一种用于研磨通过增材制造定制的工件的机器制造技术

本发明专利技术提供一种使用磨具(245)来研磨工件(205)机器(200)。该机器包括用于旋转主轴(230)的电机(225)，该主轴包括用于夹持工件(205)的工件夹具(235)。该机器还包括刀架(240)，其用来相对于工件安装和移动磨具，其中该机器还包括打印系统(210)，其用于通过增材制造将可打印材料(250)打印到工件上。在工件已经在机器中被研磨或车削后，打印材料可用于定制工件的形状。这种组合允许减少机器占用的空间并且增加产品的精度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及一种使用磨具研磨工件的机器。
技术介绍
一种机器是众所周知的用于在工件上执行研磨操作或车削操作的工具。该机器包括用于旋转主轴的电机，该主轴连接到夹持工件的工件夹具。典型地使用磨具执行研磨或车削操作，该磨具安装在刀架上。刀架相对于工件移动磨具，其通常在操作过程中旋转。在操作过程中，磨具经由螺旋路径切入工件从而使工件成形。该机器经常用在模型车间中来生成定制的工件，例如生成定制的轴承的内圈和/或外圈。但是，研磨过程是相对昂贵且耗时的，并且通常仅导致旋转对称的解决方案。为了生产一个真正的定制工件，在这样的模型车间也有其他的制造过程可用。这些另外的制造过程中的一种可以是，例如，增材制造(additive manufacturing)或者通常被称为3D打印。这个工艺还是一种已知的制造技术，通过该工艺可根据数字模型来生成三维固态物体(three-dimentional solid object)。增材制造的过程首先从生成数字模型开始，可通过任何已知的数字建模方法生成数字模型，比如使用CAD程序来生成数字模型。接着，将数字模型切分成多个切片(slice)，其中每个切片均表示数字模型中的一层，打印材料则应定位(分布)在这样的切片层中。单层切片被顺序注入增材制造工具或3D打印机中，后两者根据各层切片来堆积材料，以此方式逐层生成完整的三维固态物体。在早期的增材制造中，主要使用塑料材料或树脂作为生成三维固态物体的打印材料，但是现在已经开发除了其它的工艺，包括不同类型金属在内的其它材料也可以使用增材制造技术来堆积成层。这种制造技术的主要好处是，允许设计者用相对简单的制造方法生产几乎任何三维物体。例如，当一产品需要原始模型时——如原始模型在模型车间完成的那样——或者当仅需要数量有限的产品时，这种制造技术是特别有利的。在模型车间中，增材制造的使用(例如生产轴承)正在不断扩展，这对保持轴承所要求的高精度提出了额外的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是扩展机器的可用性。本专利技术的第一方面提出一种使用磨具来研磨工件的机器。实施例在从属权利要求中限定。根据本专利技术的第一方面所述的机器包括用于旋转主轴的电机，主轴包括夹持工件的工件夹具。该机器包括用于安装磨具和相对于工件移动磨具的刀架。该机器还包括用于通过增材制造将可打印材料打印到工件上的打印系统。专利技术人已经认识到，新的生产工艺可要求机器的研磨工艺与增材制造结合以便为研磨的工件添加附加功能。一个很好的示例是在轴承中使用的轴承圈。这些轴承圈需要在机械上加强的滚道表面，其与滚动体接触并引导滚动体，而该轴承的轴承圈的其余部分可具有由客户所要求的任何形状。在机械上加强的滚道表面通常是在机器中使用车削工艺生产的，这是因为滚道表面的旋转对称性在轴承中是非常重要的。然而，可以使用另一种制造技术，例如增材制造来生产轴承圈的其余部分。在已知的模型车间，工件或用于轴承的半成品轴承圈必须从机器中取出并且准确定位到3D打印工具中以定制轴承圈的其余部分。轴承半成品轴承圈的这种准确替换需要大量的时间。此外，在将半成品轴承圈准确放置到3D打印工具里面的过程中总是有一些残差，因此其通常优选不采用此种方式。不同工具的定位系统之间的校准差异可能很显著，并由此进一步降低生产工艺的精度。最后，在模型车间使用额外的3D打印工具增加了机器在模型车间或工厂中占用的空间。根据本专利技术所述的机器包括打印系统，例如，用于将打印材料打印到工件上的打印头。由于这个机器与3D打印工具的组合，工厂的整体占用空间可以减小，但是通过车削过程和增材制造过程的组合生产的工件的整体精度是显著提高的。此外，由于工件不必从机器上取下并且准确地定位在3D打印工具中这一事实，实现了生产时间的减少。根据本专利技术所述的机器的另一个好处是，另外的旋转过程可以被用于处理被打印在工件上的打印材料。目前，打印材料具有粒状结构，该粒状结构可能对于一些工件表面而言并非是优选的。在增材制造过程中，工件保持在机器内部这一事实允许，例如在应用打印材料之后进一步的研磨或抛光步骤。因为在整个制造过程中工件保持在工件夹具内，所以该研磨或抛光步骤可以同样非常准确地执行。利用重力能够完成可使用打印系统或打印头打印的材料的打印或堆积，通过重力液态可打印材料的滴液或固态材料的颗粒堆积在工件上。在这样的实施例中，打印系统还包括激光源，当滴液或颗粒一到达工件上的所需位置时，该激光源就照射该液滴或颗粒。或者，类似于从喷墨打印机喷射出墨，可以从打印系统喷射出可打印材料。在机器的一个实施例中，打印系统被设置和构造成用于将可打印材料打印到工件上，同时，在使用中，工件保持连接到工件夹具。如已经指出的，在研磨和增材制造工艺中，工件保持在相同的工件夹具中显著提高了工件的形状和尺寸的精度。这是由工件必须从一个工具移到另一个工具时在工具间的校准差异，以及当从一个工具换到另一个工具时可能出现的定位差异造成的。根据本专利技术所述的机器还能够提供增材制造过程从而减少更换工具的需求。在机器的一个实施例中，该机器包括用于相对于工件定位打印系统的至少一部分的定位臂。增材制造技术可能在打印系统或打印头的定位中需要一定的灵活性。一般来说，在已知的机床中的标准刀架中不能提供这种灵活性。因此，用于相对于工件定位打印系统的至少一部分(例如，打印头)的附加臂将允许，例如改造现有机床使其有可能进行增材制造。此外，一些增材制造工序利用重力将可打印材料堆积到工件上。为了实现这一点，在使用中，打印头必须被大致垂直地定位在工件的上方，而这对使用已知机床的已知刀架是不可行的。在机器的一个实施例中，刀架也被设置和构造成用于安装和移动打印系统的至少一部分。在该实施例中，刀架被设置为移动打印系统的至少一部分，例如，打印头。在这样的情况下，与刀架相关联的并且在研磨过程中使用的坐标系统将是与在增材制造过程中使用的坐标系统相同的，这进一步提高了双重制造过程的精度。仅需要对坐标系统进行单次校准就能够实现整体最佳精度。在机器的一个实施例中，打印系统的至少一部分可拆卸地连接到刀架。这样由打印系统的至少一部分(例如，打印头)移除或替换磨具可以使用可移动臂或机器人手臂自动完成。或者，刀架可具有某种旋转系统，该旋转系统使得打印头能够替换磨具。在机器的一个实施例中，机器被设置和构造成在使用中，打印系统的至少一部分被垂直地定位在工件的上方以便将可打印材料添加到工件上。如前面指出的，某些增材制造过程利用重力来堆积液态可打印材料或经过颗粒化处理的固态可打印材料，这就要求在使用中，打印系统(例如，打印头)的放置部件垂直地位于工件的上方。在机器的一个实施例中，机器包括用于控制电机的控制器，该电机用于基于增材制造工艺来控制工件的旋转。增材制造工艺所需的电机的控制的范围可以是与平常的研磨或车削工艺所需的控制范围完全不同的。在增材制造过程中，控制器可能需要控制工件旋转慢至几乎为每分钟零转。在一个实施例中，该机器可以具有单个控制器，其在研磨或车削过程和增材制造过程中都能够控制工件旋转。在机器的一个实施例中，控制器控制实施工件分步旋转的电机。该分步旋转可用于使用增材制造过程足够准确地生成非圆形结构。在机器的一个实施例中，机器还包括与控制器相连的角位传感器，该角度传感器在使用中用于感测基于增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用磨具(245)来研磨工件(205、300)的机器(100、200、220)，包括用于旋转主轴(230)的电机(125、225)，所述主轴包括用于夹持所述工件(205、300)的工件夹具(135、235)，以便在研磨过程中旋转所述工件，所述机器(100、200、220)还包括用于相对于所述工件(205、300)安装和移动磨具(245)的刀架(140、240)，其特征在于：所述机器(100、200、220)还包括经由增材制造将可打印材料(250、450、550、650)打印到所述工件(205、300)上的打印系统(110、210)，所述打印系统(110、210)被设置和构造成用于将可打印材料打印到所述工件(205、300)，与此同时，在使用中，所述工件(205、300)保持与所述工件夹具(135、235)的连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 GB 1322421.71.一种使用磨具(245)来研磨工件(205、300)的机器(100、200、220)，包括用于旋转主轴(230)的电机(125、225)，所述主轴包括用于夹持所述工件(205、300)的工件夹具(135、235)，以便在研磨过程中旋转所述工件，所述机器(100、200、220)还包括用于相对于所述工件(205、300)安装和移动磨具(245)的刀架(140、240)，其特征在于：所述机器(100、200、220)还包括经由增材制造将可打印材料(250、450、550、650)打印到所述工件(205、300)上的打印系统(110、210)，所述打印系统(110、210)被设置和构造成用于将可打印材料打印到所述工件(205、300)，与此同时，在使用中，所述工件(205、300)保持与所述工件夹具(135、235)的连接。2.根据权利要求1所述的机器(100、200、220)，其中所述机器(100、200、220)包括定位臂(115、215)，用于相对于所述工件(205、300)来定位所述打印系统(110、210)中的至少一部分。3.根据权利要求1所述的机器(100、200、220)，其中所述刀架(140、240)被设置和构造成也用于安装和移动所述打印系统(110、210)中的至少一部分。4.根据权利要求3所述的机器(100、200、220)，其中所述打印系统(110、210)中的至少一部分能够可拆卸地附着到所述刀架(140、240)。5.根据权利要求2或3所述的机器(100、200、220)，其中所述机器(100、200、220)被设置和构造成在使用中将所述打印系统(110、210)中的至少一部分垂直地定位在所述工件(205、300)的上方，用于将所述可打印材料(250、450、550、650)添加到所述工件(205、300)。6.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(100、200、220)，其中所述机器(100、200、220)包括用于控制所述电机(125、225)的控制器(270)，用于根据增材制造过程来控制工件(205、300)的旋转。7.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(100、200、220)，其特征在于，所述控制器(270)控制电机(125、225)，用于对工件(205、300)实施步进式旋转驱动。8.根据权利要求6或7所述的机器(100、200、220)，其中所述机器(100、200、220)还包括与所述控制器(270)相连的角位传感器(275)，所述角位传感器在使用中用于感测基于增材制造的所述工件(205、300)的角度位置。9.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(100、200、220)，其中所述机器(100、200、220)包括绝对定位系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·克雷布斯，塞巴斯蒂安·齐格勒，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE