CN107000141B - 用于机床的加工单元和具有该加工单元的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机床的加工单元以及一种具有该加工单元的机床，根据本发明的加工单元包括：头架(2)，其可附接到所述机床(1)，枢转头(3)，其以可绕枢轴线(B)枢转的方式被保持在所述头架(2)上，工作主轴(6)，其被布置在所述枢转头(3)上并具有相对于所述枢轴线(B)倾斜的主轴线(S)，主轴马达(7)，其被布置在所述头架(2)中并包括被布置成平行于所述枢轴线(B)的驱动轴(8)，驱动变速器，其用于将所述主轴马达(7)的所述驱动轴(8)的旋转运动传递到所述工作主轴(6)，其中所述驱动变速器包括可换档变速器级，本发明的特征在于，所述枢转头(3)包括被定向成与所述枢转头(3)的所述枢轴线(B)同轴的换档变速器轴(10)，其中所述可换档变速器级包括被可移动地支撑在所述枢转头(3)的所述换档变速器轴(10)上的空心轴(11)。

Description

用于机床的加工单元和具有该加工单元的机床
技术领域
本发明涉及用于机床的加工单元和具有该加工单元的机床。
背景技术
从目前技术已知的特定类型的加工单元大多包括：至少一个头架，其可以附接到机床；枢转头，其以可绕枢轴线枢转的方式被保持在头架上；工作主轴，其被布置在枢转头上并具有相对于枢轴线倾斜的主轴线；主轴马达，其被布置在头架中并具有被布置成与枢轴线同轴的驱动轴；以及驱动变速器，其用于将主轴马达的驱动轴的旋转运动传递到工作主轴，其中所述驱动变速器具有可以换档的变速器级。
此处，其可(例如)指从DE 44 02 084 A1或DE 102 51 257 A1得知的特定类型的加工单元。
DE 44 02 084 A1描述了一种机床，尤其是通用铣钻床，其包括用于进行从水平到垂直加工的自动更换工具的枢转铣头。对工作主轴的驱动由驱动马达通过具有锥齿轮级的驱动变速器和在枢转铣头中布置在工作主轴上的换档变速器来提供，其中锥齿轮级的锥齿轮变速器直接位于主轴的驱动马达的驱动轴上。
为开发根据DE 44 02 084 A1的机床(通用铣钻床)，在DE 102 51 257 A1中提议程控机床的加工单元，该加工单元具有：头架，其可在几个坐标轴中移动并具有以45度指向前下方的旋转轴线；枢转头，其以可通过马达绕45度旋转轴线旋转的方式被前支撑在头架上；主轴头，其固定地安装在枢转头上并具有工作主轴，所述工作主轴的轴线以与45度旋转轴线成45度的角度延伸；主轴马达，其被定向成与45度旋转轴线同轴；以及角变速器，其布置在枢转头中、用于主轴驱动器，其中枢转头包括与45度旋转轴线同轴的空心圆柱壳体部件，且主轴马达被紧固在其中，并且头架具有壳座，枢转头的壳体部件被可旋转地支撑在该壳座中。
基于上文所陈述的现有技术，本发明的目标是提供用于机床的加工单元，或者说是提供具有此类加工单元的机床，或者说是开发机床的已知加工单元以确保通过可换档变速器到工作主轴的最佳的力流动和最佳的扭矩传递并具有高刚度、低空间要求和低构造上的努力，且同时得以以容易进入的方式来布置加工单元的用于维护和服务的结构部件并允许至枢转头或者说到主轴的供给线既灵活又可靠。
发明内容
为实现本发明的上述目标，建议一种根据权利要求1的用于机床的加工单元或者说具有此类加工单元的机床。附属权利要求是指本发明的优选实施例。
根据本发明的一方面，建议一种用于机床的加工单元，该加工单元包括：头架，其可附接到机床；枢转头，其以可绕枢轴线枢转的方式被保持在头架上；工作主轴，其被布置在枢转头上并具有相对于枢轴线倾斜的主轴线；主轴马达，其被布置在头架中并具有被布置成平行于枢轴线的驱动轴；和/或驱动变速器，其用于将主轴马达的驱动轴的旋转运动传递到工作主轴的驱动轴，其中所述驱动变速器具有可换档变速器级，尤其是根据两个或两个以上驱动齿轮在主轴驱动器中提供不同的传动比。
特定地，根据本发明的加工单元的特征在于，枢转头具有被定向成与枢转头的枢轴线同轴的换档变速器轴，其中可换档变速器级具有被可移动地支撑在枢转头的换档变速器轴上的空心轴。
此处，这导致针对不同扭矩可设计的具有最佳扭矩传递的特别有效的、节省空间的、刚性的布置，就该布置来说，主轴马达的驱动轴未被定向成与枢转头的枢轴线同轴，但是枢转头中的驱动变速器的换档变速器轴被定向成与枢转头的枢轴线同轴，可换档变速器级的空心轴(可换档或者说在换档变速器轴上可移动)被支撑在该换档变速器轴上以用于提供驱动变速器的换档选择。
有利地，这不仅使得能够在齿轮比不同的情况下提供主轴驱动器的驱动变速器的准确又紧凑配置的换档选择，而且另外有利地使得能够将头架内部的主轴马达布置成与枢轴线偏移，借此在头架内实现结构部件的布置，借此可以在头架内将可旋转地控制的枢轴线的驱动马达和主轴马达两者以及可旋转地控制的枢轴线的驱动的变速器部件布置成容易进入以进行维修和服务。
此外，现在有可能以有效的和节省空间的方式将至枢转头的供给线或者说供给管(例如，用于能量供给或者说另外的液压和/或气动供给以及冷却剂供给)最佳地布置在头架壳体内，借此可以更好地保护供给线以防损坏和磨损，而例如在DE 102 51 257A1的加工单元中，上述供给线或供给管仍必须布置在外部(即，以易受损坏和磨损的方式在头架壳体外部)。
