CN100488715C - 复合工作机 - Google Patents

Abstract

在床身上，一对导轨相互平行地铺设在X轴方向上。在导轨上，第一至第四加工机器的X轴柱布置在X轴方向上。Y轴座沿Y轴方向上分别安装在X轴柱中。Z轴座以可在Z轴方向上往复运动的方式分别安装在Y轴座中。主轴支架和主轴装置分别安装在Z轴座中。对加工机器进行维护时，相应的加工机器在X轴方向上彼此离开地运动以确保充分的维护区。这样，不必要提供任何专门的维护区。这缩减了第一至第四加工机器的沿X轴方向的安装空间。

Description

复合工作机

技术领域

本申请涉及一种复合工作机，包括诸如机床、装配机、清洗机、测量机或者压印机等。

背景技术

通常，复合加工系统利用分布在多个加工站的多台机床对工件相继进行多种加工。每一台机床构造成床的形式，床单独配置有在水平轴线方向上往复运动的X轴柱(X-axis column)、可在Y(竖直)方向上往复运动地安装在X轴柱上的Y轴座(Y-axis saddle)、安装在Y轴座上且在垂直于X轴方向的水平Z轴方向上往复运动的Z轴座、以及安装在Z轴座上的主轴(参见日本专利待审公开No.JP-A-6-106445)。

在以上复合加工机器中，单独的机床之间必须在X轴方向上设置维护区以便操作人员实施维护保养。这引出了一个问题，即加工系统的X方向上的整个长度增大了。为了解决该问题，传统上，已经提出使加工机器中的两个加工机器背对背地排列，如日本专利待审公开No.JP-A-2000-280129所披露的。此外，为了解决相同的问题，日本专利待审公开No.JP-A-2001-121386提出一种生产线，其中两台机床相互联合起来并在机床之间设置维护区。此外，日本专利待审公开JP-A-2000-084712还提出了一种单一机床，该机床设有两个刀具主头以便对单个工件执行不同的加工操作。

其中，在日本专利待审公开JP-A-2000-280129、JP-A-2001-121386和JP-A-2000-084712中所披露的机床用作用于加工配置在多个加工站上的工件的加工系统的情况下，除了主轴在X轴方向上的操作所必需的往复行程以外，必须在机床组或机床之间特别安排维护区。因此，所披露的机床在缩减安装空间方面有限制。此外，在配置多个机床以组成生产线的情况下，其中每一个机床设有床身，需要更大的安装空间和更长的工作时间以便进行安装，因为床身的数量很大。

同样地，在除以上机床以外的复合工作机中，诸如装配机、清洗机、测量机或者压印机中，必须在机器之间设置维护区，因此，也不能缩减安装空间。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，以提供能够减小多个工作机(比如机床)之间的维护区，从而缩减安装空间和用于安装床身所需的时间。

