CN114222645B - 用于对工件进行加工的加工设备和用于加工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件(30)进行加工的加工设备(1)，所述加工设备具有至少一个第一设备部件(10)和至少一个与所述第一设备部件分开地设置的第二设备部件(20)，所述加工设备具有特别是仅五个可操控的加工轴线、即四个旋转轴线(A1、A2、D1、D2)一个平移轴线(T)，所述第一设备部件(10)具有工件容纳部，并且所述第二设备部件(20)具有刀具容纳部(40)，所述第一设备部件(10)和所述第二设备部件(20)分别具有一个第一旋转轴线(A1；A2)，相应的设备部件(10、20)能绕所述第一旋转轴线旋转，所述刀具容纳部(40)和所述工件容纳部能相对于相应的设备部件(10；20)绕第二旋转轴线(D1；D2)旋转，并且所述刀具容纳部(40)能相对于所述第二设备部件(20)移动地构造。所述第一设备部件(10)的第一和第二旋转轴线(A1、D1)以及所述第二设备部件(20)的第一和第二旋转轴线(A2、D2、T)以及所述平移轴线(T)分别在没有中间连接其他加工轴线的情况下相继地设置，所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)至少以一个方向分量沿垂直于所述加工设备的安装底部定义的竖直方向(Z)延伸，并且所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)以一个方向分量沿所述加工设备的水平方向(X)并且在此相对于所述第一旋转轴线(A1)歪斜地延伸。

Description

用于对工件进行加工的加工设备和用于加工的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行加工的加工设备和一种用于对工件进行加工的方法。

背景技术

在工件加工时，一方面要能够对工件尽可能精确地加工。另一方面当然在加工过程中加工速度也起重要作用。关于这一点，关键的当然是借助于刀具、例如钻头、铣刀或锯对工件进行加工，这意味着：这个刀具必须向工件进给。同时，工件和刀具必须在预定的加工时相对于彼此运动。这通常通过如下方式发生：工件和刀具相对于彼此沿着线性轴线移动。根据加工设备的设计，在此当然存在工件容纳部和刀具容纳部，所述工件容纳部和所述刀具容纳部可能也必须支承在滑块或机架上。在平移运动时这样出现，使得有时大质量必须运动经过远的行程，以便实施加工过程。因此，在过去提出：在刀具侧或工件侧使用旋转轴线，以便避免大质量的大平移运动。这样的将平移运动和旋转运动组合的设备例如由US4,115,956、EP0072887A1或DE4242906A1已知。然而，所有这些设备具有如下缺点：所述设备具有很多平移轴线和旋转轴线，这在控制技术上复杂化。

在WO2016/177452A1和GB2308323A中提出：将通常的平移运动完全通过旋转运动代替，除了四个旋转轴线、即分别两个直接相继的用于工件的第一和第二旋转轴线和两个直接相继的用于刀具的第一和第二旋转轴线之外，存在一个平移轴线，该平移轴线用于将刀具向工件进给。已知的设备则通过旋转运动代替移动运动，相应的第一旋转轴线水平地延伸并且在此相对于彼此平行地构造，以便最小化控制技术的计算耗费。

当然，这些设备也具有一定的改善潜力。一方面这样的布置结构的必需的结构空间总还是相对高的，另一方面必须确保：以要加工的工件的装备无摩擦地起作用。

发明内容

因此本发明的任务在于，给出一种加工设备以及一种加工方法，借助于其能够相对于现有技术减少对应的加工设备的结构空间，同时确保以要加工的工件对加工设备的无阻碍的装备或完成加工的工件的取出。

