DE102017108792A1 - Working head with two axes of rotation - Google Patents

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DE102017108792A1 DE102017108792.3A DE102017108792A DE102017108792A1 DE 102017108792 A1 DE102017108792 A1 DE 102017108792A1 DE 102017108792 A DE102017108792 A DE 102017108792A DE 102017108792 A1 DE102017108792 A1 DE 102017108792A1
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Nicola Rinaldi
Giuseppe Gavazzi
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    • B23Q2220/00Machine tool components
    • B23Q2220/006Spindle heads

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 WO 2009/034030 , das einen Arbeitskopf mit zwei Drehachsen und mit einer Gabel beschreibt, die sich um eine erste Achse dreht, eine Elektrospindel, die zwischen den beiden Armen der Gabel liegt und die sich um eine zweite Achse dreht, einen ersten Elektromotor mit direktem Antrieb für die Drehung der Gabel um die erste Achse, zwei zweite Elektromotoren mit direktem Antrieb für die Drehung der Elektrospindel um die zweite Achse, wobei der Rotor des ersten Motors direkt an der Gabel angeflanscht ist und der Stator jedes der zweiten Motoren in einem Gehäuse untergebracht ist, das an den Außenseiten der Gabel befestigt ist.The prior art includes the publication of the patent WO 2009/034030 , which describes a working head with two axes of rotation and with a fork which rotates about a first axis, an electric spindle which lies between the two arms of the fork and which rotates about a second axis, a first electric motor with direct drive for the rotation the fork about the first axis, two second direct drive electric motors for rotating the electric spindle about the second axis, the rotor of the first motor being flanged directly to the fork, and the stator of each of the second motors being housed in a housing attached to the outsides of the fork.

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 zeigt einen Aufriss eines Beispiels eines Arbeitskopfs, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.The Figure 11 is an elevational view of an example of a working head made in accordance with the present invention.

Die zeigt eine Seitenansicht des Arbeitskopfs aus .The shows a side view of the working head ,

zeigt den Querschnitt III-III der . shows the cross section III-III of ,

Die zeigt einen Querschnitt eines Drehmomentmotors, der als direkter Antrieb für die zweite Achse (Achse A) des Arbeitskopfs auf eingesetzt wird.The shows a cross section of a torque motor, which acts as a direct drive for the second axis (axis A) of the working head is used.

zeigt einen Aufriss des Motors aus im Querschnitt. shows an outline of the engine in cross section.

Die zeigt einen Querschnitt eines Drehmomentmotors, der als direkter Antrieb für die erste Achse (Achse C) des Arbeitskopfs auf eingesetzt wird.The shows a cross section of a torque motor, the direct drive for the first axis (axis C) of the working head on is used.

Die zeigt einen Querschnitt eines weiteren Beispiels für einen Drehmomentmotor, der als direkter Antrieb für mindestens eine Achse des Arbeitskopfs auf eingesetzt wird.The shows a cross section of another example of a torque motor, as direct drive for at least one axis of the working head is used.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Mit Bezug auf die oben genannten Abbildungen wurde mit 1 ein Arbeitskopf für ein numerisch gesteuertes Bearbeitungszentrum (nicht abgebildet) in seiner Gesamtheit angegeben, insbesondere ein Arbeitskopf für die Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Holzwerkstoffen, Aluminium, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen etc. Das numerisch gesteuerte Bearbeitungszentrum kann beispielsweise ein Zentrum mit fünf gesteuerten Bearbeitungsachsen X, Y, Z, C, A umfassen, wobei die drei Achsen X, Y, Z dem Teil des Bearbeitungszentrum zugewiesen sind, das den Arbeitskopf 1 hält, während die beiden anderen (Dreh-)Achsen C und A dem Arbeitskopf 1 zugewiesen sind.With reference to the above pictures was with 1 a working head for a numerically controlled machining center (not shown) in its entirety, in particular a working head for machining workpieces made of wood, wood-based materials, aluminum, plastics, composites, etc. The numerically controlled machining center can, for example, a center with five controlled machining axes X, Y, Z, C, A, wherein the three axes X, Y, Z are assigned to the part of the machining center which is the working head 1 holds, while the other two (rotary) axes C and A the working head 1 are assigned.

