将加工工件在机床竖直心轴的夹具上正确对中的设备及相关操作方法

摘要

用于将圆形、大尺寸且重的工件(P2)在用于执行车削和/或精加工操作的数字控制机床的竖直轴线心轴的水平且磁性的面板夹具(1)上正确地对中的设备，其特征在于，该设备包括具有也是磁性的水平的吸引底面的至少一个操纵器(8)，该操纵器与专用的电子控制平移/上升装置(3，4，104，5)相关联，以至少执行将待加工的工件(P2)装载到所述磁性面板(1)上、从上方夹持所述工件、以及也在其它适当装置的帮助下执行所述工件在所述磁性加工夹具上精确地轴向对准的定位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字控制机床，该机床用于在诸如轴承环、制动盘或者类似物的圆形工件定位在竖直轴线的心轴的面板上的情况下在所述工件上执行车削和/或精加工操作，其设计成借助磁吸引力将工件稳固地保持在其上，即保持在所谓的磁性面板夹具上，所述磁性面板夹具不使工件受到诸如由所谓的自对中夹具所施加的径向类型的固定力，不然由于固定卡爪的变化磨损和将卡爪保持器滑块连接到通常的对中装置的运动机构的变化磨损两个方面，该径向类型的固定力可以使所述工件变形或者可以引起在所述工件相对于转动心轴的接近对中的不精确性，其中所述通常的对中装置使所述卡爪保持器滑块径向地位移到打开位置和关闭位置中。

背景技术

为了将工件正确地定位在数字控制处理机床的磁性水平面板夹具上，目前使用自对中的机械夹具，这些自对中的机械夹具安装在精确的平移/上升装置上，所述平移/上升装置通常与承载机床的加工和控制部件的相同名称的装置相关联，用于在这些夹具上夹持待加工的工件并且使其对中，以及用于将工件以正确的对中定位在磁性面板的轴线上，这是因为机械夹具可以执行各种平移/上升运动的精度。在工件已经在磁性面板上定位和对中之后，磁性面板被激活，以磁性地保持工件自身，所述工件同步地被所述机械进给夹具释放并被机床的控制和加工装置接收。

在加工之后，工件通过特殊装置的作用从面板卸载，而同时待加工的新工件通过所述装载和对中夹具同步地插入到同一面板上。

当待加工的工件尺寸较大并且非常重时，上述的对中技术成为问题之源，这是由于所述机械装载和对中夹具必须将相当大的力施加在所述工件上，该相当大的力可以使夹具/工件接触面变形并且可以导致逐渐磨损，随之导致所述夹具的对中不精确。

为了解决该问题，现有技术教导使磁性自对中夹具与磁性面板相关联的可能性，其唯一目的是当面板临时地断电时将工件在面板上正确地对中，例如在专利US 2,274,481中所说明的。然而，该方案没有完全解决问题，这是由于甚至当只需使支撑在面板上的工件进行径向位移时，通过夹具卡爪所施加的、用于初始分离及随后位移的力相对于工件的重量是相当大的并且会逐渐成为上述类型的用于自对中夹具的磨损和不精确性的问题之源。而且，在日本专利JP2002260293和JP2003157589中说明的方案设想使用相对于磁性面板侧向定位的对中装置，从而在工件上施加径向推力以用于在所述可转动的面板上对中，该方案不能容易地应用于尺寸较大、非常重且尤其具有可变尺寸的工件。

发明内容

本发明的目的是通过权利要求1以及以下的从属权利要求中所述的设备克服现有技术的这些以及全部问题和缺点。借助同样是磁性类型的操纵器至少执行装载工件到磁性面板夹具上的步骤，所述操纵器安装在因此非常精确的电子控制的平移/上升装置上。根据一个优选实施例，磁性操纵器在其中心位于包含有磁性加工夹具的轴线的竖直平面内的情况下精确地沿着第一水平轴线运动，并且磁性操纵器还借助专门软件精确地沿着第二竖直轴线运动；所述磁性操纵器的运动可以被组合，即，可以同时地沿着水平和沿着竖直二者进行。在机床的一个端部处，沿着与磁性操纵器的位移的所述水平轴线垂直的方向，设想到外部托架的水平位移，所述托架上相继地安装有用于初始支撑待加工的工件的水平台以及辊与外部托架的所述水平位移轴线平行的水平辊道，所述水平辊道通过使其交替运动到两个不同位置中的装置操作，即：在一个位置中辊道与磁性操纵器的水平运动轴线对准，以便从磁性操纵器接收已加工的工件；在另一个位置中带有待加工的工件的台定位成与磁性操纵器的水平运动轴线相对，而同时带有已加工的工件的辊道处于与卸载辊道对准的位置中，以便允许所述已加工的工件经由所述卸载辊道运走。

