CN106825653B - 结合机床的主轴设备使用的耦合*** - Google Patents

结合机床的主轴设备使用的耦合*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机床100的主轴设备170处的耦合***300，其包括：能量传输单元320，所述能量传输单元具有用于将电能无触点传输到工具接口单元310的接收器线圈单元312的传输器线圈单元323，所述工具接口单元具有电负载和用于容纳在主轴设备170的工作主轴172的工具支座173中的工具接口部分311；以及耦合接口单元330，所述耦合接口单元具有可附接到主轴设备170的接口主体元件332和配置成借助于可松开连接而耦合到能量传输单元320的第一耦合元件321的第二耦合元件331。

Description

结合机床的主轴设备使用的耦合***
技术领域
本发明涉及一种结合机床的主轴设备使用的***和/或耦合***。
背景技术
现有技术公开了可用于工件的材料去除处理和材料沉积处理的机床。
DE 10 2013 224 649 A1描述了一种机床，其具有机器控制件、机器框架、工件台、优选地依据标准制成的工具支座、用于调整工件台与工具支座之间的相对位置的多个平移和/或旋转轴、用于一个或多个材料去除(尤其是机械加工)工具的工具库、用于在工具支座与工具库之间自动移动工具的工具更换机构、可***工具支座中的沉积焊头以及用于存储工具支座外部的des沉积焊头的存储装置。
WO 2014/013247 A2描述了一种机床，其配置成将能量源通过处理机头传导到工件，所述机床具有用于不时调节所述处理机头或另一处理机头以便处理工件的夹紧机构。处理机头具有一个或多个传导机构和处理机头支撑装置，所述传导机构配置成将能量源引导到工件，在所述处理机头支撑装置中，处理机头在使用时可被供应一种介质或若干种介质以便能够处理工件，所述处理机头支撑装置允许在处理机头连接到夹紧机构时向处理机头供应一种或多种介质。机床还具有至少一个机构，所述至少一个机构配置成将供应支撑装置连接到处理机头支撑装置，其连接方式使得在两个支撑装置连接时向处理机头供应介质。
对于特殊机械加工类型或采用的特殊材料而言，优点在于用于所述处理的处理机头在其外侧上额外被供应能量。由于各种处理机头的不同尺寸，当用于机械加工操作的处理机头被用于沉积焊接的处理机头替换时出现问题，用于能量供应(其为用于机械加工操作的处理机头所需而非用于沉积焊接的处理机头所需)的装置阻碍用于沉积焊接的处理机头，从而阻止两个处理机头的交换。
本发明的目的在于提供一种通用的、节省空间并有成本效益的用于机床的工具接口***或耦合接口***，其能够以尤其节省空间并有成本效益的方式并且在关于有益能量与信号传输和/或供应以及关于有益高效、省时并通用的工具更换可能性的有利协同效应以及精确的工具与处理机头对齐的情况下来有利地使用，尤其是在采用混联机床时，视情况除了常规的机械加工操作外，可能结合其它处理可能性，例如具有电负载并用于(例如)超声处理和/或结合机床上通常用以去除材料的用于沉积材料的材料沉积处理机头使用的工具接口单元。
因此，本发明的另一目的在于提供一种用于机床的耦合***，借助于所述耦合***，不同工具接口或处理机头可交替地容纳在同一处理机头支座处，由此，材料去除或机械加工工件处理和材料沉积工件处理(例如，沉积焊接)能够以高效、具成本效益并节省空间的方式进行而没有任何限制。
发明内容
根据本发明的一方面，提出了一种根据权利要求1所述的用在机床的主轴设备中的***和/或一种根据权利要求16所述的用于这种***中的耦合接口单元以及一种根据权利要求17所述的用于这种***中的能量传输单元，以便实现上述目的。从属权利要求和/或从属权利要求的组合涉及优选实施方案。
本发明的一方面提出了一种用于机床的主轴设备处的***。
所述***可包括能量传输单元，所述能量传输单元具有用于将电能无触点传输到工具接口单元的接收器线圈单元的传输器线圈单元。工具接口单元可具有接收器线圈单元、电负载和/或用于将工具接口单元容纳在主轴设备的工作主轴的工具支座处的工具接口部分。在适当的情况下，还可为具有不同尺寸的多个工具接口单元提供具有不同尺寸的多个能量传输单元，所述能量传输单元的相应耦合元件优选地以同等方式制成以达到耦合到单个耦合接口单元的目的。
所述***可具有耦合接口单元，所述耦合接口单元具有安装在主轴设备上的接口主体元件和第二耦合元件，所述第二耦合元件优选地配置成借助于可松开连接而耦合到能量传输单元的第一耦合元件。
根据优选示例性实施方案，第一耦合元件和第二耦合元件在各个情况下可优选地具有一个或多个插塞连接元件，优选地以此方式使得第一耦合元件的一个或多个插塞连接元件与第二耦合元件的一个或多个插塞连接元件配置成建立可松开插塞连接而用于第一耦合元件到第二耦合元件的可松开附接。
根据优选示例性实施方案，第一耦合元件和第二耦合元件可优选地分别具有可连接电接触部段，优选地用于在第一耦合元件可松开地附接到第二耦合元件时产生第一耦合元件与第二耦合元件之间的电连接。
根据优选示例性实施方案，第一耦合元件可优选地具有电接线，所述电接线将能量传输单元的传输器线圈单元优选地电连接到第一耦合元件的电接触部段。
根据优选示例性实施方案，第二耦合元件可优选地具有电接线，所述电接线将第二耦合元件的电接触部段优选地电连接到设置在耦合接口单元的接口主体元件处用于外部电接线的连接的电连接元件。
根据优选示例性实施方案，耦合接口单元可优选地具有用于解锁和/或锁定第一耦合元件与第二耦合元件之间的可松开附接的以电的方式、以液压方式和/或以气动方式可控制的锁定机构。
根据优选示例性实施方案，耦合接口单元可优选地具有设置在接口主体元件上以便控制锁定机构的电、液压和/或气动连接元件。
