CN105142858B - 快速传动刀具系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机床配件，其包括：整体的弯曲行程引导件、马达和位置反馈传感器。所述机床配件还包括配置来旋转刀具的配件刀具轴，所述配件刀具轴设置在所述整体的弯曲行程引导件内。所述马达配置来移动所述整体的弯曲行程引导件，以及所述位置反馈传感器配置来测量所述整体的弯曲行程引导件的位置。在一些实施例中，所述机床配件还包括控制器，所述控制器配置成：（i）以通信的方式联接至所述马达；（ii）以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及（iii）使得所述马达响应于从一个或更多个外部装置接收到的信号来移动所述配件刀具轴。

Description

快速传动刀具系统
对相关申请的交叉引用
本申请是2013年4月4日提交的美国序列号U61/808，297的非临时申请，其内容通过引用完全并入此文中。
技术领域
本申请大体涉及机床，且更确切地涉及配置来实施小规模的、高精度的机械加工或车床操作的机床。
背景技术
机床被用来利用切削刀具通过机械切削过程制造零部件。机床可以手动地操作、机械地自动操作或者通过计算机数控（CNC）数字化地自动操作。机床可以包括与所述机床一起使用的多个刀具配件。
发明内容
本申请公开了一种机床配件，所述机床配件包括：整体的弯曲行程引导件、配件刀具轴、马达和位置反馈传感器，所述配件刀具轴配置来使所述刀具旋转且设置在所述整体的弯曲行程引导件内，所述马达配置来移动所述整体的弯曲行程引导件，以及所述位置反馈传感器配置来测量所述整体的弯曲行程引导件的位置。在一些实施例中，所述机床配件还包括控制器，所述控制器配置成：（i）以通信的方式联接至所述马达；（ii）以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及（iii）使得所述马达响应于从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号来移动配件刀具轴。
附图说明
此文中参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
图1显示根据实施例的机床内的示例性的系统布局；
图2A是根据实施例的机床配件的透视图；
图2B是图2A中所示的机床配件的侧剖面图；
图3是图2A中所示的机床配件的分解图；
图4A显示带有包括控制器的机床配件的系统的一个实施例；
图4B显示带有使用机床控制器的机床配件的系统的一个实施例；
图5A是描述根据一个示例性切削程序的示例性机床配件运动路径的图；
图5B是描述根据一个示例性切削程序的与相应的机床主轴和机床z工作台运动路径相结合的示例性机床配件的运动路径的3D图；
图6是根据一个实施例的计算装置的框图。
具体实施方式
此文中公开了机床配件的实施例。一般来说，机床配件配置成安装在机床（例如车床、铣床或其它机器）的可移动刀具工作台上，以实现高速、高精度的机械加工操作。该机床配件包括轴和小型线性致动器，轴可配置来保持切削刀具并且有时使切削刀具绕其轴线旋转，小型线性致动器配置来保持配件轴并且有时使配件轴相对于配件轴的轴线沿着侧向方向移动。
一般情况下，机床通常包括主轴，主轴可配置来保持工件或切削刀具并且有时使工件或切削刀具绕其轴线旋转。在一些实施例中，主轴安装在主工作台上，主工作台可以沿一个或更多个轴线移动。通常沿着主轴的轴线方向移动的工作台被称为Z工作台。机床通常还包括至少一个其它的工作台。工作台通常包括转台，一个或更多个切削刀具和/或刀具配件和/或工件固定至转台上并且可以沿一个或更多个轴线移动，以此方式移动使得固定到转台上的刀具和/或配件和/或工件接触静止或旋转的工件并且可能操作静止或旋转的工件，或者使得固定到转台上的刀具和/或配件和/或工件接触到工件且有时操作静止或旋转的工件，或者由静止或旋转的切削刀具来操作。
根据一个实施例以及如图1中所示的，机床配件安装在刀具转台上并且包括其自身的轴，轴可设置来保持刀具且有时使刀具旋转。在操作中，刀具转台可以绕机床运动以使得刀具配件与工件相接触，由此执行特定类型的机械加工操作，例如铣削工件或者给工件钻孔。在一些执行中，刀具工作台相当大，以及由于相对欠佳的路径跟踪精度以及与大型刀具工作台有关联的相对低的速度，因此安装在刀具工作台上的刀具不能进行小规模的或高精度的车床操作。在这些执行中，车床配件配置成使得刀具工作台能够在配件轴旋转时保持静止，以及配件线性致动器以此方式运动以操作工件。
