CN108779837B - 可重构加工中心 - Google Patents

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Abstract

一种可重构加工中心(1)，包括：‑沿第一方向(X)纵向延伸的基础结构(2)，‑第一可移动横梁(3)，其被支撑为使得其能够在所述第一方向(X)上相对于所述基础结构(2)移动并且设置有已装备的加工头部(4)，‑支撑元件，用以在所述基础结构(2)上支撑所述可移动横梁(3)，使得其能够沿所述第一方向(X)移动，‑第一丝杠齿条(5)，其与所述基础结构(2)成一体，包括第一螺旋圆形齿形扇区(51)，对于所述基础结构沿所述第一方向(X)的整个延伸，所述丝杠齿条(5)都在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上沿所述基础结构(2)延伸，‑通过移动组件(7)可旋转地联接到所述可移动横梁(3)的第一螺钉(6)，所述螺钉(6)与相应的所述第一丝杠齿条(5)接合，所述螺钉的旋转轴线平行于所述第一方向(X)，其中所述基础结构(2)沿所述第一方向的纵向延伸是所述丝杠齿条(5)的齿的齿距的整数倍，并且其中所述基础结构(2)还包括用于联接的元件(8)，所述元件适合于沿着所述第一方向(X)将所述基础结构(2)联接到之后和/或之前的相邻的基础结构(2')。

Description

可重构加工中心
技术领域
本发明涉及一种加工技术和系统领域。
特别地是，本发明涉及一种加工中心。
背景技术
在本发明中，术语“加工中心”用于意味着一种能够通过多种操作而转换工件的特性的系统，这些操作能够采用去材、增材、连接和塑性变形工艺。
通常，加工中心包含下列元件：
-供应能量的装置，通过该装置，获得用于提供加工的刀具和工
件之间的相对联接运动；
-用于固定工件的装置；
-用于方便固定和定向刀具的装置；
-用于控制三个上述元件的装置；
-用于根据所使用的转换加工来操作刀具的装置。
下文描述用于由机床组成的加工中心的传统解决方案。
后者使用改变被加工的材料的化学/物理特性的工艺，诸如材料的几何形状或材料的机械特性。
除了机床之外，其它加工中心例如是用于焊接、挤出、剪切、组装、测量等的中心(或加工站)。
机床的特性，诸如用于刀具和工件之间的相对运动的轴的数量和类型、轴的尺寸/行程以及功率，决定了机床的生产能力，调整能够制造出来的工件(棱柱形，旋转形)的形状(几何形状)，它们的尺寸以及产品的几何精度。
基于柔性，机床被分类为：
-传统或数字控制的通用机床(多用途)；它们具有最大的柔性，适合用于各种不同类型的加工。
-用于制造高产量的自动机床；当生产类型发生变化时，这些机床需要很长的设置时间。
-特殊的单用途机床；它们没有柔性，因为它们是为特定类型的加工而设计的。
传统上，工业基于所需的生产量来选择机床的类型。
通过从通用机器过渡到特殊机器，生产能力增加，代价是能够制造出来的产品的可变化性。
为了克服与柔性和生产能力相关的限制，在过去的50年中，已经提出了许多解决方案，诸如柔性制造系统(FMS)，尽管它们在专用系统方面具有更高水平的柔性(具有自动或特殊机床的生产线)，但是当生产产量需要比系统的额定能力低的生产能力时，柔性制造系统具有不合理的高成本。
从1996年在美国密歇根大学工程学院可重构制造系统工程研究中心(ERC/RMS)开始，开发了可重构制造系统的概念，其被定义为如下的系统，其“一开始就被设计用于在包括硬件和软件组件的系统结构中快速变化，以便响应于市场的突然变化或法规规定的要求的突然变化，在一系列零件中快速调整系统的生产能力和功能”。
可重构机床(RMT)对于实现这样的系统至关重要，因为它们将可重构概念从系统(RMS)扩展到机床。
特别地是，可重构机床比数控机床(CNC，用于计算机数字控制)具有更低的成本，因为在这些方面，它们采用可定制的柔性，这是制造属于给定系列的产品所必需的最小柔性。
除了可定制的柔性之外，RMT还应易于转换、可缩放，并使用与其它可重构机床中相同的基础结构，以确保必要的模块化。
可重构系统的第一示例可以追溯到1977年：在日本，MITI开始了FMC计划(柔性制造系统综合体)，最终于1983年在日本筑波市建造了一个实验工厂。
该研究被认为是一个重要的参考点，因为它是第一个根据需求设计为模块化和可不同地组装的系统。
该综合体由模块化单元组成，其包括机床和装配机器人，目标是制造具有相应包装的多种棱柱形零件。
模块被存放在仓库中，并根据所要制造的产品进行组装。
一旦制造完成，模块就被拆卸并返回仓库。
另一个大型项目由欧盟在20世纪90年代初建立。
根据欧洲共同体委托编写的报告，为欧洲机床工业制定了生存战略。
该报告指出，如果机床的设计和制造是模块化的，则制造商能够专门提供特定的模块而不是完整的系统。
从集成模块开始，可以根据特定的用户要求构建完整的系统。
这种策略需要将机床分解为一组具有即插即用接口的自主功能单元，以便根据特定要求构建系统。
为实现这一目标，已在欧洲层面开展或正在开发若干项目。
由汉诺威大学运行的MOSYN(模块化综合高级机床)项目分析了定制的具体配置。
KERNEL计划旨在使用具有相同的轴的模块开发两种不同的机床。
斯图加特大学的“特殊研究计划467”专注于用于高度可变的大规模生产的可转换业务结构，以及开发机床的能力和功能，以便它们能够适应市场的突然变化。
另一个名为MOTION(用于带线性马达与轴控制器的智能运动单元的模块化技术)的项目分析了在不同机床上使用相同模块的可能性，并解决了接口的后续设计问题。
从1996年开始，在上述可重构加工系统工程研究中心(ERC/RMS)中，RMS技术在三个主要领域里得到发展：
-减少可重构系统的设计次数；
-可重构机床和相关控制系统的设计；
-减少启动次数(ramp-up times)。
ERC/RMS研究了模块化机床和控制器的组合，分析和设计系统配置的方法，以用于RMS系统的建模、校准和启动。
