CN113195137A - 用于机床的轴装置 - Google Patents

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CN113195137A CN201980083736.0A CN201980083736A CN113195137A CN 113195137 A CN113195137 A CN 113195137A CN 201980083736 A CN201980083736 A CN 201980083736A CN 113195137 A CN113195137 A CN 113195137A
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Abstract

本发明涉及一种用于机床的轴装置(10)。在轴壳体(11)中，支撑主轴(12)借助于主轴轴承装置(13)绕纵向轴线被可旋转地支撑。支撑主轴(12)用于容纳夹紧单元(23)，该夹紧单元可以借助于缸体装置(25)在夹紧位置和释放位置之间转换。为此，缸体装置(25)具有可沿平行于纵向轴线(L)的轴向方向(A)移动的活塞(28)，活塞杆(41)在该活塞处被可旋转地支撑。在缸体壳体(26)中，支撑主轴(12)在轴向方向(A)上经由第一轴向轴承(39)被支撑在缸体壳体(26)处。活塞杆(41)在轴向方向(A)上经由第二轴向轴承(42)支撑在活塞(28)处。优选地，支撑主轴(12)仅在轴向方向(A)上被支撑在缸体壳体(26)中。

Description

用于机床的轴装置
技术领域
本发明涉及一种机床的轴装置（axis arrangement），该轴装置具有轴壳体，在该轴壳体中可旋转地支撑有夹紧单元。夹紧单元被构造成夹紧工件或工具。
背景技术
这种轴装置也可称为主轴(spindle)。例如由DE3506901A1已知一种机床的主轴座，其具有可旋转支撑的、可由液压缸体操纵的夹紧单元。通常，当在轴向方向上被致动时，夹紧单元可以在夹紧位置和释放位置之间转换。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有可旋转支撑的夹紧单元的轴装置，其允许宽范围的使用。
该目的通过具有权利要求1的特征的轴装置来实现。
机床的轴装置具有轴壳体，在该轴壳体中布置有用于容纳夹紧单元的支撑主轴。夹紧单元被构造成夹紧工件或工具。机床优选是磨床和/或腐蚀机。支撑主轴通过主轴轴承装置绕纵向轴线可旋转地支撑在轴承壳体中。如果夹紧单元布置在支撑主轴中，则夹紧单元以防扭矩的方式与支撑主轴连接，使得它们共同形成可旋转支撑的单元。
为了将支撑主轴支撑在轴壳体中，优选地存在径向和/或轴向支撑的轴承。如果在轴壳体处的主轴轴承装置包括以O形布置布置的至少两个角接触轴承，则是有利的。在O形布置中，每个角接触轴承的作用线在定位在背离相应的另一个角接触轴承的一侧上的位置处与纵向轴线相交。
可控制的缸体装置形成轴装置的一部分。缸体装置具有缸体壳体和布置在缸体壳体中的活塞。活塞平行于纵向轴线或沿着纵向轴线被可移位地支撑。缸体装置或活塞优选地是气动致动的。
缸体装置具有第一轴向轴承，该第一轴向轴承在轴向方向上将夹紧单元支撑在缸体壳体处。特别地，支撑主轴仅被轴向支撑而不是径向支撑。
在活塞处布置活塞杆，用于致动夹紧单元。活塞杆可旋转地支撑在活塞处。在轴向方向上，它经由第二轴向轴承支撑在活塞处。活塞杆优选地仅轴向地而不是径向地支撑在活塞处。
由于这种装置，即使在其中活塞杆被可旋转地连接以用于致动夹紧单元的情况下，旋转质量也非常低。如果夹紧单元绕纵向轴线旋转，则活塞杆与其共同旋转。因为活塞杆可相对于活塞旋转，所以活塞可在缸体壳体内部沿围绕纵向轴线的旋转方向保持静止。在夹紧单元绕纵向轴线旋转期间，缸体壳体本身也不旋转。
在这种装置中，可以使用借助于弹簧组偏压在夹紧位置的夹紧单元以及必须借助于缸体装置保持在夹紧位置的夹紧单元。在这两种情况下，在夹紧位置中可以以至少1000转/分钟的范围内的足够旋转速度旋转。