特定地，由于以此方法使得主轴马达能够相对于枢轴线偏移，因此可以将头架壳体内部的支撑线引导到更接近枢轴线的枢转头，使得更容易考虑枢转能力对这些线的影响。
根据优选实施例，可换档变速器级优选地被配置成在第一驱动齿轮与第二驱动齿轮(特定地，两者处于不同传动比)之间对驱动变速器进行换档，优选地通过在第一位置与第二位置之间对被可移动地支撑在平行于枢轴线的换档变速器轴上的空心轴进行换档。
此处，如果被可移动地支撑的空心轴处于第一位置中，那么第一驱动齿轮优选地被啮合，而如果被可移动地支撑的空心轴处于第二位置中，那么第二驱动齿轮优选地被啮合。在另外的实施例中，有可能引入另外的中间位置，使得三个或三个以上齿轮可用。在特别优选的和适当的实施例中，换档变速器轴具有第一轴线区段、第二轴线区段和布置在第一轴线区段与第二轴线区段之间的活塞区段，其中所述活塞区段优选地具有大于第一轴线区段和第二轴线区段的直径。优选地，此外，可换档变速器级具有气缸套，所述气缸套布置在空心轴中，并且活塞区段优选地被可密封移动地支撑在所述气缸套中。
通过此类布置，可以实现紧凑又可靠的气动和/或液压换档控制，就此来说，可以以紧凑、可靠和简单的方式将气动地或者说液压地可移动活塞或者说气缸套中的活塞区段整合在具有空心轴和换档变速器轴的可换档单元内部，并且不需要额外的耗费空间的气动缸和/或液压缸。
因此，将特定地来理解“可密封移动地”，使得气缸套和活塞区段可相对于彼此移动，但使得活塞区段与气缸套之间仍存在气动和/或液压密封或者说在移动期间维持该气动和/或液压密封。这个实施例特别具有以下优点：通过在活塞区段的两侧气动地和/或液压地产生压差，可以以简单的方式来气动地或者说液压地进行气缸套相对于活塞区段的移动以对换档变速器级进行换档。
特定地，为实现进一步最佳化密封并且还有借助于简单紧凑的配置来支撑或者说支承空心轴，建议另外的优选配置，在该配置中，第一密封头优选地被紧固在气缸套的第一端处且优选地被可密封移动地支撑在换档变速器轴的第一轴线区段上，和/或优选地，第二密封头被紧固在气缸套的第二端处且优选地被可密封移动地支撑在换档变速器轴的第二轴线区段上。此处，空心轴可以优选地被可旋转地支撑在第一密封头和/或第二密封头上。
根据另外的优选实施例，第一轴线区段优选地包括轴向延伸的第一通道，且第二轴线区段优选地包括轴向延伸的第二通道，其中第一轴线区段的第一通道开口优选地连接第一通道与形成在气缸套、活塞区段、第一轴线区段和/或第一密封头之间的空隙，和/或第二轴线区段的第二通道开口优选地连接第二通道与形成在气缸套、活塞区段、第二轴线区段和/或第二密封头之间的空隙。优选地，此处，可换档变速器级尤其被配置成通过第一通道与第二通道之间的液压地和/或气动地产生的压差或者说在两个空隙之间由此产生的压差来换档。
在另外的适当和优选实施例中，驱动变速器优选地具有滑动齿轮组变速器级，该滑动齿轮组型变速器级具有包括两个圆柱齿轮的滑动齿轮组，其中滑动齿轮组的第一圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在主轴马达的驱动轴上，且滑动齿轮组的与第一圆柱齿轮啮合的第二圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在被可移动地支撑的空心轴上。
在另外的适当和优选实施例中，可换档变速器级优选地包括用于第一变速器齿轮的第一圆柱齿轮对和/或用于第二变速器齿轮的第二圆柱齿轮对，特定地具有不同传动比。第一圆柱齿轮对优选地包括第三圆柱齿轮，所述第三圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在被可移动地支撑的空心轴上，和/或第二圆柱齿轮对优选地包括第四圆柱齿轮，所述第四圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在被可移动地支撑的空心轴上。可替代地，例如，第一圆柱齿轮对可以包括第二圆柱齿轮，且第二圆柱齿轮对可以包括第四圆柱齿轮，所述第四圆柱齿轮非可旋转地布置在被可移动地支撑的空心轴上。
在另一个适当和优选实施例中，当被可移动地支撑的空心轴处于第一位置中时，第一圆柱齿轮对的圆柱齿轮优选地啮合，而当被可移动地支撑的空心轴处于第二位置中时，第二圆柱齿轮对的圆柱齿轮优选地啮合。
在另外的适当和优选实施例中，枢转头优选地包括中间轴，该中间轴优选地被定向成平行于枢转头的枢轴线。优选地，驱动变速器包括锥齿轮变速器级，其中锥齿轮变速器级的第一锥齿轮优选地非可旋转地布置在中间轴上。优选地，锥齿轮变速器级的用于驱动工作主轴的第二锥齿轮优选地非可旋转地布置在工作主轴的驱动轴上。优选地，第一圆柱齿轮对包括第五圆柱齿轮，所述第五圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在中间轴上，和/或第二圆柱齿轮对优选地包括第六圆柱齿轮，所述第六圆柱齿轮优选地非可旋转地布置在中间轴上。
在另外的适当和优选实施例中，枢转头具有优选地布置成与枢轴线同轴的枢轴线齿轮，且加工单元优选地包括：旋转轴线马达，其布置在头架上；和/或一个或多个变速器单元，其优选地与枢轴线齿轮啮合以用于将旋转轴线马达的驱动轴的旋转运动传递到枢轴线齿轮，其中所述一个或多个变速器单元优选地通过共用的齿形带来驱动，所述齿形带优选地与旋转轴线马达的驱动轴上的齿轮啮合。
