CN114269512A - 用在机床上的前主轴装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用在机床上的延伸主轴装置，包括用于将延伸主轴装置夹持在机床的工作主轴上的夹紧接口(12)、具有主轴(14a)的用于驱动夹持在主轴(14a)上的钻头的延伸主轴单元(14)、用于在延伸主轴单元(14)上施加力的致动器(15)和用于施加与致动器15在延伸主轴单元(14)上的力相反的平衡力的电磁执行器(16)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用在机床上的前主轴装置、包括该前主轴装置的系统、用于控制该前主轴装置的方法以及用于执行控制前主轴装置的方法的计算机程序产品。
背景技术
在现有技术中，用在机床上的前主轴装置(特别是在钻孔过程中)是已知的，其中机床上的前主轴装置的主轴由机械单元暂停。所述机械单元包括机械弹簧，当配重板放置在其上时，该机械弹簧在主轴上施加弹簧力，通过调节螺钉调节弹簧力使主轴进入暂停(suspension)状态。借助刻度盘的调节螺钉，转动指示器，直到刻度盘达到零，以便刻度盘定义与定义的力相对应的最大路径。当达到该值时，机床的主轴自由移动，从而可以执行机床的钻孔过程。
在如上所述的前主轴装置的情况下，已证明必须手动将重量施加到前主轴装置上是不切实际的，因为施加重量会反复中断钻孔过程。此外，机械单元不必要地扩大了前主轴装置的设计，从而限制了机床的工作主轴的加工空间。通过手动施加重量，前主轴装置的控制无法在前主轴装置上实现。
从现有技术中的前主轴装置开始，本发明的目的是优化用在机床上的前主轴装置的设计。
发明内容
为了解决上述问题，提出了根据权利要求1所述的前主轴装置。从属权利要求涉及本发明的优选和示例性实施例。
根据本发明，提出了一种用在机床上的前主轴装置，包括用于将前主轴装置夹紧在机床的工作主轴上的夹紧接口、具有主轴的用于驱动夹紧在主轴上的钻孔工具的前主轴单元，用于对前心轴单元施加力的驱动器，以及用于施加与驱动器在前主轴单元上的力相反的平衡力的电磁执行器。
这样做的优点是，由于采用了电磁执行器，前主轴装置的结构保持紧凑，同时仍然保持了对驱动器的力的反作用力功能。这就产生了一种钻孔过程，其构造确保钻孔过程可以在恒定的力下进行，并且通过前主轴装置可以特别好地产生多个小孔。
在有利的示例性实施例中，电磁执行器被配置为当前主轴装置夹持在机床的工作主轴上时，其中主轴轴线垂直且钻孔工具指向向下，施加与前主轴单元的重力相对应的平衡力。
在有利的示例性实施例中，所述电磁执行器被配置为施加与所述前主轴单元的重力相对应的平衡力，使得当在所述主轴轴线垂直且所述钻孔工具指向向下的情况下所述前主轴装置夹持在所述机床的所述工作主轴上时，所述前主轴单元处于暂停位置。
这样做的优点是，钻孔过程可以特别一致地进行，并且前主轴单元能够精确钻孔，因此多个小孔可以被特别精确地钻孔。
在有利的示例性实施例中，前主轴装置包括壳体，其中所述前主轴单元在所述壳体中安装成可平行于所述主轴的所述主轴轴线移动。
所述前主轴装置的结构通过壳体保持特别稳定，因此可以通过前主轴装置精确执行钻孔过程。
在有利的示例性实施例中，前主轴单元可移动地安装在平行于主轴的主轴轴线延伸的导轨上。
在有利的示例性实施例中，主轴包括一个刀具插座，该刀具插座可在壳体的一侧打开，用于接收钻孔工具。
在有利的示例性实施例中，夹紧接口布置在壳体一侧，与主轴的刀具插座相对。
在有利的示例性实施例中，驱动器用于在平行于主轴的主轴轴线的方向上、特别是远离夹紧接口和/或朝向主轴的刀具插座，对前主轴单元施加力。
在有利的示例性实施例中，电磁执行器用于在平行于主轴主轴轴线的方向上、特别是朝向夹紧接口和/或远离主轴的刀具插座，对前主轴单元施加平衡力。
在有利的示例性实施例中，夹紧接口被布置使得当夹紧接口夹紧在机床工作主轴上时，主轴的主轴轴线与机床工作主轴的主轴轴线平行，尤其是同轴。
在有利的示例性实施例中，驱动器包括直线电动机。
在有利的示例性实施例中，直线电动机被配置为移动前主轴单元以施加力。
在有利的示例性实施例中，驱动器包括一个位置测量装置，其被配置为用于确定驱动器的位置和/或驱动器的距离变化。
在有利的示例性实施例中，前主轴装置包括一个传输单元，用于向机床控制器传输信号，所述传输单元被配置为控制机床的工作主轴在工作主轴的主轴轴线的方向上的进给运动。
