CN101835558A - 用于机加工的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于与主轴、CNC机器、自动更换装置和供气管路一起使用的机加工设备及相关方法，包括安装组件，该安装组件具有安装轴环和安装架。所述轴环可以具有本体和臂，其中所述本体限定有用于与主轴可旋转地连接的开口以及一个或多个外接槽。每个槽中都具有密封元件，所述臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通。所述架可以连接至所述CNC机器并且可以在入口和出口之间具有流体连通，所述入口与所述供气管路连接。所述主轴可以定位成穿过所述安装轴环并且与所述安装轴环连接，使得出口与所述主轴处于密封的流体连通。所述自动更换装置可以将入口和出口设置成流体连通。

Description

用于机加工的设备和方法
技术领域
本发明总体涉及机加工处理，更具体地，本发明涉及用于机加工的设备和方法。
背景技术
计算机数控(CNC)机器用在机加工处理中，并且使用计算机控制器，该计算机控制器通常读取用于驱动动力机械装置的G代码指令，该动力机械装置通常用来通过选择性地去除金属来制造金属部件。CNC可以在机器的工作外壳中数字化地定向插入切削刀具(tool)。
动力机械装置通常为气动刀具(例如，钻头)，该气动刀具通过比如插入CNC机器和从CNC机器中退回而装配成用于与CNC机器结合。气动刀具或主轴(spindle)可以手动地与CNC机器结合，或者可以使用自动刀具更换器。
从CNC刀具库中可以获得某些刀具，但是要求在更换之后停止机器，使得可以与刀具建立合适的动力连接。其它的刀具预先连接至气动源，但是必须手动地与CNC机器接合。从而，CNC机器通常被编程为在正常机加工循环之前停止，以便允许手动刀具安装或者在与机器结合之后与刀具产生合适的动力联接。
因此，对于用于机加工的设备和方法而言需要方便刀具更换过程。对于这样的设备和方法而言还需要提供使用各种类型刀具的灵活性。
发明内容
提供一种用于机加工的设备和方法。这里所述的示例性实施例的特征使得在机加工的同时能够方便刀具更换过程。这些特征还可以提供CNC机器或其它控制装置使用各种类型刀具的灵活性。
在本公开的一个示例性实施例中，一种用于与主轴、CNC机器、自动更换装置和供气管路一起使用的安装组件包括安装轴环和安装架。所述安装轴环可以具有轴环本体和轴环臂，其中所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，以及所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通。所述安装架可以连接至所述CNC机器并且可以具有架入口、架出口和架通道，所述架入口与所述供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通，其中所述主轴选择性地定位成穿过所述轴环开口并且与所述安装轴环连接，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封，所述轴环入口通过所述自动更换装置选择性地设置成与所述架出口流体连通。所述主轴可以选择性地在所述轴环开口内旋转。
在另一个示例性实施例中，一种机加工系统可以具有主轴、CNC机器、自动更换装置、供气管路以及安装组件。所述安装组件可以具有安装轴环和安装架，其中，所述安装轴环具有轴环本体和轴环臂，所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通；所述安装架连接至所述CNC机器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口与所述供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通，其中所述主轴选择性地定位成穿过所述轴环开口并且与所述安装轴环连接，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封，以及所述轴环入口通过所述自动更换装置选择性地设置成与所述架出口流体连通。所述主轴选择性地在所述轴环开口内旋转。
在又一个示例性实施例中，一种方法可以涉及利用如下步骤将主轴安装至CNC机器：利用自动更换装置将所述主轴从盘式刀具库中收回，其中所述主轴具有安装轴环，所述安装轴环具有轴环本体和轴环臂，其中所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，以及所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通；所述主轴定位成穿过所述轴环开口，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封。所述方法还可以包括利用所述自动更换装置将所述轴环入口与安装架的架出口连接，其中所述安装架连接至所述CNC机器并且具有架入口和架通道，所述架入口与供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通；以及利用通过所述轴环入口、所述轴环出口和所述轴环通道供给的空气使所述主轴选择性地在所述轴环开口内旋转。