Der Arbeitskopf 1 kann insbesondere Halterungsmittel 2 umfassen, die zur Montage auf einem beweglichen Teil (nicht abgebildet) des Bearbeitungszentrums bestimmt sind. Dieser bewegliche Teil kann die Möglichkeit zur gesteuerten Bewegung entlang der drei (orthogonal zueinander liegenden) Achsen X, Y, Z bieten. Die Halterungsmittel 2 können wie in diesem Fall mindestens ein Gehäuse mit Befestigungsmitteln für den (abnehmbaren) Anschluss an den beweglichen Teil des Bearbeitungszentrums umfassen.The working head 1 can in particular holding means 2 include, which are intended for mounting on a moving part (not shown) of the machining center. This movable part may offer the possibility of controlled movement along the three (orthogonal) axes X, Y, Z. The retaining means 2 may comprise, as in this case, at least one housing with attachment means for the (detachable) connection to the moving part of the machining center.

Der Arbeitskopf 1 kann insbesondere eine Halterung 3 umfassen, welche eine Elektrospindelbaugruppe 4 trägt. Die Elektrospindel-Halterung 3 kann ihrerseits wieder von Halterungsmitteln 2 gehalten werden. Die Halterung 3 kann bezüglich ihrer Position zu den Halterungsmitteln 2 um mindestens eine erste Drehachse C regulierbar sein.The working head 1 in particular, a holder 3 comprising an electrospindle assembly 4 wearing. The electrospindle holder 3 may in turn be from holding means 2 being held. The holder 3 can with respect to their position to the support means 2 be adjustable to at least a first axis of rotation C.

Wie gesagt kann der Arbeitskopf 1 eine Elektrospindel-Werkzeugträgerbaugruppe 4 umfassen, die von einer Elektrospindel-Halterung 3 getragen wird. Die Elektrospindel-Werkzeugträgerbaugruppe 4 kann insbesondere eine Spindelachse zur Drehung der Werkzeugträgerspindel umfassen. Die Spindelachse kann mindestens durch die Regulierung um die erste Drehachse C und/oder um eine zweite Drehachse A, die quer zur ersten Drehachse C liegt, schwenkbar sein.As I said, the working head 1 an electrospindle tool carrier assembly 4 include that of an electrospindle holder 3 will be carried. The electrospindle tool carrier assembly 4 may in particular comprise a spindle axis for rotation of the tool carrier spindle. The spindle axis can be at least by the regulation about the first axis of rotation C and / or about a second axis of rotation A, which is transverse to the first axis of rotation C, pivotable.

Die Halterungsmittel 2 können erste Antriebsmittel (die beispielsweise einen ersten Elektromotor 5 umfassen) tragen, welche so angebracht sind, dass sie die Regulierung der Elektrospindel-Halterung 3 um die erste Drehachse C antreiben können. Die Elektrospindel-Halterung 3 kann zweite Antriebsmittel (die beispielsweise einen zweiten Elektromotor 6 umfassen) für den Antrieb der Drehung der Elektrospindelbaugruppe 4 um die zweite Drehachse A tragen.The retaining means 2 can first drive means (for example, a first electric motor 5 include) which are mounted to regulate the electrospindle holder 3 can drive about the first axis of rotation C. The electrospindle holder 3 can second drive means (for example, a second electric motor 6 comprise) for driving the rotation of the electrospindle assembly 4 wear around the second axis of rotation A.

Die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor 6 oder Motor Achse A) können insbesondere einen Drehmomentmotor umfassen. Bekanntlich umfasst ein Drehmomentmotor (Torquemotor) in der Regel einen speziellen bürstenlosen Synchronmotor mit Permanentmagneten (mit direktem Antrieb). Die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor 6 oder Motor Achse A) können insbesondere Statormittel 7 umfassen, die (fixiert) mit der Elektrospindel-Halterung 3 verbunden sind. Die Statormittel 7 können so auf der Halterung 3 angebracht sein, dass sie sich zusammen mit der Halterung 3 um die erste Achse C drehen.The second drive means (second motor 6 or motor axis A) may in particular comprise a torque motor. As is known, a torque motor (torque motor) usually comprises a special brushless synchronous motor with permanent magnets (with direct drive). The second drive means (second motor 6 or motor axis A) can in particular stator means 7 include (fixed) with the electrospindle holder 3 are connected. The statuary means 7 can do so on the bracket 3 be appropriate that they are together with the bracket 3 turn around the first axis C.

