CN208664409U - 高精度制造机器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种精密制造工艺中使用的高精度制造机器，诸如3D打印机。该机器具有支架，由该支架支撑并可相对于其移动的可移动平台(在其上安装有一个或多个平台刀架，用于保持一个或多个诸如挤出机的刀具)，以及可包括一个或多个刀具架的基座台，每个刀具架具有多个基座台工作架，用于存放未被使用的刀具，以及支撑基座，其可相对于支架移动，用于保持可移动平台选择并保持的刀具所要加工的一个或多个工作项。

Description

高精度制造机器
技术领域
本实用新型一般涉及精密制造领域，更具体地，本实用新型涉及一种精密制造工艺中使用的高精度制造机器。
背景技术
在高精度加工机器中，会需要许多不同的刀具来加工/制造工作项。例如，为了通过额外的制造工艺(或三维打印工艺)制造工作项，经常需要多色和多材质挤出机装置。已经存在有在单个挤出机装置中将多于两种或三种的颜色或材质进行组合的方案。然而，将多个挤出机组合为一个单元会增加打印机大小。这也会需要额外的冷却以克服拥挤的挤出机所产生的过多热量。将多个挤出机组合为单个单元还会增加维护成本，这事由于一个挤出机的损坏会需要替换整个挤出机装置。同样，难以将多个刀具(例如挤出机和激光雕刻刀具)组合为单个多功能机器。
前文在提供诸如3D打印机或高精度多功能机器的高精度制造机器方面提出了挑战和限制，因此，存在对现有技术的高精度制造机器进行改进的需要。本实用新型的目的在于缓解或消除上述缺点中的至少一个。
实用新型内容
本实用新型涉及一种高精度制造机器。具体地，本实用新型涉及一种支持使用大量打印头或刀具而不会使工作区域拥挤的高精度制造机器。广而言之，该高精度制造机器包括保持并承载一个或多个刀架的可移动平台。当该平台相对于高精度制造机器的支架移动时，刀架所保持的刀具也可相对于该支架以及工件移动，用于在需要或必要时操纵或加工该工件。
高精度制造机器还包括基座台，其上安装有一个或多个基座刀架。传送和接合机构使该可移动刀架能够从基座台挑选所需刀具以操纵工件，并在使用后使刀具回到基座，以使未使用的刀具不会留在可移动平台 (或者尽可能少的这种未使用刀具被遗留在可移动平台上)，以保持可移动平台不拥挤。因此，可用刀具的数量没必要被可移动平台上可用的有限空间所限制。
在本实用新型的一个方面，提供了一种高精度制造机器，其包括：
支架；
可移动平台，其由该支架支撑，该可移动平台具有一个或多个平台刀架，该一个或多个平台刀架中的每一个具有平台接合半体，其与刀具的辅助刀具接合半体协作，用于将该刀具可释放地固定于该可移动平台；以及
基座台，该基座台具有一个安装在该支架上的一个或多个刀具架，该刀具架中的每一个具有多个基座刀架，该基座刀架中的每一个具有刀具架接合半体，其与该刀具的该刀具接合半体协作，用于可释放地存放该刀具。
该机器可选择性地包括基座，其由所述支架支撑，用于保持工作项。进一步作为一种选择，该基座可相对于支架移动。
作为另一个特征，该刀具具有一系列刀具电触点，该平台刀架具有一系列平台架触点，并且该基座刀架具有一系列基座电触点，当该刀具是由该平台刀架保持时，该一系列刀具电触点和该一系列平台架触点形成一系列平台电连接，当该刀具是由该基座刀架保持时，该一系列刀具电触点和该一系列基座电触点形成一系列基座电连接。
作为另一个特征，该刀具被配置为挤出机，该机器是3D打印机。作为进一步特征，该一系列基座电连接使该挤出机能够在该挤出机是由该基座刀架保持时被预热。
在其它方面，本实用新型提供了上述方面的各种组合和子集合。
附图说明
出于描述而非限定的目的，将参考附图更详细地解释本实用新型的前述和其他方面，其中：
图1是根据本实用新型的高精度制造机器的示例的等距视图；
图2A是更详细示出图1中机器的可移动平台的等距视图；
图2B以分解视图示出图2A的可移动平台；
图3以分解等距视图示出可被保持在图2A的可移动平台的挤出机。