根据优选示例性实施方案，耦合接口单元的接口主体元件能够优选地借助于螺钉连接而可附接到主轴设备。
根据优选示例性实施方案，***还可另外或可选地包括耦合元件固持器，所述耦合元件固持器可附接到机床并具有用于在能量传输单元的第一耦合元件从耦合接口单元的第二耦合元件解耦时固持能量传输单元的耦合元件支座。
根据优选示例性实施方案，***可另外或可选地具有耦合元件转接器，所述耦合元件转接器具有第三耦合元件，所述第三耦合元件优选地配置成在能量传输单元的第一耦合元件从耦合接口单元的第二耦合元件解耦时优选地类似于能量传输单元的第一耦合元件而借助于可松开连接来耦合到耦合接口单元的第二耦合元件。
根据优选示例性实施方案，第三耦合元件和第二耦合元件在各个情况下可优选地具有一个或多个插塞连接元件，优选地以此方式使得第三耦合元件的一个或多个插塞连接元件优选地与第二耦合元件的一个或多个插塞连接元件一起配置成建立可松开插塞连接以用于第三耦合元件到第二耦合元件的可松开附接。
根据优选示例性实施方案，第三耦合元件可优选地在与用于到第二耦合元件的插塞连接的插塞连接元件相反的侧上具有用于到另一附接元件的可松开附接的附接元件，所述另一附接元件优选地可附接到材料沉积处理设备，所述材料沉积处理设备可容纳在主轴设备的工作主轴的工具支座处。
根据优选示例性实施方案，***可另外或可选地包括具有接收器线圈单元的工具接口单元。
根据优选示例性实施方案，工具接口单元可优选地在与工具接口部分相反的侧上具有工具支撑部分以便容纳工具。
根据优选示例性实施方案，工具接口单元可优选地具有作为电负载的振动驱动件，所述振动驱动件优选地配置成驱动工具接口单元的振荡，尤其优选地是在超声频率范围内的振荡。
本发明的另一方面提出了一种用在结合机床的主轴设备使用的上述***中的耦合接口单元。所述耦合接口单元优选地包括可安装在主轴设备上的接口主体元件和配置成借助于可松开连接而耦合到***的能量传输单元的第一耦合元件的第二耦合元件。
本发明的另一方面提出了一种用在用于机床的主轴设备处的上述***中的能量传输单元。所述能量传输单元优选地包括用于将电能无触点传输到工具接口单元的接收器线圈单元的传输器线圈单元和/或配置成借助于可松开连接而耦合到***的耦合接口单元的第二耦合元件的第一耦合元件，所述工具接口单元包括接收器线圈单元、电负载和用于将工具接口单元容纳在主轴设备的工作主轴的工具支座处的工具接口部分。
提出本发明的其它额外方面：根据上述方面的一种用于机床上的主轴设备，耦合接口单元安装在所述主轴设备上；或上述***的一种耦合接口单元；以及一种具有这种主轴设备的机床。
总之，提供一种用于机床的通用、节省空间并有成本效益的工具接口***和/或耦合接口***，其能够以尤其节省空间并有成本效益的方式在关于有益能量与信号传输和/或供应以及关于有益高效、省时并通用的工具更换可能性的有利协同效应以及精确的工具与处理机头对齐的情况下来使用，尤其是在用于混联机床时，视情况除了常规的机械加工操作外，可能结合其它处理可能性，例如具有电负载并用于(例如)超声处理和/或结合机床上通常去除材料的用于沉积材料的材料沉积处理机头使用的工具接口单元。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方案的机床的示例性透视图；
图2A至图2E示出了根据本发明的实施方案的主轴托架滑道的示例性实施方案；
图3示出了根据本发明的实施方案的工作主轴的工具支座的示例性透视细节图；
图4示出了根据本发明的实施方案的主轴设备的示例性透视图；
图5A和图5B示出了具有***的工具接口单元的根据图4的主轴设备的示例性透视细节图；
图6A和图6B示出了无***的工具接口单元的根据图4的主轴设备的示例性透视细节图；
图7A至图7C示出了根据本发明的实施方案的工具耦合***的示例性透视细节图；
图8A和图8B示出了根据图7A至图7C的工具耦合***的工具接口单元的示例性透视细节图；
图9A和图9B示出了无工具接口单元的根据图7A至图7C的工具耦合***的示例性透视细节图；
图10A和图10B示出了在各个情况下的根据图7A至图7C的工具耦合***的耦合接口单元和能量传输单元的示例性透视细节图；
图11A和图11B示出了根据图10B的能量传输单元的示例性透视细节图，以及图11C示出了根据图10B的能量传输单元的示例性子视图；
图12A示出了根据本发明的实施方案的能量传输单元的示例性透视图，以及图12B示出了在耦合元件固持器中的根据图12A的能量传输单元的示例性透视图；
图13A至图13D示出了具有根据本发明的实施方案的***材料沉积设备的根据图4的主轴设备的示例性细节图；
图14示出了无***的材料沉积设备的根据图4的主轴设备的示例性透视细节图；
图15A和图15B示出了根据本发明的实施方案的工具耦合***的耦合元件转接器的示例性透视细节图；以及
图16示出了根据图13A至13D的材料涂覆设备的示例性透视图。
具体实施方式
下文参考附图详细说明本发明的实例和实施方案。图式中的相同或类似元件在此可用相同参考符号且有时也用不同参考符号标示。指出本发明决不受限于或被限于以下实施方案及其实施方案特征，而是还包括实施方案的修改，尤其是基于独立权利要求的范围通过修改所述实例的特征和/或通过组合所述实例的个别或若干特征而包括的修改。
图1示出了根据本发明的实施方案的机床100的示例性透视图。
作为实例，机床100包括机床床身110，(例如)回转台120设置在机床床身110上，回转台120具有可旋转地安装在回转台120上的旋转台130，并且(例如)工件WS被夹紧在旋转台130上以用于在机床100上进行处理。