其优点是钻孔过程可控，且钻孔过程可通过前主轴装置自动执行。因此，优化了钻孔过程，从而可以在较短的时间内加工大量孔，并精确地加工孔。
在有利的示例性实施例中，传输单元被配置为向机床控制器传输控制信号，所述控制信号指示作用在前主轴单元上的总力和/或前主轴单元和/或驱动器的位置或距离变化。
在有利的示例性实施例中，传输单元被配置为从机床的控制器接收设置信号，特别是指示目标值的设置信号，驱动器被配置为在前主轴单元上施加基于设置信号设置的力。
这样做的优点是，可以在钻孔程序中定义力的大小，也可以在加工过程中调整力的大小。这允许控制精确的钻孔过程，其中大量钻孔可以以优化的方式进行。
在有利的示例性实施例中，主轴包括一个超声发生器，其被配置为产生主轴的、尤其是平行于主轴的主轴轴线的超声振动。
在有利的示例性实施例中，主轴包括内部冷却液供应管线、尤其是以孔的形式，用于引导冷却剂。
这样做的优点是，前主轴装置可以在加工过程中被冷却，并且钻孔过程可以顺利进行。由此减少甚至完全避免了因加热引起的故障。
在有利的示例性实施例中，夹紧接口包括中空柄锥形刀具接口。
在有利的示例性实施例中，前主轴装置包括一个壳体，该壳体具有壳体的前半部分和壳体的后半部，前主轴单元和电磁执行器布置在壳体的前半部分中。
在有利的示例性实施例中，前主轴装置包括第一端部和第二端部，一中间板布置在壳体的前半部分和壳体的后半部分之间，以及从中间板到第二端部布置在壳体的前半部分中的导杆，用于在壳体的前半部分中引导前主轴单元。
在有利的实施例中，前主轴单元包括第一板和第二板，前主轴单元还包括布置在第一板和第二板之间的至少一个中空柱体，用于连接两个板，所述主轴固定在所述第一板上，所述至少一个中空柱体围绕所述主轴径向对称地布置。
在有利的示例性实施例中，驱动器布置在壳体的后半部分中，包括一个转子，用于平行于主轴的主轴轴线移动主轴，驱动器的转子固定在前主轴单元的第二块板上。
在有利的示例性实施例中，电磁执行器包括定子和转子，电磁执行器的定子布置在前主轴单元上，且电磁执行器的转子布置在壳体和中间板上。
这样的优点是，前主轴装置的结构保持特别紧凑，钻孔过程加工一致，且钻孔精度高。
根据本发明，提出了一种系统，包括具有工作主轴的数控机床和在工作主轴上接收的根据上述有利示例性实施例之一的前主轴装置。
在有利的示例性实施例中，机床包括一个控制器，该控制器被配置为控制机床的工作主轴在工作主轴的主轴轴线方向上的进给运动，以及前主轴装置包括一个传输单元，用于向机床的控制器发送信号。
在有利的示例性实施例中，传输单元被配置为向机床的控制器传输控制信号，该控制信号指示作用在前主轴单元上的总力和/或前主轴单元和/或驱动器的位置或距离变化。
在有利的示例性实施例中，机床的控制器被配置为基于从前主轴装置的传输单元接收的控制信号来控制或调节工作主轴的进给速度。
在有利的示例性实施例中，机床的控制器被配置为将指示所需力的设置信号、特别是指示目标值的设置信号传输至前主轴装置的传输单元，传输单元被配置为接收来自机床的控制器的设置信号，其中驱动器被配置为在前主轴单元上施加基于设置信号设置的力。
根据本发明，提出了一种用于控制在具有工作主轴的机床上使用根据前述示例性实施例之一的前主轴装置进行的钻孔过程的方法，包括当在所述主轴轴线垂直且所述钻孔工具指向向下的情况下所述前主轴装置夹持在所述机床的所述工作主轴上时，激活所述前主轴装置的所述电磁执行器，以在所述前主轴装置的所述前主轴单元上施加平衡力，驱动夹持在所述前主轴装置的所述主轴上的所述钻孔工具，将所述工作主轴移动到工件上，以及使用由所述前主轴装置的所述主轴驱动的所述钻孔工具在所述工件上进行所述钻孔过程，包括当所述前主轴装置的所述电磁执行器被激活并且当所述前主轴装置的所述驱动器施加与所述电磁执行器的所述平衡力相反的力时，控制所述工作主轴在钻孔方向上的进给运动。
根据本发明，提出了一种计算机程序产品，包括当程序由连接到数控机床或数控机床的控制器的计算机执行时，使计算机或控制器执行用于控制在具有工作主轴的机床上使用根据前述示例性实施例之一的前主轴装置进行的钻孔过程的方法。
附图说明
图1a示出了根据本发明的用在机床上的前主轴装置的第一示例性实施例的示例性立体图；
图1b示出了根据本发明的用在机床上的前主轴装置的第一示例性实施例的另一示例性立体图。
图2a示出了根据本发明的用在机床上的前主轴装置的第二示例性实施例的示例性立体图。
