou libérés. Lorsque le piston 49 se déplace par rapport au cylindre interne 50 qui ne peut pas se déplacer par rapport au cylindre externe 51, dans la position extrême droite ou gauche, le bras 13 tourne de 1800 afin qu'il assure le changement des outils. The support shaft 41 has, in its intermediate part, a piston 45 which can slide in a cylinder 44 formed in the body 40. The selective transmission of a pressurized fluid in the upper and lower chambers of the cylinder 44 causes displacement vertical of the tool change arm 13 which can thus introduce the tools T and withdraw them. The shaft 41 carries, at its upper end, an elongated pinion 53 which is engaged with a bar 46 carrying a rack. This bar 46 is connected to a rod 47 of a piston 49 of a hydraulic cylinder 48 capable of taking four positions. The piston 49 can slide in an internal cylinder 50 which can itself slide in an external cylinder 51. When the internal cylinder 50 moves relative to the external cylinder 51, the relative movement of the piston 49 and of the cylinder 50 being prevented, the arm 13 rotates between a preparation position shown in solid lines in Figure 1 and a tool clamping position shown in broken lines so that the tools are gripped or released. When the piston 49 moves relative to the internal cylinder 50 which cannot move relative to the external cylinder 51, in the extreme right or left position, the arm 13 rotates 1800 so that it changes the tools.
Un support 65 représenté sur les figures 6 et 7 plus en détail, est fixé à la partie supérieure du corps 40 et un support 66 de bielle qui est fixé au-dessus de l'arbre 41. Ce support 66 a un axe fixe 67 qui lui est fixé horizontalement à sa partie supérieure, et une gorge allongée verticalement 66a, formée à sa partie inférieure. L'axe fixe 67 supporte une première extrémité d'une première bielle 68 qui peut y tourner. Un axe mobile 70 est fixé horizontalement à une première extrémité d'une seconde bielle 69 peut coulisser en direction axiale par rapport à l'arbre 41 dans la gorge 66a. Un axe 71 de raccordement supporte les autres parties d'extrémité des bielles 68, 69 afin que la distance comprise entre les axes 67 et 70 puisse varier.Un galet 72, pouvant coopérer avec l'extrznité supérieure de l'arbre 41, est supporté par une partie intermédiaire de l'axe 70 afin qu'il puisse tourner. A support 65 shown in FIGS. 6 and 7 in more detail is fixed to the upper part of the body 40 and a support 66 for a connecting rod which is fixed above the shaft 41. This support 66 has a fixed axis 67 which it is fixed horizontally at its upper part, and a vertically elongated groove 66a, formed at its lower part. The fixed axis 67 supports a first end of a first connecting rod 68 which can rotate there. A movable axis 70 is fixed horizontally to a first end of a second connecting rod 69 can slide in the axial direction relative to the shaft 41 in the groove 66a. A connecting pin 71 supports the other end parts of the connecting rods 68, 69 so that the distance between the axes 67 and 70 can vary. A roller 72, capable of cooperating with the upper end of the shaft 41, is supported by an intermediate part of the axis 70 so that it can rotate.
Ainsi, lorsque la première et la seconde bielles 68, 69 sont sous forme plize comme indiqué en trait plein sur la figure 6, l'arbre 41 peut remonter vers la position supérieure dans laquelle le piston 45 vient au contact de la paroi supérieure d'extrémité du cylindre 44 mais, lorsqu'elles sont alignées comme indiqué en traits mixtes sur la figure 6, l'arbre 41 ne peut pas remonter au-delà de la position intermédiaire qui se trouve au-dessous de la position supérieure à une distance prédéterminée S étant donné la coopération du galet 72 avec l'extrémité supérieure de l'arbre 41. La position intermédiaire est réglée de manière que la bride de l'outil T serrée dans le bras 13 soit séparée de la clavette 35 de la broche il d'une distance prédéterminée Aa comme indiqué sur la figure 9.Un commutateur 74 de limite est monté sur le support 65 et est commandé par un taquet 73 fixé à l'arbre 41 afin que l'arrêt de l'arbre 41 en position intermédiaire soit confirmé. De plus, un 61ec- tro-aimant 75 ayant une tige 76 de commande est fixé au support 65, une extrémité de la tige