如果支撑主轴至少经由第一轴向轴承仅在轴向方向上支撑在缸体壳体处，则也是有利的。支撑主轴不经由径向轴承或角接触轴承支撑在缸体壳体处，使得没有或仅有可忽略的小的径向力经由缸体装置作用在夹紧单元上。优选地，缸体装置不沿径向方向作用在夹紧单元上，使得径向引导可仅经由主轴轴承装置在轴壳体中实现。这样做时，提高了支撑件的精度。
如果活塞轴承经由活塞处的至少一个轴向轴承仅在轴向方向上被支撑，则也是优选的。尤其是不存在径向轴承或角接触轴承，其在活塞或缸体壳体处径向地支撑活塞杆。活塞杆可以与活塞和/或缸体壳体的密封件接触，这允许活塞杆至少在一定范围内沿径向方向的可移动性。这样做时，应当避免径向力经由活塞杆传递到夹紧单元。
在优选实施例中，缸体壳体在轴向方向上可移动地支撑在轴壳体处。可以说，缸体壳体以浮动方式布置在轴向方向上。夹紧单元的热延伸可通过第一轴向轴承传递到缸体壳体上，其中缸体壳体能够相对于轴壳体移动。这样做时，避免了轴向的夹紧力作用到主轴轴承装置上。
优选地，缸体壳体绕纵向轴线以抗扭矩的方式布置在轴壳体处。
缸体装置特别地构造成在夹紧位置和释放位置之间转换夹紧单元。在一个实施例中，活塞杆在夹紧位置中可以不与夹紧单元接触。在该实施例中，如果缸体装置转换夹紧单元或者如果夹紧单元处于释放位置，活塞杆仅与夹紧单元接触。例如，夹紧单元可包括弹簧组，该弹簧组在夹紧位置中偏压夹紧单元而不受活塞杆的影响。
在另一实施例中，活塞杆和夹紧单元可以在轴向方向上以及在绕纵向轴线的旋转方向上可移动地联接。在该实施例中，缸体装置可被构造成将夹紧单元保持在释放位置以及夹紧位置中。
在一实施例中，缸体装置或活塞分别是气动致动的。活塞可以将缸体壳体中的两个工作腔流体地分开。根据哪个工作腔处于气动压力下，活塞在轴向方向上朝向待夹紧的工具或工件移动或远离待夹紧的工具或工件移动，由此可以实现在释放位置和夹紧位置之间的转换以及相应位置的保持。
附图说明
本发明的有利实施例可以从从属权利要求、说明书和附图中得出。随后，参照附图详细解释本发明的优选实施例。附图示出了：
图1是轴装置的实施例的示意性框图截面图，
图2是轴装置的实施例的透视图，
图3是图2的轴装置在轴向方向上的视图，
图4是沿图3中的截面平面A-A穿过根据图2和图3的轴装置的纵向截面，其中没有夹紧单元插入轴装置的轴壳体中，
图5是根据图2-图4的轴装置沿图3中的截面平面A-A的截面图，其中存在夹紧单元的第一实施例，
图6是处于根据图3中的截面平面A-A的截面图的根据图2-图5的轴装置，其中插入了夹紧单元的第二实施例，
图7是轴装置的缸体装置在轴向方向的视图，
图8是图7的缸体装置沿图7中的截面平面B-B的截面图，
图9是在轴装置的轴壳体处支撑缸体装置的缸体壳体的示意图。
具体实施方式
图1以框图的方式示出了轴装置10的高度简化的实施例。轴装置10具有轴壳体11，其中支撑主轴12绕纵向轴线L被可旋转地支撑。为了旋转支撑，在支撑主轴12和轴壳体11之间提供了主轴轴承装置13，其中主轴轴承装置13在径向方向R上关于纵向轴线L在轴壳体11处径向地支撑所述支撑主轴12。主轴轴承装置包括在轴向方向A上布置的彼此具有一定距离的多个径向轴承和/或角接触轴承，轴向方向A平行于纵向轴线L，例如至少一个角接触轴承14和至少一个径向轴承15。在示出的实施例中，存在两个角接触轴承14，其可以分别被构造为角接触球轴承，并且特别地以O形布置。两个角接触轴承14可以支撑径向力以及轴向力。径向轴承15例如由圆柱滚子轴承形成。因此，主轴轴承装置13实现了支撑主轴12在径向方向R和轴向方向A上的支撑。
根据该示例，至少一个角接触轴承14布置在轴壳体11的正面开口16附近或与其相邻。该正面开口16至少在机加工工件期间使用轴装置10期间面对机床的工作区域。
在轴壳体11中，布置了被构造成驱动支撑主轴12的马达20。马达20具有附接在轴壳体11处的定子21和附接在支撑主轴12处的转子22。
