DE10017014B4 - Balancing device and method - Google Patents
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Abstract
Bearbeitungsmaschine mit zumindest einem rotierenden Gegenstand und wenigstens einer Auswuchtvorrichtung zum Auswuchten des rotierenden Gegenstandes mit wenigstens einem als Ganzes am rotierenden Gegenstand mit radialem Abstand von dessen Drehachse (14) und mit axialem Abstand von dessen freiem Ende angebrachten Aktuator (16), der zum Einstellen einer Krümmung des Gegenstandes in Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht zu axialen Stellbewegungen ansteuerbar ist.Processing machine with at least one rotating object and at least one balancing device for balancing the rotating object with at least one as a whole on the rotating object at a radial distance from its axis of rotation (14) and at an axial distance from the free end attached actuator (16) for adjusting a Curvature of the object as a function of the measured imbalance to axial positioning movements can be controlled.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum Auswuchten von rotierenden Gegenständen, insbesondere zur Bohr- und Fräsbearbeitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Auswuchtverfahren.The invention relates to a processing machine for balancing rotating objects, in particular for drilling and milling with the features of claim 1. The invention also relates to a balancing method.
Insbesondere in Hochleistungsbearbeitungszentren, die zur spanenden Bearbeitung von Bauteilen beispielsweise in der Automobilindustrie zunehmend eingesetzt werden, können unterschiedliche Werkzeuge auswechselbar mit direkt angetriebenen Wellen gekoppelt werden, die auch als Motorspindeln bezeichnet werden. Für jeden Bearbeitungsvorgang kann hierbei ein spezielles Werkzeug eingewechselt werden. Zur Erzielung maximaler Zerspanungsleistungen soll mit möglichst hohen Drehzahlen der Welle gearbeitet werden. Bei derartigen schnellaufenden Systemen sind Unwuchten unvermeidbar, die insbesondere durch Toleranzen an der Schnittstelle zwischen dem Werkzeug und der Welle bedingt sind und die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen. Die durch die Unwucht hervorgerufene Exzentrizität an der Spitze des Werkzeugs nimmt mit dessen Länge zu, was bei weit auskragenden Werkzeugen, die vor allem bei der Bohr- und Fräsbearbeitung zum Einsatz kommen, zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Bearbeitungsgenauigkeit führt. Außerdem erhöhen die durch die Unwucht hervorgerufenen Kräfte, deren Größe proportional zum Quadrat der Drehzahl ist, die Belastung der Wellenlager.Especially in high-performance machining centers, which are increasingly used for machining components, for example in the automotive industry, different tools can be interchangeable coupled with directly driven shafts, which are also referred to as motor spindles. For each machining process, a special tool can be used. To achieve maximum machining performance, work should be carried out with the shaft as high as possible. In such high-speed systems imbalances are unavoidable, which are in particular due to tolerances at the interface between the tool and the shaft and affect the machining accuracy. The eccentricity caused by the imbalance at the tip of the tool increases with its length, which leads to a considerable impairment of the machining accuracy in far projecting tools, which are mainly used in drilling and milling used. In addition, the forces caused by the unbalance, whose magnitude is proportional to the square of the speed increase the load on the shaft bearings.
Bekannte Auswuchtsysteme, wie beispielsweise in der
Aus
Aus
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Möglichkeit zu schaffen, die Unwucht an rotierenden Gegenständen möglichst weitgehend zu beseitigen, wobei dies insbesondere an rotierenden Systemen mit einer angetriebenen schnellaufenden Welle und einem mit der Welle gekoppelten Werkzeug von vergleichsweise großer Länge möglich sein soll, und zwar mit einem minimalen zusätzlichen Trägheitsmoment und bei minimalen Auswuchtzeiten, und wobei dies insbesondere außerdem automatisch, reversibel und in jedem Betriebszustand möglich sein soll.The object of the invention is to provide an alternative way to eliminate the imbalance of rotating objects as much as possible, and this should be possible in particular on rotating systems with a driven high-speed shaft and coupled to the shaft tool of comparatively long length, namely with a minimum additional moment of inertia and with minimum balancing times, and this in particular also should be automatic, reversible and possible in any operating condition.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1.The solution of this object is achieved by the features of the device claim. 1
Erfindungsgemäß kann der rotierende Gegenstand an einem von seinem freien Ende entfernten Bereich mit Hilfe des Aktuators gezielt in Abhängigkeit von der jeweiligen Unwucht gekrümmt werden. Das freie Ende des rotierenden Gegenstandes, beispielsweise eine Werkzeugspitze, wird durch dieses Verbiegen des Gegenstandes in Richtung der Drehachse bewegt.According to the invention, the rotating object can be selectively curved at a region remote from its free end with the aid of the actuator as a function of the respective imbalance. The free end of the rotating object, for example a tool tip, is moved by this bending of the object in the direction of the axis of rotation.
