連接件多軸機械加工中心彈性控制方法

2023-06-26 04:04:11 2

專利名稱：連接件多軸機械加工中心彈性控制方法
技術領域：
本發明涉及根據獨立項的預表徵部分的連接件、包括連接件的多軸機械加工中心 以及彈性控制方法。
背景技術：
使用連接件是為了在機器的刀具與其它機器零件或工件之間發生碰撞的情況下 在系統中具有彈性，使得避免因剛性組件而導致的損壞。在此上下文中，「彈性」不一定表示 類似於彈簧常數的線性彈性。而是，將表示界定條件下的整體柔性。一種已知連接件包括機械加工中心側上的支撐件、刀具側上的固持件以及夾持裝 置，所述夾持裝置彈性地將固持件與支撐件相抵地推入界定位置中。夾持裝置包括多個壓 力彈簧和張力彈簧，可通過手動設置彈簧預載來調整其張力。對於已知連接件來說，不利的是其所提供的系統彈性只能艱難地改變，且在操作 中實際上不改變。舉例來說，刀架可能具有不同的重量，使得他們在相同的加速度下展示不 同的慣性力。這也使得不同的安裝力成為必要，不同的安裝力只能通過手動幹預來實現。還 可需要依據加工模式而調整安裝力。舉例來說，當機械加工中心被編程時，與隨後的操作期 間相比，碰撞更有可能發生，因此對於編程來說，與隨後的加工期間相比，可需要較低的系 統剛性。還可需要依據調整速度或加工頭或刀具的加速度而調整剛性。刀具的位置還可導 致不同的扭矩和力，且因此導致關於連接件的反應的不同條件。

發明內容
本發明的目標是提供一種連接件、包括連接件的多軸機械加工中心以及彈性控制 方法，其允許連接件中的彈性的快速且自動化調適。用獨立項的特徵來實現此目標。附屬項是針對本發明的優選實施例。用於多軸機械加工中心的刀具的連接件具有位於機器側上的支撐件、位於刀具 側上的固持件(12)以及推動裝置(10)，推動裝置(10)彈性地將固持件與支撐件相抵地推 動到界定位置中。推動裝置的推動力可在機械加工中心的操作期間變化。所述推動裝置可 包括氣壓和/或液壓和/或彈簧彈性和/或電磁構件。優選的是，所述推動裝置為氣壓類 型。除常規的夾持裝置之外，還可提供推動裝置，其用預設的力彈性地將固持件與支 撐件相抵地推動到界定位置中。


在下文中，參看附圖描述本發明的個別實施例。圖1以截面圖和示意性平面圖展示連接件，以及圖2展示包括連接件的多軸機械加工中心。
具體實施例方式在圖中，相同參考標號表示相同組件。特徵將彼此組合且將被視為可組合的，即使 沒有明確地這樣說，只要特徵的組合不因技術原因被排除即可。在圖1中，1表示連接件；2表示機械加工中心；3表示刀具，例如雷射頭；4表示工 件臺；5表示機器框架；6、7和8是致動器，其用於工件與刀架相對於彼此的平移和旋轉相 對調整；9表示工件；10表示推動裝置；11表示機器側支撐件；12表示刀具側固持件；13表 示夾持裝置；14表示雷射束通道；15表示定位構件；16表示力傳輸區域；18表示脫離傳感 器；且19表示軸。圖1在其頂部示意性地展示連接件1的側視圖的截面，且在其底部示意性地展示 相關組件的布置的平面圖。機械加工中心側上的支撐件11可具有機器側板11c，其可附接 到機械加工中心的機器側(框架側)組件，例如框架或致動器7。與支撐板11c相對的可為 支撐區域11a，其可被設計為具有中心孔lid的板。組件11a和11c可經由連接區lib彼 此連接。機器側支撐件11可被設計為封閉外殼(開口 lid除外)。刀具側固持件12可具 有固持件板12a和連接於其間的連接管12b。連接管12b可穿過支撐區域11a的開口 lid。 固持件板12a可被設計成大於開口 lid。刀架側組件(例如一個或一個以上致動器8)可固 定在管12b的自由端處。支撐件11和固持件12彼此不固定連接，而是彈性地連接。