CN114951849A - 具有传动单元的工具联接装置和制造螺纹或螺纹孔的方法 - Google Patents

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CN114951849A CN202210156686.8A CN202210156686A CN114951849A CN 114951849 A CN114951849 A CN 114951849A CN 202210156686 A CN202210156686 A CN 202210156686A CN 114951849 A CN114951849 A CN 114951849A
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Abstract

本申请涉及具有传动单元的工具联接装置和制造螺纹或螺纹孔的方法。工具联接装置，其用于将工具，特别是用于制造螺纹或螺纹孔的工具联接至驱动器，特别是工具机床的驱动器，包括：驱动轴，用于联接至驱动器；从动轴，用于联接至工具，其中从动轴围绕中心轴线旋转或可旋转；传动单元，连接在驱动轴和从动轴之间并根据传动比将驱动轴以驱动转速的旋转运动转换成从动轴以大于驱动转速的从动转速的旋转运动；以及非旋转的壳体，其中传动单元至少和驱动轴的与传动单元联接的部件以及从动轴的与传动单元联接的部件布置在壳体内，驱动轴可旋转地支承在壳体上或其中，以及从动轴仅可旋转地支承在驱动轴上或其中，而不是可旋转地支承在壳体上或其中。

Description

具有传动单元的工具联接装置和制造螺纹或螺纹孔的方法
本发明涉及工具联接装置和用于制造螺纹或螺纹孔的方法。
EP 2 361 712 A2公开了一种在数控工具机床上用螺纹制造工具制造螺纹的方法，以及一种用于将螺纹制造工具联接至工具机床的机床主轴的工具联接装置。为了提高螺纹制造的工作速度，该发明提出，借助于有效地布置在工具主轴和螺纹制造工具之间的齿轮传动机构(übersetzungsgetriebe)，螺纹制造工具的旋转速度相对于工具主轴的旋转速度被转换成高速。由此可以实现的是，在机器控制系统的同步能力方面的性能给定的情况下实现更短的螺纹制造周期。因此，还可以改善该方法的经济性，因为在使用中的各个工具机床的同步极限下可以不太费力地不做任何改变。
根据EP 2 361 712 A2的工具被夹紧在夹持钳中，并且夹持钳被容纳在夹持钳容纳部中。机床主轴通过滚针轴承相对于壳体可旋转地支承，并且在壳体内与内环抗旋转地连接，三个齿轮通过轴承销布置在内环的圆周上。这三个齿轮在内侧啮合一个内齿轮，该内齿轮抗旋转地与夹持钳容纳部联接。这三个齿轮在外侧啮合外环的内侧面上的齿圈，该外环与壳体连接并且因此无法旋转。齿轮和齿圈作为行星传动机构(Planetengetriebe)形成齿轮传动机构，并且通过它们的齿部限定传动机构的传动比。内环在其外侧面上通过滚珠轴承可旋转地支承在外环内，这些滚珠轴承周向地布置在内环之外并且布置在齿轮的上方和下方，即齿轮传动机构的轴向相对的侧上的齿轮的上方和下方。夹持钳容纳部穿过内环和齿轮传动机构，并且在齿轮传动机构或内环之后不远的端部区域中终止于驱动侧，即背离夹持钳或工具侧的一侧。内环在其内侧面上通过仅设置在驱动侧上的、位于夹持钳容纳部的端部区域的外侧面上的周向的滚珠轴承相对于夹持钳容纳部可旋转地支承。夹持钳容纳部还通过滚珠轴承相对于壳体可旋转地支承，其中滚珠轴承布置在轴向前侧或工具侧，而夹持钳容纳部例如在周向上布置成两排。
以这种方式构造的联接装置由本申请人以名称
Figure BDA0003513015220000021
制造和销售(参见speedsynchro.com)。机床主轴的转速对应于螺纹制造工具的转速和传动比4.412的商，轴向进给对应于螺距和传动比4.412的乘积。这包括借助于弹性体元件的轴向最小长度补偿，本申请人称之为
Figure BDA0003513015220000022
以补偿在攻丝过程中出现的轴向力，特别是在折回点(Umkehrpunkt)处出现的轴向力。
从DE 10 2016 008 478 A1中已知一种用于制造螺纹的方法，其中使用单发式攻丝钻孔工具(Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug)在共同的工具行程中执行芯孔的钻孔和内螺纹的攻丝。在攻丝钻孔行程之后，在反向行程之前执行槽形成行程，其中形成与内螺纹相邻的无螺距的圆周槽，其中攻丝钻孔工具的螺纹型材可以在无载荷下旋转。攻丝钻孔工具运动超过针对攻丝钻孔行程的标称螺纹深度，直到达到标称孔深度，而且以彼此不同步并且不同于攻丝钻孔进给和攻丝钻孔转速的槽形成进给以及槽形成转速运动。以这种方式，攻丝钻孔转速可以降低到0，而不会由于过大的切削载荷而导致工具破损或螺纹型材破裂。
从WO 2019/238175 A1中已知一种用于制造螺纹的方法，其中在工作运动期间具有螺纹制造区域的工具运动到工件中，其中工作运动包括旋转运动和根据螺距与旋转运动同步的轴向进给运动。在工作运动之后的制动运动中，工具以与工作运动相同的前进方向和不变的旋转方向进一步运动到工件中，直到折回点为止。在制动运动期间，根据工具的轴向进给和旋转角度之间的事先存储的明确关系，特别是函数或函数序列，根据工具的旋转运动的旋转角度来控制轴向进给运动，其中至少在制动运动的一部分期间，工具的一整转的轴向进给的量小于螺距，并且在折回点处为零。在制动运动期间，在工件中制造出圆周槽或退刀槽。在一个优选的实施方式中，在制动运动期间，在多个连续的制动步骤中选择或设定工具的轴向进给和旋转角度之间的彼此不同的关系，特别是函数，优选线性函数，其中特别地从一个制动步骤到随后的制动步骤，轴向进给的斜率在量值上减小。这个实施方式可以特别简单地通过以下方式来实现：对于工作运动使用用于攻丝过程的NC控制，例如G33路径条件，以及螺纹的螺距，并且在多个制动步骤中同样使用用于攻丝过程的NC控制，优选相同的NC控制，例如G33路径条件，以及将各自的恒定斜率作为螺距参数。
