CN1275738C - 带有用于加工工件的回转输送的多工位机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工单元，其中工件由一个径向设置于具有垂直旋转轴线的转台(1)上的电动转动心轴(3，15)承载。在转台(1)旋转时，工件被相继地引入环绕上述转台(1)周边设置并包括刀具支承装置(19，22)的加工工位(4，14)中。因此环绕机床的周边具有一个用于容纳刀具的大的空间。电动转动心轴(3，15)适于有选择地将工件保持在任何固定角度，从而不仅能够对固定工件进行车削操作，而且能够进行其它加工操作。

Description

带有用于加工工件的回转输送的多工位机床
技术领域
本发明涉及用于快速加工多工步(序)工件的机床。
背景技术
多心轴车床一般用于车削多工步(序)工件。在多心轴车床中，同时保持多个工件，它们分别位于由相同的电机驱动并彼此平行设置的且一般呈环形布置的一组心轴中的其中一个心轴上。其优点在于非常快地车削，且加工精度良好。缺点在于多心轴车床只进行车削操作。
因此，如果工件必须进行多个连续类型的加工，则可在多心轴车床上进行车削，并在移动工件并将其固定到适于其它操作的另一个机床的一个支承件上之后，进行其它操作如再加工。这样的结果是操纵复杂，且损失了由连续加工操作形成的不同表面之间的位置精度。
本领域中还已知加工中心，其中工件保持在一个单一加工工位中，并受到一系列刀具动作的作用。因此不需要卸下工件并将其安装到另一个支承件上进行连续加工操作，这样提高了精度。缺点在于，因为全部刀具加工设置于单一加工工位中的单一工件，速度损失严重。
本领域中还已知回转输送机床，其中工件设置于一个回转台上，该转台将它们连续输送到多个分别具有其自身刀具的加工工位。目前，这些回转输送机床用于在由多心轴车床车削后进行再加工。
将其它刀具装配在一个多心轴车床上来完成后续加工操作看起来好象有吸引力。但多心轴车床自身并不是很好地适于布置其它刀具，特别是因为缺少空间来容纳刀具；因为各心轴相对靠近在一起。
文献DE8714508U中公开了一种多工位机床，包括：
-一个可分度回转台，该转台装有多个环绕转台的周边分布的工件保持装置，
-多个用于保持和定位刀具的装置，该多个装置分布在多个环绕转台的加工工位之间，可在下部水平的滑轨上移动，并用于加工由工件保持装置承载的工件，
该机床中：
-工件保持装置包括位于转台上的确定位置的转动心轴，每个心轴的轴线朝转台的周边定向，并由一垂直偏置的电机驱动以能够快速旋转地驱动工件，从而在至少一个加工工位中用车刀进行车削操作，
-这些转动心轴能够在全部角度位置被分度(index)，从而能够在至少一个加工工位用适当的其它刀具对工件进行其它加工。
上述文献没有说明最大化转台上工件保持装置的数量和功率的指示或手段。另外，全部工位都在前部具有刀具保持器，这阻碍了径向接近加工区域，且不能装载棒料。
发明内容
本发明要解决的问题是设计一种用于快速多级加工的新的机床结构，从而可在同一机床上完成对一个工件的全部加工操作，而不需要从其支承件上拆卸工件；该结构必须适于接收足够数量的具有足够尺寸的刀具，而没有容纳它们的空间的问题，还确保高效地排出加工废弃物。另外，结构还必须适于包括足够数量的具有足够功率的用于所设计的加工操作的工件保持装置，同时使机床的整体尺寸最小化。
另一个问题是，特别是由于工件保持装置的精度，要确保对工件的精确加工。
为了实现上述和其它目的，本发明提出一种用于加工工件的多工位回转输送机床，该机床包括：一个可分度回转台，该转台装有多个环绕转台的周边分布的工件保持装置；多个用于保持和定位刀具的装置，所述多个装置分布在多个环绕转台的加工工位之间，用于加工由工件保持装置承载的工件。在该机床中，工件保持装置包括位于转台上的确定位置的转动心轴，每个心轴带有朝转台的周边定向的轴线，并能够快速地驱动工件而使其旋转，从而在至少一个加工工位中用车刀进行车削操作；所述转动心轴能够在所有角度位置被分度，从而能够在至少一个加工工位用适当的其它刀具对工件进行其它加工。该机床的特征在于：所述工件保持装置为电动心轴，所述电动心轴具有都将工件保持装置的轴向和径向整体尺寸最小化的紧凑结构，且是由一个心轴构成，该心轴具有一个由两个滚动轴承或轴承支承的部分，并直接承载心轴驱动电机的转子；所述电动心轴彼此接触或者彼此紧邻地一个接一个地侧向并排设置在转台上。
