CN102056708B - 具有用于工件或工具的载体装置的机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有用于工件或工具或工具主轴的载体装置的机床，其包括托架，所述托架可绕着第一轴线从水平位置枢转到垂直位置且可枢转地容纳于在机座中导引的两个支架上。用于工件或工具主轴的载体布置在所述托架上，且设有驱动装置以使两个支架在固定于机器上的导轨上同步移位。根据本发明，所述托架除了被支撑在两个支架上之外还经由两个曲柄状的臂铰链接合到固定的机器部分。

Description

具有用于工件或工具的载体装置的机床

技术领域

本发明涉及一种具有用于工件、工具或工具主轴的载体装置的机床，其包括可绕着第一轴线枢转且支撑在至少一个侧部支架上的托架、布置在所述托架上用于工件或工具主轴的载体，以及用于线性支架移动的驱动装置。

背景技术

对于在夹具装置中的复杂工件的通用多轴加工，在各种实施例中早就已知载体装置和工件台布置，在其中可使夹在工件台上的工件枢转90°以从水平位置到达垂直位置，且反之亦然。如果工件台布置含有旋转式驱动的转动台，那么有可能通过这些马达驱动的枢转移动来执行5轴向加工操作，即，可由机床连续地逐一接近并加工工件的顶面和所有侧面。

EP 1 882 544A揭示一种针对工件的5轴向加工而配置的钻铣床，其包括包含工件台布置的一般载体装置。可通过马达使工件台从水平位置枢转到垂直位置，其中倾斜位置也是可能的。在这种载体装置中，基架上的导轨设置于机架内紧挨着两个侧壁处，两个支架布置在所述导轨上以便可借助于线性电马达来同步地移位。桥状托架可枢转地支撑在两个支架中，所述桥状托架的相对于枢转轴线偏移的中间部分形成转动工件台的支撑件。使用装设在两个支架中的直接驱动式电马达来使桥状托架枢转。所述钻铣床具有作为加工单元的垂直铣刀头，所述垂直铣刀头被在机架上在水平X坐标轴和垂直Z坐标轴上可移位地导引，在水平Y坐标轴上的行进移动是由工件载体装置执行。归因于在两个尺寸稳定的支架中在两侧上对桥状枢转托架的支撑，有可能达成足够高的刚性，甚至在工件台具有相对较大直径的情况下仍如此。然而，举例来说，由于在支架中的两个直接式电驱动装置需要具有相当大的尺寸来使桥状托架与工件台一同枢转且被夹住的工具可能具有大重量，台布置的相对较高的空间要求和相当多的技术努力为不利的。

除了以上情况以外，EP 0 712 682A还揭示一种针对在5轴向上加工工件而配置的呈起重机架构造型式的钻铣床，其机座具有两个间隔开的平行侧壁。可枢转的工件载体装置设置于这些侧壁之间，其桥状枢转托架承载旋转式驱动的工件转动台，且经由两个侧部水平衬套而直接支撑在机座的侧壁中。使用装设在侧部壁外部上的电驱动装置来使托架绕着共同支撑轴线枢转。桥状托架具有相对于共同旋转及支撑轴线偏移的中间部分，工件转动台支撑在所述中间部分上。这个中间部分的两侧稳固地连接到设置于侧壁中的轴承衬套的内末端。代替可枢转的工件载体装置，在这个已知的钻铣床中也可使用固定的工件台，所述工件台侧向附接到形成于两个侧壁的下部区的内侧上的基架。

用于工件的5轴向铣加工的另一种机床描述于WO 2006/072356A中。这个机床中所使用的工件台具有旋转/枢转单元，其旋转单元安置在设置于中心区域中的口袋状凹座中。旋转单元经由侧部倾斜支撑件稳固地连接到枢转单元的前面处。将旋转单元放置在口袋状凹座中意图是降低工件台布置的总体结构高度。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于工件和工具或工具主轴的载体装置，其需要很少的空间、在驱动技术方面具有简单结构和增加的刚性，以及准许高的调整速度。

