CN112571268B - 珩磨机器 - Google Patents

Abstract

珩磨机器，包括：固定至机器的支撑结构；和至少一个珩磨单元，其安装在支撑结构上且具有主轴单元，主轴可旋转地安装在主轴单元中，主轴借助于旋转驱动器可绕主轴轴线旋转，且在工具侧端部处具有用于紧固可扩开的珩磨工具的装置。珩磨机器还包括用于产生主轴单元的冲程运动的冲程驱动器和用于扩开所述珩磨工具的扩开驱动器，其中，扩开驱动器联接至在主轴内部延伸的进给杆。主轴单元具有主轴单元壳体，其具有用于容纳旋转驱动器的第一壳体部分和用于容纳扩开驱动器的第二壳体部分。旋转驱动器容纳在可更换的第一套筒中，扩开驱动器容纳在第二套筒中，第二套筒可独立于所述第一套筒更换，第一套筒可引入第一壳体部分，第二套筒可引入第二壳体部分。

Description

珩磨机器

技术领域

本发明涉及一种用于珩磨工件中的孔的珩磨机器（honing maching）。

背景技术

珩磨是一种利用几何形状不确定的切削刃的切削加工方法，在所述切削加工方法的情况下，珩磨工具实施由两个分量构成的切削运动，并且在珩磨工具的一个或多个切削材料本体（例如珩磨条）和待加工的孔的内表面之间有恒定的面接触。珩磨工具的运动学特征在于旋转运动、沿孔的轴向方向延伸的冲程运动（stroke movement）的叠加。通常，还设置可选的扩开运动（expansion movement），其引起珩磨工具的有效直径发生变化。

珩磨工具在孔内的一次性冲程运动（包括进入孔内以及随后从孔内缩回）被称为“滚齿”（hobbing）。孔内的重复冲程运动（即进入孔内，然后在孔内循环往复运动，并随后在端部处从孔内缩回）被称为“振荡”（oscillating）。在振荡珩磨工艺中，通常需要扩开运动，因为珩磨工具的有效直径在振荡期间主动变化。另外，切割材料本体的磨损通常通过扩开运动来补偿。

珩磨工具的运动学产生了在孔的内表面上具有纵横交错的加工痕迹的表面结构。通过珩磨精加工的表面可以满足关于尺寸和形状公差的极高要求，并且在某些情况下具有特殊的表面粗糙度和结构，例如平台表面，其将由于高的材料接触率而具有较低的磨损与能够容易地接受用于润滑的油膜能力相结合。因此，通过珩磨加工了发动机或发动机部件中的许多高负荷滑动表面，例如发动机缸体中的缸筒或喷射泵壳体中的孔的内表面。

珩磨机器是适合于珩磨工件中的孔的机器工具。所述珩磨机器具有至少一个珩磨单元，该珩磨单元安装在固定至该机器的支撑结构上，例如支架、立柱或框架。珩磨单元包括主轴单元，在该主轴单元中可旋转地安装有主轴。主轴借助于旋转驱动器可绕其主轴轴线旋转，并且在工具侧端部处具有用于紧固珩磨工具的装置。为了产生平行于主轴轴线的主轴单元的冲程运动，设置了冲程驱动器。在通用的珩磨机器中，此外还设置有用于扩开珩磨工具的扩开驱动器。扩开驱动器联接到在主轴内部延伸的进给杆。

为了优化珩磨工艺的经济性和质量，越来越多地使用用于冲程和旋转的高动态直接驱动器，该驱动器允许以高冲程速度（目前例如达到约100 m/min）和旋转速度（目前例如达到约5000 rpm）进行珩磨加工。

直接驱动器因机器零件的高动态运动而闻名。直接驱动器的特点是可以允许由其驱动的机器轴的高的速度和加速度，同时几乎无摩擦地产生运动。 DE 10 2016 200 295A1描述了一种珩磨机器，其冲程驱动器是电动线性马达。扩开驱动器同样是电动直接驱动器。主轴单元具有主轴单元壳体，该主轴单元壳体具有用于容纳旋转驱动器的第一壳体部分和与第一壳体部分一体形成的用于容纳扩开驱动器的第二壳体部分。

扩开驱动器和旋转驱动器尤其在球轴承的区域中受到磨损，使得在珩磨单元运行几年之后，对于旋转驱动器、扩开驱动器或两个组件来说可能必须进行彻底检修。为了减少珩磨机器的停机时间，通常会购买第二个旋转驱动器或第二个扩开驱动器作为替换部件，并安装它们以更换磨损的驱动器。

可能的情况是，在更换旋转驱动器的情况下，另外还必须使机器的几何形状重新对准。这是时间的浪费，并且需要高度熟练的技术人员。尽管可以将扩开驱动器和扩开系统的其他部件独立于另外的部件进行更换，但是，由于扩开装置紧固在主轴马达上，因此在更换主轴马达的情形中，则要求要么首先拆卸扩开装置然后末端处再次安装，要么将由主轴马达和拧紧的扩开装置组成的整个组件一起拆卸，这出于质量而言是不利的。在这两种情形中，即使不必须更换扩开驱动器，也必须卸下扩开驱动器与机器的所有连接（电线、冷却液、传感器装置）。

发明内容

由本发明解决的问题是提供一种珩磨机器，其对于初始组装过程而言是特别易于组装的，并且对于所需的任何维护和修理工作而言是特别易于修理和维护的。

为了解决这个问题，本发明提供了一种具有权利要求1的特征的珩磨机器。在从属权利要求中给出了有利的改进方案。所有权利要求的内容通过引用并入说明书的内容。

根据本发明的一种构造，通用的珩磨机器的特征在于，旋转驱动器容纳在可更换的第一套筒（cartridge）中，并且扩开驱动器容纳在第二套筒中，所述第二套筒可独立于所述第一套筒而更换，其中第一套筒可引入第一壳体部分中，而第二套筒可引入第二壳体部分中。

