CN104400041A - 用于加工工件的装置 - Google Patents

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CN104400041A CN201410551155.4A CN201410551155A CN104400041A CN 104400041 A CN104400041 A CN 104400041A CN 201410551155 A CN201410551155 A CN 201410551155A CN 104400041 A CN104400041 A CN 104400041A
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Abstract

本发明涉及一种用于加工工件的装置，其中一个绕一个旋转轴(W)可驱动的花盘(1)沿旋转轴(W)可直线运动，并且旋转轴(W)构成为空心轴(H)，在其外径上可旋转地支承所述花盘(1)，并且在花盘(1)上设置两个分别垂直于旋转轴(W)径向向外和向内可移动的横滑板(2、3)，其中花盘(1)由一个第一驱动装置可驱动而横滑板(2、3)由一个共同的第二驱动装置可驱动。

Description

用于加工工件的装置
本申请是申请日为2010年2月24日、申请号为201080009324.1(国际申请号为PCT/DE2010/075018)、发明名称为“用于加工工件的装置”的原申请的分案。
技术领域
本发明涉及一种用于加工工件的装置，其中设置一个绕一个旋转轴可驱动的花盘以及设置在其上的横滑板。
背景技术
由DE 39 41 783 C2已知一种用于循环铣削圆形轮廓的机床，它具有一个径向可调节到工件的直径上的铣刀主轴支座或多个铣刀主轴支座，它们经由一个齿轮传动和各行星齿轮可驱动。特别是两个铣刀固定在各水平的主轴上。两个主轴支承在一个滑座上，它径向可移动地设置在径向导轨中，由此各铣刀在加工期间也相互径向可调整并因此也有可能加工非圆的管。为此设置一个非接触式按键。该解决方案在结构上是昂贵的。在循环铣削时还在一个螺旋轨道上引导刀具。对此成问题的是轨道的那些一个轴在其上改变其方向(象限转换)的位置。由此所述轴短时静止不动并且偏离预定的螺旋轨道，因此不能满足高的质量要求。
GB 2 232 101 A(DE 39 18 118 A1)描述了一种用于加工平面的面的车端面头架，包括两个滑板，它们并排设置在一个径向平面内并且在刀具调整时被同时和相互反向地运动以进行平衡补偿。各滑板构成为在一个平行曲柄机构的两个双臂的曲柄之间的两个平行的连接导杆(连杆)。因此在刀具调整时，各滑板描绘一个圆形的轨道的一部分，同时它们相互保持其平行的位置。各滑板的运动只在一个有限的范围内并彼此依赖地才是可能的。利用该解决方案不能实施外径和内径的加工。
此外已知的各解决方案的缺点是，不能加工很大的直径范围。
发明内容
本发明目的是，开发一种用于加工工件的装置，它可灵活地使用，具有一种简单的结构上的构造并且确保加工的表面的一种高的质量。
用于加工工件的装置具有一个绕一个旋转轴可驱动的花盘，它沿旋转轴可直线移动，其中旋转轴构成为空心轴，在其外径上可旋转地支承所述花盘，并且在花盘上设置两个分别垂直于旋转轴径向向外和向内可移动的横滑板，其中花盘由一个第一驱动装置可驱动而横滑板由一个共同的第二驱动装置可驱动。
在此各横滑板的驱动装置和花盘彼此具有一种相对的旋转运动性。
花盘由一个第一扭矩马达可驱动各横滑板由一个第二扭矩马达可驱动，其中两个扭矩马达设置在一个共同的轴上。经由在花盘的驱动转速与横滑板的驱动转速之间存在的差异可达到各横滑板的调整。
两个横滑板平行且相互相反径向可调整地支承。
