CN116669887A - 具有平衡装置和夹紧元件的刀具头以及具有这种刀具头的机床 - Google Patents

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Abstract

一种用于齿轮加工机的刀具头(300)具有第一主轴单元(320)和第二主轴单元(330)，第一主轴单元具有第一主轴轴(322)，第二主轴单元具有第二主轴轴(332)。刀具(340)可轴向地容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间。平衡装置(350，360)与每个主轴单元相关联。平衡装置在径向上围绕相应的主轴轴并且轴向地设置在相应的主轴单元的刀具侧的主轴轴承(323，333)和相应的主轴轴的刀具侧的端部之间。刀具通过拉杆(370)和夹紧元件(372)在这两个主轴轴之间轴向夹紧。

Description

具有平衡装置和夹紧元件的刀具头以及具有这种刀具头的 机床
技术领域
本发明涉及一种刀具头。本发明还涉及到具有这种刀具头的机床。
背景技术
在许多机床中使用旋转刀具。为了实现高质量的加工结果，需要对刀具进行平衡，即消除不平衡。这尤其适用于齿轮加工机，即用于加工齿轮的机器。
当旋转体旋转时，将旋转体的旋转轴线不对应于其主惯性轴线称为不平衡。静态不平衡和动态不平衡不同。通常这两种形式同时发生。当转动轴线并未伸展穿过旋转体的重心时产生静态不平衡。静态不平衡在体部转动时产生其重心的圆形运动。当重心中的旋转轴线相对于主惯性轴线倾斜时产生动态不平衡。动态不平衡在轴线的端部处引起移动180°的圆形振动。旋转体的重心保持在静止位置中，而轴线由于相对的圆形运动而摆动。如果轴线由轴承固定，那么引起轴承的相应的负荷。
刀具上的不平衡在工件加工时导致生产精度降低、较差的表面质量和较快的刀具磨损。此外，还可能发生轴承损伤。平衡的目的是，将刀具的振动和作用到轴承上力限制在可接受的数值内。
当要对小直径的刀具进行平衡时，产生特殊的挑战。尤其地，在齿部生产中，小直径的刀具被越来越多地使用。为了实现所期望的切割速度，这种刀具通常在相对高的转速中运行。因为不平衡力与转速的平方成正比地提高，所以会出现非常高的不平衡力。同时，这种刀具通常相对于其直径是相对长的。因此，由动态不平衡引起的弯曲力矩具有特别大的影响。
从现有技术中已知的是，通过适当的平衡装置将旋转刀具上的不平衡降到最低。平衡装置通常设置在刀具内部中，如在EP3153277A1的图1所示出的那样。然而，当要使用小直径的刀具时，这种设置有局限性。于是，刀具内部中的可用的空间往往不再足以安装足够能起作用的平衡装置。
为了解决这个问题，EP3153277A1提出，将刀具容纳在马达主轴和无驱动的配对主轴之间，并将平衡装置集成在马达主轴和配对主轴的轴中。这种解决方案的缺点是，平衡装置离刀具相对远并且远离马达主轴和配对主轴的靠近刀具的轴承部位。在马达主轴和配对主轴的轴中往往也没有足够的空间来安装能起作用的平衡系统。
发明内容
本发明的目的是，给出一种刀具头，所述刀具头也可用于小直径的刀具并且实现这种刀具的有效平衡。
该目的通过根据权利要求1所述的刀具头实现。其他实施方式在从属权利要求中给出。
也就是说，提出一种用于机床，尤其用于齿轮加工机的刀具头。刀具头具有：第一主轴单元，所述第一主轴单元具有第一主轴轴，所述第一主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第一主轴单元中；第一平衡装置，所述第一平衡装置与第一主轴单元相关联；第二主轴单元，所述第二主轴单元具有第二主轴轴，所述第二主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第二主轴单元中；第二平衡装置，所述第二平衡装置与第二主轴单元相关联。
第一主轴单元和第二主轴单元相对于彼此同轴设置，使得刀具可轴向地容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间。根据本发明，第一平衡装置在径向上围绕第一主轴轴，并且轴向地设置在第一主轴单元的刀具侧的主轴轴承和第一主轴轴的刀具侧的端部之间，和/或第二平衡装置在径向上围绕第二主轴轴，并且轴向地设置在第二主轴单元的刀具侧的主轴轴承和第二主轴轴的刀具侧的端部之间。
也就是说，如果刀具容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间，那么第一和/或第二平衡装置在相应的主轴轴外部轴向设置在相关联的主轴单元的刀具侧的主轴轴承和刀具之间。通过所提出的设置，变得可行的是，有效地平衡甚至是小直径的刀具。通过将至少一个平衡装置优选这两个平衡装置围绕主轴轴设置的方式，与当这两个平衡装置都设置在刀具内部或主轴轴内部时相比，可用于平衡元件的空间大得多。由此也能够校正相对大的不平衡。通过将相应的平衡装置轴向设置在刀具侧的主轴轴承和刀具之间，借助于该平衡装置的平衡不仅靠近刀具而且靠近相应的轴承部位进行。由此非常精确的平衡变得可能。
相应的主轴单元往往具有一个以上的主轴轴承。于是，将“刀具侧的主轴轴承”理解为如下主轴轴承，其在有关的主轴单元内沿着刀具主轴轴线距离刀具最近地设置。
尤其地，相对于这两个主轴单元的轴承平面，能够存在平衡平面的如下设置：刀具侧的第一主轴轴承限定垂直于刀具主轴轴线的第一轴承平面，而刀具侧的第二主轴轴线限定垂直于刀具主轴轴线的第二轴承平面。第一平衡装置限定垂直于刀具主轴轴线的第一平衡平面，而第二平衡装置限定垂直于刀具主轴轴线的第二平衡平面。优选的是，第一平衡平面设置在第一轴承平面和第二平衡平面之间(尤其地，与距离第二平衡平面相比更接近第一轴承平面)和/或第二平衡平面设置在第二轴承平面和第一平衡平面之间(尤其地，与距离第一平衡平面相比更接近第二轴承平面)。
