CN103534061B - 用于机床的刀具承载端头 - Google Patents

Abstract

刀具承载端头（1）包括：第一叉形承载结构（2），具有面向彼此的两个分支或者叉脚（2a、2b）；第二承载结构（3），绕基本上正交于所述分支或者叉脚（2a、2b）的第一轴线（A‑A）旋转地安装在所述叉形结构（2）的分支（2a、2b）之间，并且限定有内通孔（4）；第三承载结构（5），绕正交于所述第一轴线（A‑A）的第二轴线（B‑B）旋转地安装在所述第二结构（3）的所述通孔（4）中；以及刀具承载主轴（6），绕正交于所述第一和第二轴线（A‑A、B‑B）的第三轴线（C‑C）旋转地安装在所述第三承载结构（5）中。

Description

用于机床的刀具承载端头

本发明涉及一种用于机床的刀具承载端头，并且特别地涉及一种刀具承载端头。

这个类型的刀具承载端头的一个实例被描述在DE 198 50 603 A1中。

本发明的目标是提供一种刀具承载端头，该刀具承载端头具有形态使得它在具有非常高的结构刚性的同时具有最佳动态稳定性，并且使得它特别适用于在需要高切割力的、由坚硬的铁类材料或者非铁类材料(特别是钛及其合金)制成的部件或者零件上进行的排屑机械加工操作。

本发明的另一个目标是提供一种刀具承载端头，该刀具承载端头具有非常高的刀具定位精度，用于对在形状和表面光洁度两个方面都具有非常高的尺寸精度的零件和部件进行机加工。

根据本发明，这些和其他的目标用一种刀具承载端头实现，该刀具承载端头包括：第一叉形承载结构，具有面向彼此的两个分支或者叉脚；第二承载结构，绕第一轴线A-A能旋转地安装在叉形结构的分支之间，第一轴线大体上正交于分支或者叉脚；第三承载结构，绕正交于第一轴线A-A的第二轴线B-B相对于第二承载结构能旋转地安装；刀具承载主轴，绕正交于第二轴线B-B的第三轴线C-C能旋转地安装在第三承载结构中；和第一马达装置和第二马达装置，第一马达装置和第二马达装置分别适于导致分别绕第一轴线和第二轴线的第二承载结构相对于第一叉形承载结构的旋转和第三承载结构相对于第二承载结构的旋转；其中，第一马达装置和第二马达装置和相应的关联的变速器总成分别被容纳在第一叉形承载结构和第二承载结构相应分支之内，并且每个马达装置包括被耦接至单个从动齿轮的相应的电马达对，单个从动齿轮固定至相应的从动承载结构。

在一个实施方式中，第二承载结构大体上被方便地成形为矩形套管的形态。

在其他的实施方式中，第二结构可以被做成叉形或者例如平行六面体的主体的形状。

通过使用相应的旋转支撑装置，第二承载结构便利地在相对的侧部上被叉形承载结构的分支或者叉脚支撑。

类似地，如果第二承载结构是套管形的，则第三承载结构也通过使用相应的旋转支撑装置在相对的侧部上被第二承载结构支撑。

优选地，前述的第一、第二和第三轴线在单点处彼此相交。但是，有可能存在其中这些轴线不相交的实施方式，特别是其中第三轴线不与其他两轴线相交的实施方式。

方便地，叉形承载结构能够以它可以在预定方向(其优选地平行于前述第一轴线)上被平移的方式被安装在支撑结构上。这个预定方向可以是，例如，水平的或者竖直的。

可替换地，叉形承载结构可以被固定至，例如，固定的结构上，并且工件可以由能够沿三个轴线运动的结构承载。

本发明其他的特征和优点从下文中的仅以非限制性实例的方式给出的参考附图详细描述中将变得清楚，其中：

图1是根据本发明的刀具承载端头的部分截面的侧视图；

图2是与图1的视图类似的视图，示出了在不同的角度位置中的刀具承载端头的套管结构；

图3是在图1的箭头III的方向上取得的前视图；

图4是在图1中的箭头IV的方向上取得的从上方看过去的俯视图；

图5和图6是自两个变型实施方式上方的俯视图；

图7是根据本发明的刀具承载端头的一个实施方式的部分截面的侧视图，以及

图8是大体上沿图7的线VIII-VIII取得的截面图。

在图中，数字1表示根据本发明的刀具承载端头的整体。

在以实例方式说明的实施方式中，端头1包括大体上是叉形、具有面向彼此的两个分支或者叉脚2a、2b(见图，特别地，图3和图4)的第一承载结构2。

端头1还包括第二承载结构3，在图1至图4以及7-8中示出的实施方式中，第二承载结构大体上被成形为套管形，优选地大体上矩形的套管。特别地参考图4，在图示的实施方式中套管形承载结构3具有在平行于叉形结构2的分支或者叉脚2a、2b的平面中延伸的两个部分或者侧部3a、3b，以及也具有正交于这些分支或者叉脚的两个部分或者侧部3c、3d。

套管形承载结构3定义了在图中用4表示的内通孔。

特别地参考图3和图4，套管形承载结构3可绕第一轴线A-A(其与这些分支或者叉脚2a、2b相交)旋转地安装在叉形结构2的分支2a、2b之间。

图1、图2和图4中，数字5表示另外的承载结构，其以绕正交于轴线A-A的第二轴线B-B可旋转的方式被安装在套管形结构3的通孔4中。

优选地但是非必需地，轴线A-A和B-B在由O表示的点处彼此相交。

在承载结构5中，安装了已知类型的刀具承载主轴(spindle，心轴)6(图1至图3)，刀具7(比如铣刀)可以被安装在该刀具承载主轴中。

主轴6以绕正交于轴线A-A和B-B两者的第三轴线C-C可旋转的方式被安装在结构5中。

优选地但是非必需地，轴线C-C和轴线B-B在一个点(其优选地与上文中定义的点O重合)处彼此相交。

参考图4，主轴承载结构5具有接合在套管形承载结构3的部分或者侧部3c和3d中的两个相对的端部5a和5b，它们通过各自的轴承支撑件8和9绕轴线B-B可旋转地安装在所述套管形承载结构的所述部分或者侧部中。

依次地，套管形承载结构3具有延伸进入叉形结构2的叉脚2a和2b中的两个相对的端部3e和3f，在此处它们通过各自的轴承支撑座10和11绕轴线A-A被可旋转地支撑。

参考图1、图2和图4，在以实例方式说明的实施方式中，其中叉形承载结构2以能够沿着一对平行直线导轨12和13(所述平行直线导轨在预定方向上延伸，优选地平行于轴线A-A)平移的方式被安装在支撑结构15上。在图中示出的实施方式中，这个方向是水平的，但是在其他的实施方式中它可以是竖直的。

主轴6相对于承载结构5的旋转能够以各种已知方法中的任何一种产生，例如通过电马达产生，或者通过通常所说的“轴承和主轴筒(bearing and spindle cartridge)”的使用而产生，所述轴承和主轴筒具有彼此同轴的、以及与筒的轴线同轴的行星齿轮箱和马达，或者通过具有与主轴的轴线不同轴的齿轮的运动链的使用而产生。

能够连续地或者以“指数化的(indexed)”模式提供结构5相对于套管形承载结构3的旋转运动以及后者相对于叉形承载结构2的运动。为这个目的，有可能会使用包括具有机械或者电动装置的预加载双小齿轮、直接驱动转矩马达、具有游隙恢复(play recovery)的蜗杆、滚珠丝杠机构或者其他系统的运动旋转链。

参考图2，仅作为指引，端头1允许刀具7在大约210°的角度操作范围α内的摆动。套管形结构3绕轴线A-A(图2)的旋转半径R被极大地限制，如轴线A-A与叉形承载结构2的滑动导轨之间的距离W。

因为上文中描述的结构，根据本发明的刀具承载端头具有非常高的结构刚性及最佳的动态稳定性。它因此特别适合于在需要相当的切割力的、由非常坚硬的材料制成的部件或者零件上执行排屑机械加工操作。

因为结构5和套管形结构3在旋转中被双重支撑，所以刀具承载主轴6的旋转是极其精确的。

图5以实例方式示出了一种变型实施方式。在这个图中，先前被描述的部件和元件已经被给定了与先前使用的那些(字母和数字标号)相同的字母和数字标号。

在图5中示出的变型中，第二承载结构不是套管形的，而是被形成为另外的叉3的形状，该叉的内部部分中限定有贯通凹槽4，第三承载结构5(其承载刀具)在该贯通凹槽4中被连接至该贯通凹槽。在这个变型中，承载结构5仅在一侧上绕轴线B-B被可旋转地支撑在叉3的中间分支上。但是，该叉在两个相对的侧部上绕轴线A-A被可旋转地支撑，如在图1-4中示出的实施方式的套管形结构3那样。

