CN100586621C - 带有张紧杆和离合装置的主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过安装在主轴上的刀具加工工件的主轴，特别是机床主轴，其具有将刀具固定在主轴上的轴向可移动的张紧杆(30)和特别是通过主轴的电动机驱动的传动轴(4)，其中所述主轴的所述传动轴(4)可通过离合装置或者与用于轴向移动以换刀的张紧杆(30)，或者与用于加工工件的刀具相连接，其中，张紧杆(30)轴向可移动地接纳在设计成空心轴的工作轴(1)中。工作轴(1)相对于主轴的壳体(2)能够锁定在用于通过传动轴(4)在工作轴(1)内部轴向移动张紧杆(30)的第一离合位置处，其中工作轴(1)和传动轴(4)在第一离合位置处的角度位置可自由选择。在第二离合位置处，能够通过传动轴(4)形成对工作轴(1)和张紧杆(30)待共同驱动，其中工作轴(1)和传动轴(4)在第二离合位置处的角度位置可自由选择。

Description

带有张紧杆和离合装置的主轴

技术领域

本发明涉及一种用于通过安装在主轴上的刀具加工工件的主轴，特别是机床主轴，所述主轴具有将刀具固定在主轴上的轴向可移动的张紧杆和特别是通过主轴的电动机驱动的传动轴，其中所述主轴的传动轴能够通过离合装置与用于轴向移动以进行换刀的张紧杆和与用于加工工件的工作轴相连接。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可以不需要单独的驱动装置而移动其张紧杆来例如换刀的主轴。

所述目的通过具有下述特征的用于通过安装在主轴上的刀具加工工件的主轴、特别是机床主轴来实现，所述主轴具有将刀具固定在主轴上的轴向可移动的张紧杆和特别是通过主轴的电动机驱动的传动轴，其中所述主轴的传动轴能够通过离合装置与用于轴向移动以进行换刀的张紧杆和与用于加工工件的工作轴相连接。其中，根据本发明的主轴的张紧杆轴向可移动地接纳在主轴的设计成空心轴的工作轴中。所述传动轴在第一离合位置处能够以可自由选择的共轴相对转动的角度位置与工作轴相连接，以使工作轴内部的张紧杆轴向移动以例如进行换刀。

在第二离合位置处，特别是为了加工工件，传动轴可以与工作轴以及张紧杆共同连接以使接纳在夹钳中的刀具转动。这里工作轴相对于传动轴的共轴相对转动的角度位置也是可以自由选择的。因此，总之，根据本发明的主轴特别是可以变化地使用，并且在传动轴相对于工作轴的任意的角度位置能够都形成和拆开第一和第二离合位置。

按照一个有利的实施形式，离合装置具有可在轴向方向上彼此相对移动的连接件，该连接件可以行程受限制地(wegbegrenzt)轴向彼此相对移动。所述行程限制可以通过具有可行程受限制地相互***的外锥和内锥的区域来实现。由此实现了，离合装置在第一和第二离合位置处都实现自动的停止位置。不再需要对连接件的轴向移动路径进行附加的限制。

例如可以由申请日为2004年4月1日的欧洲专利申请EP040079147中已知离合器的一个具体实施形式。上述欧洲专利申请的内容将全部结合到本专利申请的内容中，因而在所述文件中描述的离合装置的所有实施形式也能在根据本发明的主轴中实现。

在一个特别有利的实施形式中，离合装置具有一带有内锥的第一连接件、一带有外锥和内锥的第二连接件以及一带有外锥的第三连接件。

即使具有外锥的第三连接件与第二连接件未接合，当传动轴转动时，尽管存在离心力，也没有不期望的力作用在不动的第二连接件的内部的夹紧体(

)上。

根据本发明的一个方面，所述离合装置能够在两个方向上轴向移动，其中在两个方向上对所述轴向移动进行行程限制。

根据本发明的另一方面，为了在第一离合位置处使张紧杆在传动轴中轴向移动，在主轴的传动轴和张紧杆之间设有螺纹装置。优选地，所述螺纹装置具有带有至少两个彼此啮合的螺纹套的差动螺纹部。

根据本发明的另一方面，所述离合装置具有不可相对转动地并在轴向上可移动地安装在所述螺纹装置上的另外的连接件。

附图说明

借助附图中的实施例，进一步说明本发明。在附图中：

图1是根据本发明的主轴的剖视图；

图2是图1中的离合装置的变型的实施形式的局部放大剖视图。

具体实施方式

在必须执行较多功能的、受驱动的机器或机器组件中，迄今为止，通常每个所述功能都配设有一个自己的驱动装置。

通常，由电动机、液压马达或气动马达产生转动，并且在夹紧、更换、移动刀具/工件时通常为轴向和径向的运动过程例如通过行程液压缸或气动驱动装置来实现。

根据本发明的主轴具有唯一的一个主传动装置，或者该主传动装置直接固定在传动轴上。替代地，借助于带传动或传动齿轮箱将传动作用导入传动轴。

用这样的主轴来说明本发明，该主轴携带刀具或工件转动并同时能定期地执行夹紧运动、往复运动或直线运动。

在本发明的主轴中，主轴的轴(Spindelwelle)是分开(成两段)的并且(两个轴段)相继地共轴布置，其中在两个轴段之间的分离缝隙大小刚好到不会产生接触的程度。

其中一个轴段，即所谓的工作轴1，具有用于保持(夹紧)并移动刀具或工件的装置以及其它活塞段。另一个轴段，即所谓的传动轴4，或者是驱动电动机的构件，或者携带传动元件，例如带轮、齿轮等。两个轴段可以借助于离合器分离或者相互连接，其中离合器和整个***这样设计，即，当轴段分离时，驱动电动机产生一工作轴1中的第二功能，即，直线的运动和夹紧运动。

所述离合器可以自动切换/接通并且在上面建议的设计中设计得非常短，从而根据本发明的主轴***可以设计得非常紧凑且非常短，这通常只有在具有夹紧***的外部操作装置的主轴***中才是可能的。

集成了所有功能的主轴通常与在刀具或工件的夹紧位置相对的主轴端部上具有用于夹紧锥9的夹紧运动和移动运动的、例如液压的或气动的第二传动装置，该第二传动装置能用它的供应线路正确地进行输出/分派(austragend)。

由于第二传动装置不是必要的，因此根据本发明的传动装置能显著地节省重量，这有利于快速运动和加速。第二传动装置的供电装置和控制装置也可以省掉。

图1示出具有自动换刀***的用于铣削和磨削的机床主轴。

在工作轴1和分离的传动轴4之间设置有离合器，其具有用于产生直线的轴向运动的螺纹***和夹钳/夹具(Spannzange)11以及用于夹紧运动和移动运动的监控***。带有操作装置的离合器具有短的切换路径，能够平稳地在任何转动位置接合并且能够以较小的力操作，以(将转动)从传动轴4传到工作轴1上。

两个轴段的接合部位处的螺纹***(螺纹装置)能根据差动螺纹(Differenzgewinde)中螺距的设计产生从驱动电动机的转矩到张紧杆中的拉力的附加的力传递。

图1示出在中心线上方以A表示的“夹具闭合或夹紧”的状态和在中心线下方以B表示的“夹具打开”的状态。

主轴包括带有工作轴1的主轴头部和接纳在夹紧锥9中的夹钳11，其中工作轴1借助于轴承3可转动地支承在壳体2中。传动轴4借助于轴承6独立于工作轴1地可转动地支承在壳体5中。在图1中，驱动装置例如是电动机20，该电动机包括固定在传动轴4上的转子7以及接纳在壳体5中的定子8。所述驱动装置也可以是气动马达或液压马达或具有外部驱动电动机的带轮或传动齿轮箱。

工作轴1在其外端处具有中心开口，所述开口包括夹紧锥9和圆状形的对中孔10，夹钳11***该对中孔中。除了图中所示的HSK-夹钳11以外，也可以采用具有夹紧销的夹钳或夹紧***或固定在主轴端部上的多爪卡盘。

主轴状态A示出***工作轴1中的夹钳11，这是“刀具被夹紧”的位置。在主轴状态B下，夹钳11被从加紧锥9中移出并且可将带有刀具的夹紧组件能从夹紧锥中取出。HSK夹紧组件DIN 69893-1未示出。在开槽的夹钳中，该夹具能径向张开并能取出刀具。在状态B下，能取出所述刀具并装入另一刀具。

上方的主轴横截面A示出处于工作状况，即“刀具被夹紧”时的主轴***，并且工作轴1与传动轴4不可相对转动地连接。

两个轴的连接由可切换的离合装置产生。该离合装置包括具有锥形外表面13(外锥)的离合器法兰12(第三连接件)，该离合器法兰与传动轴4不可相对旋转且位置固定地连接。离合器环14(第二连接件)具有一个平行于锥形外表面13延伸的内锥15以及在这两个锥形面之间的(用于)夹紧体16的环缘(Kranz)，这些夹紧体被保持在一笼式环中并通过环绕的弹簧17压在内锥15上(参见专利申请EP04007914.7)。