如果刀具容纳在这两个主轴轴之间，那么刀具限定垂直于刀具主轴轴的重心平面，所述重心平面包含刀具的重心。于是，第一平衡平面优选位于第一轴承平面和重心平面之间，和/或第二平衡平面优选位于第二轴承平面和重心平面之间。在此优选的是，相应的平衡平面与距离重心平面相比更靠近相应的轴承平面。
通过平衡平面的这种设置实现有效的双平面平衡。
在优选的实施方式中，第一平衡装置和/或第二平衡装置构成为环平衡系统。环平衡系统长久以来从现有技术中已知(例如参见DE4337001A1，US5757662A)，并且实现非常精确的自动平衡，而无需停止主轴的旋转。所述环平衡系统在市场上以不同的设计方案获得。然而，替代于此，也能够使用另一类型的平衡系统，例如，具有可以电马达驱动的方式运动的平衡配重的平衡系统或液压平衡系统。
平衡装置能够构成用于以NC控制的方式工作。为此，第一和/或第二平衡装置能够具有至少一个执行器，以便以NC控制的方式调整有关的平衡装置的校正不平衡。
在刀具头上能够设有至少一个振动传感器，所述振动传感器用于检测由不平衡引起的振动。该传感器能够集成到平衡装置之一中或单独地构成。此外，控制装置也能够与刀具头相关联，所述控制装置构成用于检测至少一个振动传感器的信号并且操控第一和/或第二平衡装置中的执行器，以便根据所检测到的信号调整第一和/或第二平衡装置中的校正不平衡。这种调整能够自动进行，使得减少不平衡。优选的是，控制装置构成用于执行自动的双平面平衡。相应的算法从现有技术中是充分已知的。控制装置能够是机器控制系统的一部分或者也能够是单独的单元。
第一和/或第二平衡装置优选设置在相应的主轴单元的壳体之外。尤其地，第一主轴单元能够具有第一壳体而第二主轴单元能够具有第二壳体。于是，第一和/或第二平衡装置优选设置在第一和第二壳体之外。替选地，第一和第二主轴单元能够具有共同的主轴壳体，并且于是第一和/或第二平衡装置优选设置在共同的主轴壳体之外。
尤其地，第一平衡装置优选轴向地设置在包围第一主轴单元的(第一或共同)主轴壳体和刀具之间，而第二平衡装置轴向地设置在包围第二主轴单元的(第二或共同)主轴壳体和刀具之间，如果刀具容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间的话。
平衡装置的外轮廓优选被优化为，使得在机器的工件主轴上加工工件时将干扰轮廓最小化。具体来说有利的是，第一和/或第二平衡装置具有如下外轮廓，所述外轮廓朝向刀具渐缩。
如果这两个主轴轴轴向地与刀具夹紧，使得在两侧将轴向压力施加到刀具上，那么能够实现明显改进的平衡结果。为此，以下结构是尤其有利的：第二主轴轴具有至少一个轴向孔。刀具头相应地具有至少一个拉杆，所述拉杆延伸穿过第二主轴轴的相应的轴向孔，其中拉杆可在第一端处与第一主轴轴连接。拉杆在其第二端处可与第二主轴轴连接为，使得在第一主轴轴和第二主轴轴之间可产生作用到刀具上的轴向压力。为此，刀具相应地同样具有至少一个轴向孔，使得相应的拉杆能够引导穿过刀具的相应孔。
通过这种类型的轴向夹紧产生由这两个主轴轴和刀具构成的单元，所述单元尤其是抗扭转和抗弯曲的。拉杆和夹紧元件的组合在此实现在刀具和这两个主轴之间的高的轴向压力。因此，上述单元像唯一的轴那样起作用。同时，所述结构能够非常紧凑地构成。由此，这种结构尤其适用于小直径的刀具。
如果不存在平衡装置或者平衡装置不同于上文所描述的那样构成，上述结构也是有利的。就此而言，本发明还涉及一种用于机床，尤其用于齿轮加工机的刀具头，其具有：
第一主轴单元，所述第一主轴单元具有第一主轴轴，所述第一主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第一主轴单元中；和
第二主轴单元，所述第二主轴单元具有第二主轴轴，所述第二主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第二主轴单元中，
其中第一主轴单元和第二主轴单元设置为，使得刀具可轴向地容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间，以便驱动刀具围绕刀具主轴轴线旋转，
其中第二主轴轴具有至少一个轴向孔，
其中刀具头具有至少一个拉杆，所述拉杆延伸穿过第二主轴轴的轴向孔，
其中拉杆在第一端处可与第一主轴轴连接，并且
其中拉杆在另一端处可与第二主轴轴连接为，使得在第一主轴轴和第二主轴轴之间可产生作用到刀具上的轴向压力。
在此有利的是，第一主轴单元具有至少一个第一主轴轴承，其中第一主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第一主轴轴承中，并且其中第一主轴轴承构成用于吸收径向力和轴向力，并且第二主轴单元相应地具有第二主轴轴承，其中第二主轴轴围绕刀具主轴轴线可旋转地支承在第二主轴轴承中，并且其中第二主轴轴承构成用于吸收径向力和轴向力。
优选的是，存在恰好一个拉杆，所述拉杆延伸穿过第二主轴轴中的中央的轴向孔。与之相应地，有利的是，刀具也具有中央的轴向孔，拉杆能够引导穿过所述轴向孔。
在一个尤其简单的实施方案中，拉杆可与第一主轴轴连接，其方式为，所述拉杆轴向拧入第一主轴轴中。为此，能够在拉杆的对应端处并且在第一主轴轴上构成彼此互补的螺纹(内螺纹和外螺纹)。然而，其他连接类型也是可考虑的，例如卡口式连接。拉杆也能够通过延伸穿过第一主轴轴的轴向孔并且在其端部处例如设有螺母，所述螺母朝向刀具牵拉第一主轴轴。
拉杆能够有利地在其另一自由端处设有夹紧元件，所述夹紧元件形成环形的支撑面，其中环形的支撑面在拉杆与第一主轴轴连接后贴靠在第二主轴轴上并且产生作用到第二主轴轴上的轴向压力，以便将其压向第一主轴轴。在最简单的情况下，拉杆为此例如能够构成为具有螺丝头的螺丝。然后，螺丝可拧入第一主轴轴中，并且螺丝头能够形成夹紧元件。然后，轴向夹紧力通过拧紧螺丝相当简单地产生。
在另一同样非常简单的实施方式中，拉杆在其自由端处设有外螺纹，螺母可拧到所述外螺纹上。在这种情况下，螺母形成夹紧元件，并且轴向压力通过拧紧螺母相当简单地产生。
然而，刀具头优选具有夹紧元件，所述夹紧元件可以可拆卸地与拉杆连接并且产生压力，所述压力优选纯轴向地起作用，而不会使夹紧元件的拧紧产生围绕刀具主轴轴线的扭矩分量。为此，夹紧元件具有基座元件，所述基座元件例如能够可经由螺旋连接、卡口或夹紧套筒与拉杆固定连接。基座元件能够具有中央的容纳口，以便容纳拉杆，或者(如果足够的空间可用那么)容纳可固定在拉杆的轴向孔中的销。夹紧元件还具有轴向压力元件，所述轴向压力元件可相对于基座元件朝向第二主轴轴轴向运动，尤其可轴向移动，以便轴向地将第二主轴轴压向第一主轴轴。轴向压力元件尤其能够是环形的，并且围绕中央容纳口或基座元件的销；在这种情况下，轴向压力元件也能够称为“压力环”。轴向压力元件形成上述的环形的支撑面。夹紧元件还具有至少一个操作元件，其中操作元件可相对于基座元件运动，以便使轴向压力元件相对于基座元件轴向运动。压力螺丝例如能够用作为操作元件，所述压力螺丝可沿着纵向或横向拧入基座元件中。这样的夹紧元件本身从现有技术中已知并且在商业上可以许多变型形式获得。
在一些实施方式中，从操作元件到轴向压力元件的力传输纯机械地进行。例如，多个圆柱头螺丝能够用作为操作元件，所述圆柱头螺丝轴向地保持在基座元件上并且可拧入轴向压力元件中，以便该轴向压力元件相对于基座元件轴向移动。在其他实施方式中，一个或多个螺纹销用作为操作元件，所述螺纹销在基座元件中可经由螺纹连接朝向轴向压力元件移置。在又一些实施方式中，操作元件例如作用于传动装置，所述传动装置推进轴向压力元件。例如，能够从德国克莱瓦史塔特的Enemac股份有限公司获得名称为ESB、ESG或ESD的这种夹紧元件。
在其他实施方式中，从操作元件到轴向压力元件的力传输液压地进行。为此，操作元件例如能够构成为压力螺丝，所述压力螺丝在拧入时在液压系统中产生压力，其中该压力作用于轴向压力元件。例如，这种夹紧元件可从德国赫尔不莱锡廷根的Albert SchremWerkzeugfabrik股份有限公司获得。
替代通过在运行时保持在拉杆上的夹紧元件在拉杆和第二主轴轴之间产生轴向压力，也可考虑的是，首先通过夹紧工具产生压力，通过简单的螺母将连接部固定在夹紧状态中，并且然后再次移除夹紧工具。
然而，与借助于贯穿式拉杆相比，刀具也能够以不同的方式在第一主轴轴和第二主轴轴之间夹紧，只要由此产生由这两个主轴轴和刀具构成的牢固夹紧的固定单元。因此，可考虑如下实施方式，其中第一拉杆可在第一端处与刀具连接，例如可与刀具旋拧或者经由空心锥柄与其连接。然后，第一拉杆能够延伸穿过第一主轴轴的轴向孔并且可在其第二端处与第一主轴轴连接，使得可在第一主轴轴和刀具之间产生轴向压力。第二拉杆能够设置在刀具的相对置的侧上。该第二拉杆又能够在第一端处与刀具连接，例如可与刀具旋拧或者经由空心锥柄与其连接。然后，第二拉杆能够延伸穿过第二主轴轴的轴向孔并且可在其第二端处与第二主轴轴连接，使得在第二主轴轴和刀具之间产生轴向压力。
为了在主轴轴之间容纳刀具并且能够将扭矩传输到刀具上，有利的是，在第一和/或第二主轴轴上构成主轴突出部，使得通过在刀具和主轴突出部之间起作用的轴向压力可在有关的主轴突出部处建立与刀具的力配合的和/或形状配合的连接。优选的是，与刀具的连接经由锥形连接部，尤其优选经由具有平坦贴靠部的锥形连接部实现。例如，所述连接能够经由在DIN ISO 666:2013-12中提到的实施方案A、BF、BM、CF或CM之一进行。
在此有利的是，这两个主轴突出部不同地构成，使得刀具仅可容纳在主轴突出部之间的预定方位中。例如，这两个主轴突出部的直径能够的不同的。
为了简化刀具更换，有利的是，第二主轴单元相对于第一主轴单元可轴向移动。如果这两个主轴单元安置在共同的主轴壳体中，那么这能够通过如下方式来实现：第二主轴轴的主轴轴承相对于该主轴壳体可轴向移动。
第一和/或第二主轴单元能够具有驱动马达，所述驱动马达构成用于驱动相应的主轴轴围绕刀具主轴轴线旋转，以便因此驱动刀具。在一些实施方式中，仅第一主轴单元具有驱动马达，并且第二主轴单元形成用于第一主轴单元的被动的配对主轴，而没有自身的驱动马达。在其他实施方式中，第二主轴单元也有自身的驱动马达。相应的驱动马达尤其能够是直接驱动器。
刀具头还能够包括已经提到的刀具，其中刀具于是轴向地容纳在第一主轴轴和第二主轴轴之间并且优选轴向夹紧。刀具能够是磨削刀具、尤其用于齿部磨削的刀具。具体来说，刀具能够构成为磨削蜗杆或成型砂轮，或者包括至少一个磨削蜗杆和/或至少一个成型砂轮。刀具能够是一件式的(例如呈不可修整的磨削蜗杆的形式，其具有涂覆硬材料的基体，所述基体直接容纳在主轴轴之间)，或者能够是两件或多件式的(例如呈可修整的磨削蜗杆或具有一个以上磨削体的组合刀具的形式，其中一个或多个磨削体保持在单独的刀具容纳部上，并且刀具容纳部容纳在主轴轴之间)。
本发明还提供一种机床，所述机床包括上述类型的刀具头和至少一个工件主轴，所述工件主轴用于驱动工件围绕工件轴线旋转。机床能够构成为齿轮加工机，尤其磨齿机。为此，机床能够具有机器控制装置，所述机器控制装置构成用于(尤其以相应编程的方式)促使机器通过刀具加工工件的齿部，所述工件容纳在至少一个工件主轴上。尤其地，机器控制装置能够构成用于促使机器通过成型磨削或滚动磨削来加工工件的齿部。出于该目的，机器控制装置能够构成用于在工件主轴和刀具主轴之间建立适合的滚动耦联。
