CN103328138B - 管端加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管端加工机，其为了控制关联有至少一个计算器单元并且在其中工具(13)以可径向于管调整的方式可移动地布置在经由被引导穿过主轴箱(6)的主轴(10)由马达(4)驱动的工具头(11)中，工具头(11)同轴地围绕固定地夹紧的管端旋转，其中，工具布置在构造为滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)的工具架中并且相邻的滑块共同与构造有平衡重的齿轮啮合。根据本发明，工具头(11)构造有集成的、与滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)相关联的进给马达(17)并且每个滑块关联有测量装置(24)。

Description

管端加工机
技术领域
本发明涉及一种管端加工机(Rohrendenbearbeitungsmaschine)，其为了控制关联有至少一个计算器单元并且在其中工具以可径向于管调整的方式可移动地布置在经由被引导穿过主轴箱(Spindelkasten)的主轴由驱动马达驱动的工具头(Werkzeugkopf)中，工具头同轴地围绕固定地夹紧的管端旋转，其中，工具布置在构造为滑块的工具架中并且相邻的滑块共同与构造有平衡重(Gewichtsausgleich)的齿轮啮合。
背景技术
通过文件DE4438818A1已知一种带有这样的用于加工管端的、尤其用于切割螺纹接头(Gewindeanschluss)的工具头的机床。管螺纹通常在工具单次轧过管端时被制造，其中，数字控制工具的运动。在这些机器中，实际的工具头(在其中产生管的螺纹或者还有旋拧部(Andrehung)(平面以及外倒角和内倒角)的工具以可径向地对固定地夹紧的管调整的方式来引导)特别重要。管本身被带到相对于机器的限定的位置中并且一旦管端到达其精确的位置工具进给被接通。
加工工具以均匀地分布在周缘处的方式可移动地布置在工具头处，其中，所使用的工具的数量虽然是任意的，但是在大多数情况中设置有六个工具，使其中的相应三个错位120°的工具同向地而另外三个错位120°的工具同步地反向于此地运动。这通过中央齿轮实现，承载工具的滑块的齿条与该齿轮啮合。在工具头例如1000转/分钟的高转速时，在可移动的质量处产生非常高的离心力，其反作用于待精确定位的工具的待保持得尽可能小的进给力。因此，与滑块啮合的齿轮(其实施为正齿轮)也同时用于离心力平衡。然而仅当滑块占据其中间位置、也就是说在仅仅一个中间-调整位置中时才存在完全的离心力平衡。
为了当滑块由于径向的进给不再占据与旋转轴线的相同的径向距离使得作用到其上的离心力不再一样大且不再平衡时具有补偿，从文件DE10133858A1中已知设置一种附加的平衡装置。其包括带有齿部(Verzahnung)的棒状的平衡重，齿部与跟第一滑块的齿条相接合的齿轮啮合。然而，利用该棒状的平衡重，仅通过相对小的偏转可实现平衡力矩(Gegenmoment)。在未与平衡重啮合的、另一滑块处的较大的离心力差可仅与在第一滑块和布置在两个滑块之间的齿轮上的平衡力矩相平衡。一备选方案设置成，平衡重与该齿轮相联结或集成到其中。
NC-螺纹切割头或工具头的基于这样的现有技术的至今所运行的系统基于以下工作原理。
三个彼此独立的滑块对置入工具头的基体中。
滑块(A滑块)相应配备有轴和小锥齿轮。
第二滑块(B滑块)经由齿段(联结轮)和侧向地布置在滑块处的齿条与A滑块相联结。
小锥齿轮关联有共同的盘式齿轮(Tellerrad)，其是主轴的组成部分并且经由传动级与主轴驱动和差速传动装置与主轴相连接。
经由伺服马达引入差速传动装置中的运动引起到工具头中的A滑块上的径向运动。
通过A滑块与B滑块经由中央轮或联结轮的联结来实现，部分地补偿作用到滑块上的离心作用力或离心力。
该补偿通过处于联结轮内的且经由传动装置来移动的、附加的补偿配重被进一步加强直至几乎完全的离心力平衡。
已知的管端加工机的前述结构在精度和公差方面带来缺点。因为由于在联结轮与齿条之间不可避免的齿隙(Zahnflankenspiel)对B滑块可实现任何情况下正/负0.09mm的精度，这在该示例中意味着0.18mm的逆转间隙(Umkehrspiel)(当使滑块从内向外或反过来行驶时)。因此，具有略微更高的精度的A滑块被用于螺纹切割，而B滑块被用于要求不那么高的平面、外倒角和内倒角。