优选地，加工单元特定地包括两个变速器单元，这两个变速器单元与枢轴线齿轮啮合以用于将旋转轴线马达的驱动轴的旋转运动传递到枢轴线齿轮，其中所述两个变速器单元优选地通过共用的齿形带来驱动，其中所述两个变速器单元中的每一者优选地具有优选地布置成平行于旋转轴线马达的驱动轴的相应主轴线，其中所述两个主轴线和旋转轴线马达的驱动轴优选地布置成彼此基本上等间距，优选地使得齿形带基本上采取对应于等边三角形的形式。
优选地，旋转轴线马达被布置在变速器单元的与枢轴线相对的一侧，和/或旋转轴线马达和主轴马达优选地相对于彼此被布置在枢轴线的相对侧。
旋转轴线马达的驱动轴优选地布置成平行于枢轴线，且旋转轴线马达的驱动轴和主轴马达的驱动轴优选地横跨公共平面(优选地与枢轴线一起的公共平面)，且枢轴线优选地布置在所述两个驱动轴之间。
优选地，头架包括头架壳体和供给管或者说供给线，所述供给管或供给线优选地延伸到在头架壳体内的枢转头。此处，供给管或者说供给线优选地被布置在主轴马达与旋转轴线马达之间。
根据本发明的另外的实施方式，建议具有根据前述配置中的一者的加工单元的机床，其中该加工单元优选地在至少一个坐标轴线或者说甚至是两个或三个坐标轴线中可移动地附接到机床。
附图说明
图1示例性地示出根据本发明的实施例的加工单元的主轴驱动器的示意图，
图2示例性地示出根据本发明的实施例的加工单元的主轴驱动器的透视图，
图3A示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器在第一驱动齿轮中的透视图，且图3B示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器在第二驱动齿轮中的透视图，
图4A示例性地示出在工作主轴处于垂直位置的情况下根据图2的主轴驱动器的透视图，且图4B示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器的透视图，
图5A示例性地示出根据本发明的实施例的可换档变速器级在第一驱动齿轮中的横截面图，且图5B示例性地示出根据本发明的实施例的可换档变速器级在第二驱动齿轮中的横截面图，
图6示例性地示出图5A和图5B的可换档变速器级的细节的横截面图，
图7A示例性地示出根据本发明的实施例的头架的驱动马达的布置的透视图，图7B示例性地示出根据本发明的实施例的头架的旋转轴线驱动器的透视图，且图7C示例性地示出根据图7B的旋转轴线驱动器的侧视图，以及
图8A示例性地示出根据本发明的另一实施例的可换档变速器级在第一驱动齿轮中的横截面图，且图8B示例性地示出根据本发明的另一实施例的可换档变速器级在第二驱动齿轮中的横截面图。
具体实施方式
本发明的实施例
在下文中，借助于示例性图来详细描述本发明的实施例。实施例的特征可完全或部分地组合，且本发明不限于所描述的实施例。在诸图中，一些或者说类似的特征由相同的标号指示。
图1示例性地示出根据本发明的实施例的加工单元的主轴驱动器的示意图。
加工单元包括：头架2，其附接到机床1(尤其是机床1的机器底座的前部1a处)并具有头架壳体4；枢转头3，其具有枢转头壳体5并以可绕枢轴线B枢转的方式被保持在头架2上；以及工作主轴6，其被布置在枢转头3上并具有相对于枢轴线B倾斜，尤其是例如倾斜45度(角度α)，的主轴线S。
枢轴线B自身相对于垂直线，或者说相对于机床1的机器底座的前部1a，在前下方向倾斜(例如)45度。由于主轴线S相对于枢轴线B倾斜，所以主轴6的主轴线S可以被水平地定向，如图1中所描绘。此外，可以通过使枢转头3枢转来使主轴线S绕枢轴线B枢转，且可以通过使枢转头3绕枢轴线B枢转180度来垂直地定向主轴6及其主轴线S以进行垂直加工。
在头架壳体4内部，头架2包括主轴马达7(或者说主轴驱动器)，所述主轴马达布置在头架2中并具有驱动轴8，所述驱动轴被布置成平行于枢轴线B且例如被悬于其上(即，在这个实施例中，驱动轴8例如未被支撑在枢转头侧，而是例如仅被支撑在头架侧)并从头架4伸入枢转头3中。主轴马达7的驱动轴8的旋转轴线被布置成相对于枢轴线B平行，然而例如并不与枢轴线B同轴，而是相对其偏移。
此外，工作主轴6包括驱动轴19，所述驱动轴被可旋转地支撑在枢转头3中并被定向成例如与主轴线S同轴，但在本发明的另外的实施例中也可以被定向成偏移地平行于主轴线S。
此外，枢转头壳体5的内部容纳驱动变速器，该驱动变速器用于将主轴马达7的驱动轴8的旋转运动传递到工作主轴6的驱动轴19。
驱动变速器包括换档变速器轴10，该换档变速器轴被定向成与枢转头3的枢轴线B同轴，且用于对驱动变速器进行换档的可换档变速器级的空心轴11以轴向可换档以及可绕换档变速器轴10旋转的方式被支撑在该换档变速器轴上。
在驱动轴8的突伸入枢转头3中的端部处，一细长的圆柱齿轮9非可旋转地和固定地被布置以用于形成圆柱齿轮12的滑座，所述圆柱齿轮非可旋转地和固定地被布置在驱动变速器的空心轴11上。
三个圆柱齿轮12、13和14非可旋转地和固定地被布置在空心轴11上，其中圆柱齿轮12与圆柱齿轮9互相啮合，该圆柱齿轮9非可旋转地和固定地被布置在主轴马达7的驱动轴8上。
这里的圆柱齿轮9和12组成的圆柱齿轮对形成具有滑座的滑动齿轮组变速器级，其中如果图1中的空心轴11朝换档变速器轴10进行轴向换档(特定地，例如在图1中到右上方)，那么布置在空心轴11上的圆柱齿轮12保持与非可旋转地和固定地被布置在主轴马达7的驱动轴8上的圆柱齿轮9啮合。
