CN110900309A - 用于对准主轴的方法和机床 - Google Patents

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Abstract

本公开文本涉及一种用于对准机床(10)的主轴(40；70，72)、特别是用于对准工具主轴(42)的方法，所述方法包括：将主轴(40；70，72)试安装在主轴壳体(38；68)上，包括将主轴(40；70，72)的支承面(118)直接或间接固定在主轴壳体(38；68)的接纳面(110)上；确定主轴(40；70，72)的实际偏差，特别是主轴(40；70，72)的纵轴线(74，76；116)的实际倾斜；根据所确定的实际偏差选择调节盘(128；164，186，188)，其中调节盘(128；164，186，188)设计为楔形；并且在主轴(40；70，72)的支承面(118)和主轴壳体(38；68)的接纳面(110)之间以至少部分地校正实际偏差的旋转定向来布置调节盘(128；164，186，188)。本公开文本还涉及机床(10)以及一组(182)调节盘(128；164，186，188)的用途。

Description

用于对准主轴的方法和机床
技术领域
本发明涉及一种用于对准机床的主轴、例如马达主轴或与马达联接的主轴的方法，特别是用于对准工具主轴。此外，本公开文本涉及一种用于对准机床的双主轴结构的主轴的方法。此外，本公开文本涉及相应的机床以及调节盘组用于对准马达主轴的用途。
背景技术
从DE 198 59 360 A1已知一种机床，其具有双主轴。为了对双主轴的主轴进行位置校正，设置压电执行器。以这种方式将实现主轴的自动和自适应对准。然而已经表明，在实际实施中的这种做法带来各种挑战，例如涉及刚度。这又会对要达到的精度产生不利影响。
主轴(例如马达主轴或带马达的主轴，尤其是加工主轴(也称为主心轴))的对准对于用机床要实现的精度是非常重要的。通常，主轴和工件夹紧面之间的垂直度是精度的重要参数。在带马达的两个主轴、特别是两个工具主轴并排布置的设计的情况下更是如此。这种结构也称为双主轴结构。两个主轴可以布置在共同的壳体中或者单独的壳体中。
通过并行加工两个工件，可以使用双主轴结构来提高生产率。然而，双主轴结构也用于在工件上执行不同的加工操作，例如使用不同的工具。对于许多应用情形，必须确保两个主轴彼此平行取向。关于平行性，只能容许最小的偏差。
即使在仅具有一个工具主轴的结构的情况下，也对工具主轴相对于工件支撑件、例如相对于工作台或支架的对准存在高的精度要求。通常要将主轴与工件台或支架尽可能成直角对准(至少在其中间位置)。
工具主轴通常设计为马达主轴。例如，主轴设计成墨盒状并且通常具有集成的驱动器。主轴可接纳在主轴壳体上。原则上，主轴壳体可以是不可移动/固定的主轴壳体。然而，主轴壳体通常接纳在可移动的滑座上或直接接纳在引导件上，以便能够使主轴和接纳在其上的工具相对于工件移动。在这里，重要的是主轴壳体和主轴的接触面/接合面的精确对准。然而，也可以考虑使用不包括集成的马达(转子轴具有工具架)的主轴，而是以其他方式与马达联接或可联接。这种主轴可以称为带马达的主轴。
例如，主轴具有用于安装的轴向支承面和圆柱配合面。在主轴壳体上，例如设置有对接面(接纳面)。主轴或主轴体直接或间接(通过中间元件)固定在主轴壳体上。例如，设置所谓的装配板(也称为马达板)，其安装在主轴和主轴壳体之间。
用于安装主轴的相关接触面必须高精度地制造。然而在实践中，由于生产和安装，将观察到(小的)位置偏差和/或形状偏差，这最终可导致主轴的错误对准。这通常是主轴的倾角误差(倾斜误差)。
因此，通常需要在安装期间精确地对准主轴。这通常包括耗时的手动工作。例如，手动对准包括将测量心轴安装在工具架中，并且通过接合到测量心轴上的合适的测量装置检查马达主轴的纵轴线，该纵轴线平行于主轴壳体的行进轴线(大致在Z方向上)。测量装置的参考可以是例如工件支撑件。以这种方式，可以确定主轴的倾斜误差。
一种补偿方案在于根据确定的倾斜误差(最小程度地)加工主轴壳体上的接触面，例如通过刮削。这是一个耗时的迭代过程，对工人的资质和经验提出了高要求。
发明内容
在此背景下，本公开文本的目的在于提供一种用于对准机床的主轴的方法，该方法实现主轴的快速而又高精度的对准，特别是对于其纵轴线。优选地，该方法允许进行对准而无需在主轴上或主轴壳体上进行额外的再加工/精加工。此外，该方法应当是可再现的，并且如果可能的话使额外的迭代步骤变得多余。特别地，该方法应该适合于双主轴结构的两个主轴的对准。此外，在本公开文本的范围内，将提供具有高度精确对准的工具主轴的机床。
关于该方法，本发明的目的通过一种用于对准机床的主轴、特别是用于对准工具主轴的方法来实现，其具有以下步骤：
将主轴试安装在主轴壳体上，包括将主轴的支承面直接或间接固定在主轴壳体的接纳面上，
确定主轴的实际偏差，特别是主轴的纵轴线的实际倾斜(倾角误差)，
根据所确定的实际偏差选择调节盘，其中调节盘设计为楔形，并且
在主轴的支承面和主轴壳体的接纳面之间以至少部分地校正实际偏差的旋转定向来布置调节盘。
这样，完全实现了本发明的目的。
根据本发明，调节盘允许主轴的高精度对准和布置，而无需在主轴壳体上/主轴壳体中在主轴座上进行手动再加工。这显著减少了用于对准主轴的工作量。通过选择合适的调节轮，仍然可以实现高度精确的对准。
优选地将调节盘的旋转定向选择为使得由于圆形设计而通过调节盘引入的“误差”抵消了实际的偏差。