支撑主轴12被构造成容纳夹紧单元23。夹紧单元23以防扭矩的方式附接到支撑主轴12。夹紧单元23在正面开口16的区域中具有用于保持工件或工具的保持装置。根据待夹紧的工具或工件的构造，可以使用适配器或可更换的保持装置24，使得夹紧单元23可以适合于待夹紧的相应工具或工件。
夹紧单元23可在夹紧位置和释放位置之间沿轴向方向A移动，以用于夹紧和释放工具或工件。存在轴装置10的缸体装置25，其被构造用于从夹紧位置转换到释放位置和/或反之亦然。缸体装置25具有包围缸体空间27的缸体壳体26。缸体空间27通过可沿轴向方向A移动的活塞28流体地分隔成第一工作腔29和第二工作腔30。第一流体连接件31通向第一工作腔29，并且第二流体连接件32通向第二工作腔30。
缸体壳体26布置在轴壳体11处，并且被锁定以防止绕纵向轴线L的相对旋转(比较图1和图9)。缸体壳体26能够相对于轴壳体11沿轴向方向A移动，例如，以便能够补偿温度引起的支撑主轴12的长度变化。如图1和图9中示意性地示出的，为此目的设置多个引导销36，其中引导销36沿轴向方向A延伸，并且被固定在轴壳体11或缸体壳体26处，而相应的其他壳体11、26能够相对于引导销36沿轴向方向A可滑动地移动。根据该示例，滑动轴承衬套35布置在缸体壳体26中的切口中，相应的指定引导销36能够在该切口中沿轴向方向滑动(图9)。
在轴壳体11和缸体壳体26之间优选地布置一壳体密封件37，以便避免污染物侵入到支撑主轴12的区域内。
支撑主轴12在与正面开口16相对的一侧处延伸出轴壳体11并延伸到缸体壳体26中。支撑主轴12的与正面开口16相对的后侧端38布置在缸体壳体26中。这样，必须注意，支撑主轴12可以由以抗扭矩方式彼此连接的多个部件构成。在后侧端38处，支撑主轴12经由第一轴向轴承39支撑在缸体壳体26处。在缸体壳体26内，支撑主轴12仅在轴向方向A上被支撑，而在径向方向R上不被支撑。
活塞杆41的自由端40被分配给支撑主轴12的后侧端38。活塞杆41绕纵向轴线L旋转地支撑在活塞28处。这样，活塞杆41经由第二轴向轴承42沿轴向方向A但是不沿径向方向R支撑在活塞28处。在该实施例中，第二轴向轴承42布置在活塞28的内部空间43中。活塞杆41的与自由端40相对的内端44位于内部空间43中，并经由第二轴向轴承42支撑在活塞处。
如果在轴向方向A上发生活塞28的移动，活塞杆41与活塞28一起在轴向方向A上或沿着纵向轴线L移动。由于这种移动，可以执行夹紧单元23在释放位置和夹紧位置之间的转换。这样，例如如果活塞杆41在朝向正面开口16的移动方向上以及在远离正面开口16的移动方向上与夹紧单元23可移动地联接，则可以借助于缸体装置25将夹紧单元23保持在夹紧位置以及释放位置中。在夹紧单元23的另一实施例中，其可以通过弹簧组（spring packet）在夹紧位置被偏压。在该实施例中，只需要的是，能够通过缸体装置25执行从夹紧位置到释放位置中的转换。为此目的，使活塞杆41的自由端与夹紧单元23接触以用于转换到释放位置中就足够了。如果沿相反方向远离正面开口16发生移动，则活塞杆41不会在夹紧单元23上产生张力，但是其离开释放位置回到夹紧位置的移动受到弹簧组的影响。
在所示的实施例中，缸体装置25是气动操作的。经由流体连接件31、32，第一工作腔29或第二工作腔30可被施加有气动压力，以便移动活塞和活塞杆。
如果发生支撑主轴12的热延伸，则应用第一轴向轴承39，其又支撑在缸体壳体26处。缸体壳体26被浮动地支撑并且能够相对于轴壳体11在轴向方向A上移动。这样，避免了在主轴轴承装置13中以及特别是角接触轴承14中由热引起的应力引入。
此外，轴装置10实现了可以使用具有弹簧组以及没有弹簧组的夹紧单元23的实施例。如果夹紧单元通过自身的弹簧组在夹紧位置中被偏压，则活塞杆41可以在夹紧位置中从夹紧单元23分离并且可以与其有一定距离地布置。如果发生支撑主轴12绕纵向轴线L的旋转，则活塞杆41不随其旋转。