定位構件15可確保在 壓力在一個方向(例如，圖1中的向下)上起作用的情況下，機器側支撐件11和刀具側固持 件12相對於彼此到達界定位置。可提供多個定位構件15，且所述定位構件15在某些區域 中可具有正鎖定個別零件，例如固持件側上的凸部15a，以及支撐側上的對應凹部15b。可 提供兩個這種定位構件15。可提供第三定位構件，以確保三點支撐。定位構件15可分布在 開口 lid周圍，例如均勻地每隔120°分布一個。10表示推動裝置，其彈性地將固持件12與支撐件11相抵地推動到界定位置中。 推動裝置的推動力可在機械加工中心的操作期間變化。推動力可自動變化，操作者的手動 幹預對於此目的來說不是必需的。所述變化可(例如)在小於一秒(優選小於0.5秒)的 時間周期內相對快速地作用。推動裝置10可為氣壓推動裝置，和/或液壓和/或彈簧彈性和/或電磁推動裝 置。優選的是，推動裝置10為氣壓類型，例如以氣壓方式操作的氣缸，其在氣體壓力下與支 撐件11相抵地推動固持件12。通過調整氣體壓力，可自動設置推動力。由於氣體的壓縮 性，推動裝置10且因此連接件1的彈性得到保證。然而，還可提供電磁構件，其藉助於電磁 體以所要方式產生推動力。電磁體也不是剛性的，使得在碰撞的情況下，以電磁方式產生的 力有可能被克服，使得給予系統彈性。推動裝置10與刀具側固持件12和/或機器側支撐件11之間的連接不必是固定 的/剛性的，而是也可僅被力鎖定在一個方向上。此處，同樣以某一方式，可提供類似於組 件15的正鎖定力傳輸區域16a、16b。在操作中，推動裝置10與支撐件11相抵地推動固持件12進入界定位置中。接著， 刀具(其間接或直接固定到固持器12)也具有在控制系統中假定的位置。可以如下方式調 整推動力通常在操作期間出現的力(慣性力、反應力、重力、扭矩…)可被吸收，且明確地 說，不會導致固持件12脫離相對於支撐件11的界定位置。然而，推動裝置10的推動力是可調整的。可以如下方式調整推動力在固持件脫離界定位置之前，分別施加的推動力產生 界定的且可能適當地恆定的過度力。如圖1中所示，支撐板11c與固持件板12a之間的推 動裝置10可以如下方式具有推動效應必然地，固持件板朝向刀具被推離機器框架，且到 達支撐區域11a。與界定位置的脫離(例如，在碰撞情況下)必然地受固持件板12a朝機器 框架的移動影響。除推動裝置10之外，還可提供一個或一個以上常規夾持裝置13。這些夾持裝置 13可為壓力彈簧，其在功能上(就像推動裝置10—樣)將固持件推動到相對於支撐件的界 定位置中。然而，這些常規夾持裝置的力在操作期間是不可調整的，或不可在無手動幹預的 情況下自動調整。然而，可以如下方式一起調整這些常規夾持裝置他們產生在任何情況下 所需的最小推動力。此外，推動裝置10可產生可變部分，其依據特定參數而產生。刀具可為雷射頭。因此，連接件1可具有雷射束通道14。最後，此通道可為經對準 的開口 14c、14d和/或管區段14a、14b，其允許雷射束穿過連接件1，特別是穿過支撐件11 和/或固持件12的若干部分。可提供光波導，但不一定必須提供光波導。圖1中的示意性平面圖(底部部分)展示特定實施例中的個別組件的布置。外部 圓圈lie表示支撐區域11a的外部界限。llf是開口 lid的邊緣。12c是板12a的外部邊 緣。定位構件15可位於板12a的邊緣12c與孔lid的邊緣llf之間。可提供三個定位構 件15，優選在圓圈的圓周上均勻地間隔開。定位構件15可為(但無需為)相同的結構。定 位構件15以如下方式設計當將推動力施加到足夠的程度時，定位構件15導致界定位置， 而不導致所述位置的定義上的超定。還可提供常規夾持裝置13中的若干者。