專利名稱：車床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車床，并且更具體地涉及軋輥車床。
背景技術(shù)：
能夠?qū)χ饕菆A柱形類別的部件進(jìn)行機(jī)加工(通常是但并非唯一地是 用于金剛石車削輥面的處理)的很多軋輥車床類型被配置為包括在一個(gè)頭 架中以及(在有要求時(shí)) 一個(gè)尾架中夾持工件的一種裝置。還提供了一種 車削刀具以及使刀具通過相對于一個(gè)或多個(gè)軸線的移動(dòng)與工件相接合的裝 置。采用了不同的軸線配置，這樣使得刀具與工件之間的相對移動(dòng)是通過 將刀具沿著和/或朝向工件傳輸來實(shí)現(xiàn)的、或者是通過工件相對于刀具的移 動(dòng)、或者由刀具與工件兩者的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
軋輥車床還可以具有將多于一個(gè)刀具提供給工件的能力，有時(shí)通過增 加額外的軸線，從而提供在其他的線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的平移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種車床，該車床用于相對于車床的一個(gè)縱向軸線對一
個(gè)工件進(jìn)行機(jī)加工，該車床包括 一個(gè)底座；由該底座支撐的一個(gè)車床頭 和一個(gè)尾架，該車床頭以及尾架用于安裝該工件的對應(yīng)端，這樣使其圍繞 所述縱向軸線是可轉(zhuǎn)動(dòng)的；以及一個(gè)承載架，該承載架用于承載一個(gè)刀具 以便與該工件接合，該承載架沿由該底座支撐的兩個(gè)導(dǎo)軌平行于所述縱向 軸線是可移動(dòng)的，其中這些導(dǎo)軌在使用時(shí)被定位在所述縱向軸線的每一側(cè) 并且與所述縱向軸線水平地間隔開。這個(gè)配置提供了用于承載該刀具的一 個(gè)穩(wěn)定的平臺，以使其重量分布在該工件的每一側(cè)。
實(shí)施本發(fā)明的一臺車床可被配置為具有沿線性軸線"X"(垂直于該工 件的面或軸線)以及沿線性軸線"Z"(平行于該工件的面或軸線)的刀具 至零件的運(yùn)動(dòng)。增加一條"B"旋轉(zhuǎn)軸線使之能夠進(jìn)行用于與該工件接合的 刀具的選擇以及對刀具與該工件表面的角度關(guān)系的調(diào)整。
優(yōu)選地，在該工件一側(cè)(在使用時(shí)在該側(cè)上安裝了一個(gè)工具)上的導(dǎo) 軌是低于所述縱向軸線的，而在另一側(cè)上的導(dǎo)軌是高于所述軸線的。更具 體地講，這些導(dǎo)軌可被安置在相對于所述縱向軸線的大致直徑上相對的位 置上。這樣有助于減小穿過每個(gè)導(dǎo)軌的線與切削工具的位置之間的距離，由 此減小當(dāng)承載架沿一個(gè)工件移動(dòng)時(shí)由其任何橫搖和/或縱搖運(yùn)動(dòng)造成的機(jī)力口工誤差。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供了兩個(gè)位置傳感器以感測沿該承載架 的相應(yīng)側(cè)的對應(yīng)導(dǎo)軌的位置。
有利的是，該車床頭以及尾架二者均可安裝成用于平行于所述縱向軸 線的移動(dòng)以容納不同的工件尺寸，優(yōu)選地在一個(gè)共同的線性導(dǎo)軌上。因?yàn)?它們二者均可移動(dòng)，對于不同的工件尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)在該底座上負(fù)載的基本 上對稱的分布。
優(yōu)選地，該車床頭以及尾架被安裝在由底座承載的一個(gè)支架上，其方 式為由于安裝在該車床頭以及該尾架中的一個(gè)工件的重量而引起的該底座 的變形基本得以避免。具體而言，該支架可被運(yùn)動(dòng)學(xué)地定位(或半運(yùn)動(dòng)學(xué) 地定位)在該底座上。
該車床可進(jìn)一步包括一個(gè)外殼，該外殼用于在該車床運(yùn)行過程中封閉 除該底座之外的車床的這些元件，這樣它們擁有一個(gè)共同的環(huán)境。此外，可 以提供溫度控制裝置以便將該共同的環(huán)境維持在一個(gè)基本上恒定的溫度 下。


現(xiàn)在將參見示意性附圖通過舉例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明，在附
圖中
圖l是實(shí)施本發(fā)明的一種軋輥車床的透視圖2是圖1的軋輥車床的截面的末端視圖3是圖l的軋輥車床的第二支撐結(jié)構(gòu)的透視圖；以及
