CN109420776A - 用在数控机床上的主轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用在数控机床上的主轴装置100，所述主轴装置100具有以下结构：主轴壳体1和安装在所述主轴壳体中的主轴15，主轴装置100还具有电接地部分4，所述电接地部分保持至少一个包括导电材料的杆件20，并且所述至少一个杆件20布置成使得其与主轴15接触以便切向地抵靠主轴15的外圆周。

Description

用在数控机床上的主轴装置

技术领域

本发明涉及一种用在数控机床上的主轴装置。

背景技术

诸如铣床，车床或磨床之类的机床目前是工件的精密生产领域的现有技术。在过去的几年中，在机床的情况下，精度和再现性不断提高；首先，通过可以非常精确地驱动的驱动器，以及通过非常精确的测量系统，该测量系统使用各种各样的参数监控生产过程，并且因此不断地向控制器提供关于加工操作的实际状态的反馈。

DE102013201328A1公开了一种用于机床的加工单元，该加工单元借助于轴向测量传感器和径向测量传感器检测主轴轴线的运动，该运动可以由切割表面上粘附的碎屑或来自先前加工过程的其他杂质来发生。在检测到的数据的基础上，控制器可以相应地实现对主轴的错误位置的补偿。

此外，DE202015001082U1公开了一种用于程控机床的主轴装置，该主轴装置具有传感器系统装置，该传感器系统装置布置在主轴壳体上并且具有至少一个结构声音传感器，其被设置来检测在磨削过程中发生的结构声波或振动。

这里出现的问题是，高灵敏度测量装置，例如结构声传感器或振动传感器，以及压力传感器和加速度传感器，其测量数据中存在部分相当大的偏差和/或波动。关于所述观察的测试结果是，测量装置尤其受到工作主轴的主轴的充电的影响，该充电例如通过主轴电机的频率调节的致动来引起。因此，主轴电机和测量值会出现很大的变化，这会对机床的精度产生负面影响。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用在数控机床上的主轴装置，通过该主轴装置避免了上述问题。

所述目的通过根据权利要求1的主轴装置实现。从属权利要求涉及根据本发明的主轴装置的有利的示例性实施例。

根据本发明的用在数控机床上的主轴装置具有：主轴壳体和安装在主轴壳体中的主轴，主轴装置还具有保持住至少一个杆件的电接地部分。所述杆件包括导电材料，并且所述至少一个杆件布置成使得其与所述主轴接触以便切向地抵靠在所述主轴的外圆周。

根据本发明的主轴装置确保在任何时间潜在地产生的电荷从工作主轴的周围接地部分上排出。这避免了建立的电位影响敏感测量装置的情况。测量值的准确度增加和/或测量值的变量减小。结果，可以更精确地控制机床。

特别地，根据本发明的主轴装置提供的优点是，杆件的自动调节可以通过杆件切向地抵靠在主轴上进行，杆件可以通过预应力压在主轴上，其结果是至少一个杆件始终与主轴接触，因此电位可以进行放电。这是特别有利的，因为由于杆件和主轴之间的摩擦而在杆件上存在一定量的磨损。

如果杆件过度磨损，则根据本发明的主轴装置的结构另外提供了容易更换所使用的杆件的有利可能性，因为它们可以通过从为这个目的而设置的孔提供的几个步骤被移除，和被新的杆件替代。

根据提到的主轴装置的另一个特别有利的方面是，杆件以及因此主轴的电位的放电非常靠近敏感的测量装置。

由于在大多数情况下测量装置靠近工具或工件安装，为了获得尽可能精确的测量值，所述测量装置也靠近主轴的接收装置设置。因此有利的是，主轴的接地也靠近接收装置或者更靠近敏感的测量装置进行。

这里如何配置所述接收装置并不重要。工具和/或工件都可以通过标准化接口(例如，空心轴锥或陡角锥等)接收在所述接收装置中，但也非常通过制造商专用接口接收。

主轴装置的一个特别有利的改进在于，至少一个杆件构造为碳纤维杆件。

使用碳纤维作为杆件的优点在于，除了令人满意的导电性之外，与由金属材料制成的杆件相比，它还具有与摩擦配合件相比更低的摩擦。因此，主轴的摩擦阻力可以保持相对较低，并且仍然可以保证主轴的电位的最佳排放。