在另一个示例性实施例中，一种用于与具有供气管路的CNC机器一起使用的主轴可以具有：本体，其容纳被气动地驱动的轮机(turbine)；第一结合臂，其连接至所述本体并且具有贯通的第一供气通道；以及第二结合臂，其连接至所述本体并且具有贯通的第二供气通道。所述第一结合臂和所述第二结合臂可以彼此垂直并且能够分别选择性地连接至所述CNC机器。当所述第一结合臂与所述CNC机器连接时，所述第一供气通道可以将所述轮机设置成与所述供气管路流体连通。当所述第二结合臂与所述CNC机器连接时，所述第二供气通道可以将所述轮机设置成与所述供气管路流体连通。
从以下的详细说明、附图和所附权利要求中，本领域技术人员将会了解和理解本公开的上述和其它的特征和优点。
附图说明
图1为根据本发明实施例的示例性机加工系统的透视图；
图2为图1的系统的一部分的透视图；
图3为图1的系统的另一部分的透视图；
图4为图1的系统的另一部分的透视图；
图5为图1的系统的主轴和安装轴环的透视图；
图6为图5的安装轴环的透视图；
图7为图5的安装轴环的另一个透视图；
图8为图5的安装轴环的俯视图和横截面图；
图9为可以与图1的系统一起使用的安装轴环的另一个实施例的俯视图和横截面图；
图10为可以与图1的系统一起使用的安装轴环的另一个实施例的俯视图和横截面图；
图11为图1的系统的安装架的俯视图、侧视图和仰视图；
图12为图5的主轴的一部分的透视图；
图13为图5的主轴的俯视图；
图13a为与安装架连接的安装轴环的示意图；
图13b为与主轴操作地结合的安装轴环和安装架的示意图；
图14为具有自动刀具更换器的图1的系统的一部分的透视图；
图15为具有自动刀具更换器的图1的系统的一部分的另一个透视图；
图16为具有自动刀具更换器的图1的系统的一部分的另一个透视图；
图17为图1的系统的盘式刀具库的透视图；
图18为与图1的CNC机器结合的安装架的透视图；
图19为图18的安装架的分解图；
图20为图19的安装架的一部分的透视图；
图21为图18的安装架的透视图；
图22为与安装架连接的主轴的另一个示例性实施例的俯视图；
图23为根据本发明实施例的示例性主轴的俯视图；以及
图24为根据本发明另一个实施例的示例性主轴的俯视图。
具体实施方式
参考附图，尤其是参考图1-5，其示出了机加工系统，该机加工系统通常用附图标记10表示。系统10可包括诸如CNC机器的控制装置20、盘式刀具库30以及一个或多个刀具或主轴50。控制装置20可以包括用于输入命令的用户输入装置25。控制装置20可以采用各种软件对工件实施机加工处理，并且本公开并不限于所采用的控制类型。
系统10还可以具有通用主轴安装组件(USMA)100，该USMA 100与主轴50配合，以便允许与CNC机器20一起自动更换主轴。在系统10的示例性实施例中，主轴50借助自动更换装置300在CNC机器20和圆筒形盘式刀具库(carousel)30之间更换，这将在后面更加详细地解释。然而，本公开还可以使用其它用于通过使用USMA 100而将主轴50与CNC机器20连接或断开的结构和技术，比如线性刀具库。
USMA 100可以包括安装轴环150和安装架200，如图2-4更清楚地所示。安装轴环150可以操作地结合至主轴50，同时安装架200可以操作地结合至CNC机器20。
此外，参考图6-8，安装轴环150可以具有大致圆形本体160，该圆形本体限定有贯通的安装或轴环开口165。安装轴环150可以具有从圆形本体160延伸的轴环臂170。轴环臂170可以具有彼此连通的臂供给通道175、臂供给开口177和快速连接装置180，以便将空气从快速连接装置传送至安装开口165。安装开口165可以由轴环本体160中的一对槽182部分地(例如，外接的)限定，该对槽182中定位有O形环185或其它密封结构。槽182和O形环185之间可以限定轴环供给通道188。O形环185可以采用各种材料，包括橡胶。安装轴环150还可以采用其它形状和尺寸，比如如图9和10所示。
此外，参考图11-17，安装轴环150可以通过自动更换装置300选择性地结合至安装架200，其中安装架和安装轴环流体连通，以便将空气传送至安装开口165。主轴50可以借助通过轴环臂170传送的空气进行旋转，比如旋转45度，尽管也可以采用其它的旋转度数。主轴50还可以由通过轴环臂170、安装开口165和轴环供给通道188传送到主轴空气入口55中的空气提供动力(图13)。主轴壳体上可以设置有主轴槽57，以便用作用于使主轴50旋转的引导件。