根据WO 2019/238175 A1，在到达折回点之后，启动工具的反向运动，利用该反向运动使得工具移出工件，其中反向运动首先包括第一反向阶段，利用该第一反向阶段，工具的螺纹制造区域被引导回到已制造的螺纹的螺纹段(Gewindegang)中，并且随后是第二反向阶段，在该第二反向阶段期间，螺纹制造区域经过螺纹段被向外引导离开工件。在一个有利的实施方式中，第一反向阶段中的反向运动利用与在制动运动中量值相同的、仅在旋转方向和进给方向上反向的事先存储的工具的轴向进给和旋转角度之间的明确关系(特别是函数或函数序列)来进行控制。
根据WO 2019/238175 A1，也可以使用一种具有钻孔区域的组合工具，其中在工作运动期间，工具的钻孔区域在工件中制造出芯孔，并且螺纹制造区域在芯孔中制造出螺纹段。
现在，本发明的任务在于提供一种新的工具联接装置，该工具联接装置用于将加工工件(特别是制造螺纹或螺纹孔的工具)联接至驱动器。优选地，工具联接装置应旨在实现大的同心度、高的刚性和/或对壳体振动的低依赖性。
根据本发明，该任务特别地利用权利要求1的特征得以实现。根据本发明的有利的设计方案和改进方案尤其来自于从属于权利要求1的权利要求。
根据本发明的要求保护的特征组合和主题不限于权利要求的选择的文本和选择的引用关系。特别地，权利要求类别(例如，装置)的任何特征也可以在另一权利要求类别(例如，方法)中要求保护。此外，权利要求中的任何特征也可以与它们的引用关系无关地与权利要求中的一个或更多个其他特征的任何组合来要求保护。此外，说明书或附图中描述或公开的任何特征本身可以独立地或独立于其所处的上下文单独地或与权利要求书或说明书或附图中描述或公开的一个或更多个其他特征任意组合地要求保护。
在根据权利要求1的一个实施方式中，工具联接装置适于并且旨在将工具(特别是用于制造螺纹或螺纹孔的工具)联接至驱动器，特别是联接至工具机床的驱动器，该工具联接装置包括：
a)驱动轴，其用于联接至驱动器，
b)从动轴，其用于联接至工具，其中从动轴围绕中心轴线旋转或可旋转，
c)传动单元，其连接在驱动轴和从动轴之间，并且根据传动比将驱动轴以驱动转速nS的旋转运动转换成从动轴以大于驱动转速nS的从动转速nW的旋转运动，以及
d)非旋转的壳体，
e)其中，传动单元和驱动轴的与传动单元联接的至少部分以及从动轴的与传动单元联接的部分被布置在壳体内，
f)其中，驱动轴可旋转地支承在壳体上或壳体中，以及
g)其中，从动轴仅可旋转地支承在驱动轴上或驱动轴中，而不是可旋转地支承在壳体上或壳体中。
在一个实施方式中，从动轴与壳体间隔开。在另一实施方式中，从动轴与壳体脱离联接，使得壳体振动不会直接从壳体传递到从动轴。
在一个有利的实施方式中，在相对于中心轴线的轴向方向上看，从动轴具有用于保持工具或保持工具的工具保持器的保持区段、前支承区段、用于联接至传动单元的联接区段以及后支承区段，并且优选地还具有端部区段，其中前支承区段、联接区段和后支承区段被布置在壳体内，而保持区段以及必要时至少部分地端部区段被布置在壳体外。
在一个有利的实施方式中，在相对于中心轴线的轴向方向上看，驱动轴具有支架区段以及用于联接至驱动器的适配部，其中支架区段具有后支承区段、用于联接传动单元的至少一个中间区段和终止于端面的前支承区段，其中前支承区段及其端面、每个中间区段和后支承区段被布置在壳体内，并且适配部被布置在壳体外。
在一个有利的实施方式中，从动轴至少部分地被布置在驱动轴的空腔内，或者至少部分地被驱动轴包围。在一个实施方式中，优选地，从动轴和/或驱动轴附加地或可替代地沿着中心轴线延伸。在一个实施方式中，从动轴和/或驱动轴附加地或可替代地被构造成至少基本上关于中心轴线是旋转对称的。
在一个有利的实施方式中，从动轴被构造成一件式的和/或连贯的刚性的旋转体。在一个有利的实施方式中，驱动轴整体或至少驱动轴的支架区段附加地或可替代地被构造成一件式的和/或连贯的刚性的旋转体。
在一个有利的实施方式中，壳体具有用于使从动轴优选密封地穿过的第一开口，并且具有用于使驱动轴并且优选还有从动轴优选密封地穿过的第二开口，并且中心轴线延伸穿过第一开口并且优选地也延伸穿过第二开口，在该实施方式中，第一开口优选地被构造在壳体的端侧的壳体壁中，并且优选地前支承区段向前延伸至刚好在端侧的壳体壁之前并且以端面面对端侧的壳体壁。
在一个有利的实施方式中，在轴向上连续的中心的内部通道在从动轴内延伸，用于向工具供应冷却剂和/或润滑剂，例如经由适配部中的传输管并且经由从动轴内在内部通道的两个端部处的传输单元。
在一个有利的实施方式中，传动单元包括齿轮传动机构，特别是行星传动机构，其中齿轮传动机构具有中心齿轮、与壳体固定地连接并且具有内齿部的外部传动机构圈、以及布置在中心齿轮和内齿部之间的一个或更多个中间齿轮，这些中间齿轮分别以其外齿部啮合中心齿轮的外齿部和传动机构圈上的内齿部，其中中心齿轮在从动轴的联接区段上与从动轴抗旋转地连接，并且优选地中心轴线是中心齿轮的旋转轴线，其中优选地，中间齿轮的旋转轴线平行于中心轴线。
在一个有利的实施方式中，每个中间齿轮被插入到齿轮容座中，该齿轮容座被构造成驱动轴中的切口，特别是支架区段中的切口，其中在有多个齿轮容座的情况下，支架区段的中间区段在圆周方向上分别位于两个齿轮容座之间，并且其中优选地齿轮容座的轴向厚度基本上对应于传动机构圈的轴向厚度。