图2b示出了根据本发明的用在机床上的前主轴装置的第二示例性实施例的另一示例性立体图。
图2c示出了根据本发明的用在机床上的前主轴装置的第二示例性实施例的又一示例性立体图。
图3示出了用于显示根据本发明的前主轴装置施加的力的前主轴装置的另一示例性立体图。
图4示出了包括机床和根据图1a和图1b或图2a至图2c的前主轴装置的系统的示例性立体图。
图5示出了用于说明在具有工作主轴的机床上控制使用前主轴装置执行的钻孔的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述本发明的示例或示例性实施例。附图中相同或类似的元件可以用相同的附图标记来指定，但有时用不同的附图标记来指定。
应当强调的是，本发明不受下述示例性实施例及其设计特征的限制或限定，还包括对示例性实施例的修改，尤其是通过修改所述示例的特征或通过组合所述示例的一个或多个特征而包括在独立权利要求范围内的那些。
图1a示出了前主轴装置10的示例性结构的立体图，前主轴装置10包括用于将机床的工作主轴夹持在第一端侧12a上的夹紧接口12和用于在与所述第一端侧12a相对布置的第二端侧12b上夹持刀具的刀具插座21。用于夹持机床的工作主轴的夹紧接口12被配置为例如中空柄锥形刀具接口。
前主轴装置10包括壳体13，该壳体13分为壳体的前半部分13a和壳体的后半部分13b，其中一中间板13a1布置在壳体的前半部分13a和壳体的后半部分13b之间，带有刀具插座的第二端部12b布置在壳体的前半部分13a上，并且布置有夹紧接口12的第一端部12a布置在壳体的后半部分上。
前主轴装置10的前主轴单元14布置在壳体13中，并被配置为可移动的。前主轴单元14包括主轴14a，该主轴14a包括例如用于产生与主轴14a的主轴轴线平行产生的超声振动的超声发生器。因此，主轴14a被配置为超声主轴。
前主轴装置10还包括驱动器15，该驱动器15例如布置在壳体的后半部分13b中。驱动器15可被配置为例如直线电动机，但也可被配置为任何其他可想到的驱动器类型。驱动器15被配置为在前主轴单元14上施加预定义的力。
前主轴装置10还包括电磁执行器16，该电磁执行器16例如布置在壳体的前半部分13a中。电磁执行器16被配置为对驱动器在前主轴单元14上施加的力施加平衡力。电磁执行器16例如被配置为磁性弹簧，通过所施加的平衡力使前主轴单元14进入暂停状态。当驱动器15将力施加在前主轴单元14上时，电磁执行器16通过所施加的平衡力使前主轴单元14进入暂停状态。电磁执行器16可被配置为例如具有钢芯的永磁体。电磁执行器16可被配置为例如由于感应电流在前主轴单元14上施加磁力的线圈。电磁执行器不受这里描述的实施例的限制，并且能够以任何形式配置，以便在前主轴单元14上施加磁力或电磁力。
被配置以用于夹持刀具的刀具插座21布置在前主轴装置10的第二端侧12b上。为了执行钻孔过程，例如，带有排出器单元18的空心钻18a能够被夹持在刀具插座21上。排出器单元18被配置成使得在钻孔过程中形成的钻芯(在钻孔过程中被收集在空心钻18a中)通过排出器单元18施加的弹出力排出，从而使空心钻18a没有所产生的钻芯。排出器单元18施加的弹出力例如通过电磁力施加。
图1b以横截面的方式示出了图1a中所示的前主轴装置10，该横截面以前主轴装置10在中心轴上被剖切的方式显示。在图1中已经描述的前主轴装置10的部件也布置在图1b中。
前主轴单元14包括第一环形板19a、第二环形板19b和布置在壳体的前半部分13a的至少一个中空柱体11。图1b所示的前主轴单元14包括例如三个中空柱体11。在壳体的前半部分13a中，第一环形板19a平行于第二环形板19a布置，第一环形板19a通过垂直于两个环形板19a、19b布置的中空柱体19c连接。导杆22穿过中空柱体11布置，并从中间板13a1延伸到前主轴装置10的第二端侧12b。在中空柱体11中设置滚珠导件，使得前主轴单元14能够在导杆33上被引导。前主轴单元14在壳体的前半部分13a中的引导相对于主轴14a的主轴轴线轴向进行。因此，前主轴单元14被布置为在壳体的前半部分13a中在主轴14a的轴向主轴方向上自由运动。导杆33延伸到中空柱体11内，并平行于中空柱体11布置。
主轴14a布置在前主轴单元14的第一环形板19a上。主轴14a被配置成平行于中空柱体11定向，并布置在两个环形板19a、19b内，两个环形板19a、19b垂直于主轴14a布置。中空柱体11和延伸穿过中空柱体11的导杆33围绕主轴14a径向对称地布置。