由美国宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基梅隆大学开发的另一个研究项目称为可重构模块化机械手系统，研究即插即用模块的开发，这些模块能够组装成大量不同的配置，以使机械手的运动和动态特性适应特定目的。
在日本，已经制造出可以组装完整的工业机器人的模块。
模块化和可重构性的问题也已在国际智能制造系统(IMS)项目中得到解决。
在US 6,920,973中公开了另一种解决方案，其中提出了一种使用制造单元的多级制造系统，每个制造单元都与生产工艺的至少一个步骤相关联。每个单元都具有六边形形状，通过将多个单元连接成蜂窝结构而构成所述系统。
制造单元必须使得第一个单元必须包括至少一个柔性制造站，第二个单元包括至少一个可重构生产站，第三个单元设有至少一个可重构检查机。该系统必须包括一系列输送设备，这些输送设备能够将正在加工的零件从一个站转移到在单个生产单元中可用的其它站，然后从一个单元转移到后续的单元。
在全球范围内，处理具有开放式架构的控制系统的三个主要项目是由欧盟委托的OSACA项目，及该项目的德国继任项目
Figure GDA0003099036990000051
日本的OSEC项目和北美的OMAC-TEAM项目。
OSACA项目的主要成果始于1992年，其设计基于所要制造的对象和用于控制机床的系统的开放架构的使用。
OMAC项目旨在建立一系列编程接口(应用程序编程接口，API)，开发公司能够使用这些接口来销售用于控制航空航天和汽车行业机器的产品和服务。
最后，由欧盟赞助的HEDRA(异构和分布式实时架构)项目以及前面提到的MOTION项目已经寻求开发能够管理异构和分布式工艺的控制系统，但是这个研究领域还没有充分探索。
在文献中提出了和/或在专利申请中要求保护了可重构机床的若干示例。
P.O.Aldrin提出了一种纯手动驱动的版本。
这是一种通用机床，其具有第一水平工作台，在第一水平工作台上，通过围绕竖直轴线旋转的中间板，可以安装第二工作台，第二工作台能够相对于第一工作台进行各种定向。
这两个工作台能够通过丝杠系统移动。
垂直于基础结构的竖直柱设有第二板，第二板围绕水平轴旋转并且能够通过丝杠系统竖直地平移。在丝杠系统上安装有矩形工作台，在其上可以安装用于马达的旋转底座。马达使得能够致动刀具或用于支撑被加工的工件的自定心头部。
G.N.Bullen在航空航天公司——诺斯罗普·格鲁门公司工作，他研究了关于以塑料或金属制造阳型和阴型模具的问题，从而以复合材料，诸如基于玻璃纤维、石墨或碳纤维的材料生产零件。这些组件用于建造飞机或获得用于风洞中的空气动力学测试的真人大小的模型。已经观察到，使用传统制造技术来制造这些具有极其复杂形状并且通常还具有孔的模具是非常费力并且因此是昂贵的。Bullen提出的解决方案提供了一种由平台组成的可重构机床，工作台在该平台上移动并且可平移且能够在0°和90°之间旋转。龙门结构允许沿着机器人多轴头部的X和Y轴移动，该多轴头部承载刀具，其构成机器的Z轴的末端执行器。操作由数字控制管理，并且控制面板设置在设备本身上。在工件保持台上，正被加工的物体通过夹具或气动装置而保持在适当位置，根据工件的尺寸，既高精度而且可重适应。然后，单台机床形成RMS的模块。事实上，在0°和90°之间旋转工作台的能力使得在不同站点同时进行的加工的结束时，可以通过互锁将零件连接起来并通过导轨将零件运输到相同类型的其它生产单元，这些生产单元布置成组装线。
涉及可重构机床的文献中经常引用的一个案例是美国密歇根大学开发的Arch-Type RMT。
该项目始于需要为具有不同的倾斜度的六个和八个气缸的发动机制造气缸盖。
所获得的RMT因此被设计用于制造特定的零件系列，其具有安装在拱形运动支撑上的主轴，使得可以改变加工角度并对零件进行铣削和钻孔操作。
该机床是在Y.Koren和S.Kota提出的第一个原型之后开发的，该原型具有基础结构、用于待加工的铸件的支撑结构以及能够安装在轨道上的模块，以便能够从具有两个轴的配置变为具有三个轴的配置。
作为Arch-Type RMT开发起点的模型是两位研究人员提交的专利中公开的模型。
待加工的工件固定在合适的工作台上，而两个拱形支撑单元允许至少一个单轴主轴的运动。
以这种方式，安装有已安装的刀具的主轴能够通过数字控制而容易地移动，以便根据相对于工件的不同位置和定向来执行加工操作。
考虑到机床的模块化，拱形支撑能够被不同地布置，同时利用基础结构上存在的联接器的优点。
不管刚刚描述的专利所述的内容，Arch-Type与RMT方法的不同之处在于其架构的刚性、缺乏模块性以及操作员需要进行干预以便将机床中的非垂直轴手动重新定向于各种离散位置。
还有另外两个RMT的示例，它们不需要使用通常的笛卡尔参照系。
第一示例是由美国印第安纳大学的Z.M.Bi开发的并行运动机床(PKM)。这是一种带龙门结构的机床，其支持三脚架执行器，该执行器配备三个自由度和一个被动臂。工件保持工作台允许所要加工的物体在平面的X轴和Y轴上移动，从而为机床提供两个其它自由度。最后，能够使三脚架执行器所锚定的桥架绕其自身轴线旋转。
如前所述，虽然PKM在运动建模和控制方面更为复杂，但由于其组件的模块化，PKM能够很容易地重新调整以进行各种加工，即使它们是相互非常不同的加工。
第二示例由J.K.Park及其同事提出并获得专利的可重构机床代表。
这种机床具有从地面升起的三脚架支撑结构，其支撑两个相交的圆形框架，每个框架能够绕其自身轴线旋转。滑动组件在周向位置上固定在两个圆形框架上，并且主轴垂直固定在滑动组件上，因此能够围绕工件移动和旋转，因而能够执行三维加工操作。
对于更简单的几何形状，这种RMT的模块化通过使用单个圆形框架与滑动滑架块和安装在其上的主轴来开发。
因此，该结构使得可以显著简化经常需要多达五个轴，从而变得非常大且复杂的机床，并且避免了与传统上由于刀具表现得像悬臂梁而可能产生的振动相关的问题。
X.Chao及其同事已获得可重构的切削机床专利。这种结构设有底座、具有用于保持工件的自定心头部的模块、用于这种工件的支撑和能够承载数字控制的热切削炬的可移动转台。
