专利名称：连接件多轴机械加工中心弹性控制方法
技术领域：
本发明涉及根据独立项的预表征部分的连接件、包括连接件的多轴机械加工中心 以及弹性控制方法。
背景技术：
使用连接件是为了在机器的刀具与其它机器零件或工件之间发生碰撞的情况下 在系统中具有弹性，使得避免因刚性组件而导致的损坏。在此上下文中，“弹性”不一定表示 类似于弹簧常数的线性弹性。而是，将表示界定条件下的整体柔性。一种已知连接件包括机械加工中心侧上的支撑件、刀具侧上的固持件以及夹持装 置，所述夹持装置弹性地将固持件与支撑件相抵地推入界定位置中。夹持装置包括多个压 力弹簧和张力弹簧，可通过手动设置弹簧预载来调整其张力。对于已知连接件来说，不利的是其所提供的系统弹性只能艰难地改变，且在操作 中实际上不改变。举例来说，刀架可能具有不同的重量，使得他们在相同的加速度下展示不 同的惯性力。这也使得不同的安装力成为必要，不同的安装力只能通过手动干预来实现。还 可需要依据加工模式而调整安装力。举例来说，当机械加工中心被编程时，与随后的操作期 间相比，碰撞更有可能发生，因此对于编程来说，与随后的加工期间相比，可需要较低的系 统刚性。还可需要依据调整速度或加工头或刀具的加速度而调整刚性。刀具的位置还可导 致不同的扭矩和力，且因此导致关于连接件的反应的不同条件。
发明内容
本发明的目标是提供一种连接件、包括连接件的多轴机械加工中心以及弹性控制 方法，其允许连接件中的弹性的快速且自动化调适。用独立项的特征来实现此目标。附属项是针对本发明的优选实施例。用于多轴机械加工中心的刀具的连接件具有位于机器侧上的支撑件、位于刀具 侧上的固持件(12)以及推动装置(10)，推动装置(10)弹性地将固持件与支撑件相抵地推 动到界定位置中。推动装置的推动力可在机械加工中心的操作期间变化。所述推动装置可 包括气压和/或液压和/或弹簧弹性和/或电磁构件。优选的是，所述推动装置为气压类 型。除常规的夹持装置之外，还可提供推动装置，其用预设的力弹性地将固持件与支 撑件相抵地推动到界定位置中。
在下文中，参看附图描述本发明的个别实施例。图1以截面图和示意性平面图展示连接件，以及图2展示包括连接件的多轴机械加工中心。
具体实施例方式在图中，相同参考标号表示相同组件。特征将彼此组合且将被视为可组合的，即使 没有明确地这样说，只要特征的组合不因技术原因被排除即可。在图1中，1表示连接件；2表示机械加工中心；3表示刀具，例如激光头；4表示工 件台；5表示机器框架；6、7和8是致动器，其用于工件与刀架相对于彼此的平移和旋转相 对调整；9表示工件；10表示推动装置；11表示机器侧支撑件；12表示刀具侧固持件；13表 示夹持装置；14表示激光束通道；15表示定位构件；16表示力传输区域；18表示脱离传感 器；且19表示轴。图1在其顶部示意性地展示连接件1的侧视图的截面，且在其底部示意性地展示 相关组件的布置的平面图。机械加工中心侧上的支撑件11可具有机器侧板11c，其可附接 到机械加工中心的机器侧(框架侧)组件，例如框架或致动器7。与支撑板11c相对的可为 支撑区域11a，其可被设计为具有中心孔lid的板。组件11a和11c可经由连接区lib彼 此连接。机器侧支撑件11可被设计为封闭外壳(开口 lid除外)。刀具侧固持件12可具 有固持件板12a和连接于其间的连接管12b。连接管12b可穿过支撑区域11a的开口 lid。 固持件板12a可被设计成大于开口 lid。刀架侧组件(例如一个或一个以上致动器8)可固 定在管12b的自由端处。支撑件11和固持件12彼此不固定连接，而是弹性地连接。定位构件15可确保在 压力在一个方向(例如，图1中的向下)上起作用的情况下，机器侧支撑件11和刀具侧固持 件12相对于彼此到达界定位置。可提供多个定位构件15，且所述定位构件15在某些区域 中可具有正锁定个别零件，例如固持件侧上的凸部15a，以及支撑侧上的对应凹部15b。可 提供两个这种定位构件15。可提供第三定位构件，以确保三点支撑。定位构件15可分布在 开口 lid周围，例如均勻地每隔120°分布一个。10表示推动装置，其弹性地将固持件12与支撑件11相抵地推动到界定位置中。 推动装置的推动力可在机械加工中心的操作期间变化。推动力可自动变化，操作者的手动 干预对于此目的来说不是必需的。所述变化可(例如)在小于一秒(优选小于0.5秒)的 时间周期内相对快速地作用。推动装置10可为气压推动装置，和/或液压和/或弹簧弹性和/或电磁推动装 置。优选的是，推动装置10为气压类型，例如以气压方式操作的气缸，其在气体压力下与支 撑件11相抵地推动固持件12。通过调整气体压力，可自动设置推动力。由于气体的压缩 性，推动装置10且因此连接件1的弹性得到保证。然而，还可提供电磁构件，其借助于电磁 体以所要方式产生推动力。电磁体也不是刚性的，使得在碰撞的情况下，以电磁方式产生的 力有可能被克服，使得给予系统弹性。