CN103128582B - 高频主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频主轴，其带有机器主轴（3）、松开单元（23）以及夹紧单元（2），该夹紧单元可在夹紧位置与松开位置之间移位，且具有至少一个夹紧部件，通过受弹簧加载的拉紧螺栓（6）的轴向位置改变来实现使得该夹紧部件径向地朝向主轴纵轴线（42）移动，该夹紧部件被设置用于通过形状配合和径向的力传递对配属于高频主轴的刀具或刀架（7）进行轴向的位置固定。至少一个夹紧部件实现为保持在球保持架（10）中的锁止球（13），用于与刀具中的或者刀架（7）中的对应的球承载件（14）配合作用。

Description

高频主轴

技术领域

本发明涉及一种高频主轴，其带有机器主轴、松开单元以及夹紧单元，该夹紧单元可在夹紧位置与松开位置之间移位，且具有至少一个夹紧部件，通过受弹簧加载的拉紧螺栓的轴向位置改变来实现使得该夹紧部件径向地朝向主轴纵轴线移动，该夹紧部件被设置用于通过形状配合和径向的力传递对配属于高频主轴的刀具或刀架进行轴向的位置固定。

背景技术

高频主轴的特点是其大于或等于50,000转/分钟的高转速。已知有各种不同的方法用来更换和夹紧刀具或刀架。在此有手动夹紧系统和自动夹紧系统之分。手动夹紧系统用手进行刀具更换和刀具夹紧。而自动夹紧系统则利用弹簧和可更换的夹紧钳进行刀具夹紧，如由DE 199 20 264 B4已知。

但在使用夹紧钳情况下，在工作中刀具会发生沿着主轴纵轴线的轴向移动，这导致工件加工不精确。此外，利用带夹紧钳的自动夹紧系统的高频主轴的问题在于，刀具的更换牵涉到夹紧钳的更换，因而非常耗费时间。基于刀柄锥（Schaftkegel）或空心刀柄锥的自动夹紧系统由于构造条件而需要相对大的主轴直径。自动夹紧系统的另一个问题是，解除夹紧。在此，通常经由静止的松开活塞对主轴轴承施加压力。特别是对于高频主轴来说，这种轴向压力对主轴轴承的寿命有不利影响。

发明内容

本发明的目的在于，针对开头所述类型的高频主轴避免上述缺点。

根据本发明，针对开头所述类型的高频主轴实现所述目的的方式为，把至少一个夹紧部件实现为保持在球保持架中的锁止球，用于与刀具中的或者刀架中的对应的球承载件配合作用。这导致构造简单，由此还可以实现高频主轴的非常紧凑的结构。

对于高频主轴来说有益的是，至少一个锁止球至少有双份。这导致改善配属于高频主轴的刀具或刀架的夹紧能力，由此改善使用者的操作性，且对高频主轴的回转性有积极影响。

已表明，对于高频主轴的应用性能特别有益的是，可以实现高频主轴外直径小于15毫米，优选小于或等于10毫米。本发明的高频主轴由此也能应用在以高频主轴的非常紧凑的尺寸为前提条件的领域中。这里应示范性地提及牙科领域。

此外对于本发明的高频主轴来说有利的是，机器主轴配设有用于容纳球保持架的夹紧段壳体（Spannsatzgehäüse），且球保持架可在夹紧段壳体中轴向地移动。由于球保持架可轴向移动，实现了轴向的长度补偿，由此保证把刀具锥可靠地拉入到主轴锥（Spindelkegel）中。这一方面具有构造上的优势，另外由于球保持架可轴向移动还保证了高频主轴的功能性。

此外已表明对于本发明的高频主轴的用户友好性特别有益的是，利用配属于球保持架的弹簧来实现把刀具或刀架主动地拉入，该弹簧的弹性作用与拉紧螺栓的夹紧弹簧相反，该弹簧相对于夹紧段壳体的轴向移动受设置在夹紧段壳体或机器主轴中的螺栓及与其对应的位于球保持架中的深孔的限制。由此实现把刀具或刀架主动地拉入，这在实质上有助于方便地操作高频主轴。另外，由此保护拉紧螺栓的夹紧弹簧免于过载，这对高频主轴的寿命有积极影响。