为了解决以上问题，根据本发明的第一方面，提供一种复合工作机，包括：

单个床身；

单独安装的多个运动体，所述多个运动体通过单个床身上的共用导向单元可在单轴方向上往复运动；

分别安装在运动体上的多个工作机；

设置在各运动体上的多个驱动单元；以及

用于单独控制各个驱动单元和各个工作机的控制单元。

根据本发明的第二方面，如在本发明第一方面中所述，优选的是每一个驱动单元是直线电动机，且

定子被布置在所述单轴方向上，该定子由交替排列且串联地构成直线电动机的N极和S极永磁体组成。

根据本发明的第三方面，如在本发明第一方面中所述，优选的是每一个驱动单元包括：

沿单轴方向布置在床身上预定位置处的共用滚珠丝杠；和

通过伺服电动机可旋转地安装在每一个运动体中并与滚珠丝杠螺旋配合的滚珠螺母。

根据本发明的第四方面，如在本发明第一至第三方面中所述，优选的是每一个驱动单元包括：

沿一个方向布置在床身上预定位置处的共用齿条，和

通过伺服电动机可旋转地安装在每一个运动体上并与齿条啮合的小齿轮。

根据本发明的第五方面，如在本发明第一方面中所述，优选的是控制单元是单机。

根据本发明的第六方面，如在本发明第一方面所述，优选的是，在床身上的工作机之间，盖子可伸缩地设置在至少单轴方向上，

该盖子遮盖第一区域与第二区域之间的空间，其中在第一区域中设置对应于工作机的多个工作台，在第二区域中分别移动运动体。

根据本发明的第七方面，如在本发明第一至第六方面中所述，优选的是工作机是用于加工工件的加工机器，且

在机床上，用于安放加工机器用刀具的刀具库安装在沿至少单轴方向的上部中。

根据本发明的第八方面，如在本发明第七方面中所述，优选的是共用碎屑输送机设置在多个工作台下面，该多个工作台设置在床身的前面以使其对应于加工机器，

该共用碎屑输送机排出工件加工过程中产生的碎屑。

根据本发明的九方面，如在本发明第八方面中所述，优选的是在三个方向上控制加工机器主轴的运动，所述三个方向是单轴方向、垂直于单轴线方向的竖直方向和水平方向，且

盖子允许主轴在三个方向上运动。

根据本发明，通过单个床身上的共用导向单元，单独安装的多个运动体可在单轴方向上往复运动，且设置在运动体中的多个驱动单元分别由控制单元单独控制。因此，在安装过程中，多个运动体能同时安装在单个床身上，从而能改进床身与运动体的安装操作。在维护分别装配有工作机的运动体的过程中，在单轴方向上，运动体在彼此远离的方向上运动，从而能确保维护区。因此，除了运动体的加工过程所需的单轴方向上的往复行程以外，不必要事先固定不变地设置专门的维护区。这缩减了装配有工作机的运动体在单轴方向上的安装空间。

附图说明

图1是根据本发明的复合工作机的实施例的平面图；

图2是复合工作机的前视图；

图3是复合工作机的右视图

图4是复合工作机的透视图；

图5是盖装置的平面截面图；

图6是盖装置的纵向截面图；

图7是复合工作机的控制系统的方块电路图；

图8是本发明另一实施例的截面图；

图9是本发明另一实施例的前视图；

图10是本发明另一实施例的前视图；且

图11是另一实施例的右视图。

具体实施方式

现在参考图1至7说明根据本发明的复合工作机的实施例。

如图3和4所示，一对导轨12相互平行地铺设在床身11上，以使其沿X轴方向定位。在导轨12上，如图1所示，作为工作机的第一至第四加工机器13至16可动地排列在X轴方向上。在导轨12之间都布置了带状定子21。定子21由交替设置且串联地构成直线电动机的N极和S极永磁体组成，并且其安装长度约等于导轨12的安装长度。在X轴柱17至20的下表面上分别设有构成了直线电动机的对应于定子21的可动体，其中X轴柱17至20分别是第一至第四工作机13至16的运动体。定子21和相应的可动体组成了第一至第四X轴直线电动机22至25。这些第一至第四X轴直线电动机22至25用作驱动装置，用于驱动各个X轴柱17至20。通过控制第一至第四X轴直线电动机22至25，X轴柱17至20单独地在X轴方向上往复运动。

第一至第四加工机器13至16的结构基本上相同。因此，主要说明第一加工机器13。在第一加工机器13的X轴柱17的直立部分的竖直表面上，一对Y轴导轨26平行地铺设在Y轴(竖直)方向上。在Y轴导轨26上，Y轴座27分别以可往复运动的方式安装在Y轴方向上。通过连接到X轴柱17上端的第一Y轴伺服电动机28A和由第一Y轴伺服电动机28A驱动旋转的滚珠丝杠29、以及连接到Y轴座27的背面且与滚珠丝杠29螺旋配合的滚珠螺母(未示出)，Y轴座27适于在Y轴方向上往复运动。一对Z轴导轨31彼此远离并平行于Z轴方向和Y轴方向地铺设在Y轴座27的竖直表面上。Z轴座32安装在Z轴导轨31上。通过连接到Y轴座27下部的第一Z轴伺服电动机33A和滚珠丝杠34以及连接到Z轴座32并与滚珠丝杠34螺旋配合的滚珠螺母35，Z轴座32适于在Z轴方向上往复运动。主轴支架36连接到Z轴座32的侧壁上。主轴装置37安装在主轴支架36上。主轴38安装在主轴装置37中。用于驱使主轴38旋转的第一主轴电动机39A安装在主轴支架36的后端。