设置在各横滑板上的第一和/或第二和/或第三和/或第四刀具优选这样固定，以致一个在第一与第三刀具之间的想象的连接线或一个在第二与第四刀具之间的想象的连接线通过旋转轴。因此各刀具相对于旋转轴设置在一条垂直线中，因此其按照待加工的直径简单的径向调整是可能的，并且可以取消根据一种三角函数的调整。
为此两个横滑板具有相互平行的导向区域，其中从第一横滑板的导向区域朝第二横滑板方向延伸一个其上安装第一和/或第二刀具的弯角的臂。此外从第二横滑板的导向区域朝第一横滑板方向延伸一个其上固定第三和/或第四刀具的弯角的臂。优选第一和第三刀具可固定在径向外部而第二和第四刀具可固定在径向内部。
花盘具有一个中心的通口，一个横刀架与其工作主轴沿W轴可直线运动地安装在该通口中。两个横滑板的U轴在此处在花盘的旋转轴之外和横刀架之外，从而确保一个大的调整行程。
为了确定工件的直径和/或直径中心，装置或横刀架具有一个相应的测量装置或一个测量装置是可替换的。
优选的是，该装置沿一个Y轴垂直可移动地设置在一个卧式加工中心的一个立柱上，其中转动轴水平且平行于一个Z床身的一个Z轴定向并且利用立柱沿Z轴在Z床身上可移动。卧式加工中心的工作主轴与其横刀架通过花盘伸出，其中工作主轴的轴处于花盘的W轴中。
有利的是，花盘和工作主轴具有分开的驱动装置。此外工作主轴在花盘中可相对于它沿W轴可运动。由此工作主轴为了铣削加工工件朝工件方向可运动直到越过花盘，其中优选在花盘静止时进行铣削加工。
在本发明的一种优选的实施形式中，固定在第一和/或第二横刀架上的刀具与安装在工作主轴上的铣刀一起借助一个自动的换刀装置可替换，由此可以很有效地进行换刀。
通过使用两个相互平行设置的在W轴之外沿各U轴可调整的横滑板，可以加工很大的直径范围(例如400至2800mm)。各滑板的可调整性在加工期间能够实现非圆轮廓的加工。
利用在各横滑板的弯角的臂上径向在外设置的第一和第三刀具(车刀)按照刀具的构成和夹紧(必要时变换刀具)加工外轮廓或内轮廓。利用径向在内在各臂上设置的第二和第四刀具(车刀)也同样可以加工外轮廓和利用一个变换的刀具或一个相应构成的刀具同样可以加工工件的内轮廓。此外装置可用于加工同心的和不同心的各平面。在此各刀具为了确保相应的加工长度可以具有相应长的刀柄。
除加工大的直径范围的可能性外，通过装置沿Z轴的直线可调整性，借助立柱，必要时与具有长的刀柄的刀具相连接，也可以加工长的内径和外径。利用按照本发明的刀具总体上实现一种简单而灵活的可能性，用于以高的质量加工弯曲的外轮廓和内轮廓以及平面。
附图说明
下面借助一个实施例和所属的附图更详细地说明本发明。其中：
图1按照本发明的具有径向在内静止的各横滑板的装置在原始位置的三维视图，
图2具有径向移出到一个外终端位置的各横滑板的装置的三维视图，
图3无横滑板但具有各驱动机构的装置的三维视图，
图4装置在加工小内径时的三维视图，
图5装置在加工大内径时的三维视图，
图6装置在加工小外径时的三维视图，
图7装置在加工大外径时的三维视图，
图8装置在同心加工小平面时的三维视图，
图9装置在同心加工大平面时的三维视图，
图10装置在平面铣削大面时的三维视图，
图11具有一个按照本发明的装置的卧式加工中心的三维视图，该装置设置在卧式加工中心的立柱上，
图12具有一个用于加工大内径的装置的加工中心的侧视图，
图13具有一个用于加工小内径的装置的加工中心的侧视图，
图14具有一个用于加工外径的装置的加工中心的侧视图。
具体实施方式
在图1中示出一个按照本发明的具有一个花盘1的装置，在其上设置一个第一横滑板2和一个第二横滑板3，它们处在一个径向向内移动的终端位置。经由在这里未示出的各直线导轨实现横滑板2和3沿各纵向轴U的直线的和相互平行的可调整性。花盘1绕一个旋转轴W可旋转并且借助一个立柱(见图11)沿一个Z轴Z可直线移动，Z轴平行于旋转轴W延伸。一个在图1中未示出的卧式加工中心的工作主轴5通过花盘1和横刀架4伸出。借助一个导向件6实现花盘1的固定。
第一横滑板2具有一个导向区域2.1，由其朝第二横滑板3方向延伸一个弯角的臂2.2。在弯角的臂2.2上径向在外设置一个用于第一刀具的第一刀具安装座P1而径向在内设置一个用于第二刀具的第二刀具安装座P2。第二横滑板3借助其导向区域3.1镜像对称于第一横滑板2支承在花盘1上。第二横滑板3同样具有一个朝第一横滑板2方向弯角的臂3.2，在其上径向在外设置一个用于第三刀具的第三刀具安装座P3而径向在内设置一个用于第四刀具的第四刀具安装座P4。如果借助一个想象的、在这里用虚线示出的线L连接刀具安装座P1至P4，则该线与旋转轴W相交。尽管各纵向轴(U轴)U处在旋转轴W之外，但因此仍确保，各刀具与旋转轴W对齐并因此在不遵守三角函数情况下借助待加工的工件直径可以实现横滑板2和3的一种简单的调整。
图2示出按图1的装置的三维视图，但具有径向移出到一个外终端位置的第一和第二横滑板2、3。将横滑板2、3借助其导向区域2.1、3.1相互相反和平行地沿各轴U径向向外移动，从而臂2.2和3.2伸出花盘1之外。
在第一横滑板2的刀具安装座P1中夹紧一个用于加工一个内轮廓的第一刀具7.1，而在刀具安装座P2中夹紧一个用以加工一个外轮廓的第二刀具7.2。类似地在第二横滑板3上在第三刀具安装座P3中夹紧一个用于加工一个内径的第三刀具7.3而在第四刀具安装座P4中夹紧一个用于加工一个外径的第四刀具7.4。刀具7.2和7.4在此具有一个长的刀柄8，以便确保内径的加工。
图3示出按照本发明的装置的三维视图，其中未示出横滑板2、3。对此在这里示出两个用于驱动横滑板2、3的丝杠(滚珠丝杠)2.3、3.3，它们的纵向轴同心于横滑板2、3的纵向轴U延伸。
在导向件6中构成为旋转固定的空心轴/空心毂H的旋转轴W的外径上可旋转地支承花盘1。此外在空心轴/空心毂H的外径上设置一个齿圈Z，它由一个在这里未示出的扭矩马达可驱动。
每个旋转固定且可轴向移动地设置的滚珠丝杠2.3、3.3具有一个同心于其纵向轴设置的锥齿轮2.4、3.4，它被一个滚珠丝杠螺母携带。正交于花盘1且正交于滚动丝杠2.3、3.2的纵向轴设置一个作用在锥齿轮2.4、3.4上的圆锥小齿轮轴2.5、3.5。在后者上又旋转固定地支承一个圆柱小齿轮2.6、3.6，它与设置在空心轴/空心毂H上的齿圈Z处于有效连接。锥齿轮2.4、3.4的可旋转的滚珠丝杠螺母具有一个固定在花盘1上的轴向-径向-轴承座2.7、3.7。花盘1作为驱动装置也具有一个在这里同样未示出的扭转马达。两个扭矩马达，不仅用作花盘1的驱动装置而且用于横滑板2、3的驱动装置，设置在导向件6上并且优选处在一个轴向平行于旋转轴W/空心毂H延伸的共同的轴上。
此外在横刀架4的外圆周上设置沿轴向方向延伸的各紧凑型导轨，在其上分别支承至少两个固定在导向件6上的紧凑型导靴S。
此外以双箭头a、b的形式示出了通过花盘1或横滑板2、3的驱动装置引起的旋转运动，其中双箭头a表示齿圈Z的旋转运动而双箭头b表示花盘1的旋转运动。经由轴向-径向-轴承座2.7、3.7，滚珠丝杠2.3、3.3与花盘1存在一种旋转固定的连接，而经由圆柱小齿轮2.6、3.6存在滚珠丝杠2.3、3.3与齿圈Z的一种连接。因此能够实现花盘1和齿圈Z的一种相对的旋转运动性。在此发生两个驱动装置的一种同向的旋转运动，其中在不同的转速时经由旋转的滚珠丝杠螺母和不旋转的滚珠丝杠2.3、3.3实现横滑板2、3的一种调整。经由滚珠丝杠2.3、3.3因此实现横滑板2、3沿纵向轴U的一种运动。
因此横滑板2、3不仅在花盘1上可径向移动而且随花盘1可旋转。
采用的滚珠丝杠2.3、3.3是可密封的并且因此相对不易弄脏。
在图4中示出了按照本发明的装置在加工工件20的一个较小内径时的三维视图。刀具7.2、7.4在此安装在横滑板2或横滑板3的分别径向在内的第二或第四刀具安装座P2、P4中。在这里如同在接着的图5至图10中那样只简要说明在一个加工中心上的固定。
图5示出了工件20的大内径的加工。在这里用两个固定在花盘1上的横滑板2、3的为加工设置的刀具7.1、7.2装备分别在外的刀具安装座P1、P3。横滑板2、3处在其径向在外的终端位置。
在图6中通过在横滑板2、3的径向在内设置的刀具安装座P2、P4中夹紧的刀具7.2、7.4进行小外径的加工。刀具7.2、7.4的长的刀柄8能够实现具有一个较大轴向长度的工件20的外圆周的加工，横滑板2、3处在其径向在内的终端位置。
在图7中示出了工件20的大外径的加工。重新使用处于分别径向在外设置的刀具安装座P1、P3中的刀具7.1、7.3，其中刀具7.1、7.3在这里同样具有长的刀柄8。横滑板2、3处在其径向在外的终端位置。
按图8，利用按照本发明的装置进行小平面的同心加工。与之相应地在这里重新使用具有刀具7.2、7.4的处在内部的刀具安装座P2、P4。在这里可清楚地看到滚珠丝杠2.3、3.3以及处于其径向在内的终端位置的横滑板2、3，滚珠丝杠是横滑板2、3的驱动装置的部分。
图9又示出大平面的同心加工，其中刀具7.1、7.3设置在横滑板2、3的外部的刀具安装座P1、P3中。横滑板2、3径向处在一个外部的终端位置，由此刀具7.1、7.3也接近处在工件20的外径上。在这里可清楚地看到固定在横滑板2上的滚珠丝杠2.3。
在图10中最后示出利用按照本发明的装置的平面铣削。由于涉及一个较大的待加工面，横滑板2、3在这里也处在其径向在外的终端位置。刀具7.1、7.3夹紧在刀具安装座P1、P3中。
在花盘1和横滑板2、3的驱动装置加载时，花盘1和与横滑板2、3处于有效连接的齿圈Z沿相同的旋转方向进行旋转运动。只要两个驱动装置的转速不同，就实现横滑板2、3的一种调整运动，亦即横滑板2、3沿滚珠丝杠2.3、3.3继而沿各纵向轴U的运动。通过横滑板2、3的调整，在工件20的表面上产生圆形环绕的凹槽，它们例如对于法兰连接的密封是有利的。因此利用按照本发明的装置在平面加工时可以达到一种改善的表面特性。
图11示出一个具有按照本发明的装置的卧式加工中心9的三维视图，该装置在加工之前设置在卧式加工中心9的立柱10上。
图12示出卧式加工中心9在加工期间的侧视图。立柱10沿一个Z轴Z可移动地设置在Z床身11上。在立柱10上，按照本发明的装置借助导向件6沿一个Y轴Y垂直可调整地固定在两个直线导轨10.1上。在Z床身11上连接一个与其横向沿X轴X定向的X床身12，在其上设置一个NC旋转工作台13，它接纳一个工件20，工件借助未更详细示出的夹紧机构夹紧在NC旋转工作台13上。
工件20具有一个孔21，拟借助夹紧在第一横滑板2上的第一刀具7.1且借助夹紧在第二横滑板3上的第三刀具7.3镗出该孔。为此立柱10沿Z轴Z在Z床身11上朝工件20方向移动(图12)。利用未示出的测量机构实现孔21的测量，以便确定孔中心。接着将花盘1和/或工件20这样相互定向，以致花盘1的旋转轴W与孔中心对齐。现在使花盘1转动并且借助立柱10实现一种进给运动，由此刀具7.1、7.3进入孔21中并对其进行加工(图12)。由于在这里要加工一个大直径，所以横滑板2、3基本上处于其外部的终端位置。
横刀架4在花盘1中轴向可移动地支承在构成为空心轴/空心毂H的旋转轴W中。在横刀架4中安装工作主轴5。横刀架4和工作主轴5朝工件20方向不伸出横滑板2、3之外。在此工作主轴5可以法兰连接在横刀架4中并且沿旋转轴W可直线运动。
地图13中示出按图6的加工中心9在加工结束时的侧视图，但装备有一个用于加工小内径的装置。
两个横滑板2和3在这里基本上处在一个径向在内的位置。外部的刀具安装座P1和P3是空着的并且只有处在内部的刀具安装座P2和P4装备有一个第二刀具7.2和一个第四刀具7.4，其中刀具7.2、7.4构成和定向用于加工内径。
刀具7.2、7.4的刀柄8的长度这样确定，以致刀具7.2、7.4可以加工工件20的孔21的整个长度。在这里横刀架4和工作主轴5也处在一个它们并不伸出横滑板2、3之外的位置。
图14示出具有一个用于加工工件20的较小外径22的装置的加工中心9的侧视图。在这里如同在图13中那样也只有内部的刀具安装座P2和P4装备有一个第二刀具7.2和一个第四刀具7.4，但刀具7.2、7.4这样构成和定向，以致它们确保外径22的加工。在这里刀具7.2、7.4也具有一个长的刀柄8，从而可加工整个直径长度。
按照一种未示出的实施例，刀具安装座P1、P3也可以装备有用于加工大外径的刀具。
同样未更详细示出的可能性，优选沿加工方向首先设置一个粗加工刀具(例如以第一或第二刀具的形式)并随后设置一个精加工刀具(以第三或第四刀具的形式)，从而在一个加工过程期间首先实现一种粗加工并接着一种精加工并因此达到一种质量上优质的车削表面。
通过横滑板2、3在加工期间灵活的进刀性，有可能加工非圆的轮廓以及圆锥形的外或内轮廓。
此外横滑板2、3和花盘1的驱动装置的相互相对的旋转运动性能够实现横滑板2、3的一种精确的调整并因此在工件20加工时的一种较高的精度。
并且对按照本发明的装置有利的是其多方面的可使用性。它可以不仅用于加工外和内轮廓而且用于平面加工。
附图标记列表
1      花盘                      8     刀柄
2      第一横滑板                9     卧式加工中心
2.1    第一横滑板的导向区域      10    立柱
2.2    第一横滑板的臂            11    Z床身
2.3    丝杠                      12    X床身
2.4    锥齿轮                    13    NC旋转工作台
2.5    圆锥小齿轮轴              20    工件
2.6    圆柱小齿轮                21    孔
2.7    轴向-径向-轴承座          22    外径
3      第二横滑板                P1    第一刀具安装座
3.1    第二横滑板的导向区域      P2    第二刀具安装座
3.2    第二横滑板的臂            P3    第三刀具安装座
3.3    丝杠                      P4    第四刀具安装座
3.4    锥齿轮                    H     空心轴/空心毂
3.5    圆锥小齿轮轴              S     紧凑型导靴
3.6    圆柱小齿轮                Z     齿圈
3.7    轴向-径向-轴承座          L     想象的连接线
4      横刀架                    U     U轴
5      工作主轴                  W     旋转轴
6      导向件                    X     X轴
7.1    第一刀具                  Y     Y轴
7.2    第二刀具                  Z     Z轴
7.3    第三刀具                  a     齿圈的旋转运动
7.4    第四刀具                  b     花盘的旋转运动

Claims (15)

1.用于加工工件的装置，其中一个绕一个旋转轴(W)可驱动的花盘(1)沿旋转轴(W)可直线运动，并且在花盘(1)上设置两个分别垂直于旋转轴(W)径向向外和向内可移动的横滑板(2、3)，其特征在于，花盘(1)由一个第一驱动装置可驱动而横滑板(2、3)由一个共同的第二驱动装置可驱动，旋转轴(W)构成为空心轴(H)，在该空心轴的外径上可旋转地支承所述花盘(1)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，横滑板(2、3)的驱动装置和花盘(1)彼此具有一种相对的旋转运动性。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，花盘(1)由一个第一扭矩马达可驱动而横滑板(2、3)由一个第二扭矩马达可驱动。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，两个扭矩马达设置在一个共同的轴上。
5.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，经由在花盘(1)的驱动转速与横滑板(2、3)的驱动转速之间存在的差异可达到横滑板(2、3)的调整。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，两个横滑板(2、3)平行且相互径向相反可调整地支承。
7.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在第一横滑板(2)上固定一个第一刀具(7.1)和/或一个第二刀具(7.2)而在第二横滑板(3)上固定一个第三刀具(7.3)和/或一个第四刀具(7.4)，其中一个在第一刀具(7.1)与第三刀具(7.3)之间的想象的连接线(L)以及一个在第二刀具(7.2)与第四刀具(7.4)之间的想象的连接线(L)通过旋转轴(W)。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，第一横滑板(2)和第二横滑板(3)具有相互平行设置的导向区域(2.1、3.1)，并且从第一横滑板(2)的导向区域(2.1)朝第二横滑板(3)方向延伸一个弯角的臂(2.2)，在第一横滑板的所述臂上固定第一和/或第二刀具(7.1、7.2)，并且从第二横滑板(3)的导向区域(3.1)朝第一横滑板(2)方向延伸一个弯角的臂(3.2)，在第二横滑板的所述臂上固定第三和/或第四刀具(7.3、7.4)。
9.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，一个横刀架(4)在花盘(1)内沿旋转轴(W)可直线运动。
10.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置沿一个Y轴(Y)垂直可移动地设置在一个卧式加工中心(9)的一个立柱(10)上，其中旋转轴(W)水平地且平行于一个Z床身(11)的Z轴(Z)地定向并且利用立柱(10)沿Z轴(Z)在Z床身(11)上可移动。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，卧式加工中心(9)的一个工作主轴(5)通过横刀架(4)和花盘(1)伸出/延伸，其中工作主轴(5)的轴处于花盘(1)的旋转轴(W)中。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，花盘(1)和工作主轴(5)具有分开的驱动装置并且工作主轴(5)沿旋转轴(W)可直线运动。
13.按照权利要求11或12所述的装置，其特征在于，工作主轴(5)为了铣削加工工件(20)朝工件(20)方向可运动直到越过花盘(1)。
14.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述一个/各横滑板(2、3)在车削加工期间径向可调整地设置在花盘(1)上。
15.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，沿各轴(U)可运动的横滑板(2、3)相对于横刀架(4)在两侧设置并且处在花盘(1)的旋转轴(W)之外。
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