专利名称：工件加工设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工件加工设备，特别是用于(机)加工金属工件或纤维增强式复合材料工件的加工设备。
背景技术：
WO 2010/000457A1公开了一种工件加工设备，该工件加工设备包括工件定位装置和相关联的刀具定位装置。该工件定位装置包括工件支座枢转单元，该工件支座枢转单元以设计成使得工件支座可围绕三个或四个枢转轴线枢转。相关联的刀具定位装置包括刀具支座枢转单元，该刀具支座枢转单元设计成使得工作主轴单元可围绕一个或两个枢转轴线枢转。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计简单的加工设备，该加工设备允许对工件进行灵活且精确的五面加工。该目的通过一种工件加工设备实现，该工件加工设备包括用于定位待加工工件的工件定位装置，该工件定位装置包括基架；工件支座(工件保持器)；工件支座枢转单元，该工件支座枢转单元布置在所述基架和所述工件支座之间，并且设计成使得所述工件支座能围绕至少五个枢转轴线枢转；用于围绕旋转轴线可旋转地驱动刀具的工作主轴单元，该工作主轴单元以这样的方式布置在一支架处，即，使得所述旋转轴线相对于水平的X方向倾斜一角度α，其中20°彡α彡70°，特别是30°彡α彡60°，并且特别是 40° 彡 α 彡 50° 。由于工件定位装置包括具有至少五个枢转轴线的工件支座枢转单元，因此可以利用工件定位装置拾取待加工工件、定位待加工工件以便加工、并且最后将工件存放。该工件定位装置例如是机器人(自动机械)或工业机器人。工作主轴单元的旋转轴线相对于水平的X方向倾斜一角α，其中，角α在20°到70°的范围内，特别是在30°到60°的范围内，更特别地在40°到50°的范围。角α有利地等于45°。由于工作主轴单元相对于工件定位装置成一角度地布置在支架处，因此与工件定位装置的至少五个枢转轴线相结合就可以进行工件的五面加工。而且，工作主轴单元在支架上的刚性的-换句话说不可枢转的-倾斜布置使得枢转轴线的总数能保持最小。因此，该加工设备具有简单的设计，这又使成本最优化。该加工设备特别适合于自动加工最大尺寸近似为200mm χ 200mm x200mm并且最大重量为近似^g的工件。该工件例如由诸如铁、铝或钛之类的金属材料或者由纤维增强的复合材料制成。该加工设备中的工件支座枢转单元设计成使得第一枢转部件布置在所述基架处以便能围绕竖直枢转轴线枢转，这种工件加工设备确保了用于工件支座的大间隙，从而允许灵活地利用工件定位装置拾取和存放工件。有利的是，所述工件支座枢转单元以这样的方式设计，即所述第一枢转部件能围绕相关联的枢转轴线枢转360°。这确保了在工件加工设备装载工件时具有高度灵活性。工业机器人的第一枢转部件也称为旋转圆盘(圆盘传送件，carousel)。该加工设备中的工件支座枢转单元以这样的方式设计，即所述工件支座能围绕至少两个特别是至少三个水平的枢转轴线枢转，这种加工设备允许工件灵活地定位。该加工设备中的工件支座枢转单元以如下方式设计，即，第二枢转部件布置在第一枢转部件处，从而能围绕水平的第二枢转轴线枢转；第三枢转部件布置在所述第二枢转部件处，从而能围绕水平的第三枢转轴线枢转；并且第四枢转部件布置在所述第三枢转部件处，从而能围绕水平的第四枢转轴线枢转，这种加工设备确保了简单的设计。在工业机器人中，枢转部件也称为机械手(机械臂)或枢转臂。该加工设备中的工件支座枢转单元以这样的方式设计，即，所述工件支座能围绕至少一个枢转轴线枢转，该至少一个枢转轴线能围绕水平枢转轴线枢转并且不总是水平的，这种加工设备确保了工件的灵活定位。所述枢转轴线例如可以垂直于水平的枢转轴线， 从而与所述枢转轴线相交，因此工件支座能围绕其自身轴线枢转。另外，所述枢转轴线可以垂直于水平的枢转轴线，从而与所述枢转轴线不相交。该加工设备中的工件支座枢转单元以这样的方式设计，即第五枢转部件布置在第四枢转部件处，从而能围绕第五枢转轴线枢转，其中第五枢转轴线垂直于第四枢转部件的第四枢转轴线，这种加工设备具有简单的设计。