CN103781577B - 用于加工曲轴端部的机床及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床，其包括被配置成同时加工至少两个曲轴的第一加工模块（1），被配置成同时加工至少两个曲轴的第二加工模块（2），和支撑结构（3），所述支撑结构（3）具有至少四个曲轴固定位置(31,32,33,34)用于加工曲轴。支撑结构（3）位于两个加工模块之间。固定位置(31,32,33,34)被布置成两列（35,36），每列包括位于不同高度的所述固定位置(31,32,33,34)中的至少两个固定位置，支撑结构（3）被可旋转布置，使得其能进行至少180度的旋转。

Description

用于加工曲轴端部的机床及方法

发明领域

本发明包括在机床的技术领域中，并且特别是，其涉及用于加工曲轴（例如加工汽车的曲轴）的机床。

背景技术

例如小客车等的汽车的曲轴的端部，通常在为进行相应的操作（operations）而进行特别设计的机床中进行加工。例如，可以将曲轴布置在位于两个加工模块之间的工作站中（可以将每个加工模块配置成同时加工多个曲轴，通常对每个曲轴使用一个刀具，例如，使用多轴头），使得第一加工模块加工曲轴的一端（或者几个曲轴的一端），另一个加工模块同时加工该曲轴（或者那些曲轴）的另一端。

为了获得高产率和有效使用机床，希望两个加工模块都能以高性能工作，并在操作之间具有最小的停工期。WO-A-2009/103825描述了怎样在用于加工曲轴的机床中在操作之间减小停工期的例子。

如在WO-A-2009/103825中所述,曲轴通常具有两个不同的端部，第一端（此后将被称为“法兰端”）及第二端（此后将被称为“轴头端”）。两端需要不同的加工操作，通常加工其中一端比加工相对端需要更多的时间，如在WO-A-2009/103825中所解释的，通常加工法兰端比加工轴头端需要更多的加工时间。在本申请文件中，术语“法兰端”和“轴头端”不能以限制的方式进行解释，它们似乎是指曲轴的具体设计，但相反，其实它们是以广义的方式被用于区分需要不同加工操作的曲轴的两端。

WO-A-2009/103825的方案是基于使用两个工作站，在其中一个工作站中，曲轴被以相对于另一个工作站的曲轴相反的方式布置（即，旋转180度）。在一个所述实施例中，这些工作站位于两个加工模块底板或导向装置之间，加工模块在各自的底板或导向装置上移动。从而，第一加工模块能加工第一工作站的曲轴的法兰端，然后横向移动到第二工作站,在第二工作站加工曲轴的轴头端。以相反的方式，第二加工模块以在第一工作站加工曲轴的轴头端开始，然后移动到第二工作站加工位于第二工作站的曲轴的法兰端。因此，如果加工法兰端需要时间X，加工轴头端需要时间Y（其可以数倍地显著小于X，例如，为X的四分之一），第一加工模块在大约X+Y（未计算移动时间等）的时间后能完成两个工作站的加工工作，第二加工模块在大约Y+X的时间后能完成两个工作站的加工工作。换句话说，循环时间大约是X+Y（未计算由于装卸引起的移动、延迟等），在该时间期间，两个加工模块都能全性能工作，不需要其中任何一个加工模块长时间等待另一个加工模块完成加工操作。从而机床能获得的非常短的循环时间和良好的利用。

但是，虽然从许多方面来看，WO-A-2009/103825中所述的机床和方法能令人满意地操作，其仍存在一些局限。例如，可能难以从同一个装卸点或工作站对两个工作站进行装卸；另一个可能的局限是，在其中一个加工模块中出现故障时，这种机床不允许加工曲轴的两个端部。另一个可能的限制是，不使用额外的加工模块或改变刀具头，就可能难于进行某些加工操作，这些加工操作需要在刀具头和曲轴之间具有确定的工作角（例如，键槽或减重孔的加工）。

发明内容

本发明的第一个方面涉及一种用于加工曲轴端部的机床，包括：

第一加工模块，其被配置成用于同时加工至少两个曲轴（即，第一加工模块可以包括，例如，两个主轴或多个主轴头，其具有各自的刀具，用于同时加工两个或多个曲轴或，更具体地，加工所述曲轴中的每个曲轴的一端）；

第二加工模块，其被配置成用于同时加工至少两个曲轴（即，第二加工模块可以包括，例如，两个主轴或多个主轴头，其具有各自的刀具，用于同时加工两个或多个曲轴或，更具体地，加工所述曲轴中的每个曲轴的一端），第一加工模块和第二加工模块可以是相同的，并被布置成彼此面对）；和

用于支撑曲轴的支撑结构，所述支撑结构包括至少四个用于加工曲轴的曲轴固定位置，所述支撑结构位于第一加工模块和第二加工模块之间，使得当第二加工模块加工多个曲轴的第二端时，同时第一加工模块可以加工多个曲轴的第一端（这并不意味着两个加工模块总是在同一曲轴上工作；假定其中一个加工模块在轴头端上工作而另一个加工模块在法兰端工作，一个加工模块在另一个加工模块之前完成加工，然后开始加工其他的曲轴，或多或少类似于WO-A-2009/103825中所述的机床中所用的方式）。

根据本发明，所述至少四个固定位置被布置成两列，每列包括位于不同高度的固定位置中的至少两个固定位置，用于将待加工的曲轴放置成两列。每列包括布置在不同高度的至少两个曲轴。从而，每个加工模块可以先加工所述两列固定位置中其中一列中的每个曲轴的一端，然后加工另一列固定位置中的每个曲轴的一端。

并且，根据本发明，所述支撑结构被可旋转地设置，使得其能进行大约180度的旋转。

从而能获得几种效果。

一个效果是，在其中一个加工模块停止工作时，另一个加工模块能加工每个曲轴的两端，首先加工一端，然后，在支撑结构旋转180度后，再加工曲轴的另一端。

另一个优点是，通过小于180度的旋转，例如，旋转20-70度（例如，旋转30、45或60度），或旋转90度，可以进行在初始位置不可能进行或者难于进行的操作。这增加了进行特殊或复杂加工操作的可能性，而不需要具有额外的加工头和/或不需要改变刀具头。

与例如WO-A-2009/103825中所述的机床相比，另一个优点是，通过将支撑结构旋转180的方式，所有的曲轴都可以从单个的装卸站中从支撑结构上装卸，通过该方式，两列曲轴都能被可选择地放置在装卸站或装卸位置中。这在许多情况下是有利的。

支撑结构能被配置成使得在其中一列固定位置中，待加工的曲轴被布置成法兰端朝向第一加工模块，轴头端朝向第二加工模块,同时，在另一列固定位置中，待加工的曲轴被布置成轴头端朝向第一加工模块，法兰端朝向第二加工模块,例如，当支撑结构在第一工作位置时，即，在非旋转位置时。换句话说，可以将一列曲轴布置成与另一列的曲轴相反，从而能获得最佳的循环时间和机床的利用；以与在WO-A-2009/103825中所用的方式类似的方式，循环时间（未计算装/卸所需的额外时间和移动时间）能够基本达到用于加工法兰端所需的时间，加上加工轴头端所需的时间。该时间基本上小于连续加工两个法兰端所必须的时间）。

该机床还包括第一导向装置和第二导向装置，第一加工模块被布置成通过所述第一导向装置的引导横向移动，第二加工模块被布置成通过所述第二导向装置的引导横向移动，使得所述第一加工模块和所述第二加工模块中的每一个都能在用于加工所述两列的第一列中曲轴的工作位置和用于加工所述两列的另一列中曲轴的工作位置之间横向移动，而不需要旋转支撑结构。从而，当加工模块完成布置在所述两列的一列中的曲轴的法兰端的加工时，其能朝向另一列横向移动，以加工位于另一列的曲轴的轴头端。反之亦然。因此能获得短的循环时间。术语“导向装置”必须被一般地理解为，包括在加工模块的横向运动中用于引导相应加工模块的任何结构。