舉例來說，可提供三個夾持裝置13，其也 可均勻地分布在圓圈的圓周上。推動裝置10可位於中心，且作為單個部件。14示意性地表 示用於雷射束的通道。所述通道可通往管12b的開口中。與所示內容形成對比，推動裝置10可由多個個別推動構件(例如多個液壓或氣壓 或電磁單元)組成，所述推動構件也可均勻地分布。常規的夾持裝置13也可(與所示內容 形成對比)被提供為單個部件，且有可能相對於軸19以中心對稱方式布置。與示意性展示的內容相反，刀具側固持件12可被設計為或多或少封閉的外殼，且 將機器側支撐件11設計為從外殼突出的組件。支撐件11以及固持件12可被設計為相比 而言開放的結構。圖2示意性地展示多軸機械加工中心2。多軸機械加工中心2允許刀具3與工件 9的相對調整，刀具3與工件9可相對於彼此沿多個軸或圍繞多個軸而調整。明確地說，提 供三個平移軸和兩個旋轉軸。可調整性可由位於工件臺4與機器框架5之間的致動器6實現，且/或由機器框 架5與連接件1之間的致動器7實現，且/或由連接件1與刀具3之間的致動器8實現。明 確地說，配置可使得一個或兩個旋轉致動器可提供於連接件1與刀具3之間，而其餘致動器 提供於連接件1的另一側上。提供控制系統20，其控制大多數的各種機器功能，且以此方式，特別控制推動裝置 10的推動力。控制系統可為氣壓類型，其控制氣缸中的氣體壓力，或控制系統可為電磁控制 系統，其藉助於電磁體來控制電流。控制系統20可接收各種傳感器信號。控制系統20可 根據傳感器信號且/或根據內部已知的參數(例如工件的位置、刀具的位置、通過致動器而產生的刀具的速度或加速度、加工模式)來控制推動裝置。以此方式，控制系統20可依據 分別考慮且所要的參數來快速地調整連接件1中的推動力。在連接件1中，可提供一個或一個以上脫離傳感器18，其檢測固持件和支撐件從 彼此界定的的相對位置的脫離。可提供(例如)三個脫離傳感器18a到18c，其優選均勻 地分布在固持件板的圓周上。所述脫離傳感器可產生關於脫離的量的定性或還有定量的測 量。所述脫離傳感器可(例如)為電容性類型，且可通過充當電容器的兩個板的距離的改 變而產生電學上可估算的數量。接著，控制系統可(例如)還根據這些脫離傳感器18，(例 如)特別是以推動力在檢測到脫離的情況下變為最小(零)的方式，來控制推動裝置10的 推動力。還可根據來自脫離傳感器的信號而實現機械加工中心的緊急切斷。可在連接件1 中提供脫離傳感器18。然而，脫離傳感器18也可被設計為提供於機械加工中心5的合適位 置處的碰撞檢測器？。連接件1包括(特別是)根據要求的必需的端子(未圖示)，其為用於電信號或 電功率的端子；氣壓系統；液壓系統等。機器可具有適當的氣壓源或液壓源(泵)，視推動 裝置10而定。連接件1中的推動裝置10的推動力可為編程的一部分且經預界定。然而，另一方 面，所述推動力可特別根據必須分別考慮的參數(刀具的重量、刀具位置、速度、加速度、操 作階段、操作模式…)而計算。為了所述計算，可預先確定或輸入合適的算法，在此基礎上， 計算相應的推動力。除了關於靜力學的考慮因素之外，還可考慮動態效應。操作模式也可 使得在編程期間，通過算法來計算相應的推動力，且接著將所述推動力作為程序的一部分 進行存儲。
權利要求
一種用於多軸機械加工中心的刀具的連接件(1)，其包括支撐件(11)，其位於所述機械加工中心側上；固持件(12)，其位於所述刀具側；以及推動裝置(10)，其彈性地將所述固持件與所述支撐件相抵地推動到界定位置中，所述連接件(1)的特徵在於所述推動裝置的推動力在所述機械加工中心的操作期間是可變的。
2.根據權利要求1所述的連接件，其特徵在於夾持裝置(13)，所述夾持裝置(13)通過 預設的力彈性地將所述固持件與所述支撐件相抵地推動到界定位置中。
