快速傳動(dòng)刀具系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】快速傳動(dòng)刀具系統(tǒng)
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)是2013年4月4日提交的美國(guó)序列號(hào)U61/808，297的非臨時(shí)申請(qǐng)，其內(nèi)容通過(guò)引用完全并入此文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請(qǐng)大體涉及機(jī)床，且更確切地涉及配置來(lái)實(shí)施小規(guī)模的、高精度的機(jī)械加工或車床操作的機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0003]機(jī)床被用來(lái)利用切削刀具通過(guò)機(jī)械切削過(guò)程制造零部件。機(jī)床可以手動(dòng)地操作、機(jī)械地自動(dòng)操作或者通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)數(shù)字化地自動(dòng)操作。機(jī)床可以包括與所述機(jī)床一起使用的多個(gè)刀具配件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請(qǐng)公開了一種機(jī)床配件，所述機(jī)床配件包括:整體的彎曲行程引導(dǎo)件、配件刀具軸、馬達(dá)和位置反饋傳感器，所述配件刀具軸配置來(lái)使所述刀具旋轉(zhuǎn)且設(shè)置在所述整體的彎曲行程引導(dǎo)件內(nèi)，所述馬達(dá)配置來(lái)移動(dòng)所述整體的彎曲行程引導(dǎo)件，以及所述位置反饋傳感器配置來(lái)測(cè)量所述整體的彎曲行程引導(dǎo)件的位置。在一些實(shí)施例中，所述機(jī)床配件還包括控制器，所述控制器配置成:(i)以通信的方式聯(lián)接至所述馬達(dá)；(ii)以通信的方式聯(lián)接至一個(gè)或更多個(gè)外部裝置；以及(iii)使得所述馬達(dá)響應(yīng)于從所述一個(gè)或更多個(gè)外部裝置所接收到的信號(hào)來(lái)移動(dòng)配件刀具軸。
【附圖說(shuō)明】
[0005]此文中參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中:
圖1顯示根據(jù)實(shí)施例的機(jī)床內(nèi)的示例性的系統(tǒng)布局；
圖2A是根據(jù)實(shí)施例的機(jī)床配件的透視圖；
圖2B是圖2A中所示的機(jī)床配件的側(cè)剖面圖；
圖3是圖2A中所示的機(jī)床配件的分解圖；
圖4A顯示帶有包括控制器的機(jī)床配件的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖4B顯示帶有使用機(jī)床控制器的機(jī)床配件的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖5A是描述根據(jù)一個(gè)示例性切削程序的示例性機(jī)床配件運(yùn)動(dòng)路徑的圖；
圖5B是描述根據(jù)一個(gè)示例性切削程序的與相應(yīng)的機(jī)床主軸和機(jī)床z工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)路徑相結(jié)合的示例性機(jī)床配件的運(yùn)動(dòng)路徑的3D圖；
圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算裝置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0006]此文中公開了機(jī)床配件的實(shí)施例。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床配件配置成安裝在機(jī)床(例如車床、銑床或其它機(jī)器)的可移動(dòng)刀具工作臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的機(jī)械加工操作。該機(jī)床配件包括軸和小型線性致動(dòng)器，軸可配置來(lái)保持切削刀具并且有時(shí)使切削刀具繞其軸線旋轉(zhuǎn)，小型線性致動(dòng)器配置來(lái)保持配件軸并且有時(shí)使配件軸相對(duì)于配件軸的軸線沿著側(cè)向方向移動(dòng)。
