CN108778616A

CN108778616A - 工具芯轴

Info

Publication number: CN108778616A
Application number: CN201780016474.7A
Authority: CN
Inventors: 阿道夫·科希耶克
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-11-09
Also published as: EP3426434B1; US20200086436A1; EP3426434A1; JP2019508278A; EP3216557A1; WO2017153596A1

Abstract

本发明公开了一种带有芯轴壳体、旋转驱动装置和工具容纳单元的工具芯轴，其中所述工具容纳单元布置在所述芯轴壳体内，并且相对于该芯轴壳体可运动地进行布置。利用所述工具芯轴不仅可以实施传统的加工如钻削和铣削以及车削，而且可以实施新型的加工如非圆车削，而均不会损坏芯轴且具有较高的工业加工质量。

Description

工具芯轴

技术领域

本发明涉及工具芯轴。这种工具芯轴用于张紧地加工工件的机器中，并用于容纳加工工具。加工工具通常通过位于工具芯轴中的工具接口被容纳并牢固夹紧。

背景技术

在现有技术中已公开各种各样用于张紧地加工工件的装置。一方面，其包括车床。在这些车床中，工件旋转，而工具相对于工件既轴向又径向静止地移动。利用这种方法，从工件中加工出圆形的、旋转对称的轮廓。

此外已公开钻机，其中钻头旋转并相对于固定的工件预推进。以这种方式，在工件中形成孔。

此外已公开铣床。旋转的铣头相对于固定的工件径向且轴向地移动并以这种方式在工件中形成铣槽、铣表面、自由形式表面和类似物。

也已公开，在加工中心使用相应的工具芯轴。随后它们会自动配备相应的工具。

最后，也已公开用于制造非圆轮廓的机器。人们谈到所谓的非圆车削。具有切割头的旋转的工具和旋转的工件都关于它们的转数相对于彼此进行控制。由此在工件上产生非圆轮廓。这些方法例如由EP-PS 0097346或EP 09074458 B2公开。

通常，工具芯轴包括旋转驱动装置(例如驱动电机)、由所述驱动电机驱动的驱动轴线，以及在传动链之后的输出轴线，工具容纳部被集成到所述输出轴线中。在这种芯轴中，输出轴线的中心同时是工具中心。如果人们使用钻头或铣刀，则可以进行相应的加工。这类预先公开的芯轴不能被用于非圆车削，这是由于工具切削刃不能在其节圆半径上相对于工具芯轴中心移动。

为了利用这样的装置旋转，带有切削刃的工具必须被对齐，并且输出轴线从驱动轴线解耦并夹紧，或者驱动装置被放置在位置控制模式。当转动时，显著的力矩和力量作用到切削刃工具上，并且具体来说不仅径向而且轴向地作用到切削刃工具上，所述力矩和力量必须由系统容纳。

而对于非圆车削装置，工件夹紧在工件芯轴中并围绕工具旋转轴线旋转。反过来该工具出于工具芯轴中并围绕工具旋转轴线旋转。芯轴以本身公开的方式布置在滑架和滑块上，从而使得工件和工具之间的轴向和径向的相对运动可被执行。工具就其而言不一定关于工件围绕中心轴线运动，而是实施围绕可调节的偏心轴线的旋转运动。此外，可以改变所谓的工具节圆半径。通过不同的调节来影响在非圆轮廓的角的数量(速度比)、工具的穿透深度(节圆半径)等。

利用非圆车削装置，人们虽然原则上也可以通过如对于传统装置那样相应恒定地保持旋转轴线来进行钻削和铣削，然而在钻削和铣削时所有的力量都作用到轴线的轴承调节部上，并且在旋转时相当大的扭转力和横向力作用到装置上，从而使得不可能有精确的工业生产。

