CN110573281B - 用于机床的机器主轴布置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的机器主轴布置(22)形成了具有马达(19)作为中心元件的单元。在马达(19)的一个侧面处，具有主轴(32)的主轴颈(35)凸缘连接，所述主轴(32)由马达(19)的转子(28)直接驱动。主轴(32)是所谓的零位主轴，由于当前被精确调节的定位表面(39)（其邻接抵靠轴向适当限定的轴承接触表面(38)），因此可更换所述主轴（32），而不重新调节所有轴承和其它磨损部件。在马达(19)的背向主轴(32)的背面处，工具释放装置(20)和角度调节传动装置(21)被布置，用于使当前的横向进给轴(42)相对于主轴(32)旋转。横向进给轴(42)用于在工具(15)处致动调节装置。

Description

用于机床的机器主轴布置
本发明涉及用于机床的机器主轴布置，其中，机器主轴布置包括具有可更换主轴***件的主轴、马达和横向进给布置以及（如果可适用）附加功能和组装群组。
特别是用于工件的碎屑移除机械加工的机床通常包括至少一个主轴，所述主轴被配置成接收工具。柄部渐缩工具保持固定件通常用于此目的，其中，可***工具或工具保持器，以便在空间中相对于工件引导工具，并且在此情况下使工具执行限定移动，例如，旋转移动。马达用于驱动，其转子与主轴驱动地连接。通常，这些部件被安装在滑动件处，所述滑动件在至少一个方向上优选线性地被可移动地引导，以便沿着预定路径引导旋转驱动工具。
此类机器主轴布置通过组装与机床组合，并且形成其一部分。通常，主轴支撑件被布置在滑动件处，所述滑动件还承载马达。通常，所述配置相对要求空间。如果工作主轴被设置有横向进给布置，则这特别适用。用于操作工具的此类横向进给布置是已知的，例如，其可例如从DE 44 21 583 A1得出。其公开的平旋盘是基本上圆柱形配置，并且包括在端部面处突出的径向可移动工具。在主轴中被引导的轴向可移动调节轴用于所述径向可移动工具的移动。
DE 10 2014 019 175 A1还公开了具有轴向可滑动调节轴的工具，用于切割边缘的径向移动。
但是还已知其它工具，其中，通过调节机构相对于工具保持器的相对旋转，执行切割边缘的径向调节。此类工具要求工作主轴和同心内部主轴，所述工作主轴具有旋转驱动工具保持固定件，所述同心内部主轴与工作主轴同步转动，并且可相对于工作主轴选择性地旋转，用于致动调节设备。此内部主轴被称为横向进给轴。为了在工作主轴和横向进给轴之间产生角度调节移动，设置了所谓的角度调节传动装置。通常，所述角度调节传动装置被布置在工作主轴和马达之间。所述角度调节传动装置与横向进给轴一起形成横向调节装置。
本发明的目的是，提供用于工具的具有切割边缘调节的机器主轴布置，所述机器主轴布置具有改进的特征。
此目的利用根据技术方案1的机器主轴布置得到解决：
根据本发明的机器主轴布置包括具有被可旋转地支撑的转子和定子的马达，其中，转子与主轴抗扭矩地连接，并且因此用作直接驱动器，用于主轴。主轴被可旋转地支撑在主轴颈中，所述主轴颈凸缘连接到马达的定子。特别是在主轴颈和马达之间，不设置其它功能组装群组，从而提供了主轴颈的特别是刚性和抗振配置以及因此主轴的刚性低振动支撑。
主轴和与其抗扭矩地联接的转子包括轴向通路，横向进给轴延伸通过所述轴向通路，所述轴向通路对于主轴同心地布置。附加地，被轴向可移位支撑的释放套筒可延伸通过环绕横向进给轴的通路，并且用于在主轴的工具保持固定件中固定和释放工具。此释放套筒可与转子抗扭矩地连接，以便不相对于所述转子执行相对旋转。
对于横向进给轴相对于主轴的相对旋转，设置了角度调节传动装置，所述角度调节传动装置被支撑在马达的背向主轴颈的侧面处。在主轴的旋转期间，利用横向进给驱动器，可在主轴和横向进给轴之间独立于旋转速度而实现角度旋转。特别地，必须传递工具-驱动扭矩的主轴由短路径直接连接到转子，而必须仅传递小调节扭矩的横向进给轴（如果可适用）沿着更长路径与角度调节传动装置或主轴连接。在此情况下，实现了非常紧凑、刚性和同时纤细的配置。
