本發(fā)明涉及一種用于支撐正在被加工的工件(特別是寬的工件)的支撐系統(tǒng)，該正在被加工的工件的其中一個尺寸維度(厚度)明顯小于其它兩個尺寸維度(寬度和長度)，其為非平面狀，例如(尤其類似雙曲率面板的)復(fù)雜形狀的面板。

具體但不排它地，所述系統(tǒng)可用于航空航天和/或汽車工業(yè)，特別是可作為用于加工由不同材料(例如鋁、塑料、復(fù)合材料等)制成的工件的數(shù)控加工中心的一部分。

特別地，涉及一種用于在加工位置支撐工件的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括多個可定向頭，每個可定向頭布置用于接合和支撐工件的一部分。

這樣的系統(tǒng)例如由專利公開文獻US 2009/0057971示出。該已知系統(tǒng)包括多個承載吸盤的線性致動器，所述吸盤適于接合并且剛性地支撐位于固定加工位置的至少一個工件。在該已知系統(tǒng)中，各種線性致動器是可編程的，以適于與不同形狀的工件一起使用，以使得系統(tǒng)能夠通用。各吸盤可在空間中定向成具有至少兩個自由度。在加載工件的時候，處于閑置模式下的吸盤可通過工件的重量和剛度作用自我定向，若自我定向不完美，可通過操作者作用來定向。

現(xiàn)有技術(shù)還包括專利公開文獻EP 0 507 033，其示出了用于支撐和加工工件的設(shè)備，其中，該設(shè)備包括可豎向移動的支柱，每個支柱在上端承載用于固定工件的構(gòu)件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是改進上述已知的適于在預(yù)設(shè)加工位置支撐工件的系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是在可以定向的大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工件抓頭的方向。特別地，工件抓頭可以圍繞具有兩個自由度的耦接裝置(例如球形)定向，更特別地，通過在約90°的角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)至少一個仰角(例如在豎直平面上)，以及在360°的完整轉(zhuǎn)動角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)至少一個擺頭角(例如在水平面上)，來定向抓頭。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是允許有效地抓持以豎向或幾乎豎向的方式延伸的工件的一部分。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是將復(fù)雜形狀的工件(特別是雙曲率面板)保持在位。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是在將工件裝載到支撐系統(tǒng)之前，正確地定向用于抓持工件的抓頭。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是允許工件精確和穩(wěn)定的定位，同時避免工件變形或受到其它損壞，即使在大尺寸工件和/或柔性工件的情況下。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供結(jié)構(gòu)上便宜且簡單的系統(tǒng)來用于在加工位置支撐工件的。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是可獲得一種通用的且適于與不同形狀的工件一起使用的支撐系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供一種支撐系統(tǒng)，其具有多個可在空間定向的抓頭，通過編程，這些抓頭限定了期望形狀的工件的接合支撐表面，即使該工件的形狀復(fù)雜。

這些目的和優(yōu)點以及其它目的和優(yōu)點都通過根據(jù)一個或多個權(quán)利要求所述的支撐系統(tǒng)獲得。

在一個示例中，支撐系統(tǒng)包括多個可定向抓頭，所述多個可定向抓頭共同限定至少一個接合支撐表面，該接合支撐表面至少部分地按照待加工的工件成形，其中，通過具有至少兩個自由度的耦接裝置，各抓頭可在線性致動器的第一活動元件上定向；通過可拆卸的裝配件，各抓頭還可與第二轉(zhuǎn)動元件接合，所述第二轉(zhuǎn)動元件承載至少一個抵擋，在圍繞所述耦接裝置對所述抓頭進行方向調(diào)節(jié)期間，被線性致動器驅(qū)動的所述抓頭會與所述抵擋抵靠。

附圖說明

參考附圖可以更好地理解和實施本發(fā)明，該附圖通過非限制性示例示出了本發(fā)明的一些實施例。

圖1示出設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明制造的支撐系統(tǒng)的數(shù)控加工中心的局部剖面豎向正視圖。

