用于支撑工件的支撑系统的制作方法

本发明涉及一种用于支撑正在被加工的工件(特别是宽的工件)的支撑系统，该正在被加工的工件的其中一个尺寸维度(厚度)明显小于其它两个尺寸维度(宽度和长度)，其为非平面状，例如(尤其类似双曲率面板的)复杂形状的面板。

具体但不排它地，所述系统可用于航空航天和/或汽车工业，特别是可作为用于加工由不同材料(例如铝、塑料、复合材料等)制成的工件的数控加工中心的一部分。

特别地，涉及一种用于在加工位置支撑工件的系统，其中，该系统包括多个可定向头，每个可定向头布置用于接合和支撑工件的一部分。

这样的系统例如由专利公开文献US 2009/0057971示出。该已知系统包括多个承载吸盘的线性致动器，所述吸盘适于接合并且刚性地支撑位于固定加工位置的至少一个工件。在该已知系统中，各种线性致动器是可编程的，以适于与不同形状的工件一起使用，以使得系统能够通用。各吸盘可在空间中定向成具有至少两个自由度。在加载工件的时候，处于闲置模式下的吸盘可通过工件的重量和刚度作用自我定向，若自我定向不完美，可通过操作者作用来定向。

现有技术还包括专利公开文献EP 0 507 033，其示出了用于支撑和加工工件的设备，其中，该设备包括可竖向移动的支柱，每个支柱在上端承载用于固定工件的构件。

技术实现要素：

本发明的一个目的是改进上述已知的适于在预设加工位置支撑工件的系统。

本发明的一个优点是在可以定向的大范围内调节工件抓头的方向。特别地，工件抓头可以围绕具有两个自由度的耦接装置(例如球形)定向，更特别地，通过在约90°的角度范围内调节至少一个仰角(例如在竖直平面上)，以及在360°的完整转动角度范围内调节至少一个摆头角(例如在水平面上)，来定向抓头。

本发明的一个优点是允许有效地抓持以竖向或几乎竖向的方式延伸的工件的一部分。

本发明的一个优点是将复杂形状的工件(特别是双曲率面板)保持在位。

本发明的一个优点是在将工件装载到支撑系统之前，正确地定向用于抓持工件的抓头。

本发明的一个优点是允许工件精确和稳定的定位，同时避免工件变形或受到其它损坏，即使在大尺寸工件和/或柔性工件的情况下。

本发明的一个优点是提供结构上便宜且简单的系统来用于在加工位置支撑工件的。

本发明的一个优点是可获得一种通用的且适于与不同形状的工件一起使用的支撑系统。

本发明的一个优点是提供一种支撑系统，其具有多个可在空间定向的抓头，通过编程，这些抓头限定了期望形状的工件的接合支撑表面，即使该工件的形状复杂。

这些目的和优点以及其它目的和优点都通过根据一个或多个权利要求所述的支撑系统获得。

在一个示例中，支撑系统包括多个可定向抓头，所述多个可定向抓头共同限定至少一个接合支撑表面，该接合支撑表面至少部分地按照待加工的工件成形，其中，通过具有至少两个自由度的耦接装置，各抓头可在线性致动器的第一活动元件上定向；通过可拆卸的装配件，各抓头还可与第二转动元件接合，所述第二转动元件承载至少一个抵挡，在围绕所述耦接装置对所述抓头进行方向调节期间，被线性致动器驱动的所述抓头会与所述抵挡抵靠。

附图说明

参考附图可以更好地理解和实施本发明，该附图通过非限制性示例示出了本发明的一些实施例。

图1示出设置有根据本发明制造的支撑系统的数控加工中心的局部剖面竖向正视图。

图2是图1的支撑系统的支撑单元的局部剖面竖向正视图。

图3至图5示出了图2中的支撑单元的三种不同操作配置。

图6是从图2的右侧看的侧视图。

图7是从图3的右侧看的侧视图。

图8是图3的局部剖开的俯视示意图，其中一些部分被移除以更好地突出显示其它部分。

图9是图1的支撑系统的支撑单元的水平方向的截面示意图。

图10至15以竖向正视图示出了图2中的支撑单元的六种不同操作配置。

具体实施方式

参考图1，总体上用1来表示用于加工由铝，塑料复合材料等制成的工件的数控加工中心。该加工中心1尤其适合于加工宽的工件，即，其中一个尺寸维度(厚度)明显小于其它两个尺寸维度(宽度和长度)的工件。该加工中心1例如适用于加工用于航空航天和/或汽车工业的工件。该加工中心1设置有一个或多个(已知类型的)操作单元2，各操作单元可以通过两轴或多轴控制。该加工中心1例如可以配置用于切割和/或碾磨和/或钻孔和/或外形修整和/或焊接和/或其它加工任务。