机器主轴布置包括主轴颈中的轴向轴承接触表面，主轴***件的轴向定位表面被分派到所述轴向轴承接触表面。轴向定位表面和主轴接触表面相对于彼此协调，使得主轴***件的轴向定位以高准确度独立于示例是有效的。因此，可以简单的方式更换经受磨损的所有部件，包括轴承、工具保持固定件、被设置在工具保持固定件中的元件、类似夹持元件、弹簧和类似物。
主轴轴承装置优选地包括至少一个轴向轴承部件和至少一个径向轴承部件。定位表面属于轴向轴承部件，所述轴向轴承部件在主轴颈的轴承接触表面处在组装状态下获得其接触和位置。
转子包括被特别配置为径向轴承装置的转子轴承装置。由工具和工具-工件-接合产生的轴向力由主轴***件的轴承支撑，并且优选地不从主轴传递到转子。为此目的，形状配合联接器（例如，具有低旋转空隙的压嵌式离合器）被设置在主轴***件和转子之间，所述形状配合联接器允许转子和主轴***件之间的轴向相对移动。
形状配合可切换联接装置可被设置在转子和横向进给轴之间，所述形状配合可切换联接装置被配置成由形状配合选择性地联接横向进给轴和转子，或释放相对旋转。联接装置可例如通过横向进给轴的轴向移动而接合和脱离。在联接状态下，确保了主轴***件和横向进给轴的完全同步旋转。而且，旋转速度的意外变化（例如，由于电力故障、紧急关机或类似）不导致工具处的部件的不受控相对移动以及因此不受控径向调节。
如果主轴颈直接凸缘连接在定子的第一面处，并且由其支撑，则存在于机器主轴布置处的质量块的紧凑性、低振动和定中心从其受益。如果用于工具保持固定件（如果可适用）的角度调节传动装置和释放单元被布置在定子的背向主轴颈的另一面处，则这是进一步优点。此机器主轴布置的质量中心而后基本上定位在马达的内部中，因此，在具有高准确度并且不激发有害振动的情况下，还可执行机器主轴布置的快速调节移动。
优选地，机器主轴布置在此程度上形成预组装单元，所述预组装单元可作为整体连接机器滑动件，或从机器滑动件释放。对于连接，马达包括连接表面，用于将机器主轴布置径向和轴向固定在机器滑动件处。附加地，主轴颈可包括支撑表面，用于径向支撑在机器滑动件处，例如，以便直接将机械加工力传递到机器滑动件中。支撑表面可为主轴颈的周向表面。
本发明的有利实施例的其它细节是附图、描述或权利要求的主题。其显示：
图1 在示意性简化图示中的机床，
图2 在示意性局部截面图示中的根据图1的机床的机器主轴，
图3 根据图2的机器主轴的部件的原理图示。
图1示出了机床10，用于工件11的切削机械加工。为此，在图1中由矩形象征性地示出的工件11被夹持在工件台12上，所述工件台12由机器框架13固定或可移动地支撑。工件台12可分别被线性地布置，和/或围绕一个或多个水平和/或竖直轴线可旋转地可移动。
用于工件11的机械加工的工具通常被存储在工具库中，并且可在机器主轴14中***，并且由合适器件更换。在图1中，主轴头被显示为工具15，所述工具15包括至少一个径向可调节切割边缘16。径向可调节性在图1中借助于对于旋转轴线17径向定向的箭头示出。
如果需要，则机器主轴14被配置成旋转工具15，并且选择性地径向调节切割边缘16。具有磨削或切割元件的径向调节的其它工具也可由机器主轴14接收。
机器主轴14由滑动件18支撑，所述滑动件18与机器主轴14一起具有附加元件，例如，马达19、工具释放装置20和/或角度调节传动装置21，如图2中示出的。主轴14、马达19、工具释放装置20和角度调节传动装置21形成限定单独单元22的机器主轴布置。
单元22包括连接表面23，所述连接表面23优选地被布置在马达20的外周界处。所述表面优选地围绕马达19延伸，其中，所述表面可连续地或中断地形成。连接表面23可为圆柱形表面，或还可为具有不同截面（例如，多边形截面）的表面。其用于径向和轴向地固定单元22，其中，滑动件18包括与连接表面23匹配的相应安置表面24。由于马达19在其连接表面23处的刚性支撑和保持，因此由机器主轴布置22形成的整个单元被固定地支撑。附加地，滑动件18可包括管形延伸部25或任何其它保持器，其接收机器主轴14的一部分，并且在径向方向上支撑所述机器主轴14。为此，机器主轴14可包括支撑表面26，所述支撑表面26由机器主轴14的周边表面的部段形成。
