CN114144279A - 用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对机床用的模块化床(4)的模块相对于参考模块(41)进行定位的装置，所述装置包括：基于液体的调平装置(2)，该基于液体的调平装置允许模块(41、42)根据三个自由度(Z、a、b)的对准；以及基部支撑件(3)，该基部支撑件允许待安装的模块(42)至少根据三个自由度(Z、a、b)进行空间运动。

Description

用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和方法，并且涉及相关的床。

背景技术

众所周知，机床(例如铣床、车床等)通常由床构成，床又搁置在地面或地基上；在某些情况下，床与机器本身集成在一起并且对于整个机器而言仅存在一个床：在这种情况下，将机器安装在机器的工作现场不会带来特别的困难，因为足以根据机床制造商的规定对床进行正确地定位。

然而，在其他情况下，机器的床由多个部件或模块组成，所述多个部件或模块相互连接以形成实际的床。

在这些情况下，除了床本身必须符合的空间取向(例如，水平度)之外，构成床的各个模块必须在空间上正确地相互定位(或定向)，以实现几何上正确的连接，同时避免精细且复杂的调节操作，同时考虑到要定位有模块的地面或地基通常不平整、机床的床和单个床模块特别重以及为了确保所需的几何公差，必须使组件具有最大的稳定性和刚度，这对于机床的功能和工作的精度而言至关重要。

更复杂的情况(在这种情况的背景下问题更加强烈)是提供如在WO2019106104中所描述的床：在这种情况下，构成床的模块的正确取向变得更加困难，因为各个模块不仅要与机器的工作流体(例如，制冷流体、润滑剂等)连接，而且各个模块还需要联接线性引导件，线性引导件允许机器的托架、工作台和/或加工台沿引导件的方向穿过成品床。

在这种情况下，模块的错误定位会完全阻止流体联接器的连接或阻止线性引导件的连接，最终导致机器无法使用。

例如，考虑到需要将模块添加到已经定位的床的情况：当要放置新模块时，必须根据六个自由度(三个垂直轴线和围绕所述轴线的三个角旋转度)在空间上定位：因此该任务特别复杂且精细，因而为了获得正确的定位(确保机器的功能操作)，通常需要对定位进行多次校正，并且这需要很长的组装时间。

发明内容

本发明的目的在于提供能够在如上所示的一个或更多个方面改进背景技术的用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关联的定位方法、以及模块化床。

为了实现该目标，本发明的目的是提供用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关的定位方法、以及用于定位和接合的模块化床，这对于允许以相对快速的方式对组成床的模块进行定向是有用的。

本发明的另一目的是提供用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关的定位方法、以及用于定位和接合的模块化床，这对于允许以相对精确的方式对组成床的模块进行定向是有用的。

本发明的另一目的是以替代任何现有解决方案的方式克服背景技术的缺点。

本发明的另一目的是提供用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关的定位方法、以及用于定位和接合的模块化床，本发明可靠性高、相对容易提供且成本低。

该目的以及这些和其他目的在下文中将变得更加明显，根据相应的独立权利要求，可选地设置有从属权利要求的一个或更多个特征，通过用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关的定位方法、以及用于定位和接合的模块化床得以实现该目标以及这些和其他目的。

附图说明

本发明的另外的特征和优点将通过根据本发明的在附图中以非限制性示例的方式示出的对用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置和相关的定位方法以及用于定位以及接合的模块化床的优选但非排他性实施方式的描述而变得更加明显，在附图中：

图1是模块化床在组装期间的立体图，其中，通过根据本发明在第一实施方式中的组件和定向装置，新模块将被组装至已经安装的参考模块；

图2是根据本发明的在第一实施方式中的装置的基于液体的调平装置的示意性侧视图；

图3是根据本发明的在第一实施方式中的装置的基部支撑件的立体图；

图4是模块化床在组装期间的立体图，其中，通过根据本发明在第二实施方式中的组件和定向装置，新模块将被组装至已经安装的参考模块；

图5是第二实施方式中装置的基部支撑件的立体图；

图6是根据图5的装置的基部支撑件和床的模块的一部分的截面图；

图7是根据本发明的属于待连接的两个床模块的配备有引导件的纵向构件的末端部分的详细立体图；

图8是本发明的具有第三实施方式的基于液体的调平装置的立体图。

具体实施方式

参考附图，下文首先描述用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置，然后描述相关的定位方法，两者都是本发明的主题。

