CN112805116B - 用于在通过机床的加工头进行加工期间固定工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在通过机床的加工头进行加工期间固定工件的方法，其中，工件被从加工侧部在加工点处进行加工，方法包括以下步骤：当给出控制命令时，借助于固定装置将工件相对于加工头在工件的加工侧部上邻近于加工点进行固定，其中，固定通过施加指向固定装置和加工头的保持力来实现；由加工头在加工点处加工工件；以及当给出控制命令时，将工件从固定装置释放。本发明的能够避免现有技术的缺点并提高加工工件时的质量，并且提供改进的固定装置、改进的加工头、改进的机床或改进的加工工件的方法。

Description

用于在通过机床的加工头进行加工期间固定工件的方法

技术领域

本发明涉及固定装置、加工头、用于加工工件特别是金属板和薄壁工件比方说例如管的机床、以及用于固定工件的方法。特别地，本发明涉及根据本申请的固定装置、加工头、用于加工工件的机床以及用于固定工件的方法。

背景技术

在工件、特别是薄工件的加工中，除了别的以外，工件的固定和加工残留物比如切屑的移除是重要的。

在组合机或冲压机中，经常使用布置在工件下方的可伸缩矩阵。该系统可以将工件保持在稳定的已知位置。但是，该系统较耗时。还已知从上方将工件压到位于工件下方的对向支承件上。该变型也是耗时的。

用于排空加工残留物、比方说例如切屑的最常见解决方案是冷却/润滑系统。切屑被与液体一起运送到一容器中，在该容器中，切屑通过过滤器或其他解决方案与液体分离。此外，当工作台的位置发生变化时，可以用刷子将碎屑移除。在这种解决方案中，存在刮伤表面的风险。因此，该解决方案仅适用于表面刮伤不重要的厚钢板。

US 5 332 341A和US 5 087 156A公开了一种印刷电路板钻孔设备，该印刷电路板钻孔设备包括被支撑在主轴上并且在钻孔操作时对印刷电路板进行压挤的压脚。压脚包括端部衬套，该端部衬套适于通过真空吸引由铝制成的支撑板。支撑板设置成用于防止毛刺的产生，并且有助于防止冷却流体残留在印刷电路板上。

DE 20 2008 014488U1公开了一种加工机，该加工机包括压挤装置和工件接纳表面，该工件接纳表面安装在机器支架上以用于接纳工件。工件接纳表面包括抽吸装置，以拾取并在必要时借助于负压保持所拾取的工件。以这种方式，可以产生保持力，该保持力附加于工件与工件安装表面之间的粘附力而起作用，并且因此将工件保持在位而防止因压挤装置打滑。

US 2002/104207A1公开了一种用于沉孔加工和铆钉剃切的设备，该设备包括压脚部分，该压脚部分与主轴和钻头一起向前移动以夹持机械组件。工件被压脚部分压挤成抵靠支撑垫。

发明内容

本发明的目的是避免现有技术的缺点并提高加工工件时的质量。替代性目的包括提供改进的固定装置、改进的加工头、改进的机床或改进的加工工件的方法。

该目的通过根据本申请的固定装置、加工头、用于加工工件的机床以及用于固定工件的方法来实现。

根据本发明的固定装置设置成用于紧固至用于在加工点处加工工件的机床的加工头，该加工头特别地是钻头，该工件特别地是金属板，其中，工件被从加工侧部加工，并且该固定装置包括：

-紧固装置，该紧固装置适于将固定装置紧固至加工头；

-固定头，该固定头适于通过施加指向固定装置和加工头的保持力来将工件在工件的加工侧部上邻近于加工点以可释放的方式局部地固定；以及

-控制器，该控制器配置成控制固定头对工件的固定和释放。

根据本发明的固定装置提出，固定从工件的加工侧部、即从面向固定装置或加工头的侧部进行。以这种方式，工件的下侧在加工区域中可以保持没有固定装置，使得加工可以在不受其他保持元件干扰的情况下进行，同时仍然实现工件的良好固定。

