CN111644709A - 多轴机床的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明为机械式多轴机床提供某些另外的改进。这些改进包含：(1)允许主轴彼此独立地围绕它们各自的轴线相对于构件旋转，(2)提供一种用于确定构件相对于框架的角度位置的低成本的然而高效的传感器装置，而无需使用昂贵的编码器或类似物，(3)相对于框架更精确地安装可旋转构件，以及(4)在所述框架上提供零无效行程工具滑动件，用于对工件施加作用。

Description

多轴机床的改进
本申请是名称为“多轴机床的改进”、国际申请日为2019年2月28日、国际申请号为PCT/US2017/028877、国家申请号为201780053126.7的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体涉及机床，更具体地，涉及可对机械式多轴机床进行的各种改进，以改进它们的性能。所述改进特别适用于，但不限于，与
Figure BDA0002512759750000011
多轴自动螺丝机一同使用。
背景技术
自动螺丝机为一种用于由棒料机械加工各种部件的机床。棒料可具有圆形、正方形或多边形横截面，并且可被以大约10至12英尺的轴向长度供应至螺丝机。螺丝机通常具有可旋转地安装于支撑框架上的头部。所述头部能围绕头部轴线可控制地转位通过多个顺次的角度位置。多个圆形地相间隔的主轴组件安装于所述头部上，用于围绕头部轴线与头部一同旋转，以及用于围绕各个单独的主轴组件轴线相对于头部旋转。成段的棒料被轴向地供应至每个主轴组件，并且围绕头部轴线与头部组件一同旋转。因此，可旋转的头部以及供应至各个主轴组件的棒料在外观上有点类似于加特林枪。螺丝机适于在棒料的悬臂长度(亦即，工件)上执行各种机械加工操作，所述棒料的悬臂长度在头部的各个角度位置处由主轴组件夹头保持并延伸超过主轴组件夹头。
每个主轴组件通常具有可旋转地安装于头部上的外主轴，并且沿它自己的单独的主轴组件轴线伸长。多个主轴组件轴线平行于头部轴线。每个外主轴具有面向内且面向前的截头圆锥形凸轮表面。内主轴布置于外主轴内，用于围绕相关联的主轴组件轴线与外主轴一同旋转，并且被安装成用于相对于相关联的外主轴的有限的轴向运动。主轴运动装置或机构被操作地布置成在内主轴上施加力，以可控制地使内主轴相对于外主轴沿一个轴向方向运动。夹头安装于内主轴上以与该内主轴一同运动。所述夹头具有从主体向前延伸的多个指状物。这些指状物具有成角度地分段的面向外且面向后的截头圆锥形凸轮表面，这些截头圆锥形凸轮表面接合相关联的外主轴上的面向内的凸轮表面。每个指状物具有垫，当内主轴相对于外主轴沿这样的一个轴向方向运动时，所述垫适于径向向内运动以接合棒料的贯入料部分。当主轴运动机构释放施加于内主轴上的力时，内主轴相对于相关联的外主轴沿相反的轴向方向运动，并且允许夹头指状物朝向它们的原始位置径向向外运动(亦即，回弹)，以使得夹头垫将与棒料分离并释放棒料。
进给管布置于每个内主轴内，用于围绕相关联的主轴组件轴线旋转，以及用于相对于其进行轴向运动。进给管具有多个进给指状物，所述进给指状物适于接合进给管内的一段贯入棒料。提供进给管运动装置或机构，用于选择性地使进给管以及进给指状物相对于内主轴沿轴向方向(亦即，向前和向后)选择性地往复运动。进给管的这样的运动与夹头的操作相协调，以使得当夹头指状物已经径向地远离工件运动以使得夹头打开时，进给指状物可使棒料向前朝向并通过夹头前进。当夹头闭合时，进给管远离夹头向后运动，其中进给指状物沿保持于闭合的夹头中的棒料滑动。
一种特定的类型的螺丝机为
Figure BDA0002512759750000021
五轴自动螺丝机。
Figure BDA0002512759750000022
为Brinkman Products，Inc.，167Ames Street，Rochester，New York 14611以及相同地址的总公司Davenport Machine，Inc的注册商标。最初的
Figure BDA0002512759750000023
机器是在19世纪末20世纪初开发的。许多早期版本的以及再制造的
