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CN100400230C - 机械加工设备 - Google Patents

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Abstract

一种机械加工设备，可以容易地加工工件，复制加工模型的形状，或者改变扫描或剖面方向的比例。非接触变位仪固定在工具支座的一个表面上，而工具固定在另一个表面上。加工模型与变位仪相对布置，而工件与工具相对。变位仪使用探针测量与加工模型的距离，并输出了输出信号。输出信号使用放大器进行放大，驱动致动器从而伸出工具。放大器的放大程度被设计为可调的。这样，就可以改变相对于加工模型扫描或剖面的比例进行工件的机械加工。

Description

机械加工设备
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备，用于按照加工模型的形状进行机械加工。
背景技术
在预先准备好加工模型的情况下，进行机械加工以获得与模型相同的形状，通常要测量模型的形状和尺寸，根据测量的结果，准备机械加工的程序。然后，根据机械加工程序，依靠操作程序运行加工机械，从而进行机械加工。测量的数据量非常巨大，特别是弯曲的表面或者复杂的表面。因此，多数情况下机械加工程序是自动准备的。如果机械加工程序是自动准备的，就需要有扫描和测量模型形状的设备，存储测量数据的设备，以及将测量的数据转换为机械加工程序的设备。
为了按照如上所述的具有复杂形状的模型自动地进行机械加工，需要有各种不同的设备，例如扫描并测量模型形状的设备，存储测量数据的设备，以及将测量的数据转换为机械加工程序的设备，从而最终进行大规模的机械加工。另外，在测量了加工模型形状的情况下，扫描并测量模型形状的设备本身具有精度误差。同样的，在实际进行机械加工的时候，加工机械本身具有精度误差。由于它们各自都包括有误差的因素，于是就出现了两个误差共同存在的问题并且增大了机械加工最终的误差。此外，它只能够获得按照加工模型形状加工而成的产品。
发明内容
本发明提供了一种机械加工设备，可以容易地加工工件，准确的复制加工模型的形状，或者改变扫描或剖面方向的比例。
根据本发明的一个方面，该机械加工设备按照固定放置的加工模型对工件进行机械加工，其包括：可相对加工模型移动的工具支座，并且布置有可产生位移的工具，以及用于测量与加工模型距离的非接触型的变位仪；用于将在工具支座移动时变位仪测量到的量通过电学放大或减小的装置，以确定工具位移的位移量；以及位移装置，用于根据在工具支座移动时确定的位移量移动工具，从而在变位仪测量加工工具的同时，对工件进行机械加工。
根据本发明的另一方面，该机械加工设备按照加工模型对工件进行机械加工，其包括：固定放置的非接触型的变位仪；可相对变位仪移动的工具支座，并且布置有可产生位移的工具和安装在其上的加工模型，变位仪在工具支座移动时测量与加工模型的距离；用于将在工具支座移动时变位仪测量到的量通过电学增大或减小的装置，以确定工具位移的位移量；以及位移装置，用于根据在工具支座移动时确定的位移量移动工具，从而在变位仪测量加工工具的同时，对工件进行机械加工。
工具支座可以靠第一线性驱动单元往复运动。
第一线性驱动单元可以靠第二线性驱动单元在垂直于第一驱动单元驱动方向的方向上运动，变位仪可以扫描加工模型，而工件可以用工具加工为三维形状，在与变位仪扫描方向相垂直的平面中，具有与加工模型相同的尺寸。
在工具支座往复运动的前进路线上位移装置可以移动工具切割工件，而在返回路线上则可以移动工具不切割工件，从而实现单方向的回程切削。
位移装置可以包括压电元件作为致动器。
根据本发明，如果只有加工模型，即使是很复杂的立体形状，也可以根据加工模型，而不需要准备加工程序，就很容易地进行自动机械加工，并且还可以实现在扫描或剖面方向上进行毫微级减小或增加的机械加工。
附图说明
图1的示意图示出了本发明的第一实施例；
图2示出了控制电路的框图，根据由第一实施例的变位仪获得的加工模型的测量结果，控制工具的伸出量；
图3的示意图示出了本发明的第二实施例；
图4的示意图示出了本发明的第三实施例；
图5的示意图示出了第三实施例中工具刀刃的运动；以及
图6的示意图示出了本发明的第四实施例。
具体实施方式
图1的示意图表示出了本发明的第一实施例。在这个实施例中，工具2和非接触变位仪3固定在工具支座1上。加工模型向与非接触变位仪3相对的方向位移，而工件6向与工具2相对的方向位移。非接触变位仪3测量出非接触变位仪3的探针3a和加工模型5之间的距离。用于在其轴向上驱动工具2的致动器4，根据测量的值进行驱动，控制伸出的量(位移量)，由此用工具加工工件6的相对面(机械加工面)。例如，如果工具支座1从右向左位移，如图1中箭头所示，非接触变位仪3的探针3a测量出与加工模型5的距离。根据测量的结果，控制工具2的伸出量，对工件6进行回程切削加工。工件6的机械加工面(与工具相对的面)在高度方向上(图1中的垂直方向)沿着工具支座1的位移方向被加工成为加工模型的形状。
用作变位仪3的是计量器，例如激光变位仪和静电容量变位仪，可以不接触就测量出测量结果。这样就可以高精度地测量出形状，而不会出现由于探针3a和加工模型5之间的接触摩擦而导致的工具支座的振动。
图2的框图示出的控制电路，用于非接触变位仪3的探针3a测量与要测量的加工模型5表面的距离，其输出用来控制工具2的伸出量。
变位仪3输出的模拟电压由放大器7放大，其输出被输入给致动器驱动单元9。放大器7的构造是，其放大率可以使用因数变更设备8进行调节。致动器驱动单元9驱动用于驱动工具2的致动器4，并且根据输入到致动器驱动单元9的电压值所确定的伸出量伸出工具。最终，按照与变位仪3测得的测量值成比例的伸出量伸出工具，从而将工件6机械加工成为与加工模型5相同的形状。
如图1所示，如果由变位仪3的探针3a测量出的与加工模型5的距离长，工具2的伸出量就增大，工件6的相应的机械加工表面的切入量就增加。另一方面，如果与加工模型5的距离短，工具2的伸出量就减小，工件6的相应的机械加工表面的切入量就减少。由此，工件6的机械加工表面就在高度方向上沿着工具支座1的位移方向被加工成为与加工模型5相同的形状。
由于在控制电路中设置了放大因数变更设备8，如果使用放大因数变更设备8改变了放大器7的放大因数，工具2的伸出量就可以增加或减少。因此，给出的工件加工形状可以根据加工模型5的形状放大或者缩小或者进行类似变化；就是说，工件的形状可以根据放大率或缩小率加工成为与加工模型不同的形状。
致动器4，例如可以使用压电元件。压电元件与变位仪3中的外加电压成比例。因此，如果变位仪3的输出电压用放大器7放大，并通过致动器驱动单元9施加给作为压电元件的致动器4，就可以很容易地根据外加电压与位移成比例地控制工具的伸出量，从而可以以毫微基的精度执行机械加工。
图1的实施例中，使用工具2进行回程切削加工，工具的刀刃并不旋转，而是固定的。然而，也可以高速旋转工具的刀刃，从而进行铣削。
图3的示意图示出了本发明的第二实施例。根据第二实施例，工具2和要测量的加工模型5被固定在工具支座1上。非接触变位仪3布置在与固定在工具支座1上的加工模型5相反的外侧位置上。用与图1实施例相同的方式，根据由非接触变位仪3的探针3a测量出的与加工模型5之间的距离，使用致动器控制工具的伸出量。在这方面，第二实施例与图1中的第一实施例相同，而它的控制电路也与图2中所示的电路相同。然而，在第二实施例的情况中，如图3所示的，如果工具支座1的进程是从右向左位移，如图中的箭头所示，非接触变位仪3的探针3a是从左端向右扫描加工模型5以测量距离。根据测量的结果，控制工具2的伸出量，而是从右向左对工件6进行回程切削加工。最终，工件6加工出的形状与加工模型5成镜像颠倒。
图4的示意图示出了第三实施例，其中包括有滑块11和导轨12的线性驱动单元10固定在图2所示的第二实施例的装置上。滑块11用作工具支座1。加工模型5固定在滑块11的上部，而工具2固定在其下部。变位仪3固定的位置使得探针3a与滑块11相对。工件6布置在与工具2相对的位置。
启动线性驱动单元10使得滑块11沿着导轨12往复，如图4中箭头所示。然后，根据变位仪3的探针3a测量出的与加工模型5的距离，控制工具2的伸出量，由此将工件6机械加工成为与加工模型5相同的形状或者在高度尺寸上增大或减小。工具2相对导轨11往复运动的动作示例如图5中所示。工具2在前进路线上伸出，伸出量根据变位仪3的输出而变化。然而在返回路线上，则不管变位仪3的输出，工具2为退却状态，伸出量为零，不再执行机械加工。换句话说，在返回路线上，致动器驱动单元9输出的值，使得工具2的伸出量为零或者为最小，从而不会对工件进行加工，不去管从放大器的输入值而驱动致动器。这样做，就可以进行单方向的回程切削加工。
在图4所示的第三实施例中，机械加工只是在一条直线上进行回程。然而，如果如图6所示的第四实施例一样加入另一个滑块，就可以根据加工模型的形状加工立体的形状了。
图6中参考标记20代表基座。柱22整体形成在基座20中，非接触变位仪3固定在柱22的端部。还布置了第二滑块21，可相对基座20产生位移。提供给第二滑块21的线性驱动单元10包括第一滑块11和导轨12，如图4中所示的第三实施例。第一滑块11上部带有加工模型5，下部带有工具2，与第三实施例中的方式相同。
第二滑块21的位移方向与第一滑块的位移方向正交(见图6中的箭头)，并且第二滑块21有驱动单元驱动，未示出。最终，构造出的加工机械中工具2的刀刃可以在相互正交的三轴方向上驱动。在图6所示的第四实施例中，第一滑块11的重量轻于第二滑块21。由此，如果第一滑块11高速往复，第二滑块21以分段的速度向一个方向驱动或者往复驱动，变位仪3扫描固定在第一滑块11上部的加工模型5的整个表面。结果，工具2按照加工模型5的形状将工件6加工成为立体的形状，或者是投影形状与加工模型5在平面方向上相同，而高度尺寸放大或缩小。
在上述各实施例中，事实上由于变位仪3的探针3a的尺寸大小，可测量形状的分辨力存在限制。另外，由于工具2刀刃的形状，所加工的形状也存在限制。然而，在这些限制的范围之内，无论多复杂的形状，各实施例都可以根据加工模型5进行机械加工。
要进行加工的形状在滑块位移方向上大体相同。工具2的切割方向是靠变位仪3测量的距离和移动工具2的致动器的位移量之间的比率而确定。因此，如果放大因数变更设备8所改变的扩大程度被调整为变位仪3测量的距离和移动工具2的致动器的位移量之间的比率为1∶1，工件6就可以根据加工模型5的原始大小进行机械加工。如果放大程度被调整为比率为10∶1，工件6就被加工成为高度方向上减小到十分之一的形状。
如果使用压电元件作为致动器，就可以非常好的控制位移。因此，例如如果准备了毫米级的加工模型，使用图6中的第四实施例，就可以加工出只在高度方向上减小到微米级或毫微级的加工模型。压电元件反应很快，因此即使滑块高速位移，也可以根据测量的形状驱动刀刃进行机械加工。

Claims (10)

1.一种机械加工设备，用于按照固定放置的加工模型对工件进行机械加工，包括：
可相对加工模型移动的工具支座，并且布置有可位移的工具，和用于测量与加工模型的距离的非接触型的变位仪；
将在所述工具支座移动时所述变位仪测量到的量电学放大或减小的装置，以确定工具位移的位移量；以及
位移装置，用于根据在工具支座移动时确定的位移量移动工具，从而在所述变位仪测量加工模型的同时，对工件进行机械加工，所述位移装置包括压电元件作为致动器。
2.如权利要求1所述的机械加工设备，其特征在于所述工具支座通过一个第一线性驱动单元作往复运动。
3.如权利要求2所述的机械加工设备，其特征在于在工具支座往复运动的前进路线上所述位移装置移动工具切割工件，而在工具支座往复运动的返回路线上移动工具不切割工件，从而实现单方向的回程切削。
4.如权利要求2所述的机械加工设备，其特征在于所述第一线性驱动单元通过第二线性驱动单元在垂直于第一驱动单元驱动方向的方向上运动，所述变位仪扫描加工模型，而工件用工具加工为三维形状，该三维形状在与所述变位仪扫描方向相垂直的平面中，具有与加工模型相同的尺寸。
5.如权利要求4所述的机械加工设备，其特征在于在工具支座往复运动的前进路线上所述位移装置移动工具切割工件，而在工具支座往复运动的返回路线上移动工具不切割工件，从而实现单方向的回程切削。
6.一种机械加工设备，按照加工模型对工件进行机械加工，包括：固定放置的非接触型的变位仪；
相对所述变位仪移动的工具支座，并且布置有可位移的工具和安装在其上的加工模型，所述变位仪在工具支座移动时测量与加工模型的距离；
将在工具支座移动时所述变位仪测量到的量电学增大或减小的装置，以确定工具位移的位移量；以及
位移装置，用于根据在工具支座移动时确定的位移量移动工具，从而在所述变位仪测量加工工具的同时，对工件进行机械加工，
所述位移装置包括压电元件作为致动器。
7.如权利要求6所述的机械加工设备，其特征在于所述工具支座通过第一线性驱动单元作往复运动。
8.如权利要求7所述的机械加工设备，其特征在于在工具支座往复运动的前进路线上所述位移装置移动工具切割工件，而在工具支座往复运动的返回路线上移动工具不切割工件，从而实现单方向的回程切削。
9.如权利要求8所述的机械加工设备，其特征在于所述第一线性驱动单元通过一个第二线性驱动单元在垂直于第一驱动单元驱动方向的方向上运动，所述变位仪扫描加工模型，而工件用工具加工为三维形状，该三维形状在与所述变位仪扫描方向相垂直的平面中，具有与加工模型相同的尺寸。
10.如权利要求8所述的机械加工设备，其特征在于在工具支座往复运动的前进路线上所述位移装置移动工具切割工件，而在工具支座往复运动的返回路线上移动工具不切割工件，从而实现单方向的回程切削。
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