在EP04007914.7中说明的这种类型的离合器中，夹紧体设置成成对地相互作用，从而在两个转动方向上形成无间隙的夹紧。

如果离合器环14向右移动，则外锥13、内锥15和夹紧体16(即第二连接件和第三连接件)相接触并形成不可相对转动的连接。

离合器环14的向右的轴向运动通过压簧18产生和保持。离合器环14通过可轴向移动、但是不可转动的连接例如形状锁合(formschlüssig)的轴-坑连接/轴-毂连接(Wellen-/Narbenverbindung)与工作轴1相连接。

主轴横截面B示出换刀时的状态。首先停下驱动电动机20，通过接头35将压缩空气导入活塞***。这里活塞示例性地是由延展性非常好的材料制成的软管环21，该软管环用压缩空气吹起膨胀并推动推力环/止推环(Druckring)22并由此推动离合器环14向左(与箭头方向A相反)移动。环状软管形式的活塞只是一种很小型结构的可能性。也可以使用已知类型的流体或压缩空气加载的活塞/气缸***或者具有磁力的线性的或转动的***。

通过内锥15相对于外锥13的轴向相对移动形成一径向缝隙，该缝隙使夹紧体16与外锥13脱离接触。因而传动轴4与工作轴1的转动连接断开。

离合器环14向左移动至离合器环14另一端上的外锥23通过夹紧体环缘25(第一连接件)和与壳体2固定连接的内锥24相接触。因此，在传动轴4与工作轴1的转动连接断开时，产生离合器环14以及由此工作轴1与壳体2之间的不可相对转动/扭转的接触。

如果现在接通驱动装置(例如驱动电动机20)，则传动轴4相对于静止不动的工作轴1转动，因此螺纹轴26在螺纹套28中旋入或旋出，该螺纹轴26在部段27中通过六角成型部轴向可移动地与传动轴4不可相对转动地连接，而该螺纹套28本身轴向可移动地借助于滑动键29与工作轴1不可相对转动地连接。

螺纹轴26在其左部段具有螺距不同的外螺纹和内螺纹。外螺纹与螺纹套28的内螺纹共同作用，而螺纹轴26的内螺纹与张紧杆30上的螺纹相互接合。通过适当地选择不同的螺距，可以这样确定张紧杆30的轴向运动，使得当螺纹具有足够的承载能力时，实现驱动电动机的转矩和夹钳的牵引力之间的必要的力传递。

夹紧***是在力的变化分布上自闭合的***，这就是说，根本没有从工作轴1向外作用的力，因为螺纹的螺距是自锁的。由于刀具的夹紧，既不对轴承3施加负荷也不需要外部支承力。张紧杆30的轴向力由螺纹套28吸收并经过压簧32导入到工作轴1中。这里，压簧32通过预紧被压缩十分之几个毫米。这足以补偿在工作周期内由冲击或振动引起的夹钳或刀具可能的移位/变形(Setzen)以及由此补偿夹紧力损失。

在换刀时，即，在根据图1的主轴横截面B中，压簧32将螺纹套28压到传动轴4上的平面支承部44上。这里，还得到/支撑(abstützen)将夹钳11从工作轴1中移出所必需的轴向力。

因此，更换工件按如下顺序进行：

停下驱动电动机20，然后起动活塞22直到离合器23、24闭合；在转动方向上接通电动机，使得张紧杆30和夹钳11从工作轴1中移出。然后停下电动机并更换夹钳11中的刀具。接着反方向启动电动机，使得夹钳11收拢且夹紧刀具。然后切断用于活塞行程的压缩空气。离合器环14被弹簧力18移动，直到离合器23、24打开且离合器13、15闭合。

另外，活塞环22被弹簧31继续推动，使得转动的离合器环14不再接触静止的活塞环22。现在以工作转动方向启动电动机，开始工作周期。

对更换工件的周期或者说夹钳11的打开和夹紧进行监控。为此张紧杆的运动通过随动螺栓(Mitnehmerbolzen)33被传递到控制环34上，该控制环可以在工作轴1上被引导轴向移动。该控制环34的外部是锥形的，并在传感器36旁边移动经过并在此时产生模拟信号。该模拟信号描述夹钳11的轴向位置并给出夹钳11是否已达到相应终点位置的信息，并且如果刀具夹紧运动没有行进到终点/结束，则使机器关闭。这就是说，刀具未被正确地夹紧或者——如果张紧杆被引导通过了终点——在夹紧***中没有刀具。同样，也可以对刀具的推料过程/拆卸过程(Ausstoβvorgang)进行监控。