根据本发明的用于对机床用的模块化床的模块进行定位的装置，该装置总体上用附图标记1表示，基本上是呈定位套件的形式，所述装置包括两个组件，这两个组件在物理上相互不同，但在功能上相互配合，以允许将待安装的模块42相对于参考模块(例如已经安装的模块)41正确定位；特别地，床4是通过将模块41和42以及任何其他附加模块相连结来提供的，由于任何其他附加模块与模块41和42是相似的，因此在此不再描述任何其他附加模块。

用于机床的床4在组装好时设置有纵向构件，所述纵向构件配备有具有水平空间取向的一体式的引导件45。

定位装置1包括第一位置验证组件，该第一位置验证组件即将在下文描述并且也在图2中以基本形式示出。

为此，事实上，定位装置1包括基于液体的调平装置2。

基于液体的调平装置2在图1和图2的基本形式中又包括三个定位管(positioningbulb)21、22、23；和参考管24。

所有的管(bulb)21、22、23、24相互流体连通，以构成连通容器的系统；以这种方式，基于液体的调平装置2中所含液体的自由表面的液位对于所有的管21、22、23、24而言都是相同的。

定位管21、22、23可以联接至待安装的模块42，并且参考管24可以联接至参考模块41。

为此目的，定位管21、22、23可以各自独立地联接至待安装的模块42，并且参考管24可以通过未示出的适配的联接元件(例如螺钉或螺栓或其他)而联接至参考模块41。

如果模块41、42设置有纵向构件45，纵向构件45设置有线性引导件或可选地设置有成组的齿(例如，螺旋形的齿或具有滚珠丝杠引导件或齿条等)，为了允许机器的功能元件(例如，工作头或工作台移动托架等)的移动，则管优选地直接联接至所述配备有引导件的纵向构件45。

根据变型，如图8所示，对于模块42而言，具有四个定位管的非限制性解决方案，基于液体的调平装置2还包括：第一移动托架和第二移动托架27，第一移动托架和第二移动托架可以例如在模块42的配备有引导件的纵向构件的引导件上移动，定位管21、22、23、23’(假如可选地设置有定位管23’)联接至所述托架；以及第三托架(未示出，但类似于前两个托架)，该第三托架可以借助于参考模块41的纵向构件的引导件而移动，参考管24联接至该第三托架。

在本实施方式中，定位管和参考管不是直接联接至模块的配备有引导件的纵向构件，而是通过托架27间接联接至模块的配备有引导件的纵向构件。

托架27在功能上连接至纵向构件的引导件，以便托架27可以沿着引导件移动；为此，根据引导件45的类型，托架27优选地设置有与引导件的联接元件配合的联接元件；例如，如果引导件45是带有螺旋齿的齿条的类型，那么托架27优选地设置有与齿条啮合的蜗杆。

根据在图4中(以及也在图8的示例中)所示的基于液体的调平装置2的先进实施方式，存在四个定位管21、22、23和23’和/或两个参考管24和24’。

根据又一实施方式(未示出)，存在多于四个的定位管和多于两个的参考管。

根据本发明的装置的定位管的最小数目是三个定位管：这种考虑源于这样一个事实，即在空间中，一个且只有一个平面穿过三个点，因此穿过在管21、22、23和参考管24中包含的液体的自由表面的平面的正确定位使得可以根据三个自由度将与三个定位管21、22、23相连接的待安装的模块42在空间中以及相对于参考模块41正确定位。

特别地，将一组三个笛卡尔轴线X、Y、Z的竖向轴线指定为Z，并且将围绕所述轴线中的每个轴线的旋转角指定为a、b、c(如图1和图4中所示)，基于液体的调平装置2的使用使得可以通过将模块42沿轴线Z并且根据旋转角a和b精确地移动和定向，将模块42的位置相对于参考模块41的位置对准，该参考模块41已经定位有水平布置的配备有引导件的纵向构件，从而消除模块42相对于模块41的空间定位的三个自由度。

