加工模块、用于加工模块的附件组件以及用于启动加工模块的方法与流程

本发明涉及加工模块，例如涉及通过去除切屑进行加工的模块，例如，车削机械（车床）或转移机械。

背景技术：

使用加工模块（工具机）、特别是棒材车削机械、自动车床、铣削机械以及转移机械来制造部件通常包括三个独立的阶段。

在第一设置（或预设）阶段中，操作者（例如，车床操作者）使用加工模块限定并且测试加工方案，即，为了从工件获得期望的部件所需的操作和轴线移动的次序。例如，操作者努力获得尽可能有效的加工方案，即，以下加工方案：允许使用最少数量的操作从工件加工给定的部件，并且避免工具之间或者工具与工件之间的碰撞。操作者选择待使用的工具并且检查获得的部件的质量，例如，表面完成度、与公差的一致性、等等。

在第二制造阶段中，在预设的加工模块上使用设置期间限定的参数制造一个制造系列的部件。该阶段是唯一的制造阶段；通常，其每天执行24小时，原料借助进给装置或者原料（原材料）装载机进给到加工模块。

例如，为了在相同的加工模块上制造另一类型的部件、为了允许机械维护等，有时一个制造系列的部件的制造被中断，然后稍后重新开始。在该情况下，需要一个启动阶段以便施加在设置期间先前限定的参数。该启动比设置更快。

在启动期间，通常需要用适于待执行的加工的另一套工具更换安装到机械的工具。这些工具被定位的精度确定了加工的质量，但是在连续的启动中难以再现。

特别地，即使一个或多个工具保持器从一个模块转移到另一个模块，也难以确保在不同加工模块上的加工将产生相同的结果。这是因为筒体或其它工件支撑装置的定位也因模块而不同。

设置通常在旨在用于制造的加工模块上执行，以便确保使用将使得能够获得在设置期间测试的结果的预设的参数来执行该制造。这导致制造被中断（其意味着停工时间）并且占用制造机械达用于执行设置的时间。

因此，在现有技术中提出了各种解决方案以便降低该设置阶段或者启动阶段的持续时间。

例如，DE 1602821 A1描述了外部设置装置。该装置允许远离工具机执行设置，并且允许获得的参数在制造机械上的制造阶段前被测试。使用安装在可移除的工具保持器上的工具来执行设置，然后该工具保持器被转移到制造机械，以便确保制造质量不受工具的改变或者工具在其工具保持器中的定位的改变的影响。

US 3282138 A描述了数字控制工具机。数字定位装置通过在打孔带上记录所需的定位参数，使得能够校正可移除工具保持器的定位。该解决方案遭受与上述文献相同的问题并且仅允许校正工具定位差异。

US 4776247描述了另一数字方法，该数字方法使得能够在制造期间再现在设置期间预定的工具的位置，并且由此使得能够降低启动时间。

US 3625097 A描述了用于相对于其工具保持器预设工具的方法。该方法采用具有可移除的工具保持器的外部设置装置，该工具保持器此后能够被转移到制造工具机。该工具机适当地再现工具保持器之间的相对定位。

US 3555690 A涉及一种仿真装置，该仿真装置允许使用外部设置装置预设工具机。

US 3867763 A描述了用于使用具有可移除的工具保持器的外部设置装置预设工具机的装置。

EP 1566240 A描述了一种对齐装置，该装置允许机械相对于工件表面的取向被手动控制，这使用跟随反射离开该表面的光束的方向来实现。

EP 2308641 A涉及用于在测量装置中适应测量工具的工具保持器，使得能够在工具保持器中校准部件的位置。

DE 10251829 A涉及一种装置，该装置借助固定到加工底座的基准标记来测量影响工具机的工具和工件之间的相对定位的热漂移。

这些各种解决方案因此使得能够远离旨在用于制造的加工模块设置并且测试加工方案。这些解决方案还允许测试在工具保持器上的工具及其组件，并且使得能够确保在制造期间重现工具在其工具保持器上的精确组装。

尽管如此，这些解决方案并不能够使得确保制造机械上的结果的完美重现性；这是因为难以确保工具相对于工件的完美的重新定位。

技术实现要素：

本发明的一个目标是提出一种加工模块，一种用于加工模块的附件组件以及用于加工模块的启动方法，其不受现有技术的限制。

根据本发明，这些目标特别地借助用于加工模块的附件组件来实现，该加工模块通过去除切屑进行加工，该附件组件包括：

配备有作为定位基准的第一目标的至少一个工具保持器;

配备有作为定位基准的第二目标的工件支撑装置;

第一目标和第二目标被设计成协作以便允许测量该第一目标和第二目标的相对位置。

第一定位基准和第二定位基准使得能够检查一个或多个工具保持器与工件支撑装置的位置和行进方向。然后，这独立于相对于加工模块的底座的定位和对齐确保精确的相互对齐和/或定位。任何定位和/或方向误差能够被补偿。

目标之间的协作可以包括目标的相互叠加。

被设计成协作的目标例如可以是被设置成使得目标的叠加允许更容易地测量其相对位置的目标。

工具保持器可以可移除地固定在加工模块的滑架（夹紧块）上。为此，例如，工具保持器可以包括旨在与可移动滑架协作的可移除的固定装置（例如，一个或多个销）或部分（例如，基准表面或孔）。

工具保持器可以包括可移除地固定的多个工具。

工件支撑装置可以被设计成可移除地安装在加工模块上。为此，例如，工件支撑装置可以包括可移除的固定装置或部分（例如，基准表面或孔），该可移除的固定装置或部分能够和与外部加工模块相关联的可移除的固定装置协作。

进料支撑装置可以是棒材车削机械（自动车床）的筒体。

进料支撑装置可以是夹具或卡盘。

进料支撑装置可以是托盘或托盘车。

还可能的是，将目标整合或固定在工件上。

第一定位基准和第二定位基准使得能够确定工件支撑装置以及工具保持器的相对定位，并且如果工件支撑装置以及工具保持器的相对定位不符合预期值，则校正工件支撑装置以及工具保持器的相对定位。同样，工具保持器的实际行进方向（例如，当发出在给定方向中移动的指令时）能够被测量并且存储在存储器中。

然后，将工件支撑装置固定至工具保持器：这两个元件总是相对于彼此精确对齐和定位，在相同的距离处并且具有相同的取向。

一个或多个工具保持器以及工件支撑装置不仅可以在各种加工模块之间转移，而且还可以在设置模块和加工模块之间转移。

该解决方案还提供了优于现有技术的优点，即，不仅允许工具保持器，而且还允许工件支撑装置在设置模块和加工模块之间转移。然后，这确保了将用在设置模块上先前测试过的工具保持器和工件支撑装置来执行加工；因此，能够在设置期间测量工件支撑装置的任何缺陷（例如，定位、同心度的不准确性等），并且在制造期间校正或补偿。

第一定位基准和第二定位基准可以包括光学目标。这些叠加目标的相互对齐确保了工具保持器与工件支撑装置的适当定位。位置检查系统可以包括拍摄叠加的目标的摄像机以及计算机化的图像分析模块。

能够采用其它类型的目标和其它类型的位置检查系统，包括基于矩阵传感器的系统，例如，电容式系统、电感式系统、电阻式系统或机械式系统。

位置检查装置使得能够检查工具保持器和工件支撑装置在单个X-Y平面中的定位，并且能够检查在该平面中的行进方向Theta。然后，这避免了在Z轴的定位和取向的困难，Z轴一般不那么敏感。然后，这产生了一种更经济并且更易于对齐的装置。

在另一个实施例中，当还需要工具和工件在Z中的精确定位时，位置检查装置也可以被设计成允许在包括Z轴的一个或多个平面中精确定位。

本发明的另一主题是加工模块，该加工模块包括：

配备有第一定位基准的至少一个工具保持器;

配备有第二定位基准的工件支撑装置;