加工模块或至少刀具或它们组合的刀具头能够三维移动，即，并不只是横向（例如，X轴），也能向前和向后（例如，Z轴）以及在高度方向（例如，Y轴）移动。

每个加工模块可以包括多个垂直分布的刀具（或主轴，或主轴头），用于允许同时加工多个垂直分布（即，在相应列中位于不同高度）的曲轴。

支撑结构可以被配置成可选择地采用第一工作位置和第二工作位置，所述第二工作位置相对于第一工作位置被旋转大约90度。

可替代的或另外地，支撑结构能被配置成可选择地采用第一工作位置（或所述第一工作位置）和第三工作位置，所述第三工作位置相对所述第一工作位置被旋转20-70度之间的角度。

从而，通过旋转支撑结构，可以获得不同工作角度的加工，这提高了加工的灵活性，并且减少了对改变刀具头和/或使用额外加工模块的需要。机床可以包括控制单元，其被编程以在不同工作位置之间旋转支撑结构，根据编程的工作顺序，例如，来进行轴头端的键槽的加工和/或减重孔的加工。

支撑结构可被配置成绕垂直轴旋转。

本发明的第二方面涉及一种用上述机床加工曲轴的方法，该方法包括以下步骤：

将待加工的曲轴放置在所述支撑结构的所述固定位置中；

用第一加工模块加工第一部分的曲轴的法兰端和第二部分的曲轴的轴头端；

用第二加工模块加工所述第二部分的曲轴的所述法兰端和所述第一部分的曲轴的轴头端；和

从所述支撑结构卸载已加工的曲轴。

该方法还可以包括在从所述支撑结构上卸载所述第一部分的曲轴和从所述支撑结构上卸载所述第二部分的曲轴之间，进行180度旋转的步骤；换句话说，可以用同一个工作站卸载所有曲轴；这同样适用于待加工的曲轴的装载。

该方法还可以包括在第一加工阶段和第二加阶段之间对支撑结构进行不大于90度的至少一个旋转的步骤。

例如，所述旋转可以是旋转90度。第一加工阶段可以是主要的加工阶段，第二加工阶段可以是例如对应曲轴的轴头端中的键槽的加工。在这种情况下，旋转90度很多时候是合适的。

旋转可以是20-70度之间的旋转。第一加工阶段可以是主要阶段，第二加工阶段可以是例如对应于减重孔的加工，在这种情况下，20-70度之间的旋转例如大约50或60度的旋转是合适的。

附图说明

为了补充说明，并且出于根据本发明的优选实施例，帮助更好地理解本发明的特征的目的，附上一组附图，作为本说明书的必要部分，其中，用说明性和非限制特征对下述内容进行了描述：

图1-3显示了根据本发明的可能的实施例的机床的示意性平面图。

图4显示了沿图1中的“IV”剖面的立面图。

图5和6显示了需要加工操作的曲轴的例子，使用根据本发明的机床能容易地进行该加工操作。

具体实施方式

图1-3显示了本发明的机床的可能的实施例，其具有由控制系统控制的第一加工模块1和第二加工模块2，控制系统包括计算机200（在图1-3中示意性地示出），第一加工模块1和第二加工模块2被布置成分别沿着第一导向装置4和第二导向装置5横向移动，并分别被驱动装置41和51驱动。依照常规，这些导向装置可以包括导轨等。这些元件可以是常规的，不需要额外进一步解释。

另一方面，该机床包括支撑结构3，其形式为绕垂直轴旋转的塔，由驱动装置38驱动，该驱动装置可以是常规的，并且能被计算机200控制。在图1-3中，从上方可以看到曲轴100如何被定位成两列（因此，每列中只有上部的曲轴是可见的）。每一列可以包括位于不同高度的两个曲轴。

