快速传动刀具系统的制作方法
【专利说明】快速传动刀具系统
[0001]对相关申请的交叉引用
本申请是2013年4月4日提交的美国序列号U61/808，297的非临时申请，其内容通过引用完全并入此文中。
技术领域
[0002]本申请大体涉及机床，且更确切地涉及配置来实施小规模的、高精度的机械加工或车床操作的机床。
【背景技术】
[0003]机床被用来利用切削刀具通过机械切削过程制造零部件。机床可以手动地操作、机械地自动操作或者通过计算机数控(CNC)数字化地自动操作。机床可以包括与所述机床一起使用的多个刀具配件。
【发明内容】
[0004]本申请公开了一种机床配件，所述机床配件包括:整体的弯曲行程引导件、配件刀具轴、马达和位置反馈传感器，所述配件刀具轴配置来使所述刀具旋转且设置在所述整体的弯曲行程引导件内，所述马达配置来移动所述整体的弯曲行程引导件，以及所述位置反馈传感器配置来测量所述整体的弯曲行程引导件的位置。在一些实施例中，所述机床配件还包括控制器，所述控制器配置成:(i)以通信的方式联接至所述马达；(ii)以通信的方式联接至一个或更多个外部装置；以及(iii)使得所述马达响应于从所述一个或更多个外部装置所接收到的信号来移动配件刀具轴。
【附图说明】
[0005]此文中参考附图描述本发明的示例性实施例，其中:
图1显示根据实施例的机床内的示例性的系统布局；
图2A是根据实施例的机床配件的透视图；
图2B是图2A中所示的机床配件的侧剖面图；
图3是图2A中所示的机床配件的分解图；
图4A显示带有包括控制器的机床配件的系统的一个实施例；
图4B显示带有使用机床控制器的机床配件的系统的一个实施例；
图5A是描述根据一个示例性切削程序的示例性机床配件运动路径的图；
图5B是描述根据一个示例性切削程序的与相应的机床主轴和机床z工作台运动路径相结合的示例性机床配件的运动路径的3D图；
图6是根据一个实施例的计算装置的框图。
【具体实施方式】
[0006]此文中公开了机床配件的实施例。一般来说，机床配件配置成安装在机床(例如车床、铣床或其它机器)的可移动刀具工作台上，以实现高速、高精度的机械加工操作。该机床配件包括轴和小型线性致动器，轴可配置来保持切削刀具并且有时使切削刀具绕其轴线旋转，小型线性致动器配置来保持配件轴并且有时使配件轴相对于配件轴的轴线沿着侧向方向移动。
[0007]—般情况下，机床通常包括主轴，主轴可配置来保持工件或切削刀具并且有时使工件或切削刀具绕其轴线旋转。在一些实施例中，主轴安装在主工作台上，主工作台可以沿一个或更多个轴线移动。通常沿着主轴的轴线方向移动的工作台被称为Z工作台。机床通常还包括至少一个其它的工作台。工作台通常包括转台，一个或更多个切削刀具和/或刀具配件和/或工件固定至转台上并且可以沿一个或更多个轴线移动，以此方式移动使得固定到转台上的刀具和/或配件和/或工件接触静止或旋转的工件并且可能操作静止或旋转的工件，或者使得固定到转台上的刀具和/或配件和/或工件接触到工件且有时操作静止或旋转的工件，或者由静止或旋转的切削刀具来操作。
[0008]根据一个实施例以及如图1中所示的，机床配件安装在刀具转台上并且包括其自身的轴，轴可设置来保持刀具且有时使刀具旋转。在操作中，刀具转台可以绕机床运动以使得刀具配件与工件相接触，由此执行特定类型的机械加工操作，例如铣削工件或者给工件钻孔。在一些执行中，刀具工作台相当大，以及由于相对欠佳的路径跟踪精度以及与大型刀具工作台有关联的相对低的速度，因此安装在刀具工作台上的刀具不能进行小规模的或高精度的车床操作。在这些执行中，车床配件配置成使得刀具工作台能够在配件轴旋转时保持静止，以及配件线性致动器以此方式运动以操作工件。
[0009]图2A、图2B和图3示出了根据一个实施例的示例性机床配件100。如所描绘的，机床配件100包括线性致动器，线性致动器包括还用作配件的基座的整体的弯曲行程引导件102，配件具有轴夹、马达104和位置反馈传感器106。机床配件100还包括钣金盖108以及一个或更多个机械加工盖110。在一个示例中，整体的弯曲引导件/基座102允许I毫米的位移。但是在其它实施例中，其它位移是可能的。整体的弯曲引导件/基座102可以由金属或者一些其它材料制成。在图2A和图2B中，弯曲引导件/基座102设计为整体的四连杆机构，在杆的端部处具有薄的柔性区段103，以允许在一个方向上移动的同时在其它方向上保持刚性。弯曲设计使得装置能提供精确的移动同时还是紧凑的。也可以使用其它的整体的弯曲设计。