对于建立高要求的高级连接(Premiumverbindung)(对此应理解成特殊连接，在其中锥形螺纹、密封座和碰撞(Sto?)有助于该连接的密封)，这些精度是不够的。因为这些连接要求在螺纹和密封座直径中小于0.01mm的精度以及小于/等于1.6μm的在密封座处和在碰撞中的表面粗糙度Ra。
发明内容
因此本发明目的在于提供一种开头所提及的类型的管端加工机，其在高的灵活性和高的过程速度的情况下同时使精度能够显著提高，从而尤其可利用该机器来建立高级连接或特殊连接。
根据本发明，该目的由此来实现，即工具头构造有集成的、与滑块相关联的进给马达(Vorschubmotor)并且每个滑块关联有测量装置。布置在工具头的基体中的进给马达、优选地扭矩马达允许在负载快速和精确的位移补偿。在与测量系统的共同作用下可实现带有所有滑块和由此直接法兰连接到滑块上的加工工具的位置一致性的持久监控的分中心的机电驱动。例如感应的或增量的测量装置/系统可与评估电子设备相联结，例如使安装在工具头中的测量系统关联有设置在可线性移动的工具滑座侧面的、带有布置在工具头的基体中的探测头的量尺(Massband)。
本发明的一优选的实施方案设置成，每个滑块为了径向的工具调整关联有受控的进给马达，因此也就是说为了工具或滑块的径向调整可实现六个受控的X轴。除了省去整个机械传动系且类似的滑块中的每个可多向地灵活地调整之外，电气的张紧方案使极其高的无间隙性成为可能，这也提供能够建立带有高精度的高级或特殊连接的前提条件。此外也可利用在X轴上的反向运动来产生球状的、锥状的或类似设计的密封组。因为由于滑块或工具的直接驱动而排除、尽可能消除了过大的逆转间隙。
当根据本发明的一有利的方案进给马达为了径向调整而加载布置在滑块中的轴时，由于直接到轴上的非常短的传动系(其构造为滚子螺纹传动装置(Rollengewindegetriebe))可进一步有利于无间隙性。
可选地可能的是，滑块对为了径向的工具调整相应关联有受控的进给马达。不同于在用于每个滑块的单独的马达中，滑块对-马达由于所需的更大扭矩相应地必须更大地来设计尺寸。然而，构造有用于滑块的测量装置(其中，测量装置可以是滑块的集成的组成部分)的工具头不仅在马达组件的一变体中而且在其另一变体中适合作为用于现有的管端加工机的改装件。
在本发明的优选的改进方案中，用于能量和数据传输部的以及控制和驱动单元的部件布置在联接在主轴箱的背侧上的壳体中并且经由在主轴中伸延的缆线引导部(Kabelfuehrung)与进给马达和工具头的测量装置相连接，其中，在有利的设计方案中功率和数据传输部以及驱动和控制单元的壳体布置在主轴上。带有三个彼此独立的置入其基体中的滑块对的NC-工具头经由机械接口(锥形容纳部(Kegelaufnahme))与主轴箱的主轴相连接。不仅用于集成在工具头中的进给马达和所属的调节器的驱动能而且在调节技术上的信息经由在(空心地构造的主轴的)固定的和旋转的零件之间的接口被传输到测量系统(其对于滑块在工具头中定位、以及对于运行和状态数据的交换是必需的)处。优选地所使用的无接触的用于能量传输以及用于数据传输(单向的能量传输和双向的数据交换)的传输技术特别适合于由于大的直径(主轴或空心轴)而引起的高的圆周速度。
为了能量传输，输入侧的整流器和逆变器作为静止的装置布置在主轴箱附近，以便能够实现与感应的气隙传递器(Luftspaltübertrager)的初级侧尽可能短的连接。用于次级侧上的整流和平滑(Glaettung)的部件可与驱动和控制单元一起安置到壳体中。
双向的数据传输有利地利用电容性的联结而实现。一方面气隙电容器(Luftspaltkondensator)的设计和另一方面传递器对污物侵入的屏蔽在此对应于对在工业领域中无干扰的运行所规定的要求。
所有数据或信号部件和功率部件与计算器单元相连接，其中，，X轴(滑块或工具的径向调整)的控制和驱动单元为了与主轴和Z轴同步(带有布置在其上的主轴箱(包括主轴的驱动马达在内)的工具滑座的线性调整(Linearanstellung))经由控制/驱动单元与上级控制/驱动单元相连接。为了轴/主轴的插补(Interpolation)，可经由总线系统将两个控制部相联结。上级控制部在此作为标准功能包含X轴的监控(包括运行图的记录在内)。