附图说明
下面根据附图描述本发明的优选的实施方式，所述附图仅用于阐述并且不理解为是限制性的。在附图中示出：
图1在示意性立体视图中示出通过滚动磨削对齿轮进行硬性精加工的机床的一个示例，具有根据第一实施方式的刀具头；
图2在示意立体视图中示出第一实施方式的刀具头；
图3在示意立体视图中示出第一实施方式的刀具头；
图4从前方即逆着X方向的观察方向示出第一实施方式的刀具头的剖视图；
图5示出用于图解说明平衡装置在第一实施方式的刀具头中的控制的示意性框图；
图6在示意性立体视图中示出第二实施方式的刀具头；
图7在立体剖视图中示出与工件主轴一起的根据第三实施方式的刀具头；
图8示出图7中的区域D的放大视图；
图9示出夹紧螺母的中央纵剖面；以及
图10示出图9的夹紧螺母的立体视图。
具体实施方式
定义
齿轮加工机：构成用于生产或加工工件上的齿部，尤其齿轮上的内齿部或外齿部的机器。例如，在此能够涉及精加工机器，通过所述精加工机器来加工预设齿部的工件，尤其涉及硬精加工机器，通过所述硬精加工机器来加工硬化后的预设齿部的工件。齿轮加工机具有机器控制装置，所述机器控制装置被编程为，使得其能够控制齿部的自动加工。
滚动加工：齿部加工的一种类型，其中刀具在工件上滚动并且在此产生切削运动。已知不同的滚动加工方法，其中在借助于几何形状上不确定的刀刃的方法如滚动磨削或滚动珩磨以及借助于几何形状上确定的刀刃的方法如滚动铣削、滚动刮削、滚动剃齿或滚动插齿之间进行区分。
滚动磨削：滚动磨削方法是借助于几何形状上不确定的刀刃用于制造轴向对称的周期性结构的连续的切削加工式方法，其中使用具有蜗杆状成型的外轮廓的砂轮(“磨削蜗杆”)作为刀具。刀具和工件容纳在旋转主轴上。通过刀具和工件围绕旋转轴线的旋转运动的耦合，实现方法典型的滚动运动。通过这种滚动运动和刀具或工件沿着工件轴线的轴向进给运动产生切削运动。
主轴单元：在机床构造中，刀具或工件可在其上夹紧的可旋转的轴通常称为“主轴”。然而，除了可旋转的轴之外，还包括用于可旋转地支承轴的所属的主轴轴承和所属的壳体的组件通常也称为“主轴”。在本文件中，使用该意义下的术语“主轴”。轴本身被称为“主轴轴”。除了主轴轴外，至少还包括所属的主轴轴承的组件被称为“主轴单元”。“主轴单元”能够包括自身的壳体，但其也能够与另一主轴单元容纳在共同的壳体中。
刀具头：在本文件中，如下组件称为术语“刀具头”，所述组件构成用于容纳加工刀具并且驱动其进行旋转。尤其地，刀具头能够安装在枢转体和/或一个或多个滑块上，以便使刀具相对于工件定向和定位。
环平衡系统：环平衡系统具有两个相邻设置的平衡环，所述平衡环围绕轴并且由其带动。每个平衡环都具有预设的相同大小的附加不平衡。平衡环围绕轴的旋转轴线的取向是可调整的。如果这两个平衡环的附加不平衡沿直径对置，那么其作用相互抵消。如果这两个附加不平衡具有相同的角位置，那么实现最大的平衡能力。通过设定到其他角度，所产生的校正不平衡能够在这些边界内根据大小和方向来自由设定。
示例性的机床的构造
在图1中示例性地示出通过滚动磨削对齿轮进行硬精加工的机床。机器具有床身100，刀具承载件200沿着水平的进给方向X可移动地设置在所述床身上。Z滑块210沿着竖直方向Z可移动地设置在刀具承载件200上。Z滑块210承载枢转体220，所述枢转体相对于Z滑块210可围绕水平的枢转轴线A枢转。枢转轴线A与进给方向X平行地伸展。仅象征性地示出的刀具头300设置在枢转体220上，所述刀具头将在下文中详细描述。
在床身100上还设置有呈旋转塔400形式的可枢转的工件承载件。旋转塔400可围绕竖直的枢转轴线C3在多个旋转位置之间枢转。所述旋转塔承载两个工件主轴500，在所述主轴上可分别夹紧有工件510。每个工件主轴500都可被驱动以围绕工件轴线旋转。在图1中，可见的工件主轴500的工件轴线用C2表示。在图1中不可见的工件主轴的工件轴线称为C1轴线。这两个工件主轴在旋转塔400上处于沿直径对置的位置(即相对于枢转轴线C3错开180°)。通过这种方式，这两个工件主轴之一能够被装载和卸载，而在另一工件主轴上加工工件。由此在很大程度上避免了所不期望的辅助时间。这样的机器设计理念是已知的，例如从WO00/035621A1已知。
机器具有仅象征性地示出的机器控制装置700，所述机器控制装置包括多个控制模块710和控制面板720。每个控制模块710操控机器轴和/或接收传感器的信号。
根据第一实施方式的刀具头
在图2至图4中图解说明根据第一实施方式的刀具头。刀具头包括基座310，所述基座与枢转体220固定连接。线性引导部311在基座310上构成。第一主轴单元320和第二主轴单元330在线性引导部311上沿着移动方向Y可移动地引导。为此，主轴单元分别具有相应的引导靴326、336。移动方向Y垂直于X轴线伸展并且与Z轴线以围绕A轴线可设定的角度伸展。刀具340保持在主轴单元320、330之间。
第二主轴单元320和第一主轴单元330在刀具340容纳在其之间后能够彼此耦联。所述主轴单元在耦联状态中能够通过未图示示出的移动驱动器和滚珠丝杠312共同地沿着移动方向Y运动，以便沿着刀具轴线改变与C1轴线上的工件510接合的刀具区域。
主轴单元的构造
在图3和图4中详细地图解说明主轴单元320、330的构造。
在本例中，主轴单元320是具有驱动马达324的马达主轴，所述驱动马达直接驱动第一主轴轴322以围绕刀具主轴轴线B旋转。刀具主轴轴线B与移动方向Y平行地伸展。
