CN102189415A - 加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工工件的加工机，该加工机包括加工刀具，所述加工刀具装在刀具接纳部中。为此设置刀具夹紧装置。电动机用于产生夹紧力，或者至少一个由电动机驱动的器件作用到弹簧装置上，用于从刀具夹紧装置释放加工刀具。

Description

加工机
技术领域
本发明涉及一种加工机，用于加工一个或多个工件，该加工机包括加工刀具，该加工刀具在加工机的刀具主轴的刀具接纳部内间接地或直接地通过刀具夹紧装置固定，并且刀具夹紧装置具有至少一个刀具夹紧元件，所述刀具夹紧元件与加工刀具间接或直接相互作用。
背景技术
同类的加工机在金属加工、尤其是在金属切削加工中早就是已知的。在此，加工刀具由刀具主轴固定。刀具主轴通常用于使加工刀具自旋转地被驱动并且使加工刀具定位在工件的期望位置上。因此刀具主轴也具有至少一个运动自由度。但是下面术语“刀具主轴”不限制于理解为加工刀具的自旋转的驱动，而是在此完全不限制加工刀具的应用。更准确地说，通过刀具主轴提供加工刀具的一维或多维的运动能力。但是原则上刀具主轴也包括静止的刀具支座。
已知的加工机一般具有高的经济投资成本。
发明内容
本发明的目的在于，更有效率地构成前述加工机。
本发明通过两种不同的方案达到效率提高。
本发明的目的首先通过一种前述加工机达到，在该加工机中，设置电动机或者弹簧装置用于产生夹紧力，并且电动机或弹簧装置与刀具夹紧元件处于作用连接(Wirkverbindung)，或者至少一个由电动机驱动的器件作用到弹簧装置上用于从刀具夹紧装置释放加工刀具。
在已知的加工机中，通常液压地松开刀具的夹紧，或通过液压工作的油缸或类似物实现由弹簧装置固定的加工刀具的松开。使用液压系统优点在于，通过液压结构元件在相对小的空间中能产生大的力。
但缺陷在于，必须承受相当高压力(几百巴)的液压管路的布设一方面是耗费的，也是相应地经常需要维护的。因此液压系统的使用是相对昂贵的。取代液压结构，建议使用电动机作为动力媒介，从刀具主轴的范围中去掉整个液压系统的显著优点在于机器的制造中以及在其维护和维修中。在此必要时也充分利用，通过合适的传动装置可以由电动机产生大的力。
提高加工机效率的另一建议在于，刀具主轴具有驱动装置，该驱动装置沿着作用方向经由牵引元件固定加工刀具。
如开头已经说明的，刀具主轴经常构成加工刀具例如钻头或铣刀的旋转驱动。但是因此术语“刀具主轴”不局限于此。通过建议的加工机，刀具主轴的通过加工刀具的自旋转实现的切削加工方式对应于另一种利用。通过加工刀具在主轴上的固定，为此使用刀具主轴的驱动装置，其沿着作用方向经由牵引元件作用到加工刀具上，加工刀具位置精确地或者说位置稳定地被闭锁以及用作为固定的自身不旋转的车刀，例如在车削加工中，但是由于优选在刀具主轴上实现的单轴或多轴的运动能力，该车刀在空间上关于旋转工件能以期望的方式定位。
除了已知的自旋转地安装加工刀具之外，通过在加工机中实现第二加工类型，现在也可以实现车床的功能。因此通过这种建议实现明显的效率提高。
有利地设定，加工刀具关于刀具主轴的纵轴线沿轴向是能固定的。刀具主轴通常构成为旋转的并且刀具主轴的纵轴线同时也是其旋转轴线。加工机也适合于使用旋转安装的刀具主轴作为用于车刀的支座。另外也有利地设定，加工刀具关于刀具主轴的纵轴线在圆周方向上固定。这通过相应的转矩支持例如通过插入到主轴头部的孔中的销钉或类似结构在旋转轴承或滚动轴承中实现。
有利地设定，根据牵引元件的由机器控制装置设定的并且通过驱动装置引起的位置，位于刀具主轴中的加工刀具作为旋转切削刀具(例如钻头或铣刀)用于自旋转的切削加工，或者作为车刀用于自身不旋转的切削加工。
设定机器控制装置以合适的方式作用到驱动装置上并且因此影响牵引元件的位置。也设定牵引元件在作用方向上被偏移，以便因此固定加工刀具。设定加工机用作为车床并且加工刀具在自身不旋转的切削加工中用作为车刀。因此在机器控制装置上设定，通过驱动装置不同地定位牵引元件并且在此尤其是不固定加工刀具。因此加工刀具例如作为钻头或铣刀的自旋转的切削加工是可能的。