在此，表述“套筒”表示一种可更换的组件，该组件将在更换过程中必须更换的所有部件组合为一个单元，并具有专用的壳体（套筒壳体）。相应地，第一套筒具有第一套筒壳体，其中尤其容纳有旋转驱动器，第二套筒具有第二套筒壳体，其中尤其容纳有扩开驱动器。结果则是主轴单元的模块化结构，其中，通过安装到常用的主轴单元壳体中，可以确保第一套筒和第二套筒以及因此旋转驱动器和扩开驱动器的相互对准。所述主轴单元壳体用作所安装部件的公共几何基准。另外，还可以借助于主轴单元壳体来建立有关于冲程驱动器的线性引导的部件的基准，从而可以简化或消除某些对准操作。

旋转驱动器和扩开驱动器在相互独立可更换的套筒中的容纳尤其提供了优点，即从制造方面可以非常容易地遵守度量小的公差。由于公差小，通常可以省去更换之后机器几何形状的重新设置。以这种方式，维修和/或维护工作被大大简化和加速，并且可以由训练有素的技术人员来执行，该技术人员不需要是关于部件的对准方面的专家。通过在公共的主轴单元壳体内的第一套筒和第二套筒的布置，旋转驱动器（主轴马达）和扩开驱动器可以彼此独立地更换。

第一套筒和/或第二套筒优选地具有基本旋转对称的外部轮廓。可以提供机械定向结构，以确保仅在一个特定的旋转位置中将套筒安装到主轴单元壳体中。

在优选的实施例中规定，主轴单元壳体形成为一体式壳体，其中，第一壳体部分与第二壳体部分一体地形成。以这种方式，消除了壳体部分之间可能的对准关键界面。单件式主轴单元壳体可以赋予主轴单元额外的稳定性，并且提供壳体部分以及可能容纳在其中的套筒相对于彼此的不变的几何基准。主轴单元壳体也可以由多个壳体部件组装而成。

原则上，可以将该设计构造成使得：第一套筒和第二套筒可以从同一侧安装到主轴单元壳体中。然而，在优选的实施例中规定，第一套筒和第二套筒从其相对侧可引入到主轴单元壳体中。以这种方式，使独立的拆卸和安装变得更加容易。在垂直定向的主轴单元的情形中，包括主轴马达的第一套筒可以从下方安装，而包含扩开驱动器的第二套筒则从上方插入到主轴单元壳体中。

在一些实施例中规定，在第一壳体部分的内侧上形成至少一个第一配合表面，其与第一套筒上的至少一个相应的第一配合表面接触，其实现第一套筒在第一壳体部分中的定位和对准，并且，可替代地或另外地，在第二壳体部分的内侧上形成至少一个第二配合表面，其与第二套筒上的至少一个对应的第二配合表面接触，其实现第二套筒在第二壳体部分中的定位和对准。所述定位和对准可以通过位于套筒外径上的配件直径来限定。在一些实施例中，被认为特别有利的是，内部定位的配合件被构造成具有比设置在凸缘上的外部配合件更小的直径，使得在安装和拆卸期间，仅当相应的套筒几乎已完全插入主轴单元外壳中时（而不是在插入主轴单元外壳的开始处时）各个配合表面彼此接触。

此外，在主轴单元壳体上，可形成轴向止动表面，用于预限定第一套筒在第一壳体部分中和第二套筒在第二壳体部分中的轴向位置。在一些实施例中规定，在套筒上设置有向外突出的凸缘部分，当相应的套筒被插入到所述主轴单元壳体中并且已经达到期望的轴向安装位置时，所述凸缘部分邻接抵靠主轴单元壳体的相关联的端部表面。因此，可以通过带有轴向螺钉的凸缘来实现相应的轴向紧固，即相应的套筒相对于主轴单元壳体的轴向位置的固定。

在许多设计中，相对容易地可以从外部直接接触扩开驱动器或第二套筒，并因此很容易使操作所需的介质（电功率、可能得用于控制和传输编码器信号的电信号交换、流体介质）被导入和导出。但是，由于在第一套筒的情况下不可能从珩磨工具的连接侧进行接触，或者仅在不利的约束下才可能进行接触，因此第一套筒也应尽可能通过主轴单元壳体被接触。为此，在一些实施例中规定，用于可能存在的旋转编码器的连接、用于马达线圈的电力馈送的电连接和/或用于流体（用于耗散马达废热的冷却剂，冷却剂馈送管路、以及至加工位置的冷却剂回流管线、可能地密封空气）的连接应该优选地布置在第一套筒的面向第二套筒的那一侧处。

在一些实施例中，以特别方便的方式解决连接问题，因为在第一套筒的面向第二套筒的一侧上和在主轴单元壳体的壳体部分的面向第一套筒的一侧上，布置有至少一个插头型连接的对应的连接元件，用于传输液体或气态流体、电力和/或电信号。由于构造为插头型连接，因此在部件的组装期间自动产生所需的连接，从而不需要单独的组装步骤即可产生电和/或流体连接。由于配置为插头型连接，因此与必须单独地断开和重新连接的多条线路相比，第一套筒的更换可以更快且更容易。

套筒的概念可以用旋转驱动器和/或扩开驱动器的不同驱动器类型来实现。在一种改进方案中，设置有转矩马达作为扩开驱动器，该转矩马达直接安装在第二套筒壳体中。以这种方式，扩开驱动器可以构造成非常短，且因此也很轻。转矩马达可以联接至旋转编码器，优选地联接至具有多匝能力的高分辨率绝对编码器。转矩马达的旋转部分可以驱动螺纹主轴（threaded spindle），以便从旋转运动中产生线性运动，然后该线性运动作用于在主轴内部运行的进给杆上。

转矩马达是电动直接驱动器的示例。作为转矩马达的替代，驱动器也可以是一些其他的电动直接驱动器，例如柱塞线圈马达，其不需要螺纹主轴或类似物来转换运动方向。也可以将伺服马达用作旋转驱动器。