此外，枢转头3中的驱动变速器包括被可旋转地支撑的中间轴15，该中间轴被定向成平行于枢转头的枢轴线B，然而并不与其同轴，而是平行偏移。圆柱齿轮16和17以及锥齿轮18非可旋转地和固定地被布置在中间轴15上。
中间轴15的锥齿轮18与锥齿轮20啮合，所述锥齿轮20非可旋转地和固定地被布置在主轴6的驱动轴19上，其中锥齿轮18和20形成角变速器级，所述角变速器级以45度角度传递驱动旋转并因此平衡主轴线S与旋转轴线B之间的角度α＝45。
换档变速器轴10上的具有可移动地被支撑的空心轴的可换档变速器级被配置成通过以下方式在具有不同传动比的第一驱动齿轮与第二驱动齿轮之间对枢转头3的驱动变速器进行换档：在第一位置与第二位置之间对被轴向可移动地支撑在平行于枢轴线B的换档变速器轴10上的空心轴11进行换档。
如果被可移动地支撑的空心轴11处于第一位置中，那么第一驱动齿轮被啮合或者说被换档，而如果被可移动地支撑的空心轴11处于第二位置中，那么第二驱动齿轮被啮合或者说被换档。
此处，图1示例性地示出空心轴11处于第一位置中，在该第一位置中，空心轴11上的圆柱齿轮13与中间轴15处的圆柱齿轮16啮合，且第一驱动齿轮被啮合。
在第一驱动齿轮中，主轴马达7的驱动轴8的旋转运动被传递，使得由于驱动轴8的旋转运动所产生的圆柱齿轮9的旋转借助于与位于空心轴11上的圆柱齿轮12的啮合而引起圆柱齿轮12旋转及进而空心轴11绕换档变速器轴10旋转。
在根据图1的空心轴11的第一位置中，圆柱齿轮14不与任何其他齿轮啮合，而是就像圆柱齿轮17那样自由旋转且不与相应的配对齿轮啮合，并且，在空心轴11的第一位置(根据图1)中也随空心轴旋转并与位于中间轴15上的圆柱齿轮16啮合的圆柱齿轮13将空心轴11的旋转或者说扭矩传递到中间轴15。
中间轴15的旋转或者说扭矩通过位于中间轴上的锥齿轮18及与之啮合的位于主轴驱动轴19上的锥齿轮20被传递到主轴驱动轴19并驱动主轴6。
因此，根据本实施例，在第一驱动齿轮中，主轴马达7的扭矩通过驱动轴8并借助于圆柱齿轮9和12的滑动齿轮组变速器级被传递到空心轴11，通过处于第一位置中的空心轴11并借助于被换档到第一驱动齿轮的啮合的圆柱齿轮13和16的换档变速器级被传递到中间轴15，且最后通过中间轴15并借助于锥齿轮18和20的角变速器级被传递到主轴驱动轴19。
为了换档到第二驱动齿轮，空心轴11可以在变速器轴10上被轴向换档，特定地，在根据图1的示例中朝头架2进行轴向换档，使得圆柱齿轮13和16的啮合被释放而圆柱齿轮17和14被啮合。
在将空心轴11换档到第二驱动齿轮的第二位置之后，圆柱齿轮14和17被啮合，且圆柱齿轮13和16自由旋转而不与相应的配对齿轮啮合。此外，在空心轴11的第二位置中，滑动齿轮组的圆柱齿轮9和12也保持彼此啮合。
在第二驱动齿轮中，主轴马达7的驱动轴8的旋转运动经传递，使得由于驱动轴8的旋转运动所产生的圆柱齿轮9的旋转借助于与位于空心轴11上的圆柱齿轮12的啮合而引起圆柱齿轮12旋转及进而空心轴11绕换档变速器轴10旋转。
在空心轴11的第二位置中，圆柱齿轮13不与任何其他齿轮啮合而是自由旋转，并且在空心轴11的第二位置中也随空心轴11旋转并与位于中间轴15上的圆柱齿轮17啮合的圆柱齿轮14将空心轴11的旋转或者说扭矩传递到中间轴15。
中间轴15的旋转或者说扭矩通过位于中间轴上的锥齿轮18及与之啮合的位于主轴驱动轴19上的锥齿轮20被传递到主轴驱动轴19并驱动主轴6。
因此，根据本实施例，在第二驱动齿轮中，主轴马达7的扭矩通过驱动轴8并借助于圆柱齿轮9和12的滑动齿轮组变速器级被传递到空心轴11，通过处于第二位置中的空心轴11并借助于被换档到第二驱动齿轮的啮合的圆柱齿轮14和17的换档变速器级被传递到中间轴15，且最后通过中间轴15并借助于锥齿轮18和20的角变速器级被传递到主轴驱动轴19。
作为示例，图2示出根据本发明的实施例的加工单元的主轴驱动器的透视图。特定地，图2示例性地示出根据图1的驱动器的构造上的配置。工作主轴6被水平地定向，其中工作主轴6的主轴线S与旋转轴线B之间的角度是α＝45度。图2示出变速器处于第一驱动齿轮的位置中，在该位置中，被轴向可移动地支撑在换档变速器轴10上的空心轴11处于第一位置中，在该第一位置中，位于空心轴11上的圆柱齿轮13与位于中间轴15上的圆柱齿轮16啮合且圆柱齿轮14和17各自自由地旋转。
与图1类似，根据图2的这个实施例，主轴马达7的扭矩通过主轴马达7的驱动轴并借助于圆柱齿轮9和12的滑动齿轮组变速器级被传递到空心轴11，通过处于第一位置中的空心轴11并借助于被换档到第一驱动齿轮的啮合的圆柱齿轮13和16的换档变速器级被传递到中间轴15，且最后通过中间轴15并借助于锥齿轮18和20的角变速器级被传递到主轴6的主轴驱动轴。
图3A示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器在第一驱动齿轮中的透视图，且图3B示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器在第二驱动齿轮中的透视图。此处，图3A基本上对应于图2，并且图3B对应于一个位置，在该位置中，空心轴11相对于换档变速器轴10从根据图2或者说图3A的第一位置被移动或轴向换档到第二位置。
