具有工件臺的工具機的製作方法

2023-05-06 10:16:06 3

專利名稱：具有工件臺的工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種具有機架和エ件臺的工具機。
背景技術：
在上述類型工具機的情 況下，因為不同的エ件載荷和エ件臺的機加工載荷，在工具機幾何形狀中會發生變形以及因此產生的誤差。這些幾何形狀誤差會降低エ件的精度。對高精度エ件和/或更大的自動化和/或提高的生產カ的要求使得必須消除或至少降低這些幾何形狀誤差。可替代地，或者附加地，在機加工期間會發生不期望的振動。這些振動影響工具機的機加工產量並且降低エ件的精度和表面質量。從DE 10 2006 049 867 Al已知，一種在エ件臺上具有用於夾持エ件目的的エ件夾持設備的工具機。エ件夾持設備可以藉助壓電致動器被移動，以便降低在機加工操作期間發生的振動。為此，在エ件臺上具有以框架形式實現的所謂壓電臺，エ件夾持設備設置在所述框架內。ー個壓電致動器用來在高度方面定位エ件夾持設備，並且四個其他壓電致動器相對於所述框架定位エ件夾持設備。除了藉助壓電致動器的主動安裝外，還提供了被動安裝，其實現為，彈簧加載支柱與每個壓電致動器平行地起作用。為了實現壓電致動器的定位移動，提供了反饋控制裝置，其記錄エ件夾持設備的位置相對於以固定方式安裝在エ件臺上的壓電臺的誤差並且校正這些誤差以便防止振動。所有這些的結果是，已知工具機具有用於定位エ件夾持設備以便防止振動的壓電設備。然而，這些對在開始時提及的工具機幾何形狀誤差沒有影響。因此這種已知裝置的應用可能性受到限制，並且根據エ件的尺寸和重量，除了彈簧加載支柱，還需要壓電臺和壓電致動器的對應實施例。

發明內容
本發明的目的是提供ー種前述類型的工具機，其可以使用來產生具有第一級表面質量的高精度エ件，並不需要適應於エ件的附加設備。這個目標根據本發明來如下實現，エ件臺在它的其中一個側面上藉助保持設備保持在機架上，所述保持設備具有至少兩個保持元件，所述元件在エ件臺的所述側面上互相間隔地放置，並且所述元件設置在不同的高度位置處以便實現為上和下保持元件，並且所述保持元件的其中至少ー個具有至少ー個壓電致動器，用於改變它的長度並且與之相關聯地影響エ件臺的位置。根據本發明的設計使得エ件的位置能夠藉助所述至少ー個壓電致動器來改變或保持。如果エ件載荷和/或機加工載荷導致變形，以及因此導致在機器幾何形狀方面的相應誤差，那麼通過エ件臺的位置的相應改變，在エ件上的所產生的誤差可以被補償，或者至少部分地被補償。還能夠補償，或至少部分補償發生的任何振動，因為エ件臺藉助壓電元件通過「反振動」被保持在期望位置中。因為エ件臺在エ件臺的其中一側被保持在機架上，所以加工臺與該側相対的一側不支撐在機架上，並且因此當承受載荷時往往彎曲，作為其結果影響了エ件臺的位置，並且因此改變了設置在エ件臺上的エ件的位置。彼此互相間隔布置並且在它們的高度位置方面不同的至少兩個保持元件的布置使得能夠影響整個エ件臺的位置，其中至少ー個保持元件在它的長度方面經由至少ー個壓電致動器來改變。ー個保持元件的長度相對於另ー個保持元件的改變導致エ件臺的緊固到機架的側面的相應傾斜運動，結果是，エ件臺的相對於所述側面橫向地，尤其以直角，設置的臺表面經歷了對它的位置的相應校正。由此顯而易見，僅通過幾個部件並且沒有通過附加的エ件專用裝置，就建立了ー種工具機，其使得能夠生產具有完美表面質量的高精度エ件。在本發明的發展情況中，規定了其中ー個保持元件，尤其是上保持元件構成固定支承，而另ー個保持元件，尤其是下保持元件，具有壓電致動器。儘管ー個保持元件實現為具有高剛度的固定支承，但是上述通過控制壓電致動器產生傾斜運動是可能的，因為這種支承總會具有一定彈性並且因此允許傾斜運動。可替代地，固定支承也可以是具有限定的旋轉軸線的旋轉支承。