第一主轴轴322在第一主轴单元320的主轴壳体321中在三个轴承位置上支承在主轴轴承323、323’、323”中。这些轴承位置位于沿着第一主轴轴322的不同轴向位置上。这些轴承位置中的两个位于驱动马达324和第一主轴单元320的刀具侧的端部之间。相应的主轴轴承323、323’形成固定-浮动轴承或支撑轴承，即在这些轴承位置的至少一个上，主轴轴承能够吸收径向力和轴向力。另一轴承位置位于驱动马达324的背离刀具的一侧上。设置在这个轴承位置上的主轴轴承323”构成为浮动轴承，即其吸收径向力但实现轴向运动。
三个轴承位置中的每一个都限定径向的轴承平面。轴承平面分别正交于刀具主轴轴线B伸展。在图4中如下轴承位置的轴承平面被绘制为第一轴承平面L1，所述轴承位置最靠近第一主轴轴322的刀具侧的端部。靠近刀具的相应的主轴轴承是主轴轴承323。
本例中的第二主轴单元330是非驱动的配对主轴。第二主轴单元330具有第二主轴轴332，所述第二主轴轴在第二主轴单元330的主轴壳体331中在两个轴承位置处沿着主轴轴支承在主轴轴承333、333'中。这些主轴轴承能够根据实施方案构成为固定轴承或浮动轴承。这两个轴承位置中的每一个又限定径向的轴承平面。在图4中，如下轴承位置的轴承平面被绘制为第二轴承平面L2，所述轴承位置最靠近第二主轴轴332的刀具侧的端部。靠近刀具的相应主轴轴承是主轴轴承333。
刀具的轴向夹紧
在本例中，刀具340具有刀具容纳部341，所述刀具容纳部承载蜗杆状成型的、可修整的磨削体342。在本例中，刀具容纳部341构成为用于根据DIN ISO 666:2013-12的磨削体的容纳法兰。为了与主轴轴322、332连接，刀具容纳部341在两端分别具有锥形容纳部，所述锥形容纳部具有平面贴靠部，例如根据DIN ISO 702-1:2010-04的短锥形容纳部1:4。
在主轴轴322、332的刀具侧的两端处构成相对置的主轴突出部325、335。主轴突出部324、325的形状与刀具容纳部341的锥形容纳部的形状互补。所述主轴突出部分别具有朝向刀具340逐渐变为圆锥形的形状并且在其相应的端侧上具有平坦贴靠面。例如，每个主轴突出部能够构成为根据DIN ISO 702-1:2010-04的锥形柄1:4。
也就是说，在刀具340和主轴轴322、332之间分别产生具有平坦贴靠部的锥形连接部。锥形连接部在刀具的这两端处能够有不同的直径，以便保证刀具340仅能够以正确的取向容纳在主轴轴322、332之间。
刀具340通过拉杆370和夹紧螺母372轴向在主轴轴332、332之间夹紧。为此，刀具340和第二主轴轴332分别具有贯通的中央的轴向孔。在其刀具侧的一端处，第一主轴轴322也具有中央的轴向孔。在本例中，该孔不是贯通的。其在刀具侧是敞开的，并且在该孔中构成内螺纹。拉杆370被推动穿过主轴轴332和刀具340的中央孔。拉杆370在其朝向第一主轴单元320的端部处具有外螺纹，所述外螺纹被拧入第一主轴轴322的内螺纹中。在其另一端处，拉杆同样具有外螺纹。夹紧螺母372被拧在该外螺纹上。通过拧紧夹紧螺母372，夹紧螺母372朝向刀具340将轴向压力施加到第二主轴轴332上。由此，刀具340轴向地在主轴轴332、332之间夹紧。整体上，因此产生具有高固定的唯一的连续轴。
平衡装置
第一平衡单元350在第一主轴轴322上在轴向区域中设置在第一主轴单元320的壳体321和刀具340之间。第二平衡单元360在第二主轴轴332上轴向地设置在第二主轴单元330的壳体331和刀具340之间。平衡单元350、360在相应的主轴单元320、330的壳体之外围绕相应的主轴轴322、332。所述平衡单元分别具有从相关联的主轴单元朝向刀具340渐缩的壳体。通过平衡单元350、360的渐缩的外轮廓减少了平衡单元和工件510之间碰撞的风险。
每个平衡单元350、360构成为环平衡系统。为此，每个平衡单元350、360具有转子，所述转子具有两个平衡环，所述平衡环围绕相应的主轴轴并且由主轴轴带动。每个平衡单元350、360还具有定子。该定子与相应的主轴壳体321、331连接。一方面，定子包含用于检测相应的主轴壳体的振动、相应的主轴轴的转速和每个平衡环的角度位置的传感器。另一方面，定子包含具有线圈装置的执行器，以便无接触地改变相应的主轴轴上平衡环的角度位置。
第一平衡单元350限定第一平衡平面E1，在该第一平衡平面中设置有所述第一平衡单元的平衡环。第一平衡平面E1与刀具主轴轴线B正交地伸展。第一平衡平面E1平行于第一轴承平面L1并且平行于刀具340的径向的重心平面伸展。相对于刀具主轴轴线B，第一平衡平面E1位于重心平面M和第一轴承平面L1之间，即位于第一主轴壳体321之外。
相应地，第二平衡单元360限定第二平衡平面E2，其中，所述第二平衡单元的平衡环设置在所述第二平衡平面中。这个平衡平面位于重心平面M和第二轴承平面L2之间，即位于第二主轴壳体331之外。
在两个平面中的自动平衡
在图5中以高度示意的方式图解说明用于在两个平面E1、E2中进行自动平衡的系统。这两个平衡单元350、360的振动传感器351、361和执行器352、362与控制装置730共同作用。控制装置730能够集成到机器控制装置700中或者能够单独地构成。借助于控制装置730，这两个平衡单元350、360的平衡环的角度位置被自动计算和设定，使得所产生的校正不平衡353、363补偿由刀具340和与其夹紧的主轴轴322、332构成的系统的静态和动态不平衡并且与之相应地将主轴壳体321、331的振动最小化。通过这种方式，所述系统在这两个平衡平面E1、E2中被平衡。
具有用于自动的双平面平衡的控制装置的环平衡系统本身是已知的并且可从不同的供应商处获得。示例性地提及德国普丰施塔特的Hofmann Mess-und AuswuchttechnikGmbH&Co.KG的电磁的环平衡系统AB 9000。
共同的主轴壳体
在图6中图解说明根据第二实施方式的刀具头300'。与在第一和第二实施方式中相同或起相同作用的部件与在图2至5中设有相同的附图标记。