为此，本发明提供一种用于对工件进行加工的加工设备，所述加工设备具有至少一个第一设备部件和至少一个与所述第一设备部件分开地设置的第二设备部件，所述加工设备具有特别是仅五个可操控的加工轴线、即四个旋转轴线和一个平移轴线，所述第一设备部件具有工件容纳部，并且所述第二设备部件具有刀具容纳部，所述第一设备部件和所述第二设备部件分别具有一个第一旋转轴线，相应的设备部件能绕所述第一旋转轴线旋转，所述刀具容纳部和所述工件容纳部能相对于相应的设备部件绕第二旋转轴线旋转，并且所述刀具容纳部能相对于所述第二设备部件移动地构造，所述第一设备部件的第一旋转轴线和第二旋转轴线以及所述第二设备部件的第一旋转轴线和第二旋转轴线以及所述平移轴线分别在没有中间连接其他加工轴线的情况下相继地设置，其中，所述第二设备部件的第一旋转轴线至少以一个方向分量沿垂直于所述加工设备的安装底部定义的竖直方向延伸，并且所述第一设备部件的第一旋转轴线以一个方向分量沿加工设备的水平方向并且在此相对于所述第一设备部件的第一旋转轴线歪斜地延伸。

本发明基于如下思想：通过如下方式避免长的行驶行程，即，将在其他情况下通常的平移运动经由旋转轴线模拟。工件容纳部和刀具容纳部这样相对于彼此绕旋转轴线旋转并且因此代替部分大质量的耗费的并且长作用范围的平移运动。

为此，设置一种用于对工件进行加工的加工设备，所述加工设备具有至少一个第一设备部件和至少一个与所述第一设备部件分开地设置的第二设备部件。在此，所述第一设备部件具有工件容纳部，并且所述第二设备部件具有刀具容纳部。

按照本发明，现在所述第一设备部件和所述第二设备部件分别设有第一旋转轴线，相应的设备部件能绕所述第一旋转轴线旋转。此外，所述刀具容纳部和所述工件容纳部相对于相应的设备部件还能分别绕第二旋转轴线旋转地构造。以这种方式，通过对应的机器控制装置并且对应于预定的加工模式可以经由叠加的旋转运动取得对工件和刀具的相对调节。

当然必须进行刀具向工件的进给。为此规定：所述刀具容纳部能相对于所述第二设备部件移动地构造。因此，利用按照本发明的布置结构能够模拟在加工过程期间在工件与刀具之间的相对调节运动。所述加工设备因而具有特别是仅五个可操控的加工轴线、即四个旋转轴线和一个平移轴线。由此可能的是：将在加工过程中在工件与刀具之间通常设置的平移运动通过绕轴线D1、D2以及A1和A2的旋转运动来代替。由此，由运动的质量要经过的行程能够小地保持并且加工设备能够紧凑得多地设计。按照本发明，所述第一设备的第一和第二旋转轴线以及所述第二设备部件的第一和第二旋转轴线以及所述平移轴线分别在没有另一个加工轴线的中间步骤的情况下相继地设置。通过相应第一和第二旋转轴线和第二旋转轴线和平移轴线直接相继地设置，不设置其他加工轴线并且与此关联地不设置另一个自由度，从而以仅五个加工轴线进行加工。

按照本发明，在此所述第二设备部件的第一旋转轴线至少以一个方向分量沿垂直于所述加工设备的安装底部定义的竖直方向Z延伸，并且所述第一设备部件的第一旋转轴线以一个方向分量沿所述加工设备的水平方向X并且在此相对于所述第一旋转轴线歪斜地延伸。歪斜在这里要以数学的意义理解，据此两个轴线歪斜地彼此相接，如果它们既不相对于彼此平行地延伸也不具有共同的交点的话。

在本发明的意义中，加工轴线是这样的轴线，所述轴线在工件的加工期间通过机器控制装置的刀具来操控。

按照本发明的设备可以具有其他用于调节两个设备部件的轴线，在此，这时当然不涉及加工轴线，而涉及这样的轴线，所述轴线能够实现在真正的加工过程外对两个设备部件的调节。

因此产生下面的配置，其中，从机架或两个设备部件的支座到工件或者从机架或两个设备部件的支座到刀具，能相继的操控的或者说在加工方法期间操控的加工轴线的如下顺序是可能的：

用于第一设备部件的第一旋转轴线/第二旋转轴线和用于第二设备部件的第一旋转轴线/第二旋转轴线/平移轴线。

在一种优选的实施方式中，所述第二设备部件的第一旋转轴线平行于竖直方向Z地或与竖直方向成最大45°的角度地延伸。通过第一旋转轴线的竖直位置或尽可能直立位置可能的是：支承刀具的第二设备部件节省空间地、特别是节省面积地设置。即使在可能在两侧支承能实现刀具的高位置精度的旋转轴线时，第二设备的面积需求是小的，即使旋转轴线的轴承进一步彼此隔开地设置。

在另一种优选的实施方式中，所述第一设备部件的第一旋转轴线与所述第二设备部件的第一旋转轴线成角度地、特别是垂直地延伸和/或平行于水平方向X地延伸。通过轴承的支架和相应第二旋转轴线的驱动装置不在相对于彼此平行的第一旋转轴线上引导的方式决定地，在加工运动中的重叠的空间需求是较小的，从而两个设备部件可以较窄地相对于彼此设置并且这样进一步减少空间需求。相应第一旋转轴线的驱动装置也在这样的布置结构中不在一个平面中并排地设置，于是在驱动装置的布置结构中不必考虑相应其他驱动装置的空间需求。

按照一种特别优选的实施方式，所述第一设备部件仅在一侧能绕其第一旋转轴线旋转地支承。对第一设备部件的一侧支承具有两个优点。一方面沿轴向方向的结构高度较小，因为省去对旋转轴线的对置的第二支承，另一方面通过缺乏第二支承，对于操作者和/或装备机器人和/或输送布置结构增大用于容纳工件的访问区域。

在另一种特别优选的实施方式中，所述第二设备部件在两侧能绕其第一旋转轴线旋转地支承。在两侧支承允许对要旋转的部件的较精确的引导。因为旋转轴线竖直地或至少尽可能直立地设置，通过在两侧支承，第二设备部件的面积需求不增大或几乎不增大。

补充于此，按照另一种优选的实施方式，所述刀具容纳部和/或所述工件容纳部能经由旋转盘或经由另外设计的旋转机构旋转地构造。在这里，旋转盘或旋转机构可以经由对应的马达位置准确地调节。此外，旋转盘或旋转机构也能实现关于所使用的刀具架或工件的大易变性。

按照一种特别的实施方式可以设置，相应的设备部件的第二旋转轴线不平行于、特别是垂直于相应的设备部件的相应的第一旋转轴线地延伸。也就此能够特别是在垂直的实施方式中，使操控和为此必需的控制软件特别有利地构造并且使计算耗费最小化。

证实为特别有利的是：所述第二旋转轴线相对于所属的设备部件位置固定地设置。这意味着：不存在第二旋转轴线相对于设备部件的移动、例如平移运动。在此有利的是：相应的设备部件的两个旋转轴线不是相对于彼此歪斜地设置、而是处于一个平面中、亦即交叉。这种布置结构显著简化工件相对于刀具的定位。有利地，在第一设备部件上，两个旋转轴线的交叉点可以处于设置在设备部件上的工件中。由此，减少为了使工件运动所需的力。

按照本发明的用于加工工件的方法借助于上面描述的加工设备实施。在此，实施如下步骤：

将工件设置在工件容纳部上，

将刀具设置在刀具容纳部上，

对工件进行加工，通过使工件绕所属的第一和/或所属的第二旋转轴线旋转和/或使刀具绕所属的第一旋转轴线和/或所属的第二旋转轴线旋转来调节工件与刀具之间的相对位置，并且所述刀具容纳部相对于所述第二设备部件对应于工作位置地在平移轴线上移动。

所有上述轴线是在本发明的意义内的加工轴线，借助于机器控制装置对应于希望的加工过程地操控所述加工轴线以用于改变旋转位置或平移位置，以便实现刀具与工件之间的相对运动。

证实为有利的是：所述刀具容纳部相对地相对于所属的第二旋转轴线进行平移移动。

附图说明

下面借助在图1中示出的实施例详细解释本发明。

图1在透视的示意图中示出本发明的一种实施方式。

具体实施方式

按照本发明的设备具有至少两个、例如块状的设备部件10和20。每个所述设备部件10、20能绕第一旋转轴线A1或A2旋转地支承。所述设备部件10、20用于安放工件30(未示出)或刀具架40，所述刀具架可以容纳一个或多个刀具41。所述刀具架40特别是可以是更换式刀具架。不仅在第一设备部件10上在未详细示出的工件容纳部中容纳的工件30、而且刀具架40分别相对于所属的设备部件10、20能绕第二旋转轴线D1或D2旋转地支承，例如支承在可旋转的刀具或工件容纳部中。为此，如在示出的示例中表示的那样可以提供：将工件30安放在用作工件容纳部的旋转盘31上，所述旋转盘又能绕旋转轴线D1旋转地支承在第一设备部件10上。同样地，刀具架40或者说刀具容纳部可以设置在旋转盘21上，所述旋转盘支承在设备部件20上。优选地，旋转轴线D1和D2分别垂直于所属的旋转轴线A1和A2地设置。当然，同样可设想其他布置结构。当然，为了绕第二旋转轴线D1或D2的旋转不必强制使用旋转盘，也可设想其他旋转机构。

在这个实施例中，支承具有刀具41的刀具架40的第二设备部件20这样设置，使得第一旋转轴线A2处于竖直。设备部件20具有沿第一旋转轴线A2的最大延伸尺寸，因为在旋转盘21旁边设置有相应弯曲的支承端部。这个最长延伸尺寸在这个实施例中竖直地设置，从而在水平平面XY中的延伸尺寸小地保持。第二设备部件20在机架2上在下面支承在承载板5上并且在上面支承在上面的支承板3上，由此能实现对刀具41的非常精确的引导。轴线A2的(在这里未示出的)驱动装置设置在由设备部件10、20要求的加工空间之下和/或之上。

第一设备部件10能绕旋转轴线A1旋转地设置在后壁4上并且在此在一侧支承。驱动装置设置在加工空间后面并且因此与第二设备部件20的旋转轴线A2的驱动装置没有空间冲突。由此，两个设备部件10、20可以较近地靠拢，由此进一步减少在平面中的面积需求。通过对第一设备部件10的一侧支承，开放在旋转盘31上的工件容纳部之前的空间，由此一方面使第一设备部件的面积需求小地保持并且另一方面使进入工件容纳部变得容易。因此，操作者、机器人或输送装置较靠近工件容纳部并且可以这样可靠地并且准确地放置工件。在此也有利的是：第一旋转轴线A1水平地设置，因为这时旋转盘31可以连同工件容纳部这样旋转，使得旋转盘水平地定向，这使得特别是对重的工件的放置和定向变得容易。

最后，在示出的示例中规定：刀具架40还具有平移轴线T，所述平移轴线能实现对刀具架40和因此在其上容纳的刀具41朝工件30的方向进给。这例如经由可以沿箭头方向T运动的滑块发生。所述平移移动当然可以通过不同于在这里示出的滑块的其他辅助刀具发生、例如线性驱动装置或类似物。

利用这种配置已经能够使刀具41和工件30任意地相对于彼此定位，设备部件10、20本身仅必须绕轴线A1或A2偏转并且否则仅工件30和刀具41相对于彼此经由轴线D1和D2旋转。亦即本来规定的在工件30与刀具41之间的平移运动通过绕轴线D1、D2以及A1和A2的旋转运动来代替。