Der Aktuator wirkt somit als ein Biegeaktuator, der dem rotierenden Gegenstand an der Stelle, wo die durch die Stellbewegungen hervorgerufenen Stellkräfte auf den Gegenstand einwirken, eine Gelenkeigenschaft verleiht. Durch die Erfindung wird der rotierende Gegenstand daher mit einem Festkörpergelenk versehen. Der Abschnitt des Gegenstandes zwischen dem Gelenkbereich und dem freien Ende kann gezielt zu Auswuchtbewegungen veranlaßt werden, die zu einer Minimierung der Unwucht führen.The actuator thus acts as a bending actuator imparting a hinge characteristic to the rotating object at the location where the actuating forces produced by the adjusting movements act on the object. The invention therefore provides the rotating object with a Festkörpergelenk provided. The portion of the object between the hinge area and the free end can be specifically caused to balance movements, which lead to a minimization of imbalance.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die einstellbare Krümmung oder Biegung, die im Folgenden auch als Auswuchtkrümmung oder Auswuchtbiegung des rotierenden Gegenstandes bezeichnet wird, über die gesamte Länge des Bereiches zwischen der Stelle, an welcher die Krümmung bzw. Biegung erfolgt, und dem freien Ende des Gegenstandes wirksam ist. Es findet somit keine punktuelle Auswuchtung lediglich in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene statt, sondern es erfolgt eine Minimierung des gesamten Exzentrizitätsverlaufs des rotierenden Gegenstandes zwischen der Biegestelle und dem freien Ende.An essential advantage of the invention is that the adjustable curvature or bending, which is also referred to below as Balancing curvature or deflection bending of the rotating object, over the entire length of the area between the point at which the curvature takes place, and the free end of the object is effective. Thus, there is no punctual balancing only in a direction perpendicular to the axis of rotation plane instead, but there is a minimization of the entire eccentricity of the rotating object between the bending point and the free end.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung daher an langgestreckten rotierenden Gegenständen einsetzbar.The invention can therefore be used particularly advantageously on elongate rotating objects.
In einem bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem rotierenden Gegenstand um eine direkt antreibbare Spindel eines Hochleistungsbearbeitungszentrums, die an ihrem freien Ende mit einem auswechselbaren Werkzeug gekoppelt ist, das an einem direkt mit der Welle gekoppelten Träger angebracht ist. Die Werkzeugspitze bildet somit das freie Ende des rotierenden Gesamtgegenstandes.In a preferred practical embodiment of the invention, the rotating object is a direct-drive spindle of a heavy-duty machining center coupled at its free end to a replaceable tool mounted on a support coupled directly to the shaft. The tool tip thus forms the free end of the rotating total object.
Hauptursache für die Unwucht derartiger rotierender Systeme ist der insbesondere durch Planlauffehler verursachte Winkelversatz zwischen der Spindel und dem Werkzeug bzw. dem Träger. Dieser Winkelversatz entsteht an der Schnittstelle zwischen der Spindel und dem jeweils direkt mit der Spindel gekoppelten Bauteil.The main reason for the imbalance of such rotating systems is the angular misalignment between the spindle and the tool or the carrier, which is caused in particular by runout errors. This angular offset arises at the interface between the spindle and the component directly coupled to the spindle.