此外，碳通常提供的优点是它对机械作用是非常耐受的材料。因此，建议在相对较大程度上机械加载的区域中使用所述材料。

主轴装置的另一特别有利的改进在于，主轴装置的电接地部分和用于接收工具和/或工件的接收装置设置在主轴的端侧。

此外，主轴装置的特别有利的发展是由于这样的事实，即在主轴的端侧设置传感器装置，该传感器装置尤其具有至少一个用于检测振动的振动传感器和/或用于检测结构声波或振动的结构声传感器。

结果，如上面已经进一步描述的那样，产生的电位可以沿着尽可能短的路径从主轴排出，以便对测量装置产生影响尽可能低或为了完全避免所述测量装置受到电势的影响。

主轴装置的另一个有利的改进方案在于，电接地部分是部分环形，环形或空心圆柱形结构，主轴延伸穿过电接地部分的内径。

结果，可以使杆件尽可能靠近主轴的接收装置移动。

主轴装置的一个有利的改进在于，电接地部分具有至少一个孔，使得杆件被保持于电气接地部分中。

此外，主轴装置的一个有利的改进是由于保持住杆件的孔在电接地部分中具有正割形状的结构，这样设计可以使得被保持于孔中的杆件以切向抵靠的方式与主轴接触。

孔的形状及其相对于主轴的位置使得杆件可以非常有利地抵靠在主轴上，结果是由于杆件连接在孔内的引入使得杆件和主轴之间的接触已经产生。

主轴装置的一个特别有利的改进在于，电接地部分保持住至少两个杆件，并且每个杆件分别与主轴接触，以便切向地抵靠在主轴的外圆周上。

除了使用一个杆件作为可在主轴中产生的电位的放电元件之外，多个杆件是有利的，因为在一个杆件失去接触的情况下另一个杆件或其他杆件仍然与主轴接触，并且可以可靠地将电位释放到工作主轴的接地部分。

此外，更高的电位(潜在的尖峰电压)也可以通过多个杆件可靠地排出，而不会在该过程中损坏杆件或工作主轴的其他部分，例如通过火花。

主轴装置的另一个有利的改进方案在于，与主轴的外圆周切向接触的杆件的法线相对于彼此成45°至135°的角度。

然而，固定的角度间距也可以是有利的，例如35°，75°，85°等，或者杆件的对称布置(4×90°，3×120°等)。这里，所述值仅是示例，结果是本发明不限于所述值。

主轴装置的一个特别有利的改进在于，至少一个杆件与主轴接触，以便在弹性变形下被切向地抵靠。

这使得即使主轴中的振动或杆件的磨损发生/都发生，杆件也总是与主轴接触。

主轴装置的另一个有利的改进方案在于，主轴装置具有至少一个用于每个杆件的弹性元件，该弹性元件将相应的杆件压在主轴的外圆周上。

结果，除了杆件的弹性变形力之外，还可以增加杆件在主轴上的压力，以确保主轴的接地状态。

主轴装置的一个特别有利的改进在于，更进一步地，弹性元件具有螺纹形的设定装置，通过该装置可以设定将杆件压在主轴的外圆周上的力。

特别有利的是，附加地作用在杆件上的弹性元件的力可以无限可变的方式设定。这可以非常有利地通过螺纹销或螺钉进行。此外，在相应的螺纹选择和工具尺寸的情况下，弹性元件的力可以以非常精确的方式设定。

主轴装置的另一个有利的改进方案在于，杆件在两个端部分别具有套筒，该套筒以扁平抵靠的方式与电接地部分接触。

为了确保电位的无问题和可靠的放电，另外有利的是，如果杆件和工作主轴的接地部分之间的接触具有尽可能大的面积，以确保在没有杆件和工作主轴的接地部分之间的接触点被损坏的情况下潜在的尖峰电压电位也能被排出，例如由于火花。