Figure BDA0002512759750000024
机器至今仍在使用，并且全新的机器也在销售中。
在名为“Davenport Model B–Multi-Spindle Screw Machine#1”(能在https://www.youtube.com/watch？v＝N8hBtoNi3EI上找到)以及“Davenport Model B–Multi-Spindle Screw Machine#2”(能在https://www.youtube.com/watch？v＝ppQydP2bd4k上找到)的视频中示出并描述
Figure BDA0002512759750000031
B型五轴螺丝机的基本结构以及操作，所述视频的总公开内容被通过引用并入本文中。分度机构适于可控制地使头部相对于所述框架旋转通过相对于框架的五个顺次的分度位置(亦即，0°，72°，144°，216°，288°，......)。这些机器具有许多切割和成形工具，所述切割和成形工具安装于所述框架上并且被操作地布置成接合棒料的悬臂长度(亦即，工件)，所述棒料的悬臂长度在头部的各个成角度地相间隔的分度位置中的每一个处由多个主轴组件的夹头保持并延伸超过多个主轴组件的夹头。单个马达通过齿轮系作用，并且使五个主轴组件中的每一个以相同的角速度围绕它们自己的单独的主轴组件轴线同时地旋转。切割和成形工具机械地联接至马达输出轴，并且被定时(经由各种凸轮以及从动件)以在头部分度位置中的每一个处在工件上执行各种操作(轴向地以及径向地)。
多年来，通过增加伺服控制(参见，例如，US 6,421,895 B2)，通过增加人机界面控制(Id)，通过改进的头部，通过高精度主轴组件(参见，例如，US 6,817,273 B2以及US 7,036,991 B2)，通过快速调换轴承组件(参见，例如，US 7,402,927 B2)，通过较大的主轴组件来容置过大的棒料(参见，例如，于2016年3月31日提交的美国专利申请系列号No.15/087,381)，通过使用改进的夹头(Id)以及等等来改进这些
Figure BDA0002512759750000032
机器的性能。事实上，其他人已就对他们所认为的对这样的
Figure BDA0002512759750000033
机器的改进申请了专利申请(参见，例如，US 6,000,499 A，US 5,356,244 A以及US 5,205,376 A)。所有这些现有技术的专利以及专利申请的总公开内容被通过引用并入本文中，以示例说明这样的
Figure BDA0002512759750000034
机器以及对它们的各自的特定的改进的相关部分。因此，机械式
Figure BDA0002512759750000035
五轴自动螺丝机(screw machine)由于这些各种各样的改进已经获得一种复兴，提升了它们的能力、精确度以及性能。
另一种类型的这样的机床为Penta 518五轴车床，其据报道由ZPS America LLC，4950West 79th Street，Indianapolis，Indiana 46268(www.zpsamerica.com)以及Tajmac-ZPS，a.s，Trida 3，kvetna 1180，CZ-76487，Tiln，Malenovice，Czechoslovakia(www.tajmac-zps.cz)制造和销售。Penta 518机器是另一种机械式多轴机床。在文章“Five-Spindle Lathe Expands CNC Multi Line(五轴车床扩展CNC多线)”，ProductionMachining，Vol.17，第3期(2017年3月)中示出和描述了Penta 518机器。
近年来，已经开发出改进的CNC螺丝机，其使用数字技术来控制各个主轴组件的独立于彼此的旋转，以控制各种工具的操作，以及通过昂贵的编码器监测头部的相对于框架的位置。虽然这些CNC机器确实有能力，但它们购买起来是昂贵的并且通常需要经过专门培训的操作员对它们进行编程。因此，这些CNC机床特别适合于长时间的生产运行，其中编程和设置的较高的成本可能分布在所生产的大量部件上。据报道，当前的CNC机床也由上述ZPS America以及Tajmac-ZPS，a.s制造和销售。据报道，这种CNC机床的成本超过80万美元。