用于检查第一定位基准与第二定位基准的定位的位置检查装置。

第一定位基准和第二定位基准可以包括光学目标。

加工模块可以包括位置检查装置以便检查定位基准的定位。

位置检查装置可以被固定并且与加工模块的底座相关联。

位置检查装置可以是可移除的。

位置检查装置可以例如包括用于检查光学目标的对齐的摄像机。该摄像机可以捕捉叠加的目标的二维图像。图像处理模块可以分析叠加的目标的图像并且将对齐校正信号发送到加工模块的数字控制器。

在光学系统的情况下，可以通过检查浸入在液体中（例如，在油中）的部件的位置来进行测量。然后，这避免了由于切削油的任何飞溅或者切屑或污垢的存在而导致的测量误差。

加工模块可以包括用于相对于所述工件支撑装置定位至少一个工具保持器的位置校正装置。这种移动可以被手动地（例如，使用一个或多个测微螺钉）和/或机动化地执行。该移动可以沿着多个轴线（例如，沿着加工模块的X轴线和Y轴线）和/或围绕旋转轴线执行。一个或多个工具保持器的移动可以在平行于目标平面的平面中执行。

本发明的另一主题是一种用于启动加工模块的方法，该加工模块用于制造一系列特定的部件，该方法包括：

选择旨在用于加工所述特定部件的附件组件;

将工件支撑装置安装在加工模块的底座上;

将至少一个工具保持器安装在所述底座上;

定位所述工具保持器以使得与工具保持器相关联的一个所述定位基准和与工件支撑装置相关联的定位基准对齐。

附图说明

在由附图图示的描述中给出本发明的示例性实施例，其中：

图1图示根据本发明的一个实施例的加工模块的横截面图；

图2图示根据本发明的一个实施例的设置模块的透视图；

图3示意性地图示工具保持器以及工件支撑装置在设置模块和加工模块之间的转移；

图4示意性地图示工具保持器以及工件支撑装置在设置模块上或者在加工模块上的安装；

图5图示根据本发明的一个实施例的位置检查系统的一个示例的横截面图；

图6示意性地图示根据本发明的一个实施例的位置检查系统的一个示例；

图7示意性地图示根据本发明的一个实施例的位置检查系统，照明装置与摄像机位于目标的相对侧上；

图8示意性地图示根据本发明的一个实施例的位置检查系统，照明装置与摄像机位于目标的相同侧上。

具体实施方式

在图1中图示的加工模块110形成由保护罩112限定的紧凑的单元，该保护罩构成封闭壳体，该封闭壳体限定能够相对流体紧密地呈现的机壳114。该保护罩112包括两个相互平行的竖直侧壁112a和112b、与连接到底座的底壁112d平行的水平的顶壁112c、竖直的后壁112e以及包括前门的多面前壁112f。

前壁112f中的窗口允许特别地包围加工组件120的机壳114的可视性。该加工组件120包括至少一个工具保持器122、主轴箱主轴124以及尾架套筒（副主轴）125。如将看到的，一个或多个工具保持器122可移除地安装在能够移动的机动化夹紧块或滑架上。

加工组件120安装在可移动滑架130上。在附图中，该可移动滑架130采用滑动件或抽屉的形式。优选地，滑架130形成能够收集任何润滑液（特别是油）以及由于加工组件加工工件而产生的材料切屑的容器。为了允许该滑架130前行离开机壳114并且返回至机壳中，该滑架安装在引导机构132上。特别地，这些引导机构132可以采用轨道的形式。

加工组件120放置在支撑基底126上，主轴箱主轴124和尾架套筒125以及可移除的一个或多个工具保持器122安装在该支撑基底上。支撑基底126被直接容纳在可移动滑架130上。以该方式，将意识到的是，能够简单地通过从可移动滑架130拆卸支撑基底126并且在该可移动滑架上安装配备有另一加工组件120的新的支撑基底126来更换加工模块的整个加工组件120。

加工模块110还包括未在附图中描述的电气箱，该电气箱例如设置在后壁112e上。该电气箱定位在机壳114的内部或机壳114的外部。机壳114还包括在滑架130的下方的切屑盘128以及在切屑盘128的下方的油盘129。为了在专用的盘128以及盘129中收集油和切屑，滑架130的底部具有孔。可以提供附接到滑架的槽以用于引导切屑。