étant raccordée par une bielle 78 à une première extrémité d'une bielle 77 qui est fixée à la seconde bielle 69. L'autre extrémité de la bielle 77 est tirée vers le haut par un ressort 79 de traction fixi au support 65 afin qu'il tende à aligner les deux bielles 68 et 69. En outre, lorsque l'électro-aimant 75 est commandé afin qu'il maintienne la tige 76 en position supérieure représentée en trait plein sur la figure 6, les deux bielle 68, 69 restent en position pliée malgré la force exercée par le ressort 79.En conséquence, l'électro-aimant 75 constitue un dispositif destiné à interrompre le fonctionnement précité du dispositif d'arrêt. Thus, when the first and second connecting rods 68, 69 are in ply form as shown in solid lines in FIG. 6, the shaft 41 can rise to the upper position in which the piston 45 comes into contact with the upper wall of end of the cylinder 44 but, when they are aligned as shown in dashed lines in FIG. 6, the shaft 41 cannot go back beyond the intermediate position which is below the upper position at a predetermined distance S given the cooperation of the roller 72 with the upper end of the shaft 41. The intermediate position is adjusted so that the flange of the tool T clamped in the arm 13 is separated from the key 35 of the spindle il 'A predetermined distance Aa as shown in Figure 9. A limit switch 74 is mounted on the support 65 and is controlled by a cleat 73 fixed to the shaft 41 so that the stop of the shaft 41 in the intermediate position is confirmed. In addition, a 61-electromagnet 75 having a control rod 76 is fixed to the support 65, one end of the rod being connected by a connecting rod 78 to a first end of a connecting rod 77 which is fixed to the second connecting rod 69 The other end of the connecting rod 77 is pulled upwards by a tension spring 79 fixed to the support 65 so that it tends to align the two connecting rods 68 and 69. Furthermore, when the electromagnet 75 is controlled so that it maintains the rod 76 in the upper position shown in solid lines in FIG. 6, the two connecting rods 68, 69 remain in the folded position despite the force exerted by the spring 79. Consequently, the electromagnet 75 constitutes a device for interrupting the above operation of the stop device.
Sur la figure 8, le moteur 31 d'entratnement de la broche est commandé afin qu'il tourne à une vitesse qui dépend de l'un des divers outils introduits dans la broche 11. Lorsqu'un ordre de vitesse de rotation (code S) est tra mis par la commande numérique NC à un registre 80, l'ordre de vitesse est transformé par un convertisseur analogiquenumérique 81 en une tension correspondante qui est ellemême appliquée sous forme d'une tension de commande de vitesse à un circuit 83 d'excitation de moteur par l'intermédiaire d'une amplificateur 82. La vitesse réelle de rotation du moteur 31 est détectée par un détecteur 84 et la vitesse réelle détectée est renvoyée au circuit 83. Ainsi, la vitesse de rotation du moteur 31 est commandée de manière que la vitesse détectée soit égale à la vitesse commandée.Lors qu'un moteur continu est utilisé comme moteur 31, un dispositif à thyristor "Leonard" est utilisé comme circuit 83 d'excitation. Lorsque le moteur 31 est de type alternatif, un dispositif convertisseur à fréquence variable constitue le circuit 83 d'excitation. In FIG. 8, the motor 31 for driving the spindle is controlled so that it rotates at a speed which depends on one of the various tools introduced into the spindle 11. When an order of rotation speed (code S ) is transmitted by digital control NC to a register 80, the speed command is transformed by an analog-digital converter 81 into a corresponding voltage which is itself applied in the form of a speed control voltage to a circuit 83 of motor excitation via an amplifier 82. The actual speed of rotation of the motor 31 is detected by a detector 84 and the actual speed detected is returned to the circuit 83. Thus, the speed of rotation of the motor 31 is controlled by so that the detected speed is equal to the commanded speed. When a continuous motor is used as motor 31, a "Leonard" thyristor device is used as excitation circuit 83. When the motor 31 is of the AC type, a variable frequency converter device constitutes the excitation circuit 83.