不管工件的下侧的支撑如何，工件都被固定装置固定。可以设置的是，固定装置或固定头在工件上施加保持力，该保持力在加工头或固定装置的方向上作用。换句话说，该保持力可以抵消工具的加工方向。可以设置的是，工件的加工侧部在加工区域中的固定仅由保持头进行。

邻近于加工点进行的固定防止了工件邻近于加工位置或在加工位置附近发生变形。此处设置为邻近于或附近是指围绕加工点的0.5厘米至10厘米的径向范围或距离。加工点或加工位置是在工件的加工侧部上的加工点，换言之，是加工轴线与工件的交点。径向区域的尺寸可以根据材料或工件的固有刚度而变化。材料越薄，径向区域越小，并且材料越厚或越硬，径向区域越大。

例如，此处工件通常被认为是金属板和薄壁工件，比如管。

根据本发明的固定装置的优点在于，即使对于薄的工件，在工件的方向上也产生在加工期间作用的力的自动对抗保持。该对抗点是局部产生的，即围绕加工位置产生。在加工位置的区域中在加工期间的局部变形有利地通过将工件邻近于加工位置固定的固定装置而被抵消。总体而言，工件由机床的支撑结构支撑。本发明产生了工件相对于工具、比方说例如钻头的稳定定位。换句话说，避免了工件在Z方向上的回避运动。这允许更精确的加工，并且减少了工具上的磨损。

在优选的实施方式中，固定头适于向工件的加工侧部施加吸引力，以通过工件的加工侧部将工件固定在固定头处。这种吸引力、例如真空或磁力将工件拉向固定头。吸引力的方向与加工头的加工力的方向相反。固定头可以被称为吸引力固定头。

可以设置的是，固定头具有设置成在工件的加工侧部上产生真空保持力的至少一个可控真空保持器。真空保持器的操作迅速且可靠；另外，非金属工件可以被固定或保持。有利地，真空保持器可以将加工位置至少部分地围绕，或者替代性地，可以设置多个真空保持器，这些真空保持器在径向上周向地布置但邻近于加工位置或加工工具。当在工件的边缘上进行加工时，可以设置的是仅启用背向该边缘的单独的真空保持器，即与工件重叠的真空保持器。

还可以设置的是，固定头具有设置成用于在工件的加工侧部上产生磁保持力的至少一个可控磁体。电磁体可以产生高的保持能力。当在工件的边缘上进行加工时，可以设置的是仅启用背向该边缘的单独的电磁体，即与工件重叠的电磁体。

可以设置的是，设置有用于在加工期间产生的污物和/或残留物的抽吸和/或抽出装置。在加工过程中产生的真空切屑被直接抽出。因此，切屑被保持在有限的空间中并被抽出。可选地，可以设置可移动的例如可伸缩的套环，该套环围绕工具并且产生封闭的或至少接近封闭的加工空间。立即抽出消除了切屑在表面上或进行存储的两个表面之间的运动造成刮伤的风险。抽出装置可以通过压缩空气和/或真空来操作。

还可以设置的是，抽出装置具有多个压缩空气入口和至少一个空气出口，所述多个压缩空气入口围绕中央加工轴线分布，以用于产生围绕中央加工轴线的流通空气流。优选地，流通空气流的旋转方向对应于钻制件的旋转方向。这样的流通空气流允许切屑的良好移除。

可以设置的是，设置有用于润滑剂和/或冷却剂的至少一个注射喷嘴。加工质量和速度可以得到提高。注射喷嘴可以与工具或工件上的加工位置对准。

还可以设置的是，设置有传感器，以用于检测工具的存在以及/或者用于检测工件的加工侧部的位置。例如，可以结合光栅传感器来监测工具的存在。如果传感器联接至Z轴，则可以测量工具的长度，并且因此可以监测该工具的长度。该传感器或另一传感器还可以确定工件的顶部，这可以用于控制加工。获知顶部位置实现了诸如钻孔加工、沉孔加工和攻丝的处理的更好的Z轴精度。