在一个有利的实施方式中，每个中间齿轮可旋转地支承在相关联的轴销上，在该实施方式中，每个轴销优选地在端面处被引入到支架区段的前支承区段中，并且延伸穿过相应的中间齿轮中的中心支承孔、相关的齿轮容座直至进入到支架区段的后支承区段中。
在另一有利的实施方式中，驱动轴通过前滚动轴承和后滚动轴承可旋转地支承在壳体中，这些滚动轴承在轴向上相对于中心轴线被布置在传动单元的相对侧上，这些滚动轴承分别优选地被布置成紧邻传动单元，在该实施方式中，特别地前滚动轴承被布置在支架区段的前支承区段上，并且后滚动轴承被布置在支架区段的后支承区段上。
在根据上述实施方式的另一有利的实施方式中，或者在另一实施方式中，从动轴通过前滚动轴承和后滚动轴承可旋转地支承在驱动轴上或驱动轴中，这些滚动轴承在轴向上相对于中心轴线被布置在传动单元的相对侧上，在该实施方式中，特别地前滚动轴承被布置在支架区段的前支承区段和从动轴的前支承区段之间，并且后滚动轴承被布置在支架区段的后支承区段和从动轴的后支承区段之间。
在一个有利的实施方式中，驱动轴和壳体之间的后滚动轴承以及驱动轴和从动轴之间的后滚动轴承在中心轴线的径向投影中不重叠。
在另一有利的实施方式中，在轴向上看，驱动轴和从动轴之间的前滚动轴承在紧邻传动单元处开始，并且在相对于中心轴线的轴向方向上在支架区段的前支承区段的大部分上延伸和/或延伸直到端面附近。
另一有利的实施方式包括用于吸收由传动单元产生的转矩的旋转固定单元。
本发明的同样有利的实施方式提出了一种用于在工件中制造螺纹或螺纹孔的方法，其中：
a)利用根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置将工具联接至驱动器，以利用螺纹制造区域制造螺纹或螺纹孔，
b)在第一工作阶段期间，工具在工作运动中运动到工件中，其中工作运动包括围绕中心轴线具有预定的旋转方向的旋转运动和工具在轴向相对于中心轴线的轴向前进方向上根据螺距与旋转运动同步的轴向进给运动，使得工具的一整圈旋转对应于工具轴向进给的预定的螺距，并且其中在第一工作阶段期间，螺纹制造区域在工作运动中在工件中制造出低于预定的螺距延伸的螺纹段，
c)在第一工作阶段之后的第二工作阶段期间，工具在制动运动中进一步运动到工件中直到折回点，其中至少在制动运动的一部分期间，优选地在整个制动运动期间，工具相对于一整圈旋转的轴向进给的量小于螺距，并且在折回点处为零，并且其中工具的螺纹制造区域在制动运动期间在工件中制造出至少一个特别是闭合的或环形的圆周槽，
d)传动单元的传动比至多为1：3。
在一个有利的实施方式中，传动比被选择成在1∶3和1∶10之间，特别是在1∶4和1∶8之间，优选在1∶4和1∶5之间。
在一个有利的实施方式中，工具还包括用于制造芯孔的至少一个钻孔区域。钻孔区域被布置在比螺纹制造区域更靠前的区域中，特别是在前端部或自由端部处的区域中。钻孔区域和螺纹制造区域彼此刚性地运动联接，和/或被紧固或构造在共同的工具载体或工具柄上。优选地，在工作运动期间，工具的钻孔区域在工件中制造出芯孔，并且螺纹制造区域在该芯孔的表面中制造出低于预定的螺距延伸的螺纹段。螺纹制造区域通常比钻孔区域相对于工具轴线更径向向外突出。由此，可以在工具没有径向进给的情况下制造出螺纹，并且在反向时可以再次移出钻孔区域，而不会破坏穿过芯孔的螺纹。
根据本发明的工具联接装置已经被证明在刚性和同心度特性以及对壳体振动的不敏感性方面是特别有利的。
在根据本发明的一个实施方式中，现在可以提出：
d)在工作运动期间，工具的旋转运动的(实际)转速在其时间曲线中经过第一平台，其中转速恒定保持在预定的(或编程的或在控制程序中给定的)最大转速，以及
e)在制动运动期间，工具的旋转运动的(实际转速)在其时间曲线中经过第二平台，其中转速恒定保持在相同的预定的最大转速，
f)其中工具的旋转运动的预定的最大转速被选择为至少在螺纹制造区域处实现至少57m/min，特别是至少85m/min的轨道速度，这在6mm的螺纹直径的情况下对应于至少3000U/min，特别是至少4500U/min的最大转速。
在根据本发明的一个实施方式中提出，在机床驱动器的编程中，对机床驱动器的旋转运动的最大转速进行编程，该最大转速对应于传动比和工具的旋转运动的预定的最大转速的乘积。
在一个实施方式中，在转速的第一平台的时间区间和转速的第二平台的时间区间之间，存在转速下降到低于最大转速的中间时间区间。在一个实施方式中，中间时间区段的区间时长与第二平台的时间区段的区间时长之比在0.5至2.4的范围内。在一个实施方式中，第二平台的区间时长被选择成在0.01s至0.25s，特别是0.02s至0.13s的范围内，和/或在一个实施方式中，中间时间区间的区间时长被选择成在0.05s与0.15s之间，特别是0.06s与0.10s之间。在一个实施方式中，在第一工作阶段或工作运动开始时或在工具进入到工件中的切入点时就已经达到最大转速。在一个实施方式中，在螺纹制造区域处达到的最大轨道转速被选择成在57m/min至189m/min，特别是85m/min至132m/min的范围内。
在一个有利的实施方式中，传动比被选择成在1∶3与1∶10之间，特别是在1∶4与1∶8之间，优选在1∶4与1∶5之间。
螺纹制造区域通常具有与待制造的螺纹的螺纹轮廓相对应的作用轮廓。在一个实施方式中，螺纹制造区域优选在工具的前部区域中具有至少一个螺纹齿，优选两个螺纹齿。