根據本發明的發展，規定了保持元件每個具有優選地水平延伸的線性引導器，並且每個具有保持構件，所述保持構件被引導以便於可以沿著線性引導器運動。所述線性引導器可以優選地實現為直線延伸的引導軌道。因為保持構件可以沿著線性引導器運動，所以エ件臺可以在機架上運動，優選地水平地運動。並且，如果它們是可以運動的，那麼優選地其中ー個保持元件實現為固定支承而另ー個具有壓電致動器。固定支承因此不意味著沿著線性引導器的位置變化是不可能的，而是意味著支承被構造為以便於是剛性的，即不晃動，但是還是具有足夠的回弾性(弾性)來允許由在另ー個保持元件上的壓電致動器實現的位置改變。根據本發明的發展，規定了壓電致動器設置在線性引導器和機架之間和/或保持構件具有壓電致動器。如果壓電致動器設置在線性引導器和機架之間，那麼線性引導器可以位移，作為其結果，相應的保持構件，並且因此以及エ件臺也被位移。如果壓電致動器設置在保持構件上，那麼線性引導器不改變它相對於機架的位置，但是保持構件改變它的位置，作為其結果エ件臺的位置因而被改變。根據本發明的發展，如果線性引導器直接設置在機架上是有利的。優選地實施為直線引導軌道的線性引導器因此直接緊固到機架，或者可替代地，實現在機架上。本發明的一種發展規定了保持構件具有互相弾性地偏壓向彼此的兩個承載體元件，壓電致動器以被夾持的方式設置在它們之間。因為互相偏壓向彼此的兩個承載體元件之間容納壓電致動器，如此實現的保持構件構成以固定、不晃動的方式限定的単元，並且其尤其具有可重現的長度並且一旦致動壓電致動器其長度就可以變化，因為壓電致動器允許承載體元件的弾性偏壓，由於該偏壓，承載體元件隨後也不晃動地支承在壓電致動器上。本發明的另ー個發展優選地規定了保持構件具有單件式承載體部件，尤其是由實心材料組成的，其具有至少ー個凹部，壓電致動器尤其是不晃動地設置在該凹部內。因為保持構件實現為單件式，所以產生了ー種部件，其在尺寸方面是高度穩定的，並且儘管如此，由於它的材料的弾性(固有弾性)其提供長度的改變，因為設置在該凹部內的壓電致動器彈性地使該凹部變寬，作為其結果，承載體部件的相應側面伴隨地發生位移。這樣的設計是非常剛性的，並且可以承受高的機械載荷，不會產生不需要的變形。所述承載體部件尤其是由實心材料、優選地金屬、尤其是鋼組成。優選地，根據本發明的發展，規定了承載體元件的其中一個或承載體部件的其中ー側尤其是直接或間接地固定到エ件臺。在本申請的相關部分中「直接」應該理解為表示相應部件互相直接固定到彼此上。「間接」表示兩個部件通過中間插設至少ー個其他部件而互相固定到彼此上。具體地，還可以規定承載體元件的另ー個或承載體部件的另ー側尤其是直接或間接地固定到機架。本發明的一種發展規定了保持構件具有引導器託架，其可以沿著線性引導器運動，承載體元件的另ー個或承載體部件的另ー側固定到引導器託架。結果，從機架開始，保持元件由線性引導器以及隨後連續的保持構件組成，所述保持構件具有引導器託架。當沿著工件臺的方向觀察時，根據ー個示例性實施例，引導器託架由承載體元件鄰接、然後依次鄰接壓電致動器和另ー個承載體元件，或者根據其他示例性實施例引導器託架由承載體部件鄰接。優選地規定了エ件臺以露臺的方式突出遠離機架。因為設置在它側面上的保持設備，エ件臺突出遠離機架。尤其是，保持元件一方面設置在機架的優選地垂直延伸的區域 上，並且另一方面設置在エ件臺的優選地垂直延伸的區域上。エ件臺的臺表面優選地位於水平平面中(在エ件臺本身不能再被調節的範圍內)。如果エ件臺不是「本身可調節的」，那它就是剛性臺。可替代地，可以規定エ件臺是旋轉臺，其具有基座，基座連接到保持設備並且臺裝置安裝在基座上以便它可以旋轉。所述基座優選地藉助保持設備緊固到機架。旋轉軸線優選地沿著水平方向延伸，並且使得臺裝置能夠相對於基座旋轉。根據本發明的優選示例性實施例，規定多個保持元件，其中每ー個沒有壓電致動器或者裝有至少ー個壓電致動器，被設置在同一個高度位置處。例如，兩個保持元件可以設置在ー個高度位置處並且同樣兩個保持元件可以設置在另ー個高度位置處。保持元件的其中至少ー個具有壓電致動器。如果壓電致動器被激勵，エ件臺將既繞著水平軸線又繞著垂直軸線執行傾斜運動。如果ー個高度位置的所有保持元件都具有壓電致動器並且如果以相同的方式控制它們，以便實現在長度方面的相同變化，那麼エ件臺就繞著水平軸線傾斜。如果在不同高度位置處但大約或精確地講處於同一個垂直對齊排列的兩個保持元件具有壓電致動器，並且如果壓電致動器被激勵，那麼實現了エ件臺繞著垂直軸線的傾斜運動。根據具有或不具有壓電致動器的保持元件的數量，並且根據它們的定位和根據按照前述相對簡單的示例性實施例所描述的所使用的高度位置的數量，エ件臺的相應位移運動是可能的。本發明因此不被限制為具有四個保持元件的前述示例性實施例，而是可以在相應的相同或不同的高度位置處、和/或沿水平方向偏置的位置處、和/或在水平方向上的傾斜偏置的位置處提供更多或更少的保持元件，這些中的每ー個可以沒有壓電致動器或具有壓電致動器。本發明的一個優選示例性實施例規定了，根據工具機的至少ー個傳感器，尤其是位置傳感器和/或速度傳感器和/或加速度傳感器來控制壓電致動器。這個傳感器因此構成拾波器，其記錄工具機的不期望的變形和振動並且導致至少ー個壓電致動器因此被控制，以便後者改變它的長度，從而以此抵消所述變形和/或振動。優選地，所述傳感器實現為應變計。最後，如果提供控制單元和/或反饋控制単元則是有利的，其根據由至少ー個傳感器提供的信息控制至少ー個壓電致動器。


