TW202031387A - 用於機具之軸線構造 - Google Patents

Abstract

本發明關於用於機具之軸線構造（10）。在軸線殼體（11）中，支撐主軸（12）藉由主軸軸承構造（13）圍繞縱向軸線以旋轉方式受支撐。支撐主軸（12）用於容置夾持單元（23），夾持單元（23）能藉由缸裝置（25）在夾持位置與釋放位置之間切換。為此，缸裝置（25）具有活塞（28），其能沿與縱向軸線（L）平行之軸向方向（A）移動，活塞桿（41）在活塞（28）處以可旋轉方式受支撐。在缸殼體（26）中，支撐主軸（12）於缸殼體（26）處藉由第一軸向軸承（39）在軸向方向（A）上受支撐。活塞桿（41）於活塞（28）處藉由第二軸向軸承（42）在軸向方向（A）上受支撐。較佳地支撐主軸（12）在缸殼體26中僅在軸向方向（A）上受支撐。

Description

用於機具之軸線構造

本發明係關於一種用於機具之軸線構造（axis arrangement），該軸線構造具有一軸線殼體，在該軸線殼體中，一夾持單元（clamping unit）以可旋轉方式受到支撐。該夾持單元用以夾持一工件或一工具。

此種軸線構造亦可被稱為主軸（spindle）。例如，自DE 35 06 901 A1中已知具有一以可旋轉方式受到支撐之夾持單元之一機具之一主軸箱（spindle stock），該夾持單元可由一液壓缸致動。通常，當沿軸向方向被致動時，夾持單元可在一夾持位置（clamping position）與一釋放位置（release position）之間切換。

本發明之一目標係為提供一種具有一以可旋轉方式受到支撐之夾持單元之軸線構造，該夾持單元能夠達成廣泛之用途。

此目標係藉由一種具有下文所揭露之特徵之軸線構造來解決。

機具之軸線構造具有一軸線殼體，該軸線殼體中配置有用於容置一夾持單元之一支撐主軸。該夾持單元用以夾持一工件或一工具。該機具較佳地係為一研磨機（grinding machine）及/或一磨蝕機（eroding machine）。該支撐主軸在該軸線殼體中藉由一主軸軸承構造（spindle bearing arrangement）圍繞一縱向軸線以可旋轉方式受到支撐。若該夾持單元配置於支撐主軸中，則該夾持單元以一防扭矩方式（torque-proof manner）與該支撐主軸連接，俾使該支撐主軸及該夾持單元共同地形成一以可旋轉方式受到支撐之單元。

為在軸線殼體中支撐該支撐主軸，較佳地，存在徑向及/或軸向支撐軸承。有利地，軸線殼體處之主軸軸承構造包含配置成一O（圓環）形構造之至少二個角接觸軸承（angular contact bearing）。在該O形構造中，各該角接觸軸承之作用線在一位置處與縱向軸線相交，該位置位於背對相應之另一角接觸軸承之一側上。

一可控制缸裝置（controllable cylinder device）形成該軸線構造之一部分。一缸裝置具有一缸殼體及配置於該缸殼體中之一活塞。該活塞平行於縱向軸線或沿著縱向軸線以可移位方式受到支撐。該缸裝置或該活塞較佳地以氣動方式被致動。

該缸裝置具有一第一軸向軸承，該第一軸向軸承於缸殼體處在軸向方向上支撐該夾持單元。該支撐主軸尤其僅在軸向上受到支撐而在徑向上不受支撐。

在活塞處，配置有用於致動夾持單元之一活塞桿。該活塞桿在活塞處以可旋轉方式受到支撐。該活塞桿於活塞處藉由一第二軸向軸承在軸向方向上受到支撐。該活塞桿在活塞處較佳地僅在軸向上受到支撐而在徑向上不受支撐。

由於此種配置，旋轉質量係為非常低的，甚至在其中活塞桿以可旋轉方式被連接以用於致動夾持單元之情形中亦如此。若夾持單元圍繞縱向軸線旋轉，則活塞桿通常隨著夾持單元旋轉。由於活塞桿可相對於活塞旋轉，因此活塞可在缸殼體內圍繞縱向軸線在旋轉方向上保持靜止。在夾持單元圍繞縱向軸線旋轉期間，缸殼體本身亦不旋轉。

在此種構造中，可使用藉由一彈簧束（spring packet）被偏置於夾持位置中之夾持單元以及必須藉由缸裝置被維持於夾持位置中之夾持單元。在二種情形中，可在夾持位置中達成具有介於至少1000轉/分鐘（rotations per minute）之範圍內之一充足旋轉速度之旋轉。

亦有利地，支撐主軸於缸殼體處至少藉由第一軸向軸承僅在軸向方向上受到支撐。支撐主軸於缸殼體處並不藉由徑向軸承或角接觸軸承受到支撐，俾使缸裝置無徑向力或僅小至可忽略不計之徑向力作用於夾持單元上。較佳地，缸裝置不在徑向方向上作用於夾持單元上，俾可僅藉由軸線殼體中之主軸軸承構造來執行徑向導引。如此一來，支撐之精確度得以改良。

亦較佳地，活塞軸承於活塞處藉由至少一個軸向軸承僅在軸向方向上受到支撐。具體而言，不存在於活塞或缸殼體處在徑向上支撐活塞桿之徑向軸承或角接觸軸承。活塞桿可接觸活塞及/或缸殼體之密封件，以容許活塞桿在徑向方向上之可移動性至少介於某一範圍內。如此一來，將避免徑向力藉由活塞桿傳輸至夾持單元。

在一較佳實施例中，缸殼體於軸線殼體處在軸向方向上以可移動方式受到支撐。可以說，缸殼體在軸向方向上係以一浮置方式（floating manner）被配置。夾持單元之熱延伸可經由第一軸向軸承傳遞至缸殼體上，其中缸殼體能夠相對於軸線殼體移動。如此一來，避免了軸向夾持力作用於主軸軸承構造上。

較佳地，缸殼體圍繞縱向軸線以一防扭矩方式配置（torque-proof manner）於軸線殼體處。

缸裝置尤其用以使夾持單元在一夾持位置與一釋放位置之間切換。在一個實施例中，在夾持位置中，活塞桿可不接觸夾持單元。在此實施例中，只有缸裝置切換了夾持單元或只有夾持單元處於釋放位置，活塞桿才接觸夾持單元。例如，夾持單元可包含一彈簧束，在不受活塞桿的影響的情況下，該彈簧束將夾持單元偏置於夾持位置中。

在另一實施例中，活塞桿及夾持單元可圍繞縱向軸線在軸向方向上以及在旋轉方向上以可移動方式耦合。在此實施例中，缸裝置可用以在釋放位置中以及在夾持位置中固持夾持單元。

在一實施例中，缸裝置或活塞分別以氣動方式被致動。活塞可在缸殼體中以流體方式分隔出二個工作腔室。視哪一工作腔室被置於一氣動壓力下而定，活塞沿軸向方向朝向欲夾持之工具或工件或者遠離欲夾持之工具或工件移動，藉此可達成在釋放位置與夾持位置間之切換以及對相應位置之保持。

第1圖以一方塊圖之方式例示一軸線構造10之一高度簡化實施例。軸線構造10具有一軸線殼體11，在軸線殼體11中，一支撐主軸12圍繞一縱向軸線L以可旋轉方式受到支撐。為進行旋轉支撐，在支撐主軸12與軸線殼體11之間設置有一主軸軸承構造13，其中主軸軸承構造13於軸線殼體11處參照縱向軸線L沿一徑向方向R徑向地支撐支撐主軸12。該主軸軸承構造包含沿與縱向軸線L平行之一軸向方向A配置之複數個彼此間有距離之徑向軸承及/或角接觸軸承（angular contact bearing），例如，至少一個角接觸軸承14及至少一個徑向軸承15。在所例示實施例中，存在二個角接觸軸承14，其可分別被建構為角接觸滾珠軸承且尤其配置成一O形構造。該二個角接觸軸承14可支撐徑向力以及軸向力。徑向軸承15例如係由一圓柱體滾柱軸承形成。因此，主軸軸承構造13達成沿徑向方向R及軸向方向A對支撐主軸12之支撐。