为了进一步便于组装以及维护和维修工作，在一些实施例中规定，在第一套筒的套筒壳体中形成用于引导流体（特别是用于旋转驱动器的冷却流体）的流体通道。以这种方式，第一套筒的套筒壳体可以被直接冷却，并且热量可以经由套筒壳体从旋转驱动器的区域散发。以这种方式，旋转驱动器自身上的冷却装置可能可以被省略。这产生了提供旋转驱动器的紧凑结构的可能性，该旋转驱动器然后可以与第一套筒一起拆卸，而无需维修技术人员来拆卸软管连接。

替代地或附加地，可以规定，在主轴单元壳体中形成用于引导流体的流体通道。例如可以设置用于引导旋转驱动器的冷却流体的流体通道。以这种方式，主轴单元壳体可以被直接冷却，并且热量可以例如经由主轴单元壳体从旋转驱动器的区域散发。以这种方式，可能可以省略第一套筒和/或旋转驱动器自身上的冷却装置和/或冷却剂通道。替代地或附加地，可以设置用于将流体引导至珩磨工具以及从珩磨工具返回的流体通道。

附图说明

本发明的其他优点和方面将从权利要求书和对本发明的优选示例性实施例的以下描述中显现出来，其在下面根据附图来阐释：

图1示出了根据示例性实施例的珩磨机器的斜透视图；

图2示出了穿过珩磨单元的竖直截面，该珩磨单元布置在珩磨机器的支撑结构上和旋转台运输系统的部件上；

图3示出了穿过根据示例性实施例的对准系统的设置单元的沿y-z平面的截面；

图4示出了穿过图3的设置单元的平行于x-y平面的截面；

图5示出了图3和图4的设置单元的分解示意图；

图6示出了扩开系统的部件的替换，其中扩开驱动器布置在可更换的套筒中；

图7示出了主轴和主轴单元的其他部件的替换，其中旋转驱动器布置在可更换的套筒中；

图8示出了包含旋转驱动器的套筒的斜透视图，该套筒在其顶侧上具有用于插头型连接的插头连接器，以用于套筒的部件的电气和流体连接；和

图9A至9D示出了该实施例的可用冲程长度和冲程位置的特殊特征。

具体实施方式

图1示出了根据示例性实施例的珩磨机器100的斜透视图。图2示出了穿过珩磨单元的竖直截面，该珩磨单元布置在珩磨机器的支撑结构上以及旋转台运输系统的部件上。在所示的配置中，珩磨机器只有单个珩磨单元。可以设置具有用于加工相同工件的第二珩磨单元的第二支撑结构。

珩磨机器100具有带有框架和基板的大致矩形的机器基座110，在完全设置好的珩磨机器的情况下，该基板是水平的或应当水平地定向。矩形基板在平行于机器坐标系MKS的y轴的第一方向（纵向方向）上比垂直于其的、平行于机器坐标系的x轴第二方向（横向方向）更长一些。靠近机器基座的后侧114，在纵向边缘中的一个的附近，布置有竖直支架120，该竖直支架被牢固地拧紧到机器基座。竖直支架用作珩磨单元130的支撑结构120，珩磨单元130在支撑结构的前侧的区域中安装在该支撑结构上。

珩磨单元的主要组成部分是主轴单元150，在该主轴单元中可旋转地安装有主轴152。为了驱动主轴，集成有旋转驱动器或主轴马达，该旋转驱动器或主轴马达集成到主轴单元中，并且可以以预定义的转速曲线绕主轴轴线155（即绕主轴152的旋转轴线）驱动主轴。主轴152在工具侧端部153（也称为主轴头）处具有用于紧固珩磨工具190的装置（工具接收器）。

主轴单元150安装在滑架板165的顶侧或前侧。滑架板由滑架箱160支撑，滑架箱160用作珩磨单元的主支撑件。在由滑架箱形成的主支撑件160与滑架板165或由其支撑的主轴单元之间，设置了用于引导主轴单元150相对于主支撑件160的线性冲程运动的线性引导系统（在图中未示出）。在该示例中，冲程驱动器具有线性电动马达，其主动部分（primarypart）和从动部分（secondary part）可平行于纵向引导系统的纵向方向（理想情况下还平行于主轴轴线155）相对于彼此运动。

在该示例中，利用电流操作的主动部分附接到滑架板，或者附接到同样利用电流操作的主轴单元150，而一系列永磁体布置在主支撑件160内部。相反的布置也是可能的。

线性引导系统具有附接到主支撑件160的导轨。相应的导靴布置在滑架板165的底侧上。还有一些实施例，其中在导轨上滑动的导靴紧固到主轴单元的各个紧固表面，而无需插入对导靴来说为共有的滑架板。

珩磨机器100配备有工件运输系统180，该工件运输系统具有旋转台或旋转分度台。在所示的旋转台运输系统的情况下，提供了水平定向的台面（table panel）184，该台面184借助于布置在台面下方的旋转驱动器可以绕旋转轴线185以预定的角度幅度旋转，该旋转轴线185名义上竖直定向（平行于机器坐标系的z方向）。在围绕旋转轴线185的节圆上，设置有多个（在该示例中为六个）工件接收器182，用于分别容纳一个工件W。在运输期间，台面围绕在空间中固定地定位的旋转轴线185旋转特定角度（在这种情况下为60°），以便分别将一个工件W逐步地放置在珩磨单元130下方的加工位置中，以使主轴轴线155尽可能紧密地对应于工件W的孔轴线。理想地，所有的工件接收器都安装成与旋转轴线185尽可能等距，并且彼此之间尽可能保持均匀的周向间距。如果由旋转台运输系统180服务于多个珩磨单元或多个珩磨站，则所有珩磨单元必须尽可能地对准，使得在任何运输位置中，主轴马达的实际旋转轴线和工具中的孔轴线之间的间距都尽可能小。这意味着所有珩磨单元必须在珩磨机器中相应对准。