优选地，制动运动包括旋转方向与工作运动相同的旋转运动。通常，制动过程或第二工作阶段在轴向进给与第一工作阶段的螺距相对应的情况下开始。制动过程应理解为从初始螺距制动到在终点或折回处为零，而不必包括在整个旋转角度区间上根据旋转角度(制动加速度)的轴向进给的减少，特别是减少到低于螺距的值。相反，也可以实现这样的旋转角度区间，其中轴向进给相对于旋转角度为零或者甚至暂时为负，即其方向反转了。在一个优选的实施方式中，在制动运动期间，根据工具的轴向进给和旋转角度之间的事先存储的明确关系，特别是函数或函数序列，根据工具的旋转运动的旋转角度来控制轴向进给运动。定义轴向进给(或轴向穿透深度)和旋转角度之间的关系的函数可以具有连续的定义域和值域，或者也可以具有离散的定义域和值域，该定义域或值域具有事先存储的或事先测定的离散的值对或值表。在一个实施方式中，旋转运动在折回点处的旋转速度也是零，和/或在制动运动期间工具的总的或相加的轴向进给被选择或设定成在螺距的0.1倍至2倍之间。
在一个优选的实施方式中，在制动运动期间，在多个连续的制动步骤中选择或设定工具的轴向进给和旋转角度之间彼此不同的关系，特别是函数。在一个特别有利的实施方式中，在多个(特别是所有)的制动步骤期间，为轴向穿透深度或轴向进给选择旋转角度的线性函数，和/或(编程的)斜率，即根据旋转角度的轴向穿透深度或轴向进给的导数，在这些制动步骤的每个制动步骤中斜率是恒定的，并且从一个制动步骤到随后的制动步骤，在量值上减小。该实施方式可以特别简单地实施，其方式是针对工作运动使用用于攻丝过程的NC控制(例如，G33路径条件)，以及螺纹的螺距，并且在多个制动步骤中同样使用优选相同的用于攻丝过程的NC控制(例如，G33路径条件)，以及将各自的恒定斜率作为螺距参数。
在一个实施方式中，在到达折回点之后，启动工具的反向运动，利用该反向运动使工具移出工件，其中反向运动首先包括第一反向阶段，利用该第一反向阶段，工具的螺纹制造区域被引导回到已制造的螺纹的螺纹段中，并且随后是第二反向阶段，在该第二反向阶段期间，螺纹制造区域经过螺纹段被向外引导远离工件。优选地，反向运动以与工作运动和制动运动对称的运动轨迹进行，其中旋转方向相反并且进给反向。
在一个有利的实施方式中，第一反向阶段中的反向运动以与第二工作阶段期间的制动运动中的量值相同的、仅在旋转方向和进给方向上反向的事先存储的工具的轴向进给和旋转角度之间的明确关系(特别是函数或函数序列)进行控制，必要时省略或缩短平衡步骤(如果存在的话)。
附图说明
下面将基于实施例进一步阐述本发明。在此还参考了附图，在附图中分别示意性地示出了：
图1是具有传动单元的工具联接单元的实施方式的纵截面，该工具联接单元用于将组合的钻孔和螺纹制造工具与驱动单元联接，
图2是根据图1的实施方式的横截面，以及
图3是根据图1和图2的实施方式的透视图。
在图1至图3中，彼此对应的部件和尺寸设有相同的附图标记。
在图1至图3中，示出了根据本发明的工具联接装置。工具连接装置被设置成用于将用于加工工件的工具2(特别是用于在工件中制造螺纹或螺纹孔的工具2)联接至未示出的驱动单元(或简称为驱动器)，特别是工具机床的机床主轴。工具联接装置包括与工具2旋转地联接或可旋转地联接的从动轴(或工具柄、夹持头)12、壳体100、与驱动单元旋转地联接或可旋转地联接的驱动轴(或机床杆)90以及在驱动轴90和从动轴12之间的传动单元16，该传动单元用于将驱动轴90的旋转运动转换为从动轴12的旋转运动。
工具2被保持在夹持钳10中，夹持钳10又被保持在从动轴12的形成于端部区域处的夹持区段(或夹持钳容纳部)19中。为了保持工具2，夹持钳10借助于拧到从动轴12的螺纹上的锁紧螺母11被向内挤压或张紧。当然，代替夹持钳10，可以提供另一种保持装置，例如快速更换式插入件或收缩卡盘(Schrumpffutter)。
在从动轴12的夹持区段19之后，从动轴12穿过壳体100的开口110进一步延伸到壳体100中，其中从开口110向内沿相对于中心轴线ZA的轴向方向看，依次布置了从动轴12的前支承区段18、联接区段20和后支承区段15以及最后的端部区段8。从动轴12的端部区段8通过壳体的背离开口110的另一开口111被居中地向外引导。
驱动轴90包括具有容纳空间92的适配部91，该容纳空间用于容纳和联接工具机床的机床主轴或轴(未示出)或另一驱动器。适配部91可以适配机床主轴的各种形状。
驱动轴90具有与适配部91相邻的中空轴93，中空轴93包围中心的空腔94，空腔94容纳从动轴12，特别是从动轴12的端部区段8和除夹持区段19之外的其他区段。驱动轴90的中空轴93穿过壳体100的另一开口111延伸到壳体100中，并且在壳体100内的支架区段(或齿轮支架)95中延伸，直到驱动轴90的端面90A或其支架区段95位于壳体100的开口110之前不远处。接着，相对于中心轴线ZA在轴向上看，支架区段95由后支承区段95A、多个(特别是三个)中间区段95B和至少一个前支承区段95C组成。前支承区段95C形成驱动轴90的端部区域，并且向前延伸直到壳体100的具有开口110的端侧的壳体壁之前不远处。
优选地，驱动轴90也被构造成连续体或一件式主体，以便能够实现没有连接公差或接合公差的尽可能刚性的构造。然而，驱动轴90也可以被构造成是多件式的，例如具有可更换的适配部91，以便容易地适配于不同的机床主轴。
优选地，从动轴12和/或驱动轴90和/或夹持钳10沿着中心轴线ZA延伸，并且优选地形成为关于中心轴线ZA是基本上旋转对称的。
轴向连续的中心的内部通道13在从动轴12内延伸，以用于例如通过容纳空间92中的传输管7并且通过从动轴12内的位于内部通道13的两个端部处的传输单元14向工具2供应冷却剂和/或润滑剂。优选地，从动轴12被构造成连贯体或一件式主体，以便能够实现没有连接公差的尽可能刚性的构造。
壳体100中的两个开口110和111通过未详细示出的密封件围绕驱动轴90或从动轴12被密封。