事实上，通过使模块42相对于模块41在空间中移动，直到定位管21、22、23的自由表面的液位与参考管24的自由表面的液位变得相同，每个模块41和42的位置关于轴线Z(高度)和角a和b变得相同，角a和b限定包含模块42的纵向构件的平面的角取向，并且平面的水平度条件被确定，因此，该平面垂直于轴线Z并且因此与包含参考模块41的配备有引导件的纵向构件的平面共面。

当然，理论上更精确的测量是通过增加定位管或参考管的数量来获得的，但本质上能够以上述方式消除的自由度是Z、a、b。

优选地，管(定位管和参考管)是有刻度的，以允许在视觉上读取流体的自由表面的液位并且进行比较。

结合或作为替代，装置1包括用于对管内液体的液位进行测量的系统；该系统可以是电气/电子类型的，该系统具有用于对自由表面的液位进行测量的光学传感器；替代性地，测量系统可以是适于对每个管中包含的液体量进行验证的类型，例如通过对包含在每个管中的液体的电参数(例如，电阻或电容)进行测量来验证包含在每个管中的液体量的类型；在最后一种情况下，所有管优选地具有相同的体积。

优选地，包含在管中的液体是水，或者作为替代，包含在管中的液体是导电的或介电的液体。

优选地，管通过管道连接至公共箱28，所有管的所有管道都朝该公共箱28敞开，从而产生具有公共箱的连通容器的系统。

优选地，公共箱28设置有阀29，以便用从液体源开始引入的测量液体进行填充以及排空测量液体；例如，如果液体是普通水，则水源可以是连接至水管的普通水龙头；这使得能够以非常实用的方式填充和排空具有连通容器的液压回路，该连通容器包括管、箱和管道。

其余的自由度X、Y、c原则上通过与不同的且本身已知的装置、例如光学瞄准或测量系统(例如，激光、红外线等)等对准而被消除。

然而，根据另外的实施方式，其余的自由度通过机械键系统8被消除，这将在下文中在模块化床4的描述的背景中进行描述，但应从此处开始理解作为根据本发明的定位装置的一部分。

现在转到定位装置1的第二组件，第二组件也在图3的详细视图中以基本实施方式示出并且本质上是运动组件。

为此，定位装置1包括基部支撑件3，基部支撑件3包括第一板31和连接至第一板31的支撑脚部32。

脚部32相对于板31在伸长范围方面是可调节的，因此当脚部32置于地面上时，脚部32在距地面可调节的高度Z处对板31进行支撑。

为此目的，脚部32例如通过螺钉或液压或气动装置等在长度上可单独延伸；这种脚部本身是已知的，这些细节不再赘述。

优选地，如在图3所示的实施方式中，存在四个脚部32并且所述四个脚部在伸长范围方面可独立调节；通过改变单个脚部的调节，板不仅沿轴线Z移动，而且围绕角a和b旋转。

基部支撑件3构造为，在基部支撑件从地面被抬起的状态下，从下方对床4的模块42进行支撑；在基本实施方式中，正被定向的模块42直接搁置在基部支撑件3的板31上，并且根据三个自由度Z、a、b通过在脚部32的伸长范围方面的单独调节来定向。

以这种方式，通过结合使用基于液体的调平装置2和定位装置1的基部支撑件3，可以将模块42安装成在Z、a、b中与定位有参考管24的模块41对准。

根据可选特性，基部支撑件3可选地包括接合元件33，该接合元件33在功能上联接至第一板31并且被设计成置于在第一板与待安装的模块42之间。

接合元件33在接合元件33的一般特征中包括至少三个球型传送单元34。

球型传送单元在本领域中也被称为“球传送单元”并且被理解为本身是已知的。

简而言之，每个球型传送单元34包括球状部341；以及球状部342的滚动座，该滚动座随后被施加到适配的支撑件上。

在基本实施方式(未示出)中，球型传送单元34包括可移除的安装元件，以便联接至待安装的床42的模块；一旦模块42已经安装并且联接至相邻的模块41，球型传送单元34可以被移除并且再利用以安装另一个模块。