Die negativen Auswirkungen der Unwucht dieses Gesamtsystems sind um so größer, je länger das Werkzeug und je schlanker und elastischer die Welle ist. Die insbesondere bei der Bohr- und Fräsbearbeitung benötigten, relativ weit auskragenden Werkzeuge und die relativ elastischen Wellen führen zu einer ausgeprägten Reaktion auf die Anregung durch die Unwucht. Verstärkt wird dieses Problem durch eine angestrebte Massearmut der jeweiligen Maschine, deren damit verbundene geringere dynamische Steifigkeit zu größeren Relativverlagerungen zwischen Werkzeug und Werkstück führt.The longer the tool and the slimmer and more elastic the shaft, the greater the negative effects of the imbalance of this overall system. The relatively far projecting tools and the relatively elastic waves, which are required in particular during drilling and milling, lead to a pronounced reaction to the excitation due to the imbalance. This problem is amplified by a targeted mass poverty of the respective machine, whose associated lower dynamic stiffness leads to larger relative displacements between tool and workpiece.
Diese negativen Auswirkungen der Unwucht können durch die erfindungsgemäße Auswuchtung minimiert werden, die vom Bereich der durch den Aktuator hervorgerufenen Krümmung bis zur Werkzeugspitze wirksam ist.These negative effects of the unbalance can be minimized by the balancing according to the invention, which is effective from the range of the curvature caused by the actuator to the tool tip.
Von besonderem Vorteil ist daher der Einsatz der erfindungsgemäßen Auswuchtvorrichtung an weit auskragenden Werkzeugen mit einem großen Länge/Durchmesser-Verhältnis.Of particular advantage is therefore the use of the balancing device according to the invention on far projecting tools with a large length / diameter ratio.
Vorzugsweise wird der Aktuator im Bereich dieser Schnittstelle zwischen Welle und Werkzeug bzw. Träger angeordnet, wodurch der rotierende Gesamtgegenstand an der Stelle gekrümmt werden kann, an der mit dem Winkelversatz zwischen Welle und Werkzeug bzw. Träger die auszugleichende Unwucht ihre Hauptursache hat.Preferably, the actuator is arranged in the region of this interface between the shaft and the tool or carrier, whereby the rotating total object can be curved at the point at which with the angular offset between the shaft and tool or carrier to be compensated imbalance has its main cause.
Durch die Krümmung oder Biegung des Gegenstandes im Bereich der Schnittstelle wird somit in vorteilhafter Weise eine Auswuchtwirkung über die gesamte Werkzeuglänge erzielt. Dies ist insbesondere bei vergleichsweise langen und schlanken Werkzeugen von Vorteil, da der für die Unwucht verantwortliche Winkelversatz an der Schnittstelle bei weit auskragenden Werkzeugen besonders ausgeprägte exzentrische Bewegungen der Werkzeugspitze um die Drehachse zur Folge hat.The curvature or bending of the object in the region of the interface thus advantageously achieves a balancing effect over the entire tool length. This is particularly advantageous for comparatively long and slim tools, as the angular misalignment at the interface responsible for the imbalance results in particularly pronounced eccentric movements of the tool tip about the axis of rotation when the tools project far overhanging.
Unter der Voraussetzung des für die Unwucht hauptsächlich verantwortlichen Fehlers aus dem Planlauf an der Schnittstelle werden somit durch die erfindungsgemäße Auswuchtvorrichtung die geometrischen Verhältnisse im rotierenden System insgesamt verbessert, während bei der mit herkömmlichen Masseausgleichssystemen bewirkten Einebenenauswuchtung lediglich punktuelle Verbesserungen erzielt werden, die lediglich zu einer Verringerung der Unwuchtreaktion führen können, jedoch keine Verbesserung der Geometrie zur Folge haben.On the assumption that the error from the axial runout at the interface is mainly responsible for the unbalance, the geometric conditions in the rotating system are thus improved overall by the balancing device according to the invention, whereas in the single plane balancing effected with conventional mass balance systems only punctual improvements are achieved, which only lead to a reduction cause the imbalance reaction, but do not result in an improvement of the geometry.
Erfindungsgemäß können die nachteiligen Folgen der Unwucht also auch an Stellen – nämlich an der Werkzeugspitze – beseitigt werden, an denen ein direkter Eingriff beispielsweise durch eine punktuelle Einebenenauswuchtung nicht möglich ist.According to the invention, the adverse consequences of imbalance can thus be eliminated even in places - namely on the tool tip - where a direct intervention, for example by a punctual Einbenenauswuchtung is not possible.