根據該實例，該至少一個角接觸軸承14係配置於軸線殼體11之一面側開口（face side opening）16附近或鄰近面側開口16配置。在對一工件之機械加工期間、至少於使用軸線構造10期間，面側開口16面向機具之工作區域。

在軸線殼體11中，配置有用於驅動支撐主軸12之一馬達20。馬達20具有附裝於軸線殼體11處之一定子21及附裝於支撐主軸12處之一轉子22。

支撐主軸12用以容置一夾持單元23。夾持單元23以一防扭矩方式附裝至支撐主軸12。夾持單元23在面側開口16之區中具有用於抓持一工件或工具之一抓持裝置。視欲夾持之工具或工件之構形而定，可使用配接器或可交換抓持裝置24，俾使夾持單元23可適應於相應之欲夾持之工具或工件。

夾持單元23可沿軸向方向A在一夾持位置與一釋放位置之間移動，以夾持及釋放一工具或工件。軸線構造10存在一缸裝置25，缸裝置25用以自夾持位置切換成釋放位置及/或自釋放位置切換成夾持位置。缸裝置25具有一缸殼體26，缸殼體26圍封一缸空間27。缸空間27藉由可沿軸向方向A移動之一活塞28以流體方式分隔成一第一工作腔室29及一第二工作腔室30。一第一流體連接件31通向第一工作腔室29中，且一第二流體連接件32通向第二工作腔室30中。

缸殼體26配置於軸線殼體11處且被鎖定以免圍繞縱向軸線L進行相對旋轉（對照第1圖及第9圖）。缸殼體26能夠相對於軸線殼體11沿軸向方向A移動，例如，以能夠對支撐主軸12之溫致長度變化（temperature caused length change）進行補償。如第1圖及第9圖中示意性地例示，出於此種目的而設置複數個導引銷36，其中導引銷36沿軸向方向A延伸且固定於軸線殼體11或缸殼體26處，而相應之另一殼體11、26可相對於導引銷36沿軸向方向A以可滑動方式移動。根據該實例，一普通軸承襯套（plain bearing bush）35配置於缸殼體26中之一切口中，相應之所指派導引銷36可在普通軸承襯套35中沿軸向方向滑動（第9圖）。

在軸線殼體11與缸殼體26之間，較佳地，配置有一殼體密封件37，以避污染物進入支撐主軸12之區域中。

支撐主軸12在與面側開口16相對之側處自軸線殼體11延伸出且延伸至缸殼體26中。支撐主軸12的與面側開口16相對之後側端38配置於缸殼體26中。如此一來，必須注意，支撐主軸12可由以一防扭矩方式彼此連接之複數個部件建造而成。在後側端38處，支撐主軸12於缸殼體26處藉由一第一軸向軸承39受到支撐。在缸殼體26內，支撐主軸12僅在軸向方向A上受到支撐，然而在徑向方向R上不受支撐。

一活塞桿41之一自由端40被指派給支撐主軸12之後側端38。活塞桿41在活塞28處圍繞縱向軸線L以旋轉方式受到支撐。如此一來，活塞桿41在活塞28處藉由一第二軸向軸承42在軸向方向A上受到支撐，然而在徑向方向R上不受支撐。在該實施例中，第二軸向軸承42配置於活塞28之一內空間43中。活塞桿41的與自由端40相對之內端44位於內空間43中且於活塞處藉由第二軸向軸承42受到支撐。

若活塞28沿軸向方向A發生移動，則活塞桿41與活塞28一起沿軸向方向A或沿著縱向軸線L移動。由於此種移動，可執行夾持單元23在釋放位置與夾持位置間之切換。如此一來，可在夾持位置中以及在釋放位置中藉由缸裝置25來固持夾持單元23，例如，在活塞桿41在軸向方向A上沿朝向面側開口16之移動方向以及沿遠離面側開口16之移動方向與夾持單元23以可移動方式耦合的情況下。在夾持單元23之另一實施例中，可藉由一彈簧束將夾持單元23偏置於夾持位置中。在此實施例中，僅需要藉由缸裝置25來執行自一夾持位置切換成釋放位置。出於此種目的，使活塞桿41之自由端與夾持單元23接觸以切換成釋放位置即可足夠。若在遠離面側開口16之相反方向上發生移動，則活塞桿41不影響夾持單元23上之一張力，而是活塞桿41自釋放位置移動回至夾持位置中係藉由該彈簧束來達成。