因此，在本实施方式中，球的滚动座设置在座体342中，座体342联接(优选地可拆卸地)到待安装的模块42；在进行定位时，球状部341搁置于第一板31上并且在第一板31上旋转，从而允许模块42根据尚未通过脚部32调节的其余自由度、即轴线X和Y以及角c(围绕Z旋转)进行定位。

以这种方式，获得的是基部支撑件3允许待安装的模块42根据六个自由度进行空间运动。

一旦模块42已相对于模块41正确定位，可以使用支撑件49，该支撑件49在模块42本身的伸长范围方面(例如，可调节的脚部)是可调节的，以便将支撑件49搁置于与通过使用基部支撑件3获得的位置相对应的所需的空间位置中的地面或地基上。

然后可以将基部支撑件3移除并且用于另一个模块的空间定位。

在其他更先进的实施方式中，例如附图中所示的实施方式，接合元件33除了包括球型传送单元34之外，还包括具有平坦的相反的主表面的第二板35，其中，球型传送单元34被置于第一板31与第二板35之间。

优选地，在这种情况下，第一板31固定到球型传送单元34，模块搁置在第二板35上，其中，球状部341搁置在第二板35上：根据自由度X、Y、c的定位与刚刚讨论的内容基本相似。

选择球型传送单元34而非简单脚轮的原因在于，相对于脚轮，球型传送单元34不具有非完整约束，在脚轮的情况下，非完整约束会强制进行多次操纵以提供在XY平面上的运动和围绕Z轴线的旋转c，这是正确和精确定位所需的。同样地，选择球型传送单元34而不是简单的滑动表面的原因在于，球型传送单元具有较少的摩擦，有利于容易且精确的定位。

根据本发明的方法包括以下步骤：

a-提供基于液体的调平装置2，基于液体的调平装置2包括相互流体连通的三个定位管21、22、23和参考管24，以构成连通容器的系统；

b-将定位管21、22、23联接至待安装的模块42并且将参考管24联接至参考模块41；

c-提供基部支撑件3，基部支撑件3包括第一板31和支撑脚部32，支撑脚部32连接至第一板31并且脚部32各自均相对于第一板在伸长范围方面可独立调节；

d-将待安装的模块42悬置在基部支撑件3上，

e–对支撑脚部32进行调节直到定位管21、22、23的流体的自由表面液位与参考管24的流体的自由表面液位相互对准，

f-将待安装的模块42锁定就位。

以这种方式，至少根据三个自由度(Z、a、b)获得待安装的模块42相对于参考模块41的在空间位置中的对准。

根据该方法的先进变型，该方法还提供以下步骤：

g-提供接合元件33，该接合元件33在功能上联接至第一板31并且包括至少三个球型传送单元34，

h–将接合元件置于在第一板31与待安装的模块42之间，以允许模块41、42根据三个附加自由度(X、Y、c)对准。

本发明的另一个对象是用于机床的模块化床4，模块化床4包括第一模块41和第二床模块42，第一模块41和第二床模块42可以相互联接以便提供床4，其中，每个模块41、42包括地面搁置脚部和配备有引导件的两个平行的纵向构件45，纵向构件45优选地包括线性引导件(优选地滚珠丝杠或齿条等)，该线性引导件允许沿着引导件的轴线的线性运动，以推进带有机器工作头的托架(机器优选地包括具有工具架的主轴)和/或工作台，在工作台中，在床被组装的情况下，一个模块41的配备有引导件的纵向构件45均与相邻模块42的相应的配备有引导件的纵向构件45对准并且同轴，以便沿着模块化床的纵向延伸部延伸。

在本文所述的组装条件下，则认为所安装的模块41具有配备有引导件的水平(或基本水平)延伸的平行的纵向构件45，即，纵向构件45位于同一水平面上。

还参考图7，根据本发明的床包括：对于相邻模块的配备有引导件的纵向构件45的每个末端部分而言的用于联接的键系统8，该键系统8能够确保两个相邻模块的配备有引导件的纵向构件的正确的同轴对准的保持和连接。