图4A是图1机器的基座台的等距视图，其具有多个存放的如图3所示的挤出机；
图4B以分解等距视图示出图4A的基座台；
图5示出与平台刀架以及基座台刀架中任意一个接合或脱离的挤出机；以及
图6是示出图5中所示挤出机、平台刀架、以及基座台刀架的另一个立体视图。
具体实施方式
以下具体实施方式和其中描述的实施方式是通过本实用新型原理的特定实施方式的示例说明的方式提供。这些示例是出于解释而非限制本实用新型那些原理的目的提供。在以下描述中，相同的部件在整个说明书和附图中都是用相同的各个标号标记。
本实用新型一般涉及一种精密制造工艺中使用的高精度制造机器。如图1所示，该机器100具有：
支架110；
可移动平台120，其由支架110支撑，并可相对其运动，其上安装有一个或多个平台刀架122，每个用于保持诸如挤出机的刀具124；
基座台130，其可包括一个或多个刀具架132，每个刀具架具有多个基座台刀架134，用于存放未使用的刀具124；以及
支撑基座140，其可相对于支架110移动，用于保持将由一个或多个可移动平台120保持的刀具所加工的一个或多个工作项(未示出)。
只要选择了恰当刀具124，机器100就可被用在任何合适的精密制造工艺中。例如，刀具124可以是用于三维打印机(3D打印机)的配液设备(即挤出机)，并且机器100可适合用作3D打印机。或者，刀具124 可以是激光雕刻刀具，并且机器100可适合用作激光雕刻工作站。作为另一个替换，刀具124可以是加工刀具，诸如高速钻机，并且机器100可适合用作计算机数控(CNC)机床。其中刀具还可具有其附件(未示出)，诸如用于挤压液态材质的连接件、用于高速钻机的电缆。在具体实施方式中，当引用特定类型机器时，其仅仅是出于方便的目的。会理解本具体实施方式并不局限于该特定类型，除非上下文如此要求。也会理解存放在基座台130 处的刀具124不一定是同一种类型。例如，基座台可存放3D打印机挤出机和激光雕刻刀具，因此机器可适合用作用于3D打印以及激光雕刻的多功能机器。
支架110为其连接或安装到的各种构件提供支撑。它可以采用任何合适或可取的形状或结构，用于提供支撑功能。可移动平台120是由支架110支撑，并可相对于其移动。一个或多个平台刀架122被安装在可移动平台上，或构成其主要部分。每个平台刀架122是用于选择和保持刀具124，诸如挤出机或激光切割刀具。当可移动平台120相对于支架110移动时，平台刀架122保持的刀具124是由可移动平台承载，并被相对于支架重新定位到不同位置。这样，可移动平台使刀具124能够被相对于支架重新定位到另一个位置。这在例如相对于支撑基座140保持的工作项重新定位刀具用于加工或制造工作项的不同部分、或者将刀具移动到基座台刀架134用于使刀具回位以及选择不同刀具时是有用的。
任何合适的装置可用于支撑可移动平台，以及用于相对于支架移动可移动平台。例如，可移动平台120可被连接到安装在支架上的机器人手臂，并由自动控制系统控制，以将可移动平台重新定位到这种自动控制系统指示的任何地点。图1示出作为另一个示例的、用于支撑和重新定位可移动平台120的轨道或铁轨传送机构。然而，任何合适的轨道或铁轨传送机构都可用于支撑和重新定位功能，并且并不局限于任何特定实例，包括这里的两个实例。
如图1所示，其示出支撑和传送机构150的特定实例。第一支撑杆或第一轨道152活动安装于第二支撑杆或第二轨道154。第一支撑杆 152(x杆)可沿着第二支撑杆154(y杆)的高度移动。可移动平台120安装在第一支撑杆152上，并可沿着其长度移动。第二支撑杆154(y杆)安装于支架。虽然参考了第一支撑杆和第二支撑杆，会理解“x杆”可包括多个平行的棒、轨道、铁轨、杆等，用于引导可移动平台沿着第一方向(被称为“x方向”)移动，类似地，“y杆”可包括多个平行的棒、轨道、铁轨、杆等，用于引导可移动平台沿着第二方向(被称为“y方向”)移动，那不与第一方向并行，而会被方便地选择为与其垂直。