在所例示實施例中，缸裝置25係為氣動的。藉由流體連接件31、32，可對第一工作腔室29或第二工作腔室30施加一氣動壓力，以使活塞及活塞桿移動。

若支撐主軸12發生熱延伸，則第一軸向軸承39被施加熱延伸，且繼而在缸殼體26處受到支撐。缸殼體26以浮置方式受到支撐且能夠相對於軸線殼體11沿軸向方向A移動。如此一來，避免在主軸軸承構造13且尤其係角接觸軸承14中熱致引入應力。

另外，軸線構造10達成：可使用具有一彈簧束以及不具有一彈簧束之夾持單元23之實施例。若夾持單元藉由自身之一彈簧束被偏置於夾持位置中，則活塞桿41可在夾持位置中與夾持單元23脫離且可配置成與夾持單元23相距一距離。若支撐主軸12圍繞縱向軸線L發生旋轉，則活塞桿41不會隨著支撐主軸12旋轉。

若需要缸裝置25來在釋放位置中以及在夾持位置中固持夾持單元23，則活塞桿41可與支撐主軸12一起相對於活塞28圍繞縱向軸線L旋轉，而不需要使整個活塞28或整個缸裝置25隨著支撐主軸12旋轉。旋轉質量及因此慣性矩係為非常小的。

藉由缸裝置25，在支撐主軸12上不傳遞或僅傳遞小至可忽略不計的徑向力。在缸殼體26中，支撐主軸12之後側端38於缸殼體26處藉由第一軸向軸承39在徑向方向R上不受支撐而僅在軸向方向A上受到支撐。此外，活塞桿41可沿徑向方向R在某一移動範圍中移動，乃因僅藉由第二軸向軸承42會達成旋轉支撐。在徑向方向R上，活塞桿41之可移動性可受以一密封方式緊靠於活塞桿41處之一或多個動態密封件45限制。如此一來，在活塞桿41上不會引發顯著之徑向力。

例如，一動態密封件45可配置於活塞28處，以將第二工作腔室30與內空間43隔絕。在缸殼體26與活塞桿41之間可存在另一動態密封件45，以 將第二工作腔室30分別朝向支撐主軸12或夾持單元23進行密封，其中此等動態密封件45較佳地在缸殼體26處配置於第一軸向軸承39與第二工作腔室30之間。

在第2圖至第6圖中，以不同視圖來例示軸線構造10之另一實施例。在根據第2圖至第4圖之此等圖示中，未將夾持單元23插入至支撐主軸12中。在根據第5圖之圖示中，將一夾持單元23之一實施例插入至支撐主軸12中，該夾持單元23不包含一彈簧束或用於將夾持單元23偏置於夾持位置中之其他構件。在此實施例中，活塞桿41用以在夾持單元23之一夾持桿50上沿著縱向軸線L達成一壓力以及達成一張力。在與活塞桿41相對之側處，夾持桿50與一筒夾夾頭（collet chuck）51連接，其中在該實施例中，筒夾夾頭51形成用於抓持一工件或工具之抓持裝置24。因此，活塞桿41沿軸向方向A之移動可藉由夾持桿50傳遞至筒夾夾頭51。若第二工作腔室30被置於流體壓力下且根據該實例被置於氣動壓力下並且第一工作腔室29係通氣的，則夾持單元23且根據該實例筒夾夾頭移動成夾持位置。相反地，若第一工作腔室29被置於壓力下且第二工作腔室30係通氣的，則夾持單元23移動成釋放位置中。

