CN106715045A - 用于机加工工件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于机加工铸造工件的主轴组件，其包括固定装置，所述固定装置围绕固定装置轴线将旋转运动提供至所述工件。第一主轴围绕第一主轴轴线将旋转运动提供至切削工具并且第二主轴围绕第二主轴轴线将旋转运动提供至第二切削工具。所述第一主轴轴线和第二主轴轴线垂直于所述固定装置轴线。所述固定装置设置于所述第一主轴与第二主轴之间。所述固定装置的枢转运动为所述第一主轴和第二主轴提供接近所述工件的相对的侧的机会，使所述切削工具能够同时地切削所述工件的相对的侧。所述第一切削工具和第二切削工具能替换为第三切削工具和第四切削工具以将替代的或不同的孔切削至所述工件中。

Description

用于机加工工件的设备和方法

现有技术专利申请

本申请要求于2014年8月22日提交的美国临时专利申请第62/040,596号以及于2014年10月28日提交的美国非临时专利申请第14/525,300号的优先权。

技术领域

本发明总体涉及用于机加工工件的设备和方法。更特别地，本发明涉及一种用于在工件中加工出特征部的主轴机床。

背景技术

众所周知，在铸造工件中机加工出特征部为批量生产设施中的瓶颈。铸造工件的批量生产方面的瓶颈的一个这样的示例为机加工比如图1中所示的铸造车轮46。铸造车轮46通常包括切削的螺栓孔60以及切削的气门杆孔75，对所述孔的切削形成制造瓶颈。

用于在公路车辆上使用的铸造车轮正变得越来越合乎要求，特别是在使用轻质合金来减小质量时。尽管具有潜在的质量减轻，在与由金属片冲压而成的车轮相比时，对增加铸造车轮的市场占有率不利的是较慢的制造过程。虽然铸造过程相对于形成金属片而言为较慢的，但是制造过程中的瓶颈一直是机床操作，特别是在形成孔以容置螺帽以及气门杆时。例如，参考图2，现有技术的主轴机床总体表示为10。当前的主轴机床10包括其上安装有车轮14的固定装置12。切削工具16固定至主轴18。主轴18和切削工具16沿笛卡尔坐标系统的Z轴沿竖直方向定向。

如将在下文中进一步解释说明的，主轴18围绕固定装置12沿圆周方向运动。如同样将在下文中进一步解释说明的，固定装置12围绕Y轴旋转。按这种方式，使切削工具16围绕车轮14运动至多个位置以切削所期望的孔。

在图2至4中示出在车轮14中形成螺栓孔20的步骤。如图2中所示，沿竖直取向将车轮14安装于固定装置12上并且使切削工具16运动至第一螺栓孔20的位置。主轴18使切削工具16围绕Z轴沿圆周方向运动，将多个螺栓孔20切削至车轮14的面24中。当车轮旋转至图3中所示的取向时，如通过图3的、用于标明更换工具的操作的TC所标明的，将第二切削工具26固定至主轴18。在那时，使车轮围绕Y轴旋转，以使得车轮的后表面28面向切削工具26。在图4中，第二切削工具26围绕Z轴沿圆周方向运动，用于将第二构造切削至车轮14的后表面28中——在此示例中为孔20中的互补的特征部。

当完成在图4中所示的、机加工车轮14的步骤时，使车轮14再一次围绕Y轴旋转并且执行另外的更换工具的操作TC以将第三切削工具30固定至主轴18。固定装置12再一次使车轮14在Y轴上旋转，以将第三切削工具30定位于气门杆孔22的位置处。一旦第三切削工具30形成气门杆孔22的一部分，固定装置12就再一次使车轮14在Y轴上旋转至图5中所示的取向，并且执行至第四切削工具32的另外的更换工具的操作TC，以切削气门杆孔22的后部分。一旦完成，就执行另一更换工具的操作TC并且固定装置12使车轮旋转至初始位置，此时将车轮14移除。

