TWI920206B - 用於加工工件的加工裝置及其方法與電腦可讀取儲存媒體 - Google Patents

Abstract

提供一種加工裝置。所述加工裝置包括：耳軸台，所述耳軸台適於保持工件並被設置為藉由樞轉電機圍繞樞轉軸線樞轉，其中，所述樞轉軸線平行於水平面；主軸，所述主軸適於保持切削工具指向上方，並被設置為透過主軸輸送裝置在平行於所述水平面的平面上移動；以及耳軸台輸送裝置，所述耳軸台輸送裝置適於朝向和遠離所述切削工具垂直地輸送所述耳軸台，使得在切削狀態下，從所述工件切削的切屑透過重力從所述工件去除。

Description

用於加工工件的加工裝置及其方法與電腦可讀取儲存媒體

本發明涉及加工。更具體地說，它涉及一種用於加工工件的加工裝置及其方法與電腦可讀取儲存媒體。

今天的許多產品包含至少一個透過加工製造的部件。從智能手機的機身到包含數千個加工部件的飛機。這些產品和部件的複雜性不斷增加。此外，對公差的要求也在越來越高。

製造這些產品的傳統方法是使用從上方用工具加工工件的立式銑床，或使用從側面使用工具的臥式銑床。然而，需要具有更高的精度和對已去除材料的改進處理的改進型加工解決方案。

本發明的一個目的是至少部分地克服現有技術的一個或多個上述限制。特別是提供一種用於以改進的精度加工工件的改進型加工裝置及其方法。

已知透過使切削工具從下方工作，可有效地去除從工件上切削的切屑。此外，所提出的加工裝置中的自由度分佈允許加工裝置更穩定，從而提高精度。

根據第一方面，提供一種加工裝置，包括：耳軸台，所述耳軸台適於保持工件並被設置為藉由樞轉電機圍繞樞轉軸線樞轉，其中，所述樞轉軸線平行於水平面；主軸，所述主軸適於保持切削工具指向上方，並被設置為透過主軸輸送裝置在平行於所述水平面的平面上移動；以及耳軸台輸送裝置，所述耳軸台輸送裝置適於朝向和遠離所述切削工具垂直地輸送所述耳軸台，使得在切削狀態下，從所述工件切削的切屑透過重力從所述工件去除。

所述耳軸台可適於相對於所述切削工具保持所述工件，使得在切削狀態下，由所述切削工具從所述工件切削的切屑透過重力從所述工件去除。

用詞「切削狀態」在此是指切削工具正在處理工件的狀態。

諸如「水平」、「垂直」、「向上」、「側」和「頂部」等相對空間術語用於是指加工裝置的參考系內的位置或方向。具體地，可相對於加工裝置的自下而上的方向（即從耳軸台輸送裝置至耳軸台的方向）或等同於地面的法線方向來理解「頂部」、「向上」和「垂直」。換言之，自下而上的方向可能與重力相反。相應地，術語「水平」、「旁」和「側」可理解為相對於/沿所述地面的位置或定向。用詞「向上」在此是指具有自下而上方向的分量的方向，即與重力相反的方向。

所述主軸可理解為可保持和旋轉所述切削工具的裝置。所述切削工具例如可以是銑削工具。

使所述耳軸台垂直移動意味著它可與所述主軸的水平移動分離。這可能是有利的，因為在所述加工裝置中由於移動一個部件而產生的力不會影響另一個。換言之，例如，所述主軸可在所述水平面上沿一個方向移動，而不會導致所述耳軸台上的所述工件由於所述移動產生的力而振動。因此，在所述加工製程中可實現更高的精度。

所述加工裝置可還包括工件台，所述工件台可旋轉地連接至耳軸台並適於保持工件。所述工件台可被設置為圍繞旋轉軸線旋轉。所述旋轉軸線可與所述樞轉軸線正交。

具有可旋轉的工件台的一個優點是所述工件可旋轉，以使得所述切削工具可到達所述工件的所有側面。此外，所述工件可高速旋轉，以使得可透過所述加工裝置進行車削。

所述加工裝置可包括附加工件台，所述附加工件台可旋轉地連接至所述耳軸台並適於保持附加工件。所述附加工件台可被設置為圍繞附加旋轉軸線旋轉。所述附加旋轉軸線可與所述樞轉軸線正交。具有附加工件台的一個優點是可同時加工兩個工件。或者可將兩個工件同時裝載至所述加工裝置中，然後依次進行加工。

