專利名稱：一種數(shù)控機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)器，特別是涉及一種數(shù)控機(jī)床，例如數(shù)控銑床類的機(jī)器，接下來的處理將顯然指此類設(shè)備而不會(huì)失去任何普遍性。
背景技術(shù)：
眾所周知，目前許多已知的數(shù)控銑床包括底部平臺，具有水平工作面，將工件定位在其上；刀盤，可以在加工面上方移動(dòng)，使得能對在工作面上本身保持不動(dòng)的工件進(jìn)行銑削；最后，還包括支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)用來在工作面的上方空間內(nèi)支撐和移動(dòng)刀盤，使得其能夠執(zhí)行為實(shí)現(xiàn)編程的加工所必需的所有位移。
在大多數(shù)目前已知的數(shù)控銑床中，刀盤的支撐結(jié)構(gòu)具有一個(gè)形狀為倒置U形的門架，安裝成可以在機(jī)床的平臺上移動(dòng)，使得它的水平交叉構(gòu)件沿垂直于工作面縱向軸線的方向跨過加工面；以及一個(gè)攜帶刀盤的轉(zhuǎn)塔，其在門架的水平交叉構(gòu)件上移動(dòng)安裝，以致能沿垂直于上述工作面縱向軸線的方向進(jìn)行水平移動(dòng)。
門架能沿機(jī)床平臺在與工作面縱向軸線平行的方向上進(jìn)行移動(dòng)，因此能夠使水平交叉構(gòu)件與其自身保持平行，并垂直于工作面的縱向軸線，而刀盤移動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)塔的底端，使其能以回轉(zhuǎn)方式和沿垂直方向移動(dòng)。
當(dāng)然，采用上述構(gòu)造的數(shù)控銑床需要使用剛性很強(qiáng)的門架，以消除門架的可能的結(jié)構(gòu)變形造成空間定位上存在的任何可能的誤差。
然而令人遺憾的是，具有適于此用途的結(jié)構(gòu)剛性的門架固有地非常沉重和昂貴，必然具有由此帶來的所有缺陷。此外，使用沉重的門架還會(huì)涉及到采用高功率系數(shù)的電機(jī)，它們不但特別昂貴，而且還會(huì)帶來很高程度的電能消耗，因此使用所述機(jī)器將會(huì)提高機(jī)加工件的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)控機(jī)床，其與現(xiàn)在已知的裝置相比，具有較輕的結(jié)構(gòu)以避免上述缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種數(shù)控機(jī)器，其包括平臺，具有水平工作面，將工件固定在其上；機(jī)械加工頭，能夠在工作面上方的空間內(nèi)移動(dòng)；以及支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為在工作面上方的空間內(nèi)支撐和移動(dòng)所述機(jī)械加工頭；所述機(jī)器的特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)包括浮動(dòng)座，安裝成能在工作面上方移動(dòng)；以及多個(gè)鉸連支撐臂，設(shè)計(jì)為在浮動(dòng)座的相對兩側(cè)將所述座支撐在前述工作面上方；每一鉸連臂在豎直平面內(nèi)可以移動(dòng)，并且用來將所述機(jī)器的平臺與位于上方的浮動(dòng)座相連接。


現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的一個(gè)非限定的實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制造的數(shù)控機(jī)床的前視圖；
圖2是圖1中所示機(jī)床的側(cè)視圖，為清晰起見除去了一些零件；圖3是圖1和2中所示機(jī)床的平面圖；圖4是前面圖形中所示機(jī)床在操作過程中可能出現(xiàn)的一些構(gòu)型的示意圖；以及圖5是以前面圖形中所示數(shù)控機(jī)床的一種變體的平面圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1、2和3，數(shù)字1表示整個(gè)數(shù)控機(jī)床，它能方便地用來進(jìn)行非常寬范圍的機(jī)械加工，例如切削坯件諸如此類的機(jī)械加工。
