专利名称：具有多个加工单元的自动机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床，尤其涉及自动机床。
对工件进行多种加工操作的自动机床已经公知。典型地，这种机床包括多个独立的加工单元或在车间地板上以固定形式排列的组合机床。工件传送装置以预定的顺序将工件在加工单元之间短程传送，使每一加工单元对工件进行其加工操作，从而加工成成品。工件传送单元和加工单元之间是整体控制的。
当已证实这种传送机成功地提供了较高工件生产率的同时，它们也需要相当大量的地板空间，因为每一加工单元具有专用的机座并在车间地板上占用专用的位置。另外，考虑到传送机的整体尺寸以及工件的形状尺寸，工件传送装置相当复杂和昂贵。
根据本发明，自动机床包括框架，在其第一位置设有第一工件传送工位；至少两个独立的加工单元，每一单元包括用于夹持工件的机构和用于加工工件的机构；还包括分度机构，其可顺次地把加工单元转到第一工件传送工位，用于把工件传送入加工单元和传送出加工单元。
在本发明的一种形式中，加工工件的机构包括下列之一刀具夹具、刀具主轴、转塔式刀架、模注装置、焊接装置、电加工装置、线切削装置和激光切削装置。
在本发明的一种形式中，工件夹持机构包括下列之一床头箱装置、模具、尾座装置和工作台导承装置。
在本发明的一种形式中，加工单元的顺次分度机构包括安装于框架并可绕轴线旋转的托盘。托盘可带动加工单元绕轴线旋转。
在本发明的一种形式中，加工单元的顺次分度机构还包括由电机驱动的第一齿形带和固定于托盘上并与第一齿形带配合的第二齿形带。
在本发明的一种形式中，机床还包括用于把至少一个加工单元可拆卸地安装于托盘上的机构。该机构包括托盘上的第一环圈式垫板和位于至少一个加工单元上的第二环圈式垫板。第一和第二垫板夹于托盘和加工单元之间。
在本发明的一种形式中，第一和第二垫板由Velcro料制成。
在本发明的一种形式中，在框架的与第一位置间隔的第二位置设置第二工件传送工位。设置的工件传送装置用于在传送工位向加工单元传送工件。在第一和第二工件传送工位之间设置移动工件传送单元的机构。
根据本发明，一种加工工件的方法包括提供工件的步骤；提供第一和第二独立的加工单元，让第一加工单元执行第一加工操作，第二加工单元执行第二加工操作；用第一加工单元对工件进行第一加工操作，之后，改变第二加工单元相对于工件的位置并用第二加工单元对工件进行第二加工操作。
在本发明的一种形式中，第一和第二加工单元各具有工件夹具，而工件加工方法还包括在进行第一加工操作时用工件夹具夹持工件的步骤，在完成第一加工操作之后，从第一加工单元的工件夹具上卸下工件，然后用第二加工单元上的工件夹具夹持工件，进行第二加工操作。
在本发明的一种形式中，改变第二加工单元相对于工件位置的步骤包括绕轴线旋转第二加工单元。
在本发明的一种形式中，第一加工操作包括至少下列之一用刀具切削工件、注射模压工件、焊接工件、电加工工件和激光切削工件。
根据本发明，提供了一种加工多个工件的方法。该方法包括提供第一和第二工件的步骤；提供第一和第二独立的加工单元，每一加工单元包括用于夹持工件的装置和用于加工工件的装置；提供传送工位，用于向第一和第二加工单元传送工件；把第一加工单元移至传送工位；把第一工件传送至第一加工单元的夹持装置；开始用第一加工单元对第一工件进行加工；把第一加工单元从传送工位移开，把第二加工单元移至传送工位；把第二工件传送至第二加工单元的夹持装置；开始用第二加工单元对第二工件进行加工。
在本发明的一种形式中，把第一加工单元移至传送工位的步骤包括绕轴线旋转第一加工单元。
在本发明的一种形式中，加工方法还包括将第二加工单元从传送工位移开的步骤，把第一加工单元移回至传送工位，从第一加工单元卸下第一工件，再把第一加工单元从传送工位移开，把第二加工单元移回至传送工位，然后从第二加工单元上卸下第二工件。
图1是本发明机床的示出其部分截面的主视简图；图2是图1所示机床的俯视简图；图3是图1所示机床的床座、转动托盘和加工单元平台的俯视简图；图4是沿图3的4-4线得到的床座、转动托盘和加工单元平台的横截面图；图5是图4中由线5-5圈出区域的放大简图；图6是图1所示机床的托盘及其驱动装置的俯视简图；图7是图6中线7-7所示区域的放大展开图；图8是本发明的车削加工单元的侧视简图；图9是图8所示单元的右侧视图；图10是图1所示机床的旋转分度驱动的示意框图；图11是图1所示机床的独立的加工单元的简图。