在调节盘布置在主轴的支承面和主轴壳体的接纳面之间之后，主轴可以最终安装和固定。术语“之间”并不局限于理解为调节盘精确地直接在主轴的支承面和主轴壳体的接纳面之间。术语“之间”不是严格理解为结构性的，而是功能性的。
调节盘设计为楔形的。调节盘包括彼此背离的端面，它们彼此不平行。换句话说，楔形形状呈现在侧视图中或通过调节盘的截面中。换句话说，调节盘不一定设计为偏心的。相反，例如在(主轴的)纵向方向存在相互最小程度倾斜的端面，它们导致主轴和主轴壳体之间的倾斜，该倾斜抵消了实际偏差。其他设计是可以考虑的。
可以相对于工件容纳体(工件支撑件、夹紧面等)确定实际倾斜。换句话说，实际偏差可以描述(主轴轴线的位置和取向)与主轴和夹紧面之间的期望的理想垂直度的偏差。此外，实际偏差还可以描述两个主轴之间的平行度误差(倾斜误差)。实际倾斜也可以相对于主轴壳体和工件容纳体之间的相对运动的行进轴线(大致在Z方向上)确定。
通常，调节盘仅具有最小的楔形。通常，涉及小于100μm(微米)的偏差，例如基于在200mm和300mm(毫米)之间的范围内的调节盘外径。楔形厚度与调节盘直径之间的比率相当于楔角。从该楔角出发，可以确定其他直径的楔形厚度。楔角非常小。调节盘可以通过合适的精细或超精细加工方法以高精度生产。调整盘将故意的误差引入系统中，该误差至少部分地补偿了实际偏差。
主轴壳体原则上也可以称为主轴箱。主轴壳体形成外壳，在其中例如可容纳墨盒状设计的主轴。主轴本身具有带壳体的主轴体。因此，在主轴的主轴体中可以布置驱动器、轴承、输出轴、工具架等。
实际偏差可以归咎于制造公差和/或装配公差。相应的误差既会出现于主轴壳体上，也会出现于主轴本身上。
主轴可以例如经由所谓的马达板/装配板间接地容纳在主轴壳体上。也可以考虑直接容纳。
调节盘具有相互(最小程度)倾斜的端面。从宏观上看，端面可以几乎是平行的。然而，调节盘具有最小的楔形形状。楔形的方向例如通过指示元件表示。调节盘可以大致设计为(薄)环，其容纳在主轴壳体和马达板之间。
除非存在倾斜误差，否则主轴的纵轴线理想地平行于Z轴(例如，在Z中延伸的行进轴)。因此，对准目标在于使主轴尽可能垂直于由X轴和Y轴形成的平面对准。
(主轴的纵轴线的)实际偏差可以例如通过使用指针表等来确定，该指针表与容纳在主轴上的测量心轴联接。指针表适当地与参考元件(工件夹紧面、相邻的主轴等)联接。
举例来说，可以布置和对准指针表，使得检测Y方向上的偏差。可以通过在主轴和工件支撑件之间产生Z运动来检测Y方向上的偏差。指针表相应地在该(Z中的)相对运动期间确定Y方向上的偏差。
此外，可以布置和对准指针表，使得检测X方向上的偏差。可以通过在主轴和工件支撑件之间产生Z运动来检测X方向上的偏差。指针表相应地在该(Z中的)相对运动期间确定在X方向上的偏差。
由Y方向的偏差和X方向的偏差，最终可以导出描述倾斜的矢量。调节盘由于它们的轻微楔形形状而具有限定的偏差，该偏差取决于调节盘的旋转位置而至少部分地补偿主轴的倾斜。楔形形状还定义了调节盘的“倾斜”矢量。在调整盘的安装期间，两个矢量可以彼此取向，从而得到尽可能完全的补偿。
因此，还提出了一种算法或合适的表格，在其基础上将简化调节盘的选择和它们的旋转定向。选择的目标通常是安装调整盘后的最小残余偏差。误差的完全消除通常是不可能的，也不是必需的。残余误差例如由调节盘的有限数量的旋转位置或“楔形厚度”的分级引起。
根据一种示例性配置，该方法还具有以下步骤：
提供一组具有不同楔形厚度的多个调节盘，
为了校正而选择这样的调节盘：其楔形厚度至少近似相当于确定的实际偏差。
以这种方式，通过对于可观的可能偏差范围提供具有不同楔形厚度的明确数量的调节盘，可以分别提供合适的调节盘以校正主轴的定向。不言而喻的是，在偏差较大的情况下，原则上也存在使用多个调节盘的可能性，所述多个调节盘的楔形形状累加。
根据另一示例性实施方案，该方法还包括提供一组具有不同楔形厚度的至少三个调节盘。不言而喻的是，具有四个、五个或甚至更多具有不同楔形厚度的调节盘的组也是可以考虑的。如果涉及具有双主轴结构的机床，还可以提供相应类型的双倍数量的调节盘。组件的调节盘可以适配于预期的制造公差/装配公差。
优选地，提供表格或在软件中实现的算法，在其基础上可以以简单的方式从该组调整盘中选择包括所提出的旋转定向的相应调整盘。先前确定的实际偏差用作选择的输入量。实际偏差在一定程度上体现主轴纵轴线的实际倾斜或实际矢量。不言而喻的是，实际偏差也可以通过ΔX(ΔX)和ΔY(ΔY)值来描述，其描述纵轴线的限定点(具有限定的Z位置)与假想的理想纵轴线的偏差。同样以这种方式可以描述实际矢量。
根据该方法的另一示例性实施方案，与调节盘的外径相关地，该组的调节盘的楔形厚度各自以约5μm至20μm的值彼此分级。因此，增量为例如5μm至20μm。以这种方式，产生调节盘之间的精细分级。
以这种方式，可以补偿精细的残余偏差。楔形厚度是盘的两个彼此相对端处的盘的高度(厚度)的差异，其中一个具有最小厚度而另一个具有最大厚度。调节盘的通常的外径为例如约200-300mm，例如约250mm。
在一组的两个相继调节盘之间只存在小的增量。这实现高精度，因为可以将分级导致的误差最小化。
根据该方法的另一示例性实施方案，与调节盘的外径相关地，调节盘的楔形厚度相对于平面平行的盘处在5μm和100μm之间的范围内。以这种方式，一方面可以补偿可观的偏差，另一方面也可以进一步减小相对小的偏差。
根据上述定义，平面平行盘具有0μm的楔形厚度。然而，一旦调节盘的彼此远离的端面相对彼此略微倾斜，就会产生大于0μm的楔形厚度。优选地，两个端面中的一个精确地垂直于通过调节盘的中心轴线对准。因此，另一个端面相对于其略微倾斜。