在第6圖所示軸線構造10之實施例中，插入一夾持單元23，其中夾持桿50在軸向方向A上與筒夾夾頭51以可移動方式耦合。另外，夾持單元23包含一彈簧束52，彈簧束52在一側上於軸線殼體11處藉由同軸地環繞夾持桿50之一套筒53受到支撐且在另一側上於夾持桿50處藉由一環54直接或間接地受到支撐。彈簧束52受到偏置且在朝向活塞桿41之方向上驅迫夾持桿50。如此一來，夾持單元23被偏置於夾持位置中。在第6圖所示之夾持位置中，活塞桿41與夾持桿50具有一軸向距離。倘若支撐主軸12圍繞縱向軸線L發生旋轉，則活塞桿41保持靜止。如此一來，可達成非常高之旋轉速度。

為使夾持單元23自夾持位置切換成釋放位置，將第一工作腔室29置於壓力下，俾使活塞28與活塞桿41一起沿朝向夾持桿50之方向移動。如此一來，活塞桿41之自由端40作用於夾持桿50上，夾持桿50克服彈簧束52之彈簧力而沿軸向方向A移動或移位，此繼而達成將夾持單元23自夾持位置切換成釋放位置。在此實施例中，只有夾持單元23在夾持位置之外，才能達成活塞桿41與夾持單元23間之機械接觸。

第8圖例示在第7圖所示剖面B-B中穿過缸裝置25之剖視圖。在此剖面中以及在第1圖中，可見一旋轉鎖55，若活塞桿41圍繞縱向軸線L發生旋轉，則旋轉鎖55鎖定活塞28以免相對於缸殼體26進行旋轉移動。旋轉鎖55包含一鎖定銷56，鎖定銷56與活塞28連接且在缸殼體26中之一鎖定切口57中沿軸向方向A移動。鎖定銷56可在鎖定切口57中沿軸向方向A移動。為此，例如在鎖定切口57中可存在一普通軸承襯套58。因此，可構建旋轉鎖，以容許在軸線殼體11處對缸殼體26進行浮置支撐（對照第1圖及第9圖）。

本發明係關於一種用於一機具之軸線構造10。在一軸線殼體11中，一支撐主軸12藉由一主軸軸承構造13圍繞一縱向軸線以旋轉方式受到支撐。支撐主軸12用於容置一夾持單元23，夾持單元23可藉由一缸裝置25在一夾持位置與一釋放位置之間切換。為此，缸裝置25具有一活塞28，活塞28可沿與縱向軸線L平行之一軸向方向A移動，一活塞桿41於活塞28處以可旋轉方式受到支撐。在缸殼體26中，支撐主軸12於缸殼體26處藉由一第一軸向軸承39在軸向方向A上受到支撐。活塞桿41於活塞28處藉由一第二軸向軸承42在軸向方向A上受到支撐。較佳地，支撐主軸12在缸殼體26中僅在軸向方向A上受到支撐。

10:軸線構造 11:軸線殼體 12:支撐主軸 13:主軸軸承 14:角接觸軸承 15:徑向軸承 16:面側開口 20:馬達 21:定子 22:轉子 23:夾持單元 24:抓持裝置 25:缸裝置 26:缸殼體 27:缸空間 28:活塞 29:第一工作腔室 30:第二工作腔室 31:第一流體連接件 32:第二流體連接件 35:普通軸承襯套 36:導引銷 37:殼體密封件 38:支撐主軸之後側端 39:第一軸向軸承 40:活塞桿之自由端 41:活塞桿 42:第二軸向軸承 43:內空間 44:活塞桿之內端 45:動態密封件 50:夾持桿 51:筒夾夾頭 52:彈簧束 53:套筒 54:環 55:旋轉鎖 56:鎖定銷 57:鎖定切口 58:普通軸承襯套 A:軸向方向 A-A:剖面 B-B:剖面 L:縱向軸線 R:徑向方向