珩磨单元130通过两个紧固单元210-1、210-2紧固到支架或支撑结构120的前侧。这里，紧固单元构成相对于机器固定的支架120（支撑结构120）和珩磨单元130的基础支撑件160之间的机械连接。在该示例中，在紧固单元210-1、210-2的有效中心之间的、在z方向上测量的竖直间距212相当于主支撑件160的在竖直方向上测量的长度的30％以上，特别是大于40％和/或小于90％或小于80％。紧固单元并未布置在主支撑件160的外端处，而是向内偏移。特别有利的是以下布置，该布置使得紧固单元定位成使得：当主轴单元在旨在用于加工过程的冲程位置中时，位于支撑主轴单元的滑架板上的导靴与紧固单元的间距尽可能小。此处，特别地，有可能特别容易地调节在振荡冲程运动期间产生的动态力。

紧固单元210-1和210-2同时地用作对准系统200的第一设置单元210-1和第二设置单元210-2，其部件至少部分地布置在支撑结构120和主支撑件160之间。借助于对准系统200，既可以沿着两个相互垂直的平移轴线以连续可变且可逆的方式调节主轴轴线155的位置，又可以以相对于两个相互垂直的旋转轴线以连续可变且可逆的方式调节主轴轴线的定向（角度姿态）的设置。以这种方式，主轴单元整体上可以对准，使得其轴线（主轴轴线155）与待加工的孔的轴线尽可能接近地对准。

设置单元210-1、210-2中的每一个都恰好提供了两个平移设置自由度。在第一设置自由度的情况下，设置单元的平行于第一方向（y方向）测得的结构高度可以在一定限度内以连续可变且可逆的方式变化，使得平行于第一方向测得的、在紧固单元的位置处的珩磨单元的支撑结构120和主支撑件160之间的间距214可以改变。为此设置了第一设置元件。在第二设置自由度的情况下，设置单元的固定连接至珩磨单元130的主支撑件160的那些部件可以相对于固定连接至支撑结构120的那些部件以平行于第二方向（x方向）的连续可变且可逆的方式移位。为此设置了第二设置元件。存在既属于第一设置元件又属于第二设置元件的部件，并且其因此具有双重功能（例如将在下面进一步详细讨论的楔形元件）。

这两个平移设置自由度，与两个设置单元210-1、210-2布置成具有彼此的竖直间距212（沿z方向或第三方向测量）的事实一起使得主轴轴线155的位置可以沿着两个相互垂直的平移轴线（平行于第一方向和平行于第二方向）设置，并且与此无关地，使得主轴轴线155的相对于两个相互垂直的旋转轴线（分别平行于第一方向和第二方向）的定向也可以以连续可变且可逆的方式设置。

例如，如果两个设置单元210-1、210-2关于它们的有效结构高度都进行了调节，使得在支撑结构120和主支撑件160之间的、平行于第一方向测量的间距214变化了相同的幅度，结果则是通过在yz平面中的平行位移而造成的主轴轴线155的位置的改变，或者是主轴轴线155在第一方向上的平移。这纯粹对应于位置的改变而没有定向的改变。

如果在第一设置单元210-1处没有设置间距变化，或者设置了与在第二设置单元210-2处的不同的间距变化，则这导致主轴轴线155在yz平面中的倾斜度的变化，它导致主轴轴线围绕虚拟的旋转轴线旋转，该虚拟的旋转轴线平行于垂直于yz平面的第二方向（x方向）延伸。因此，结果是定向的改变。

如果在第一设置单元210-1处和第二设置单元210-2处设置了平行于第二方向（x方向）的相同位移行程的位移，结果则是主轴轴线在xz平面中的平行位移或主轴轴线155在第二方向上的平移。这纯粹对应于位置的改变而没有定向的改变。

如果在第一设置单元210-1处和第二设置单元210-2处设置了不等长的位移行程，则会导致主轴轴线在xz平面中的倾斜度的调整，这对应于围绕平行于第一方向延伸的虚拟旋转轴线的旋转。

虚拟旋转轴线的可能出现的空间姿态不是固定的而是以取决于在两个设置单元处执行的变化的比率的方式变化。

现在将在下面另外参考图3至图5更详细地讨论对准系统200的第一设置单元210-1或第一紧固单元210-1的构造的细节。此处，图3示出了穿过设置单元的沿yz平面的截面，图4示出了平行于xy平面的截面，且图5示出了第一设置单元210-1的分解示意图。第二设置单元210-2可以具有相同或实际上相同的构造。

设置单元210-1包括基座元件220，该基座元件220由多个部件组成且该基座元件220被设计用于固定地安装在珩磨机器的支撑结构120上或固定地安装在固定地连接至该支撑结构的适配器单元上。此外，设置了楔形元件230，该楔形元件230具有面向基座元件220的平坦的第一楔形表面231并且具有在组装状态中面向主支撑件160的平坦的第二楔形表面232。相对扁平的楔形件的楔形表面231、232围成约5°至6°的楔角233。在组装状态中，平坦的第一楔形表面231在平面上抵靠基座元件220的面向所述第一楔形表面的平坦的滑动表面221。由该结构提供了楔形元件230相对于基座元件的所述滑动表面221的沿着平行于x方向（第二方向）延伸的位移方向238的相对位移，而由该结构阻止了沿其他方向的相对运动。设置用于激活该相对位移并且用于沿位移方向使楔形元件230移位并且用于将楔形元件定位在目标位置中的致动装置将在下面进一步详细讨论。

基座元件220包括球面承窝（spherical socket）222，球面承窝222用作紧固单元的基础，并且被设置用于在为其提供的紧固位置处固定地拧紧至珩磨机器的支撑结构。在一些实施例中，具有合适的组装接口的适配器单元也插入在球面承窝和支撑结构之间。就支撑结构120上或为连接至支撑结构而设置的适配器上的姿态而言，圆柱销可用于球面承窝222的定向。所述圆柱销可以限定球面承窝在支撑结构或适配器的装配孔中的的旋转位置。