在图3B中，圆柱齿轮13和16(其在根据图3A的第一位置中始终啮合)在空心轴11的第二位置中自由旋转，并且另一方面先前在图3A中自由旋转的圆柱齿轮14和17现在在根据图3B的空心轴的第二位置中彼此啮合。
此处，在根据图3B的位置中，根据本实施例，主轴马达7的扭矩通过主轴马达7的驱动轴并借助于圆柱齿轮9和12的滑动齿轮组变速器级被传递到空心轴11，通过处于第二位置的空心轴11并借助于被换档到第二驱动齿轮的啮合的圆柱齿轮14和17的换档变速器级被传递到中间轴15，且最后通过中间轴15并借助于锥齿轮18和20的角变速器级被传递到主轴6的主轴驱动轴。
图4A示例性地示出在工作主轴处于垂直位置的情况下根据图2的主轴驱动器的透视图，且图4B示例性地示出在工作主轴处于水平位置的情况下根据图2的主轴驱动器的透视图。此处，图4B基本上对应于图2和图3A的位置，即例如驱动器显示为处于被换档到第一驱动齿轮的位置中。
在图4A中，与图4B中的位置相比，枢转头3绕枢轴线B旋转了180度，使得工作主轴6的主轴线S从水平位置枢转到垂直位置。此外，在根据图4A的位置中，根据这个实施例，主轴马达7的扭矩通过主轴马达7的驱动轴并借助于圆柱齿轮9和12的滑动齿轮组变速器级被传递到空心轴11，通过处于第二位置中的空心轴11并借助于被换档到第二驱动齿轮的啮合的圆柱齿轮14和17的换档变速器级被传递到中间轴15，且最后通过中间轴15并借助于锥齿轮18和20的角变速器级被传递到主轴6的主轴驱动轴。
由于具有主轴驱动轴19的主轴6、中间轴15以及空心轴11被支撑在枢转头3中的换档变速器轴10上，所以在使枢转头3枢转时这些部件与枢转头3同步旋转，并且不改变它们相对于彼此的位置。也就是说，特定地，在图4A和图4B中，在换档变速器轴10上的具有主轴驱动轴19的主轴6、中间轴15以及空心轴11和位于以上各者上的所有齿轮的之间的相对位置是相同的。如果主轴马达7的驱动轴8和位于驱动轴8上的圆柱齿轮9绕枢轴线B相对于空心轴11和圆柱齿轮12和绕空心轴11和圆柱齿轮12旋转了180度，那么只有主轴马达7的驱动轴8和位于驱动轴8上的圆柱齿轮9相对于驱动变速器的剩余元件的相对位置在图4A与图4B之间发生了改变。
作为示例，图5A示出根据本发明的实施例的可换档变速器级在第一驱动齿轮中的横截面图，且图5B示例性地示出根据本发明的实施例的可换档变速器级在第二驱动齿轮中的横截面图。
特定地，图5A和图5B在横截面图中示出具有换档变速器轴10和空心轴11的可换档组件的细节。此外，图5A和图5B示出滑动齿轮组变速器级(在主轴马达的驱动轴8上的圆柱齿轮9和在空心轴11上的圆柱齿轮12)和可换档变速器级(在空心轴11上的圆柱齿轮13和14以及在中间轴15上与之对应的圆柱齿轮16和17)以及角变速器级的锥齿轮18的细节。
在图5A中，空心轴11处于第一位置中，使得第一驱动齿轮被换档或者说被啮合。因此，圆柱齿轮13和16被啮合，而圆柱齿轮14和17自由旋转。在图5B中，空心轴11处于第二位置中，使得第二驱动齿轮被换档或者说被啮合。因此，圆柱齿轮14和17被啮合，而圆柱齿轮13和16自由旋转。
作为示例，换档变速器轴10具有第一轴线区段10a、第二轴线区段10c和布置在第一轴线区段10a与第二轴线区段10c之间的活塞区段10b，其中活塞区段10b具有大于第一轴线区段10a和第二轴线区段10c的直径。活塞区段10c被可移动地(特定地，可密封移动地)支撑在可换档变速器级的气缸套21内。
第一密封头22a被附接(例如，用螺丝拧紧或压入)在气缸套21的第一端处，并且第一密封头22a被可密封移动地支撑在换档变速器轴10的第一轴线区段10a上，且第二密封头22b被附接(例如，用螺丝拧紧或压入)在气缸套21的第二端处，并且第二密封头22b被可密封移动地支撑在换档变速器轴10的第二轴线区段10c上。因此，可以将位于换档变速器轴10上的气缸套21及密封头22a和22b的组件作为一个部件来进行轴向换档，其中密封头22a与22b和轴线区段10a与10c之间的侧向表面被密封或者说活塞区段10b与气缸套21之间的侧向侧被密封。
第一轴线区段10a包括轴向延伸的第一通道23a和第一活塞侧通道开口24a，而第二轴线区段10c包括轴向延伸的第二通道23b和第二活塞侧通道开口24b。第一轴线区段10a的第一通道开口24a连接活塞侧的第一通道23a和形成在气缸套21、活塞区段10b、第一轴线区段10a和第一密封头22a之间的一空隙25a，而第二轴线区段10c的第二通道开口24b连接第二通道23b与形成在气缸套21、活塞区段10b、第二轴线区段10c和第二密封头22b之间的一空隙25b。
作为示例，图6示出图5A和图5B的可换档变速器级的细节的横截面图，并更详细地示出包括以下各者的组件的布置：气缸套21、具有活塞区段10b及轴线区段10a和10c(包括通道23a和23b和通道开口24a和24b)的换档变速器轴10。
空心轴11被可旋转地和固定地支撑在第一密封头22a和第二密封头22b上(例如，用第一密封头22a处的两个球轴承和第二密封头22b处的滚柱轴承)。因此，位于密封头上的空心轴11绕密封头22a和22b和气缸套21被可旋转地支撑，且此外和位于换档变速器轴10上的密封头22a和22b及位于换档变速器轴10的活塞区段10b上的气缸套21作为一个部件一起被轴向可移动地支撑在换档变速器轴10上。密封头22a和22b因此充当(例如)气缸套21的气动或者说液压密封元件以及空心轴11的导向件和支承座。