在一个有利实施例中，至少一些加工工位具有一个垂直支承壁，该支承壁平行于转动电动心轴的轴线定向，并通过构成交叉支架结构的一个轴向滑轨和一个垂直滑轨承载加工单元支架板。
至少一些加工工位优选地包括两个交叉支架结构，即带有覆盖一下部和前部加工空间的第一板的第一结构，和带有覆盖一上部加工空间的第二板的第二结构。
该机床的一个特别有利的实施例包括位于相邻垂直支承壁之间的底部排空通道。这样极大地便于加工废弃物的排出，并由于支架保持在垂直壁上而能够不干扰废弃物的排出。
转动电动心轴优选地具有一个在尺寸上朝转台的内部减小的整体形状，因而电动心轴可彼此并列地容纳在转台中，而不需要增大转台的直径。
上述由中央转台承载心轴的结构的一个问题是(如何)向转台输送电能、气动能和液压能。根据本发明这样解决这个问题，即转动电动心轴由一个电缆及软管束供应能量，该束围绕机架上的一个固定连接区域与转台上的一个旋转连接区域之间环绕转台的旋转轴线卷绕。转台旋转驱动装置以一个加工序列和一个快速反向旋转返回序列提供转台的交替旋转，在所述加工序列具有从一个原始位置开始在一个第一方向的部分旋转，用于在连续的加工步骤之间将工件逐个/逐次地从一个工位传送到另一个工位，在所述快速反向旋转返回序列中，转台返回到原始位置。有利地有11个加工序列部分的旋转和一个330°的返回旋转。
固定连接区域优选地位于转台上方。
在一个第一实施例中，该电缆及软管束环绕转台的旋转轴线卷绕成螺旋形。在最大卷绕位置，螺旋状的电缆及软管束可以有利地形成一个每个电缆或软管至少四圈的螺旋形。
在一个优选实施例中，该电缆及软管束形成一个在旋转过程中折叠和打开的S形。
用双分度(double indexing)驱动回转台是有利的，也就是用两个步骤的旋转来转动转台，将工件从一个工位移动到相邻工位后面的工位。这样就能够更换加工类型，且还能够例如提供六个旋转心轴的转动操作和六个固定心轴的加工操作。
本发明要解决的另一个问题是加工工件的全部表面。为此，提供了在某些工位加工第一工件表面部分，然后将工件转动180°，以加工工件的其它表面部分的装置。很清楚，自身能够完成两个加工序列的加工和一个翻转的操作的装置构成了一个独立的发明，该发明能够不依赖于上述其它特征而应用。
附图说明
从下面参考附图给出的对特殊实施例的描述中，将体现出本发明的其它目的、特征和优点，其中：
-图1是本发明多工位机床一个实施例的总体透视图；
-图2是图1中机床的俯视图；
-图3是在图1中机床的一部分局部俯视图，该图示出心轴结构和工件保持机构；
-图3A是带有装载和翻转工位的机床一个特殊实施例的一部分的局部俯视图；
-图4是一个示出图1中机床的刀具保持器的结构的细部透视图；
-图5是一个示出用于驱动回转台的机构的局部透视图；
-图6是一个示出向转台的转动心轴供应能量的原理的第一实施例的局部透视图；
-图7是向转台的转动心轴供应能量的装置的一个优选实施例的示意性俯视图；和
-图8是在本发明一个转动心轴结构的纵剖面中的俯视图。
具体实施方式
如图1和2中特别看到的，在附图中所示的实施例中，用于加工工件的根据本发明的回转输送多工位机床大体包括一个可被分度的回转台1，该转台1安装在一个机架2上，以绕一个垂直轴线旋转。机架2包括多个用于保持和定位刀具的装置，这些装置分布在环绕转台1设置的加工工位之间，用于加工由转台1上的工件保持装置承载的工件。
根据本发明，转台1上的工件保持装置是转动电动心轴，例如电动心轴3。在图1和2中所示的实施例中，有12个环绕转台1的周边均匀分布的转动电动心轴如电动心轴3，电动心轴3具有朝转台1的周边径向定向的轴线。根据本发明的转动电动心轴3能够快速驱动保持在心轴上的工件而使其旋转，以由设置于对应的加工工位上的车刀进行车削加工。
图1和2中示出12个加工工位，如工位4，在转台1的这个位置，工位4与转动电动心轴3成对应关系。
