CN110860911B - 机床 - Google Patents

Abstract

根据本发明的机床包括工件支承件(16)，其保持成使得能够围绕A轴线枢转。在这样做的情况下，非对称地保持工件支承件(16)，结果它仅在一侧上连接到旋转定位器(27)。然而，两侧保持在滑动件(25、26)上，滑动件(25、26)各自连接到线性驱动器(30、34)。不带有旋转驱动器的滑动件(26)仅在一个导轨(24)上运行，而带有旋转定位器(27)的滑动件(25)在两个导轨(22、23)上运行。考虑到Z加速度，对称地引导工件支承件(16)。结果是紧凑且仍高度稳健的机器方案。

Description

机床

技术领域

本发明涉及一种机床，特别是节省空间且仍以稳健的方式设计的机床。

背景技术

大体上，已知用于多轴工件加工的机床。例如，公开案DE 102012201736 B3公开了一种通用机床，其包括由三个线性引导件支承的台式滑动件。台式滑动件包括可围绕竖直轴线旋转的工件容器。用于台式滑动件的行进驱动器为布置在两个导轨之间的线性马达。刀具台布置成使得相对于该线性马达横向地偏移。虽然两个(成对的)导轨在它们之间容纳线性马达，碎屑通道位于另两个(成对的)导轨之间。工件台与工作心轴关联，该工作心轴被支承，以便能够在机架上水平和竖直地运动。因此，总的来说，工件的四轴机加工是可能的。

公开案DE 202007013009 U1公开了一种四轴机床，其包括机架，该机架保持滑动支承件，该滑动支承件可在两个线性引导件上水平地运动。两个水平引导件中的每个与线性驱动器关联。工件保持器布置在滑动件上，所述工件保持器能够围绕竖直轴线旋转。工件支承件与用于容纳机加工刀具的工作心轴(其可经由合适的引导件在竖直和水平方向上运动)关联。在该实施例中不提供工件围绕水平轴线的枢转运动。为实现此，相同的公开案提出了一种加工机器的改进的实施例，其包括可在线性方向上彼此独立地运动的两个滑动件，所述滑动件中的每个包括可围绕水平轴线旋转的L形工件保持器。工件保持器的水平布置的度盘(limb)面向彼此。在用于相应工件支承件的旋转单元的碎屑通道的两侧上运行的滑动件包括用于该滑动件的可靠支承的导轨，使得该机器选件包括用于两个工件支承件的总数为四的导轨。

在该机器中，工件中的每个保持在一臂的支承件上，在碰撞的情况下，强力作用于该支承件。

公开案DE 102015119646 A1描述了一种带有工件支承件的机床，该工件支承件在一侧上驱动但在两侧上支承。机床包括机架，三个引导件平行于彼此布置在该机架上。在这样做的情况下，在第一线性引导件与第二线性引导件之间存在小于第二线性引导件与第三线性引导件之间距离的距离。第一线性引导件和第二线性引导件支承共用的滑动件，线性驱动器分配给该滑动件。第三线性引导件的滑动件未分配驱动器。在两个滑动件之间布置有工件支承件，该工件支承件保持成使得能够围绕水平枢转轴线枢转。用于枢转和定位工件支承件的枢转驱动器布置在桥接两个线性引导件的第一滑动件上。

在该机床中，在水平行进运动的情况下，非驱动的滑动件由工件支承件被动地一道带走。该操作原理已基本上证明了它自身。然而，在碰撞(在碰撞期间，由于故障或编程错误，过强的水平力作用于工件支承件)的情况下，在工件支承件与枢转单元之间出现非常高的轴承应力。

发明内容

本发明的目标是陈述一种方案(concept)，利用该方案，机床变得更稳健(考虑到潜在的碰撞)。

根据本发明的机床特别设计成用于工件的五轴机加工。工件支承件被保持，以便能够围绕第一(例如，水平)轴线枢转，在该情况下，工件至少优选地可另外围绕相对于第一旋转轴线成直角定位的轴线旋转。为了工件的水平运动，提供至少两个平行的线性引导件，其中的一个支承滑动件，该滑动件带有用于工件支承件的旋转单元，且另一个支承滑动件，该滑动件支承工件保持器，使得它能够围绕相同的轴线自由地运动。第一线性驱动器与支承旋转单元的滑动件关联。第二线性驱动器与另一个滑动件关联。两个驱动的滑动件之间的机械连接仅由工件支承件提供。在没有该连接的情况下，两个滑动件可沿着导轨在线性方向上彼此独立地运动。