如图3和4所示，在第二至第四加工机器14至16中，第二至第四Y轴伺服电动机28B至28D、第二至第四Z轴伺服电动机33B至33D以及第二至第四主轴电动机39B至39D分别对应于第一加工机器13中的第一Y轴伺服电动机28A、第一Z轴伺服电动机33A和第一主轴电动机39A。

如图7所示，以上第一X轴直线电动机22、第一Y轴伺服电动机28A、第一Z轴伺服电动机33A和第一主轴电动机39A通过第一驱动电路42连接到单一控制装置41。类似地，第二X轴直线电动机23、第二Y轴伺服电动机28B、第二Z轴伺服电动机33B和第二主轴电动机39B通过第二驱动电路43连接到单一控制装置41。此外，第三X轴直线电动机24、第三Y轴伺服电动机28C、第三Z轴伺服电动机33C和第三主轴电动机39C通过第三驱动电路44连接到单一控制装置41。此外，第四X轴直线电动机25、第四Y轴伺服电动机28D、第四Z轴伺服电动机33D和第四主轴电动机39D通过第四驱动电路45连接到单一控制装置41。由来自控制装置41的控制信号控制各种电动机的旋转，从而通过连接在主轴38上的刀具对由工作台52(稍后描述)支撑的工件W进行加工。

如图3和4所示，用于支撑工件W的工作台52通过多个托架51安装在床身11的前侧，以使其对应于第一至第四加工机器13至16的各个主轴38。工件载入/载出机构53安装在工作台52的前面，该机构把工件载入到每一个工作台52并载出已被加工的工件。该工件载入/载出机构53由支架54、被支撑在支架54上表面上的众多位置处的导辊55以及被支撑在每一个导辊55上表面上的多个平板架56构成。在上述托架51和工作台52的下方设有第一至第四加工机器13至16共用的碎屑输送机57。该碎屑输送机57用来收集/移走从经过加工的工件上废弃的碎屑。

主要参考图4至6来说明盖装置61。盖装置61连接在床身11前端的上表面上，即，盖装置61连接在床身11与工作台52之间的位置的上表面处，以便遮盖限定在设置有多个工作台52的区域与X轴柱17至20移动的区域之间的空间。盖装置61用来防止冷却液和碎屑在工件加工过程中飞向第一至第四加工机器13至16。

如图4和6所示，水平方向超长的方形框架62在床身11的前端处连接到上表面。对应于第一至第四加工机器13至16的各个主轴装置37的可动构架63通过沟状导槽64以可在X轴方向上往复运动的方式安装在框架62内部，其中导槽连接到框架62的上段和下段。如图5所示，用于使主轴装置37的外周边和可动构架63的内周边之间相互屏蔽的滑盖65安装在可动构架63内。如图6所示，该滑盖65由到达主轴装置37外周边的板66和与板66的上下远边相连的多个盖件67构成。

在各个框架62A、62B与对应框架62A、62B的各个可动构架63之间分别安装有拉紧盖71。并且，拉紧盖71安装在每个可动构架63之间。如图5所示，该盖71由盒72和盖布73构成，其中盒72连接竖直构架62A、62B，盖布73成卷形地容纳在盒72内，并且梢端与另一个竖直构架63A、62B相连接。

因此，在图5中，当主轴装置37在X方向上往复运动时，盖71的盖布73从盒72的内部卷回或卷起，使得限定在框架62与可动构架63之间的空间以及每个可动构架63之间的空间被盖布73遮盖。此外，在图6中，当主轴装置37在Y方向上往复运动时，滑盖65的盖件67扩展或收缩(伸缩式地)，使得主轴装置37与可动构架63之间的空间总是被遮盖着。

刀具库75安装在构成了上述盖装置61的框架62的上水平构架62C的上表面上。刀具库75由保持架76和抓紧器77组成，其中保持架76设置在框架62的上水平构架62C的上表面上并沿X轴方向被定向，抓紧器77向下连接到保持架76的前端以便分别抓紧刀具。抓紧器77在X轴方向上以等间距安装在众多位置处。

