快速傳動刀具系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】快速傳動刀具系統(tǒng)
[0001]對相關申請的交叉引用
本申請是2013年4月4日提交的美國序列號U61/808，297的非臨時申請，其內容通過引用完全并入此文中。
技術領域
[0002]本申請大體涉及機床，且更確切地涉及配置來實施小規(guī)模的、高精度的機械加工或車床操作的機床。
【背景技術】
[0003]機床被用來利用切削刀具通過機械切削過程制造零部件。機床可以手動地操作、機械地自動操作或者通過計算機數控(CNC)數字化地自動操作。機床可以包括與所述機床一起使用的多個刀具配件。

【發(fā)明內容】

[0004]本申請公開了一種機床配件，所述機床配件包括:整體的彎曲行程引導件、配件刀具軸、馬達和位置反饋傳感器，所述配件刀具軸配置來使所述刀具旋轉且設置在所述整體的彎曲行程引導件內，所述馬達配置來移動所述整體的彎曲行程引導件，以及所述位置反饋傳感器配置來測量所述整體的彎曲行程引導件的位置。在一些實施例中，所述機床配件還包括控制器，所述控制器配置成:(i)以通信的方式聯接至所述馬達；(ii)以通信的方式聯接至一個或更多個外部裝置；以及(iii)使得所述馬達響應于從所述一個或更多個外部裝置所接收到的信號來移動配件刀具軸。
【附圖說明】
[0005]此文中參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，其中:
圖1顯示根據實施例的機床內的示例性的系統(tǒng)布局；
圖2A是根據實施例的機床配件的透視圖；
圖2B是圖2A中所示的機床配件的側剖面圖；
圖3是圖2A中所示的機床配件的分解圖；
圖4A顯示帶有包括控制器的機床配件的系統(tǒng)的一個實施例；
圖4B顯示帶有使用機床控制器的機床配件的系統(tǒng)的一個實施例；
圖5A是描述根據一個示例性切削程序的示例性機床配件運動路徑的圖；
圖5B是描述根據一個示例性切削程序的與相應的機床主軸和機床z工作臺運動路徑相結合的示例性機床配件的運動路徑的3D圖；
圖6是根據一個實施例的計算裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0006]此文中公開了機床配件的實施例。一般來說，機床配件配置成安裝在機床(例如車床、銑床或其它機器)的可移動刀具工作臺上，以實現高速、高精度的機械加工操作。該機床配件包括軸和小型線性致動器，軸可配置來保持切削刀具并且有時使切削刀具繞其軸線旋轉，小型線性致動器配置來保持配件軸并且有時使配件軸相對于配件軸的軸線沿著側向方向移動。
[0007]—般情況下，機床通常包括主軸，主軸可配置來保持工件或切削刀具并且有時使工件或切削刀具繞其軸線旋轉。在一些實施例中，主軸安裝在主工作臺上，主工作臺可以沿一個或更多個軸線移動。通常沿著主軸的軸線方向移動的工作臺被稱為Z工作臺。機床通常還包括至少一個其它的工作臺。工作臺通常包括轉臺，一個或更多個切削刀具和/或刀具配件和/或工件固定至轉臺上并且可以沿一個或更多個軸線移動，以此方式移動使得固定到轉臺上的刀具和/或配件和/或工件接觸靜止或旋轉的工件并且可能操作靜止或旋轉的工件，或者使得固定到轉臺上的刀具和/或配件和/或工件接觸到工件且有時操作靜止或旋轉的工件，或者由靜止或旋轉的切削刀具來操作。
[0008]根據一個實施例以及如圖1中所示的，機床配件安裝在刀具轉臺上并且包括其自身的軸，軸可設置來保持刀具且有時使刀具旋轉。在操作中，刀具轉臺可以繞機床運動以使得刀具配件與工件相接觸，由此執(zhí)行特定類型的機械加工操作，例如銑削工件或者給工件鉆孔。在一些執(zhí)行中，刀具工作臺相當大，以及由于相對欠佳的路徑跟蹤精度以及與大型刀具工作臺有關聯的相對低的速度，因此安裝在刀具工作臺上的刀具不能進行小規(guī)模的或高精度的車床操作。在這些執(zhí)行中，車床配件配置成使得刀具工作臺能夠在配件軸旋轉時保持靜止，以及配件線性致動器以此方式運動以操作工件。
[0009]圖2A、圖2B和圖3示出了根據一個實施例的示例性機床配件100。如所描繪的，機床配件100包括線性致動器，線性致動器包括還用作配件的基座的整體的彎曲行程引導件102，配件具有軸夾、馬達104和位置反饋傳感器106。機床配件100還包括鈑金蓋108以及一個或更多個機械加工蓋110。在一個示例中，整體的彎曲引導件/基座102允許I毫米的位移。但是在其它實施例中，其它位移是可能的。整體的彎曲引導件/基座102可以由金屬或者一些其它材料制成。在圖2A和圖2B中，彎曲引導件/基座102設計為整體的四連桿機構，在桿的端部處具有薄的柔性區(qū)段103，以允許在一個方向上移動的同時在其它方向上保持剛性。彎曲設計使得裝置能提供精確的移動同時還是緊湊的。也可以使用其它的整體的彎曲設計。