因为两个滑动件同步地运动，线性调节运动受两个线性驱动器同等地影响。由此，作用于工件的不仅竖直力而且水平力(加速力和制动力)在很大程度上由两个滑动件对称地接收，使得在一起限定水平轴线的工件支承件的两个枢轴承上，将没有过大的弯曲转矩出现。这简化轴承设计且保护轴承(即使在碰撞的情况下)。

机床包括至少两个线性引导件和因此至少两个导轨。然而，可能向支承滑动件的旋转单元分别提供两个引导布置，且因此提供两个导轨，支承滑动件的旋转单元可支承在导轨上，以便能够来回地运动。在该情况下，与滑动件关联的线性驱动器优选地布置在滑动件的两个导轨之间。

根据本发明的机床包括至少一个工作心轴，其设置成用于容纳刀具(该刀具设置成用于机加工工件)且用于所述刀具的旋转驱动。为了更换和替换工作心轴中的刀具，可能提供将机床与刀具库联结(link)的刀具更换装置。优选地，至少一个工作心轴可相对于工件支承件在两个空间方向上运动。优选地，这两个空间方向相对于由引导布置指定的空间方向成直角定向。在这样做的情况下，工件的真正的五轴机加工是可能的(三个线性轴线、两个枢转轴线或旋转轴线)。

优选地，两个线性驱动器设计成用于不同的最大力。用于旋转单元的滑动件的线性驱动器优选地设计得比用于不带有旋转单元的滑动件的线性驱动器更强。优选地，在这样做的情况下，相应线性驱动器的最大力与通过滑动件和由它支承的构件生成的惯性质量的商对于两个线性驱动器是相同的。因此，两个滑动件的最大加速度在驱动方向上和制动方向上是相同的。

进一步优选地，连同此一起，工件支承件的质量的一半和由它支承的可选提供的旋转台的质量的一半分别分配给每个滑动件。进一步优选地，每个滑动件也可分配平均工件的重量的一半或也可分配工件最大重量的一半。进一步优选地，两个线性驱动器显示相同的最大速度和对应的固有动态特性。

这有助于整个机床的动态特性，使得(即使在快速调节运动的情况下)两个滑动件将同步地运动。这是适用的(true)，特别是两个线性驱动器的位置控制装置，其中在动态情况下可出现临时跟踪误差，即，临时控制偏差。优选地，控制偏差使得两个线性驱动器的临时控制偏差相同。

优选地，第一滑动件设置成以基本上抗转矩的方式连接第一引导布置和第二引导布置，即，它们能够运动的部分。相反，第二滑动件仅经由工件支承件连接到第一滑动件。

工件支承件优选地经由枢轴承通过第一滑动件来支承，该枢轴承的旋转轴线(A轴线)水平地定向。该枢轴承可为例如多列滚珠轴承、多列滚柱轴承(例如交叉滚柱轴承)等。第二滑动件优选地也支承枢轴承，该枢轴承像第一滑动件的枢轴承那样相对于相同的轴线(A轴线)同心地布置。然而，第二滑动件的枢轴承可为不带有轴向支承构件的径向轴承。

此外，工件支承件可支承旋转台，该旋转台的旋转轴线(B轴线)在工件支承件的非操作位置中竖直地定向。因此，工件与两个旋转轴线和一个线性轴线关联，且工作心轴与两个线性轴线关联。与其不同的刀具和工件的轴线关联当然是可能的。

两个线性驱动器中的每个设有位置检测装置，该位置检测装置优选地由共同的控制装置同步地控制。线性(liner)驱动器可为例如马达驱动的滚珠丝杠驱动器，其中合适的促动马达包括角度传送器。这些角度传送器可连接到共同的控制器。备选地或另外，可提供线性位置检测器件，其检测第一滑动件和第二滑动件的位置且将它们传送到控制装置。以该方式，可能确保两个滑动件的同步运动(即使在高度动态的定位任务的情况下)。

附图说明

本发明的有利实施例的额外细节是图和权利要求书或对应描述的主题。它们在下图中示出：图1，根据本发明的机床的透视概观显示；以及

图2，根据图1的机床的运动学的一部分的符号平面图。

具体实施方式

图1示出了机床10，机床10设置成用于工件的5轴机加工。为实现此，机床10包括底架11，底架11最终设置成接收和排出作用在机床与工件之间的力。为了机加工未示出的工件，使用同样未示出的机加工刀具，该机加工刀具由工作心轴12定位和驱动。为此，工作心轴12具有刀具容器13，刀具容器13典型地表示标准化的接口。如典型地与机床10组合使用的机加工刀具更换单元和机加工刀具库未特别示出。