依據附屬請求項、說明及附圖，可得出本發明之有利實施例。隨後，參照附圖詳細地闡釋本發明之較佳實施例。附圖顯示：

第1圖顯示一軸線構造之一實施例之示意性方塊剖視圖；

第2圖顯示一軸線構造之一實施例之立體圖；

第3圖以軸向方向上之一視圖顯示第2圖所示軸線構造；

第4圖顯示沿著第3中之剖面A-A穿過根據第2圖及第3圖之軸線構造之縱向剖面，其中軸線構造之軸線殼體中未插入有夾持單元；

第5圖以沿著第3圖中之剖面A-A之剖視圖顯示根據第2圖至第4圖之軸線構造，其中存在一夾持單元之一實施例；

第6圖以根據第3圖中之剖面A-A之剖視圖顯示根據第2圖至第5圖之軸線構造，其中插入一夾持單元之一第二實施例；

第7圖在軸向方向上顯示軸線構造之一缸裝置之視圖；

第8圖以第7圖中之剖面B-B顯示第7圖所示缸裝置之剖視圖；以及

第9圖顯示在軸線構造之軸線殼體處對缸裝置之一缸殼體之支撐之示意圖。

10:軸線構造

11:軸線殼體

12:支撐主軸

13:主軸軸承

14:角接觸軸承

15:徑向軸承

16:面側開口

20:馬達

21:定子

22:轉子

23:夾持單元

24:抓持裝置

25:缸裝置

26:缸殼體

27:缸空間

28:活塞

29:第一工作腔室

30:第二工作腔室

31:第一流體連接件

32:第二流體連接件

36:導引銷

37:殼體密封件

38:支撐主軸之後側端

39:第一軸向軸承

40:活塞桿之自由端

41:活塞桿

42:第二軸向軸承

43:內空間

44:活塞桿之內端

45:動態密封件

55:旋轉鎖

56:鎖定銷

57:鎖定切口

A:軸向方向

L:縱向軸線

R:徑向方向

Claims (10)

1. 一種用於機具之軸線構造（10）， 具有一支撐主軸（12），該支撐主軸（12）配置於一軸線殼體（11）中且用以容置一夾持單元（23），其中該支撐主軸（12）藉由一主軸軸承構造（13）圍繞一縱向軸線（L）以可旋轉方式受到支撐， 具有一可控制缸裝置（25），該可控制缸裝置（25）包含一缸殼體（26）及配置於該缸殼體中之一活塞（28），其中該活塞（28）在與該縱向軸線（L）平行之一軸向方向（A）上以可移位方式受到支撐，且一活塞桿（41）在該活塞（28）處以可旋轉方式受到支撐，該活塞桿（41）用以致動該夾持單元（23）， 其中該缸裝置（25）包含一第一軸向軸承（39），該第一軸向軸承（39）於該缸殼體（26）處在該軸向方向（A）上支撐該支撐主軸（12）， 且其中該缸裝置（25）包含一第二軸向軸承（42），該第二軸向軸承（42）於該活塞（28）處在該軸向方向（A）上支撐該活塞桿（41）。
2. 如請求項1所述之軸線構造，其中該主軸軸承構造（13）包含用以支撐徑向力及軸向力之二個角接觸軸承（14）。
3. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中至少該第一軸向軸承（39）於該缸殼體（26）處僅在該軸向方向（A）上支撐該支撐主軸（12）。
4. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中該第二軸向軸承（42）僅在該軸向方向（A）上支撐該活塞桿（41）。
5. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中該缸殼體（26）於該軸線殼體（11）處在該軸向方向（A）上以可移動方式受到支撐。
6. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中該缸裝置（25）用以使配置於該支撐主軸（12）中之該夾持單元（23）在一夾持位置與一釋放位置之間切換。
7. 如請求項6所述之軸線構造，其中在該夾持位置中，該活塞桿（41）不接觸該夾持單元（23）。
8. 如請求項6所述之軸線構造，其中該活塞桿（41）在該軸向方向（A）上與該夾持單元（23）以可移動方式耦合。
9. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中該活塞（28）藉由一旋轉鎖（55）被鎖定以免相對於該缸殼體（26）圍繞該縱向軸線（L）進行相對旋轉。
10. 如請求項1或2所述之軸線構造，其中該活塞（28）能夠以氣動方式被致動。

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