该加工中心1设置有正被加工的工件P的支撑系统3。这里公开的支撑系统3是根据本发明制造的系统的一个实施例。特别地，该支撑系统3可适合于支撑非平面状的工件，例如复杂形状的面板，特别是双曲率面板。在图1中，通过示例的方式，以虚线示出了正被加工的工件P，该工件P具有弯曲面板的形状。

在加工位置的工件P的支撑系统3包括多个支撑单元4。各种支撑单元4可以共同配合以在加工任务期间以稳定的方式整体接合和支撑工件P。各种支撑单元4例如可以按照一行或多行(彼此平行)以有序的方式布置。图2至15涉及支撑系统3的单个支撑单元4。系统3的各种支撑单元4尤其可以彼此相同。

根据这里公开的支撑系统3的类型，将各种支撑单元4容置于凹坑。这种类型仅仅是示例性的。可以使用任何其它(已知)类型。特别地，支撑系统可以设置有一个或多个可移动台架或一个或多个固定台。

每个支撑单元4可以包括至少一个抓头5，该抓头5布置成用于接合和支撑工件P的一部分。抓头5尤其可以是具有真空抓具的类型，例如可以是具有吸盘6的抓头5。该抓头5可以设置有用于在吸盘中产生真空的装置。这种用于产生真空的装置例如可以是基本上已知类型的，因此文中不再进行详细描述。这种用于产生真空的装置例如可以包括将吸盘连接到抽吸装置(未示出)的管道装置(至少部分与球形接头同轴)。

各支撑单元4可以包括至少一个第一致动装置，其布置用于驱动至少一个第一元件7，该第一元件7可以在至少第一(竖直)方向上移动。用8总体指示第一致动装置的固定部分。如在该示例中，第一致动装置可以包括(具有竖向轴线的)线性致动器。该第一致动装置例如可以被电驱动。特别地，该第一致动装置可由伺服电机驱动。可以将第一致动装置设置为流体驱动(气动或液压缸)或另一类型。

特别地，用于抓取工件的各抓头5可以由相应的第一元件7承载，并具有空间定向的能力。特别地，各抓头5相对于相应的第一元件7可以在至少两个自由度中定向。特别地，抓头5可以与第一元件7耦接，如在这种情况下，其可以围绕与第一元件7成一体的球形接头9球形耦接。特别地，抓头5可以由第一元件7承载，可(根据至少两个自由度)在空间中在无数的定向平面中定向。特别地，第一元件7的驱动轴线穿过球形接头9的中心。除了球形接头9，还可以使用其它连接装置(例如包括至少两个转动接头的连接装置)，使得在两个或多个自由度中定向。

各支撑单元4的抓头5可以通过相应的第一致动装置移动，从而可以到达至少一个加工区域(例如图5、10、14和15中所示)和至少一个设置区域(例如图2、3、4、11、12和13中所示)，在该加工区域，抓头5可以接合和支撑工件的一部分，在该设置区域，可以设置抓头在空间的期望方向。在这种情况下，加工区域的位置可高于设置区域的位置。

各支撑单元4可以包括至少一个第二致动装置，其布置用于驱动至少一个第二元件10，该第二元件10可以沿横向于上述第一(轴向)方向的至少第二(周向)方向移动。该第二元件10在这种情况下可以与第一致动装置的固定部分8(通过插入滚动支撑装置)可转动地耦接。该第二致动装置可以通过机械连接(在所公开的实施例中为齿轮式)连接到第二元件10。

如所述，第一致动装置的第一元件7可以按照(竖向)驱动轴线线性运动。上述第一方向因此可以与上述驱动轴线一致。第二元件10可以围绕与第一元件7的上述驱动轴线重合的转动轴线转动。第二方向在这种情况下可以是围绕上述转动轴线的周向方向。

在具体实例中，第二元件10包括与第一元件7的轴线同轴的盘形体。

特别地，各支撑单元4的第二元件10可以布置在上述(位置靠下的)设置区域中。如在该示例中，第二致动装置可以布置于第一致动装置的固定部分8。第二致动装置特别地可包括设置有转子12的马达11(例如电动机)。

各支撑单元4可以包括特别布置在第二元件10上的至少一个连接装置13，以将工件的抓头5和第二元件10可拆卸地连接在一起，使得抓头在设定期望方向期间能够通过第二致动装置移动，下文将进行更好地说明。

特别地，连接装置13可以包括装配装置，该装配装置具有与第二元件10相关联的至少一个凹部/突起，并且可以(通过与上述第一方向平行的轴向插入)和与抓头5相关联的至少一个对应的突起/凹部耦合。当与第二元件10成一体的上述凹部/突起插入与抓头5成一体的上述突起/凹部时，第二活动元件10自身可以沿上述第二(周向)方向牵引抓头5。这种插入在抓头5位于设置区域(对抓头5进行定向的区域)时进行。

如在具体情况中，连接装置13可包括叉形装置(在图6至8中更清楚可见)，其被布置成以可拆卸的(可插入和可取出)装配方式接收抓头5的一个或多个接合部分。

如在本示例中，抓头5可以包括至少一个第一接合部分14，该第一接合部分14适于和布置成根据插入和取出方向(基本上平行于第一元件7的第一运动方向)与连接装置13(叉形装置)接合和脱离。

如在本示例中，抓头5可以包括至少一个第二接合部分15，该第二接合部分15适于和布置成根据插入和取出方向(基本上平行于第一元件7的第一运动方向)与连接装置13(叉形装置)接合和脱离。

如在该特定情况下，第一接合部分14和第二接合部分15布置于工件的抓头5的两个外周区。

特别地，上述两个外周区的位置相对于抓头的中心区正好相对的布置，抓头5在该中心区与第一元件7耦合(特别地，该中心区是抓头5与球形接头9接合的区域)。

连接装置13可以由第二元件10承载，使得可以围绕第一元件7进行轨道运动。抓头5可以由第一元件7承载，使得可以在连接装置13将抓头5连接到第二元件10时，使抓头进行转动运动(基本上与上述轨道运动同轴)。

特别地，连接装置13可以在横向(例如垂直)于第一元件7的线性(竖向)驱动轴线的(水平)运动平面上移动。

当抓头通过第一致动装置放置在上述(位置靠上的)加工区域时，抓头5与连接装置13脱离。

如在本示例中，抓头5可以具有带有抓持轴线X的工件抓持区域，该工件抓持区域面向工件的待接合部分，其中抓持轴线X相对于抓头5的延伸方向Y倾斜设置，其中，抓头沿该延伸方向Y的延伸连接了两个上述外周区(具有接合部份14和15)。特别地，抓头的抓持轴线X可以与上述延伸方向Y形成介于30°和60°之间的角度(更具体地约等于45°)。特别地，抓头的抓持轴线X和延伸方向Y可以是共面的。

各支撑单元4特别地可包括抵挡装置16，该抵挡装置16例如布置于第二元件10，特别地布置于与第二元件10成一体的支撑件19。该支撑件19(其从第二元件10向上突出)可以承载抵挡装置16和连接装置13两者。

该抵挡装置16可以设置成远离抓头5的中心区(抓头在其中与第一元件7耦接以允许在空间定向)。特别地，抓头5的上述中心区可以包括与球形接头9耦接的区域。如在这种情况下，抵挡装置16可以较连接装置13更靠内设置，即，抵挡装置16距球形接头9的中心的径向距离小于连接装置13距球形接头9的中心的径向距离。

上述第一致动装置可以被配置成(向下)移动第一元件7，以首先使抓头5触靠抵挡装置16(的至少一个点)，并因此以这种方式，通过第一元件7的(向下)移位的作用来改变抓头5的方向，而抓头5(特别是抓头5的下表面)仍然与抵挡装置16(的至少一个点)接触。抓头5(的下表面)和抵挡装置16之间的接触迫使抓头5绕球形耦接件转动，从而改变抓头的倾斜度。

各支撑单元4可以包括传感装置17，该传感装置17布置成检测抓头5和第二元件10何时通过连接装置13连接在一起。该传感装置17可以包括有无传感装置或近距离传感装置，来检测抓头的接合部分(14或15)何时插入与第二元件10成一体的相应的连接装置13。该传感装置17特别地可以布置于连接装置13。该传感装置17例如可以包括光学(光电)型、或机电(开关)型、或另一种类型的传感装置。

第一元件7承载抓头5，可以基本上闲置或非锁定的方式定向抓头5。各支撑单元4可包括制动装置18，该制动装置可操作地与相应的抓头5关联，以将所述抓头锁定在期望方向。

该系统将包括控制装置，该控制装置可以包括可编程电子控制装置和计算机程序指令，以适于驱动第一和第二致动装置。

抓头5可以以下面公开的方式定向，例如，以图2的配置开始，其中抓头5的抓持轴线X是水平的(该参考倾斜度被认为是0°)，并且吸盘6的开口的所在平面是竖直的。

为了改变抓头5的方向，制动装置18将解除制动。第一接合部分14与连接装置13耦接(插入叉形装置的腔中)。抓头5的下表面已经紧靠于抵挡装置16(图2)。

为了改变抓头5的方向，可以降低第一活动元件7，例如，降低第一活动元件7直到图3的配置，其中抓持轴线X具有(约45°的)的倾斜度。通过第一元件7的运动作用以及抓头5与抵挡装置16的触靠(图3)，围绕球形接头9转动抓头5来改变抓头5的倾斜度(从图2中的配置转变到图3中的配置)。

