CN115362047A - 数控机床 - Google Patents

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Abstract

描述了一种加工工件(42)的方法，所述工件(42)被夹持在固定元件中并由可移动地安装在CNC机床(50)上的刀具(72)加工。所述固定元件被一体地约束到所述CNC机床的机架上，然后对工件(42)的一部分中存在的几何形状进行光学扫描。根据在光学扫描期间获得的数字数据，在与所述机架成一体的参照系中确定所述几何形状的坐标；以及处理与所述预定顺序的加工操作有关的数字数据，特别是坐标，以在与所述机架成一体的参照系中生成用于所述刀具(72)的致动器(70)的加工坐标，所述加工坐标是这样的，即所述刀具在所述坐标处对工件应用预定顺序的加工操作。

Description

数控机床
技术领域
本发明涉及一种数控机床。
背景技术
在CNC机床中，已知对工件执行机械探测以检测要使用刀具加工的点。
探测是一项耗时的操作，必须对每个工件执行。如果工件被移动到另一台机器或加工中心，则会丢失之前探测获得的精度。
当必须在工件上完成之前由于非常大的公差而恶化的粗加工时，探测会强制“触碰”所有要完成的区域以向机器指示它们的位置，从而大大增加了循环时间。也就是说，每次使加工适应已知具有低精度的几何形状都需要在机器中进行长时间的调节，直到非常长的手动干预时间以对在每个工件上的加工坐标进行编程。
发明内容
本发明的主要目的是对现有技术进行改进。
本发明的又一个目的是实现一种能够缓解上述问题的改进的机床。
这些和其它目的通过在所附的权利要求中提出的内容来实现；有利的技术特征在从属权利要求中限定。
提出了一种加工工件的方法，该工件被夹持在固定构件中并由可移动地安装在数控机床上的刀具加工，其中
A.将固定构件固定在数控机床的机架上，
B.光学扫描由工件的一部分中存在的几何形状组成，
C.根据在光学扫描期间获得的数字数据，在与机架成一体的参照系中确定几何形状的坐标，
D.处理与预定顺序的加工操作有关的数字数据，特别是坐标，以在与机架成一体的参照系中生成用于刀具的致动器的加工坐标，所述加工坐标是这样的，即刀具例如通过以所述坐标或与机架成一体的参照系的原点作为参照系原点来在所述坐标处应用预定顺序的加工操作。
该方法的优点是，不论工件公差和定位公差的大小如何，都对它们进行校正。换句话说，对工件的加工考虑了这些公差，因为在光学扫描期间对它们进行了测量。在与机架成一体的参照系——该参照系与刀具致动器的参照系重合——中确定几何形状的坐标的步骤确保了刀具的加工在不受公差影响的点处执行。一旦确立了要加工的几何形状的坐标，就相对于该坐标或相对于与机架成一体的参照系的原点对工件进行加工。
在步骤B中，优选地借助于数码相机或激光束进行光学扫描。
优选地，在步骤C中，处理由传感器生成的数字数据以
识别例如对应于粗加工的几何图案，并根据几何图案导出所述坐标；和/或
识别图像部分并将所述坐标分配给所述部分。
优选地，在步骤B中，特别是为了确定要用刀具进行精加工的腔的位置，对工件的边缘、更优选地对工件的两个相对边缘执行光学扫描。更加优选地，同时扫描工件的两个相对边缘。
优选地，加工工件是平台或平板，特别是挤塑铝合金型材和/或压铸铝合金型材或两者的组合，即经受变形和宽制造公差的材料。这些平台或平板可以接收任何类型的BEV、PHEV或内燃机动力系统。
在一变型中，加工工件是用于电动车辆的电池托盘，更加具体地，由挤塑铝(一种非常容易变形和制造错误的材料)制成。
优选地，步骤C和/或D是经由软件通过对电子处理器或DSP进行编程来执行的。
优选地，步骤B是通过移动将在步骤D中对工件进行加工的同一刀具致动器来执行的。
特别地，上述方法适用于数控机床，该数控机床包括可绕使用中竖直轴线旋转的工件承载工作台和围绕工作台布置的N个加工工位(例如，借助于刀具加工)，N≥2，包括以下步骤：
-旋转工作台以使工件处于工位前面，
-将工件与工作台分离，
-将工件从工作台转移到工位，
-将工件固定到工位上并通过执行步骤A到D在工位上加工工件；
-将工件与工位分离，
-将工件从工位转移到工作台，
-将工件固定到工作台上，
-旋转工作台以使工件处于不同工位前面或从工作台上卸下工件。
借助于上述步骤，工件(或工件支承件，见下文)选择性地仅与工作台或仅与一个工位成一体，最大的优点是在一个工位由加工产生的振动保持更多局限在工位本身。这适用于传送到一系列工位中的一个工位的每个工件，因此对于每个工位和每个正在加工的工件，上述优点同时适用。
本发明的另一方面涉及一种数控机床，该数控机床包括：
机架，固定构件固定在该机架上，要通过一个刀具(或多个刀具)加工的工件被锚固在该固定构件上，
致动器，用于致动刀具并使其相对于机架移动以在空间中加工工件，
传感器，用于对工件的一部分中存在的几何形状进行光学扫描，电子处理器，其被配置为
读取传感器在光学扫描期间生成的数字数据，并根据它们确定几何形状在与机架成一体的参照系中的坐标，
生成用以在工件加工期间控制致动器的数字加工数据，特别是坐标，
其中，数字加工数据适于例如通过以所述坐标或与机架成一体的参照系的原点作为参照原点来在所述坐标处命令和执行在与机架成一体的参照系中计算出的预定顺序的加工操作。
对于光学扫描，该机床优选地包括数码相机或激光束。
附图说明
更多优点将从以下描述中变得显而易见，该描述涉及机床的一个优选实施例的示例，其中：
图1示出了机器的三维视图；
图2示出了机床的加工的示意性顺序，
图3示出了机床的加工工位的三维视图；
图4示出了图3的细节的三维视图。
图中相同的标号表示相同或基本相同的部件。为避免图纸拥挤，有时相同的元件没有编号。
具体实施方式
图1示出了一种数控机床MC，其包括：
可围绕在使用中竖直的轴线Y1旋转的中心工作台10，和
多个加工工位14，具有围绕工作台10布置的刀具，在示例中为五个。通过使工作台10绕轴线Y1旋转，工件可从机器人辅助装载位置依次移动通过工位14以在其中进行加工。
工作台10由中心鼓组成，径向对称的径向导向件从该中心鼓朝向每个工位14径向延伸，该径向导向件滑动地支承用于工件42的平坦支承件30。借助于径向导向件，支承件30可径向地远离或靠近轴线Y1，同时借助于工作台10的旋转，支承件30可在其中一个工位14的前面旋转。工件42可单独安装至支承件30，或优选地在支承件30中的一个或每一个上装载有固定单元的组件，该组件包括阻挡构件，例如能够将工件42保持在其自身上和/或在柔性工件的情况下使其处于零基准的气动夹具、磁铁或吸盘。在下文中，我们将通过“工件”来泛指一种情况或另一种情况。
一个或每个支承件30可例如经由快速释放连接一体地连接到工作台10或工位14。为此目的，一个或每个支承件30包括用于锚固/连接到工作台10和工位14的装置，该装置可根据控制输入的状态而被启用/停用。
用于用机床MC刀具加工工件42的操作方法(也参见图1中的顺序)包括以下步骤：
-将工件42安装在工作台10自带的支承件30上(图1a)；
-(可选地)通过操作支承件30上的锚固装置来将支承件30阻挡在工作台10上，参见图1b；
-使支承件30沿着导向件朝向Y1轴线缩回；该步骤是可选的但有利的，因为它使得更容易将工件42装载到从工作台10突出更多的支承件30上，
-旋转(图5)工作台10以使带有工件42的支承件30处于工位14(图3和4)的刀具前面；在图示的示例中，旋转角度为360度/6个工位＝60度；
-通过停用工作台10与支承件30之间的锚固装置来将支承件30与工作台10分离；
-使支承件30沿着导轨平移(图1d)，从而使其径向地远离轴线Y1，以使支承件30更靠近工位14；