在面向楔形元件的一侧上形成有球面弯曲的滑动表面223。在组装状态中，球面盘224位于球面承窝222中。所述球面盘在面向球面承窝的一侧上具有凸出的球面的滑动表面225（其与滑动表面223相符），并且在面向楔形元件的一侧上具有平坦的滑动表面221。借助于具有两个圆柱销228的球面承窝防止了球面盘224在球面承窝222中的自由旋转，其中圆柱销228在球面盘224的凹槽中延伸。因此，只有围绕平行于第二方向延伸的旋转轴线的有限旋转是可能的。

在组装过程中，将楔形元件230放置在球面盘224上。所述楔形元件也可以沿位移方向（平行于x方向）横向移位，以便能够以连续可变且可逆的方式设置结构高度，该结构高度是平行于y方向测量的。首先，楔形元件230的角度应足够浅以使其位于自锁范围内。在此，这意味着楔形元件上的载荷变化不应触发楔形元件的任何横向位移。然而，第二，楔形元件的角度也应足够陡，以使得在楔形元件230的可用横向位移行程中存在楔形元件的高度的足够的调节范围。在示例性实施例中，楔角233的尺寸被确定为使得在楔形元件的横向位移与紧固单元或设置单元的高度的最终变化之间存在整数比率。具有的相应比率为1:10的楔形件已被证明非常适合，使得1 mm的位移引起0.1 mm的高度变化。

提供了两个张力锚固件229，以便于在组装过程中操纵部件。它们各自经由螺旋弹簧在楔形元件230上施加轻微的压力，使得所述楔形元件被支撑在球面盘224上，且从而防止楔形元件在组装过程中提离球面盘。

在固定安装的球面承窝222中，固定安装了大致长方体的保持块226。在保持块中，安置有轴承螺栓227，在将珩磨单元130安装到紧固单元210-1上的安装期间，主支撑件160可以支撑在轴承螺栓227上，以便在组装过程中补偿珩磨单元相对于地球重力的质量。轴承螺栓227在其朝向珩磨单元的一侧处具有圆形的外部轮廓。主支撑件160在其朝向紧固单元的一侧上具有用于容纳轴承螺栓的矩形凹袋或凹口162，轴承螺栓在容纳状态中理想地形成与矩形凹袋的线性接触（或者，在相对较大的倾斜角的情况下为点状接触），使得即使在珩磨单元倾斜的情况下也不会施加约束。

在上部紧固单元210-1上，轴承螺栓227相对紧地装配在主支撑件160的所述凹袋中，以便在组装过程中已经相对准确地将珩磨单元的位置固定在珩磨机器中。在下部紧固单元210-2上，珩磨单元的主支撑件160上的凹袋稍大，使得在这里也没有约束施加到珩磨单元。

在楔形元件230中，在为保持块226的通过而设置的多边形切口的相对侧上，设置有基本上平行于第二方向定向的螺纹孔。在螺纹孔中，拧入有定位螺钉240-1、240-2，它们用作用于使楔形元件230在位移装置238中移位的致动装置的致动元件。借助于这些定位螺钉，楔形元件可以相对于保持块226（其相对于机器固定地附接）在位移方向238上移位。紧固元件的高度调节，以及因此在设置单元位置处的在支撑结构和珩磨单元的主支撑件之间的间距调节（在y方向上）受楔形元件的位移影响。当达到所需的目标位置时，楔形元件会由于自锁而自动保持该位置。然而，楔形元件可以通过拧紧作用于彼此的定位螺钉而额外地固定在该位置中。

在主体160上，在设置用于紧固单元或设置单元210-1的附接的位置处，形成平坦的倾斜表面164，其在组装状态中作为滑动表面与第二楔形表面232相互作用。在珩磨单元的主支撑件160中，还形成有平行于x方向延伸的螺纹孔，并在其中安置有定位螺钉250-1、250-2。所述定位螺钉同样被支撑在保持块226上（该保持块相对于机器固定地安装）。珩磨单元的主支撑件160相对于支撑结构120（该支撑结构160相对于机器固定）的、平行于位移方向238的位移通过致动定位螺钉250-1、250-2而成为可能。在此，平坦的第二楔形表面232和在主支撑件上的相对设置的平坦的倾斜表面164在彼此之上滑动。因为这与在y方向上的间距的最小变化有关，所以为了补偿的目的，定位螺钉240-1、240-2也应该被调节到相同的程度。

使得定位螺钉的每次旋转导致固定程度的位移的一种构造是有利的。例如，在螺距为1mm的情况下，定位螺钉250-2的一整圈旋转将导致1mm的位移。通过重新测量部件相对于彼此的位置，可以读出相应的设置位置，并且可以估算仍然需要的调节形成。

紧固单元210-1、210-2的基础设置是理论中心，使得在此位置中，在不存在珩磨机器的所有制造公差的情况下，主轴马达的轴线（即主轴轴线155）将与工件中的孔轴线精确对准。从该中心位置出发，平行于第一方向（y方向）的设置单元的高度以及平行于第二方向（x方向）的相对位移的横向偏移都可以分别地通过定位螺钉240-1、240-2和250-1、250-2彼此独立地可逆地设置。在此，平行于x方向的横向位移由主支撑件中的定位螺钉250-1、250-2引起。紧固单元在y方向上的高度设置是由楔形元件230中的定位螺钉或拧紧螺钉240-1、240-2引起的。

为了改变珩磨单元相对于工件中的孔轴线的位置，上部设置单元210-1和下部设置单元210-2分别在相同方向上由相同的设置行程进行调节。为了调节所述单元的角度位置，上部设置单元和下部设置单元在相反的方向上和/或在不同的程度上进行调节。在将紧固单元在相反的方向上和/或在不同的程度上进行调节的情况下，由于两个设置单元的高度不同，在位于球面部段上的楔形元件的那些楔形表面之间会出现角度偏移。该角度偏移可以通过球面承窝中的球面盘的小的补偿运动来补偿。因此，集成到紧固单元210-1、210-2中并具有互补的弯曲滑动表面的球面轴承用作角度补偿装置，用于自动补偿角度偏移和在设置单元的不利设置条件的情况下可能导致的应力。在该示例中，选择球面的滑动表面223、225的曲率半径，以使（在将楔形元件设置在其中心位置中的情况下）球体中心点位于主轴马达的旋转轴线（即主轴轴线155）上。因此，可能的补偿运动对主轴轴线的位置和定向没有影响。