圖2是圖1的支撐系統(tǒng)的支撐單元的局部剖面豎向正視圖。

圖3至圖5示出了圖2中的支撐單元的三種不同操作配置。

圖6是從圖2的右側(cè)看的側(cè)視圖。

圖7是從圖3的右側(cè)看的側(cè)視圖。

圖8是圖3的局部剖開的俯視示意圖，其中一些部分被移除以更好地突出顯示其它部分。

圖9是圖1的支撐系統(tǒng)的支撐單元的水平方向的截面示意圖。

圖10至15以豎向正視圖示出了圖2中的支撐單元的六種不同操作配置。

具體實施方式

參考圖1，總體上用1來表示用于加工由鋁，塑料復(fù)合材料等制成的工件的數(shù)控加工中心。該加工中心1尤其適合于加工寬的工件，即，其中一個尺寸維度(厚度)明顯小于其它兩個尺寸維度(寬度和長度)的工件。該加工中心1例如適用于加工用于航空航天和/或汽車工業(yè)的工件。該加工中心1設(shè)置有一個或多個(已知類型的)操作單元2，各操作單元可以通過兩軸或多軸控制。該加工中心1例如可以配置用于切割和/或碾磨和/或鉆孔和/或外形修整和/或焊接和/或其它加工任務(wù)。

該加工中心1設(shè)置有正被加工的工件P的支撐系統(tǒng)3。這里公開的支撐系統(tǒng)3是根據(jù)本發(fā)明制造的系統(tǒng)的一個實施例。特別地，該支撐系統(tǒng)3可適合于支撐非平面狀的工件，例如復(fù)雜形狀的面板，特別是雙曲率面板。在圖1中，通過示例的方式，以虛線示出了正被加工的工件P，該工件P具有彎曲面板的形狀。

在加工位置的工件P的支撐系統(tǒng)3包括多個支撐單元4。各種支撐單元4可以共同配合以在加工任務(wù)期間以穩(wěn)定的方式整體接合和支撐工件P。各種支撐單元4例如可以按照一行或多行(彼此平行)以有序的方式布置。圖2至15涉及支撐系統(tǒng)3的單個支撐單元4。系統(tǒng)3的各種支撐單元4尤其可以彼此相同。

根據(jù)這里公開的支撐系統(tǒng)3的類型，將各種支撐單元4容置于凹坑。這種類型僅僅是示例性的。可以使用任何其它(已知)類型。特別地，支撐系統(tǒng)可以設(shè)置有一個或多個可移動臺架或一個或多個固定臺。

每個支撐單元4可以包括至少一個抓頭5，該抓頭5布置成用于接合和支撐工件P的一部分。抓頭5尤其可以是具有真空抓具的類型，例如可以是具有吸盤6的抓頭5。該抓頭5可以設(shè)置有用于在吸盤中產(chǎn)生真空的裝置。這種用于產(chǎn)生真空的裝置例如可以是基本上已知類型的，因此文中不再進行詳細描述。這種用于產(chǎn)生真空的裝置例如可以包括將吸盤連接到抽吸裝置(未示出)的管道裝置(至少部分與球形接頭同軸)。

各支撐單元4可以包括至少一個第一致動裝置，其布置用于驅(qū)動至少一個第一元件7，該第一元件7可以在至少第一(豎直)方向上移動。用8總體指示第一致動裝置的固定部分。如在該示例中，第一致動裝置可以包括(具有豎向軸線的)線性致動器。該第一致動裝置例如可以被電驅(qū)動。特別地，該第一致動裝置可由伺服電機驅(qū)動。可以將第一致動裝置設(shè)置為流體驅(qū)動(氣動或液壓缸)或另一類型。

特別地，用于抓取工件的各抓頭5可以由相應(yīng)的第一元件7承載，并具有空間定向的能力。特別地，各抓頭5相對于相應(yīng)的第一元件7可以在至少兩個自由度中定向。特別地，抓頭5可以與第一元件7耦接，如在這種情況下，其可以圍繞與第一元件7成一體的球形接頭9球形耦接。特別地，抓頭5可以由第一元件7承載，可(根據(jù)至少兩個自由度)在空間中在無數(shù)的定向平面中定向。特別地，第一元件7的驅(qū)動軸線穿過球形接頭9的中心。除了球形接頭9，還可以使用其它連接裝置(例如包括至少兩個轉(zhuǎn)動接頭的連接裝置)，使得在兩個或多個自由度中定向。

各支撐單元4的抓頭5可以通過相應(yīng)的第一致動裝置移動，從而可以到達至少一個加工區(qū)域(例如圖5、10、14和15中所示)和至少一個設(shè)置區(qū)域(例如圖2、3、4、11、12和13中所示)，在該加工區(qū)域，抓頭5可以接合和支撐工件的一部分，在該設(shè)置區(qū)域，可以設(shè)置抓頭在空間的期望方向。在這種情況下，加工區(qū)域的位置可高于設(shè)置區(qū)域的位置。