根据图5A、图5B和图6的可换档变速器级被配置成借助于液压地和/或气动地产生的压差在第一通道23a与第二通道23b之间进行换档。特定地，如果空心轴11处于第一位置中，那么图5A中的可换档变速器级处于第一位置中，在该第一位置中，对于第一驱动齿轮来说，圆柱齿轮13和16啮合。在图5B(和图6)中，如果空心轴11处于第二位置中，那么可换档变速器级处于第二位置中，在该第二位置中，对于第二驱动齿轮来说，圆柱齿轮14和17啮合。
为了从根据图5A的位置(第一位置，第一驱动齿轮)换档到根据图5B的位置(第二位置，第二驱动齿轮)，气动和/或液压压力可以通过换档变速器轴10的避开活塞区段10b的一侧被施加到第二轴向通道23b中，其由于所施加的压力而通过通道开口24b而作用到空隙25b上而被换档到图5B中的左边，直到活塞区段10b毗邻第一密封头22a且空心轴11到达根据图5B或者说图6的第二位置。
为了从根据图5B的位置(第二位置，第二驱动齿轮)换档到根据图5A的位置(第一位置，第一驱动齿轮)，气动和/或液压压可以通过换档变速器轴10的避开活塞区段10b的一侧被施加到第一轴向通道23a中，其由于所施加的压力而通过通道开口24a而作用到空隙25a上而被换档到图5A中的右边，直到活塞区段10b毗邻第二密封头22b且空心轴11到达根据图5A的第一位置。
如上，已主要提到了主轴驱动器和主轴驱动变速器的优选配置，在下文中，将会描述用于使旋转轴线B枢转的旋转轴线驱动器的示例性和优选配置。此外，此处引用了根据图1的示例性配置。
如图1中所示，作为示例，头架2具有位于头架壳体4中的旋转轴线马达33。枢转头3具有枢轴线齿轮26，所述枢轴线齿轮布置在至头架2的过渡区段处并被布置成与枢轴线B同轴。头架2的变速器单元的可旋转地支撑的轴29包括与枢轴线齿轮26啮合的齿轮27。轴29是通过位于轴29上的另一个齿轮28来驱动，且因此枢转头3相对于头架2绕旋转轴线B的枢转是借助于齿轮27与枢转头3的枢轴线齿轮26的啮合来驱动的。为了驱动轴29，将齿轮28与位于旋转轴线马达33的驱动轴32上的齿轮31连接(此处，例如间接地通过齿形带30连接)。旋转轴线马达33的驱动轴32和轴29(例如)被定向成彼此平行且平行于枢轴线B或者说平行于主轴马达7的驱动轴线(驱动轴8)。
如图1中所示，如果旋转轴线马达33被布置在变速器单元的避开枢轴线B(具有轴29及齿轮27和28)的一侧上，那么产生了有利的示例性配置，因为如果需要维修或服务，所述旋转轴线马达可以从底部很好地进入。
此外，在头架壳体内，这为接近枢轴线B的空隙产生了空间，使得可以在该空间中提供至枢转头2的供给线(诸如，电力供给、气动供给和/或液压供给以及冷却剂供给)。作为示例，一延伸到枢转主体3的优选地挠性的供给管34可以在头架壳体4内被引导。
根据图1，优选地，旋转轴线马达33和主轴马达7相对于彼此被布置在枢轴线B的相对侧处，使得可以在头架壳体4的中心空间中为供给管34提供足够的空间，并且可以将供给管34引导到接近旋转轴线B的枢转头3。
作为示例，图7A示出根据本发明的另外的实施例的头架的驱动马达的布置的透视图，图7B示例性地示出根据本发明的实施例的头架的旋转轴线驱动器的透视图(对应于图7A，没有主轴马达7且没有供给线34)，且作为示例，图7C示出根据图7B的旋转轴线驱动器的侧视图。
枢转头3包括位于枢转头3的前部处的类似于图1的枢轴线齿轮26，枢转头3可以与该枢轴线齿轮一起被可旋转地固持在头架上。在这个实施例中，作为示例，头架具有两个变速器单元35，这两个变速器单元与枢轴线齿轮26啮合以用于将驱动轴线马达33的驱动轴32的旋转运动传递到枢轴线齿轮26，其中这两个变速器单元35是通过共用的齿形带30来驱动的。在本发明的实施例中，变速器单元可以被配置为(例如)互相张紧的行星齿轮(尤其是例如具有围合行星齿轮的冷却套)。
供给线或者说供给管34在变速器单元35与主轴马达7之间延伸到枢转头3。旋转轴线马达33被布置在变速器单元35的避开旋转轴线B或者说主轴马达7的一侧上。
两个变速器单元35中的每一者具有被布置成平行于旋转轴线马达33的驱动轴32的相应主轴线(轴)29，其中变速器单元35的两个主轴线29和旋转轴线马达33的驱动轴32被布置成彼此基本上等间距，使得与两个变速器单元35的齿轮28和位于旋转轴线马达33的驱动轴32上的齿轮31啮合的齿形带30基本上采取对应于等边三角形(特定地见图7B)的形式。
旋转轴线马达33被布置在两个变速器单元35的避开枢轴线B的一侧上，并且被布置成容易从底部进入以进行维修和服务。旋转轴线马达33和主轴马达7相对于彼此被布置在枢轴线B的相对侧上。
旋转轴线马达33的驱动轴32被布置成平行于枢轴线B或者说平行于主轴马达7的轴线(驱动轴8)，且旋转轴线马达33的驱动轴32和主轴马达7的驱动轴8横跨与枢轴线B一起的公共平面，其中枢轴线B被布置在这两个驱动轴8与32之间(特定地，见图7C，驱动轴8未示出)。
此外，在图7B中，示出了附接到枢转头3的轴承元件36和半圆形开口37。此处，轴承元件36可以起将换档变速器轴10的头架侧端部非可旋转地保持在端侧或者说轴承上。开口37允许主轴马达7的具有圆柱齿轮9的驱动轴8(例如，悬垂式)伸入枢转头3中以使圆柱齿轮9与圆柱齿轮12啮合。
根据本发明的另一个实施例，作为示例，图8A示出可换档变速器级在第一驱动齿轮中的横截面图，且作为示例，图8B示出根据本发明的另外的实施例的可换档变速器级在第二驱动齿轮中的横截面图。
与根据图5A和图5B的实施例形成对照，在根据图8A和图8B的实施例中，仅两个圆柱齿轮12和14而非三个圆柱齿轮被布置在空心轴11上，其中第一变速器级中的圆柱齿轮12(或者说如果第一变速器级被换档)在一侧与驱动轴8的圆柱齿轮9啮合且在另一侧与中间轴15上的圆柱齿轮16啮合。
特定地，图8A和图8B在横截面图中示出具有换档变速器轴10和空心轴11的可换档组件的细节。此外，图8A和图8B示出滑动齿轮组型变速器级(在主轴马达的驱动轴8上的圆柱齿轮9和在空心轴11上的圆柱齿轮12)和可换档变速器级(在空心轴11上的圆柱齿轮12和14以及与之对应的中间轴15上的圆柱齿轮16和17)以及角变速器级的锥齿轮18的细节。
在图8A中，空心轴11处于第一位置中，使得第一驱动齿轮被换档或者说被啮合。因此，圆柱齿轮12和16被啮合，而圆柱齿轮14和17自由旋转。在图8B中，空心轴11处于第二位置中，使得第二驱动齿轮被换档或者说被啮合。因此，圆柱齿轮14和17被啮合，而圆柱齿轮16自由旋转，其中圆柱齿轮12分别在两个变速器级中与圆柱齿轮9啮合，但是是在被相互换档的位置处(滑座)。

Claims (25)

1.一种机床的加工单元，其包括：
-头架(2)，其可附接到所述机床(1)，
-枢转头(3)，其以可绕枢轴线(B)枢转的方式被保持在所述头架(2)上，
-工作主轴(6)，其被布置在所述枢转头(3)上并具有相对于所述枢轴线(B)倾斜的主轴线(S)；
-主轴马达(7)，其被布置在所述头架(2)中并包括被布置成平行于所述枢轴线(B)的驱动轴(8)，
-驱动变速器，其用于将所述主轴马达(7)的所述驱动轴(8)的旋转运动传递到所述工作主轴(6)的驱动轴(19)，
其中所述驱动变速器包括可换档变速器级，
其特征在于：
所述枢转头(3)包括被定向成与所述枢转头(3)的所述枢轴线(B)同轴的换档变速器轴(10)，其中所述可换档变速器级包括被可移动地支撑在所述枢转头(3)的所述换档变速器轴(10)上的空心轴(11)。
2.根据权利要求1所述的加工单元，其特征在于：
所述可换档变速器级被配置成通过在第一位置与第二位置之间对被可移动地支撑在平行于所述枢轴线(B)的所述换档变速器轴(10)上的所述空心轴(11)进行换档而在第一驱动齿轮与第二驱动齿轮之间对所述驱动变速器进行换档。
3.根据权利要求2所述的加工单元，其特征在于：
如果被可移动地支撑的所述空心轴(11)处于所述第一位置中，那么所述第一驱动齿轮被啮合，而如果被可移动地支撑的所述空心轴(11)处于所述第二位置中，那么所述第二驱动齿轮被啮合。
4.根据权利要求2或3所述的加工单元，其特征在于：
所述换档变速器轴(10)包括第一轴线区段(10a)、第二轴线区段(10c)和布置在所述第一轴线区段(10a)与所述第二轴线区段(10c)之间的活塞区段(10b)，
其中所述活塞区段(10b)具有大于所述第一轴线区段(10a)和所述第二轴线区段(10c)的直径，并且
其中所述可换档变速器级包括气缸套(21)，所述气缸套布置在所述空心轴(11)中，并且所述活塞区段(10b)被可密封移动地支撑在所述气缸套中。
5.根据权利要求4所述的加工单元，其特征在于：
第一密封头(22a)被附接在所述气缸套(21)的第一端处且被可密封移动地支撑在所述换档变速器轴(10)的所述第一轴线区段(10a)处，并且
第二密封头(22b)被附接在所述气缸套(21)的第二端处且被可密封移动地支撑在所述换档变速器轴(10)的所述第二轴线区段(10c)处。
6.根据权利要求5所述的加工单元，其特征在于：
所述空心轴(11)被可旋转地支撑在所述第一密封头(22a)和所述第二密封头(22b)上。
7.根据权利要求5所述的加工单元，其特征在于：
所述第一轴线区段(10a)包括轴向延伸的第一通道(23a)，且所述第二轴线区段(10c)包括轴向延伸的第二通道(23b)，
其中所述第一轴线区段(10a)的第一通道开口(24a)连接所述第一通道(23a)和形成在所述气缸套(21)、所述活塞区段(10b)、所述第一轴线区段(10a)和所述第一密封头(22a)之间的一空隙(25a)，而所述第二轴线区段(10c)的第二通道开口(24b)连接所述第二通道(23b)与形成在所述气缸套(21)、所述活塞区段(10b)、所述第二轴线区段(10c)和所述第二密封头(22b)之间的一空隙(25b)。
8.根据权利要求7所述的加工单元，其特征在于：
所述可换档变速器级被配置成借助于液压地和/或气动地产生的压差在所述第一通道(23a)与所述第二通道(23b)之间进行换档。
9.根据权利要求1所述的加工单元，其特征在于：
所述驱动变速器包括滑动齿轮组变速器级，所述滑动齿轮组变速器级具有包括两个圆柱齿轮(9、12)的滑动齿轮组，其中所述滑动齿轮组的第一圆柱齿轮(9)非可旋转地布置在所述主轴马达(7)的所述驱动轴(8)上，且所述滑动齿轮组的与所述第一圆柱齿轮(9)啮合的第二圆柱齿轮(12)非可旋转地布置在被可移动地支撑的所述空心轴(11)上。
10.根据权利要求1所述的加工单元，其特征在于：
所述可换档变速器级包括用于第一变速器齿轮的第一圆柱齿轮对(13、16；12、16)和用于第二变速器齿轮的第二圆柱齿轮对(14、17)。
11.根据权利要求10所述的加工单元，其特征在于：
所述第一圆柱齿轮对包括第三圆柱齿轮(13)，所述第三圆柱齿轮非可旋转地布置在被可移动地支撑的所述空心轴(11)上，且所述第二圆柱齿轮对包括第四圆柱齿轮(14)，所述第四圆柱齿轮非可旋转地布置在被可移动地支撑的所述空心轴(11)上。
12.根据权利要求10所述的加工单元，其特征在于：
所述第一圆柱齿轮对包括第二圆柱齿轮(12)，且所述第二圆柱齿轮对包括第四圆柱齿轮(14)，所述第四圆柱齿轮非可旋转地支撑在被可移动地支撑的所述空心轴(11)上。
13.根据权利要求2所述的加工单元，其特征在于：
所述可换档变速器级包括用于第一变速器齿轮的第一圆柱齿轮对(13、16；12、16)和用于第二变速器齿轮的第二圆柱齿轮对(14、17)，并且
如果被可移动地支撑的所述空心轴(11)处于所述第一位置中，那么所述第一圆柱齿轮对(13、16；12、16)被啮合，而如果被可移动地支撑的所述空心轴(11)处于所述第二位置中，那么所述第二圆柱齿轮对(14、17)被啮合。
14.根据权利要求1所述的加工单元，其特征在于：
所述枢转头(3)包括中间轴(15)，所述中间轴被定向成平行于所述枢转头的所述枢轴线(B)。
15.根据权利要求14所述的加工单元，其特征在于：
所述驱动变速器包括锥齿轮变速器级，其中所述锥齿轮变速器级的第一锥齿轮(18)非可旋转地布置在所述中间轴(15)上。
16.根据权利要求15所述的加工单元，其特征在于：
所述锥齿轮变速器级的用于驱动所述工作主轴(6)的第二锥齿轮(20)非可旋转地布置在所述工作主轴(6)的所述驱动轴(19)上。
17.根据权利要求14至16中的任意一项所述的加工单元，其特征在于：
所述可换档变速器级包括用于第一变速器齿轮的第一圆柱齿轮对(13、16；12、16)和用于第二变速器齿轮的第二圆柱齿轮对(14、17)，并且
所述第一圆柱齿轮对(13、16；12、16)包括第五圆柱齿轮(16)，所述第五圆柱齿轮非可旋转地布置在所述中间轴(15)上，且所述第二圆柱齿轮对(14、17)包括第六圆柱齿轮(17)，所述第六圆柱齿轮非可旋转地布置在所述中间轴(15)上。
18.根据权利要求1所述的加工单元，其特征在于：
所述枢转头(3)包括被布置成与所述枢轴线(B)同轴的枢轴线齿轮(26)，并且
所述加工单元包括：旋转轴线马达(33)，其布置在所述头架(2)上；和一个或多个变速器单元(35)，其与所述枢轴线齿轮(26)啮合以用于将所述旋转轴线马达(33)的驱动轴(32)的旋转运动传递到所述枢轴线齿轮(26)，其中所述一个或多个变速器单元(35)通过一共用的齿形带(30)来驱动，所述齿形带与所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)上的齿轮(31)啮合。
19.根据权利要求18所述的加工单元，其特征在于：
所述加工单元包括两个变速器单元(35)，这两个变速器单元与所述枢轴线齿轮(26)啮合以用于将所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)的旋转运动传递到所述枢轴线齿轮(26)，其中所述两个变速器单元(35)通过所述共用的齿形带(30)来驱动，
其中所述两个变速器单元(35)中的每一者包括布置成平行于所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)的相应主轴线(29)，其中两个所述主轴线(29)和所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)被布置成彼此基本上等间距，使得所述齿形带(30)基本上采取对应于等边三角形的形式。
20.根据权利要求18或19所述的加工单元，其特征在于：
所述旋转轴线马达(33)布置在所述一个或多个变速器单元(35)的避开所述枢轴线(B)的侧边。
21.根据权利要求18或19所述的加工单元，其特征在于：
所述旋转轴线马达(33)和所述主轴马达(7)相对于彼此被布置在所述枢轴线(B)的相对侧。
22.根据权利要求18或19所述的加工单元，其特征在于：
所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)被布置成平行于所述枢轴线(B)，且
所述旋转轴线马达(33)的所述驱动轴(32)和所述主轴马达(7)的所述驱动轴(8)横跨与所述枢轴线(B)的公共平面，且所述枢轴线(B)布置在两个所述驱动轴(8、32)之间。
23.根据权利要求18或19所述的加工单元，其特征在于：
所述枢转头(2)包括头架壳体(4)和在所述头架壳体(4)内延伸到所述枢转头(3)的供给管(34)，所述供给管用于能量供给、液压供给和/或气动供给。
24.根据权利要求23所述的加工单元，其特征在于：
所述供给管(34)被布置在所述主轴马达(7)与所述旋转轴线马达(33)之间。
25.一种机床，其具有根据权利要求1所述的加工单元，其中所述加工单元在至少一个坐标轴线中可移动地附接到所述机床。
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