然而，可对较旧的机械式机床(比如
Figure BDA0002512759750000041
五轴螺丝机)进行另外的改进，以进一步提高它们的精确度，性能以及使用寿命。与较新的CNC机床相比，它们通常更快，更多产以及更经济。
因此，人们认为通常需要对这样的机械式多轴螺丝机的改进，特别地
Figure BDA0002512759750000042
多轴自动螺丝机，其(1)将允许主轴组件彼此独立地围绕它们各自的轴线相对于头部旋转，(2)将提供一种用于确定头部的相对于框架的角度位置的低成本的然而有效的装置，而无需使用昂贵的编码器或类似物，(3)将相对于框架更精确地安装头部，以及(4)将在框架上提供零无效行程(backlash)工具滑动件，用于向工件施加作用。
发明内容
参考所公开的实施例(一个或多个)的相对应的部件、部分或表面，仅仅为了示例说明的目的而非限制的目的，本发明提供用于在机床中使用的多个改进。
在一个方面中，本发明提供一种改进的多轴机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，该分度机构在所述框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架围绕所述构件轴线旋转；多个主轴组件(28)，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与其一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线相对于所述构件旋转；安装于所述框架上的多个马达(29)；以及多个环形齿轮(30)，其安装于所述构件上并接合主轴组件中的相应的一个，每个环形齿轮由所述马达中的相应的一个驱动；其中所述马达可彼此独立地运行，以选择性地使相应的主轴组件以所期望的旋转速度相对于所述构件旋转。
所述环形齿轮可沿所述构件轴线彼此轴向地相间隔。
所述马达中的每一个可具有输出轴以及安装于所述输出轴上的驱动齿轮，并且每个驱动齿轮被布置成使所述环形齿轮中的相应的一个旋转。
所述多个可为五个。
所述机床可为
Figure BDA0002512759750000051
自动螺丝机，并且所述构件可为所述螺丝机的头部。
所述分度机构可为Geneva分度机构。
在另一个方面中，本发明提供一种机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，该分度机构在所述框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架旋转；以及用于确定所述构件相对于所述框架的角度位置的传感器装置(40)，所述传感器装置包含：第一多个传感器(50，51，52)，所述第一多个传感器安装于所述框架与所述构件二者之一上并且被布置成面向所述框架与所述构件中的另一个，所述传感器布置于第一阵列中；第二多个特征(55-61)，所述第二多个特征在每个分度位置处设置于所述框架与构件中的所述另一个中并且被布置成面向所述传感器，所述特征布置于第二阵列中；以及用于根据所述传感器来生成信号的装置(62)，以使得所述信号将表示所述构件的相对于所述框架的特定的分度位置。
所述第二多个在所述分度位置中的某些处可与所述第一多个不同。
所述传感器可为接近传感器，其被操作地布置成检测所述框架与所述构件之间的界面上的材料的存在或不存在。所述特征可包含设置于所述框架与构件中的所述另一个中的至少一个孔。
所述第一阵列可被布置成在所述构件处于每个分度位置中时面向所述第二阵列。
所述构件可为头部，所述头部具有安装于其上的多个主轴组件，其中所述头部具有头部轴线，其中每个主轴组件具有单独的主轴轴线，并且所述主轴组件安装于所述头部上，用于围绕所述头部轴线与所述头部一同旋转以及用于围绕它们各自的单独的主轴轴线相对于所述头部旋转。
所述机床可为
Figure BDA0002512759750000061
自动螺丝机。