图5中，以实例方式，第三轴线C-C被示出为不与轴线A-A和B-B(两者可以在这里用O表示的点处彼此相交)相交。

图6以实例方式示出了另外的变型实施方式，其中第二承载结构3被表示为例如平行六面体形状的主体，第三承载结构5以从这个主体突出并且绕轴线B-B可旋转的方式被连接到该主体。在这个情况下，第三承载结构5也仅在一侧上被支撑，同时本体3在它的相对的端部两者处都绕轴线A-A被可旋转地支撑。

图6中，以实例方式，刀具的旋转轴线C-C可以与轴线B-B相交，而轴线B-B可以与轴线A-A相交，虽然在与轴线B-B和C-C之间的交点不同的交点处。

图7和图8显示了根据本发明的刀具承载端头的示例性的、非限制性的实施方式，其大体上是上文中参考图1至4描述的类型的。

图7和图8中，与先前描述的零件和元件相同或者大体上等同的零件和元件已经被给定了与之前使用的那些(字母和数字标号)相同的字母和数字标号。

在图7和图8中被示出的实施方式中，通过使用包括两个电马达20的、通常所说的“双驱动”设备提供中间结构3相对于叉形承载结构2的运动，其中该两个电马达20通过关联的变速器总成21(每个都包括减速齿轮和锥齿轮单元)驱动各自的输出小齿轮22。这些小齿轮22两者都与被固定至中间结构3且与轴线A-A同轴的单个齿轮23啮合。

小齿轮22与齿轮23之间的游隙可以通过马达20的协调控制被消除，并且当待执行的机械加工操作要求高质量的机械加工表面光洁度时，这是特别方便的。

上文中描述的运动设备是非常刚性的和减震的，并且因此特别适合于“困难”部件的机械加工，所述“困难”部件为比如由钛、镍钢等制成的部件。

特别地如图8中所示出的，电马达20和关联的变速器总成21可以被有优势地定位于叉形承载结构2的分支(2b)之内，特别地，其中电马达被定向为其轴线大体上平行于承载结构2的这个分支并且正交于轴线A-A。

在图7和图8中图示的解决方案中，中间结构3的旋转驱动仅在该结构的一个端部(如图8中出现的右手端)处被提供，但是在中间结构3的两个端部处提供驱动也是可能的，这需要可以被方便地容纳在叉形结构2的另一个分支(2a)中的另外的马达和相应的变速器总成。

为了相对于中间结构3移动主轴承载结构5，使用类似的包括两个电马达30的“双驱动”设备是方便的，该两个电马达30通过关联的变速器总成31(包括相应的减速齿轮和锥齿轮单元)驱动相应的输出小齿轮32。这些小齿轮32两者都与被固定至主轴承载结构5且与轴线B-B同轴的单个齿轮33啮合。马达30被方便地安装成它们的轴线正交于轴线A-A和B-B。

在这个情况下，小齿轮32和齿轮33之间的游隙也可以通过马达30的协调控制消除(或者被吸收)。

在被图示的实施方式中，马达30和关联的变速器总成31被容纳在中间结构3的分支3d中，也就是说(根据图1的布置)被容纳在这个结构的靠近被连接至刀具承载端头1的结构15的分支中。但是，这些马达和关联的变速器总成可以被容纳在中间结构3的相对的分支3c中。

在另外的实施方式中，可以通过使用中间结构3(图8)的部分3c中的另外的马达和相应的变速器总成，在结构5的两个相对的侧部上提供主轴承载结构5相对于中间结构3的旋转驱动，前提当然是部分3c的内部容积被适当地设计。

在一个变型实施方式中，马达30和关联的变速器装置31可以被容纳在中间结构3的分支3a和3b中，其中马达30的纵向轴线优选地平行于轴线B-B并且齿轮33被容纳在中间结构3的分支3c中或者分支3d中。在这个类型的设备中，相应的空转齿轮可以被插入在小齿轮32与齿轮33之间。

图7和图8中被示出的用于主轴承载结构5的旋转驱动设备也适合于用在根据图5和图6的刀具承载端头中。

在任何情况下，驱动装置在结构2和3本身内的定位使绕轴线A-A和B-B的摆动范围最大化成为可能，并因此使在刀具轴线被水平地和竖直地定位的情况下执行机械加工成为可能。

根据本发明的刀具承载端头具有紧凑的尺寸并且是相对轻量的，并且便于它沿着机床的线性轴线的运动。

清楚地，在本发明的原理保持不变的条件下，在不脱离如由后附权利要求定义的本发明的保护范围的前提下，从已经仅以非限制性实例的方式被描述和图示的实施方式中，应用的形式以及结构的细节可以被广泛地变化。

Claims (14)

1.用于机床的刀具承载端头(1)，包括：

第一叉形承载结构(2)，具有面向彼此的两个分支或者叉脚(2a、2b)；

第二承载结构(3)，绕第一轴线(A-A)能旋转地安装在所述叉形结构(2)的所述分支(2a、2b)之间，所述第一轴线大体上正交于所述分支或者叉脚(2a、2b)；

第三承载结构(5)，绕正交于所述第一轴线(A-A)的第二轴线(B-B)相对于所述第二承载结构(3)能旋转地安装；

刀具承载主轴(6)，绕正交于所述第二轴线(B-B)的第三轴线(C-C)能旋转地安装在所述第三承载结构(5)中；和

第一马达装置和第二马达装置(20-23；30-33)，所述第一马达装置和第二马达装置分别适于导致分别绕所述第一轴线和第二轴线(A-A；B-B)的所述第二承载结构(3)相对于所述第一叉形承载结构(2)的所述旋转和所述第三承载结构(5)相对于所述第二承载结构(3)的所述旋转；

其特征在于，所述第一马达装置和第二马达装置(20；30)和相应的关联的变速器总成(21-23；31-33)分别被容纳在所述第一叉形承载结构和所述第二承载结构(2；3)相应分支之内，并且每个马达装置包括被耦接至单个从动齿轮(23；33)的相应的电马达对(20；30)，所述单个从动齿轮固定至相应的从动承载结构(2、3)。

2.根据权利要求1所述的刀具承载端头，其中，每个马达(20；30)通过相应的变速器总成(21；31)被耦接至相应的驱动齿轮(23；33)。

3.根据权利要求1所述的刀具承载端头，其中，每个马达(20；30)被定位成使它的轴线基本上正交于相应的所述从动承载结构(2；3)能够绕着旋转的所述轴线(A-A；B-B)。

4.根据权利要求2所述的刀具承载端头，其中，每个马达(20；30)被定位成使它的轴线基本上正交于相应的所述从动承载结构(2；3)能够绕着旋转的所述轴线(A-A；B-B)。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的刀具承载端头，其中，与每个马达(20；30)关联的所述变速器总成(21；31)包括锥齿轮单元并且如果需要的话能够包括减速齿轮。

6.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，所述第二承载结构(3)被大体上成形为矩形套管形，具有平行于所述叉形承载结构(2)的所述分支或者叉脚(2a、2b)的两个部分或者侧部(3a、3b)以及正交于所述分支或者叉脚的两个部分或者侧部(3c、3d)。

7.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，通过使用相应的旋转支撑装置(10、11)，所述第二承载结构(3)在相对的侧部上被所述叉形承载结构(2)的所述分支或者叉脚(2a、2b)支撑。

8.根据权利要求6所述的刀具承载端头，其中，所述第二承载结构(3)基本上是叉形的。

9.根据权利要求1至4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，通过使用相应的旋转支撑装置(8、9)，所述第三承载结构(5)在相对的侧部上被所述第二承载结构(3)支撑。

10.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，所述第一轴线和所述第二轴线(A-A、B-B)彼此相交。

11.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，所述第二轴线和所述第三轴线(B-B、C-C)彼此相交。

12.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，所述第一轴线和所述第三轴线(A-A、C-C)彼此相交。

13.根据前述权利要求1-4中的任意一项所述的刀具承载端头，其中，所述叉形承载结构(2)以它能够在预定方向(12、13)上平移的方式被安装在支撑结构(15)中，所述预定方向优选地平行于所述第一轴线(A-A)。

14.根据权利要求13所述的刀具承载端头，其中，所述预定方向是水平的或者竖直的。