图2A、图2B和图3示出了根据一个实施例的示例性机床配件100。如所描绘的，机床配件100包括线性致动器，线性致动器包括还用作配件的基座的整体的弯曲行程引导件102，配件具有轴夹、马达104和位置反馈传感器106。机床配件100还包括钣金盖108以及一个或更多个机械加工盖110。在一个示例中，整体的弯曲引导件/基座102允许1毫米的位移。但是在其它实施例中，其它位移是可能的。整体的弯曲引导件/基座102可以由金属或者一些其它材料制成。在图2A和图2B中，弯曲引导件/基座102设计为整体的四连杆机构，在杆的端部处具有薄的柔性区段103，以允许在一个方向上移动的同时在其它方向上保持刚性。弯曲设计使得装置能提供精确的移动同时还是紧凑的。也可以使用其它的整体的弯曲设计。
此外，机床配件100包括轴112，轴112适合用于高精度、小型的机械加工操作。例如，用在机床配件中的轴具有总体尺寸小、最大速度（每分钟转速）大、功率容量适中以及精度高的特点。如图所示的轴是一个示例，并且其可在80,000RPM、125瓦下操作，并且具有19.05毫米的直径和0.002毫米的总指示偏差量。在其它示例中，轴可在大约20,000RPM到大约100,000RPM之间、大约10瓦到大约300瓦之间操作，具有大约15毫米到大约30毫米之间的直径和小于0.0001毫米到大约0.005毫米之间的总指示偏差量。
如进一步所述，机床配件包括马达104，例如可在20磅的峰值力下操作的音圈。但是，在其它实施例中，其它类型的马达是可能的，例如交流直线马达，压电马达，主动轮驱动器（capstan-drive）或其它装置。图2A和图2B示出了音圈马达104的示例性位置，音圈马达104通过连杆连接到机构，以使得马达能够引起致动器在由整体的弯曲引导件/基座102所提供的方向上运动。音圈或类似的马达提供小的总体尺寸并允许致动器以高的速度和加速度进行移动。
机床配件100还包括位置反馈传感器106，例如电涡流传感器或电容位移传感器。位置反馈传感器106以此方式连接到配件100，以测量马达104和整体的弯曲引导件/基座102的位移。举例来说，可以使用的其它类型的反馈传感器包括电感式传感器、光学传感器、磁传感器或者配置来测量刀具配件致动器的位移的现在已知的或将来开发的任何其它类型的传感器。
根据另外的实施例，如图4A所示，刀具配件可以进一步包括一个或更多个配件控制器114，其可以配置成：（i）接收来自主机床控制器的信息，该信息指示主轴的位置和/或速度，和/或主机床工作台的位置和/或速度，以及基于此信息（ii）协调机床配件的轴和小型线性致动器以将机床配件和其旋转刀具在合适的时间放在合适的位置中，以实施小规模和/或高精度机械加工操作。在其它执行中以及如图4B所述，机床配件100可以和主机床控制器直接配合，而不使用配件控制器。
在操作中，根据一个实施例，配件控制器114配置来执行所期望的切削程序。一般情况下，切削程序是一组计算机程序代码或指示，当由刀具配件控制器执行时，所述计算机程序代码或指示使得刀具配件线性致动器相对于工件移动至合适的位置，并且在合适的时间使得配件轴接触到工件。
在示例性的切削程序期间执行控制回路的过程中，机床配件控制器114将指令信号传输到线性致动器，使得马达和行程引导件以及由此配件的轴112来移动且接合工件。在此移动期间，位置反馈传感器106实施各种测量并且将反馈信号返回到配件控制器114。重复进行控制回路，同时配件控制器根据反馈信号调整指令信号。在一个实施例中，机床配件的轴112往复移动，接合工件以及从工件解除接合，而机床配件100安装在其上的刀具工作台是静止的。
此外，在控制回路期间，机床配件控制器114接收来自主机床控制器的信息，该信息指示主轴的位置和/或速度，以及还接收来自机床控制器的指示机床工作台位置和/或速度的信息。根据一个实施例，机床配件控制器114通过根据从主机床控制器接收的信号调节其控制信号来进行电子凸轮操作。通过这样做，机床配件控制器114能够以此方式调节配件轴112和旋转刀具，以补偿机床的轴和工作台的位置和速度中的小改变。因此，机床配件100能够进行小规模、高精度的机械加工操作。
上述实施例的一个优点在于，机床配件100能够和多种不同类型的机器一起使用并和主轴、刀具工作台和任何其它工作台协同工作。例如，在一个示例性操作中，主工作台和主轴被移动到特定的位置，并且从主控制器发送启动信号（例如M代码）到配件控制器。在收到此信号时，配件控制器开始与主轴同步，且命令主轴以大致恒定的速度旋转。配件控制器将从反馈传感器接收指示主轴位置的信息，并且根据上述描述相应地执行其切削程序。
