專利名稱：用于機加工的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及機加工處理，更具體地，本發(fā)明涉及用于機加工的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
計算機數(shù)控(CNC)機器用在機加工處理中，并且使用計算機控制器，該計算機控 制器通常讀取用于驅(qū)動動力機械裝置的G代碼指令，該動力機械裝置通常用來通過選擇性 地去除金屬來制造金屬部件。CNC可以在機器的工作外殼中數(shù)字化地定向插入切削刀具 (tool)ο動力機械裝置通常為氣動刀具(例如，鉆頭)，該氣動刀具通過比如插入CNC機器 和從CNC機器中退回而裝配成用于與CNC機器結(jié)合。氣動刀具或主軸(spindle)可以手動 地與CNC機器結(jié)合，或者可以使用自動刀具更換器。從CNC刀具庫中可以獲得某些刀具，但是要求在更換之后停止機器，使得可以與 刀具建立合適的動力連接。其它的刀具預(yù)先連接至氣動源，但是必須手動地與CNC機器接 合。從而，CNC機器通常被編程為在正常機加工循環(huán)之前停止，以便允許手動刀具安裝或者 在與機器結(jié)合之后與刀具產(chǎn)生合適的動力聯(lián)接。因此，對于用于機加工的設(shè)備和方法而言需要方便刀具更換過程。對于這樣的設(shè) 備和方法而言還需要提供使用各種類型刀具的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于機加工的設(shè)備和方法。這里所述的示例性實施例的特征使得在機加 工的同時能夠方便刀具更換過程。這些特征還可以提供CNC機器或其它控制裝置使用各種 類型刀具的靈活性。在本公開的一個示例性實施例中，一種用于與主軸、CNC機器、自動更換裝置和供 氣管路一起使用的安裝組件包括安裝軸環(huán)和安裝架。所述安裝軸環(huán)可以具有軸環(huán)本體和軸 環(huán)臂，其中所述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開口的一個或多個槽，所述一 個或多個槽的每個中都定位有密封元件，以及所述軸環(huán)臂具有軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán) 通道，所述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提供流體連通。所述安裝架 可以連接至所述CNC機器并且可以具有架入口、架出口和架通道，所述架入口與所述供氣 管路連接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之間提供流體連通，其中所述主軸 選擇性地定位成穿過所述軸環(huán)開口并且與所述安裝軸環(huán)連接，所述軸環(huán)出口選擇性地與所 述主軸流體連通并且被所述密封元件密封，所述軸環(huán)入口通過所述自動更換裝置選擇性地 設(shè)置成與所述架出口流體連通。所述主軸可以選擇性地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在另一個示例性實施例中，一種機加工系統(tǒng)可以具有主軸、CNC機器、自動更換裝置、供氣管路以及安裝組件。所述安裝組件可以具有安裝軸環(huán)和安裝架，其中，所述安裝軸 環(huán)具有軸環(huán)本體和軸環(huán)臂，所述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開口的一個或 多個槽，所述一個或多個槽的每個中都定位有密封元件，所述軸環(huán)臂具有軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提供流體連通；所 述安裝架連接至所述CNC機器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口與所述供氣 管路連接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之間提供流體連通，其中所述主軸 選擇性地定位成穿過所述軸環(huán)開口并且與所述安裝軸環(huán)連接，所述軸環(huán)出口選擇性地與所 述主軸流體連通并且被所述密封元件密封，以及所述軸環(huán)入口通過所述自動更換裝置選擇 性地設(shè)置成與所述架出口流體連通。所述主軸選擇性地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在又一個示例性實施例中，一種方法可以涉及利用如下步驟將主軸安裝至CNC機 器利用自動更換裝置將所述主軸從盤式刀具庫中收回，其中所述主軸具有安裝軸環(huán)，所述 安裝軸環(huán)具有軸環(huán)本體和軸環(huán)臂，其中所述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開 口的一個或多個槽，所述一個或多個槽的每個中都定位有密封元件，以及所述軸環(huán)臂具有 軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所 述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間 提供流體連通；所述主軸定位成穿過所述軸環(huán)開口，所述軸環(huán)出口選擇性地與所述主軸流 體連通并且被所述密封元件密封。