CN110234477B - 多功能单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能单元(8)，其由多个安装在基体(20)中的、由至少一个中央的驱动器(30)驱动的工具(51‑58,71)组成，其中，所述工具在基体中或者处于移入的停放位置(75)，或者处于移出的工作位置(76)。在此，工具表现为用于分离的和接合的制造方法的不同类型。每种工具类型中存在一个或多个工具。多个工具能够‑机械地或软件技术地组成一组地‑同时进入工作位置。基体具有基体本身的适配器(101)，通过该适配器支撑多功能单元的惯性力，并且通过该适配器能够至少传递能量和数据通信。借助本发明开发了一种用于分离的和/或接合的加工和/或处理的多功能单元(8)，其能够在六个自由度中运动，从而以不同的工具加工板状和/或片状的工件。

Description

多功能单元
技术领域
本发明涉及一种多功能单元，其由多个安装在基体中的、借助至少一个中央的驱动器驱动的工具组成，其中，工具在基体中或者处于移入的停放位置，或者处于移出的工作位置。
背景技术
由DE 102 59 285 A1已知一种此类模块化心轴设备，借助其能够加工板状工件。在设备的壳体内彼此平行地布置多个同类的心轴。各个心轴在壳体中能够轴向地移出和移入地支承。
发明内容
本发明所基于的技术问题在于，针对简单的工具更换开发一种受驱动的多功能单元，其用于分离的和/或接合的加工和/或处理，多功能单元能够在3维空间中自由运动，从而以不同的工具加工板状和/或片状的工件。
此问题借助根据本发明的多功能单元解决。在此，提出了不同类型的用于分离的和接合的制造方法的工具。每种工具类型中存在一个或多个工具。多个工具能够-机械地或软件技术地组成一组地-同时进入工作位置。基体具有基体本身的适配器，通过该适配器支撑多功能单元的惯性力，并且通过该适配器能够至少传递能量和数据通信。
作为接合的工具，除了压紧装置、压力戳和压力条以外，也可在多功能单元内集成可移出的夹具。后者可例如将木销压入工件相应的孔内。多功能单元为此借助一个或多个夹具在特定的转移位置容纳一个或多个木销。
附图说明
本发明的其他细节由说明书及下文中对至少一个示意性示出的实施形式的说明给出。
图1：加工站由前方的透视图；
图2：多功能单元工具面的透视图；
图3：对图2工具面的俯视图；
图4：图2中传动链的剖视图；
图5：接口未耦合的多功能单元的透视性俯视图；
图6：接口未耦合的多功能单元的透视性底视图；
图7：多功能单元根据图8在驱动马达高度处的剖视图；
图8：具有长的压力条的多功能单元的透视图；
具体实施方式
图1示出了用于加工板状和/或片状工件的加工站。其中，加工站具有直线地长形延伸的机床，其上构造有工件支撑栅。围绕工件支撑栅布置工件运输系统。后者由两个平行的轨道组成，轨道分别在末端侧在转车台之前终结。可能成组的-自行驶的工件车在位于工件支撑栅前方的轨道上运动，该工件车沿着工件支撑栅运输工件。
工件支撑栅用于放置板状或片状的工件，其例如由非金属材料制成，如木头、压制板、石膏纸板、纤维水泥或类似材料。没有较高金属含量的复合材料也属于此材料。
在工件支撑栅对面并且在工件的那侧设置例如两个操作设备，其分别承载并引导多功能单元。操作设备在此例如为具有所谓的RRR运动学的关节机器人。每个多功能单元具有多个同类的和/或不同的工具，借助该工具能够在相应的工件(9)中加工孔、缺口、槽和类似结构。为此，将加工步骤所需的工具，例如一组四个的钻头，气动地从多功能单元(8)中移出、锁定并转动。现在，在钻头转动的同时将多功能单元定位在工件前方预先选择的位置，并从那开始直线地借助操作设备(7)向着工件(9)移动，从而制造所需的孔列。在钻孔过程后段，多功能单元被拉回。同时，活动的钻头在将其转动运动停止的条件下再次移入。多功能单元可以在加工空间内的所有六个自由度内任意运动。
