帶有用於加工工件的迴轉輸送的多工位工具機的製作方法
2023-07-06 16:09:21
專利名稱：帶有用於加工工件的迴轉輸送的多工位工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於快速加工多工步(序)工件的工具機。
背景技術：
多心軸車床一般用於車削多工步(序)工件。在多心軸車床中，同時保持多個工件，它們分別位於由相同的電機驅動並彼此平行設置的且一般呈環形布置的一組心軸中的其中一個心軸上。其優點在於非常快地車削，且加工精度良好。缺點在於多心軸車床只進行車削操作。
因此，如果工件必須進行多個連續類型的加工，則可在多心軸車床上進行車削，並在移動工件並將其固定到適於其它操作的另一個工具機的一個支承件上之後，進行其它操作如再加工。這樣的結果是操縱複雜，且損失了由連續加工操作形成的不同表面之間的位置精度。
本領域中還已知加工中心，其中工件保持在一個單一加工工位中，並受到一系列刀具動作的作用。因此不需要卸下工件並將其安裝到另一個支承件上進行連續加工操作，這樣提高了精度。缺點在於，因為全部刀具加工設置於單一加工工位中的單一工件，速度損失嚴重。
本領域中還已知迴轉輸送工具機，其中工件設置於一個迴轉臺上，該轉臺將它們連續輸送到多個分別具有其自身刀具的加工工位。目前，這些迴轉輸送工具機用於在由多心軸車床車削後進行再加工。
將其它刀具裝配在一個多心軸車床上來完成後續加工操作看起來好象有吸引力。但多心軸車床自身並不是很好地適於布置其它刀具，特別是因為缺少空間來容納刀具；因為各心軸相對靠近在一起。
文獻DE8714508U中公開了一種多工位工具機，包括-一個可分度迴轉臺，該轉臺裝有多個環繞轉臺的周邊分布的工件保持裝置，-多個用於保持和定位刀具的裝置，該多個裝置分布在多個環繞轉臺的加工工位之間，可在下部水平的滑軌上移動，並用於加工由工件保持裝置承載的工件，該工具機中-工件保持裝置包括位於轉臺上的確定位置的轉動心軸，每個心軸的軸線朝轉臺的周邊定向，並由一垂直偏置的電機驅動以能夠快速旋轉地驅動工件，從而在至少一個加工工位中用車刀進行車削操作，-這些轉動心軸能夠在全部角度位置被分度(index)，從而能夠在至少一個加工工位用適當的其它刀具對工件進行其它加工。
上述文獻沒有說明最大化轉臺上工件保持裝置的數量和功率的指示或手段。另外，全部工位都在前部具有刀具保持器，這阻礙了徑向接近加工區域，且不能裝載棒料。
發明內容
本發明要解決的問題是設計一種用於快速多級加工的新的工具機結構，從而可在同一工具機上完成對一個工件的全部加工操作，而不需要從其支承件上拆卸工件；該結構必須適於接收足夠數量的具有足夠尺寸的刀具，而沒有容納它們的空間的問題，還確保高效地排出加工廢棄物。另外，結構還必須適於包括足夠數量的具有足夠功率的用於所設計的加工操作的工件保持裝置，同時使工具機的整體尺寸最小化。
另一個問題是，特別是由於工件保持裝置的精度，要確保對工件的精確加工。
為了實現上述和其它目的，本發明提出一種如權利要求1中所述的用於加工工件的多工位迴轉輸送工具機。
在一個有利實施例中，至少一些加工工位具有一個垂直支承壁，該支承壁平行於轉動電動心軸的軸線定向，並通過構成交叉支架結構的一個軸向滑軌和一個垂直滑軌承載加工單元支架板。
至少一些加工工位優選地包括兩個交叉支架結構，即帶有覆蓋一下部和前部加工空間的第一板的第一結構，和帶有覆蓋一上部加工空間的第二板的第二結構。
該工具機的一個特別有利的實施例包括位於相鄰垂直支承壁之間的底部排空通道。這樣極大地便於加工廢棄物的排出，並由於支架保持在垂直壁上而能夠不幹擾廢棄物的排出。
轉動電動心軸優選地具有一個在尺寸上朝轉臺的內部減小的整體形狀，因而電動心軸可彼此並列地容納在轉臺中，而不需要增大轉臺的直徑。