一种用于将机器的几何形状设置成主轴轴线相对于待珩磨的孔的孔轴线的对准的方法可例如如下地开展。

首先，用作设置单元的紧固单元210-1、210-2借助于螺钉在它们的预定位置处被紧固到支撑结构的前侧。在此，楔形元件和球面盘分别被置于中心位置中。

随后通过将珩磨单元在顶部和底部处安装在轴承螺栓227上来安装珩磨单元。然后，将珩磨单元130的主支撑件160置于中心位置中。

对于对准操作，应在工件接收器的侧面上尽可能长地提供关于工件接收器或运输系统的圆柱形几何形状。例如，可以将主缸作为对准辅助装置安装在旋转台运输系统的工件接收器的位置处。因此，主缸中的圆柱孔表示工件中的孔轴线，并为运输系统提供了参考。该步骤可以在珩磨单元安装在支撑结构上之前或之后执行。

此后，主轴马达的旋转轴线的平行度（即主轴轴线相对于主缸的中心纵向轴线的平行度）例如可以通过在相反的方向上和/或在不同的程度上对设置单元进行的设置来设置。在此，优选地是首先借助于主支撑件中的定位螺钉进行横向设置（平行于位移方向），且然后通过楔形元件的位移进行正面设置。

此后，可以拆卸主缸，以便直接在运输系统的那些孔（工件接收器之后将安装在其中）处测量主轴轴线相对于设置点位置的可能的位置偏移。

如果这些测量结果仍然需要位置偏移，则通过在相同方向上将设置元件调节到相同的程度来设置主轴马达的旋转轴相对于工件的孔轴线的位置。在此，同样优选的情况是，首先设置横向位置（在x方向上的位置），且然后设置正面位置（在第一方向或y方向上的位置）。

当已经以足够的精度获得了期望的目标位置和目标定向时，则拧紧设置单元的定位螺钉，而不存在由此致动的这些部件的进一步的位移，以便固定所呈现的相对位置。

如图所示，支撑结构可以是例如竖直支架，其可能仅支撑单个珩磨单元。珩磨机器可以具有两个或更多个这样的支架。支撑结构也可以是圆柱体，在其周围以周向偏移的方式可以安装有多个珩磨单元（参见DE 20 2011 003 069 U1）。取代将紧固单元直接安装在支撑结构上的方式，如图所示，借助于设置用于连接到支撑结构的适配器的间接紧固也是可能的。

现在将基于图6至图8描述在一些实施例中设置的主轴单元300的构造的特殊特征。上述示例性实施例的主轴单元150可以具有与如下所述的主轴单元300相同的构造。然而，主轴单元150也可以具有与这里描述的主轴单元300不同的构造。除主轴单元外，图中所示的部件还使用与前面示例中相同的附图标记来表示。

主轴单元300具有模块化结构。主轴单元壳体310构造为单件的部件，并且在此也称为单体式壳体。在两侧开口的大致管状的部件具有：第一壳体部分310-1，其容纳旋转驱动器450；以及第二壳体部分310-2，其与所述第一壳体部分一体形成，并且具有比第一壳体部分310-1更小的内径并且被设置用于容纳扩开驱动器550。

旋转驱动器450布置在可更换的第一套筒400中，并安装在第一套筒400的基本旋转对称的套筒壳体410的内部。扩开驱动器550布置在第二套筒500中，并安装在第二套筒的套筒壳体510内。

第一套筒400可从下方插入第一壳体部分310-1中。独立于此，具有扩开驱动器的第二套筒500可从上方插入第二壳体部分310-2中。扩开驱动器联接到可轴向移动的进给杆460上，该进给杆460在主轴单元的组装期间被引入到主轴152的内部通道孔中，并且在珩磨机器的操作期间作用于布置在珩磨工具内部的轴向可移动的扩开圆锥。

图6示出了一种构造，其中第一套筒400（具有旋转驱动器450）已经安装到主轴单元壳体310中，以便可以进行操作，而具有扩开驱动器550的第二套筒500已沿向上的方向被卸下。图7示出了一种构造，其中具有扩开驱动器550的第二套筒500已经被引入到其相关联的第二壳体部分310-2中，而具有旋转驱动器450的第一套筒400已沿向下的方向被从主轴单元壳体中卸下。

图6和图7的比较显示，两个套筒的拆卸或安装可以在相对的侧面进行，而在侧面处不需要大的结构空间，因为：针对第二套筒500的拆卸或安装，可在主支撑件160上移动的滑架165可向下移动，而针对第一套筒400的拆卸或安装，带有主轴单元壳体310的滑架165可向上移动，使得在向下的方向上保留有足够的自由空间用于第一套筒400的拆卸，而不存在与运输系统或与工件保持装置碰撞的风险。

可以由例如抗扭铝合金或由纤维复合材料制成的单件式主轴单元壳体310用作两个套筒400、500的和包括在其中的部件的相互同轴对准的机械基准，并且用作用于建立主轴单元300的所述部件相对于冲程驱动器的线性导向系统的正确对准的机械基准。

为了确保套筒中的每一个相对于主轴单元壳体的相关联的壳体部分以正确的对准和正确的轴向位置安装，在相应的套筒外侧上和相关联的壳体部分的内侧上形成相对应的配合表面。在图7中，可以清楚地看到用于容纳第一套筒400的第一壳体部分310-1的定中心配合表面。直接邻接主轴单元壳体310的底端侧315，在所述主轴单元壳体310的内侧上形成旋转对称的下部配合表面312。在向上的方向上、即在第一壳体部分310-1的内部带有间距地形成旋转对称的上部配合表面313。