每个模块都配有标准化接口，使得可以在每次生产策略或所要执行的切削操作的类型发生变化时重构机床。
S.Ongaro提出的机床使得能够组合一系列模块化单元，这些模块化单元能够以相互协调的方式在同一工件上工作，而不必像通常那样在每次操作之后必须重新定位工件。
待加工的原始工件由两个相互相对的支撑结构支撑，使其围绕平行于主轴线的轴线旋转。
带有主轴和/或刀具的模块在其导向装置上移动，这些导向装置可被方便地带到工件和远离工件，使得可以同时且彼此独立地执行多个操作，例如车削、铣削或齿轮切削。
D.P Weidman、H.K.Patel、J.W.Dillman和G.L.Headrick发明了用作构成机床的纵轴的元件的模块。
通过串联添加各种单元，可以根据待加工的特定物体而获得不同的配置。
由此获得的可伸展的轴能够成为用于龙门结构或横向轴的基部，其中主轴以悬臂方式安装在该基部上。
通过循环球或丝杠系统确保机床的横向主体的运动。
最后，提到了由L.Kui及其同事申请专利的台式数控可重构机床。
这种机床由一系列模块构成，包括基础结构、车床主轴箱和尾架、柱支撑、主轴箱以及用于主轴和刀具的储存区域。
通过使得可能以各种方式组织构成机床的基本单元，使得它们能够执行非常多样化的车削和铣削操作，能够降低对小尺寸物体进行的加工操作的成本。
通过由循环球或齿条—丝杠系统构成的装置移动轴以产生线性运动的各种不同系统已由若干发明人要求保护。
例如，虽然构成了RMT的有效示例，但D.P.Weidman及其同事提出的专利采用了传统的循环球丝杠联轴器，其中丝杠固定在横梁的支撑上，而由马达致动的螺钉则被布置在模块中存在的凹槽中。
这种解决方案尽管有效，但受到由于需要具有不同长度的操纵螺钉所必需的约束的影响，这些长度是希望给予机床的有用行程的函数。
在美国公司William Sellers&Co于十九世纪末至二十世纪初期间生产的一些刨床中可以找到使用无头螺钉与齿条配合的机床的示例。
在这些机床的各种不同版本中，有一个带有多个头的螺钉，该螺钉啮合在安装在刨床的工件保持台下方的齿条上；整体的设计使得齿条的六个齿始终与螺钉接合。用于将动力从马达传递到螺钉轴的系统被设计用于确保螺钉在齿上的正确接合。
然而，在这些情况下，螺钉相对于阴型螺纹倾斜，结果是沿着螺钉的轴线指向的反作用。
具有相互对准的两个元件(螺钉和齿条)的布置例如能够在大型平行车床中找到，其用于纵向移动刀架块的第一鞍座。在这种配置中，齿条的长度是预先设定的，并且它仅对沿纵向轴线指向的力作出反应，而在切削期间产生的力的其它分量由两个平行导向装置支撑。
今天提供的可重构机床具有预先限定的工作量，并且修改这些工作量需要复杂的干预措施，诸如替换某些组件；例如，如果线性轴的行程增加，则丝杠系统至少需要用另一个具有更大长度的螺钉代替该螺钉。
从上述所有内容可以看出，尽管它们在某种程度上是有效的，但是目前可用的加工中心具有许多缺点。
发明内容
本发明的目标在于克服背景技术的缺点。
在该目标内，本发明的目的在于使得可以修改加工中心的至少一个线性轴，特别是可重构机床的行进长度的尺寸，而不需要复杂的干预，例如替换已经是所要修改的机床的一部分的组件。
本发明的另一个目的在于能够改变加工工件的刀具/装置的数量，而不需要改变已经在加工中心上操作的元件(主轴，挤出头等)，特别是机床。
本发明的另一个目的在于获得一种易于修改的系统，而无需专业人员或复杂技术的干预。
通过本发明的加工中心，特别是机床，实现了该目标以及这些和其它将在下文中变得更加明显的目的，加工中心可选地包括这样的特征，这些特征构成了本说明的一体部分。
本发明的总体构思是提供一种可重构加工中心，其包括：
-沿第一方向纵向延伸的基础结构，
-第一可移动横梁，其被支撑为使得其能够在第一方向上相对于基础结构移动并且设置有已装备的加工头部，
-支撑元件，用以在基础结构上支撑可移动横梁，使得其能够沿第一方向移动，
-第一丝杠齿条，与基础结构成一体，其包括第一螺旋圆形齿形扇区，对于基础结构沿第一方向的整个延伸，该丝杠齿条都在平行于第一方向的纵向方向上沿基础结构延伸，
-通过移动组件可旋转地联接到可移动横梁的第一螺钉，该螺钉与相应的第一丝杠齿条接合，螺钉的旋转轴线平行于第一方向，
其中，基础结构在第一方向上的纵向延伸是丝杠齿条的齿的齿距的整数倍，
并且其中基础结构还包括用于联接的元件，这些元件适合于沿着第一方向将基础结构联接到之后和/或之前的相邻的基础结构。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，基础结构包括平行于第一丝杠齿条的第二丝杠齿条，第二丝杠齿条包括具有与第一丝杠齿条的齿的齿距相同的齿距或其倍数的第二螺旋圆形齿形扇区，对于基础结构沿第一方向的整个延伸，丝杠齿条都沿基础结构在平行于第一方向的纵向方向上延伸，并且加工中心包括通过移动组件可旋转地联接至可移动横梁的第二螺钉，该第二螺钉与相应的第二丝杠齿条接合，第二螺钉的旋转轴线平行于第一方向，其中第一和第二螺钉限定同一对螺钉。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，用于将可移动横梁支撑在基础结构上以使其能够沿第一方向移动的支撑元件包括与轨道配合的轴承。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，用于将可移动横梁支撑在基础结构上以使其可沿第一方向移动的支撑元件包括第一和/或第二丝杠齿条。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，移动组件对于同一对螺钉中的第一和第二螺钉是单一的，并且包括马达和对于同一对螺钉中的第一和第二螺钉共用的传动轴，每个螺钉都联接到该轴上，使得同一对螺钉中的两个螺钉同步旋转。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，已装备的加工头部能够在垂直于第一方向的第二方向上相对于横梁移动，第一和第二方向所位于的第一平面在加工中心运行时优选地为水平面。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，已装备的加工头部包括刀具架，该刀具架能够在垂直于第一平面的第三方向上相对于已装备的头部移动。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，第一和/或第二丝杠齿条的螺旋圆形齿形扇区由具有包括在30°和90°之间的大小的中心角限定，使得第一和/或第二丝杠齿条具有使可移动横梁相对于基础结构移动的功能。
可替选地是，根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，第一和/或第二丝杠齿条的螺旋圆形齿形扇区由具有包括在90°和300°之间的大小的中心角限定，使得第一和/或第二丝杠齿条具有相对于基础结构移动和支撑可移动横梁的功能，因而构成支撑元件的至少一部分。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，加工中心包括工件保持台，其被布置成平行于可移动横梁并被支撑，使得它能够沿着平行于第一方向的方向在基础结构上移动。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，基础结构包括与基础结构成一体的工件保持台的第一丝杠齿条，其包括第一螺旋圆形齿形扇区，对于基础结构在第一方向上的整个延伸，工件保持台的第一丝杠齿条都沿基础结构在平行于第一方向的纵向方向上延伸，并且其中工件保持台包括通过移动组件可旋转地联接至工件保持台的工件保持台的第一螺钉，该工件保持台的第一螺钉接合工件保持台的相应的第一丝杠齿条，工件保持台的第一螺钉的旋转轴线平行于第一方向。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，基础结构包括与基础结构成一体的工件保持台的第二丝杠齿条，其包括第二螺旋圆形齿形扇区，对于基础结构在第一方向上的整个延伸，工件保持台的第二丝杠齿条都沿基础结构在平行于第一方向的纵向方向上延伸，并且其中工件保持台包括通过移动组件可旋转地联接至工件保持台的工件保持台的第二螺钉，该工件保持台的第二螺钉接合工件保持台的相应的第二丝杠齿条，工件保持台的第二螺钉的旋转轴线平行于第一方向。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，加工中心包括沿第一方向纵向延伸的附加基础结构，其包括附加基础结构的第一和/或第二丝杠齿条，其与附加基础结构成一体并且与基础结构的第一和/或第二丝杠齿条相同，其中对于附加基础结构在第一方向上的整个延伸，附加基础结构的第一和/或第二丝杠齿条沿着附加基础结构在平行于第一方向的纵向方向上延伸，其中附加基础结构在第一方向上的纵向延伸是丝杠齿条的齿的齿距的倍数，并且其中，当基础结构和附加基础结构联接时，附加基础结构的第一和/或第二丝杠齿条与基础结构的第一和/或第二丝杠齿条对齐并相接续，以便能够以允许螺钉在全部都沿第一方向延伸的多个基础结构之间移动的方式使得该多个基础结构能够模块化联接。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，基础结构还包括至少两个电导体，并且优选地是，电导体为导电轨道的形式，并且移动组件包括滑动触点。
根据可选的和有利的特征，其被单独采用或与前述特征组合，加工中心包括电磁源，以通过电磁场向横梁上存在的马达供电。
进一步有利特征是本发明的主题，其应被理解为是本说明以及下文详细说明的一体部分。
附图说明
下面将参考非限制性示例来描述本发明，这些示例是出于说明性和非限制性目的而在附图中提供的。这些附图示出了本发明的不同方面和实施例，并且在适当的情况下，指示不同附图中的类似结构、组件、材料和/或元件的附图标记由类似的附图标记指示。
在附图中：
图1是根据本发明的加工中心的示例的透视图；
图2和3是不同视角的根据本发明的加工中心的已装备的横梁的两个透视图；
图4是图1的加工中心的一部分以及根据本发明的基础结构的模块化延伸的分解透视图；
图5是图1的加工中心的示意性横截面图；
图6是图1的加工中心的基础结构的透视图；
图7和8是不同视角的图1的加工中心的未装备的可移动横梁的两个透视图；
图9是用于使螺钉移动的组件的简化横截面图，其中安装了图1的加工中心的螺钉；
图10是图1的加工中心的螺钉的透视图；
图11是图9的移动组件的简化横截面的透视图，其中螺钉接合在丝杠座内；
图12和13分别是图1的加工中心的螺钉和打开的丝杠之间的联接的透视图和横向横截面图；
图14是根据本发明的加工中心的基础结构的变型的透视图；
图15是用于移动螺钉的组件的变型的视图，其中螺钉的变型适合用于根据本发明的加工中心的基础结构的变型；
图16和17分别是螺钉的变型和打开的丝杠的变型之间的联接的透视图和横向横截面图，这些变型适合用于根据本发明的加工中心的基础结构的变型；
图18是根据本发明的加工中心的另一变型的示意性横截面图；
图19是根据本发明的加工中心的又一变型的示意性横截面图；
图20是根据本发明的加工中心的先进的实施例的透视图。
具体实施方式
虽然本发明易于有各种变化和可替选构造，但是在图中示出一些优选实施例，并且下面将详细地描述这些优选实施例。
然而，应理解，无意将本发明限于所示的特定实施例，而是，意图是涵盖落入如权利要求书限定的本发明的范围内的所有的变化、替选和等同构造。
除非另外指出，否则“例如”、“等”和“或”的使用指示非详尽替选，而无限制。
除非另外指出，否则“包括”的使用意思都是“包括但不限于”。
必须参考组装(或运行)条件，并且参考当前语言中使用的正常术语阅读诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”(在缺乏其它指示的情况下)的指示，其中“竖直”指示基本平行于重力向量“g”的方向的方向，并且“水平”指示与该方向垂直的方向。
