CN102099149A - 具有用于电能的旋转传送器的加工中心 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工件加工的加工中心。加工中心具有一个机架(12)、一个可旋转地设置在机架(12)上的电机驱动的机床主轴(10)以及一组在机床主轴上可交换的机械工具(18)。机械工具本身具有一个与机床主轴(10)的一个容纳座(14)协调的接合轴(16)。此外还设置一个用于电能的旋转传送器(22)，它具有一个与机床固定的定子(24)和一个随机床主轴(10)一起旋转的转子(26)。作为新的特征要求，旋转传送器(22)具有至少两个按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可选择的、在机械工具(18)的接入状态下可激活的用于电能的传送路线，其中至少一个第一传送路线无接触地构成在定子与转子之间，而至少一个第二传送路线以接触的触点配备在定子(24)与转子(26)之间。利用这些措施拟达到，工件在一次夹紧在加工中心中情况下可以实现完全加工。

Description

具有用于电能的旋转传送器的加工中心
技术领域
本发明涉及一种加工中心，具有一个机架、一个可旋转设置在机架上的电机驱动的容纳一个用于一个工具的容纳座的机床主轴、一组在机床主轴上可交换的带有一个与机床主轴的容纳座协调的接合元件的机械工具、和一个用于电能的旋转传送器，该旋转传送器具有一个与机架固定的定子和一个随机床主轴一起旋转的转子。
背景技术
这种类型的加工中心用于各种各样的制造技术目的。通常在那里利用不同的可交换的工具对金属材料、塑料或木材进行切削加工。对于方形的工件有可能利用旋转的主轴实施一种类似于车床的加工，该主轴通过机械运动学支持允许在工件与工具之间至少三个附加的移动自由度。为此目的，例如还使用端面车削头。端面车削头是能旋转的工具，它们能够实现径向相对于主轴的旋转轴线偏移刀刃。这例如在加工中心中利用特殊部件来实现，例如像具有两级行星齿轮传动和附加的外部的驱动装置的主轴那样，该驱动装置能够实现在主轴旋转时调节用于花盘的驱动轴。在常用的主轴和工具接口中，为此目的集成一个电传送接口具有一个旋转传送器，而不降低机械装置的功能度，该机械装置能够实现一种工具交换。原则上传送接口可以以一个电旋转传送器的形式设置在工具侧的端部上或主轴的后面的端部上。在此可以通过定子和转子的适当的结构无接触地进行能量传送。无接触的能量传送的一个缺点在于电功率的限制。这对于使用一个扇形的定子的情况尤其如此(EP-0719199B1)。在通用的工具直径时在一种这样的情况下可传送的电功率限于约100瓦。这样的功率虽然即使在今天通用的数量级为每分钟10000转的高的主轴转速时也足够用于利用用于刀刃调节的机械促动器与其控制装置和调节装置运行工具。但另一方面工件的制造除切削加工外还需要其他的工作步骤，它们至今必须在加工中心之外的其他的专用机床中实现，属于此类的加工过程特别包括清洁、熔焊、淬火、涂层和打标记。除了因工件从加工中心中的换位而引起的大的时间耗费外，还有中间储存和在其他的专用机床中的定位，为此经常需要能量供给，它可能是用于在加工中心中的执行的工具调整所需要的能量供给的多倍。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，如下地改进开头所述类型的加工中心，以致可以由此实施一个向一个工件的完全加工方向的基本步骤。
为了达到该目的，建议了在权利要求1中说明的特征。由诸从属权利要求得出本发明的有利的实施形式和进一步构成。
按照本发明的解法基于这样的知识，即为了一个工件的一种完全加工，除用于切削加工的工具外，还需要附加装置，它们可以集成在一个交换夹具中，该交换夹具可以利用一个加工中心的操作系统按照切削工具的类型换入机床主轴的容纳座中。另一种知识在于，这些附加装置的至少一部分需要一种电能供给，它多倍地高于用于利用执行的工具的切削加工的电能供给。第三种知识最后在于，各附加装置以比切削工具显著更低的转速就足够用。因此当为了运行执行的切削工具，由于高的工作转速需要电能的一种无接触的旋转传送时，在对于附加装置以高的功率要求的使用是足够的较低转速时，考虑一种利用接触的触点、例如利用滑动触点的旋转传送。依此本发明建议，旋转传送器具有至少两个按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可更换的、在机械工具的接入状态下可激活的用于电能的传送路线，其中至少一个第一传送路线无接触地构成在定子与转子之间，而至少一个第二传送路线以至少一个接触的触点配备在定子与转子之间。接触的触点在此优选构成为滑动触点。