在待加工的工件已经定位在所述磁性夹具上之后或者转移到所述磁性夹具上之前，可以以不同的方式执行待加工的工件在磁性面板夹具上的正确对中。在第一种情况下，工件定位在外部托架的所述台上，在所述台上所述工件还借助于其上的任何径向或者周向标记大致对中。工件继而借助磁性操纵器从外部托架转移到收取站中，然后通过该部件被转移并定位到磁性面板夹具上，在所述磁性面板夹具处，借助至少一个周边探测器，通过感测工件区域的三个或者更多个相互等角间距的点而检测工件自身的任何偏移的量，并且检测工件的直径或者其它相关的功能。任何偏移继而定位在包含磁性操纵器的水平位移轴线的平面内，并且该部件干预以升起和降下工件并且使工件在磁性面板夹具上正确地对中，所述磁性面板夹具再次同步地被去激活和激活并且继而执行工件的必要的机械加工，随后同一个磁性操纵器再次干预，以便将工件卸载到外部托架的所述辊道上，然后从与该外部托架相关联的所述台拾取下一个待加工的工件。

在另一个情况下，借助同样静态类型的传感器检测工件和所述第一外部台之间的任何偏移，通过所述传感器也可以检测所述工件的直径。在用于初始定位工件的所述台转动的情况下，任何偏移沿着外部托架的水平位移轴线定向，并且随后外部托架的平移运动考虑到所检测到的偏移，并将工件的中心准确地定位在包含有水平位移轴线和磁性操纵器的中心的理想的竖直平面内，以便当磁性操纵器干预时，工件已经在操纵器上正确地对中，所述操纵器继而将工件以固定的行程转移，并且在完美对准的情况下转移到磁性加工夹具上。

根据另一方案，磁性操纵器可以预设成能够围绕其竖直轴线转动，可以设有用于在操纵器执行其行程以夹持工件并朝向磁性加工夹具转移该工件时以及操纵器围绕其竖直轴线转动时，确保检测到工件的轴线和操纵器的转动轴线之间的偏移以及所述工件的直径的装置。在将所述偏移定位在操纵器的平移/上升的理想的竖直平面内的情况下并且因此以平移/上升行程完成该转动，在考虑到所述偏移的情况下，所述平移/上升行程能够将工件定位成其轴线与磁性加工夹具的轴线精确地对准。

工件的高度可以是可变的，并且可以通过与磁性操纵器相关联的光电装置精确地检测，以便使磁性操纵器可以极精确地执行工件夹持和释放步骤以及下面进一步说明的其它的控制步骤。