先前已知的用于非圆车削的装置关于可能的转速是受到限制的，这是因为随着转速的增加可能产生显著的不平衡的影响。此外，它们关于使用情况受到限制，这是因为从外界的冷却剂供应仅具有不充分的效果。在许多使用情况中，设备的刚性是不够的。利用传统的、可以车削、钻削和铣削的车床及加工中心，被设立了加工限制。既不可以制成锥形的形状也不能制成阶梯的形式，它不能容易地生产倒棱。根本无法制造非圆零件。例如通过旋出稍微过小的孔或类似物进行搞精度校正也是不可能的。如果人们在以被装入的工具形式的传统工具芯轴中装入附加装置，则有可能实现非圆车削，但是人们需要自动增大结构尺寸，并且由此使得通常自动更换工具变为不可能了。换句话说，它需要装配工作和改换装备相应的停机时间，加工空间会额外地丢失，这都限制了机器应用的可能性。此外，这种布置方式不具备足够的刚性应对出现的力，并且关于加工时间或旋转速度来说是受到限制的。

在文献US 4,370,080中描述了一种加工机器。该加工机器三个用于不同的目的的驱动装置。驱动装置23用于单元的总体旋转，驱动装置66用于工具旋转，并且驱动装45用于工具枢转。工件通过芯轴在通过组合驱动装置23和66的芯轴中进行双重旋转。没有额外的传动元件、传动装置等类似物而进行直接调节是不可能的。除此以外，耦连两个分开的轴。装置总体非常复杂和昂贵，并且尤其是具有难以控制的结构，所述结构妨碍了精确的工业生产。

由文献DE 103 48 801 B3描述了一种相应的加工机器。通过操控两个驱动装置，不仅实现了工具旋转，而且实现了调节。为此，两个芯轴相对可旋转地使用，这使得装置复杂且昂贵。除此以外，控制很困难，这是因为它是通过差转速来控制的。此外，旋转锁定是必要的。总的来说，该设备主要设计并适用于钻削。

由文献DE 2422948 A1公开了一种用于通过铣削方法制造凹槽的加工机器。在此，两个芯轴相对于彼此移动并且同样通过差转速来控制。通过滚动铣削进行槽加工。

由现有技术中已公开的装置对出现的不平衡敏感并且难以控制。此外，有必要从外部供应冷却润滑剂。根据加工情况，必须夹紧或锁定轴线，并且始终无法自动更换工具。

发明内容

从上述现有技术出发，本发明的目的在于提供一种可多功能使用的工具芯轴，利用所述工具芯轴不仅可以实施传统的加工如钻削和铣削以及车削，而且可以实施新型的加工如非圆车削，而均不会损坏芯轴且具有较高的工业加工质量。在此，非常重视紧凑的设计，以便不限制加工空间。

为了解决技术问题，利用本发明提出了一种带有权利要求1的特征的工具芯轴。由从属权利要求得出其他的优点和特征。

根据本发明具体来说如此改进了一种传统的工具芯轴，使得该工具芯轴不仅可以改进地应用于目前的任务即钻削、车削、铣削，而且此外可以与主芯轴联合进行非圆车削。在此不必增加结构尺寸，尺寸不会增加，可以轻松实现自动的工具更换，并且新型的工具芯轴是多功能的。

根据本发明地，工具调节装置布置在工具芯轴的轴中。该工具调节装置包含可相对于所述轴移动的工具调节单元其中，并不意味着围绕旋转轴线的旋转，而是可平行于或横向于轴的旋转轴线进行移位、枢转或类似运动。该工具调节装置还包括工具容纳装置或工具容纳单元，在所述工具容纳装置或工具容纳单元中可以使用工具。

利用本发明中提出了，工具容纳单元具有调节单元，所述调节单元可相对于轴围绕横向于或平行于旋转轴线的轴线的移动。

通过该根据本发明的设计方案现在得到许多优点。现在可以相对于轴固定、具体来说锁定或者无极卡紧调节单元。以这种方式，在钻削和铣削时不会担心对轴承调节和轴线的影响。由此提高了工具夹紧的精度和刚性。