电磁执行器16包括转子16a和定子16b。电磁执行器16的定子16b布置在前主轴单元14的第二环形板19b上。转子16a固定至中间板13a1和前主轴装置10的第二端侧12b，电磁执行器16的转子16a延伸到电磁执行器16的定子16b内侧。在电磁执行器16的转子16a固定地安装在中间板13a1和前主轴装置10的第二端12b上时，电磁执行器16的定子16b布置在可自由地在主轴14a的轴向主轴轴线上移动的前主轴单元14上。
驱动器15包括在一个方向上可移动的转子15a。驱动器15可以例如配置为线性电动机，但也可以配置为任何其他可想到的驱动器类型。驱动器15布置在壳体的后半部分13b，且驱动器15的转子15a固定在前主轴单元14的第二环形板19b上。在钻孔过程中，预定义的力施加在前主轴单元14上，因为驱动器15的固定在第二环形板19b上的转子15a将驱动器15中预定义的力施加在前主轴单元14上。当驱动器15施加预定力在前主轴单元14上时，电磁执行器16在前主轴单元14上施加平衡力，从而使前主轴单元14进入暂停状态。
夹持在刀具插座21上的空心钻18a包括被配置为排出钻芯的排出器单元18。排出器单元18包括例如第一线圈和第二线圈、电路板、电磁开关器件、电压源、磁体和排出器。所述排出器设置在所述磁体(例如是钕棒或球磁铁)上。
通过向第一个线圈施加电流，第一个线圈通电，而连接到磁体的排出器进入第一个位置。通过向第二线圈施加电流来驱动第二线圈。通过断开第一线圈的电源并驱动第二线圈，排出器进入第二位置。如果将第一个位置定义为起始位置，则该位置定义执行钻孔的钻孔过程的状态。钻孔过程完成后，第一个线圈断电，而第二个线圈被驱动，以便排出器从第一个位置移动到第二个位置。钻孔过程中产生的钻芯通过移动排出器从第一位置排出到第二位置。将钻芯排出后，通过断开第二线圈的电源并驱动第一线圈，将排出器置于第一位置。
排出器单元18可由控制单元控制。当排出器单元18被驱动时，排出器的持续时间和频率可以被控制和/或调节。在使用空心钻的钻孔过程中，钻孔过程中产生的钻芯会导致加工过程中断，因为空心钻可能会堵塞或最终进入机床的加工区域。上述排出器单元18具有以控制的方式排出钻芯的优点。通过排出器单元18减少或避免空心钻的堵塞。排出器单元18允许钻芯足够远且以受控的方式排出，使得钻芯不被排出到机床的加工区域中。通过控制钻芯排出，可避免中断，从而优化钻孔过程。通过控制，钻孔过程可以进一步自动化，钻孔过程可以持续进行。当制造许多小钻孔时，可进一步优化生产，且降低机床故障的敏感性。
前主轴单元14的主轴14a包括配置为传导冷却剂的内部冷却剂供应管线17。例如，内部冷却剂管线被配置为孔。冷却剂从外部供应至前主轴装置10，并通过连接件传递至内部冷却剂供应管线。例如，可以从外部控制冷却剂供应。
图2a示出了前主轴装置10的第二示例性实施例。前主轴装置10的相同或对应特征或组件被赋予与来自图1a和图1b的那些相同的附图标记。以下描述特别涉及其他特征，不再描述相同或类似的特征。
前主轴装置10包括例如被配置为将前主轴装置10对接到机床上的对接部分10a。对接部分10a包括，例如当前主轴装置10连接到机床时，多个连接元件10a1与机床的相应接头或连接件相互作用。
前主轴装置10可通过对接部分10a对接至机床或机床工作主轴，例如，使得前主轴装置10可通过机床或其机床控制装置进行控制。
为此，连接元件10a1包括例如用于电源以及用于控制信号(例如，用于驱动器、电动机和/或其他电气或电磁或压电执行器)传输的电触点，或者，如果适用，也用于将任何传感器信号反向传输至机器控制装置。
连接元件10a1还包括例如用于前主轴装置10的电气、气动和/或液压连接结构。
前主轴装置10、前主轴单元14、主轴14A和排出器单元18可由对接部分10A供应。例如，对接部分10a还可以被配置为使得经由对接部分10a向前主轴装置供应冷却剂。
排出器单元18例如通过保持器单元18c连接到前主轴装置10的壳体的前半部分13a。排出器单元18可通过保持器单元18c被保持，并且如果必要的话，也可以例如利用电流和控制信号被提供或控制。
图2b以与图2a不同的角度示出了第二示例性实施例的前主轴装置10。前主轴装置10包括具有连接元件10a1的对接部分10a，如图2a中所述。