特別地，在所示的實(shí)例中，顯然指用于銑削具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維金屬工件的數(shù)控機(jī)床1，但并不意味著失去任何普遍性。
機(jī)床1基本包括底部平臺2，具有水平工作面3，將工件4定位在上面；刀盤5，能夠在工作面3上方的空間內(nèi)移動(dòng)，以對在工作面3上不動(dòng)的工件4進(jìn)行銑削；以及支撐結(jié)構(gòu)6，設(shè)計(jì)用來在工作面3上方的空間內(nèi)支撐和移動(dòng)刀盤5，使其能對工作面3上不動(dòng)的工件4進(jìn)行所需的機(jī)械加工。
最后，機(jī)床1具有中央控制單元(沒有示出)，其設(shè)計(jì)用來控制支撐結(jié)構(gòu)6，以控制刀盤5在工作面3上方的位移。
參見圖1、2和3，與目前已知的機(jī)床不同的是，該機(jī)器的支撐結(jié)構(gòu)6具有一個(gè)浮動(dòng)座7，其安裝成能在該機(jī)器的工作面3的上方移動(dòng)，以及多個(gè)縮放儀或羅盤類型的鉸連支撐臂8，用來在所述工作面3上方在座本身的相對兩側(cè)支撐浮動(dòng)座7。
特別是在所示的實(shí)例中，浮動(dòng)座7具有大致為矩形的形狀，并且在平臺2上方延伸到工作面3的整個(gè)長度。
參見圖1和3，支撐結(jié)構(gòu)6改為具有四個(gè)鉸連支撐臂8，它們位于浮動(dòng)座7的四個(gè)頂點(diǎn)位置，以使每一鉸連臂8能將浮動(dòng)座7的對應(yīng)尖銳邊緣與位于下面的平臺2連接。該四個(gè)鉸連臂8布置為成對對齊并彼此面對，以使每一對鉸連臂8由二個(gè)鉸連臂8構(gòu)成，這兩個(gè)鉸連臂位于同一個(gè)豎直運(yùn)動(dòng)平面M′、M″上并可在該平面內(nèi)移動(dòng)，該平面垂直于工作面3及其縱向軸線L。
特別地，參見圖1和2，每一鉸連臂8由二個(gè)半臂9構(gòu)成，優(yōu)選但并不是必須兩個(gè)半臂長度相等，它們彼此上下位于豎直運(yùn)動(dòng)平面M′、M″上，然后在一端用一個(gè)連接鉸鏈10彼此鉸連，使二個(gè)半臂9能繞公共旋轉(zhuǎn)軸線10a彼此自由旋轉(zhuǎn)，該公共旋轉(zhuǎn)軸線垂直于上述的豎直運(yùn)動(dòng)平面M′、M″。
除以上所述外，將下半臂9的另一端通過第二連接鉸鏈11鉸連于機(jī)器的平臺2上，這樣能使下半臂9相對于平臺2繞旋轉(zhuǎn)軸線11a自由旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線平行于軸線10a，因而垂直于垂直運(yùn)動(dòng)平面M′或M″。類似地，上半臂9本身的另一端用第三連接鉸鏈12鉸連于浮動(dòng)座7的本體上，這樣能使上半臂9相對于浮動(dòng)座7繞旋轉(zhuǎn)軸線12a自由旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線平行于軸線10a和11a。
換言之，每一鉸連臂8由二個(gè)彼此鉸接的半臂9組成，因而兩個(gè)半臂在豎直運(yùn)動(dòng)平面M′或M″上呈現(xiàn)一個(gè)V字形的構(gòu)型，二個(gè)半臂間敞開角α的值為0至180度，并且分別將一個(gè)半臂(即下半臂9)鉸連到平臺2上，因此能夠呈現(xiàn)相對于垂直方向的任一傾斜位置，傾斜角β為0至120度，并且將另一個(gè)半臂(例如上半臂9)鉸連于浮動(dòng)座7的本體上，因此能夠相對于上述座體呈現(xiàn)任一傾斜位置。
參見圖1，除以上所述外，形成支撐結(jié)構(gòu)6的每對鉸連臂的二個(gè)鉸連臂8彼此對齊布置，形成相互鏡像對稱的構(gòu)型。因此二個(gè)鉸連支撐臂8的六個(gè)鉸鏈10、11和12將定位于不一定是正六邊形的頂點(diǎn)位置。
然而需特別指出的是，形成支撐結(jié)構(gòu)6的每對鉸連臂的二個(gè)鉸連臂8在運(yùn)動(dòng)中互相獨(dú)立，因此通過浮動(dòng)架7和平臺2限定了一個(gè)可變形的鉸連六邊形，在操作期間并且能夠呈現(xiàn)圖4所示的任一空間構(gòu)型。
參見圖1、2和3，每一鉸連臂8最后還裝有一系列用于移動(dòng)的構(gòu)件，它們能根據(jù)指令繞軸線10a、11a、12a旋轉(zhuǎn)二個(gè)半臂9，這樣能將鉸連臂8在垂直運(yùn)動(dòng)平面M′或M″上定位，使之處于圖4中所示的任何工作位置。