根据本发明的键系统8包括：对于待联接的每对配备有引导件的纵向构件45(第一模块41的一个配备有引导件的纵向构件45和第二模块42的一个配备有引导件的纵向构件45)而言的，键81、设置在每个配备有引导件的纵向构件中的座部82以及定心销83。

键81是棱柱形的，优选地设置为具有平行平面的平行六面体。

每个座部82具有与键81的形状互补的形状和大约等于键81的一半的延伸部，使得当键被容置在两个相邻的配备有引导件的纵向构件的座部82中时，键81基本上一半被容置在一个配备有引导件的纵向构件45的座部82中，并且键81的一半被容置在另一个配备有引导件的纵向构件45的座部82中。

键81的位置固定通过销83产生，销83被容置于设置在配备有引导件的纵向构件上的第一孔中；第一孔基本上延伸成相对于配备有引导件的纵向构件的纵向延伸部呈直角：在配备有引导件的纵向构件具有水平纵向延伸部的优选情况下，用于销83的孔被竖向地布置。

同样的情况发生于键81，键81设置有第二孔，在键被容置在座部82中的情况下，当实现了配备有引导件的纵向构件的同轴对准状态时，第二孔与位于配备有引导件的纵向构件上的第一孔对准。

销83优选地是锥形的；对于每个座部82而言，存在至少两个销83，并且对应数量的第一孔和第二孔设置在配备有引导件的纵向构件上和键81上：一旦配备有引导件的纵向构件已经对准，例如通过根据本发明的定位装置或方法将配备有引导件的纵向构件对准，锥形销83就被插入就位并且被迫压。

以这种方式，确保了配备有引导件的纵向构件随时间的对准、对应的线性引导件的同轴度以及安装在因此提供的模块化床上的机床的正确操作。

有利地，刚刚描述的键系统8还可以同时验证两个模块41、42根据自由度X、Y、c的正确对准；以这种方式，通过使用其中基部支撑件3设置有第一板31和球型传送单元34的上述版本的装置1，获得的不仅是借助于基于液体的调平装置2(针对自由度Z、a、b)和键系统(针对自由度X、Y、c)的模块41、42的对准的验证，而且还可以借助基部支撑件3经由对脚部32(用于Z、a、b中的位置)以及用球型传送单元34获得的运动(用于X、Y、c中的位置)的调节而对位置(在X、Y、Z、a、b、c的六个自由度中)进行调节。

从刚刚描述的内容可以明显看出，刚刚概述的解决方案可以在不必使用更昂贵且更精密的系统、例如激光引导的系统等的情况下，将用于机床的模块化床的模块在空间中(根据六个自由度X、Y、Z、a、b、c)并且精确地对准。

在实施方式中，根据本发明的模块化床至少在所述模块化床的组装步骤期间设置有上述定位装置。

因此，在本实施方式中，模块化床包括上述与定位装置1相关的特征(包括可选的特征)，为简洁起见，在此不再赘述。

当然，除了模块42之外，还可以安装额外的床模块，额外的床模块通过上述装置1(或相关方法)在空间上定向。

在实践中已经发现，本发明通过提供允许快速且精确地对模块进行空间定位的用于对机床用的模块化床进行定位的装置和方法实现了预期的目的和对象。

如此构思的本发明允许有许多修改和变化，所有这些都在所附权利要求的范围内；此外，所有细节都可以用其他技术上等效的元件代替。

在实践中，所使用的材料(只要材料与特定用途兼容)以及可能的形状和尺寸，可以根据要求和技术的任何情况而定。

本申请要求优先权的意大利专利申请No.102019000012486中的公开内容通过引用并入本文。

在任何权利要求中提及的技术特征后附有附图标记的情况下，包含这些附图标记的唯一目的是为了增加权利要求的可理解性，因此这些附图标记对通过此类附图标记举例标识的每个元件的解释没有任何限制作用。

Claims (9)

1.一种用于对机床用的模块化床(4)的模块进行定位的定位装置(1)，其中，所述模块化床(4)包括：参考模块(41)，所述参考模块(41)具有配备有引导件的两个纵向构件(45)，所述纵向构件是平行的并且布置在水平面上；以及待安装的模块(42)，所述待安装的模块(42)与所述参考模块(41)在空间上对准，所述定位装置(1)包括：

-基于液体的调平装置(2)，所述基于液体的调平装置(2)包括：

至少三个定位管(21、22、23)，

至少一个参考管(24)，

所述三个定位管(21、22、23)和所述参考管(24)相互流体连通，以构成连通容器的系统，

所述三个定位管(21、22、23)与所述待安装的模块(42)相关联，而所述参考管(24)与所述参考模块(41)相关联，以允许所述模块(41、42)根据三个自由度(Z、a、b)的对准；

-基部支撑件(3)，所述基部支撑件(3)包括：

第一板(31)，以及

支撑脚部(32)，所述支撑脚部(32)连接至所述第一板(31)，

所述脚部(32)各自均能够相对于所述第一板(31)在伸长范围方面被独立地调节，

使得所述基部支撑件(3)允许所述待安装的模块(42)至少沿所述三个自由度(Z、a、b)进行空间运动。

2.根据权利要求1所述的定位装置(1)，其特征在于，所述基部支撑件(3)还包括接合元件(33)，所述接合元件(33)在功能上联接至所述第一板(31)并且包括至少三个球型传送单元(34)，所述接合元件被构造成置于所述第一板(31)与所述待安装的模块(42)之间，从而允许所述模块(41、42)根据三个附加自由度(X、Y、c)的对准。

3.根据权利要求1或2所述的定位装置(1)，其特征在于，所述基于液体的调平装置(2)还包括：位于联接有所述定位管(21、22、23)的所述待安装的模块(42)上的至少两个托架(27)；以及位于具有至少一个参考管(24)的所述参考模块(41)上的一个托架。

4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的定位装置(1)，其特征在于，所述定位管(21、22、23、23’)和所述参考管(24、24’)是有刻度的。

5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的定位装置(1)，其特征在于，所述定位装置包括用于对所述定位管(21、22、23、23’)和所述参考管(24、24’)内部的液体的液位进行测量的系统。

6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的定位装置(1)，其特征在于，所述定位装置包括与所述定位管(21、22、23、23’)和所述参考管(24、24’)液压连通的箱(28)，优选地，所述箱(28)设置有阀，以便用测量液体进行填充以及排空测量液体。

7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的定位装置(1)，其特征在于，所述接合元件(33)除了包括所述球型传送单元(34)之外，还包括第二板，所述第二板能够在所述球型传送单元(34)上滑动，其中，所述球型传送单元(34)被置于所述第一板与所述第二板之间。

8.一种用于对机床用的模块化床(4)的模块进行定位的方法，其中，所述模块化床(4)包括：参考模块(41)，所述参考模块(41)具有配备有引导件的至少两个纵向构件(45)，所述至少两个纵向构件是平行的并且布置在水平面上；以及待安装的模块(42)，所述待安装的模块(42)与所述参考模块(41)在空间上对准，所述定位方法包括以下步骤：

a-提供基于液体的调平装置(2)，所述基于液体的调平装置(2)包括相互流体连通的三个定位管(21、22、23)和参考管(24)，以构成连通容器的系统；

b-将所述定位管(21、22、23)联接至待安装的模块(42)并且将所述参考管(24)联接至参考模块(41)；

c-提供包括第一板(31)和支撑脚部(32)的基部支撑件(3)，所述支撑脚部(32)连接至所述第一板(31)并且所述支撑脚部各自均能够相对于所述第一板在伸长范围方面被独立地调节；

d-将所述待安装的模块(42)悬置在所述基部支撑件(3)上，

e-对所述支撑脚部(32)进行调节直到所述定位管(21、22、23)的流体的自由表面液位与所述参考管(24)的流体的自由表面液位相互对准，

f-将所述待安装的模块(42)锁定就位。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

g-提供接合元件(33)，所述接合元件(33)在功能上联接至所述第一板(31)并且包括至少三个球型传送单元(34)，

h-将所述接合元件置于所述第一板(31)与所述待安装的模块(42)之间，以便允许所述待安装的模块(42)与所述参考模块(41)根据三个附加自由度(X、Y、c)的对准。

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