作为实例，机床100包括用于使夹紧在旋转台130上的工件WS(例如)绕回转轴及绕旋转轴旋转的两个可旋转控制轴，所述回转轴关于机床床身110水平对齐，并且回转台120可绕所述回转轴在机床床身110上回转，所述旋转轴关于回转台120垂直对齐，并且旋转台130可绕所述旋转轴在回转台120上旋转。
在所述示例性实施方案中，旋转台130的旋转轴并非关于机床110绝对固定，而是在回转台120回转时回转。在本发明的其它实施方案中，可提供仅一个、两个以上或还可不提供旋转和/或回转轴。在其它实施方案中，也可提供独立的回转和/或旋转轴，例如一个旋转轴和/或回转轴旋转工件，而另一旋转轴和/或回转轴旋转工具和/或主轴头。
作为实例，机床100还包括具有第一轴滑道140的轴滑道总成，第一轴滑道140设置在机床床身110的后机器立柱上并在安装在机器立柱上的纵轴滑道导轨上被引导。在纵轴滑道导轨上，第一轴滑道140(例如)在机床100的X轴方向上(在图1中，在从前到后水平对齐的方向上)可水平线性移动。
在第一轴滑道140的前侧，设置(例如)水平对齐的横轴滑道导轨，第二轴滑道150可在所述横轴滑道导轨上以线性方式(例如)水平地、横向地或与第一轴滑道140的X轴方向垂直地(例如)在机床100的Y轴方向上(在图1中，在从左到右水平对齐的方向上)行进。
第二轴滑道150的前侧固持具有主轴头外壳160的主轴头。主轴头可(例如)以垂直方式(例如)在机床100的Z轴方向上(即，尤其是(例如)在各个情况下横向地和/或与X轴和Y轴方向垂直地)线性行进。
主轴设备170的工作主轴设置在具有主轴头外壳160的主轴头的底侧上，并且其主轴轴线(例如)垂直地并且尤其(例如)与Z轴方向平行地对齐。
在根据图1的实施方案中，三个可独立控制的线性轴因而作为实例而提供(例如可由视情况具有CNC控制单元和/或PLC控制单元的数控机床上的控制装置(未示出)视情况基于NC程序和/或通过机床100的控制面板手动输入的控制命令控制)。作为实例，所有三个线性轴能够以主动方式关于夹紧在旋转台130上的工件WS的位置而相互独立或同时移动接收在主轴设备170的工作主轴上的工具。
在其它实施方案中，还可提供一个、两个或三个以上的可独立移动线性轴，和/或还可提供一个、两个、三个或更多个用于移动工件和/或旋转台130和/或回转台120的线性轴。
此外，机床100包括(例如)配置成供应多个工具、工具接口和/或具有工具接口的工具的工具库180。例如，工具库180被制成链式库，但是也可提供其它类型的工具库，诸如架式库或轮式库等。
另外，机床100包括(例如)在主轴设备170的工作主轴的工具更换位置与工具库180的工具去除位置和/或工具***位置之间可线性移动的工具更换设备190。工具更换设备190配置成在工具库180的工具去除位置和/或工具***位置处从工具库180去除工具，以便在工具交换时将此工具供应到工作主轴以及在工具交换时将在工具更换位置处从主轴设备170的工作主轴去除的工具供应给工具库180。
工具更换设备190优选地包括(视情况)双抓握件，其可回转以用于固持或接收两个工具或工具接口，其视情况具有用于从主轴或工具库接收工具的抓握部分和将工具***工作主轴和/或工具库的另一抓握部分。
在机床床身110的与工具库180相反的侧上，根据图1的机床100还包括(例如)材料沉积处理***200的材料沉积设备230，其中所述材料沉积设备230可***、夹紧和/或接收在主轴设备170的工作主轴处并固持(例如)在第三轴滑道220处。
第三轴滑道220可(例如)以水平线性方式在滑道导轨210上行进并配置成移动到主轴设备170的工作主轴，以便将材料沉积设备230而(尤其)不是来自工具库180的工具WZ和/或工具接口***、夹紧和/或接收在主轴设备170的工作主轴处。
当工具库180可主要供应可用于去除和/或尤其机械加工来自夹紧在旋转台130上的工件WS的材料去除或(尤其是)机械加工工具(诸如，铣刀或钻床)时，材料沉积处理***200配置成(例如)借助于材料沉积设备230沉积夹紧在旋转台130上的工件WS上的材料。
在此，材料沉积处理***200可优选地具有激光头处理单元作为材料沉积设备230。材料沉积设备230配置成(例如)通过夹紧在旋转台130上的工件WS上的沉积焊接来沉积材料。(例如)在DE 10 2013 224 649 A1中，将示例性激光头机械加工单元描述为用于沉积焊接的材料沉积设备230的更特殊实例。
在图1中(例如)通过馈送线233确保到材料沉积处理***200或到材料沉积设备230的柔性电缆供电。具体地说，供应线233视情况包括用于将电能供应到材料沉积设备230(例如，用于将能量供应到沉积焊头或激光头、用于视觉过程监控的包括一个或多个传感器和/或测量单元和/或相机的过程监控***)的供电线和/或用于传输控制或反馈控制信号和/或用于收集处理数据(尤其是(例如)传感器信号、测量信号和/或视频输出信号)的电信号线。
图2A至图2E示出了根据本发明的实施方案(例如，根据主轴头外壳160下方的用于根据图1的示例性机床100上的示例性实施方案)的主轴设备170的主轴托架滑道171的示例性实施方案。图2A示出了(作为实例)主轴托架滑道171的前视图，图2B示出了(作为实例)主轴托架滑道171的后视图，图2C示出了(作为实例)主轴托架滑道171的侧视图，并且图2D和图2E示出了(作为实例)主轴托架滑道171的透视图。
主轴设备170的主轴托架滑道171固持工作主轴172，工作主轴172具有用于将工具或工具接口接收或夹紧在工作主轴172处的工具支座173(或工具接口支座173)。在图2A至图2E中，例如，将工具接口单元310接收和/或夹紧在工具支座173处并在下文中进行更详细描述。
但是，工具支座173基本上且通常配置成接收和/或夹紧工具接口，以此方式使得接收和/或夹紧在工具固持器173处的工具接口和/或附接、夹紧或固持在此处的工具能够以旋转方式被驱动，以便在工作主轴172处产生机械加工运动。主轴设备170优选地包括用于工作主轴172的旋转驱动的主轴马达或主轴驱动件(未示出)，其优选地设置在主轴托架滑道171中或主轴托架滑道171处。
作为实例，滑道导轨174设置在主轴托架滑道171的后侧上。在这些滑道导轨174处，可(例如)以可垂直以及线性移动方式将主轴托架滑道171支撑或固持在第二工具滑道150上(参见图1，此处，主轴托架滑道174可设置在主轴头外壳中)。
靠近或邻近工作主轴172和工具固持器173，工具耦合***300设置在主轴托架滑道171的底侧上，所述工具耦合***包括能量传输单元320和耦合接口单元330。作为实例，工具接口单元310在此也属于工具耦合***300。
工具支座173(例如)配置成接收或夹紧中空柄锥或中空柄锥接口类型的工具接口。但是，在其它实施方案中，工具支座173可另外或可选地接收或夹紧不同配置的工具接口，诸如大锥度和/或莫氏锥度的工具接口。
图3示出了根据本发明的实施方案(例如，根据图2A至图2E)的工作主轴172的工具支座173的示例性透视细节图。图4示出了根据本发明的实施方案的主轴设备170(例如，可附接到根据图2A至图2E的主轴托架滑道171的主轴设备170)的示例性透视图。
作为实例，主轴设备170包括：主轴外壳175，其中可设置(例如)主轴驱动件或主轴马达；和安装架176，其安装在主轴外壳175上(例如)工具支座173的侧上并被制成(例如)环形安装架，其中主轴设备170可附接或安装在(例如)主轴托架滑道171上。
作为实例，工具耦合***300的耦合接口单元330优选地用工具支座173(例如)通过固定螺钉连接以固定和旋转固定方式靠近或邻近工作主轴172而安装。工具耦合***300的能量传输单元320(例如)通过可松开闩锁连接以优选可松开及优选固定和旋转固定方式安装在耦合接口单元330上。
作为实例，根据图3和图4的工具耦合***300的能量传输单元320包括耦合元件321，所述耦合元件以优选可松开及优选固定和旋转固定方式安装在耦合接口单元330上。作为实例，线圈固持元件322设置在耦合元件321的与耦合接口单元330相反的侧上，所述线圈固持元件固持(例如)容纳传输器线圈和/或传输器线圈部段324的传输器线圈单元323。
作为实例，工具接口单元310包括工具接口主体311，所述工具接口主体(例如)被接收在工作主轴172的工具支座173中并被制成(例如)中空柄锥或中空柄锥部分。此外，工具接口单元310在与工具接口主体311相反的侧上还包括用于接收或夹紧工具(诸如，铣刀或钻床)的工具接收部分313。工具接口单元310包括在工具支撑部分313与工具接口主体311之间的(例如)接收器线圈单元312，所述接收器线圈单元可容纳接收器线圈314。
图5A和图5B示出了具有***的工具接口单元310的根据图4的主轴设备170的示例性透视细节图。具有耦合接口单元330和能量传输单元320的工具耦合***300设置在工作主轴172和/或工具支座173上或靠近其设置，以此方式使得传输器线圈单元323的传输器线圈部段324设置在工具接口单元310的接收器线圈单元312的接收器线圈324上方或至少部分设置在其上方(在关于主轴轴线的轴向方向上观察)。这尤其意味着当其被接收或夹紧在工作主轴172的工具支座173处时，接收器线圈单元312的接收器线圈324和传输器线圈单元323的传输器线圈和/或传输器线圈部段324重叠或部分重叠(在关于主轴轴线的轴向方向上观察)。
但是，接收器线圈单元312和传输器线圈单元323相对于彼此以此状态设置，以此方式使得在接收器线圈单元312与传输器线圈单元323之间提供薄气隙，使得由工作主轴172驱动时，接收或夹紧在工具固持器173中的工具接口单元310能够在不接触或沿固定能量传输单元320拖动的情况下以无阻碍方式绕主轴轴线旋转，其仍可通过接收器线圈单元312与传输器线圈单元323之间的气隙类似于变压器通过磁能传输以无触点方式传输电能和/或电信号。
这在工具接口单元310具有一个或多个电负载时尤其有益，在工件WS的处理期间和/或尤其在工具接口单元310的主轴驱动旋转移动期间，应该或必须向所述一个或多个电负载供应电能。
在本发明的一些实施方案中，工具接口单元310优选地包括一个或多个可驱动致动器和/或一个或多个可读传感器(例如，温度传感器、振动传感器或电、光学或感应碰撞传感器)，其可通过工具接口单元310的接收器线圈单元312与用于能量供应的能量传输单元320的传输器线圈单元323之间的无触点电磁连接来供应电能，和/或其可通过工具接口单元310的接收器线圈单元312与能量传输单元320的传输器线圈单元323之间的无触点电磁连接从工具接口单元310将电传感器或控制信号和/或其它反馈信号传输回去。
在尤其优选的实施方案中，工具接口单元310包括用于在关于主轴轴线和/或工具接口轴线的轴向和/或径向方向上产生振动/振荡的一个或多个振动致动器和/或振荡驱动件，所述振动/振荡尤其优选(例如)在用于超声处理的超声频率范围内，在超声处理中，工具的机械加工旋转是通过超声范围内的振动或振荡来叠加的。为了这个目的，例如，压电致动器和/或压电元件可用于控制或反馈控制振动和/或振荡的产生。在这方面，具体参考DE10 2009 008 227 A1、DE10 2012 219 254 A1和DE 10 2013 210 199 A1中所述的工具、工具设备和处理方法。