根据另一示例性实施方案，在主轴的支承面和主轴壳体的接纳面之间设置用于调节盘的多个限定的旋转位置。这可以是用于紧固元件的相应数量的凹槽(通孔)。举例来说，设置30°(度)或15°的旋转增量。这相当于12或24个凹槽。
然后，可以类似于时钟设置以怎样的旋转定向来使用调节盘。可以通过销、螺钉、螺栓和相应的配对元件进行旋转位置的位置固定和取向。
因此，在给定的实际偏差的情况下算法或表格导致推荐特定楔形厚度的调节盘，该调节盘将安装在特定的旋转位置(例如“9点钟位置”)。这显著简化了对准和调节的过程。优化任务将目标设定为在安装调节盘之后具有尽可能小的残余误差。
根据该方法的另一示例性实施方案，楔形盘以如下的方式安装：使得可归因于调节盘的楔形形状的误差与主轴的实际偏差相反。这优选地至少在通过楔形厚度的分级和限定数量的旋转位置(角位置)设定的增量内成立。
根据该方法的另一示例性实施方案，实际偏差的确定包括：检测参考点在与主轴的支承面和主轴壳体的接纳面间隔开的平面中的两个空间方向上的偏差，所述平面垂直于所述主轴的纵轴线取向，至少近似垂直。以这种方式，可以确定偏差的“矢量”。X和Y中的偏差可以例如通过指针表或类似的测量装置确定，该测量装置在测量心轴或类似元件被主轴限定地穿过时作用在所述测量心轴或类似元件上。如果参考点的Z位置是固定的或甚至是预定义的，则实际偏差可以基于仅仅两个值(ΔX和ΔY)来确定，其结果是可以是输出/读出要选择的调节盘和其安装位置。
根据该方法的另一示例性实施方案，实际偏差的确定包括检测实际角度偏差和检测主轴的实际角度偏差的实际旋转位置。同样以这种方式可以确定实际偏差(倾角误差)。根据该做法，直接测量实际矢量(主轴的纵轴线的倾斜)。因此，关于实际偏差的信息包括角度(相对于纵轴线的理想取向的倾斜角)以及旋转位置(“时钟指针”)，其中清楚地给出倾斜。
根据该方法的另一示例性实施方案，将主轴通过装配板固定在主轴壳体上，其中装配板与主轴壳体的接纳面和主轴的支承面连接。因此，主轴不是通过其主轴体直接连接，而是通过(可能是单独的)装配板与主轴壳体间接连接。
此外，根据该方法的另一示例性实施方案，为了适配/对准Z方向上的位置，根据测量的Z偏差选择合适的调谐环，其中调谐环接在主轴和主轴壳体之间。因此，主轴的安装例如使用调节盘以及调谐环两者进行。调节盘补偿纵轴线的倾斜误差。调谐环补偿Z方向上可能的偏差。因此，调谐环设计为平面平行的。
因此，根据一个示例性实施方案，主轴通过调节盘、装配板并通过调谐环与主轴壳体联接。
根据一个示例性实施方案，主轴的安装这样进行：所述调谐环和所述调节盘同心地(在彼此中)布置，其中所述调谐环以及所述调节盘两者均在端侧与装配板连接，其中调谐环用其相对端面接触主轴的支承面，并且其中调节盘用其相对端面接触主轴壳体的接纳面。因此，主轴壳体和主轴之间的连接通过调节盘、装配板并通过调谐环进行。根据该实施方案，调谐环布置在调节盘内。然而，也可以考虑相反的情况。因此，内环可以具有楔形形状，并且外环可以设计成平面平行的。
根据另一示例性实施方案，调谐环和调节盘形成轴向板叠。然而，也可以考虑通过调节盘既产生Z方向上的位置误差的补偿也产生倾斜误差的补偿。因此，调谐环和调节盘将组合成一个部件。
根据另一示例性实施方案，可选地或附加地，通过至少一个调节元件进行主轴在垂直于其纵轴线的平面中的对准。因此，可以进行X位置或Y位置的适配。调节元件可以是例如偏心件等。通常，仅需要小的行程/行进距离来实现期望的对准。举例来说，这种调节元件周向地布置，例如布置在装配板上/中。在相对的周边部段处，相应地设置轴承元件(例如销等)。因此，调节元件(例如偏心件)的运动引起主轴绕轴承元件的轻微枢转。以这种方式，可以进行X位置或Y位置的最小适配。
特别地，在具有双主轴的设计中，可以考虑在两个主轴中的一个中设置用于在X方向上进行适配的调节元件并且在两个主轴中的另一个中设置用于在Y方向上进行适配的调节元件。因此，调节元件在它们各自的主轴上相对于另一个主轴在周向上彼此偏移大约90°布置。在X方向或Y方向上的调节可能性允许两个主轴的纵轴线的精确定位。因此，总的来说，在双主轴中一方面可以优化平行度，此外还可以优化两个主轴的X方向和Y方向上的取向和Z取向。
根据另一方面，本公开文本涉及一种用于对准机床的双主轴的方法，该双主轴具有布置在共同的主轴壳体中的第一主轴和第二主轴，所述方法具有以下步骤：
根据本文所述的一种配置的方法对准第一主轴，其中所述对准相对于工件容纳体或行进轴线进行，以及
根据本文所述的一种配置的方法对准第二主轴，其中所述对准相对于第一主轴进行，以达到两个主轴之间的期望的平行度。
以这种方式，两个并排布置的主轴可以高精度地对准。根据另一示例性实施方案，该方法还包括用于在Z方向上对准的步骤。根据另一示例性实施方案，该方法还包括用于在Z方向上以及X方向和/或Y方向上对准的步骤。
根据另一示例性实施方案，该方法还包括以下步骤：
将第一主轴和第二主轴在垂直于主轴轴线的平面中取向，
为第一主轴和主轴壳体分配有第一调节元件、特别是第一偏心件，
为第二主轴和主轴壳体分配有第二调节元件、特别是第二偏心件，
第一调节元件设计成用于使第一主轴在第一方向上相对于主轴壳体移位，
第二调节元件设计成用于使第二主轴在第二方向上相对于主轴壳体移位，并且
第一方向和第二方向彼此倾斜地取向，优选彼此垂直。
以这种方式，定位可以在平行于X轴和Y轴的平面中进行。因此，可以调节两个主轴之间的期望的相对位置或相对取向。
此外，本公开内容涉及一种机床，特别是一种多轴铣床，其具有：
机架，