参考图1-13，总的并且详细地示出总的以附图标记1指示的根据本发明的加工中心。
加工中心1包括在第一方向X上纵向延伸的基础结构2。
在该实施例中，这种基础结构2优选地是由金属制成的，并且具有相对于方向X基本H形状的横向横截面。
其它横向横截面也是可能的，但是都具有至少两个平行的并且互相间隔隔开的竖直翼28、29，该竖直翼从地面延伸。
一般而言，基础结构2包括与基础结构2成一体的第一丝杠齿条5，其包括第一螺旋形圆形齿形扇区51，对于基础结构在第一方向X上的整个延伸，丝杠齿条5都沿着基础结构2在平行于第一方向X的纵向方向上延伸。
为了图1-13中的示例的目的而示出的实施例中的基础结构还包括平行于第一丝杠齿条5的第二丝杠齿条5。
类似地是，第二丝杠齿条5包括第二螺旋形圆形齿形扇区51，其齿的齿距优选地等于第一丝杠齿条的齿距或与第一齿条的齿距成整数比例。
同样类似地是，对于基础结构在第一方向X上的整个延伸，第二丝杠齿条5都沿着基础结构2在平行于第一方向X的纵向方向上延伸。
参考基础结构2，其具有为丝杠齿条5的齿的齿距的整数倍的纵向延伸d(在第一方向X上)。
由于每个齿条5都与基础结构2一样长，因此由此紧接着的是，齿条5也具有等于丝杠齿条的齿的齿距的倍数的长度(在X方向上)。
根据技术领域的惯例，“齿的齿距”是指沿着纵向轴线(X轴)测量的螺旋形螺纹的两个相邻的齿的两个同源点之间的距离。
倍数意味着优选地是整数倍。
以这种方式，当刚刚如上所述提供的两个基础结构2、2'(如图4中所示)并排放置(沿X方向一个在前并且一个在后)时，两个基础结构的丝杠齿条5将在相互配合的点处在螺旋螺纹中没有中断，因此使得它们整体上表现为单个螺纹，而在两个基础结构的交界面区域中没有不连续。
基部结构2还包括联接元件8，其适合于沿着第一方向X将基础结构2与相邻的附加基础结构2'(在之后和/或之前)联接起来。
这种联接元件8优选地是设置在基础结构2的一个端侧上的锥形座和设置在基础结构2的相对的端侧上的互补的锥形突起。
以这种方式，两个相邻的基础结构2、2'能够相对快速且精确地连接起来，因为锥形座和突起执行自定心功能，这确保了两个基础结构的齿条对齐。
我们稍后将返回到第二基础结构2'。
加工中心1还包括第一可移动横梁3，第一可移动横梁3被支撑为使得其能够在第一方向X上相对于基础结构2移动，并且设置有已装备的加工头部4。
为此，存在用于将可移动横梁3支撑在基础结构2上的支撑元件，使得它能够沿第一方向X移动，并且我们稍后将返回到这些元件。
加工中心1还包括第一螺钉6，第一螺钉6通过移动组件7可旋转地联接到可移动横梁3。
螺钉6具有适合于与齿条5配合的螺旋形螺纹。
优选地是，螺钉6的螺旋形螺纹是梯形的，但它也能够为不同类型。
螺钉6实际上与相应的丝杠齿条5接合，并且具有平行于第一方向X的旋转轴线。
在所示的实施例中，还存在第二螺钉6，其平行于第一螺钉6并且通过移动组件7可旋转地联接到可移动横梁3。
在其它实施例(未示出)中，第二螺钉6(并且因此第二齿条)不存在和/或由滑动轴承代替，例如轨道/滑块联接器等。
如果存在第二螺钉6的话，则第二螺钉6与相应的第二丝杠齿条5接合。
第二螺钉6的旋转轴线平行于第一方向X并且(因此)平行于第一螺钉6的旋转轴线，使得第一螺钉6和第二螺钉6能够被认为属于同一对螺钉。
因此，可移动横梁3借助于螺钉6在丝杠齿条5上的作用而沿着基础结构2或2'在X方向上(双向)移动。
通过前面的说明，下文提供一种非常通用的加工中心，其在X方向上的长度能够任意延伸，仅仅相对简单和便宜地向初始的基础结构增加多个附加基础结构就足够了。
同样地是，由于能够任意修改的这种长度，所以能够存在多个具有已装备的头部4的横梁3，其在相同的基础结构上操作。
关于已装备的头部4，它优选地能够在相对于第一方向X垂直的第二方向Y上相对于横梁3移动。
为此，已装备的头部4通过滑动轴承轨道43联接到横梁3上，滑动轴承轨道43适合于使头部4沿Y方向运动。
在这种意义上说，第一方向X和第二方向Y所在的平面可以是水平面(当加工中心能够操作或安装在可操作位置时)。
优选地是，已装备的加工头部4还包括刀具架44，刀具架44能够在垂直于第一平面的第三方向Z上相对于已装备的头部4移动。
为此，已装备的头部4包括框架42，支撑柱41被安装在框架42上，刀具架44则沿支撑柱41在Z方向上执行平移运动，在所提供和示出的示例中，方向Z为竖直方向。
在一些实施例中，刀具架44被设计用以支撑和移动铣削刀具，而在其它实施例中，刀具架14是测量工具、挤出头、车削刀具、切削和/或焊接头等。
现在继续描述用于支撑基础结构2上的可移动横梁3的支撑元件，使得它能够沿第一方向X移动，在图1-13中所示的实施例中，这些元件包括与轨道92配合的轴承91。
在该示例中，轴承91联接到横梁3，并且轨道92联接到基础结构2，基础结构2平行于丝杠齿条5并且与它们适当地间隔开；在其它实施例中，轴承91和轨道92的位置互换(轴承91在基础结构2上，而轨道92在横梁3上)。
在图14-17中所示的替代实施例中，用于将可移动横梁3支撑在基础结构上的支撑元件包括第一和/或第二丝杠齿条5'(或者，在一个变型中，仅由第一和/或第二丝杠齿条5'组成)。
在第一种情况下，即：当存在专用的支撑元件(例如轴承和轨道等)时，丝杠齿条5的螺旋形圆形齿形扇区51由中心角A(参见图13)限定，该角度的大小处于30°至90°之间：在这种情况下，实际上第一和/或第二丝杠齿条5的唯一功能是使可移动横梁3相对于基础结构2移动。
然而，在第二种情况下，即：当不存在专用的支撑元件时或者当尽管存在、但是认为至少一些用于支撑横梁3的功能应该由丝杠齿条5'承担时，则有必要使丝杠齿条5'的螺旋形圆形齿形扇区51'能够实现这种附加功能，因此有利的是，将其定义为具有在90°至和300°之间的大小的中心角B(见图17)。