图2和3由外部示出了多功能单元。多功能单元(8)具有基体(20)，其基本上具有长形延伸的长方体的形状，该长方体具有两个长的平行的侧壁以及两个明显更小的端面。侧壁和端面包围正面，该正面构成所谓的承载工具的工具面(21)。在多功能单元(8)的背面上具有例如平行于工具面的适配器面(22)。在基体(20)的中间区域内在盖子(28)下方具有电驱动马达，例如伺服马达。根据图3，左侧的端面具有垂直的凹槽，而右侧的端面区域式地缩回。在凹槽中以及在缩回的区域内分别设置垂直块(41)。凹槽和缩回区域的相应深度等于垂直块(41)的高度。
可能具有冷却系统(46-47)的伺服马达安装在基体(20)中，使得其驱动轴(35)指向下方。在基体(20)的下方区域内，设置在伺服马达的驱动轴(35)上的主驱动轮(32)与传动机构啮合，该传动机构由多个正齿轮(32-36)组成，参见图4和7。图4示出了穿过基体(20)或平行于适配器面(22)的传动链的剖视图。驱动轮(32)与三个更大的分配轮(33)啮合，该分配轮通过其他的分配轮(33)与更多数量的输出轮(36)传动技术地相连。该输出轮(36)的中线在实施例中彼此相距32mm,并且该输出轮属于可气动移出的心轴或顶尖套筒(61)。
图7示出了多功能单元的横截面，其中示出了驱动马达(30)的纵截面。驱动马达(30)、例如伺服马达具有定子(44)，其由液冷的冷却壳体(43)包围。冷却壳体(43)为管状的冷却外壳(46)，其以其内壁密封地贴靠在定子(44)的外壁(45)上。为此，冷却外壳(46)在前部和后部区域中分别具有两个环绕凹槽(48)，其中设置有密封环(49)。在前部与后部区域之间，在冷却外壳(46)内加工有螺旋状盘绕的凹槽(47)。在该实施例中，凹槽横截面具有6mm的深度和12mm的宽度。向内开放的凹槽(47)通过定子(44)的外壁(45)构成封闭的、可流经的通道，从而产生换热器。在凹槽(47)的一个末端内通过基体(20)引入流动的冷却剂，例如水-乙二醇-混合物，从而在凹槽(47)的另一末端处再次通过基体(20)引出。围绕引入和引出位置又布置有密封件。
换热器产生的冷却功率约为每驱动马达(30)1kW。该换热器通常与设置在基体(20)内的循环泵一同置于一个冷却循环中。在必要时在冷却循环内额外地集成有主动冷却装置。
参见图7，每个顶尖套筒(61)在工具面(21)的区域内以承载工具容纳部的心轴结束，从而在那容纳例如作为工具的相应钻头或铣刀。心轴的至少一部分具有例如60mm的移出行程。可移出的工具在其原始位置位于下沉的停放位置(75)中，参见图2。为了加工工件(9)，其从那开始单独地或者成组地移出到工作位置(76)。无论在停放位置还是工作位置(75,76)，所有齿轮(32-36)都永远保持啮合。
在基体内部中，所有齿轮(32-36)置于一个平面内。在此，每个齿轮都位于基体的柱状空隙内，其例如比布置在那的齿轮(32-36)的相应齿顶圆直径大1至2mm。由此，围绕齿轮构成狭窄的间隙空间(38)。同时，齿轮的端面相对于基体分别仅具有每侧0.2-0.4mm的距离。在基体中，多个能够由外部触及的润滑剂输入位置汇入关联的间隙空间(38)中。通过该润滑剂输入位置为间隙空间(38)部分地填充润滑脂。在运行期间，润滑剂借助齿轮(32-36)持续地沿着传动链输送。
根据图2和3，在工具面(21)上沿着后部的侧壁例如放置16个具有可移出的心轴的顶尖套筒(61)。每个心轴承载例如一个钻头(52)。钻头交替地为左旋和右旋的。在根据图2的实施例中，在中间区域内，四个钻头在软件技术方面组成一组。其在此例如显示为移出的。在相对的侧壁的区域内，示出了八个一组的装载有麻花钻头(52)的顶尖套筒。所有之前所述的麻花钻头(52)都垂直于工具面(21)。在八个一组的麻花钻头与后部的端面之间示出了锯盘(58)，其用于制造Clamex连接器的缺口。在八个一组的麻花钻头与该行16个的顶尖套筒(61)之间布置可移出的单弯角头(63)，其支承大的锯盘(54)，锯盘的盘面平行于长的侧壁。在盖子(28)与前方的端面(23)之间，双弯角头(65)下沉地置于基体(20)内，其在一侧承载锯盘(57)，并且在两侧分别承载一个麻花钻头。锯盘和麻花钻头的转轴平行于工具面(21)并且平行于长的侧壁(25)延伸。