所述方法還可以包括利用所述自動更換裝置將所述軸環(huán) 入口與安裝架的架出口連接，其中所述安裝架連接至所述CNC機器并且具有架入口和架通 道，所述架入口與供氣管路連接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之間提供流 體連通；以及利用通過所述軸環(huán)入口、所述軸環(huán)出口和所述軸環(huán)通道供給的空氣使所述主 軸選擇性地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在另一個示例性實施例中，一種用于與具有供氣管路的CNC機器一起使用的主軸 可以具有本體，其容納被氣動地驅(qū)動的輪機(turbine)；第一結(jié)合臂，其連接至所述本體 并且具有貫通的第一供氣通道；以及第二結(jié)合臂，其連接至所述本體并且具有貫通的第二 供氣通道。所述第一結(jié)合臂和所述第二結(jié)合臂可以彼此垂直并且能夠分別選擇性地連接至 所述CNC機器。當(dāng)所述第一結(jié)合臂與所述CNC機器連接時，所述第一供氣通道可以將所述 輪機設(shè)置成與所述供氣管路流體連通。當(dāng)所述第二結(jié)合臂與所述CNC機器連接時，所述第 二供氣通道可以將所述輪機設(shè)置成與所述供氣管路流體連通。從以下的詳細(xì)說明、附圖和所附權(quán)利要求中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會了解和理解本 公開的上述和其它的特征和優(yōu)點。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性機加工系統(tǒng)的透視圖；圖2為圖1的系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖3為圖1的系統(tǒng)的另一部分的透視圖；圖4為圖1的系統(tǒng)的另一部分的透視圖；圖5為圖1的系統(tǒng)的主軸和安裝軸環(huán)的透視圖；圖6為圖5的安裝軸環(huán)的透視圖；圖7為圖5的安裝軸環(huán)的另一個透視圖；圖8為圖5的安裝軸環(huán)的俯視圖和橫截面圖；圖9為可以與圖1的系統(tǒng)一起使用的安裝軸環(huán)的另一個實施例的俯視圖和橫截面 圖；圖10為可以與圖1的系統(tǒng)一起使用的安裝軸環(huán)的另一個實施例的俯視圖和橫截面圖；圖11為圖1的系統(tǒng)的安裝架的俯視圖、側(cè)視圖和仰視圖；圖12為圖5的主軸的一部分的透視圖；圖13為圖5的主軸的俯視圖；圖13a為與安裝架連接的安裝軸環(huán)的示意圖；圖13b為與主軸操作地結(jié)合的安裝軸環(huán)和安裝架的示意圖；圖14為具有自動刀具更換器的圖1的系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖15為具有自動刀具更換器的圖1的系統(tǒng)的一部分的另一個透視圖；圖16為具有自動刀具更換器的圖1的系統(tǒng)的一部分的另一個透視圖；圖17為圖1的系統(tǒng)的盤式刀具庫的透視圖；圖18為與圖1的CNC機器結(jié)合的安裝架的透視圖；圖19為圖18的安裝架的分解圖；圖20為圖19的安裝架的一部分的透視圖；圖21為圖18的安裝架的透視圖；圖22為與安裝架連接的主軸的另一個示例性實施例的俯視圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性主軸的俯視圖；以及圖24為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的示例性主軸的俯視圖。
具體實施例方式參考附圖，尤其是參考圖1-5，其示出了機加工系統(tǒng)，該機加工系統(tǒng)通常用附圖標(biāo) 記10表示。系統(tǒng)10可包括諸如CNC機器的控制裝置20、盤式刀具庫30以及一個或多個刀 具或主軸50?？刂蒲b置20可以包括用于輸入命令的用戶輸入裝置25。控制裝置20可以 采用各種軟件對工件實施機加工處理，并且本公開并不限于所采用的控制類型。系統(tǒng)10還可以具有通用主軸安裝組件(USMA) 100，該USMA 100與主軸50配合，以 便允許與CNC機器20 —起自動更換主軸。在系統(tǒng)10的示例性實施例中，主軸50借助自動 更換裝置300在CNC機器20和圓筒形盤式刀具庫(carousel) 30之間更換，這將在后面更 加詳細(xì)地解釋。