图6A和图6B示出了无***的工具接口单元310的根据图4的主轴设备170的示例性透视细节图。作为实例，图6A和图6B示出了(作为实例)能量传输单元320的传输器线圈单元323不与传输器线圈部段324形成完整圈，而是被制成节圆部段，所述节圆部段仅设置或放置在工作主轴172的工具支座173的一侧上。因此，优点在于：一方面，能量传输单元320能够以节省空间并有成本效益的方式设置有传输器线圈部段324，另一方面，不管具有传输器线圈部段324的能量传输单元320如何，工具支座173周围的空间可很大程度地保持空闲。因此，即使具有传输器线圈部段324的能量传输单元320定位或安装在工作主轴172上，工作主轴172和工具支座173也清晰可见，并且简化了工具接口的引入。
图7A至图7C示出了根据本发明的实施方案的工具耦合***300的示例性透视细节图。作为实例，其包括上述单元，所述单元包括工具接口单元310、能量传输单元320和耦合接口单元330。
图8A和图8B示出了根据图7A和图7C的工具耦合***300的工具接口单元310的示例性透视细节图，并且图9A和图9B示出了无工具接口单元310的根据图7A至图7C的工具耦合***300的示例性透视细节图。
图7A和图8A示出了工具接口单元310的接收器线圈单元312的底侧，其中接收器线圈314部分可见，所述接收器线圈部分(例如)环状地并且(例如)在整个圆周上绕工具接口轴线和/或在接收器线圈单元312的外壳中延伸。因此，以有益方式确保接收器线圈单元312可在工具接口单元310的主轴驱动旋转期间持续保持与能量传输单元320的传输器线圈单元323的无触点接触，所述传输器线圈单元仅形成为部段或节圆部段。
图7A至图7C以及图8A至图8B也示出了工具接口单元310(例如)在工具接口主体311的圆周上形成抓握凹槽311a，其中所述抓握件或根据图1的工具更换设备190的工具更换器或抓握件的抓握部分可抓握工具接口单元310以用于在工作主轴172处的工具交换，(例如)以便用另一工具或另一工具接口单元310交换所述工件接口单元。
作为实例，耦合接口单元330包括耦合元件331，耦合元件331可耦合到能量传输单元320的耦合元件321，和/或能量传输单元320的耦合元件321能够以优选可松开及优选固定并旋转固定方式安装在耦合元件331上。
另外，耦合接口单元330进一步包括(例如)设置在与耦合元件331相反的侧上用于附接到主轴设备170和/或主轴托架滑道171的接口主体元件332，其中附接元件333附接到在背向耦合元件321的侧上的接口主体元件332用于固定及旋转固定附接(例如，通过螺钉连接)到主轴设备170和/或工作主轴172、到邻近工作主轴172的主轴附接架176部分或到邻近工作主轴172的主轴托架滑道171部分。
此外，多个连接或连接元件334横向设置在耦合接口单元330的接口主体元件332上。连接元件334使得(例如)电信号和/或电力线能够通过连接的耦合元件而外部连接到传输器线圈单元323的传输器线圈324用于工具接口单元的电能供应和/或用于控制、反馈控制和/或传感器信号的输入和/或输出。此外，(例如)当在一些实施方案中能量传输单元320和耦合接口单元330的耦合元件321与331的耦合可在锁定或闩锁连接状态与解锁或松开连接状态之间(例如)气动地和/或液压地切换时，可提供液压和/或气动连接。在其它实施方案中，耦合元件的这种可切换解锁或锁定还可以以电的方式控制。
图10A和图10B示出了在解耦或松开状态下的根据图7A至图7C的工具耦合***的耦合接口单元330和能量传输单元320的示例性透视细节图。图10B示出了上述能量传输单元320以及能量传输单元320的耦合元件321(其可耦合或可松开地附接到耦合接口单元330的耦合元件331或与耦合元件331耦合或可松开地附接)、线圈固持元件322、传输线圈单元323和传输线圈部段324。
图10A示出了上述耦合接口单元330以及附接元件333、接口主体元件332和耦合接口单元330的耦合元件331(其可耦合或可松开地附接到能量传输单元320的耦合元件321或与耦合元件321耦合或可松开地附接)。
在耦合接口单元330的耦合元件331的底侧上，耦合元件331具有用于耦合或可松开附接到能量传输单元320的耦合元件321的耦合部分331a。耦合部分331a包括(例如)多个附接部分开口331b(例如，用于接收用于耦合或可松开附接到能量传输单元320的耦合元件321的附接元件)以及(例如)设置在附接部分开口331b之间的触头接收开口331c(例如，用于电信号和/或电力线到能量传输单元323的传输器线圈单元323的电接触连接)。
图11A和图11B示出了根据图10B的能量传输单元320的示例性透视细节图，并且图11C示出了根据图10B的能量传输单元320的示例性仰视图。作为实例，示出了耦合元件322使用(例如)四个螺钉借助于螺钉连接附接到线圈固持元件322(参见图11B和图11C)，并且传输器线圈单元323使用(例如)一个螺钉借助于螺钉连接附接到线圈固持元件322(参见图11A和图11B)。
在能量传输单元320的耦合元件322的顶侧上，耦合元件322具有用于耦合和/或可松开附接到耦合接口单元330的耦合元件331的耦合部分321a。耦合部分321a包括(例如)多个附接部分开口321b(例如，用于接收用于耦合和/或可松开附接到耦合接口单元330的耦合元件331的附接元件)以及(例如)设置在附接部分开口321b之间的接触支持开口321c(例如，用于电信号和/或电力线到传输器线圈单元323的电接触连接)。
耦合部分321a和331a优选地相对于彼此形成为插塞连接***，相应附接部分开口321b和331b分别具有优选机械插塞连接元件，并且接触支持开口321c和331c分别具有优选电接触插塞连接元件。