工件支座不可旋转且可拆卸地布置在第五枢转部件处。该加工设备的第五枢转轴线不与第四枢转轴线相交，这种加工设备提供了侧向加工工件的简单方式。该加工设备的工件支座是工件夹具，这种加工设备允许自动地拾取和存放工件。 工件夹具例如以液压、气动的方式或通过电动马达致动。该加工设备具有用于提供多个不同工件支座的工件支座箱，这种加工设备使得能加工不同类型的工件。为此，不同的工件支座或工件夹具设置在工件支座箱中，这些工件支座或工件夹具可以利用工件定位装置自动地且不中断地进行更换。为此，将可拆卸地布置在工件支座枢转单元处的第一工件支座存放在工件支座箱中，并且将用于加工新类型工件的第二工件支座被拆卸地固定至工件支座枢转单元。第二工件支座允许连续地加工新类型工件，而不必使加工设备停机。该加工设备的支架包括平行于竖直的y方向的第一支架部分，以及布置在所述第一支架部分上的第二支架部分，该第二支架部分朝向所述工件定位装置倾斜，这种加工设备确保在工作主轴单元下方提供用于定位工件的足够大的工作空间。该加工设备的工作主轴单元以悬置的方式布置，这种加工设备确保加工过程中产生的碎屑不会损坏工作主轴单元。在该加工设备中，所述支架的质量叫与工件定位装置的质量mP的比为ms/mP≥2， 特别是ms/mP ≥ 3，更特别是ms/mp≥ 4，这种加工设备确保了高的加工精度。由于支架的质量ms比工件定位装置的质量mp大得多，因此有效地防止了工件加工过程中的振动。在该加工设备中，在支架上尤其是第二支架部分上布置有包括刀具仓和刀具更换器的刀具更换单元，这种加工设备确保了简单迅速地更换刀具。刀具更换器布置在工作主轴单元和刀具仓之间。所述刀具仓例如是圆盘仓，其中刀具支座以这样的方式布置或能以这样的方式枢转，即，所述刀具在执行刀具更换时沿着径向方向伸出。该加工设备的工件定位装置和支架布置在副框架上，碎屑传送器集成在该副框架中，这种加工设备一方面确保了工件定位装置和工作主轴单元相对于彼此的精确定位，同时还可以将加工过程中产生的碎屑有效地运走。该加工设备具有用于将工件输送到所述加工设备和将工件从所述加工设备输送走的至少一个输送装置，这种加工设备使得能自动地将待加工或已加工的工件输送到工件加工设备或从工件加工设备输送走。
从下面对示例性实施例的描述中可以看出本发明的其它特征、优点和细节。在附图中图1示出包括两个输送装置的加工设备的第一透视图；图2示出图1中的加工设备的第一侧视图，其中没有输送装置；图3示出图1中的加工设备的第二透视图，其中没有输送装置；以及图4示出图1中的加工设备的第二侧视图，其中没有输送装置。
具体实施例方式为了加工工件2，加工设备1包括工件定位装置3，该工件定位装置3布置在副框架5的第一副框架部分4上。第二副框架部分6安装至第一副框架部分4，其中设有工作主轴单元8的支架7布置在所述第二副框架部分6上，以便旋转地驱动刀具9。支架7在水平的χ方向上与工件定位装置3间隔开，从而在该支架7与该工件定位装置3之间形成工作空间10。在工作空间10附近，第二副框架部分6具有浴盆的形状，用于接收在加工过程中产生的碎屑。该加工设备1例如安装至基板。工件定位装置3包括刚性地安装至第一副框架部分4的基架11。在基架11上，布置有工件支座枢转单元12，通过该工件支座枢转单元12，工件支座13可围绕五个枢转轴线 14至18枢转。工件定位装置3是工业机器人。为了形成所述五个枢转轴线14至18，工件支座枢转单元12包括五个枢转部件19至23。第一枢转部件19设计成旋转圆盘，该第一枢转部件19围绕垂直的第一枢转轴线14布置成能够通过第一驱动马达M枢转360°。第一驱动马达M集成在基架11内。第一枢转轴线14平行于竖直的y方向，该y方向又垂直于χ方向。第二枢转部件20设计成机械手或枢转臂，该第二枢转部件20安装到第一枢转部件19上，该第二枢转部件20可通过第二驱动马达25围绕水平的第二枢转轴线15枢转。为此，第二枢转部件20的端部枢转地连接至第一枢转部件19。相应地，其形式为枢转臂的第三枢转部件21布置在第二枢转部件20上，该第三枢转部件21可通过第三驱动马达沈围绕水平的第三枢转轴线16枢转。为此，枢转部件20、 21在它们的端部处枢转地互连。其形式为枢转臂的第四枢转部件22布置在第三枢转部件21上，该第四枢转部件
622可通过第四驱动马达27围绕水平的第四枢转轴线17枢转。为此，枢转部件21、22在它们的端部处枢转地互连。其形式为枢转臂的第五枢转部件23布置在第四枢转部件22上，该第五枢转部件 23可通过第五驱动马达28围绕第五枢转轴线18枢转。第五枢转轴线18垂直于第四枢转轴线17，并且不与该第四枢转轴线17相交。枢转部件22、23在它们的端部处枢转地互连。 工件支座13不可旋转地并且可拆卸地安装至枢转部件23的自由端。工件支座13是工件夹具，并且可以例如以液压、气动或机电的方式致动。为了更换工件支座13，该工件支座13可拆卸地安装在第五枢转部件23上。在副框架5的一侧布置有工件支座箱29，以用于提供不同的工件支座13。工件支座13在图1 中仅简略示出。为了将工件2输送到加工设备和从加工设备将工件2输送走，设置有两个呈传送带形式的输送装置30、31，它们与第一副框架部分4相邻地布置在两侧并沿着水平的ζ方向延伸。该ζ方向垂直于χ和y方向，从而形成了笛卡尔坐标系。支架7包括第一支架部分32，该第一支架部分32基本平行于y方向并安装至副框架5。第二支架部分33与第二支架部分32形成为整体，第二支架部分33相对于y方向倾斜一角度β。第二支架部分33具有孔34，工作主轴单元8被引导穿过该孔34，使得该工作主轴单元8的旋转轴线35相对于χ方向朝向工件定位装置3倾斜一角度α。工作主轴单元8因而布置成以一定角度悬置。角α等于角β。角α为20° < α < 70°，特别是 30° ( α彡60°，并且特别是40°彡α彡50°。优选的是，角α等于45°。工作主轴单元8包括用于接收工件9的卡盘36，该卡盘36可通过主轴驱动马达37而被围绕旋转轴线；35驱动。为减弱工件2加工过程中的振动，支架7的质量叫与工件定位装置3的质量mP的比为:ms/mP彡2，特别是ms/mP彡3，并且特别是ms/mP彡4。在第二支架部分33 —侧布置有刀具更换单元38，刀具更换单元38包括刀具仓39 和相关联的刀具更换器40。刀具更换器40布置在工作主轴单元8和刀具仓39之间。刀具更换器40包括具有两个刀具插槽42、43的更换器臂41，其中更换器臂41可通过更换器驱动马达44围绕更换器旋转轴线45枢转。更换器旋转轴线45平行于工作主轴单元8的旋转轴线35。刀具仓39是圆盘仓，并且可通过刀具仓驱动马达47围绕平行于ζ方向的刀具仓旋转轴线46被驱动。刀具仓39包括多个刀具支座48，这些刀具支座48布置在刀具更换位置，使得接收于其中的刀具9径向于刀具仓旋转轴线46延伸。刀具更换位置例如在图2中示出。为将加工过程中产生的碎屑从加工设备1输送走，设置有碎屑传送器49，该碎屑传送器49包括螺旋传送器51，该螺旋传送器51利用传送器驱动马达50可旋转地驱动。碎屑传送器49布置在副框架部分6的与工件定位装置3相反的一侧，其中螺旋传送器51伸入第二副框架部分6中。螺旋传送器51在图2中仅简略示出。为了控制加工设备1，驱动马达对至观、输送装置30、31、主轴驱动马达37、更换器驱动马达44、刀具仓驱动马达47和传送器驱动马达50连接至控制单元52。待加工的工件2通过输送装置30输送至加工设备1。到达加工设备1后，工件支座13利用工件支座枢转单元12朝向工件2枢转。工件支座13抓住(获取)工件2，然后通过工件支座枢转单元12枢转至工作主轴单元8，在该处，工件支座13相对于刀具9定位。 为此，枢转部件19至23包括相关联的测量传感器，这些传感器测量相邻的枢转部件19至 23相对于彼此的位置，从而使得工件2可在绝对坐标系(xyz坐标系)中定位。现在利用刀具9加工工件2。为此，通过主轴驱动马达37围绕旋转轴线35旋转地驱动刀具9。刀具9例如是铣削或钻削刀具。加工过程中产生的碎屑落入第二副框架部分 6的浴盆形状的部分内，并利用螺旋传送器51输送走。工件定位装置3的五个枢转轴线14至18以及工作主轴单元8的倾斜布置使得能够对工件2进行五面加工。