集成到直接的测量系统很容易，在此也可以无接触地传输测量系统信号。可以如此构造工具容纳单元，使得其通过集成相应的自动张紧装置来实现自动的工具更换。

可以通过装置来控制工具的正确就位，当工具张紧时，所述装置进行识别。

调节单元的驱动装置可以实施成液压的驱动装置。例如，可以液压地控制工具切削刃的位置。

通过工具芯轴的、尤其是轴的设计方案，可以设置用于液压、气动的通道，尤其是用于供给通过芯轴的冷却剂的通道。

圆柱形的芯轴壳体为安装、模块化和附加单元提供了明确的条件。

能够容易地实施不平衡补偿。

机械夹紧或锁定工具调节单元的可能性，可以实现非常刚性的连接，这使得尤其是在铣削和钻削时达到最佳结果。在此，根据本发明的有利提议，锁定件可以设计成球环锁定件。该锁定件相对于轴锁定容纳单元。轴的另一种锁定件或无极夹具本身使得实现了轴传动部和轴承的刚度，所述刚度在旋转时、具体来说对于固定的工具芯轴即便在使用多切割工具时极大地进行支持，这是因为在此尤其是取决于刚度。通过这种方式，可以实现所谓的迷你转塔头，所述迷你转塔头显著缩短了工具更换并且除此以外还增加了工具库中的工具数量。此外，该锁定件可以设计为球环锁定件、无极锁定件或两者的组合。

根据本发明的芯轴可用于传统的车床中。它作为附加芯轴被添加在那里。由此，车床是多功能的，即它现在拥有使用于铣削和钻削的强大动力的被驱动的工具，它可以生产偏心成型孔或轴颈，并且最终生产非圆轴和轮毂。除此以外，基本机器的所有功能本身都保持完好。

根据本发明的芯轴也可用于传统的加工中心。在此，加工中心的工具芯轴由根据本发明的工具芯轴代替。通常，工件牢固地夹在加工中心中，与车床相比不会旋转。

通过在传统的加工中心中使用根据本发明的芯轴，中心的功能谱显著增加。一方面，车床功能性集成在加工中心中。现在可以利用工具来实施加工，否则所述加工将无法在机器中实施，或者只能利用极高的工具使用通过使用许多不同的加工工具来实施。这基于根据本发明的芯轴关于转速、扭矩和调节路径的性能。

当在现代车削/铣削中心中使用芯轴时，中心的车削/铣削芯轴由根据本发明的芯轴所代替。车削/铣削中心结合了在一台机器中的车削和铣削功能。在此，工件张紧在芯轴的卡盘中。它旋转或可以静止地被加工。在静止或慢速旋转时可以进行铣削。通过使用根据本发明在这种机器种的芯轴，现在可以制造非圆的轴和轮毂，除此以外还可以产生偏心的成型孔或轴颈。此外，还支持迷你转塔功能，并在车削和铣削时提供更坚固和更稳定的锁定，而不会影响机器的基本功能或限制加工区域。

根据本申请的工具芯轴提供相对于现有技术显著的优点。在所谓的旋转馈通部、即中心穿通部中，主要运行液压管路。这些液压管路用于提供液压压力以用于锁定和移动调节装置的工具调节轴线。此外，提供用于所谓的工具张紧的液压压力，利用所述液压压力，工具牢固地被锁紧。同样还提供用于不平衡补偿的液压压力。在此，例如可以调节在相应的环槽中的环部段。利用高压可以提供冷却剂/润滑剂，所述高压也通过旋转馈通装置提供。除此以外，用于工具设备控制的气动压力被传递并最终用于测量系统、具体来说能源和信号管路中。

有利的是，所述测量系统可以通过无线电传输信号，从而使得中央控制器可以获得高速信号。通过非接触式的传输可以实现更高的转速，传输是免维护的。对于非圆车削且为了充分利用现代工具，更高的转速是必要的。

附图说明

从根据附图的描述中得出本发明的其它优点和特征。其示出了：

图1是根据本发明的工具芯轴的一个实施例的示意性局部剖视图；

图2是根据图1的工具容纳装置的视图；

图3是根据本发明的工具芯轴的前部区域的一个实施例的放大视图；

图4是根据本发明的工具芯轴的概览示图；

图5是根据图3和4的芯轴的俯视图。

具体实施方式

在图中，相同的元件具有相同的附图标记。涉及旋转对称的组件，从而使得为了更加清楚，在中心线的一侧上的元件设有附图标记。

根据本发明的工具芯轴1的一个实施例包括带有相应的安装单元3的芯轴壳体2。利用安装单元3，工具芯轴1可以以本身公开的方式根据机器和使用情况布置在滑架、滑块、枢转轴承和类似物上。替代地，工具芯轴也可以容纳在由工具机提供的容纳套筒中。

在壳体内构造带有相应的电机的驱动组件4。最后，驱动力施加到轴5上。

工具调节装置6被直接集成到轴5中，工具调节单元14被集成到所述轴5中。一种封闭件15被工具容纳单元11穿过。工具接口容纳加工工具。工具调节装置6被直接集成到轴5中，从而使得该装置可被置于旋转运动中。借助活塞组件12，工具调节单元14可围绕横向于驱动轴线或者说横向于工具旋转轴线的轴线进行调节。如果例如带有切割盘的工具位于工具容纳单元11中，可以通过调节来改变旋转的切割盘的节圆半径。

在工具调节单元14处，布置有测量传感区域10。

在相应的滑架和滑块以及枢转装置上布置的芯轴1可以相对于固定的或旋转的工件相对轴向、径向和根据使用情况任何其他期望的方式进行移位。相应地，可以将工具带到工件的表面以进行相应的加工。作为工具，也可以将简单的钻头装入到工具容纳单元中，也可以是铣刀，必要时中间布置适配器、钻夹头和类似物。在这种情况下，可调节的工具调节单元14针对调节进行锁定或者夹紧是有意义的。

在芯轴内部运行的通道用于导引液压、气动和冷却剂，其中设有相应的未示出的端子。通过电测量信号分配器的端子10，将测量系统16的测量信号传动到在附图中未详细示出的控制部上。

如尤其是由根据图1的示图可看出的那样，通过芯轴支承部对轴5进行支承，所述芯轴支承部在所示出的实施例中具有球轴承17、18、19。

如由图2所看出的那样，工具调节单元14相对于轴5围绕枢转轴线21枢转。利用附图标记20来标识与此相关的最大枢转范围。

仅仅示例性地，可调节的工具容纳单元在所示的实施例中布置在壳体中。该壳体与装配法兰连接，所述装配法兰通过固定螺丝8可固定在芯轴侧的基板7上。

附图3、4和5示出了根据本发明的芯轴的具体实施方式。在这些附图中，相同的元件设有相同的附图标记。

用于根据本发明的工具芯轴31的实施例包括芯轴壳体。

在壳体内，构造带有相应的电机的驱动组件34。最后，驱动力施加到轴35上。

工具调节装置36被直接集成到轴35中，工具调节单元44被集成到所述轴35中。一种封闭件45被工具容纳单元41穿过。工具接口容纳加工工具。组件36/44被直接集成到轴5中，从而使得该装置可被置于旋转运动中。借助活塞组件42，工具调节单元44可围绕横向于驱动轴线或者说横向于工具旋转轴线的轴线进行调节。如果例如带有切割盘的工具位于工具容纳单元41中，可以通过调节来改变旋转的切割盘的节圆半径。

在工具调节单元44处，布置有测量传感区域40。

在相应的滑架和滑块以及枢转装置上布置的芯轴31可以相对于固定的或旋转的工件相对轴向、径向和根据使用情况任何其他期望的方式进行移位。相应地，可以将工具带到工件的表面以进行相应的加工。作为工具，也可以将简单的钻头装入到工具容纳单元中，也可以是铣刀，必要时中间布置适配器、钻夹头和类似物。在这种情况下，可调节的工具调节单元14针对调节进行锁定或者夹紧是有意义的。

在芯轴内部示出的旋转分配器29用于导引液压、气动和冷却剂，为此设有相应的未示出的端子。通过电测量信号分配器的端子46，将测量系统10的测量信号传动到在附图中未详细示出的控制部上。

如尤其是由根据图4的示图可看出的那样，通过芯轴支承部对轴35进行支承，所述芯轴支承部在所示出的实施例中具有球轴承47和49。

如由图3所看出的那样，工具调节单元44相对于轴35围绕枢转轴线52枢转。利用附图标记51来标识与此相关的最大枢转范围。

仅仅示例性地，可调节的工具容纳单元在所示的实施例中布置在壳体43中。该壳体在所示的实施例中与轴35一体地构造。

在所示的实施例中可以看出驱动组/电机34仅包括一个驱动源。附图标记37表示不平衡补偿盘，所述不平衡补偿盘是可调节的，以便以这种方式补偿不平衡。

原则上可以固定芯轴，为此可以使用芯轴夹具38。如由图5所示，调节轴线也可以是固定的，为此夹子54用于调节轴线。利用53表示芯轴旋转轴线。

在所示的实施例中，所有数据和供电管线都被导引通过旋转分配器39。

该实施例的描述仅用于说明而非限制性的。

附图标记清单

1 工具芯轴

2 芯轴壳体

3 安装单元

4 驱动组

5 轴

6 工具调节装置

7 基板

8 固定螺丝

9 装配法兰

10 测量传感范围

11 工具容纳单元单元

12 活塞组件

13 壳体

14 工具调节单元

15 封闭盖

16 接口

17 前支承部

18 前支承部

19 后支承部

20 枢转范围

21 枢转轴线

31 工具芯轴

32 芯轴壳体

34 驱动组/电机

35 轴

36 工具调节装置

37 不平衡补偿盘

38 芯轴夹具

39 旋转分配器

40 测量传感范围

41 工作容纳单元

42 活塞组件

43 壳体

44 工具调节单元

45 封闭盖

46 接口

47 前支承部

49 后支承部

51 枢转范围

52 枢转轴线

53 芯轴旋转轴线

54 夹具调节轴线

Claims

1.一种带有芯轴壳体(2)、旋转驱动装置和工具容纳单元(11)的工具芯轴(1)，其具有作用于旋转的驱动轴线的驱动电机和围绕所述驱动轴线可旋转地布置的工具容纳单元(11)，所述工具容纳单元通过传动链与所述驱动轴线连接并且布置在所述芯轴壳体(2)内，并且相对于该芯轴壳体可运动地进行布置，

其特征在于，

所述工具容纳单元(11)布置在壳体(13)中并且相对于所述芯轴壳体(2)可围绕横向于所述驱动轴线的轴线运动。

2.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，所述芯轴壳体(2)构造成圆柱形的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，所述工具容纳单元(11)借助工具调节单元(14)的锁定部可相当于(所述)轴(5)机械地锁定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，在所述工具芯轴(1)内构造用于导引冷却剂的通道。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，位于所述传动链中的至少一个单元设有用于不平衡补偿的单元。

6.根据权利要求5所述的工具芯轴，其特征在于，所述用于不平衡补偿的单元具有可移位的环部段。

7.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，所述轴是可锁定的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，所述工具调节单元位于驱动轴线的前支承部和后支承部内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，所述工具调节单元集成在所述工具芯轴的所述轴中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，构造用于液压的旋转馈通通道。

11.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，构造用于气动的旋转馈通通道。

12.根据前述权利要求中任一项所述的工具芯轴，其特征在于，构造用于电气的旋转馈通通道。