在另一个方面中，本发明提供一种改进的多轴机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，该分度机构在所述框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架围绕所述构件轴线旋转；多个主轴组件(28)，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与其一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线相对于所述构件旋转；以及至少一个滚动元件轴承(64)，其在所述构件与框架之间起作用，以使得可在所述分度位置中的每一个处控制所述构件的相对于所述框架的位置。
所述机床可为
Figure BDA0002512759750000071
自动螺丝机，并且所述构件可为所述螺丝机的头部。
在又一个方面中，本发明提供一种改进的多轴机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，该分度机构在所述框架与构件之间起作用，用于使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序围绕所述构件轴线相对于所述框架旋转；多个主轴组件(28)，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与其一同旋转，多个主轴组件中的每一个被安装成围绕它自己的单独的主轴轴线相对于所述构件旋转；安装于每个主轴组件上的、用于保持工件的卡盘；用于可控制地使所述主轴组件中的每一个以所期望的角速度彼此独立地旋转的装置；零无效行程工具滑动件(65)，其安装于所述框架上并且被布置成在每个分度位置处相对于所述工件可控制地运动；以及工具(72)，该工具安装于所述滑动件上，用于对所述工件(W)施加作用。
所述工具滑动件可包含滚珠丝杠。
所述工具滑动件可包含线性导轨。
所述机床可为
Figure BDA0002512759750000072
五轴自动螺丝机，并且所述构件可为所述螺丝机上的头部。
因此，本发明的一般目的通常是提供对这样的机械式多轴螺丝机的改进，以及特别地针对
Figure BDA0002512759750000073
多轴自动螺丝机，其(1)将允许主轴组件彼此独立地围绕它们各自的轴线相对于头部旋转，(2)将提供一种用于确定头部的相对于框架的角度位置的低成本的然而有效的装置，而无需使用昂贵的编码器或类似物，(3)将相对于框架更精确地安装头部，和/或(4)将在框架上提供零无效行程工具滑动件，用于向工件施加作用。这些各种各样的改进可单独地使用，或者可相互组合使用。
根据前述以及正在进行的书面说明书、附图以及所附权利要求，这些以及其它目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1为包含本发明的改进的多轴机床(更具体地改进的
Figure BDA0002512759750000081
五轴自动螺丝机)的一部分的局部正视图。
图2为图1中所示的
Figure BDA0002512759750000082
五轴自动螺丝机的局部俯视平面图。
图3为大致沿图1的线3-3所剖开的局部竖直剖视图。
图4为用于将主轴组件安装于头部上的改进的装置的、在图3中的指示椭圆内所取得的放大的详细视图。
图5为头部以及分度机构的一部分的局部侧视图，其示出安装于防护装置上并且被布置成与分度装置的从动齿轮上的特征相互作用的一种形式的传感器装置。
图6为大致沿图5的线6-6所剖开的局部竖直剖视图。
图7为改进的工具滑动件的局部侧视图。
图8为图7中所示的工具滑动件的局部俯视平面图。
图9为大致沿图7的线9-9所剖开的局部横向竖直剖视图。
具体实施方式
一开始，应当清楚地理解的是，相同的附图标记在这些附图中始终标明相同的结构元件、部分或表面，因为可通过整个书面说明书进一步描述或解释说明这样的元件、部分或表面，该具体描述为整个书面说明书的组成部分。除非另有说明，否则附图被与说明书一同阅读(例如，交叉影线、部件的布置、比例、程度等)，并且被认为是本发明的整个书面描述的一部分。当在以下描述中使用时，术语“水平的”、“竖直的”，“左边的”，“右边的”，“向上的”以及“向下的”，以及其形容词和状语衍生词(例如，“水平地”，“向右”、“向上”等等)仅仅指的是所示结构的、在特定的图面对阅读者时的取向。类似地，视情况而定，术语“向内”以及“向外”通常指的是表面的、相对于它的伸长轴线或旋转轴线的取向。