[0007]—般情況下，機(jī)床通常包括主軸，主軸可配置來(lái)保持工件或切削刀具并且有時(shí)使工件或切削刀具繞其軸線旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，主軸安裝在主工作臺(tái)上，主工作臺(tái)可以沿一個(gè)或更多個(gè)軸線移動(dòng)。通常沿著主軸的軸線方向移動(dòng)的工作臺(tái)被稱為Z工作臺(tái)。機(jī)床通常還包括至少一個(gè)其它的工作臺(tái)。工作臺(tái)通常包括轉(zhuǎn)臺(tái)，一個(gè)或更多個(gè)切削刀具和/或刀具配件和/或工件固定至轉(zhuǎn)臺(tái)上并且可以沿一個(gè)或更多個(gè)軸線移動(dòng)，以此方式移動(dòng)使得固定到轉(zhuǎn)臺(tái)上的刀具和/或配件和/或工件接觸靜止或旋轉(zhuǎn)的工件并且可能操作靜止或旋轉(zhuǎn)的工件，或者使得固定到轉(zhuǎn)臺(tái)上的刀具和/或配件和/或工件接觸到工件且有時(shí)操作靜止或旋轉(zhuǎn)的工件，或者由靜止或旋轉(zhuǎn)的切削刀具來(lái)操作。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例以及如圖1中所示的，機(jī)床配件安裝在刀具轉(zhuǎn)臺(tái)上并且包括其自身的軸，軸可設(shè)置來(lái)保持刀具且有時(shí)使刀具旋轉(zhuǎn)。在操作中，刀具轉(zhuǎn)臺(tái)可以繞機(jī)床運(yùn)動(dòng)以使得刀具配件與工件相接觸，由此執(zhí)行特定類型的機(jī)械加工操作，例如銑削工件或者給工件鉆孔。在一些執(zhí)行中，刀具工作臺(tái)相當(dāng)大，以及由于相對(duì)欠佳的路徑跟蹤精度以及與大型刀具工作臺(tái)有關(guān)聯(lián)的相對(duì)低的速度，因此安裝在刀具工作臺(tái)上的刀具不能進(jìn)行小規(guī)模的或高精度的車床操作。在這些執(zhí)行中，車床配件配置成使得刀具工作臺(tái)能夠在配件軸旋轉(zhuǎn)時(shí)保持靜止，以及配件線性致動(dòng)器以此方式運(yùn)動(dòng)以操作工件。
[0009]圖2A、圖2B和圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性機(jī)床配件100。如所描繪的，機(jī)床配件100包括線性致動(dòng)器，線性致動(dòng)器包括還用作配件的基座的整體的彎曲行程引導(dǎo)件102，配件具有軸夾、馬達(dá)104和位置反饋傳感器106。機(jī)床配件100還包括鈑金蓋108以及一個(gè)或更多個(gè)機(jī)械加工蓋110。在一個(gè)示例中，整體的彎曲引導(dǎo)件/基座102允許I毫米的位移。但是在其它實(shí)施例中，其它位移是可能的。整體的彎曲引導(dǎo)件/基座102可以由金屬或者一些其它材料制成。在圖2A和圖2B中，彎曲引導(dǎo)件/基座102設(shè)計(jì)為整體的四連桿機(jī)構(gòu)，在桿的端部處具有薄的柔性區(qū)段103，以允許在一個(gè)方向上移動(dòng)的同時(shí)在其它方向上保持剛性。彎曲設(shè)計(jì)使得裝置能提供精確的移動(dòng)同時(shí)還是緊湊的。也可以使用其它的整體的彎曲設(shè)計(jì)。
[0010]此外，機(jī)床配件100包括軸112，軸112適合用于高精度、小型的機(jī)械加工操作。例如，用在機(jī)床配件中的軸具有總體尺寸小、最大速度(每分鐘轉(zhuǎn)速)大、功率容量適中以及精度高的特點(diǎn)。如圖所示的軸是一個(gè)示例，并且其可在80，000RPM、125瓦下操作，并且具有19.05毫米的直徑和0.002毫米的總指示偏差量。在其它示例中，軸可在大約20，000RPM到大約100，000RPM之間、大約10瓦到大約300瓦之間操作，具有大約15毫米到大約30毫米之間的直徑和小于0.0001毫米到大約0.005毫米之間的總指示偏差量。
[0011]如進(jìn)一步所述，機(jī)床配件包括馬達(dá)104，例如可在20鎊的峰值力下操作的音圈。但是，在其它實(shí)施例中，其它類型的馬達(dá)是可能的，例如交流直線馬達(dá)，壓電馬達(dá)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)器(capstan-drive)或其它裝置。圖2A和圖2B示出了音圈馬達(dá)104的示例性位置，音圈馬達(dá)104通過(guò)連桿連接到機(jī)構(gòu)，以使得馬達(dá)能夠引起致動(dòng)器在由整體的彎曲引導(dǎo)件/基座102所提供的方向上運(yùn)動(dòng)。音圈或類似的馬達(dá)提供小的總體尺寸并允許致動(dòng)器以高的速度和加速度進(jìn)行移動(dòng)。