在图4中，其是根据图1的IV剖面的立面图，能够看到支撑结构3包括固定装置（其可以是常规的），该固定装置限定了分布成两列35和36的四个固定位置31、32、33、34。即，第一列35包括用于固定两个曲轴的固定位置31和32，一个在另一个顶部，第二列36包括固定位置33和34，其也被配置成固定两个曲轴，一个位于另一个顶部。在这种情况下，每一个加工模块1和2中都包括至少一个被配置以驱动两个刀具的至少一个主轴，刀具位于不同高度，使得一个刀具对位于其中一个固定位置中的曲轴作用，另一刀具将作用在另一曲轴上。刀具库60在图4中能被示意性地看到，刀具库包括刀具6，根据将要执行的具体任务，例如，根据将被加工的曲轴的类型，其能被耦合到加工模块。

参考图1，该图示出了第一工作位置中的机床，其中曲轴具有这样的定向，即，其中它们以基本垂直于导向装置4和5的方式延伸，使得当加工模块沿着导向装置横向移动时，它们可选择地与位于列35或列36中的曲轴相互作用。在该工作位置中，能够进行大部分加工操作。

如已经示意性示出的，在其中一列中，曲轴100被布置成法兰端101朝向第一加工模块1，轴头端102朝向第二加工模块2，而在另一列中，曲轴的法兰端101朝向第二加工模块2和轴头端102朝向第一加工模块1。

因此，在操作中，从图1中所看到的状态开始，第一加工模块1开始加工其中一列曲轴的法兰端101，第二加工模块2开始加工同一曲轴的轴头端102。由于轴头端102的加工比法兰端101的加工需要较少的时间，在第一加工模块1完成加工法兰端101之前，第二加工模块完成加工轴头端102。第二加工模块2一完成曲轴的轴头端102的加工，就横向移动，以被布置成面对另一列曲轴，在此，其开始加工固定在此处的曲轴的法兰端101。当第一加工模块完成第一列的曲轴的法兰端101的加工时，其也移到第二列，并开始加工位于此处的曲轴的轴头端。假定两个加工模块都既加工法兰端也加工轴头端，工作应当同时结束。然后，在装卸站7，其中一列已加工的曲轴被卸载，并装载待加工的新的曲轴，然后，将支撑结构3旋转180度，以卸载其余的已加工的曲轴并装载待加工的新的曲轴。

逻辑上，这只是该机床怎样操作的一个例子。

虽然在图1中示出的第一工作位置中能进行许多加工操作，在加工模块中不改变刀具头（该改变将减慢循环时间）或不使用额外的加工模块的情况下，在该位置中也可能存在难于进行的其他操作。

例如，在一些曲轴中，在轴头端102中可能需要加工键槽103，如图5所示。该操作需要高精度。为了加工键槽但不需要额外的加工模块并且不需要改变第一加工模块和第二加工模块中的刀头，可能有必要或实际上改变曲轴相对于第一工作位置的定向，如图1所示。为此，支撑结构能相对于所述第一工作位置旋转90度，到达图2所示的第二工作位置，在该处，可以使用第一加工模块和第二加工模块加工键槽（一个加工模块作用在其中一列中的曲轴上，另一加工模块作用在另一列中的曲轴上，如图2所示）。

另一方面，在一些曲轴中，可能有必要或需要在曲轴连杆颈区域打孔104以减轻曲轴的重量。该操作也很难在第一工作位置进行。根据本发明中的机床，可以从第一工作位置例如旋转50-70度，到达图3所示的第三工作位置。在该位置，可以使用第一加工模块1加工其中一列曲轴中的孔104，使用第二加工模块加工另一列曲轴中的孔104。

这些只是使用本发明所述的机床可以实施的操作的例子。

附图标记的列表：

1,2:加工模块

3:支撑结构

4，5：用于横向移动加工模块的导向装置

6：加工刀具

7：装卸站

31,32,33,34：曲轴固定位置

35,36：曲轴列固定位置

38：支撑结构的驱动装置

41,51：用于横向移动加工模块的驱动装置

60：刀具库

100：曲轴

101：法兰端

102：轴头端

103：键槽

104：减重孔

200：控制计算机

在本文中，词“包括”（comprise）及其变化（例如“包含”（comprising）不能以排他的方式解释，即，它们不排斥所述内容包括其他元件、步骤等的可能性。

另一方面，本发明并不限于所述的具体实施例，而是其也包括本领域技术人员在权利要求所推断的范围内能进行的变化（例如，涉及材料的选择，尺寸，部件，结构等）。

Claims (13)

