尤其用於鑽孔的工具機的製作方法

2023-06-21 12:12:26

本發明涉及具體是承載、進行諸如鑽孔和鍃孔操作的常規航天組件操作的工具機領域，並且具體地說，涉及允許這些操作在從符合人體工程學、質量和生產率的角度來說最佳的條件下進行改變。

背景技術：

承載鑽機一般包括框架，刀具的驅動軸安裝在該框架中以便繞旋轉軸線樞轉並沿旋轉軸線軸向移動(向前或向下運動)。

在大部分實施例中，工具機包括提供軸的旋轉運動和向前運動的動力的單電機。包括例如齒輪機構或皮帶輪/皮帶組件的可變比傳動組件允許刀具的轉速和軸向移位速度適當調整。

這些工具機因此受限於因轉速和前進速度引起的轉矩，從而其比是預先確定的。這可證明獲得工具機的最佳性能限於某些加工條件。此外，對於這些傳統構型，待移動的料塊必須求助於相對龐大的電機。

在為車間使用而設計的工具機中，軸一般僅僅安裝成在頭部上樞轉，該頭部安裝在框架上，以沿向下方向滑動。這些工具機的結構相對複雜且龐大。

這種類型的工具機的某些構型提出將軸向振蕩疊加到恆定速度的向前運動以通過切屑碎化來提高切屑去除。有主要基於在車床或壓電致動器上使用專門軸承、可變比齒輪的不同展成機構的幾種系統。基於機械解決方案的原理的特徵在於，振蕩的振幅要麼固定(通過設計預先確定)要麼可在加工過程之外進行更改但有困難的事實。不管是哪種情況，這些振蕩的頻率本身總是通過固定比與轉速相關聯(在設計階段固定的每轉振蕩次數)。

由文獻gb2218268公開的系統也存在於現有技術中，所述系統提出了螺紋攻絲裝置，該螺紋攻絲裝置包括經由滑動連接驅動主軸並經由螺旋連接平移的兩個同軸電機。

一定程度上對前述文獻的主旨進行補充的文獻us5649451公開了一種實質等效裝置，在前述文獻中，其涉及用來在同一軸段上產生滑動連接和螺旋連接的工具的疊加。

然而，這些裝置仍相當低效。

技術實現要素：

從這點出發，本申請人已經在提出一種電動工具機的目的下進行研究，該電動工具機能夠通過組合功能組件來進行鑽孔和鍃孔的常規操作，該功能組件使其能夠使用，同時遵守用戶在最佳條件下，優選地用例如在航空工業中通常要求的質量水平一次性通過執行這些操作所需的空間要求、緊湊性、剛性以及質量的限制。

申請人還嘗試了在進行不同操作時提高速度、加速度和急動的控制。

為此，根據本發明，提供了一種工具機，所述工具機包括框架，刀具的驅動軸安裝在該框架中以便繞旋轉軸線樞轉並沿旋轉軸線軸向移動。軸連接到兩個旋轉電機，即第一電機和第二電機，該第一電機連接到用來與軸的槽段嚙合的構件以驅動軸旋轉，該第二電機連接到接合在軸的螺紋段上的螺母以使軸軸向移動。第一電機和第二電機彼此同軸並且連接到控制單元，該控制單元連接到電機轉子的位置傳感器並設計成控制電機，以便產生在恆定速度的驅動軸的軸向移位並將具有能夠切屑碎化的振幅和頻率的軸向振蕩疊加到該軸向移位上，控制單元設計成允許實時改變其振蕩的振幅和頻率。

與連接到電機轉子的位置傳感器的控制單元聯接的這種機械結構允許兩個電機的角位置和電氣參數實時且以同步的方式並獨立於彼此確定。這使得能夠控制這兩個彼此依賴的電機，尤其是以將具有能夠碎化切屑的振幅和頻率的軸向振蕩疊加到驅動軸以恆定速度的軸向移位，具有在加工過程期間實時改變振蕩的振幅和頻率的可能性。

控制單元和電機轉子的位置傳感器使得能夠獨立且在任一時刻檢測兩個電機中每個的位置和速度並因此控制電機。轉速和軸向移位的速度能夠通過每個電機獨立於彼此控制，電機的同軸布置確保機器相對緊湊。

附圖說明

本發明的進一步特徵和優點將從閱讀下面本發明的具體非限制性實施例的詳細描述中公開。

現參照附圖，附圖中：

-圖1是根據本發明第一實施例的工具機的軸向剖面上的局部示意圖；

-圖2是根據第一實施例的變型的工具機的類似於圖1的視圖；

-圖3是根據本發明第二實施例的工具機的類似於圖1的視圖。

具體實施方式

參照各圖，本發明在這裡公開了一種用來加工零件且在這種情況下更具體地說用來鑽孔和鍃孔的刀具的應用。

工具機包括這裡僅部分示出的框架1。框架1以本身已知的方式包括用於支撐在地面和工作檯上的承載結構，待加工零件設計成例如藉助加工組件固定到該工作檯上。

刀具的驅動軸2安裝在該框架中以便具有在工作檯附近延伸並設置有用來固定刀具的工具的一端。這些固定工具是本身已知的。刀具例如通過螺釘/螺母連接固定在驅動軸的一端。

軸2安裝成以便繞旋轉軸線3樞轉並沿旋轉軸線3軸向移位。

軸2連接到兩個電動旋轉電機，即用於旋轉驅動的第一電機10和用於軸向移位的第二電機20。更具體地，電機10具有旋轉固定到聯接件11的轉子，聯接件11設計成與軸2的槽段2.1滑動連接以驅動軸旋轉。聯接件11例如是內槽套筒。電機20具有旋轉固定到接合在軸2的螺紋端2.2上的螺母21的轉子，由此形成螺旋連接以當聯接件11與螺母21之間施加相對速度時，即當兩個元件以不同速度旋轉時使軸2軸向移位。有利地，由於刀具至少部分是螺旋形，因此在這種情況下，鑽頭、螺旋連接和刀具具有在同一方向的節距。

電機10和電機20彼此同軸，這允許得到的結構比現有構型更緊湊並且慣性最小，並且電機連接到用4表示的設計成控制電機的至少一個控制單元。

更具體地參照圖1並且根據本發明第一實施例，軸布置成使得槽段2.1和螺紋段2.2間隔開並沿旋轉軸線連續布置。這裡，兩段通過固定到槽段2.1和螺紋段2.2的各自相鄰端部的連接套筒連接在一起。工具的路徑因此受限於長度，該長度等於聯接件11與螺母21之間的距離減去連接套筒的長度。

電機10和電機20與軸2同軸並被軸穿過：電機10且更具體地說其轉子，繞槽段2.1的一部分延伸，而電機20且更具體地說其轉子，繞螺紋段2.2的一部分延伸。

兩個獨立電機的使用允許工具機具有降低的空間要求和質量。工具機因此能夠設計成承載或安裝在機械臂上。

工具機還包括兩個電機10、20的轉子的位置傳感器。在這種情況下，這些傳感器是角編碼器，更具體地說由兩個分開部分構成的磁編碼器，即與非接觸型的讀取頭相關聯的高精度磁環。環旋轉連接到電機轉子並且讀取頭固定到定子。傳感器連接到控制單元4。磁環和讀取頭例如是由rls銷售的lr和mr系列的磁環和讀取頭。

軸和具有兩個位置傳感器的電機的非常剛性機械布置使得能夠以精確的方式且實時地作用於電機的控制。為此，控制單元使用軌跡前饋迴路或反饋迴路乃至兩者。控制單元設計成控制電機10和20，優選地根據加工條件實時調整軸向移位和/或旋轉運動。加工條件(轉速和行進速度)通過測量兩軸的位置和速度來實時且連續確定：在與加工參考值矛盾的情況下，控制單元對其中一軸線乃至兩軸線進行調整以獲得加工參考值。

控制單元可有利地編程成控制電機10和20，以引起刀具振蕩，具體地說沿其軸向振蕩。這導致提高鑽孔效率的振動形成。控制單元有利地布置成允許實時改變振蕩的參數(振蕩的振幅和頻率)。根據加工相同材料的零件的第一實例，加工條件(振蕩的振幅和頻率)通過測量轉軸相對於兩軸線的位置和速度(角位置和角速度、線位置和線速度)來實時且連續確定：在與有利於材料中的切屑碎化的加工參考值矛盾的情況下，控制單元對其中一軸線乃至兩軸線進行調整以獲得加工參考值。在加工由連續布置並具有就切屑形成而言的不同行為的兩種材料構成的零件的第二實例中，需要在材料變化時改變加工條件以繼續切屑碎化。為此，控制單元改變電機的控制參數以使所述參數以最佳的方式適應於相關材料。這種改變要麼通過編程、考慮軸在進給軸線上的線位置(在整個過程期間實時離開兩軸線的位置並考慮兩種材料在待加工零件中的相對位置)要麼通過檢測並處理電機電流(根據兩種材料的物理特性增加或減小切削力)來進行，這將確定加工條件的改變。

更具體地說，控制單元設計成根據下列方法的至少一種控制驅動軸的軸向移位：

-以恆定速度軸向移位；

-具有以恆定值疊加的振蕩的軸向移位。

振蕩例如具有定義成促進切屑碎化的正弦曲線波形等。

控制單元還設計成確定電機的電氣參數並從這些參數確定加工條件。確定例如通過測量或計算來進行。加工條件例如從由電機基於其供電電流提供的轉矩推導出。因此不必求助於外部傳感器以增加工具機的功能性，即使這是可想到的。

控制單元進一步設計成確定並比較電機的速度：如果當刀具的向前運動在加工期間啟動時，兩個電機開始以相同速度旋轉，則控制單元發出刀具斷裂的信號(因為在這種情況下，刀具不再能夠向前移動)。

控制單元設計成確定電機的電氣參數並從其推導出待加工零件的有效位置。為此，兩個電機的電流被測量並實時進行數學處理以將這些電流的增加與切削刀具的軸向位置進行關聯。更具體地，當切削刀具碰到待加工零件時，抵抗刀具運動的力增加並導致供給電機所需的電流增加以保持切削刀具的運動。

當刀具通過螺釘/螺母連接安裝在驅動軸的一端時，控制單元設計成當更換刀具時，控制電機以確保刀具相對於驅動軸2的安裝或拆卸。

在圖2的變型中，槽段和螺紋段至少部分在軸的共同長度上延伸並且更具體地說在這種情況下在軸2的整個長度上延伸。

工具機的其餘部分與上文已經相對於圖1描述的相同。

因此，在這種情況下，刀具的路徑受限於軸2的長度減去聯接件11與螺母21的相反端之間的距離。與上述相同或相似的元件具有與參照圖3的第二實施例的下列描述中的附圖標記相同的附圖標記。

在該實施例中，電機10和20不再與軸2同軸，而是沿軸線30保持彼此同軸，軸線30相對於旋轉軸線2傾斜。在這種情況下，更具體地說，在所示具體實施例中，軸線30垂直於軸線2。

電機10的轉子驅動輸出軸12，輸出軸12驅動與錐形齒輪14嚙合的錐形齒輪13，接合在軸2的凹槽上的聯接件11旋轉地固定到其上。

在這種情況下，電機20的轉子具有繞輸出軸12同軸延伸的管狀軸22的形狀。電機10的轉子驅動與錐形齒輪24嚙合的錐形齒輪23，接合在軸2的螺紋上的螺母21旋轉地固定到其上。

當然，本發明不限於所述實施例而是涵蓋在落入如由權利要求書限定的本發明的範圍內的任何變型。

具體地說，軸可具有與所述的結構不同的結構：螺紋段與槽段可由相同材料製成或彼此附連。

滑動連接可通過與所述的不同的方法得到，並且具體地說，稜形軸可滑動地接納在形成於聯接件中的互補形狀的殼體中。

軸可在其端部的一個或另一個間接地連接到刀具。

僅已經描述了涉及本發明的工具機的部件：工具機還可包括，具體地說，刀具中心中的潤滑工具、更換刀具的工具、裝卸待加工零件的工具等。

本發明可應用於與鑽孔工具機不同類型的工具機並且例如是銑床。

作為變型，螺旋連接和刀具具有在相反方向上的節距，以便於實現刀具的快速返回周期。

與上述傳感器或檢測工具不同的傳感器或檢測工具能夠被使用並且具體是光學編碼器。