这个目标是根据本发明通过托架除了被支撑在支架结构上之外还经由曲柄状的臂或铰链支撑件以铰接方式耦合到机体的固定组件的事实来达成。

从技术上来说，根据本发明的载体装置的结构简单，因为其不需要用于将工件台从其水平位置调整到倾斜或垂直位置或反之亦然的旋转驱动装置。托架随工件台从其水平位置到倾斜、垂直或倒翻位置且反之亦然的调整/枢转移动是通过支架结构在安装到机体的侧部导轨(其优选在机座的侧壁的内侧上的基架上)上的线性移动来达成的。托架的两侧旋转式地支撑在支架结构上且桥状托架(其与旋转支撑件间隔开)经由曲柄状的作用臂而连结到机体的固定组件(例如，连结到机座的侧壁)导致运动耦合，在其过程中托架连同上面所支撑的工件台采取从水平初始位置逐渐增加直到垂直定向为止的倾斜位置，或也有可能到达倒翻位置。由于托架的枢转移动仅需要线性驱动装置且不需要其它旋转驱动装置，因此结果为在驱动技术方面显著简化了构造、降低制造成本且归因于省略了体积大的旋转驱动装置也需要较少空间。

根据本发明的合适实施例，提供两个曲柄状的臂，其自由臂支撑在机座的侧壁中的旋转轴承中，所述旋转轴承形成机体的固定组件。这种支撑使得有可能使用结构简单的组件且导致支撑件的高刚性。合适地，曲柄状的臂的自由末端部分的这些轴承安置在机座的侧壁中在工件载体装置上方，使得其受到很大程度保护以免碎屑沉积。

为了增加其刚性且桥接自由空间，曲柄状的臂具有弯曲形状且在其一个末端处承载内(即，面向内)的轴承衬套，其为轴承布置在托架中的部分，且在其另一个末端处承载外(即，面向外)的轴承衬套，其为轴承布置在机座的相应侧壁中的部分。

为了达成台布置到水平位置和倾斜或垂直位置的所要调整移动，曲柄状的臂在托架中的轴承与托架在支架上的轴承布置相距预定距离，其中曲柄状的臂的长度应匹配托架中的轴承之间的这个距离。合适地，在托架中曲柄状的臂在托架中的轴承与托架在支架上的轴承布置处于共同平面，从而允许实现托架的低高度和因此对应地需要很少空间。

根据本发明的另一个有利实施例，将线性电马达用作用于支架结构的线性行进移动的驱动装置，然而，其中也可使用例如压力流体缸、主轴驱动装置(滚珠螺杆主轴)的常规线性驱动装置。如果使用线性电马达，那么其板状的主要和次要部分优选以相对倾斜的方式而安置在机体上，因此形成用于托架的结实的且可能甚至自动定心的支座。

本发明的本质技术方面是托架可枢转地支撑在可线性移位的支架结构上且另外(例如)经由曲柄状的铰链支撑件而耦合到机体的固定组件的事实。这使得有可能通过支架结构的线性移动来使托架的旋转轴承也线性移动。同时，托架运动耦合到机体使托架随安装在其顶面上的收纳台一同枢转，所述台因此被以水平、倾斜或垂直方式调整到相应的所要操作位置。

可提供两个单独的侧部支架，托架经由侧部轴承销可枢转式地支撑在其中，每一支架在其自有导轨上运行，且设置有用于同步移动的构件。除彼之外，所述两个侧部支架也可(例如)通过横向支撑件、杆或类似物而稳固地连接到彼此，使得产生固定组装好的支架结构。在这种情况下，有可能仅使用在支架结构的中心部分处的单个驱动总成，例如呈单个线性电马达或常规线性驱动装置的形式。

用于支架结构的导轨可水平地在Y坐标轴的方向上平行于机座的侧壁而延伸。在这种情况下，当激活例如同步线性电马达的驱动装置时，支架结构在水平平面中进行平移移动。然而，在合适的变体中，导轨以成锐角的倾斜方式安置在机座中，即，从前面升高到后面。因此，当托架与工具台移动时，支架结构也自动地随托架和工具台一同提升，这意味着可达成将工具台的位置从其水平位置更快速地改变到垂直位置-且反之亦然。

在本发明的另一个实施例中，载体装置含有用于夹住相对较短的工件或车床凿子或铣床主轴而非可旋转或非旋转的工件台的固持器。因此，有可能执行垂直和水平旋转和铣削操作。安装至托架的固持装置(例如)可为所谓的夹盘，(例如)转动工具的工具轴杆被夹在所述夹盘中。在此种情况下，加工单元(即，机床的铣刀头)用于固持短的工件，对所述短的工件执行转动操作。

附图说明

可通过参看图式从下文对实施例的描述来了解本发明的其它优点和细节，图式为：

图1A、图1B展示包括在水平位置(A)和在垂直位置(B)中的根据本发明的载体装置的实施例的机床的示意透视图；

图2A、图2B展示在水平位置(A)和在垂直位置(B)中的根据图1的本发明的载体装置的示意透视图，

图3展示根据图1的本发明的载体装置的分解说明，

图4示意性地展示在若干阶段中的根据本发明的载体装置的根据图1的实施例的功能原理，

图5展示包括根据本发明的载体装置的另一个实施例的根据图1的机床，

图6示意性地展示在若干阶段中的根据图5的实施例的功能原理，

图7展示分别包括主轴固持器和夹盘的根据本发明的载体装置的另一个实施例。

具体实施方式

图1中透视说明的铣床是以起重机架构造型式来执行且含有高度刚性的机座1，机座1由彼此平行的两个侧壁2、3、前侧前区段4和上盖板5形成。在两个侧壁2、3的顶面上，以彼此平行的定向来安装导轨6、7，在所述导轨6、7上导引横向支架8以便可藉由马达在Y坐标轴的方向上移位。在这个横向支架8的垂直前侧上，相距垂直距离来安装两个导轨9、10，在所述导轨9、10中导引水平支架11以便可在X坐标的方向上移位。将安置在两个导轨9、10之间的线性电马达12用作水平支架11的驱动装置。在水平支架11的前侧上，安装垂直支架14以便可在Z坐标轴上移位，其中在这种情况下，线性电马达也合适地用作驱动总成。这个垂直支架14承载加工单元15，所述加工单元15呈包括工作主轴16的经装设的铣刀头的形式。

沿两个侧壁2、3的前侧延伸的前区段4含有与机器侧壁2、3相比高度较低的两个侧壁20、21，所述两个侧壁20、21连接到机座的侧壁2、3以形成整体上高度刚性的构造单元。在前区段4的这两个侧壁20、21之间的间隙中，设置有根据本发明的载体装置22，将在下文参看图2和图3来详细描述。

这个载体装置22具有桥状托架25，其经由轴承布置而可枢转地支撑在两个侧部支架26、27中。导块28、29固定到这些支架26、27的外表面，所述块与安装到前区段4的两个侧壁20、21和机座1的侧壁2、3的内表面的相应导轨30、31协作。以此方式，在大致水平平面中导引两个支架26、27。在每一支架26、27中，轴承33、34被设置于内表面上，托架25可旋转地支撑在所述轴承中。线性电马达35、36的次要部件附接到支架26、27的外倾斜表面，所述次要部件与固定的主要部件23、24协作，所述固定的主要部件23、24以倾斜方式安置在前区段4的侧壁20、21上。轴承33、34在两个支架26、27的内表面上的轴承衬套与对准地形成于托架25中的两个侧部轴承开口37、38啮合。两个支架26、27可通过横向支撑件、杆、底板或其它合适组件而稳固地连接到彼此以便形成尺寸稳定的支架结构。使用将安置在中心的单个驱动总成(例如，线性电马达)足以使被组装好以形成结实的装置的支架结构平移地移位，此降低了技术努力和成本。