[0010]此外，機床配件100包括軸112，軸112適合用于高精度、小型的機械加工操作。例如，用在機床配件中的軸具有總體尺寸小、最大速度(每分鐘轉速)大、功率容量適中以及精度高的特點。如圖所示的軸是一個示例，并且其可在80，000RPM、125瓦下操作，并且具有19.05毫米的直徑和0.002毫米的總指示偏差量。在其它示例中，軸可在大約20，000RPM到大約100，000RPM之間、大約10瓦到大約300瓦之間操作，具有大約15毫米到大約30毫米之間的直徑和小于0.0001毫米到大約0.005毫米之間的總指示偏差量。
[0011]如進一步所述，機床配件包括馬達104，例如可在20鎊的峰值力下操作的音圈。但是，在其它實施例中，其它類型的馬達是可能的，例如交流直線馬達，壓電馬達，主動輪驅動器(capstan-drive)或其它裝置。圖2A和圖2B示出了音圈馬達104的示例性位置，音圈馬達104通過連桿連接到機構，以使得馬達能夠引起致動器在由整體的彎曲引導件/基座102所提供的方向上運動。音圈或類似的馬達提供小的總體尺寸并允許致動器以高的速度和加速度進行移動。
[0012]機床配件100還包括位置反饋傳感器106，例如電渦流傳感器或電容位移傳感器。位置反饋傳感器106以此方式連接到配件100，以測量馬達104和整體的彎曲引導件/基座102的位移。舉例來說，可以使用的其它類型的反饋傳感器包括電感式傳感器、光學傳感器、磁傳感器或者配置來測量刀具配件致動器的位移的現在已知的或將來開發(fā)的任何其它類型的傳感器。
[0013]根據另外的實施例，如圖4A所示，刀具配件可以進一步包括一個或更多個配件控制器114，其可以配置成:(i )接收來自主機床控制器的信息，該信息指示主軸的位置和/或速度，和/或主機床工作臺的位置和/或速度，以及基于此信息(ii)協(xié)調機床配件的軸和小型線性致動器以將機床配件和其旋轉刀具在合適的時間放在合適的位置中，以實施小規(guī)模和/或高精度機械加工操作。在其它執(zhí)行中以及如圖4B所述，機床配件100可以和主機床控制器直接配合，而不使用配件控制器。
[0014]在操作中，根據一個實施例，配件控制器114配置來執(zhí)行所期望的切削程序。一般情況下，切削程序是一組計算機程序代碼或指示，當由刀具配件控制器執(zhí)行時，所述計算機程序代碼或指示使得刀具配件線性致動器相對于工件移動至合適的位置，并且在合適的時間使得配件軸接觸到工件。
[0015]在示例性的切削程序期間執(zhí)行控制回路的過程中，機床配件控制器114將指令信號傳輸到線性致動器，使得馬達和行程引導件以及由此配件的軸112來移動且接合工件。在此移動期間，位置反饋傳感器106實施各種測量并且將反饋信號返回到配件控制器114。重復進行控制回路，同時配件控制器根據反饋信號調整指令信號。在一個實施例中，機床配件的軸112往復移動，接合工件以及從工件解除接合，而機床配件100安裝在其上的刀具工作臺是靜止的。
[0016]此外，在控制回路期間，機床配件控制器114接收來自主機床控制器的信息，該信息指示主軸的位置和/或速度，以及還接收來自機床控制器的指示機床工作臺位置和/或速度的信息。根據一個實施例，機床配件控制器114通過根據從主機床控制器接收的信號調節(jié)其控制信號來進行電子凸輪操作。通過這樣做，機床配件控制器114能夠以此方式調節(jié)配件軸112和旋轉刀具，以補償機床的軸和工作臺的位置和速度中的小改變。因此，機床配件100能夠進行小規(guī)模、高精度的機械加工操作。
[0017]上述實施例的一個優(yōu)點在于，機床配件100能夠和多種不同類型的機器一起使用并和主軸、刀具工作臺和任何其它工作臺協(xié)同工作。例如，在一個示例性操作中，主工作臺和主軸被移動到特定的位置，并且從主控制器發(fā)送啟動信號(例如M代碼)到配件控制器。在收到此信號時，配件控制器開始與主軸同步，且命令主軸以大致恒定的速度旋轉。配件控制器將從反饋傳感器接收指示主軸位置的信息，并且根據上述描述相應地執(zhí)行其切削程序。
[0018]圖5A是描述根據一個示例性切削程序的機床配件的示例性刀具路徑的圖。在所描繪示例中，配件控制器使得刀具在大約1.75秒時開始切削操作。在大約三秒的時間跨度內，刀具使其位置在其0.6毫米的初始X位置和增大的X總位移之間振動，以大約0.4毫米的總位移停