圖4是圖1的軋輥車床在車床中未安裝工件時(shí)的又一透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖l、圖2和圖4所示的軋輥車床包括一個(gè)第一結(jié)構(gòu)或底座2，在該底座 上支撐著用于使承載架4沿該Z軸線或刀具橫移軸線移動(dòng)的導(dǎo)軌3和導(dǎo)軌 5。通過將該第一結(jié)構(gòu)的這些導(dǎo)軌與工件8的重量的變形影響隔離開的多個(gè) 界面，從第一結(jié)構(gòu)2上對第二結(jié)構(gòu)6進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)地定位。
這個(gè)第二結(jié)構(gòu)6承載車床頭10,該車床頭沿R軸線是可移動(dòng)的同時(shí)支撐 該C軸線的芯軸。尾架12沿W軸線是可移動(dòng)的，并且由該第二結(jié)構(gòu)承載并進(jìn) 而支撐D軸線的芯軸(見圖3)。這些芯軸通過夾卡或類似的保持裝置對該工 件進(jìn)行定位。當(dāng)該切削過程正在進(jìn)行時(shí)，該頭架和尾架(當(dāng)有要求時(shí))夾 持該工件，同時(shí)將圍繞該車床的縱向軸線14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)賦予工件。
該工件在長度和直徑上可有實(shí)質(zhì)性的改變。雖然能夠采用工具加工來 使得車床頭10與尾架12之間的距離變窄以容納較短的工件，優(yōu)選的是將該
4車床頭和尾架兩者進(jìn)行朝向?qū)Ψ揭苿?dòng)。刀具支架16由一個(gè)組件來承載，該組 件具有彼此重疊的、并且能夠在X和Z方向上平移的兩個(gè)線性軸線。在這個(gè) 組件上提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的刀具安裝座18，并且它圍繞一個(gè)垂直軸線"B"是可 轉(zhuǎn)動(dòng)的。B軸線或臺面軸線的刀具安裝座進(jìn)而具有多個(gè)安裝特征，它們能夠 接受一個(gè)或多個(gè)刀座的安裝，這些刀座將用于選擇性地與該工件相接合的 多件刀具(例如圖2中的切削刀具24)進(jìn)行定位。
可以采用其他車床配置，它們能夠以相同的效果來容納工件以及刀座 和刀座的能力。
承載主要的Z軸線導(dǎo)軌的第 一結(jié)構(gòu)2是例如由 一種環(huán)氧花岡巖石材混合 物制成的一種在本質(zhì)上自身剛度的結(jié)構(gòu)。可替代的材料包括鑄鐵或天然花 岡巖。該第一結(jié)構(gòu)的重量通過氣動(dòng)的隔振腳被傳送至地基上。將這些Z導(dǎo)軌 安排為直的并且平行的并且與該第一結(jié)構(gòu)相栓接以便通過多個(gè)靜壓軸承支 撐該Z承載架。 一個(gè)直接作用式線性電動(dòng)機(jī)將該Z軸線推進(jìn)到由參考傳感器 20、 22與該車床控制系統(tǒng)共同確定的位置上。
承載架4在導(dǎo)軌3與5之間、圍繞該車床的縱向軸線并且在其下橫向延 伸。導(dǎo)軌3低于該軸線，而導(dǎo)軌5高于它，這樣使得刀具支架16與導(dǎo)軌3在該 軸線同一側(cè)。切削工具24與該軸線水平對齊。
將(例如為線性編碼器的形式的)傳感器20、 22安裝在承載架4的每一 側(cè)以監(jiān)測其相對于車床底座2沿該Z軸線的位置。 一旦這些傳感器已經(jīng)^皮校 準(zhǔn)，該承載架沿Z軸線沒有任何偏擺誤差運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)應(yīng)從這些傳感器中產(chǎn)生 完全相同的位置讀出信號。如果該承載架發(fā)生偏擺，那么從這些傳感器中 讀出中將導(dǎo)致一個(gè)差異，能夠利用該差異根據(jù)該切削工具在該兩個(gè)傳感器 之間的在X方向上的位置來補(bǔ)償它在Z方向上的位置。為了計(jì)算在Z方向上的 偏移量的目的，這些傳感器之一被指定為一個(gè)主傳感器。
第二結(jié)構(gòu)6經(jīng)由多個(gè)滾動(dòng)件或靜壓軸承在一個(gè)線性導(dǎo)軌上支撐C和D軸 線的芯軸。該導(dǎo)軌允許該兩個(gè)軸線彼此被移向?qū)Ψ揭匀菁{工件長度上的變 化。通過利用該Z承載架軸線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過分別在車床頭與尾架上的多個(gè)連 接器30、 32的一個(gè)系統(tǒng)以及在承載架4的每一側(cè)的相應(yīng)的夾具34、 36進(jìn)而捕 獲該C軸線和D軸線，該安排得以進(jìn)一步優(yōu)化。