在盖子(28)与前方的长的侧壁(25)之间布置两个小的、平行地彼此前后放置的双弯角头(66)。两个双弯角头(66)都位于工作位置(76)。每个双弯角头(66)的两侧分别承载一个麻花钻头，该麻花钻头同样平行于工具面(21)以及长的侧壁(25)。在前方的侧壁(25)与前方的端面(23)之间的角上放置两个另外的、彼此前后设置的双弯角头(66)。但其位于停放位置(75)。
在双弯角头(65)与前方的端面(23)之间沉入工具面(21)内地放置接合的工具(70)。其为可气动移出的压力戳(71)，借助其-例如在钻孔过程中-将板状的工件(9)压抵工件支撑栅(10)或者其他支撑设备。在不损伤相应工件(9)的条件下进行力配合的挤压以及接着的拆卸。
在图8中，除了压力戳(71)以外还可见多个压力条(72)。用作压紧装置的压力条(72)例如为长的条，其可移入和移出地在多功能单元中支承并引导。该压力条(72)、例如形状刚性的、加筋的并重量优化的梁用作可滑动的压紧装置。其在相应工件(9)应加工凹槽、凹痕或其他长的、纵向延伸位于工件运输方向上的缺口时使用。该缺口通过在位置固定地定位的多功能单元与位置固定的工件支撑栅(10)之间-例如在锯盘(54)转动的情况下-借助工件车(6)沿着工件运输方向将工件(9)拉过而产生。现在，为了-在锯或铣的过程期间-避免工件(9)从工件支撑栅(10)上抬起，将在此例如布置在锯盘(54)两侧的压力条(72)向着工件支撑栅(10)的方向气动地移出。
为此，压力条(72)平行于工件运输方向地定向。此外，其在该实施例中指向多功能单元的最大纵向延伸的方向。为了能够低摩擦且无损伤地沿着工件(9)滑动，压力条(72)设计有相应的滑动覆面(73)，参见图7和8。前方的、支承在大的侧壁上的压力条(72)固定在两个导轨(77)上，该导轨由下方垂直地贴靠在压力条上。每个导轨(77)都在至少一个布置在基体(20)上的滚珠循环套(78)中引导。平行于滚珠循环套(78)的引导方向，在基体(20)上布置两个气动气缸(79)。该气缸的活塞杆铰接在压力条(72)上。压力条(72)在需要时受控地移出。在锯加工或铣加工结束之后，其再次移回到其停放位置。
与切削的和/或接合的工具无关地，在基体(20)上也可设置1-D的或3-D的多坐标探测器或类似的。能够从基体中例如移出或翻出的探测器用于多功能单元相对于工件支撑栅或机床的对准。为此，在工件支撑栅或机床上设置相应的参考几何图形，探测器能够移向其以进行测量工作。
在基体中或基体上布置电子水平仪，并在需要时也布置加速度传感器，从而能够与负责操作设备及其承载的多功能单元的控制装置的控制数据无关地、冗余地控制在三维空间中的位置。
图5和6示出了一种工具接口系统，其具有基体侧的适配器(101)、所谓的工具法兰，以及相对适配器(121)、所谓的机器人法兰，其例如固定在操作设备(7)上。适配器(101)具有拧紧在基体的适配器面(22)上的法兰板(102)。
在法兰板(102)上成型法兰环(104)。定心中心孔(103)通过法兰板与法兰环的组合延伸。该孔的内壁承载止动环形凹槽(105)。在法兰环(104)外部，法兰板(102)承载两个彼此远离的定心套筒。在法兰环(104)的自由端面内-等距分布地-设置六个截锥壳形的止转缺口(111)。
