CN103118833B - 用于车削加工的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机床。机床具有机电一体化组件，该机电一体化组件具有机器主轴。机床包括容纳在机器主轴上的组合式刀盘，该组合式刀盘具有基体以及至少一个相对于该基体可调节的、用于容纳刀具的工作滑块。机电一体化组件包含作用在工作滑块上的调节电机。机床具有容纳机电一体化组件的、带有活节单元的支承装置，在该活节单元上机电一体化组件至少可以围绕第一轴线和不同于该第一轴线的第二轴线摆动。根据本发明，调节电机在机电一体化组件中如此定位，使调节电机的重力至少部分补偿当机电一体化组件围绕第一轴线和/或第二轴线枢转时由组合式刀盘的重力产生的旋转力矩。由此用微小的力消耗实现对机电一体化组件的调定并保证非常高的加工准确性。

Description

用于车削加工的机床
技术领域
本发明涉及一种用于车削加工的机床，特别是用于加工气缸盖上的阀座的机床，该机床具有机电一体化组件，该机电一体化组件具有机器主轴；该机床还具有容纳在机器主轴上的组合式刀盘，该组合式刀盘具有一个基体和至少一个相对于该基体可调节的、用于容纳刀具的工作滑块；该机床还具有作用在所述工作滑块上的调节电机以及容纳所述机电一体化组件的支承装置。
背景技术
这种类型的机床由FR 2 832 658 A1已知。这种机床包括机电一体化组件。这种机床的机电一体化组件容纳在支承装置上。机电一体化组件包含组合式刀盘。该组合式刀盘连接在具有旋转轴线的机器主轴上。组合式刀盘构造有导向销。组合式刀盘具有可调节的、固定有切削刀具的容纳单元。为了调节容纳单元，机电一体化组件包含调节电机。机电一体化组件中的调节电机关于机器主轴的旋转轴线错位地在侧边设置在机器主轴的组合式刀盘侧的端部。调节电机和用于切削刀具的容纳单元通过行星齿轮传动装置来耦联。为了加工阀座而将组合式刀盘的导向栓引到阀孔中。然后通过驱动机器主轴而使组合式刀盘进行转动。切削刀具则围绕机器主轴的旋转轴线转动。调节电机的设置结构产生的结果是，在机床中，机电一体化组件的质量重心位于设置组合式刀盘的附近。因此需要高的力矩来调定机床中的机电一体化组件。此外，调节电机关于机器主轴的旋转轴线在侧边的设置结构产生使热不对称地进到组合式刀盘中的结果。这导致刀具调定的不准确性。
发明内容
由此出发，本发明目的在于，提供一种特别是用于再加工气缸盖上的阀座的具有机电一体化组件的机床，该机床用微小的力消耗就能够实现对机电一体化组件的调定并且保证非常高的加工准确性。
所述目的通过如此的机床来实现，在该机床中支承装置包括活节单元，在该活节单元上，机电一体化组件至少可以围绕第一轴线和不同于该第一轴线的第二轴线摆动，其中，调节电机在机电一体化组件中如此定位，使调节电机的重力FV至少部分补偿当机电一体化组件围绕第一轴线和/或第二轴线枢转时由组合式刀盘的重力FG产生的旋转力矩。
本发明的主旨在于，将具有可移位的切削刀具的机电一体化组件如此容纳在机床中的活节单元中，使机电一体化组件的质量重心接近于活节单元的旋转轴线或位于活节单元的旋转轴线上。本发明的另一个主旨是，将用于工作滑块的调节电机在机电一体化组件中以距组合式刀盘一定的距离设置，由此避免热不期望地从调节电机进到组合式刀盘中。
有利的是，机电一体化组件具有驱动机器主轴的主轴电机，该主轴电机包括与机器主轴旋转耦联的转子。机器主轴具有空心轴几何结构。调节电机有利地具有作用在工作滑块上的转子，其中，主轴电机的转子旋转轴线和调节电机的转子旋转轴线与机器主轴的旋转轴线排成一直线。
还有利的是，机器主轴以至少一个第一枢轴承和第二枢轴承支承在与主轴电机的定子不相对转动地(drehfest)连接的、优选构造为套筒的壳体中，其中，主轴电机在第一枢轴承与第二枢轴承之间作用在机器主轴上。