转动电动心轴如电动心轴3可被分度在所有角度位置，从而保持一个工件静止扭矩，该扭矩足以允许通过对应加工工位如加工工位4的适当刀具加工工件。
转动电动心轴优选地还能够以很低的速度旋转，并与另一个用于保持和定位刀具的装置的运动极好地同步。
如可从图2中清楚地看到的，由于转动电动心轴3因整体尺寸而指向中心地布置，优选地使用这样的转动电动心轴，它具有在向内的方向上，即朝转台1的中心旋转轴线的方向上尺寸减小的形状。另一方面，有更宽的空间来容纳在转动电动心轴3的周边上加工工位4中的刀具。
图8示出转动电动心轴5中的心轴100，该心轴100可绕轴线I-I旋转，并由一个第一滚动轴承或轴承6和一个第二滚动轴承或轴承7支承。位于滚动轴承或轴承6和7之间的心轴100的中间部分100a与一个电机转子8连接，该电机转子8在电机定子9内部被旋转驱动。(上述各部分)整体封闭在一个机架10中。因此电动心轴5构成了一个紧凑结构，该结构使在轴向和径向的整体尺寸最小化，并有利于将最大数量的电动心轴布置在转台上，同时确保非常精确地保持工件。
在心轴100中设有壳体如壳体11，用于容纳图中未示出的工件夹持系统。
一个编码轮12键连接到心轴100上，并在一个光传感器13前面转动，该光传感器13提供心轴角位置信号，该信号被发送到控制器，以指令心轴旋转和有选择地指令其克服旋转而静止，并保持在适于加工保持在固定位置的工件的特殊固定位置。
为了实现令人满意的加工精度，通过将冷却液输送到位于定子9的周边上的环形壳体40中对电动心轴进行冷却，从而控制支承工件的电动心轴5的工作温度。
在附图中所示的实施例中，加工工位基本上是相同的。但也可以设计其中加工工位彼此不同的机床结构。
下面更详细地描述一个加工工位，例如图1至3中的加工工位14，该工位14面向位于所示转台1的角位置中的转动心轴15。
加工工位14由固定到机架2上的两个垂直支承壁16和17横向限定。第一垂直支承壁16平行于转动心轴15的轴线I定向，并横向偏离轴线I，从而为加工工位14的固定刀具留出了空间。第二垂直支承壁17平行于转台1的相邻心轴18的轴线II。
第一垂直支承壁16通过借助于构成交叉支架结构的一个轴向滑轨20和一个垂直滑轨21承载着一个板19，从图4中可以更好地看到该板19。板19用于承载加工工位4的刀具或加工单元。因而轴向滑轨20平行于转动心轴15的轴线移动刀具，垂直滑轨21在与该轴线垂直的方向移动刀具。
实际上，在图1中所示的实施例中，加工工位14包括一个承载板19的第一交叉支架结构，和一个承载一板22的第二交叉支架结构。带有板19的第一交叉支架结构承载着位于转动心轴15的轴线侧部或下方的下部加工空间中的刀具，带有板22的第二交叉支架结构承载着位于转动心轴15的轴线上方或侧部的上部区域中的刀具。
机架2优选为开口的，包括位于垂直支承壁如壁16和17之间的与每个加工工位如工位4或14相配的下部排出通道。因此加工废弃物可通过重力向下排出，而不会阻碍转台1的加工或运动。
很清楚，必须向转台1的转动电动心轴如电动心轴3和15提供用于电机的电能，提供用于将工件夹持在心轴中的液压能，提供用于冷却的水，提供用于润滑的油，可能还要提供空气用于需要气动力的某些操作。根据本发明，全部这些形式的能量都是通过以适当方式卷绕的一束电缆及软管提供的。
图6示出带有转动心轴如心轴15和心轴3的转台1。螺旋状的电缆及软管束23在机架2上的一个固定连接区域24与转台1上的一个旋转连接区域25之间卷绕。固定连接区域24优选地位于转台1上方。当该束处于完全卷绕状态时，采用对于每个电缆或软管包括至少四圈的电缆及软管的螺旋状束23可以获得良好的结果。
可替换地，如图7中所示，一个S形的电缆及软管束23a在一个旋转中心毂1a、一个固定环形周边导向件2a和一个固定环形中间导向件2b之间卷绕和解卷。该图示出装置的两个极限角位置。
很清楚，转台1必须枢转以将工件从一个工位输送到另一个工位，且当工件面向加工工位的刀具时必须使该转台分度在一个确定位置。可以有利地借助于HIRTH齿将转台1保持在一个确定位置。图5示意性示出用于驱动转台1和对其进行分度的装置，即通过一个减速器27、一个齿轮28和一个轮29驱动转台1的一个电机26。用标记转台1角位置的装置控制所述电机26，以限定必须将转台1分度和保持在一个确定位置以在加工工位进行加工的位置。加工心轴此时面向加工工位。