工件容纳体，用于容纳至少一个工件，和
主轴壳体，其承载至少一个设计为主轴的、用于容纳至少一个工具的工具主轴，所述主轴可绕其纵轴线驱动，
在工件容纳体和至少一个工具主轴之间可产生相对运动，并且
所述工具主轴通过调节盘与主轴壳体的接纳面联接，所述调节盘设计为楔形的并且在旋转定向上布置在工具主轴的支承面和主轴壳体的接纳面之间，使得至少部分补偿了工具主轴相对于工件容纳体的偏差，特别是主轴的纵轴线的实际倾斜。
同样以这种方式完全实现了本发明的目的。
根据一个示例性实施方案，机床具有第一主轴和第二主轴，所述第一主轴和第二主轴容纳在共同的主轴壳体上并且彼此平行地对齐，其中至少第一主轴或第二主轴通过调节盘与主轴壳体的接纳面联接。
这种双主轴结构适于两个工件的并行加工。此外，可以以这种方式执行不同的加工操作，这需要不同的参数(转速等)和/或不同的工具。
此外，本公开内容涉及一组调节盘用于对准机床的主轴的用途。特别地，将该组调节盘用于根据本公开内容的方法的至少一个配置中。
不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面还要说明的特征不仅可以以分别给定的组合使用，而且可以以其他组合使用或单独使用。
附图说明
通过以下参考附图对若干示例性实施例的描述和说明，将得出本发明的其他特征和优点。在图中：
图1示出设计为铣床的机床的示例性实施方案的透视图；
图2示出机床的一个实施方案的示意性局部视图，该机床包括设计为双主轴的主轴单元和作为工具支撑件的支架；
图3示出处于部分分解状态的机床的主轴单元的局部透视图；
图4示出根据图3的结构的放大局部剖视图；
图5示出具有误差的主轴对准的主轴单元的实施方案的简化示意剖视图；
图6示出图5中所示的主轴的端面简化视图；
图7示出基于图5中所示的实施方案的部分组装的主轴单元的示意性剖视图，用于说明一组调节盘；
图8示出基于图5中所示的实施方案的另一示意性剖视图，用于说明主轴的对准/调节状态；
图9示出图8中所示的主轴的端面简化视图；
图10示出具有双主轴结构的主轴单元的实施方案的透视局部剖视图；
图11示出具有双主轴结构的主轴单元的另一实施方案的示意性端面视图；
图12示出用于说明用于对准主轴的方法的一个示例性实施方案的示意性框图；并且
图13示出用于说明用于对准机床的双主轴的方法的一个示例性实施方案的示意性框图。
具体实施方式
图1通过透视图示出了整体用10表示的机床的示例性实施方案。举例来说，机床10设计为铣床或铣削中心。通常，机床10可以设计为组合的车削/铣削机床。机床10设计用于多轴加工。
所示的机床10仅作为机床的多种可能的实施方案的代表。
机床10包括机架12，机架12也可以称为床或基座。此外，设置了标记为14的壳罩。通过保护门16，可以使机床10的处理空间18可访问。机床10还包括工件容纳体26，它也可以称为工件支撑件。工件容纳体26包括例如工作台28。在所示实施例中，工件容纳体26承载工件保持器30，工件保持器也可以称为夹具。
机床10包括主轴单元36。主轴单元36具有主轴壳体38，主轴壳体也可以称为主轴箱。主轴壳体38承载马达主轴40，马达主轴设计为工件主轴42。主轴也可称为主心轴。在工件主轴42上容纳工具44，例如用于铣削加工的工具。此外，机床10例如具有至少一个备用工具46和用于更换工具44、46的相应装置。不言而喻的是，机床10可以包括用于工件更换、工具更换、用于测量任务等的其他操作装置。马达主轴40通常也可称为主轴。本公开文本意义上的主轴包括至少马达主轴和与马达可联接的可旋转驱动的主轴。
已知有各种机床设计原理。举例来说，机床10可以设计为所谓的滑块机。此外，也可以考虑门型结构的设计。此外，龙门结构的设计是已知的。可以考虑其它设计。
在图1中仅仅示例性表示的机床10设置有合适的引导件和驱动器并设计成用于实现具有马达主轴40和工具44的主轴单元36在至少3个轴线(空间方向)X、Y、Z上相对于容纳在工件保持器30中的工件的移动，参见图1中所示的坐标系X-Y-Z。不言而喻的是，也可以考虑其他加工轴线(特别是枢转轴线)。
此外，机床10具有用52表示的控制单元。控制单元52包括例如操作元件54和显示器56。此外，设置用58表示的信号单元。
本公开文本特别涉及马达主轴或工件主轴相对于主轴单元的相应主轴壳体的对准。高精度对准对于良好的加工结果是必要的，特别是对于加工的高精度和尺寸稳定性。
这尤其适用于具有所谓的双主轴结构的机床。图2通过示意图示出了设计为双主轴的主轴单元66的设计。主轴单元66具有主轴壳体68，其也可以称为主轴箱。主轴壳体68承载第一马达主轴70和第二马达主轴72，它们分别可绕其纵轴线74、76驱动，以便驱动工具78、80。
两个马达主轴70、72或它们的纵轴线74、76优选地彼此平行地对准。换句话说，追求这样一种状态：其中纵轴线74、76尽可能高精度地布置成平行于Z轴。原则上，马达主轴70、72应与工件支撑件/工件容纳体88尽可能成直角对准。这至少适用于工件容纳体88的中性状态(零位置)。
在图2中所示的实施方案中，工件容纳体88设计为支架90。支架90具有(从动)枢转轴线92。枢转轴线92例如平行于X轴。支架90具有工作台94，工件保持器96、98布置在工作台上。例如，每个工件保持器96、98承载一个工件100、102，所述工件可以由两个主轴70、72中的一个加工。
参考图3-11说明并更详细地解释用于机床的马达主轴的高精度定位和对准的各种做法。