附圖在示例性實施例的基礎上闡述本發明，其中
圖I表不具有エ件臺的工具機的不意 圖2示出根據另ー個示例性實施例的具有エ件臺的工具機；
圖3表示保持元件，エ件臺藉助其固定到工具機的機架；以及 圖4示出根據另ー個示例性實施例的相應於圖3的示意圖。
具體實施例方式圖I表示ー以示意圖方式一具有機架2的工具機I的多個部件。機架2具有垂直壁3，エ件臺5藉助保持設備4設置在垂直壁上。保持設備4具有保持元件6、7，這些元件互相間隔地放置並且其ー關於垂直壁3的垂直方向(箭頭8) —定位在不同高度的位置9、10 處。エ件臺5藉助兩個保持元件6、7保持在機架2上。在圖I的示例性實施例中，エ件臺5實現為剛性臺11。它具有垂直延伸的後側壁12，並且具有相對於後側壁12橫向地，尤其以直角，延伸的臺表面13，臺表面用來接納未示出的エ件、或者未示出的エ件託盤。如可以從圖I見到，エ件臺5在其側面14的其中ー個上，即在它的後側壁12上藉助保持設備4保持在機架2上。因為臺表面13關於側面14橫向地，尤其以直角延伸，所以エ件臺5以露臺的形式突出遠離機架2。圖3闡明了保持元件6、7的設計。圖3僅顯示機架2的一部分和エ件臺5在它的後側壁12的區域中的一部分。具體地，如在圖I中示出的保持元件7，即下保持元件在圖3中示出。下面也將描述保持元件6。圖3的保持元件7具有保持構件15，其一從機架2開始並且前進向エ件臺5—由引導器託架16和承載體部件17組成。此外，保持元件7具有線性引導器18，其實現為直線延伸的引導軌道。線性引導器18沿著水平方向延伸，並且直接固定到機架2，具體固定到垂直壁3(圖I)。結果，保持元件15，即它的引導器託架16可以被沿著線性引導器18移動進和出圖3的圖平面。以便因而エ件臺5可以在機架2上水平地位移。引導器託架16以其一個側面19在線性引導器18上的方式被引導，並且其另ー個側面20連接到承載體部件17的側面21上，承載體部件的另ー個側面22連接到エ件臺5的後側壁12。承載體部件17由實心材料，尤其是鋼，優選地製成為單件式。它具有長圓形孔形式的凹部23，其設置在兩個側面21和22之間。沒有晃動地設置在凹部23內的是壓電致動器24，其可以以恰當的方式(未示出)被電控制，導致改變它的尺寸25，作為其結果它使承載體部件17弾性地變形，以便側面21和22的間距以相應的幅度變化。這樣的結果是，増加或減少了保持元件7的長度26，以便在保持元件7的高度處，エ件臺5呈現出距離機架2相應更大或更小的距離。根據圖I構成上保持元件(高度位置9)的保持元件6就是像圖3的保持元件7那樣被實現，但是承載體部件17沒有壓電致動器24，以便一如果期望時ー它也可省去凹部23。那樣，保持元件6構成固定支承，因為沒有壓電致動器，所以它具有的位置在某種意義上是固定的。不過這樣意味著一就像保持元件7—它可以被沿著分配給它的線性引導器18移動。這個固定支承，其一然而像任何「緊密支承」 一祥ー顯然具有一定弾性，將エ件臺5保持為距離機架2恆定距離，同時因為壓電致動器24，保持元件7可以實現長度26的變化。作為這個的結果，エ件臺5關於貫穿保持元件6的水平軸線傾斜，即它能夠影響エ件臺的位置。在這個實例中裝置被構造成以便提供未示出的反饋控制單元，其根據傳感器27提供的信息信號控制壓電致動器24。傳感器27，其僅在圖I中示例性示出並且它在エ件臺5中的安裝位置僅通過在圖I中的實例示出(它也可以被定位在工具機I上的完全不同位置處)，感應工具機I的變形和/或振動，並且影響反饋控制單元，其一為了補償變形和/或振動之目的一相應地控制壓電致動器24。例如由夾持在エ件臺5的臺表面13上的エ件的加工導致的在工具機I的操作 間發生所述變形和/或振動。在這個實例中可以裝置被構造成以便ー在其他方面相應地相似於圖Iー以互相距離一定距離來提供兩個保持元件6和兩個保持元件7，每個相應地在相同的高度位置9和10處以便エ件臺5藉助互相間隔開的四個保持元件6、7保持在機架2上。