以这种方式，第一和/或第二丝杠齿条5'除了移动功能之外还具有相对于基础结构2支撑可移动横梁3的功能，因而构成这种支撑元件的至少一部分。
在一些变型中，如图15中所示，螺钉或螺钉6'具有中间部分，在该中间部分中不存在螺旋形螺纹，例如为了减小摩擦，并且仅螺钉6'的端部62'具有螺纹。
关于赋予螺钉6、6'能够使横梁3沿X方向运动的运动，它通过移动组件7获得，该移动组件7通常包括联接到螺钉6、6'的至少一个马达装置。
在优选和所示的实施例中，有一个移动组件7，其用于同一对螺钉中的第一和第二螺钉6或6'。
移动组件7被容纳在可移动横梁3上并连接到两个螺钉。
在优选实施例中，它包括马达71和用于同一对螺钉中的第一和第二螺钉6的公共传动轴72。
因此，每个螺钉6都例如通过锥齿轮61联接到轴72，使得同一对螺钉中的两个螺钉6或6'同步旋转，因而确保横梁3的运动中的稳定牵引力。
马达71优选地是电动机，并且为了对马达供电，基础结构包括至少两个绝缘的电导体(未示出)。
优选地是，这种导体是电轨道的形式，并且组件7包括滑动触点，以向马达71供电。
可替选地是，加工中心包括用于通过电磁场对横梁上存在的马达供电的电磁源。
现在继续本发明的其它变型，在图19中简要示出的其中一个变型，加工中心1还包括工件保持台10，工件保持台10平行于可移动横梁3布置并被支撑，使得它能够在基础结构2上沿平行于第一方向X的方向移动。
为此，基础结构2优选地包括与基础结构2成一体的工件保持台的第一丝杠齿条5"'。
与前述类似，工件保持台的第一丝杠齿条5"'包括第一螺旋圆形齿形扇区，对于基础结构在第一方向X上的整个延伸，工件保持台的丝杠齿条5"'都沿着基础结构2在平行于第一方向X的纵向方向上延伸。
类似地是，工件保持台10包括工件保持台的第一螺钉6"'，其通过移动组件(未示出但类似于上述的组件7)可旋转地联接到工件保持台10。
工件保持台的第一螺钉6"'的旋转轴线与第一方向X平行，并与工件保持台的相应的第一丝杠齿条5"'接合，以便以类似于上文参考横梁所述的类似的方式移动工件保持台。
在一些解决方案中，单个螺钉/齿条足以使工件保持台10沿方向X移动。
在其它解决方案中(如在所示的示例中)，作为代替，基础结构2能够包括与基础结构2成一体的工件保持台的第二丝杠齿条5"'。
工件保持台的这种第二丝杠齿条5"'包括第二螺旋圆形齿形扇区。
优选地是，对于基础结构在第一方向X上的整个延伸，工件保持台的第二丝杠齿条5"'也都沿基础结构2在平行于第一方向X的纵向方向上延伸。
工件保持台10类似地包括通过移动组件可旋转地联接至工件保持台10的工件保持台的第二螺钉6"'，工件保持台的第二螺钉6"'接合工件保持台的相应的第二丝杠齿条5"'，工件保持台的第二螺钉6"'的旋转轴线平行于第一方向X。
返回到图4，示出基本模块化实施方案，其中加工中心1包括在第一方向X上纵向延伸的附加基础结构2'，并且该附加基础机构继而包括附加基础结构的第一和/或第二丝杠齿条5，其与附加基础结构2'成一体，并且与基础结构2的第一和/或第二丝杠齿条5相同。
对于附加基础结构在第一方向X上的整个延伸，附加基础结构2'的第一和/或第二丝杠齿条5都沿附加基础结构在平行于第一方向X的纵向方向延伸。
与基础结构2相同，附加基础结构2'在第一方向上的纵向延伸为丝杠齿条5的齿的齿距的倍数，以便提供上述联接优点。
当基础结构2和附加基础结构2'联接起来时，实际上，附加基础结构的第一和/或第二丝杠齿条5与基础结构2的第一和/或第二丝杠齿条5对齐并相接续，以便使得能够模块化联接在第一方向X上延伸的多个基础结构2、2'。
在图20的先进的实施例中，加工中心100还包括在平行于第一基础结构2的第一方向X的相应的第一方向X'上纵向延伸的附加基础结构200。
在图20中所示的实施例中，加工中心100包括(但不限于)三个附加基础结构200，但是也可能仅存在一个、两个或者更多个。
附加基础结构200以与前面描述的基础结构2类似的方式提供。
特别地是，附加基础结构200包括相应的丝杠齿条500，其与附加基础结构200成一体，并且包括相应的螺旋圆形齿形扇区。
基本上对于附加基础结构200在相应的第一方向X'上的整个延伸，附加基础结构200的丝杠齿条500都沿着平行于第一方向X的相应的纵向方向沿着附加基础结构延伸，因而平行于并且与齿条5共面，并且与可选存在的其它附加基础结构200的任何其它齿条500共面。
在实践中，基础结构2和附加基础结构或基础结构200基本上相互平行；在这一点上应强调的是，在一些实施例中，附加基础结构200能够包括上面针对基础结构2所述的相同的特征，并且为简洁起见，我们将不再对其进行说明。
附加基部结构200的丝杠齿条500的齿的齿距也与基础结构2的丝杠齿条5的齿的齿距相同，使得在基础结构2上移动的横梁3、300也能够以相同的方式在附加基础结构200上移动。
类似地是，附加基础结构200在相应的第一方向X'上的纵向延伸是丝杠齿条5、500的齿的齿距的整数倍，以便能够实现能够沿着轴线X'无限地延伸的附加基础结构的模块化，与对于基础结构2发生的类似。
为了允许至少横梁3、300从一个基础结构2转移到附加基础结构200(或在附加基础结构200之间)，在该实施例100中，存在至少一个分配基础结构201，其设有专用的丝杠齿条501。
分配基础结构201能够在相对于第一方向(X)(并因此相对于方向X')垂直的分配方向(YDIST)上相对于基础结构2(并因此相对于基础结构200)移动。
为此，加工中心100包括：横向分配轨道900，其安装在垂直于基础结构2、200延伸的横向分配基础结构211上，以及用于沿分配轨道900移动分配基础结构201的装置，例如，马达和自适应运动链(未示出)。
在所示实施例中，分配轨道900包括具有螺旋形螺纹的齿条和配合螺钉，方式与上述类似。
分配轨道900和相应的移动系统沿方向YDIST纵向延伸，以便使分配基础结构201能够移动的长度至少等于基础结构2和离基础结构2最远的附加基础结构200之间所含的距离。