上述由中央轉臺承載心軸的結構的一個問題(如何)是向轉臺輸送電能、氣動能和液壓能。根據本發明這樣解決這個問題，即轉動電動心軸由一個電纜及軟管束供應能量，該束圍繞機架上的一個固定連接區域與轉臺上的一個旋轉連接區域之間環繞轉臺的旋轉軸線卷繞。轉臺旋轉驅動裝置以一個加工序列和一個快速反向旋轉返回序列提供轉臺的交替旋轉，在所述加工序列具有從一個原始位置開始在一個第一方向的部分旋轉，用於在連續的加工步驟之間將工件逐個/逐次地從一個工位傳送到另一個工位，在所述快速反向旋轉返回序列中，轉臺返回到原始位置。有利地有11個加工序列部分的旋轉和一個330°的返迴旋轉。
固定連接區域優選地位於轉臺上方。
在一個第一實施例中，該電纜及軟管束環繞轉臺的旋轉軸線卷繞成螺旋形。在最大卷繞位置，螺旋狀的電纜及軟管束可以有利地形成一個每個電纜或軟管至少四圈的螺旋形。
在一個優選實施例中，該電纜及軟管束形成一個在旋轉過程中摺疊和打開的S形。
用雙分度(double indexing)驅動迴轉臺是有利的，也就是用兩個步驟的旋轉來轉動轉臺，將工件從一個工位移動到相鄰工位後面的工位。這樣就能夠更換加工類型，且還能夠例如提供六個旋轉心軸的轉動操作和六個固定心軸的加工操作。
本發明要解決的另一個問題是加工工件的全部表面。為此，提供了在某些工位加工第一工件表面部分，然後將工件轉動180°，以加工工件的其它表面部分的裝置。很清楚，自身能夠完成兩個加工序列的加工和一個翻轉的操作的裝置構成了一個獨立的發明，該發明能夠不依賴於上述其它特徵的存在特別不依賴於權利要求1中的特徵而應用。
附圖簡介從下面參考附圖給出的對特殊實施例的描述中，將體現出本發明的其它目的、特徵和優點，其中-
圖1是本發明多工位工具機一個實施例的總體透視圖；-圖2是圖1中工具機的俯視圖；
-圖3是在圖1中工具機的一部分局部俯視圖，該圖示出心軸結構和工件保持機構；-圖3A是帶有裝載和翻轉工位的工具機一個特殊實施例的一部分的局部俯視圖；-圖4是一個示出圖1中工具機的刀具保持器的結構的細部透視圖；-圖5是一個示出用於驅動迴轉臺的機構的局部透視圖；-圖6是一個示出向轉臺的轉動心軸供應能量的原理的第一實施例的局部透視圖；-圖7是向轉臺的轉動心軸供應能量的裝置的一個優選實施例的示意性俯視圖；和-圖8是在本發明一個轉動心軸結構的縱剖面中的俯視圖。
優選實施例的說明如圖1和2中特別看到的，在附圖中所示的實施例中，用於加工工件的根據本發明的迴轉輸送多工位工具機大體包括一個可被分度的迴轉臺1，該轉臺1安裝在一個機架2上，以繞一個垂直軸線旋轉。機架2包括多個用於保持和定位刀具的裝置，這些裝置分布在環繞轉臺1設置的加工工位之間，用於加工由轉臺1上的工作保持裝置承載的工件。
根據本發明，轉臺1上的工件保持裝置是轉動電動心軸，例如電動心軸3。在圖1和2中所示的實施例中，有12個環繞轉臺1的周邊均勻分布的轉動電動心軸如電動心軸3，電動心軸3具有朝轉臺1的周邊徑向定向的軸線。根據本發明的轉動電動心軸3能夠快速驅動保持在心軸上的工件而使其旋轉，以由設置於對應的加工工位上的車刀進行車削加工。
圖1和2中示出12個加工工位，如工位4，在轉臺1的這個位置，工位4與轉動電動心軸3成對應關係。
轉動電動心軸如電動心軸3可被分度在所有角度位置，從而保持一個工件靜止扭矩，該扭矩足以允許通過對應加工工位如加工工位4的適當刀具加工工件。
轉動電動心軸優選地還能夠以很低的速度旋轉，並與另一個用於保持和定位刀具的裝置的運動極好地同步。
如可從圖2中清楚地看到的，由於轉動電動心軸3因整體尺寸而指向中心地布置，優選地使用這樣的轉動電動心軸，它具有在向內的方向上，即朝轉臺1的中心旋轉軸線的方向上尺寸減小的形狀。另一方面，有更寬的空間來容納在轉動電動心軸3的周邊上加工工位4中的刀具。
圖8示出轉動電動心軸5中的心軸100，該心軸100可繞軸線I-I旋轉，並由一個第一滾動軸承或軸承6和一個第二滾動軸承或軸承7支承。位於滾動軸承或軸承6和7之間的心軸100的中間部分100a與一個電機轉子8連接，該電機轉子8在電機定子9內部被旋轉驅動。(上述各部分)整體封閉在一個機架10中。因此電動心軸5構成了一個緊湊結構，該結構使在軸向和徑向的整體尺寸最小化，並有利於將最大數量的電動心軸布置在轉臺上，同時確保非常精確地保持工件。
在心軸100中設有殼體如殼體11，用於容納圖中未示出的工件夾持系統。
一個編碼輪12鍵連接到心軸100上，並在一個光傳感器13前面轉動，該光傳感器13提供心軸角位置信號，該信號被發送到控制器(8、9)，以指令心軸旋轉和有選擇地指令其克服旋轉而靜止，並保持在適於加工保持在固定位置的工件的特殊固定位置。
為了實現令人滿意的加工精度，通過將冷卻液輸送到位於定子9的周邊上的環形殼體40中對電動心軸進行冷卻，從而控制支承工件的電動心軸5的工作溫度。
在附圖中所示的實施例中，加工工位基本上是相同的。但也可以設計其中加工工位彼此不同的工具機結構。
下面更詳細地描述一個加工工位，例如圖1至3中的加工工位14，該工位14面向位於所示轉臺1的角位置中的轉動心軸15。
加工工位14由固定到機架2上的兩個垂直支承壁16和17橫向限定。第一垂直支承壁16平行於轉動心軸15的軸線I定向，並橫向偏離軸線I，從而為加工工位14的固定刀具留出了空間。第二垂直支承壁17平行於轉臺1的相鄰心軸18的軸線II。
第一垂直支承壁16通過藉助於構成交叉支架結構的一個軸向滑軌20和一個垂直滑軌21承載著一個板19，從圖4中可以更好地看到該板19。板19用於承載加工工位4的刀具或加工單元。因而軸向滑塊20平行於轉動心軸15的軸線移動刀具，垂直滑塊21在與該軸線垂直的方向移動刀具。
實際上，在圖1中所示的實施例中，加工工位14包括一個承載板19的第一交叉支架結構，和一個承載一板22的第二交叉支架結構。帶有板19的第一交叉支架結構承載著位於轉動心軸15的軸線側部或下方的下部加工空間中的刀具，帶有板22的第二交叉支架結構承載著位於轉動心軸15的軸線上方或側部的上部區域中的刀具。
機架2優選為開口的，包括位於垂直支承壁如壁16和17之間的與每個加工工位如工位4或14相配的下部排出通道。因此加工廢棄物可通過重力向下排出，而不會阻礙轉臺1的加工或運動。
很清楚，必須向轉臺1的轉動電動心軸如電動心軸3和15提供用於電機的電能，提供用於將工件夾持在心軸中的液壓能，提供用於冷卻的水，提供用於潤滑的油，可能還要提供空氣用於需要氣動力的某些操作。根據本發明，全部這些形式的能量都是通過以適當方式卷繞的一束電纜及軟管提供的。
圖6示出帶有轉動心軸如心軸15和心軸3的轉臺1。螺旋狀的電纜及軟管束23在機架2上的一個固定連接區域24與轉臺1上的一個旋轉連接區域25之間卷繞。固定連接區域24優選地位於轉臺1上方。當該束處於完全卷繞狀態時，採用對於每個電纜或軟管包括至少四圈的電纜及軟管的螺旋狀束23可以獲得良好的結果。
可替換地，如圖7中所示，一個S形的電纜及軟管束23a在一個旋轉中心轂1a、一個固定環形周邊導向件2a和一個固定環形中間導向件2b之間卷繞和解卷。該圖示出裝置的兩個極限角位置。
很清楚，轉臺1必須樞轉以將工件從一個工位輸送到另一個工位，且當工件面向加工工位的刀具時必須使該轉臺分度在一個確定位置。可以有利地藉助於HIRTH齒將轉臺1保持在一個確定位置。圖5示意性示出用於驅動轉臺1和對其進行分度的裝置，即通過一個減速器27、一個齒輪28和一個輪29驅動轉臺1的一個電機26。用標記轉臺1角位置的裝置控制所述電機26，以限定必須將轉臺1分度和保持在一個確定位置以在加工工位進行加工的位置。加工心軸此時面向加工工位。
電機26由轉臺控制裝置控制，以在兩個旋轉方向迴轉臺。在第一方向旋轉是間斷的，以將工件從一個工位移動到另一個工位。在該第一旋轉方向，逐漸卷繞和解卷螺旋狀電纜及軟管。然後一次快速反向旋轉通過一次旋轉解卷或重新卷繞電纜及軟管的螺旋狀束。
心軸驅動裝置用於有選擇地例如以0到約6000轉/分的轉速驅動心軸，同時提供一個確定的分度裝置和一個較高的靜止扭矩，從而在某些加工步驟中將工件保持在確定位置。為此，心軸電機有利地是一個通過一個數控供電單元供電的同步電機。由心軸電機提供的動力優選地在轉速為3500轉/分時能達到10千瓦的水平。
通過在每個工位設置兩個交叉支架結構使得能夠從上方、從前方和從下方加工工件。
用於將工件保持在心軸上的系統可以是目前使用的常規系統。因此，不必說明這個系統，因為對於本領域技術人員是清楚的。
用於驅動轉臺1旋轉的裝置可以有利地提供雙分度，也就是說，通過以對應於將工件從一個工位輸送到相鄰工位必須的角度的旋轉角樞轉轉臺1而進行的單分度，和一個對應於將工件直接輸送到相鄰工位後面的加工工位的轉臺旋轉的雙分度。
根據本發明的加工刀具的各種單元有利地由一個中央控制器控制，該中央控制器包括一個帶有相應存儲器的儲存程序控制微處理器。該中央控制器從位置傳感器如與編碼輪12相聯的光傳感器13接收信號，並指令電機運行而驅動工件和刀具運動。另外，中央控制器在全部時間都知道被加工的工件的角位置，即使在車削加工之後。
圖3A中所示的實施例尤其適於自動裝載待加工的原材料，不論其形狀如何。因此該實施例適於自動裝載工件、方坯或棒料。為此，環繞轉臺1的其中一個工位，即工位30，沒有用於保持和定位刀具的裝置。因此可在裝載工位30安裝工件或方坯裝載機器人、棒料輸送機或任何其它適當裝置。
在這種情況下，裝載工位30還形成一個徑向進入空間，在此空間中一個翻轉機器人35可在兩個連續加工序列之間翻轉工件。因此裝載工位30位於一個相鄰的第一加工工位31與一個相鄰的第二加工工位32之間。在相關的時刻，轉臺1的心軸33面向裝載工位30，心軸34位於相鄰的加工工位32中。裝載工位30中位於心軸33前部區域與心軸34前部區域之間的空間是自由的。結果，在裝載工位30中，翻轉機器人35可從目前位於裝載工位30中的轉動心軸33卸下工件，將工件轉動180°，將工件接合在位於相鄰工位32中的轉動心軸34中。
替換地或者附加地，由於工位的布置提供了通向加工區域的徑向進入區，可在任何加工工位中安裝一個工件翻轉機器人，以從位於加工工位中的轉動心軸上卸下工件，翻轉工件，並將其接合在同一轉動心軸中，全部這些都在收縮由加工工位的刀具保持器裝置承載的刀具回縮之後進行。
在(上述)兩種情況下，轉動心軸必須獨立控制，以與轉臺1的另一個轉動心軸對工件的保持無關地夾持和鬆開工件，且必須優選地提供一個能夠獨立於其它轉動心軸的工件夾持壓力而調整的工件夾持壓力。由於同樣的特徵，轉動心軸彼此獨立地驅動旋轉，從而靈活地適用於在各工位進行的各種加工操作。
結果，裝置的圖3A中的實施例可在工件的所有表面上對其進行加工。
此外，可以對工具機的控制裝置進行編程，從而通過翻轉工件而以兩個連續加工序列進行加工在第一加工序列中，將接合在轉動心軸上的毛坯或方坯連續地輸送到多個加工工位，該多個加工工位例如通過連續將工件移動到每個交替工位而加工其表面的第一部分；然後將工件翻轉，並將其合在同中轉動心軸或者相鄰心軸上；第二加工序列這樣執行，如果工件是對稱的，則連續將工件輸送到同一工位，如果工件的兩側不同，則將工件輸送到其它加工工位。
本發明並不限於已經明確說明的實施例，而是包括落在後面權利要求範圍內的各種變型及其一般化。
權利要求
1.用於加工工件的迴轉輸送多工位工具機，包括-一個可分度迴轉臺(1)，該轉臺(1)裝有多個環繞轉臺(1)的周邊分布的工件保持裝置，-多個用於保持和定位刀具的裝置，所述多個裝置分布在多個環繞轉臺(1)的加工工位之間，用於加工由工件保持裝置承載的工件，該工具機中-工件保持裝置包括位於轉臺(1)上的確定位置的轉動心軸(3，15)，每個心軸帶有朝轉臺(1)的周邊定向的軸線(I，II)，並能夠快速地驅動工件而使其旋轉，從而在至少一個加工工位(4，14)中用車刀進行車削操作，-所述轉動心軸(3，15)能夠被分度在所有角度位置，從而能夠在至少一個加工工位(4，14)用適當的其它刀具對工件進行其它加工，其特徵在於，-所述工件保持裝置是由一個心軸(100)構成的電動心軸(3，5，15)，該心軸(100)具有一個由兩個滾動軸承或軸承(6，7)支承的部分(100a)，並直接承載心軸驅動電機的轉子(8)，-所述電動心軸(3，5，15)彼此接觸或者彼此緊鄰地一個接一個地側向並排設置在轉臺(1)上。
2.根據權利要求1所述的加工工具機，其特徵在於，至少一些加工工位(4，14)具有一個垂直支承壁(16)，該支承壁(16)平行於轉動電動心軸(15)的軸線(II)定向，並通過構成一個交叉支架結構的一個軸向滑軌(20)和一個垂直滑軌(21)承載一個加工單元支架板(19)。
3.根據權利要求2所述的加工工具機，其特徵在於，所述加工工具機在至少某些加工工位(14)中包括兩個交叉支架結構，即帶有覆蓋下部和前部加工空間的一個第一板(19)的第一結構，和帶有覆蓋上部加工空間的一個第二板(22)的第二結構。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的加工工具機，其特徵在於，所述加工工具機包括位於相繼的垂直支承壁(16，17)之間的下部排空通道。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，所述轉動電動心軸(3，15)具有一個在尺寸上朝轉臺(1)的內部減小的整體形狀。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，所述轉動電動心軸(3，15)由一個電纜及軟管束(23)供應能量，該束(23)圍繞機架(2)上的一個固定連接區域(24)與轉臺(1)上的一個旋轉連接區域(25)之間環繞轉臺(1)的旋轉軸線卷繞。
7.根據權利要求6所述的加工工具機，其特徵在於，所述固定連接區域(24)位於轉臺(1)上方。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，所述加工工具機包括轉臺旋轉驅動裝置，該轉臺旋轉驅動裝置以一個加工序列和一個快速反向旋轉返回序列提供轉臺(1)的交替旋轉，在所述加工序列中，從一個原始位置開始在第一方向作部分旋轉，用於在連續的加工步驟之間將工件相繼地從一個工位傳送到另一個工位，在所述快速反向旋轉返回序列中，使轉臺(1)返回到原始位置。
9.根據權利要求6或權利要求7所述的加工工具機，其特徵在於，在完全卷繞位置，所述電纜及軟管束(23)形成一個螺形旋或S形。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，轉臺(1)的旋轉驅動裝置提供雙分度，也就是說，以一個對應於將工件從一個工位輸送到下一個相鄰工位所需角度的旋轉角度樞轉轉臺(1)而進行的單分度，以及對應於將工件直接輸送到相鄰工位之後的加工工位的轉臺旋轉的雙分度。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，環繞轉臺(1)的其中一個工位(30)沒有工件保持和定位裝置，並構成一個用於自動裝載工件、方坯或棒料的裝載工位。
12.根據權利要求11所述的加工工具機，其特徵在於，該裝載工位(30)形成一個徑向進入空間，其中一個翻轉機器人(35)可從位於裝載工位(30)的轉動心軸(33)中卸下工件，將工件翻轉180°，並將其接合在位於相鄰工位中的轉動心軸(34)中。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的加工工具機，其特徵在於，在一個加工工位包括至少一個工件翻轉機器人，該工件翻轉機器人能夠從位於該工位的轉動心軸中卸下工件，將工件翻轉，並將其接合在目前位於該工位中的上述轉動心軸中。
全文摘要
本發明涉及一種加工單元，其中工件由一個徑向設置於具有垂直旋轉軸線的轉臺(1)上的電動轉動心軸(3，15)承載。在轉臺(1)旋轉時，工件被相繼地引入環繞上述轉臺(1)周邊設置並包括刀具支承裝置(19，22)的加工工位(4，14)中。因此環繞工具機的周邊具有一個用於容納刀具的大的空間。電動轉動心軸(3，15)適於有選擇地將工件保持在任何固定角度，從而不僅能夠對固定工件進行車削操作，而且能夠進行其它加工操作。
文檔編號B23Q1/54GK1529645SQ02811934
公開日2004年9月15日 申請日期2002年6月14日 優先權日2001年6月15日
發明者L·祖卡利, L 祖卡利 申請人:沃思和格呂法機械工具公司