專利名稱：機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)床，用于對夾持中的工件進(jìn)行多軸線加工，其包括一個(gè)形狀固定的機(jī)架，一個(gè)借助支座可活動地設(shè)置在該機(jī)架上的工件臺，一個(gè)安裝在機(jī)架上可在水平面上運(yùn)動的交叉滑座，一個(gè)在該交叉滑座上可垂直運(yùn)動的垂直銑頭以及一個(gè)用于各部件不同操作順序的可編程控制單元。
工件加工時(shí)的主要問題是，多種加工要在工件的不同部位并在不同的座標(biāo)軸上用相同或不同的工具在一次工件夾持中來實(shí)現(xiàn)，以避免工作臺上的工件調(diào)換和提高加工精度。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，已經(jīng)開發(fā)出各種已知的萬能銑、鉆床及相應(yīng)的加工中心機(jī)床，以便進(jìn)行工件切削加工。這些設(shè)備通過一個(gè)水平的和一個(gè)垂直的鉆、銑頭進(jìn)行工作，在工作位置這些鉆、銑頭可更換地安裝在主軸箱上，并且可以在一次工件夾持中實(shí)現(xiàn)多座標(biāo)軸工件加工。另外，機(jī)器結(jié)構(gòu)是公知的，其中一個(gè)單獨(dú)的銑頭安裝在一個(gè)活動支架上，該支架設(shè)置在主軸箱的端面上，工作軸可以在垂直、水平方向及傾斜的中間位置上運(yùn)動。另外，切削工作的機(jī)床也是公知的，它的繞中軸線可電動轉(zhuǎn)動的工件臺(圓臺)安裝在一個(gè)特制的支座上。該支座具有一個(gè)用于驅(qū)動工件臺繞水平座標(biāo)軸運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，并且，支座垂直可調(diào)地安裝在機(jī)架的端面上。這種已知的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要相當(dāng)高的投資和工作成本。另外，在加工精度要求高的情況下，由于大量的支承結(jié)構(gòu)和各種包括相應(yīng)固定件在內(nèi)的接合結(jié)構(gòu)的存在，可能出現(xiàn)某些問題。
DE-OS2833145公開了一種在機(jī)座上的水平(臥式)銑床，其中，在一個(gè)形狀固定的較長的機(jī)座之一有一個(gè)加工單元可動地安裝于其后端面上，水平的工作軸在電機(jī)驅(qū)動下可以沿垂直的和水平的座標(biāo)軸運(yùn)動。在機(jī)座的上側(cè)面安裝有一個(gè)臺結(jié)構(gòu)，其在電機(jī)驅(qū)動下可沿水平座標(biāo)軸運(yùn)動，該臺結(jié)構(gòu)具有一個(gè)特殊的臺座，臺座上帶有一個(gè)朝機(jī)架向下傾斜的斜面。該斜面上安裝有一個(gè)用于工件臺的支座，支座可繞中軸線轉(zhuǎn)動。由于加工單元設(shè)置在縱向延伸的機(jī)座的后部的狹窄側(cè)面上，這種機(jī)床需要很大的占地面積。另外，工件臺的夾持面位于不適當(dāng)?shù)母叨任恢蒙希植灰捉咏?，尤其對夾持結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件來說更是如此。再者，還有散落的切屑問題，這些切屑會堆積在機(jī)座和導(dǎo)軌的水平面上。
DE-T13590093揭示了一種雙架結(jié)構(gòu)的立式銑床，其中一個(gè)垂直的主軸頭通過一個(gè)支座可動地安置在一個(gè)橫梁上，該橫梁由馬達(dá)驅(qū)動可以在兩個(gè)機(jī)架的上導(dǎo)軌上運(yùn)行。在這兩個(gè)機(jī)架之間設(shè)有一個(gè)用于工件臺的支承結(jié)構(gòu)，其可繞一水平軸運(yùn)動。該支承結(jié)構(gòu)的下部安裝有一個(gè)驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動工件臺繞其高軸轉(zhuǎn)動。該機(jī)床也存在問題，在預(yù)先調(diào)制水平位置的工件臺上要夾持工件是比較困難的，該工件臺位于上述兩個(gè)機(jī)架之間。另外，當(dāng)工件臺傾斜或垂直時(shí)不可能對工件進(jìn)行高精度地加工，因?yàn)榧庸r(shí)產(chǎn)生的力會使處于傾斜位置的準(zhǔn)懸掛的工件臺錯位。
US4644635還公開了一種用于對工件進(jìn)行垂直切削加工的加工中心機(jī)床，該機(jī)也是雙架結(jié)構(gòu)，其中在上部橫梁的端面上安裝有一個(gè)具有內(nèi)藏式加工主軸的垂直銑頭，該主軸可在馬達(dá)驅(qū)動下沿多條軸線運(yùn)動。在兩個(gè)機(jī)架共同的機(jī)座上有個(gè)臺結(jié)構(gòu)設(shè)置在上述兩機(jī)架之間，該臺結(jié)構(gòu)可沿縱向?qū)к壴跈C(jī)座上水平運(yùn)動，并且該臺結(jié)構(gòu)有一個(gè)支座，支座上有45°傾斜的支承面。該支座上裝有一個(gè)截面呈三角形的臺座，該臺座可繞一條與45°支承面垂直的軸線轉(zhuǎn)動，這樣，安裝在支承件的較大側(cè)面上的臺板可以和夾持的工件起，通過將工件臺支承件轉(zhuǎn)動半圈，從水平位置轉(zhuǎn)換到垂直位置，或者反過來轉(zhuǎn)換位置。這種公知設(shè)備也需要大的占地面積，還有其他缺點(diǎn)如制造成本高昂、切屑難于清除。
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)床，其結(jié)構(gòu)比較簡單，占地需求小，高的固有剛性使工件僅在一次夾持中就可以進(jìn)行精確的多軸線加工。
根據(jù)本發(fā)明，上述發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的上述機(jī)架的前端面上有一個(gè)凹陷，它的向前下方傾斜45°的底部構(gòu)成了一個(gè)用于工件臺的支座的支架，其中支座具有一個(gè)俯視呈圓形的底部以及一個(gè)與該底部制成一體的承物臺，承物臺上安裝有工件臺的支承面，該支承面與支座轉(zhuǎn)動軸線呈45°角延伸。
為了上述目的，在機(jī)架的前側(cè)面專門設(shè)置了具有傾斜底部的凹陷，支座位于該凹陷中的這種特別結(jié)構(gòu)帶來了許多實(shí)用益處，而這些益處是任何公知的機(jī)床所不能實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)在于工件臺在其水平位置上很容易接近，這就大大簡化了工件的裝拆和工件在工件臺上的夾緊工作，并且還極大地方便了對各個(gè)加工過程的觀察。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)機(jī)床剛性高，結(jié)構(gòu)十分緊湊，一方面可使機(jī)床在車間中占地少，另一方面可以實(shí)現(xiàn)最高的加工精度。上述優(yōu)點(diǎn)是依靠該朝機(jī)架內(nèi)凹入的、具有傾斜底部的凹陷而獲得的。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案可使機(jī)床所需的零部件大為減少，就工件的五軸加工而言，與現(xiàn)有的擺頭加工機(jī)床相比本發(fā)明機(jī)床的零部件減少了2/3。最后，由于本發(fā)明的工件臺支座的結(jié)構(gòu)和布置，導(dǎo)致了對實(shí)踐來說格外有益的優(yōu)點(diǎn)，切屑被特別良好地排除，原因是加工時(shí)產(chǎn)生的切屑與沖洗流體一起可以自由下落，不會在導(dǎo)引表面和/或滑動表面上滯留。