Vorzugsweise ist der Aktuator an der Welle anbringbar und somit auf der vom Werkzeug abgewandten Seite der Schnittstelle zwischen Welle und Werkzeug bzw. Träger. Hierdurch ist der Aktuator dem von Werkzeugwechseln nicht betroffenen Teil des rotierenden Gesamtgegenstandes zugeordnet. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Aktuator im bezüglich der Wellenlagerung auskragenden Bereich der Welle angeordnet ist, wodurch ungünstige Verspannungen in der Lagerung vermieden werden.Preferably, the actuator is attachable to the shaft and thus on the side remote from the tool side of the interface between the shaft and tool or carrier. As a result, the actuator is assigned to the not affected by tool changes part of the rotating total object. In this case, it is preferred if the actuator is arranged in the area of the shaft projecting with respect to the shaft bearing, whereby unfavorable tension in the bearing is avoided.
Bevorzugt wird der Aktuator dabei im Bereich der Außenwand des rotierenden Gegenstandes und somit in einem relativ großen Abstand zur Drehachse angeordnet, wodurch eine für die Erzielung hoher Biegekräfte günstige Geometrie vorhanden ist.Preferably, the actuator is arranged in the region of the outer wall of the rotating object and thus at a relatively large distance from the axis of rotation, whereby a favorable geometry for achieving high bending forces is present.
Gemäß einer weiteren praktischen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Aktuatoren vorgesehen, die in Umfangsrichtung insbesondere gleichmäßig verteilt am rotierenden Gegenstand anbringbar sind. Hierdurch entsteht eine ringartige Aktuatorstruktur um die Drehachse, bei der beispielsweise drei jeweils um 120° voneinander beabstandete Aktuatoren vorgesehen sein können. Grundsätzlich kann jede beliebige Anzahl von Aktuatoren vorgesehen sein, und es ist auch möglich, die Aktuatoren ungleichmäßig verteilt anzuordnen. Die jeweilige Geometrie wird bei der Ansteuerung der Aktuatoren durch eine entsprechende Transformation zwischen den Aktuatorpositionen und den beiden unabhängigen Freiheitsgraden der Krümmung bzw. Biegung des Gegenstandes berücksichtigt. Die Freiheitsgrade sind Drehungen um die beiden senkrecht zur Drehachse und senkrecht zueinander verlaufenden Achsen, um welche der Gegenstand mittels der Aktuatoren gekrümmt werden kann. According to a further practical embodiment of the invention, a plurality of actuators are provided, which are in the circumferential direction in particular evenly distributed on the rotating object attachable. This results in a ring-like actuator structure about the axis of rotation, in which, for example, three actuators each spaced apart by 120 ° can be provided. In principle, any number of actuators can be provided, and it is also possible to arrange the actuators unevenly distributed. The respective geometry is taken into account in the activation of the actuators by a corresponding transformation between the actuator positions and the two independent degrees of freedom of the curvature or bending of the object. The degrees of freedom are rotations about the two axes perpendicular to the axis of rotation and perpendicular to each other, around which the object can be curved by means of the actuators.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Stellbewegungen um Längenänderungen des Aktuators. Dabei ist in einer bevorzugten praktischen Ausführung vorgesehen, daß der Aktuator zumindest ein piezoelektrisches Element umfaßt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Piezostapelaktuator aus einer Vielzahl von stapelartig angeordneten piezoelektrischen Einzelelementen handeln.According to a further preferred embodiment of the invention, the adjusting movements are changes in the length of the actuator. It is provided in a preferred practical embodiment that the actuator comprises at least one piezoelectric element. This may be, for example, a piezo stack actuator of a multiplicity of stacked piezoelectric individual elements.
Bei derartigen Festkörperaktuatoren ist von Vorteil, daß bei minimalem Eigengewicht und daher minimalem zusätzlichen Trägheitsmoment, bei minimalen Ansprechzeiten, minimalem Verschleiß und maximaler Belastbarkeit ein Stellsystem mit einer extrem hohen Kraft- und Leistungsdichte vorhanden ist.In such solid-state actuators is of advantage that with minimal weight and therefore minimal additional moment of inertia, with minimal response times, minimal wear and maximum load capacity, a control system with an extremely high power and power density is available.
Des weiteren ist von Vorteil, daß keine beweglichen Teile vorhanden sind. Es besteht somit keine Klemm- oder Blockiergefahr.Furthermore, it is advantageous that there are no moving parts. There is thus no risk of jamming or locking.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Piezoaktuatoren besteht dann, daß diese gegebenenfalls isoliert werden können und deren zuvor eingestellte Längenänderung auf diese Weise vorübergehend gehalten werden kann. Im Fall von Betriebsstörungen kann somit der Auswuchtzustand eine ausreichend lange Zeit beibehalten werden, um z. B. ein sicheres Herunterfahren der jeweiligen Bearbeitungsmaschine zu gewährleisten.Another advantage of the use of piezo actuators is that they can be optionally isolated and their previously set length change can be temporarily held in this way. In the case of malfunctions thus the balance state can be maintained for a sufficiently long time to z. B. to ensure a safe shutdown of the respective processing machine.
Da die Piezoaktuatoren aufgrund ihrer bezogen auf die hohe Kraft- und Leistungsdichte minimalen Masse problemlos in das rotierende System integriert werden können, ergibt sich insbesondere auch im Hinblick auf die minimalen Ansprechzeiten der Piezoaktuatoren die Möglichkeit, diese zur aktiven Dämpfung innerhalb des rotierenden Systems einzusetzen. Hierdurch werden insbesondere bei hohen Drehzahlen störende Phasendrehungen vermieden, die bei anderen, in den Lagern oder sonstigen stationären Teilen des Systems angeordneten Dämpfungseinrichtungen auftreten.Since the piezoelectric actuators can be easily integrated into the rotating system due to their minimal mass relative to the high power and power density, it is possible, in particular with regard to the minimum response times of the piezoactuators, to use them for active damping within the rotating system. As a result, annoying phase rotations are avoided in particular at high speeds, which occur in other, arranged in the bearings or other stationary parts of the system damping devices.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die erfindungsgemäße Auswuchtvorrichtung eine insbesondere induktiv arbeitende Übertragungseinheit zur berührungslosen Ansteuerung des Aktuators.In a further preferred embodiment, the balancing device according to the invention comprises a particular inductive working transmission unit for non-contact control of the actuator.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Übertragungseinheit einen Rotorabschnitt zur gemeinsamen Drehung mit dem rotierenden Gegenstand und einen bezüglich des rotierenden Gegenstandes stationären Statorabschnitt aufweist. Eine zuverlässige Übertragung von Stellsignalen an den Aktuator ist hierdurch auch bei extrem hohen Drehzahlen gewährleistet.In this case, it is preferably provided that the transmission unit has a rotor section for common rotation with the rotating object and a stator section stationary relative to the rotating object. A reliable transmission of control signals to the actuator is thereby ensured even at extremely high speeds.
Um die Unwucht zu bestimmen und den Aktuator zur Ausführung von kompensierenden Stellbewegungen entsprechend ansteuern zu können, ist vorzugsweise eine Meßanordnung vorgesehen, mit der den rotierenden Gegenstand betreffende Weg- bzw. Verschiebungs- und/oder Beschleunigungsdaten ermittelt werden können.In order to determine the imbalance and to be able to control the actuator correspondingly for the purpose of performing compensating adjusting movements, a measuring arrangement is preferably provided, with which the displacement, displacement and / or acceleration data relating to the rotating object can be determined.
Hierzu werden Wege bzw. Verschiebungen vom feststehenden Teil des Gesamtsystems zum rotierenden Teil und/oder Beschleunigungen am feststehenden Teil als Reaktion auf über die Lager übertragene Anregungs- bzw. Stützkräfte gemessen.For this purpose, paths or displacements are measured from the stationary part of the overall system to the rotating part and / or accelerations on the stationary part in response to excitation or support forces transmitted via the bearings.
Der rotierende Gegenstand der Bearbeitungsmaschine umfaßt bevorzugt eine Welle in Form einer direkt antreibbaren Spindel sowie ein auswechselbar mit der Spindel koppelbares Werkzeug, das an einem direkt mit der Spindel gekoppelten Träger angebracht ist.The rotating object of the processing machine preferably comprises a shaft in the form of a directly drivable spindle and an interchangeable with the spindle tool which is attached to a directly coupled to the spindle carrier.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Aktuator in axialer Richtung zwischen einer Stirnfläche, z. B. einer Ringschulter, des Trägers und einem bezüglich des werkzeugseitigen Wellenendes axial beabstandeten Abschnitt der Welle angeordnet ist. Bei axialer Ausdehnung des von der Drehachse beabstandeten Aktuators beaufschlagt dessen eines Ende den Träger – und damit eine Planfläche der Trenn- bzw. Schnittstelle zwischen Träger und Welle – und dessen anderes Ende die Welle. Da die Welle und der Träger in axialer Richtung durch ein Spannsystem fest miteinander gekoppelt sind, resultieren die vom Aktuator aufgebrachten Stellkräfte in einem Biegemoment, durch das die Welle in dem axialen Bereich, längs welchem sich der Aktuator erstreckt, gekrümmt wird. Der Aktuator wirkt somit auf zwei gleichwertige, senkrecht zur Drehachse verlaufende und axial beabstandete Stützflächen des rotierenden Gesamtgegenstandes.It is preferably provided that the actuator in the axial direction between an end face, for. B. an annular shoulder, the carrier and with respect to the tool-side shaft end axially spaced portion of the shaft is arranged. With axial extension of the spaced apart from the axis of rotation actuator applied to one end of the carrier - and thus a plane surface of the separation or interface between the carrier and the shaft - and the other end of the shaft. Since the shaft and the carrier in the axial direction are fixedly coupled together by a clamping system, the actuating forces applied by the actuator result in a bending moment by which the shaft is curved in the axial region along which the actuator extends. The actuator thus acts on two equivalent, perpendicular to the axis of rotation extending and axially spaced support surfaces of the rotating total object.
Die Werkzeugspitze kann auf diese Weise durch eine Stellbewegung des Aktuators in Richtung der Drehachse gebogen werden. The tool tip can be bent in this way by an adjusting movement of the actuator in the direction of the axis of rotation.
Alternativ wäre es erfindungsgemäß grundsätzlich auch möglich, den Aktuator zwischen zwei axial beabstandeten Abschnitten der Welle anzuordnen und somit bei einer Längenvergrößerung ausschließlich auf die Welle einwirken zu lassen.Alternatively, according to the invention, it would also be possible in principle to arrange the actuator between two axially spaced sections of the shaft and thus to act exclusively on the shaft when the length is increased.
Wenn die Auswuchtvorrichtung mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Aktuatoren umfaßt, dann werden diese bevorzugt gleichsinnig angesteuert. Im Fall von Piezostapelaktuatoren erfährt somit jeder Aktuator eine Längenvergrößerung. Richtung und Ausmaß der Auswuchtkrümmung können durch unterschiedlich große Längenänderungen der einzelnen Aktuatoren gezielt eingestellt werden. Vorzugsweise werden wenigstens drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Aktuatoren eingesetzt, so daß eine zur gezielten Einstellung der benötigten Auswuchtkrümmung vorteilhafte symmetrische Anordnung vorhanden ist.If the balancing device comprises a plurality of circumferentially distributed actuators, then these are preferably driven in the same direction. In the case of piezo stack actuators, each actuator thus experiences an increase in length. The direction and extent of the balancing curvature can be adjusted in a targeted manner by varying the length of the individual actuators. Preferably, at least three circumferentially uniformly distributed actuators are used, so that an advantageous for the targeted adjustment of the required balancing curvature symmetrical arrangement is present.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß der Aktuator über den mit der Welle gekoppelten Träger oder das mit der Welle gekoppelte Werkzeug vorgespannt ist. Die Vorspannung kann z. B. von einem zentral angeordneten Spannsystem aufgebracht werden. Für Piezoaktuatoren schädliche Zugbeanspruchungen können hierdurch sicher verhindert werden.Furthermore, it is preferably provided that the actuator is biased via the carrier coupled to the shaft or the tool coupled to the shaft. The bias can z. B. be applied by a centrally arranged clamping system. For piezoactuators damaging tensile stresses can be safely prevented thereby.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erfolgt außerdem gemäß Anspruch 25 durch ein Verfahren zum Auswuchten von rotierenden Gegenständen, bei dem die Unwucht des rotierenden Gegenstandes gemessen und der rotierende Gegenstand mit wenigstens einem in Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht ansteuerbaren Aktuator gekrümmt wird, wobei der rotierende Gegenstand in einem von dessen Drehachse radial und von dessen freiem Ende axial beabstandeten Bereich gekrümmt wird.The solution of the problem underlying the invention also takes place according to claim 25 by a method for balancing rotating objects, in which the imbalance of the rotating object is measured and the rotating object is curved with at least one controllable in dependence on the measured unbalance actuator, wherein the rotating Object is curved in one of its axis of rotation radially and axially spaced from the free end portion.