图2示出另一种操作离合器的可能性。将均匀分布在圆周上的电磁体固定在一支承环37中。各个磁体包括励磁线圈38以及可轴向运动的磁芯39，该磁芯由可磁化的钢制成。磁芯39以其自由端上的凸台(Bund)40悬挂在开关环41中，并借助于支承在支承环37中的弹簧42保持在最外面的右边轴承/位置中。

由此可以实现，在主轴的工作周期间，固定的开关环41和与离合器环14固定连接的、转动的开关套43之间不存在接触。

为了打开夹紧***，向励磁线圈38加载电流并在励磁线圈38中拉动磁芯39。通过携带拖动开关环41的凸台40，离合器环14被开关套43拉动至其左侧终点位置，也就是说，拉动到离合器23、24闭合。

切断励磁线圈38的电流后，离合器环14通过弹簧力18再次被带到工作位置，而弹簧力42确保开关环41和开关套43分离。可以配设小型的液压缸或空气缸来代替单个的电磁体，其中活塞杆的自由端同样具有凸台40，使得其它功能完全对应于上面说明的内容，其中在张紧杆30中形成/支撑轴向力，以使工作轴1中的夹钳11移出。被摘下的螺纹套28通过固定在工作轴1上的环形螺母45抵抗压簧32(的力)保持在其轴向位置。螺纹套28的凸缘在以46表示的位置处压在环形螺母45上。这个实施例具有以下优点，即，在换刀期间，根本没有从工作轴1向外作用的力。

附图标记

1  工作轴       24  内锥

2  壳体         25  夹紧体环缘

3  轴承         26  螺纹轴

4  传动轴       27  部段

5  壳体         28  螺纹套

6  轴承         29  滑动键

7  转子         30  张紧杆

8  定子         31  弹簧

9  夹紧锥       32  压簧

10 中心孔       33  传动螺栓

11 夹钳         34  控制环

12 离合器法兰   35  压缩空气接头

13 外表面       36  传感器

14 离合器环     37  支承环

15 内锥         38  励磁线圈

16 夹紧体       39  磁芯

17 弹簧         40  轴环

18 压簧         41  开关环

19 轴/坑连接    42  弹簧

20 驱动电动机   43  开关套

21 软管环       44  平面支承部

22 推力环       45  环形螺母

23 外锥         46  位置

Claims (8)

1.一种用于通过安装在主轴上的刀具加工工件的主轴，具有将刀具固定在主轴上的轴向可移动的张紧杆和通过主轴的电动机驱动的传动轴，其中所述主轴的传动轴能够通过离合装置与用于轴向移动以进行换刀的张紧杆以及与用于加工工件的工作轴(1)相连接，其特征在于，

——张紧杆(30)轴向可移动地接纳在设计成空心轴的工作轴(1)中；

——工作轴(1)相对于主轴的壳体(2)能够锁定在用于通过传动轴(4)在工作轴(1)内部轴向移动张紧杆(30)的第一离合位置处，其中工作轴(1)和传动轴(4)在第一离合位置处的共轴相对转动的角度位置可自由选择；以及

——在第二离合位置处，能够通过传动轴(4)形成对工作轴(1)和张紧杆(30)共同的驱动，其中工作轴(1)和传动轴(4)在第二离合位置处的共轴相对转动的角度位置可自由选择。

2.根据权利要求1所述的主轴，其特征在于，所述离合装置具有在轴向方向上能够彼此相对移动的连接件，其中连接件能够行程受限制地轴向彼此相对移动。

3.根据权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述离合装置具有带有内锥的第一连接件、带有外锥和内锥的第二连接件、以及带有外锥的第三连接件。

4.根据权利要求2或3所述的主轴，其特征在于，所述离合装置能够在两个方向上轴向移动，其中在两个方向上对所述轴向移动进行行程限制。

5.根据权利要求1所述的主轴，其特征在于，为了在第一离合位置处使张紧杆(30)在传动轴(4)中轴向移动，在主轴的传动轴(4)和张紧杆(30)之间设有螺纹装置。

6.根据权利要求5所述的主轴，其特征在于，所述螺纹装置具有带有至少两个彼此啮合的螺纹套的差动螺纹部。

7.根据权利要求5或6所述的主轴，其特征在于，所述离合装置具有不可相对转动地并在轴向上可移动地安装在所述螺纹装置上的另外的连接件。

8.根据权利要求1所述的主轴，其特征在于，所述主轴是机床主轴。

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