CN101965240A - 特别用于铣磨涡轮增压器-压缩机转轮的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对具有中心孔(251)的工件(25)进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工的机床，所述机床具有用于夹持刀具(23)的刀具保持架(19、22)、用于支承工件(25)的工件支座(13)、用于固定工件(25)的工件保持架(30)以及用于使工件(25)围绕中心旋转轴线(35)旋转的驱动装置(33)。为了能够以较高的精确度加工针对以非常高的转速运行所设置的工件(25)，从而尽可能完全取消加工后的平衡过程，根据本发明，工件支座(13)具有用于插入工件(25)中的芯轴(36)，从而使芯轴(36)的一个分段在工件(25)的第一侧面(252)上伸入孔(251)中，且工件保持架(30)具有能够在中心孔(251)的孔轴线(255)的方向上移动的对应保持架(30)，用于以在孔轴线(255)的方向上作用的压紧力在位于第一侧面(252)对面的第二侧面(250)上加载工件(25)。

Description

特别用于铣磨涡轮增压器-压缩机转轮的机床
技术领域
本发明涉及一种用于对具有中心孔的工件进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工的机床，该机床具有用于夹持刀具的刀具保持架、用于支承工件的工件支座、用于固定工件的工件保持架以及用于使工件围绕中心旋转轴线旋转的驱动装置。
本发明还涉及另一种用于对具有中心旋转轴线的工件进行切削加工、特别是用于车削-和铣磨加工的机床，该机床具有用于夹持刀具的刀具保持架、用于支承工件的工件支座、用于固定工件的工件保持架以及用于使工件围绕旋转轴线旋转的驱动装置。
本发明还涉及一种用于对工件进行切削加工、特别是用于车削-和铣磨加工的方法。
本发明特别涉及一种用于切削加工工件的机床和一种相应的方法，工件在特定的使用中被以较高的转速驱动且其特别需要铣磨-和车削加工，比如涡轮涡轮增压器-压缩机转轮。
背景技术
在申请人已知的用于加工涡轮增压器-压缩机转轮的机床中，将其外轮廓已被预加工、特别是预车削的工件预制件支承在工件支座上。此外工件支座的支承面与贴合在其上的压缩机转轮的外轮廓相匹配，从而使压缩机转轮的下侧面尽可能完全地贴合在工件支座上。为了固定压缩机转轮，引导螺栓穿过压缩机转轮的中心孔，在螺栓的上端部旋上螺母，由此将压缩机转轮向下朝工件支座压紧且被固定。之后实施工件的加工。此外，涡轮增压器-压缩机转轮大多以铣磨加工，利用铣磨加工将相对复杂的外表面带入工件预制件中。
由于这种涡轮增压器-压缩机转轮在极其高的转速(直至200000U/min)下被驱动，为了加工需要将工件预制件尽可能居中地设置，即尽可能与加工旋转轴线同心，用以在加工期间转动工件。在具有预加工的中心孔(该中心孔在随后工件的驱动中定义旋转轴线)的工件预制件中，特别需要朝这些孔居中地实施加工。但在公知的机床中，在加工前和加工期间无法达到鉴于工件或者说其中心孔的居中设置的足够的精确度，因此工件在加工后必须强制地重新平衡，用以排除存在的不平衡。针对这种不平衡，工件必须在另一个装置中重新夹紧，这一方面耗费了时间且另一方面导致了不精确性。
发明内容
在该背景下，本发明的目的在于提供一种用于切削加工工件的机床和一种相应的方法，利用该方法特别可以以较高的精确度加工针对以非常高的转速的运行所设置的工件，从而可以尽可能完全取消加工后的平衡过程。
针对文章开头所述的机床，该目的根据本发明如此实现，即刀具支座具有用于型面配合地插入工件的芯轴，从而使在工件第一侧面上的芯轴分段伸入孔中，且工件保持架具有可在中心孔的孔轴线方向上运动的对应保持架，该对应保持架用于以在孔轴线方向上作用的压紧力在位于第一侧面对面的第二侧面上加载工件。
针对相应的方法，该目的根据本发明如此实现，即工件型面配合地插入到芯轴上，从而使芯轴分段在工件的第一侧面上伸入孔中，且在中心孔的孔轴线方向上以作用在孔轴线方向上的压紧力在位于第一侧面对面的第二侧面上加载工件，用以固定工件。
本发明的目的通过这种方式完美地实现。
本发明基于如下知识，在公知的机床中虽然可以借助于螺栓和螺母足够牢固地保持工件，但尽管具有与工件的下侧面相匹配的轮廓的工件支座也无法实现居中设置的足够精确度，这是因为工件支座和这种类型的工件保持架都无法将工件本身高精确度地带入中心位置中。