在一些实施方案中，能量传输单元320的耦合元件321的附接部分开口321b可具有(例如)机械插头连接元件，并且耦合接口单元330的耦合元件331的附接部分开口331b可具有对应的机械插座连接元件。
在其它实施方案中，能量传输单元320的耦合元件321的附接部分开口321b可具有(例如)机械插座连接元件，并且耦合接口单元330的耦合元件331的附接部分开口331b可具有对应的机械插头连接元件。
也可设想混合组合，其中能量传输单元320的耦合元件321的附接部分开口321b可具有(例如)机械插座和机械插头连接元件，并且耦合接口单元330的耦合元件331的附接部分开口331b可具有对应的机械插头和插座连接元件。
以此类推，接触支持开口321c也可具有电插头和/或插座接触连接元件，并且接触支持开口331c可具有相应的电插座和/或插头接触连接元件。
图12A示出了根据本发明的实施方案的能量传输单元320的示例性透视图，并且图12B示出了在耦合元件固持器340的耦合元件支座341中的根据图12A的能量传输单元320的示例性透视图。
在图12A和图12B中，能量传输单元320的耦合元件321的耦合部分321a在附接部分开口中配备有(例如)机械插头连接元件321e。这些插塞连接元件321e(例如，附接螺栓321e)被制成(例如)用于与耦合接口单元330的耦合元件331的可松开闩锁连接的锁定螺栓。此外，例如，图12A和图12B中将电插头接触连接元件提供在能量传输单元320的耦合元件321的接触支持开口中。
耦合元件321还具有横向设置的固持部分321f。根据图12B，耦合元件321可通过固持部分321f固持或供应在耦合元件固持器340的耦合元件支座341处。例如，这种耦合元件固持器340可提供在机床100处以存储或供应能量传输单元320(除非能量传输单元320对接或耦合到耦合接口单元330)。
例如，有益的是在相应耦合元件固持器340中提供若干不同能量传输单元320，例如，用于视情况具有不同大小和/或不同线圈直径的传输器线圈单元323(例如，针对具有不同的或不同尺寸的工具接口主体311的工具接口单元310)和/或具有不同大小和/或不同线圈直径的接收器线圈单元312的不同应用情况。不同能量传输单元320全部优选地具有同等形成的(例如)有益地对接或耦合到同一耦合接口单元330的耦合元件331。这使得能够以有益方式依据工具接口单元310的可能所需交换实现能量传输单元320的视情况自动交换。
另外，当普通工具将替代工具接口单元310借助于工具更换设备190引入到工作主轴172处时或甚至当材料沉积处理***200的可能材料沉积设备230将用于工作主轴172的工具支座173处时，能量传输单元320可在中间以有益地简单方式存储在耦合元件固持器340处。
在此，可将视情况具有抓握设备的可控制操纵器或操作机器人优选地提供在机床100处，可控制操纵器或操作机器人配置成视情况以自动方式去除或撤出耦合元件固持器340处的能量传输单元320，和/或视情况以自动方式接收对接或耦合以及可松开附接到耦合接口单元330的能量传输单元320，和/或视情况以可自动松开附接将能量传输单元320对接或耦合到耦合接口单元330。
图13A至图13D示出了(例如)具有根据本发明的实施方案的***材料沉积设备230的根据图4的主轴设备170的示例性透视细节图。
材料沉积设备230包括处理机头外壳231，所述处理机头外壳固持具有(例如)用于将材料沉积在工件上的喷嘴的材料沉积处理机头232。作为实例，材料沉积处理机头232被制成激光头，其配置成通过沉积焊接向工件表面涂覆材料，金属粉末通过材料沉积处理机头232的喷嘴涂覆到工件的表面并使用激光束借助于焊接而接合到表面。在这方面，再次参考DE 10 2013 224 649 A1中所描述的处理机头和沉积焊接处理方法。
为了向材料沉积处理机头232供应(例如)电能、控制信号、沉积材料(例如，金属粉末)和加压气体(以便避免在沉积焊接期间所供应粉末的氧化)并为了从材料沉积处理机头232的喷嘴供应粉末，供应线232附接到材料沉积设备230并连接到材料沉积处理机头232。
在图13A至图13D中，将材料沉积设备230接收(例如)在主轴设备170的工作主轴172处。所述图式示出了根据上述实施方案的附接到主轴设备170的耦合接口单元330，并且其耦合元件设置有用于材料沉积设备230的耦合元件转接器350的另一耦合元件。
图14示出了无***的材料沉积设备230的根据图4的主轴设备170的示例性透视细节图。所述图式示出了在耦合元件的可松开附接状态下的用于材料沉积设备230的耦合元件转接器350，所述耦合元件耦合或对接到上述耦合接口单元330的耦合元件333，耦合元件转接器350具有类似于上述能量传输单元320的耦合元件321的耦合元件351。
图15A和图15B示出了(例如)根据本发明的实施方案的工具耦合***300的耦合元件转接器350的示例性透视细节图。
耦合元件转接器350的耦合元件351类似于上述能量传输单元320的耦合元件321具有横向固持部分351a，其中耦合元件转接器350可类似于根据图12B的能量传输单元320被接收及供应在耦合元件固持器340的耦合元件支座341处。耦合元件转接器350的耦合元件351还(例如)类似于根据图12A的能量传输单元320具有作为插塞连接元件的附接螺栓353。可在其它实施方案中依据耦合接口单元330的配置在此提供插头和/或插座连接元件。
在与附接螺栓353相反的侧上，耦合元件转接器350的耦合元件351具有(例如)用于可拆卸连接到工具耦合***300的对应附接元件360的另一附接元件352(例如，被制成机械插头连接元件)(参见图16)。附接元件352和360也优选地被制成对应配合插塞连接元件。
图16示出了根据图13A至13D的材料沉积设备230的示例性透视图。所述设备包括(如上所述，例如)固持在处理机头外壳231处的材料沉积处理机头232和连接的供应线233。此外，处理机头外壳231在与材料沉积处理机头232相反的侧上具有或固持工具接口主体234，所述工具接口主体被制成(例如)中空柄锥接口部分。
类似于工具接口单元310的工具接口主体311的支座来调适工作主轴172的工具支座173，以接收或夹紧材料沉积设备230的工具接口主体234。工具耦合***300的附接元件360安装在与材料沉积处理机头232相反的侧上邻近或靠近工具接口主体234的处理机头外壳231上或视情况借助于螺钉连接而附接到处理机头外壳231。
当材料沉积设备230通过工具接口主体234接收或夹紧在工作主轴172的工具支座173处(参见(例如)图13A至图13D)时，附接元件360和252(例如)借助于横向于主轴轴线的固定刚性配合插塞连接来彼此连接。
因此，可在将材料沉积设备230***工作主轴172时同时获得材料沉积设备230的有益精确以及完美配合位置，材料沉积设备230理论上为了旋转对称工具接口和/或旋转对称中空柄锥的缘故以各种角位置***工作主轴172的工具支座173中，但为了附接元件360和352的第二连接的缘故，将其设置到单个角位置。
此外，即使当主轴托架171在水平方向上(即(例如)在机床100的轴滑道总成的X轴方向和Y轴方向上)快速移动时，附接元件360和252的第二连接也有益地使材料沉积设备230的定向稳定，并且其因此有益地防止材料沉积设备230在主轴托架171沿水平方向快速移动时的扭转以及材料沉积设备230绕主轴轴线的可能非理想脉冲后振荡。
总之，提供一种用于机床的通用、节省空间并有成本效益的工具接口***或耦合接口***，其能够以尤其节省空间以及有成本效益的方式在关于有益能量与信号传输或供应以及关于有益高效、省时并通用的工具更换可能性的有利协同效应以及精确的工具与处理机头定向的情况下来使用，尤其是在用于混联机床时，视情况除了常规的机械加工外，可能结合其它处理可能性，诸如具有电负载并用于(例如)超声处理和/或结合常规材料去除机床上的用于沉积材料的材料沉积处理机头使用的工具接口单元。
参考符号列表
100 机床
110 机床床身
120 回转台
130 旋转台
140 第一轴滑道
150 第二轴滑道
160 主轴头外壳
170 主轴设备
171 主轴托架滑道
172 工作主轴
173 工具支座
174 主轴滑道导轨
175 主轴外壳
176 附接架
180 工具库
190 工具更换设备
200 材料沉积处理***
210 滑道导轨
220 第三轴滑道
230 材料沉积设备
231 处理机头外壳
232 材料沉积处理机头
233 供应线
234 工具接口主体
300 工具耦合***
310 工具接口单元
311 工具接口主体
311a 抓握凹槽
312 接收器线圈单元
313 工具支撑部分
314 接收器线圈
320 能量传输单元
321 耦合元件
321a 耦合部分
321b 附接部分开口
321c 接触支持开口
321d 接触连接
321e 附接螺栓
321f 固持部分
322 线圈固持元件
323 传输器线圈单元
324 传输器线圈部段
330 耦合接口单元
331 耦合元件
331a 耦合部分
331b 附接部分开口
331c 接触支持开口
332 接口主体元件
333 附接元件
334 连接元件
340 耦合元件固持器
341 耦合元件支座
350 耦合元件转接器
351 耦合元件
352 附接元件
353 附接螺栓
360 附接元件
WS 工件
WZ 工具

Claims (18)

1.一种用于机床(100)的主轴设备(170)的***，所述***包括：
能量传输单元(320)，所述能量传输单元(320)具有传输器线圈单元(323)，所述传输器线圈单元(323)用于将电能无触点传输到工具接口单元(310)的接收器线圈单元(312)，所述工具接口单元(310)包括所述接收器线圈单元(312)、电负载以及工具接口部分(311)，所述工具接口部分(311)用于将所述工具接口单元(310)接收在所述主轴设备(170)的工作主轴(172)的工具支座(173)处，以及
耦合接口单元(330)，所述耦合接口单元(330)具有接口主体元件(332)和第二耦合元件(331)，所述接口主体元件(332)能够附接到所述主轴设备(170)，所述第二耦合元件(331)被配置成借助于松放式连接而耦合到所述能量传输单元(320)的第一耦合元件(321)，
其中，所述耦合接口单元(330)具有能够以电的方式、以液压方式或以气动方式控制的锁定机构，所述锁定机构用于解锁和锁定在所述第一耦合元件(321)与所述第二耦合元件(331)之间的所述松放式连接。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于
所述第一耦合元件(321)和所述第二耦合元件(331)各自具有一个或多个插塞连接元件，以使得所述第一耦合元件(321)的所述一个或多个插塞连接元件与所述第二耦合元件(331)的所述一个或多个插塞连接元件一起配置以建立松放式插塞连接，所述松放式插塞连接用于所述第一耦合元件(321)到所述第二耦合元件(331)的松放式连接。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于
所述第一耦合元件(321)和所述第二耦合元件(331)各自具有互连电接触部分，所述互连电接触部分用于在所述第一耦合元件(321)松放式地附接到所述第二耦合元件(331)时建立所述第一耦合元件(321)与所述第二耦合元件(331)之间的电连接。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于