为了使机电一体化组件沿机器主轴的旋转轴线的方向移位，壳体具有优选构造为齿杆的作用部段。为了传递能量和数据在壳体上固定有初级线圈，该初级线圈和定位在容纳部上的二级线圈构成用于能量和数据的感应传递段。
通过把调节电机设置在主轴电机的背离组合式刀盘的那侧，可以实现使机电一体化组件的质量重心位于活节单元的区域中。
有利的是，机器主轴构造为空心主轴，与调节电机的转子旋转耦联的驱动轴为了使工作滑块与调节电机运动耦联而穿过所述空心主轴。由此可以在小的自身重量的情况下通过机器主轴传递高的旋转力矩。
在本发明的改进方案中，调节电机通过与驱动轴连接的传动装置而沿调节方向作用在工作滑块上。传动装置可以包括例如设置在组合式刀盘中的转换传动装置，该转换传动装置将驱动轴的旋转运动转换为工作滑块的线性运动。特别地，传动装置可以包括转换调节电机的转子的旋转运动的、优选构造为行星齿轮传动装置或谐波传动装置(harmonicdrive)的减速传动装置。该减速传动装置也可以设置在组合式刀盘里。但是也可以将所述减速传动装置定位在调节电机与驱动轴之间。
有利的是，将调节电机的定子相对机器主轴固定地设置。
通过在构造为空心主轴的机器主轴中设置用于功能通道的、构造为窗户状的穿孔，可以将电导线和液体管道引导向组合式刀盘。
有利的是，将调节电机设置在固定在机器主轴上的容纳部上，该容纳部具有用于功能通道的回转接头，该回转接头通到优选在容纳部的壁或空隙中延伸的功能通道中。优选机电一体化组件具有至少一个用于流体的功能通道，特别是用于冷却剂的功能通道和/或用于将能量和/或数据传递到组合式刀盘中的电导线的功能通道。该功能通道可以例如构造为位置固定地安装在机电一体化组件中的管线或软管，该管线或软管通过机器主轴来运动。特别是用于将刀具位置传递到组合式刀盘中的电导线是有利的。有利的是，功能通道具有用于连接各功能通道部段的连接件。该措施能够实现机电一体化组件的模块化结构和磨损件的简单更换。
驱动轴也可以构造有至少一个用于流体的功能通道，特别是用于冷却剂的功能通道和/或构造有用于传递能量和数据的电导线。为了减小惯性力矩和重力，有利的是将驱动轴设计为空心轴。
活节单元有利地构造为具有球中心的球形活节，机电一体化组件可以围绕该球中心摆动。机电一体化组件中的调节电机的质量重心则设置在球中心的背离组合式刀盘的那侧。通过使所述球形活节具有容纳在气体轴承、流体静力轴承或磁力轴承中的活节体，可以使机电一体化组件无需力消耗或仅仅需要很小的力消耗就可以精确地运动。机床中的活节单元优选为具有气垫的球形活节，该球形活节适用于自动对准，如其在EP 0 833 711 B1中所描述的那样。在机床中可以设置用于夹紧和/或锁定轴承中的接头球体的装置。有利的是，活节单元在支承装置中是可水平移位的和/或可垂直移位的。
为了对准机器主轴的旋转轴线，组合式刀盘包括导向销，该导向销作用为对中心栓并且与机器主轴的旋转轴线排成一直线。这使机床的机器主轴能够实现与气缸盖中的阀座上的开口的轴线或与孔的轴线的自动对准。
有利的是，在机电一体化组件中设置测定机器主轴的转速的旋转编码器和/或在机电一体化组件中整合测定工作滑块的位置的位置编码器。
为了容纳内燃机的气缸盖，机床包含夹紧装置。机电一体化组件优选包含旋转分配器。该旋转分配器能够实现将流体可控制地分配到不同的功能通道上。
附图说明
下面参照在附图中示意性示出的实施例进一步阐述本发明。
附图中：
图1示出用于再加工阀座的具有机电一体化组件的机床，该机电一体化组件包括组合式刀盘；
图2示出具有组合式刀盘的机电一体化组件；和
图3示出阀座上带有切削刀具的组合式刀盘。
具体实施方式