因此，利用按照本发明的设备可能的是：使特别是宠大地构造的设备部件10、20仅最小地运动(偏转)，从而大质量仅必须实施相对小的运动行程，所述设备部件原则上用作用于在其上设置的旋转盘21、31、刀具架40和工件30的轴承体。同样地，工件30和刀具架40的情况是：所述工件和刀具架本身在对工件30进行加工时也只必须实施小的旋转运动并且是不耗费的并且在大的距离上平移地移动。

在按照本发明的方法中，所述加工轴线借助于在这里未示出的机器控制装置对应于要实施的加工过程地操控，从而工件与刀具之间的相对运动对应于预定的运动行程地调节，所述机器控制装置然而可以是加工设备的部分。

Claims (12)

1.用于对工件进行加工的加工设备(1)，所述加工设备具有至少一个第一设备部件(10)和至少一个与所述第一设备部件分开地设置的第二设备部件(20)，所述加工设备具有五个可操控的加工轴线、即四个旋转轴线和一个平移轴线(T)，

所述第一设备部件(10)具有工件容纳部，并且所述第二设备部件(20)具有刀具容纳部(40)，

所述第一设备部件(10)和所述第二设备部件(20)分别具有一个第一旋转轴线，相应的设备部件(10、20)能绕所述第一旋转轴线旋转，

所述刀具容纳部(40)和所述工件容纳部能相对于相应的设备部件(10、20)绕第二旋转轴线旋转，并且

所述刀具容纳部(40)能相对于所述第二设备部件(20)移动地构造，所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)和第二旋转轴线(D1)以及所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)和第二旋转轴线(D2)以及所述平移轴线(T)分别在没有中间连接其他加工轴线的情况下相继地设置，

其中，所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)至少以一个方向分量沿垂直于所述加工设备的安装底部定义的竖直方向(Z)延伸，并且所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)以一个方向分量沿加工设备的水平方向(X)并且在此相对于所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)歪斜地延伸。

2.按照权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)平行于竖直方向(Z)地或与竖直方向成最大45°的角度地延伸。

3.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)与所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)成角度地和/或平行于水平方向(X)地延伸。

4.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，所述第一设备部件(10)的第一旋转轴线(A1)垂直于所述第二设备部件(20)的第一旋转轴线(A2)地和/或平行于水平方向(X)地延伸。

5.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，所述第一设备部件(10)仅在一侧能绕其第一旋转轴线(A1)旋转地支承。

6.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，所述第二设备部件(20)在两侧能绕其第一旋转轴线(A1)旋转地支承。

7.按照权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述刀具容纳部(40)和/或所述工件容纳部能经由旋转盘(31、21)旋转。

8.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，相应的设备部件(10、20)的第二旋转轴线不平行于相应的设备部件(10、20)的相应的第一旋转轴线地延伸。

9.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，相应的设备部件(10、20)的第二旋转轴线垂直于相应的设备部件(10、20)的相应的第一旋转轴线地延伸。

10.按照权利要求1或2所述的加工设备，其特征在于，所述第二旋转轴线相对于所属的设备部件(10、20)位置固定地设置。

11.用于利用按照权利要求1至10中任一项所述的加工设备加工工件的方法，所述方法具有如下步骤：

将工件设置在工件容纳部上，

将刀具(41)设置在刀具容纳部(40)上，

对工件进行加工，通过使工件绕所属的第一旋转轴线和/或所属的第二旋转轴线旋转和/或使刀具(41)绕所属的第一旋转轴线(A2)和/或所属的第二旋转轴线(D2)旋转来调节工件与刀具(41)之间的相对位置，并且

其中，使所述刀具容纳部(40)相对于所述第二设备部件(20)对应于工作位置地在平移轴线(T)上移动。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述刀具容纳部(40)相对地相对于所属的第二旋转轴线(D2)进行平移移动。