La réalisation d'une opération de changement d'ou til nécessite la réduction de la vitesse de rotation de la broche 11 d'une valeur qui dépend de l'outil particulier, à une faible vitesse prédéterminée, par exemple quelques dizaines de tours par minute. Un dispositif 82 de préréglag de l'ordre de faible vitesse prédéterminée est relié au con vertisseur 81 par un circuit 86 de commutation. Lorsqu'une commande numérique NC crée un ordre MO6 de changement d'outil, le circuit 86 transmet, à la place de l'ordre de vitesse de rotation indiqué dans le registre 80, l'ordre de faible vitesse prédéterminée établi dans le dispositif 85, au convertisseur numérique-analogique 81. En conséquence, le circuit 83 règle la rotation du moteur 31 de manière que la broche il tourne à la faible vitesse réglée.Lorsque la coopération de la rainure 18 de l'outil T et de la clavette 35 est confirmée par un commutateur de limite (non représenté) qui coopère avec un taquet 103 fixé à l'arbre 41 comme indiqué sur la figure 4, le circuit 86 commute de manière que l'ordre de vitesse de rotation du registre 80 soit transmis au convertisseur 81 si bien que la broche 11 tourne à une vitesse qui dépend de l'outil T qui y est introduit. Carrying out a tool change operation requires reducing the speed of rotation of the spindle 11 by a value which depends on the particular tool, at a predetermined low speed, for example a few tens of revolutions per minute . A device 82 for presetting the order of the predetermined low speed is connected to the converter 81 by a switching circuit 86. When a digital command NC creates a tool change command MO6, the circuit 86 transmits, in place of the rotational speed order indicated in the register 80, the predetermined low speed order established in the device 85 , to the digital-analog converter 81. Consequently, the circuit 83 regulates the rotation of the motor 31 so that the spindle turns at the low speed set. When the cooperation of the groove 18 of the tool T and the key 35 is confirmed by a limit switch (not shown) which cooperates with a stopper 103 fixed to the shaft 41 as indicated in FIG. 4, the circuit 86 switches so that the order of speed of rotation of the register 80 is transmitted to the converter 81 so that the spindle 11 rotates at a speed which depends on the tool T which is introduced therein.
On considère maintenant le fonctionnement de la machine-outil à changement automatique d'outil selon l'invention. La broche 11 est habituellement entraînée en rotation à une vitesse pouvant varier sur une large plage de 20 à 3000 tr/min, et le pignon coulissant 30 est commandé à une valeur intermédiaire de cette plage afin que le rapport de réduction soit modifié. Par exemple, le pignon 30 est déplacé dans la plage à faible vitesse lorsque la vitesse de rotation est inférieure à 1100 trimin, et vers une plage de vitesses élevées lorsque la vitesse de rotation dépasse 1100 tr/min. Ainsi, la fréquence utilisée dans la plage à faibles vitesses est plus élevée dans les opérations d'usinage habituelles et on suppose que le pignon 30 se déplace dans la plage des faibles vitesses, par raison de commodité de description. We now consider the operation of the machine tool with automatic tool change according to the invention. The spindle 11 is usually rotated at a speed which can vary over a wide range from 20 to 3000 rpm, and the sliding pinion 30 is controlled at an intermediate value of this range so that the reduction ratio is changed. For example, the pinion 30 is moved in the low speed range when the rotation speed is less than 1100 rpm, and towards a high speed range when the rotation speed exceeds 1100 rpm. Thus, the frequency used in the low speed range is higher in usual machining operations and it is assumed that the pinion 30 moves in the low speed range, for the sake of convenience of description.
Après la fin d'une opération d'usinage par un outil prédéterminé, la broche 11 continue à tourner à grande vitesse suivant l'ordre de vitesse de rotation établi dans le registre 80. La tête 10 remonte vers sa position supérieure d'extrémité correspondant à une opération de changement d'outil. After the end of a machining operation by a predetermined tool, the spindle 11 continues to rotate at high speed according to the order of speed of rotation established in the register 80. The head 10 rises to its corresponding upper end position a tool change operation.
Lorsque l'ordre MO6 est créé par la commande numérique NC, le circuit 86 est commuté afin qu'il transmette un ordre de vitesse de rotation tel qu'établi dans le dispositif 85. When the order MO6 is created by the digital control NC, the circuit 86 is switched so that it transmits an order of speed of rotation as established in the device 85.