图1中的机床100有用于内燃机的气缸盖104的夹紧装置108。机床100包含机电一体化组件10。机电一体化组件10有一个具有切削刀具的组合式刀盘18。机电一体化组件10位于套壳111里。机电一体化组件10在套壳111中可线性运动地引导。机电一体化组件10和套壳111一起容纳在支承装置106上。支承装置106包括机架206。机架206是用于导向滑块210的支架。导向滑块210带有用于机电一体化组件10的活节单元110。活节单元110构造为气垫支承的球形活节。球形活节具有构造在导向滑块210中的接头外壳312。用于机电一体化组件10的套壳111具有活节体214。该活节体214具有球面轮廓。支承装置106设计为门架。支承装置106具有支承机架206的托架支柱204。
在机架206上，导向滑块210可以在气垫上沿两个空间方向作水平运动。带有机电一体化组件10的活节单元110的导向滑块210因此可以在机架206上在水平的平面内近似不受力地移位。
在球形活节中的气垫是可控制的。气垫用作气体轴承(Luftlager)。球形活节具有旋转中心114。起动气体轴承时，机电一体化组件10和套壳111在气体支承的球形活节中可以围绕与旋转中心114相交的水平轴线115按照双箭头216摆动并且可以按照双箭头218围绕与旋转中心114相交的水平轴线116运动以及可以围绕与旋转中心114相交的垂直轴线117旋转。
机电一体化组件10包括带有切削刀具的组合式刀盘18。该组合式刀盘18具有导向销80。该导向销80用来将切削刀具准确地定位在阀座上。
机床100具有可调节的桌台107，该桌台具有用于具有一个或多个阀座102的内燃机的气缸体104的夹紧装置108。
机电一体化组件10包括构造为套筒的壳体66。该套筒具有构造为齿杆的用于驱动单元112的作用部段68。驱动单元112容纳在套壳111上。借助于驱动单元112可以使机电一体化组件10按照双箭头224在套壳111中运动。
图2详细示出了机床100中的机器组件10。机电一体化组件10包含机器主轴12。该机器主轴12有旋转轴线34。组合式刀盘18连接在机器主轴12上。组合式刀盘18带有切削刀具25。为了驱动机器主轴12在机电一体化组件10中有主轴电机14。主轴电机14容纳在机电一体化组件10的壳体66中。借助于主轴电机14，带有切削刀具25的组合式刀盘18可以转动。
组合式刀盘18上的切削刀具25是可调节的。为此，切削刀具固定在组合式刀盘中的工作滑块22上。工作滑块22可以在组合式刀盘18的基体20内的线性导向机构中运动。工作滑块22配置有调节电机24。该调节电机24有一个质量重心27。调节电机24容纳在机电一体化组件10背后的部段中。该机电一体化组件10的部段背离组合式刀盘18。调节电机24位于活节单元110的旋转中心114的背离组合式刀盘18的那侧。这使调节电机24作用在其重心27的重力Fv至少部分补偿当机电一体化组件10围绕旋转中心114枢转时由作用在组合式刀盘18的重心19中的重力FG产生的旋转力矩。
如图2所示，机器主轴12以第一枢轴承60和第二枢轴承62支承在机电一体化组件10的壳体66中。为了驱动机器主轴12，机电一体化组件包含主轴电机14。该主轴电机14有与机器主轴12旋转耦联的转子16。所述主轴电机的定子64固定在机电一体化组件10的壳体中。机器主轴12是空心主轴。
调节电机24有转子26，该转子的旋转轴线32与主轴电机14的转子旋转轴线30排成一直线。所述调节电机24的转子26与用于使工作滑块22运动的驱动轴28不相对转动地连接。驱动轴28是穿过机器主轴12的空心轴。调节电机24的定子58固定在机电一体化组件10的容纳部50中。驱动轴28作用在可旋转地支承在组合式刀盘18中的、转换传动装置46中的齿轮36上。转换传动装置46有传动齿轮38、螺纹主轴40和带有螺纹的组件44。齿轮36与传动齿轮38相耦联。传动齿轮38又与螺纹主轴40刚性连接。螺纹主轴40作用在组件44的内螺纹上。组件44固定在用于切削刀具的工作滑块22上。由此工作滑块22可以借助于调节电机24按照双箭头48运动，这使通过夹持装置23容纳在工作滑块22上的切削刀具25按照双箭头50'移位。