Die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor 6 oder Motor Achse A) können insbesondere Rotormittel 8 umfassen, die (fixiert) mit der Elektrospindelbaugruppe 4 verbunden sind. Die Rotormittel 8 können so auf der Elektrospindelbaugruppe 4 angebracht sein, dass sie sich zusammen mit der Elektrospindelbaugruppe 4 um die zweite Achse A drehen. Die Rotormittel 8 können insbesondere mindestens einen koaxial zu einer zweiten Achse A liegenden Rotor umfassen, der (fest) mit der Elektrospindelbaugruppe 4 verbunden ist.The second drive means (second motor 6 or motor axis A) can in particular rotor means 8th include (fixed) with the electrospindle assembly 4 are connected. The rotor means 8th can do so on the electrospindle assembly 4 be appropriate that they are together with the electrospindle assembly 4 turn around the second axis A. The rotor means 8th In particular, at least one rotor lying coaxially to a second axis A may comprise (fixedly) with the electrospindle assembly 4 connected is.

Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb Achse A) können insbesondere elektromagnetische Wicklungsmittel 9 umfassen, die auf den Statormitteln 7 angebracht (montiert) sind. Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb Achse A) können insbesondere Permanentmagnetmittel 10 umfassen, die auf den Rotormitteln 8 angebracht (montiert) sind.The second drive means (drive axis A) can in particular electromagnetic winding means 9 include, on the Statements 7 attached (mounted) are. The second drive means (drive axis A) can in particular permanent magnet means 10 include that on the rotor means 8th attached (mounted) are.

Die Statormittel 7 und die Rotormittel 8 können wie auf den , , und so konfiguriert sein, dass der Magnetfluss im Wesentlichen in einer parallel zur zweiten Achse A verlaufenden Richtung (Axialfluss) von den einen zu den anderen fließt.The statuary means 7 and the rotor means 8th can like on the . . and be configured so that the magnetic flux substantially in a direction parallel to the second axis A extending direction (axial flow) flows from one to the other.

Die Statormittel 7 können insbesondere mindestens einen ersten Statorring 11 umfassen, der (fest) mit der Halterung 3 verbunden ist. Die elektromagnetischen Wicklungsmittel 9 können wie im Beispiel auf den Wicklungen umfassen, die auf dem ersten Statorring 11 angebracht sind.The statuary means 7 in particular, at least one first stator ring 11 include the (fixed) with the bracket 3 connected is. The electromagnetic winding means 9 like in the example on the - Windings include those on the first stator ring 11 are attached.

Die Rotormittel 8 können eine Scheibe 12 umfassen, die ihrerseits mindestens eine erste, dem ersten Statorring 11 zugewandte Seite umfasst. Die Permanentmagnetmittel 10 können insbesondere mindestens eine erste Anordnung von Magneten auf der ersten Seite der Scheibe 12 umfassen.The rotor means 8th can a slice 12 comprise, in turn, at least a first, the first stator ring 11 facing side includes. The permanent magnet means 10 In particular, at least one first array of magnets may be on the first side of the disk 12 include.

Die Statormittel 7 können insbesondere wie im Beispiel auf den mindestens einen zweiten Statorring 13 umfassen, der (fest) mit der Halterung 3 verbunden ist. Der zweite Statorring 13 kann vom ersten Statorring 11 in einer parallel zur zweiten Achse A verlaufenden Richtung beabstandet sein. Die elektromagnetischen Wicklungsmittel 9 können Wicklungen umfassen, die auf dem zweiten Statorring 13 angebracht sind.The statuary means 7 In particular, as in the example on the - at least one second stator ring 13 include (fixed) with the bracket 3 connected is. The second stator ring 13 can from the first stator ring 11 be spaced in a direction parallel to the second axis A extending direction. The electromagnetic winding means 9 may include windings on the second stator ring 13 are attached.

Die Scheibe 12 kann wie in diesem Beispiel zwischen dem ersten Statorring 11 und dem zweiten Statorring 13 angebracht sein. Die Scheibe 12 kann insbesondere mindestens eine zweite, dem zweiten Statorring 13 zugewandte Seite umfassen. Die zweite Seite der Scheibe 12 kann auf der Gegenseite der ersten Seite liegen.The disc 12 can, as in this example, between the first stator ring 11 and the second stator ring 13 to be appropriate. The disc 12 in particular, at least one second, the second stator ring 13 facing side. The second side of the disc 12 may be on the opposite side of the first page.