这能够以令人惊奇的方式通过根据本发明的机床实现。工件支座的芯轴至少部分地在一个分段中具有与工件的孔的直径相比的过盈尺寸，从而使工件在插到芯轴上时近似自动地对中。芯轴可以比如是具有锥形分段的锥形芯轴，该分段部分地伸入工件的孔中。可替代的是，芯轴也可以设计成具有引导斜面或引导斜边的较短的圆柱体。原则上所有确保在将工件插到芯轴上时的型面配合的居中定位的构件都适合作为芯轴。
居中也进一步由此实现，即为了固定工件从上部借助于工件保持架将压紧力施加到工件上，该压紧力刚好作用在孔轴线方向上。由此以非常高的精确度居中地夹紧工件且在起一种尾架作用的工件保持架和工件支座之间围绕中心的孔轴线可旋转地固定工件。孔轴线和工件旋转轴线因此以较高的精确度落到了一起，且工件相对于工件旋转轴线同心地设置用于切削加工。
因此可以在根据本发明的机床以及根据本发明的方法中以较高的精确度实现工件的加工。此外，在以同一机床的同一工件夹紧中可以比如实现本来的加工(比如本来的铣磨加工)之后的外轮廓的精车削，且特别是不再需要后续的、耗时的借助于另一台机器和/或在另一种夹紧中对工件进行平衡。因此总体上可以更快地以及成本低廉地制造工件。
在优选的实施方式中，对应保持架具有用于在工件的第二侧面上插入孔中的芯轴，从而使芯轴的锥形的分段在工件的第二侧面上伸入孔中。除了能够以这种方式容易地实现工件的固定之外，芯轴还用于对工件进行定中，前提是特别是芯轴的一个分段具有相对于工件的孔直径的过盈尺寸。对应保持架的芯轴可以原则上以相同的方式设计且如同工件支座的芯轴一样地实现，但也不必非要这种情况不可。
在另一种实施方式中，工件保持架设计用于使对应保持架在垂直于孔轴线的摆动平面中偏转。由此可以将对应保持架偏离工件，从而使机床能够全自动地装载和拆卸工件。
还优选工件支座具有用于支承工件的工件支承面，其设计成使工件在插到芯轴上且被对应保持架压紧的状态下仅在其边缘区域中贴合在工件支承面上。因此工件不像在公知的装置中那样以其整个下侧面贴合在相应匹配的工件支承面上，而是优选仅在其边缘区域中进行贴合。
发明人确信，通过工件仅在该区域中的贴合实现了工件的限定的支承，该支承实现了克服由于较大的杠杆效应产生的加工力所引起的旋转的最佳的力配合的(转矩)夹紧。
为以根据本发明的机床进行加工所设置的工件大多具有中心延伸的孔轴线，其中，孔大多(但并非一定)从工件的第一侧面贯穿到第二侧面。特别是为了加工此类设计的工件优选工件为了在机床中加工所围绕旋转的旋转轴线以及孔轴线落到一起。在该实施方式中工件支座仅具有唯一的芯轴，其从第一侧面咬入孔中。其它的工件代替中心孔具有中心柱，比如中心圆柱或圆锥。
可替代的是，工件在第一和/或第二侧面上也可以具有多于一个、比如三个贯穿的或沉孔状的孔并且工件支座和/或对应保持架具有相应数量的用于插入对应的孔中的芯轴。在该实施方式中旋转轴线和孔轴线并未落到一起，而是相互平行延伸。但除此之外在该实施方式中也能实现工件的高精确度的中心位置。
在另一种优选的实施方式中，机床设计成用于铣磨涡轮增压器-压缩机转轮。利用根据本发明的机床可以特别是在刀具的同一夹紧下实现多个加工进程，这节省了时间且精确度严格，因为无须对工件改变夹紧。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，在第一加工步骤中还借助于车削、钻孔和/或铣磨来加工工件的外表面，且在第二加工步骤中精车削工件的外轮廓。这种方法特别用于加工涡轮增压器-压缩机转轮。
还优选机床具有垂直于旋转轴线延伸的横轴，用以使工件能够偏转，由此也实现了在工件上的复杂加工。
从文章开头所述的其它机床出发，所提出的目的也如此实现，即工件支座具有用于容纳安装在工件的第一侧面上的工件芯轴的孔，从而使工件芯轴的一个分段伸入孔中，且工件保持架具有在旋转轴线方向上可运动的对应保持架，该对应保持架用于以作用在旋转轴线方向上的压紧力在位于第一侧面对面的第二侧面上加载工件。
针对相应的方法，该目的根据本发明如此实现，将具有设置在第一侧面上的工件芯轴的工件插入设置在工件支座中的孔中，从而使工件芯轴的一个分段伸入孔中，且在旋转轴线方向上以作用在旋转轴线方向上的压紧力在位于第一侧面对面的第二侧面上加载工件，用以固定工件。