现在参考附图，本发明提供机床的某些改进。在附图中，特定类型的机床被描述为
Figure BDA0002512759750000091
五轴自动螺丝机。然而，应当清楚地理解的是，所述改进并不限于与这样的
Figure BDA0002512759750000092
机器一起使用，而是还具有对其它类型的多轴机床的普遍适用性。因此，当在本文中使用时，术语“机床”广义上指的是用于向工件施加作用的机器，并且“多轴机床”指的是具有安装于构件(有时被称为“头部”或“鼓”)上的一个以上的主轴组件的机床，所述构件被安装成相对于框架围绕构件轴线进行旋转运动。在许多情况下，比如Geneva式机构的分度机构被操作地布置成使所述构件依序旋转通过多个成角度地相间隔的分度位置。
如上所述，多年来，已经为机械式多轴机床提供了某些改进，以便提高它们的精确度以及能力。这些现有技术的改进包含：增加伺服控制；增加人机界面控制；提供改进的头部；提供高精度主轴组件；提供快速调换轴承组件；提供较大的主轴组件来容置过大的棒料；使用改进的夹头，以及等等。
本发明为这种机械式多轴机床提供某些另外的改进。这些改进包含：(1)允许主轴彼此独立地围绕它们各自的轴线相对于构件旋转，(2)提供一种用于确定构件的相对于框架的角度位置的低成本的然而高效的传感器装置，而无需使用昂贵的编码器或类似物，(3)相对于框架更精确地安装可旋转的构件，以及(4)在框架上提供零无效行程工具滑动件，以向工件施加作用。将在下面逐一讨论这些改进的特征。
独立的主轴组件旋转(图1-4)
图1为总体由附图标记20表示的
Figure BDA0002512759750000093
五轴自动螺丝机的一部分的局部正视图。在下面的讨论中，为了清楚起见，将省略对“旧的”螺丝机的部分(亦即，现有技术的部分)的具体描述。该机器被显示为具有安装于框架22上的、围绕构件轴线x1-x1旋转的构件或头部21。分度机构23(比如Geneva驱动器)被布置成在所述框架与头部之间起作用，并且可操作以选择性地使头部在五个成角度地相间隔的分度位置之间依序围绕头部轴线x1-x1旋转。整个分度机构在图1-4中没有出现，但是其从动轮24在图5和6中示出。Geneva式分度机构为众所周知的，并且已经在
Figure BDA0002512759750000101
机器上使用很多年。
在图1中，头部21被显示为具有五个圆形地相间隔的纵向地延伸的开口，每个开口适于接收主轴组件。对于五轴机床，这些分度位置之间的旋转间隔为72°。这五个头部开口被分别表示为25，并且各自分别由字母A、B、C、D以及E标明。主轴组件26它们自己分别为“旧的”，并且在于2016年3月31日提交的美国专利申请第15/087,381号中更全面地示出和描述，所述美国专利申请的总的公开内容被通过引用并入本文中。
存在五个主轴组件26，每个头部开口一个。主轴组件各自分别由后缀A-E标明。因此，主轴组件26A操作地布置于头部开口25A中，主轴组件26B(未示出)操作地布置于头部开口25B中，依此类推。在图4中，一个这样的主轴组件26A被显示为在相关的部分中包含外主轴28A。已经省略内主轴、夹头、进给指状物、工件以及用于使工件前进并用于操作每个主轴组件的夹头的装置，以避免模糊本发明的改进。这里一言以蔽之，每个主轴组件26设置于相关联的头部开口25内，并且沿它的相应的主轴组件轴线伸长。在图2和4中，图1和3的在十二点钟位置中的主轴组件26A被显示为具有主轴轴线xA-xA。其它主轴组件(未示出)类似地分别沿它们的相应的主轴轴线xB-xB，xC-xC，xD-xD以及xE-xE伸长。每个主轴组件轴线平行于头部轴线x1-x1。每个主轴组件安装于头部上以与其一同旋转，并且被安装成围绕它自己的单独的主轴轴线相对于头部旋转。