第二实施方式的刀具头300'与第一实施方式的刀具头300区别在于，这两个主轴单元320、330容纳在共同的主轴壳体380中。该主轴壳体通过引导靴386在线性引导部311上沿着移动方向Y引导。
为了进行刀具更换，第二主轴单元330相对于主轴壳体380轴向后移。为此，第二主轴单元的主轴轴承333容纳在轴承容纳部391中。在本例中，轴承容纳部391是轴承套筒，所述轴承套筒例如能够构成为滑动套筒或或滚珠套筒。轴承容纳部391在主轴壳体380中轴向可移动地引导。
第二平衡单元360的转子361能够相对于该平衡单元的定子362轴向移动。转子361的外径能够小于主轴壳体380的如下区域的内径，在所述区域中轴承容纳部391被引导。当第二主轴单元330轴向地从主轴壳体380中后移时，所述第二主轴单元在轴向方向上带动第二平衡单元360的转子361，使得该转子与第二主轴单元330一起后移到主轴壳体380中。相反，第二平衡单元360的定子362固定在主轴壳体380上并且在第二主轴单元330后移时保持不动。
替选地，也可考虑的是，将第二平衡单元360设置为，使得整个第二平衡单元360，即转子361和定子362，能够和第二主轴单元330一起后移，以便更换刀具。
双侧驱动
在图7和8中图解说明根据第三实施方式的刀具头300"。与在第一和第二实施方式中相同或起相同作用的部件用与在图2至6中设有相同的附图标记。
第三实施方式的刀具头300”与第一实施方式的刀具300的区别在于，第二主轴单元330同样构成为马达主轴，具有第二驱动马达334。优选地，第二驱动马达334与第一驱动马达324相比更小地定尺寸，使得第二驱动马达产生作用到刀具340上的小于总扭矩的一半的扭矩，例如在总扭矩的30％到45％之间。通过在两个驱动马达324、334之间产生扭矩的不对称分布，避免了干扰性的共振。
夹紧螺母
在图9和10中示例性图解说明如在上述实施方式能够使用的夹紧螺母372。
夹紧螺母372具有基座元件373，所述基座元件限定具有内螺纹的中央孔，以便将基座元件373拧到具有相应的外螺纹的拉杆上。在一端处，基座元件373在外侧以六边形螺母的方式构成。支撑环374安置在基座元件373上。所述支撑环贴靠在基座元件373的凸缘上，使得防止其在一个方向上的轴向运动(在图9中向左)。此外，环形的轴向压力元件375轴向可移动地在基座373上引导。多个呈压力螺丝形式的操作元件376被拧入轴向压力元件375中并且在轴向上支撑在支撑环374上，使得防止操作元件在一个方向的轴向运动(在图9中向左)。通过从轴向压力元件375上拧下压力螺丝的方式，轴向压力元件375相对于基座元件373沿着与支撑方向相反的方向(在图9中向右)前推。
为了使刀具340在这两个主轴轴322、332之间夹紧，首先通过将压力螺丝尽可能地拧入轴向压力元件375中的方式，使轴向压力元件375相对于基座元件373完全向回运动。现在，夹紧螺母372被拧到拉杆370上并且借助于基座元件373上的外侧的六棱边调整到第二主轴轴332上。这通过相对低的扭矩进行。然后，借助于压力螺丝，环形的轴向压力元件375朝向第二主轴轴332以受控的方式前推，直到所期望的夹紧力作用于刀具340。在此，轴向压力元件375通过环形接触面贴靠在第二主轴轴332上。
当然，也可使用其他结构的夹紧螺母，如从现有技术中本身已知的那样。例如，力传输能够用与图示不同的方式实现。尤其地，能够使用液压的夹紧螺母。
也能够通过夹紧元件来代替具有内螺纹的夹紧螺母，所述夹紧元件可通过螺丝连接以外的方式与拉杆连接，例如经由卡口或经由夹紧套筒。
其他变型形式
主轴轴322、332和刀具340之间的接口也能够以不同于上述实施方式的方式构成。尤其地，能够使用不同类型的锥形连接部。在此，能够使用任何已知的锥形连接部，例如在DIN ISO 666:2013-12中提到的实施方案A、BF、BM、CF或CM。详情请参考DIN ISO 666:2013-12以及其中提到的其他标准DIN EN ISO 1119:2012-04、DIN ISO 702-1:2010-04、ISO12164-1:2001-12和ISO 12164-2:2001-12。
在所有的实施方式中，拉杆370能够延伸穿过第一主轴轴322而不穿过第二主轴轴332，并且能够在其端部处与第二主轴轴332连接。然后，夹紧元件相应地朝向第二主轴轴将轴向力施加到第一主轴轴上。
为了使刀具340轴向地在第一主轴轴322和第二主轴轴332之间夹紧，替代于中央的拉杆或者补充于此也能够使用两个或更多的拉杆，所述拉杆彼此平行并且与刀具主轴轴线B径向间隔开地伸展以及相对于刀具主轴轴线B设置在不同的角度位置中。
刀具在第一主轴轴和第二主轴轴之间的固定也能够通过借助于连续拉杆以外的方式进行，例如通过设置在相应的主轴轴内的夹紧系统。为此，刀具和主轴轴之间的连接例如能够经由根据ISO 12164-1:2001-12和ISO 12164-2:2001-12的空心锥柄来实现。
刀具能够与在之前阐述的实施方式中相比不同地构成。尤其地，刀具能够一件式地构成。例如，该刀具能够是不可修整的CBN磨削蜗杆，其CBN覆层直接施加在刀具基体上。然后直接在刀具基体上而不是在独立的刀具承载件上构成至主轴突出部325、335的接口。刀具不一定是磨削蜗杆。其例如也能够是成型砂轮、两个或更多个成型砂轮的组合或一个或多个磨削蜗杆和一个或多个成型砂轮的组合。
在上述的实施方式中，主轴轴承323是滚动轴承。替代于此，也能够使用其他类型的主轴轴承，例如静压轴承、动压轴承或气动轴承，如在现有技术中已知的那样。
在上述的实施方式中，直接驱动器被用作为驱动马达。替代于此，也可考虑的是，使用传动马达。