然而，本公開還可以使用其它用于通過使用USMA 100而將主軸50與CNC 機器20連接或斷開的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，比如線性刀具庫。USMA 100可以包括安裝軸環(huán)150和安裝架200，如圖2_4更清楚地所示。安裝軸 環(huán)150可以操作地結(jié)合至主軸50，同時安裝架200可以操作地結(jié)合至CNC機器20。此外，參考圖6-8，安裝軸環(huán)150可以具有大致圓形本體160，該圓形本體限定有貫 通的安裝或軸環(huán)開口 165。安裝軸環(huán)150可以具有從圓形本體160延伸的軸環(huán)臂170。軸 環(huán)臂170可以具有彼此連通的臂供給通道175、臂供給開口 177和快速連接裝置180，以便 將空氣從快速連接裝置傳送至安裝開口 165。安裝開口 165可以由軸環(huán)本體160中的一對 槽182部分地(例如，外接的)限定，該對槽182中定位有0形環(huán)185或其它密封結(jié)構(gòu)。槽 182和0形環(huán)185之間可以限定軸環(huán)供給通道188。0形環(huán)185可以采用各種材料，包括橡 膠。安裝軸環(huán)150還可以采用其它形狀和尺寸，比如如圖9和10所示。此外，參考圖11-17，安裝軸環(huán)150可以通過自動更換裝置300選擇性地結(jié)合至安 裝架200，其中安裝架和安裝軸環(huán)流體連通，以便將空氣傳送至安裝開口 165。主軸50可以借助通過軸環(huán)臂170傳送的空氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，比如旋轉(zhuǎn)45度，盡管也可以采用其它的旋轉(zhuǎn)度數(shù)。主軸50還可以由通過軸環(huán)臂170、安裝開口 165和軸環(huán)供給通道188傳送到主軸空氣 入口 55中的空氣提供動力(圖13)。主軸殼體上可以設(shè)置有主軸槽57，以便用作用于使主 軸50旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)件。此外，參考圖18-21，安裝架200可以具有安裝本體210，該安裝本體210中形成有 結(jié)合凹部220。在示例性實施例中，凹部220由圓形側(cè)壁225部分地限定，該圓形側(cè)壁225 可以抵靠或者以另外的方式定位在CNC機器20的圓形壁22附近。然而，凹部220可以采 用其它的形狀和尺寸，比如平面形，其中CNC機器的側(cè)壁是平的。凹部220的使用使得本體 210的一部分延伸超過CNC機器20的側(cè)壁22 (在本公開中是上方)，以便方便安裝架200 與供氣管路400結(jié)合，這將在后面更加詳細(xì)地說明。比如，為了方便制造，安裝本體210可 以分成多個部分并組裝起來，包括第一和第二部分201和202，盡管還可以具有任意數(shù)量的 部分。本公開中安裝本體210也可以是單個本體。安裝架200可以具有空氣入口 230、架供給通道235和空氣出口 240?？諝馊肟?230可以是帶螺紋的或者具有固定機構(gòu)，使得該空氣入口可以與快速連接結(jié)合器連接，以便 使空氣入口與供給通道400中的一個流體連通?？諝獬隹?240可以包括快速連接結(jié)合組件 245，比如母連接器，該母連接器與用于快速連接裝置180的公連接器對應(yīng)。借助比如穿過 安裝架的本體210形成的定位螺紋通孔280，可以利用一個或多個固定裝置(未示出)將安 裝架200連接至CNC機器20。本公開還可以利用其它的固定結(jié)構(gòu)和技術(shù)將安裝架200連接 至CNC機器20，包括諸如銷釘(bayonet)連接的快速連接結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，安裝架200可以具有可調(diào)節(jié)的連接結(jié)構(gòu)，使得安裝架可以與尺 寸不同的CNC機器連接。例如，可以使用滑動連接器，使得固定機構(gòu)(例如，螺栓)可以選 擇性地穿過CNC機器中形成的對應(yīng)固定機構(gòu)(螺紋開口)進(jìn)行定位。凹部220的彎曲側(cè)壁 225的使用使得安裝架200能夠定位成接近具有彎曲側(cè)壁的各種尺寸的CNC機器。在操作中，自動更換裝置300的自動更換臂350可以與保持在盤式刀具庫30中的 主軸50選擇性地接合。每個主軸50都可以連接有安裝軸環(huán)150。自動更換裝置300可以 通過使用自動更換活塞375將主軸50從其在盤式刀具庫30中的位置移動至靠近CNC機 器20的位置(參見圖14-16)。安裝軸環(huán)150可以借助自動更換裝置300通過使用快速連 接裝置180和快速連接組件245而結(jié)合至安裝架200并且與該安裝架200流體連通。USMA 100可以設(shè)置成用于主軸50的旋轉(zhuǎn)(例如，旋轉(zhuǎn)45度)，以便該主軸能夠與CNC機器20連 接和/或載回到盤式刀具庫30中。