在图1中，分别由附图标记29表示并且各自由后缀A、B、......、E标明的多个马达被显示为安装于框架上。如在图4中最好地示出的，分别由附图标记30表示并且各自由后缀A、B、......、E标明的多个环形齿轮沿头部轴线在各个轴向地相间隔的位置处安装于头部上，并且被分别布置成经由同步带(分别由附图标记31表示并且再一次各自由后缀A、B、......、E标明)使主轴组件26中的相关联的一个旋转。图4将环形齿轮30A描绘为经由中间齿轮32A联接至外主轴26A。环形齿轮30B、30C、30D以及30E分别经由类似的中间齿轮32B、32C、32D以及32E(未示出)类似地联接至它们各自的外主轴26B、26C、26D以及26E(未示出)。因此，马达29A被布置成经由同步带31A、环形齿轮30A以及中间齿轮32A使主轴组件26A旋转，马达29B被布置成经由同步带31B、环形齿轮30B以及中间齿轮32B使主轴组件26B旋转，马达29C被布置成经由同步带31C、环形齿轮30C以及中间齿轮32C使主轴组件26C旋转，马达29D被布置成经由同步带31D、环形齿轮30D以及中间齿轮32D使主轴组件26D旋转，以及马达29E被布置成经由同步带31E、环形齿轮30E以及中间齿轮32E使主轴组件26E旋转。
在图4中，环形齿轮30A、30B、......、30E中的每一个分别经由滚珠轴承33A、33B、......、33E可旋转地安装于头部上。这几个中间齿轮可具有固定至相关联的主轴组件的外主轴28的内表面，并且可具有它们的与相关联的环的内表面啮合的外表面。
主轴组件可通过比如在US 6,817,273 B2和/或US 7,036,991 B2中所示出和描述的高精度轴承组件安装于头部上。
马达29可为伺服马达、步进马达等等。各个马达可彼此独立地运行，以选择性地使相应的相关联的主轴组件以所期望的旋转速度相对于头部旋转，以便可控制地改变保持于分度位置中的每一个处的工件的旋转速度。另外，这种改进提供在每个分度位置处在操作中停止、反转以及定向工件的能力。
因此，该第一方面广泛地提供一种多轴机床20，包括：框架21；构件22，其安装于框架上，用于围绕构件轴线x1-x1旋转；分度机构23，其在框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于框架围绕构件轴线旋转；多个主轴组件26A、26B、......、26E，其安装于所述构件上以与其一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线xA-xA、xB-xB、......、xE-xE相对于所述构件旋转；安装于框架上的多个马达29A、29B、......、29E；以及多个环形齿轮30A、30B、......、30E，其安装于所述构件上并且接合主轴组件26A、26B、......、26E中的相应的一个，每个环形齿轮由马达中的相应的一个驱动；其中马达可彼此独立地运行，以选择性地使相应的主轴组件以所期望的角速度相对于所述构件旋转。
头部位置传感器(图5-6)
现在参考图5-6，Geneva型分度机构23的从动轮24被显示为具有与头部上的齿形部分38啮合的外部齿形部分36。从动轮24具有从它的外表面上的各个圆周地相间隔的位置径向向内延伸的多个盲槽。这些盲槽适于接收安装于Geneva机构的驱动轮(未示出)上的销(未示出)。按众所周知的方式，Geneva驱动轮的旋转使Geneva从动轮围绕它的轴线x2-x2在相间隔72°的五个连续的角度分度位置之间旋转。这继而引起头部21的相似的分度运动。
弧形防护装置39安装于框架22上，并紧密地环绕Geneva从动轮24的一部分。总体表示为附图标记40的传感器装置包括三个接近传感器50、51、52，其安装于防护装置上并且使它们的传感头布置成紧密地面对Geneva从动轮上的协作特征。在所示例说明的实施例中，这些特征为在五个分度位置中的每一个处钻入至从动轮中的不同型式的孔。
当头部开口25A处于12:00点钟位置中时(如在图6中所看到的)，接近传感器50和51与被钻入至从动轮中的盲孔53、54径向地对准。然而，接近传感器52不与任何孔对准，并且检测相邻的从动轮的接近部分的存在。
当操作分度机构以使头部开口25B运动至12:00点钟位置时(如在图6中所看到的)，接近传感器51将与被钻入至从动轮中的盲孔55对准。然而，接近传感器50、52将不与任何孔对准，并且将检测相邻的从动轮的接近部分的存在。