此外，参考图18-21，安装架200可以具有安装本体210，该安装本体210中形成有结合凹部220。在示例性实施例中，凹部220由圆形侧壁225部分地限定，该圆形侧壁225可以抵靠或者以另外的方式定位在CNC机器20的圆形壁22附近。然而，凹部220可以采用其它的形状和尺寸，比如平面形，其中CNC机器的侧壁是平的。凹部220的使用使得本体210的一部分延伸超过CNC机器20的侧壁22(在本公开中是上方)，以便方便安装架200与供气管路400结合，这将在后面更加详细地说明。比如，为了方便制造，安装本体210可以分成多个部分并组装起来，包括第一和第二部分201和202，尽管还可以具有任意数量的部分。本公开中安装本体210也可以是单个本体。
安装架200可以具有空气入口230、架供给通道235和空气出口240。空气入口230可以是带螺纹的或者具有固定机构，使得该空气入口可以与快速连接结合器连接，以便使空气入口与供给通道400中的一个流体连通。空气出口240可以包括快速连接结合组件245，比如母连接器，该母连接器与用于快速连接装置180的公连接器对应。借助比如穿过安装架的本体210形成的定位螺纹通孔280，可以利用一个或多个固定装置(未示出)将安装架200连接至CNC机器20。本公开还可以利用其它的固定结构和技术将安装架200连接至CNC机器20，包括诸如销钉(bayonet)连接的快速连接结构。
在一个实施例中，安装架200可以具有可调节的连接结构，使得安装架可以与尺寸不同的CNC机器连接。例如，可以使用滑动连接器，使得固定机构(例如，螺栓)可以选择性地穿过CNC机器中形成的对应固定机构(螺纹开口)进行定位。凹部220的弯曲侧壁225的使用使得安装架200能够定位成接近具有弯曲侧壁的各种尺寸的CNC机器。
在操作中，自动更换装置300的自动更换臂350可以与保持在盘式刀具库30中的主轴50选择性地接合。每个主轴50都可以连接有安装轴环150。自动更换装置300可以通过使用自动更换活塞375将主轴50从其在盘式刀具库30中的位置移动至靠近CNC机器20的位置(参见图14-16)。安装轴环150可以借助自动更换装置300通过使用快速连接装置180和快速连接组件245而结合至安装架200并且与该安装架200流体连通。USMA 100可以设置成用于主轴50的旋转(例如，旋转45度)，以便该主轴能够与CNC机器20连接和/或载回到盘式刀具库30中。
USMA 100使得CNC机器20和自动更换装置300能够与各种类型的主轴50一起使用。例如，安装轴环100可以与并不是特别设计成与自动更换装置300一起使用的主轴结合。不需要通过活塞头(plunger teat)而是可以通过使用轴环臂170将空气供给至主轴50。
在图22所示的另一个实施例中，主轴50可以具有一个或多个排出孔58。安装轴环150相对于主轴进行定位，从而不会阻塞排出孔58。
在又一个实施例中，如图23和24所示，主轴500可以设置有比如彼此平行的多个结合臂510和520。结合臂510和520可以具有空气入口以及合适的阀门(valving)，该阀门设置成是贯通的，以便向主轴500提供动力。结合臂510和520允许与CNC机器连接。
在一个实施例中，结合臂520沿着主轴500的顶部定位，使得CNC机器可以与结合臂520连接，以便将主轴沿着竖直方向定向，而结合臂510沿着主轴500的侧面定位，使得CNC机器可以与结合臂510连接，以便将主轴沿着水平方向定向。主轴500的多种定向提供了在比如从上面或从侧面对工件进行机加工时的灵活性。本公开还可以将结合臂510和520相对于主轴500定位在不同区域和/或以不同的角度定位。
这里所述的实施例的说明意欲提供对各种实施例的结构的总体理解，而并不是意欲用作可能使用这里所述结构的设备和系统的所有元件和特征的完全说明。在看过上述说明的情况下，许多其它的实施例对于本领域技术人员而言是明显的。从上述说明中可以采用和得出其它的实施例，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构的和合理的替换和改变。附图也仅仅只是示意性的，可能没有按照比例描绘。附图的某些比例可能被夸大，而其它的比例可能被缩小。因此，说明书和附图将被看作是示例性的而非限制性的。从而，尽管本文已经图示和说明了特定的实施例，但是应当理解，任何试图达到相同目的的布置可以代替所示的特定实施例。本公开意欲覆盖各种实施例的任意和全部修改和变化。在看过上述说明的情况下，以上实施例的组合以及本文中没有特别说明的其它实施例对于本领域技术人员而言是明显的。因此，本公开并不限于作为可以想到的实施本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于与主轴、计算机数控机器、自动更换装置和供气管路一起使用的安装组件，所述安装组件包括：