特別地，在所述的實(shí)例中，每一鉸連臂8設(shè)有二個(gè)用于控制扭矩和速度的電機(jī)，(通常稱為扭矩電機(jī))、以及與該電機(jī)相配合的制動(dòng)組件和角位傳感器(通常更多地稱為編碼器)。其中的一個(gè)電機(jī)用數(shù)字13標(biāo)明，設(shè)置在與將下半臂9連接到到平臺4上的鉸鏈11對應(yīng)的位置，能根據(jù)指令使下半臂9繞軸線11a旋轉(zhuǎn)。另一個(gè)電機(jī)用數(shù)字14標(biāo)明，設(shè)置在與將上半臂9連接到浮動(dòng)座7的本體上的鉸鏈12對應(yīng)的位置，能根據(jù)指令使上半臂9繞軸線12a旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)然還可以不同方式構(gòu)造這些用于移動(dòng)的構(gòu)件，例如安裝于鉸鏈11和12上的任一電機(jī)13和14可用安裝在與鉸鏈10對應(yīng)位置處的類似電機(jī)(沒有示出)來代替?？蛇x擇地，也可以將電機(jī)13和14保持在與鉸鏈11和12對應(yīng)的位置，然后將第三扭矩電機(jī)安裝在與鉸鏈10對應(yīng)的位置。
在一個(gè)簡化的實(shí)施例中，另外可以將電機(jī)13和14僅裝配在二個(gè)鉸連臂8上，這二個(gè)鉸連臂8形成支撐結(jié)構(gòu)6的兩對鉸連臂之一。
最后需要強(qiáng)調(diào)的是，上述電機(jī)13和14能夠用以下構(gòu)件替代，如傳統(tǒng)類型的電機(jī)減速機(jī)、液壓馬達(dá)、風(fēng)動(dòng)馬達(dá)或任一用于此目的其它類型驅(qū)動(dòng)單元。
參見圖1、2和3，刀盤5可以改變?yōu)榘惭b成使其能在浮動(dòng)座7上沿平行于工作面3縱向軸線L的方向移動(dòng)，并且它基本上由以下部件組成電機(jī)主軸15(即由一個(gè)刀架主軸(tool holder spindle)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成的整體)，安裝在浮動(dòng)座7上，使刀架主軸16面向機(jī)器的平臺2；以及用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17，能夠根據(jù)指令以已知方式沿平行于刀架主軸16的旋轉(zhuǎn)軸線的方向移動(dòng)電機(jī)主軸15，以能夠移動(dòng)刀架主軸16達(dá)到或遠(yuǎn)離平臺2。
特別地，在所述的實(shí)例中，用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17根據(jù)指令可以沿一對縱向?qū)к?8移動(dòng)，該導(dǎo)軌在浮動(dòng)座7上方沿平行于工作面3縱向軸線L的方向延伸，并且電機(jī)主軸15安裝在該用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17上，并且突伸到浮動(dòng)座7下方，沿與工作面3縱向軸線L平行的方向可滑動(dòng)地接合于浮動(dòng)座體7上在縱向?qū)к?8之間制出的縱向通孔19中。
當(dāng)然機(jī)床1的中央控制單元(沒有示出)監(jiān)控用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17沿浮動(dòng)座7的位移和電機(jī)主軸15沿平行于自身旋轉(zhuǎn)軸線方向的位移。
此外，根據(jù)來自集成于電動(dòng)機(jī)13和14中的角位傳感器的信號，機(jī)床1的中央控制單元能驅(qū)動(dòng)電機(jī)13和14，依此移動(dòng)鉸連臂8，使它們移動(dòng)浮動(dòng)座7到達(dá)或遠(yuǎn)離平臺2及其工作面3，或相對于平臺2及其工作面3(參見圖4)使其傾斜或水平移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)編程機(jī)械加工。
當(dāng)然，集成于電動(dòng)機(jī)13和14中的角位傳感器即編碼器，能以間接方式確定安裝于刀盤5上的刀具的絕對空間位置。因此中央控制單元必須采用機(jī)器支撐結(jié)構(gòu)6的數(shù)學(xué)模型，即時(shí)計(jì)算出刀盤5上的刀具所處的絕對空間位置。