当操作分度机构以使头部开口25C运动至12:00点钟位置时(如在图6中所看到的)，接近传感器50将不与任何孔对准，并且将检测相邻的从动轮的接近部分的存在。然而，接近传感器51、52将与分别被钻入至从动轮中的盲孔56、58对准。
当操作分度机构以使头部开口25D运动至12:00点钟位置时(如在图6中所看到的)，接近传感器50、52将与分别被钻入至从动轮中的盲孔59、60对准。然而，接近传感器51将不与任何孔对准，并且将检测相邻的从动轮的接近部分的存在。
当操作分度机构以使头部开口25E运动至12:00点钟位置时(如在图6中所看到的)，接近传感器52将与被钻入至从动轮中的盲孔61对准。然而，接近传感器50、51将不与任何孔对准，并且将检测相邻的从动轮的接近部分的存在。
因此，三个接近传感器50、51、52安装于防护装置上，并且被布置成在五个分度位置中的每一个处与从动轮上的特征相互作用。这些特征可简单地为在每个分度位置处的一个或多个孔的合作阵列，以使得每个接近传感器可检测或确定在每个分度位置处面对它的材料的存在或不存在。由于所述特征的阵列在每个分度位置处是不同的，因此来自接近传感器的输出信号可用来表示头部在每个分度位置处相对于框架的角度位置。这种布置为便宜但有效的，并且避免在CNC机床上常见的编码器或分解器的高成本。
因此，该方面广泛地提供一种机床20，包括：框架22；构件21，其安装于所述框架上，用于围绕构件轴线x1-x1旋转；分度机构23，其在框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架旋转；以及用于确定所述构件相对于所述框架的角度位置的传感器装置40，所述传感器装置包含：第一多个传感器50、51、52，其安装于所述框架与构件中之一上并且被布置成面向所述框架与构件中的另一个，所述传感器布置于第一阵列中；第二多个特征53、54、55、56、58、59、60、61，其在每个分度位置处设置于所述框架与构件中的所述另一个中并且被布置成面向所述传感器，所述特征布置于第二阵列中；以及用于根据所述传感器生成信号的装置62，以使得所述信号将表示所述构件的相对于所述框架的特定的分度位置。
传感器装置可采用接近传感器(如上所述)，磁传感器，或其它类型的传感器，其将使传感器接触或不接触从动齿轮。传感器装置还可被布置成直接地检测头部自身的分度位置。
改进的头部安装(图4)
在已知的现有技术形式的机械式多轴机床中，构件(或头部)通常具有面向外的大直径的圆柱形表面，其简单地轴颈连接于大直径的头部开口中，所述大直径的头部开口具有被布置成面向头部圆柱形表面的面向内的圆柱形表面。因此，头部简单地轴径连接于框架上，用以围绕头部轴线旋转。然而，头部与框架的面对的圆柱形表面之间的径向间隙造成加工公差，并降低机床的精确度以及精密度。
在图4中，本发明被显示为在头部与框架之间提供分别由附图标记63表示的轴承。这些轴承分别具有布置于它的内圈与外圈之间的至少一个滚动元件，比如滚动球64。因此，这种布置允许头部相对于框架容易地旋转，同时消除现有技术的设计(其中头部简单地轴颈连接于框架上)中所存在的径向间隙。
因此，本发明的该方面提供一种改进的多轴机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，其安装于框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，其在所述框架与构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架围绕所述构件轴线旋转；多个主轴组件(28)，其安装于所述构件上以与其一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线相对于所述构件旋转；以及至少一个滚动元件(64)，其在所述构件与框架之间起作用，以使得可在所述分度位置中的每一个处控制所述构件相对于所述框架的位置。
改进的工具滑动件(图7-9)