利用这种机床以及这种方法也可以完美地实现设立的目的。
在这种机床中，在安装在工件一侧的工件孔和安装在工件保持架的相对一侧的芯轴之间的作用原理原则上在除此之外相同的工作方式中是可逆的。根据工件设计的不同(具有孔或不具有孔)，使用相应的机床进行加工。不言而喻，上面描述的有利实施方式以相同或类似的方式也有益于这种机床和这种方法。
其它优点从说明书和附图中给出。
不言而喻，前述的以及接下来还将说明的特征不仅可以在各个给出的结合中，也可以在其它的结合中使用或单独使用，而不会脱离本发明的范围。
附图说明
下面参照附图中展示的实施例详细说明本发明。其中：
图1为根据本发明的机床的示意性侧视图的原理草图，
图2为根据本发明的机床的第一种实施方式的装置的斜视图，
图3为图2中展示的机床的装置的侧视图，
图4为图2中展示的机床的装置的俯视图，
图5为在根据本发明的机床的第一种实施方式中夹紧的工件的放大示图，
图6为在根据本发明的机床的第二种实施方式中夹紧的工件的放大示图，以及
图7为在根据本发明的机床的第三种实施方式中夹紧的工件的放大示图。
具体实施方式
在图1中以10表示机床，其示意性地、不按比例且粗略地示出。
机床10在其机器底座11上具有第一滑座12，其可在第一轴线14的方向上在导轨15上移动。在第一滑座12上设置第二滑座16，其可通过导轨17在第二轴线18的方向上移动。
主轴头19在第三轴线21的方向上可移动地支承在第二滑座16上。在主轴头19中可旋转地支承工作主轴22，其在其下端部携带刀具23。
在机器底座11上还设置工件台24，其支承工件支座13。在工件支座13上支承仅示意生示出的工件25，其通过主轴头19以及工作主轴18在三个轴线14、18、21中的移动利用刀具23在不同位置上进行加工。
这种机床的其它细节和基本的工作方式是本领域技术人员普遍公知的，故在此不做进一步详述。
在图2中展示了根据本发明的机床的第一种具体实施方式的斜视图，其中，仅详细示出了根据本发明的机床的配设给所述装置的部件。特别是所有关于刀具保持架的构件(即特别是工作主轴22、主轴头19、第二滑座16和第一滑座12)未示出。除此之外相同的构件以与图1相同的附图标记表示。
在图2中可见，工件台24具有可旋转的工件圆盘31，在其上支承工件容纳装置27，其是可更换的，用于匹配不同的工件。在该实施方式中工件圆盘31和工件容纳装置27共同形成工件支座13。但原则上也可以将工件(在不具有工件容纳装置27的情况下)直接支承在工件圆盘31上。
在工件容纳装置27上放置工件(在图2中未示出)，比如用于制造涡轮增压器-压缩机转轮的具有预加工的外轮廓的工件预制件。用于定中工件的中心芯轴36穿过工件容纳装置27突出。还可见可从上方放置到工件上的对应保持架30，利用该对应保持架能够将压紧力从上方施加到工件上用于在加工期间固定工件。工件连同工件容纳装置27以及工件圆盘31可借助于设置在工件台24中的驱动装置33围绕竖直的旋转轴线35定中，该旋转轴线与工件的中心旋转轴线33(参见图5)一致。驱动装置33可以比如是力矩马达。此外，在其上支承有驱动装置33、工件圆盘31和工件容纳装置27的所谓的摇台26可以围绕横轴28摆动。
如从根据本发明的机床的这种实施方式的装置的在图3中所示的侧视图以及在图4中所示的俯视图中可见，对应保持架30不仅可在竖直方向32上运动而且可在垂直于竖直方向32的平面中摆动(箭头34)，用以使机床能够从上方装载或拆卸工件。
在根据本发明的机床的具体实施方式中的工件25的准确夹紧的详细细节可以从图5中获取。在此展示了在通过刀具23加工期间工件25(此处为涡轮增压器-压缩机转轮)的横截面。工件25具有中心延伸的贯穿的孔251。在孔251中从下方咬入芯轴36，当前为锥形芯轴，其居中地固定设置在工件圆盘31的上侧面311上。锥形芯轴36具有相对于孔251的过盈尺寸，从而仅有锥形芯轴36的上部分伸入孔251中，而下部分伸出。由于在下侧面252上的工件25在围绕孔251的中心区域253中相对于下侧面252的剩余面积突起，工件圆盘31的上侧面311在中心区域312中具有凹陷部分。用作工件支座的工件圆盘31的上侧面311还设计成，工件25在该实施方式中仅在其边缘区域254中以下侧面252贴合在工件圆盘31上，而不是在下侧面252的所有的位于更深处的区域中贴合。通过这种实施方式实现了精确限定的工件25的支承，其中克服通过加工力引起的转动的力配合的夹紧是最佳的。总的来说，利用该实施方式实现了以较高的精确度将工件25居中地置于机床中，从而使当前的竖直延伸的中心的孔轴线255刚好与用以在加工期间转动工件25的旋转轴线35一致。