所述加工裝置可還包括附加主軸。所述附加主軸可適於保持附加切削工具指向上方，並被設置為透過所述主軸輸送裝置在平行於所述水平面的所述平面上移動。具有附加主軸可能是有利的，因為可同時加工兩個相同的工件。或者所述兩個主軸可同時加工一個工件。

所述加工裝置可還包括底座支撐結構、側支撐結構和頂部連接結構。所述側支撐結構可在第一端連接至所述底座支撐結構。所述側支撐結構可在第二端連接至所述頂部連接結構。所述耳軸台輸送裝置可連接至所述側支撐結構。所述主軸輸送裝置可連接至所述底座支撐結構。將所述主軸輸送裝置連接至所述底座支撐結構的優點在於，移動所述主軸輸送裝置時所產生的力被所述底座支撐結構拾取並且不影響所述加工裝置的其餘部分，諸如上面懸掛所述工件的耳軸台。同樣，將所述耳軸台輸送裝置連接至所述側支撐結構意味著所述耳軸台的垂直移動不會影響所述主軸。

所述耳軸台輸送裝置在相對的兩端處可連接至所述側支撐結構，使得所述耳軸台在相對的兩端處由所述耳軸台輸送裝置支撐。換言之，所述耳軸台可附接在沿所述樞轉軸線彼此相對的兩個點處。這樣做的優點可能在於上面附接所述工件的所述耳軸台更加穩定，與僅在一端附接的耳軸台截然不同。穩定性對於所述加工裝置的精度可能很重要。

所述側支撐結構可包括用於水平裝載和/或卸載所述工件的至少一個開口。

所述頂部連接結構可包括設置在所述耳軸台上方的開口，以用於垂直裝載和/或卸載所述工件。

垂直裝載所述工件的優點是輸送裝置可在所述頂部連接結構上方運行，由此使得可以減少生產設施中的占地面積。所述輸送裝置可將工件輸送至所述加工裝置和/或從所述加工裝置輸送所述工件。

所述主軸可藉由第一電機沿第一方向可移動地設置在所述主軸輸送裝置上。所述主軸輸送裝置可藉由第二電機沿第二方向可移動地設置在所述底座支撐結構上。所述第一電機與所述第二電機可以是相同的電機。所述第一方向和所述第二方向可平行於所述水平面。所述第一方向可與所述第二方向正交。

所述主軸輸送裝置可沿附接至所述底座支撐結構的軌道移動。

所述加工裝置可還包括切屑輸送器，所述切屑輸送器設置在所述主軸下方以用於將切屑輸送離開所述加工裝置。

用詞「切屑」在此是指由所述切削工具從所述工件去除的任何材料。

所述樞轉軸線可平行於所述第一方向。其優點可以是所述主軸沿所述第一方向的移動對所述耳軸台的樞轉具有最小的影響。

根據第二方面，提供一種使用加工裝置來加工工件的方法，所述加工裝置包括保持所述工件的耳軸台和保持切削工具指向上方的主軸。所述方法包括：透過將所述切削工具施加至所述工件上來從下方加工所述工件；沿第一方向和第二方向在水平面上移動所述主軸，其中，所述第一方向與所述第二方向正交；垂直移動所述耳軸台，由此移動所述工件；透過圍繞樞轉軸線樞轉所述耳軸台來使所述工件傾斜，其中，所述樞轉軸線平行於所述第一方向。

所述方法可還包括將所述工件附接至所述耳軸台。

所述加工裝置可還包括工件台，所述工件台適於圍繞自身的旋轉軸線旋轉並附接至所述耳軸台。所述工件可附接至所述工件台。所述方法可還包括圍繞所述工件台的所述旋轉軸線旋轉所述工件，其中，所述旋轉軸線與所述樞轉軸線正交。

根據第三方面，提供一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，在其上存儲有程序代碼部分，以用於當在具有處理能力的裝置上執行時實現根據第二方面的所述方法。

本發明的其他目的、特徵、方面和優點將從以下詳細描述以及附圖中顯現。除非另外明確說明，否則關於一個方面描述的相同特徵和優點適用於其他方面。

例如，圖1是加工裝置100的截面圖。應當注意，圖1至圖7中的任一個所示的加工裝置應被視為是用於說明性目的示例。不同部件的比例和形狀可能無法反映實際的加工裝置。

加工裝置100可包括耳軸台102。耳軸台102可適於保持工件104。換言之，工件104可固定至耳軸台102。透過液壓裝置或任何本領域技術人員可容易理解的將工件附接至加工裝置的合適手段使工件104可附接至耳軸台102。工件104例如可以是待透過如車削、銑削或鑽孔加工的金屬件。耳軸台102可被設置為圍繞樞轉軸線106樞轉。因此，固定設置在耳軸台102上的工件104也可樞轉。可以說耳軸台102具有第一自由度，即樞轉運動。耳軸台102的樞轉運動可藉由樞轉電機來完成。樞轉軸線106可平行於水平面。作為參考，水平面可以是包含x軸和y軸的平面。樞轉軸線106可平行於y軸。

如本文所示，耳軸台102可在沿樞轉軸線106彼此相對的兩端處附接。或者耳軸台102可僅附接至一端。此外，工件104附接至耳軸台102的區域可與樞轉軸線106有偏移，使得工件104的中心部分可與樞轉軸線106重合。耳軸台102的偏移可根據工件104的大小而變化。例如，偏移可使得耳軸台102和工件104的重心一起靠近樞轉軸線106。因此，附接有工件104的耳軸台102可以更有效且更穩定的方式樞轉並需要更少的樞轉電機的力。

加工裝置100可還包括主軸108。主軸108可適於保持切削工具110。主軸108可旋轉切削工具110，使得可執行銑削或鑽孔。主軸108可被設置為保持切削工具110為向上（即在如本文所示的z軸的方向上）指向。換言之，主軸108被設置為從下方加工工件104，這與將主軸設置在工件上方的傳統垂直加工方式截然不同。使主軸108從下方工作允許有效去除從工件104切削的切屑202，這將結合圖2和圖3在加工裝置100處於切削狀態時進一步討論。

主軸108可被設置為透過主軸輸送裝置112在平行於水平面的平面上移動。因此，可以說主軸108具有第二和第三自由度。結合圖7進一步討論主軸輸送裝置112。

加工裝置100可還包括耳軸台輸送裝置128a、128b。耳軸台輸送裝置128a、128b可適於將耳軸台102朝向和遠離切削工具110垂直輸送。在本文中，耳軸台輸送裝置128a、128b被示出為在耳軸台102的任一側上的兩個軌道並沿z軸輸送耳軸台。可以說，耳軸台輸送裝置128a、128b為耳軸台102提供第四自由度。

到目前為止所討論的加工裝置100因此具有四個自由度並因此可能夠執行4軸加工。然而，如圖1所示，加工裝置100可還包括工件台114。工件台114可旋轉地連接至耳軸台102並適於保持工件104。工件台114可藉由旋轉電機旋轉。工件104可透過使用液壓裝置附接至工件台114。換言之，工件104可固定至工件台114。工件台114可被設置為圍繞旋轉軸線116旋轉。旋轉軸線116可以是工件台114的法線軸線。作為工件台114的法線軸線在這裡可意味著垂直於工件台114的保持工件104的表面。旋轉軸線116可與樞轉軸線106正交。因此，旋轉軸線116可與耳軸台102一起圍繞樞轉軸線106樞轉。可以說工件台114賦予加工裝置100第五自由度，從而使加工裝置100能夠進行5軸加工。工件台114可旋轉工件104，使得切削工具110可到達工件104的所有點。此外，工件台114可高轉速旋轉工件以使加工裝置100能夠進行車削。

加工裝置100可包括底座支撐結構118。底座支撐結構118可以是從下方對加工裝置100提供支撐的任何結構。例如，它可以是加工裝置地板，或只是用於將加工裝置100附接至工廠地板的附件。加工裝置100可還包括側支撐結構120。側支撐結構120可在第一端連接至底座支撐結構118。作為一個示例，側支撐結構120可以是單個封閉體。作為另一示例，側支撐結構可包括一個或多個支柱。例如，四個支柱設置在加工裝置100的四個角落。加工裝置可還包括頂部連接結構122。側支撐結構120可在第二端連接至頂部連接結構122。頂部連接結構122可連接側支撐結構120並賦予加工裝置100附加的穩定性。頂部連接結構122可以是單個封閉體。或者頂部連接結構122可包括一個或多個連接側支撐結構120的梁。在包括四個支柱的側支撐結構120的示例性情況下，頂部連接結構122可包括成對地連接四個支柱的四個梁。

耳軸台輸送裝置128a、128b可連接至側支撐結構120。主軸輸送裝置112可連接至底座支撐結構118。主軸輸送裝置112可沿附接至底座支撐結構118的軌道124a、124b移動。

耳軸台輸送裝置128a、128b可在兩個相對端處連接至側支撐結構120。換言之，耳軸台102可在相對的兩端處由耳軸台輸送裝置128a、128b支撐。

在圖1所示出的加工裝置100可被稱為處於空閒狀態。在這種狀態下，工件104被裝載在加工裝置100中，但此時切削工具不與工件接觸。

圖2示出處於切削狀態下的加工裝置100。在此圖式中，耳軸台輸送裝置128a、128b已經將工件104朝向切削工具110輸送，使得切削工具110可加工工件104。由於主軸108從工件104下方工作，由從工件104去除的材料產生的切屑202可透過重力從工件104上落下。在切削狀態期間，切削工具110在工件104的與切削工具110接觸的點下方（相對於z軸）。加工裝置100可被設置為使得切削工具110在切削狀態期間始終位於工件104的與切削工具110接觸的點下方。在切削狀態期間從工件104去除切屑202可提高產品的光潔度。透過所提出的解決方案，可防止切屑在切削狀態期間聚集在工件中或工件上。加工裝置100可還包括用於將切屑輸送離開加工裝置100的切屑輸送器204。切屑輸送器204可設置在主軸下方。切屑輸送器204例如可結合在底座支撐結構118中或附接在其上。或者切屑輸送器204可包括在底座支撐結構118中的開口，從而允許切屑202從加工裝置100落下。也可透過主軸輸送裝置112設有斜面來去除切屑202。

圖3示出處於切削狀態的加工裝置100的另一視圖。在此圖式中，耳軸台102已圍繞樞轉軸線106樞轉，從而允許切削工具110到達工件104的一側上的點。應當注意，耳軸台102可位於圍繞樞轉軸線106的任何樞轉位置，而不僅僅是圖2和圖3的兩個示例。

圖4示例性地示出具有附加工件台402和附加主軸406的加工裝置100。

附加工件台402可以可旋轉地連接至耳軸台102並適於保持附加工件404。附加工件台402可被設置為圍繞附加旋轉軸線410旋轉。附加旋轉軸線410可與樞轉軸線106正交。如本文所示，附加工件台402可設置在工件台114旁邊。

附加主軸406可適於保持附加切削工具408指向上方。附加主軸406可被設置為透過主軸輸送裝置112在平行於水平面的平面上移動。兩個主軸108、406在主軸輸送裝置112上可被設置為在兩者之間具有固定距離。

如本文所示的加工裝置100可用於同時加工兩個相同的工件104、404。或者加工裝置100可用於使用兩個主軸108、406來加工一個工件104。或者加工裝置100可用於使用一個主軸108來加工兩個工件104、404。

圖5表示垂直裝載狀態下的加工裝置。可在頂部連接結構122中提供開口502。開口502可設置在耳軸台102上方，以用於垂直裝載和/或卸載工件104。換言之，可從上方裝載和/或卸載加工裝置100。在垂直裝載狀態下，耳軸台102可樞轉，以使得可從上方接近工件104。此外，耳軸台輸送裝置128a、128b可將耳軸台升高到頂部位置，以使得容易接近工件104。加工裝置100的垂直裝載狀態可與在加工裝置100上方移動以進行裝載和/或卸載的托盤更換器相容。

圖6示出處于水平裝載狀態的加工裝置。側支撐結構120可包括用於水平裝載和/或卸載工件104的至少一個開口。換言之，加工裝置100可從側面裝載和/或卸載。作為示例，側支撐結構120可在側支撐結構120的未附接耳軸台輸送裝置128a、128b的兩側處設有開口。