本发明的一种优选的实施形式设定，与机架固定的定子分别具有传送路线的至少一个初级侧，用于与随机床主轴一起旋转的转子无接触地和接触地耦合，并且一个第一工具分组的各转子具有一个次级侧，用于与互补的初级侧无接触地耦合，一个第二工具分组的各转子具有一个次级侧，用于与互补的初级侧接触地耦合，和/或一个第三工具分组的各转子分别具有一个次级侧，用于与所属的传送路线的互补的初级侧无接触地和接触地耦合。
有利的是，旋转传送器具有一个无接触的电感的或电容的传送路线，它们优选通过一个轴向的空气隙彼此隔开。具有优点的还在于，旋转传送器具有一个电流的传送路线，该传送路线带有至少一个跨接一个径向的或一个轴向的空气隙的滑动触点。有利的是，所述至少一个滑动触点在其耦合状态下是弹簧支持的。按照本发明的一种优选的实施形式，所述至少一个滑动触点相反于其在机床主轴旋转时定向的离心力地被弹簧支持，其中转子侧的滑动触点在超过一个预定的转速时从其定子侧的对应触点上抬起。原则上有可能，经由一个控制仪可程序控制地接合或脱开所述至少一个滑动触点。在此可以例如利用机械的或电磁的装置或借助于压缩空气实现所述控制。
本发明的一种特征在于，按照选择的无接触的或接触的能量传送路线限制机床主轴的转速。
本发明的另一种有利的实施形式设定，一个第一工具分组具有一个用于刀刃调节的促动器以及一个用于无接触的传送路线的次级侧。有利的是，设置一个第二或第三工具分组，它具有一个用于对一个工件进行熔焊、钎焊、加热、淬火、钎焊、涂层、清洁和/或打标记的装置以及一个用于一个接触的传送路线的次级侧。第二或第三分组的工具符合目的地具有一个激光器、一个感应器和/或一个用于淬火剂如冷却液或冷却空气的喷射装置。作为淬火剂可以例如采用在一个加工中心中本来可供使用的冷却润滑剂。
本发明的另一种有利的实施形式设定，旋转传送器具有一个另外的用于数据传送的传送路线。用于数据传送的传送路线在此可以构成为电感的或电容的无接触的耦合路线、无线电路线或光学传送路线。
有利的是，无接触的和/或接触的传送路线设置在主轴的工具侧的端部上。原则上也有可能，将旋转传送器的接触的和/或无接触的传送路线设置在后面的主轴端部上，其中所涉及的传送路线的次级侧与机床主轴的容纳座侧的终端触点连接并且工具在接合状态下经由一起旋转的接触点电连接到容纳座侧的终端触点上。原则上在此有可能，机床主轴在其后面的端部上具有一个用于一种流体特别是用于冷却润滑剂的回转接头并且接触的传送路线穿过用于流体的回转接头。
本发明还涉及一种用于运行一个加工中心的方法，加工中心具有一个用于电能的旋转传送器。该旋转传送器具有按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可选择的和在机械工具的接入状态下可激活的用于电能的至少一个第一和一个第二传送路线，其中按照本发明，调整一个主轴转速或一个主轴转速范围，并且根据主轴转速或主轴转数范围的调整激活第一传送路线或第二传送路线或第一和第二传送路线。有利的是，经由第一传送路线无接触地传送电能而经由第二传送路线接触地传送电能。
附图说明
下面借助在附图中以示意方式示出的各实施例更详细地说明本发明。其中：
图1a和b一个加工中心的一个属于现有技术的机床主轴的示意侧视图和放大图，具有夹紧的机械工具和在机床主轴的工具侧的区域内的无接触的能量传送；
图2a和b一个加工中心的另一种属于现有技术的机床主轴的示意侧视图和放大图，具有后面的无接触的旋转传送器；
图3a至c一个加工中心的机床主轴的示意侧视图和放大的部分图，具有夹紧的机械工具和用于无接触的和接触的能量传送的工具侧的组合的旋转传送器；
图4a和b一个加工中心的机床主轴的示意侧视图和放大的部分图，具有夹紧的机械工具和相对图3a至c改变的用于无接触的和接触的能量传送的组合的旋转传送器；
图5a和b一个加工中心的机床主轴示意侧视图和放大的部分图，具有用于无接触的和接触的能量传送的后面的组合的旋转传送器；
图6a至c一个加工中心的机床主轴示意的纵向剖视图和两个放大的部分图。具有后面的相对图5a和b改变的用于无接触的和接触的能量传送的组合的旋转传送器；
图7a和b一个具有夹紧的机械工具和一个可控制的带有滑环的接触点的机床主轴的一部分；
图8a和b一个具有一个感应的淬火装置的组合式刀盘的侧视图和俯视图；
图9a和b一个具有激光测量传感器的测量头的侧视图和俯视图。