由于支架7的质量ms与工件定位装置3的质量mP相比大得多， 所以工件2加工过程中的振动被有效地减弱，因此获得了高加工精度。利用工件支座枢转单元12将已加工的工件2枢转至第二输送装置31，在该处，工件2利用工件支座3存放。输送装置31将已加工的工件2从加工设备1输送走。之后，工件定位装置3能够以上述方式拾取新的待加工工件2。如果作为新类型工件的工件2的加工需要更换工件支座13，则工件支座枢转单元 12使工件支座13移动到工件支座箱四，在该处存放有工件支座13。利用液压、气动或机电手段将工件支座13从第五枢转部件23上拆下。之后，工件支座枢转单元12移动到新的工件支座13，通过该新的工件支座13可抓住作为新类型工件的工件2。将新的工件支座13 联接至第五枢转部件23。之后，工件支座枢转单元12使工件支座13移动到第一输送装置 30，在该处拾取作为新类型工件的工件2。以上述方式继续进行加工。为了更换刀具，使刀具仓39围绕刀具仓旋转轴线46枢转，直到期望的刀具9处于图1中所示的刀具更换位置。在刀具更换位置，刀具更换器48枢转，使得待更换的刀具9 径向于刀具仓旋转轴线46延伸。之后，利用更换器驱动马达44使更换器41沿顺时针方向枢转，以使刀具插槽42接收布置在卡盘36中的刀具9，并且刀具插槽43接收布置在刀具支座48中的刀具9。之后，更换器臂41沿更换器旋转轴线45的方向线性地移动，从而移除刀具9。更换器臂41然后利用更换器驱动马达44枢转180°，并且再次沿着更换器旋转轴线45的方向线性地移动，使得被更换的刀具接收在卡盘36和刀具支座48中。之后，更换器臂41枢转回其初始位置，使得可以利用更换好的刀具9继续加工工件2。所述加工设备1特别适合于加工金属的工件2和/或纤维增强式复合材料的工件 2。
权利要求
1.一种工件加工设备，该工件加工设备包括-用于定位待加工工件O)的工件定位装置(3)，该工件定位装置包括 一基架(11)； -工件支座(13)；和一工件支座枢转单元(12)，该工件支座枢转单元布置在所述基架(11)和所述工件支座(1 之间，并且设计成使得所述工件支座(1 能围绕至少五个枢转轴线(14至18)枢转；一用于围绕旋转轴线(35)可旋转地驱动刀具(9)的工作主轴单元(8)，该工作主轴单元(8)以这样的方式布置在一支架(7)上，即，使得所述旋转轴线(35)相对于水平的χ方向倾斜一角度α，其中20°彡α彡70°。
2.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述旋转轴线(35)相对于水平的χ方向的角α为30°彡α彡60°。
3.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述旋转轴线(35)相对于水平的χ方向的角α为40°彡α彡50°。
4.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座枢转单元(12)以这样的方式设计，即，在所述基架(11)处布置第一枢转部件(19)，以便该第一枢转部件能围绕竖直枢转轴线(14)枢转。
5.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座枢转单元(12)设计成使得所述工件支座(1 能围绕至少两个水平的枢转轴线(15至17)枢转。
6.根据权利要求5所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座(1 能围绕至少三个水平的枢转轴线(15至17)枢转。
7.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座枢转单元(12)以如下方式设计-第二枢转部件00)布置在第一枢转部件(19)上，从而能围绕水平的第二枢转轴线(15)枢转；-第三枢转部件布置在第二枢转部件00)上，从而能围绕水平的第三枢转轴线(16)枢转；以及-第四枢转部件0 布置在第三枢转部件上，从而能围绕水平的第四枢转轴线(17)枢转。