为了固定工件25，抓臂30位于图5中所示的这样一种位置中，在该位置在抓臂将压紧力从上方尽可能准确地在孔轴线255的方向上施加到工件25上。此外，在所示的实施方式中在对应保持架30的前端部的下侧面上设置另一个锥形芯轴38，其通过允许锥形芯轴38相对于对应保持架30旋转的支架40与对应保持架30连接。此外该锥形芯轴38如此设计，其下边缘从上方伸入孔251中。
此外，锥形芯轴38优选类似于锥形芯轴36以较小的(比如仅几个μm，比如2-10μm)过盈尺寸设计，从而使锥形芯轴38在该实施方式中不是在其整个长度上伸入孔251中。可替代的是，也可以如此设计锥形芯轴38，其刚好合适地完全(在其整个长度上)伸入孔251中，从而通过贴合在工件25的上侧面250上的支架40的下侧面从上方通过对应保持架30将压紧力至少部分地施加到工件25上。在两种实施方式中从上方准确对中地咬入孔251中的锥形芯轴38同样用于对中工件25。
在图6中展示了在根据本发明的机床的第二种实施方式中夹紧用于加工的工件25的横截面。与图5中所示的工件不同，这里的工件25不具有贯穿的中心孔，而是在上部、指向对应保持架30的区域具有中心的沉孔251。在下侧面252上在中间区域253中还优选均匀分布地以相对于中心的孔轴线255以相同的间距设置多个孔256。
如在图5所示的实施方式中锥形芯轴38从上方咬入孔251中，其中，在图6所示的实施方式中锥形芯轴38具有相对于孔251的内径的过盈尺寸且因此不完全地伸入孔中。这时为了咬入孔256中，在工件圆盘31的上侧面311上设置相应的锥形芯轴42，它们与各对应的孔256同心地设置，即围绕对应的孔轴线257中心地设置，且部分地伸入对应地孔256中。此外，锥形芯轴42的数目与孔256的数目一致，其中，设置至少两个、优选至少三个锥形芯轴。
在图7中展示了在根据本发明的机床的第三种实施方式中夹紧用于加工的工件25的横截面。与图5中所示的工件不同，这里的工件25不具有贯穿的中心孔，而是如图6所示的工件那样，在上部、指向对应保持架30的区域具有中心的沉孔251。在下侧面252上在中间区域253中还相对于旋转轴线35居中地安装突起的芯轴258，其咬入对应的、设置在工件圆盘31中的中心孔313中且因此实现了工件25的中心定位。同一原理当然也用于在对应保持架30的区域中定位和夹紧工件以及在图6中所示的工件25的实施方式中使用。
本发明不限于展示的实施方式。特别是芯轴的数量、布置和设计根据需加工的工件不同是可变的。比如也可以在工件的上侧面上设置多个孔，为了咬入其中可以在对应保持架的下侧面上设置可相应地布置和设计的芯轴。此外，本发明不限于加工在附图中所示的工件、特别是涡轮增压器-压缩机转轮，而是其总体上可优选用于切削加工必须在工作中以较高转速旋转的且因此必须以较高精确度制造的工件，用以尽可能广泛地避免不平衡，从而可以取消后续的平衡过程。

Claims (12)

1.一种机床，用于对具有中心孔(251)的工件(25)进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工，所述机床具有用于夹持刀具(23)的刀具保持架(19、22)、用于支承工件(25)的工件支座(13)、用于固定工件(25)的工件保持架(30)以及用于使工件(25)围绕中心旋转轴线(35)旋转的驱动装置(33)，其特征在于，工件支座(13)具有用于插入工件(25)中的芯轴(36)，从而使芯轴(36)的一个分段在工件(25)的第一侧面(252)上伸入孔(251)中，且工件保持架(30)具有能够在中心孔(251)的孔轴线(255)的方向上移动的对应保持架(30)，所述对应保持架用于以在孔轴线(255)的方向上作用的压紧力在位于第一侧面(252)对面的第二侧面(250)上加载工件(25)。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，对应保持架(30)具有用于在工件(25)的第二侧面上插入孔(251)中的芯轴(38)，从而使芯轴(38)的锥形分段在工件(25)的第二侧面上伸入孔(251)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其特征在于，工件保持架(30)设计用于将对应保持架(30)在垂直于孔轴线(255)的摆动平面中偏转。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其特征在于，工件支座(13)具有用于支承工件(25)的工件支承面，所述工件支承面如此设计，使工件(25)在插入芯轴(36)以及由对应保持架(30)压紧的状态下仅在其边缘区域(254)中贴合在工件支承面上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其特征在于，旋转轴线(35)和孔轴线(255)落到了一起。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的机床，其特征在于，工件支座(13)和/或对应保持架(30)具有多个用于在工件(25)的第一和/或第二侧面上插入对应的孔(256)中的芯轴(42)，且旋转轴线(35)和对应的孔(256)的孔轴线(257)相互平行延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其特征在于，所述机床具有垂直于旋转轴线(35)延伸的横轴(28)，工件能够围绕所述横轴偏转。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其特征在于，刀具保持架(19、22)设计用于铣磨刀具(23)的二维或三维运动，特别是用于铣磨涡轮增压器-压缩机转轮。
9.一种用于对具有中心孔(251)的工件(25)进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工的方法，其中，刀具(23)被刀具保持架(19、22)保持且工件(25)放置在工件支座(13)上、由工件保持架(30)固定以及由驱动装置(33)驱动围绕中心的旋转轴线(35)转动，其特征在于，将工件(25)插入到芯轴(36)上，从而使芯轴(36)的一个分段在工件(25)的第一侧面(252)上伸入孔(251)中，且在中心孔(251)的孔轴线(255)的方向上以作用在孔轴线(255)的方向上的压紧力在位于第一侧面(252)对面的第二侧面(250)上加载工件，用以固定工件(25)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第一加工步骤中借助于车削、钻孔和/或铣磨加工工件(25)的外表面，且在第二步骤中精车削工件(25)的外轮廓。
11.一种机床，用于对具有中心的旋转轴线(35)的工件(25)进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工，所述机床具有用于夹持刀具(23)的刀具保持架(19、22)、用于支承工件(25)的工件支座(13)、用于固定工件(25)的工件保持架(30)以及用于使工件(25)围绕旋转轴线(35)旋转的驱动装置(33)，其特征在于，工件支座(13)具有用于容纳安装在工件(25)的第一侧面(252)上的工件芯轴(258)的孔(313)，从而使工件芯轴(258)的一个分段伸入孔(313)中，且工件保持架(30)具有能够在旋转轴线(35)的方向上移动的对应保持架(30)，所述对应保持架用于以在旋转轴线(35)的方向上作用的压紧力在位于第一侧面(252)对面的第二侧面(250)上加载工件(25)。
12.一种用于对具有中心的旋转轴线(35)的工件(25)进行切削加工、特别是车削-和铣磨加工的方法，其中，刀具(23)被刀具保持架(19、22)保持且工件(25)放置在工件支座(13)上、由工件保持架(30)固定以及由驱动装置(33)驱动围绕旋转轴线(35)转动，其特征在于，将具有设置在第一侧面(252)上的工件芯轴(258)的工件(25)插入设置在工件支座(13)中的孔(313)中，从而使工件芯轴(258)的一个分段伸入孔(313)中，且在旋转轴线(35)的方向上以作用在旋转轴线(35)的方向上的压紧力在位于第一侧面(252)对面的第二侧面(250)上加载工件，用以固定工件(25)。
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