图1和2示出了本发明的自动机床20的简图。机床20包括框架22，在框架22的固定位置设有工件传送工位23，安装于框架上的托盘24可绕竖直轴26转动，四个独立的机床或加工单元28固定于托盘24并绕轴26间隔90°。安装于托盘24上的加工单元28可绕轴26旋转，使得每一加工单元28可顺次转到工件传送工位23，将工件传送进加工单元28或传送出加工单元28。
机床20还包括冷却单元30，其用于向加工单元28提供冷却液和切削液；能量供给单元32，用于向机床20(包括任何加工单元28)的任何需要能量的组件提供电能和液压能；切削屑运输单元34，用于移走来自机床的切削屑和其它加工残余物；筒状切削液挡板36，环绕加工单元28的上部，形成筒状加工罩；环形托盘38，安装于框架22，可绕轴26旋转；自动工件传送器40，固定于托盘38并与其一起绕轴26旋转；筒状安全挡板41，安装于框架22并环绕托盘38和工件传送器40；自动门42和44，位于工件传送工位23，其分别允许进入切削液挡板36和安全挡板41；整体控制单元46，用于控制机床20的组件，包括托盘24、加工单元28、冷却单元30、能量供给单元32、切削屑运输单元34、托盘38、工件传送器40以及自动门42、44；还包括多种管线48，用于在加工单元28与控制单元46、冷却单元30和能量供给单元32之间传送冷却液、切削液、控制信号以及电能和液压能。
冷却单元30、能量供给单元32、切削屑运输单元34、切削液挡板36、安全挡板41、自动门42、44、管线48和整体控制单元46可以是现有的，或采用现有的组件构成，因而就理解本发明而言，不必进一步描述。
清楚地如图3和4所示，框架22包括用于安装托盘24的碗状床座49。托盘24具有刚性的环形外缘50；竖直延伸的中心立柱52；和刚性连接立柱52和外缘50的四个肋板54。外缘50、立柱52和肋板54一起限定了四个开放的加工区域56，其内具有足够的空间用于安装加工单元28以及让加工单元28的许多组件和加工单元28加工的任何工件自由运动。立柱52具有四个纵向延伸的安装表面57，每一表面适于安装一种加工单元28。立柱52还包括纵向延伸的开口58，可允许在管线46和安装于立柱52上的加工单元28之间传送切削液、冷却液、控制信号以及液压能和电能。可以理解到，应在管线46和立柱52之间设有现有的，可旋转的组件，用于传送切削液、冷却液、控制信号、液压能或电能。进一步可以理解到，在加工单元28和立柱25之间必须设置连接部分，用于传送特定类型加工单元28所需的切削液、冷却液、控制信号以及液压能和电能。这些连接部分可以设置于表面57和加工单元28之间的交界面。
清楚地如图5所示，安装的托盘24可以在床座49上绕其轴线旋转，深槽球轴承70的下面的轴承环72固定于床座49，上面的轴承环74固定于外缘50，与现有技术相同，在轴承环72和74之间设置多个滚珠76。因此就理解本发明而言，不必进一步描述轴承70。另外，可以理解到，任何可以承受上述轴向载荷的现有的轴承结构都能用于本发明，可转动地把托盘24安装于床座49。
清楚地如图6所示，提供一旋转驱动装置80，用于绕轴线26旋转驱动托盘24和安装于其上的加工单元，并顺次把加工单元28转向工件传送工位23。驱动装置80包括环形的齿形驱动带82，用于驱动带82的带齿卷盘84，用于驱动主动带齿卷盘84的伺服电机86以及安装于外缘50的外圆周上并与带82驱动配合的被动带齿卷盘88。清楚地如图7所示，被动带齿卷盘88由类似于带82的齿形带89形成，其绕外缘50的外圆周卷绕并借助合适的粘结剂固定于其上，从而不用在外缘50的外圆周上形成带齿卷盘的齿，降低了成本。托盘24和电机86之间的时间控制由带82的啮合齿90与带齿卷盘84、88来保证。如图10所示，在托盘24和床座49之间设置现有的位置传感器91，用于向控制单元46提供信号，反映托盘24相对于床座49和工件传送工位23的转动位置。控制单元46利用信号控制电机86，完成加工单元28相对于工件传送工位23准确的分度。
应理解到，仅仅为描述的目的已示出了驱动装置80的细节，而也可以采用任何形式现有的旋转驱动和定位控制系统来对托盘24和加工单元28进行旋转和分度。例如，驱动电机86可以通过齿轮传动带动托盘24，其可驱动安装于外缘50上的齿圈或旋转安装于立柱52上的正齿轮。
清楚地如图8和9所示，加工单元28是数控车床100。但是，应理解到，加工单元28可以是任何现有的机床，其如图11所示，具有加工时的工件夹持机构28A和对工件加工的执行机构28B。这些现有的机床包括，但不限于，注模机、EDM机床、ECM机床、EBM机床、LBM机床、CMM机床、焊接机器人、线切割机床和激光切削机床。工件夹持机构28A可以包括床头箱装置、尾座装置和工作台导承装置，对于注模机还包括模具。对工件加工的执行机构28B可以包括刀具夹具、刀具主轴、转塔式刀架、注模装置、焊接装置、电加工装置和激光。
也应理解到，在立柱52的每个安装面57上可以安装不同形式的加工单元28。如，可以在一个面57上安装车床100，在另一面57上安装焊接机器人，而另一面57上安装注模机，在最后一个面57上安装激光切削机床。还应理解到，不同形式的加工单元28可以设计成与安装面57相配和的现有结构并可以在加工区域内自由操作。
每一车床100由多个标准组件构成，包括床座或工作台102、主轴或床头箱装置104、第二主轴或尾座装置106、两个转塔式刀架装置108和主轴驱动电机110。床头箱装置104、尾座装置106、两个转塔式刀架装置108和主轴驱动电机110都以现有的形式由控制单元46控制。
床座102是一体结构，包括适于与立柱52的任一安装表面57相配合的安装表面112，一对在床座102的整个长度方向上纵向延伸的侧轨114、116，一在床座102的部分长度方向上纵向延伸的顶轨118，一在床座102的部分长度方向上纵向延伸的且平行于表面112的装卸表面120。床座102还包括沿其纵向延伸的通孔121。通孔121用于安装电机110并有助于散去由车床组件产生的热量。
每一转塔式刀架108包括现有的刀架及其驱动装置130，现有的沿X轴拖动刀架装置130的横向溜板132和沿Z轴共同拖动装置132与装置130的纵向溜板134。一个转塔式刀架108的纵向溜板134安装于侧轨114上，另一个转塔式刀架108的纵向溜板134安装于另一侧轨116上。
床头箱104安装于表面120并由电机110通过皮带136驱动，该电机安装于孔121中。尾座装置106包括纵向溜板138。溜板138安装于顶轨118上，用于沿Z轴拖动尾座装置106。
应理解到，组件102、104、106、108和110是车床100的标准件，可以进行互换。车床100也可以定制成仅把选择的组件安装于床座102。
清楚地如图5所示，环状托盘38安装于床座40，通过沿床座49外圆周间隔设置的悬臂辊子150绕轴26旋转。每一辊子150通过悬臂轴151可旋转地安装于悬臂152上，这些悬臂顺次固定于床座。
托盘38通过图2的驱动装置153旋转驱动和分度，该驱动装置基本上与托盘24的驱动装置80相同。因此，不必详细描述托盘38的驱动装置，其类似于托盘24，可以采用任何现有的旋转驱动和定位装置，绕轴26对托盘38进行驱动和分度。
减振器是在机床的关键连接部分采用工业Velcro固垫板160或其它合适的环圈紧固件，用于把每一机床20的组件与其它组件的振动分隔开。尤其，Velcro固垫板160作为连接部分，设置于立柱52的安装表面57和床座102的安装表面112之间，外缘50和上轴承环74之间，床座49和下轴承环72之间以及床座49和每一悬臂152之间。采用合适的粘结剂把垫板160固定于相应的组件上，再采用合适的紧固件把连接部分固定在一起。如图7所示，在皮带89和外缘50之间也设置了垫板160，并通过带89和外缘50的外圆周配合使用时在带89上产生的圆周张紧力对其加压紧固。减振器，如Velcro固垫板160还有助于加强组件之间的连接。
如果结构上可以保证不会在连接组件之间传递振动，组件之间就不必采用垫板160。
机床20可以具有多种操作模式。例如，在一种模式中，如图1和2所示的机床中，每一加工单元28是车床100，其具有一个转塔式刀架108，床头箱装置104和安装于床座102上的尾座装置106。每一转塔式刀架108装夹刀具组件，这些刀具可以执行所有所需的车削操作，将工件加工成指定的轮廓形状。当通过驱动装置80旋转立柱52，把每一车床100转到工件传送工位23时，把四个工件顺次装夹于相应车床100的床头箱104。完成工件装夹后，立即对工件进行加工，以这种方式，用机床20可以同时地，顺次地对四个工件进行所有所需的车削操作，将工件加工成指定的轮廓形状。每一车床100加工完工件后，转向工件传送工位23，从床头箱卸下加工过的工件，装上未加工的工件。这样，机床20可以连续地加工多个工件。
在另一种模式中，机床20与上述结构相同，只是每一刀架108装夹的刀具组件执行与其它刀架108不同的切削功能。在这种模式中，在第一车床100转到工位23之后，装上第一工件。然后对第一工件进行第一组切削操作。接着，从第一车床100卸下第一工件，装上第二工件。第二车床100转到工位23，装上第一工件，对其进行第二组切削操作，同时第一车床100对第二工件进行第一组切削操作。之后，第一车床100转回至工位23，卸下第二工件，装上第三工件。接着，第二车床100转回至工位23，卸下第一工件，装上第二工件。第三车床100转到工位23，装上第一工件，进行第三组切削操作，同时，第二车床100对第二工件进行第二组切削操作，第一车床100对第三工件进行第一组切削操作。之后，第一车床100转到工位23，卸下第三工件，装上第四工件。然后，第二车床转到工位23，卸下第二工件，装上第三工件。接着，第三车床100转到工位23，卸下第一工件，装上第二工件。随后，第四车床100转到工位23，装上第一工件，对其进行第一组切削操作，同时，第三车床100对第二工件进行第三组切削操作，第二车床100对第三工件进行第二组切削操作，第一车床100对第四工件进行第一组切削操作。之后，第一车床100转到工位23，卸下第四工件，装上第五工件。接着，第二车床100转到工位23，卸下第三工件，装上第四工件。然后，第三车床100转到工位23，卸下第二工件，装上第三工件。随后，第四车床100转到工位23，卸下第一工件，装上第二工件。现在，已加工完第一工件，并将其从机床20卸下，而第四车床100对第二工件进行第四组切削操作，第三车床100对第三工件进行第三组切削操作，第二车床100对第四工件进行第二组切削操作，第一车床100对第五工件进行第一组切削操作。这样，机床20可以连续地对多个工件进行所需的第一、第二、第三和第四组切削操作。应理解到，在这种模式中，只要工件一装上车床100，就会对其进行多组的切削操作。
可以采用人工或工件传送装置40把工件传送入加工单元和传送出加工单元。
如图2所示，若需要增加机床20的机动性，可增设附加的工件传送工位23，用于与多个加工单元28传送工件。还可以在托盘38上增设附加的工件传送装置40来进一步增加机动性。
在本申请中，“独立的加工单元”一般指具有夹持工件和加工工件所需的所有组件的机床。例如，在图1和2中，车床100是独立的加工单元28，因为每一车床100具有用于夹持工件的床头箱104和至少一个用于加工工件的转塔式刀架装置108。
应理解到，本发明的构思是在机床20上可以安装或多或少的加工单元28。例如，托盘24可以设计成只有两个加工区域56，立柱52只有两个安装表面57。又例如，托盘24可以设计成具有八个加工区域56，立柱52具有八个安装表面57，可以安装八个加工单元28。
可以理解到，在一个框架上安装多个独立的加工单元，使加工单元顺次转到工件传送工位，进行工件的装卸，从而使机床20具有现有的传送机的优点，而不需要现有传送机所占的地板空间和每一加工单元以及复杂的工件传送装置所需专用机座的附加成本。
权利要求
1.一种自动机床包括框架，在其第一位置设有第一工件传送工位；至少两个独立的加工单元，每一单元包括用于夹持工件的装置和用于加工工件的装置；还包括分度装置，其可顺次地把加工单元转到第一工件传送工位，用于把工件传送入加工单元和传送出加工单元。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于加工工件的装置包括至少下列之一刀具夹具、刀具主轴、转塔式刀架、注射模压装置、焊接装置、电加工装置和激光切削装置。
3.如权利要求1所述的机床，其特征在于工件夹持装置包括至少下列之一床头箱装置、模具、尾座装置和工作台导承装置。
4.如权利要求1所述的机床，其特征在于分度装置包括安装于框架并可绕轴线旋转的托盘，该托盘可带动加工单元。
5.如权利要求4所述的机床，其特征在于所述轴线是竖直轴线。
6.如权利要求4所述的机床，其特征在于分度装置还包括用于绕轴线旋转托盘的装置。
7.如权利要求6所述的机床，其特征在于所述旋转装置包括电机、由电机驱动的第一齿形带和固定于托盘上并与第一齿形带配合的第二齿形带。
8.如权利要求4所述的机床，其特征在于机床还包括用于把至少一个加工单元可拆卸地安装于托盘上的装置，该装置包括托盘上的第一环圈式垫板和位于至少一个加工单元上的第二环圈式垫板，所述第一和第二垫板夹于所述托盘和至少一个加工单元之间。
9.如权利要求8所述的机床，其特征在于所述第一和第二垫板由Velcro材料制成。
10.如权利要求1所述的机床，还包括第二工件传送工位，设置于框架的与第一位置间隔的第二位置；工件传送装置，用于在传送工位向加工单元传送工件；移动工件传送单元的装置，设置在第一和第二工件传送工位之间。
11.一种加工工件的方法，所述方法包括步骤提供工件；提供第一和第二独立的加工单元，让第一加工单元执行第一加工操作，第二加工单元执行第二加工操作；用第一加工单元对工件进行第一加工操作；之后，改变第二加工单元相对于工件的位置并用第二加工单元对工件进行第二加工操作。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于第一和第二加工单元各具有工件夹具，而工件加工方法还包括步骤在进行第一加工操作时用工件夹具夹持工件，在完成第一加工操作之后，从第一加工单元的工件夹具上卸下工件，然后用第二加工单元上的工件夹具夹持工件，进行第二加工操作。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于改变第二加工单元相对于工件位置的步骤包括绕轴线旋转第二加工单元。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于改变第二加工单元相对于工件位置的步骤包括绕竖直轴线旋转第二加工单元。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于第一加工操作包括至少下列之一用刀具切削工件、注射模压工件、焊接工件、电加工工件、激光切削工件和线切削工件。
16.一种加工多个工件的方法，该方法包括步骤提供第一和第二工件；提供第一和第二独立的加工单元，每一加工单元包括用于夹持工件的装置和用于加工工件的装置；提供传送工位，用于向第一和第二加工单元传送工件；把第一加工单元移至传送工位；把第一工件传送至第一加工单元的夹持装置；开始用第一加工单元对第一工件进行加工；把第一加工单元从传送工位移开；把第二加工单元移至传送工位；把第二工件传送至第二加工单元的夹持装置；开始用第二加工单元对第二工件进行加工。
17.如权利要求16的方法还包括步骤将第二加工单元从传送工位移开；把第一加工单元移回至传送工位；从第一加工单元卸下第一工件；再把第一加工单元从传送工位移开；把第二加工单元移回至传送工位；然后从第二加工单元上卸下第二工件。
18.如权利要求16的方法，其特征在于把第一加工单元移至传送工位的步骤包括绕轴线旋转第一加工单元。
19.如权利要求18的方法，其特征在于所述轴线是竖直轴线。
全文摘要
一种自动机床,包括框架,在其第一位置设有第一工件传送工位;至少两个独立的加工单元,每一单元包括用于夹持工件的机构和用于加工工件的机构;还包括分度机构,其可顺次地把加工单元转到第一工件传送工位,用于把工件传送入加工单元和传送出加工单元。
文档编号B26B19/20GK1185366SQ9712640
公开日1998年6月24日 申请日期1997年12月5日 优先权日1996年12月5日
发明者宫野利治 申请人:宫野利治