[0012]機(jī)床配件100還包括位置反饋傳感器106，例如電渦流傳感器或電容位移傳感器。位置反饋傳感器106以此方式連接到配件100，以測(cè)量馬達(dá)104和整體的彎曲引導(dǎo)件/基座102的位移。舉例來(lái)說(shuō)，可以使用的其它類型的反饋傳感器包括電感式傳感器、光學(xué)傳感器、磁傳感器或者配置來(lái)測(cè)量刀具配件致動(dòng)器的位移的現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)開發(fā)的任何其它類型的傳感器。
[0013]根據(jù)另外的實(shí)施例，如圖4A所示，刀具配件可以進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)配件控制器114，其可以配置成:(i )接收來(lái)自主機(jī)床控制器的信息，該信息指示主軸的位置和/或速度，和/或主機(jī)床工作臺(tái)的位置和/或速度，以及基于此信息(ii)協(xié)調(diào)機(jī)床配件的軸和小型線性致動(dòng)器以將機(jī)床配件和其旋轉(zhuǎn)刀具在合適的時(shí)間放在合適的位置中，以實(shí)施小規(guī)模和/或高精度機(jī)械加工操作。在其它執(zhí)行中以及如圖4B所述，機(jī)床配件100可以和主機(jī)床控制器直接配合，而不使用配件控制器。
[0014]在操作中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，配件控制器114配置來(lái)執(zhí)行所期望的切削程序。一般情況下，切削程序是一組計(jì)算機(jī)程序代碼或指示，當(dāng)由刀具配件控制器執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序代碼或指示使得刀具配件線性致動(dòng)器相對(duì)于工件移動(dòng)至合適的位置，并且在合適的時(shí)間使得配件軸接觸到工件。
[0015]在示例性的切削程序期間執(zhí)行控制回路的過(guò)程中，機(jī)床配件控制器114將指令信號(hào)傳輸?shù)骄€性致動(dòng)器，使得馬達(dá)和行程引導(dǎo)件以及由此配件的軸112來(lái)移動(dòng)且接合工件。在此移動(dòng)期間，位置反饋傳感器106實(shí)施各種測(cè)量并且將反饋信號(hào)返回到配件控制器114。重復(fù)進(jìn)行控制回路，同時(shí)配件控制器根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整指令信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)床配件的軸112往復(fù)移動(dòng)，接合工件以及從工件解除接合，而機(jī)床配件100安裝在其上的刀具工作臺(tái)是靜止的。
[0016]此外，在控制回路期間，機(jī)床配件控制器114接收來(lái)自主機(jī)床控制器的信息，該信息指示主軸的位置和/或速度，以及還接收來(lái)自機(jī)床控制器的指示機(jī)床工作臺(tái)位置和/或速度的信息。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，機(jī)床配件控制器114通過(guò)根據(jù)從主機(jī)床控制器接收的信號(hào)調(diào)節(jié)其控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行電子凸輪操作。通過(guò)這樣做，機(jī)床配件控制器114能夠以此方式調(diào)節(jié)配件軸112和旋轉(zhuǎn)刀具，以補(bǔ)償機(jī)床的軸和工作臺(tái)的位置和速度中的小改變。因此，機(jī)床配件100能夠進(jìn)行小規(guī)模、高精度的機(jī)械加工操作。
[0017]上述實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，機(jī)床配件100能夠和多種不同類型的機(jī)器一起使用并和主軸、刀具工作臺(tái)和任何其它工作臺(tái)協(xié)同工作。例如，在一個(gè)示例性操作中，主工作臺(tái)和主軸被移動(dòng)到特定的位置，并且從主控制器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)(例如M代碼)到配件控制器。在收到此信號(hào)時(shí)，配件控制器開始與主軸同步，且命令主軸以大致恒定的速度旋轉(zhuǎn)。配件控制器將從反饋傳感器接收指示主軸位置的信息，并且根據(jù)上述描述相應(yīng)地執(zhí)行其切削程序。
[0018]圖5A是描述根據(jù)一個(gè)示例性切削程序的機(jī)床配件的示例性刀具路徑的圖。在所描繪示例中，配件控制器使得刀具在大約1.75秒時(shí)開始切削操作。在大約三秒的時(shí)間跨度內(nèi)，刀具使其位置在其0.6毫米的初始X位置和增大的X總位移之間振動(dòng)，以大約0.4毫米的總位移停