可以设置的是，控制器配置成基于指示加工的开始和/或结束的输入信号来控制固定头。加工周期中固定头的自动控制可以提高效率。

还可以设置的是，在固定头上设置有可调节的对向支承件，该对向支承件能够通过移动装置而在工件的边缘上移动，以抵靠工件的背向加工侧部的侧部进行支承。通常，支撑元件、比如辊位于工件下方，以将工件保持在位从而进行加工。如果现在邻近于边缘进行加工、例如钻孔，则可能会损坏或毁坏辊。在支撑元件至少在加工区域中被移除之后，可调节的对向支承件可以在工件的该边缘下方移动，以将工件在该边缘处从下方和侧面进行保持，从而局部地提供对向支承。这意味着加工操作可以在真空保持器未全部被启用时直接在工件的边缘上执行。

根据本发明的用于加工工件的机床的加工头——特别是钻头——包括紧固至加工头的如上所述的固定装置，其中，工件可以被从加工侧部加工。与上面所描述的相同的优点和修改是适用的。

根据本发明的用于加工工件的机床包括如上所述的加工头，其中，工件可以被从加工侧部加工。与上面所描述的相同的优点和修改是适用的。

根据本发明的用于在通过机床的加工头、特别是钻头进行加工期间固定工件的方法包括以下步骤，其中，工件从加工侧部、于加工点处被加工：

-当给出控制命令时，借助于固定装置、特别是如上所述的固定装置将工件相对于加工头在工件的加工侧部上邻近于加工点固定，其中，该固定通过施加指向固定装置和加工头的保持力来实现；

-由加工头在加工点处加工工件；以及

-当给出控制命令时，将工件释放。

该方法可以在先前描述的机床、加工头和/或固定装置上执行。同样地，与上面所描述的相同的优点和修改是适用的。

可以设置的是，固定装置向工件的加工侧部施加吸引力，以通过工件的加工侧部将工件固定在固定头处。这种吸引力、例如真空或磁力将工件拉向固定装置。吸引力的方向与加工头的加工力的方向相反。固定装置可以被称为吸引力固定装置。

可以设置的是，至少在固定装置的启用和工件的固定之前，存在于其上的任何污物被抽出或吹走。这样做的优点在于，固定装置获得清洁的表面，以确保良好的附着。

可以设置的是，至少在加工期间出现的加工残留物被抽出，以及/或者润滑剂和/或冷却剂被注射。加工质量和速度可以得到提高。注射喷嘴可以与工具或工件上的加工位置对准。

还可以设置的是，工具的存在被借助于传感器来检测。例如，可以结合光栅传感器来控制工具的存在。如果传感器联接至Z轴，则可以测量工具的长度，并且因此可以监测该工具的长度。另外，传感器信号可以用于启动固定过程。

本发明的其他优选实施方式将通过本申请中提到的其余特征而变得明显。

除非在个别情况下另有说明，否则本申请中提到的本发明的各种实施方式可以有利地彼此组合。

附图说明

下面将参照附图在示例性实施方式中说明本发明。在附图中：

图1示出了加工头和固定装置的部分截面的示意性侧视图；

图2示出了固定装置的部分截面的示意性仰视图；

图3示出了加工头和固定装置的部分截面的另一示意性侧视图；

图4示出了机床的示意性立体图；以及

图5示出了用于固定工件的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了被紧固至用于加工工件300的加工头200的固定装置100的部分截面的示意性侧视图，工件300在此呈金属板的形式。

加工头200在此被设计为具有钻制件210的钻头。钻制件210被紧固至主轴220，主轴220能够沿着Z轴、即竖向地移动。加工头200在此设置在工件300上方。因此，钻制件210可以从加工侧部310加工工件300，在该示例中，加工侧部310对应于工件300的顶部。

固定装置100包括固定头110，固定头110借助于紧固装置120被紧固至加工头200。固定头110用于将工件300在工件300的加工侧部310上以可释放的方式局部地固定。