各支撐單元4可以包括至少一個第二致動裝置，其布置用于驅(qū)動至少一個第二元件10，該第二元件10可以沿橫向于上述第一(軸向)方向的至少第二(周向)方向移動。該第二元件10在這種情況下可以與第一致動裝置的固定部分8(通過插入滾動支撐裝置)可轉(zhuǎn)動地耦接。該第二致動裝置可以通過機械連接(在所公開的實施例中為齒輪式)連接到第二元件10。

如所述，第一致動裝置的第一元件7可以按照(豎向)驅(qū)動軸線線性運動。上述第一方向因此可以與上述驅(qū)動軸線一致。第二元件10可以圍繞與第一元件7的上述驅(qū)動軸線重合的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動。第二方向在這種情況下可以是圍繞上述轉(zhuǎn)動軸線的周向方向。

在具體實例中，第二元件10包括與第一元件7的軸線同軸的盤形體。

特別地，各支撐單元4的第二元件10可以布置在上述(位置靠下的)設(shè)置區(qū)域中。如在該示例中，第二致動裝置可以布置于第一致動裝置的固定部分8。第二致動裝置特別地可包括設(shè)置有轉(zhuǎn)子12的馬達11(例如電動機)。

各支撐單元4可以包括特別布置在第二元件10上的至少一個連接裝置13，以將工件的抓頭5和第二元件10可拆卸地連接在一起，使得抓頭在設(shè)定期望方向期間能夠通過第二致動裝置移動，下文將進行更好地說明。

特別地，連接裝置13可以包括裝配裝置，該裝配裝置具有與第二元件10相關(guān)聯(lián)的至少一個凹部/突起，并且可以(通過與上述第一方向平行的軸向插入)和與抓頭5相關(guān)聯(lián)的至少一個對應(yīng)的突起/凹部耦合。當與第二元件10成一體的上述凹部/突起插入與抓頭5成一體的上述突起/凹部時，第二活動元件10自身可以沿上述第二(周向)方向牽引抓頭5。這種插入在抓頭5位于設(shè)置區(qū)域(對抓頭5進行定向的區(qū)域)時進行。

如在具體情況中，連接裝置13可包括叉形裝置(在圖6至8中更清楚可見)，其被布置成以可拆卸的(可插入和可取出)裝配方式接收抓頭5的一個或多個接合部分。

如在本示例中，抓頭5可以包括至少一個第一接合部分14，該第一接合部分14適于和布置成根據(jù)插入和取出方向(基本上平行于第一元件7的第一運動方向)與連接裝置13(叉形裝置)接合和脫離。

如在本示例中，抓頭5可以包括至少一個第二接合部分15，該第二接合部分15適于和布置成根據(jù)插入和取出方向(基本上平行于第一元件7的第一運動方向)與連接裝置13(叉形裝置)接合和脫離。

如在該特定情況下，第一接合部分14和第二接合部分15布置于工件的抓頭5的兩個外周區(qū)。

特別地，上述兩個外周區(qū)的位置相對于抓頭的中心區(qū)正好相對的布置，抓頭5在該中心區(qū)與第一元件7耦合(特別地，該中心區(qū)是抓頭5與球形接頭9接合的區(qū)域)。

連接裝置13可以由第二元件10承載，使得可以圍繞第一元件7進行軌道運動。抓頭5可以由第一元件7承載，使得可以在連接裝置13將抓頭5連接到第二元件10時，使抓頭進行轉(zhuǎn)動運動(基本上與上述軌道運動同軸)。

特別地，連接裝置13可以在橫向(例如垂直)于第一元件7的線性(豎向)驅(qū)動軸線的(水平)運動平面上移動。

當抓頭通過第一致動裝置放置在上述(位置靠上的)加工區(qū)域時，抓頭5與連接裝置13脫離。

如在本示例中，抓頭5可以具有帶有抓持軸線X的工件抓持區(qū)域，該工件抓持區(qū)域面向工件的待接合部分，其中抓持軸線X相對于抓頭5的延伸方向Y傾斜設(shè)置，其中，抓頭沿該延伸方向Y的延伸連接了兩個上述外周區(qū)(具有接合部份14和15)。特別地，抓頭的抓持軸線X可以與上述延伸方向Y形成介于30°和60°之間的角度(更具體地約等于45°)。特別地，抓頭的抓持軸線X和延伸方向Y可以是共面的。