具体实施方式
在附图中所示的机床主轴10是一个用于完全加工的加工中心的组成部分，加工中心另外具有一个在附图中未示出的工具库以及一个用于机械工具的操作装置。机床主轴10在加工中心内设置在一个机架上，机架示意示于各图中并且用标记12标明。机床主轴10在其端侧上具有一个容纳座14，它确定用于夹紧一个从库中取出的机械工具18的一个以接合轴16的形式存在的接合元件。夹紧经由一个在机床侧经由一个拉杆可操纵的夹紧机构来实现，夹紧机构从机床侧嵌入工具轴16的在图7a中所示的空腔20中并且使机械工具18与机床主轴16接合，同时建立一种平面夹紧和一种径向夹紧。
本发明的一种特征在于，机械工具18包括一个例如以用于刀刃调节的促动器形式存在的耗电器、一个用于工件表面加工的加工电气装置或一个测量电子装置，它必须从外面经由一个旋转传送器22被供以电流。用于电能的旋转传送器22包括一个与机床固定的定子24和一个随机床主轴旋转的转子26。
在图1a和b示出一种按照事先已知的现有技术的电旋转传送器(EP-0719199B1)，其中电能无接触地从一个与机床固定的、扇形的定子24传送到一个与机械工具18连接的转子26上。用于感应的能量传送所需要的初级和次级线圈设置在定子或转子中。
感应的旋转传送器也可以附加用于传送数据。为此数据信号可以或是调制用于能量传送的交流电或是经由附加的数据线圈传向一个分开的数据路线。
另一由事先已知的现有技术已知的设置示于图2a和b中。在那里用于无接触能量传送的旋转传送器以一个环绕的转子26和一个与机架固定设置的定子24的形式处在机床主轴10的后面的端部上。从转子向机械工具待传送的电能在那里经由导电体导过机床主轴10并且在一个一起旋转的电接触点44处耦合到机械工具18中(参见图7a和b)。
特别为了在切削加工时操纵执行的工具，实现无接触的能量传送。在那里例如设置一个用于刀刃调节的促动器，其功率消耗在50瓦的数量级内。如果另外还要设置一种超声波支持的切削加工，则产生一个在70至100瓦的数量级内的功率消耗。一种无接触的能量传送在通用的工具尺寸中只会以显著的额外费用超出该数量级。但在加工工件中，有一些对电功率的要求高很多的应用。属于此类的包括需要加热工件的或由附加的介质加热到较高的温度的并且至今不可能在加工中心中实现的加工过程，如例如对工件的清洁、熔焊、钎焊、淬火、涂层和打标记，为此需要几百千瓦数量级的电功率。另一种要求提高电能的过程在于电能或机械能存储在机械工具中，电能在工具运行期间在稍后的时刻可以程序控制地进行放电。在这里符合目的的是，也经由一个接触的传送路线实施充电过程。
本发明的一种特征现在在于，开发一种旋转传送器，它在需要时也能够传送较高的电功率。由于较高的电功率通常与机床主轴的较低的需要的转速相结合，因此本发明的一种重要的构想在于，除了所描述的用于能量传送的无接触的传送路线外，还设置一个接触的、亦即形成触点的传送路线，它虽然只允许机床主轴的较小的转速直到一个每分1000转的数量级，但它适用于传送高很多的电功率。
在图3a至c所示的实施例中，在机床主轴10的工具侧设置一个与机架固定的定子24，它在其径向内部的区域内具有一个无接触的传送路线的初级侧24′和在其径向外部的区域内具有一个带有多个接触元件32的接触的传送路线的初级侧24″。按照对电功率的要求，机械工具18配备有一个转子26，其次级侧26′只搭接用于无接触能量传送的内部的初级侧24′(图3b)，或其次级侧26″也搭接定子24的具有滑动触点32的外部的初级侧24″(图3c)。在按图3b的第一情况下，可以以较大的转速驱动机床主轴10，但以较小的功率传送，而在后一种情况下，自动降低主轴转速，但同时传送较大的电功率。程序控制地按照经由加工中心的工件交换器选择的机械工具实现对转速的限制和对电功率的限制。
按图4a和b的实施例与按图3a至c的实施例的区别在于，接触的电传送路线径向而不轴向地定位。在图4a和b的情况下，定子24具有一些电滑动触点32，它们只在机械工具18换入以后才可以径向进入其在图4b中所示的工作位置。在那里除了在使用滑动触点32情况下的接触的传送路线24″外，还设置一个无接触的、优选感应的传送路线，它如同在图3a至c的情况中那样可以同时与接触的传送路线一起运行。在该实施例中，机床控制保证，在高的主轴转速时脱开滑动触点32。由此避免滑动触点32的一种不必要的磨损或甚至一种破坏。
按图5a和b的实施例与按图4a和b的实施例的区别在于，具有其无接触的和接触的传送路线的组合的旋转传送器22处在机床主轴10的后面的端部上。转子26在那里旋转固定地与机床主轴10连接，而组合的定子24与机架12连接。无接触的和接触的传送路线的构成与按图4a和b的实施例一致。