主轴装置的一个特别有利的改进在于，每个杆件上的至少一个套筒具有用于将杆件紧固在电接地区段中的螺纹。

为了有效地固定杆件，有利的是，所述杆件通过螺纹固定在工作主轴的接地部分中以防止不希望的运动。然而，作为替代方案，螺钉也可以将相应的杆件固定在主轴装置中。

通过根据本发明的主轴装置可以有效地排出在主轴上产生并且对机床的测量装置具有负面影响的电位，并且因此可以提高机床的精度。

在以下关于附图的描述和解释中将描述上述方面和特征的其他方面及其优点以及优点和更具体的设计选项，这些描述和解释不应以任何方式被解释为限制性的。

附图说明

图1示出了用在数控机床上的主轴装置的示例性示意性透视分解图，该主轴装置具有传感器系统装置；

图2以侧视图示出了用在数控机床上的主轴装置的示例性示意图，并且示出了根据本发明的一个示例性实施例的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例和示例性实施例。这里，图中相同或相似的元件可以用相同的参考数字表示，但有时也用不同的参考数字表示。

需要强调的是，本发明不以任何方式限制或限制于以下文本及其实施例特征中描述的示例性实施例，而是还包括示例性实施例的修改，特别是包括独立权利要求的保护范围在内的示例性实施例的修改。由于所描述的示例的特征的修改和/或通过所描述的示例的单个或多个特征的组合的结果。

图1示出了用于数控机床(未示出)的主轴装置100的示例性示意性透视分解图，该主轴装置100具有传感器系统装置。

特别地，图1示出了用于数控机床(未示出)的工作主轴，特别是工具承载工作主轴的主轴装置100的部件的示例性示意性透视分解图。

由示例示出的加工单元具有工作主轴或主轴装置100被设置来对夹紧在机床的工件夹紧装置上的工件进行铣削和/或钻孔加工，例如，使用工具(图1中未示出)，特别是铣削和钻孔工具，其通常可以通过使用可在主轴上互换的工具接口夹紧在主轴或主轴装置上，并且然后通过主轴或主轴装置以高旋转速度旋转驱动，以产生或驱动切割运动。

可以提供一个或多个具有主轴或主轴装置100的工作主轴的加工单元，例如，用于加工或制造用于机床或在机床上的工件，特别是在程控或数控机床上，例如铣床，铣床/车床，万能铣床，万能机床或CNC加工中心，它们具有一个或多个工具承载工作主轴。

工具通常可以通过工具接口(例如工具锥体，特别是莫氏锥度，陡角锥度或空心轴锥体)在主轴的接收装置或工具接收器上接收在这种类型的主轴上，以便随后在工作主轴上驱动。它们可以是各种各样的钻孔或铣削工具或其他工具，每个工具夹紧或固定在通常标准化的工具界面或工具锥上。

作为示例，根据图1的加工单元/主轴装置100包括主轴壳体1，该主轴壳体1可以固定在机床的另一个部件上或者可以与后者组装，特别是通过主轴头支架或机床的旋转头，精确地可选地借助于具有多个轴向孔3的环形法兰2用于紧固到机床的其他部件或与机床的其他部件组装。主轴15可旋转地安装在壳体1的内部。

举例来说，加工单元/主轴装置100的截头圆锥形壳体部分4(电接地部分)固定到环形凸缘2的前侧，例如，在截头圆锥形壳体部分4的圆周壁中一个(或更多个)向外开设有通过示例的方式被加工的纵向槽/凹槽5。纵向槽5例如在接收槽6中延续，该接收槽6例如构造在环形凸缘2中。纵向槽5及其延续部分，即，例如接收槽6，通过示例形成用于电源和/或测量数据电缆(图1中未示出)的接收通道，该电缆和/或测量数据电缆放置在所述接收通道5,6中，并且随后可以通过成形金属板7覆盖，该金属板7是可拆卸地固定在壳体部分4上。

在壳体部分4的前端的前面，图1以示例的方式示出了第一环形元件10，该第一环形元件10可拆卸地固定到壳体部分4的端侧，例如通过多个紧固元件11(例如，螺栓)。作为示例，第一环形元件10具有成型的横截面并且例如通过其右手(在图1中)端面(也就是说，特别地，与面向主轴的侧面一起)抵靠在壳体部分4的左侧环形端面上，或者连接在壳体部分4上或可拆卸地固定在壳体部分4上。