当第一支撑杆152(x杆)和第二支撑杆154(y杆)是直杆时， x杆和y杆中的每一个分别定义了x方向和y方向，并且它们共同定义了与刀具124的移动平行的x-y平面(当然，更通常的是如果第一支撑杆152或第二支撑杆154都不是直的，那么第一支撑杆152和第二支撑杆154会共同定义与刀具124的移动平行的曲线平面)。Y杆154或第二支撑杆154可固定安装在支架110上，在此情况下可移动平台120(并通过保持于该处的扩展刀具124)在与第一支撑杆152和第二支撑杆154所定义的平面平行的平面中移动。y杆154还可沿着垂直于x方向和y方向的z方向活动(例如相对于支架活动)安装在支架110上。这会使可移动平台120(并通过保持于该处的扩展刀具124)重新定位到三维空间中的另一个位置。这样，可移动平台会具有三平移自由度，并可在三维空间(3D空间)中移动。当然，可移动平台120或平台刀架122还可相对于第一支撑杆152移动，以实现保持于该处的刀具124的三维重新定位。此外，支撑基座140可安装于基座传送机构156(诸如图1中所示的)，其可沿着z方向(或者更通常的是，不与x杆152和y杆154定义的平面平行的方向)上下移动支撑基座140。这也会使刀具124相对于3D空间中的工作项被重新定位到不同地点。
如图1和图2(即图2A和图2B)所示，其示出适合用在3D打印机中的可移动平台120，诸如挤出机臂200。挤出机臂200具有一对通孔 202，用于将挤出机臂200活动安装在第一支撑杆152(或x杆152)上。通孔202的尺寸是使得可移动平台能够沿着x杆152自由移动，而通孔的公差非常小，以便获得可移动平台的精确定位。图2中所示的可移动平台 120或挤出机臂200上安装或设置有两个刀架或挤出机刀架204，每个用于保持挤出机刀具或挤出机124。会理解可移动平台上设置的挤出机刀架的数量并不局限于两个，如果设计需要，可以是仅一个，或者多于两个。
每个挤出机刀架204具有一系列电触点(或平台电触点)206。挤出机124具有一系列电触点(或刀具电触点)208。至少一部分刀具电触点208对应于多个刀具电触点，以使当挤出机124是由挤出机刀架204保持时(如图2A所示)，一系列刀具电触点208和一系列刀具电触点208(或其一部分)形成一系列电连接，以使连接到平台电触点206的平台端子的电线(未示出)与内部连接到一系列刀具电触点208(或其一部分)的电线电连接。这使例如控制数据或信号能够被发送到挤出机124。这也实现了在需要时向挤出机124提供电能，以加热例如挤出机124或通过挤出机124 喷射的挤出液。
挤出机刀架204和挤出机124的壳体214上设置了接合装置 212，以使挤出机124可通过接合装置由挤出机刀架204保持，并在需要时脱离挤出机刀架204。挤出机刀架204具有接合装置212的第一半体216，刀具的壳体214具有接合装置212的第二(辅助)半体218。如下所述，接合装置212的第一和第二半体协作，以可释放地将挤出机124保持于挤出机刀架204。
如图2B所示，挤出机刀架204上设置的接合装置212的第一半体216具有内置磁铁220和一对爪222(诸如一对朝上壁和朝下壁224)。挤出机124的壳体214具有连接到其壁的匹配磁铁226(见图3，其是示出连接到壳体214的三个壁内部的磁铁的分解视图)。当壳体214被推向挤出机刀架204的侧壁228，并收容在爪222之间(即上下壁224之间)时，壳体214的匹配磁铁226与挤出机刀架204的内置磁铁220相吸，并与其接合，壳体的大小、以及上下壁224之间的距离是使得壳体214能够被自由或带摩擦地推入并保持在爪222中，但没有过多在爪222之间摆动的自由活动。磁铁确保壳体214(以及挤出机124)牢固地连接到挤出机刀架204，或由其保持。在另一方面，适当选择磁场强度，以使该强度不是非常强。这使得挤出机124能够被沿着远离基壁230的脱离方向从爪222中取出，并进而脱离挤出机刀架204。这样，包括磁铁和爪的第一和第二辅助半体彼此协作，从而它们能牢固地将挤出机124保持于挤出机刀架204，并同时使保持于挤出机刀架204的挤出机124能够脱离。