此外对于本发明的高频主轴来说有益的是，拉紧螺栓在面向刀具或刀架的端部上具有夹紧锥体，该夹紧锥体被设置用于使得锁止球径向地移位。这导致夹紧单元的高运行可靠性。

另外对于本发明有利的是，刀具或刀架配设有空心锥，为了在空心锥内侧面上对刀具或刀架进行轴向位置固定，设置有用于与锁止球配合作用的球承载件特别是抓合滚动槽（Greifrille）。由此在夹紧位置防止刀具或刀架发生轴向移动。

此外已表明对于本发明的高频主轴有益的是，机器主轴配设有主轴锥，该主轴锥被设置用于与刀具的或刀架的空心锥的外侧面形成摩擦配合。由此在把刀具插入时便于刀具或刀架对中，进而也对用户友好性有积极影响。

此外对于本发明的高频主轴有利的是，球保持架和锁止球相对于拉紧螺栓的位置轴向固定，高频主轴配设有用于容纳刀柄的刀具导套，该刀具导套受合适的密封件的保护，以免遭受污物。这保证了工作可靠性，因为防止了污物侵入到高频主轴中，此外能实现更紧凑的结构，这附加地提高了高频主轴的应用能力和寿命。

已表明特别有益的是，刀具导套具有控制曲线，该控制曲线被设置用于在拉紧螺栓轴向移位时使得锁止球径向地移位。通过拉紧螺栓与锁止球的配合作用，保证本发明的高频主轴在刀柄夹紧方面具有高的工作可靠性。

另外有利的是，松开单元由多级的单一作用的气缸来实现，该气缸随着夹紧单元和机器主轴一同旋转，且由多个活塞盘构成，这些活塞盘各有一个活塞壳体和活塞相对端。由于把松开单元内置到旋转的机器主轴中，且由此导致松开单元与机器主轴同时转动，所以没有压力施加到轴承上。由于单一作用的气缸的多级性，实现了把较大的力传递到拉紧螺栓上，这允许利用作用到各个活塞上的明显减小的压力。由此减小了对安装的密封件的要求，且已有的安装空间能得到最佳利用。

此外对于本发明的高频主轴的工作可靠性和功能性来说非常有利的是，为了给活塞相对端通风，在活塞壳体与机器主轴之间设有间隙。

另外已表明特别有益的是，松开单元由双重作用的气缸来实现，该气缸与力放大器整体地构造，且配设有用于与至少一个松开球配合作用的夹紧楔。由于松开单元直接作用到拉紧螺栓上，所以并无载荷作用到主轴轴承上。这导致提高了松开单元的工作可靠性，保证了高频主轴的高寿命。

此外针对本发明的高频主轴的用户友好性和工作可靠性规定，为了实现力放大，在夹紧位置对松开压力管路施加压缩气体，由此使得双重作用的气缸朝向拉紧螺栓轴向地移动，这种移动可通过夹紧楔转变为松开球的径向移动和由此导致的拉紧螺栓克服装备有弹簧的拉紧螺栓的弹簧的复位力进行的轴向移动，且持续时间比拉紧螺栓的轴向移动长久。由此导致的力放大减小了对要提供的压力和活塞内部的密封件的要求。

此外对本发明有益的是，刀柄的外直径经过标准化，刀柄在外圆周上配设有球承载件特别抓合滚动槽。由此能使用各种不同的刀具，这有助于本发明的高频主轴的用户友好性和多方面应用性。