所有的附加基础结构200的丝杠齿条500都在面向分配基础结构201的端部处具有丝杠齿条，其中螺旋具有与基础结构2上存在的螺旋的几何形状相同的几何形状，以便能够使横梁3、300在一个基础结构和另一个基础结构之间移动。
分配丝杠齿条501包括相应的螺旋圆形齿形扇区，并且沿着平行于第一方向X的相应的纵向方向沿分配基础结构201延伸，以便能够在不中断的情况下以螺旋形螺纹可替选地联接到基础结构2或附加基础结构200。
因而，在基础结构2和附加基础结构200之间或者在多个附加基部结构200之间至少能够实现第一可移动横梁3的运动。
在优选实施例中，分配基础结构201完全类似于先前描述的基础结构2和200。
分配横向基础结构211以与上述的类似的方式在平行于基础结构2的第一方向X的分配方向YDIST上纵向延伸，其长度能够任意调整；为此，实际上，在螺纹方面，分配轨道900的丝杠齿条优选地是将以与丝杠齿条5、500类似的方式制成，使得多个分配横向基础结构211能够结合在一起，以提供沿方向YDIST延伸的分配路径，其长度能够根据操作要求任意确定。
尽管在图20中将YDIST示出为基本上位于水平面上的方向，但是应理解，其布置能够(在其它配置中，未示出)变化；例如，YDIST是基本上位于竖直平面上的方向。
因而，实现了上述目的。
当然，到目前为止所描述的内容的许多变型是可能的，所有这些变型都应被认为等同于所要求保护的内容。
作为参考并入意大利专利申请号102016000013699(UB2016A000624)的内容，在本申请中要求该意大利专利申请的优先权。
在任何权利要求中提到的技术特征后面跟着附图标记和/或符号的情况下，包括那些附图标记和/或符号仅是为了增加权利要求书的可理解性，并且因而这些附图标记和/或符号对通过这种附图标记和/或符号以示例方式识别的每个元件的解释没有任何限制作用。

Claims (18)

1.一种可重构加工中心(1、100)，其特征在于，其包括：
-沿第一方向(X)纵向延伸的基础结构(2)，
-第一可移动横梁(3)，其被支撑为使得其能够在所述第一方向(X)上相对于所述基础结构(2)移动并且设置有已装备的加工头部(4)，
-支撑元件，用以在所述基础结构(2)上支撑所述可移动横梁(3)，使得其能够沿所述第一方向(X)移动，
-第一丝杠齿条，其与所述基础结构(2)成一体，包括第一螺旋圆形齿形扇区，对于所述基础结构沿所述第一方向(X)的整个延伸，所述第一丝杠齿条都在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上沿所述基础结构(2)延伸，
-通过移动组件(7)可旋转地联接到所述可移动横梁(3)的第一螺钉，所述第一螺钉与相应的所述第一丝杠齿条接合，所述螺钉的旋转轴线平行于所述第一方向(X)，
其中，所述基础结构(2)在所述第一方向上的纵向延伸是所述第一丝杠齿条的齿的齿距的整数倍，
并且其中所述基础结构(2)还包括用于联接的元件(8)，所述元件适合于沿着所述第一方向(X)将所述基础结构(2)联接到之后和/或之前的相邻的基础结构(2')。
2.根据权利要求1所述的加工中心(1、100)，其中：
所述基础结构(2)包括平行于所述第一丝杠齿条的第二丝杠齿条，所述第二丝杠齿条包括具有与所述第一丝杠齿条的齿相同的齿距或其整数倍的第二螺旋圆形齿形扇区，对于所述基础结构沿所述第一方向(X)的整个延伸，所述第二丝杠齿条都沿所述基础结构(2)在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上延伸，
所述加工中心包括通过移动组件(7)可旋转地联接至所述可移动横梁(3)的第二螺钉，所述第二螺钉与相应的所述第二丝杠齿条接合，所述第二螺钉的旋转轴线平行于所述第一方向(X)，其中所述第一和第二螺钉限定同一对螺钉。
3.根据权利要求1或2所述的加工中心(1、100)，其中用于将所述可移动横梁(3)支撑在所述基础结构(2)上以使得其能够沿所述第一方向(X)移动的所述支撑元件包括与轨道配合的轴承。
4.根据权利要求1或2所述的加工中心(1、100)，其中用于将所述可移动横梁(3)支撑在所述基础结构(2)上以使得其能够沿所述第一方向(X)移动的所述支撑元件包括所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条。
5.根据权利要求2所述的加工中心(1、100)，其中所述移动组件(7)对于同一对螺钉中的所述第一螺钉和第二螺钉是单个的，并且包括马达(71)和对于同一对螺钉中的所述第一螺钉和第二螺钉共用的传动轴(72)，每个螺钉都联接到所述轴(72)上，使得同一对螺钉中的两个螺钉同步旋转。
6.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，其中所述已装备的加工头部(4)能够在垂直于所述第一方向(X)的第二方向(Y)上相对于所述横梁(3)移动。
7.根据权利要求6所述的加工中心(1、100)，其中所述已装备的加工头部(4)包括刀具架(44)，所述刀具架能够在垂直于所述第一平面的第三方向(Z)上相对于所述已装备的头部(4)移动。
8.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，其中所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条的所述第一螺旋圆形齿形扇区和/或第二螺旋圆形齿形扇区由具有包括在30°和90°之间的大小的中心角限定，使得所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条具有使所述可移动横梁(3)相对于所述基础结构(2)移动的功能。