本发明所属领域的技术人员应当理解的是，通过图2至5所示的步骤，需要四次更换工具的操作TC并且执行固定装置的、围绕Y轴的四次旋转。以上所描述的切削过程已经变成铸造车轮的制造过程的瓶颈。简化该过程以提高效率以及减小周期时间以减小制造成本将是可取的。

发明内容

用于机加工铸造工件的主轴组件包括用于固定工件的固定装置。所述固定装置围绕由所述固定装置所限定的固定装置轴线将旋转运动提供至所述工件。主轴轴线为大致水平的，以改善切屑在重力辅助下离开作业区域的效率。第一主轴与第二主轴沿相反方向延伸。所述第一主轴围绕第一主轴轴线将旋转运动提供至切削工具并且所述第二主轴围绕第二主轴轴线将旋转运动提供至第二切削工具。所述第一主轴轴线和所述第二主轴轴线均横向于所述固定装置轴线。所述固定装置设置于所述第一主轴与所述第二主轴之间并且将围绕固定装置轴线的枢转运动转移至所述工件。所述枢转运动为所述第一主轴和所述第二主轴提供接近所述工件的相对的侧的机会，使所述第一切削工具和所述第二切削工具能够同时地切削所述工件的相对的侧。所述第一切削工具和第二切削工具能同时地替换为第三切削工具和第四切削工具，以将替代的或不同的孔切削至所述工件中。

本发明的组件使在工件(比如车轮)中机加工出孔所需的时间的量减小多达50％。工件的、相对于能够同时地机加工具有不同构造的轮廓或孔的相对的主轴的取向是提供更快速的周期时间的很多独特的和独创的方面中的一个。此外，在包括两种不同的机加工轮廓或孔的工件上仅仅需要单次更换工具的操作。这与需要至少四次更换工具的操作来达到相同的工件构造的现有技术的装置显著地不同。

附图说明

本发明的其它优点将被容易地理解，因为当结合附图考虑时，通过参考以下具体描述本发明将被更好地理解，其中：

图1示出工件的剖视图；

图2示出现有技术的主轴机床在第一加工阶段中的示意图；

图3示出现有技术的主轴机床的第二加工阶段；

图4示出现有技术的主轴机床的第三加工阶段；

图5示出现有技术的主轴机床的第四加工阶段；

图6示出本发明的主轴机床的示意图；

图7示出本发明的主轴机床的第一加工阶段；以及

图8和9示出本发明的主轴机床的第二加工阶段。

具体实施方式

用于机加工铸造工件(比如，车轮)的主轴组件总体表示为图6的40。固定装置42用来固定工件，比如，例如用于在组件40中加工的车轮46。本发明所属领域的技术人员应当理解的是，在本申请中对车轮的描述仅仅是示例性的并且还可在题述组件40中加工其它铸造构件。固定装置42限定固定装置轴线44，车轮46围绕固定装置轴线44枢转。

第一主轴48与第二主轴50沿着相反的方向朝向固定装置42延伸。因此，第一主轴48和第二主轴50在固定装置42的相对侧上沿相反方向延伸。如在图6中最好地示出的，由具有x、y以及z轴的3轴笛卡尔坐标系统限定组件40。第一主轴48围绕第一主轴轴线54将旋转运动提供至第一切削工具52。第二主轴50围绕第二主轴轴线58将旋转运动提供至第二切削工具56。第一切削工具52和第二切削工具56沿笛卡尔坐标系统的y轴、沿相反方向延伸。固定装置轴线44沿图6中所示的笛卡尔坐标系统的x轴延伸。这种布置使第一切削工具52和第二切削工具56能够同时地切削车轮46的相对侧，提供先前未实现的加工效率。