附图说明

本发明的其它特征特性以及所产生的优点将从以下优选实施例的说明更加清楚，所述优选的实施例在附图中仅仅作为非限制性示例示出，其中：

-图1是具有根据本发明的设备的机床的示意性俯视图；

-图2和3示出在用于将工件供给到磁性面板夹具上的循环的相继步骤期间根据图1的机床的俯视图，其中工件在该夹具上对中；

-图4在侧视示意性示出部件的情况下示出按照图3的步骤待加工的工件在磁性夹具上的布置；

-图5示出其中探测器干预以检测工件的直径和工件相对于磁性夹具的任何偏移的步骤的侧视图；

-图6、7和8示出根据图5的探测器的各个加工步骤的俯视图；

-图9和10示出相继步骤的俯视图，在所述相继步骤期间工件的任何偏移首先位于机床的水平位移轴线上，并且该偏移继而借助磁性操纵器将工件在磁性夹具上准确对中而消除；

-图9a和10a示出在以上图9和10中示出的相同步骤的侧视图；

-图11示出以下电子仪器的可能操作的侧视图，该电子仪器用于检查在磁性夹具上对中的工件的任何残余偏移是落入加工所述工件的公差之内还是落在该公差之外；

-图12示出通过机床的刀具之一加工工件的侧视图；

-图13、14、15和16示出磁性操纵器以及与其相关联的光电装置的侧视图，所述光电装置用于检测待加工的工件的高度并用于其它功能；

-图17示出用于检测外部进给台上的工件的直径和偏移的装置的侧视图；

-图18、19和20在俯视图中示出用于借助根据图17的装置检测工件和外部台之间的偏移的步骤；

-图21在俯视图中示出沿着承载所述进给台的托架的水平位移的轴线方向，位于外部台上的工件的偏移的定向；

-图22和23在俯视图中示出使具有台和待加工的工件的托架位移以使所述工件与机床的磁性操纵器的水平位移中心对准的步骤、以及随后所述待加工的工件在磁性面板夹具上对中定位的步骤；

-图24、25和26在俯视图中示出结构变型的磁性操纵器的相继操作步骤，其中磁性操纵器设计成以智能方式围绕竖直轴线转动。

具体实施方式

在图1中，附图标记1指示具有竖直轴线的电磁体面板夹具，该夹具通过已知类型的高精度的智能驱动单元操作，所述智能驱动单元包括例如电动马达，所述电动马达具有电子速度和相位控制器并且具有制动器。夹具1配备有用于能够激发和断开其电磁功能的正常装置，以用于夹持和释放待加工和已加工的铁磁性部件，并且夹具1位于直箱2的中间部分中，所述直箱配备有用于收集和去除切屑的装置，所述切屑在工件的加工期间形成并且同步地通过例如使用一种或多种加压流体的已知的清洁装置(未示出)从工件和夹具1运动离开。

直箱2与其纵向轴线横向地和/或在上方与其纵向轴线平行地设有直线导引装置3，至少一个托架4沿着所述直线导引装置3精确地滑动。所述托架还通过高精度的智能驱动单元操作，所述智能驱动单元包括例如电动马达，所述电动马达具有电子速度和相位控制器并且具有制动器。托架4又具有竖直导引件104，在所述竖直导引件上滑块5精确地滑动，该滑块也通过具有电动马达的高精度的智能驱动单元操作，所述电动马达具有例如无刷类型的电子速度和相位控制器并且具有制动器，并且该滑块5上安装有例如至少一个刀具保持器单元6(还参见图4)和与该刀具保持器单元适当间隔开的臂7，该臂支撑电磁操纵器8，所述电磁操纵器的底面108是平坦的并且是水平的，所述底面具有例如矩形的形状，并且所述电磁操纵器的中心208位于理想的竖直平面9内，电磁夹具1的轴线也位于该平面中(图1)。

同一滑块5上还安装有例如伸缩臂的臂110，所述臂可以在所述理想平面9内竖直地升起和降下，所述臂在底部处支撑例如是商标名称为“Remishaw”的类型或者另一合适类型的电子探测器10，所述电子探测器连接到专用计算单元并将在下面进一步详细说明。探测器10的一个或多个感测尖端210还优选地位于所述理想的竖直平面9内。

在说明书的其余部分中，夹具1和操纵器8将被更加简单地限定为磁性装置以便帮助说明。

借助与托架4相关联的驱动装置的作用，电磁操纵器8可以从图1中由虚线所示的位置(在该位置处所述操纵器位于磁性面板夹具1上方并且与其对中，例如为了夹持加工部件P1)转移到同一图1中由虚线所示的另一个位置(在该位置处所述电磁操纵器8在水平服务辊道11上方定位在箱2的一个端部外侧，所述水平服务辊道安装在托架12上，所述托架可以通过专用的驱动装置与机床的导引件3成直角来沿着水平直导引件13位移)中。同步地，操纵器8将所加工的工件P1放置在所述辊道11上，所述辊道的辊与导引件13平行并且是空转的或者是被马达驱动的，用于以下进一步说明的目的。

同一托架12上在与辊道11相距适当的距离处安装有水平台15，所述水平台的中心115处于相同的理想的竖直平面14中，所述竖直平面包含所述辊道11的中心并且与机床的理想平面9成直角，所述水平台在竖直轴线上固定或者可转动并且其上定位有待加工的工件P2，所述待加工的工件例如借助操作员的人工干预或者也使用与设置在自对中装置上的机械装置相同类型的机械装置(同样未示出)而进行大致的对中，所述操作员例如可以使用设置在所述台上的径向和/或同心的参考标记，所述机械装置首先被激活以执行工件的大致对中，并且继而被去激活以便让工件自由和独立。

借助与托架12相关联的驱动装置的作用，该托架可以从图1中所示的位置位移到图2所示的位置中，在所述图1中所示的位置中用于将新的工件P2装载到台15上并且将已加工的工件卸载到辊道11上，在所述图2中所示的位置中具有工件P2的台15定位在操纵器8下方并且辊道11与相对应的辊道16对准和共面，借助所述相对应的辊道16将工件P1运走，如由箭头17所指示。在执行已加工的工件P1的卸载的同时，磁性操纵器8向下运动并且夹持位于台15上的待加工的工件P2，此后磁性操纵器8向上运动并且借助托架4的作用沿着平面9水平地运动，直到磁性操纵器8到达磁性夹具1为止，在所述磁性夹具1上磁性操纵器8同步地下降并且精细且精确地定位待加工的工件P2，所述待加工的工件P2以同步的顺序通过同一个夹具1夹持。为了减小该循环的持续时间，由于用于控制托架4和滑块5的装置精确地知道待加工的工件的高度，如以下将更加详细地解释的，可以整个地或者部分地通过单个倾斜运动来执行操纵器8朝向夹具1的接近运动。当已经完成工件P2在磁性夹具1上的定位时，所述工件的轴线CP通常不与同一夹具1的竖直轴线101重合，例如在图5和6中所示。

如图5中所示，以同步的顺序，用于使滑块5运动的装置升起与其相关联的所有部件(操纵器8和刀具保持器单元6)，而同时臂110如该图5中的虚线所示降低，并且托架4同步地位移以便从工件P2运走操纵器8并且将探测器10的感测点210定位在所述工件P2的待感测区域的高度处且与夹具1的轴线101相距距离19处，该距离是已知的并且大于机床可以加工的较大直径的工件的半径。如图5和6中所示，以同步的顺序，托架4位移以使探测器10朝向工件运动，直到在期望的干涉程度下同一个探测器的传感器210触到工件P2的周边为止，并且由托架5所执行的行程被发送到机床的计算装置。以同步的顺序，托架使平移运动反向，以便使探测器10从工件P2便利地运动离开，所述工件P2继而围绕夹具1的轴线101转动例如120°，如图7中所示，并且在该步骤之后，托架4再次位移以使探测器朝向工件P2运动，以便检测工件的新的角位置的径向尺寸，并且以相对于前一位置偏移120°的相继角位置来重复相同的循环，如图8中所示，此后托架4将探测器10从工件运动离开，并且臂110将探测器10再次提升到停止位置中。借助由探测器10执行的测量，机床的计算单元能够以较高的精确度检测待加工的工件的探测区域的半径或直径、其相对于夹具1的转动轴线的偏移20、以及该偏移和工件P2的轴线CP的角位置。然后，经由适当的软件，该数据用于确保通过磁性夹具1的受控的精确转动，工件的轴线CP进入理想的竖直平面9内，如图9中所示。以同步的顺序，托架4位移以使磁性操纵器8朝向工件P2运动，并且还借助托架5的作用，使同一个磁性操纵器8向下运动以夹持工件P2，而同时该工件同步地被夹具1释放。借助磁性操纵器8，工件P2被提升并且在平面9中水平地位移与所述偏移20相关的量，随后，所述操纵器向下运动并且将工件P2重新定位在夹具1上，工件的中心CP准确地与磁性夹具1的轴线101对准，如图9、9a和10、10a的顺序中所示。在严格同步的顺序中，夹具1被磁性地激活以保持工件P2，所述工件P2继而被操纵器8释放，所述操纵器8从滑块5和托架4运动离开，以允许在例如与臂6相关联的刀具的帮助下在转动的磁性夹具1上加工所述工件P2，如在图12中示意性地示出。在该加工步骤之前，如图11中所示，可以设想到例如与滑块5相关联的数字比较器21的可能干预，从而与借助上述方法所对中的工件P2的周边的点接触，以便检验工件P2的任何残余的偏移或者椭圆化是否处于容许的加工公差内，而同时同一个工件P2围绕组合的轴线CP和101缓慢地转动。

参照图13至15，现在将说明允许精确地检测所加工的工件的高度的方案，以用于加工工件以及通过操纵器8精确地处理工件两个方面。从图13可以看到，在磁性操纵器8的相对的前端部和后端部处，例如沿着磁性操纵器8的水平位移的方向，在一侧设置有从磁性操纵器的平坦底面108适当突出的发射器22并且在与所述发射器相对侧设置有接收器24，所述发射器22产生与操纵器的所述底面108平行并且与所述底面分离开已知量23的细激光束122，所述接收器接收所述激光束。这些光电部件22和24连接到机床的计算电路，并且整个组件以下述方式和目的使用。从图13可以看到，当操纵器8位于在台15上定位的待加工的工件P2上方时，例如如已经在图1中所示的步骤中所说明的，激光束122位于与所述台15的顶面相距等于量25的距离处，所述量对于机床计算系统是已知的。结果，当如图14中所示操纵器8降低到工件上并且激光束122被工件P2的顶面中断时，机床计算系统精确地知道所述工件P2的高度26。由于计算系统也知道所述距离23，所以能够管理操纵器8沿着其向下运动的最后段的行程和速度，以便在减速的情况下进行所述操纵器8的底面与工件P2的顶面的接触，使得接触速度基本等于零并且因此不会使工件P2受到任何不期望的推力，如图15中所示的步骤中所示。

此时很清楚，当磁性操纵器8返回到如图13中所示的升起的位置中时，其中工件P2固定到其底面108，已知所述工件P2的高度的机床计算系统也能够精确地管理其中工件P2布置到磁性夹具1上的随后步骤、其中从同一个夹具1上拾取已加工的工件P1的随后步骤、以及其中已加工的工件P1布置在卸载辊道11上的最终步骤。

图16示出本发明的一个有利实施例，其中在磁性操纵器8已经将待加工的工件P2定位在磁性夹具1上之后，当所述操纵器断电并且上升时，所述操纵器不是立即返回到其上升的停止位置中，而是可以临时地停止在待机位置中，在所述待机位置处激光束122位于工件P2的顶面上方并非常靠近所述顶面，并且通过接收器24检测。在该条件下，夹具1围绕其轴线转动，并且如果接收器24在接收激光束122时检测到过度或异常的摆动，则这些条件被机床的计算和处理系统记录，所述机床的计算和处理系统可以将这些条件解释为工件在夹具1上的不正确定位的指示，所述不正确定位可能是由于在所述磁性夹具1的面板的顶面与待加工的工件的底面之间存在有诸如切屑的异物，或者是由于在所述工件的顶部和/或底部处的宏观缺陷。在这些状况中，机床可以设定成移除和卸载不正确定位或有缺陷的工件，适当地以实用的方式对此进行指示，或者机床可以预设成执行所述工件的回收，临时地将所述工件停驻在清洁站(未示出)中，并且继而将所述工件重新定位在夹具1上，所述夹具同时已经断电并且也被适当地清洁。如果在用于将工件重新定位在夹具1上的随后循环期间机床检测到上述问题的重复，则工件可以被运走以卸载并且这可以通过适用于该目的的任何程序进行指示。随后，如果在不同工件的装载期间相同的问题很快地相继重复若干次，则可以设置安全装置以用于确保机床将问题用信号通知到操作员并且停机。

根据本发明的一个不同的实施例，如以下参照图17至23的说明，例如当工件安装在所述台15的变型15’上时，可以在机床之外执行待加工的工件的半径或直径及其偏移的检测。从图22、17和18可以看到，台15’与用于最初定位待加工的工件的先前的台15的不同之处在于：所述台15’一定要围绕其竖直轴线115转动；所述台15’执行由例如电动马达控制的智能转动，所述电动马达具有电子速度和相位控制器并且具有制动器；以及所述台15’配备有用于尤其当所述工件具有受限的重量时牢固地保持工件的装置，例如与面板夹具1类似的磁性夹持装置。在台15’的一侧上，在与托架12相关联或者固定的位置中，设置用于精确地检测待加工的工件的直径的装置，所述待加工的工件使用与所述传感器10在机床的工作站中操作所使用的方法类似的方法来定位在所述台上。在该情况下(图17)，能够使用静态的简化类型的传感器或检测器，例如激光传感器27，其定位成与其探测束与台15’的轴线115垂直并且与此轴线28分离开预定的已知量28。如图18、19和20相继示出，在台15’围绕其轴线相继转动通过120°的情况下或者在所述台连续转动通过至少一整转的情况下，与传感器27以及所述台的智能转动单元相关联的电子计算和处理装置能够检测到工件P2的外径、所述工件相对于所述台15’的轴线的偏心率或偏移20、以及该偏移在圆周角中的位置，所有这些使得在传感器27的工作步骤之后，与用于工件在机床中的定向的循环相类似地，台15’自动地转动对于系统已知的量，并且使得工件的轴线CP定位在包含台15的中心115和辊道11的中心的理想的平面14内，如图21和22中所示。在该方案中，设想到用于使托架12交替位移的系统是智能的和精确类型的，并且因此通过与上述系统相互作用的、具有电子速度和相位控制器的马达控制，以便使所述托架12沿着理想的平面14的随后的线性位移考虑到工件在台15’上的所述偏移20，并且使同一个工件的轴线CP准确地定位在机床的理想的平面9内，在所述理想的平面9中磁性操纵器8的中心和磁性夹具1的轴线如图22中所示操作。如在图22中通过实线指示，此时清楚的是，磁性操纵器8如何能够在高精度和两个部件的轴线完美对准的情况下从台15’夹持待加工的工件P2，所述台15’自动地释放所述工件，并且还清楚的是，由于这些条件，磁性操纵器8如何能够以固定和预定的行程从台15’转移工件P2到磁性夹具1，如在图23中通过首先用虚线指示继而用实线指示的顺序的步骤所示。

由于台15’的必要的结构复杂性，迄今所考虑到的实施例的变型提出现在参照图24至26说明的另一结构变型，该另一结构变型在于使磁性操纵器8具有检测和定向工件在所述操纵器的平移/上升的理想的平面9内的偏移的功能。根据该变型，磁性操纵器8可以预设成以智能的方式围绕其竖直轴线转动，所述竖直轴线例如与其中心208重合。机床的新的工作循环的开始步骤与图1和2中所示的步骤相同，这是由于工件P2到达与轴线任意定向的操纵器8相遇的设计点。然而，在该情况下，在支撑操纵器8的滑块5上或者在另一适当位置中安装有例如静态类型的传感器，例如在图17至23中由附图标记27所指示的传感器，所述传感器能够在所述工件围绕所述操纵器的竖直轴线208转动的同时所述工件已经被从装载台15适当地升起的操纵器8夹持之后，检测工件的直径和偏移，如在图24、25中顺序示出并且在图26中的虚线所示部分中示出，其中可以看到所述操纵器完成转动，使工件的偏移20对准在平移/上升的理想的平面9中。操纵器8的水平平移运动在该情况下将由智能装置控制，并且将在其它两个上述情况中不被固定，而是将依据所检测到的偏移20是可变的，从而使操纵器8在随后朝向磁性夹具1的平移行程期间能够定位待加工的工件以使其轴线CP准确地与所述夹具1的竖直轴线101对准，如图26中的实线所示，循环次数少于第一方案的循环次数并且基本类似于第二方案的循环次数。为了减少循环次数，如果传感器27安装在滑块5上，则可以在所述操纵器沿着理想的平面9主动地平移/上升期间执行磁性操纵器8绕其轴线的所述转动步骤。