微型車床的制作方法
【專利說明】微型車床
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
本申請是2013年3月15日提交的序列號為61/787488的美國申請的非臨時申請，該美國申請的內(nèi)容通過弓I用完全并入本文中。
[0002]置量
1.本申請的領(lǐng)域
本申請大體上涉及機(jī)床，且更具體地涉及構(gòu)造成執(zhí)行小型高精度機(jī)加工或車床操作的機(jī)床。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)的描述
機(jī)床用來通過使用切削刀具的機(jī)械切削工藝制造零件。機(jī)床可手動地操作、機(jī)械地自動化或經(jīng)由計算機(jī)數(shù)字控制(CNC)數(shù)字自動化。一種類型的機(jī)床是微型車床。微型車床可執(zhí)行一些小型高精度機(jī)加工或車床操作。該機(jī)床可包括安裝在基座上的一個或多個可移動的級?；删哂兄髌教贡砻婊蚩删哂行螤顬椤癓”的兩個主平坦表面。大體而言，級安裝在單個主表面上或者安裝在“L”的內(nèi)側(cè)或凹入的正交表面上。
[0004]概要
本申請公開了具有整體式基座的機(jī)床，該整體式基座具有至少兩個互相正交且相對于彼此凸出的平坦表面、安裝至整體式基座的一個平坦表面的第一級以及安裝至整體式基座的另一平坦表面的第二級，第二級與第一級正交。
[0005]在另一實施例中公開了具有整體式基座的機(jī)床，該整體式基座具有至少第一外表面和第二外表面、第一級和第二級，第一外表面與第二外表面正交，第一級安裝至基座的第一外表面，第一級構(gòu)造成沿Z軸移動，第二級安裝至基座的第二外表面，第二級與第一級正交，并且第二級構(gòu)造成沿X軸移動。
【附圖說明】
[0006]在本文中參考附圖描述了本發(fā)明的示例性實施例，其中:
圖1是根據(jù)一個實施例的機(jī)床的透視圖；
圖2是圖1中所不的機(jī)床的備選視圖；
圖3繪出了在外殼內(nèi)的本申請的機(jī)床；
圖4是圖3的局部放大圖；
圖5是根據(jù)一個實施例的計算裝置的框圖。
[0007]詳細(xì)描沐
在這里描述了機(jī)床的實施例。大體而言，機(jī)床構(gòu)造成執(zhí)行小型高精度機(jī)加工操作，例如形成小螺釘、小骨科植入物、微創(chuàng)外科手術(shù)裝置、小型汽車零件(諸如燃料噴射器噴嘴孔)或其它小零件。該機(jī)床包括具有至少兩個平坦表面的整體式基座，該至少兩個平坦表面彼此正交定位且為基座的凸入部分的部件(即，它們形成“L”的外表面，與“L”的內(nèi)表面相對)。為了本申請的目的，該類型的表面將被稱為“凸起正交”的對。這種基座的示例是矩形棱柱基座，其具有多個凸起正交表面的對。然而，可能提供其他形狀和材料的基座，它們包括至少一個凸起正交面的對。機(jī)床包括至少兩個可移動的級，每個級安裝至其中一個平坦的凸起正交表面，并且每個級也相互正交。例如，在一個實施例中，基座具有安裝在基座的其中一個面上的Z級，以及安裝在基座的另一面上的X級和Y級。然而，級的其它配置在其他實施例中也是可能的。
[0008]創(chuàng)建具有如上文所述的基座的機(jī)床的方法提供了若干性能優(yōu)點。首先，凸起正交表面相對簡單以高精度地制造。第二，所描述的整體式基座提供相對高的剛性。第三，如所描述的那樣配置級在小規(guī)模機(jī)加工操作中有特定用途，其中，級行程相對小并且因此可保持級越過其相應(yīng)安裝表面的懸垂相對小，增加級的精度、簡單性和剛性。
[0009]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1繪出了根據(jù)一個實施例的示例性機(jī)床100。如圖所示，機(jī)床100包括整體式基座101，其具有被稱為Z級的第一級102、被稱為X級的第二級104，第一級102布置在第一外側(cè)平坦表面103上，第一外側(cè)平坦表面103為基座的頂部外部面，第二級104布置在第二外側(cè)平坦表面105上，第二外側(cè)平坦表面105為基座101的側(cè)部上的外表面。如圖所示，Z級102和X級104兩者均安裝至整體式基座101的一對凸起正交表面的外側(cè)平坦表面，并且也互相彼此正交。在一些實施例中，并且如圖1中所示，可將被稱為Y級的第三級106安裝至X級104。在一個實施例中，Y級可布置在平行于X級的平面的平面中。
[0010]如進(jìn)一步所述，級安裝在軌道108上，軌道108促進(jìn)沿相應(yīng)的軸的運動。Z級102示出為具有安裝在其上的心軸110，而X級104示出為具有安裝在其上的刀夾112。心軸110可構(gòu)造成保持工件，并且有時或許使工件繞其軸線旋轉(zhuǎn)。作為備選，Z級102可具有固定到其上的心軸，該心軸可構(gòu)造成保持切削刀具，并且有時或許使切削刀具繞其軸線旋轉(zhuǎn)。Z級102也可構(gòu)造成沿一個軸移動，出于參考的目的這里稱為Z軸。
[0011]此外，在該實施例中，X級104和Y級106可具有以一種方式或另一方式固定到其上的一個或多個刀具。作為備選，X級和Y級可具有以一種方式或另一方式固定到其上的加工材料。大體而言，X級104和Y級106構(gòu)造成沿兩個軸的任一者或兩者移動，出于參考的目的這里分別稱為X軸和Y軸，并且X軸和Y軸中的每個軸大致垂直于彼此以及上述的Z軸。X級104和Y級106構(gòu)造成沿著這些軸移動，使得固定到其上的刀具接觸到工件并且或許操縱工件。將其它構(gòu)造的級安裝至單個整體式基座也是可能的。