在水平裝載狀態下，主軸輸送裝置112可從待裝載或卸載工件104的開口處移開，從而使工件104定位在適合裝載/卸載的高度。加工裝置100的水平裝載狀態可與用於裝載和/或卸載的托盤更換器相容。

圖7從上方以截面俯視圖示出加工裝置100，包含在頂部連接結構122中的開口。更具體地，圖7從上方示出主軸輸送裝置112。出於說明性目的，未包括具有工件台114和工件104的耳軸台102。

主軸108可沿第一方向702可移動地設置在主軸輸送裝置112上。移動可藉由第一電機進行。第一電機可以是線性電機。主軸108可沿主軸輸送裝置112上的軌道126移動。

主軸輸送裝置112可沿第二方向704可移動地設置在底座支撐結構118上。移動可藉由第二電機進行。第二電機可以是線性電機。在此，主軸輸送裝置112被示出為沿底座支撐結構118上的兩個軌道124a、124b移動。然而，軌道的數量可以是一個或多個。

第一方向702和第二方向704可平行於水平面。此外，第一方向702可與第二方向704正交。樞轉軸線106可平行於第一方向702。

圖8是示出用於使用加工裝置來加工工件的方法800的流程圖。加工裝置可包括保持工件的耳軸台和保持切削工具指向上方的主軸。方法800包括多個步驟。下面將更詳細地討論不同的步驟。應當注意，可以任何合適的順序執行這些步驟。

可將工件附接S802至耳軸台。

透過將切削工具施加至工件上來從下方加工S804工件。

透過沿第一方向和第二方向在水平面上移動S806主軸來加工工件。第一方向可與第二方向正交。

透過垂直移動S808耳軸台從而移動工件來加工工件。

透過圍繞樞轉軸線樞轉耳軸台以使工件傾斜S810來加工工件。樞轉軸線可平行於第一方向。

加工裝置可還包括工件台，工件台適於圍繞自身的旋轉軸線旋轉並附接至耳軸台。

可將工件附接S812至工件台。

可透過圍繞工件台的旋轉軸線旋轉S814工件來加工工件。旋轉軸線可與樞轉軸線正交。

即使以特定順序描述，但不同的步驟也可以其他順序以及多次執行。例如，移動主軸、移動耳軸台、使工件傾斜和旋轉工件可同時進行。

從以上描述可看出，儘管已描述並示出本發明的各種實施例，但本發明不限於此，而是還可在所附申請專利範圍限定的主題範圍內以其他方式實施。

100:加工裝置 102:耳軸台 104:工件 106:樞轉軸線 108:主軸 110:切削工具 112:主軸輸送裝置 114:工件台 116:旋轉軸線 118:底座支撐結構 120:側支撐結構 122:頂部連接結構 124a、124b:軌道 126:軌道 128a、128b:耳軸台輸送裝置 202:切屑 204:切屑輸送器 402:附加工件台 404:附加工件 406:附加主軸 408:附加切削工具 410:附加旋轉軸線 502:開口 702:第一方向 704:第二方向 800:方法 S802、S804、S806、S810、S812、S814:步驟

現將參考附圖更詳細地描述本發明的上述和其他方面。這些圖式不應被認為是限制性的；相反，它們用於解釋和理解。 圖1以截面圖示例性地示出處於空閒狀態的加工裝置。 圖2示出處於切削狀態的圖1中的加工裝置。 圖3示出處於切削狀態的圖1中的加工裝置的另一示例。 圖4示例性地示出具有多於一個主軸和多於一個工件台的加工裝置。 圖5示出處於垂直裝載狀態的圖1中的加工裝置。 圖6示出處于水平裝載狀態的圖1中的加工裝置。 圖7以截面俯視圖示出加工裝置。 圖8為示出用於加工工件的方法的步驟的流程圖。

100:加工裝置

102:耳軸台

104:工件

106:樞轉軸線

108:主軸

110:切削工具

112:主軸輸送裝置

114:工件台

116:旋轉軸線

118:底座支撐結構

120:側支撐結構

122:頂部連接結構

124a、124b:軌道

126:軌道

128a、128b:耳軸台輸送裝置

Claims (15)