为了使得本发明的高频主轴进一步小型化，以便广泛地应用例如应用在牙科领域，已表明特别有益的是，刀柄的外直径小于或等于3毫米。

附图说明

下面借助附图中所示的实施例详述本发明；其中：

图1为高频主轴的夹紧单元的第一实施方式的剖视图；

图2为高频主轴的夹紧单元的另一实施方式的剖视图；

图3为高频主轴的第一松开单元的剖视图；

图4为高频主轴的另一松开单元的剖视图。

具体实施方式

图1示出高频主轴1，其带有第一实施方式的夹紧单元2，该夹紧单元容纳在机器主轴3中。在该图中可看到，机器主轴3配设有与机器主轴3抗扭地连接的夹紧段壳体4。该图分成两部分，在上部分中示出夹紧单元2处于夹紧状态，而在下部分中示出其处于松开位置。在夹紧段壳体4上设置有夹紧弹簧5，该夹紧弹簧抑制拉紧螺栓6朝向刀具或刀架7轴向地移位。还可看到，在夹紧段壳体4中设置有螺栓8，该螺栓插入到球保持架10上的对应的深孔9中，且能使得球保持架10沿着该深孔9相对于夹紧段壳体4轴向地移位。第二弹簧11抑制这种轴向移位，该第二弹簧用于把刀具或刀架7主动地拉入。可看到拉紧螺栓6的夹紧锥体12，该夹紧锥体在锁止位置把至少一个锁止球13径向向外地夹紧在刀具的或刀架7的球承载件14中。球承载件在所示实施例中被实现为球滚动槽，通过至少一个锁止球13与球承载件14的这种形状配合，进行径向的力传递，这种力传递防止刀具或刀架7在工作中发生轴向移动。还可看到，刀具的或刀架7的面向拉紧螺栓6的端部形成为空心锥43。刀具的或刀架7的空心锥43的外侧面15具有与机器主轴3的主轴锥44的内侧面16相同的角度。这导致在把刀具或刀架7拉入时在空心锥43的外侧面15与机器主轴3的主轴锥44的内侧面16之间进行附加的摩擦配合。在松开位置示出，拉紧螺栓6朝向夹紧弹簧5移位，夹紧锥体12在松开位置不再与锁止球13配合作用，该锁止球由此能退回到球保持架10中，这导致能把刀具或刀架7从高频主轴1中取出。还可看到，空心锥43的外侧面15与主轴锥44的内侧面16的摩擦配合通过拉紧螺栓6作用到空心锥43的平面17上的压力来实现。

图2示出本发明的高频主轴1，其带有另一实施方式的夹紧单元2。在这里，机器主轴容纳着刀具导套18，该刀具导套具有用于插入刀柄20的开口19，并利用合适的密封件21保护高频主轴1的内部免受污物。在该图的上部分中示出本发明的高频主轴1的夹紧单元2的另一实施方式，其处于夹紧位置。在这里，球保持架10与拉紧螺栓6抗扭地连接，在拉紧螺栓6轴向地移位时，至少一个锁止球13通过控制曲线在松开位置与夹紧位置之间径向地移位，该控制曲线设在刀具导套18的内圆周面上。在夹紧位置，至少一个锁止球13压入到设置于刀柄20外圆周面上的球承载件14中，由此引起径向的力传递，这种力传递防止刀柄20在工作中发生意料不到的轴向移位。在该图的下部分中示出处于松开位置的夹紧单元2。在这里可看到，拉紧螺栓6顶压夹紧弹簧5朝向刀柄20轴向地移动，这导致锁止球13与刀柄20的球承载件14的形状配合被取消。此外，在拉紧螺栓6轴向地移位时，刀柄20主动地从刀具导套18中抛出，这是因为拉紧螺栓6与刀柄20的平面17配合作用。在该图的右侧示出第一松开单元23，其细节在图3中示出。