作为中心和支撑元件，机器主轴布置22包括马达19，所述马达19包括定子27和转子28。马达19可被配置为同步马达、异步马达、直流马达或任何其它电动马达，其中，所述马达19相对于动力、旋转速度和扭矩被配置，用于驱动工具15，而没有中间传动（无传动直接驱动）。转子28包括被支撑的中空轴31，所述中空轴31优选地在前侧轴承护罩29、30处由滚柱轴承支撑，其中，中空轴31在工作区域内部以及因此在面向工具15的侧面处与主轴32联接。主轴32和中空轴31两者对于相同旋转轴线17同心地布置。对于中空轴31和主轴32的抗扭矩联接，可使用任何合适的联接器件，所述联接器件实现抗扭矩联接，并且同时至少允许小径向和/或轴向平衡移动，例如，圆柱形齿轮齿、花键齿或类似物。
主轴32被中空地配置，并且在其背向马达19的端部处包括工具保持固定件33，例如，所述工具保持固定件33适于接收中空柄部渐缩件或其它标准化工具联接器或工具保持器的联接器。释放轴34用于将此类工具锁定在工具保持固定件33中，其中，释放轴34是管状配置，并且延伸通过转子28的中空轴31，并且通过主轴32。特别地也在图3中示出的释放轴34承载连接器件，用于联接在工具保持固定件33的区域中在工具或工具保持器的相应联接结构处。释放轴34由未示出的弹簧器件远离工具保持固定件33偏置。为了工具的释放，释放轴34借助于工具释放装置20在朝向工具的方向上（在图2中，向左）移动。
主轴32由主轴颈35中的多个轴承（特别是滚柱轴承）可旋转地支撑。此主轴颈35与马达的定子27刚性地旋拧。在优选实施例中，主轴颈35的盘形凸缘直接邻接马达19的工具侧面，所述工具侧面在实施例中由轴承护罩29或终止定子27的另一结构形成。由于此配置，因此实现了主轴32和中空轴31对于旋转轴线17的优化对准和非常紧凑的构造。
与两个轴承36、37一起，主轴32以及（根据适当性）与主轴32连接的附加部件形成主轴***件，例如，如果发生轴承的磨损或工具保持固定件33的磨损，则所述主轴***件可作为磨损部件作为整体被更换。由于主轴32的轴向位置限定所接收工具的工具切割边缘的位置，因此决定性的是，主轴32包括与由主轴颈35先前接收的主轴相同的轴向位置（独立于最终产生公差）。为了此原因，主轴颈35包括轴向轴承接触表面38，所述轴向轴承接触表面38可例如由主轴颈35的内部通路的阶部处的环形平坦表面形成。轴承接触表面38用于轴承37的轴向接触，所述轴承接触表面38可为由轴承36、37形成的完整轴承装置的轴向轴承部件。轴向定位表面39被分派到轴向轴承接触表面38，所述轴向定位表面39直接形成在轴承37处或在可定位在轴承37和轴承接触表面38之间的垫片或调节环处。通过定位表面39的相应定位的轴向布置，确保的是，可更换主轴***件，而无需随后重新校准机床。
在主轴32和转子28或其中空轴31之间，布置有抗扭矩联接装置40，所述抗扭矩联接装置40可例如通过接合主轴32和中空轴31的圆柱形齿而形成。此联接装置40允许轻微轴向和/或径向-相对移动，使得主轴32的轴向位置仅由定位表面39和轴向接触表面38限定。
管状配置的释放轴34延伸通过主轴32和中空轴31，其中，释放轴34是轴向可移动的，而所述释放轴34优选地与中空轴31和/或主轴32抗扭矩地联接。致动器41被分派到释放轴34，所述致动器41在图2中象征性地显示，所述致动器41可由加压气缸形成，并且形成工具释放装置20的一部分。中空轴31和主轴32定界轴向通路，横向进给轴42延伸用于所述轴向通路，所述轴向通路对于旋转轴线17同心地布置。横向进给轴42同时延伸通过释放轴34，所述释放轴34在中空轴31和主轴32的轴向通路中。横向进给轴42和释放轴34相对于彼此同轴布置。