如果需要缸体装置25以便将夹紧单元23保持在释放位置以及夹紧位置中，则活塞杆41可与支撑主轴12一起相对于活塞28绕纵向轴线L旋转，而不需要使整个活塞28或整个缸体装置25随其旋转。旋转质量以及因此惯性矩非常小。
经由缸体装置25，没有或仅有可忽略的小的径向力传递到支撑主轴12上。在缸体壳体26中，支撑主轴12的后侧端38不在径向方向R上被支撑，而仅在轴向方向A上通过第一轴向轴承39支撑在缸体壳体26处。并且活塞杆41在一定的移动范围内可在径向方向R上移动，因为旋转支撑仅通过第二轴向轴承42实现。在径向方向R上，活塞杆41的可运动性可通过以密封方式抵靠在活塞杆41处的一个或多个动态密封件45限制。这样做时，在活塞杆41上不会引起显著的径向力。
例如，动态密封件45可以布置在活塞28处，以便将第二工作腔30与内部空间43密封隔离。另一动态密封件45可以存在于缸体壳体26和活塞杆41之间，以便分别朝向支撑主轴12或夹紧单元23密封第二工作腔30，其中这些动态密封件45优选地在缸体壳体26处布置第一轴向轴承39和第二工作腔30之间。
在图2-图6中，以不同的视图示出了轴装置10的另一实施例。在根据图2-图4的这些图示中，没有夹紧单元23插入到支撑主轴12中。在根据图5的图示中，不包括用于将夹紧单元23偏压到夹紧位置中的弹簧组或其他装置的夹紧单元23的实施例被插入到支撑主轴12中。在该实施例中，活塞杆41被构造成在夹紧单元23的夹紧杆50上产生压力以及产生沿纵向轴线L的张力。在与活塞杆41相对的一侧处，夹紧杆50与筒夹夹头（collet chuck）51连接，其中筒夹夹头51形成用于夹紧实施例中的工件或工具的保持装置24。因此，活塞杆41在轴向方向A上的移动可以经由夹紧杆50传递到筒夹夹头51。如果第二工作腔30处于流体压力下，并且根据该示例处于气动压力下，并且第一工作腔29被通气，则夹紧单元23和根据该示例的筒夹夹头移动到夹紧位置中。相反，如果第一工作腔29处于压力下，而第二工作腔30被通气，则夹紧单元23被移动到释放位置中。
在图6所示的轴装置10的实施例中，插入了夹紧单元23，其中夹紧杆50与筒夹夹头51在轴向方向A上可移动地联接。另外，夹紧单元23包括弹簧组52，其经由同轴环绕夹紧杆50的套筒53支撑在轴壳体11处的一侧上，并经由夹紧杆50处的环54直接或间接支撑在另一侧上。弹簧组52被偏压并在朝着活塞杆41的方向上推动夹紧杆50。这样，夹紧单元23被偏压在夹紧位置中。在图6中所示的夹紧位置中，活塞杆41与夹紧杆50具有轴向距离。在发生支撑主轴12绕纵向轴线L旋转的情况下，活塞杆41保持静止。这样做时，可以实现非常高的旋转速度。
为了将夹紧单元23从夹紧位置转换到释放位置中，第一工作腔29处于压力下，使得活塞28与活塞杆41一起沿朝向夹紧杆50的方向移动。这样做时，活塞杆41的自由端40作用在夹紧杆50上，该夹紧杆克服弹簧组52的弹簧力沿轴向方向A被移动或移位，这又实现了夹紧单元23从夹紧位置到释放位置中的转换。在该实施例中，活塞杆41和夹紧单元23之间的机械接触仅在夹紧单元23处于夹紧位置之外的情况下有效。
图8示出了沿图7的截面平面B-B贯穿缸体装置25的截面图。在该截面中，以及在图1中，旋转锁55是明显的，如果发生活塞杆41绕纵向轴线L的旋转，该旋转锁锁定活塞28以防相对于缸体壳体26的旋转运动。旋转锁55包括锁定销56，其与活塞28连接，并在缸体壳体26的锁定切口57中沿轴向方向A延伸。锁定销56可在锁定切口57中沿轴向方向A滑动。为此，例如滑动轴承衬套58可存在于锁定切口57中。因此，可以构造旋转锁，以便允许在轴壳体11处缸体壳体26的浮动支撑 (比较图1和图9)。
本发明涉及一种用于机床的轴装置10。在轴壳体11中，支撑主轴12借助于主轴轴承装置13绕纵向轴线被旋转地支撑。支撑主轴12用于容纳夹紧单元23，该夹紧单元可以借助于缸体装置25在夹紧位置和释放位置之间转换。为此，缸体装置25具有活塞28，该活塞可在平行于纵向轴线L的轴向方向A上移动，活塞杆41可旋转地支撑在该活塞处。在缸体壳体26中，支撑主轴12经由第一轴向轴承39沿轴向方向A支撑在缸体壳体26处。活塞杆41经由第二轴向轴承42沿轴向方向A支撑在活塞28处。优选地支撑主轴12仅沿轴向方向A支撑在缸体壳体26中。