1. 一種加工裝置，包括：耳軸台，所述耳軸台適於保持工件並被設置為藉由樞轉電機圍繞樞轉軸線樞轉，其中，所述樞轉軸線平行於水平面；主軸，所述主軸適於保持切削工具指向上方，並被設置為透過主軸輸送裝置在平行於所述水平面的平面上移動；以及耳軸台輸送裝置，所述耳軸台輸送裝置適於朝向和遠離所述切削工具垂直地輸送所述耳軸台，使得在切削狀態下，從所述工件切削的切屑透過重力從所述工件去除。
2. 如請求項1所述的加工裝置，其中，所述加工裝置還包括：工件台，所述工件台可旋轉地連接至所述耳軸台並適於保持所述工件，其中，所述工件台被設置為圍繞旋轉軸線旋轉，其中，所述旋轉軸線與所述樞轉軸線正交。
3. 如請求項2所述的加工裝置，包括附加工件台，所述附加工件台可旋轉地連接至所述耳軸台並適於保持附加工件，其中，所述附加工件台被設置為圍繞附加旋轉軸線旋轉，其中，所述附加旋轉軸線與所述樞轉軸線正交。
4. 如前述請求項1至3中任一項所述的加工裝置，其中，所述加工裝置包括附加主軸，其中，所述附加主軸適於保持附加切削工具指向上方，並被設置為透過所述主軸輸送裝置在平行於所述水平面的所述平面上移動。
5. 如前述請求項1至3中任一項所述的加工裝置，還包括：底座支撐結構； 側支撐結構；以及頂部連接結構，其中，所述側支撐結構在第一端連接至所述底座支撐結構，其中，所述側支撐結構在第二端連接至所述頂部連接結構，其中，所述耳軸台輸送裝置連接至所述側支撐結構，並且其中，所述主軸輸送裝置連接至所述底座支撐結構。
6. 如請求項5所述的加工裝置，其中，所述耳軸台輸送裝置在相對的兩端處連接至所述側支撐結構，使得所述耳軸台在相對的兩端處由所述耳軸台輸送裝置支撐。
7. 如請求項5所述的加工裝置，其中，所述側支撐結構包括用於水平裝載和/或卸載所述工件的至少一個開口。
8. 如請求項5所述的加工裝置，其中，所述頂部連接結構包括設置在所述耳軸台上方的開口，以用於垂直裝載和/或卸載所述工件。
9. 如請求項5所述的加工裝置，其中，所述主軸藉由第一電機沿第一方向可移動地設置在所述主軸輸送裝置上，其中，所述主軸輸送裝置藉由第二電機沿第二方向可移動地設置在所述底座支撐結構上，其中，所述第一方向和所述第二方向平行於所述水平面，並且其中，所述第一方向與所述第二方向正交。
10. 如請求項5所述的加工裝置，其中，所述主軸輸送裝置沿附接至所述底座支撐結構的軌道移動。
11. 如請求項9所述的加工裝置，其中，所述樞轉軸線平行於所述第一方向。
12. 如前述請求項1至3中任一項所述的加工裝置，還包括切屑輸送器，所述切屑輸送器設置在所述主軸下方以用於將所述切屑輸送離開所述加工裝置。
13. 一種使用加工裝置來加工工件的方法，所述加工裝置包括保持所述工件的耳軸台和保持切削工具指向上方的主軸，所述方法包括：透過將所述切削工具施加至所述工件上來從下方加工所述工件；沿第一方向和第二方向在水平面上移動所述主軸，其中，所述第一方向與所述第二方向正交；垂直移動所述耳軸台，由此移動所述工件；透過圍繞樞轉軸線樞轉所述耳軸台來使所述工件傾斜，其中，所述樞轉軸線平行於所述第一方向。
14. 如請求項13所述的方法，其中，所述加工裝置還包括工件台，所述工件台適於圍繞自身的旋轉軸線旋轉並附接至所述耳軸台，其中，將所述工件附接至所述工件台，並且其中，所述方法還包括：圍繞所述工件台的所述旋轉軸線旋轉所述工件，其中，所述旋轉軸線與所述樞轉軸線正交。
15. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，在其上存儲有程式碼部分，以用於當在具有處理能力的裝置上執行時實現如請求項13至14中任一項所述的方法。