横向进给轴42可由可切换联接装置43与转子28的中空轴31抗扭矩地联接。如果释放轴34与中空轴31抗扭矩地连接，则可经由释放轴34提供扭矩传递，即，联接装置43可有效地被布置在释放轴34和横向进给轴42之间。在此情况下，释放轴34可在一个端部处包括内部轮廓齿，通过相应地前后轴向移位横向进给轴42，横向进给轴42的轮廓齿可与所述内部轮廓齿接合和脱离。
如果联接装置43联接，则横向进给轴42与主轴32同步旋转。然而，如果联接装置43解联接，则角度调节传动装置21限定横向进给轴42的旋转。角度调节传动装置21是具有两个行星齿轮组的行星齿轮装置。与转子28抗扭矩地连接的太阳轮44以及被支撑在被不可旋转地支撑的行星架47处的至少一个并且优选地多个行星轮45、46属于第一行星齿轮组。在从主轴32观察的情况下，行星架47被布置在马达19后方。行星轮45、46与中空轮48啮合，所述中空轮48与优选地具有相同大小的第二中空轮49抗扭矩地连接。其属于第二行星齿轮组，其行星轮50、51被可旋转地支撑在行星架52处，所述行星架52围绕旋转轴线17被同心可旋转地支撑。行星轮50、51优选地与行星轮45、46一样大。其与太阳轮53啮合，所述太阳轮53优选地与第一太阳轮44一样大。行星架52经由传动连接（例如，经由链条或皮带驱动器54）与调节马达55联接。
图3中部分示出的主轴单元的功能原理如下：
如果离合器43接合，则主轴32和横向进给轴42相对于彼此以固定角度参考以相同旋转速度同步旋转。在此情况下，不在径向方向上调节被设置在工具15处的切割边缘16。
如果在操作期间应执行切割边缘16的径向调节，则首先联接装置43脱离。然而，只要行星架52不旋转，则不发生旋转主轴32和旋转横向进给轴42相对于彼此的角度调节。太阳轮44经由行星轮45、46驱动中空轮48，其在相对方向上循环。在相同方向上输送的中空轮49现在经由行星轮50、51驱动太阳轮53，其因此与太阳轮44同步旋转。
然而，一旦调节马达55在旋转方向上调节行星架52，则此角度调节移动与横向进给轴42的旋转移动叠加，使得在相对于主轴32以稍微修改的旋转速度继续旋转时，所述横向进给轴42相对于主轴32经受角度调节。一旦调节马达55停止，则此角度调节停止，主轴32和横向进给轴42的旋转速度而后再次相等。除了横向进给轴42的现有旋转之外，由于由调节马达55经由角度调节传动装置21致动的旋转（即，角度调节），因此切割边缘16在径向方向上被调节。
根据本发明的机器主轴布置22形成了具有马达19作为中心元件的单元。在马达19的一个侧面处，具有主轴32的主轴颈35凸缘连接，所述主轴32由马达19的转子28直接驱动。主轴32是所谓的零位主轴，由于当前被精确调节的定位表面39（其邻接抵靠轴向适当限定的轴承接触表面38），因此可更换所述主轴32，而不重新调节所有轴承和其它磨损部件。在马达19的背向主轴32的背面处，工具释放装置20和角度调节传动装置21被布置，用于使当前的横向进给轴42相对于主轴32旋转。横向进给轴42用于在工具15处致动调节装置。
附图标记列表：
10 机床
11 工件
12 工件台
13 机器框架
14 机器主轴
15 工具
16 切割边缘
17 旋转轴线
18 滑动件
19 马达
20 工具释放装置
21 角度调节传动装置
22 机器主轴布置
23 连接表面
24 安置表面
25 延伸部
26 支撑表面
27 定子
28 转子
29、30 轴承护罩
31 中空轴
32 主轴
33 工具保持固定件
34 释放轴
35 主轴颈
36、37 轴承
38 轴承接触表面
39 定位表面
40 联接装置
41 致动器
42 横向进给轴
43 联接装置
44 第一太阳轮
45、46 第一行星轮
47 第一行星架
48、49 第一和第二中空轮
50、51 第二行星轮
52 第二行星架
53 第二太阳轮
54 传动器件
55 调节马达

Claims (15)

1.用于机床(10)的机器主轴布置(22)，
具有马达(19)，所述马达(19)包括：具有同心转子通路开口的转子(28)，所述转子(28)围绕旋转轴线(17)被可旋转地支撑；以及具有主轴颈(35)的定子(27)，所述主轴颈(35)凸缘连接到所述马达(19)的所述定子(27)，并且包括轴向轴承接触表面(23)，