附图标记列表：
10 轴装置
11 轴壳体
12 支撑主轴
13 主轴轴承
14 角接触轴承
15 径向轴承
16 正面开口
20 马达
21 定子
22 转子
23 夹紧单元
24 保持装置
25 缸体装置
26 缸体壳体
27 缸体空间
28 活塞
29 第一工作腔
30 第二工作腔
31 第一流体连接件
32 第二流体连接件
35 滑动轴承衬套
36 引导销
37 壳体密封件
38 支撑主轴的后侧端
39 第一轴向轴承
40 活塞杆的自由端
41 活塞杆
42 第二轴向轴承
43 内部空间
44 活塞杆的内端
45 动态密封件
50 夹紧杆
51 筒夹夹头
52 弹簧组
53 套筒
54 环
55 旋转锁
56 锁定销
57 锁定切口
58 滑动轴承衬套
A 轴向方向
L 纵向轴线
R 径向方向。

Claims (10)

1.一种用于机床的轴装置(10)，
具有支撑主轴(12)，所述支撑主轴布置在轴壳体(11)中并且被构造成用于容纳夹紧单元(23)，其中，所述支撑主轴(12)借助于主轴轴承装置(13)绕纵向轴线(L)被可旋转地支撑，
具有可控制的缸体装置(25)，所述缸体装置包括缸体壳体(26)和布置在所述缸体壳体中的活塞(28)，其中，所述活塞(28)在平行于所述纵向轴线(L)的轴向方向(A)上被可移位地支撑，并且在所述活塞上可旋转地支撑有活塞杆(41)，所述活塞杆构造成用于致动所述夹紧单元(23)，
其中，所述缸体装置(25)包括第一轴向轴承(39)，所述第一轴向轴承在轴向方向(A)上将所述支撑主轴(12)支撑在所述缸体壳体(26)处，
并且其中，所述缸体装置(25)包括第二轴向轴承(42)，所述第二轴向轴承在轴向方向(A)上将所述活塞杆(41)支撑在所述活塞(28)处。
2.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，所述主轴轴承装置(13)包括两个角接触轴承(14)，所述角接触轴承被构造为支撑径向力和轴向力。
3.根据权利要求1或2所述的轴装置，其特征在于，至少所述第一轴向轴承(39)仅在轴向方向(A)上将支撑主轴(12)支撑在所述缸体壳体(26)处。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轴装置，其特征在于，所述第二轴向轴承(42)仅在轴向方向(A)上支撑所述活塞杆(41)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轴装置，其特征在于，所述缸体壳体(26)在轴向方向(A)上被可移动地支撑在所述轴壳体(11)处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轴装置，其特征在于，所述缸体装置(25)被构造成使布置在所述支撑主轴(12)中的夹紧单元(23)在夹紧位置和释放位置之间转换。
7.根据权利要求6所述的轴装置，其特征在于，所述活塞杆(41)在所述夹紧位置中不与所述夹紧单元(23)接触。
8.根据权利要求6所述的轴装置，其特征在于，所述活塞杆(41)在轴向方向(A)上与所述夹紧单元(23)可移动地联接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轴装置，其特征在于，所述活塞(28)借助于旋转锁(55)被锁定，以防止相对于所述缸体壳体(26)绕所述纵向轴线(L)的相对旋转。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轴装置，其特征在于，所述活塞(28)能够被气动地致动。
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