底座2被設(shè)計(jì)為確保這些導(dǎo)軌的對齊不會(huì)由該Z軸線的移動(dòng)所引起的負(fù) 載上的改變而受到不利影響。此外，Z導(dǎo)軌在車床的后部高于工件軸線、以 及在該車床的前部低于工件軸線14的位置極大地減小了由該Z軸線的橫搖 所誘發(fā)的刀具定位中的誤差。
這種配置用于將垂直于穿過前和后導(dǎo)軌兩者的一條線l測量出的刀具 24的高度距離h (圖2中所示)最小化。由此減小由于承載架4沿Z軸線的橫 搖與縱搖運(yùn)動(dòng)？ I起的機(jī)加工誤差。這些車床軸線固有的幾何精度通過在該第一結(jié)構(gòu)上安置的多個(gè)Z軸承 并且通過隔離這些軸線導(dǎo)軌與該工件負(fù)載的影響而凈皮極大地改進(jìn)。
在C和D軸線的上方與下方的這些Z軸承的位置使得在這些導(dǎo)軌的幾何 形狀中的變化所引起橫搖誤差的影響最小化。常規(guī)的軋輥車床將這些導(dǎo)軌 放置在便于機(jī)器床身制造的位置處。本設(shè)計(jì)克服了安裝的困難并且減小了 當(dāng)軋輥在該切削工具的高度上探出時(shí)引起的偏移誤差。
C軸線(車床頭芯軸40)以及D軸線(尾架芯軸42)軸承系統(tǒng)均是油靜 壓的并且被設(shè)計(jì)為當(dāng)它圍繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)支撐該工件的重量。該C芯軸包含 一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)以及轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，它們與該車床控制系統(tǒng)一起同時(shí)地維持 該工件的位置與速度。該D軸線芯軸是被動(dòng)的并且被設(shè)計(jì)為是無推力的以避 免對該工件的過度驅(qū)^f吏。
隔離承載車床頭以及尾架的第二結(jié)構(gòu)6的方法被設(shè)計(jì)成使由于工件負(fù) 載導(dǎo)致的這些主車床導(dǎo)軌的變形幅值最小化。通過安排將車床頭以及尾架 在一個(gè)精密導(dǎo)軌(該導(dǎo)軌一皮設(shè)計(jì)成用于維持該第二支撐結(jié)構(gòu)的對稱負(fù)載)上 4皮此相對地移動(dòng)，完成了另一個(gè)改進(jìn)。
車床元件彼ib;目對地移動(dòng)并且維持在該第二li結(jié)構(gòu)上的一個(gè)對稱的負(fù) 載。保持該車床的平衡以進(jìn)一步確保工件負(fù)載對幾何誤差的最小的影響。
器與夾具被附裝在Z承載架上^以便設(shè)定這些芯軸的工作位i從而容納工件
長度的一定范圍。
該Z軸線承載架具有一對短的線性導(dǎo)軌以便通過第二組靜壓軸承攜帶 刀具支架16。用于移動(dòng)該刀具支架的一個(gè)電動(dòng)機(jī)配有其安裝在這些X軸承之 間的定子并且被安排為將該X刀具支架向該工件推進(jìn)。 一個(gè)線性編碼器以類 似的方式通過使用車床控制系統(tǒng)確定該刀具支架到Z軸線的位置。
該刀具安裝座(B軸18)包括被固定在該刀具支架上的一個(gè)定子組件以 及承載適于安裝一個(gè)刀座的平臺的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸。根據(jù)所希望的轉(zhuǎn)動(dòng)以 及徑向與軸向剛度的精度，在該B軸線中安排的軸承能夠任選地被設(shè)計(jì)為液 體靜壓式、氣體靜壓式或滾動(dòng)元件式。在所說明的實(shí)施方案中， 一種高剛 度、高精度的液體靜壓軸承的安排是優(yōu)選的。與一種力矩電動(dòng)機(jī)以及車床 控制系統(tǒng)相結(jié)合使用了 一種基于高分辨率柵格的編碼器來確定該刀具安裝 座的角度位置。該臺面的角度位置可任選地由 一個(gè)手動(dòng)分度機(jī)構(gòu)或由全伺 服位置控制系統(tǒng)來確定。
軋輥機(jī)加工操作不要求X軸線的沖程延伸超出C與D軸線的中心線。因 此，該X軸承安排以及支撐性Z承載架的設(shè)計(jì)是更為緊湊的。
整個(gè)車床被安放在由第一結(jié)構(gòu)2支撐的一個(gè)包容體(圖中未示出)之中。該第一結(jié)構(gòu)被安裝在支腳的系統(tǒng)上，該系統(tǒng)支撐全部車床的重量的同 時(shí)將該組件與機(jī)械振動(dòng)隔離開，這些機(jī)械振動(dòng)否則的話會(huì)妨礙切削工具與 工件之間的關(guān)系的完整性。
用于軋輥車削的車床常規(guī)上是很大的，使其難以包容。在此描述的設(shè) 計(jì)是極其緊湊的，使之能夠利用 一個(gè)單一的并且完全的覆蓋組件。所封閉的 體積能夠支持它自己的微氣候，這簡化了控制車床的幾何穩(wěn)定性的任務(wù)。該 微氣候外面的溫度可以變化很大，但是所包含的結(jié)構(gòu)較為容易地維持在一 個(gè)基本恒定的溫度下。