转换传动装置46是减速传动装置。基本上转换传动装置也可以设计为行星齿轮传动装置或谐波传动装置。也可以在调节电机和驱动轴之间设置转换传动装置。
在机电一体化组件10的壳体66上为了传递能量和数据固定有初级线圈72。该初级线圈连同安装在用于调节电机24的容纳部50中的二级线圈74一起构成用于能量和数据的感应传递段。
机电一体化组件10有用于功能通道54的回转接头52。在机电一体化组件10中功能通道54通到在用于调节电机24的容纳部50的壁57中延伸的功能通道56中。也可以在容纳部50的壳体上的空隙中引导功能通道56。功能通道56通过构造为螺纹管接头的连接件79与引导向组合式刀盘18的管线76连接。当机器主轴12转动时，可以通过管线76在切削刀具25上提供吹风或冷却液。机器主轴12为此具有用于管线76的窗户状的穿孔15。
在容纳部50中也有从第二线圈74到插接件81铺设的电导线39。在插接件81上连接有电导线77形式的和电导线78形式的功能通道，该功能通道与用于测定机器主轴的转速的旋转编码器相连或者与用于测定工作滑块22的位置的位置编码器84相连。
图3示出了阀座102上的带有导向销80的组合式刀盘18的部段，该部段具有轴线81'。切削刀具25是更换刀片。该更换刀片25安装在固定在工作滑块22上的刀片夹具23中。借助于调节电机24可以使工作滑块22按照双箭头48运动。通过主轴电机14可以使组合式刀盘18围绕轴线34按照双箭头306转动。图1所示的驱动单元112能够使组合式刀盘18和套筒66实现按照双箭头224沿机器主轴的旋转轴线34的方向移位。在活节单元110中组合式刀盘可以围绕中心纵向地按照双箭头216、218枢转。机电一体化组件10这样能够实现阀座102上的任意旋转对称的面轮廓103的加工。
总之确定了下面的优选特征。本发明涉及一种用于车削加工的机床100，通过该机床特别可以加工气缸盖104上的阀座102。该机床100具有包含机器主轴12的机电一体化组件10。该机电一体化组件10包括容纳在机器主轴12上的组合式刀盘18，该组合式刀盘具有一个基体20以及至少一个相对于所述基体20可调节的、用于容纳刀具的工作滑块22。机电一体化组件10包含作用在工作滑块22上的调节电机24。所述机床100具有容纳机电一体化组件10的支承装置106。该支承装置106包括活节单元110，在该活节单元上，机电一体化组件10至少可以围绕第一轴线和不同于该第一轴线的第二轴线116摆动。调节电机24在机电一体化组件10中如此定位，使调节电机24的重力Fv至少部分补偿当机电一体化组件10围绕第一轴线和通过第二轴线116枢转时由组合式刀盘18的重力FG产生的旋转力矩。

Claims (41)

1.机床(100)，用于车削加工，该机床具有机电一体化组件(10)，该机电一体化组件具有机器主轴(12)；该机床具有容纳在所述机器主轴(12)上的组合式刀盘(18)，该组合式刀盘具有一个基体(20)以及至少一个相对于所述基体(20)可调节的、用于容纳刀具(25)的工作滑块(22)；该机床具有作用在所述工作滑块(22)上的调节电机(24)；该机床还具有容纳所述机电一体化组件(10)的支承装置(106)，其特征在于：所述支承装置(106)包括活节单元(110)，在该活节单元上所述机电一体化组件(10)至少能围绕第一轴线和不同于该第一轴线的第二轴线(116)摆动，其中，所述调节电机(24)在所述机电一体化组件(10)中如此定位，使所述调节电机(24)的重力(FV)至少部分补偿当所述机电一体化组件(10)围绕所述第一轴线和/或所述第二轴线(116)枢转时由所述组合式刀盘(18)的重力(FG)产生的旋转力矩。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于：所述机床用于加工气缸盖(104)上的阀座(102)。