不言而喻的是，出于说明的原因，明显夸大了在至少一些附图中示出的实际偏差，特别是实际倾斜。在实践中，偏差通常在小于0.05°(角度)至小于0.005°的范围内。这通过调节盘的楔形厚度和分级来显示。例如，调节盘具有10μm、20μm或50μm(微米)的楔形厚度，基于250mm(毫米)的直径。这说明出于说明的原因，所示的形状偏差被严重夸大了。
图3和图4基于部分视图示出了马达主轴40在主轴单元36的主轴壳体38上的安装/紧固。马达主轴40和主轴壳体38形成主轴单元36的一个组成部分。马达主轴40至少部分地容纳在主轴壳体38中。为此目的，在主轴壳体38上形成接纳面110，其被示例性地设计为端面。马达主轴40具有主轴体114。此外，马达主轴40具有纵轴线116。
定期进行马达主轴40的对准，目的是有意地将该纵轴线116与工件支撑件成直角地对准和/或平行于另一个轴线对准。在主轴体114上进一步形成轴肩，在轴肩上形成支承面118。支承面118设计为端面。在根据图3和4的实施例中，支承面118和接纳面110指向相同的方向。因此，当马达主轴40紧固到主轴壳体38时，支承面118和接纳面110之间没有直接接触。相反，在该实施例中进行间接紧固。
支承面118限定马达主轴40的Z位置。支承面118与具有配合直径120的配合面相邻。配合直径120限定马达主轴40的同心对准(例如在X-Y平面中)。为了安装马达主轴40，在该实施例中设置了调谐环124。可以有意地选择调谐环124以改变马达主轴40相对于主轴壳体38的Z位置。
此外，为了安装马达主轴40，设置调节盘128。在根据图3和4的实施例中，调谐环124和调节盘128被设计成同心的并对准。因此，调节盘128示例性地形成外环，其中调谐环124形成内环。相反的分配原则上也是可以考虑的。
调节盘128具有端面130、132。端面130面向主轴壳体38。端面132背离主轴壳体38。此外，调节盘128在其圆周上具有限定数量的孔/凹槽形式的节距134。以这种方式，可以实现调节盘128相对于主轴壳体38的限定的旋转定向。
在该实施例中，调节盘128一方面接触主轴壳体38的接纳面110。另一方面，调节盘128接触装配板142。在该实施例中，装配板142也设计成环状。装配板142也可以称为马达板。装配板142具有端面144和端面146。端面144在安装状态下面对主轴壳体38的接纳面110或马达主轴40的支承面118。端面146与其背离。此外，马达主轴40在其内径处具有配合座150，配合座适配于主轴体114的配合直径120。因此，装配板142可以盖到主轴体114上。
装配板142还具有用于紧固和连接主轴壳体38、马达主轴40、调节盘128、调谐环124和装配板142的凹槽154、156。为凹槽154分配有调节盘128，在这里设置相应的对立元件(节距134)。凹槽156分配给调谐环124，在这里设置相应的对立元件。紧固元件(螺钉、螺栓、销)未在图3和图4中示出。
在组装状态下，调节盘128以其端面132与装配板142接触。调节盘128以其端面130接触主轴壳体38的接纳面110。此外，在组装状态下在主轴体114的支承面118与装配板142的端面144之间设置调谐环124。如果不需要Z方向上的调谐可能性，则可以省去调谐环124。在这种状态下，装配板142的端面144可以直接接触支承面118。
原则上，也可以考虑将装配板142与主轴体114一体地实施。在这种情况下，可以考虑这样的实施例：其中调节盘128直接布置在马达主轴40和主轴壳体38之间。因此，在这种情况下，支承面118将面向接纳面110。
图4示出了主轴单元36的(未完全)接合状态。通过边缘厚度h1、h2在横截面中表示了调节盘128的楔形形状。此外，“空隙”Δh表示楔形厚度。Δh＝h1-h2成立。因此，如果装配板142进而调节盘128与主轴壳体38固定连接，则在马达主轴40(或其纵轴线116)与主轴壳体38之间将产生倾斜。这种倾斜现在用于在位置偏差的情况下以所需方式对准马达主轴40。
参照图5-9的示意性简化表示来说明这种对准过程。图5示出了主轴单元36的局部剖视侧视图，主轴单元具有容纳在主轴壳体38上的马达主轴40。由于制造误差、装配误差和/或其他误差影响，主轴40以其纵轴线116相对于目标对准(纵轴线162，其示出理想对准)倾斜。理想的纵轴线162可以例如描述用于马达主轴40或用于工件容纳体的Z引导件的纵向方向。在这方面，该理想的纵轴线162可以为马达主轴40的对准提供参考。
在图5中，马达主轴40通过装配板142在平行环166(平面平行的环)插入的情况下与主轴壳体38的端面联接。建议用合适的调节盘代替平行环166，该调节盘以合适的旋转定向安装。以这种方式，倾斜可以被抵消，从而使马达主轴40的纵轴线116可以尽可能完全与目标纵轴线162(例如Z引导件的纵向方向)重合。
图5还示出了马达主轴40在主轴壳体38上的位置固定。这例如通过接合在凹槽172中的位置固定元件170进行。举例来说，凹槽172设置在主轴体114上。因此，位置固定元件170容纳在主轴壳体38上。然而，这种类型的位置固定主要不用于使马达主轴相对于主轴壳体对准。
为了选择合适的调整盘，首先需要检测实际的偏差(实际偏差)。例如，这可以通过确定参考点176的位置来进行。为此目的，可以考虑将测量心轴174或类似辅助装置容纳在马达主轴40的工具容纳体上，并在限定的Z位置(ΔZ)在马达主轴40相对于测量装置相对运动的情况下用合适的测量仪器194检测参考点176的位置偏差(在测量心轴174的外周上)。在图5和图8中，分别示出了测量心轴174和测量仪器194之间在Z方向上的相对运动。