應(yīng)當(dāng)了解，在此提及的正交或平行的相對定向應(yīng)被解釋為是限定了在 實(shí)際7>差之內(nèi)多個(gè)部件之間大致地正交或平行的關(guān)系。
權(quán)利要求
1、一種車床，該車床用于對關(guān)于該車床的一個(gè)縱向軸線的一個(gè)工件進(jìn)行機(jī)加工，該車床包括一個(gè)底座；由該底座支撐的一個(gè)車床頭和一個(gè)尾架，該車床頭和尾架用于安裝該工件的對應(yīng)端這樣使其圍繞所述縱向軸線是可轉(zhuǎn)動(dòng)的；以及一個(gè)承載架，該承載架用于承載一個(gè)刀具以便接合該工件，該承載架平行于所述縱向軸線沿由該底座支撐的兩個(gè)導(dǎo)軌是可移動(dòng)的，其中這些導(dǎo)軌在使用時(shí)位于所述縱向軸線的每一側(cè)上并且與所述縱向軸線水平地間隔開。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種車床，其中這些導(dǎo)軌被安置于相對于所述 縱向軸線大致直徑上相對的位置上。
3、 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種車床，其中在該工件使用時(shí) 在其上安裝一個(gè)刀具的一側(cè)的導(dǎo)軌是低于所述縱向軸線的，而在另一側(cè)的導(dǎo)軌是高于所述軸線的。
4、 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種車床，包括兩個(gè)位置傳感器，這 些位置傳感器用于感測沿該承載架的相應(yīng)側(cè)的對應(yīng)導(dǎo)軌的位置。
5、 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種車床，其中該車床頭以及該尾 架均被安裝成平行于所述縱向軸線移動(dòng)以容納不同的工件尺寸。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種車床，其中該車床頭以及該尾架被安裝在 一個(gè)共同的線性導(dǎo)軌上。
7、 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的一種車床，其中該車床頭以及該 尾架可選擇性地與該承載架相連接以使得該承載架能夠改變它們的對應(yīng)的 位置。
8、 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種車床，其中該車床頭以及該尾 架被安裝在由該底座承載的一個(gè)支架上，其方式為基本上避免了由于安裝 在該車床頭以及該尾架中的一個(gè)工件的重量而引起的該底座的變形。
9、 如權(quán)利要求8所述的一種車床，其中該支架被運(yùn)動(dòng)學(xué)地定位或半運(yùn) 動(dòng)學(xué)地定位在該底座上。
10、 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種車床，包括由該底座支撐的 一個(gè)外殼，該外殼用于在該車床運(yùn)轉(zhuǎn)期間封閉所述以上權(quán)利要求中除該底 座之外該車床的這些元件，這樣使它們具有一個(gè)共同的環(huán)境。
11、 如權(quán)利要求IO所述的一種車床，包括溫度控制裝置，該溫度控制 裝置用于將該共同的環(huán)境維持在一個(gè)基本恒定的溫度下。
12、 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種車床，該車床處于一種軋輥 車床的形式。
13、 一種車床，該車床基本上如在此參照附圖所做的說明。
全文摘要
提供了一種車床，該車床用于對關(guān)于該車床的一個(gè)縱向軸線(14)的工件進(jìn)行加工。該車床包括一個(gè)底座(2)；由該底座支撐的一個(gè)車床頭(10)和尾架(12)，該車床頭和尾架用于對該工件(8)的對應(yīng)端進(jìn)行安裝使得其圍繞所述縱向軸線是可轉(zhuǎn)動(dòng)的；以及一個(gè)承載架(4)，該承載架用于承載一個(gè)刀具(24)與該工件相接合。該承載架平行于所述縱向軸線沿底座上的兩個(gè)導(dǎo)軌是可移動(dòng)的，其中這些導(dǎo)軌在使用時(shí)位于所述縱向軸線的每一側(cè)上并且與所述縱向軸線水平地隔開。該車床的配置尋求減小當(dāng)承載架沿工件移動(dòng)時(shí)發(fā)生的橫搖和/或縱搖誤差。
文檔編號B23B5/08GK101636237SQ200880001792
公開日2010年1月27日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者戈蘭恩·杰夫里·米勒 申請人:辛涅提克蘭迪斯有限公司