图3示出本发明的高频主轴1的松开单元23的第一实施方式。该图的上部分示出松开单元23处于夹紧位置，而下部分则示出松开单元23处于松开位置。由于机器主轴3的内直径很小，所以无法实现简单的松开活塞，因为这将需要很高的压力用来松开系统。为了增大活塞面积―这需要较小的压力，使得多个―在所示实施例中恰好为三个―活塞盘24相互粘接且前后串联。在这种情况下，松开单元23随着夹紧单元2和机器主轴3一同旋转。由于把松开单元23如此地内置到旋转的机器主轴3中，所以在松开过程中就不会有压力施加到机器主轴3的轴承上。在这种情况下，松开压力在中央经由转子的后面的主轴端部25馈入，并经由活塞盘24上的中间孔26引入到活塞室27中。通过活塞壳体的外壳29对活塞相对端28进行通风。回风经由设在转子后平面中央的卸载孔30排出。安置在转子轴32与最后一个活塞盘24之间的平面密封件31防止在送风与出风之间发生空气交换。在这里，松开单元23利用固定螺钉33轴向地固定在机器主轴3中。在此，利用复位弹簧34的作用抑制活塞盘24从夹紧位置移位到松开位置。

图4示出本发明的高频主轴1的松开单元23的另一实施方式。这里同样在该图的上部分中示出松开单元23处于夹紧位置，而在下部分中示出其处于松开位置。在所示实施方式中可观察到，松开单元23由一个双重作用的气缸35来实现。在所示实施例中，这种双重作用的实现方式为，设置两个压力管路，其中夹紧压力管路36被设置用于夹紧单元2的夹紧，而松开压力管路37被设置用于该夹紧单元的松开。就该松开单元23而言，双重作用的气缸35的活塞38并不直接作用到装备有夹紧弹簧5的拉紧螺栓6上。活塞38配设有夹紧楔39，该夹紧楔在朝向拉紧螺栓6轴向地移动时引起松开球40沿着配属于拉紧螺栓6的斜面41径向地移动，而这又引起拉紧螺栓6轴向地移动到松开位置。在此，夹紧楔39和拉紧螺栓6的斜面41经过设计，使得活塞38的长距离轴向移动转变为拉紧螺栓6的短距离轴向移动。

附图标记清单

1 高频主轴

2 夹紧单元

3 机器主轴

4 夹紧段壳体

5 夹紧弹簧

6 拉紧螺栓

7 刀具或刀架

8 螺栓

9 深孔

10 球保持架

11 弹簧

12 夹紧锥体

13 锁止球

14 球承载件

15 空心锥的外侧面

16 主轴锥的内侧面

17 平面

18 刀具导套

19 开口

20 刀柄

21 密封件

23 松开单元

24 活塞盘

25 主轴端部

26 中间孔

27 活塞室

28 活塞相对端

29 活塞壳体的外壳

30 卸载孔

31 平面密封件

32 转子轴

33 固定螺钉

34 复位弹簧

35 双重作用的气缸

36 夹紧压力管路

37 松开压力管路

38 活塞

39 夹紧楔

40 松开球

41 斜面

42 主轴纵轴线

43 空心锥

44 主轴锥

Claims (19)

1.一种高频主轴，带有机器主轴（3）、松开单元（23）以及夹紧单元（2），该夹紧单元可在夹紧位置与松开位置之间移位，且具有至少一个夹紧部件，通过受弹簧加载的拉紧螺栓（6）的轴向位置改变来实现使得该夹紧部件径向地朝向主轴纵轴线（42）移动，该夹紧部件被设置用于通过形状配合和径向的力传递对配属于高频主轴的刀具或刀架（7）进行轴向的位置固定，其特征在于，至少一个夹紧部件实现为保持在球保持架（10）中的锁止球（13），用于与刀具中的或者刀架（7）中的对应的球承载件（14）配合作用，机器主轴（3）配设有用于容纳球保持架（10）的夹紧段壳体（4），在该夹紧段壳体（4）与所述球保持架（10）之间设置有压缩弹簧（11），该压缩弹簧直接地且持久地作用到球保持架（10）上，利用配属于球保持架（10）的压缩弹簧（11）来实现把刀具或刀架（7）主动地拉入，该压缩弹簧的弹性作用与拉紧螺栓（6）的夹紧弹簧（5）相反。

