DE102017108792A1 - Working head with two axes of rotation - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen für ein Bearbeitungszentrum mit fünf gesteuerten Achsen, wobei eine erste Drehachse von einem Radialflussmotor in Drehung versetzt wird und eine zweite Drehachse von einem Axialflussmotor in Drehung versetzt wird, der einen Rotorring umfasst, welcher Permanentmagneten trägt und zwischen zwei Statorringen liegt, welche die elektrischen Wicklungen tragen, wobei der Rotorring fest mit einer Elektrospindelbaugruppe verbunden ist.Disclosed is a working head having two axes of rotation for a five controlled axis machining center wherein a first axis of rotation is rotated by a radial flux motor and a second axis of rotation is rotated by an axial flux motor comprising a rotor ring carrying permanent magnets and between two stator rings which carry the electrical windings, wherein the rotor ring is fixedly connected to an electrospindle assembly.
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf mit zwei Drehachsen, insbesondere einen Arbeitskopf, der mindestens eine Elektrospindel umfasst, die beispielsweise für diverse spanende Bearbeitungsverfahren (Fräsen, Bohren, Schneiden, Bördeln, Profilieren, Drehen, Polieren etc.) an Gegenständen aus einem beliebigen, bearbeitbaren Material (beispielsweise Holz, Holzwerkstoffe, Harze, Verbundwerkstoffe, Aluminium, PVC, Stahl, Leichtmetalllegierungen etc.) geeignet ist.The invention relates to a working head with two axes of rotation, in particular a working head comprising at least one electric spindle, for example, for various machining processes (milling, drilling, cutting, flanging, profiling, turning, polishing, etc.) of objects made of any workable material (For example, wood, wood materials, resins, composites, aluminum, PVC, steel, light alloys, etc.) is suitable.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann die Erfindung nutzbringend im Bereich eines Bearbeitungszentrums mit numerischer Steuerung, insbesondere in einem Bearbeitungszentrum mit fünf gesteuerten Achsen eingesetzt werden, in dem ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen die beiden Drehachsen der Maschine enthält, welche die Elektrospindel tragen.In particular, but not exclusively, the invention may usefully be used in the field of a numerical control machining center, particularly in a five controlled axis machining center, in which a working head with two axes of rotation contains the two axes of rotation of the machine carrying the electric spindle.
Der Stand der Technik umfasst die Veröffentlichung des Patents
Der Stand der Technik ist im Hinblick auf einige Aspekte verbesserungswürdig. Zuerst ist es wünschenswert, einen Arbeitskopf mit zwei Drehachsen in relativ geringen Abmessungen zu liefern. Es ist weiterhin erstrebenswert, die Effizienz der Antriebe für den Arbeitskopf mit zwei Drehachsen zu erhöhen. Ein weiterer Aspekt, der zu verbessern wäre, ist die Einfachheit der Konstruktion des Arbeitskopfes.The prior art is in need of improvement in view of some aspects. First, it is desirable to provide a working head with two axes of rotation in a relatively small size. It is also desirable to increase the efficiency of the drives for the working head with two axes of rotation. Another aspect that should be improved is the simplicity of the construction of the working head.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Ein Zweck der Erfindung ist es, eine oder mehrere der oben genannten Einschränkungen und Nachteile des Stands der Technik zu beheben.One purpose of the invention is to overcome one or more of the above limitations and disadvantages of the prior art.
Ein Vorteil liegt darin, dass ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen in relativ kleinen Abmessungen erstellt wird.One advantage is that a working head with two axes of rotation is created in relatively small dimensions.
Ein Vorteil liegt darin, dass ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen, die mit relativ hoch effizienten Antrieben versehen sind, ausgestattet ist.One advantage is that a working head with two axes of rotation, which are provided with relatively high efficiency drives, is equipped.
Ein Vorteil liegt darin, dass ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen, die relativ einfach konstruiert sind, hergestellt wird.One advantage is that a working head with two axes of rotation, which are relatively simple constructed, is produced.
Ein Vorteil liegt darin, dass ein Arbeitskopf erstellt wird, der sich für ein Bearbeitungszentrum mit fünf gesteuerten Achsen eignet.One advantage is that it creates a working head suitable for a five-axis machining center.
Diese Zwecke und Vorteile und anderes mehr werden alle mit dem Arbeitskopf nach einem oder mehreren der unten aufgeführten Patentansprüche erreicht.These purposes and advantages and others are all achieved with the working head according to one or more of the claims listed below.
In einem Beispiel umfasst ein Arbeitskopf mit zwei Drehachsen eine erste Drehachse, die von einem Radialflussmotor in Drehung versetzt wird, und eine zweite Drehachse, die von einem Axialflussmotor in Drehung versetzt wird, der mindestens einen Rotorring umfasst, der Permanentmagneten trägt und zwischen zwei Statorringen liegt, welche die elektromagnetischen Wicklungen tragen, wobei der Rotorring fest mit einer Elektrospindelbaugruppe verbunden ist.In one example, a working head having two axes of rotation includes a first axis of rotation that is rotated by a radial flux motor and a second axis of rotation that is rotated by an axial flux motor that includes at least one rotor ring that carries permanent magnets and is sandwiched between two stator rings carrying the electromagnetic coils, the rotor ring being fixedly connected to an electrospindle assembly.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung kann mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen, die einige Beispiele ohne Einschränkung der Anwendungen illustrieren, besser verstanden und umgesetzt werden.The invention may be better understood and appreciated with reference to the accompanying drawings, which illustrate some examples without limitation of the applications.
Die
Die
Die
Die
Die
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Mit Bezug auf die oben genannten Abbildungen wurde mit
Der Arbeitskopf
Der Arbeitskopf
Wie gesagt kann der Arbeitskopf
Die Halterungsmittel
Die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor
Die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor
Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb Achse A) können insbesondere elektromagnetische Wicklungsmittel
Die Statormittel
Die Statormittel
Die Rotormittel
Die Statormittel
Die Scheibe
Die Permanentmagnetmittel
Die Statormittel
Die Permanentmagnetmittel
Der Arbeitskopf
Die ersten Antriebsmittel (erster Motor
Die ersten Antriebsmittel (Antrieb Achse C) können insbesondere zweite elektromagnetische Wicklungsmittel
Die Elektrospindelbaugruppe
Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb zweite Achse A) können für die drehbare Kopplung der zweiten Achse A mit der Halterung
Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb zweite Achse A) können operativ mit den Sensormitteln (Encoder) verbunden werden, die zur rückführenden Steuerung der Winkelposition der zweiten Achse A eingesetzt werden.The second drive means (second axis drive A) may be operatively connected to the sensor means (encoders) used to feedback control the angular position of the second axis A.
Im Beispiel auf den
Auf
Es können wie in anderen, nicht abgebildeten Beispielen alle möglichen Einsatzkombinationen diverser Drehmomentmotoren (Radialflussmotor, einstufiger Axialflussmotor, mehrstufiger Axialflussmotor etc.) als erster Drehmomentmotor (Antrieb Achse C) und als zweiter Drehmomentmotor (Antrieb Achse A) verwendet werden.As in other examples, not shown, all possible combinations of various torque motors (radial flux motor, single-stage axial flow motor, multi-stage axial flow motor, etc.) can be used as the first torque motor (drive C axis) and as the second torque motor (drive A axis).
Die Permanentmagnetmittel der in dieser Beschreibung zitierten Beispiele können Magneten umfassen, die mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sind (insbesondere mit ferromagnetischem Material, beispielsweise Ferrit), um die Magneten vor der Gefahr einer möglichen Entmagnetisierung, beispielsweise bei Operationen mit Feldschwächung, zu schützen. Die Beschichtung der Magneten (beispielsweise mit ferromagnetischem Material) ermöglicht bei vorhandenen entmagnetisierenden Statorströmen eine wirksame Feldschwächung des Motors, da alternative Wege für den von den Magneten erzeugten Fluss geschaffen werden.The permanent magnet means of the examples cited in this specification may comprise magnets which are coated with an electrically insulating material (in particular ferromagnetic material, for example ferrite) to protect the magnets from the danger of possible demagnetization, for example in field weakening operations. The coating of the magnets (for example with ferromagnetic material) allows effective field weakening of the motor with existing demagnetizing stator currents since alternative paths are provided for the flux generated by the magnets.
Die hier beschriebenen Drehmomentmotoren können Kühlmittel (beispielsweise Flüssigkühlmittel) umfassen.The torque motors described herein may include coolant (eg, liquid coolant).
Die Achse (zweite Achse A), die direkt die Elektrospindelbaugruppe
Der direkte Antrieb ermöglicht weiterhin eine hohe dynamische Reaktion auf die Drehungsregulierung der Elektrospindelbaugruppe (um die Achse C und/oder um die Achse A), wobei Hysteresen aufgrund von Spiel und Nachgeben eines möglichen mechanischen Übertragungssystems vermieden werden. Durch den Einsatz mindestens eines Drehstrommotors kann außerdem die Drehgeschwindigkeit der Elektrospindelbaugruppe gleichförmig und regelmäßig moduliert werden.The direct drive also allows a high dynamic response to the rotation regulation of the electrospindle assembly (about axis C and / or about axis A), avoiding hysteresis due to backlash and yield of a possible mechanical transmission system. By using at least one three-phase motor, moreover, the rotational speed of the electrospindle assembly can be uniformly and regularly modulated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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