然而，需要指出的是，作為集成于電機(jī)13和14中的角位傳感器的可選擇的或另外的方式，機(jī)床1可以設(shè)置一種裝置，用來檢測安裝在已知類型刀盤(沒有示出)上的刀具的絕對空間位置，它能實(shí)時(shí)確定安裝在刀盤5上的刀具的頂端所處的絕對空間位置及其在空間上的取向。因此機(jī)床1的中央控制單元可以直接控制刀盤5的位移，通過直接來自安裝在刀盤5上的刀具所處絕對空間位置的反饋控制，實(shí)時(shí)計(jì)算出鉸連臂8必須執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)以上的描述和說明可以很容易地得知機(jī)床1的操作，因此不需要作任何進(jìn)一步的解釋。
機(jī)床1具有的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。用于支撐刀盤5的新型結(jié)構(gòu)6比傳統(tǒng)的門架輕得多，由此具有大大小于后者的慣性矩。如果使用同樣的電能，所述的慣性矩能使刀盤5的定位速度達(dá)到目前銑床所不可思議的水平。
當(dāng)然，上述刀盤5定位速度的增加會(huì)導(dǎo)致機(jī)床每小時(shí)生產(chǎn)能力有顯著的提高。
機(jī)床1的結(jié)構(gòu)還能使刀盤5在更寬范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這樣大大提高了機(jī)器本身的多功能性。
最后，很明顯，對此處所描述和說明的機(jī)床1可以進(jìn)行改進(jìn)和變化而不脫離本發(fā)明的范圍。
特別是，參見圖5，平臺2頂部可以裝配一個(gè)水平座20，將工件4定位在上面。所述的水平座20能根據(jù)指令在平臺2上沿平行于工作面3的縱向軸線L的方向移動(dòng)，因此能將刀盤5安裝在浮動(dòng)座7上，而不需要根據(jù)指令沿平行于上述縱向軸線的方向平移。
那么在這種情況下，用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17直接固定在浮動(dòng)座7的本體上，使電機(jī)主軸15僅能沿垂直于浮動(dòng)座7并平行于刀架主軸16旋轉(zhuǎn)軸線的方向移動(dòng)，以此方式移動(dòng)刀架主軸16到達(dá)或遠(yuǎn)離平臺2。
很明顯上述方案相對于圖1至4所示的方案，能夠減少浮動(dòng)座7縱向上的妨礙。浮動(dòng)座7現(xiàn)在可以剛好位于一部分工作面3的上面，因此可以僅由一對適當(dāng)大小的鉸連臂8支撐。
最后需要特別指出的是，在兩種解決方案中，用于支撐和移動(dòng)電機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)17還可能是惰型(passive type)的，限于將電機(jī)主軸15剛性連接到浮動(dòng)座7的本體上，而不存在任何移動(dòng)的可能性。
關(guān)于電機(jī)主軸15，能用″水刀″切削頭(其用超高速水射流切割材料)、激光切割頭(其采用激光束切割材料)、鉆削頭、或設(shè)計(jì)成安裝在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)塔的底部的任一其它類型的加工頭或檢測裝置代替。
權(quán)利要求
1.一種的數(shù)控機(jī)器(1)，包括平臺(2)，具有水平工作面(3)，將工件(4)定位在所述工作面上；機(jī)械加工頭(5)，可以在所述工作面(3)上方的空間內(nèi)移動(dòng)；以及支撐結(jié)構(gòu)(6)，其設(shè)計(jì)為在工作面(3)上方的空間內(nèi)支撐和移動(dòng)所述機(jī)械加工頭(5)；所述機(jī)器(1)的特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)(6)包括浮動(dòng)座(7)，安裝成可在前述工作面(3)上方移動(dòng)；以及多個(gè)鉸連支撐臂(8)，設(shè)計(jì)為在所述浮動(dòng)座(7)的相對兩側(cè)將所述座支撐在前述工作面(3)上方；每一鉸連臂(8)在豎直平面(M′，M″)內(nèi)可以移動(dòng)，設(shè)計(jì)為將所述機(jī)器的平臺(2)與位于上方的浮動(dòng)座(7)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器，其特征在于，每個(gè)所述鉸連支撐臂(8)包括二個(gè)半臂(9)，該兩個(gè)半臂通過第一連接