一个组合的旋转传送器的一种由此改变的实施形式示于图6a至c中。在那里定子24也刚性地与机架12连接，而环绕的转子26设置在机床主轴10的后面的端部上。对于无接触的传送路线，定子24的初级侧24′和转子26的次级侧26′经由一个轴向的空气隙34彼此隔开。接触的传送路线在初级侧24″上具有一个环绕的接触环36，而转子侧26″具有一个设置在转子26中的接触销38，它在一个压簧40的作用下被径向压向初级侧的接触环36。接触销40在机床主轴10旋转时处在离心力的作用下，它保证在达到一定的转速时使接触销38克服压簧40的作用从接触环36上抬起并中断电流传送。由此确保滑动触点在机床转速过高时不会不允许地闭合。
按图5a和b以及6a和b的实施方案的特征在于，除了在机床主轴10的后面的端部上的旋转传送器22外，还必须在其端侧制造一个相对机械工具的交换的电触点。在图7a和b中所示的、随机床主轴10一起旋转的接触点44用于此目的，它具有一个旋转固定地与机床主轴10连接的并且连接到旋转传送器22的后面的次级侧的接触面46以及一个设置在工具轴16上的、径向相对于工具轴可移动的接触销48。为了能够将工具轴16插入工具容纳座14中，接触销48首先处在其在图7a和b所示的拉回的位置。为了建立电接触，接触销48或是在主轴10旋转时在离心力的作用下或是在一个经由管道52供给的压力介质的作用下克服复位弹簧50的力朝接触面46方向移动。接触销48在端侧的区域内穿过一个橡胶密封圈54，它保证没有污物从外面可以侵入销导套的内部。此外在接触销48的一个后面的、活塞式的区域56内设置一些孔58，经由它们可以压入用于清洁接触点的密封空气。接触销的进给原则上也可以按电的、电磁的或机械的方法实现，其中可以程序控制地操纵为此设置的驱动装置。
图8a和b示出一个机械工具18的侧视图和俯视图，机械工具配备有一个感应的淬火装置。确定的工件部分的淬火按一种完全加工的方法构成一个生产步骤。为此目的，在图8a和b中所示的工具18具有一个感应线圈62以及一个带有用于一种淬火剂的喷嘴66的流体管道64。确定用于对一个工件的待淬火部分进行局部加热的感应线圈62按照其尺寸具有一种在几百瓦数量级的功率要求。此外在流体管道中设置一个未示出的可电控制或电磁控制的阀，该阀同样必须被供以电流。功率要求在那里是如此之高，以致一种无接触的电流传送是不够用的。
按图9a和b的机械工具18配备有一个激光装置70，用于测量加工的工件的尺寸或用于对其局部进行加热或打标记。为此按照功率要求还需要一种经由旋转传送器22的电流的电传送。
总之确认如下：本发明涉及一种用于工件加工的加工中心。加工中心具有一个机架12、一个可旋转地设置在机架12上的电机驱动的机床主轴10以及一组在机床主轴上可交换的机械工具18。机械工具本身具有一个与机床主轴10的一个容纳座14协调的接合轴16。此外还设置一个用于电能的旋转传送器22，它具有一个与机床固定的定子24和一个随机床主轴10一起旋转的转子26。作为新的特征要求，旋转传送器22具有至少两个按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可选择的、在机械工具18的接入状态下可激活的用于电能的传送路线，其中至少一个第一传送路线无接触地构成在定子24与转子26之间，而至少一个第二传送路线以接触的触点配备在定子与转子之间。利用这些措施拟达到，工件在一次夹紧在加工中心中情况下可以实现完全加工。

Claims (21)

1.加工中心，具有一个机架(12)、一个可旋转地设置在机架上的电机驱动的机床主轴(10)、一组在机床主轴上可交换的带有一个与机床主轴的容纳座协调的接合元件(16)的机械工具(18)、和一个用于电能的旋转传送器(22)，该旋转传送器具有一个与机架固定的定子(24)和一个随机床主轴(10)一起旋转的转子，其特征在于，旋转传送器(22)具有至少两个按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可选择的、在机械工具(18)的接入状态下可激活的用于电能的传送路线，其中至少一个第一传送路线无接触地构成在定子(24)与转子(26)之间，而至少一个第二传送路线以至少一个接触的触点配备在定子与转子之间。
