CN111727103A - 用于将工件和工具相对于彼此定位的装置 - Google Patents

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Abstract

如今，机器人已取代机械工具在一定程度上用于加工工件。机器人固持工具并直接加工工件。由于机器人臂的刚度，目前仅在公差不小于0.1mm的不精确应用中才可行。本发明旨在通过这样的机器人或门式解决方案来改善进给，使得在基本不影响生产过程的情况下减小公差。这通过安装在工作台上的定位装置实现，其中定位单元连接到工作台。定位单元具有定位套筒，机器人在该定位套筒中引入用于容纳工件或用于容纳工具的外部固持装置。由于定位套筒围绕第一主旋转轴线围绕固持工具或工件的内部固持装置的限定的安装，因此可以通过由此产生的附加支撑来实现机器人臂的改善的定位。在这种情况下，定位单元是被动的，即通过机器人臂本身移动。

Description

用于将工件和工具相对于彼此定位的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将工件和工具相对于彼此定位的装置，所述工件和所述工具分别被固持在固持装置中，所述装置包括布置在工作台上的内部固持装置以及布置在进给装置上的外部固持装置。
背景技术
在加工工件时，常规地必须将工件放入待加工的工件并相对于待加工的工件固持在精确的位置。例如，用于加工工具的磨床，或甚至是机床，和具有部件、驱动器和控制装置的一般多轴加工装置都面临很高的要求。通常，工件被引入机床或其容纳部中并与机床的工具接合。工件到工件容纳部的这种固定的容纳使得可以在该精确位置处加工所述工件。这样的装置和相应的加工方法例如从WO 2001/66302 A1中已知。
在DE 296 03 498 U1和DE 296 03 800 U1中记载其他相关的现有技术。
由于目前使用机器人，例如具有自身驱动器和控制器的机器人解决方案或门式解决方案
Figure BDA0002625709820000011
因此其控制器和执行器必须在此过程中进行精确定位。在此方面通常规定，机器人握持工具并直接加工工件。用于简单的应用的相反的情况也是已知的。由于机器人臂的刚度，目前仅在公差不小于0.1mm的不精确应用中才可行。另一已知的选择是将工件牢固地夹紧在适当的位置，但是这需要一定的准备时间和特定的进给设备，这种进给设备通常仅适用于机床。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种替代的加工概念，其结合了机床和机器人的功能，从而克服了现有技术的缺点。根据该方法，在固定的装置将自动化单元固定到位的同时自动化单元移动固定的装置的轴。
因此，该目的通过根据权利要求1的特征的用于将工件和工具相对于彼此定位的装置实现。在以下从属权利要求中描述了该解决方案的有利的实施例。
根据本发明，一种用于将工件和工具相对于彼此定位的装置包括内部固持装置和外部固持装置。内部固持装置通常固定在工作台上并因此在其位置处保持静止。然而，外部固持装置被引导至内部固持装置。在此方面，一个固持装置可以固持工件，而另一个固持装置可以固持工具。目的是将两种解决方案都视为在本发明的范围内并受到保护。
外部固持装置经由进给装置被引导至内部固持装置，该进给装置优选地是门式解决方案或机器人臂。然而此处的问题是，例如当由外部固持装置固持的工件被引导至由内部固持装置固持的工具时，必须施加的一定压力可能导致位置不精确。因为可以在进给装置中指定一定的进给量，并且工具靠在该进给装置上，所以会导致加工结果不准确。由于进给装置的绝对长度，当压力作用在工具上时会产生反压，进给装置的任何传感器都无法检测到该反压。
因此，本发明还提供一种定位单元，该定位单元具有定位套筒，外部固持装置或工件通过该定位套筒插入。尽管定位单元绕着第一主旋转轴线可旋转地围绕内部固持装置安装，但由于定位单元也固定在同一工作台上，因此可以减少外部固持装置的推开动作，因为不再将整个进给装置用作推开进给装置的杠杆，而是仅将工具上直到推入容纳在定位套筒中的内部固持装置用作推开进给装置的杠杆。然而，进给装置可以简单地将外部固持装置引入该位置套筒中。这产生了一种解决方案，其结合了机床加工的优点与使用自动化单元的优点。
除了由于定位套筒围绕第一主旋转轴线的可旋转性而具有第一自由度之外，在本发明的进一步实施例中，定位套筒也可以围绕第一套筒旋转轴线可旋转地安装。这不仅可以使外部固持装置与第一主旋转轴线对准，而且可以成角度扭转。以自动磨床为例，这不仅可以加工被引导的工件的尖端(例如钻头)，还可以加工其侧面。
这允许定位装置的特定构造，其中定位套筒布置在内滑环的壁中，该内滑环在同心布置的外滑环中沿外滑环的内表面滑动。为了在即使有双层环的情况下也能将外部固持装置引入定位套筒，在这种情况下，外滑环还具有细长的第一通孔，因此即使滑环相对地旋转，定位套筒仍可进入。只要定位套筒在该构造中可绕其套筒轴线运动，则滑环中的定位套筒可旋转地布置在可枢转轴承上，从而在内滑环的壁和定位套筒之间可以实现可变角度。
关于内部固持装置的定位还存在两种不同的构造。首先，内部固持装置可以从底部穿过两个滑环，并由此垂直地布置。然后，根据内部固持装置伸出的距离，内部固持装置大约位于两个滑环的中间。为此，内滑环还必须具有细长的第二通孔，内部固持装置(如有必要可以是机床本身)的紧固件可以通过该第二通孔伸出。在磨床的情况下，在该配置中主轴垂直竖立，而砂轮将平行于工作台对齐。
替代地，定位套筒也可以围绕内部固持装置围绕第二主旋转轴线可旋转地安装。当机床垂直地伸入滑环中时，这种情况是不可取的，因为至少在工件的旋转加工中，围绕优选地垂直于工作台的第二主旋转轴线的旋转位置是无关紧要的。在内部固持装置本身水平地伸入到滑环中、也就是说滑环的环形开口中，或者在工具或工件固持在该环形开口中的情况下，这是特别有利的。在本发明的范围内，固持装置位于滑环内部，应始终理解为固持装置至少在环开口的区域内，由此使得工具和工件进行相互接合。
如果围绕第二主旋转轴线的这种旋转垂直于工作台对齐，则可以通过将外滑环定位在分配至工作台的转盘上来实现。以此方式，即使在内部固持装置水平地布置的情况下，例如在内部固持装置承载垂直对准的砂轮的情况下，也可以在工件和工具之间实现进一步的自由度。
在定位单元的替代构造中，其可以设计成围绕内部固持装置构建的滑动解决方案。在这种情况下，可以没有水平的主旋转轴线，而第一主旋转轴线是垂直布置的。为了能够从不同的方位角到达装置的内部，定位套筒另外围绕第二套筒旋转轴线可旋转地安装。
这可以通过将定位套筒容纳在承载环的内部中来实现。借助于与承载环的可旋转的连接以及与该连接垂直布置的承载环与滑动件的可旋转的连接使得定位套筒可以在两个方向上旋转。在这种情况下，滑动件可以在至少一个导轨上围绕第一主旋转轴线以圆形运动，在此下第一旋转轴线为垂直旋转轴线。如果需要的话，可以得到进一步的自由度，因为承载环在滑动件上的悬挂装置可以额外地调节高度。
如所提到的，进给装置可以设计成机器人臂。定位装置有利地设计成被动的，并且在将外部固持装置引入到定位套筒中之后通过机器人臂的运动来致动。虽然定位装置在此也可以执行其指定的运动方向，但其不损害现有的自由度，并且又支撑在配对件前方不远处的相对较长的机器人臂。因此，这是门式解决方案用作进给装置的情况。在这种情况下，首先通过三维可移动的滑动件来定位外部固持装置，可以通过至少一种、优选地两种角自由度来调节外部固持装置的定向。在将外部固持装置引入定位套筒后，
定位单元由于门式解决方案的调节力而移动并保持被动。
在内部固持装置承载工具的情况下，可以在此情况中的承载内部固持装置的机床下方布置支撑台，在该支撑台上又可以支撑由进给装置引入的工件。为此，支撑台可以具有支撑套筒，该支撑套筒还可以适用于至少部分地引入工件。此外，这种支撑套筒可以以高度可调节的方式连接到支撑台，以便实现更精确的定位。
此外，特别有利的是，在内部固持装置连接到机床上的情况下，工具可以设计成磨削元件或铣削元件。其他已知的工具组件也是可能的。
另一方面，如果内部固持装置固持工件，则意味着进给装置对工具进行引导。在这种情况下，特别有利的是，外部固持装置带有工具激光器，利用该工具激光器加工固持在内部固持装置中的工件。进给装置通过定位装置精确地保持在适当的位置。
为了进一步提高精度，可以使用伺服电机或其他驱动器主动操作定位装置的单个或所有轴线。
附图说明
下面通过实施例详细说明上述发明。
在附图中显示：
图1示出一个磨削元件和三个处于不同相对磨削位置的工件的透视图，
图2示出了具有机器人臂作为进给装置并且水平布置的机床的定位装置的斜前方视角的立体图，
图3示出了根据图2的定位装置的斜后方视角的透视图，
图4示出了穿过滑环中心的根据图2的定位装置的截面图，
图5示出了替代的定位装置的斜上方视角的立体图，该定位装置具有作为进给装置的机器人臂和垂直布置的机床，
图6示出了另一种替代的定位装置的斜上方视角的立体图，该定位装置具有定位套筒，该定位套筒容纳在轨道支撑的滑动件上，以及
图7示出了水平布置的机床下方的支撑台的侧向平面图。
具体实施方式
图1示出了磨削元件4，利用该磨削元件4可以加工工件25，该加工在当前情况下又用于制造工具。工件25是必须在不同位置加工的钻头。布置工件垂直于磨削元件4的边缘，以用于磨削钻头的尖端。横向于磨削元件4或在磨削元件4斜下方对工件25固持，以用于磨削凹槽和加工轴。对于这些不同的加工步骤，必须在常规方法中将工件夹紧多次，这通常是在多个工位(Stationen)完成的。除了提供多个工位外，它们之间还需要物流，并且一次只能加工类似的任务。