具有可更换主轴***件(32、36、37)，所述可更换主轴***件(32、36、37)包括具有工具保持固定件(33)的主轴(32)和具有轴向定位表面(39)的主轴轴承装置(36、37)，所述轴向定位表面(39)被分派到所述轴向轴承接触表面(38)，以便实现所述主轴***件的轴向定位，
其中，所述主轴(32)包括中心主轴通路开口，
具有横向进给轴(42)，所述横向进给轴(42)延伸通过所述主轴通路开口和所述转子通路开口，
具有角度调节传动装置(21)，所述角度调节传动装置(21)连接在所述定子(27)的远离所述主轴颈(35)的侧面处，并且能够与所述转子(28)以及所述横向进给轴(42)连接，具有横向进给驱动器(21)，所述横向进给驱动器(21)被配置成在所述主轴(32)和所述横向进给轴(42)之间独立于旋转速度而实现角度旋转。
2.根据权利要求1所述的机器主轴布置，其特征在于，所述主轴颈(35)包括对于所述旋转轴线(17)同心地布置的通路通道。
3.根据权利要求1所述的机器主轴布置，其特征在于，所述主轴轴承装置(36、37)包括至少一个轴向轴承部件(37)和至少一个径向轴承部件(36)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，所述转子(28)包括转子轴承装置，所述转子轴承装置至少包括径向轴承部件。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，形状配合联接装置(40)被设置在所述主轴(32)和所述转子(28)之间。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，在所述马达(19)的所述转子(28)和所述横向进给轴(42)之间，形状配合可切换联接装置(43)是有效的，所述形状配合可切换联接装置(43)被配置成允许或锁定所述横向进给轴(42)和所述转子(28)之间的相对旋转。
7.根据权利要求6所述的机器主轴布置，其特征在于，所述横向进给轴(42)被轴向可调节地支撑，以便接合和脱离所述联接装置(43)。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，所述主轴颈(35)直接凸缘连接在所述定子(27)的第一面处，并且由其支撑。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，用于所述工具保持固定件(33)的释放单元(20)被设置在所述定子(28)和所述角度调节传动装置(21)之间。
10.根据权利要求9所述的机器主轴布置，其特征在于，所述释放单元(20)直接凸缘连接在所述定子(27)的第二面处，并且所述释放单元支撑所述角度调节传动装置(21)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，所述机器主轴布置(22)形成预组装单元，所述预组装单元被配置成被接收在机器滑动件(18)中。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，所述马达(19)的所述定子(27)包括连接表面(23)，用于将所述机器主轴布置(22)径向和轴向固定在机器滑动件(18)处。
13.根据权利要求12所述的机器主轴布置，其特征在于，所述连接表面是所述定子(27)的周向表面。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的机器主轴布置，其特征在于，所述主轴颈(35)包括支撑表面(26)，用于将所述主轴颈(35)径向支撑在机器滑动件(18)处。
15.根据权利要求14所述的机器主轴布置，其特征在于，所述支撑表面(26)是所述主轴颈(35)的周向表面。
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