2.如权利要求1所述的高频主轴，其特征在于，至少一个锁止球（13）至少有双份。

3.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，能够实现高频主轴外直径小于15mm。

4.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，球保持架（10）可在夹紧段壳体（4）中轴向地移动。

5.如权利要求4所述的高频主轴，其特征在于，该球保持架相对于夹紧段壳体（4）的轴向移动受设置在夹紧段壳体（4）或机器主轴（3）中的螺栓及与其对应的位于球保持架（10）中的深孔（9）的限制。

6.如权利要求4所述的高频主轴，其特征在于，拉紧螺栓（6）在面向刀具或刀架（7）的端部上具有夹紧锥体（12），该夹紧锥体被设置用于使得锁止球（13）径向地移位。

7.如权利要求5-6中任一项所述的高频主轴，其特征在于，刀具或刀架（7）配设有空心锥（43），为了在空心锥（43）内侧面上对刀具或刀架（7）进行轴向位置固定，设置有用于与锁止球（13）配合作用的球承载件（14）。

8.如权利要求7所述的高频主轴，其特征在于，机器主轴（3）配设有主轴锥（44），该主轴锥被设置用于与空心锥（43）的外侧面（15）形成摩擦配合。

9.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，球保持架（10）和锁止球（13）相对于拉紧螺栓（6）的位置轴向固定，高频主轴配设有用于容纳刀柄（20）的刀具导套（18），该刀具导套受合适的密封件（21）的保护，以免遭受污物。

10.如权利要求9所述的高频主轴，其特征在于，刀具导套（18）具有控制曲线，该控制曲线被设置用于在拉紧螺栓（6）轴向移位时使得锁止球（13）径向地移位。

11.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，松开单元（23）由多级的单一作用的气缸来实现，该气缸随着夹紧单元（2）和机器主轴（3）一同旋转，且由多个活塞盘（24）构成，所述活塞盘各有一个活塞壳体（29）和活塞相对端（28）。

12.如权利要求11所述的高频主轴，其特征在于，为了给活塞相对端（28）通风，在活塞壳体（29）与机器主轴（3）之间设有间隙。

13.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，松开单元（23）由双重作用的气缸（35）来实现，该气缸与力放大器整体地构造，且配设有用于与至少一个松开球（40）配合作用的夹紧楔（39）。

14.如权利要求13所述的高频主轴，其特征在于，为了实现力放大，在夹紧位置对松开压力管路（37）施加压缩气体，由此使得双重作用的气缸（35）朝向拉紧螺栓（6）轴向地移动，这种移动可通过夹紧楔（39）转变为至少一个松开球（40）的径向移动和由此导致的拉紧螺栓（6）克服装备有弹簧的拉紧螺栓（6）的夹紧弹簧（5）的复位力进行的轴向移动，且持续时间比拉紧螺栓（6）的轴向移动长久。

15.如权利要求1-2中任一项所述的高频主轴，其特征在于，能够实现高频主轴外直径小于或等于10mm。

16.如权利要求7所述的高频主轴，其特征在于，所述球承载件（14）是抓合滚动槽。

17.一种带有刀柄（20）的刀具，用于锁定在根据权利要求9-14中任一项的高频主轴中，其特征在于，刀柄（20）的外直径经过标准化，刀柄（20）在外圆周上配设有球承载件（14），其中利用配属于球保持架（10）的压缩弹簧（11）来实现把刀具主动地拉入，该压缩弹簧的弹性作用与拉紧螺栓（6）的夹紧弹簧（5）相反。

18.如权利要求17所述的带有刀柄（20）的刀具，其特征在于，刀柄（20）的外直径小于或等于3mm。

19.如权利要求17所述的带有刀柄（20）的刀具，其特征在于，所述球承载件（14）是抓合滚动槽。