鉸鏈(10)彼此鉸連，該第一連接鉸鏈能使二個(gè)半臂(9)繞預(yù)設(shè)的第一旋轉(zhuǎn)軸線(10a)旋轉(zhuǎn)，并且分別利用第二連接鉸鏈(11)將一個(gè)半臂鉸連到所述機(jī)器的平臺(2)上，利用第三連接鉸鏈(12)將另一個(gè)半臂鉸連到所述浮動(dòng)座(7)的本體上，這樣能使它們繞相應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)軸線(11a)和相應(yīng)的第三旋轉(zhuǎn)軸線(12a)自由旋轉(zhuǎn)，所述第二和第三旋轉(zhuǎn)軸線平行于所述第一旋轉(zhuǎn)軸線(10a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器，其特征在于，所述多個(gè)鉸連臂(8)包括至少一對鉸連支撐臂(8)，該對鉸連支撐臂彼此對齊并且共面，彼此間大致呈鏡像對稱的構(gòu)型，因此所述二個(gè)鉸連支撐臂(8)的所述第一連接鉸鏈(10)、所述第二連接鉸鏈(11)和所述第三連接鉸鏈(12)在空間中定位在一個(gè)六邊形的頂點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器，其特征在于，形成每對鉸連臂(8)的鉸連支撐臂(8)在同一個(gè)運(yùn)動(dòng)平面(M′，M″)內(nèi)延伸，所述運(yùn)動(dòng)平面大致垂直于所述機(jī)器的所述工作面(3)的縱向軸線(L)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的機(jī)器，其特征在于，它包括用于移動(dòng)的裝置(13，14)，所述裝置能根據(jù)指令使每一鉸連臂(8)的兩個(gè)半臂(9)互相獨(dú)立地繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸線(10a)、所述第二旋轉(zhuǎn)軸線(11a)以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸線(12a)移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器，其特征在于，所述用于移動(dòng)的構(gòu)件(13，14)包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(13，14)，安裝在所述鉸連臂(8)中與所述第一連接鉸鏈(10)、所述第二連接鉸鏈(11)和/或所述第三連接鉸鏈(12)相對應(yīng)的位置。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的機(jī)器，其特征在于，所述浮動(dòng)座(7)上設(shè)有縱向通孔(19)，所述通孔沿平行于所述工作面(3)的縱向軸線(L)的方向延伸；所述機(jī)械加工頭(5)設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)地接合于所述縱向通孔(19)中。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種數(shù)控機(jī)器(1)，其包括平臺(2)具有水平工作面(3)，將工件(4)定位在其上；機(jī)械加工頭(5)，可以在工作面(3)上方的空間內(nèi)移動(dòng)；以及支撐結(jié)構(gòu)(6)，其設(shè)計(jì)為在工作面(3)上方的空間內(nèi)支撐和移動(dòng)機(jī)械加工頭(5)。這種支撐結(jié)構(gòu)(6)包括浮動(dòng)座(7)，安裝成能在工作面(3)上方移動(dòng)；一系列鉸連支撐臂(8)，設(shè)計(jì)用來在浮動(dòng)座(7)自身的相對兩側(cè)將該座支撐在工作面(3)的上方，以及用于移動(dòng)的構(gòu)件(13、14)，能根據(jù)指令獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉸連臂(8)，每一鉸連臂(8)設(shè)計(jì)為將機(jī)器的平臺(2)與位于上方的浮動(dòng)座(7)連接。
文檔編號B23Q1/01GK1816418SQ200480018911
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者弗蘭科·帕斯奎托 申請人:Omv維尼特工廠機(jī)械有限責(zé)任公司