图5A是描述根据一个示例性切削程序的机床配件的示例性刀具路径的图。在所描绘示例中，配件控制器使得刀具在大约1.75秒时开始切削操作。在大约三秒的时间跨度内，刀具使其位置在其0.6毫米的初始X位置和增大的X总位移之间振动，以大约0.4毫米的总位移停止在大约3.5秒的标记处。在大约另外的1.0秒内，刀具在0.6毫米和0.4毫米的位置之间振动。这仅是示例性刀具路径；在其它实施例中，其它的刀具路径和切削操作也是可能的。
图5B是描绘根据一个示例性切削程序与主轴的和机床工作台之一的示例性运动相结合的机床配件100的示例性刀具路径的3D图。在所描绘的示例中，图5A中所示的机床配件的运动与主轴和机床Z工作台的恒定速度的运动相结合。如图所示，随着机床Z工作台使配件移动更深入工件中，机床配件的振动产生瓣状形状。这仅是示例性刀具路径；在其它实施例中，其它的刀具路径和切削操作也是可能的。
图6是根据示例性实施例的计算装置400的框图。计算装置400可以包括刀具配件控制器114或者主轴控制器，如上所述。计算装置400可以包括用户接口模块401、通信接口模块402、一个或更多个处理器403和数据存储器404，其全部可以通过系统总线、网络或者其它连接机构405链接在一起。
用户接口模块401通常配置成向外部用户输入/输出装置发送数据和/或接收来自其的数据。举例来说，用户接口模块401能够配置来向用户输入装置发送数据和/或接收来自所述用户输入装置的数据，例如键盘、小型键盘、触屏、计算机鼠标、跟踪球、操纵杆和/或现在已知的或将来开发的其它类似装置。用户接口模块401也能够配置来向用户显示装置提供输出，例如一个或更多个阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）、用数字光处理（DLP）技术的显示器、打印机、灯泡和/或现在已知的或将来开发的其它类似装置。用户接口模块401还能够配置来产生成可听得见的输出，例如扬声器、扬声器插孔、音频输出端口、音频输出装置、耳机和/或现在已知或将来开发的其它类似装置。可以使用用户接口模块401来输入数据用于与此文中所公开的方法和系统一起使用。
通信接口模块402能够包括一个或更多个无线接口406和/或有线接口408，这些接口可配置成与一个或更多个其它控制器或部件通信。例如，通信接口模块402可配置成与刀具配件的线性致动器、线性位置反馈装置、行程引导件和/或轴通信。通信接口模块402也可以配置成与类似计算装置400的一个或更多个其它计算装置通信，例如主轴控制器。无线接口406能够包括一个或更多个无线收发器，例如蓝牙收发器、Wi-Fi收发器或其它无线收发器。有线接口408可以包括一个或更多个有线收发器，例如以太网收发器、通用串行总线(USB)收发器或者可配置成通过线、双绞线、同轴线缆、光链路、光纤链路或其它物理连接与有线网络通信的类似的收发器。
一个或更多个处理器403能够包括一个或更多个通用用途的处理器和/或一个或更多个特殊用途的处理器（例如，数字信号处理器、特定用途集成电路等）。一个或更多个处理器403能够配置来执行包含在数据存储器404中的计算机可读程序指示406和/或其它指示，以实施本文中所描述的一种或更多种功能。
数据处理器404能够包括能够由一个或更多个处理器403中的至少一个读取或存取的一个或更多个计算机可读的存储媒介。所述一个或更多个计算机可读的存储媒介能够包括易失性和/或非易失性存储部件，例如光学的、磁性的、有机的或其它内存或盘存储器，其能够整体地或部分地与所述一个或更多个处理器403中的至少一个集成。在一些实施例中，数据存储器404可以使用单个物理装置（例如，一个光学的、磁性的、有机的或其它内存或盘存储单元）来执行，而在其它实施例中，数据存储器404能够使用两个或多个物理装置来执行。
与数据存储器404相关的计算机可读的存储媒介和/或此文中所描述的其它计算机可读的媒介也能够包括非暂时性的计算机可读的媒介，例如短时间周期存储数据的计算机可读媒介，类似寄存器内存、处理器缓存、随机存取存储器（RAM）等。与数据存储器404相关的计算机可读的存储媒介和/或本文中所描述的其它计算机可读的媒介还能够包括长时间周期存储程序代码和/或数据的非暂时性的计算机可读的媒介，例如类似只读存储器（ROM）、光盘或磁盘、只读光盘存储器（CD-ROM）等辅助或持久性长期存储器。与数据存储器404相关的计算机可读的存储媒介和/或本文中所描述的其它计算机可读的媒介也能够是任何其它易失性的或非易失性的存储系统。与数据存储器404相关的计算机可读的存储媒介和/或本文中所描述的其它计算机可读的媒介能够被视为计算机可读的存储媒介，例如，或有形的存储装置。