3.根據權利要求1或2所述的連接件，其特徵在於所述推動裝置包括氣壓和/或液壓 和/或彈簧彈性和/或電磁構件。
4.根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件，其特徵在於所述推 動裝置在所述固持件的軸的方向上朝所述支撐件推動所述固持件。
5.根據權利要求4所述的連接件，其特徵在於所述推動裝置附接在所述固持件的中心。
6.根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件，其特徵在於用於激 光束的通道(14)。
7.根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件，其特徵在於用於所 述固持件與所述支撐件相對於彼此界定的定位的定位裝置(15)。
8.根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件，其特徵在於端子， 可通過所述端子向所述連接件提供控制信號或用於所述推動裝置的媒體。
9.根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件，其特徵在於一個或 一個以上脫離傳感器(18a到18c)，其檢測所述固持件(12)和所述支撐件(11)從彼此界定 的相對位置的脫離。
10.一種多軸機械加工中心(2)，其包括 機器框架(5)，刀具(3)，其可相對於所述機器框架沿或圍繞多個軸調整，以及 致動器(6、7、8)，其用於實現沿或圍繞所述軸的調整，以及 控制系統(20)，其用於控制所述致動器， 所述多軸機械加工中心(2)的特徵在於根據前述權利要求中的一個或一個以上權利要求所述的連接件(1)，以及 控制系統(20，21b)，其用於所述連接件的所述推動裝置。
11.根據權利要求10所述的機械加工中心，其特徵在於所述控制經設計以用於根據以 下參數中的一者或一者以上來調整推動力所述機器的加工模式， 所述機器的加工步驟， 調整速度， 所述刀具的加速度， 所述刀具的位置。
12.根據權利要求10或11所述的機械加工中心，其特徵在於所述刀具具有雷射處理頭。
13.一種用於使用多軸機械加工中心來控制刀具的連接的彈性的方法，其特徵在於以 下步驟提供連接件，其中所述機械加工中心側上的支撐件與所述刀具上的固持件相抵地被特 別是根據權利要求1到9中的一個或一個以上權利要求所述的可調整的推動裝置自動可調 整地推動，根據一個或一個以上機器參數或所述多軸機械加工中心的操作參數來確定所述推動 裝置的推動力，以及調整所述連接件中的所述確定的推動力。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於預先確定所述推動力，且將其作為機械 加工程序的一部分進行存儲。
15.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於在所述機械加工中心的操作期間確定所 述推動力。
全文摘要
一種用於多軸機械加工中心的刀具的連接件(1)，其包括支撐件(11)，其位於所述機械加工中心側上；固持件(12)，其位於所述刀具側；以及推動裝置(10)，其彈性地將所述固持件與所述支撐件相抵地推動到界定位置中。所述推動裝置的推動力可在所述機械加工中心的操作期間變化。
文檔編號B23K26/14GK101918169SQ200880124609
公開日2010年12月15日 申請日期2008年11月10日 優先權日2007年11月12日
發明者克裡斯蒂安·沃格特, 沃爾德曼·卡爾古斯, 馬丁·萊薩赫 申請人:邵爾雷射技術有限責任公司