在第一套筒400的套筒壳体410上的下部三分之一中形成有向外突出的凸缘415。所述凸缘的朝上的凸缘表面用作轴向止动表面，用于邻接抵靠主轴单元壳体的端侧315，并且因此限定已安装套筒的轴向位置。在凸缘415的正上方，有宽的旋转对称的配合表面416，它与配合表面312配合。在这之上，带有间距的，还有另外的配合表面417，它与上部配合表面313配合。配合表面313和417之间的内部定位配合的直径小于凸缘415附近的利用配合表面416和312的外部配合的直径。因此可以实现：在安装过程中，仅当第一套筒400已几乎完全插入主轴单元壳体或相关联的壳体部分中而不是在插入主轴单元壳体中的开始处时，相应的配合表面才彼此接触。

还提供了用于将第二套筒500安装在第二壳体部分310-2中的相应解决方案。那里也有两个配合表面对，它们彼此间隔开地定位，并且在第二套筒500的加宽的头部上具有止动表面515，该止动表面515在第二套筒500的轴向插入期间邻接抵靠主轴单元壳体310的上端侧316，并且因此限定第二套筒500在主轴单元壳体中的轴向位置。因此，一旦在将套筒安装在主轴单元壳体上的过程中完成了套筒的插入，则无需进一步的对准工作就可以设置套筒的正确对准和轴向位置。

一个特别的挑战在于，在主轴单元300中提供安装在第一套筒400中的部件的合适的电连接和流体连接。而容纳扩开驱动器550的第二套筒500的部件可以通过合适的连接器相对容易地直接从上方接触，从下方、即从在该侧处珩磨工具被联接的一侧接触设置在第一套筒400中的部件（例如，旋转驱动器）是不可能的或者是带有限制的可能的。

在示例性实施例中，通过将合适的插头型连接的连接元件附接到第一套筒400的上侧（也就是说朝向第二套筒500的内侧），解决了第一套筒400的内部部件的连接问题。在从第一壳体部分310-1中的相对较大直径到第二壳体部分310-2处的相对较小直径的阶梯状过渡处，所述连接元件与主轴单元壳体310的壳体部分318上的插头型连接的相应连接元件配合使用。

在图8的示例性实施例中，存在流体连接元件470的自动密封公插头连接器部件，用于引入或排出液体或气态流体。流体插头连接器中的两个用于供给和排出冷却液，该冷却液用于冷却布置在第一套筒400内（尤其是旋转驱动器）内的部件。这些插头型连接器连接至冷却剂通道472，该冷却剂通道在第一套筒的套筒壳体410的壁的内部延伸，并且在此仅以虚线示出。冷却剂通道可以例如以螺旋方式在套筒壳体内延伸。也可以构造具有部分轴向延伸的冷却剂通道部分和横向连接的通道网络。两个另外的流体连接元件可以用于将冷却润滑剂供给到珩磨工具和将冷却润滑剂从珩磨工具排出。气态流体也可以被连接。例如，可以提供用于将密封空气通过第一套筒400的套筒壳体410传导到第一套筒的工具侧上的出口的连接器。

电插头触头475用于向旋转驱动器450供电，并且用于传输与旋转驱动器有关的信息，例如来自温度传感器的信息。电连接480用于传输来自安装在第一套筒400中的编码器（例如旋转驱动器的旋转编码器）的信号，以用于控制珩磨机器。旋转编码器可以由静止部分和旋转部分组成，其中静止部分用作测量头485。

在第一壳体部分310-1的相对较大的内径与第二壳体部分310-2的相对较小的内径之间的阶梯状过渡处，相关联的插头插座附接到壳体部分318的指向下方的侧面。当将第一套筒400以正确的旋转位置插入相关联的第一壳体部分310-1中时，在插入的最后阶段中自动产生电连接和流体连接。为了确保仅在单个旋转位置中可以将第一套筒引入并且插入直至止挡件，提供了相应的结构。

现在将结合图9A至9D讨论示例性实施例的机器概念的其他特殊特征。珩磨机器可用于珩磨具有不同工件高度和孔长度的工件，而无需为此而改装珩磨机器。图9A和9B示出了工件W1的加工，其工件高度对应于设计中考虑的工件高度范围的最大高度WHO。因此，珩磨机器可以加工直到该工件高度的工件。

图9C和9D示出了工件W2的加工，该工件W2具有较小的工件高度，并且仅具有相对短的孔以进行加工。

因此，对于较高的工件W1的加工需要相对较长的珩磨工具190-1，而对于相对较短的工件W2中的短孔的加工可以使用相对较短的珩磨工具190-2，这使得可以实现较小的同心度误差，以及因此实现较高水平的加工质量。

在珩磨单元130的设计中，尤其要注意主支撑件160或滑架箱160在支撑结构120上的最佳轴向安装位置。在此，主支撑件160附接至支撑结构120，使得靠近工件的端部166（也就是说，滑架箱或主支撑件160的底边缘166）在工件高度范围的上边界WHO的上方、朝向主轴单元留有间距。

因此可能的是，如果主轴单元150已充分向上缩回，则在旋转台或其台面184绕旋转台轴线185旋转的过程中，即使是最高的工件W1也可以在没有碰撞的情况下移动通过主支撑件160的下方。在这方面，图9A示出了主轴单元150已经移动到其上端位置的情况。在该示例中，所述主轴单元被设计成使得，即使在使用最长的珩磨工具190-1的情况下，其朝向工件的尖端也最多延伸至主支撑件的下边缘166的水平（通过虚线所示），但不会再在工件方向上更远。这样，首先，在主轴单元缩回的情况下，确保了工件的自由运输（图9A）；且其次，主轴单元线性运动的冲程长度很大，以至于当主轴单元已经向下移动时，长的珩磨工具190-1可以在其整个长度上以振荡冲程对孔进行加工。在这方面，图9B示出了在其振荡冲程运动的（靠近工件的）下止点处的主轴单元。

在此重要的是，如果需要的话，主轴单元150还可以在工件的方向上进一步向下移动，如将基于图9D更详细地讨论的。

从图9C可以看出，主支撑件的面向工件的端部或底边缘166布置在相对较短的工件W2的运动路径的上方，使得工件可以围绕旋转台轴线185被运输到主轴单元下方的其相应加工位置，而不会与主支撑件碰撞。

