本申請(qǐng)要求于2014年8月22日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/040,596號(hào)以及于2014年10月28日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)第14/525,300號(hào)的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于機(jī)加工工件的設(shè)備和方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于在工件中加工出特征部的主軸機(jī)床。

背景技術(shù)：

眾所周知，在鑄造工件中機(jī)加工出特征部為批量生產(chǎn)設(shè)施中的瓶頸。鑄造工件的批量生產(chǎn)方面的瓶頸的一個(gè)這樣的示例為機(jī)加工比如圖1中所示的鑄造車(chē)輪46。鑄造車(chē)輪46通常包括切削的螺栓孔60以及切削的氣門(mén)桿孔75，對(duì)所述孔的切削形成制造瓶頸。

用于在公路車(chē)輛上使用的鑄造車(chē)輪正變得越來(lái)越合乎要求，特別是在使用輕質(zhì)合金來(lái)減小質(zhì)量時(shí)。盡管具有潛在的質(zhì)量減輕，在與由金屬片沖壓而成的車(chē)輪相比時(shí)，對(duì)增加鑄造車(chē)輪的市場(chǎng)占有率不利的是較慢的制造過(guò)程。雖然鑄造過(guò)程相對(duì)于形成金屬片而言為較慢的，但是制造過(guò)程中的瓶頸一直是機(jī)床操作，特別是在形成孔以容置螺帽以及氣門(mén)桿時(shí)。例如，參考圖2，現(xiàn)有技術(shù)的主軸機(jī)床總體表示為10。當(dāng)前的主軸機(jī)床10包括其上安裝有車(chē)輪14的固定裝置12。切削工具16固定至主軸18。主軸18和切削工具16沿笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的Z軸沿豎直方向定向。

如將在下文中進(jìn)一步解釋說(shuō)明的，主軸18圍繞固定裝置12沿圓周方向運(yùn)動(dòng)。如同樣將在下文中進(jìn)一步解釋說(shuō)明的，固定裝置12圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)。按這種方式，使切削工具16圍繞車(chē)輪14運(yùn)動(dòng)至多個(gè)位置以切削所期望的孔。

在圖2至4中示出在車(chē)輪14中形成螺栓孔20的步驟。如圖2中所示，沿豎直取向?qū)④?chē)輪14安裝于固定裝置12上并且使切削工具16運(yùn)動(dòng)至第一螺栓孔20的位置。主軸18使切削工具16圍繞Z軸沿圓周方向運(yùn)動(dòng)，將多個(gè)螺栓孔20切削至車(chē)輪14的面24中。當(dāng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)至圖3中所示的取向時(shí)，如通過(guò)圖3的、用于標(biāo)明更換工具的操作的TC所標(biāo)明的，將第二切削工具26固定至主軸18。在那時(shí)，使車(chē)輪圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)，以使得車(chē)輪的后表面28面向切削工具26。在圖4中，第二切削工具26圍繞Z軸沿圓周方向運(yùn)動(dòng)，用于將第二構(gòu)造切削至車(chē)輪14的后表面28中——在此示例中為孔20中的互補(bǔ)的特征部。

當(dāng)完成在圖4中所示的、機(jī)加工車(chē)輪14的步驟時(shí)，使車(chē)輪14再一次圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)并且執(zhí)行另外的更換工具的操作TC以將第三切削工具30固定至主軸18。固定裝置12再一次使車(chē)輪14在Y軸上旋轉(zhuǎn)，以將第三切削工具30定位于氣門(mén)桿孔22的位置處。一旦第三切削工具30形成氣門(mén)桿孔22的一部分，固定裝置12就再一次使車(chē)輪14在Y軸上旋轉(zhuǎn)至圖5中所示的取向，并且執(zhí)行至第四切削工具32的另外的更換工具的操作TC，以切削氣門(mén)桿孔22的后部分。一旦完成，就執(zhí)行另一更換工具的操作TC并且固定裝置12使車(chē)輪旋轉(zhuǎn)至初始位置，此時(shí)將車(chē)輪14移除。