再如图1所示，机器100具有基座台130，用于存放未使用(即未被选择并连接到平台刀架122)的刀具124。基座台130可包括一个或多个安装在支架110上的刀具架132，这取决于需要或设计。如图4A所示，其示出本质上是挤出机台300的刀具架的示例。挤出机台300具有站台302 (Station platform)。一对L形连接器304将站台302连接到支架110。多个基座台刀架134(例如挤出机台刀架306)被安装在站台302上，用于可释放地保持(即存放)未使用的挤出机124。
如图4B所示，每个挤出机台刀架306还具有一系列台电触点 308(Stationelectric contact)。至少一部分刀具电触点208对应于多个台电触点(见图3)。当挤出机124是由挤出机台刀架306保持时，如图4A所示，支持物306上的一系列台电触点308、以及挤出机124的壳体214上的刀具电触点208(或其一部分)形成电触点308和电触点208之间的一系列电连接。这实现了当存放在基座台中时，向挤出机124提供电能，以预热挤出机124。
如图4B中更清晰示出的，在挤出机台刀架306和挤出机124的壳体214上设置了另一个接合装置312。这使挤出机124能够可释放地由挤出机台刀架306保持。与接合装置212类似(挤出机刀架204和刀具的壳体214上设置的)，第二接合装置312也具有第一半体(但其是设置在挤出机台刀架306上的)、以及第二和辅助半体(其是设置在刀具的外壳214上)。第二接合装置312的第一和第二半体类似地协作，以将挤出机124可释放地保持于挤出机台刀架306。
如图4B中所示，挤出机台刀架306上设置的第一半体具有内置磁铁230和一对爪(诸如一对直壁314)。当壳体214被推向挤出机台刀架306，并收容在其中时，磁铁226与壳体214的匹配磁铁226相吸，并与其接合。壳体的大小、以及直壁314之间的距离是使得壳体214能够被自由或带摩擦地推入并保持在直壁314之间的空间中，但没有过多在直壁314 之间摆动的自由活动。磁铁确保壳体214(以及挤出机124)牢固地连接到挤出机台刀架306，或由其保持。
如上所述，与设置在挤出机刀架204上的接合装置212的第一半体不同，第二接合装置312的一对爪是由一对直壁314形成。这样，可通过抬起使挤出机124的壳体沿着普通的垂直方向脱离第二接合装置312 的爪(即从一对直壁314中移出)，而不是滑动滑道将刀具的壳体214从接合装置212的爪移出(见图2B)。一般而言，将壳体从接合装置212的爪移出的方向不与将壳体从第二接合装置312的爪移出的方向平行。
这在图5和图5中示出的更加清楚。为了将挤出机124放入挤出机台刀架306中，可移动平台或挤出机臂200可沿着图5中所示的多段路径P移动，即由第一分段P1、第二分段P2、以及第三分段P3形成的路径(同时参见图6，其从不同视角示出这些分段)。挤出机臂200首先沿着第一分段P1移动，以使挤出机124朝挤出机台刀架306移动，直到挤出机 124固定在挤出机台刀架306的后壁316时为止。挤出机124是由挤出机臂 200承载，然后沿着分段P2移动(即朝下)，以确保台电触点和刀具电触点之间的良好电接触。最后，挤出机刀架204沿着分段P3移动，以使挤出机 124壳体214从平台刀架122的爪脱离，并离开挤出机124，以保持在挤出机台刀架306的爪之间。直壁314的阻挡帮助破坏挤出机刀架204与壳体的磁铁之间的磁吸引。类似地，为了从挤出机台刀架306举起挤出机124，挤出机臂200沿着包括分段Ρ1’和分段Ρ2’的第二路径移动。如图5和图 6所示，挤出机臂200首先沿着分段Ρ1’移动，以将壳体固定于基壁230，以使壳体被牢固收容在上下壁224之间。然后挤出机臂200朝上沿着分段Ρ2’移动，以使爪222将壳体从一对直壁314中抬出。在本实例中，来自于挤出机台刀架306(或爪314)的移出方向Ρ3’通常与来自于挤出机刀架 204(或爪222)的移出方向Ρ2’垂直。一般而言，仅仅需要接合装置212 的爪所定义的移出方向不与第二接合装置312的爪所定义的移出方向平行。