虽然环平衡系统优选用作为平衡装置，但其他类型的平衡装置也是可考虑的，例如从现有技术中已知的液压平衡系统。在这种平衡系统中，平衡通过将液体注入平衡室中来进行的，所述平衡室在环周方向上分布式地设置。
附图标记列表
100床身
200刀具承载件
210Z滑块
220枢转体
300、300’、300”刀具头
310基座
311线性引导部
312滚珠丝杠传动机构
320第一主轴单元
321第一主轴壳体
322第一主轴轴
323、323’、323”第一主轴轴承
324第一驱动马达
325第一主轴突出部
326引导靴
330第二主轴单元
321第二主轴壳体
332第二主轴轴
333、333’第二主轴轴承
334第二驱动马达
335第二主轴突出部
336引导靴
340刀具
341刀具容纳部
342磨削体
350第一平衡单元
351振动传感器
352执行器
360第二平衡单元
361振动传感器
362执行器
370拉杆
372夹紧螺母
373基座元件
374支撑环
375轴向压力元件
376操作元件
380共同的主轴壳体
386引导靴
387轴承容纳部
400旋转塔
500工件主轴
510工件
700机器控制装置
710控制模块
720操作面板
730控制装置
X、Y、Z线性轴线
A枢转轴线
B刀具轴线
C1、C2工件轴线
C3塔的枢转轴线
E1、E2平衡平面
L1、L2轴承平面

Claims (18)

1.一种用于机床、尤其用于齿轮加工机的刀具头(300)，具有：
第一主轴单元(320)，所述第一主轴单元具有第一主轴轴(322)，所述第一主轴轴围绕刀具主轴轴线(B)可旋转地支承在所述第一主轴单元(320)中；
第一平衡装置(350)，所述第一平衡装置与所述第一主轴单元(320)相关联；
第二主轴单元(330)，所述第二主轴单元具有第二主轴轴(332)，所述第二主轴轴围绕所述刀具主轴轴线(B)可旋转地支承在所述第二主轴单元(330)中；和
第二平衡装置(360)，所述第二平衡装置与所述第二主轴单元(330)相关联，
其中所述第一主轴单元(320)和所述第二主轴单元(330)相对于彼此同轴设置，使得所述刀具(340)能轴向地容纳在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间，
其特征在于，
所述第一平衡装置(350)在径向上围绕所述第一主轴轴(322)并且轴向地设置在所述第一主轴单元(320)的刀具侧的主轴轴承(323)和所述第一主轴轴(322)的刀具侧的端部之间，和/或
所述第二平衡装置(350)在径向上围绕所述第二主轴轴(332)并且轴向地设置在所述第二主轴单元(330)的刀具侧的主轴轴承(333)和所述第二主轴轴(332)的刀具侧的端部之间。
2.根据权利要求1所述的刀具头(300)，其中所述刀具(340)能在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间夹紧，使得在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间轴向压力作用到所述刀具(340)上。
3.根据权利要求2所述的刀具头(300)，
其中所述第二主轴轴(332)具有至少一个轴向孔，
其中所述刀具头(300)具有至少一个拉杆(370)，所述拉杆延伸穿过所述第二主轴轴(332)的轴向孔，其中所述拉杆(370)在第一端处能与所述第一主轴轴(322)连接，并且
其中所述拉杆(370)在第二端处能与所述第二主轴轴(332)连接，使得在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间能产生作用到所述刀具(340)上的轴向压力。
4.根据权利要求3所述的刀具头，其中所述刀具头(300)具有夹紧元件(372)，所述夹紧元件在所述拉杆的第二端处能与所述拉杆(370)连接并且构成用于将所述第二主轴轴(332)轴向地压向所述第一主轴轴(322)。
5.根据权利要求4所述的所述的刀具头，其中所述夹紧元件具有：
基座元件(373)，所述基座元件能与所述拉杆(370)固定地连接，
轴向压力元件(375)，所述轴向压力元件能相对于所述基座元件(373)轴向地朝向所述第二主轴轴(332)运动，以便将所述第二主轴轴(332)轴向地压向所述第一主轴轴(322)；和
至少一个操作元件(376)，其中所述操作元件(376)能相对于所述基座元件(373)运动，以便使得所述轴向压力元件(375)相对于所述基座元件(373)轴向地运动。
6.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，
其中在所述第一主轴轴(322)的刀具侧的端部处构成第一主轴突出部(325)，使得能通过轴向压力在所述第一主轴突出部(325)处建立与所述刀具(340)的力配合的和/或形状配合的连接、尤其锥形连接、优选具有平坦贴靠部的锥形连接，并且
其中在所述第二主轴轴(332)的刀具侧的端部处构成第二主轴突出部(335)，使得能通过轴向压力在所述第二主轴突出部(335)处产生与所述刀具(340)的力配合的和/或形状配合的连接、尤其锥形连接、优选具有平坦贴靠部的锥形连接。
7.根据权利要求6所述的刀具头(300)，
其中所述第一主轴突出部(325)和所述第二主轴突出部(335)不同地构成，使得所述刀具(340)仅能以预定的方位容纳在所述主轴突出部(325、335)之间。
8.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，
其中所述刀具侧的第一主轴轴承(323)限定垂直于刀具主轴轴线(B)的第一轴承平面(L1)，
其中所述刀具侧的第二主轴轴承(333)限定垂直于刀具主轴轴线(B)的第二轴承平面(L2)，