下面将要说明如上所述地被构造的复合工作机的操作。

假设工件W需经过复合工作机的多种加工处理。首先，支撑在图4所示的工件载入/载出机构53的平板架56上的工件W被载入对应于第一加工机器13的工作台52。由夹紧机构(未示出)夹持在预定位置处的工件W通过安装在主轴38中的工具以这种方式被加工：即图7所示的控制装置41提供控制信号至第一驱动电路42以控制第一X轴直线电动机22、第一Y轴伺服电动机28A、第一Z轴伺服电动机33A和第一主轴电动机39A的旋转。

一旦由第一加工机器13完成工件W的加工以后，工件W被转移到对应于第二加工机器14的工作台52，并通过安装在主轴38中的刀具再次加工。类似地，工件W依次由安装在第三加工机器15和第四加工机器16的主轴38中的刀具加工。已经完成加工的工件W被转移到工件载入/载出机构53的平板架56并由用于载出的导辊55运出来。

在对每一台加工机器13至16进行维护时，它们沿X轴方向上的彼此远离的方向运动以保证充分的维护区。例如，为了确保第一加工机器13与第二加工机器14之间的维护区，参见图1，第一加工机器13在X轴方向上向右运动，而所有第二至第四加工机器14至16在X轴方向上向左运动，从而确保了大的维护区。

根据以上实施例的复合工作机产生了以下效果。

(1)该实施例中，在单个床身11的上表面上，第一至第四加工机器13至16共用的导轨12沿X轴方向被铺设，且第一至第四加工装置13至14的X轴柱17至20以可往复运动的方式安装在导轨12上。因此，在进行维护的过程中，第一至第四加工机器13至16能够在X轴方向上相互远离地运动以确保充分的维护区。从而，除了加工机器13至16进行加工所需的沿X轴方向的往复行程以外，不必要事先固定不变地设置专门的维护区。这缩减了第一至第四加工机器13至16在X轴方向上的安装空间。此外，由于使用了单个的床身，因此能够缩短它的安装时间。

(2)上述实施例中，对应于四个工作台52至52的四个加工站上的第一至第四机器13至16中的任何两个加工机器能够运动以便加工单个加工站上的工件。这能够实现多种加工操作。

(3)上述实施例中，定子21放置在床身11的上表面上，而对应于定子21的可动体安装在第一至第四加工机器13至16的X轴柱17至20中，从而组成了第一至第四X轴直线电动机22至25。因此，能够缩短第一至第四加工机器13至16的X轴方向上的相应长度。这也能使复合工作机小型化。

(4)上述实施例中，盖装置61安装在床身11的上表面上，以便遮盖构成盖装置61的框架62与主轴装置37的外周边之间的空间。这防止冷却液或碎屑在工件加工过程中撒向第一至第四加工机器13至16。除此以外，盖装置61的框架62用作第一至第四加工机器13至16共用的部件。这减少了部件数量，并有助于制造和装配操作，从而降低生产成本。

(5)上述实施例中，在盖装置61的框架62的上端面上安装有刀具库75。该保持架76结合有在X轴方向上以预定间距排列的大量抓紧器77。因此，能够容易地以新的刀具替换使用过的刀具。特别地，由于通过使每一个主轴装置37沿X轴方向运动到极限而驱使第一至第四加工机器13至16的主轴装置37在X轴方向上沿着导轨12往复运动，因此能够扩展每个主轴装置的刀具替换区，各个主轴装置37的可动范围彼此重叠。这样，刀具替换区能够与主轴装置37共享。由此，能够减少并入刀具库75中的刀具种类。

(6)上述实施例中，在对应于第一至第四加工机器13至16的多个工作台52的下方设有第一至第四加工机器13至16共用的碎屑输送机57。因此，能够简化碎屑输送机57以减少部件数量，并有助于制造和装配操作，从而降低了生产成本。

(7)上述实施例中，如图3所示，在两条导轨12内设有用作驱动单元的定子21和X轴直线电动机22至25。因此，能够容易地确保驱动单元的安装空间。

顺便说一下，上述实施例可以作如下的修改。

如图8所示，第一至第四加工机器13至16共用的滚珠丝杠95能以不旋转方式由轴承96支撑在床身11上表面上方的预定位置处。与滚珠丝杠95螺旋配合的滚珠螺母97能以可旋转方式支撑在第一至第四加工机器13至16的X轴柱17至20下方。齿轮98可设置在滚珠螺母97上，以便它们能通过X轴伺服电动机99A至99D和分别安装在第一至第四加工机器13至16中的驱动轮(未示出)以可往复的方式被驱动旋转。

如图9所示，可以沿X轴方向将第一至第四加工机器13至16共用的齿条100铺设在床身11的上表面上，与齿条100相啮合的小齿轮101可以设置在对应于第一至第四加工机器13至16的X轴柱17至20中，以便通过X轴伺服电动机99A至99D驱使它们往复旋转。

如图10所示，四个滚珠丝杠95能以可旋转方式通过轴承96设置在床身11上表面上方的预定位置处，且连接到第一至第四加工机器13至16的X轴柱17至20的滚珠螺母97可以与滚珠丝杠95螺旋配合。且滚珠丝杠95可以这样设计：使得它们能通过X轴伺服电动机99A至99D驱动而往复旋转。

如图11所示，可在直立地设置床身11上表面上的盖装置61的框架62上安装一个导轨12。且可在该一个导轨12和床身11上表面上的另一导轨12上以可往复运动的方式安装X轴柱17至20。

在上述实施例中，用于向/从工作台52载入/载出工件的机构是平板架系统。不过，该机构可以是机器人系统、起重系统或传送系统。

可以省略上述实施例中的第一至第四Y轴伺服电动机28A至28D。在这种情况下，可以没有可动构架63和盖零件67。此外，在不需要旋转刀具的情况下，可以省略第一至第四主轴电动机39A至39D。

可以通过例如悬挂在保持架76两端上的链条输送机使刀具库75的抓紧器循环运动。

在以上两条导轨12、12的外部，可设置定子21和第一至第四X轴直线电动机22至25以作为驱动单元。在这种情况下，在如图11所示的床身11上表面上的导轨12右侧，能够布置用于X轴柱17至20的驱动单元。

尽管已经结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域熟练技术人员显而易见的是：可以不脱离本发明进行各种变更和修改，因此，本发明旨在将落入本发明真实主旨和范围内的所有这些变更和修改包括在所附的权利要求中。

Claims (9)

1.一种复合工作机，包括：

单个床身；

单独安装的多个运动体，该多个运动体通过单个床身上的共用导向单元可在单轴方向上往复运动；

多个工作机，各个所述工作机安装在各自的运动体上；

多个驱动单元，各个所述驱动单元设置在各自的运动体中；以及

用于单独控制各个驱动单元和各个工作机的控制单元。

2.根据权利要求1所述的复合工作机，其中，每一个驱动单元是直线电动机，且

定子被布置在单轴方向上，该定子由交替设置且串联地构成直线电动机的N极和S极永磁体组成。

3.根据权利要求1所述的复合工作机，其中，每一个驱动单元包括：

沿单轴方向布置在床身上预定位置处的共用滚珠丝杠；和

通过伺服电动机可旋转地安装在每一个运动体中并与滚珠丝杠螺旋配合的滚珠螺母。

4.根据权利要求1所述的复合工作机，其中，每一个驱动单元包括：

沿单轴方向布置在床身上预定位置处的共用齿条，和

通过伺服电动机可旋转地安装在每一个运动体中并与齿条啮合的小齿轮。

5.根据权利要求1所述的复合工作机，其中，控制单元是单一控制单元。

6.根据权利要求1所述的复合工作机，其中，在床身上的工作机之间，盖子伸缩式地设置在至少所述单轴方向上，

该盖子分别地遮盖第一区域与第二区域之间的空间，其中在第一区域中设置对应于工作机的多个工作台，在第二区域中移动运动体。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的复合工作机，其中，工作机是用于加工工件的加工机器，且

在床身上，用于安放加工机器用刀具的刀具库安装在至少单轴方向上的上部。

8.根据权利要求7所述的复合工作机，其中共用碎屑输送机设置在多个工作台下面，该多个工作台设置在床身的前面以使工作台对应于加工机器，

该共用碎屑输送机排出工件加工过程中产生的碎屑。

9.根据权利要求8所述的复合工作机，其中在三个方向上控制加工机器主轴的运动，所述三个方向是单轴方向、垂直于单轴方向的竖直方向和垂直于单轴方向的水平方向，且

盖子允许主轴在三个方向上运动。

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