优选设定，刀具接纳部在旋转轴承中围绕旋转轴线或纵轴线可旋转地支承，并且加工刀具的固定通过刀具接纳部关于旋转轴线或纵轴线的轴向运动实现，尤其是在旋转轴承中实现。
在轴向方向上看，用于刀具接纳部的旋转轴承具有一定的、但微小的弹性或间隙。这种弹性特性由旋转轴承的结构和在旋转轴承或滚动轴承中的滚动元件的布置引起。通过驱动装置在作用方向上作用的固定力在此大于滚动轴承的通常相对小的弹性力，因此旋转轴承被固定并因此也不再发生加工刀具围绕旋转轴线的旋转运动。在这种构思中，加工刀具的固定间接地实现，因为在刀具接纳部上的刀具的旋转运动被固定。
在另一有选择的或可并行实现的构思中，加工刀具具有支持装置，固定的加工刀具通过该支持装置支持在主轴头部上。在这种构思中不必然实现旋转轴承的轴向加载。支持装置例如由设置在加工刀具上的支持颈圈或支持板构成，其带有支持元件例如支持销钉，加工刀具通过这些支持元件可以支持在主轴头部即刀具主轴的前端上。因此可能的是，支持装置能够可变地构成，并且不仅仅限于按附图的变型。可以实现不同的可能性，例如伸出的键，其嵌入到相应的凹槽中，并且因此不仅得到转矩支持(在圆周方向上的固定)，而且得到轴向支持。
在一种优选的实施形式中设定，设置电动机或液压驱动装置或者说液压马达作为驱动装置。与能在两种不同的加工类型中使用的本发明加工机相关，本发明允许电动机或液压驱动装置有选择地应用为驱动装置。因为尤其是取决于加工刀具相对于刀具主轴的轴向后退运动，这样的后退运动或作用运动例如也通过能液压加载的活塞在如工作油缸中的结构中实现。电动机的转子的旋转运动在此按本发明通过滚珠丝杆转换成轴向运动。
加工机的效率提高主要也如下实现，即取代耗费的液压部件，使用一个或多个电动机作为驱动装置，尤其是作为间接或直接的夹紧驱动装置或旋转驱动装置。
在此有利的是，电动机、尤其是伺服电机作为驱动装置。该电动机或者说伺服电机尤其是可以构成为同步电机、异步电机或直流电机。在使用伺服电机时有利的是其紧凑的结构形式、牢固的结构以及在封闭调节回路中运转的可能性。这种运转在此可以是力矩调节的、速度调节的或位置调节的。
作为有利的进一步方案设定，驱动装置由无发送器的同步或异步电机实现。尤其是永久磁铁励磁的同步电机(PMSM)在此是优选的。在此由这种建议同样包括永久磁铁布置为隐藏的磁铁或在转子上的表面磁铁。使用在转子中的隐藏的磁铁是特别有利的，因为在转子叠片中而不在表面上出现机械负载。另外在永久磁铁中记录到较小的损失。
永久磁铁在转子上或转子中的使用节约了否则在同步电机中存在的励磁线圈。
使用无发送器电机尤其是同步电机的优点在于，在此可以放弃附加布置发送器或用于确定转子位置的传感器，并且相应减小结构尺寸。在本发明的加工机或者说其中设置的刀具夹紧装置、刀具旋转装置、工件夹紧装置或工件旋转装置中，各个部件的结构空间紧凑地设计，以便可以实现整个加工中心的尽可能紧凑的结构方式。除了提高传统加工机的动力学效率之外，通过使用无发送器的电机可以优化结构空间或者说可以在驱动装置方面优化结构空间要求。
在加工机的一种优选的实施形式中，设定无发送器的转子位置确定，尤其是无发送器的静止位置识别，这尤其是可以通过无发送器的同步电机实现。因此例如在无发送器的同步电机中可以借助于在定子的使用的定子线圈中的引起的电感的各向异性估计转子的位置。在同步电机运转中可以与转子位置相关测量在定子线圈中不同的引起的电感，借此可以估计转子的位置。在这种关系中有利的是，转子位置确定或者静止位置识别可以用软件控制或者NC(数控)控制地执行。在机器控制装置例如包括微控制器的机器控制装置中的相应集成可以按简单的方式方法实现。
一种用于确定转子位置或静止位置的优选可能性例如是，用于给定子线圈施加定子电流的控制信号被叠加测量信号，使得除了驱动磁场之外还产生交变磁场，由测量信号引起的经过定子线圈的电流与同步电机的取决于转子位置的引起的电感相关。同步电机的引起的电感与转子的位置相关。在此用于无发送器地确定转子位置的方法基于电机的纵向电感和横向电感的磁的各向异性的探测。如果在电机上施加快速改变的电压，那么在定子线路上的电压几乎仅下降在与转子位置相关的电感上。激励的电流因此通过转子位置调制并且可以相应地被评价。信号强度与纵向电感和横向电感之差成比例。