电机26由转台控制装置控制，以在两个旋转方向回转台。在第一方向旋转是间断的，以将工件从一个工位移动到另一个工位。在该第一旋转方向，逐渐卷绕和解卷螺旋状电缆及软管。然后一次快速反向旋转通过一次旋转解卷或重新卷绕电缆及软管的螺旋状束。
心轴驱动装置用于有选择地例如以0到约6000转/分的转速驱动心轴，同时提供一个确定的分度装置和一个较高的静止扭矩，从而在某些加工步骤中将工件保持在确定位置。为此，心轴电机有利地是一个通过一个数控供电单元供电的同步电机。由心轴电机提供的动力优选地在转速为3500转/分时能达到10千瓦的水平。
通过在每个工位设置两个交叉支架结构使得能够从上方、从前方和从下方加工工件。
用于将工件保持在心轴上的系统可以是目前使用的常规系统。因此，不必说明这个系统，因为对于本领域技术人员是清楚的。
用于驱动转台1旋转的装置可以有利地提供双分度，也就是说，通过以对应于将工件从一个工位输送到相邻工位必须的角度的旋转角枢转转台1而进行的单分度，和一个对应于将工件直接输送到相邻工位后面的加工工位的转台旋转的双分度。
根据本发明的加工刀具的各种单元有利地由一个中央控制器控制，该中央控制器包括一个带有相应存储器的储存程序控制微处理器。该中央控制器从位置传感器如与编码轮12相联的光传感器13接收信号，并指令电机运行而驱动工件和刀具运动。另外，中央控制器在全部时间都知道被加工的工件的角位置，即使在车削加工之后。
图3A中所示的实施例尤其适于自动装载待加工的原材料，不论其形状如何。因此该实施例适于自动装载工件、方坯或棒料。为此，环绕转台1的其中一个工位，即工位30，没有用于保持和定位刀具的装置。因此可在装载工位30安装工件或方坯装载机器人、棒料输送机或任何其它适当装置。
在这种情况下，装载工位30还形成一个径向进入空间，在此空间中一个翻转机器人35可在两个连续加工序列之间翻转工件。因此装载工位30位于一个相邻的第一加工工位31与一个相邻的第二加工工位32之间。在相关的时刻，转台1的心轴33面向装载工位30，心轴34位于相邻的加工工位32中。装载工位30中位于心轴33前部区域与心轴34前部区域之间的空间是自由的。结果，在装载工位30中，翻转机器人35可从目前位于装载工位30中的转动心轴33卸下工件，将工件转动180°，将工件接合在位于相邻工位32中的转动心轴34中。
替换地或者附加地，由于工位的布置提供了通向加工区域的径向进入区，可在任何加工工位中安装一个工件翻转机器人，以从位于加工工位中的转动心轴上卸下工件，翻转工件，并将其接合在同一转动心轴中，全部这些都在由加工工位的刀具保持器装置承载的刀具回缩之后进行。
在(上述)两种情况下，转动心轴必须独立控制，以与转台1的另一个转动心轴对工件的保持无关地夹持和松开工件，且必须优选地提供一个能够独立于其它转动心轴的工件夹持压力而调整的工件夹持压力。由于同样的特征，转动心轴彼此独立地驱动旋转，从而灵活地适用于在各工位进行的各种加工操作。
结果，装置的图3A中的实施例可在工件的所有表面上对其进行加工。
此外，可以对机床的控制装置进行编程，从而通过翻转工件而以两个连续加工序列进行加工：在第一加工序列中，将接合在转动心轴上的毛坯或方坯连续地输送到多个加工工位，该多个加工工位例如通过连续将工件移动到每个交替工位而加工其表面的第一部分；然后将工件翻转，并将其接合在同一转动心轴或者相邻心轴上；第二加工序列这样执行，如果工件是对称的，则连续将工件输送到同一工位，如果工件的两侧不同，则将工件输送到其它加工工位。
本发明并不限于已经明确说明的实施例，而是包括落在后面权利要求范围内的各种变型及其一般化。

Claims (13)

1.用于加工工件的回转输送多工位机床，包括：
-一个可分度回转台(1)，该转台(1)装有多个环绕转台(1)的周边分布的工件保持装置，
-多个用于保持和定位刀具的装置，所述多个装置分布在多个环绕转台(1)的加工工位之间，用于加工由工件保持装置承载的工件，
该机床中：