与适配器(101)互补的相对件为布置在操作设备(7)上的相对适配器(121)。根据图5，其法兰板(122)的背面具有定心中心盘(123)，通过其将相对适配器在操作设备上定心。在其朝向适配器(101)的一侧，参见图6，在法兰板上突起有大的柱状法兰栓(124)，其在底部区域内由柱状的定心中心盘(123)包围。法兰栓(124)在其周向承载例如六个可移动的锁定销(126)，其径向伸出。锁定销(126)能够例如气动地移到法兰栓(124)内。锁定销(126)的锁定在法兰栓内例如借助气压和/或借助弹簧力进行。
为了能够在开动时在机器人法兰上预定心工具法兰，在法兰板(122)上-在外部边缘的区域内-额外地设置两个定心销(127)。
在相对于定心销缩回的定心中心盘(123)的自由端面上例如设置六个锥形的止转栓(131)。该止转栓相对于定心销偏置地布置。
在将适配器对接到相对适配器上时，首先将定心销(127)接合或预定心到定心套筒(106)的定心孔(107)中。几乎同时，法兰栓(124)侵入定心中心孔(103)中。在此，锁定销(126)锁止在适配器的止动环形凹槽(105)中，从而将多功能单元相对于相应操作设备(7)的最后一个成员拉住并锁定。此外，在对接时，锥形的止转栓(131)侵入止转缺口(111)中。后者防止适配器相对于相对适配器旋转。止转栓在其数量及其横截面方面如此设计，使其能够支撑-围绕工具接口的中线出现的-大的负载力矩。
每个法兰(101,121)都具有例如六个位于外部的缺口(115,135)，其中分别可布置一个传递模块(141-146)。每两个在工具接口系统(100)内部彼此相对的传递模块(141,142；145,146)构成可彼此插入的传递模块对。在图5中位于前方的传递模块(141,142)在其相互对应的端面上具有两个彼此并列的19极插拔连接器。工具侧的传递模块(142)承载例如插头，而机器人侧的传递模块(141)具有相应的插座。每个法兰(101,121)的两个另外的传递模块分别具有六个用于压力空气传递的通道。
适配器(101)在适配器面(22)的对面具有适配面积，其明显小于适配器面(22)的总面积。适配面积的大小等于适配器面(22)总面积的百分之20至30。
根据图1，位于右侧的操作设备(7)的工具接口系统(100)具有间隔法兰(137)，其或者位于多功能单元(8)的适配器面(22)与适配器(101)之间，或者位于操作设备(7)的最后一个成员与相对适配器(121)之间。间隔法兰(137)具有长度，该长度例如处于多功能单元高度的数量级。
此外，根据图1，在每个操作设备(7)旁边具有单元保存处(15)。在单元保存处上可以被操作设备出于维修目的、更换目的或者为了工具替换而自由触及地保存多功能单元。
可考虑附图中所示的实施例的结合。
附图标记说明
1 机床
2 工件运输系统
3 运输轨道
4,5 转车台，转换器
6 工件车
7 操作设备
8 多功能单元，承载工具的
9 工件，板状和/或片状的
10 工件支撑栅
11 支撑
12 贴靠板，贴靠条
13 排刷
15 单元保存处
20 基体
21 工具面
22 适配器面
23 端面
25 侧壁，长的
28 马达井的盖子
30 马达，驱动马达，驱动器，伺服马达
31 传动机构
32 主驱动轮
33 分配轮，中间轮
35 (30)的驱动轴
36 输出轮
38 间隙空间
41 开关装置，气动的；阀门组
43 (30)的壳体，冷却壳体
44 (30)的定子
45 定子外壁，柱状的
46 冷却外壳
47 凹槽，螺旋状盘绕的
48 环绕凹槽
49 密封环，O形环
50 工具，分离的；工具类型
51 钻工具，钻头
52 用于Clamex连接器的钻头
54 锯工具，锯盘，大的
57 锯工具，锯盘，小的，水平的；用于Clamex连接器
58 锯工具，锯盘，小的，垂直的；用于Clamex连接器
60 工具，接合的；工具类型
61 顶尖套筒
63 单弯角头
65 双弯角头，大的
66 双弯角头，小的，两个戳
67 钻和铣组件
69 用于锅形铰链固定的组合工具