Vorzugsweise wird das Auswuchtverfahren automatisch und insbesondere während einer Beschleunigungsphase und/oder unmittelbar im Anschluß an die Beschleunigungsphase des rotierenden Gegenstandes durchgeführt.The balancing method is preferably carried out automatically and in particular during an acceleration phase and / or immediately after the acceleration phase of the rotating object.
Die automatische Auswuchtung minimiert die Auswuchtzeit und garantiert eine hohe Flexibilität. Die Auswuchtung während der Beschleunigungsphase oder unmittelbar im Anschluß daran ermöglicht eine optimale Identifizierung der Unwucht und vermeidet unproduktive Totzeiten einer den rotierenden Gegenstand umfassenden Bearbeitungsmaschine.The automatic balancing minimizes the balancing time and guarantees a high degree of flexibility. The balancing during the acceleration phase or immediately afterwards enables an optimal identification of the imbalance and avoids unproductive dead times of a processing machine comprising the rotating object.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.Further preferred embodiments of the invention are also specified in the subclaims, the description and the drawing.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur in einer geschnittenen Seitenansicht eine an einer Welle und einem Träger eines Hochleistungsbearbeitungszentrums vorgesehene Auswuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.The invention will now be described by way of example with reference to the drawing, the sole figure of which in a sectional side view shows a balancing device provided on a shaft and a carrier of a heavy-duty machining center according to an embodiment of the invention.
Die auch als Motorspindel und im Folgenden auch einfach als Spindel bezeichnete hohle Welle
Über ihr in der Figur linkes Ende ist die Welle bzw. Spindel
Zur Kopplung mit der Welle
Im Bereich ihres innen abgeschrägten Endes ist die Welle
Jeder Aufnahmebereich begrenzt einen sich in axialer Richtung erstreckenden Aufnahmeraum von vergleichsweise geringer radialer Höhe, der von einem darin angeordneten Piezostapelaktuator
Die Piezoaktuatoren
In der radial äußeren Begrenzungswand jedes Aufnahmeraumes ist eine im Folgenden auch als Fenster bezeichnete Öffnung
Durch die Abdeckhülse
Ein Vorteil der ringförmigen Anordnung der Aktuatoren
Die bereits erwähnte Abdeckhülse
Die Piezoaktuatoren
Zum anderen umfaßt die Übertragungseinheit einen Statorabschnitt
Ein Ringraum des Stators
Bohrungen, die zur Aufnahme von Verbindungsleitungen bzw. einer Steckverbindung
Im werkzeugseitigen Rotorring
Der Rotorabschnitt
Mit diesem Übertragungssystem, in dem jedem Aktuator
Die auf diese Weise für jeden Kanal individuell einstellbaren Längenänderungen der Piezoaktuatoren
Mit den Sensoren werden vorzugsweise wenigstens vier unabhängige Signale ermittelt, welche für beide Komponenten (radialer Versatz und Winkelversatz) der Unwucht die Anteile bezüglich der beiden Freiheitsgrade (Drehungen um orthogonale Achsen senkrecht zur Drehachse) repräsentieren. Aus diesen vier Signalen können die Auswirkungen der Unwucht durch Messen der Wege bzw. Verschiebungen und/oder Beschleunigungen an den Stellen der Sensoren erfaßt werden.With the sensors, preferably at least four independent signals are determined, which for both components (radial offset and angular offset) of the imbalance represent the proportions with respect to the two degrees of freedom (rotations about orthogonal axes perpendicular to the axis of rotation). From these four signals, the effects of imbalance can be detected by measuring the paths or displacements and / or accelerations at the locations of the sensors.