对接部分10a例如横向布置在前主轴装置10的壳体的后半部分13b上。对接部分10a例如与第二壳体半部分成直角连接，对接部分10a例如为L形，使得连接元件10a1例如平行于主轴14a定向。
图2c以横截面的方式示出了图2a和图2b中的前主轴装置10。前主轴装置包括具有主轴14的前主轴单元14。主轴14包括例如执行器14b，执行器14b被配置为例如产生主轴14的超声运动或超声振动。执行器14b例如被配置为使得主轴14a被配置为超声主轴。执行器14b可包括例如压电执行器。
例如，前主轴装置被配置为使得导杆33被布置成使其固定到中间板13a1和保持器单元18c。排出器单元18有利地通过保持器单元18c与导杆33的连接而稳定。
图3示出了根据来自图1a、图1b和图2a、图2b和图2c的示例性实施例之一的、举例来说夹持在机床的工作主轴103上的前主轴装置10。具有夹持的前主轴装置10的工作主轴103例如在钻孔过程中垂直布置。前主轴单元14可自由地在前主轴装置10中移动，使得重力F_GK作用在前主轴单元14上。前主轴装置10的电磁执行器16在前主轴单元14上施加平衡力F_EMA，以抵消重力F_GK。电磁执行器16的平衡力F_EMA的大小是将重力F_GK抵消到使前主轴单元14处于暂停状态的值。
在钻孔过程中(例如，参见图5，特别是步骤S6)，带有前主轴装置10(刀具例如空心钻18a夹持在其中)的工作主轴103，由工作主轴103沿夹持在工件台105上的工件107的方向移动。
当机床向上移动到工件并接触工件进行钻孔时，钻孔力F_BK作用在前主轴装置10上。前主轴装置10的驱动器15在前主轴单元14上施加力F_A，以抵消钻孔力F_BK。由驱动器15施加的力是可预定义的，并且使得驱动器15抵消钻孔力F_BK，钻孔可以借助驱动器15的力F_A进行钻削。所述力F_A是可调节的，因此可适用于各种工件。
图4示出了具有工作主轴103的数控机床100，工作主轴103上接收前主轴装置10。前主轴装置10例如是图1a、图1b或图2a、图2b、图2c和图3所示的前主轴装置10中的一个。与图1a、图1b或图2a、图2b、图2c和图3中的前主轴装置10的部件相同的前主轴装置10的部件具有相同的附图标记。
机床100包括机座102和布置在机座102上的机架101。例如，机架101可以在机身102上的一个或多个方向上可移动地布置。承载工作主轴103的工作主轴托架104布置在机架101上。例如，工作主轴托架104可以在一个或多个方向上移动。工作主轴103由驱动器103a驱动。机床100还包括工件台105，工件台105布置在机座102上，具有工件107夹持在其中的工件夹紧装置106。工件台105可以例如配置为回转台或旋转台。工件台105可以布置在机座102上，以便能够在一个或多个方向上移动。
机床100包括控制器91，所述控制器91被配置为使得工作主轴103在轴向上执行进给运动。控制器91控制工作主轴103的驱动器103a。工作主轴103例如垂直设置，使得夹持在工作主轴103上的前主轴装置10垂直布置。工作主轴103和前主轴装置10彼此平行地定向。控制器91控制工作主轴103在工作主轴103的主轴轴线的方向上可移动。
前主轴装置10包括将信号传输到机床100的控制器91的传输单元93。当力通过驱动器15施加在前主轴装置10的前主轴单元14上时，例如通过前主轴单元14的位移和/或距离变化检测到所述力，传输单元93将控制信号传送到机床100的控制器91。控制器91接收前主轴装置10的传输单元93的该控制信号，并控制机床100的工作主轴103对位移和/或距离变化作出反应，从而补偿位移和/或距离变化。
在钻孔过程中，例如，前主轴装置10的前主轴单元14通过电磁执行器16保持暂停。在下一步骤中，机床100的工作主轴103移动到布置在工件台105上的工件107并开始钻孔过程。当空心钻18a被放置在工件上时，在前主轴装置10的驱动器15处预定义的力作用在工件107上用于钻孔。通过设置信号、特别是指示目标值的设置值，将预定义的力从机床100的控制器91传输到前主轴装置10的传输单元93，驱动器15被配置为施加基于设置信号预定义的力。如果在空心钻18a的钻孔过程中，例如由工件107自身施加的反作用力超过前主轴装置10的驱动器15上的预定力，传输单元93将控制信号传送到机床100的控制器91，并且控制器91控制工作主轴103的驱动器103a以减小进给运动。