-工件保持装置包括位于转台(1)上的确定位置的转动心轴(3，15)，每个心轴带有朝转台(1)的周边定向的轴线(I，II)，并能够快速地驱动工件而使其旋转，从而在至少一个加工工位(4，14)中用车刀进行车削操作，
-所述转动心轴(3，15)能够在全部角度位置被分度，从而能够在至少一个加工工位(4，14)用适当的其它刀具对工件进行其它加工，
其特征在于，
-所述工件保持装置为电动心轴(3，5，15)，所述电动心轴具有都将工件保持装置的轴向和径向整体尺寸最小化的紧凑结构，且是由一个心轴(100)构成，该心轴(100)具有一个由两个滚动轴承或轴承(6，7)支承的部分(100a)，并直接承载心轴驱动电机的转子(8)，
-所述电动心轴(3，5，15)彼此接触或者彼此紧邻地一个接一个地侧向并排设置在转台(1)上。
2.根据权利要求1所述的加工机床，其特征在于，至少一些加工工位(4，14)具有一个垂直支承壁(16)，该支承壁(16)平行于转动电动心轴(15)的轴线(II)定向，并通过构成一个交叉支架结构的一个轴向滑轨(20)和一个垂直滑轨(21)承载一个加工单元支架板(19)。
3.根据权利要求2所述的加工机床，其特征在于，所述加工机床在至少某些加工工位(14)中包括两个交叉支架结构，即带有覆盖下部和前部加工空间的一个第一板(19)的第一结构，和带有覆盖上部加工空间的一个第二板(22)的第二结构。
4.根据权利要求2所述的加工机床，其特征在于，所述加工机床包括位于相继的垂直支承壁(16，17)之间的下部排空通道。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述转动电动心轴(3，15)具有一个在尺寸上朝转台(1)的内部减小的整体形状。
6.根据权利要求1或2中所述的加工机床，其特征在于，所述转动电动心轴(3，15)由一个电缆及软管束(23)供应能量，该束(23)围绕机架(2)上的一个固定连接区域(24)与转台(1)上的一个旋转连接区域(25)之间环绕转台(1)的旋转轴线卷绕。
7.根据权利要求6所述的加工机床，其特征在于，所述固定连接区域(24)位于转台(1)上方。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述加工机床包括转台旋转驱动装置，该转台旋转驱动装置以一个加工序列和一个快速反向旋转返回序列提供转台(1)的交替旋转，在所述加工序列中，从一个原始位置开始在第一方向作部分旋转，用于在连续的加工步骤之间将工件相继地从一个工位传送到另一个工位，在所述快速反向旋转返回序列中，使转台(1)返回到原始位置。
9.根据权利要求6所述的加工机床，其特征在于，在完全卷绕位置，所述电缆及软管束(23)形成一个螺旋形或S形。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，转台(1)的旋转驱动装置提供双分度，也就是说，以一个对应于将工件从一个工位输送到下一个相邻工位所需角度的旋转角度枢转转台(1)而进行的单分度，以及对应于将工件直接输送到相邻工位之后的加工工位的转台旋转的双分度。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，环绕转台(1)的其中一个工位(30)没有工件保持和定位装置，并构成一个用于自动装载工件、方坯或棒料的装载工位。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，一个装载工位(30)形成一个径向进入空间，其中一个翻转机器人(35)可从位于装载工位(30)的转动心轴(33)中卸下工件，将工件翻转180°，并将其接合在位于相邻工位中的转动心轴(34)中。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的加工机床，其特征在于，在一个加工工位包括至少一个工件翻转机器人，该工件翻转机器人能够从位于该工位的转动心轴中卸下工件，将工件翻转，并将其接合在目前位于该工位中的上述转动心轴中。
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