在使用短的珩磨工具190-2来加工短工件的短孔的情况下，主轴单元150必须向下或在工件方向上相对较远地移动。在此，图9D示出主轴单元在短工件W2的孔中靠近珩磨工具190-2的振荡运动的下止点的位置。在该示意图中可以清楚地看到，在主轴单元150的冲程运动的靠近工件的该位置中，主轴152的工具侧端部153（即带有用于接收工具的装置的主轴头153）向下移动超过主支撑件的下端166，并且因此比主支撑件的靠近工件的端部166更靠近工件高度范围。在图9D的工作位置中，还可以清楚地看到主轴的工具侧端部153在向下的方向上或在工件的方向上突出超过滑架板165的工件侧端部，直到到工件侧。突出长度167（即主轴头153突出超过主支撑件160的工件侧端部的长度）例如可以等于在主轴头和扩开设备上端之间的主轴单元的总长度的10％或更多或25％或更多。

此外，由于使用电动直接驱动器来用于旋转驱动器和扩开驱动器，因此主轴单元150在轴向方向上（即在平行于主轴轴线的方向上）是如此短的，使得即使在离工件最远的冲程位置中（图9A），主轴单元150的上端不突出到主支撑件160的上端之外。因此，机器顶105可以直接附接在主支撑件160的上端上方，使得珩磨机器的外壳即使在高度方向上也可以是紧凑的。

由发明人针对有利的尺寸比率进行的测试已经发现，对于许多实际相关的应用或工件，工件高度范围可以在250mm至500mm的范围内，特别是在250mm到400mm的范围内。工件高度范围的上边界WHO因此可以例如位于参考平面上方250mm至500mm，其中参考平面是工件保持装置安装在其上的平面（也就是说，例如，台面的顶侧）。主支撑件的底边缘166可以位于该上边界上方一毫米或几毫米处。有利的冲程长度可以例如在450mm至700mm的范围内，特别是在500mm至650mm的范围内。有利的冲程长度可以例如在150mm至900mm的范围内，特别是在180mm至850mm的范围内（同样相对于以上测量的参考平面）。主支撑件的有利的长度可以例如在1000mm至1500mm的范围内，特别是在1100mm至1400mm的范围内。主轴单元的有利的轴向长度（从主轴头到主轴单元壳体的顶侧测量）例如可以在500mm至900mm的范围内，特别是在600mm至800mm的范围内。典型的工具长度例如可以在从100mm至150mm（对于较短的珩磨工具）直到350至600mm（对于较长的珩磨工具）的长度范围内。

考虑主轴头超出主支撑件的底边缘166的结构上可能的突出长度167，其可以例如在冲程长度的20％至40％的范围内，特别是在冲程长度的25％到35％的范围内。工件高度范围的上边界例如可以达到冲程长度的50％至75％，尤其是60％至70％。冲程长度例如可以在主轴单元的长度的70％至90％的范围内。这些尺寸和尺寸比率的偏差是不言而喻的，在某些情况下可能是有利的。

Claims (9)

1.一种用于珩磨工件中的孔的珩磨机器(100)，包括：

固定至所述机器的支撑结构(120)；

至少一个珩磨单元(130)，其安装在支撑结构上并且具有主轴单元(150)，主轴(152)可旋转地安装在所述主轴单元中，其中主轴(152)借助于旋转驱动器(450)可绕主轴轴线(155)旋转，并且在工具侧端部(153)处具有用于紧固可扩开的珩磨工具的装置，

用于产生主轴单元(150)的冲程运动的冲程驱动器；

用于扩开所述珩磨工具的扩开驱动器(550)，其中，所述扩开驱动器联接至在主轴内部延伸的进给杆；

其中，主轴单元(150)具有主轴单元壳体(310)，其具有用于容纳旋转驱动器(450)的第一壳体部分(310-1)和用于容纳扩开驱动器(550)的第二壳体部分(310-2)，

其特征在于，

所述旋转驱动器(450)容纳在可更换的第一套筒(400)中，且所述扩开驱动器(550)容纳在第二套筒(500)中，所述第二套筒可独立于所述第一套筒(400)进行更换，其中所述第一套筒(400)可引入第一壳体部分(310-1)中，并且所述第二套筒(500)可引入第二壳体部分(310-2)中。

2.根据权利要求1所述的珩磨机器，其特征在于，所述主轴单元壳体(310)形成为一体式壳体，其中，所述第一壳体部分(310-1)与所述第二壳体部分(310-2)一体地形成。

3.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，所述第一套筒(400)和所述第二套筒(500)从其相对侧可引入到所述主轴单元壳体(310)中。

4.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，在所述第一壳体部分(310-1)的内侧上形成有至少一个第一配合表面(312、313)，其与第一套筒(400)上的至少一个对应的第一配合表面(416、417)接触，这实现第一套筒(400)在第一壳体部分(310-1)中的对准，和/或在于，在所述第二壳体部分(310-2)的内侧上形成有至少一个第二配合表面，其与第二套筒(500)上的至少一个对应的第二配合表面接触，这实现第二套筒在第二壳体部分中的对准。

5.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，在所述主轴单元壳体(310)上形成有轴向止动表面(315、316)，用于预限定所述第一套筒(400)在第一壳体部分(310-1)中和所述第二套筒(500)在第二壳体部分(310-2)中的轴向位置。

6.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，在所述第一套筒(400)的面向所述第二套筒(500)的一侧上以及在主轴单元壳体(310)的壳体部分的面向第一套筒的一侧上，布置有至少一个插头型连接的对应的连接元件(470、475、480)，用于传输流体、电力和/或电信号。

7.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，所述扩开驱动器(550)具有扭矩马达。

8.根据权利要求1或2所述的珩磨机器，其特征在于，在所述第一套筒(400)的套筒壳体(410)中形成有用于引导流体的流体通道(472)。

9.根据权利要求8所述的珩磨机器，其特征在于，所述流体是用于所述旋转驱动器的冷却流体。

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