Die Permanentmagnetmittel 10 können insbesondere mindestens eine zweite Anordnung von Magneten auf der zweiten Seite der Scheibe 12 umfassen.The permanent magnet means 10 In particular, at least one second array of magnets may be on the second side of the disc 12 include.

Die Statormittel 7 können wie in diesen Beispielen mindestens ein ringförmiges, beispielsweise im Wesentlichen torusförmige Statorelement (beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt) umfassen. Auf mindestens einer Seite des Statorelements können eine oder mehrere Nuten zur Aufnahme der elektromagnetischen Wicklungsmittel erzielt werden. Die Nuten können radial angeordnet sein. Die Nuten können leicht schräg ausgerichtet sein, um das Rastmoment zu reduzieren.The statuary means 7 For example, as in these examples, they may comprise at least one annular, for example substantially toroidal, stator element (for example of rectangular cross-section). On at least one side of the stator element, one or more grooves for receiving the electromagnetic winding means can be achieved. The grooves can be arranged radially. The grooves can be slightly inclined to reduce the cogging torque.

Die Permanentmagnetmittel 10 können insbesondere eine Vielzahl von (in axialer Richtung magnetisierten) Permanentmagneten umfassen, die in Nuten auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der (beispielsweise aus unmagnetischem Material hergestellten) Scheibe 12 untergebracht sind und auf beiden Seiten der Scheibe 12 herausragen.The permanent magnet means 10 may in particular comprise a plurality of (magnetized in the axial direction) permanent magnets which are in grooves on the two opposite sides of the (for example made of non-magnetic material) disc 12 are housed and on both sides of the disc 12 protrude.

Der Arbeitskopf 1 kann insbesondere Winkelpositionsgeber (beispielsweise einen Encoder) zur Erfassung mindestens einer Winkelposition der Rotormittel 8 umfassen. Der Arbeitskopf 1 kann insbesondere programmierbare elektronische Steuermittel umfassen, die mit Computerprogrammanweisungen ausgestattet und so konfiguriert sind, dass sie die Position der zweiten Achse A anhand mindestens eines von den Winkelpositionsgebern ausgegebenen Signals steuern.The working head 1 can in particular angle position sensor (for example, an encoder) for detecting at least one angular position of the rotor means 8th include. The working head 1 In particular, it may include programmable electronic control means equipped with computer program instructions and configured to control the position of the second axis A based on at least one signal output by the angular position sensors.

Die ersten Antriebsmittel (erster Motor 5 oder Motor Achse C) können insbesondere einen zweiten Drehmomentmotor umfassen. Die ersten Antriebsmittel (erster Motor 5 oder Motor Achse C) können insbesondere zweite Statormittel 14 umfassen, die (fest) mit der Halterungen 2 verbunden sind. Die ersten Antriebsmittel (erster Motor 5 oder Motor Achse C) können insbesondere zweite Rotormittel 15 umfassen, die (fest) mit der Halterung 3 verbunden sind.The first drive means (first motor 5 or motor axis C) may in particular comprise a second torque motor. The first drive means (first motor 5 or motor axis C) can in particular second stator means 14 Include (fixed) with the brackets 2 are connected. The first drive means (first motor 5 or motor axis C) can in particular second rotor means 15 Include (fixed) with the bracket 3 are connected.

Die ersten Antriebsmittel (Antrieb Achse C) können insbesondere zweite elektromagnetische Wicklungsmittel 16 umfassen, die auf den zweiten Statormitteln 14 angebracht sind. Die ersten Antriebsmittel (Antrieb Achse C) können insbesondere zweite Permanentmagnetmittel 17 umfassen, die auf den zweiten Rotormitteln 15 angebracht sind. Die zweiten Rotormittel 15 können insbesondere mindestens einen zu einer ersten Achse C koaxialen Rotor umfassen. Die zweiten Statormittel 14 können beispielsweise einen ringförmigen, hinsichtlich der zweiten Rotormittel 15 externen Teil umfassen. Der ringförmige externe Teil kann insbesondere koaxial zu den zweiten Rotormitteln 15 sein. Die zweiten Statormittel 14 können so konfiguriert und hinsichtlich der zweiten Rotormittel 15 so angeordnet sein, dass der Magnetfluss im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der ersten Achse C von den einen zu den anderen fließt (Radialfluss).The first drive means (drive axis C) can in particular second electromagnetic winding means 16 include, on the second stator means 14 are attached. The first drive means (drive axis C) can in particular second permanent magnet means 17 comprise, on the second rotor means 15 are attached. The second rotor means 15 In particular, at least one rotor coaxial with a first axis C may comprise. The second stator means 14 For example, an annular, with respect to the second rotor means 15 external part. In particular, the annular external part may be coaxial with the second rotor means 15 be. The second stator means 14 can be configured and with regard to the second rotor means 15 be arranged so that the magnetic flux substantially in the radial direction with respect to the first axis C flows from one to the other (radial flow).