图2示出了机床1的组合的第一实施例，工件25通过机器人臂5被进给到机床1。由于机器人臂5具有较大的长度，因此在加工过程中会产生较大的杠杆，因此提供了用于精确定位的定位单元8，该定位单元主要由安装在转盘18上的外滑环15和在外滑环中同心地滑动设置的内滑环14组成。内滑环14具有定位套筒9，机器人臂5将外部固持装置6引入该定位套筒9中，从而使工件25与在滑环14、15中间运转的磨削元件4接合，该磨削元件4被容纳在机床1的内部固持装置3中。
为了能够表示根据图1的不同磨削位置，转盘18可以在其角位置上围绕第二主旋转轴线11旋转，而同时通过使内滑环14相对于外滑环15绕第一主旋转轴线10旋转而使滑环14和15可以相对于彼此移位，从而改变工件的方位角。为此，外滑环具有细长的通孔16，以便在多个位置进入定位套筒9。
机床1通过基座2安装在公共工作台7上，定位装置8通过转盘18安装在公共工作台7上，在此情况中的机器人臂直接安装在公共工作台7上，由此进行部件的位置精确的相互对准。定位装置8的运动总是基于机器人臂5的运动，只要它在允许的自由度的方向上运动。定位装置8防止运动超出允许的自由度。因此，定位装置8是完全由机器人臂5控制的纯被动系统。
在图3中又从相反侧示出了相同的布置，以获得机床1及其基座2的视图。机床1伸入同心滑环14和15的内部，以使得工具大致布置在其中间。转盘18的旋转只能执行到滑环14和15在极端情况下与机床1或其底座2接触为止，而内滑环14的旋转只能执行到使得定位套筒9保持在外滑环15的通孔16中的程度。
图4还示出了相同布置的截面图，其中可以看到定位套筒9的内部结构。定位套筒被接收在内滑环14中，由此其绕垂直于附图平面的旋转轴线可枢转地安装。机器人臂5将外部固持装置6引入到定位套筒9中，在此处未示出的工件25可以被接收并且与磨削元件4接合。
图5示出了定位装置8的替代实施例，该定位设备未安装在转盘18上，但是其中外滑环15被牢固地安装在工作台7上。机床1在此布置成使其主轴垂直，使得磨削元件4平行于工作台7对准。机器人臂5被布置成悬挂在未示出的天花板上。
因为机床从下方穿过滑环14和15，所以内滑环14还具有细长的通孔，使得内滑环14保持可移动。在此，定位套筒9也布置成可围绕第一套筒旋转轴线12枢转，从而可以实现相对于磨削元件4的不同角度位置。内滑环14及其定位套筒9可以绕着第一主旋转轴线10旋转，但是不能绕着第二主旋转轴线11旋转。
图5中示出了另一替代实施例。该实施例基于载体框架和滑动件20，该载体框架基本上由两个导轨21组成，滑动件20可以在这些导轨21中移动。滑动件20主要由框架构成，该框架在导轨的区域中设计成弧形，并且在两个垂直支柱之间容纳承载环19。承载环可以通过高度调节器22上下移动，并且还可以围绕第二套筒旋转轴线13枢转。承载环19在其内部承载定位套筒9，该定位套筒相对于承载环19可绕第一套筒旋转轴线10旋转并由此围绕其自身的轴线旋转。
由于这种自由度，该替代实施例允许外部固持装置6以与前述装置相同的方式进给到相对于内部固持装置3的位置。在此也可以通过机器人臂5或门式解决方案进行操纵。
图7示出了水平布置的机床1，该机床1具有作为工具的磨削元件4。在机床1的下方，例如连接机床的图2和图3中所示的基座2，布置有支撑台23，在其上可以另外放置工件25。代替直接放置在支撑台23上，也可以将工件插入支撑套筒24中，如图7所示。支撑套筒24以可调节高度的方式固定在支撑台上，并且在另一步骤中可以与工件25一起向上移动，即与磨削元件4接合。由此避免了侧向滑动或推开。
因此，上文描述了用于工件和工具的相互定位的装置，其中进给装置的位置通过被动定位装置支撑，并且防止了预定自由度偏离的情况。
附图标记列表
1 机床
2 基座
3 内部固持装置
4 磨削元件
5 机器人臂
6 外部固持装置
7 工作台
8 定位单元
9 定位套筒
10 第一主旋转轴线
11 第二主旋转轴线
12 第一套筒旋转轴线
13 第二套筒旋转轴线
14 内滑环
15 外滑环
16 第一通孔
17 第二通孔
18 转盘
19 承载环
20 滑动件
21 导轨
22 高度调节器
23 支撑台
24 支撑套筒
25 工件。

Claims (18)

1.一种用于将工件(25)和工具相互定位的装置，所述工件(25)和工具分别被固持在固持装置(3、6)中，所述用于将工件和工具相互定位的装置包括布置在工作台(7)上的内部固持装置(3)和接收在进给装置上的外部固持装置(6)，