如可从图3了解到，在所述图中，两个另外的轴承开口39、40设置于托架25的后端部分处，设置于弓形的曲柄状的臂43、44的下末端处的面向内的轴承衬套41、42收纳在所述开口中。这两个曲柄状的臂43、44的上末端承载另外的面向外的轴承部件45、46，所述轴承部件45、46与位于机座1的侧壁2、3中的相应轴承衬套47、48协作。代替两个所说明的曲柄状的臂43、44，有可能仅使用一个铰链支撑件，其布置在托架的后部与机座的横向加劲杆之间。

在根据图1到图6的实施例中，托架25形成工件转动台50的支撑件，工件转动台50具有用于夹住工件的旋转式驱动的工件台51和有利地可为扭矩马达的内部直接电驱动马达。这个驱动马达以及对应的导引和锁定部件分别以平常的方式装设在工件台的环形体52中及容纳于托架25的对应凹座53中。

将在下文参看图1和图2且尤其参看图4来描述根据图1的机床中的载体装置的上述实施例的功能原理和操作模式。

如果工件台51将从图1A和图2A中所展示的水平位置分别移动到根据图1B和图2B的垂直位置中，那么激活两个线性马达35、36，其将两个支架26、27同步地从分别在图1A和图2A中展示的前部位置移动到分别根据图1B和图2B的后部位置。由于两个支架26、27经由轴承33和34以铰接方式连接到托架25，因此托架25也随两个支架26、27一同移动，归因于两个支架26、27是经由其导块28、29而在侧部导轨30、31中被导引，这些轴承的旋转轴线在相同平面中偏移。由于托架25经由两个曲柄状的臂43、44而运动耦合到机座1的两个侧壁2、3，因此托架25在两个前轴承的区中的移位移动导致托架25以逐渐倾斜的方式来定位，而在同时两个曲柄状的臂43、44在其两个端侧支撑件中枢转。继续执行这个过程，直到达成工件台51的所要末端位置，优选地为其根据图1B和图2B的垂直位置。

在图4A到图4D中，示意性地展示根据本发明的载体装置的功能原理。用相同参考数字来指示与根据图1和图2的机床的个别部分具有相同的功能的组件。

图4A展示载体装置的操作状态，其中托架25和工件水平对准，如也在图1A和图2A中所说明。通过激活线性电马达23、24；35、36(未展示于图4中)，将支架27移位到图4B中所展示的在装设在机体上的导轨31上的位置以便固定。由于经由轴承而铰链接合到托架25的后端部分的臂43以其自由末端在机体的侧壁2中的固定轴承上的方式而受到可旋转地支撑，因此这两个侧部臂43、44由于支架27的行进移动且因此托架25的前端部分的行进移动而执行枢转运动。托架25的行进移动结合臂43的枢转运动致使托架25处于倾斜位置且因此也致使其上面所安装的工件台51也处于倾斜位置。托架25的倾斜角度仅取决于支架27的分别的移位和行进移动的量值，使得可选择托架25在根据图4A的水平位置与图4D中所展示的“倒翻位置”之间的任何随机倾斜角度。有可能通过固定(未图示)将托架25和/或支架锁定在所要中间位置中。托架25和工件台51归因于线性电马达对支架27的持续较小移位而到达图4C中所展示的垂直位置，且如果支架27在轨31上的此水平移动继续，那么其到达图4D中所展示的“倒翻”位置，在所述位置中可通过使用简单的加工工具来在工件中加工出特定空腔和凹痕。基本上，从两个支架经组装以形成共同的台结构且仅使用一个线性驱动装置的变体产生相同的功能过程。

关于技术概念和其构造，图5和图6中所展示的机床对应于根据图1的铣床。因此，用相同参考数字来指示相同组件，且此处将不再次描述根据图5、图6的铣床以便避免重复。对应的条件适用于其功能部分本质上对应于图3中所展示的组件的载体装置。

根据图1和图5的载体装置之间的实质差异在于以下事实：在根据图1的实施例中，导轨30、31水平地在Y坐标轴的方向上延伸，使得两个支架26、27在一个水平平面中移动。与之相对照，在根据图5、图6的实施例中，两个导轨57、58以例如10°到45°的锐角倾斜角从前底部延伸到后顶部，如图5A、图5B中所展示。两个导轨57、58安装到与机座的侧壁相邻的两个侧部基架55、56。在每一导轨57、58上，可移动支架59、60或支架结构的侧部部分，其中可将如在根据图1的实施例中的线性电马达或也可将其它合适的驱动总成(例如，压力流体缸、滚珠螺杆驱动装置或类似物)用作支架驱动装置。根据图5A、图5B的支架装置的托架25和旋转或转动工件台51的形成和支撑对应于图1-3中所展示的实施例的所述形成和支撑。在两个实施例中，托架25和工件台51可从根据图1A和图5A的水平位置连续地枢转到根据图1B和图5B的垂直位置，即，仅分别通过两个支架26、27和59、60在水平平面(图1A、图1B)中或在倾斜平面(图5A、图5B)中的平移行进移动。

图6A到图6D示意性地展示根据图5的实施例的操作模式的四个阶段-例如，对应于图4A至图4C。在载体装置的操作状态6A中，支架59和轴承33位于托架25中在导轨57的前部下端区处，且工件台51采取水平位置。在操作状态6B中，支架59、60和托架25的轴承33、34已上移到导轨57、58的大致中心处，且托架25以及工件台51处于成约40°的倾斜角的倾斜位置中。在操作状态6C中，轴承33、34和支架59、60已上移到导轨57、58的后上端区，借此托架25和因此还有工件台51采取还展示在图5B中的垂直位置。当支架59、60进一步移动了少量时，托架25和工件台51到达图6D中所展示的倒翻位置，在所述位置中(例如)可在工件中做出凹痕。

在通过参看图5和图6描述的上述载体装置中，结果为耦合/开始角度的增加且执行在倾斜导向器上的支架移动。因此，达成用于实现托架25和工件台51的枢转移动的缩短的线性路径，这意味着机器的碎屑产生增加。此外，可达成大致线性的移动过程和工件台的约-10°到+120°的增加的枢转范围。

与已知实施例相比，上文详细描述的载体装置提供许多优点。举例来说，工件台的线性和枢转移动的重叠导致对机器空间的特别良好的使用和在工件台的垂直位置中的工作空间的仅少许限制。此外，通过测量系统与工具或工件载体之间的短的热作用长度来达成高的精确性。由于个体装置的重量仅对机器几何形状有较小的影响，因此有可能归因于相对较少的移动质量而达成高的几何精确性和高的动态。在具有短杠杆臂的总共四个间隔开的枢转接合点上对称地容纳载体装置允许实现根据本发明的载体装置的高的总体刚性。一方面经由旋转轴承将桥状托架特别运动耦合到可线性、水平或以倾斜方式移动的线性支架且另一方面经由曲柄状的臂将桥状托架特别运动耦合到固定的机械壁使得有可能通过测量支架的行进移动而实现工件台的甚至为负的对准角度而无任何问题。此外，用于实现(例如)由扭矩马达或旋转主轴驱动的转动工件台的旋转轴线功能的不同技术系统的相对较简单的整合是一个优点。可通过合适地选择耦合部件的几何形状(例如，可旋转地支撑在两个末端处的臂的长度和形状，以及枢转接合点的位置和距离)来优化当在旋转轴线上处置工具或工件载体时工作空间的限制。

工件或工具载体和盒状的托架25分别悬挂在四个“转角点”的区中导致小的弯曲和扭转且因此甚至在高的动态负载下也导致高的刚性。由于托架和其关联组件可设计成重量轻的，因此导致相对较小的移动质量和因此导致高的动态。有可能使用直接处置托板的托板更换器，因为铰接的臂可分别安置和铰链接合在托架的后端处。

代替图1和图2中所展示的转动台，也有可能在根据本发明的载体装置中使用特殊工具主轴，例如旋转主轴，或如(例如)图7中所展示的用于旋转加工的夹紧装置。

图7中所展示的载体装置很大程度上对应于图2的实施例，且可用于分别在图1和图6中所说明的机床中的一者中。在根据图7的这个载体装置中，与根据图1、图2的实施例中的组件相同的组件用相同参考数字来指示。代替根据图1、图2的实施例的转动台51，图7中所展示的载体装置具有安置在桥状托架25的顶面上用于固定地固持工具或工件的固持构件62。如这种情况中所展示，固持构件62被形成为具有支撑在托架25的顶面上的缸体63的夹盘，其中三个夹盘爪64经安置以便偏移120°的角度且在径向上可移位。在这个夹盘62中，可固定地夹住工件(未图示)。夹盘62的缸体63可被旋转式驱动以对所夹住的工件执行旋转加工操作，即，通过装设在托架25中或整合在固持构件62中的驱动马达以合适方式来驱动。除此之外，也有可能将例如车床凿子的工具夹在夹盘62中且将要在分别根据图1和图5的机床中加工的短的工件插入在其铣刀头15中，使得可对这个工件执行旋转加工操作。

可在较小的机床上对较大的工件进行加工的可能性为特别实用的优点，这可意味着降低的投资成本和较短的零件制造时间。此处，归因于小的移动质量，耦合运动学允许非常高的运动动态。在根据本发明而开发的载体装置中，可省略相同类型的台结构迄今为止所需要的强力的枢转驱动装置。

Claims (15)

1.一种具有用于工件和工具的载体装置的机床，其包括

托架，其可绕着第一轴线枢转且容纳于在机座中被导引的支架上，

用于工件或工具的载体，其布置在所述托架上，以及

驱动装置，其用于所述支架在第二轴线上的移位，

所述机床的特征在于

所述托架除了被支撑在两个支架上之外还经由曲柄状的臂铰链接合到所述机座的侧壁，使得布置在所述托架上的所述载体可通过所述支架的线性移动和归因于所述托架运动耦合到所述机座的侧壁而枢转到各种操作位置中。

2.根据权利要求1所述的机床，

其特征在于

形成为枢转桥的所述托架以其前端部分经由两个侧部旋转轴承而在两个支架中的方式受到支撑。

3.根据权利要求2所述的机床，

其特征在于

所述两个支架经由横向支撑件而稳固地连接到彼此，且形成尺寸稳定的支架结构的部分。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的机床，

其特征在于

所述曲柄状的臂的自由末端支撑在所述机座的所述侧壁中的旋转轴承中。

5.根据权利要求4所述的机床，

其特征在于

所述曲柄状的臂具有弯曲形状，且在其一个末端处具有面向内的轴承衬套和在其另一个末端处具有面向外的轴承衬套。

6.根据权利要求4所述的机床，

其特征在于

所述曲柄状的臂在所述托架中的轴承与所述托架在所述支架中的所述侧部旋转轴承相距预定距离。

7.根据权利要求6所述的机床，

其特征在于

所述曲柄状的臂在所述托架中的所述轴承与所述托架在所述支架上的所述旋转轴承位于共同平面中。

8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的机床，

其特征在于

所述托架经由单个铰接支柱而以铰接方式运动耦合到所述机座（1）的侧壁。

9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的机床，

其特征在于

所述支架可由马达驱动在安装到所述机座的所述侧壁和座前区段的侧壁的基架上的导轨上移位。

10.根据权利要求9所述的机床，

其特征在于

所述导轨在水平平面中在第二轴线的方向上延伸。

11.根据权利要求9所述的机床，

其特征在于

所述导轨以某方式延伸以便以锐角从前底部倾斜到后顶部。

12.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的机床，

其特征在于

固持构件设置于所述托架上用于工件的转动。

13.根据权利要求12所述的机床，

其特征在于

所述固持构件是以旋转式驱动的夹盘的方式来形成，工件或工具可夹到所述夹盘中。

14.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的机床，

其特征在于

设置至少一个线性电马达作为用于所述支架的所述线性移动的驱动总成。

15.根据权利要求14所述的机床，

其特征在于

两个同步的线性电马达以相同的倾斜角度相对地倾斜安置在所述机座的所述侧壁的内表面上的有斜面的基架上。

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