这可以包括例如X和Y中的测量，其中主轴40分别相对于测量装置(沿Z方向)行进，以便检测总误差。然后，对于位置ΔZ，可以确定参考点176在X方向(ΔX)和Y方向(ΔY)上的偏差，为此参见图6。
该测量基于的目标是检测倾斜或位置偏差的矢量，其中该位置偏差优选地可通过一些易于理解的值来描述，例如X方向(ΔX)和Y方向(ΔY)的偏差。如果定义并知道了在哪个Z位置(ΔY)进行参考点的测量，则该信息就足够了。
在这方面，图6示出了X和Y中的投影的部分偏差。图6中的图示的比例不同于图5中的图示的比例。在图6中，还通过用178表示的线画出圆，该圆也可以称为公差圆。公差圆178在一定程度上代表特定的调节盘在相应的旋转定向的情况下可以补偿的误差。理想地，选择调节盘使得参考点176的实际的误差(实际误差)在公差圆178处或附近。此外，在图6中用180表示用于旋转位置的标记/指示物。指示物180对于所选调节盘的正确旋转定向是重要的。例如，如果调节盘旋转180°，即正好倒转方向安装，那么误差甚至可能翻倍。
图7示出了根据图5的状态，其中装配板142和平行环166与马达主轴40或主轴壳体38分离。在了解参考点176的实际误差的情况下，现在可以从调整盘184、186、188的组182中选择合适的样本，以补偿实际误差。
组182的调节盘184、186、188是分级的并且设有不同的楔形厚度(Δh＝h2-h1)。然后，可以在主轴壳体38的接纳面110和装配板142之间接纳相应选择的调节盘。此外，除了所选的调节盘之外，在根据图5-9的实施方案中，装配板142还可以用其端面144接触主轴体114的支承面118。此外，装配板142通过其配合座150位于主轴体114的配合直径120上。
在图8和9中示出了在选择调节盘184并将调节盘184安装在主轴壳体38和装配板142之间以便在主轴壳体38上容纳主轴40之后的状态。调节盘184以合适的旋转定向安装，从而产生马达主轴40的纵轴线116的所需目标位置。纵轴线116与(理想的)纵轴线162重合，其中可存在最小的残余偏差。
现在，参考点176也接近或甚至在理想纵轴线162上。因此，倾斜误差(例如在马达主轴的纵轴线116和Z引导件的纵向方向之间)已经显著减小。与图6相比，图9示出了通过调节盘184的适当选择和定向，马达主轴40或其主轴体114可以以使得参考点176从现在起接近中心的方式对准。从图6中相当大的公差圆178，调节盘184的安装导致图9中明显更小的(可接受的)公差圆192。可以实现定位精度的显著改善。出于说明的原因，在图9和图6中未单独示出调节盘或平行环。图9还示出了调节盘184已经安装在特定的旋转位置(参见指示物180)，确切地说相对于参考点176的方向或与参考点176的方向径向相反(实际误差)。以这种方式，调节盘184可以抵消误差。
作为补充，图8通过由190表示的元件示出了用于马达主轴40或其主轴体114在主轴壳体38上或主轴壳体38中的径向固定190。径向固定190使主轴在其目标位置和目标定向上变刚性。径向固定190优选地与马达主轴40的工作台侧端部明显间隔开。即，在该区域中，马达主轴40已经通过装配板142和调节盘184固定在主轴壳体38上。
图10示出了设计为双主轴的主轴单元66的局部剖开的局部透视图(也参见图2)。主轴单元66具有主轴壳体68，主轴壳体提供用于为两个马达主轴70、72的容纳体，每个马达主轴可绕其纵轴线74、76旋转。用于纵轴线74、76对准的设计目标一方面是与工件支撑件或工作台的垂直度。然而，两个纵轴线74、76之间的平行度也可以构成设计目标。然而，两个纵轴线74、76中的每一个与Z方向之间的平行度——即对于Z方向的行进轴线——也可以构成设计目标。
主轴70也通过装配板142容纳在主轴壳体68上。在装配板142、主轴壳体68和主轴70的支承面之间原则上以先前已描述的方式布置调节盘128并且还可选地(至少在示例性配置中)布置调谐环124。另外的主轴72以类似的方式容纳在主轴壳体68上。
作为补充参照图11，其具有带有双主轴(马达主轴70、72)的主轴单元66的简化的示意性正视图，为此还参见图2和图10。主轴70、72容纳在主轴壳体68上。主轴单元66通过其主轴壳体68可行进地容纳在Z引导件196上。
图11示出了马达主轴70、72的X位置和Y位置的调节可能性。马达主轴70具有枢转轴承198。马达主轴72具有枢转轴承200。枢转轴承198、200分别布置在马达主轴70、72的周边区域中并且位置固定地容纳在主轴壳体68上。此外，为相应的马达主轴70、72分配有调节元件202、204。在马达主轴70中设有调节元件202，该调节元件与枢转轴承198对置。在马达主轴72中设有调节元件204，该调节元件与枢转轴承200对置。
枢转轴承198和调节元件202的布置允许马达主轴70绕枢转轴承198的最小枢转运动。以这种方式，可以在X方向上进行小的调节运动，参见双箭头206。枢转轴承200和调节元件204的布置允许马达主轴72绕枢转轴承200的最小枢转运动。以这种方式，可以在Y方向上进行小的调节运动，参见双箭头208。
调节元件202、204可以设置有偏心件，偏心件布置在相应的引导件(例如细长孔)中，以便能够在旋转运动期间由于偏心触发小的调节运动。在进行调节之后，可以将调节元件202、204(或马达主轴70、72的主轴体)固定，以固定马达主轴70、72的实际位置。
不言而喻的是，具有单个马达主轴的结构也可以以类似方式设置有至少一个调节元件，以实现至少在X方向和/或Y方向上的调节运动。两个马达主轴70、72的共同对准在设计为双主轴结构的主轴单元66中非常重要。这种类型的对准可以涉及两个马达主轴70、72之间的限定的距离(在X方向上)。此外，对准目标可以涉及将两个马达主轴70、72在相同的Y位置对准。
参考图12，基于简化的示意性框图示出并更详细地解释了用于对准机床的马达主轴的方法的实施例。
该方法包括步骤S10，该步骤包括将马达主轴预安装或试安装在主轴壳体上，该主轴壳体设计成用于容纳马达主轴。为此目的，将马达主轴至少暂时地直接或间接地固定在主轴壳体的接纳面上。预安装可包括插入间隔物(平行环)。
接下来是步骤S12，其包括检测/确定马达主轴的实际偏差。特别是要确定马达主轴的纵轴线相对于理想目标位置的倾斜。目标位置可以是相对于用于容纳工件的工作台的期望垂直度。此外，目标位置可以是相对于(例如另一个主轴的)另一纵轴线的期望平行度。此外，目标位置可以是相对于机床的引导件的期望平行度，例如相对于Z引导件。例如，可以考虑在马达主轴上容纳测量心轴等形式的辅助装置。然后，马达主轴沿轴线(例如Z轴)相对于测量装置行进。可以通过合适的测量仪器检测主轴的倾斜。测量点可以在Z方向上与测量心轴的容纳体间隔开，从而可以更清楚地感知任何位置误差。
可以考虑在不同的空间方向(X方向、Y方向)上检测测量心轴的偏转。以这种方式，在知道Z位置的情况下可以确定总偏差，其描述马达主轴的纵轴线的给定矢量(相对于目标位置)。理想地，实际偏差的确定给出两个易于处理的值(例如，参考点在X方向和Y方向上的偏差)。
该方法包括另一步骤S14，其包括提供一组调节盘。该组包括多个调节盘。调节盘具有楔形形状。优选地，该组中的至少一些调节盘的楔形厚度不同。举例来说，对于约200mm至300mm的外径，调节盘的楔形厚度可以处在5μm至100μm的范围内。楔形厚度的分级(增量)可为约5μm至20μm。不言而喻的是，也可以考虑具有不同的绝对尺寸的调节盘，其中基于上述值对可以导出相应的楔角，其反映在相应适配的楔形厚度中。
换句话说，楔形形状可以具有大约在2000比1到100000比1的范围内的楔形比(直径比楔形厚度)。或者，楔形形状可以具有大约在10000比1至60000比1的范围内的楔形比(直径比楔形厚度)。或者，楔形形状可具有大约在20000比1至30000比1的范围内的楔形比(直径比楔形厚度)。或者，楔形形状可具有约25000比1的楔形比(直径比楔形厚度)。这样限定的楔形形状相当于同样可以通过比率来表示的楔角。通过组合多个调节盘，可以覆盖其他范围。多个调节盘的厚度之间的分级/增量也可以在类似的范围中。
接下来是步骤S16，其涉及从该组调节盘中选择合适的调节盘。基于在步骤S12中确定的实际偏差，可以简单地基于算法以计算方式或通过图线/图表确定最合适的调节盘及其旋转位置。为了使楔形调节盘定位在最佳地抵消实际偏差的旋转位置，旋转位置是重要的。
在选择合适的调节盘之后，将其在另一个步骤S18中以限定的旋转位置直接或间接地安装在马达主轴和主轴壳体之间。以这种方式，可以显著降低实际偏差。举例来说，调节盘可以直接或间接地与马达主轴的支承面以及主轴壳体的接纳面联接。调整盘引起故意误差，它部分地补偿先前导致实际偏差的误差。
接着步骤S18的是步骤S20，其包括马达主轴在主轴壳体上的最终安装。这可以包括马达主轴的位置固定，以将其以期望的定向牢固且永久地与主轴壳体连接。步骤S20还可以包括其他调整工作或调节工作，例如马达主轴在横向于纵轴线(X方向和/或Y方向)的方向上的对准和/或马达主轴沿纵轴线(Z方向)的对准。
参考图13，根据简化的示意性框图示出并更详细地解释用于具有双主轴结构的机床的对准的方法的实施例。
该方法包括第一步骤S50，其包括提供设计为双主轴的主轴结构。因此，主轴结构具有主轴壳体或主轴箱，在其中设置用于两个马达主轴的容纳体。步骤S50还包括提供两个这样的马达主轴。它可以是相同类型的马达主轴。但是马达主轴也可以具有不同的设计。当要提高机床的性能时，通常使用相同类型的马达主轴以用于并行加工。例如，当要提供应实现不同的工作过程(例如，对于不同的工具具有不同的转速水平)的机床时，可以使用不同的马达主轴。
在另一步骤S52中，进行两个马达主轴中的第一个的对准。所述对准可包括马达主轴的纵轴线相对于工作台或工件夹具/工件支撑件的对准。优选地，所述对准利用参考图12所示的方法的步骤S10至S20中的至少一些步骤。
接下来是另一步骤S54，其包括两个马达主轴中的第二个的对准。所述对准可包括第二马达主轴的纵轴线相对于第一马达主轴的纵轴线的对准。优选地，所述对准利用参考图12所示的方法的步骤S10至S20中的至少一些步骤。

Claims (15)

1.一种用于对准机床(10)的主轴(40；70，72)、特别是用于对准工具主轴(42)的方法，所述方法具有以下步骤：
将主轴(40；70，72)试安装在主轴壳体(38；68)上，包括将主轴(40；70，72)的支承面(118)直接或间接固定在主轴壳体(38；68)的接纳面(110)上，
确定主轴(40；70，72)的实际偏差，特别是主轴(40；70，72)的纵轴线(74，76；116)的实际倾斜，
根据所确定的实际偏差来选择调节盘(128；164，186，188)，其中，调节盘(128；164，186，188)设计为楔形，并且
在主轴(40；70，72)的支承面(118)和主轴壳体(38；68)的接纳面(110)之间以至少部分地校正实际偏差的旋转定向来布置调节盘(128；164，186，188)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还具有以下步骤：