本发明的一特别的设计方案设置成，工具头的基体在滑块的相应相邻的对之间的空间中构造有凹部(Tasche)，与缆线引导部相连接的用于数据和功率传输的插头单元(Steckereinheit)布置在其中。在工具头与布置在主轴箱的背侧上的驱动和控制电子设备之间的连接因此可经由两个连接部位实现，即由带有布置在其中的缆线的缆线引导部的前端和后端提供。这一方面使工件头的简单拆卸而另一方面使有缺陷的部件的简单更换成为可能。第一连接部位因此在三重的、类似的实施方案中位于工具头的基体中的凹部中。为了松开缆线引导部的插接头(Steckeranschluss)，仅需松开在三个处于里面的凹部中的连接。凹部被封闭盖(Verschlussdeckel)封闭，从而为了接近凹部必须将其移开。在凹部与所安装的电气部件之间在底部处的内部的开口构造成使得可引导穿过缆线引导部(包括插头在内)。马达-、传感器-和测量系统的所有能量-/功率-或数据-/信号线路因此被引导到在工具头的基体中布置在凹部中的插头上。
在缆线引导部的后端处的第二插接连接或连接部位可经由作为配对件的插销(Stifteinsatz)被联接到在主轴箱背侧布置在静止的壳体中的用于能量和数据传输部的以及控制和驱动单元的部件处。
附图说明
本发明的另外的细节和特征从权利要求和在图中所示的本发明的实施方案的接下来的说明中得出。其中：
图1作为管端加工机的细节以透视性的总体视图显示了它的带有布置在其上的设备的滑座或者说工具滑座；
图2作为图1的工具滑座的细节以透视性的总体视图显示了用于布置在主轴上的工具头的传动系；
图3以透视性的正视图显示了管端加工机的工具头；
图4以沿着图3的线IV-IV的纵剖面显示了图3的工具头；
图5作为图3的细节显示了通过工具头的滑块对的横截面；以及
图6作为细节显示了通过主轴(包括布置在其上的工具头的基体和在背后或后面构造的用于数据和能量传输部以及用于功率电子设备的壳体在内)的纵剖面，其中，图上半部的纵剖面在与图下半部的平面不同的平面中伸延。
具体实施方式
在图1中示出了在其基本结构上充分已知的管端加工机的利用在机床的线性引导部上的滑动引导部1可在纵向或者说Z方向(如通过箭头所示)上往复行驶的工具滑座2。在滑座壳体3上布置有滑座4和主轴箱5。马达4经由带有小齿轮7和中间齿轮8的驱动轴6将其驱动功率传输到被引导穿过主轴箱5的空心的主轴10的外齿圈9上，布置在主轴箱6的前侧处的工具头11随主轴10旋转。在图2中在没有主轴箱的情况下示出了前述的传动系(包括工具头11在内)。
在图3中示意性地示出的工具头11具有构造在其基体12中的、成对地共同作用的三个滑块(带有由其承载的工具13)，亦即滑块对14A、14B以及15A、15B和16A、16B。为了径向调整滑块或者说滑块对以及由此由其承载的工具13，在该实施例中每个滑块14A、14B、15A、15B和16A、16B关联有构造为扭矩马达的进给马达17。可选地，滑块对各可由进给马达17来加载。
如可从图4的纵剖面中得悉的那样，为了与主轴10相连接，工具头11具有构造为锥形容纳部18的机械接口并且为了在X轴上调整滑块对于每个滑块14A、14B、15A、15B、16A、16B具有由相应的进给马达17加载的主轴19(滚子螺纹传动装置)。如图5所示，滑块在一侧处设有齿条20，其中，每个滑块对14A、14B以及15A、15B和16A、16B的各个滑块经由具有中央的、与相邻的齿条20啮合的齿轮段(Segrmentrad)22的联结轮连接部21相互连接。通过工具头11的旋转而产生的离心力经由联结轮连接部21和集成在其中的平衡重23来补偿。
为了维持所有滑块对14A、14B以及15A、15B和16A、16B的位置一致性、也就是说所有大写A滑块的和所有大写B滑块的位置一致性，在管端加工机的运行期间持久地来监控滑块。因此，在该实施例中，每个滑块集成地具有测量装置24，其包括探测头和线性接收器(Linearaufnehmer)25，如在图5中所示。可选地，通过在滑块的主轴19处的旋转发生器系统(Drehgebersystem)来确定滑块位置。
管端加工机构造有工具头11，其在其基体12的滑块对14A、14B以及15A、15B和16A、16B之间的自由空间或者说间距中设有通过盖子26(如在图3中示意性所示)封闭的凹部27，在其中安置有插头单元28，马达-、传感器-和测量系统或装置的所有能量和数据线路都被引导到插头单元28上(也参见图6)。然后使插头单元28针对性地与各个部件(进给马达、转子位置传感器、直接的测量系统)相关联。