Ainsi, le moteur 21 reçoit un couple de freinage si bien qu'il fait tourner la broche 11 à une faible vitesse prédéterminée convenant à la mise en prise de la clavette. Ensuite le bras 13 tourne de manière que, à l'aide des dispositifs de serrage 13a et 13b,il serre les outils T contenus dans le logement vertical 16 et la broche 11. Le véri 24 de desserrage est ensuite commandé afin qu'il déplace la tige 22 vers le bas, malgré la force exercée par les res sorts 23 si bien que l'outil T maintenu dans la broche 11 est desserré.Lorsque la broche 11 tourne vers la position prédéterminée dans laquelle le commutateur 34 de proximité passe de la position ouverte à la position fermée, du fluid sous pression parvient à la chambre supérieure du cylindre 44 et abaisse le bras 13 si bien que les outils T sont retirés de la broche 11 et du logement 16.La rainure 18 de l'outil T se sépare de la clavette 35 de la broche 11 au cours de ce retrait d'outil T de la broche il, si bien que la rotation de l'outil T retiré de la broche 11 est immédia tement arrêtée du fait du serrage exercée par le bras 13.Thus, the motor 21 receives a braking torque so that it rotates the spindle 11 at a low predetermined speed suitable for engaging the key. Then the arm 13 rotates so that, using the clamping devices 13a and 13b, it clamps the tools T contained in the vertical housing 16 and the spindle 11. The veri 24 for loosening is then controlled so that it moves the rod 22 down, despite the force exerted by the springs 23 so that the tool T held in the spindle 11 is loosened. When the spindle 11 rotates to the predetermined position in which the proximity switch 34 passes from the open position in the closed position, pressurized fluid reaches the upper chamber of the cylinder 44 and lowers the arm 13 so that the tools T are removed from the spindle 11 and from the housing 16. The groove 18 of the tool T is separates from the key 35 of the spindle 11 during this withdrawal of tool T from the spindle II, so that the rotation of the tool T withdrawn from the spindle 11 is immediately stopped due to the tightening exerted by the arm 13.
Ainsi, la rainure 18 de l'outil T serré par le bras 13 gardez une position angulaire pratiquement prédéterminée dans laquelle il coopère avec la clavette mobile 37 du bras 13.Thus, the groove 18 of the tool T clamped by the arm 13 keep an almost predetermined angular position in which it cooperates with the movable key 37 of the arm 13.
Lorsque le bras 13 a été déplacé à sa position inférieure, le piston 49 se déplace, alors que le cylindre interne 50 ne peut pas se déplacer, si bien qu'il fait tou; ner le bras 13 de 1800. Pendant le mouvement de retrait du bras 13 et de rotation de ce même bras, l'électro-aimant 75 est commandé de manière qu'il soit désexcité et abaisse la tige 76 de mise en action. En conséquence, les deux biel les 68, 69 s'allongent sous l'action de la force du ressort 79 comme indiqué en traits mixtes sur la figure 6, et le galet 72 descend de la longueur prédéterminée S.Après que le bras 13 a tourné de 1800, du fluide sous pression parvient à la chambre inférieure du cylindre 44 afin que le bras 13 remonte et introduise l'outil T qui a été retiré du logement 16 dans le trou conique lia de la broche 11, alors que l'outil T retiré de la broche 11 est introduit dans le logement 16. Cependant, comme le galet 72 est en position avancée, le déplacement du bras 13 vers le haut est arrêté en position intermédiaire juste avant que la bride de l'outil T vienne au contact de la clavette 35 de la broche 11, tournant à la faible vitesse prédéterminée du fait de la coopération de la partie supérieure de l'arbre 41 avec le galet 72. Cet arrêt intermédiaire du bras 13 est détecté par la mise en action du commutateur 74 de limite par le taquet 73 fixé à l'arbre 41.Ensuite, lorsque le commutateur 34 de proximité détecte la mise en position prédéterminée de la clavette 35 de la broche 11 par rapport à la rainure 18 de l'outil T serré par le bras 13, sa position angulaire étant maintenue par la clavette voulue 37, l'électro-aimant 75 est commandé afin qu'il fasse remonter la tige 76 si bien que les deux bielles 68, 69 se plient malgré la force exercée par le ressort 79 et le galet 72 remonte et permet à l'arbre 41 de se déplacer depuis sa position intermédiaire
Ainsi, le bras 13 remonte à nouveau sous l'action du fluide sous pression transmis au cylindre 44 si bien que la rainure 18 de l'outil T vient en coopération avec la clavette 35 de la broche 11.La rotation de cette dernière se transmet par la clavette 35 à l'outil T si bien que celui-ci tourne de manière forcée en étant serré par le dispositif 13a de serrage du bras 13. Ainsi, la clavette mobile 37 du dispositif 13a est repoussée par l'outil T qui la fait pivoter, malgré la force exercée par le ressort 39 et l'outil T peut tourner dans le dispositif 13a.When the arm 13 has been moved to its lower position, the piston 49 moves, while the internal cylinder 50 cannot move, so that it always does; ner the arm 13 of 1800. During the movement of withdrawal of the arm 13 and rotation of the same arm, the electromagnet 75 is controlled so that it is de-energized and lowers the rod 76 for actuation. Consequently, the two rods 68, 69 are elongated under the action of the force of the spring 79 as indicated in phantom in Figure 6, and the roller 72 descends from the predetermined length S. After the arm 13 has turned from 1800, pressurized fluid reaches the lower chamber of the cylinder 44 so that the arm 13 rises and introduces the tool T which has been removed from the housing 16 in the conical hole 11a of the spindle 11, while the tool T removed from the pin 11 is introduced into the housing 16. However, as the roller 72 is in the advanced position, the movement of the arm 13 upward is stopped in the intermediate position just before the flange of the tool T comes into contact of the key 35 of the spindle 11, rotating at the predetermined low speed due to the cooperation of the upper part of the shaft 41 with the roller 72. This intermediate stop of the arm 13 is detected by actuation of the switch 74 limit by the cleat 73 fixed to the shaft 41.Then, lor sque the proximity switch 34 detects the setting in predetermined position of the key 35 of the spindle 11 relative to the groove 18 of the tool T clamped by the arm 13, its angular position being maintained by the desired key 37, the electromagnet 75 is controlled so that it brings up the rod 76 so that the two connecting rods 68, 69 bend despite the force exerted by the spring 79 and the roller 72 rises and allows the shaft 41 to move from its intermediate position
Thus, the arm 13 rises again under the action of the pressurized fluid transmitted to the cylinder 44 so that the groove 18 of the tool T comes in cooperation with the key 35 of the spindle 11. The rotation of the latter is transmitted by the key 35 to the tool T so that the latter rotates in a forced manner while being tightened by the device 13a for clamping the arm 13. Thus, the movable key 37 of the device 13a is pushed back by the tool T which rotates, despite the force exerted by the spring 39 and the tool T can rotate in the device 13a.
Lorsque le bras 13 a été déplacé vers sa position supérieure d'extrémité, et lorsque les outils T serrés par les dispositifs 13a et 13b sont introduits dans la broche 11 et le logement 16, la coopération de la clavette 35 et de la rainure 18 est confirmée par la commande du commutateur de limite (non représenté) par le taquet 103 fixé à l'arbre 41. La confirmation de cette opération provoque l'arrêt de la commande du vérin 24 de desserrage si bien que la force qui repousse la tige 22 disparaît. Ainsi, l'outil T est serré sur la broche 11 par les ressorts 23. Ensuite, le bras 13 revient vers sa position de préparation, et une opération de changement d'outil est alors terminée. Après cette fin, l'ordre de changement d'outil est annulé afin que le circuit 86 de commutation rende inopérant le signal du dispositif 85 et permette l'utilisation d'un signal provenant du registre 80.La broche 11 tourne ainsi à vitesse élevée, dépendant de l'outil T qui vient d'être introduit pour l'opération suivante d'usinage. When the arm 13 has been moved to its upper end position, and when the tools T clamped by the devices 13a and 13b are introduced into the spindle 11 and the housing 16, the cooperation of the key 35 and the groove 18 is confirmed by the control of the limit switch (not shown) by the stopper 103 fixed to the shaft 41. The confirmation of this operation causes the control of the actuator 24 to loosen to stop so that the force which pushes the rod 22 disappears. Thus, the tool T is clamped on the spindle 11 by the springs 23. Then, the arm 13 returns to its preparation position, and a tool change operation is then completed. After this end, the tool change command is canceled so that the switching circuit 86 renders the signal from device 85 inoperative and allows the use of a signal from register 80. Pin 11 thus rotates at high speed , depending on the tool T which has just been introduced for the following machining operation.
Les figures 10 et 11 représentent un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention. Une clavette mobile 137 articulée sur un axe 138, à chacune des extrémités opposées d'un bras 113 de changement d'outil, est repoussée par un ressort 139 afin qu'elle dépasse dans une extrémité d'un orifice semi-circulaire de serrage 113a, la clavette étant destinée à pénétrer dans une rainure 18 de chaque outil T porté par le bras 113. Un plongeur 101 de blocage pénètre aussi à chacune des extrémités opposées du bras 113 afin qu'il puisse coulisser en direction parallèle à l'axe 138. Le plongeur 101 est repoussé par un ressort 102 afin qu'il dépasse de la surface arrière ou supérieure du bras 113.Une partie de la surface circonférentielle du plongeur 101 a une découpe 103 qui est alignée sur la clavette mobile 137 uniquement lorsque le plongeur 101 est ret: malgré la force exercée par le ressort 102, par coopération en butée avec une came 104 de commande fixée à la tête 10. Figures 10 and 11 show another embodiment of the apparatus according to the invention. A movable key 137 articulated on an axis 138, at each of the opposite ends of a tool changing arm 113, is pushed back by a spring 139 so that it protrudes in one end of a semi-circular clamping orifice 113a , the key being intended to penetrate a groove 18 of each tool T carried by the arm 113. A locking plunger 101 also penetrates at each of the opposite ends of the arm 113 so that it can slide in a direction parallel to the axis 138 The plunger 101 is pushed back by a spring 102 so that it protrudes from the rear or upper surface of the arm 113. Part of the circumferential surface of the plunger 101 has a cutout 103 which is aligned on the movable key 137 only when the plunger 101 is retained: despite the force exerted by the spring 102, by cooperation in abutment with a control cam 104 fixed to the head 10.
La découpe 103, lorsqu'elle est ainsi alignée, permet le pivotement de la clavette mobile 137 malgré l'action du ressort 139, dans un sens tel que la clavette 137 sort de l'or: fice semi-circulaire 113a. Cependant, le plongueur 101, lor! qu'il est en position avancée telle que représentée en tra: plein sur la figure 11, empêche ce pivotement de la claveta mobile 137, du fait de la coopération par butée de sa surfa ce circonférentielle avec la clavette mobile 137. The cutout 103, when it is thus aligned, allows the movable key 137 to pivot despite the action of the spring 139, in a direction such that the key 137 comes out of the gold: semi-circular file 113a. However, diver 101, lor! that it is in the advanced position as shown in tra: full in FIG. 11, prevents this pivoting of the movable key 137, due to the cooperation by abutment of its circumferential surface with the movable key 137.
Ainsi, lorsque le bras 113 est en position en retrait, la clavette mobile 136 est bloquée mécaniquement par le plongeur 101, et elle est ainsi maintenue en coopération avec la rainure 18 de l'outil T dans chacun des orifices semi-circulaires du bras 113. Lorsque ce dernier se déplace vers le haut, vers la position en retrait permettant l'introduction d'un outil dans la broche11, le plongeur 101 est retiré par la came 104 de commande à l'intérieur du bras 113 si bien que le blocage mécanique de la clavette 137 est immédiatement supprimé avant que la rainure 18 de l'outil
T soit en prise avec la clavette 35 de la broche 11 en rotation.Lorsque l'outil T est retiré de la broche 11 d'autre part, le blocage mécanique de la clavette mobile 137 est établi immédiatement après la séparation de la rainure 18 de l'outil T de la clavette 35 de la broche 11 en rotation.Thus, when the arm 113 is in the retracted position, the movable key 136 is mechanically blocked by the plunger 101, and it is thus held in cooperation with the groove 18 of the tool T in each of the semi-circular orifices of the arm 113 When the latter moves upwards, towards the recessed position allowing the introduction of a tool into the spindle11, the plunger 101 is withdrawn by the control cam 104 inside the arm 113 so that the blocking mechanical key 137 is immediately removed before the tool groove 18
T is in engagement with the key 35 of the spindle 11 in rotation. When the tool T is removed from the spindle 11 on the other hand, the mechanical locking of the movable key 137 is established immediately after the separation of the groove 18 from the tool T of the key 35 of the spindle 11 in rotation.
Dans ce mode de réalisation particulier, le blocage mécanique de la clavette mobile 137 empêche de façon avantageuse et parfaite le déplacement angulaire de l'outil T dans chacun des orifices semi-circulaires du bras 113. De plus, le ressort 139 qui agit sur la clavette 137 peut exercer une faible force, qui limite avantageusement l'usure de la clavette 137 due à la rotation de l'outil P dans chacun des orifices semi-circulaires du bras 113. In this particular embodiment, the mechanical locking of the movable key 137 advantageously and perfectly prevents the angular displacement of the tool T in each of the semicircular orifices of the arm 113. In addition, the spring 139 which acts on the key 137 can exert a low force, which advantageously limits the wear of key 137 due to the rotation of tool P in each of the semi-circular orifices of arm 113.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the devices and methods which have just been described only by way of nonlimiting examples without departing from the scope of the invention.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
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| JP18236780A JPS57107749A (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | Automatic tool exchanger |
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| FR8123960A Withdrawn FR2496532A1 (en) | 1980-12-22 | 1981-12-22 | Machine tool with automatic tool change - has spindle key engaging in tool groove and rotary tool support |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57107749A (en) | 1982-07-05 |
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