提供一组(182)具有不同楔形厚度的多个调节盘(128；164，186，188)，
为了校正而选择这样的调节盘(128；164，186，188)：其楔形厚度至少近似相当于所确定的实际偏差。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括提供一组(182)具有不同楔形厚度的至少三个调节盘(128；164，186，188)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，与调节盘(128；164，186，188)的外径相关地，该组(182)的调节盘(128；164，186，188)的楔形厚度以5μm至20μm的值彼此分级。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，与调节盘(128；164，186，188)的外径相关地，调节盘(128；164，186，188)的楔形厚度相对于平面平行的盘(166)处在5μm和100μm之间的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在主轴(40；70，72)的支承面(118)和主轴壳体(38；68)的接纳面(110)之间设置有用于调节盘(128；164，186，188)的多个限定的旋转位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，楔形盘以如下的方式安装：使得归因于调节盘(128；164，186，188)的楔形形状的误差与主轴(40；70，72)的实际偏差相反。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，实际偏差的确定包括：检测参考点(176)在与主轴(40；70，72)的支承面(118)和主轴壳体(38；68)的接纳面(110)间隔开的平面中的两个空间方向上的偏差，所述平面垂直于所述主轴(40；70，72)的纵轴线(74，76；116)取向。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，实际偏差的确定包括：检测实际角度偏差和检测主轴(40；70，72)的实际角度偏差的实际旋转位置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，将主轴(40；70，72)通过装配板(142)固定在主轴壳体(38；68)上，其中，装配板(142)与主轴壳体(38；68)的接纳面(110)和主轴(40；70，72)的支承面(118)连接。
11.一种用于对准机床(10)的双主轴(66)的方法，所述双主轴具有布置在共同的主轴壳体(38；68)中的第一主轴(70)和第二主轴(72)，所述方法具有以下步骤：
根据权利要求1至10中任一项所述的方法对准第一主轴(70)，所述对准相对于工件容纳体(26；88)或行进轴线(Z)进行，以及
根据权利要求1至10中任一项所述的方法对准第二主轴(72)，所述对准相对于第一主轴(70)进行，以达到两个主轴(70，72)之间的期望的平行度。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将第一主轴(70)和第二主轴(72)在垂直于主轴轴线(74，76)的平面中取向，
为第一主轴(70)和主轴壳体(38；68)分配有第一调节元件(202)、特别是第一偏心件，
为第二主轴(72)和主轴壳体(38；68)分配有第二调节元件(204)、特别是第二偏心件，
第一调节元件设计成用于使第一主轴(70)在第一方向上相对于主轴壳体(38；68)移位，
第二调节元件设计成用于使第二主轴(72)在第二方向上相对于主轴壳体(38；68)移位，并且
第一方向和第二方向彼此倾斜地取向，优选彼此垂直地取向。
13.一种机床(10)，特别是一种多轴铣床，其具有：
机架(12)，
工件容纳体(26；88)，用于容纳至少一个工件，和
主轴壳体(38；68)，其承载至少一个设计为主轴(40；70，72)的、用于容纳至少一个工具(44)的工具主轴(42)，所述工具主轴能够绕其纵轴线(74，76；116)驱动，
在工件容纳体(26；88)和至少一个主轴40；70，72)之间能够产生相对运动，并且
所述主轴(40；70，72)通过调节盘(128；164，186，188)与主轴壳体(38；68)的接纳面(110)联接，所述调节盘设计为楔形的并且在旋转定向上布置在主轴(40；70，72)的支承面(118)和主轴壳体(38二68)的接纳面(110)之间，使得至少部分补偿了主轴(40；70，72)相对于工件容纳体(26；88)的偏差，特别是主轴(40；70，72)的纵轴线(74，76；116)相对于工件容纳体(26；88)的实际倾斜。
14.根据权利要求13所述的机床(10)，所述机床具有第一主轴(70)和第二主轴(72)，所述第一主轴和第二主轴容纳在共同的主轴壳体(38；68)上，并且彼此平行地取向，至少第一主轴(70)或第二主轴(72)通过调节盘(128；164，186，188)与主轴壳体(38；68)的接纳面(110)联接。
15.一组(182)调节盘(128；164，186，188)用于对准机床(10)的主轴(40；70，72)的用途，所述用途特别是根据权利要求1至12中任一项所述的方法实现。
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