2.按照权利要求1所述的加工中心，其特征在于，与机架固定的定子(24)分别具有传送路线的至少一个初级侧(24′，24″)，用于与一起旋转的转子(26)无接触地和接触地耦合，并且一个第一机械工具(18)分组的各转子具有一个次级侧(26′)，用于与互补的初级侧(24′)无接触地耦合，一个第二机械工具(18)分组的各转子具有一个次级侧(26″)，用于与互补的初级侧(24″)接触地耦合，和/或一个第三机械工具(18)分组的各转子分别具有一个次级侧(26′，26″)，用于与所属的传送路线的互补的初级侧(24′，24″)无接触地和接触地耦合。
3.按照权利要求1或2所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器具有一个无接触的感应的传送路线。
4.按照权利要求1或2所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器具有一个无接触的电容的传送路线。
5.按照权利要求3或4所述的加工中心，其特征在于，无接触的传送路线的初级侧和次级侧通过一个轴向的空气隙(34)彼此隔开。
6.按照权利要求1至5之一所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器(22)具有一个电流的传送路线，该传送路线带有至少一个跨接一个径向的空气隙的滑动触点。
7.按照权利要求1至5之一所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器(22)具有一个电流的传送路线，该传送路线带有至少一个跨接一个轴向的空气隙的滑动触点(38)。
8.按照权利要求6或7所述的加工中心，其特征在于，所述至少一个滑动触点(38)在耦合状态下是弹簧支持的。
9.按照权利要求6至8之一所述的加工中心，其特征在于，所述至少一个滑动触点(38)相反于其在主轴旋转时定向的离心力地被弹簧支持，并且所述至少一个滑动触点(38)在超过一个预定的转速时从其对应触点上抬起。
10.按照权利要求1至9之一所述的加工中心，其特征在于，所述至少一个滑动触点(38)程序控制地可接合和/或可脱开。
11.按照权利要求1至10之一所述的加工中心，其特征在于，机床主轴(10)的转速按照选择的无接触的或接触的能量传送路线进行限制。
12.按照权利要求1至11之一所述的加工中心，其特征在于，一个第一机械工具分组具有一个用于刀刃调节的促动器，该促动器经由一个无接触的传送路线可被供以电流。
13.按照权利要求1至12之一所述的加工中心，其特征在于，一个第二机械工具分组具有一个装置，用于对一个工件进行熔焊、钎焊、加热、淬火、涂层或打标记，该装置经由一个接触的传送路线可被供以电流。
14.按照权利要求13所述的加工中心，其特征在于，第二分组的机械工具具有一个激光器、一个感应器和/或一个可电控的用于一种淬火流体的喷射装置。
15.按照权利要求1至14之一所述的加工中心，其特征在于，一个第三机械工具分组具有机械的或电的存储装置，这些存储装置经由一个接触的传送路线可被供以电流并在此可充电且这些存储装置在实施一个加工过程情况下程序控制地可放电。
16.按照权利要求1至15之一所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器(22)具有一个另外的用于数据传送的传送路线。
17.按照权利要求16所述的加工中心，其特征在于，用于数据传送的传送路线构成为电感的或电容的耦合路线、无线电路线或光学传送路线。
18.按照权利要求1至17之一所述的加工中心，其特征在于，旋转传送器(22)的接触的和/或无接触的传送路线设置在后面的主轴端部上，并且机械工具(18)在接合状态下经由一个一起旋转的接触点(44)连接到传送路线上。
19.按照权利要求18所述的加工中心，其特征在于，机床主轴在其后面的端部上具有一个用于流体的回转接头。
20.用于运行一个加工中心的方法，加工中心具有用于电能的旋转传送器，该旋转传送器具有按照待传送的电功率和待调整的主轴转速可选择的、在机械工具的接入状态下可激活的用于电能的至少一个第一和一个第二传送路线，其中调整一个主轴转速或一个主轴转速范围，并且根据主轴转速或主轴转速范围的调整激活第一传送路线或第二传送路线或第一和第二传送路线。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，经由第一传送路线无接触地传送电能而经由第二传送路线接触地传送电能。
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