Die Elektrospindelbaugruppe 4 kann ohne den Einsatz von Übertragungsmitteln direkt mit den Rotormitteln 8 des zweiten Motors 6 (Motor Achse A) verbunden sein. Daher wird die zweite Achse A mit einem direktem Antrieb gesteuert.The electrospindle assembly 4 can without the use of transfer agents directly with the rotor means 8th of the second engine 6 (Motor axis A) to be connected. Therefore, the second axis A is controlled with a direct drive.

Die zweiten Antriebsmittel (Antrieb zweite Achse A) können für die drehbare Kopplung der zweiten Achse A mit der Halterung 3 mit Roll-Halterungsmitteln (Wälzlager) verbunden werden.The second drive means (drive the second axis A) can for the rotatable coupling of the second axis A with the holder 3 be connected with roll-holding means (rolling bearings).

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 umfassen die zweiten Antriebsmittel (zweiter Motor 6 oder Antrieb Achse A) einen mehrstufigen Axialflussmotor, der in diesem Fall zwei Statorelemente (die den ersten und den zweiten Statorring 11 und 13 umfassen) und ein Rotorelement (das die Scheibe 12 umfasst) umfasst. Der Einsatz von mehreren Stator- und/oder Rotorelementen ermöglicht es, bei gleichem Volumen die Nutzfläche zur Drehmomenterzeugung zu erhöhen (Erhöhung der Drehmomentdichte). Anders gesagt können durch die Struktur mit zwei Statorelementen (bei gleichem Durchmesser) zwei Nutzflächen zur Drehmomenterzeugung erzielt werden, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Drehmomentdichte führt.In the example on the - comprise the second drive means (second motor 6 or Drive Axis A) a multi-stage axial flux motor, which in this case has two stator elements (the first and the second stator ring 11 and 13 comprise) and a rotor element (which the disc 12 includes). The use of several stator and / or rotor elements makes it possible to increase the effective area for torque generation (increasing the torque density) with the same volume. In other words, the structure with two stator elements (with the same diameter) can achieve two effective areas for generating torque, which leads to a corresponding increase in the torque density.

Auf ist ein Beispiel für einen einstufigen Axialflussmotor (nur ein Statorelement und nur ein Rotorelement) zu sehen, der in nicht abgebildeten Beispielen als erster Drehmomentmotor (Antrieb Achse C) und/oder als zweiter Drehmomentmotor (Antrieb Achse A) eingesetzt werden kann. In anderen, nicht abgebildeten Beispielen kann ein Axialflussmotor mit zwei Statorelementen, insbesondere wie der im Beispiel auf den als zweiter Drehmomentmotor (Antrieb Achse A) eingesetzte, als erster Drehmomentmotor (Antrieb Achse C) verwendet werden. In anderen, nicht abgebildeten Beispielen kann ein Radialflussmotor, insbesondere wie der auf der wie im Beispiel auf den als erster Drehmomentmotor (Antrieb Achse C) eingesetzte, als zweiter Drehmomentmotor (Antrieb Achse A) verwendet werden.On An example of a single-stage axial flow motor (only one stator element and one rotor element) can be seen, which can be used in non-illustrated examples as a first torque motor (drive C axis) and / or as a second torque motor (drive axis A). In other examples, not shown, one can Axialflussmotor with two stator elements, in particular as in the example on the - used as the second torque motor (drive A), as the first torque motor (drive C axis). In other examples, not shown, a radial flux motor, in particular as on the as in the example on the - used as the first torque motor (drive C axis), as a second torque motor (drive axis A).