9.根据权利要求1至2中的一项所述的加工中心(1、100)，其中所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条的所述第一螺旋圆形齿形扇区和/或第二螺旋圆形齿形扇区由具有包括在90°和300°之间的大小的中心角限定，使得所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条具有相对于所述基础结构(2)移动和支撑所述可移动横梁(3)的功能，因而构成所述支撑元件的至少一部分。
10.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，包括工件保持台(10)，其被布置成平行于所述可移动横梁(3)并被支撑，使得其能够沿着平行于所述第一方向(X)的方向在所述基础结构(2)上移动。
11.根据权利要求10所述的加工中心(1、100)，其中所述基础结构(2)包括与所述基础结构(2)成一体的所述工件保持台的第一丝杠齿条，其包括第一螺旋圆形齿形扇区，对于所述基础结构在所述第一方向(X)上的整个延伸，所述工件保持台的所述第一丝杠齿条都沿所述基础结构(2)在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上延伸，并且其中所述工件保持台(10)包括通过移动组件可旋转地联接至所述工件保持台(10)的所述工件保持台的第一螺钉，所述工件保持台的所述第一螺钉接合所述工件保持台的相应的所述第一丝杠齿条，所述工件保持台的所述第一螺钉的旋转轴线平行于所述第一方向(X)。
12.根据权利要求11所述的加工中心(1、100)，其中所述基础结构(2)包括与所述基础结构(2)成一体的所述工件保持台的第二丝杠齿条，其包括第二螺旋圆形齿形扇区，对于所述基础结构在所述第一方向(X)上的整个延伸，所述工件保持台的所述第二丝杠齿条都沿所述基础结构(2)在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上延伸，并且其中所述工件保持台(10)包括通过移动组件可旋转地联接至所述工件保持台(10)的所述工件保持台的第二螺钉，所述工件保持台的所述第二螺钉接合所述工件保持台的相应的所述第二丝杠齿条，所述工件保持台的所述第二螺钉的旋转轴线平行于所述第一方向(X)。
13.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，包括沿所述第一方向(X)纵向延伸的附加基础结构(2')，其包括所述附加基础结构的第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条，其与所述附加基础结构(2')成一体并且与所述基础结构(2)的所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条相同，其中对于所述附加基础结构在所述第一方向(X)上的整个延伸，所述附加基础结构的所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条都沿着所述附加基础结构(2')在平行于所述第一方向(X)的纵向方向上延伸，其中所述附加基础结构(2')在所述第一方向上的所述纵向延伸是所述第一和第二丝杠齿条的齿的齿距的倍数，并且其中，当所述基础结构(2)和所述附加基础结构(2')联接时，所述附加基础结构的所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条与所述基础结构(2)的所述第一丝杠齿条和/或第二丝杠齿条对齐并且相接续，以便能够使得全部都在所述第一方向(X)上延伸的多个基础结构(2、2')模块化联接。
14.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，其中所述基础结构还包括至少两个电导体。
15.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(1、100)，包括电磁源，以通过电磁场向所述横梁上存在的马达供电。
16.根据权利要求1-2中的一项所述的加工中心(100)，还包括：
-沿平行于第一基础结构(2)的所述第一方向(X)的相应的第一方向(X')纵向延伸的附加基础结构(200)，
-与所述附加基础结构(200)成一体的相应的丝杠齿条(500)，其包括相应的螺旋圆形齿形扇区，对于所述附加基础结构(200)在所述相应的第一方向(X')上的整个延伸，所述相应的丝杠齿条(500)沿所述附加基础结构(200)在平行于所述第一方向(X)的相应的纵向方向上延伸，
其中：
所述附加基础结构(200)的所述相应的丝杠齿条(500)的齿的齿距与所述基础结构(2)的所述丝杠齿条的齿的齿距相同，
所述附加基础结构(200)在所述相应的第一方向(X')上的所述纵向延伸为所述丝杠齿条的齿的齿距的整数倍，
还存在能够相对于所述基础结构(2)在垂直于所述第一方向(X)的分配方向(YDIST)上移动的至少一个分配基础结构(201)，其中所述分配基础结构(201)在平行于所述基础结构(2)的所述第一方向(X)的方向上纵向延伸，所述分配基础结构(201)包括与所述分配基础结构(201)成一体的分配丝杠齿条(501)，包括相应的螺旋圆形齿形扇区，所述分配丝杠齿条(501)沿所述分配基础结构(201)在平行于所述第一方向(X)的相应的纵向方向上延伸，以便在不中断的情况下以螺旋形螺纹可替选地联接至所述基础结构(2)或联接至所述附加基础结构(200)，以便能够使至少所述第一可移动横梁(3)在所述基础结构(2)和所述附加基础结构(200)之间行进。
17.根据权利要求6所述的加工中心(1、100)，其中所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)所位于的第一平面在所述加工中心(1)运行时为水平面。
18.根据权利要求14所述的加工中心(1、100)，其中所述电导体为导电轨道的形式，并且所述移动组件(7)包括滑动触点。
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