推动装置10与刀具侧固持件12和/或机器侧支撑件11之间的连接不必是固定 的/刚性的，而是也可仅被力锁定在一个方向上。此处，同样以某一方式，可提供类似于组 件15的正锁定力传输区域16a、16b。在操作中，推动装置10与支撑件11相抵地推动固持件12进入界定位置中。接着， 刀具(其间接或直接固定到固持器12)也具有在控制系统中假定的位置。可以如下方式调 整推动力通常在操作期间出现的力(惯性力、反应力、重力、扭矩…)可被吸收，且明确地 说，不会导致固持件12脱离相对于支撑件11的界定位置。然而，推动装置10的推动力是可调整的。可以如下方式调整推动力在固持件脱离界定位置之前，分别施加的推动力产生 界定的且可能适当地恒定的过度力。如图1中所示，支撑板11c与固持件板12a之间的推 动装置10可以如下方式具有推动效应必然地，固持件板朝向刀具被推离机器框架，且到 达支撑区域11a。与界定位置的脱离(例如，在碰撞情况下)必然地受固持件板12a朝机器 框架的移动影响。除推动装置10之外，还可提供一个或一个以上常规夹持装置13。这些夹持装置 13可为压力弹簧，其在功能上(就像推动装置10—样)将固持件推动到相对于支撑件的界 定位置中。然而，这些常规夹持装置的力在操作期间是不可调整的，或不可在无手动干预的 情况下自动调整。然而，可以如下方式一起调整这些常规夹持装置他们产生在任何情况下 所需的最小推动力。此外，推动装置10可产生可变部分，其依据特定参数而产生。刀具可为激光头。因此，连接件1可具有激光束通道14。最后，此通道可为经对准 的开口 14c、14d和/或管区段14a、14b，其允许激光束穿过连接件1，特别是穿过支撑件11 和/或固持件12的若干部分。可提供光波导，但不一定必须提供光波导。图1中的示意性平面图(底部部分)展示特定实施例中的个别组件的布置。外部 圆圈lie表示支撑区域11a的外部界限。llf是开口 lid的边缘。12c是板12a的外部边 缘。定位构件15可位于板12a的边缘12c与孔lid的边缘llf之间。可提供三个定位构 件15，优选在圆圈的圆周上均勻地间隔开。定位构件15可为(但无需为)相同的结构。定 位构件15以如下方式设计当将推动力施加到足够的程度时，定位构件15导致界定位置， 而不导致所述位置的定义上的超定。还可提供常规夹持装置13中的若干者。举例来说，可提供三个夹持装置13，其也 可均勻地分布在圆圈的圆周上。推动装置10可位于中心，且作为单个部件。14示意性地表 示用于激光束的通道。所述通道可通往管12b的开口中。与所示内容形成对比，推动装置10可由多个个别推动构件(例如多个液压或气压 或电磁单元)组成，所述推动构件也可均勻地分布。常规的夹持装置13也可(与所示内容 形成对比)被提供为单个部件，且有可能相对于轴19以中心对称方式布置。与示意性展示的内容相反，刀具侧固持件12可被设计为或多或少封闭的外壳，且 将机器侧支撑件11设计为从外壳突出的组件。支撑件11以及固持件12可被设计为相比 而言开放的结构。图2示意性地展示多轴机械加工中心2。多轴机械加工中心2允许刀具3与工件 9的相对调整，刀具3与工件9可相对于彼此沿多个轴或围绕多个轴而调整。明确地说，提 供三个平移轴和两个旋转轴。可调整性可由位于工件台4与机器框架5之间的致动器6实现，且/或由机器框 架5与连接件1之间的致动器7实现，且/或由连接件1与刀具3之间的致动器8实现。明 确地说，配置可使得一个或两个旋转致动器可提供于连接件1与刀具3之间，而其余致动器 提供于连接件1的另一侧上。提供控制系统20，其控制大多数的各种机器功能，且以此方式，特别控制推动装置 10的推动力。控制系统可为气压类型，其控制气缸中的气体压力，或控制系统可为电磁控制 系统，其借助于电磁体来控制电流。控制系统20可接收各种传感器信号。控制系统20可 根据传感器信号且/或根据内部已知的参数(例如工件的位置、刀具的位置、通过致动器而产生的刀具的速度或加速度、加工模式)来控制推动装置。以此方式，控制系统20可依据 分别考虑且所要的参数来快速地调整连接件1中的推动力。在连接件1中，可提供一个或一个以上脱离传感器18，其检测固持件和支撑件从 彼此界定的的相对位置的脱离。可提供(例如)三个脱离传感器18a到18c，其优选均勻 地分布在固持件板的圆周上。所述脱离传感器可产生关于脱离的量的定性或还有定量的测 量。所述脱离传感器可(例如)为电容性类型，且可通过充当电容器的两个板的距离的改 变而产生电学上可估算的数量。接着，控制系统可(例如)还根据这些脱离传感器18，(例 如)特别是以推动力在检测到脱离的情况下变为最小(零)的方式，来控制推动装置10的 推动力。还可根据来自脱离传感器的信号而实现机械加工中心的紧急切断。可在连接件1 中提供脱离传感器18。然而，脱离传感器18也可被设计为提供于机械加工中心5的合适位 置处的碰撞检测器？。连接件1包括(特别是)根据要求的必需的端子(未图示)，其为用于电信号或 电功率的端子；气压系统；液压系统等。机器可具有适当的气压源或液压源(泵)，视推动 装置10而定。连接件1中的推动装置10的推动力可为编程的一部分且经预界定。然而，另一方 面，所述推动力可特别根据必须分别考虑的参数(刀具的重量、刀具位置、速度、加速度、操 作阶段、操作模式…)而计算。为了所述计算，可预先确定或输入合适的算法，在此基础上， 计算相应的推动力。除了关于静力学的考虑因素之外，还可考虑动态效应。操作模式也可 使得在编程期间，通过算法来计算相应的推动力，且接着将所述推动力作为程序的一部分 进行存储。
权利要求
一种用于多轴机械加工中心的刀具的连接件(1)，其包括支撑件(11)，其位于所述机械加工中心侧上；固持件(12)，其位于所述刀具侧；以及推动装置(10)，其弹性地将所述固持件与所述支撑件相抵地推动到界定位置中，所述连接件(1)的特征在于所述推动装置的推动力在所述机械加工中心的操作期间是可变的。
2.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于夹持装置(13)，所述夹持装置(13)通过 预设的力弹性地将所述固持件与所述支撑件相抵地推动到界定位置中。
3.根据权利要求1或2所述的连接件，其特征在于所述推动装置包括气压和/或液压 和/或弹簧弹性和/或电磁构件。
4.根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件，其特征在于所述推 动装置在所述固持件的轴的方向上朝所述支撑件推动所述固持件。
5.根据权利要求4所述的连接件，其特征在于所述推动装置附接在所述固持件的中心。
6.根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件，其特征在于用于激 光束的通道(14)。
7.根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件，其特征在于用于所 述固持件与所述支撑件相对于彼此界定的定位的定位装置(15)。
8.根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件，其特征在于端子， 可通过所述端子向所述连接件提供控制信号或用于所述推动装置的媒体。
9.根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件，其特征在于一个或 一个以上脱离传感器(18a到18c)，其检测所述固持件(12)和所述支撑件(11)从彼此界定 的相对位置的脱离。
10.一种多轴机械加工中心(2)，其包括 机器框架(5)，刀具(3)，其可相对于所述机器框架沿或围绕多个轴调整，以及 致动器(6、7、8)，其用于实现沿或围绕所述轴的调整，以及 控制系统(20)，其用于控制所述致动器， 所述多轴机械加工中心(2)的特征在于根据前述权利要求中的一个或一个以上权利要求所述的连接件(1)，以及 控制系统(20，21b)，其用于所述连接件的所述推动装置。
11.根据权利要求10所述的机械加工中心，其特征在于所述控制经设计以用于根据以 下参数中的一者或一者以上来调整推动力所述机器的加工模式， 所述机器的加工步骤， 调整速度， 所述刀具的加速度， 所述刀具的位置。
12.根据权利要求10或11所述的机械加工中心，其特征在于所述刀具具有激光处理头。
13.一种用于使用多轴机械加工中心来控制刀具的连接的弹性的方法，其特征在于以 下步骤提供连接件，其中所述机械加工中心侧上的支撑件与所述刀具上的固持件相抵地被特 别是根据权利要求1到9中的一个或一个以上权利要求所述的可调整的推动装置自动可调 整地推动，根据一个或一个以上机器参数或所述多轴机械加工中心的操作参数来确定所述推动 装置的推动力，以及调整所述连接件中的所述确定的推动力。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于预先确定所述推动力，且将其作为机械 加工程序的一部分进行存储。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于在所述机械加工中心的操作期间确定所 述推动力。
全文摘要
一种用于多轴机械加工中心的刀具的连接件(1)，其包括支撑件(11)，其位于所述机械加工中心侧上；固持件(12)，其位于所述刀具侧；以及推动装置(10)，其弹性地将所述固持件与所述支撑件相抵地推动到界定位置中。所述推动装置的推动力可在所述机械加工中心的操作期间变化。
文档编号B23K26/14GK101918169SQ200880124609
公开日2010年12月15日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月12日
发明者克里斯蒂安·沃格特, 沃尔德曼·卡尔古斯, 马丁·莱萨赫 申请人:邵尔激光技术有限责任公司