现在参考图7-9，由附图标记65总体表示改进的工具滑动件被显示为安装于机械框架22上。工具滑动件包含循环滚珠丝杠66以及线性导轨68。滚珠丝杠被布置成通过安装于机械框架上的马达M旋转。线性导轨具有安装于框架上的固定的导轨状部分69，并且具有由所述导轨状部分引导并由滚珠丝杠驱动的可运动的部分70。工具保持件71安装于所述可运动的部分上并且被布置成使工具72朝向以及远离工件W运动。改进的工具滑动件的显著特征为，它可以以大致零无效行程朝向以及远离工件运动。因此，工具的运动大致与供应至滚珠丝杠马达的电流的极性和大小成比例，以使得可电子地控制工具位置。
改进的工具滑动件可根据需要操作地安装于框架上，以选择性地使工具相对于工件沿轴向或径向方向运动。
因此，本发明的该方面提供一种改进的多轴机床(20)，其广泛地包括：框架(22)；构件(21)，其安装于框架上，用于围绕构件轴线(x1-x1)旋转；分度机构(25)，其在所述框架与构件之间起作用，用于使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序围绕所述构件轴线相对于所述框架旋转；多个主轴组件(28)，其安装于所述构件上以与所述构件一同旋转，所述主轴中的每一个被安装成围绕它自己的单独的主轴轴线相对于所述构件旋转；安装于每个主轴组件上的、用于保持工件的卡盘；用于可控制地使所述主轴组件中的每一个以所期望的角速度彼此独立地旋转的装置；零无效行程工具滑动件(65)，其安装于所述框架上并且被布置成在每个分度位置处相对于所述工件可控制地运动；以及工具(72)，其安装于所述滑动件上，用于对所述工件(W)施加作用。
修改
本发明预期可进行许多改变和修改。例如，虽然伺服马达等是优选的，但是也可替换为其它类型的马达。类似地，本发明并不限于与同步带驱动器一起使用。可容易地由其它类型的驱动器来代替。
在优选形式中，接近传感器被用作传感器装置的部分。然而，可由其它类型的传感器来代替，比如磁传感器等等。
在权利要求中对
Figure BDA0002512759750000161
多轴螺丝机的参考并非为对权利要求的范围的限制。
因此，虽然已经示出和描述了本发明的优选形式，并且讨论了它的若干个改变以及修改，但是本领域的技术人员将容易地理解的是，在不脱离本发明的、如在以下权利要求中所限定以及区分的精神的情况下，可进行各种另外的改变和修改。

Claims (4)

1.一种多轴机床，包括：
框架；
构件，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线旋转；
分度机构，该分度机构在所述框架与所述构件之间起作用，用于使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序围绕所述构件轴线相对于所述框架旋转；
多个主轴组件，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与该构件一同旋转，所述多个主轴组件中的每一个被安装成围绕它自己的单独的主轴轴线相对于所述构件旋转；
安装于每个主轴组件上的、用于保持工件的卡盘；
用于能够控制地使所述主轴组件中的每一个主轴组件以所期望的角速度彼此独立地旋转的装置；
零无效行程工具滑动件，该零无效行程工具滑动件安装于所述框架上并且被布置成在每个分度位置处相对于所述工件能够控制地运动；以及
工具，该工具安装于所述零无效行程工具滑动件上，用于对所述工件施加作用。
2.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述零无效行程工具滑动件包含滚珠丝杠。
3.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述零无效行程工具滑动件包含线性导轨。
4.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述多轴机床为
Figure FDA0002512759740000011
五轴自动螺丝机，并且所述构件为所述
Figure FDA0002512759740000012
五轴自动螺丝机上的头部。
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