70 工具，接合的；工具类型
71 压力戳，可移出的
72 压力条
73 滑动覆面
75 停放位置，移入
76 工作位置，移出
77 导轨
78 滚珠循环套，导向装置
79 气缸-活塞-单元，气动气缸
100 工具接口系统
101 适配器，基体侧的；工具法兰，可快速更换的接口，法兰
102 法兰板
103 定心中心孔
104 法兰环
105 止动环形凹槽
106 定心套筒
107 定心孔
111 止转缺口
115 用于传递模块的缺口
121 相对适配器，机器人法兰，适配器相对件，可快速更换的接口，法兰
122 法兰板
123 定心中心盘
124 法兰栓
125 法兰环相对件
126 锁定销
127 定心销
131 止转栓，锥形的
135 用于传递模块的缺口
137 间隔法兰
141 传递模块，用于信号传递的19极的，机器人侧的
142 传递模块，用于信号传递的19极的，工具侧的
145 传递模块，用于压力空气传递的六个通道，机器人侧的
146 传递模块，用于压力空气传递的六个通道，工件侧的。

Claims (9)

1.多功能单元，其由多个安装在基体(20)中的、能够移动的工具组成，该工具具有至少一个中央的驱动器，
-其中，所述工具在基体中或者处于移入的停放位置(75)，或者处于移出的工作位置(76)，
-其中，工具表现为用于分离的和接合的制造方法的不同类型(50,70)，
-其中，每种工具类型(50,70)中存在一个或多个工具，
-其中，多个工具能够-机械地或软件技术地组成一组地-同时进入工作位置(76)，并且
-其中，基体(20)具有位于工具接口系统(100)的基体侧的适配器(101)，多功能单元的惯性力通过该适配器得到支撑，并且通过该适配器能够至少传递能量和数据通信，
-其中，所述多功能单元作为压紧装置具有至少一个能够相对于工具面(21)法向地移出和移入的压力条(72)，所述压力条平行于工件运输方向延伸。
2.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，用于分离的制造方法的不同类型(50)至少为钻工具，铣工具和/或锯工具(54,57,58)。
3.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，基体(20)具有类似于长方体的形状，其中，工具布置在基体(20)的与承载基体的适配器(101)相对定位的面-工具面(21)-中。
4.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，在基体(20)中安装至少一个驱动马达(30)，一个或多个传动机构(31)以及机械的、气动的和/或电气的开关装置的至少一部分。
5.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，所述多功能单元为了接合的制造方法具有至少一个能够从基体(20)的工具面(21)移出和移入的压力戳(71)。
6.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，所述适配器(101)和互补的相对适配器(121)构成能够快速更换的接口。
7.根据权利要求6所述的多功能单元，其特征在于，在相对适配器(121)的-背离适配器(101)的-自由末端上布置间隔法兰(137)。
8.根据权利要求1所述的多功能单元，其特征在于，中央的驱动器为电动马达，其具有能够液冷的壳体(43)。
9.根据权利要求8所述的多功能单元，其特征在于，能够液冷的所述壳体(43)由围绕驱动器的定子(44)的冷却外壳(46)组成，其中，所述冷却外壳(46)具有至少一个螺旋状的、用于引导冷却剂的凹槽(47)。
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