在主轴15的前端处，第二环形元件16通过多个紧固装置(例如，双头螺栓)可拆卸地紧固到第一环形元件10，第二环形元件16与主轴15一起旋转，主轴15并且因此能够提供转子。

作为示例，第二环形元件16具有圆柱形内圆周面和例如具有阶梯形横截面。第二环形元件16例如通过环形覆盖元件17覆盖，该环形覆盖元件17借助于紧固装置(例如，双头螺栓18)可拆卸地固定在主轴的平面接触面上(用于平面接触)，并且在工具接收器暴露的情况下封闭主轴，以便夹紧在端侧的工具柄上。

举例来说，接收器和/或传输装置可以容纳在第一环形元件10中，该接收器和/或传输装置可以用于测量数据，传感器信号和/或功率信号的无接触传输。此外，举例来说，用于与传感器系统电连接的电缆通道部分12设置在第一环形元件10上(例如，将电力和/或测量电缆连接到接收器和/或传输装置)，该电缆通道部分12位于纵向槽5的电缆通道的对面，并且在安装状态下可以伸入所述电缆通道中。

一个或多个传感器可以容纳在第二环形元件10中。这些传感器可以包括例如传感器，例如振动传感器，通过该传感器，主轴和/或主轴头在轴向上与操作相关的变形，并且也可以检测圆周方向的与操作相关的变形。不同的传感器类型，例如对压力，应力或力敏感的传感器均适合作为传感元件，以便检测例如主轴的未对准和/或形状变化。

传感器系统可能包括评估单元，该评估单元电子地耦合到不同的传感器，执行评估并且还存储检测到的数据，并且可以由微处理器控制。由于冲击碰撞，切削工具的磨损值和机器部件的可能损坏也可以借助于所述传感器系统在机器控制器中被检测，存储和相应地考虑。此外，通过振动传感器可以基于对测量信号的评估来执行不平衡测量和/或检测主轴轴承的轴承损坏。

电缆(测量和/或电力电缆)放置在壳体部件4的电缆通道5中，直到固定的外环(第一环形元件10)，该固定的外环固定地连接到主轴壳体部件4上。用于电源和测量数据电缆的连接器均可能位于所述外环(第一环形元件10)中，所述电源或测量电缆也可以连接到布置在固定外环(第一环元件10)中的传输元件，其对应元件(接收器元件)可以位于与主轴一起旋转的转子环(第二环形元件16)中。

上述主轴装置100应仅被理解为主轴装置的一个例子，如现有技术中所述，并且为此目的，在主轴15中或上使用传感器系统。然而不同的主轴装置100可以实际上也具有不同的部件和传感器，并且可以检测用于监控加工过程的不同或其他参数。所描述的发明的实施例可以应用于上述主轴装置100，也可以应用于不同的主轴装置，这里不再详细描述。

图2根据本发明的一个示例性实施例以侧视图和剖视图示出了用于数控机床(未示出)的主轴装置100的示例性示意图。

这里，作为示例，在截面图中可以看到两个杆件20，杆件20在每种情况下在一端具有套筒21，套筒21具有锥形渐缩的端部和螺纹22，螺纹22也可以应用于套筒上。然后可以将套筒压在杆件上。然而，根据应用和安装空间，螺纹22也可以由螺纹销或螺钉代替。

在此，通过所使用的套筒21在8个杆件20和壳体部分4(电接地部分)之间产生尽可能平坦的接触。只有这样才能确保甚至高的潜在尖峰电压可以从主轴15中排出，并且不会在过程中损坏或过载周围的材料。此外，单个套筒/多个套筒21的平面接触提供了可以减少或避免杆件20发出咔哒声的优点。更进一步地，至于套筒21(如图2所示)的锥形端部是有利的，因为在杆件20插入主轴装置100期间，杆件20倾斜的风险是壳体部分4或主轴15可以减小。这有利于杆件20的安装到相当大的程度。

螺纹22或螺纹销或螺钉固定杆件20以防止在主轴装置100内移动。更进一步地，通过使用固定装置100的固定，可以通过使用螺纹22的固定减少或避免杆件20在主轴装置100内的“咔哒声”。

