专利名称：用于铣床的刀架和铣床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于铣床的刀架、铣床、和铣削方法。 根据本实用新型的刀架、机械和方法，允许自动地且极紧公差地进行铣削、 倒角和圆角或其它加工过程，甚至在不知道现有工件表面的具体几何尺寸情况 下。更尤其是，本实用新型将允许在先前通过铣削产生的已知几何参数的角落 边缘，但较佳地仅对那些机械参考书不能确定位置的表面进行控制地倒角/圆 角。
背景技术：
本实用新型较佳地发现了在CNC多轴线机械刀具领域的应用，通常用于 航空工业，以在翼形结构和机身段的面板上进行铣削、倒角和圆角操作。就是 说，本实用新型还发现了其它工业部分、如汽车制造应用的优点。
在航空制造业，通常必须在机身面板上切出开口以提供用于窗和货物门的 环绕物。这些开口通过铣削操作形成，所述铣削操作包括刺穿面板和切掉一个 孔，孔的形状与要安装的窗或门的轮廓相配。
窗和门随后的安装必须以保证窗和周围面板呈现的表面的光滑的连续性， 最小化任何会引起垂直气流并不合需要地增加航空器的整体启动阻力的凸起 和脊。例如，门密封必须与外层的面板紧密平齐，且相应地，当切除开口时， 边缘或缘产生在面板的外表面接触切口面处，其将被倒角或圆角以接收门密封 件。倒角的宽度必须围绕整个预定开口的周界轮廓保持恒定以容纳门或窗，这 样基本上恒定厚度的密封件将在任何给定点位于与面板平齐。
为了产生倒角，现有技术设计的多轴线铣床被编程以跟随存在的轮廓，例 如，通过切有开口的面板弯曲表面上的门开口的周界边缘。多轴线机械获得面 板表面形式为表示理想或名义表面的数学方程的信息，以及同样不完全相应于 面板的实际表面。实际上，不论是沿着机翼段的平坦表面，还是机身上的弯曲表面，实际表面经常偏离名义表面。物理上，这种偏离证明是一系列从名义表 面正向或负向的波动偏移和从面板制造方法的偏离。
因此，当多轴线机械上的刀具头的移动跟随名义表面的编程线，刀具啮合 实际表面时，产生倒角或圆角或深度不同于编程深度且不恒定的凹槽，通过未 知值的波动沿着加工路径相遇确定。
一因素迄今已经影响铝合金面板的准备，这种偏离的影响在由复合材料， 如碳纤维制成的面板情况下现在更加显著。事实上，在碳纤维形成的面板上加 工深度中的错误是特别地危险，因为存在可能断裂的风险，从而母体、和结果 是面板的结构完整性受到危害。
相应地，在碳纤维合成物上形成倒角时的标准操作方法是使用具有深度挡 件的手工刀具，所述挡件提供与不规则表面的接触并严格地与被倒角的角落边 缘啮合的刀片相关。因此操作者沿着表面滑动深度挡件，同时用刀片从角落边 缘移除材料以形成倒角或圆角。
本申请人发现该领域的现有技术可从各种观点加以改进。
尤其是，反映现有技术的多轴线CNC机械不能以恒定深度自动铣削、倒角 或圆角同时补偿所涉及表面的不规则性。
手工进行这种操作是费力的且加工慢、且不能与现代工业的通常生产速度 相协调。由于工件的精致性，此外，尤其是当使用纤维加强复合物时，它必须 委托给特别的技术人员进行操作，但仍然倾向于有人工错误。此外，通过切削 和加工所述类型的复合材料产生的碳尘的确对任何用手工进行这些操作的人 都很有害。
发明内容
本实用新型的目的是涉及用于铣床的刀架，以及铣床和铣削方法，它们将 基本不具有上述缺点。
尤其是，本实用新型的目的是提供允许自动地在实际表面上进行控制地铣 削过程的一种刀架、 一种机械和一种方法，所述实际表面占据关于编程入机械 的名义表面的任何给定位置。
同样，本实用新型的目的是提供一种刀架、 一种机械和一种方法，它将使凹槽下沉，为边缘倒角或圆角并自动移除毛刺或飞边，同时还保持相对于工件 的实际表面恒定的加工深度，尤其是当工件由复合材料(较佳地含有碳)造成 的情况下。
本实用新型的另一目的是提供一种能够用来与任何数控机械、尤其是多轴 线机械刀具联合使用的刀架。
根据上述目的，本实用新型提供一种用于铣床的刀架，包括 一第一旋转 部分，装备有可附连在铣床的驱动输出轴上的联接器； 一第二旋转部分，随着 所述第一部分转动并装备有心轴卡盘， 一刀具可夹在所述心轴卡盘上；所述刀 架包括检测由被铣削的实际表面呈现的波动的装置，以及所述第二旋转部分可 相对于所述第一旋转部分轴向移动，因此跟随所述波动并保持恒定铣削深度。
根据上述目的，本实用新型还提供一种铣床，所述铣床包括上述的一个或 多个所述的刀架。
本实用新型的优点是，本实用新型涉及的刀架将与抽取器结合更好的运行， 所述抽取器安装在其外部或包含进刀夹，或包含进刀架本身，以确保持续移除 碳尘，碳尘不仅对操作者的健康有害而且对机器和设备有磨损且有害。刀架将 还内部受压以防止任何磨损粒子的侵入，例如通过第一壳体和第二壳体之间的 相互接触的环形面积。尤其是，在第一和第二旋转部分之间形成的腔保持在充 分过压以防止碳尘进入通过密封件，从而实现本实用新型的目的。
本实用新型先将以示例方式详细说明，参考附图，其中 -图1示出了根据本实用新型的刀架的侧视图； -图2是通过图1的刀架的纵向截面； -图3a和3b是呈现波动涉及表面的铣削工件的立体图； -图4是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中 骤的示意-图5是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中 骤的示意-图6是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中
一种操作步 一种操作步 一种操作步骤的示意-图7是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中一种操作步
骤的示意-图8是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中一种操作步 骤的示意-图9是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中一种操作步 骤的示意-图10是用可连接在本实用新型刀架上不同刀具相应地进行其中另一种操 作步骤的示意图。
具体实施方式
参照附图，标号l表示刀架整体。刀架1较佳地装在数控多轴线机械刀具 上，以下仅用一般术语描述，为常规型，且未在图中示出。
机械刀具通常包括上面安装有主轴箱，带有刀架1的床体，相对于同一床 体沿着多个配置轴自由移动。主轴箱和刀架1可通过连接在处理和控制单元上 的驱动装置定位在不同轴上并还用于根据编入控制单元的数据控制刀具围绕 相对加工轴线的旋转。主轴箱包括卡盘安装在上面的支撑部件、可移动地与卡 盘连接的刀架1。因此心轴卡盘可围绕相应机械轴线旋转并通过适当的驱动刀 具设定旋转，未示出，其方式为通过刀架1带动的铣削切割型刀具U被设定 旋转并执行加工操作。
专业术语"铣削"用在本说明书中是指一种机械加工操作，其中铣削刀具 围绕它的纵向轴线X旋转伴随着刀架沿相对纵向轴线X倾斜，且通常横向于 该相同轴线X的方向进给运动。进给运动沿着实际表面'Sr'进行或其中进 行切割，其方式为获得在已经形成的角落边缘上的例如凹槽、圆角'r'或倒 角's'，或移除毛刺或飞边'b'(图3b)。
参见图2，尤其是，刀架l包括第一旋转部分2，所述第一旋转部分2具有 连接在常规铣削中心(未示出)的驱动输出轴上的联接器3，因此将产生需要 的动力来设定铣削刀具U围绕加工轴线X旋转。与加工轴线对准的刀架1的 第二部分4，被设定与第一部分2 —起旋转并还能相对第一部分2轴向移动。第二部分4终止于卡盘5，铣削刀具U通过该卡盘容纳并夹住。
在所述和所说明刀架的优选实施例中，第一旋转部分2占据第一壳体6， 它还通过轴承7可旋转地联接到壳体6上。第一壳体6相对于第一旋转部分2 被轴向阻止，并设置有附加物8，其方式为它坚硬地联接到机械的刀夹上。相 应地，第一壳体6固定地保持锚定在刀夹上，而第一旋转部分2联接到驱动输 出轴上并在壳体6内转动。
第一旋转部分2远离具有联接器3的一端的外端9具有轴向孔10，可滑动 地容纳从第二旋转部分4突出的轴11。孔10和轴11定形为从第一部分2向 第二部分4并向刀具U传递旋转。
第二旋转部分4占据了第二壳体12，它可旋转地例如通过轴承7联接到壳 体上。第二壳体12不允许相对于第一壳体的倾斜运动，而能够相对该第一壳 体6轴向运动。因此当第二旋转部分4在第二壳体12内转动，壳体本身还能 够相对于第一壳体6和第一旋转部分2轴向移动。
在图2的示例中，第一壳体6和第二壳体12通过刚性地与第二壳体12相 关并可在插口 14内滑动的两引导杆13 (图中仅一个可见)相对彼此成角度地 保持，所述插口 14由第一壳体6提供，它平行于加工轴线X延伸。引导杆13 还确保了两壳体6和12保持同轴对准并因此无误地互相地滑动连接。此外， 第二壳体12可伸縮地部分容纳在第一壳体6内。更确切地，由第二壳体12 的一端16呈现的径向外围表面15，在靠近第二旋转部分4的轴11处，将较 佳地与内置的密封装置18如环一起与第一壳体6的内表面17面对接触。
为了突出优点，刀架1还装备有装置19,通过它检测要铣削的实际表面^r' 上的波动或不规则'O'，其方式为第二旋转部分4相对于第一旋转部分2的 轴向移动将允许工具跟随波动'O'并保持恒定的铣削深度。
实际上在铣削操作中，铣削操作可包括下沉表面上的凹槽、或形成通过先 前切割产生的角落边缘上的倒角's'或圆角'r'、或移除通过其它加工操作 留下的毛刺'b'，铣床的刀夹和与刀夹坚固连接的刀架1的第一部分2产生 跨过被铣削的实际表面'Sr'移动，跟随与相应的名义表面'Si'(图3a的 平坦表面，为了清楚起见在图3b中故意省略了相同的表面'Si')，即是没 有波动和不规则的表面相关的预定轨道。在数控机械的情况下，用于名义表面'Si'的数学方程被编入控制单元，然后它将引导适当致动器的操作来移动上 述头部。
相应地，检测装置19将检测所铣削实际表面'Sr，(图3a和3b中由实线 示出的波动表面)上偏离名义表面'Si'(图3a中由虚线示出的平坦表面) 的波动O，并允许与第一部分2—起旋转的刀架1的第二部分4，相对该第一 旋转部分2轴向移动并跟随波动'O',当刀夹本身在实际表面上方前进时保 持恒定铣削深度。在倒角's'(图3b)的情况下，倒角的角度是恒定的，恒 定的切割深度'p'将产生恒定的倒角宽度'l'。在去除毛刺情况下，以恒定 深度进行的过程将确保毛刺'b'(图3b)被精确地移除，且不会在剩余材 料上留下痕迹。
在所示优选实施例中，检测装置19是机械型，且与使第二旋转部分相对于 第一部分2机械移动所使用的工具是相同的。
尤其是，检测装置19包括能相对于第一旋转部分2和第二旋转部分4 一起 轴向移动的从动件20，和置于第二旋转部分4和第一旋转部分2之间的至少 一个弹性元件21，其方式为将第二旋转部分4朝向刀架1的延伸位置偏置， 抵抗在铣削操作中通过实际表面'Sr'施加在从动件20上的反作用力。在附 图的实例中，相应地，从动件20刚性地并轴向地连接在第二旋转部分4上， 是波动'0'本身与从动件20紧密接触并引起第二部分4抵抗弹性元件21的 作用的移动。
弹性元件21较佳地为位于第一壳体6和第二壳体12之间并平行于纵向轴 线X设置的螺旋弹簧。更精确地，如图2所示，刀架l将包括多个螺旋弹簧 21 (其中只有一个可见)，围绕卡盘5的纵向加工轴线X且围绕第一旋转部 分2的轴向孔10旋转设置。每个弹簧21具有适合抵靠由第一壳体6提供的座 22的第一端和与第一端相对的适合抵靠由第二壳体12提供的座23的第二端。
或者，弹性元件21可为流体垫，通常为气体如空气，直接包含在第一壳体 和第二壳体之间或容纳在充气缸体(未示出)中，以与螺旋弹簧相同的方式内 置于两壳体6和12之间。由流体垫提供的坚固性通过改变流体压力设置。
从动件20牢固地与第二壳体12连接，因此通过与所铣削表面'Sr'的接 触引起的轴向移动可通过轴承7传递到第二旋转部分4。在附图的实例中，从动件20为可锁在第二壳体12上并具有作用表面25的圆柱形件24，所述作用 表面25环绕心轴卡盘5延伸并包围刀具U。在加工过程中，当机械的刀夹沿 着垂直于心轴卡盘5的轴线方向移动时，作用表面25抵靠在并在所铣削实际 表面'Sr，上方滑动。作用表面25被压在实际表面'Sr'上，因此给刀具U 某种预载，该预载取决于刀架相对于名义表面'Si'设置的预定距离，以及单 个螺旋弹簧21的性质和所安装弹簧的数量。
为了突出优点，作用表面25可相对于卡盘5和刀具U轴向调节，因此可 根据需要设定铣削深度。为了该目的，圆柱形件24可装在第二壳体12上，例 如通过测微地可调节螺旋环26。
在需要以恒定深度铣削倒角(图3b)的地方，采用的刀具将为圆锥形(如 图2)或可能为截头圆锥体(未示出)，且必须以预定距离突出从动件20的 作用表面25，用螺旋环26设定。为了形成圆角(图4)，同样地，铣削刀具 U将突出作用表面25。
如果在薄面板的一边缘上铣削倒角或圆角，它可能需要在与波动表面'Sr' 相对的面板侧面的角落边缘倒角，使用相同的表面作为定位参考。在这种情况 下，使用的刀具U呈现反向的轮廓，具有朝向刀架l和朝向柄28渐尖的截头 圆锥形切割表面27，刀具通过所述柄28连接在卡盘5上(图7和8)。运行 原理保持不变，因为从动件20仍然与波动和不规则实际表面'Sr'啮合。最 后，这些相同的倒角和圆角切割也可用具有朝向彼此渐尖的两相对切割面27 的铣削工具(图5和6)进行，因此面板的两角落边缘可同时加工。
如果另一方面，加工的目的是从实际表面<Sr'移除额外的材料，通常为 树脂，在通过铸模方法留下来的溢料的情况下时(图3b)，刀具U将呈现与 从动件20的作用表面25平齐的基本上平的切割面27 (图9)。
最后，在是凹槽的情况下，将通过使用具有突出从动件20的作用表面25 的圆柱形切割面27的刀具进行铣削(图IO)。
或者，根据图中未示出的另一实施例，深度控制可为电子的。换言之，用 来检测表面上波动'0'的装置19可包括至少一个传感器，例如光学的，在 该情况下刀架将还包含连接到传感器上的控制单元，和设置于第一和第二旋转 部分2和4之间的致动器，因此当响应接收的来自传感器的信号由控制单元控制时将相对于第一部分2轴向移动第二旋转部分4。同样在该情况下，传感器 将安装在刀架1上，其方式为沿着铣削过程进行并将信息电子的传递到指示它 的轴向运动的控制单元，然后他将在编程延迟后通过刀架1的第二旋转部分4 复制。
以上述刀架方式运行的铣削过程较佳地可用于由复合材料制造的部件的加 工，所述复合材料包括基质和嵌入基质、较佳地为碳基复合物的纤维。该过程 尤其有利地应用于在碳纤维面板上进行的铣削操作。有效地，由于纤维嵌入面 板，必须对铣削深度采取最大的注意，为了确保纤维不被切割且因此面板变得 不适于使用。
首先且最重要地，根据本实用新型的刀架、铣床和铣削方法将允许加工过 程自动地并以相对于涉及表面的控制深度进行，在该表面上引起刀架的定位面 的滑动，甚至当所述表面是不规则或其位置未知并相对于加工参考变化时。
尽管根据本实用新型的刀架、铣床和铣削方法可用于在任何适合加工的材 料上进行，但所述优点在复合材料如碳纤维的情况下尤其显著，因为制造复合 物的过程包括产生不同于涉及截断确定的理想几何尺寸的表面。此外，在加工 由复合材料支撑的部件时所犯错误可引起一些加强纤维破裂并最终导致部件 的结构失效。
由于加工方法自动进行，此外，相比用手工方法获得的那些可增加生产率， 同时还避免了操作人员暴露于与铣削产生的有害碳尘直接接触。
最后，所揭示的刀架能以控制深度使用标准刀具进行加工操作并可安装到 常规涉及的铣床上。
权利要求1. 一种用于铣床的刀架，包括一第一旋转部分(2)，装备有可附连在铣床的驱动输出轴上的联接器(3);一第二旋转部分(4)，随着所述第一部分(2)转动并装备有心轴卡盘(5)，一刀具(U)可夹在所述心轴卡盘上； 其特征在于，所述刀架包括检测由被铣削的实际表面(Sr)呈现的波动(0)的装置(19)， 以及所述第二旋转部分(4)可相对于所述第一旋转部分(2)轴向移动，因此 跟随所述波动(O)并保持恒定铣削深度。
2. 如权利要求l所述的刀架，其特征在于，检测在被铣削的实际表面(Sr) 上的波动(0)的装置(19)包括能相对于所述第一旋转部分(2)轴向移动 的从动件(20)。
3. 如权利要求2所述的刀架，其特征在于，所述从动件(20)能够随着所 述第二旋转部分(4)轴向移动。
4. 如权利要求3所述的刀架，其特征在于，包括置于所述第二旋转部分(4) 和所述第一旋转部分(2)之间的至少一个轴向弹性元件(21)，通过所述弹 性元件，所述第二旋转部分(4)在所述铣削操作时朝向刀架(1)抵抗由所述 实际表面(Sr)施加在所述从动件(20)上的反作用力的延伸位置方向偏置。
5. 如权利要求4所述的刀架，其特征在于，包括第一壳体(6)，可旋转地 与所述第一旋转部分(2)偶合并刚性地连接在所述铣床上，以及第二壳体(12)， 可旋转地与所述第二旋转部分(4)偶合，其中所述至少一个弹性元件(21) 置于所述第一壳体(6)和所述第二壳体(12)之间。
6. 如权利要求5所述的刀架，其特征在于，所述从动件(20)与所述第二 壳体(12)刚性地相关。
7. 如权利要求5所述的刀架，其特征在于，所述从动件(20)为可锁定于 所述第二壳体(12)的圆柱形件(24)，具有以围绕所述刀具(U)的方式环 绕所述卡盘(5)设置的作用表面(25)，并提供可在被铣削的所述实际表面(Sr)上滑动。
8. 如权利要求7所述的刀架，其特征在于，所述作用表面(25)相对于所 述卡盘(5)可轴向定位，因此允许所述铣削深度的调节。
9. 如权利要求8所述的刀架，其特征在于，所述圆柱形件(24)通过测微 螺旋环(26)与所述第二壳体(12)相关联。
10. 如权利要求4所述的刀架，其特征在于，所述至少一个弹性元件(21) 为螺旋弹簧。
11. 如权利要求4所述的刀架，其特征在于，所述至少一个弹性元件(21) 为环绕所述心轴卡盘(5)的所述加工轴线(X)设置的多个螺旋弹簧中的一 个。
12. 如权利要求4所述的刀架，其特征在于，所述至少一个弹性元件(21) 为气垫。
13. 如权利要求l所述的刀架，其特征在于，检测波动(0)的装置(19) 包括至少一个传感器、 一个与所述刀架(1)关联并连接至所述传感器的控制 单元、和一置于所述刀架的所述第一和第二旋转部分(2、 4)之间的致动器， 由于该致动器，通过响应接收来自所述传感器的信息的控制单元的处理，所述 第二旋转部分可相对于所述第一部分(2)轴向移动。
14. 如权利要求12所述的刀架，其特征在于，所述传感器为光学传感器。
15. —种铣床，其特征在于，包括如权利要求1至14中的一个或多个所述 的刀架(1)。
16. 如权利要求15所述的铣床，其特征在于，所述铣床具体是多轴线机械。
17. 如权利要求15所述的铣床，其特征在于，所述铣床具体是数控机械。
专利摘要一种用于铣床的刀架，包括装备有联接器(3)、可附连在机械的心轴驱动轴上的第一旋转部分(2)，随着第一部分(2)转动并装备有保持刀具(U)的心轴卡盘(5)的第二旋转部分(4)，和设计用来探测被铣削的表面(Sr)上的波动(O)的装置(19)。第二旋转部分(4)能够相对于第一旋转部分(2)轴向移动，因此当刀架(1)沿着可参考名义表面(Si)的规定轨道横穿时，面板的实际表面(Sr)上的波动(O)和它们从名义表面(Si)偏离的程度可被检测到并通过检测机构(19)的处理而量化，且引导刀架(1)的第二部分(4)相应的轴向移动来补偿变化并保持恒定的铣削深度，由此提高在工艺材料如碳化纤维复合物面板上完成铣削操作的质量。
文档编号B23C1/00GK201154446SQ20062016470
公开日2008年11月26日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月7日
发明者M·佛拉里, R·莫赛利 申请人:Jobs股份公司