多轴机床的改进制造技术

本发明专利技术为机械式多轴机床提供某些另外的改进。这些改进包含：(1)允许主轴彼此独立地围绕它们各自的轴线相对于构件旋转，(2)提供一种用于确定构件相对于框架的角度位置的低成本的然而高效的传感器装置，而无需使用昂贵的编码器或类似物，(3)相对于框架更精确地安装可旋转构件，以及(4)在所述框架上提供零无效行程工具滑动件，用于对工件施加作用。

Improvement of Multi-axis Machine Tool

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多轴机床的改进
本专利技术总体涉及机床，更具体地，涉及可对机械式多轴机床进行的各种改进，以改进它们的性能。所述改进特别适用于，但不限于，与多轴自动螺丝机一同使用。
技术介绍
自动螺丝机为一种用于由棒料机械加工各种部件的机床。棒料可具有圆形、正方形或多边形横截面，并且可被以大约10至12英尺的轴向长度供应至螺丝机。螺丝机通常具有可旋转地安装于支撑框架上的头部。所述头部能围绕头部轴线可控制地转位通过多个顺次的角度位置。多个圆形地相间隔的主轴组件安装于所述头部上，用于围绕头部轴线与头部一同旋转，以及用于围绕各个单独的主轴组件轴线相对于头部旋转。成段的棒料被轴向地供应至每个主轴组件，并且围绕头部轴线与头部组件一同旋转。因此，可旋转的头部以及供应至各个主轴组件的棒料在外观上有点类似于加特林枪。螺丝机适于在棒料的悬臂长度(亦即，工件)上执行各种机械加工操作，所述棒料的悬臂长度在头部的各个角度位置处由主轴组件夹头保持并延伸超过主轴组件夹头。每个主轴组件通常具有可旋转地安装于头部上的外主轴，并且沿它自己的单独的主轴组件轴线伸长。多个主轴组件轴线平行于头部轴线。每个外主轴具有面向内且面向前的截头圆锥形凸轮表面。内主轴布置于外主轴内，用于围绕相关联的主轴组件轴线与外主轴一同旋转，并且被安装成用于相对于相关联的外主轴的有限的轴向运动。主轴运动装置或机构被操作地布置成在内主轴上施加力，以可控制地使内主轴相对于外主轴沿一个轴向方向运动。夹头安装于内主轴上以与该内主轴一同运动。所述夹头具有从主体向前延伸的多个指状物。这些指状物具有成角度地分段的面向外且面向后的截头圆锥形凸轮表面，这些截头圆锥形凸轮表面接合相关联的外主轴上的面向内的凸轮表面。每个指状物具有垫，当内主轴相对于外主轴沿这样的一个轴向方向运动时，所述垫适于径向向内运动以接合棒料的贯入料部分。当主轴运动机构释放施加于内主轴上的力时，内主轴相对于相关联的外主轴沿相反的轴向方向运动，并且允许夹头指状物朝向它们的原始位置径向向外运动(亦即，回弹)，以使得夹头垫将与棒料分离并释放棒料。进给管布置于每个内主轴内，用于围绕相关联的主轴组件轴线旋转，以及用于相对于其进行轴向运动。进给管具有多个进给指状物，所述进给指状物适于接合进给管内的一段贯入棒料。提供进给管运动装置或机构，用于选择性地使进给管以及进给指状物相对于内主轴沿轴向方向(亦即，向前和向后)选择性地往复运动。进给管的这样的运动与夹头的操作相协调，以使得当夹头指状物已经径向地远离工件运动以使得夹头打开时，进给指状物可使棒料向前朝向并通过夹头前进。当夹头闭合时，进给管远离夹头向后运动，其中进给指状物沿保持于闭合的夹头中的棒料滑动。一种特定的类型的螺丝机为五轴自动螺丝机。为BrinkmanProducts，Inc.，167AmesStreet，Rochester，NewYork14611以及相同地址的总公司DavenportMachine，Inc的注册商标。最初的机器是在19世纪末20世纪初开发的。许多早期版本的以及再制造的机器至今仍在使用，并且全新的机器也在销售中。在名为“DavenportModelB–Multi-SpindleScrewMachine#1”(能在https://www.youtube.com/watch？v＝N8hBtoNi3EI上找到)以及“DavenportModelB–Multi-SpindleScrewMachine#2”(能在https://www.youtube.com/watch？v＝ppQydP2bd4k上找到)的视频中示出并描述型五轴螺丝机的基本结构以及操作，所述视频的总公开内容被通过引用并入本文中。分度机构适于可控制地使头部相对于所述框架旋转通过相对于框架的五个顺次的分度位置(亦即，0°，72°，144°，216°，288°，......)。这些机器具有许多切割和成形工具，所述切割和成形工具安装于所述框架上并且被操作地布置成接合棒料的悬臂长度(亦即，工件)，所述棒料的悬臂长度在头部的各个成角度地相间隔的分度位置中的每一个处由多个主轴组件的夹头保持并延伸超过多个主轴组件的夹头。单个马达通过齿轮系作用，并且使五个主轴组件中的每一个以相同的角速度围绕它们自己的单独的主轴组件轴线同时地旋转。切割和成形工具机械地联接至马达输出轴，并且被定时(经由各种凸轮以及从动件)以在头部分度位置中的每一个处在工件上执行各种操作(轴向地以及径向地)。多年来，通过增加伺服控制(参见，例如，US6,421,895B2)，通过增加人机界面控制(Id)，通过改进的头部，通过高精度主轴组件(参见，例如，US6,817,273B2以及US7,036,991B2)，通过快速调换轴承组件(参见，例如，US7,402,927B2)，通过较大的主轴组件来容置过大的棒料(参见，例如，于2016年3月31日提交的美国专利申请系列号No.15/087,381)，通过使用改进的夹头(Id)以及等等来改进这些机器的性能。事实上，其他人已就对他们所认为的对这样的机器的改进申请了专利申请(参见，例如，US6,000,499A，US5,356,244A以及US5,205,376A)。所有这些现有技术的专利以及专利申请的总公开内容被通过引用并入本文中，以示例说明这样的机器以及对它们的各自的特定的改进的相关部分。因此，机械式五轴自动螺丝机(screwmachine)由于这些各种各样的改进已经获得一种复兴，提升了它们的能力、精确度以及性能。另一种类型的这样的机床为Penta518五轴车床，其据报道由ZPSAmericaLLC，4950West79thStreet，Indianapolis，Indiana46268(www.zpsamerica.com)以及Tajmac-ZPS，a.s，Trida3，kvetna1180，CZ-76487，Tiln，Malenovice，Czechoslovakia(www.tajmac-zps.cz)制造和销售。Penta518机器是另一种机械式多轴机床。在文章“Five-SpindleLatheExpandsCNCMultiLine(五轴车床扩展CNC多线)”，ProductionMachining，Vol.17，第3期(2017年3月)中示出和描述了Penta518机器。近年来，已经开发出改进的CNC螺丝机，其使用数字技术来控制各个主轴组件的独立于彼此的旋转，以控制各种工具的操作，以及通过昂贵的编码器监测头部的相对于框架的位置。虽然这些CNC机器确实有能力，但它们购买起来是昂贵的并且通常需要经过专门培训的操作员对它们进行编程。因此，这些CNC机床特别适合于长时间的生产运行，其中编程和设置的较高的成本可能分布在所生产的大量部件上。据报道，当前的CNC机床也由上述ZPSAmerica以及Tajmac-ZPS，a.s制造和销售。据报道，这种CNC机床的成本超过80万美元。然而，可对较旧的机械式机床(比如五轴螺丝机)进行另外的改进，以进一步提高它们的精确度，性能以及使用寿命。与较新的CNC机床相比，它们通常更快，更多产以及更经济。因此，人们认为通常需要对这样的机械式多轴螺丝机的改进，特别地多轴自动螺丝机，其(1)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轴机床，包括：框架；构件，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线旋转；分度机构，该分度机构在所述框架与所述构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架围绕所述构件轴线旋转；多个主轴组件，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与该构件一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线相对于所述构件旋转；安装于所述框架上的多个马达；以及多个环形齿轮，所述多个环形齿轮安装于所述构件上并且接合所述主轴组件中的相应的一个，每个环形齿轮由所述多个马达中的相应的一个驱动；其中，所述多个马达能够彼此独立地运行，以选择性地使相应的主轴组件以所期望的旋转速度相对于所述构件旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多轴机床，包括：框架；构件，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线旋转；分度机构，该分度机构在所述框架与所述构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架围绕所述构件轴线旋转；多个主轴组件，所述多个主轴组件安装于所述构件上以与该构件一同旋转，每个主轴组件被安装成围绕它自己的单独的主轴组件轴线相对于所述构件旋转；安装于所述框架上的多个马达；以及多个环形齿轮，所述多个环形齿轮安装于所述构件上并且接合所述主轴组件中的相应的一个，每个环形齿轮由所述多个马达中的相应的一个驱动；其中，所述多个马达能够彼此独立地运行，以选择性地使相应的主轴组件以所期望的旋转速度相对于所述构件旋转。2.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述环形齿轮沿所述构件轴线彼此轴向地相间隔。3.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述多个马达中的每一个具有输出轴以及安装于所述输出轴上的驱动齿轮，并且每个驱动齿轮被布置成使所述环形齿轮中的相应的一个旋转。4.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述多个为五个。5.根据权利要求4所述的多轴机床，其特征在于，所述机床为自动螺丝机，并且所述构件为所述自动螺丝机的头部。6.根据权利要求1所述的多轴机床，其特征在于，所述分度机构为Geneva分度机构。7.一种机床，包括：框架；构件，该构件安装于所述框架上，用于围绕构件轴线旋转；分度机构，该分度机构在所述框架与所述构件之间起作用，用于选择性地使所述构件在多个成角度地相间隔的分度位置之间依序相对于所述框架旋转；以及用于确定所述构件相对于所述框架的角度位置的传感器装置，所述传感器装置包含：第一多个传感器，所述第一多个传感器安装于所述框架与所述构件二者中的一个上并且被布置成面向所述框架与构件二者中的另一个，所述第一多个传感器布置于第一阵列中；第二多个特征，所述第二多个特征在每个分度位置处设置于所述框架与所述构件二者中的另一个中并且被布置成面向所述第一多个传感器，所述第二多个特征布置于第二阵列中；以及用于根据所述第一多个传感器生成信号的装置，以使得所述信号将指示所述构件相对于所述框架的特定的分度位置。8.根据权利要求7所述的机床，其特征在于，所述第二多个在所述分度位置中的某些分度位置处与所述第一多个不同。9.根据权利要求7所述的机床，其特征在于，所述第一多个传感器为接近传感器，所述接近传感器被操作地布置成检测所述框架与所述构件之间的界面上的材料的存在或不存在，并且所述第二多个特征包含设置于所述框...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·G·贝尔帕诺，P·P·弗朗西亚，J·K·帕尔玛，
申请(专利权)人：布林克曼产品公司，
类型：发明
国别省市：美国,US