各支撐單元4特別地可包括抵擋裝置16，該抵擋裝置16例如布置于第二元件10，特別地布置于與第二元件10成一體的支撐件19。該支撐件19(其從第二元件10向上突出)可以承載抵擋裝置16和連接裝置13兩者。

該抵擋裝置16可以設(shè)置成遠離抓頭5的中心區(qū)(抓頭在其中與第一元件7耦接以允許在空間定向)。特別地，抓頭5的上述中心區(qū)可以包括與球形接頭9耦接的區(qū)域。如在這種情況下，抵擋裝置16可以較連接裝置13更靠內(nèi)設(shè)置，即，抵擋裝置16距球形接頭9的中心的徑向距離小于連接裝置13距球形接頭9的中心的徑向距離。

上述第一致動裝置可以被配置成(向下)移動第一元件7，以首先使抓頭5觸靠抵擋裝置16(的至少一個點)，并因此以這種方式，通過第一元件7的(向下)移位的作用來改變抓頭5的方向，而抓頭5(特別是抓頭5的下表面)仍然與抵擋裝置16(的至少一個點)接觸。抓頭5(的下表面)和抵擋裝置16之間的接觸迫使抓頭5繞球形耦接件轉(zhuǎn)動，從而改變抓頭的傾斜度。

各支撐單元4可以包括傳感裝置17，該傳感裝置17布置成檢測抓頭5和第二元件10何時通過連接裝置13連接在一起。該傳感裝置17可以包括有無傳感裝置或近距離傳感裝置，來檢測抓頭的接合部分(14或15)何時插入與第二元件10成一體的相應(yīng)的連接裝置13。該傳感裝置17特別地可以布置于連接裝置13。該傳感裝置17例如可以包括光學(光電)型、或機電(開關(guān))型、或另一種類型的傳感裝置。

第一元件7承載抓頭5，可以基本上閑置或非鎖定的方式定向抓頭5。各支撐單元4可包括制動裝置18，該制動裝置可操作地與相應(yīng)的抓頭5關(guān)聯(lián)，以將所述抓頭鎖定在期望方向。

該系統(tǒng)將包括控制裝置，該控制裝置可以包括可編程電子控制裝置和計算機程序指令，以適于驅(qū)動第一和第二致動裝置。

抓頭5可以以下面公開的方式定向，例如，以圖2的配置開始，其中抓頭5的抓持軸線X是水平的(該參考傾斜度被認為是0°)，并且吸盤6的開口的所在平面是豎直的。

為了改變抓頭5的方向，制動裝置18將解除制動。第一接合部分14與連接裝置13耦接(插入叉形裝置的腔中)。抓頭5的下表面已經(jīng)緊靠于抵擋裝置16(圖2)。

為了改變抓頭5的方向，可以降低第一活動元件7，例如，降低第一活動元件7直到圖3的配置，其中抓持軸線X具有(約45°的)的傾斜度。通過第一元件7的運動作用以及抓頭5與抵擋裝置16的觸靠(圖3)，圍繞球形接頭9轉(zhuǎn)動抓頭5來改變抓頭5的傾斜度(從圖2中的配置轉(zhuǎn)變到圖3中的配置)。

特別地，可以降低第一元件7直到延伸方向Y水平；之后可以轉(zhuǎn)動連接裝置13以限定抓頭5在水平面上的方向；被連接裝置13牽引的抓頭5的轉(zhuǎn)動能夠調(diào)節(jié)抓頭5的擺頭，即，能夠進行水平調(diào)節(jié)(擺頭角的調(diào)節(jié))，從而允許在整個水平面擺頭定向。

如果例如第一活動元件7繼續(xù)被降低，則可以達到圖4的配置，其中，抓持軸線X具有幾乎豎直的傾斜度(約90°)。第一元件7的這種進一步降低實際上導致抓頭5圍繞球形接頭9進一步轉(zhuǎn)動，此期間抓頭5一直抵靠抵擋裝置16(圖4)。