工作心轴12设有旋转驱动装置，以便围绕旋转轴线14以旋转方式驱动刀具或还能够将所述刀具保持在指定的旋转位置中。

工作心轴12由属于定位装置的滑动件15支承，借助于该滑动件15，工作心轴12可至少在一个方向上运动，优选地在两个方向X和Y上运动，两个方向X和Y优选地相对于旋转轴线14成直角定向。例如，这些是水平方向X和竖直方向Y。

为了容纳工件，提供工件支承件16，工件支承件16在4轴机器中可直接设计成用于容纳工件，且参照由图1描绘的5轴机器，工件支承件16设有用于容纳工件或工件选用区(palette)的旋转台17。在这样做的情况下，工件支承件16保持成使得能够围绕轴线A枢转，轴线A横向于旋转轴线14延伸，所述轴线A在优选实施例中水平地定向。为此，旋转台17的轴线B优选地成直角定向，使得它在工件支承件16的零位中竖直地定向。

为了支承和控制工件支承件16的运动，提供定位装置18，其包括至少两个(在本示例性实施例中为三个)线性引导件。第一线性引导件19是可选的，即，它也可在简化的实施例中省略。除了该事实之外，以下描述类似地应用于该简化的实施例。

如从图2特别显而易见的，第一导轨22、第二导轨23、第三导轨24分别属于第一线性引导件19、第二线性引导件20、第三线性引导件21。第一导轨22和第二导轨23引导第一滑动件25，第一滑动件25与第一线性引导件19和第二线性引导件20一起关联且桥接第一导轨22、第二导轨23。第三线性引导件21包括在第三导轨24上运动的第二滑动件26。第一导轨22、第二导轨23、第三导轨24平行于彼此定向。优选地，它们水平地布置且因此在Z方向上引导第一滑动件25、第二滑动件26，Z方向优选地相对于滑动件15的引导方向X和Y成直角定向。

第一导轨22与第二导轨23之间的距离优选地小于第二导轨23与第三导轨24之间的距离。在第二导轨23与第三导轨24之间，优选地布置未特别示出的碎屑通道，该碎屑通道设置成接收和去除在切削机加工工件的过程中出现的碎屑。

第一滑动件25支承旋转装置(图2)，该旋转装置的旋转定位器与工件支承件16以抗转矩的方式联接。在这样做的情况下，工件支承件16经由轴承(优选为滚动轴承)来保持，以便能够围绕水平轴线A运动地保持在第一滑动件25上。优选地，第一滚动轴承28构造为用于接收径向力和轴向力的组合轴承。例如，它可为合适的滚珠轴承、滚柱轴承等。特别地，第一滚动轴承28可设计成用于转矩支撑且为此构造，例如，作为交叉滚柱轴承。另外，第二滑动件26上的工件支承件16由轴承(优选为滚动轴承)保持，以便能够围绕轴线A旋转。第二滚动轴承29同样也可为滚珠轴承、滚柱轴承等。它可严格地(strictly)构造为径向轴承或还可构造为组合的径向和轴向轴承。

第一线性引导件19、第二线性引导件20与第一线性驱动器30关联，第一线性驱动器30可构造为例如心轴驱动器。例如，第一线性驱动器30构造为带有第一螺纹心轴31的螺纹心轴驱动器，第一螺纹心轴31与驱动马达关联。后者使第一螺纹心轴31旋转，以用于使第一滑动件25沿着第一导轨22、第二导轨23纵向地定位。机器控制器33设置成用于控制马达的促动。

第三线性引导件21与第二线性驱动器34关联，第二线性驱动器34还包括第二螺纹心轴35和用于以旋转方式驱动第二螺纹心轴35的驱动马达36。平行于第一螺纹心轴31且(除那之外)还平行于导轨布置的第二螺纹心轴35与第一螺纹心轴31相比可具有相同的直径或(如优选的)更小的直径。第二螺纹心轴35的驱动马达36与第一螺纹心轴31的驱动马达32相比可显示更小的最大转矩。优选地，考虑到加速度和跟踪误差，两个线性驱动器是相同的。为这样做，第一螺纹心轴31的驱动马达32的最大驱动转矩与第一滑动件25以及由它支承的构件(特别是旋转定位器27)的质量的比率与第二螺纹心轴35的驱动马达36的最大转矩与第二滑动件26的比率基本上相同。当质量分配给用于形成前述比率的驱动器时，第一滑动件25分配工件支承件16和可选的旋转台17的质量的一半。工件支承件16和可选的旋转台17的质量的另一半分配给第二滑动件26。

两个驱动马达可设有第一旋转编码器37、第二旋转编码器38，第一旋转编码器37、第二旋转编码器38连接到机器控制器33，以便允许控制相应的驱动马达的旋转运动。此外，第一线性驱动器30以及第二线性驱动器34可设有线性距离测量装置39、40，其分别准确地确定第一滑动件25和第二滑动件26的线性位置且将测量值输送到机器控制器33。

到目前为止描述的机床10操作如下：

在操作期间，机器控制器33控制驱动马达，以用于第一滑动件25、第二滑动件26的线性定位，以及控制旋转定位器27，以便限定工件支承件16的角位置。此外，机器控制器33设有旋转台17以及用于滑动件15的未特别示出的定位装置和用于工作心轴12的旋转驱动装置，以便与指定的程序一致地控制机床10的所有轴线。在这样做的情况下，驱动马达可同步地促动，使得第一滑动件25、第二滑动件26在Z方向上同步地运动且如需要的那样定位。在这样做的情况下，控制器设置成避免滑动件之间的相互跟踪和因此滚动轴承的倾斜力矩负载。这应用于加速和减速阶段，以及特别是应用在机器碰撞(其中由于刀具断裂、编程错误或其它有害的影响因素，在刀具或工作心轴12与工件或工件支承件16或旋转台17之间碰撞是显著的(noted))的情况下。在此类碰撞情形的情况下，特别是还在Z方向上，引入特别强的力。这些在两个滑动件上几乎仅作为径向轴承负载由滚动轴承来传送。该负载对合适的径向轴承在很大程度上是不造成损坏的。两个滑动件和连接的线性驱动器基本上对称地接收力，且因此将它以不造成损坏的方式传送到底架。

根据本发明的机床包括工件支承件16，其保持成使得能够围绕A轴线枢转。在这样做的情况下，非对称地保持工件支承件16，结果它仅在一侧上连接到旋转定位器27。然而，两侧保持在滑动件上，滑动件各自连接到线性驱动器。不带有旋转驱动器的滑动件仅在一个导轨上运行，而带有旋转定位器的滑动件在两个导轨上运行。

考虑到Z加速度，对称地引导工件支承件16。这意味着有效驱动力与连接到相应线性驱动器的质量的商对于两个线性驱动器是(基本上)相同的。结果是紧凑且仍高度稳健的机器方案。

Claims (13)

1.机床，具体是用于5轴机加工的机床，包括：

底架，平行于彼此的至少两个线性引导件布置在所述底架上，其中所述线性引导件中的一个包括导轨和第一滑动件且所述线性引导件中的另一个包括导轨和在其上引导的第二滑动件；

两个线性驱动器，其布置在所述两个线性引导件的外部，使得两个导轨布置在第一线性驱动器与第二线性驱动器之间；

工件支承件，其经由第一滚动轴承连接到所述第一滑动件且经由第二滚动轴承连接到与所述第一滑动件分离的所述第二滑动件；以及

旋转定位器，其布置在所述第一滑动件上或所述第一滑动件中且连接到所述工件支承件；

其中，提供平行于所述两个线性引导件的另外的线性引导件，所述另外的线性引导件包括导轨，在所述导轨上另外引导所述第一滑动件，其中所述线性驱动器中的一个布置在所述两个线性引导件中的一个与所述另外的线性引导件之间，

其中，所述两个线性驱动器由共同的控制装置同步地控制且具有不同的最大驱动力。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，所述第一滑动件布置成使得桥接三个线性引导件的两个导轨。

3.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述第一滑动件布置成使得桥接位于两个导轨之间的所述第一线性驱动器。

4.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述第二滑动件连接到所述第二线性驱动器。

5.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述工件支承件以能够自由旋转的方式支承在所述第二滑动件上。

6.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述底架支承用于工作心轴的引导布置，所述工作心轴设置成容纳用于机加工工件的刀具。

7.根据权利要求6所述的机床，其特征在于，所述引导布置设置成使所述工作心轴相对于所述工件支承件在至少两个空间方向上运动。

8.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，所述线性驱动器的最大力与连接到相应滑动件的惯性质量的商对于两个线性驱动器是相同的。

9.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述第一滑动件将所述两个线性引导件中的一个与所述另外的线性引导件以抗转矩的方式连接到彼此。

10.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述第一滚动轴承和所述第二滚动轴承限定对于所述工件支承件的旋转轴线，所述旋转轴线水平地定向。

11.根据权利要求10所述的机床，其特征在于，所述工件支承件支承具有旋转轴线的旋转台，所述旋转台的旋转轴线相对于所述工件支承件的旋转轴线成直角定向。

12.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述两个线性驱动器中的每个设有位置检测布置。

13.根据权利要求12所述的机床，其特征在于，所述位置检测布置包括用于检测两个滑动件的位置的线性传感器。