1.一种用于加工曲轴的端部的机床，包括：

第一加工模块(1)，其被配置成同时加工至少两个曲轴；

第二加工模块(2)，其被配置成同时加工至少两个曲轴；和

用于支撑曲轴的支撑结构(3)，所述支撑结构包括至少四个用于加工曲轴的曲轴固定位置(31,32,33,34)，所述支撑结构(3)位于所述第一加工模块和所述第二加工模块之间，使得当第二加工模块加工多个曲轴的第二端时，所述第一加工模块同时能加工多个曲轴的第一端；

其特征在于：

所述至少四个固定位置(31,32,33,34)被布置成两列(35,36)，每列包括位于不同高度的固定位置中的至少两个固定位置，用于将待加工的曲轴放置成两列，每列包括布置在不同高度的至少两个曲轴；和

所述支撑结构(3)被可旋转地布置，使得其能进行至少180度的旋转。

2.如权利要求1所述的机床，其中所述支撑结构被配置，使得在其中一列固定位置中，待加工的曲轴被布置成法兰端(101)朝向所述第一加工模块(1)，轴头端(102)朝向所述第二加工模块(2),同时，在另一列固定位置中，待加工的曲轴被布置成轴头端(102)朝向所述第一加工模块(1)，法兰端(101)朝向所述第二加工模块(2)。

3.如权利要求1或2所述的机床，还包括第一导向装置(4)和第二导向装置(5)，所述第一加工模块(1)被布置成通过所述第一导向装置(4)的引导横向移动，所述第二加工模块(2)被布置成通过所述第二导向装置(5)的引导横向移动，使得所述第一加工模块(1)和所述第二加工模块(2)中的每一个都能在用于加工所述两列固定位置(35,36)的第一列中的曲轴的工作位置和用于加工所述两列固定位置(35,36)的另一列中的曲轴的另一个工作位置之间横向移动。

4.如权利要求1或2所述的机床，其中每个加工模块包括多个垂直分布的刀具(6)，用于允许同时加工多个垂直分布的曲轴。

5.如权利要求1或2所述的机床，其中所述支撑结构(3)被配置成可选择地采用第一工作位置和第二工作位置，所述第二工作位置相对于所述第一工作位置被旋转大约90度。

6.如权利要求1或2所述的机床，其中所述支撑结构(3)能被配置成可选择地采用第一工作位置和第三工作位置，所述第三工作位置相对于所述第一工作位置被旋转20度-70度之间的角度。

7.如权利要求5所述的机床，其中所述支撑结构(3)被配置成采用第三工作位置，所述第三工作位置相对于所述第一工作位置被旋转20度-70度之间的角度。

8.如权利要求1或2所述的机床，其中所述支撑结构(3)被配置成绕垂直轴旋转。

9.一种使用如权利要求1-8中任一项所述的机床加工曲轴的方法，该方法包括以下步骤：

将待加工的曲轴(100)放置在所述支撑结构(3)的所述固定位置(31,32,33,34)中；

用所述第一加工模块(1)加工第一部分的曲轴的法兰端(101)和第二部分的曲轴的轴头端(102)；

用所述第二加工模块(2)加工所述第二部分的曲轴的法兰端(101)和所述第一部分的曲轴的轴头端(102)；和

从所述支撑结构(3)卸载已加工的曲轴(100)。

10.如权利要求9所述的方法，还包括在从所述支撑结构上卸载所述第一部分的曲轴和从所述支撑结构上卸载所述第二部分的曲轴之间，进行180度旋转的步骤。

11.如权利要求9或10所述的方法，还包括在第一加工阶段和第二加工阶段之间对所述支撑结构(3)进行不大于90度的至少一个旋转的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述旋转是旋转90度。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述旋转是20度-70度之间的旋转。