数据存储器404能够包括计算机可读的程序指示44并且可能包括额外的数据。在一些实施例中，数据存储器404能够额外地包括实施本文中所描述的技术和方法的至少一部分和/或本文中所描述的装置和网络的功能的至少一部分所需的存储器。

Claims (12)

1.一种机床配件，其包括：
线性致动器，所述线性致动器包括整体的弯曲行程引导件，所述整体的弯曲行程引导件包括基座和可移动部分，所述基座和所述可移动部分由柔性区段连接；
配件刀具轴，其配置来使刀具旋转，所述配件刀具轴设置在所述整体的弯曲行程引导件的所述可移动部分内；
马达，其配置来使所述整体的弯曲行程引导件的所述可移动部分相对于所述基座移动；以及
位置反馈传感器，其配置来测量所述整体的弯曲行程引导件的所述可移动部分相对于所述基座的位置。
2.根据权利要求1所述的机床配件，其中，所述整体的弯曲行程引导件用作所述机床配件的基座。
3.根据权利要求1所述的机床配件，其中，所述马达包括音圈马达。
4.根据权利要求1所述的机床配件，其还包括控制器，所述控制器配置成：（i）以通信的方式联接至所述马达；（ii）以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及（iii）使得所述马达响应于从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号来移动所述整体的弯曲行程引导件的所述可移动部分，且由此移动所述配件刀具轴。
5.根据权利要求4所述的机床配件，其中，所述控制器进一步配置成：（iv）从所述位置反馈传感器接收指示配件刀具轴的直线位置的信号；以及（v）使得线性致动器响应于从直线位置反馈装置所接收到的信号和从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号来移动所述整体的弯曲行程引导件的所述可移动部分，且由此移动所述配件刀具轴。
6.根据权利要求4所述的机床配件，其中，所述一个或更多个外部装置包括机床的主控制器。
7.根据权利要求4所述的机床配件，其中，所述控制器包括：
非暂时性的计算机可读的媒介（CRM）；
一个或更多个处理器；以及
多个指示，其存储在所述CRM上且能够由所述一个或更多个处理器执行用于实施多个功能，所述多个功能包括：
从主机床控制器接收指示主轴的位置或速度的第一信息，
从直线位置反馈装置接收指示所述配件刀具轴和/或主工作台的直线位置或速度的第二信息；以及
基于所述第一信息和所述第二信息，将一个或更多个切削指示传输至线性致动器，配置所述切削指示使得所述线性致动器以此方式移动所述配件刀具轴以实施机械加工操作。
8.根据权利要求7所述的机床配件，
其中，所述主轴包括工件，
其中，所述配件刀具轴包括刀具，以及
其中，配置所述切削指示来引起所述马达移动所述配件刀具轴，使得所述刀具接触到所述工件并且由此实施机械加工操作。
9.根据权利要求1所述的机床配件，其中，所述机床配件与主机床控制器通信，所述主机床控制器配置成：（i）以通信的方式联接至所述马达；（ii）以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及（iii）使得所述马达响应于从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号来移动所述配件刀具轴。
10.根据权利要求1所述的机床配件，其中，所述机床配件安装在可单独移动的刀具工作台上。
11.一种机床配件，其包括：
配件轴，其配置来使刀具旋转，所述配件轴设置在整体的弯曲引导件内，其中，所述整体的弯曲行程引导件包括基座和可移动部分，所述基座和所述可移动部分由柔性区段连接；
音圈马达，其配置来相对于所述配件轴的轴线侧向地移动所述配件轴，所述音圈马达配置来使所述整体的弯曲引导件的所述可移动部分相对于所述基座移动，且由此移动所述轴；
控制器，其配置成：（i）以通信的方式联接至所述音圈马达；（ii）以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及（iii）使得所述音圈马达响应于从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号移动所述配件轴；以及
位置反馈传感器，其配置来测量所述音圈马达和所述整体的弯曲引导件的所述可移动部分相对于所述基座的位置并且将所述位置传送至所述控制器。
12.根据权利要求11所述的机床配件，其中，所述整体的弯曲引导件用作所述机床配件的基座。
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