输入和输出信号由控制软件或测量软件或者NC控制装置处理，以便因此确定转子位置或静止位置。这又确定刀具使用位置或工件加工位置或通过这样的电动机驱动的夹紧元件的位置或用于工件的夹紧装置的位置。必要时在机器控制装置中为了评价转子位置而设置单独的控制回路或者为此编程的微控制器。
除了降低驱动装置所需的结构空间之外，同步电机的使用还具有其它优点。总体上降低维修成本，因为取消了发送器线、发送器和发送器接口。同步电机允许高动态性和无滞后的运动。除了减小空间需求之外，它也具有小重量，但是具有高效率和高可用性。可以按简单的方式方法将位置的确定集成到本发明的加工机的机器控制装置中，得到现有机器的改装可能性或加装可能性。
使用电动机相对于使用其它驱动装置类型例如液压驱动装置的另一显著优点首先在于，电动机的功率监控通过相应的电流监控可以相对简单地实现。电动机在其转子位置方面也能远比液压驱动装置更为精确地监控，并且因此能够通过构成为电动机的驱动装置的相应智能控制的方法在更换刀具时降低更换时间，因为通过由驱动装置驱动的元件例如夹紧元件的位置精确地确定刀具的状态，例如被牢固夹紧、保持但尚未夹紧或者正好松开或释放以便更换刀具。在此对于该目的，使用电动机与由现有技术已知的液压驱动装置相比具有显著优点。
附图说明
在附图中尤其是在实施例中示意描述本发明。其中：
图1、图2a和图3分别显示本发明加工机的刀具主轴的侧视图；
图2b显示按本发明的按图2a的加工机的端面的俯视图。
具体实施方式
在附图中，相同的或彼此对应的元件分别设有相同的附图标记，因此只要不是有目的的，就不重新说明。
在图1、图2a和图3中，在各图的右侧区域中分别表示两个不同的位置，并且以字母a和b标记。加工机的构造适合于通过在此描述的加工机实现两个使用领域或使用模式。为此，在刀具主轴6中，尤其是在背离加工刀具1的一侧(在图1、图2a、图3中在右侧显示)，设有单独的驱动装置，其执行元件带有附图标记5，该附图标记也代表驱动装置。附图示意显示执行元件5的两个不同的位置。在关于中轴线63位于上方的上半部2中显示正常位置4b，在下半部中显示加工刀具1的固定位置4a。驱动装置5或者说其执行元件5同样在两个不同位置5a、5b中描述。在位置4a中，横截面构成为C形的执行元件5a从背后作用于牵引元件50，该牵引元件在其端部上构成为锤头形的。牵引元件50与未另外描述的内装件连接，这些内装件最后操纵夹紧装置的夹紧元件，并且因此将加工刀具1固定在刀具接纳部2中。牵引元件50朝右的后退运动用作用方向3表示。该作用方向3最后也引起加工刀具1拉入轴6的前部区域或者说朝右拉入。在附图中示意描述的并且用标记5表示的驱动装置可以具有不同的实施形式。驱动装置5可以构成为电动机或液压马达或者说液压驱动装置。电动机本身可以构成为同步电机、异步电机或直流电机，使用无发送器的同步或异步电机在转子位置识别或静止位置识别方面以及在结构尺寸方面具有决定性的优点。
在图1所示实施例中，通过驱动装置5的运动拉回加工刀具1，使得加工刀具的刀具接纳部2施加轴向力到旋转轴承或滚动轴承20上。刀具底脚11此时插入在刀具接纳部2中，夹紧装置的元件仅示意描述，刀具接纳部2在滚动轴承或旋转轴承20中围绕旋转轴线或纵轴线63可旋转地支承。通过由驱动装置5引起的力F在作用方向3上朝右偏移，在旋转轴承20中构成相应的轴向力，其导致，旋转间隙被补偿并且因此旋转轴承20或者说旋转运动被固定。但是如果旋转轴承20的旋转运动被取消，那么加工刀具1也不能再旋转并因此也被固定。
在图1显示的实施例中，加工刀具1间接地通过旋转轴承20的固定而被固定。
图2a、2b和图3相反还显示一种变型，其中加工刀具1本身也就是说直接通过牵引元件50的位置由驱动装置5引起地固定。
在此，加工刀具1带有支持装置7，其通过套到加工刀具上的支持板或者支持颈圈70构成。支持板70的尺寸大于加工刀具1的刀具柄的直径。在支持板70的背离刀具尖10的一侧上，支持装置7具有多个支持元件71例如支持销钉71，它们在刀具接纳部2旁边在主轴头部60上沿轴向方向支持在支持区域61或支持环61上。
