CN102036781B - 机床直线驱动装置和刀具滑架移动方法 - Google Patents

机床直线驱动装置和刀具滑架移动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于具有箱体(1)的机床的直线驱动装置，具有滑架(2)，安装得可经由两部轴承(6、7)在箱体(1)内沿轴向移动并具有中心轴线(2、3)和长度(11)，以及具有至少一部第一电机(3)，包括第一电机构件(4)和第二电机构件(5)，其中所述第一电机构件(4)设置在所述滑架(2)上，而所述第二电机构件(5)设置在所述箱体(1)上，其中所述第一电机构件(4)制成在所述滑架(2)上作为主要部分(4)，而所述第二电机构件(5)制成在所述箱体(1)上作为辅助部分。其次，本发明涉及一种方法，用于移动高效能机床车削刀具的滑架(2)，采用交叉滚柱轴承(6，7)以安装滑架(2)，其中所述交叉滚柱轴承(6，7)的所有滚柱(6.3)在操作上总是结合于滑架侧承载表面(7.4)，而所述滑架(2)以至少50Hz的往复行走频率运行，具体在60Hz与200Hz之间。

Description

机床直线驱动装置和刀具滑架移动方法
技术领域
本发明涉及一种用于机床的直线驱动装置，包括箱体、长度l1的滑架，该滑架装在箱体内以便可经由两个轴承在中心轴线方向上沿轴向移动、以及至少一个第一电机，包括第一电机构件和第二电机构件，其中第一电机构件设计成主要部分并配置在滑架上，而第二电机构件设计成辅助部分并配置在箱体上。由线圈构成的主要部分重量小于电机的辅助部分，后者由永久磁铁制成。如果辅助部分用作如此组成的电机的电枢，则此电枢，连同主要部分一起移动，可以整体制得重量较小。不过，在此情况下，必须有可能向主要部分提供所需的电压信号，亦即，必须为电枢或主要部分设置灵活的电力连接或灵活的供电线路。
背景技术
自DE10 2004 049 951A1可知一种具有两个电机的直线电机，两者相对于电枢横向偏置，同时电枢借助于双V形叶片弹簧装置安装在每一端面上，该双V形叶片弹簧装置在每一情况下在电枢的两侧延伸。各电机的主要部分设置在电枢一侧上并设计成扁平的，以致它们可以在箱体一侧上相应辅助部分的窄缝状凹槽之内被驱动。由相应主要部分形成的平面被配置得平行于由滑架承载装置形成的平面。
自DE198 06 832A1得知另一种直线电机，其具有托架或电枢和托架箱体。托架可以借助于两个电机的驱动元件在箱体上沿长度方向被移动。托架具有开口的横截面构型而用以支承相应的磁铁(辅助部分)。各箱体侧驱动元件(各主要部分)由于绕组所需要的空间而几乎充满了托架的全部横截面。托架借助于固定的滚柱轴承和无摩擦轴承在托架箱体中受到导引以便避免应变。
自EP 1 174 990A2可知一种直线电机，包括电枢侧主要部分和箱体侧或定子侧辅助部分。电枢安装得以致可在若干导轨上沿中心轴线方向移动。所有导轨相对于中心轴线设置在电枢的一侧。
发明内容
根据以上技术现状，本发明的目的是以如下方式设计和配置一种直线电机，即：坚固的安装和最大的往复行走频率(oscillation frequency)得以确保。
按照本发明，此目的是通过设计第一轴承和第二轴承为滚柱轴承，并相对于中心轴线相对滑架布置在离开中心轴线距离a处而实现的。滑架因而借助于轴承安装在两侧上，最好是在顶部和底部。被各轴承吸收的力决定于相应轴承离开中心轴线的距离。虽然，如果使用滚柱代替摩擦轴承要移动较大的质量，但滚柱轴承却坚固得多。所建议的各轴承相对滑架配置可确保最佳地吸收所产生的力和力矩/扭矩。
为此目的，如果第一轴承和第二轴承设计成交叉滚柱轴承也是有利的。利用相对于滑架布置的两个交叉滚柱轴承可确保充分确定的装配以及非常精确和坚固的安装。每一交叉滚柱轴承单独构成一个可传递三种作用力的轴承，从而不论长度如何，确保在滑动摩擦和滚动摩擦损失为最小的同时高效的滑架往复行走。交叉滚柱轴承以如下方式设计，即所有的滚柱体总是在载荷作用之下，或者在操作上连结于箱体侧或电枢侧承载表面。
此外，如果第一轴承和第二轴承具有长度l2并各自包括至少五个滚柱体，其中轴承的长度l2至少是滑架长度l1的50％，可能是有利的。滑架被装配和导引在充分的长度l2上。这也确保了交叉滚柱轴承或所述轴承保持架的运动。
如果如下那样也可能有利的是，即：主要部分设计成扁平的并相对于中心轴线在径向R上或平行于所述方向R像翅膀那样从滑架伸出，同时辅助部分具有U形横截面，该U形横截面构成沟槽状的凹槽并在其中支承主要部分。得益于辅助部分的U形配置，在对置两磁铁中产生的吸力得以补偿，以致主要部分或各轴承处在较小载荷之下。如果只使用非磁性材料，可以防止发生因使用间隔开来的铁制零件而产生的噪音场和不利效果。主要部分不含铁并最好是用塑料浇铸而成。主要部分因此是很轻的。