-通过启用支承件30与工位14之间的锚固装置来将支承件30整体地连接到工位14；
-通过工位14的刀具加工工件42；
-通过停用锚固装置来将支承件30与工位14分离；
-使支承件30沿着导向件平移，从而使其径向更靠近轴线Y1，以将支承件30转移到工作台10上(图1e)；
-通过启用工作台10与支承件30之间的锚固装置来将支承件30连接到工作台10；
-旋转(图1f)工作台10以使带有工件42的支承件30处于下一个工位14的刀具前面，或者如果工件42已经通过随工作台10转动一整圈而访问了所有工位14，则将工件42从工作台10上卸下。
工位14中的至少一个的优选结构在图2和图4中示出，并用50表示。工位50包括檐口或框架或构架80，其由通过下横向构件86和上横向构件84连接的两个竖直立柱82组成。竖直立柱82与下横向构件86和上横向构件84形成矩形或正方形框架。
带有用于加工工件42的刀具72的加工装置或致动器96可移动地安装在框架或构架80上。装置96可借助于已知的马达驱动装置在立柱82上沿着平行于轴线Y1的竖直轴线Y2移动。装置96包括两个主轴70，每个立柱82一个，其各自驱动刀具72，例如面向工位50中心的铣刀。
每个刀具72以可线性平移的方式安装在主轴70上或可与主轴70一起线性平移，使得每个刀具72也可以沿着与包含立柱82的平面正交的水平轴线X1可控地移动。每个主轴70可沿着相应的水平轴线X1移动，其中两个轴线X1彼此平行且位于同一水平面(正交于轴线Y1)内。
刀具72具有正交于轴线X1且彼此面对的对齐的旋转轴线，使得装置96能够用刀具72同时加工工件42的两个相对边缘，在该示例中工件为铝平板(参见图4)。
在每个刀具72附近有激光源90，其优选地由自推进式外壳覆盖。源90被定位成沿着平行于每个相应刀具72的旋转轴线的方向将激光束引向工位50的中心。因此，装置96能够用一激光束同时撞击工件42的两个相对边缘。
工位50的操作如下。
如图1所示，夹持在固定构件/夹具中的工件42到达工位50，并且固定构件与工位50的框架整体地受到约束。
工件42的相对边缘将由刀具72加工，特别是为了精加工和/或加工粗糙的几何形状。在通过刀具72加工工件42之前，对工件42的相对边缘上存在的几何形状(例如空腔、孔或曲率)进行光学扫描。为此目的，借助于装置96的运动，使每个主轴70的源90与工件42的最近边缘对齐。然后启用源90并借助于装置96沿着轴线Y2的位移扫描工件42的边缘的整个长度。扫描生成数字数据，经由软件对该数据进行处理以确定扫描的几何形状在与机架成一体的参照系中的坐标。
然后，与检测到的几何形状相对应地将预定顺序的加工操作应用于工件42的边缘。然后处理扫描的数字数据，以在与工位50成一体的参照系中生成用于主轴70的加工坐标。计算加工坐标，使得刀具72例如通过以所述坐标或与工位成一体的参照系的原点为参照原点来将与通过扫描检测到的所述坐标相对应的预定顺序的加工操作应用于工件42。
例如，如果为刀具72对沿着圆的加工过程进行编程以在工件42的边缘的精确点处应用该加工，则例如将刀具带到边缘上的扫描点即可，需要圆的中心的位置，并从该扫描点执行相对于圆心的圆形加工。
由于数字数据、特别是坐标与和机架成一体的参照系有关，因此机器现在精确地了解了要加工的零件相对于它自己的参照系的位置，优点是可校正或考虑零件和/或定位的任何公差。
另一个优点是刀具72和源90的整体布置，这确保了在扫描和加工步骤期间操纵和位置检测系统的一致性。
该方法具有以下优点：不论工件的特定公差或缺陷以及定位公差的大小如何都被校正。例如，如果要沿着工件42的边缘加工一排空腔(图4)，并且出于生产原因，该排未完全对齐，该方法仍然允许精确加工空腔，因为，归功于扫描，加工过程每次都适应空腔的实际位置。
当工件42是汽车部件，例如用于容纳电动汽车电池的平板时；和/或当工件42由铝制成时，已经体验到了特别的效率。
