CN103260823B - 一种用于机床的主轴头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机床的主轴头（1），具有主轴箱（2）和工作主轴（4），所述工作主轴相对于主轴箱（2）利用至少一个轴承（5）能绕主轴轴线旋转地支承并具有主轴（3），主轴箱（2）、主轴（3）和工作主轴（4）具有用于设置在主轴（3）的刀具侧（W）的刀具的冷却介质的供应装置（Z），其特征在于，设有两个在供应装置（Z）的区域内形成间隙密封的套筒（6、7），其中一个套筒（6）设置在工作主轴（4）中，而另一个套筒（7）设置在主轴箱（2）中，两个套筒（6、7）中的至少一个套筒在其朝向另一个套筒（6、7）的工作面中具有至少一个凹部（8）。

Description

一种用于机床的主轴头

技术领域

本发明涉及一种用于机床的主轴头，所述主轴头具有回转接头，用于输入刀具的冷却介质。

背景技术

由EP 0 860 231 A1已知一种用于将流体混合物输送到旋转的机器部件中的方法和装置，所述机器部件具有从静止的机器部件到旋转或可旋转的机器部件中的回转接头，流体混合物被导向旋转的机械部件的远离回转接头的位置，并且各流体组分通过回转接头分开地输送，并且在实际的使用位置的附近才以希望的相对比例在旋转的机器部件的内部形成混合物。就是说，在该现有技术中记载了一种用于输送冷却介质(流体混合物)的回转接头，该回转接头主要具有一个非接触式的转移***，该转移***具有径向两侧的间隙密封，当在旋转的轴和静止的壳体之间引导空气通过时，所述间隙密封进行密封。

由DE 198 15 134 A1已知一种用于机床的主轴头，其中同样设有用于冷却介质的回转接头。主轴头具有主轴箱，其中，在主轴箱中可旋转地支承工作主轴，所述工作主轴由驱动装置置于旋转。所述工作主轴利用至少一个轴承绕主轴轴线支承在主轴箱中。从工作主轴引出细长的、管状的主轴，所述主轴在其一侧设置在工作主轴中，而在其另一个侧(刀具)上设有优选构造成能更换的刀具。通过相应的供应装置从主轴箱之外通过主轴箱和工作主轴并经由主轴向刀具供应冷却介质，以便在利用刀具加工、特别是在切削加工工件时能够导出在这里形成的热量并尽可能还导出切下的工件部分。

在该现有技术中还存在套筒对，所述套筒对在内套筒和外套筒之间具有小的径向间隙，通过该间隙形成用于冷却介质的间隙密封。这里， 外套筒固定地设置，特别是设置在主轴箱中，内套筒能够旋转并且为此固定地设置并且特别是固定地设置在工作主轴中。在这种用于机床的主轴头的运行期间，在实践中总是会出现这样的情况，即，由于加工精度，各套筒在彼此上滑动，并且由此套筒相互朝向的工作面或者具有不允许的高温，或者在最坏的情况下卡住。这也可能由此发生，即，用于将工作主轴可旋转地支承在主轴箱中的球轴承发生磨损并由此在这两个相关构件之间出现不允许的间隙。由于这种增大的间隙同样可能出现套筒滑动(Schleifen)和卡死的现象。

此外，在制造这种用于机床的主轴头时，不利的是，这些套筒作为单独的构件制造，并且在装配时必须安装到主轴箱以及工作主轴中。由此提高的部件种类数量以及装配费用。此外，在最不利的情况下会出现这样的情况，总是具有确定的公差的套筒相互累加，从而由于公差的累加同样可能非常快地出现两个套筒的滑动或者也可能出现两个套筒的卡死。

发明内容

因此，本发明的目的是，这样改进用于机床的主轴头，使得可以避免前面所述的缺点。特别是存在在供应装置的区域内形成间隙密封的套筒时，应基本上或者尽可能完全避免滑动和卡死。另一方面，应明显降低这种主轴头的部件种类和装配耗费。

在第一解决方案中从以下事实出发，所述主轴头和以前一样具有形成间隙密封的套筒对。

在这种情况下根据本发明设定，设有两个在供应装置的区域内形成间隙密封的套筒，其中一个套筒设置在工作主轴中，而另一个套筒设置在主轴箱中，两个套筒中的至少一个套筒在其朝向另一个套筒的工作面上具有至少一个凹部。这种凹部有利地缩小了各套筒的两个相互朝向的工作面之间的可能的接触面，同时同样有利地提高了流动阻力。由此，明显降低了套筒的两个相互朝向的工作面发生滑动或卡死的危险，同时改善了间隙密封的效果。此外，在参与的构件之间旋转运动时形成的磨屑(Abrieb)聚集在所述至少一个凹部中，所述磨屑此时不再会、特别 是在轴承区域导致夹紧或卡死。此外通过所述至少一个凹部明显改善了两个套筒的相互朝向的工作面的磨合特性。