当然，会理解虽然在实例中使用了简单的挤出机124来说明刀具变化，刀具也可以是具有多个刀具的刀具装置。例如，相同的配置可用于选择3D打印机挤出机、或任何合适的多头3D打印机挤出机装置、或多刀具装置(诸如挤出机和激光头组合)。此外，会理解平台可选择性地挑选/返回位于任何挤出机台刀架306处的任何刀具。这样，当本机器适合用作3D打印机时，每台挤出机或挤出机装置会呈现一种独特的颜色(或颜色组合)，或不同的材料(或材质混合)。因此，该打印机会具有与基座台可容纳的基座台刀架306的数量一样多的有色材质或挤压材质的选择，而不会局限于可移动平台处的空间可用性。这使材质的可用颜色或类型、或二者的数量与挤出机台刀架的数量一样多，并使3D打印机更可扩展。
已经详细描述了本实用新型的各种实施方式。本领域技术人员会理解，可以对这些实施方式做各种修改、适应以及改变，而不脱离所附权利要求书所定义的本实用新型的保护范围。权利要求书的保护范围应作为整体被给予与具体实施方式相一致的最宽解释，并且并不局限于示例或其具体实施方式中提出的这些实施方式。

Claims (22)

1.一种高精度制造机器，包括：
支架以及所述支架支撑的支撑和传送机构；
可移动平台，其支撑于所述支架上，并由其移动，所述可移动平台具有一个或多个平台刀架，所述一个或多个平台刀架中的每一个具有平台接合半体，其与刀具的辅助刀具接合半体协作，用于将所述刀具可释放地固定于所述可移动平台，所述平台接合半体具有第一系列爪，其定义了沿着将所述刀具收容在所述平台接合半体的所述第一系列爪之间的路径、或者使所述刀具从所述平台接合半体的所述第一系列爪移出的路径移动所述刀具的第一移出方向；以及
基座台，所述基座台具有一个安装在所述支架上的一个或多个刀具架，所述刀具架中的每一个具有多个基座刀架，所述基座刀架中的每一个具有刀具架接合半体，其与所述刀具的所述刀具接合半体协作，用于可释放地存放所述刀具，所述刀具架接合半体具有第二系列爪，其定义了沿着将所述刀具收容在所述刀具架接合半体的所述第二系列爪之间的路径、或者使所述刀具从所述刀具架接合半体的所述第二系列爪移出的路径移动所述刀具的第二移出方向，所述第一移出方向与所述第二移出方向不同，所述第二系列爪是两个朝向基座壁，其以将所述刀具牢固地收容在其之间的距离隔开；
所述刀具架接合半体进一步包括侧壁，所述侧壁不与所述朝向基座壁平行，当所述刀具被收容在所述朝向基座壁之间时，所述刀具接合半体的所述磁铁和所述刀具架接合半体的所述匹配磁铁协作，以使所述刀具固定在所述侧壁；
所述支撑和传送机构沿着所述第一移出方向移动所述可移动平台的运动将安装在所述一个或多个平台刀架的其中之一中，并且收容在所述一个平台刀架的所述第一系列爪中、以及所述一个或多个基座刀架的其中一个的第二系列爪中的刀具从所述一个平台刀架传送到所述一个基座刀架；
所述支撑和传送机构沿着所述第二移出方向移动所述可移动平台的运动将存放在所述一个或多个基座刀架的其中之一中，并且收容在所述一个基座刀架的所述第二系列爪中、以及所述一个或多个平台刀架的其中一个的第一系列爪中的刀具从所述一个基座刀架传送到所述一个平台刀架。
2.根据权利要求1所述的制造机器，其特征在于，所述刀具接合半体具有磁铁，所述平台接合半体和所述刀具架接合半体中的每一个都具有匹配磁铁，当所述平台接合半体与所述刀具接合半体接合时，所述平台接合半体的所述匹配磁铁将所述刀具固定于所述平台刀架，当所述刀具架接合半体与所述刀具接合半体接合时，所述刀具架接合半体的所述匹配磁铁将所述刀具固定于所述基座刀架。
3.根据权利要求2所述的制造机器，其特征在于，所述第一系列爪是两个朝向平台壁，其以将所述刀具牢固地收容在其之间的距离隔开。
4.根据权利要求3所述的制造机器，其特征在于，所述平台接合半体进一步包括侧壁，所述侧壁不与所述朝向平台壁平行，当所述刀具被收容在所述朝向平台壁之间时，所述刀具接合半体的所述磁铁和所述平台接合半体的所述匹配磁铁协作，以使所述刀具固定在所述侧壁。
5.根据权利要求4所述的制造机器，其特征在于，所述平台接合半体的所述匹配磁铁是设置于所述朝向平台壁其中的一个上。
6.根据权利要求2所述的制造机器，其特征在于，所述第一移出方向和所述第二移出方向彼此基本垂直。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述刀具是挤出机，所述机器是3D打印机。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，进一步包括基座，其由所述支架支撑，用于保持工作项。
9.根据权利要求8所述的制造机器，其特征在于，所述基座可相对于所述支架移动。
10.根据权利要求8所述的制造机器，其特征在于，所述刀具是挤出机，所述机器是3D打印机。
11.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为提供有不同挤出材料的挤出机。
12.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为提供有不同颜色挤出材料的挤出机。
13.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为从挤出机、激光雕刻刀具、以及高速雕刻刀具的群组中选择的刀具。
14.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述刀具是挤出机、激光切割刀具、以及高速切割刀具中的一种。
15.根据权利要求1所述的制造机器，其特征在于，所述刀具具有一系列刀具电触点，所述平台刀架具有一系列平台架触点，并且所述基座刀架具有一系列基座电触点，当所述刀具是由所述平台刀架保持时，所述一系列刀具电触点和所述一系列平台架触点形成一系列平台电连接，当所述刀具是由所述基座刀架保持时，所述一系列刀具电触点和所述一系列基座电触点形成一系列基座电连接。
16.根据权利要求15所述的制造机器，其特征在于，所述刀具接合半体具有磁铁，所述平台接合半体和所述刀具架接合半体中的每一个具有匹配磁铁、以及两个以将所述刀具牢固地收容在其之间的距离隔开的朝向壁，并且所述各个匹配磁铁和所述刀具接合半体的所述磁铁协作，以将所述刀具固定在对应的朝向壁之间。
17.根据权利要求16所述的制造机器，其特征在于，所述刀具接合半体在所述刀具被收容在所述朝向平台壁之间时，与所述平台接合半体的匹配磁铁协作，以维持一系列平台电连接，在所述刀具被收容在所述朝向基座壁之间时，与所述刀具架接合半体协作，以维持一系列基座电连接。
18.根据权利要求15至17中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述刀具是挤出机，所述机器是3D打印机。
19.根据权利要求18所述的制造机器，其特征在于，所述一系列基座电连接使所述挤出机能够在所述挤出机是由所述基座刀架保持时被预热。
20.根据权利要求15至17中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为提供有不同挤出材料的挤出机。
21.根据权利要求15至17中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为提供有不同颜色挤出材料的挤出机。
22.根据权利要求15至17中任意一项所述的制造机器，其特征在于，所述多个基座刀架中的每一个被配置为从挤出机、激光雕刻刀具、以及高速雕刻刀具的群组中选择的刀具。
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