Dabei sind die Weg- bzw. Verschiebungssignale für eine Auswertung im niedrigen Frequenzbereich und die Beschleunigungssignale im hohen Frequenzbereich der vorgesehenen Bandbreite vorgesehen.In this case, the displacement or displacement signals are provided for evaluation in the low frequency range and the acceleration signals in the high frequency range of the intended bandwidth.
Gemäß einem möglichen Sensorkonzept werden Wege bzw. Verschiebungen vom feststehenden Teil der Gesamtanordnung zur Welle
Erfindungsgemäß wird nach jedem Werkzeugwechsel automatisch ein Auswuchtvorgang durchgeführt. Das Auswuchten kann während der Beschleunigungsphase der Spindel
Hierzu werden mit den erwähnten Sensoren der Meßanordnung laufend Weg- bzw. Verschiebungsdaten und/oder Beschleunigungsdaten des Gesamtsystems aufgenommen, welche die momentanen Unwuchtverhältnisse repräsentieren. Diese Daten werden der zentralen Steuereinheit zur Verfügung gestellt, die in einer die Geometrie der Aktuator-Ringstruktur berücksichtigenden Transformation automatisch für jeden Piezoaktuator
Die von den Verstärkern über die Umsetzer
Auf diese Weise kann die zentrale Steuereinheit gezielt Stellbewegungen in Form von Längenänderungen der einzelnen Aktuatoren
Die zwischen dem Wellenabschnitt
Für die Entstehung der Krümmung der Welle
Die in der beschriebenen Ausführungsform vorgenommene Anordnung der Aktuatoren im Bereich der Schnittstelle erfolgt nicht deshalb, um durch direktes Beaufschlagen des Trägers
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Aktuatoren
Indem unterschiedlich große Längenänderungen an den einzelnen Aktuatoren
Die Krümmung der Welle
Die Piezoaktuatoren
Es steht somit ein geschlossener Regelkreis zur Verfügung, der es ermöglicht, von der Meßanordnung nachgewiesenen, durch eine vorhandene Unwucht hervorgerufenen Störungen sofort mittels der Aktuatoren
Auf diese Weise kann durch die Erfindung der die Hauptursache für die Unwucht bildende Winkelversatz zwischen Spindel
Bei einem Ausfall der Leistungsversorgung beispielsweise aufgrund einer Betriebsstörung können die Aktuatoren
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1212
- Wellewave
- 1313
- Trägercarrier
- 1414
- Drehachseaxis of rotation
- 1515
- Schulter des TrägersShoulder of the wearer
- 1616
- Aktuator, PiezostapelaktuatorActuator, piezo stack actuator
- 1717
- Schulter der WelleShoulder of the wave
- 1818
- Schnittstelle, Kopplungsabschnitt, HohlschaftkegelInterface, coupling section, hollow shaft taper
- 22a22a
- Rotorringrotor ring
- 22b22b
- Rotorringrotor ring
- 2323
- Rotorabschnitt der ÜbertragungseinheitRotor section of the transmission unit
- 2424
- Statorstator
- 2525
- Statorabschnitt der ÜbertragungseinheitStator section of the transmission unit
- 2626
- Abschnitt der WelleSection of the shaft
- 3232
- Fensterwindow
- 3434
- Sicherungsorgan, AbdeckhülseSafety device, cover sleeve
- 3636
- Halteorgan, MutterHolding organ, mother
- 3838
- Lagerschildend shield
- 3939
- Lagerungstorage
- 4242
- Abdeckplattecover
- 4444
- Auswuchtbohrungbalance hole
- 4545
- Steckverbindungconnector
- 4646
- Abdichtstopfensealing plug
- 4848
- Umsetzerconverter
- 4949
- Baugruppe mit Gleichrichter und EntladeelektronikAssembly with rectifier and discharge electronics
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SCHEURER, FRIEDRICH, 73035 GOEPPINGEN, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140125 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |