CN107249795A - 补偿装置及装配有这种类型的补偿装置的工件的夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿装置，用于通过限定夹持轴线的夹持装置对工件、特别是齿形工件或待加工齿的工件进行平度补偿夹持，所述工件具有旋转轴线并通过平坦侧面邻接所述补偿装置的接触表面，当所述夹持装置被致动时，所述工件旋转轴线同轴定心于所述夹持轴线，并且所述邻接平坦侧面的由其产生的与所述工件旋转轴线的正交性的任何偏差通过在所述补偿装置处执行的偏转运动来补偿，所述接触表面具有至少三个彼此间隔开的接触区域，并且所述偏转运动包括所述接触区域的轴向运动。

Description

补偿装置及装配有这种类型的补偿装置的工件的夹持装置

本发明涉及一种补偿装置，用于通过限定夹持轴线的夹持装置对工件、特别是齿形(带齿)工件或待加工齿的工件进行平度补偿夹持，所述工件具有旋转轴线并通过平坦侧面邻接补偿装置的接触表面，当夹持装置被致动时，工件旋转轴线同轴地定心于夹持轴线，并且邻接平坦侧面的由其产生的与工件旋转轴线的正交性的任何偏差通过在补偿装置处进行的偏转运动来补偿。

这种补偿装置例如从未公开的DE102013018243中得知。这种装置的需求通过下列想法来证实。如果其邻接平坦侧面没有与工件旋转轴线的正交性的任何偏差的工件位于相对于夹持轴线正交邻接的接触表面上，则工件的旋转轴线和夹持轴线平行延伸，并且最终相对于被致动的夹持装置的定心作用与被夹持的工件一致(成一直线)。然而，如果存在工件的邻接平坦侧面与工件轴线的正交性的偏差，该偏差例如由于形成在平坦侧面上的硬化失真而至少在小的程度上可能发生，并且所述偏差不被校正，则工件旋转轴线的定向偏离夹持轴线的定向，使得当致动夹持装置时，其定心作用与“斜”平坦侧面和“直”接触表面之间的固定接触处于冲突关系，这导致在夹持期间倾斜，并且不能确保工件旋转轴线与夹持轴线同轴。因为夹持轴线与耦合到或旨在耦合到夹持装置的工件主轴的主轴轴线一致(成一直线)，所以这将导致当工件进行加工时工件旋转轴线绕主轴轴线的旋转运动尽管较小但翻滚的运动。为了避免这种翻滚运动，使用了上述补偿装置，该补偿装置通过偏转运动允许在同轴轴线的情况下平坦侧面与接触表面之间接触来补救上述情况。

在DE102013018243中，补偿装置的接触表面相对于夹持轴线的空间位置可以通过倾斜轴承来调节，该倾斜轴承包括相应轴承和逆轴承并具有两个独立的倾斜自由度。万向接头通过两个独立的倾斜自由度形成，并且补偿装置的偏转运动因此是两个倾斜运动的叠加。在DE102013018243中由具有倾斜轴承的安装单元形成的补偿单元具有优于早期补偿装置的优点，该早期补偿装置设计为在最长的可能时间长度内保持所获得的啮合质量的万向接头。

本发明所要解决的问题是改善在开头提及的类型的补偿装置，特别是关于可以获得的加工工件、特别是其齿部(啮合部)的加工质量的水准。

这个问题由本发明通过对在开头提及的类型的补偿装置进行开发来解决，其基本特征在于，接触表面具有至少三个彼此间隔开的接触区域，并且偏转运动包括接触区域的轴向运动。

因此，根据本发明的补偿装置基于完全不同的原理。整个接触面不再通过(两个)共同的倾斜轴线倾斜；相反地，存在取决于具有不均匀的平坦侧面的工件的角位置的各个接触区域的轴向运动，在某种程度上，这在各种情况下为了获得平面平行是必要的。这样，补救了现有技术中由倾斜运动引起的横向位移，并且夹持问题仅限于相对于仅一个(轴向)轴线的局部变化的偏转运动。这样，获得了相对于工件旋转轴线和夹持轴线的优化的同轴度的更精确夹持。

在使用中与补偿装置配合的夹持装置在其夹持机构方面不以任何特定的方式进行限制。例如DE102013018243的图1所示的膨胀夹持心轴可以使用，或者诸如锯齿衬套或紧胀(Spieth)衬套的其它机构也可以使用。

在特别优选的实施例中，接触区域被弹性安装，并且偏转运动是弹性可逆的。这允许有具有响应于诸如发生的夹持装置的轴向夹紧力的大小的相同边界条件的再现反应的持久应用。

在特别优选的实施例中，轴向刚性区域形成在接触区域之间。这样，补偿装置受益于支持抵抗轴向力的对工件的保持的作用。当在穿过轴向刚性区域的轴向横截面上观察时，轴向刚性区域优选地从补偿装置的一个轴向端到另一个轴向端连续地形成。

工件旋转轴线的定向在使用中时当然取决于所讨论的机器中所使用的主轴的定向，例如如果这是垂直机器，则垂直方向，或如果这是水平机器，则水平方向(在空间上倾斜的工件旋转轴线当然也是可能的)。在下文中，为了清楚起见，在某些情况下，假设了垂直主轴和夹持装置的想法；则接触表面将是搁置表面，并且轴向变化区域可以被称为变化高度水平。

因此，在特别优选的实施例中规定了，接触区域相对于刚性区域的轴向高度水平而轴向突出。在这种情况下，由此产生的轴向水平的差异优选地根据预期需要的偏转运动的最大轴向振幅来设定。

在特别优选的实施例中，结构材料薄弱部轴向设置在接触区域的下方。这允许由结构成形而不是由选择弹性材料引起的偏转运动的弹性。材料薄弱部可以包括去除材料。

因此，特别是规定，补偿装置本身的材料不是诸如橡胶的柔性/弹性材料；尤其地规定了补偿装置是例如一体地形成且特别是由诸如较佳为硬化钢之类的硬质材料制成的安装单元。在这种类型的优选实施例中，因此提出了在具有由补偿装置的外部尺寸规定的容积的形式的设想补偿装置中，在用补偿装置的材料对该容积完全材料充填的情况下，有效的平度补偿偏转运动将是不可能的。其他硬质材料也可以代替硬化钢使用；然而，这应该形成硬质部件。

在特别优选实施例中，偏转运动根据弯曲梁原理进行。这样，所需的偏转运动是可能的，并且在工件的夹持状态下，补偿装置整体上为工件抵抗轴向机加工力提供刚性支撑。

因此，特别是规定，特别是支撑在两侧上的梁与一个接触区域相关联，特别是与每个接触区域相关联，一个接触区域或多个接触区域布置在该梁上，特别是布置在中心上。梁的形状不以任何特定的方式进行限制。在朝向接触表面的平面的突起中，由于补偿装置优选地设计为环状结构，因此环形段形状的梁是优选的，如下所述。当在与其垂直的平面上观察时，梁的垂直轮廓可以优选地在相同的高度水平上延伸，则例如位于梁的中心的接触区域相对于梁的其余部分升高。在这方面，提出了轴向刚性区域包括梁支撑件。换言之，当支撑设置在两侧上时，轴向刚性区域和梁一起形成桥结构。

特别优选地，一个接触区域的位置不受在另一个接触区域处进行的偏转运动影响。换言之，接触区域在运动方面上是相互解耦的。由于诸如例如通过夹持装置经由工件作用在补偿装置上的轴向夹紧力的外力，因此运动解耦自然地允许有接触区域，这意味着多个或全部接触区域进行偏转运动。相反地，运动解耦是指，当考虑了导致偏转运动的接触区域的点状加载时，在另一个接触区域中没有运动，如例如在具有万向接头的补偿装置中的情况。

补偿装置方便地具有环状结构。因此，环形结构的中心通孔可以被夹持装置的夹持心轴穿透。由于环状结构，上述梁可以具有沿周向方向在延伸角度上测量的延伸部，该延伸角度大于40°，优选大于60°且不大于120°。具体地，提出了梁的自由长度不大于100°，特别是不大于90°，以便为轴向刚性区域留出足够的角度空间。