构成U形横截面的凹槽或沟槽设计成扁平的，亦即，其高度至少是沟槽深度或沟槽长度的三倍小。主要部分的扁平形状也是如此。主要部分的高度或厚度至少是主要部分深度或宽度或者主要部分长度的三倍小。
作为从滑架中心轴线沿径向伸出的方向R的替代方案，主要部分也可以平行于前述方向R沿方向P伸出。在任何情况下，主要部分深度或宽度的大部伸过滑架上相关的联接表面。主要部分在所述深度或宽度的大部上被支承在沟槽状凹槽之内。凹槽与主要部分二者由于其扁平外观设计而形成平面E2。
如果如下那样也可能有利的是，即：设置第二电机，该第二电机具有与第一电机相同的结构并相对于滑架配置得与第一电机相对，此时，两个主要部分由于其扁平的基本形状而都配置在共用的平面E2上。主要部分的扁平外观设计和两个主要部分都配置在平面E2上可确保如此制成的电机的整个高度非常小。各电机的对称配置可确保力量的对称输入。相应的电机可以设计得小一些，由于它只是必须产生一半的功率。
最好是，中心轴线和两个轴承可以配置在共用平面E1上，此平面E1配置得与平面E2成直角。可供使用的安装空间的宽度和高度如上所述在各电机配置和各轴承配置之间分割。在各电机比如朝着电枢向左右延伸的同时，两个轴承与相应支座设置在箱体一侧上的顶部和底部上。两个轴承的两个支承表面因而可以在单个箱体部分中尽可能精确地予以制成。
对于本发明来说特别重要的是：箱体包括第一箱体部分和第二箱体部分，其中，第一箱体部分包括用于第一轴承的第一支承表面，用于第二轴承的第二支承表面，以及用于辅助部分的第三支承表面。尽可能多的承载表面整合在一个箱体部分内可确保在制作各承载表面时的最大精确度，特别是在彼此的相对位置方面。用于第二辅助部分的第四接触表面设置在第二箱体部分上这一事实是不大紧要的，这是由于在第二辅助部分与安装于滑架的相关主要部分之间存在气隙。联接第二箱体部分时存在的公差只是为了确定气隙才予以考虑。于是，当组装各箱体部分时箱体侧公差只对辅助部分与主要部分之间的相对位置具有影响。
结合符合本发明的实施例和配置，可能有利的是：滑架包括第一端面和第二端面，其中，刀具的托持器设置在第一端面的区域中，而位移测定系统设置在第二端面的区域中。可供符合本发明的电机展开而使用的六个空间轴线因而都用尽了。两条余留的空间轴线由在向前方向上的刀具或所述刀具托持器以及由在另一端上的位移测定系统予以占用。这种设计还可确保在操作相应子组件亦即电机、安装装置、刀具和位移测定系统期间所需的空间可接近性。
另外可能有利的是：设置密封装置，借助于该密封装置，位移测定系统与箱体内部空间封闭，在该内部空间中配置了滑架的导引部分和各轴承。因润滑油必须被送入各轴承，因而造成了污染源，符合本发明的位移测定系统的密封可用以提高所述系统的使用寿命和精度。位移测定系统因而配置在一个被封闭的空间之内，以致污染几乎是不可能的。
此外，可能有利的是：在箱体与轴承之间设置预应力装置，借助于该预应力装置，轴承可以被施加预应力而抵住滑架，并设置若干螺钉作为预应力装置，它们配置得平行于平面E1并可以被直接或间接地施加预应力于轴承。由于符合本发明的预应力装置，交叉滚柱轴承可以被均匀地施加预应力而遍及整个长度抵住滑架，以致确保无游动和低摩擦的滑架装配。单独的螺钉用以固定在每一情况下应当被施加预应力的轴承或轴承部分，以致可以确保各项功能的，即施加预应力与固定之间的分离。
在这方面，可能有利的是：设置冷却装置，借助于该冷却装置，可以冷却相应主要部分，并通风和通气槽道可以作为冷却装置设置在辅助部分的窄缝状凹槽的区域中和/或主要部分的区域中。最好是，所用的冷却介质是空气，该空气经由通气槽道引入或排出。冷却主要部分是很重要的，由于滑架的热量会导致该主要部分长度加大，从而影响刀具中心点的位置。
为此目的，也可能有利的是：设置绝缘件，该绝缘件配置在第一电机构件与滑架之间。设置在主要部分与滑架之间的绝缘件还可确保尽可能少的热量从主要部分或电机传向滑架。
另外可能有利的是：滑架形成为一件，此时，位移测定系统联接于第二端面的区域中，且/或刀具托持器联接于滑架。为确保滑架的正确安装，有利的是，滑架形成为一件，包括用于支承相应轴承的所需接触表面。
如果采用不含铁的电机，由于电机附近或甚至电机之内存在磁铁而导致的一些后果得以排除。
也可能有利的是：电机不含铁，其中，主要部分包括塑料芯件和/或塑料外壳。这样可防止与铁芯相关的对电机操作性能的影响。