本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，通過(guò)圖2至5所示的步驟，需要四次更換工具的操作TC并且執(zhí)行固定裝置的、圍繞Y軸的四次旋轉(zhuǎn)。以上所描述的切削過(guò)程已經(jīng)變成鑄造車(chē)輪的制造過(guò)程的瓶頸。簡(jiǎn)化該過(guò)程以提高效率以及減小周期時(shí)間以減小制造成本將是可取的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于機(jī)加工鑄造工件的主軸組件包括用于固定工件的固定裝置。所述固定裝置圍繞由所述固定裝置所限定的固定裝置軸線將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至所述工件。主軸軸線為大致水平的，以改善切屑在重力輔助下離開(kāi)作業(yè)區(qū)域的效率。第一主軸與第二主軸沿相反方向延伸。所述第一主軸圍繞第一主軸軸線將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至切削工具并且所述第二主軸圍繞第二主軸軸線將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至第二切削工具。所述第一主軸軸線和所述第二主軸軸線均橫向于所述固定裝置軸線。所述固定裝置設(shè)置于所述第一主軸與所述第二主軸之間并且將圍繞固定裝置軸線的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移至所述工件。所述樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為所述第一主軸和所述第二主軸提供接近所述工件的相對(duì)的側(cè)的機(jī)會(huì)，使所述第一切削工具和所述第二切削工具能夠同時(shí)地切削所述工件的相對(duì)的側(cè)。所述第一切削工具和第二切削工具能同時(shí)地替換為第三切削工具和第四切削工具，以將替代的或不同的孔切削至所述工件中。

本發(fā)明的組件使在工件(比如車(chē)輪)中機(jī)加工出孔所需的時(shí)間的量減小多達(dá)50％。工件的、相對(duì)于能夠同時(shí)地機(jī)加工具有不同構(gòu)造的輪廓或孔的相對(duì)的主軸的取向是提供更快速的周期時(shí)間的很多獨(dú)特的和獨(dú)創(chuàng)的方面中的一個(gè)。此外，在包括兩種不同的機(jī)加工輪廓或孔的工件上僅僅需要單次更換工具的操作。這與需要至少四次更換工具的操作來(lái)達(dá)到相同的工件構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)的裝置顯著地不同。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將被容易地理解，因?yàn)楫?dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參考以下具體描述本發(fā)明將被更好地理解，其中：

圖1示出工件的剖視圖；

圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的主軸機(jī)床在第一加工階段中的示意圖；

圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的主軸機(jī)床的第二加工階段；

圖4示出現(xiàn)有技術(shù)的主軸機(jī)床的第三加工階段；

圖5示出現(xiàn)有技術(shù)的主軸機(jī)床的第四加工階段；

圖6示出本發(fā)明的主軸機(jī)床的示意圖；

圖7示出本發(fā)明的主軸機(jī)床的第一加工階段；以及

圖8和9示出本發(fā)明的主軸機(jī)床的第二加工階段。

具體實(shí)施方式

用于機(jī)加工鑄造工件(比如，車(chē)輪)的主軸組件總體表示為圖6的40。固定裝置42用來(lái)固定工件，比如，例如用于在組件40中加工的車(chē)輪46。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在本申請(qǐng)中對(duì)車(chē)輪的描述僅僅是示例性的并且還可在題述組件40中加工其它鑄造構(gòu)件。固定裝置42限定固定裝置軸線44，車(chē)輪46圍繞固定裝置軸線44樞轉(zhuǎn)。

第一主軸48與第二主軸50沿著相反的方向朝向固定裝置42延伸。因此，第一主軸48和第二主軸50在固定裝置42的相對(duì)側(cè)上沿相反方向延伸。如在圖6中最好地示出的，由具有x、y以及z軸的3軸笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)限定組件40。第一主軸48圍繞第一主軸軸線54將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至第一切削工具52。第二主軸50圍繞第二主軸軸線58將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供至第二切削工具56。第一切削工具52和第二切削工具56沿笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的y軸、沿相反方向延伸。固定裝置軸線44沿圖6中所示的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸延伸。這種布置使第一切削工具52和第二切削工具56能夠同時(shí)地切削車(chē)輪46的相對(duì)側(cè)，提供先前未實(shí)現(xiàn)的加工效率。

第一主軸48能沿笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的y軸和x軸運(yùn)動(dòng)。同樣地，第二主軸50也能沿笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸和y軸運(yùn)動(dòng)。因此，第一主軸軸線54和第二主軸軸線58為同軸的并且能移動(dòng)至平行關(guān)系中。這樣，使第一切削工具52和第二切削工具56能夠同時(shí)地切削車(chē)輪46的不同的位置。例如，組件40被構(gòu)造成在車(chē)輪46中切削出多個(gè)螺栓孔60(圖7)。典型的螺栓孔60包括第一螺栓特征部62和第二螺栓特征部64(在圖1中最好地觀察到)。第一螺栓特征部62被構(gòu)造成容置螺帽(未示出)并且第二螺栓特征部64被構(gòu)造成容置螺柱(未示出)。這些特征部中的每一個(gè)需要不同的切削工具來(lái)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。組件40通過(guò)使第一主軸軸線54和第二主軸軸線58從同軸關(guān)系移動(dòng)至平行關(guān)系而提供同時(shí)地切削所述多個(gè)螺栓孔60的不同的特征部的能力。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的組件40提供三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線：固定裝置軸線44、第一主軸軸線54、以及第二主軸軸線58。參考圖7至9最好地解釋說(shuō)明具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線的好處。

圖6至9示出通過(guò)本發(fā)明的組件40加工的車(chē)輪46的兩個(gè)位置。如圖6中所示，將車(chē)輪46放置于固定裝置42上面，其中車(chē)輪正面66面向向上方向且后表面68面向向下方向。當(dāng)被固定時(shí)，固定裝置42使車(chē)輪46在固定裝置軸線44上樞轉(zhuǎn)，如在圖7中最好地示出的，使正面66暴露給第二切削工具56并且使后表面68暴露給第一切削工具52。使第一切削工具54和第二切削工具56沿z軸朝向車(chē)輪46運(yùn)動(dòng)(圖6)，以同時(shí)地接合車(chē)輪46的不同的位置，比如螺栓孔60的不同的位置。因此，第一切削工具54在一個(gè)螺栓孔中切削出第一螺栓特征部62，同時(shí)第二切削工具56在不同的螺栓孔中切削出第二螺栓特征部64。第一主軸48和第二主軸50圍繞笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸且沿y軸(圖3)運(yùn)動(dòng)，使第一切削工具54和第二切削工具56能夠切削出多個(gè)螺栓孔60而不必如現(xiàn)有技術(shù)的組件所需的進(jìn)行一次更換工具的操作。題述主軸機(jī)床40的此獨(dú)創(chuàng)方面使周期時(shí)間減小大約50％。

一旦已經(jīng)切削了所期望的數(shù)量的螺栓孔60，就執(zhí)行更換工具的操作，其中將第一切削工具54替換為第三切削工具70且將第二切削工具56替換為第四切削工具72。固定裝置42使車(chē)輪46再一次圍繞固定裝置軸線44旋轉(zhuǎn)，將車(chē)輪定向成如圖8中所示。第一主軸48使第三切削工具70運(yùn)動(dòng)至用于切削氣門(mén)桿孔74的預(yù)定位置。同時(shí)，第二主軸50使第四切削工具72運(yùn)動(dòng)至切削氣門(mén)桿孔74的相對(duì)的部分所需的位置。在此情況下，由于僅僅需要單個(gè)氣門(mén)桿孔74，第三切削工具70和第四切削工具72依序地切削第一閥桿特征部76和第二閥桿特征部78。

繼切削氣門(mén)桿孔74之后，固定裝置42使所完成的車(chē)輪46圍繞固定裝置軸線旋轉(zhuǎn)至如圖6中所示的起始位置。此時(shí)，將所完成的車(chē)輪46從固定裝置42移除并且將新的車(chē)輪放置于固定裝置42上。為了進(jìn)一步提高效率，以相反的順序加工車(chē)輪46，以使得第三切削工具70和第四切削工具72切削氣門(mén)桿孔74，然后進(jìn)行更換工具的操作以將第三切削工具70和第四切削工具72分別替換為第一切削工具54和第二切削工具56。因此，以相反的順序加工車(chē)輪46，消除多余的更換工具的操作并且進(jìn)一步減小周期時(shí)間。

顯然地，根據(jù)以上教義，存在本發(fā)明的很多修改和變形。已經(jīng)根據(jù)相關(guān)的法律標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述；因此，描述本質(zhì)上僅僅為示例性的而非限制性的。對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，所公開(kāi)的實(shí)施例的變形和修改可變得顯而易見(jiàn)并且落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。相應(yīng)地，僅僅可通過(guò)研究以下權(quán)利要求確定為本發(fā)明提供的法律保護(hù)的范圍。