例如在本发明的改进方案中设定，所述凹部构造成至少一个径向环绕的槽。这种径向环绕的槽同样减小了可能的接触面并同时提高流动阻力，其中这种槽在制造技术上可以非常简单地制造。例如铸造的套筒可以通过切削的车削加工来设置这种槽。为了提高所述效果，在本发明的改进方案中，所述凹部构造成至少两个相互平行的径向环绕的槽。由此进一步缩小了可能的接触面，同时套筒的两个相互朝向的工作面之间有足够的支承作用。至少一个、优选至少两个相互平行地径向延伸的槽有利地具有U形或V形或其组合形状的横截面。槽的深度在0.1至0.2mm之间(在套筒的工作面和槽底之间进行考察时)并具有同样在0.1至0.2mm之间的宽度(在最宽的位置处)。如果存在多于三个相互平行地延伸的槽，则它们具有相同的或不同的彼此间的间距。除此了至少一个径向环绕的槽(也称为凹槽)，也可以考虑采用其他形式的凹部，它们不是一定构造成径向环绕的。这里例如可以设想点状或格状的凹部，所述凹部在工作面的表面的周边上分布。

在本发明的改进方案中，套筒由不同的材料组成。由于在运行期间机床的主轴头的构件、特别是工作主轴和主轴箱的热膨胀，会出现通过两个套筒形成的间隙密封的间隙的改变。这里为了避免，间隙由于热膨胀不允许地减小(这会导致间隙密封效果的降低，并且在最坏的情况下会导致套筒的滑动或卡死)，根据主轴箱和工作主轴的参与的材料的已知的热膨胀来不同地选择套筒的材料。这里有利地已经证明，其中一个套筒由不锈钢材料制成，而另一个套筒由铜合金，特别是铸铜合金制成，或者相反。这些材料原则上是已知的，可以良好地加工(特别是铸造和切削加工)并且导致实现希望的效果。特别有利的是由不锈钢材料XCrNiS18-9和铜合金CuSn11Pb2(或相反)组成的材料配对。所述铜合金或铸铜合金此外还具有这样的重要的优点，即，它们对于以下情况提供了紧急运行特性，即当套筒对还没有自由滑动时，套筒的两个工作面以不允许的方式接触。

在本发明的改进方案中设定，至少其中一个套筒的工作面构造成粗糙的。这意味着，一个套筒的工作面构造成光滑的(例如通过珩磨过程)，而另一个套筒的工作面有目的地设置一定的粗糙度。当粗糙度具有16μm至25μm Rz的值时，对于这样的应用场合是特别有利的。就是说，这种粗糙度在相互朝向的工作面接触时有利于磨损(Abrieb)。

目前为止所描述的本发明的基本构思包括其另外的有利的实施形式还具有这样的优点，即，目前位置已经制造完成的、具有套筒对的、用于机床的主轴头可以用根据本发明设计的套筒改装。为此仅需要将目前为止所安装的套筒对从主轴头中拆除并用根据本发明设计的新套筒对进行替换。

除了用根据本发明涉及的套筒对更换目前为止存在的套筒对，作为实现所述目的的另一个方案设定，省去套筒对。这有利地实现了部件数量、装配耗费和成本的降低。但这却要求在冷却介质供应部的区域内设置间隙密封，这种间隙密封根据本发明这样来实现，即所述间隙密封在供应装置的区域内由工作主轴和主轴箱形成。这意味着，目前位置存在的套筒的功能由主轴头的参与的构件、即工作主轴和主轴箱承担。这有利地意味着，轴(工作主轴)和壳体(主轴箱)同时还承担了目前为止的套筒对的功能。这里在本发明的改进方案中设定，工作主轴在其轴向的分布中具有至少两个不同的直径，在所述分布中工作主轴能旋转地支承在主轴箱中。这意味着，轴制成为具有直径上的缩进，而壳体仅具有带有保持相同内径的贯穿的开口(特别是孔)。由此可以以较高的精度较为容易地制造轴，例如通过在车床的顶尖(Spitze)之间的切削加工非常精确地以不同的直径制成。此外使用内孔和外壳直径的比例较小的滚珠轴承是优选的。由此轴直径上的缩进较小，并且轴的惯性力矩也较小。由于这种高精度，间隙密封的间隙可以较小，例如约为0.02mm，在相同的空气泄漏下间隙长度可以缩短(约为10mm)。这些情况都有这样的优点，即可以实现回转接头(DDF)的缩短。

附图说明

在唯一的一个附图中用不同的视图示出用于机床的、带有套筒对的主轴头的一个实施例。

具体实施方式

在唯一的附图中的各个视图示出了机床的主轴头1，并且是具体示出。但这里没有示出所有重要的构件，而是仅示出了对于说明本发明重要的构件。关于这种主轴头的完整的原理结构可以参考前面引用的两篇文献。

用1表示用于机床的主轴头，其中在两个上面的视图中，主轴头1连同其主轴箱2作为外部视图(上面的图)和剖视图(下面的图)示出。主轴3从固定地设置在机床中的主轴箱2中引出，所述主轴能绕其纵向轴线旋转。主轴头1按本身已知的方式具有驱动侧A和刀具侧W。在刀具侧W设置这里没有示出的、优选可更换的刀具，用于加工工件。所述刀具以及主轴3按同样已知的方式构造成，用于朝刀具侧W的方向输送在驱动侧A处供应给主轴头1的冷却介质，从而冷却介质在刀具和工件之间的加工区域内能冷却参与的部件并能除去加工下来的工件残余物。所述冷却介质有利地是由液态和气态介质组成的混合物，所述冷却介质按同样本身已知的方式输入，通常进行混合并输送到刀具侧W。

在附图左下方的图形中，主轴头1在主轴箱2的区域中用于放大的视图(B，2:1)示出。在剖视图中的标注尺寸仅是示例性的并且尺寸单位是“毫米”。

在左下方放大的视图中可以看出，从具有这里未示出的驱动装置的固定的主轴箱2中，主轴3从能旋转地支承在主轴箱2中的工作主轴4中引出。受驱动的工作主轴4通过轴承5、优选是滚珠轴承能旋转运动地支承在主轴箱2中。为了供应冷却介质设有供应装置Z，所述供应装置例如是主轴箱2中的相应地适当的并且相应地构成的开口、工作主轴4中的相应地适当的并且相应地构成的通道以及螺旋形地设置在主轴3上的推进结构(例如构造成阿基米德螺旋结构)。为了实现主轴箱2和工作主轴3之间的间隙密封，在供应装置Z的区域内设有套筒对，所述套筒 对包括第一套筒6和第二套筒7。该套筒对在图中在右下方的图中示出。这里套筒6固定地设置在工作主轴4中，而套筒7固定地设置主轴箱2中。这种设置例如可以通过压力配合、热压配合或类似方式实现。套筒6、7的两个相互朝向的工作面形成一个小的间隙并且通常在主轴头1运行时在旋转运动期间相互不应发生接触。为了避免由于制造误差、特别是由于轴承5的磨损导致套筒6、7发生滑动或卡死，按本发明所述套筒具有凹部8。凹部8优选构造成至少一个径向环绕的槽(或凹槽)，这里特别有利的是，设置多个径向环绕的并且相互平行定向的槽。在横截面上观察，这种槽具有U形或V形的横截面，这里如图中所示，也可以采用这两种横截面的组合。相应的标注尺寸、材料配对和粗糙度如上面给出的那样确定，并且同样用于该实施例中。

在图中示出的该实施例中，存在套筒对6、7，除此以外，主轴头1也可以设计成，不存在并且相应地不安装套筒6、7。为了在供应装置Z的区域内按相应的方式实现间隙密封，此时设定，套筒的任务和功能由主轴箱2和工作主轴4本身承担。这里同样适用的是，在该区域内，围绕供应装置Z的区域设置至少一个凹部，优选是一个径向环绕的凹部，更为优选是多个并排设置的径向环绕的凹部，以便形成间隙密封。这里也可以相应地采用前面所述的材料配对、标注尺寸和粗糙度。

附图标记列表

1 主轴头

2 主轴箱

3 主轴

4 工作主轴

5 轴承

6 套筒

7 套筒

8 凹部

A 驱动侧

W 刀具侧

Z 供应装置

Claims (7)

1.一种用于机床的主轴头(1)，具有主轴箱(2)和工作主轴(4)，所述工作主轴相对于主轴箱(2)利用至少一个轴承(5)能绕主轴轴线旋转地支承并具有主轴(3)，主轴箱(2)、主轴(3)以及工作主轴(4)具有用于设置在主轴(3)刀具侧(W)的刀具的冷却介质的供应装置(Z)，其特征在于，设有两个在供应装置(Z)的区域内形成间隙密封的套筒(6、7)，其中一个套筒(6)设置在工作主轴(4)中，而另一个套筒(7)设置在主轴箱(2)中，两个套筒(6、7)中的至少一个套筒在其朝向另一个套筒(6、7)的工作面中具有至少一个凹部(8)，其中一个套筒(6、7)的工作面构造成光滑的，而另一个套筒(7、6)的工作面有目的地设置有粗糙度。

2.如权利要求1所述的主轴头(1)，其特征在于，所述凹部(8)构造成至少一个径向环绕的槽。

3.如权利要求2所述的主轴头(1)，其特征在于，所述凹部(8)构造成至少两个相互平行地径向环绕的槽。

4.如权利要求1至3之一所述的主轴头(1)，其特征在于，所述套筒(6、7)由不同的材料组成。

5.如权利要求4所述的主轴头(1)，其特征在于，其中一个套筒(6)由不锈钢材料制成，而另一个套筒(7)由铜合金制成，或者相反。

6.如权利要求4所述的主轴头(1)，其特征在于，其中一个套筒(6)由不锈钢材料XCrNiS18-9制成，而另一个套筒(7)由铜合金CuSn11Pb2制成，或者相反。

7.如权利要求1至3之一所述的主轴头(1)，其特征在于，粗糙度的值为16μm至25μm Rz。