而且，加工模块110具有用于提取存在于机壳中的蒸气的蒸气提取系统，并且该蒸气提取系统安装有蒸气提取管道140。

为了促进每个加工模块110的操作状态的视觉检查，有利地提供操作状态的视觉指示器，诸如，警示灯142（参看图1至图3）。

加工模块110进一步包括在机壳114的内部位于加工组件120的后部的棒料料库127。该棒料料库127以与在武器中使用的药筒的料库相同的方式逐根地向加工组件120进给棒材。由此，该棒料料库127形成用于加工组件120的进给装置，由此，从加工模块110的后部（从附图中的右侧）向工件支撑装置123进给原进给料。已经准备好的不同直径和/或不同材料的一系列的棒材允许操作者快速并且容易地重新加载料库127。

棒材优选地具有小于1米的长度。利用相当短的棒材原料，不仅减小料库127的占地面积并且有助于减小棒材的加工期间的振动，并且这提高加工方法的稳定性，并且因此确保优质加工。另外，棒材的短尺寸允许棒材在没有特别的引导机构的情况下被进给到远至工件支撑装置123中。

图2图示根据本发明的一个实施例的设置模块210。该设置模块的多个元件与加工模块110的元件类似或相同，并且将不再进一步详细地描述。设置单元210特别地包括滑架230，该滑架能够在保护罩212的内部移动并且允许提取或引入加工元件，特别是稍后详述的类似于主轴124的主轴及其工件支撑装置、尾架套筒225以及工具保持器。元件240是用于排出蒸气的管道，元件242是发出设置模块是打开或是关闭的信号的指示器光。结合图1描述的加工模块的所有其它元件可以在设置模块中存在。然而，尽管该模块不旨在用于部件的大量制造，但其能够简化旨在用于快速或大量制造的特定元件，例如，能够提供更小或者没那么快的进给装置、更小的空气和油收集盘、等等。

设置模块210进一步包括加工模块110不具有的至少一个高分辨率摄像机和/或至少一个传感器，以便在该模块上对加工进行设置并且检查制造的部件的质量。该传感器可以例如包括隙规、粗糙度仪、计量器、高度测量柱、基于一个或多个高分辨率和/或高频率摄像机的视觉系统、等等。该测量结果可以在一个或多个屏幕261上显示。

工具分布在工具组1220中，每个工具组包括彼此相邻的一个或多个工具。一个或多个工具组附接到一个并且相同的工具保持器122。该机械可以包括多个工具保持器122。这些工具保持器的至少一个例如使用销可移除地分别安装在设置模块210以及加工模块110的可移动滑架（称作夹紧块）上。由此，能够从一个模块转移工具保持器122到另一个模块，如在图3中示意性地图示。以相同的方式，工件支撑装置123使用固定装置1232可移除地安装在设置模块210以及加工模块110上，使得该工件支撑装置能够从一个模块转移到另一个模块。位置校正装置优选使得能够补偿该工具保持器或每个工具保持器相对于工件支撑装置的相对位置，如稍后将看到的。

一个或多个工具可以可移除地安装在对应的工具保持器上。每个工具相对于工具保持器122的相对位置和/或切削刃的位置可以被数字地测量并且存储，以便例如在存在放置误差的情况中，使用本身已知并且不用于工具保持器位置补偿机构的校正和测量元件来应用适当的数字校正。

工件支撑装置123可以例如包括：筒体或引导衬套，即能够引导由主轴保持的料材棒材的元件；自身能够保持料材的卡盘或夹具。有利地，工件支撑装置包括能够转变成夹具的筒体（或引导衬套）。

在已经设置加工方案之后，可移除的工具保持器122和可移除的工件支撑装置123因此能够从设置模块210转移到加工模块110。然后，这确保将用在设置期间用于获得测试及认可的质量和结果的工具保持器以及工件支撑装置来执行加工。由此，避免与工具保持器中的变更或工件支撑装置中的变更相关联的缺陷。有利地，已经被用于对特定部件进行设置的工具保持器和工件支撑装置与该部件及其部件计划列表相关联，并且仅用于加工该部件，该套件在加工该部件的两个制造运行之间存储。

图4示意性地图示两个工具保持器122和一个工件支撑装置123在一个模块（例如，设置模块或加工模块）上的安装。

每个工具保持器122借助固定装置1223分别固定到模块110或模块210的滑架（夹紧块），使得该工具保持器能够移动并且该工具保持器的位置以机动化的方式校正。由此，工具保持器122相对于滑架的定位误差或者相对于在设置机械上的定位的定位差异通过相应地改变滑架的移动来补偿。

如稍后将看到的，每个工具保持器122进一步包括定位基准1221，例如但不限于安装在目标支撑装置1222上的光学目标。当该机械在多个滑架（夹紧块）上包括多个工具保持器122时，将有利地提供多个独立的定位基准。以相同的方式，工件支撑装置123借助固定装置1232安装并且还包括稍后详述的定位基准1231，例如，另一光学目标。定位基准与每个工具保持器以及与工件支撑装置相关联的相对定位能够例如使用观测系统检查，该观测系统与底座相关联并且使得能够测量定位基准1221和定位基准1231之间的沿着x轴和y轴的差异。在一个有利的实施例中，该系统命令工具保持器滑架在预定的方向上移动并且测量在图片上测量的实际移动方向与指示方向之间的差异Theta。因此，能够补偿x轴和y轴的正交性的误差。

对于定位以及行进方向而如此测量的误差例如借助该工具保持器的轴线被补偿，使得在加工期间获得与在设置期间使用的值对应的工具保持器以及工件支撑装置的相对定位以及相对取向。

图5图示两个定位基准1221和定位基准1231的透视且局部剖视图，该两个定位基准分别与工具保持器以及与工件支撑装置相关联，并且当安装在模块110或模块210之一上时被叠加。分别与模块110或模块210的底座相关联的固定的位置检查装置121使得能够检查两个目标1221、1231之间的适当的相对定位，并且能够在相对于在设置机械上使用的定位存在误差或差异的情况中补偿该定位。位置检查装置121可以由安装有显微镜类型的物镜的摄像机或者由能够捕获叠加的各种光学目标1221、1231的图像的光学系统组成，以便检查其相对定位。计算机化的视觉系统使得能够测量距离x、y以及目标1221和目标1231之间的行进方向Theta的误差，以便施加对应的补偿。

尽管不那么有利，还能够提供附接到工具保持器或附接到工件支撑装置的位置检查装置，例如，摄像机。然而，对于每个工具保持器或每个支撑装置而言，该解决方案需要一个检查装置。

同样，还能够提供在尾架套筒125上的与工件支撑装置相关联的目标，以及与相对地操作的一个或多个工具保持器相关联的目标，以便检查工具保持器的相对定位和/或相对于主工件保持器123的定位。

图6示意性地图示与工件支撑装置123（例如，筒体/引导衬套或主轴）相关联的目标1231以及与一个或多个工具保持器122相关联的一个或多个目标1221的叠加。如能够看到的，与工件支撑装置相关联的目标1231被安装，使得该目标相对于筒体123偏心，该目标的轴线仍然平行于筒体的轴线。以相同的方式，安装在每个工具保持器122上的目标1221借助目标支撑装置1222偏移。工具保持器位置校正装置包括装配有编码器1225的马达1224，该编码器使得能够校正每个工具保持器沿着轴线x的位置x_m，以便校正目标1221-1231的x中的定位的任何潜在误差。同样地，配备有编码器1227的马达1226使得能够校正每个工具保持器沿着y轴的位置y_m，以便在加工期间移动工具保持器，同时考虑目标1221-1231的x中的定位的任何潜在误差。同样地，装配有编码器1227的马达1226允许更改每个工具保持器沿着轴线y的位置y_m，以便校正目标1221-1231的y中的定位的任何潜在误差。元件1220是在能够在x中以及在y中移动的工具保持器上的一组工具，然而，安装在该工具保持器上的工具之一的尖端由附图标记1228表示。如所示，该尖端相对于工具保持器的基准的位置能够以计算机化的方式测量并且存储。还可以设想x-y平面中的取向校正。

目标1221、1231例如可以包括十字或星形图案或者其它图案，该其它图案促进对于以下内容的检查：叠加的目标沿着线性轴x和轴y的对齐，以及目标1231在与工件支撑装置相关联的参考系中的行进方向Theta。这些图案可以例如通过光刻法印刷到玻璃基材上。还能够印刷每个目标的独特的标识(例如，序列号、条形码、数据报、等等)，以便每个目标能够容易地识别，并且因此分别与该目标相关联的工具保持器或工件支撑装置能够容易地识别，从而确保特定的部件用相关联的工具保持器和工件支撑装置适当地加工。工具保持器的独特的标识还能够用于从数字控制器1211的计算机存储器获取与该工具保持器相关联的参数，例如，偏移值、零值、等等。

图7示意性地图示位置检查系统的一个实施例。在该示例中，位置检查装置包括在目标1221、1231的一侧上的显微镜类型的物镜1213以及CCD摄像机121；以及在目标的另一侧上的照明装置1212。由照明装置1212产生的光通过叠加的目标并且到达CCD摄像机121，该摄像机捕获经由物镜1213放大的一个图像或一系列图像。观察模块1210（例如，计算机程序）处理由CCD摄像机捕获的图像，以便检查目标的对齐。由该模块提供的结果可以被传输到分别向设置模块或加工模块发出命令的数字控制器1211，并且用于控制马达1226、马达1224，以便在加工期间移动一个或多个工具保持器来补偿观察到的误差。还可以采用手动位置校正机构，该机构例如使用测微螺钉。在替代的形式中，在设置模块中的位置误差没有被校正或者没有被完全校正，但是与有关目标相关联地存储，使得该误差在加工模块上的制造期间能够再现。

图8示意性地描述位置检查系统的另一实施例。在该示例中，位置检查装置包括：具有同轴照明装置的显微镜类型的物镜1214、以及位于目标1221、1231的相同侧上的CCD摄像机121。由照明装置产生的光被反射离开叠加的目标并且到达CCD摄像机，该CCD摄像机捕获经由物镜1214放大的一个图像或一系列图像。如上面那样，观察模块1210（例如，计算机程序）处理由CCD摄像机捕获的图像，以便检查目标的定位并且经由数字控制器1211执行或存储校正。

可以想到用于检查一个或多个工具保持器相对于工件支撑装置的定位的其它定位基准。通过非限制性示例的方式，电容式系统、电感式系统、磁阻式系统或机械式隙规可以用于此目的。

附图标记列表

110 加工模块

112、212 保护罩

112a 侧壁

112b 侧壁

112c 顶壁

112d 与底座连接的底壁

112e 后壁

112f 前壁

114 机壳

120 加工组件

121 位置检查装置

1210 观察模块

1211 数字控制器

1212 照明装置

1213 显微镜类型的物镜

1214 具有同轴照明装置的物镜

122 可移除的工具保持器

1220 工具组

1221 工具保持器定位基准，例如，目标

1222 目标支撑装置

1223 工具保持器固定装置

1224 工具保持器x轴位置校正装置（马达）

1225 用于马达1224的编码器

1226 工具保持器y轴位置校正装置（马达）

1227 用于马达1226的编码器

1228 工具之一的尖端

123 工件支撑装置（筒体、卡盘和/或夹具）

1231 工件支撑装置定位基准，例如，目标

1232 工件支撑装置固定装置

124 主轴箱主轴

125、225 尾架套筒（或副主轴）

126 支撑基底

127 棒料料库

128 切屑盘

129 油盘

130、230 可移动滑架

132 导轨

140、240 蒸气提取管道

142、242 警示灯

210 设置单元

260 传感器或摄像机

261 屏幕。