固定通过保持力H来实现，该保持力H在此向上指向，即指向固定装置100和加工头200。因此，固定可以独立于工件300的另一支撑件。因此，可以省去压挤摩擦力。而是使用比如为真空或磁的吸引力。

为了固定工件300，固定装置100包括真空抽吸装置130，真空抽吸装置130在此构造为吸盘的形式或包括多个吸盘。在此未示出的控制器通过真空保持器130的对应致动来控制固定头110的固定和释放。真空保持器130用于将工件300局部地固定在加工头200的加工轴线A的区域中。取决于工件的厚度，该区域具有围绕加工点0.5厘米至十厘米的半径，该加工点位于加工轴线A与工件300的交点处。这样的固定抵消了由此处呈钻制件210形式的工具对工件300的加工侧部310施加的力。

除了固定这一主要功能之外，固定装置100或固定头110还可以具有其他功能。例如，抽吸和/或抽出装置可以设置有至少一个压缩空气入口140，以将由加工产生的污物和/或残留物、比方说例如切屑从工件300的加工侧部310移除。随空气一起携带的切屑经由空气出口150被移除。另外，可以设置套环160，套环160防护加工空间并围绕钻制件210进行防护，使得空气和切屑仅通过空气出口150被带离。套环160可以是挠性的或可伸缩地移动的以适应主轴220在Z方向上的运动。

此外，可以设置传感器170，以用于检测工具的存在。在该示例中，该传感器被设计为光电屏障。因此，除了别的以外，通过沿着Z轴的已知位置，可以确定工具、此处为钻制件210的长度。例如，可以确定磨损或可以提高定位精度。

此外，可以在固定头110上设置可调节的或可移动的对向支承件190，对向支承件190可以通过移动装置192而在工件300的边缘上移动，以在工件300的背向加工侧部310的侧部上提供支承。对向支承件190可以包括金属型材或角钢。移动装置192可以包括筒194，对向支承件190能够通过该筒194在Z方向上移动。在这种情况下，导引件196中的对向支承件190可以是可移动的、例如可提升的，如图1所示。当不使用对向支承件190时，对向支承件190缩回到导引件196中，以确保固定头110或加工头200的最大运动自由度。

仅示意性地示出了对向支承件190和移动装置192。这两个元件都设置在固定头110上，并且因此与固定头110一起或与加工头200一起移动。

可选地，移动装置192可以包括枢转单元(未示出)，对向支承件190可以通过该枢转单元在加工侧部310下方——即与加工侧部310相反——使工件300至少部分地移动或枢转。在没有从下方的另外支撑的情况下，对向支承件190于是用作该区域中的对向支承件，并支持由所述至少一个真空保持器130进行的固定。工件300至少部分地搁置在对向支承件190的腿部上。

图2示出了具有固定头110的固定装置100的部分截面图的从下方观察的视图。可以看出，在该实施方式中，此处呈吸盘形式的多个真空保持器130被布置成围绕加工轴线A分布。

多个压缩空气入口140围绕中央加工轴线分布。这些压缩空气入口140被布置成使得它们产生在空气出口150的方向上围绕中央加工轴线A流通的空气流L。另外，压缩空气入口140可以形成为漏斗形，其中，漏斗的开口角度在要产生的空气流L的方向上更大。理想地，空气流L在工具的旋转运动的方向上流通。压缩空气入口140经由空气通道142连接至彼此，压缩空气经由该空气通道142被供给。

传感器170此处被设计为相对于中央加工轴线A在直径上彼此相对地布置的光栅。这确保了工具在接近工件300的加工侧部310时被可靠地检测到。

此外，固定头110或固定装置100包括注射喷嘴180，用于工具的润滑剂和/或冷却剂可以通过该注射喷嘴180在中央加工轴线A的方向上被注射。以这种方式，除了别的以外，工具上的磨损可以最小化，并且加工质量可以提高。

图3示出了具有固定头110的固定装置100的部分截面的另一示意性侧视图，固定装置100被紧固至用于加工工件300的加工头200。为了清楚起见，此处未示出用于将固定装置100紧固至加工头200的紧固装置。

两个真空保持器130被启用，并且相应地将加工侧部310相对于加工头200固定在位。经由与这两个真空保持器130连通的真空连接部132，在这两个真空保持器130中建立了真空。

压缩空气入口140经由空气通道142与压缩空气连接部144连接。真空端口132和压缩空气端口144两者均可以连接至加工头200的对应端口。空气出口150也可以连接至、例如经由对应的管连接至100。以这种方式，固定头110不仅被紧固至加工头200，而且由此还完全被供以动力。同样，用于固定头110的动力供给可以源自加工头200。该动力供给可以设置成例如用于传感器170、注射喷嘴180、可能设置的用于真空和/或压缩空气的阀的操作以及控制器的供给。这允许固定装置100与加工头200一体地形成。因此，固定装置100可以容易地与加工头200一起移动。

图4示出了具有用于加工工件300的加工头200的机床400的示意性立体图。固定装置100设置在加工头200上。加工头200设置在可以沿X方向和Y方向移动的桥架420上。因此，固定装置100与加工头200一起行进。

工件300被安装在比如为可移动工作台410的结构上。工作台410仅选择性地或分段地支撑工件300。在加工轴线的区域中，尽管没有从下方的支撑，但固定装置将工件的加工侧部局部地保持或固定在位。这提高了加工质量并减少了工具上的磨损。

图5示出了用于在通过机床的加工头、特别是钻头进行加工期间固定工件的方法的流程图，其中，工件被从加工侧部在加工点处加工。

在第一步骤500中，当给出控制命令时，工件借助于固定装置、特别是如上所述的固定装置被相对于加工头在工件的加工侧部上邻近于加工点固定或附接。固定通过启用真空保持器进行。该控制命令可以由机床的控制器或由对降低工具进行检测的传感器给出。因此，也可以通过Z方向上的已知位置检测工具的长度。该信息例如可以用于工具的维护状态，例如用于确定工具的更换时间。至少在固定装置的启用和工件的固定之前，可以使用抽吸和/或抽出装置抽出或吹走可能存在的任何污物。

在第二步骤510中，工件被加工头在加工点处加工。在加工期间，任何残留物、比如切屑可以被抽出。另外，润滑剂和/或冷却剂可以被注射至加工位置。

在第三步骤520中，当给出控制命令时，工件被重新释放。该控制命令可以由机床的控制器或由对升高工具进行检测的传感器给出。

这些步骤可以重复进行，以进行工件上的另外的加工步骤。然后加工头和/或工件的运动在这些步骤之间进行。在该方法进行期间，抽出装置可以针对加工期间产生的残留物而保持被启用。

在此示出的固定装置在没有从下方的支撑的情况下将工件的加工侧部局部地保持在加工轴线的区域中。这提高了加工质量并减少了工具上的磨损。

Claims (6)

1.一种用于在通过机床(400)的加工头(200)进行加工期间固定工件(300)的方法，其中，所述工件(300)被从加工侧部(310)在加工点处进行加工，所述方法包括以下步骤：

-当给出控制命令时，借助于固定装置(100)将所述工件(300)相对于所述加工头(200)在所述工件(300)的所述加工侧部(310)上邻近于所述加工点进行固定(500)，其中，所述固定(500)通过施加指向所述固定装置(100)和所述加工头(200)的保持力(H)来实现；

-由所述加工头(200)在所述加工点处加工(510)所述工件(300)；以及

-当给出控制命令时，将所述工件(300)从所述固定装置(100)释放(520)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定装置(100)向所述工件(300)的所述加工侧部(310)施加吸引力，以通过所述工件(300)的所述加工侧部(310)将所述工件(300)固定在所述固定头(110)处。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在所述固定装置(100)的启用和所述工件(300)的固定之前，存在于其上的任何污物被抽出或吹走。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在加工期间，在加工期间出现的残留物被抽出，以及/或者润滑剂和/或冷却剂被注射。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于传感器(170)来检测加工工具的存在。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工头是钻头。

Images