尽管已经参考多工位机器MC描述了光学扫描，但是工位50可以用在单工位机器中。
摄像机或图像传感器也可用作源90。

Claims (10)

1.一种加工工件(42)的方法，工件(42)被夹持在固定元件中并由可移动地安装在CNC机床(50)上的刀具(72)加工，其中
A.将所述固定元件一体地约束在所述CNC机床的机架上，
B.对工件(42)的一部分中存在的几何形状进行光学扫描，
C.根据所述光学扫描期间获得的数字数据，在与所述机架成一体的参照系中确定所述几何形状的坐标，
D.处理与预定顺序的加工操作有关的数字数据，特别是坐标，以在与所述机架成一体的参照系中生成用于所述刀具(72)的致动器(70)的加工坐标，所述加工坐标是这样的，即所述刀具在所述坐标处对工件应用预定顺序的加工操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤B中，借助于数码相机或激光束进行光学扫描。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤C中，处理所述数字数据以用于
识别例如对应于粗加工的几何图案，并从所述几何图案中获得所述坐标；和/或
识别图像部分并将所述坐标分配给所述部分。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中，在步骤B中，对工件的边缘或工件的两个相对边缘执行光学扫描，以确定要用所述刀具精加工的空腔的位置。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其中，所加工的工件是平台或平板，特别是由铝合金制成的挤塑型材和/或由铝合金制成的压铸型材。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤B通过移动在步骤B中将对工件执行加工的同一刀具致动器来进行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法应用于CNC机床，所述CNC机床包括
能绕在使用中竖直的轴线旋转的工件承载工作台和围绕所述工作台布置的N个加工工位，N≥2，包括以下步骤：
-旋转所述工作台以使待加工工件处于工位前面，
-将工件与所述工作台分离，
-将工件从所述工作台转移到所述工位，
-将工件固定到所述工位上并通过执行步骤A到D在所述工位上加工工件；
-将工件与所述工位分离，
-将工件从所述工位转移到所述工作台，
-将工件固定到所述工作台上，
-旋转所述工作台以使工件处于不同工位前面或从所述工作台上卸下工件。
8.一种CNC机床，包括：
机架，固定构件能被锚固在所述机架上，工件(42)被固定在所述固定构件上以由刀具(72)加工，
致动器(70)，用于操作所述刀具(72)并使它相对于所述机架移动以在空间中加工工件，
传感器(90)，用于对存在于工件的一部分中的几何形状执行光学扫描，
电子处理器，其被配置用于
在光学扫描期间读取由所述传感器(90)生成的数字数据，并根据它们确定所述几何形状在与所述机器的机架成一体的参照系中的坐标，
生成数字加工数据，特别是坐标，用以在工件加工(42)期间控制所述致动器(70)，
其中，所述数字加工数据适于在所述坐标处命令和执行在与所述机器的机架成一体的参照系中计算出的预定顺序的加工操作。
9.根据权利要求8所述的机床，其中，所述电子处理器被配置为使得由所述传感器生成的所述数字数据被处理以识别例如对应于粗加工的几何图案，并从所述几何图案中获得所述坐标。
10.根据权利要求8所述的机床，其中，所述电子处理器被配置为使得由所述传感器生成的所述数字数据被处理以识别图像部分并将所述坐标分配给所述部分。
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