所述第一耦合元件(321)具有电接线，所述电接线将所述能量传输单元(320)的所述传输器线圈单元(323)电连接到所述第一耦合元件(321)的所述电接触部分。
5.根据权利要求3所述的***，其特征在于
所述第二耦合元件(331)具有电接线，所述电接线将所述第二耦合元件(331)的所述电接触部分电连接到电连接元件(334)，所述电连接元件(334)设置在所述耦合接口单元(330)的所述接口主体元件(332)上以用于外部电接线的连接。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于
所述耦合接口单元(330)具有电、液压或气动连接元件(334)，所述连接元件(334)设置在所述接口主体元件(332)上以便控制所述锁定机构。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于
所述耦合接口单元(330)的所述接口主体元件(332)能够借助于螺钉连接而附接到所述主轴设备(170)。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于
耦合元件固持器(340)，所述耦合元件固持器(340)能够附接到所述机床(100)并且所述耦合元件固持器(340)具有耦合元件支座(341)以用于在所述能量传输单元(320)的所述第一耦合元件(321)从所述耦合接口单元(330)的所述第二耦合元件(331)解耦时固持所述能量传输单元(320)。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于
耦合元件转接器(350)，所述耦合元件转接器(350)具有第三耦合元件(351)，当所述能量传输单元(320)的所述第一耦合元件(321)从所述耦合接口单元(330)的所述第二耦合元件(331)解耦时，所述第三耦合元件(351)被配置成借助于松放式连接而耦合到所述能量传输单元(320)的所述第一耦合元件(321)类似地借助于松放式连接而耦合到所述耦合接口单元(330)的所述第二耦合元件(331)。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于
所述第三耦合元件(351)和所述第二耦合元件(331)各自具有一个或多个插塞连接元件，以使得所述第三耦合元件(351)的所述一个或多个插塞连接元件与所述第二耦合元件(331)的所述一个或多个插塞连接元件一起配置以建立松放式插塞连接而用于所述第三耦合元件(351)到所述第二耦合元件(331)的所述松放式连接。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于
所述第三耦合元件(351)在与所述插塞连接元件相反的侧上具有附接元件(352)，所述插塞连接元件用于到所述第二耦合元件(331)的所述插塞连接，所述附接元件(352)用于到另一附接元件(360)的松放式连接，所述另一附接元件(360)能够附接到材料沉积处理设备(230)，所述材料沉积处理设备(230)能够被接收在所述主轴设备(170)的所述工作主轴(172)的所述工具支座(173)处。
12.根据权利要求1所述的***，其特征在于
所述***进一步包括具有所述接收器线圈单元(312)的所述工具接口单元(310)。
13.根据权利要求12所述的***，其特征在于
所述工具接口单元(310)还具有在与所述工具接口部分(311)相反的侧上的工具支撑部分(313)以便接收工具。
14.根据权利要求12所述的***，其特征在于
所述工具接口单元(311)具有作为电负载的振动驱动件，所述振动驱动件被配置成驱动所述工具接口单元(311)的振荡，尤其是在超声频率范围内的振荡。
15.一种耦合接口单元(330)，所述耦合接口单元(330)用在根据权利要求1至14中任一项所述的用于机床(100)的主轴设备(170)处的***中，所述耦合接口单元(330)包括：
接口主体元件(332)，所述接口主体元件(332)能够附接到所述主轴设备(170)，以及第二耦合元件(331)，所述第二耦合元件(331)被配置成借助于松放式连接而耦合到所述***的能量传输单元(320)的第一耦合元件(321)。
16.一种能量传输单元(320)，所述能量传输单元(320)用在根据权利要求1至14中任一项所述的用于机床(100)的主轴设备(170)处的***中，所述能量传输单元(320)包括：
传输器线圈单元(323)，所述传输器线圈单元(323)用于将电能无触点传输到工具接口单元(310)的接收器线圈单元(312)，所述工具接口单元(310)包括所述接收器线圈单元(312)、电负载以及工具接口部分(311)，所述工具接口部分(311)用于将所述工具接口单元(310)接收在所述主轴设备(170)的工作主轴(172)的工具支座(173)处，以及
第一耦合元件(321)，所述第一耦合元件(321)被配置成借助于松放式连接而耦合到所述***的耦合接口单元(330)的第二耦合元件(331)。
17.一种用于机床(100)的主轴设备(170)，根据权利要求15所述的耦合接口单元(330)或根据权利要求1至14中任一项所述的***的耦合接口单元(330)附接到所述主轴设备(170)。
18.一种机床(100)，所述机床(100)具有根据权利要求17所述的主轴设备(170)。
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