第一主轴48能沿笛卡尔坐标系统的y轴和x轴运动。同样地，第二主轴50也能沿笛卡尔坐标系统的x轴和y轴运动。因此，第一主轴轴线54和第二主轴轴线58为同轴的并且能移动至平行关系中。这样，使第一切削工具52和第二切削工具56能够同时地切削车轮46的不同的位置。例如，组件40被构造成在车轮46中切削出多个螺栓孔60(图7)。典型的螺栓孔60包括第一螺栓特征部62和第二螺栓特征部64(在图1中最好地观察到)。第一螺栓特征部62被构造成容置螺帽(未示出)并且第二螺栓特征部64被构造成容置螺柱(未示出)。这些特征部中的每一个需要不同的切削工具来实现适当的构造。组件40通过使第一主轴轴线54和第二主轴轴线58从同轴关系移动至平行关系而提供同时地切削所述多个螺栓孔60的不同的特征部的能力。本发明所属领域的技术人员应当理解的是，本发明的组件40提供三个旋转轴线：固定装置轴线44、第一主轴轴线54、以及第二主轴轴线58。参考图7至9最好地解释说明具有三个旋转轴线的好处。

图6至9示出通过本发明的组件40加工的车轮46的两个位置。如图6中所示，将车轮46放置于固定装置42上面，其中车轮正面66面向向上方向且后表面68面向向下方向。当被固定时，固定装置42使车轮46在固定装置轴线44上枢转，如在图7中最好地示出的，使正面66暴露给第二切削工具56并且使后表面68暴露给第一切削工具52。使第一切削工具54和第二切削工具56沿z轴朝向车轮46运动(图6)，以同时地接合车轮46的不同的位置，比如螺栓孔60的不同的位置。因此，第一切削工具54在一个螺栓孔中切削出第一螺栓特征部62，同时第二切削工具56在不同的螺栓孔中切削出第二螺栓特征部64。第一主轴48和第二主轴50围绕笛卡尔坐标系统的x轴且沿y轴(图3)运动，使第一切削工具54和第二切削工具56能够切削出多个螺栓孔60而不必如现有技术的组件所需的进行一次更换工具的操作。题述主轴机床40的此独创方面使周期时间减小大约50％。

一旦已经切削了所期望的数量的螺栓孔60，就执行更换工具的操作，其中将第一切削工具54替换为第三切削工具70且将第二切削工具56替换为第四切削工具72。固定装置42使车轮46再一次围绕固定装置轴线44旋转，将车轮定向成如图8中所示。第一主轴48使第三切削工具70运动至用于切削气门杆孔74的预定位置。同时，第二主轴50使第四切削工具72运动至切削气门杆孔74的相对的部分所需的位置。在此情况下，由于仅仅需要单个气门杆孔74，第三切削工具70和第四切削工具72依序地切削第一阀杆特征部76和第二阀杆特征部78。

继切削气门杆孔74之后，固定装置42使所完成的车轮46围绕固定装置轴线旋转至如图6中所示的起始位置。此时，将所完成的车轮46从固定装置42移除并且将新的车轮放置于固定装置42上。为了进一步提高效率，以相反的顺序加工车轮46，以使得第三切削工具70和第四切削工具72切削气门杆孔74，然后进行更换工具的操作以将第三切削工具70和第四切削工具72分别替换为第一切削工具54和第二切削工具56。因此，以相反的顺序加工车轮46，消除多余的更换工具的操作并且进一步减小周期时间。

显然地，根据以上教义，存在本发明的很多修改和变形。已经根据相关的法律标准对本发明进行了描述；因此，描述本质上仅仅为示例性的而非限制性的。对于本发明所属领域的技术人员而言，所公开的实施例的变形和修改可变得显而易见并且落入本发明的范围内。相应地，仅仅可通过研究以下权利要求确定为本发明提供的法律保护的范围。

Claims (20)

1.一种用于机加工铸造工件的主轴组件，所述主轴组件包括：

用于固定工件的固定装置，所述固定装置围绕由所述固定装置所限定的固定装置轴线将旋转运动提供至所述工件；

沿相反方向延伸的第一主轴和第二主轴，所述第一主轴围绕第一主轴轴线将旋转运动提供至切削工具并且所述第二主轴围绕第二主轴轴线将旋转运动提供至另一切削工具，所述第一主轴轴线和所述第二主轴轴线均垂直于所述固定装置轴线；以及