在前主轴单元14被电磁执行器16引入暂停状态且控制器91将预定力传递到前主轴装置10的传输单元93后，通过前主轴装置10的驱动器15施加的力，钻孔过程被执行。通过借助机床100的控制器91和前主轴装置10的传输单元93的控制，可以控制借助前主轴装置10的钻孔过程，并且可以避免钻孔过程中的故障。例如，前主轴装置10的驱动器15处的距离变化用于测量力的大小，其由前主轴装置10的传输单元93传输到机床100的控制器91，因此，可以控制机床100的工作主轴103的驱动器103a以对该距离变化作出反应。
图5示出了用于说明在具有工作主轴103的机床100上控制使用前主轴装置10执行的钻孔过程的方法的示例性流程图。例如，机床可以是图4中的机床100，但也可以是具有夹持在工作主轴上的前主轴装置10的任何可控机床。
例如，在步骤S1中开始钻孔过程。钻孔过程包括设置前主轴装置的主轴轴线的步骤S2，例如垂直定向在机床的工作主轴上且钻孔工具指向向下。这里，前主轴装置10例如被置于垂直位置。前主轴装置10的主轴轴线垂直定向，使得例如，夹持在机床100的工作主轴103上的前主轴装置10上的空心钻18a指向向下。
在进一步的步骤S3中，激活前主轴装置10的电磁执行器16。因此，例如，通过施加电压而引起的磁场被建立，例如，使前主轴装置10的前主轴单元14进入暂停状态。由于前主轴装置10已经垂直定向，所以前主轴单元14被重力拉下。电磁执行器16产生的磁场在前主轴单元14上施加上平衡力以补偿重量，从而使前主轴单元14进入悬浮状态。
在进一步的步骤S4中，驱动夹持在前主轴装置10的主轴14a上的钻孔工具(例如图1b中的空心钻18a)。
在进一步的步骤S5中，机床的工作主轴103及其上接收的前主轴装置10利用钻孔工具例如垂直向下移动至工件107。
在进一步的步骤S6中，使用由前主轴装置10的主轴14a驱动的钻孔工具在工件上执行钻孔过程。
在步骤S6中，控制机床100的工作主轴103的进给运动，以使钻孔工具首先沿工件107的方向(钻孔过程)移动，然后可能再次远离工件107。
在进给运动期间，电磁执行器16被激活，使得前主轴单元14保持在暂停状态。电磁执行器16在前主轴单元14上施加平衡力，以补偿作用在前主轴单元14上的力。在钻孔过程中，由控制单元91预定义的力由前主轴装置10的驱动器15施加，从而执行对工件107的钻孔。
上述方法的步骤不必按照上述顺序执行，而可以在许多变化中执行，也可以执行多次。
该方法也可由计算机程序产品执行，该计算机程序产品包含指令，当该程序由连接到数控机床100的计算机或数控机床100的控制器91执行时，其在具有工作主轴103的机床100上控制使用前主轴装置10执行的钻孔过程，以便执行该方法。
参考附图详细描述了本发明的上述示例和示例性实施例及其优点。应再次强调，本发明不受上述示例性实施例及其设计特征的限制或限定，而是进一步包括示例性实施例的修改，尤其是由于对所述示例的特征或所述示例的一个或多个特征的组合的修改而包括在独立权利要求范围内的那些。
Claims (31)
1.一种用在机床(100)上的前主轴装置，包括：
-夹紧接口(12)，其用于将所述前主轴装置夹持在所述机床(100)的工作主轴(103)上；
-包括主轴(14a)的前主轴单元(14)，用于驱动夹持在所述主轴(14a)上的钻孔工具；以及
-驱动器(15)，其用于在所述前主轴单元(14)上施加力，
其特征在于
电磁执行器(16)，其用于施加与所述驱动器(15)在所述前主轴单元(14)上的力相反的平衡力。
2.根据权利要求1所述的前主轴装置，其特征在于
所述电磁执行器(16)被配置为当在所述主轴轴线垂直且所述钻孔工具指向向下的情况下所述前主轴装置夹持在所述机床(100)的所述工作主轴(103)上时，施加与所述前主轴单元(14)的重力相对应的平衡力。
3.根据权利要求1或2所述的前主轴装置，其特征在于
所述电磁执行器(16)被配置为施加与所述前主轴单元(14)的重力相对应的平衡力，使得当在所述主轴轴线垂直且所述钻孔工具指向向下的情况下所述前主轴装置夹持在所述机床(100)的所述工作主轴(103)上时，所述前主轴单元(14)处于暂停位置。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
壳体(13)，其中所述前主轴单元(14)在所述壳体中安装成可平行于所述主轴(14a)的所述主轴轴线移动。
5.根据权利要求4所述的前主轴装置，其特征在于