特别地，可以降低第一元件7直到延伸方向Y水平；之后可以转动连接装置13以限定抓头5在水平面上的方向；被连接装置13牵引的抓头5的转动能够调节抓头5的摆头，即，能够进行水平调节(摆头角的调节)，从而允许在整个水平面摆头定向。

如果例如第一活动元件7继续被降低，则可以达到图4的配置，其中，抓持轴线X具有几乎竖直的倾斜度(约90°)。第一元件7的这种进一步降低实际上导致抓头5围绕球形接头9进一步转动，此期间抓头5一直抵靠抵挡装置16(图4)。

特别地，第一元件7的进一步降低限定抓头5在竖直平面上的方向；因此抓头5围绕抵挡装置16的转动允许抓头5仰起(elevation)或抬起，即，允许抓头5的竖向调节(倾斜角度的调节)，使得仰起方向能够改变约90°。

对于这里公开的示例，图2和图4中的配置可以认为是抓头5可达到的两个极限倾斜度(最小和最大)。根据预设程序，可以在选定点停止第一元件7的(下降)运动，以获得所期望的倾斜度，该倾斜度可在两个极限倾斜度(最小和最大)之间的所有无数可能的倾斜度之间选择。因此，通过第一致动装置的控制，可以在0°和90°之间的范围内选择抓头5绕水平转动轴线(穿过球形接头9)的倾斜度。

还可以通过控制第二致动装置在0°和360°之间的全范围内选择抓头5围绕竖向转动轴线(穿过球形接头9)的方向。事实上可以通过使连接装置13绕第一元件7轨道运动进一步定向抓头5。这种通过第二元件10的(转动)运动的作用实现的轨道运动可以是全360°转动。连接装置13配置成使得当抓头接合于连接装置时随着连接装置13的轨道运动牵引夹头5。

一旦通过第一致动装置围绕第一(水平)转动轴线和通过第二致动装置围绕第二(竖向)转动轴线达到抓头5的期望方向，制动装置18就会被启动，以将抓头5锁定在具有期望方向的位置，并且第一元件7通过第一致动装置升高，以将抓头5置于加工位置(图5)。

为了执行抓头5的定向的另一调节步骤，从图5中的配置开始，例如为了适合另一个不同形状的待加工工件，可以执行下面所述的任务(参照图10至15)。

第二致动装置对第二元件10转向，使得连接装置13对准靠下布置的接合部分，在本实例中为第二部分15(图10)。

然后，第一致动装置降低第一元件7，使得第二接合部分15接合第一连接装置13，并且抓头5抵靠抵挡装置16(图11)。

第一元件7可以继续下降，使得抓头5的倾斜度被改变(图12)，直到(若需要)极限配置(图13)。在这种情况下，轴线X的倾斜度也可以在0°和90°之间的范围内选择。通过第二转动元件10的牵引作用，抓头5围绕竖向轴线的角位置可以在整个轨道转动(在0°和360°之间)的范围内调节。

一旦抓头5围绕两个转动轴线达到期望方向，制动装置18就会被锁定，并且第一致动装置就可以将抓头5提升到所需高度处的工作位置(图14)。

通过驱动第二致动装置以转向第二元件10，使得连接装置13与靠下布置的接合部分(在该实例中是第一部分14(图15))对齐，可以返回到图2中的初始位置。因此，可以执行新一轮设置以将抓头5设置在期望的方向。

可以首先调整摆头角(摆头角的水平方向)，然后调整仰角或抬起角度(倾斜角的竖向定方向)。

在设置区域中进行摆头角和仰角的调节，根据两个自由度来限定抓头5的位置。活动元件7随后向加工区域的定位(提升)限定了第三自由度。

在上面公开的具体实例中，连接装置13包括(叉形)装配装置，但是也可以使用不同的连接装置，例如磁吸引类的连接装置、具有马达驱动的挂钩装置类的连接装置、或者带离合器装置类连接装置等。

在特定实例中，抓头5围绕球形耦接器定向，但是可以使用具有至少两个自由度的其它类型的运动耦合装置。

在一个示例中，当延伸方向Y为水平方向时，对接合部分14或15与连接装置13进行耦接，以使接合部分14或15布置成提供更大的部位来插入连接装置13的座。