其特征在于，所述外部固持装置(6)以支撑的方式被固持在连接至所述工作台(7)的定位单元(8)的定位套筒(9)中，其中所述定位单元(8)中的所述定位套筒(9)围绕第一主旋转轴线(10)围绕所述内部固持装置(3)可旋转地安装。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位套筒(9)围绕第一套筒旋转轴线(12)围绕其自身能够旋转地安装。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述定位套筒(9)被固持在内滑环(14)的壁中，所述内滑环(14)垂直于第一主旋转轴线(10)以可旋转滑动的方式安装在外滑环(15)中，所述外滑环相对于所述第一主旋转轴线(10)固定并于所滑动环(15)在圆周方向上具有细长第一通孔(16)，所述第一通孔对所述位置套筒(9)开放。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述内滑环(14)具有细长的第二通孔(17)，其中所述内部固持装置(3)穿过所述外滑环(15)的第一通孔(16)和所述内滑环(14)的所述第二通孔(17)被固持至所述内滑环(14)和所述外滑环(15)的内部。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述定位套筒(9)围绕所述内部固持装置(3)围绕第二主旋转轴线(11)可旋转地安装。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述滑环(14，15)布置在转盘(18)上，所述转盘固定地布置在所述工作台(7)上并且能够围绕所述第二主旋转轴线(11)旋转。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述定位套筒(9)围绕第二套筒旋转轴线(13)并围绕自身可旋转地安装。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定位套筒(9)围绕所述第一套筒旋转轴线(12)可旋转地容纳在与所述定位套筒(9)同心的承载环(19)中，所述承载环又围绕所述第二套筒旋转轴线(13)可旋转地容纳在滑动件(20)上，其中所述滑动件(20)能够在至少一个导轨(21)内绕第一主旋转轴线(10)移动。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述承载环(19)安装在所述滑块(20)上，使所述承载环的高度能够调节。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述进给装置是机器人臂(5)，借助于所述机器人臂，所述外部固持装置(6)能够引入所述定位套筒(9)中，并且所述机器人臂还通过其运动来驱动所述定位单元(8)。
11.根据权利要求1至9中的一项所述的装置，其特征在于，所述进给装置是门式进给装置，所述外部固持装置(6)能够在三个维度上运动，其中所述外部固持装置(6)额外地安装在门上，以便能够围绕至少一个旋转轴线旋转，其中所述外部固持装置(6)能够通过门式进给装置引入定位套筒(9)中，并且所述门式进给装置通过其运动进一步驱动所述定位单元(8)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述内部固持装置(3)承载所述工具，并且所述外部固持装置(6)进给所述工件(25)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，用于支撑与所述工具接合的所述工件(25)的支撑台(23)布置在所述工具下方。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，固定至所述支撑台(23)的支撑套筒(24)被分配至所述支撑台(23)，由此能够至少部分地引入所述工件(25)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑套筒(24)以能够调节高度的方式固定在所述支撑台(23)上。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具是磨削元件(4)或铣削元件。
17.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述内部固持装置(3)承载所述工件(25)，并且所述外部固持装置(6)进给所述工具。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述工具包括工具激光器。
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