[0012]此外，機(jī)床100可包括刀具傳感器114和/或視覺攝像機(jī)116 (在圖3中示出)以容許由操作者查看機(jī)器，并促進(jìn)級的運動和相關(guān)聯(lián)的刀具的測量以便執(zhí)行車床操作。圖2繪出了機(jī)床100的備選視圖。
[0013]在其他實施例中，基座101可具有安裝在其上的任何數(shù)量的級，只要有至少兩個彼此正交的級，并且它們安裝在基座的一對凸起正交的平坦面上。在一些實施例中，X級和Y級構(gòu)造成在相同或不同時間沿著相應(yīng)的軸移動。在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)級可安裝至X級或Y級并且大體上構(gòu)造成繞它們相應(yīng)的軸旋轉(zhuǎn)。還存在其他的可能性。
[0014]大體而言，每個級可具有一個或多個與其相關(guān)聯(lián)的其他構(gòu)件以促進(jìn)該多個級的運動和協(xié)調(diào)，以便執(zhí)行機(jī)加工操作。在一些實施例中，將每個級(例如包括Z級、X級和/或Y級)聯(lián)接至促動器，例如高精度滾珠絲杠和馬達(dá)或線性馬達(dá)，以及高精度線性編碼器或一些其他類型的編碼器，以及高精度的線性滑動導(dǎo)軌。這些構(gòu)件中的每個構(gòu)件可由一個或多個計算裝置(例如微控制器或?qū)Ｓ锰幚砥?協(xié)調(diào)，該計算裝置構(gòu)造成執(zhí)行使構(gòu)件以某種方式操縱級和心軸的編程指令，以便執(zhí)行期望的車床操作或銑削操作。
[0015]在一個實施例中，T形槽口刀具臺112構(gòu)造成安裝在X級、Y級和/或X — Y級中的一個上。刀具臺可包括用于刀具裝載的兩個T形槽口并且能夠使用任何易于獲得或定制的刀夾。T形槽口刀具臺可具有三個固定(非旋轉(zhuǎn))的車刀/切刀以及六個活動(旋轉(zhuǎn))的刀具，以及一個將加工材料拉出心軸的夾具。值得注意的是，這些只是示例性規(guī)格，并且在其它實施例中，其它規(guī)格也是可能的。刀具臺112構(gòu)造成安裝在X級和Y級的任一者或兩者上并可保持若干活動刀具、鉆具、切刀和用于執(zhí)行車床操作的任何其他類型的刀具。機(jī)床還可構(gòu)造成具有刀具傳感器，其促進(jìn)由刀具臺保持的刀具的對準(zhǔn)。由于這種和其它配置的結(jié)果，機(jī)床可在相比其他車床更小的空間中適配更多的刀具。
[0016]在一些實施例中，機(jī)床包括其它輔助構(gòu)件，例如刀具傳感器114或3D刀具傳感器。刀具傳感器114可促進(jìn)刀具對準(zhǔn)，使得機(jī)床能在相對較小的區(qū)域中利用更多的刀具。其他優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將是顯而易見的。
[0017]在一個實施例中，刀具傳感器114靠近心軸安裝在Z級上；然而，在其他實施例中，刀具傳感器安裝在其他位置中。此外，機(jī)床還可包括靠近心軸安裝的視覺攝像機(jī)116和/或安裝在X級或Y級上用于保持一個或多個固定或活動的刀具或加工材料的T形槽口臺112。更進(jìn)一步，機(jī)床可安裝在臺架內(nèi)，該臺架可包括沖洗冷卻系統(tǒng)和/或用于與機(jī)床的一個或多個部件交互的用戶界面。
[0018]大體而言，一個或多個上述配置(以及未描述但仍然在本公開的大體范圍內(nèi)的備選配置)提供開放且易于訪問的布局，同時仍然能使機(jī)床在工件上執(zhí)行復(fù)雜的機(jī)加工操作。另外，整體式基座101提供線性定位的級的緊湊、剛性、高精度實現(xiàn)。
[0019]運動平臺技術(shù)也可結(jié)合機(jī)床100使用。例如，在一個實施例中，每個級包括或者聯(lián)接至一個或多個伺服馬達(dá)驅(qū)動的高精度滾珠絲杠或線性馬達(dá)以促進(jìn)級沿相應(yīng)軸的運動。示出的軸承和軌道表示精密線性導(dǎo)軌，其可包括循環(huán)球滑架。級還可包括帶有具有標(biāo)定能力的伺服馬達(dá)驅(qū)動的心軸的滑動主軸箱以促進(jìn)活動刀具加工。此外，主心軸可包括任何類型的零件夾具，例如氣動夾頭閉合器。
[0020]圖3繪出了根據(jù)一個實施例的示為處于關(guān)閉位置的示例性機(jī)床外殼300以及相應(yīng)的用戶接口 302。在一個示例中，機(jī)床外殼300可為模制外殼。如圖所示，機(jī)床100的緊湊布置容許其駐留在機(jī)器外殼中，在一些實施例中其可包括用戶接口 302。如圖3中所示，機(jī)床100以一定的角度安裝在機(jī)器外殼內(nèi)。該角度有助于促進(jìn)切削液和切肩從切削區(qū)移開。該角度可大概在從大約20°至大約90°的范圍之間。用戶接口 302可用于與控制軟件交互以選擇或另外地提供自動車床操作。機(jī)床的其它通用特征可包括5000RPM的心軸、200IPM的進(jìn)給速率以及三軸的級行進(jìn)，其中