3.如权利要求1所述的机床，其特征在于：所述活节单元构造为具有球中心的球形活节，所述机电一体化组件(10)能围绕该球中心摆动。
4.如权利要求3所述的机床，其特征在于：所述调节电机(24)的质量重心(27)设置在所述球中心的背离所述组合式刀盘(18)的那侧。
5.如权利要求3或4所述的机床，其特征在于：所述球形活节具有活节体(214)，该活节体支承在气体轴承或流体静力轴承中，或该活节体磁性支承在磁力轴承中。
6.如权利要求5所述的机床，其特征在于：设置有用于夹紧和/或锁定轴承中的活节体(214)的装置。
7.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：所述机电一体化组件(10)具有驱动所述机器主轴(12)的主轴电机(14)，该主轴电机包括与所述机器主轴(12)旋转耦联的转子(16)，其中，所述调节电机(24)具有作用在所述工作滑块(22)上的转子(26)，并且其中，所述主轴电机(14)的转子旋转轴线(30)和所述调节电机(24)的转子旋转轴线(32)与所述机器主轴(12)的旋转轴线(34)排成一直线。
8.如权利要求7所述的机床，其特征在于，与机器主轴(12)旋转耦联的转子具有空心轴几何结构。
9.如权利要求7所述的机床，其特征在于：所述机器主轴(12)以至少一个第一枢轴承(60)和至少一个第二枢轴承(62)支承在与所述主轴电机(14)的定子(64)不相对转动地连接的壳体(66)中，其中，所述主轴电机(14)在所述第一枢轴承(60)与所述第二枢轴承(62)之间作用在所述机器主轴(12)上。
10.如权利要求9所述的机床，其特征在于，所述壳体构造为套筒。
11.如权利要求9所述的机床，其特征在于：所述壳体(66)具有用于驱动单元(112)的作用部段(68)，该驱动单元用于使所述机电一体化组件(10)沿所述机器主轴(12)的旋转轴线(34)的方向移位。
12.如权利要求11所述的机床，其特征在于：所述作用部段(68)构造为齿杆。
13.如权利要求9至12之任一项所述的机床，其特征在于：为了传递能量和数据在所述壳体(66)上固定有初级线圈(72)，该初级线圈和二级线圈(74)构成用于能量和数据的感应传递段，该二级线圈固定在与所述机器主轴(12)固定连接的、用于所述调节电机(24)的容纳部(50)上。
14.如权利要求7所述的机床，其特征在于：所述调节电机(24)设置在所述主轴电机(14)的背离所述组合式刀盘(18)的那侧。
15.如权利要求7所述的机床，其特征在于：所述机器主轴构造为空心主轴，与所述调节电机(24)的转子(26)旋转耦联的、用于使所述工作滑块(22)与所述调节电机(24)运动耦联的驱动轴(28)穿过该空心主轴。
16.如权利要求15所述的机床，其特征在于：所述调节电机(24)通过与所述驱动轴(28)连接的传动装置(46)沿调节方向作用到所述工作滑块(22)上。
17.如权利要求16所述的机床，其特征在于：所述传动装置(46)包括设置在所述组合式刀盘(18)中的转换传动装置，该转换传动装置用于把所述驱动轴(28)的旋转运动转换为所述工作滑块(22)的线性运动。
18.如权利要求16或17所述的机床，其特征在于：所述传动装置包括转换所述调节电机(24)的转子(26)的旋转运动的减速传动装置。
19.如权利要求18所述的机床，其特征在于，所述减速传动装置构造为行星齿轮传动装置或谐波传动装置。
20.如权利要求18所述的机床，其特征在于：所述减速传动装置设置在所述组合式刀盘(18)中。