本发明目的还借助于一种方法予以实现，此方法用于移动高效能机床车削刀具的滑架，该机床采用交叉滚柱轴承以安装滑架，其中，交叉滚柱轴承的所有滚柱体在操作上总是联结于滑架侧承载表面，而滑架以至少50Hz的往复行走频率运行，尤其是在60Hz与200Hz之间。在技术现状中已知在叶片弹簧轴承或空气弹簧中导引往复行走频率在于此所申明的范围之内的滑架。不过，符合本发明的前述各项特性也可确保使用滚柱轴承来安装以高效驱动的往复行走滑架。
附图说明
本发明的另外一些优点和细节在专利权利要求中和说明书中予以解释和在诸图中予以图示，图中：
图1表明直线电机的剖面侧视图；
图2表明直线电机的侧视图；
图3表明带有轴承和刀具的电枢.
具体实施方式
在图1中所示的直线电机包括箱体1，由第一箱体部分1.1和第二箱体部分1.2构成。在第一箱体部分1.1内，电枢2安装得可经由两个轴承6、7作平移运动。第一箱体部分1.1包括第一支承表面1.6和第二支承表面1.7，它们用以支承轴承6、7。各个轴承6、7设计成交叉滚柱轴承，并包括外轴承圈6.1、7.1，内轴承圈6.2、7.2，以及保持架6.5，后者在相应情况下带有整合的各滚柱体。在第一箱体部分1.1内，设置若干螺钉12.1、12.2，后者设计成预应力装置12，而借助于它，轴承6可以对滑架2形成预应力。刀具9的托持器8和刀具9配置在第一或前部端面2.1上。用于密封箱体1的挠性盖罩15设置在刀具托持器8与箱体1之间。位移测定系统10设置在电枢2的第二或后部端面2.2的区域中。位移测定系统10包括标尺10.1，该标尺配置在电枢上并协作于箱体一侧上读取器10.2。读取器10.2借助于箱体部分10.3连接于箱体1或后部箱体盖罩1.4。
与两个轴承6、7分别配置在电枢2上下的同时，两个电机3、3’设置在电枢2的两侧上。相应电机3包含第一电机构件4，设计成主要部分并借助于托持器2.5安装于滑架2一侧。相应主要部分4包括封闭线圈(未示出)的塑料外壳4.1。相应主要部分4设计成扁平的，并作为杆状，并配置在设计成辅助部分的第二电机构件5的凹槽5.1之内。主要部分4在R或P方向上延伸，亦即沿着对中心轴线2.3的径向或平行于所述轴线延伸。主要部分4的高度h或厚度h至少是主要部分4的深度t或宽度t，或者主要部分4的长度L，的三倍小。形成U形横截面的凹槽5.1或沟槽也是如此。其高度h至少是沟槽5.1深度t或沟槽5.1长度L的三倍小。辅助部分5设计成双面结构的磁铁。主要部分4配置在双面定子的凹槽5.1之内并借助于滑架2被导引，该主要部分可作前后平移运动，亦即，由于可被生成的电机力，它可以往复行走。按照图1所示，只是第二电机3’的辅助部分5’可以看到。在所有其它方面，第二电机3’的结构设计都与第一电机3相同，其以剖视图示出。两个电机3、3’配置在与滑架2相对的两侧上。相应主要部分4设计成扁平的杆，因而形成平面E2，其中两个主要部分4都配置在平面E2上或共同形成平面E2。
两个轴承6、7布置在平面E1中电枢2之上和之下，如上面所解释的，其中平面E1还包括电枢2的中心轴线2.3。
在可供使用的安装空间之内，六个空间方向分派给以下各子组件，如上所述。两个轴承6、7向上和向下延伸，两个电机3、3’向左和右延伸，刀具托持器8和刀具9在第一端面2.1的区域中向前延伸，而位移测定系统10在第二端面2.2的区域中向后延伸。
按照图2所示，箱体1包括在位移测定系统10后端处的带盖板1.5的盖罩1.4。盖板1.5提供了对位移测定系统10的通路。位移测定系统10借助于设计成波纹管的密封装置11与轴承6、7或箱体的内部空间隔离。位移测定系统10或滑架2的后部端面2.2在箱体1后部端面1.8延伸到盒状箱体盖罩1.4中。主要部分4像翅膀在方向P上延伸，与中心轴线2.3成直角。
为了通风和放空相应电机3或主要部分4区域，设置通风和放空槽道13.1作为冷却装置13。通风和放空槽道13.1用以将冷却介质，即空气，供入和/或排出相应电机3的主要部分4区域。
为了防止向相应电机3、3’或从相应主要部分4到滑架2的过分热传导，绝缘件4.2设置在相应主要部分4与相应滑架2，或用于主要部分4的托持表面之间，如图1之中所示。
按照图2，第一箱体部分1.1包括用于电机3的主要部分4的第三支承表面1.3。类似地，第二箱体部分1.2包括用于第二电机3’的相应辅助部分5’的第四支承表面(未示出)。
按照图3，刀具托持器8和刀具9配置在滑架2上前部端面2.1的区域。用以支承标尺10.1的颈柱2.8设置在后部端面2.2附近。按照图1示范实施例，滑架2和颈柱2.8构成一个部件，以及按照图3示范实施例，它们构成彼此连接的两个单独的部件。滑架包括若干孔眼2.4、2.4′，它们横交于中心轴线2.3并平行于平面E2延伸而用以减小滑架的重量。