所述固定装置设置于所述第一主轴与所述第二主轴之间，并且能使所述工件围绕所述固定装置轴线进行枢转运动，从而使得所述第一主轴和所述第二主轴能够接近所述工件的相对侧，由此使所述切削工具和所述另一切削工具能够同时地切削所述工件的相对侧。

2.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一主轴轴线和所述第二主轴轴线能移动成平行关系。

3.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一主轴轴线和所述第二主轴轴线为同轴的。

4.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一切削工具包括与所述第二切削工具不同的构造，其中所述第一切削工具在所述工件中切削出孔的第一部分并且所述第二切削工具在所述工件中切削出所述孔的第二部分。

5.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一主轴轴线和所述第二主轴轴线为能移动的，从而使所述第一切削工具和所述第二切削工具处理所述工件的不同的位置。

6.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一切削工具和所述第二切削工具能替换为第三切削工具和第四切削工具以在所述工件中切削出另外的孔。

7.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述固定装置允许所述第一切削工具和所述第二切削工具同时接近，以同时在所述工件的相对侧中切削出特征部。

8.根据权利要求6所述的主轴组件，其特征在于，所述固定装置允许所述第三切削工具和所述第四切削工具同时接近，以同时在所述工件的相对侧中切削出特征部。

9.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一主轴和所述第二主轴均能沿笛卡尔坐标系统的三个轴运动，并且所述固定装置能沿所述笛卡尔坐标系统的两个轴运动。

10.根据权利要求1所述的主轴组件，其特征在于，所述第一主轴和所述第二主轴能依序运动，以用于依序地切削出单个孔的互补的特征部。

11.一种用于在铸造车轮中形成多个孔的方法，所述方法包括步骤：

以相对的关系设置第一切削工具和第二切削工具，其中固定装置设置于所述第一切削工具和第二切削工具之间；

将铸造车轮安装于所述固定装置上；

使所述固定装置在固定装置轴线上枢转，以将所述铸造车轮定向至与所述第一切削工具和所述第二切削工具互补的位置；以及

使所述第一切削工具和所述第二切削工具沿笛卡尔坐标系统的第一轴的两相反方向同时地运动、并且依序围绕所述笛卡尔坐标系统的第二轴和第三轴运动，由此用所述第一切削工具和所述第二切削工具在所述铸造车轮的相对侧中切削出多个孔。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述切削出多个孔的步骤还包括围绕所述第二轴沿周向切削出多个螺栓孔。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述切削出多个孔的步骤还包括切削出气门杆孔。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述设置第一切削工具和第二切削工具的步骤还包括沿所述笛卡尔坐标系统的第一轴将所述第一切削工具和所述第二切削工具对准。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，依序在铸造车轮中切削出多个孔的步骤还包括：用所述第一切削工具切削出第一构造以及用所述第二切削工具切削出第二构造。

16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括步骤：将所述第一切削工具和所述第二切削工具改变为用于切削出气门杆孔的第三切削工具和第四切削工具。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，改变所述第一切削工具和所述第二切削工具的步骤的特征还在于：对于每个铸造车轮仅执行一次所述第一切削工具和所述第二切削工具的改变。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，依序在铸造车轮中切削出多个孔的步骤的特征还在于：用所述第一切削工具切削出所述孔的第一部分以及用所述第二切削工具切削出所述孔的第二部分而无需重新定向所述铸造车轮。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，切削出所述孔的第一部分以及切削出所述孔的第二部分的步骤还包括：将所述孔的第一部分切削成第一构造以及将所述孔的第二部分切削成第二构造，其中所述第一构造与所述第二构造不同。

20.根据权利要求11所述的方法，进一步包括步骤：颠倒切削顺序以用所述第三切削工具和所述第四切削工具切削出气门杆孔，然后将所述第三切削工具和所述第四切削工具改变为所述第一切削工具和所述第二切削工具。