此外，在图2的剖视图中可以看出，作为示例，如何在每个杆件20上设置弹性元件25，以便通过增加的外力将相应的杆件20压在主轴15上。这确保即使在工件加工期间发生明显的振动的情况下，杆件20也可靠地保持与主轴15接触。

更进一步地，弹性元件25作用在杆件20上的力可以有利地通过螺纹形设定装置设定。杆件20在主轴15上的压力可以以非常精确的计量方式增大或减小。另外，通过螺纹形状的设定可以以无限可变的方式进行，并且在大多数情况下不需要任何额外的固定装置。在弹性元件25上使用螺纹的情况下的另一个优点是，在更换杆件20的情况下，弹性元件25可以非常容易地拆卸，并且在杆件20更换后也可以容易地再次插入。

在上文中，已经参考附图详细描述了本发明的示例和示例性实施例及其优点。

需要再次强调的是，本发明并不以任何方式限制或限制于上述示例性实施例及其实施例特征，而是包括对示例性实施例的修改，特别是那些示例性实施例的修改。通过修改所描述的示例的特征和/或通过所描述的示例的单个或多个特征的组合，将其包括在独立权利要求的保护范围内。

标号列表

1 主轴壳体

2 环形法兰

3 轴孔

4 电接地部分/壳体部分

5 开口的纵向槽

6 接收槽

7 成型的金属板

10 第一环形元件

11 紧固板

12 电缆通道部分

15 主轴

16 第二环形元件

17 环形覆盖元件

18 柱螺栓

20 杆件

21 套筒

22 杆件的螺纹

25 弹性元件

100 主轴装置

Claims (14)

1.用在数控机床上的主轴装置，具有：

主轴壳体；和

主轴，所述主轴安装在所述主轴壳体内；

所述主轴装置还具有电接地部分，所述电接地部分保持住至少一个包括导电材料的杆件；和

所述至少一个杆件以这样的方式布置，使得其与所述主轴接触，以便切向地抵靠在所述主轴的外圆周上。

2.根据权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，所述至少一个杆件被配置为碳纤维杆件。

3.根据权利要求1或2所述的主轴装置，其特征在于，设置有所述主轴装置的所述电接点部分和用于在主轴的端侧接收工具和/或工件的接收装置。

4.根据权利要求3所述的主轴装置，其特征在于，所述主轴的端侧还设有传感器装置，所述传感器装置特别是具有至少一个用于检测振动的振动感应器和/或用于检测结构声波或振动的结构声感应器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述电接地部分是部分环形的、环形的或中空圆柱形的结构，所述主轴延伸穿过所述电接地部分的内径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述电接地部分具有至少一个孔，所述杆件被保持在所述电接地部分的所述至少一个孔中。

7.根据权利要求6所述的主轴装置，其特征在于，保持住所述杆件的所述孔在所述电接地部分中具有正割形状的结构，使得被保持于所述孔中的所述杆件以切向地抵靠的方式与所述主轴接触。

8.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述电接地部分保持住至少两个杆件，并且每个杆件分别与所述主轴接触，以便切向地抵靠所述主轴的外圆周。

9.根据权利要求8所述的主轴装置，其特征在于，多个所述杆件与所述主轴的外圆周切向地接触的法线相对于彼此成45°至135°的角度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述至少一个杆件与所述主轴接触，以便在弹性变形下切向地抵靠。

11.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述主轴装置具有至少一个用于每个所述杆件的弹性元件，所述弹性元件将相应的所述杆件压在所述主轴的外圆周上。

12.根据权利要求11所述的主轴装置，其特征在于，所述弹性元件还具有螺纹形设定装置，通过所述螺纹形设定装置能够设定将所述杆件压在所述主轴的外圆周上的外力。

13.根据前述权利要求中任一项所述的主轴装置，其特征在于，所述杆件在两端分别设有套筒，所述套筒以扁平抵靠的方式与所述电接地部分接触。

14.根据权利要求13所述的主轴装置，其特征在于，每个杆件上的至少一个套筒具有用于将所述杆件紧固在所述电接地部分中的螺纹。