加工刀具1在关于旋转轴线63在圆周方向上的固定在此通过支持元件71在支持区域61上的摩擦实现。为了达到转矩的较好支持，按本发明，在图3中建议一种改进。在下面的支持销钉71上实现转矩支持结构72。该转矩支持结构通过支持销钉71的背离支持板70的端部形锁合地(formschlüssig)插入到支持区域61的孔62中而构成。
尽管本发明借助于描述极多细节的具体实施例进行说明，但是要指出，这仅仅用于解释，而本发明不必限制于此，因为参考公开内容，有选择的实施例和方式对于本领域技术人员是清楚可见的。相应地考虑那些不会偏离本发明内容的修改。

Claims (10)

1.加工机，用于加工一个或多个工件，该加工机包括加工刀具，该加工刀具在加工机的刀具主轴的刀具接纳部内间接地或直接地通过刀具夹紧装置固定，并且刀具夹紧装置具有至少一个刀具夹紧元件，所述刀具夹紧元件与加工刀具间接或直接相互作用，其特征在于：设置电动机或者弹簧装置用于产生夹紧力，并且电动机或弹簧装置与刀具夹紧元件处于作用连接，或者至少一个由电动机驱动的器件作用到弹簧装置上用于从刀具夹紧装置中释放加工刀具(1)。
2.加工机，尤其是按权利要求1所述的加工机，用于加工一个或多个工件，该加工机包括加工刀具，该加工刀具在加工机的刀具主轴的刀具接纳部内间接地或直接地通过刀具夹紧装置固定，并且刀具夹紧装置具有至少一个刀具夹紧元件，所述刀具夹紧元件与加工刀具间接或直接相互作用，其特征在于：刀具主轴(6)具有驱动装置(5)，该驱动装置沿着作用方向(3)经由牵引元件固定加工刀具(1)，和/或加工刀具(1)关于刀具主轴(6)的纵轴线(63)沿轴向是能固定的。
3.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：加工刀具(1)关于刀具主轴(6)的纵轴线(63)在圆周方向上是能固定的。
4.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：根据牵引元件的由机器控制装置设定的并且通过驱动装置引起的位置，位于刀具主轴(6)中的加工刀具(1)作为旋转切削刀具例如钻头或铣刀用于自旋转的切削加工，或者作为车刀用于自身不旋转的切削加工。
5.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：刀具接纳部(2)在旋转轴承(20)中围绕旋转轴线或纵轴线(63)可旋转地支承，并且加工刀具(1)的固定通过关于旋转轴线或纵轴线(63)沿轴向的旋转轴承(20)实现。
6.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：设置电动机或液压驱动装置或者说液压马达作为驱动装置。
7.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：驱动装置是电动机或者伺服电机尤其是同步电机、异步电机或直流电机和/或无发送器的同步或异步电机，和/或同步电机构成为永久磁铁激励的同步电机(PMSM)；尤其是：在同步电机中设定无发送器的转子位置确定、尤其是无发送器的静止位置识别和/或转子位置确定能用软件控制或用NC控制地实现。
8.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：驱动装置(5)在不同于作用方向(3)的、优选与作用方向相反的释放方向上用于从刀具夹紧装置中释放加工刀具(1)。
9.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：加工刀具(1)带有支持装置(7)，固定的加工刀具(1)通过支持装置支持在主轴头部(60)上。
10.根据上述权利要求任一项或多项所述的加工机，其特征在于：作用方向(3)从刀具尖(10)朝保持于刀具接纳部(2)中的刀具底脚(11)定向。
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