安装轴环，其具有轴环本体和轴环臂，其中所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，并且所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通；以及
安装架，其连接至所述计算机数控机器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口与所述供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通，其中所述主轴选择性地定位成穿过所述轴环开口并且与所述安装轴环连接，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封，所述轴环入口通过所述自动更换装置选择性地设置成与所述架出口流体连通，并且所述主轴选择性地在所述轴环开口内旋转。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述安装架具有可调节的固定机构，所述可调节的固定机构与所述计算机数控机器选择性地连接。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封元件是O形环。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述一个或多个槽是两个槽，所述两个槽之间限定有通道，所述通道外接所述轴环开口。
5.一种机加工系统，包括：
主轴；
计算机数控机器；
自动更换装置；
供气管路；以及
安装组件，其具有安装轴环和安装架，其中，所述安装轴环具有轴环本体和轴环臂，所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通；所述安装架连接至所述计算机数控机器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口与所述供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通，其中所述主轴选择性地定位成穿过所述轴环开口并且与所述安装轴环连接，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封，所述轴环入口通过所述自动更换装置选择性地设置成与所述架出口流体连通，并且所述主轴选择性地在所述轴环开口内旋转。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述安装架具有可调节的固定机构，所述可调节的固定机构与所述计算机数控机器选择性地连接。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述密封元件是O形环。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个槽是两个槽，所述两个槽之间限定有通道，以及所述通道外接所述轴环开口。
9.一种将主轴安装至计算机数控机器的方法，所述方法包括：
利用自动更换装置将所述主轴从盘式刀具库中收回，其中所述主轴具有安装轴环，所述安装轴环具有轴环本体和轴环臂，所述轴环本体限定有轴环开口以及外接所述轴环开口的一个或多个槽，所述一个或多个槽的每个中都定位有密封元件，并且所述轴环臂具有轴环入口、轴环出口和轴环通道，所述轴环通道用于在所述轴环入口和所述轴环出口之间提供流体连通；所述主轴定位成穿过所述轴环开口，所述轴环出口选择性地与所述主轴流体连通并且被所述密封元件密封；
利用所述自动更换装置将所述轴环入口与安装架的架出口连接，其中所述安装架连接至所述计算机数控机器并且具有架入口和架通道，所述架入口与供气管路连接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之间提供流体连通；以及
利用通过所述轴环入口、所述轴环出口和所述轴环通道供给的空气使所述主轴选择性地在所述轴环开口内旋转。
10.一种用于与具有供气管路的计算机数控机器一起使用的主轴，所述主轴包括：
本体，其容纳被气动地驱动的轮机；
第一结合臂，其连接至所述本体并且具有贯通的第一供气通道；以及
第二结合臂，其连接至所述本体并且具有贯通的第二供气通道，其中所述第一结合臂和所述第二结合臂彼此垂直并且能够分别选择性地连接至所述计算机数控机器，当所述第一结合臂与所述计算机数控机器连接时，所述第一供气通道将所述轮机设置成与所述供气管路流体连通，以及当所述第二结合臂与所述计算机数控机器连接时，所述第二供气通道将所述轮机设置成与所述供气管路流体连通。
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