滑架2包括上部托持表面2.6和下部托持表面2.7以支承相应的轴承6、7或支承相应的内轴承圈6.2、7.2。相应托持表面2.6、2.7和相应轴承6、7具有长度l2，该长度l2是滑架2长度11的大致90％。各滚柱体连同保持架6.5配置在相应外轴承圈6.1、7.1与相应内轴承圈6.2、7.2之间。相应轴承圈6.1-7.2分别包括一对箱体侧承载表面6.4和一对滑架侧承载表面7.4，在每一情况下彼此围成90度角。相应各滚柱体6.3配置得以便根据相应承载表面6.4、7.4的对齐而交替。相应内轴承圈6.2或外轴承圈7.1包括对应的各承载表面。
根据图3的图示，上部轴承6以剖视图示出。
参照编号表
1                  箱体
1.1                第一箱体部分
1.2                第二箱体部分
1.3                第三支承表面
1.4                盖罩
1.5                盖板
1.6                第一支承表面
1.7                第二支承表面
1.8                端面，后部
2                  滑架，电枢
2.1                第一端面
2.2                第二端面
2.3                中心轴线
2.4                孔眼
2.4′              孔眼
2.5                托持器
2.6                托持表面，顶部
2.7                托持表面，底部
2.8                颈柱
3                  电机
3′                第二电机
4                  第一电机构件，主要部分
4.1                塑料外壳
4.2                色缘件
5                  第二电机构件，双侧定子，辅助部分
5′                第二电机构件，双侧定子，辅助部分
5.1                槽，沟槽
6                  第一轴承，交叉滚柱轴承，滚柱轴承
6.1                外轴承圈
6.2                内轴承圈
6.3                滚柱体
6.4                承载表面，箱体侧
6.5                保持架
7                  第二轴承，交叉滚柱轴承，滚柱轴承
7.1                外轴承圈
7.2                内轴承圈
7.3                滚柱体
7.4                承载表面，滑架侧
7.5                保持架
8                  托持器
9                  刀具
10                 位移测定系统
10.1               标尺
10.2               读取器
10.3               箱体部分
11                 密封装置
12                 预应力装置
12.1               螺钉
12.2               螺钉
13                 冷却剂
13.1               通风和放空槽道
15                 盖罩
a                  距离
E1                 平面
E2                 平面
h                  高度
L                  长度
l1                 长度
l2                 长度
P                  方向
R                  方向
t                  厚度，宽度

Claims (17)

1.一种用于机床的直线驱动装置，包括箱体(1)；长度11的滑架(2)，该滑架安装在箱体(1)内以便可经由两个轴承(6、7)在中心轴线(2、3)方向上沿轴向移动；以及至少一个第一电机(3)，该第一电机包括第一电机构件(4)和第二电机构件(5)，其中第一电机构件(4)设计成主要部分并配置在滑架(2)上，而第二电机构件(5)设计成辅助部分并配置在箱体(1)上，第一轴承(6)和第二轴承(7)设计成滚柱轴承并相对于中心轴线(2、3)与滑架(2)相对地设置在离开中心轴线(2、3)距离a处，其特征在于，主要部分(4)设计成扁平的并在径向R上相对于中心轴线(2、3)或平行于所述方向R上从滑架(2)延伸，同时辅助部分(5)具有U形横截面，其构成沟槽形凹槽(5.1)，在其中支承主要部分(4)。