采用本發(fā)明的措施，工件臺可以迅速地從水平位置轉(zhuǎn)換到垂直位置，并通過適當(dāng)?shù)毓潭ㄑb置，例如夾具、定位柱和/或位置控制電機(jī)，精確而穩(wěn)定地固定在每個(gè)終端位置上，以及中間位置上。為此，只有下述措施是必須的，支座在一個(gè)最好呈環(huán)形的支架上旋轉(zhuǎn)180°，各個(gè)固定裝置在終端位置上啟動工作或者電機(jī)的自制動剎車功能在終端位置上得到利用。這對操作順序自動化來說是特別有利的，在自動運(yùn)行的動作循環(huán)中，必要時(shí)裝在貨板上的工件被傳遞到上述先處于水平位置的工件臺上，并可以被夾緊，然后簡單地控制支座轉(zhuǎn)動，使工件臺可以運(yùn)動到其垂直位置上，這些動作過程在很短的時(shí)間內(nèi)完成，從而可以進(jìn)一步避免機(jī)床的停機(jī)時(shí)間。
本發(fā)明的工件臺結(jié)構(gòu)除具有良好的場地狀況外，與現(xiàn)有的帶有準(zhǔn)懸臂支承在機(jī)器端面上的支座的支座機(jī)床相比還具有其他的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的支座是用其底面支承的，因此支座的自重、工件臺的重量、工件的重量以及加工時(shí)產(chǎn)生的壓力載荷都通過支座底部大面積地傳遞到機(jī)床的下部結(jié)構(gòu)，即機(jī)架上。支座底部的充分支承、例如支承在一個(gè)環(huán)形支承件上，會促進(jìn)上述效果，同時(shí)該支承件還可以作為支座繞其中軸線轉(zhuǎn)動的導(dǎo)軌而構(gòu)成。為使支座繞其轉(zhuǎn)動中軸線轉(zhuǎn)動，可以采用現(xiàn)有的驅(qū)動裝置，如液力馬達(dá)、帶有或不帶有傳動機(jī)構(gòu)的電機(jī)。如果工件臺不僅要固定在其水平和垂直兩終端位置，而且還要固定在某些中間位置上，以便能對工件進(jìn)行相應(yīng)的加工，那么推薦采用步進(jìn)電機(jī)或數(shù)控驅(qū)動電機(jī)作為支座的驅(qū)動裝置，它從程控單元獲得相應(yīng)的指令，必要時(shí)還要通過一個(gè)內(nèi)部的傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)有效的自鎖功能。通過這種自鎖，工件臺不用其他固定裝置也能在其預(yù)定的加工位置上可靠和高精度地定位。該驅(qū)動裝置可以安裝在機(jī)架內(nèi)部或者還可以安裝在支座的底部。
支座的特殊形狀具有特殊的技術(shù)意義，這種支座形狀可以在水平的和垂直的工件臺上實(shí)現(xiàn)一個(gè)大致不變的工作區(qū)。為此目的，支座具有一個(gè)俯視圖中呈圓形的底部和一個(gè)在轉(zhuǎn)動軸線側(cè)邊設(shè)置的承物臺，其用來放置工件臺的上表面與上述轉(zhuǎn)動軸線呈45°角延伸。該承物臺的大小與形狀這樣選擇，使工件臺始終位于上述轉(zhuǎn)動軸線的側(cè)面。通過工件臺始終布置以及與之相連的特殊形狀的支座，可以讓工件臺的中軸線與支座的轉(zhuǎn)動軸線相交于P點(diǎn)并與支座的各個(gè)轉(zhuǎn)動位置無關(guān)。上述工件臺最好是由電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動的圓臺。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在一個(gè)相應(yīng)加寬的機(jī)架上可以安裝上兩個(gè)本發(fā)明的工件臺結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)工件臺以預(yù)定間隔相鄰設(shè)置。