USMA 100使得CNC機器20和自動更換裝置300能夠與各種類型的主軸50 —起使 用。例如，安裝軸環(huán)100可以與并不是特別設(shè)計成與自動更換裝置300 —起使用的主軸結(jié) 合。不需要通過活塞頭(plunger teat)而是可以通過使用軸環(huán)臂170將空氣供給至主軸 50。在圖22所示的另一個實施例中，主軸50可以具有一個或多個排出孔58。安裝軸 環(huán)150相對于主軸進(jìn)行定位，從而不會阻塞排出孔58。在又一個實施例中，如圖23和24所示，主軸500可以設(shè)置有比如彼此平行的多個 結(jié)合臂510和520。結(jié)合臂510和520可以具有空氣入口以及合適的閥門(valving)，該閥 門設(shè)置成是貫通的，以便向主軸500提供動力。結(jié)合臂510和520允許與CNC機器連接。
在一個實施例中，結(jié)合臂520沿著主軸500的頂部定位，使得CNC機器可以與結(jié)合 臂520連接，以便將主軸沿著豎直方向定向，而結(jié)合臂510沿著主軸500的側(cè)面定位，使得 CNC機器可以與結(jié)合臂510連接，以便將主軸沿著水平方向定向。主軸500的多種定向提 供了在比如從上面或從側(cè)面對工件進(jìn)行機加工時的靈活性。本公開還可以將結(jié)合臂510和 520相對于主軸500定位在不同區(qū)域和/或以不同的角度定位。
這里所述的實施例的說明意欲提供對各種實施例的結(jié)構(gòu)的總體理解，而并不是意 欲用作可能使用這里所述結(jié)構(gòu)的設(shè)備和系統(tǒng)的所有元件和特征的完全說明。在看過上述說 明的情況下，許多其它的實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的。從上述說明中可以采 用和得出其它的實施例，使得可以在不脫離本公開的范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)的和合理的替 換和改變。附圖也僅僅只是示意性的，可能沒有按照比例描繪。附圖的某些比例可能被夸 大，而其它的比例可能被縮小。因此，說明書和附圖將被看作是示例性的而非限制性的。從 而，盡管本文已經(jīng)圖示和說明了特定的實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，任何試圖達(dá)到相同目的的布 置可以代替所示的特定實施例。本公開意欲覆蓋各種實施例的任意和全部修改和變化。在 看過上述說明的情況下，以上實施例的組合以及本文中沒有特別說明的其它實施例對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的。因此，本公開并不限于作為可以想到的實施本發(fā)明的最佳模 式所公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
一種用于與主軸、計算機數(shù)控機器、自動更換裝置和供氣管路一起使用的安裝組件，所述安裝組件包括安裝軸環(huán)，其具有軸環(huán)本體和軸環(huán)臂，其中所述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開口的一個或多個槽，所述一個或多個槽的每個中都定位有密封元件，并且所述軸環(huán)臂具有軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提供流體連通；以及安裝架，其連接至所述計算機數(shù)控機器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口與所述供氣管路連接，所述架通道用于在所述架入口和所述架出口之間提供流體連通，其中所述主軸選擇性地定位成穿過所述軸環(huán)開口并且與所述安裝軸環(huán)連接，所述軸環(huán)出口選擇性地與所述主軸流體連通并且被所述密封元件密封，所述軸環(huán)入口通過所述自動更換裝置選擇性地設(shè)置成與所述架出口流體連通，并且所述主軸選擇性地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述安裝架具有可調(diào)節(jié)的固定機構(gòu)，所述可調(diào)節(jié) 的固定機構(gòu)與所述計算機數(shù)控機器選擇性地連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述密封元件是0形環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述一個或多個槽是兩個槽，所述兩個槽之間限 定有通道，所述通道外接所述軸環(huán)開口。