特別地，第一元件7的進一步降低限定抓頭5在豎直平面上的方向；因此抓頭5圍繞抵擋裝置16的轉(zhuǎn)動允許抓頭5仰起(elevation)或抬起，即，允許抓頭5的豎向調(diào)節(jié)(傾斜角度的調(diào)節(jié))，使得仰起方向能夠改變約90°。

對于這里公開的示例，圖2和圖4中的配置可以認為是抓頭5可達到的兩個極限傾斜度(最小和最大)。根據(jù)預(yù)設(shè)程序，可以在選定點停止第一元件7的(下降)運動，以獲得所期望的傾斜度，該傾斜度可在兩個極限傾斜度(最小和最大)之間的所有無數(shù)可能的傾斜度之間選擇。因此，通過第一致動裝置的控制，可以在0°和90°之間的范圍內(nèi)選擇抓頭5繞水平轉(zhuǎn)動軸線(穿過球形接頭9)的傾斜度。

還可以通過控制第二致動裝置在0°和360°之間的全范圍內(nèi)選擇抓頭5圍繞豎向轉(zhuǎn)動軸線(穿過球形接頭9)的方向。事實上可以通過使連接裝置13繞第一元件7軌道運動進一步定向抓頭5。這種通過第二元件10的(轉(zhuǎn)動)運動的作用實現(xiàn)的軌道運動可以是全360°轉(zhuǎn)動。連接裝置13配置成使得當抓頭接合于連接裝置時隨著連接裝置13的軌道運動牽引夾頭5。

一旦通過第一致動裝置圍繞第一(水平)轉(zhuǎn)動軸線和通過第二致動裝置圍繞第二(豎向)轉(zhuǎn)動軸線達到抓頭5的期望方向，制動裝置18就會被啟動，以將抓頭5鎖定在具有期望方向的位置，并且第一元件7通過第一致動裝置升高，以將抓頭5置于加工位置(圖5)。

為了執(zhí)行抓頭5的定向的另一調(diào)節(jié)步驟，從圖5中的配置開始，例如為了適合另一個不同形狀的待加工工件，可以執(zhí)行下面所述的任務(wù)(參照圖10至15)。

第二致動裝置對第二元件10轉(zhuǎn)向，使得連接裝置13對準靠下布置的接合部分，在本實例中為第二部分15(圖10)。

然后，第一致動裝置降低第一元件7，使得第二接合部分15接合第一連接裝置13，并且抓頭5抵靠抵擋裝置16(圖11)。

第一元件7可以繼續(xù)下降，使得抓頭5的傾斜度被改變(圖12)，直到(若需要)極限配置(圖13)。在這種情況下，軸線X的傾斜度也可以在0°和90°之間的范圍內(nèi)選擇。通過第二轉(zhuǎn)動元件10的牽引作用，抓頭5圍繞豎向軸線的角位置可以在整個軌道轉(zhuǎn)動(在0°和360°之間)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

一旦抓頭5圍繞兩個轉(zhuǎn)動軸線達到期望方向，制動裝置18就會被鎖定，并且第一致動裝置就可以將抓頭5提升到所需高度處的工作位置(圖14)。

通過驅(qū)動第二致動裝置以轉(zhuǎn)向第二元件10，使得連接裝置13與靠下布置的接合部分(在該實例中是第一部分14(圖15))對齊，可以返回到圖2中的初始位置。因此，可以執(zhí)行新一輪設(shè)置以將抓頭5設(shè)置在期望的方向。

可以首先調(diào)整擺頭角(擺頭角的水平方向)，然后調(diào)整仰角或抬起角度(傾斜角的豎向定方向)。

在設(shè)置區(qū)域中進行擺頭角和仰角的調(diào)節(jié)，根據(jù)兩個自由度來限定抓頭5的位置?；顒釉?隨后向加工區(qū)域的定位(提升)限定了第三自由度。

在上面公開的具體實例中，連接裝置13包括(叉形)裝配裝置，但是也可以使用不同的連接裝置，例如磁吸引類的連接裝置、具有馬達驅(qū)動的掛鉤裝置類的連接裝置、或者帶離合器裝置類連接裝置等。

在特定實例中，抓頭5圍繞球形耦接器定向，但是可以使用具有至少兩個自由度的其它類型的運動耦合裝置。

在一個示例中，當延伸方向Y為水平方向時，對接合部分14或15與連接裝置13進行耦接，以使接合部分14或15布置成提供更大的部位來插入連接裝置13的座。