如在图6中所示，为了功率和信号传输，主轴10构造有静止的和旋转的部分。在联接到主轴箱6的背侧(参见图1)处的截段上，主轴10设有通过外盖29封闭的用于安置控制和驱动单元31(未示出，仅通过箭头来指示)的部件的壳体30和用于容纳用于能量和数据传输部32(再次仅仅通过箭头指出)的部件的两件式的壳体33。壳体33由随主轴10旋转的内壳体33a和静止的外壳体33b构成，其中，在旋转与静止之间的分离点大约沿着线34伸延。
在主轴10中，在缆线引导部35中多个缆线伸延至控制和驱动单元31的部件的或能量和数据传输部32的部件的壳体30、33。显而易见地实施为空心轴的主轴10在其空腔中容纳有另外的、未示出的用于功率-和信号-或数据传输的部件和缆线连接。用于控制带有具有六个受控的X轴的工具头的管端加工机的不同驱动器的计算器单元在图中未示出。
附图标记清单
1滑动引导部
2工具滑座
3滑座壳体
4马达
5主轴箱
6驱动轴
7小齿轮
8中间齿轮
9外齿圈
10主轴
11工具头
12基体
13工具
14A,B滑块/滑块对
15A,B滑块/滑块对
16A,B滑块/滑块对
17进给-/扭矩马达
18锥形容纳部/机械接口
19轴(滚子螺纹传动装置)
20齿条
21联结轮连接部
22齿轮段
23平衡重
24测量装置
25线性接收器
26盖子
27凹部
28插头单元
29外盖
30壳体
31控制和驱动单元/功率电子设备
32能量和数据传输部
33壳体
33a内壳体
33b外壳体
34分离点/线
35缆线引导部
X-轴
Z-轴。

Claims (7)

1.一种管端加工机，其为了控制关联有至少一个计算器单元并且在其中工具(13)以能够径向于管调整的方式可移动地布置在工具头(11)中，所述工具头(11)经由被引导穿过主轴箱(5)的主轴(10)由马达(4)驱动，所述工具头(11)同轴地围绕固定地夹紧的管端旋转，其中，所述工具布置在构造为滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)的工具架中并且相邻的滑块共同与构造有平衡重(23)的齿轮(21)啮合，其中，所述工具头(11)构造有集成的、与所述滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)相关联的进给马达(17)并且每个滑块关联有测量装置(24)，
其特征在于，
用于能量和数据传输部(32)的部件布置在联接在所述主轴箱(5)的背侧上的第一壳体(33)中且控制和驱动单元(31)的部件布置在联接在所述主轴箱(5)的背侧上的第二壳体(30)中并且这些部件经由在所述主轴(10)中伸延的缆线引导部(35)与所述工具头(11)的测量装置(24)和所述进给马达(17)相连接。
2.根据权利要求1所述的管端加工机，其特征在于，每个滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)为了径向调整工具关联有受控的进给马达(17)。
3.根据权利要求1所述的管端加工机，其特征在于，滑块对(14A,14B;15A,15B;16A,16B)为了径向调整工具分别关联有受控的进给马达(17)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的管端加工机，其特征在于扭矩马达作为进给马达(17)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的管端加工机，其特征在于，所述进给马达(17)为了径向调整滑块而加载轴(19)，所述轴(19)布置在所述滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)中。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的管端加工机，其特征在于，所述工具头(11)的基体(12)在滑块(14A,14B;15A,15B;16A,16B)的相应相邻的对之间的空间中构造有凹部(27)，与所述缆线引导部(35)相连接的用于数据和功率传输的插头单元(28)布置在所述凹部(27)中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的管端加工机，其特征在于，其中，能量和数据传输部的第一壳体(33)以及驱动和控制单元的第二壳体(30)布置在所述主轴(10)上。
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