21.如权利要求18所述的机床，其特征在于：所述减速传动装置设置在所述调节电机(24)和所述驱动轴(28)之间。
22.如权利要求15至17之任一项所述的机床，其特征在于：所述空心主轴具有用于一功能通道的穿孔(15)。
23.如权利要求22所述的机床，其特征在于，所述穿孔构造为窗户状。
24.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：所述调节电机(24)设置在固定在所述机器主轴(12)上的容纳部(50)上，该容纳部具有用于第一功能通道(54)的回转接头(52)，该回转接头通到在所述容纳部(50)的壁或空隙中延伸的第二功能通道(56)中。
25.如权利要求24所述的机床，其特征在于：所述调节电机(24)的定子(58)相对所述机器主轴(12)固定地设置。
26.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：所述机电一体化组件(10)具有至少一个用于流体的功能通道和/或至少一个用于电导线的功能通道，该电导线用于能量和/或数据传递，以将刀具位置传递到所述组合式刀盘(18)中。
27.如权利要求26所述的机床，其特征在于，所述至少一个用于流体的功能通道是用于冷却剂的功能通道。
28.如权利要求26所述的机床，其特征在于：所述至少一个用于流体的功能通道和/或至少一个用于电导线的功能通道是位置固定地安装在所述机电一体化组件(10)中的、通过所述机器主轴(12)运动的管线或软管。
29.如权利要求24所述的机床，其特征在于：所述第二功能通道(56)经由连接件(79)与引导向组合式刀盘(18)的管线相连。
30.如权利要求15至17之任一项所述的机床，其特征在于：所述驱动轴(28)具有至少一个用于流体的功能通道或用于电导线的功能通道，该电导线用于能量和/或数据传递。
31.如权利要求30所述的机床，其特征在于：所述至少一个用于流体的功能通道是用于冷却剂的功能通道。
32.如权利要求30所述的机床，其特征在于：所述驱动轴为了所述工作滑块(22)与所述调节电机(24)的运动耦联而构造为空心轴。
33.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：所述组合式刀盘(18)为了使所述机器主轴(12)的旋转轴线(34)与第三轴线自动对准而带有导向销(80)，该导向销与所述机器主轴(12)的旋转轴线(34)排成一直线。
34.如权利要求33所述的机床，其特征在于：所述第三轴线是孔的轴线或阀座(102)的轴线(81')。
35.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：设置有测定所述机器主轴(12)的转速的旋转编码器。
36.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：设置有测定所述工作滑块(22)的位置的位置编码器(84)。
37.如权利要求1至4之任一项所述的机床，其特征在于：所述活节单元(110)在所述支承装置(106)中是可水平移位的和/或可垂直移位的。
38.如权利要求2所述的机床，其特征在于：设置有用于容纳气缸盖(104)的夹紧装置(108)。
39.如权利要求24所述的机床，其特征在于：设置有用于可控制地将流体分配到不同的功能通道上的旋转分配器。
40.如权利要求26所述的机床，其特征在于：设置有用于可控制地将流体分配到不同的功能通道上的旋转分配器。
41.机电一体化组件(10)，其特征在于，该机电一体化组件用于按照权利要求1至40之任一项所述的机床(100)。
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