5.一種機加工系統(tǒng)，包括主軸；計算機數(shù)控機器；自動更換裝置；供氣管路；以及安裝組件，其具有安裝軸環(huán)和安裝架，其中，所述安裝軸環(huán)具有軸環(huán)本體和軸環(huán)臂，所 述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開口的一個或多個槽，所述一個或多個槽的 每個中都定位有密封元件，所述軸環(huán)臂具有軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所述軸環(huán)通道 用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提供流體連通；所述安裝架連接至所述計算機數(shù) 控機器并且具有架入口、架出口和架通道，所述架入口與所述供氣管路連接，所述架通道用 于在所述架入口和所述架出口之間提供流體連通，其中所述主軸選擇性地定位成穿過所述 軸環(huán)開口并且與所述安裝軸環(huán)連接，所述軸環(huán)出口選擇性地與所述主軸流體連通并且被所 述密封元件密封，所述軸環(huán)入口通過所述自動更換裝置選擇性地設(shè)置成與所述架出口流體 連通，并且所述主軸選擇性地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述安裝架具有可調(diào)節(jié)的固定機構(gòu)，所述可調(diào)節(jié) 的固定機構(gòu)與所述計算機數(shù)控機器選擇性地連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述密封元件是0形環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個槽是兩個槽，所述兩個槽之間限 定有通道，以及所述通道外接所述軸環(huán)開口。
9.一種將主軸安裝至計算機數(shù)控機器的方法，所述方法包括利用自動更換裝置將所述主軸從盤式刀具庫中收回，其中所述主軸具有安裝軸環(huán)，所 述安裝軸環(huán)具有軸環(huán)本體和軸環(huán)臂，所述軸環(huán)本體限定有軸環(huán)開口以及外接所述軸環(huán)開口的一個或多個槽，所述一個或多個槽的每個中都定位有密封元件，并且所述軸環(huán)臂具有軸 環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提 供流體連通；所述主軸定位成穿過所述軸環(huán)開口，所述軸環(huán)出口選擇性地與所述主軸流體 連通并且被所述密封元件密封；利用所述自動更換裝置將所述軸環(huán)入口與安裝架的架出口連接，其中所述安裝架連接 至所述計算機數(shù)控機器并且具有架入口和架通道，所述架入口與供氣管路連接，所述架通 道用于在所述架入口和所述架出口之間提供流體連通；以及利用通過所述軸環(huán)入口、所述軸環(huán)出口和所述軸環(huán)通道供給的空氣使所述主軸選擇性 地在所述軸環(huán)開口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
10. 一種用于與具有供氣管路的計算機數(shù)控機器一起使用的主軸，所述主軸包括 本體，其容納被氣動地驅(qū)動的輪機；第一結(jié)合臂，其連接至所述本體并且具有貫通的第一供氣通道；以及 第二結(jié)合臂，其連接至所述本體并且具有貫通的第二供氣通道，其中所述第一結(jié)合臂 和所述第二結(jié)合臂彼此垂直并且能夠分別選擇性地連接至所述計算機數(shù)控機器，當(dāng)所述第 一結(jié)合臂與所述計算機數(shù)控機器連接時，所述第一供氣通道將所述輪機設(shè)置成與所述供氣 管路流體連通，以及當(dāng)所述第二結(jié)合臂與所述計算機數(shù)控機器連接時，所述第二供氣通道 將所述輪機設(shè)置成與所述供氣管路流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于與主軸、CNC機器、自動更換裝置和供氣管路一起使用的機加工設(shè)備及相關(guān)方法，包括安裝組件，該安裝組件具有安裝軸環(huán)和安裝架。所述軸環(huán)可以具有本體和臂，其中所述本體限定有用于與主軸可旋轉(zhuǎn)地連接的開口以及一個或多個外接槽。每個槽中都具有密封元件，所述臂具有軸環(huán)入口、軸環(huán)出口和軸環(huán)通道，所述軸環(huán)通道用于在所述軸環(huán)入口和所述軸環(huán)出口之間提供流體連通。所述架可以連接至所述CNC機器并且可以在入口和出口之間具有流體連通，所述入口與所述供氣管路連接。所述主軸可以定位成穿過所述安裝軸環(huán)并且與所述安裝軸環(huán)連接，使得出口與所述主軸處于密封的流體連通。所述自動更換裝置可以將入口和出口設(shè)置成流體連通。
文檔編號B23B39/20GK101835558SQ200880112442
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者J·E·梅斯 申請人:氣渦輪技術(shù)公司