其中所述第一平衡装置(350)限定垂直于刀具主轴轴线(B)的第一平衡平面(E1)，
其中所述第二平衡装置(360)限定垂直于刀具主轴轴线(B)的第二平衡平面(E2)，并且
其中所述第一平衡平面(E1)设置在所述第一轴承平面(L1)和所述第二平衡平面(E2)之间，和/或所述第二平衡平面(E2)设置在所述第二轴承平面(L2)和所述第一平衡平面(E1)之间。
9.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，其中所述第一和/或第二平衡装置(350，360)构成为环平衡系统。
10.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，其中所述第一和/或第二平衡装置(350，360)具有至少一个执行器(352，362)，以便以NC控制的方式调整有关的平衡装置(350，360)的校正不平衡(353，363)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，
具有至少一个振动传感器(351，361)，所述振动传感器用于检测由所述刀具头(300)中的不平衡引起的振动，
其中所述刀具头(300)关联有控制装置(730)，所述控制装置构成用于检测所述至少一个振动传感器(351，361)的信号并且操控所述第一和第二平衡装置(350，360)中的执行器(352、362)，以便根据检测到的信号调整所述第一和第二平衡装置(350，360)，使得减少不平衡，
其中所述控制装置(730)优选构成用于执行自动的双平面平衡。
12.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，
其中所述第一主轴单元(320)具有第一壳体(321)，并且所述第二主轴单元(330)具有第二壳体(331)，并且其中所述第一和/或第二平衡装置(350，360)设置在所述第一和第二壳体(321，331)之外，或者
其中所述第一和第二主轴单元(320，330)具有共同的主轴壳体(380)，并且其中所述第一和/或第二平衡装置(350，360)设置在所述共同的主轴壳体(380)之外。
13.根据权利要求12所述的刀具头(300)，其中所述第一和/或第二平衡装置(350，360)具有朝向所述刀具(340)渐缩的外轮廓。
14.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，
其中所述第一主轴单元(320)具有第一驱动马达(324)，所述第一驱动马达构成用于驱动所述第一主轴轴(322)围绕刀具主轴轴线(B)旋转，和/或
其中所述第二主轴单元(330)具有第二驱动马达(334)，所述第二驱动马达构成用于驱动所述第二主轴轴(332)围绕刀具主轴轴线(B)旋转。
15.根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)，还具有：刀具(340)、尤其磨削刀具、优选用于磨齿的磨削刀具，所述刀具轴向地在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间夹紧，使得在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间轴向压力作用到所述刀具(340)上。
16.一种用于机床、尤其用于齿轮加工机的刀具头(300)，具有：
第一主轴单元(320)，所述第一主轴单元具有第一主轴轴(322)，所述第一主轴轴围绕刀具主轴轴线(B)可旋转地支承在所述第一主轴单元(320)中；
第二主轴单元(330)，所述第二主轴单元具有第二主轴轴(332)，所述第二主轴轴围绕所述刀具主轴轴线(B)可旋转地支承在所述第二主轴单元(330)中；
其中所述第一主轴单元(320)和所述第二主轴单元(330)设置为，使得刀具(340)能轴向地容纳在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间，
其特征在于，
所述第二主轴轴(332)具有至少一个轴向孔，
所述刀具头(300)具有至少一个拉杆(370)，所述拉杆延伸穿过所述第二主轴轴(332)的轴向孔，其中所述拉杆(370)在第一端处能与所述第一主轴轴(322)连接，并且
所述拉杆(370)在第二端处能与所述第二主轴轴(332)连接，使得在所述第一主轴轴(322)和所述第二主轴轴(332)之间能产生作用到所述刀具(340)上的轴向压力。
17.根据权利要求16所述的刀具头(300)，其中所述刀具头(300)具有夹紧元件(372)，所述夹紧元件能在所述拉杆的第二端处与所述拉杆(370)连接并且构成用于将所述第二主轴轴(332)轴向地压向所述第一主轴轴(322)，并且其中所述夹紧元件具有：
基座元件(373)，所述基座元件能与所述拉杆(370)固定连接；
轴向压力元件(375)，所述轴向压力元件能相对于所述基座元件(373)轴向地朝向所述第二主轴轴(332)运动，以便将所述第二主轴轴(332)轴向地压向所述第一主轴轴(322)；和
至少一个操作元件(376)，其中所述操作元件(376)能相对于基座元件(373)运动，以便使所述轴向压力元件(375)轴向地相对于基座元件(373)运动。
18.一种机床，具有：
根据上述权利要求中任一项所述的刀具头(300)；和
至少一个工件主轴(500)，以便驱动工件(510)围绕工件轴线(C1)旋转，
其中所述机床优选是齿轮加工机、尤其是磨齿机。
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