8.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座枢转单元(12)设计成使得所述工件支座(13)能围绕至少一个枢转轴线(18)枢转，该至少一个枢转轴线(18)能围绕水平的枢转轴线(17)枢转并且不总是水平的。
9.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座枢转单元(12)以这样的方式设计，即第五枢转部件布置在第四枢转部件0 上，从而能围绕第五枢转轴线(18)枢转，其中第五枢转轴线(18)垂直于第四枢转部件02)的第四枢转轴线(17)。
10.根据权利要求9所述的工件加工设备，其特征在于，所述第五枢转轴线(18)不与所述第四枢转轴线(17)相交。
11.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件支座(1 是工件夹具。
12.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，设有用于提供多个不同工件支座(13)的工件支座箱(29)。
13.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述支架(7)包括平行于竖直 y方向的第一支架部分(32)，该第一支架部分(3 上布置有第二支架部分(33)，该第二支架部分朝向所述工件定位装置C3)倾斜。
14.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工作主轴单元(8)以悬置的方式布置。
15.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述支架(7)的质量ms与所述工件定位装置(3)的质量mP的比为ms/mP彡2。
16.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述支架(7)的质量ms与所述工件定位装置(3)的质量mP的比为ms/mP彡3。
17.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述支架(7)的质量ms与所述工件定位装置(3)的质量mP的比为ms/mP彡4。
18.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，在所述支架(7)上布置有刀具更换单元(38)，该刀具更换单元包括刀具仓(39)和刀具更换器00)。
19.根据权利要求18所述的工件加工设备，其特征在于，所述刀具更换单元(38)布置在所述第二支架部分(3 处。
20.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，所述工件定位装置C3)和所述支架(7)布置在副框架(5)上，碎屑传送器09)集成在该副框架(5)中。
21.根据权利要求1所述的工件加工设备，其特征在于，设有至少一个输送装置(30， 31)，该至少一个输送装置用于将工件( 输送到所述工件加工设备(1)和将工件( 从所述工件加工设备(1)输送走。
全文摘要
本发明涉及一种加工设备(1)，它包括工件定位装置(3)，该工件定位装置具有工件支座枢转单元(12)，该工件支座枢转单元设计成使得工件支座(13)与待加工的工件(2)一起能围绕至少五个枢转轴线(14至18)枢转。为了围绕旋转轴线(35)可旋转地驱动刀具(9)，工作主轴单元(8)布置在一支架(7)处，其中所述旋转轴线(35)相对于水平的x方向倾斜一角度α，其中20°≤α≤70°，特别是30°≤α≤60°，并且特别是40°≤α≤50°。该工件加工设备具有简单的设计并且允许对工件(2)进行灵活的五面加工。
文档编号B23Q1/25GK102161161SQ20111004031
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月18日
发明者H·朗, W·豪斯 申请人:Mag欧洲有限公司