此外，优选地规定，环状结构具有采用2π/n旋转对称的形式的旋转对称性，n是接触表面的接触区域的数量。更一般地，将接触区域布置成方位角等距是优选的。特别优选地，补偿装置精确地具有三个彼此间隔开的的接触区域，当在其自身上观察时，这三个接触区域特别是形成连续的接触表面。良好结果也可以使用例如四个区域来获得；优选地，接触区域的数量不应超过8个，特别地6个。

在优选实施例中，补偿装置在其远离接触(件)的一侧上具有环状基板，其正交于轴向方向延伸的环厚度比接触区域/梁的厚度大，特别地大至少30％，优选地大至少60％。各个接触区域连同其轴承通过环状基板相互连接。用于与夹持装置接触的共同环状支撑板也可以由所述基板形成。用于工件平坦侧面的接触表面的接触区域的相应轴承优选地轴向处于相同高度(在未加载状态下)。此外，补偿装置的方位角区域仅由环状基板构成是优选的，因此，各个接触区域的彼此之间的隔离性增强了。

补偿装置方便地具有固定区域，以便固定于夹持装置/主轴。这些可以以轴向通孔的形式提供，例如，轴向通孔又可以布置在仅设置有环状基板的补偿装置的区域中。

本发明还保护了具有一个或多个上述特征的补偿装置用于夹持装置和/或主轴的用途，该夹持装置和/或主轴用于具有齿部(啮合部)或待设置有齿部(啮合部)的工件的可旋转从动轴承。

此外，本发明还保护用于夹持这种类型的工件的夹持装置，该装置装配有根据上述方面之一的补偿装置，以及包括这种夹持装置的主轴结构。

优选地，特别是对于双侧梁支撑，梁的材料特性和尺寸与在夹持期间从夹紧装置作用在搁置区域上的力协调，使得梁的弹性模量和其几何惯性力矩的乘积除以梁长的立方小于力K除以2.5mm，更优选地小于该值的70％，甚至更优选地小于该值的40％，特别地，但大于该值的5％，更优选大于该值的10％。特别是对于单侧梁支架，这些协调可以以附加因子16用于所讨论的状态(即，小于16倍的力16K除以2.5mm)。

本发明的附加特征、特性和优点产生于以下附图的描述，附图中：

图1示出了补偿装置的两个不同立体图，以及

图2示出了安装在夹持装置的区域上的来自图1的补偿装置。

在下文中，将描述本发明的实施例，其中补偿装置是用附图标记10表示的接触环。接触环10具有平坦的环状底部5，其被在三个方位角等距的点处的安装孔6穿透。借助于安装孔6，接触环10可以例如通过螺柱7和相对于安装孔6同轴设置的夹持装置100中的螺纹孔固定于夹持装置100。在这种情况下，夹持装置100的夹持心轴20穿透接触环10的内部(图2)。

基本上呈圆形段的形状的壁竖立在底部5外周处的安装孔6之间，然而这些壁被连续的径向槽4a、4b、4c穿透，使得相应壁的轴向上部区域各自形成在两侧上由一对支撑柱3a、3b、3c支撑的梁2a、2b、2c。搁置部1a、1b、1c形成在每个梁2a、2b、2c的中心，在该实施例中，该搁置部相对于轴向梁高度的其余部分轴向突出0.2mm，并且，只要在其中心上正交于底部5延伸的夹持轴线x是垂直定向的，则诸如齿轮或或尚未加工齿的齿轮坯件的工件的平坦侧面邻接或搁置在该搁置部上。因此，工件的“三点支承”通过三个接触部1a、1b和1c发生。

由于由柱3i、3i和梁2i(i＝a，b，c)形成的搁置部1i的相互解耦的桥状支撑结构，在轴向加载的情况下，搁置部1i可以根据弯曲梁原理独立于其它搁置部1j进行偏转运动。如果工件的平坦侧面相对于工件的旋转轴线偏离正交位置/定向，则当通过夹持装置100夹持工件时，这导致轴向载荷，这些轴向载荷通过由对应不同振幅的相应梁弯曲过程引起的对应轴向偏转运动来补偿，当工件被夹持时，轴向偏转运动导致工件旋转轴线最终相对于夹持轴线同轴。应当认识到，例如孤立地看，在通过弯曲由柱3c支撑的梁2c的接触部1c的轴向偏转运动的情况下，由于接触环10的相应各段的解耦，因此不存在其它接触部1a、1b的向上或向下运动。

在由夹持装置100释放之后，先前加载的梁2i返回到它们的初始位置。因此，接触部1i的偏转运动不是基于材料的柔性，而是基于接触环10的结构特性，特别是由于由槽4i引起的结构薄弱点而产生的桥结构3i-2i-3i的结构特性。

在单侧支撑(未示出)的情况下，例如，搁置区域也可以布置在梁的自由端处。

在该实例下，接触环10由诸如硬化钢的硬质材料制成。当工件被接触环10夹持时，接触环10不仅提供平度补偿，该平度补偿也可以简单地通过例如泡沫环来获得，而且提供所夹持的工件的刚性支撑作为抵抗轴向载荷的附加支撑，以及提供表现出高耐久性的部件。

本发明不限于实施例所述的特征。相反，下列权利要求和前面描述中的特征对本发明在其各种实施例中单独地和组合地实现来说均是必不可少的。

Claims (15)

1.一种补偿装置(10)，其用于通过限定夹持轴线(X)的夹持装置(100)对工件、特别是齿形工件或待加工齿的工件进行平度补偿夹持，所述工件具有旋转轴线并通过平坦侧面邻接所述补偿装置的接触表面(1)，当所述夹持装置(100)被致动时，所述工件旋转轴线同轴定心于所述夹持轴线(X)，并且所述邻接平坦侧面的由其产生的与所述工件旋转轴线的正交性的任何偏差通过在所述补偿装置(10)处执行的偏转运动来补偿，

其特征在于，所述接触表面(1)具有至少三个彼此间隔开的接触区域(1a、1b、1c)，并且所述偏转运动包括所述接触区域(1a、1b、1c)的轴向运动。

2.如权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，所述接触区域(1a、1b、1c)被弹性安装，并且所述偏转运动是弹性可逆的。

3.如权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，轴向刚性区域(3a、3b、3c)形成在所述接触区域(1a、1b、1c)之间。

4.如权利要求3所述的补偿装置，其特征在于，所述接触区域(1a、1b、1c)相对于所述刚性区域(3a、3b、3c)的轴向高度水平而轴向地突出。

5.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，结构材料薄弱部(4a、4b、4c)轴向设置在所述接触区域下方。

6.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，所述补充装置的材料不是柔性的，并且所述补充装置特别是一体式安装单元。

7.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，所述偏转运动根据弯曲梁原理进行。

8.如权利要求7所述的补偿装置，其特征在于，特别是支撑在两侧上的梁(2a、2b、2c)与所述接触区域(1a、1b、1c)中的每个相关联，在所述梁上，所述接触区域布置在中心上。

9.如权利要求3和8所述的补偿装置，其特征在于，所述轴向刚性区域(3a、3b、3c)包括所述梁支撑。

10.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，一个接触区域(1a、1b、1c)的位置保持不受在另一个接触区域(1a、1b、1c)处进行的偏置运动影响。

11.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，其具有环状结构。

12.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，所述补偿装置在其远离所述接触部的一侧上具有环状基板(5)，正交于所述轴向方向延伸的所述板的环厚度特别是大于所述接触区域(1a、1b、1c)/梁(2a、2b、2c)的厚度。

13.如前述权利要求中任一项所述的补偿装置，其特征在于，所述补偿装置具有固定区域，特别是呈轴向通孔(6)形式的固定区域。

14.夹持装置，其用于夹持特别是齿形工件或待加工齿的工件，所述夹持装置包括如如前述权利要求中任一项所述的补偿装置。

15.一种主轴结构，其包括如权利要求14所述的夹持装置。