从动轴12与通过夹持钳10一起旋转或抗旋转地保持在其上的工具2一起和驱动轴90分别可以在前进旋转方向VD(或未示出的后退旋转方向)上围绕中心轴线ZA旋转。抗旋转地与机床主轴联接的驱动轴90以机床主轴的驱动转速或机床转速或主轴转速nS旋转，并且从动轴12与通过夹持钳10抗旋转地保持在其上的工具2一起以从动转速或工具转速nW分别围绕中心轴线ZA旋转。
现在，布置在壳体100内的传动单元16连接在驱动轴90和从动轴12之间。传动单元16优选在旋转方向相同的情况下根据传动单元16的传动比I＝nS/nW将主轴转速或驱动转速nS转换成工具转速或从动转速nW。在一个实施方式中，传动比I被选择成在1∶3与1∶10之间，特别是在1∶4与1∶8之间，优选在1∶4与1∶5之间。
在所示的实施例中，传动单元16构造有齿轮传动机构，特别是行星传动机构(或行星齿轮传动机构)。传动单元16的传动机构包括：中心齿轮(“太阳齿轮”)64；具有内齿部68的外部传动机构圈(或空心齿轮、环形体)69，该外部传动机构圈固定地布置在壳体100上或与壳体100连接；以及布置在齿轮64和内齿部68之间的中间齿轮(或“行星齿轮”，行星轮)，例如三个中间齿轮61、62和63。中间齿轮61、62和63分别以其外齿部啮合中心齿轮64的外齿部，并且啮合壳体100上的传动机构圈69上的内齿部68。在轴向上看，中心齿轮64被布置在壳体100的中间区域中，并且抗旋转地或一起旋转地在从动轴12的联接区段20上与从动轴12连接。齿轮61至64的齿部和传动机构的内齿部68确定了传动单元16的传动比I。
行星齿轮或中间齿轮61和62和63被安装在驱动轴90的支架区段95上，该支架区段95被设置为齿轮支架，优选地如下设置。中间齿轮61、62和63被引入到支架区段95中的被布置成在圆周方向上彼此隔开的相关切口或齿轮容座71、72和73中，并且通过相关的轴销65、66和67可旋转地紧固和支承。如在图2中可最佳看到的，齿轮容座71、72和73在圆周方向上位于支架区段95的中间区段95B之间，并且在相对于中心轴线ZA的轴向方向上位于后支承区段95A和前支承区段95C之间。
齿轮容座71至73的轴向厚度基本上对应于传动机构圈69的轴向厚度。
优选地，用于旋转支承中间齿轮61、62和63的轴销65、66和67从端面90A被引入到支架区段95中，并且穿过相应的中间齿轮61、62和63中的中心的支承孔、相关的齿轮容座71、72和73延伸直至后支承区段95A中，并且例如通过螺纹被固定在后支承区段中。优选地，由轴销65、66和67确定的齿轮61、62和63的旋转轴线平行于中心轴线ZA，中心轴线ZA是从动轴12和中心齿轮64的旋转轴线并且也优选是驱动轴90的旋转轴线。优选地，轴销65、66和67不抗旋转地与齿轮连接，而是用作旋转支承件，相关的齿轮61、62和63在这些旋转支承件上并且相对于这些旋转支承件旋转。由此，可以实现传动机构的结构空间较小。
因此，中空轴93的支架区段95形成了行星传动机构的与驱动器一起旋转的“架(Steg)”。因此，在所示的行星传动机构的优选实施方式中，行星传动机构的空心齿轮69抗旋转地与壳体100连接，架95可旋转地与驱动轴90连接，并且太阳齿轮64可旋转地与从动轴12连接。
在行星传动机构的第一变型中，行星传动机构的架也可以抗旋转地与壳体连接，空心齿轮可以可旋转地与驱动轴连接，并且太阳齿轮可以可旋转地与从动轴12连接。在该行星传动机构的第二变型中，空心齿轮也可以可旋转地与驱动轴连接，行星传动机构的架可以可旋转地与驱动轴连接并且固定地与壳体连接，并且太阳齿轮可以可旋转地与从动轴12连接。此外，代替这种行星传动机构，也可以为传动单元16提供另一种传动机构，例如摩擦传动机构或另外的齿轮传动机构。
优选地，传动单元16具有大致环形的基本构型或轮廓，和/或相对于中心轴线在轴向上看具有基本上恒定的轴向厚度，在所示的实施方案中，该轴向厚度对应于传动机构圈69的轴向厚度。
驱动轴90通过传动单元16两侧上的前滚动轴承97B和后滚动轴承97A围绕中心轴线ZA在壳体100中或壳体上可旋转地支承在壳体100的内侧面上。
在驱动轴90的后支承区段95A中，驱动轴90借助于以恒定半径环绕中心轴线ZA的后滚动轴承97A可旋转地支承在壳体100的内侧面上，并且在驱动轴90的前支承区段95C中，驱动轴90借助于以恒定半径(优选地与滚动轴承97A相同的半径)环绕中心轴线ZA的前滚动轴承97B可旋转地支承在壳体100的内侧面上。在轴向上看，滚动轴承97A和97B被布置成在传动单元16的前后方附近或紧邻传动单元16的前后方。优选地，滚动轴承97A和97B各自由单排承载性能大的轴承滚珠构成。然而，也可以提供多排轴承滚珠或者滚柱轴承。
进一步向前，还布置了具有更小的轴承滚珠的传感器滚动轴承97C，传感器滚动轴承97C可以包括用于检测已制造的螺纹的数量的磁体和磁性传感器，例如在DE102018121315 A1中描述的。
从动轴12现在通过传动单元16两侧上的前滚动轴承98和后滚动轴承96围绕中心轴线ZA可旋转地仅支承在驱动轴90中或驱动轴90上，因此不可旋转地支承在壳体100上或壳体100中。由此，避免或至少显著地减少了将壳体100的振动传递到从动轴12并从而传递到工具2上。
例如，作为从动轴12通过轴承96和98直接支承在驱动轴90中的优点可以如下：
■由于只有一个界面(Schnittstelle)，同心度提高
■在加工时没有由于壳体振动而引起的工具的位置偏差
■位置偏差与加工转速(频率和振幅水平)无关
■径向刚度提高
后滚动轴承96布置在从动轴12的后支承区段15和驱动轴90的支架区段95的后支承区段95A之间，并且以恒定的半径环绕中心轴线ZA布置。
优选地，与驱动轴90和壳体100之间的后滚动轴承97A相比，从动轴12和驱动轴90之间的后滚动轴承96在相对于中心轴线ZA的轴向方向上与传动单元16隔开得更远。
优选地，后滚动轴承97A和后滚动轴承96在朝向中心轴线ZA的假想径向投影中不重叠，即，它们在相对于中心轴线ZA的轴向方向上看是轴向偏置的。特别地，后滚动轴承97A在轴向上位于后滚动轴承96和传动单元16之间。由此，使得径向作用的力在轴向上更好地分布，并且可以通过驱动轴90的一体的且坚固的设计来抑制传动机构的振动。
优选地，后滚动轴承96具有单排轴承滚珠，这些轴承滚珠特别地小于滚动轴承97A的轴承滚珠，但是这些后滚动轴承96也可以具有多排轴承滚珠。然而，也可以是滚柱轴承。
前滚动轴承98布置在从动轴12的前支承区段18和驱动轴90的支架区段95的前支承区段95C之间，并且以恒定的半径环绕中心轴线ZA，其中该半径也可以略大于后滚动轴承96的半径，使得轴承可以良好地装配。优选地，轴承98被选择成在结构尺寸方面尽可能大，以便实现高的轴向和径向的刚度。
用于将从动轴12可旋转地支承在驱动轴90中的前滚动轴承98在轴向上看在传动单元16前方紧邻布置，并且在相对于中心轴线ZA的轴向方向上在驱动轴90的支架区段95的前支承区段95C的大部分(特别是至少60％至80％)上延伸直到端面90A的附近。由此，实现了前支承区段18和95C彼此之间的刚性且稳定的旋转支承。
优选地，前滚动轴承98包括在轴向上依次布置的多排(特别是如图所示的三排)轴承滚珠，这些轴承滚珠特别地小于后滚动轴承97A的轴承滚珠。各个排的轴承滚珠可以交替地传递压力和拉力和/或作为一个组相互拉紧。优选地，滚动轴承98也是(部分)轴向轴承，以吸收优选过程的轴向力。
然而，前滚动轴承98也可以仅具有一排或两排轴承滚珠。在这种情况下，其他滚动轴承96优选地被构造成轴向轴承。也可以再次将滚柱轴承作为轴承98，优选地为锥形滚柱轴承，以吸收轴向力。
优选地，驱动轴90的支架区段95的前支承区段95C和壳体100之间的前滚动轴承97B以及驱动轴90的支架区段95的前支承区段95C和从动轴12的前支承区段18之间的前滚动轴承98在朝向中心轴线ZA的假想径向投影中部分重叠，以便能够实现紧凑的结构。
优选地，从壳体100的开口110向后看，从动轴12在其从前支承区段18到端部区段8的整个轴向长度上具有小于驱动轴90的中空轴93的相应内直径的外直径，其中滚动轴承96和98被布置在从动轴12的外表面和驱动轴90的中空轴93的内表面之间。换句话说，从动轴12在径向上看被布置在驱动轴90内或被驱动轴90包围。
所描述的驱动轴90和从动轴12的支承实现了非常刚性且稳定的结构，具有极好的同心度特性。在开篇提到的目前的
Figure BDA0003513015220000161
卡盘中，存在多个界面或参考平面，而通过根据本发明的这种改型实现了更高的系统刚度，并由此在公差和同心度方面实现了更高的精度，这对于孔、芯孔和螺纹孔的制造和定位是特别有利的。夹持头或从动轴12作为旋转体支承在驱动轴90(或杆)中但不再支承在壳体100中，该旋转体优选是连续的并且从壳体100的两侧突出，该驱动轴优选也作为连续的并且仍然终止于壳体中的旋转体。由此，只有一个界面或参考平面，并且壳体振动对夹持头12和工具2几乎没有任何影响。用于旋转支承传动单元16的行星传动机构的行星齿轮的轴销从驱动轴90的端面90A引入并被紧固。
为了吸收由传动单元16的传动机构由于作用＝反作用(actio＝reactio)而产生的转矩，上面在图1至图3所示的并且与壳体100固定连接的旋转固定单元9被设置为转矩固定装置。在沿着平行于中心轴线ZA的轴线B的轴向布置中，旋转固定单元9包括固定螺栓103和连接部件104，固定螺栓103在导向部件中被引导，连接部件104用于连接至非旋转的固定参考系统，例如机床框架或机床壳体。在所示的非连接状态下，连接部件104是自由的，并且被支撑在与壳体100连接的导向部件118上的弹簧109沿着轴线B向前挤压。由此，锁定元件105接入到驱动轴90上的中空轴93外侧的外部元件106中的锁定容纳部(锁定槽)中。突起112和止动面113用于连接。另外，在未示出的连接状态下，连接部件104沿着轴线B向后抵压弹簧109，并且锁定元件105移出外部元件106的锁定容纳部，由此准备好操作。
优选地，根据本发明的工具联接装置的实施方式被提供用于螺纹制造工具或螺纹孔制造工具以及用于制造螺纹或螺纹孔的方法，其由本申请人以名称
Figure BDA0003513015220000171
使用，或者特别是从开篇提到的WO 2019/238175 A1中已知，或者也用于在一般部分中描述的方法，但是也可以与此独立地用于另一种旋转工具或方法，例如仅用于钻孔。
与开篇提到的EP 2 361 712 A1已知的卡盘或开篇描述的本申请人的
Figure BDA0003513015220000172
卡盘的区别在于，即使没有借助于弹性体实现最小长度补偿也实现了完全刚性的联接。
参考标记列表
2 工具
7 传输管
8 端部区段
9 旋转固定单元
10 夹持钳
11 锁紧螺母
12 从动轴(夹持头)
13 内部通道
14 传输单元
15 后支承区段
16 传动单元
18 前支承区段
19 夹持区段
20 联接区段
61、62、63 中间齿轮
64 中心齿轮
65、66、67 轴销
68 内齿部
69 传动机构圈
71、72、73 齿轮容座
90 驱动轴
90A 端面
91 适配部
92 容纳空间
93 中空轴
94 空腔
95 支架区段
95A 后支承区段
95B 中间区段
95C 前支承区段
96 后滚动轴承
97A 后滚动轴承
97B 前滚动轴承
97C 传感器滚动轴承
98 前滚动轴承
100 壳体
101 侧壳体
102 罩
103 固定螺栓
104 连接部件
105 锁定元件
106 外部元件
109 弹簧
110 第一开口
111 第二开口
112 突起
113 止动面
118 导向部件
B 轴线
nS 主轴转速(驱动转速)
nW 工具转速(从动转速)
VD 前进旋转方向
ZA 中心轴线。

Claims (19)

1.一种工具联接装置，所述工具联接装置用于将工具，特别是用于制造螺纹或螺纹孔的工具联接至驱动器，特别是工具机床的驱动器，所述工具联接装置包括：
a)驱动轴(90)，其用于联接至所述驱动器，
b)从动轴(12)，其用于联接至所述工具(2)，其中所述从动轴(12)围绕中心轴线(ZA)旋转或能够围绕中心轴线旋转，
c)传动单元(16)，其连接在驱动轴(90)和从动轴(12)之间，并且根据传动比将所述驱动轴(90)以驱动转速(nS)的旋转运动转换成所述从动轴(12)以大于所述驱动转速(nS)的从动转速(nW)的旋转运动，以及
d)非旋转的壳体(100)，
e)其中，所述传动单元(16)和所述驱动轴(90)的与所述传动单元(16)联接的至少部分(95、95A、95B、95C)以及所述从动轴(12)的与所述传动单元(16)联接的部分(18、20、15)被布置在所述壳体(100)内，
f)其中，所述驱动轴(90)可旋转地支承在所述壳体(100)上或所述壳体中，以及
g)其中，所述从动轴(12)仅可旋转地支承在所述驱动轴(90)上或所述驱动轴中，而不是可旋转地支承在所述壳体(100)上或所述壳体中。
2.根据权利要求1所述的工具联接装置，其中，所述从动轴(12)与所述壳体(100)间隔开和/或与所述壳体(100)脱离联接，使得壳体振动不直接从所述壳体(100)传递到所述从动轴(12)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的工具联接装置，其中，在相对于所述中心轴线(ZA)的轴向方向上看，所述从动轴(12)具有用于保持所述工具(2)或所述工具的工具保持器(10)的保持区段(19)、前支承区段(18)、用于联接至所述传动单元(16)的联接区段(20)以及后支承区段(15)，并且优选地还具有端部区段(8)，其中，所述前支承区段(18)、所述联接区段(20)和所述后支承区段(15)被布置在所述壳体(100)内，并且所述保持区段(19)以及必要时还有至少部分地所述端部区段(8)被布置在所述壳体(100)外。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，在相对于所述中心轴线(ZA)的轴向方向上看，所述驱动轴(90)具有支架区段(95)和用于联接至所述驱动器的适配部(91)，其中所述支架区段(95)具有后支承区段(95A)、用于联接所述传动单元(16)的至少一个中间区段(95B)和终止于端面(90A)的前支承区段(95C)，其中所述前支承区段(95C)及其端面(90A)、每个中间区段(95B)和所述后支承区段(95A)被布置在所述壳体(100)内，而所述适配部(91)被布置在所述壳体(100)外。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，所述从动轴(12)至少部分地被布置在所述驱动轴(90)的空腔(94)内，或者至少部分地被所述驱动轴(90)包围，和/或其中优选地，所述从动轴(12)和/或所述驱动轴(90)沿着所述中心轴线(ZA)延伸和/或被构造成至少基本上关于所述中心轴线(ZA)是旋转对称的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，所述从动轴(12)被构造成一件式的和/或连贯的刚性的旋转体，和/或其中，所述驱动轴(90)整体或至少所述驱动轴的支架区段(95)被构造成一件式的和/或连贯的刚性的旋转体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，所述壳体(100)具有用于使所述从动轴(12)优选密封地穿过的第一开口(110)，并且具有用于使所述驱动轴(90)并且优选也使所述从动轴(12)优选密封地穿过的第二开口(111)，并且所述中心轴线(ZA)延伸穿过所述第一开口(110)并且优选也穿过所述第二开口(111)，
其中所述第一开口(110)优选地被构造在所述壳体(100)的端侧的壳体壁中，并且其中优选地所述前支承区段(95C)向前延伸直至刚好在所述端侧的壳体壁之前并且以所述端面(90A)面对所述端侧的壳体壁。
8.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，轴向连续的中心的内部通道(13)在所述从动轴(12)内延伸，用于向所述工具(2)供应冷却剂和/或润滑剂，例如经由所述适配部(91)中的传输管(7)并且经由所述从动轴(12)内在所述内部通道(13)的两个端部处的传输单元(14)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，所述传动单元(16)包括齿轮传动机构，特别是行星传动机构，其中所述齿轮传动机构具有中心齿轮(64)、与所述壳体(100)固定地连接并且具有内齿部(68)的外部传动机构圈(69)以及布置在所述中心齿轮(64)与所述内齿部(68)之间的一个或更多个中间齿轮(61、62、63)，所述中间齿轮分别以其外齿部啮合所述中心齿轮(64)的外齿部和所述传动机构圈(69)上的内齿部(68)，其中所述中心齿轮(64)在所述从动轴(12)的联接区段(20)上与所述从动轴抗旋转地连接，并且优选地所述中心轴线(ZA)是所述中心齿轮(64)的旋转轴线，其中优选地所述中间齿轮(61、62、63)的旋转轴线平行于所述中心轴线(ZA)。
10.根据权利要求9所述的工具联接装置，其中，每个中间齿轮(61、62、63)被插入到齿轮容座(71、72、73)中，所述齿轮容座被构造成所述驱动轴(90)中的切口，特别是所述支架区段(95)中的切口，其中在有多个齿轮容座(71、72、73)的情况下，所述支架区段(95)的中间区段(95B)在圆周方向上分别位于两个齿轮容座之间，并且其中优选地，所述齿轮容座(71、72、73)的轴向厚度基本上对应于所述传动机构圈(69)的轴向厚度。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的工具联接装置，其中，每个中间齿轮(61、62、63)可旋转地支承在相关联的轴销(65、66、67)上，其中每个轴销(65、66、67)优选地在所述端面(90A)处被引入到所述支架区段(95)的前支承区段(95C)中，并且延伸穿过相应的中间齿轮(61、62、63)中的中心的支承孔、相关的齿轮容座(71、72、73)直至进入到所述支架区段(95)的后支承区段(95A)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中，所述驱动轴(90)通过前轴承，优选滚动轴承(97B)和后轴承，优选滚动轴承(97A)可旋转地支承在所述壳体(100)中，所述前轴承和所述后轴承在轴向上相对于所述中心轴线(ZA)被布置在所述传动单元(16)的相对侧上，所述前轴承和所述后轴承分别优选地被布置成紧邻所述传动单元(16)，其中特别地，所述前轴承(97B)被布置在所述支架区段(95)的前支承区段(95C)处，并且所述后轴承(97A)被布置在所述支架区段(95)的后支承区段(95A)处。
13.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，其中所述从动轴(12)通过前轴承，优选滚动轴承(98)和后轴承，优选滚动轴承(96)可旋转地支承在所述驱动轴(90)上或所述驱动轴中，所述前轴承和所述后轴承在轴向上相对于所述中心轴线(ZA)被布置在所述传动单元(16)的相对侧上，其中特别地，所述前轴承(98)被布置在所述支架区段(95)的前支承区段(95C)和所述从动轴(12)的前支承区段(18)之间，并且所述后轴承(96)被布置在所述支架区段(95)的后支承区段(95A)和所述从动轴(12)的后支承区段(15)之间，和/或其中，所述前轴承(98)和/或所述后轴承(96)被构造成轴向轴承，以便吸收轴向力，特别是来源于所述工具(2)或所述从动轴(12)的轴向力。
14.根据权利要求12和权利要求13所述的工具联接装置，其中，驱动轴(90)和壳体(100)之间的所述后轴承(97A)以及驱动轴(90)和从动轴(12)之间的所述后轴承(96)在所述中心轴线(ZA)上的径向投影中不重叠。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的工具联接装置，其中，在轴向上看，驱动轴(90)和从动轴(12)之间的所述前轴承(98)在紧邻所述传动单元(16)处开始，并且在相对于所述中心轴线(ZA)的轴向方向上在所述支架区段(95)的前支承区段(95C)的大部分上延伸和/或延伸直到所述端面(90A)附近。
16.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置，所述工具联接装置具有用于吸收由所述传动单元(16)产生的转矩的旋转固定单元(9)。
17.一种用于在工件中制造螺纹或螺纹孔的方法，其中：
a)利用根据前述权利要求中任一项所述的工具联接装置将工具联接至驱动器，以利用螺纹制造区域制造螺纹或螺纹孔，
b)在第一工作阶段期间，所述工具在工作运动中运动到所述工件中，其中所述工作运动包括围绕所述中心轴线(ZA)具有预定的旋转方向(VD)的旋转运动和所述工具在轴向相对于所述中心轴线(ZA)的轴向前进方向上根据螺距与所述旋转运动同步的轴向进给运动，使得所述工具的一整圈旋转对应于所述工具轴向进给的预定的螺距，并且其中在所述第一工作阶段期间，所述螺纹制造区域在所述工作运动中在所述工件中制造出低于预定的螺距延伸的螺纹段，
c)在所述第一工作阶段之后的第二工作阶段期间，所述工具在制动运动中进一步运动到所述工件中直到折回点，其中至少在所述制动运动的一部分期间，优选地在整个制动运动期间，所述工具相对于一整圈旋转的轴向进给的量小于所述螺距，并且在所述折回点处为零，并且其中所述工具的螺纹制造区域在所述制动运动期间在所述工件中制造出至少一个特别是闭合的或环形的圆周槽，
d)所述传动单元(16)的传动比至多为1∶3。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述传动比被选择成在1∶3和1∶10之间，特别是在1∶4和1∶8之间，优选在1∶4和1∶5之间。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述工具还包括至少一个钻孔区域，并且其中在所述第一工作阶段的工作运动期间，所述工具的钻孔区域在所述工件中制造出芯孔，并且所述螺纹制造区域在由所述钻孔区域产生的芯孔的内壁中制造出所述螺纹段。
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