[0010]此外，机床配件100包括轴112，轴112适合用于高精度、小型的机械加工操作。例如，用在机床配件中的轴具有总体尺寸小、最大速度(每分钟转速)大、功率容量适中以及精度高的特点。如图所示的轴是一个示例，并且其可在80，000RPM、125瓦下操作，并且具有19.05毫米的直径和0.002毫米的总指示偏差量。在其它示例中，轴可在大约20，000RPM到大约100，000RPM之间、大约10瓦到大约300瓦之间操作，具有大约15毫米到大约30毫米之间的直径和小于0.0001毫米到大约0.005毫米之间的总指示偏差量。
[0011]如进一步所述，机床配件包括马达104，例如可在20镑的峰值力下操作的音圈。但是，在其它实施例中，其它类型的马达是可能的，例如交流直线马达，压电马达，主动轮驱动器(capstan-drive)或其它装置。图2A和图2B示出了音圈马达104的示例性位置，音圈马达104通过连杆连接到机构，以使得马达能够引起致动器在由整体的弯曲引导件/基座102所提供的方向上运动。音圈或类似的马达提供小的总体尺寸并允许致动器以高的速度和加速度进行移动。
[0012]机床配件100还包括位置反馈传感器106，例如电涡流传感器或电容位移传感器。位置反馈传感器106以此方式连接到配件100，以测量马达104和整体的弯曲引导件/基座102的位移。举例来说，可以使用的其它类型的反馈传感器包括电感式传感器、光学传感器、磁传感器或者配置来测量刀具配件致动器的位移的现在已知的或将来开发的任何其它类型的传感器。
[0013]根据另外的实施例，如图4A所示，刀具配件可以进一步包括一个或更多个配件控制器114，其可以配置成:(i )接收来自主机床控制器的信息，该信息指示主轴的位置和/或速度，和/或主机床工作台的位置和/或速度，以及基于此信息(ii)协调机床配件的轴和小型线性致动器以将机床配件和其旋转刀具在合适的时间放在合适的位置中，以实施小规模和/或高精度机械加工操作。在其它执行中以及如图4B所述，机床配件100可以和主机床控制器直接配合，而不使用配件控制器。
[0014]在操作中，根据一个实施例，配件控制器114配置来执行所期望的切削程序。一般情况下，切削程序是一组计算机程序代码或指示，当由刀具配件控制器执行时，所述计算机程序代码或指示使得刀具配件线性致动器相对于工件移动至合适的位置，并且在合适的时间使得配件轴接触到工件。
[0015]在示例性的切削程序期间执行控制回路的过程中，机床配件控制器114将指令信号传输到线性致动器，使得马达和行程引导件以及由此配件的轴112来移动且接合工件。在此移动期间，位置反馈传感器106实施各种测量并且将反馈信号返回到配件控制器114。重复进行控制回路，同时配件控制器根据反馈信号调整指令信号。在一个实施例中，机床配件的轴112往复移动，接合工件以及从工件解除接合，而机床配件100安装在其上的刀具工作台是静止的。
[0016]此外，在控制回路期间，机床配件控制器114接收来自主机床控制器的信息，该信息指示主轴的位置和/或速度，以及还接收来自机床控制器的指示机床工作台位置和/或速度的信息。根据一个实施例，机床配件控制器114通过根据从主机床控制器接收的信号调节其控制信号来进行电子凸轮操作。通过这样做，机床配件控制器114能够以此方式调节配件轴112和旋转刀具，以补偿机床的轴和工作台的位置和速度中的小改变。因此，机床配件100能够进行小规模、高精度的机械加工操作。
[0017]上述实施例的一个优点在于，机床配件100能够和多种不同类型的机器一起使用并和主轴、刀具工作台和任何其它工作台协同工作。例如，在一个示例性操作中，主工作台和主轴被移动到特定的位置，并且从主控制器发送启动信号(例如M代码)到配件控制器。在收到此信号时，配件控制器开始与主轴同步，且命令主轴以大致恒定的速度旋转。配件控制器将从反馈传感器接收指示主轴位置的信息，并且根据上述描述相应地执行其切削程序。
[0018]图5A是描述根据一个示例性切削程序的机床配件的示例性刀具路径的图。在所描绘示例中，配件控制器使得刀具在大约1.75秒时开始切削操作。在大约三秒的时间跨度内，刀具使其位置在其0.6毫米的初始X位置和增大的X总位移之间振动，以大约0.4毫米的总位移停