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 4 trägt, wird (mit direktem Antrieb) über einen Drehmomentmotor angetrieben, insbesondere einen Axialflussmotor, insbesondere einen mehrstufigen Axialflussmotor (der beispielsweise ein Rotorelement zwischen den beiden Statorelementen umfasst). Dieser Aufbau, mit dem ein wirksamer Antrieb der Elektrospindelbaugruppe 4 möglich ist (für spanende Materialbearbeitung), ist in einem angemessenen Raum untergebracht, der im Rahmen eines Arbeitskopfes mit zwei Drehachsen zur Verfügung steht.The axis (second axis A), directly the electrospindle assembly 4 carries is driven (with direct drive) via a torque motor, in particular a Axialflussmotor, in particular a multi-stage Axialflussmotor (for example, comprises a rotor element between the two stator elements). This construction, with which an effective drive of the electrospindle assembly 4 is possible (for cutting material processing), is housed in an appropriate space, which is available in the context of a working head with two axes of rotation.

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.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2009/034030 [0003] WO 2009/034030 [0003]

Claims (9)

Arbeitskopf (1) mit zwei gesteuerten Achsen (C; A), der Folgendes umfasst: – eine um eine erste Achse (C) drehbare Halterung (3); – einen ersten Motor (5) als Antrieb für die Drehung der Halterung (3) um die erste Achse (C); – eine Elektrospindelbaugruppe (4), die von der Halterung (3) getragen wird und um eine zweite Achse (A) drehbar ist; – einen zweiten Motor (6) als Antrieb für die Drehung der Elektrospindelbaugruppe (4) um die zweite Achse (A); wobei der zweite Motor (6) einen Drehmomentmotor mit Statormitteln (7), Rotormitteln (8), elektromagnetischen Wicklungsmitteln (9), die auf den Statormitteln (7) angebracht sind, und Permanentmagnetmittel (19), die auf den Rotormitteln (8) angebracht sind, umfasst, wobei die Statormittel (7) mit der Halterung (3) und die Rotormittel (8) mit der Elektrospindelbaugruppe (4) verbunden sind.Working head ( 1 ) with two controlled axes (C; A), comprising: - a holder rotatable about a first axis (C) (C) 3 ); - a first engine ( 5 ) as a drive for the rotation of the holder ( 3 ) about the first axis (C); An electrospindle assembly ( 4 ) coming from the bracket ( 3 ) and is rotatable about a second axis (A); A second motor ( 6 ) as a drive for the rotation of the electrospindle assembly ( 4 ) about the second axis (A); the second motor ( 6 ) a torque motor with stator means ( 7 ), Rotor agents ( 8th ), electromagnetic winding means ( 9 ), which are based on the 7 ), and permanent magnet means ( 19 ) on the rotor means ( 8th ), the stator means ( 7 ) with the bracket ( 3 ) and the rotor means ( 8th ) with the electrospindle assembly ( 4 ) are connected. Arbeitskopf nach Patentanspruch 1, wobei die Statormittel (7) auf der Halterung (3) montiert oder befestigt sind und/oder wobei die Rotormittel (8) auf der Elektrospindelbaugruppe (4) montiert oder befestigt sind.Working head according to claim 1, wherein the stator means ( 7 ) on the bracket ( 3 ) are mounted or fastened and / or wherein the rotor means ( 8th ) on the electrospindle assembly ( 4 ) are mounted or attached. Arbeitskopf gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Statormittel (7) und die Rotormittel (8) so konfiguriert sind, dass der Magnetfluss im Wesentlichen in einer zur zweiten Achse (A) parallel verlaufenden Richtung von den einen zu den anderen fließt.Working head according to claim 1 or 2, wherein the stator means ( 7 ) and the rotor means ( 8th ) are configured such that the magnetic flux substantially flows in a direction parallel to the second axis (A) from one to the other. Arbeitskopf nach einem beliebigen der oben genannten Patentansprüche, wobei: – die Statormittel (7) mindestens einen ersten Statorring (11) umfassen, der mit der Halterung (3) verbunden ist; – die elektromagnetischen Wicklungsmittel (9) mindestens erste Wicklungsmittel umfassen, die auf dem ersten Statorring (11) angebracht sind; – die Rotormittel (8) eine Scheibe (12) umfassen, die mindestens eine erste, dem ersten Statorring (11) zugewandte Seite umfasst. – die Permanentmagnetmittel (10) mindestens eine erste Anordnung von Magneten auf der ersten Seite der Scheibe (12) umfassen.Working head according to any of the above claims, wherein: - the stator means ( 7 ) at least one first stator ring ( 11 ) connected to the holder ( 3 ) connected is; The electromagnetic winding means ( 9 ) comprise at least first winding means, which on the first stator ring ( 11 ) are attached; - the rotor means ( 8th ) a disk ( 12 ) comprising at least a first, the first stator ring ( 11 ) facing side comprises. The permanent magnet means ( 10 ) at least a first arrangement of magnets on the first side of the disc ( 12 ). Arbeitskopf nach Patentanspruch 4, wobei: – die Statormittel (7) mindestens einen zweiten Statorring (13) umfassen, der mit der Halterung (3) verbunden ist und vom ersten Statorring (11) in einer parallel zur zweiten Achse (A) verlaufenden Richtung beabstandet ist. – die elektromagnetischen Wicklungsmittel (9) mindestens zweite Wicklungsmittel umfassen, die auf dem zweiten Statorring (13) angebracht sind; – die Scheibe (12) zwischen dem ersten Statorring (11) und dem zweiten Statorring (13) angebracht ist und mindestens eine zweite Seite umfasst, die der ersten Seite gegenüberliegt und dem zweiten Statorring (13) zugewandt ist. – die Permanentmagnetmittel (10) mindestens eine zweite Anordnung von Magneten auf der zweiten Seite der Scheibe (12) umfassen.Working head according to claim 4, wherein: - the stator means ( 7 ) at least one second stator ring ( 13 ) connected to the holder ( 3 ) and from the first stator ring ( 11 ) is spaced in a direction parallel to the second axis (A) extending direction. The electromagnetic winding means ( 9 ) comprise at least second winding means, which on the second stator ring ( 13 ) are attached; - the disc ( 12 ) between the first stator ring ( 11 ) and the second stator ring ( 13 ) and at least one second side, which is opposite to the first side and the second stator ring ( 13 ) is facing. The permanent magnet means ( 10 ) at least a second arrangement of magnets on the second side of the disc ( 12 ). Arbeitskopf nach einem beliebigen der oben genannten Patentansprüche, wobei der erste Motor (5) einen zweiten Drehmomentmotor umfasst, der zweite Statormittel (14), zweite Rotormittel (15), zweite elektromagnetische, auf den zweiten Statormitteln (14) angebrachte Wicklungsmittel (16) und zweite, auf den zweiten Rotormitteln (15) angebrachte Permanentmagnetmittel (17) umfasst, wobei die zweiten Rotormittel (15) mit der Halterung (3) verbunden sind und einen koaxial zur ersten Achse (C) liegenden Rotor umfassen.Working head according to any one of the preceding claims, wherein the first motor ( 5 ) comprises a second torque motor, the second stator means ( 14 ), second rotor means ( 15 ), second electromagnetic, on the second stator means ( 14 ) mounted winding means ( 16 ) and second, on the second rotor means ( 15 ) mounted permanent magnet means ( 17 ), wherein the second rotor means ( 15 ) with the bracket ( 3 ) and comprise a coaxial with the first axis (C) lying rotor. Arbeitskopf nach Patentanspruch 6, wobei die zweiten Statormittel (14) mindestens einen ringförmigen externen Teil umfassen, der koaxial zu den zweiten Rotormitteln (15) liegt, so dass der Magnetfluss im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der ersten Achse (C) von den einen zu den anderen fließt.Working head according to claim 6, wherein the second stator means ( 14 ) comprise at least one annular external part which is coaxial with the second rotor means ( 15 ) so that the magnetic flux flows substantially radially with respect to the first axis (C) from one to the other. Arbeitskopf nach einem beliebigen der oben genannten Patentansprüche, wobei die Rotormittel (8) einen koaxial zur zweiten Achse (A) liegenden Rotor umfassen.Working head according to any one of the preceding claims, wherein the rotor means ( 8th ) comprise a rotor coaxial with the second axis (A). Arbeitskopf nach Patentanspruch 8, der Winkelpositionsgeber zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors und programmierbare elektronische Steuermittel umfasst, die mit Computerprogrammanweisungen ausgestattet und so konfiguriert sind, dass sie die Position der zweiten Achse (A) anhand mindestens eines von den Winkelpositionsgebern ausgegebenen Signals steuern.A working head according to claim 8, comprising angular position sensors for determining the angular position of the rotor and programmable electronic control means equipped with computer program instructions and configured to control the position of the second axis (A) based on at least one signal output by the angular position sensors.
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