在這些當中，兩個上保持元件6組成固定支承(沒有壓電致動器)，並且兩個下保持元件7具有壓電致動器24，其根據傳感器27的信號由未示出的反饋控制単元同步地控制。圖2表示工具機I的另ー個示例性實施例，其正如圖I的工具機I那樣構造，以便關於圖I所作出的所有描述同樣適合於圖2的實施例的情況。唯一不同是エ件臺4不是實現為如在圖I的情況中的剛性臺11，而是實現為旋轉臺28，其具有連接到保持設備5，即，連接到保持元件6、7的基座29。臺裝置30安裝在基座29上以便它可以繞著旋轉軸線31旋轉。旋轉軸線31水平地延伸。臺裝置30包括臺表面13。圖2的示例性實施例的其他功能和結構相應於圖I和3的那些功能和結構。圖4具有保持元件7的結構，該結構是相對於圖3的另ー結構，並且其可以使用在圖I或2的示例性實施例的情況中。基本上，圖3的保持元件7的結構相應於圖4的保持元件7的結構，以便參考關於圖3的相應描述。唯一不同是，在圖4的示例性實施例情況中，取代承載體部件17，而具有第一承載體元件32和第二承載體元件33的布置，在它們之間容納著壓電致動器24。兩個承載體元件32、33弾性地偏壓向彼此。這個偏壓產生的原因是以互相距離一定距離地提供的兩個螺栓34、35，它們通過它們的端部36固定到承載體元件32，並且通過它們的杆部37穿過承載體元件33的引導孔38。螺栓34、35具有頭部39，其距離承載體部件33的外側40 —定距離，因此在每個情況中所構成的間隔由盤狀彈簧41填充。結果，壓電致動器24夾持在承載體元件32和33之間。由於盤狀彈簧41，所述裝置某種程度上是彈性的，使得它能夠實現在長度方面的變化，其作為控制壓電致動器24的結果而發生，作為其的結果一正如在圖3的示例性實施例情況中描述的一能夠影響エ件臺的位置。因為螺栓34、35的突出頭部39，エ件臺5的後側壁12設有突出部42，其設置在頭部39之間。歸功於根據本發明的設計，可以校正エ件臺5的傾斜，或者因此發生的角度誤差。通過壓電致動器24的動態接合可以衰減不需要的振動。エ件的機加工和/或不同エ件重量導致在エ件臺5上的不同載荷以及在エ件上的相應角度誤差，然而這個角度誤差根據本發明相應地通過控制壓電致動器來校正。在機加エ過程中不需要的振動由壓電致動器24的反振動來衰減。壓電致動器24因此使用來主動地校正所發生的工具機I的任何幾何形狀誤差。壓電致動器24可以執行靜態和/或動態校正。歸功於本發明，發生在機加工運動學方面的幾何形狀誤差完全被校正，並且生產的エ件是高度精確的。這個精度與エ件的重量無關。歸功於本發明，衰減了不需要的振動，可以因此提高工作產量，並且提高了エ件的精度和表面質量。尤其可以實現為應變計的傳感器27感測有效變形(加載)並且因此控制反饋控制単元，其繼而控制壓電致動器24，壓電致動器 24以長度的相應變化做出反應。長度的這個變化導致在工具機I內的幾何形狀校正。其中，在本申請的過程中，僅參考ー個壓電致動器24和/或僅參考一個傳感器27，顯然還可以將多個這樣的部件提供在不同的位置處。
權利要求
1.具有機架和エ件臺的工具機，其特徵在於，エ件臺(5)在它的其中一個側面(14)上藉助保持設備(4)保持在機架(2)上，所述保持設備(4)具有至少兩個保持元件(6，7)，所述元件在エ件臺(5)的所述側面(14)上互相間隔地放置，並且所述元件設置在不同的高度位置(9，10)處以便實現為上和下保持元件(6，7)，並且所述保持元件(6，7)的其中至少ー個設有至少ー個壓電致動器(24)，用於改變它的長度並且與之相關聯地影響エ件臺的位置。
2.根據權利要求I所述的工具機，其特徵在於，保持元件(6，7)的其中ー個，尤其是上保持元件(6)，構成固定支承，而保持元件(7，6)的另ー個，尤其是下保持元件(7)，具有壓電致動器(24)。
3.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，保持元件(6，7)每ー個都具有線性引導器(18)，線性引導器優選地水平延伸，並且每ー個都具有保持構件(15)，所述保持構件(15)被引導以便於可以沿著所述線性引導器(18)移動。
4.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述壓電致動器(24)設置在線性引導器(18)和機架(2)之間和/或所述保持構件(15)具有壓電致動器(24)。
5.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述線性引導器(18)直接設置在機架(2)上。
6.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述保持構件(15)具有被弾性地偏壓向彼此的兩個承載體元件(32，33)，所述壓電致動器(24)以被夾持的方式設置在它們之間。
7.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述保持構件(15)具有單件式承載體部件(17)，尤其由實心材料組成，其具有至少ー個凹部(23)，所述壓電致動器(24)尤其是沒有晃動地設置在該凹部內。
8.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述承載體部件(17)由金屬組成，尤其是鋼。
9.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述承載體元件(32，33)的其中一個或所述承載體部件(17)的ー側(22)被固定，尤其是直接或間接地，到エ件臺(5)。
10.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述承載體元件(32，33)的另ー個或所述承載體部件(17)的另ー側(21)被固定，尤其是直接或間接地，到機架(2)。
11.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述保持構件(15)具有引導器託架(16)，所述引導器託架可沿著線性引導器(18)被移動，並且所述承載體元件(32，.33)的另ー個或所述承載體部件(17)的另ー側(21)被固定在引導器託架上。
12.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述エ件臺(5)以露臺的形式突出遠離機架(2)。
13.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述エ件臺(5)是剛性臺(11)。
14.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述エ件臺(5)是旋轉臺(28),其具有基座(29)，基座(29)連接到保持設備(4)並且臺裝置(30)安裝在基座(29)上以便它可以被旋轉。
15.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，多個保持元件(6，7)，其中每ー個都沒有壓電致動器(24)或者都具有至少ー個壓電致動器(24)，被設置在同一個高度位置(9,10)處。
16.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，根據工具機(I)的至少ー個傳感器(27)，尤其是變形傳感器和/或位置傳感器和/或速度傳感器和/或加速度傳感器，來控制所述壓電致動器(24)。
17.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，所述傳感器(27)是應變計。
18.根據前述權利要求任意一項所述的工具機，其特徵在於，包括控制單元和/或反饋控制単元，其根據由所述傳感器(27)提供的信息控制壓電致動器(24)。
全文摘要
本發明涉及具有工件臺的工具機。本發明涉及一種具有機架和工件臺的工具機。它被規定為，工件臺(5)在它的其中一個側面(14)上藉助保持設備(4)保持在機架(2)上，所述保持設備(4)具有至少兩個保持元件(6，7)，其在工件臺(5)的所述側面(14)上互相間隔地放置，並且其設置在不同的高度位置(9，10)處以便實現為上和下保持元件(6，7)，並且所述保持元件(6，7)的其中至少一個具有至少一個壓電致動器(4)，用於改變它的長度並且與之相關聯地影響工件臺的位置。
文檔編號B23Q1/26GK102653057SQ20121005295
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月2日 優先權日2011年3月4日
發明者布拉奇 F., 康維卡 J., 金德勒 M. 申請人:麥克隆·阿傑·查米萊斯股份公司