2.按照权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，第一轴承(6)和第二轴承(7)设计成交叉滚柱轴承。
3.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，第一轴承(6)和第二轴承(7)具有长度l2并各自包括至少五个滚柱体(6.3)，其中，轴承(6)长度l2是滑架(2)长度11的至少50％。
4.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，设置了第二电机(3’)，该第二电机具有与第一电机(3)相同的结构并配置成相对于滑架(2)与第一电机(3)相对，其中，两个主要部分(4)由于其扁平的基本形状而配置在共用平面E2上。
5.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，中心轴线(2、3)和两个轴承(6、7)配置在共用平面E1上，此平面E1配置得与平面E2成直角。
6.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，箱体(1)包括第一箱体部分(1.1)和第二箱体部分(1.2)，其中，第一箱体部分(1.1)包括用于第一轴承(6)的第一支承表面(1.6)，用于第二轴承(7)的第二支承表面(1.7)，以及用于辅助部分(5)的第三支承表面(1.3)。
7.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，滑架(2)包括第一端面(2.1)和第二端面(2.2)，其中，刀具(9)的托持器(8)设置在第一端面(2.1)的区域中，而位移测定系统(10)设置在第二端面(2.2)的区域中。
8.按照权利要求7所述的直线驱动装置，其特征在于，设置了密封装置(11)，借助于该密封装置，位移测定系统(6)与其中布置滑架(2)的轴承(6、7)的箱体(1)的内部空间隔离。
9.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，在箱体(1)和轴承(6)之间设置了预应力装置(12)，借助于该预应力装置(12)可以对滑架(2)施加预应力，其中，设置若干螺钉(12.1，12.2)作为预应力装置(12)，所述螺钉配置得平行于平面E1并可以直接或间接地对轴承(6)施加预应力。
10.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，设置了冷却装置(13)，借助于该冷却装置，可以冷却所述各主要部分(4)。
11.按照权利要求10所述的直线驱动装置，其特征在于，在辅助部分(5)的窄缝状凹槽(5.1)的区域中和/或在主要部分(4)的区域中设置了通风和放空槽道(13.1)作为冷却装置(13)。
12.按照权利要求1或2所述的直线驱动装置，其特征在于，设置了绝缘件(4.2)，该绝缘件配置在第一电机构件(4)与滑架(2)之间。
13.按照权利要求7所述的直线驱动装置，其特征在于，滑架(2)制成一件，其中，位移测定系统(10)联接在第二端面(2.2)的区域中，且/或刀具(9)的托持器(8)联接于所述滑架(2)。
14.按照权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述第一电机(3)不含铁，其中，所述主要部分(4)包括塑料芯件和/或塑料外壳(4.1)。
15.按照权利要求4所述的直线驱动装置，其特征在于，所述第二电机(3’)不含铁，其中，所述主要部分(4)包括塑料芯件和/或塑料外壳(4.1)。
16.一种方法，用于移动高效能机床的车削刀具的滑架(2)，该机床采用交叉滚柱轴承(6，7)来安装滑架(2)，其特征在于，交叉滚柱轴承(6，7)的所有滚柱体(6.3)总是在操作上联结于滑架侧承载表面(7.4)，而滑架(2)以至少50Hz的往复行走频率运行。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述滑架(2)以60Hz与200Hz之间往复行走频率运行。
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