夾持在這對工作臺上的工件可由加工單元相應(yīng)地移動，并相繼由唯一的垂直主軸進(jìn)行加工。另外，該結(jié)構(gòu)還可在其中一個(gè)工作臺上將工件夾緊，而與此同時(shí)，在另一工件臺上夾緊的第二個(gè)工件正在被加工。為使工件的高精度夾緊工作不受干擾，可以在上述兩工作臺之間設(shè)立保護(hù)壁，該壁最好設(shè)置在機(jī)架或其他位置固定的部件上，使銑頭的運(yùn)動不受影響。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)在下面將結(jié)合圖示的實(shí)施例加以說明。圖中

圖1A和1B是銑、鉆床的側(cè)面示意圖，其具有水平的和垂直布置的工作臺；圖2是圖1所示鉆、銑床的正視圖，表示其他的細(xì)節(jié)；圖3是一個(gè)銑、鉆床的示意圖，其具有兩個(gè)在前面相鄰設(shè)置的工件臺。
圖中所示的機(jī)床是一種可編程控制的銑、鉆床，用于對工件進(jìn)行多軸線的自動加工。該機(jī)床包括一個(gè)直接支承在位置和形狀均固定的機(jī)架上的工件臺。如圖1A和1B所示，該銑、鉆床的形狀固定的機(jī)架通過若干需要時(shí)可調(diào)整的地腳2設(shè)立在車間地面或基座上。機(jī)架1的上方固定安裝著垂直于圖面延伸的導(dǎo)軌3，其上導(dǎo)引著馬達(dá)驅(qū)動的橫滑座4。橫滑座4由一個(gè)貫穿的中部4a和兩個(gè)側(cè)壁4b構(gòu)成，其上分別安裝有在圖1A平面內(nèi)水平延伸的導(dǎo)軌5。借助側(cè)導(dǎo)軌6a，縱滑座6在上述兩導(dǎo)軌5上運(yùn)行，其中，縱滑座6的中部6b伸入到橫滑座4的兩個(gè)側(cè)壁4b之間。該縱滑座具有一個(gè)延長的上部件6c，其端面上還具有一個(gè)垂直的導(dǎo)引件8，一個(gè)垂直的主軸箱9作為加工單元可由馬達(dá)驅(qū)動沿導(dǎo)引件8運(yùn)行。主軸箱9中設(shè)有一個(gè)未示出的用于主工作軸11的驅(qū)動馬達(dá)。上述滑座4、6及主軸箱9通過未示出的伺服驅(qū)動裝置、需要時(shí)由鋼球絲杠調(diào)整可在各自的軸線上運(yùn)動。
機(jī)架的前端面上有一個(gè)凹陷12，它由一個(gè)彎曲的周壁12a(參見圖2)和一個(gè)平底13構(gòu)成，該平底向前下方傾斜45°角。在機(jī)架中設(shè)有未示出的內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其沿著平底13的方向延伸，提供高的支承剛性。平底13上設(shè)有一個(gè)支架14，支架14上支承著一個(gè)支座15，該支座15可借助一個(gè)未示出的驅(qū)動裝置繞支架中軸線16轉(zhuǎn)動。在圖1和2所示的實(shí)施例中，支座15具有一個(gè)在俯視圖中呈圓形的底部17，以及一個(gè)與該底部17制成一體的承物臺18。該承物臺18大致平行于中軸線16并在該軸線側(cè)面延伸，并且具有一個(gè)與該中軸線16呈45°角延伸的支承面19。在承物臺18的支承面19上安裝有一個(gè)工件臺，在圖示實(shí)例中它是一個(gè)轉(zhuǎn)動驅(qū)動的圓臺。該圓臺20的軸線21與支架14或支座15的轉(zhuǎn)動中軸線16保持相交于P點(diǎn)，并且與支座15的各轉(zhuǎn)動位置及工件臺20的活動位置無關(guān)。如圖2所示，該銑、鉆床帶有程控裝置，它可以與一臺中央計(jì)算機(jī)連接或者擁有自己的計(jì)算機(jī)，其程序編制將通過具有屏幕顯示器26的輸入裝置25來實(shí)現(xiàn)。機(jī)床工作空間的側(cè)面用薄板簾27封圍，工作空間的操作側(cè)則用帶有門窗的艙室28封閉起來。特別參見圖1A和1B，在所示的機(jī)床上，處于圖1A所示位置上的工件、即工件臺20為水平狀態(tài)，以及處于圖1B所示位置上的工件、即工件臺20處于垂直狀態(tài)下，可以用垂直的主軸11進(jìn)行加工。工件臺及其支座15在機(jī)架凹陷12中的這種復(fù)位結(jié)構(gòu)布置，在縱滑座6在機(jī)架結(jié)構(gòu)上方伸出較小的距離時(shí)，就可獲得較大的工作區(qū)。除了在所示的兩個(gè)端位置上，加工還可以在中間位置上進(jìn)行，即工件在傾斜位置上亦可加工。當(dāng)支座15和控制單元的驅(qū)動裝置相應(yīng)地布設(shè)時(shí)，加工過程還可以在支座15轉(zhuǎn)動期間執(zhí)行，從而開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如球面的壓光或拋光。由于采用了轉(zhuǎn)動驅(qū)動的圓臺20作為工件臺，使工件加工還有其他的變化可能性。經(jīng)驗(yàn)表明，大部分加工是由垂直主軸對一個(gè)夾持于水平工件臺上的工件進(jìn)行加工而實(shí)現(xiàn)的，因此，在圖1A所示的加工過程中，加工工件時(shí)作用于工件臺的垂直力通過支座15和傾斜的支架14極為有利地引入到高剛度的機(jī)架1上。
為了順利地進(jìn)行多種加工工作，擁有各種不同的加工過程是特別有益的，只要簡單地將支座15轉(zhuǎn)動半圈，工作臺便可從圖1A所示位置調(diào)整到圖1B所示垂直位置，而幾何關(guān)系無需作重要改變，在兩個(gè)位置上支座15及工作臺20的中軸線16及21不變地相交于點(diǎn)P。
圖3所示的機(jī)床與圖1和2的實(shí)施例的機(jī)床結(jié)構(gòu)基本相同，相同的零件仍以相同的標(biāo)號來表示。所不同的是其具有一個(gè)加長的機(jī)架并且設(shè)置有兩個(gè)在圖1和2中已作過詳細(xì)說明的工件臺結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)工件臺以預(yù)定間隔設(shè)置在機(jī)架的前側(cè)，其中每個(gè)工件臺結(jié)構(gòu)都包括各自的具有傾斜底部13的凹陷12，每個(gè)工件臺結(jié)構(gòu)與根據(jù)圖1和2描述的結(jié)構(gòu)相同。
另外，在圖3中機(jī)架的左端示出了一個(gè)工具箱，該工具箱顯然也可以裝備于圖1和2所示的機(jī)床上。為了得到充足的工具存放位置，最好在一個(gè)共同的承載臂31上沿該圖的觀察方向前后安裝兩個(gè)這樣的盤狀工具架30，承載臂31以后端固定于機(jī)架1的端臂上并自由地伸向前方的空間中。每個(gè)工具架30都具有一個(gè)用于容納轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置的管座32以及一個(gè)形狀固定的柱子33，該柱的上端可轉(zhuǎn)動地支承著一個(gè)工具盤34。通過上述這對工具架30的結(jié)構(gòu)與布置，使各刀具35有可能直接地、不經(jīng)特殊的刀具更換器就在工作主軸上進(jìn)行更換，其中所有更換過程所必需的運(yùn)動均由主軸11來完成。
本發(fā)明并不局限于所示的實(shí)施例，而是還可以用于其他類型的機(jī)床，在這些機(jī)床上可以對工件進(jìn)行多軸線加工。舉例來說，本發(fā)明可用于磨床、以能量輻射工作的電蝕機(jī)床、電蝕機(jī)床及可比較的加工中心機(jī)床。另外，在某些特殊場合，賦予承物臺18相應(yīng)的形狀使支座的上部具有兩個(gè)工件臺可能是有益的，其中一個(gè)工件臺安裝于轉(zhuǎn)動軸線的一側(cè)，而另一工件臺則安裝于轉(zhuǎn)動軸線的另一側(cè)。這樣，支座的上表面可以完全是平面的，以便讓這對工件臺在同一平面內(nèi)，或著，支座的上表面還可以沿轉(zhuǎn)動軸線上的中點(diǎn)彎折為直角，在每一側(cè)部分上可以安裝一個(gè)工件臺。
權(quán)利要求
1.用于對夾持中的工件進(jìn)行多軸線加工的機(jī)床，包括一個(gè)形狀固定的機(jī)架(1)，一個(gè)借助支座(15)可活動地設(shè)置在該機(jī)架上的工件臺(20)，一個(gè)安裝在機(jī)架上可在水平面上運(yùn)動的交叉滑座(6)，一個(gè)在該交叉滑座上可垂直運(yùn)動的垂直銑頭(9)，以及一個(gè)用于不同操作順序的可編程控制單元；其特征在于上述機(jī)架(1)的前端面上有一個(gè)凹陷(12)，其向前下方傾斜45°的底部(13)構(gòu)成了一個(gè)用于工件臺(20)的支座(15)的支架(14)，其中支座(15)具有一個(gè)俯視呈圓形的底部(17)以及一個(gè)與該底部制成一體的承物臺(18)，承物臺上安裝有工件臺(20)的支承面(19)，該支承面與支座轉(zhuǎn)動軸線(16)呈45°角延伸。
2.如權(quán)利要求1的銑、鉆床，其特征在于上述在支架(14)上可由馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)動的支座(15)可以固定在預(yù)定的加工位置上。
3.如權(quán)利要求1或2的銑、鉆床，其特征在于上述支座(15)的承物臺(18)具有一個(gè)彎曲的外表面，當(dāng)工作臺(20)處于垂直位置(圖1B)的情況下，該外表面與凹陷(12)的上壁(12a)的曲線相適配。
4.如權(quán)利要求1至3之一的機(jī)床，其特征在于上述支架(14)上的支座(15)的支承面比承物臺(18)的支承面(19)上的工件臺(20)的支承面至少大兩倍。
5.如權(quán)利要求1至4之一的機(jī)床，其特征在于在上述機(jī)架的前端面上，在凹陷(12)旁邊至少設(shè)置有一個(gè)盤式工具架(30)。
6.如權(quán)利要求1至5之一的機(jī)床，其特征在于上述機(jī)架(1)和導(dǎo)軌(3)被加長，機(jī)架(1，2)的前端面上設(shè)有若干凹陷(21)，每一凹陷均帶有傾斜底部(13)，在每一凹陷中各設(shè)置一個(gè)工件臺結(jié)構(gòu)(14至20)。
7.如權(quán)利要求6的機(jī)床，其特征在于上述加長的機(jī)架(1)、上術(shù)那對工件臺結(jié)構(gòu)(14至20)及工具架由一個(gè)共同的機(jī)床罩蓋住，在機(jī)床罩內(nèi)部，上述兩工件臺結(jié)構(gòu)之間設(shè)有一個(gè)可活動的分隔壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對夾持中的工件進(jìn)行多軸線加工的機(jī)床，其包括一個(gè)形狀固定的機(jī)架(1)；一個(gè)借助支座(15)可活動地設(shè)置在該機(jī)架上的工件臺(20)；一個(gè)安裝在機(jī)架上可在水平面上運(yùn)動的交叉滑座(6)；一個(gè)在交叉滑座上可垂直運(yùn)動的銑頭(9)；以及一個(gè)用于不同操作順序的可編程控制單元；在上述機(jī)架(1)的前端面上有一個(gè)凹陷(12)，其向前下方傾斜45°的底部(13)構(gòu)成了一個(gè)用于工件臺(20)的支座(15)的支架(14)。支座(15)具有一個(gè)俯視呈圓形的底部(17)，以及一個(gè)與之制成一體的承物臺(18)。承物臺上安裝有工件臺(20)的支承面(19)，該支承面與支座轉(zhuǎn)動軸線(16)呈45°角。
文檔編號B23Q1/54GK1131078SQ95121688
公開日1996年9月18日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月14日
發(fā)明者G·霍帕 申請人:德克爾馬霍有限公司