所述前主轴单元(14)安装成可在平行于所述主轴(14a)的所述主轴轴线延伸的导轨上移动。
6.根据权利要求4或5所述的前主轴装置，其特征在于
所述主轴(14a)包括在所述壳体(13)的一侧开口进入的用于接收所述钻孔工具的刀具插座(21)。
7.根据权利要求6所述的前主轴装置，其特征在于
所述夹紧接口(12)布置在所述壳体(13)的侧面，与所述主轴(14a)的所述刀具插座(21)相对。
8.根据权利要求7所述的前主轴装置，其特征在于
所述驱动器(15)用于在平行于所述主轴(14a)的所述主轴轴线的方向上、尤其是远离所述夹紧接口(12)和/或朝向所述主轴(14a)的所述刀具插座(21)，对所述前主轴单元(14)施加力。
9.根据权利要求7或8所述的前主轴装置，其特征在于
所述电磁执行器(16)用于在平行于所述主轴(14a)的所述主轴轴线的方向上、尤其是朝向所述夹紧接口(12)和/或远离所述主轴(14a)的所述刀具插座(21)，对所述前主轴单元(14)施加平衡力。
10.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述夹紧接口(12)被布置使得当所述夹紧接口(12)被夹持在所述机床(100)的所述工作主轴(103)上时，所述主轴(14a)的所述主轴轴线与所述机床(100)的所述工作主轴(103)的所述主轴轴线平行、特别是同轴。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述驱动器(15)包括直线电动机。
12.根据权利要求11所述的前主轴装置，其特征在于
所述直线电动机被配置为移动所述前主轴单元(14)以施加力。
13.根据前述权利要求中的一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述驱动器(15)包括位置测量装置，其被配置为确定所述驱动器(15)的位置和/或所述驱动器(15)的距离变化。
14.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
传输单元(93)，其用于将信号传输到所述机床(100)的控制器(91)，所述传输单元被配置为控制所述机床(100)的所述工作主轴(103)在所述工作主轴(103)的所述主轴轴线的方向上的进给运动。
15.根据权利要求14所述的前主轴装置，其特征在于
所述传输单元(93)被配置为将控制信号传输到所述机床(100)的所述控制器(91)，所述控制信号指示作用在所述前主轴单元(14)上的总力和/或所述前主轴单元(14)和/或所述驱动器(15)的位置或距离变化。
16.根据权利要求14和15所述的前主轴装置，其特征在于
所述传输单元(93)被配置为从所述机床(100)的所述控制器(91)接收设置信号、特别是指示目标值的设置信号，
其中，所述驱动器(15)被配置为在所述前主轴单元(14)上施加基于设置信号设置的所述力。
17.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述主轴(14a)包括超声发生器，其被配置为产生所述主轴(14a)的、尤其是与所述主轴(14a)的所述主轴轴线平行的超声振动。
18.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述主轴(14a)包括内部冷却剂供应管线(17)、尤其是以孔的形式，用于引导冷却剂。
19.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述夹紧接口(12)包括中空柄锥形刀具接口。
20.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述前主轴装置包括具有所述壳体的前半部分(13a)和壳体的后半部分(13b)的壳体(13)，其中所述前主轴单元(14)和所述电磁执行器(16)布置在所述壳体的前半部分(13a)中。
21.根据权利要求20所述的前主轴装置，其特征在于
所述前主轴装置包括第一端部(12a)和第二端部(12b)，
其中，一中间板(13a1)设置在所述壳体的前半部分(13a)和所述壳体的后半部分(13b)之间，以及
其中，多个导杆(33)从所述中间板(13a1)到所述第二端部(12b)布置在所述壳体的前半部分(13a)中，用于在所述壳体的前半部分(13a)中引导所述前主轴单元(14)。
22.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述前主轴单元(14)包括第一板(19a)和第二板(19b)，以及
所述前主轴单元(14)还包括设置在所述第一板(19a)和所述第二板(19b)之间的至少一个中空柱体(11)，用于连接所述两个板(19a、19b)，
其中，所述主轴(14a)固定在所述第一板(19a)上，并且所述至少一个中空柱体(11)围绕所述主轴(14a)径向对称地布置。
23.根据权利要求20至22中的一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述驱动器(15)布置在所述壳体的后半部分(13b)中，且包括转子(15a)，用于平行于所述主轴(14a)的所述主轴轴线移动所述主轴(14a)，
其中，所述驱动器(15)的所述转子(15a)固定在所述前主轴单元(14)的所述第二板(19b)上。
24.根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置，其特征在于
所述电磁执行器(16)包括定子(16b)和转子(16a)，
其中，所述电磁执行器(16)的所述定子(16b)布置在所述前主轴单元(14)上，且所述电磁执行器(16)的所述转子(16a)布置在所述壳体(13)和所述中间板(13a1)上。
25.一种系统，包括：
–具有工作主轴(103)的数控机床(100)，以及
–在所述工作主轴(103)上接收的根据前述权利要求中的至少一项所述的前主轴装置。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于
所述机床(100)包括控制器(91)，所述控制器(91)被配置为控制所述机床(100)的所述工作主轴(103)在所述工作主轴(103)的所述主轴轴线的方向上的进给运动，以及
所述前主轴装置包括传输单元(93)，用于将信号传输至所述机床(100)的所述控制器(91)。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于
所述传输单元(93)被配置为将控制信号传输至所述机床(100)的所述控制器(91)，所述控制信号指示作用在所述前主轴单元(14)上的总力和/或所述前主轴单元(14)和/或所述驱动器(15)的位置或距离变化。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于
所述机床(100)的所述控制器(91)被配置为基于从所述前主轴装置的所述传输单元(93)接收的所述控制信号来控制或调节所述工作主轴(103)的进给速度。
29.根据权利要求26至28中的至少一项所述的系统，其特征在于
所述机床(100)的所述控制器(91)被配置为向所述前主轴装置的所述传输单元(92)传输指示所需力的设置信号，尤其是指示目标值的设置信号，
其中，所述传输单元(93)被配置为接收来自所述机床(100)的所述控制器(91)的所述设置信号，所述驱动器(15)被配置为在所述前主轴单元(14)上施加基于所述设置信号设置的所述力。
30.一种用于控制在具有工作主轴(103)的机床(100)上使用根据权利要求1至24中的一项所述的前主轴装置进行的钻孔过程的方法，包括：
–当在所述主轴轴线垂直且所述钻孔工具指向向下的情况下所述前主轴装置夹持在所述机床(100)的所述工作主轴(103)上时，激活所述前主轴装置的所述电磁执行器(16)，以便在所述前主轴装置的所述前主轴单元(14)上施加平衡力；
–驱动夹持在所述前主轴装置的所述主轴(14a)上的所述钻孔工具；
–将所述工作主轴(103)移动到工件(107)上；
–使用由所述前主轴装置的所述主轴(14a)驱动的所述钻孔工具在所述工件(107)上进行所述钻孔过程，包括当所述前主轴装置的所述电磁执行器(16)被激活并且当所述前主轴装置的所述驱动器(15)施加与所述电磁执行器(16)的所述平衡力相反的力时，控制所述工作主轴(103)在所述钻孔方向上的进给运动。
31.一种计算机程序产品，包括当所述程序由连接到数控机床(100)或数控机床(100)的控制器(91)的计算机执行时，使所述计算机或所述控制器执行根据权利要求30所述的方法的指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |