TWI821582B - 用於工具機的前主軸裝置、用以控制鑽鑿製程的系統與方法以及電腦程式產品 - Google Patents

Abstract

本發明與用於工具機的前主軸裝置有關，其包含：夾合介面，用於在工具機的工作主軸上夾合前主軸裝置；前主軸單元，包含一主軸，並且用於驅動夾合於主軸的一鑽鑿工具；驅動器，用於對前主軸單元施加一力；以及電磁致動器，用於施加相反於驅動器施加於前主軸單元的力的抗拮力。

Description

用於工具機的前主軸裝置、用以控制鑽鑿製程的系 統與方法以及電腦程式產品

本發明係關於一用於工具機的前主軸裝置；一系統，包含前主軸裝置；一方法，用於控制前主軸裝置；與一電腦程式產品，用於執行控制前主軸裝置的方法。

在先前技術中，用於工具機的前主軸裝置是常見的，特別是在鑽鑿製程中，工具機上的前主軸裝置中的主軸是被機械單元所懸吊。此機械單元包含了機械彈簧，當重片被放置於機械彈簧上時，機械彈簧會對主軸施加彈簧力，此時藉由調整螺釘來調整彈簧力，從而使主軸處於懸吊的狀態。關於針盤量規的調整螺釘，當針盤量規抵達零時，指針會旋轉，於是針盤量規定義了對應於定義好的力的最大路徑。當抵達該值時，工具機的主要主軸將可自由移動，因此可執行工具機的鑽鑿工作。

在以上所述的前主軸裝置案例中，手動施加重量到前主軸裝置已被證明不切實際，因為鑽鑿製程會被使用重片的動作重複地中斷。更進一步地說，前主軸裝置的設計被機械單元不必要地放大，從而限制了工具機的工作主軸的加工空間。由手動施加重量時，對前主軸裝置的控制是無法在前主軸裝置上實現。

從先前技術中的前主軸裝置出發，本發明之一目的是最佳化用於工具機的前主軸裝置的設計。

為了解決上述之問題，本發明根據請求項1提出了一前主軸裝置。附屬項與本發明的實施例有關。

本發明提出一用於工具機的前主軸裝置，其包含：一夾合介面，用於在工具機的工作主軸上夾合前主軸裝置；包含一主軸的一前主軸單元，用於驅動夾合於主軸的一鑽鑿工具；一驅動器，用於對前主軸單元施加力；與一電磁致動器，用於施加一相反於驅動器施加於前主軸單元的力的抗拮力。

本發明具有前主軸裝置的結構因使用電磁致動器而保持緊湊的優點，同時保有反作用力的功能以對抗驅動器的力。這導致了一種具有確保在鑽鑿製程中的力為定值之配置的鑽鑿製程。藉由前主軸裝置，鑽鑿小孔的效果特別優良。

在有利的示範性實施例中，電磁致動器被設置以施加對應於當前主軸裝置被夾合在工具機的工作主軸上時的前主軸單元的重量的一抗拮力，且主軸的軸線為垂直且鑽鑿工具指向下的方向。

在有利的示範性實施例中，電磁致動器被設置以施加對應於當前主軸裝置被夾合在工具機的工作主軸上時的前主軸單元的重量的一抗拮力，且主軸的軸線為垂直且鑽鑿工具指向下的方向，以便將前主軸單元帶入懸吊的位置。

此示範性實施例之優點包含在鑽鑿製程能以特別一致的方式執行，並且前主軸裝置能精確地鑽鑿，因此能特別精確地鑽鑿小洞。

在可行地實施例中，前主軸裝置包含一殼體，前主軸單元裝設在殼體中並可平行於主軸的主軸軸線地移動。

前主軸裝置的結構被殼體維持地特別穩定，因此藉由前主軸裝置，鑽鑿製程能精確地被執行。

在有利的示範性實施例中，前主軸單元是可動地裝設於與主軸的主軸軸線平行延伸的導引件上。

在有利的示範性實施例中，主軸包含一工具插座，可從殼體的一側開放地存取以便於接受鑽鑿工具。

在有利的示範性實施例中，夾合介面是安排在主軸的工具插座殼體的一側。

在有利的示範性實施例中，驅動器用於施加一平行於主軸的主軸軸線的力在前主軸單元上，特別是遠離夾合介面，和/或指向主軸地工具插座。

在有利的示範性實施例中，電磁致動器用於在前主軸單元上施加一抗拮力，其方向平行於主軸的主軸軸線，特別是指向夾合介面，和/或遠離主軸的工具插座。

在有利的示範性實施例中，夾合介面以一種方式安排：當夾合介面夾合在工具機的工作主軸上時，主軸的主軸軸線與工具機的工作主軸的主軸軸線平行，特別是同軸。

在有利的示範性實施例中，驅動器包含一線性馬達。

在有利的示範性實施例中，線性馬達被設置為以移動前主軸單元的方式來施加力。

在有利的示範性實施例中，驅動器包含一位置量側方法，被設置用於決定驅動器的位置與/或驅動器的距離改變。

在有利的示範性實施例中，前主軸裝置包含用於向工具機的控制器傳輸訊號的傳輸單元，所述傳輸單元被配置為控制工具機的在工作主軸的主軸軸線方向上的工作主軸的進給運動(feed movement)。

此示範性實施例之優點在於，鑽鑿製程是可控制的，並且鑽鑿製程能由前主軸裝置自動地執行。因此，鑽鑿製程被最佳化，從而使加工數量龐大的洞能在更短的時間完成，並且洞皆是被精確地處理。

在有利的示範性實施例中，傳輸單元被配置以傳輸一控制訊號到工具機的控制器，所述知控制訊號指示出施加在前主軸單元的合力，與/或前主軸單元與/或驅動器的位置或距離改變。

在有利的示範性實施例中，傳輸單元被配置以從工具機的控制器接收一設定訊號，特別是一指示目標值的設定訊號；而驅動器被配置以對前主軸單元施加一基於設定訊號而設定之力。

此示範性實施例之優點在於，力的大小能在鑽鑿程式中被定義，並且力的大小也能在加工中被調整。這樣就可以控制精確的鑽鑿製程，以使大量的鑽鑿以最佳化的方式進行。

在有利的示範性實施例中，主軸包含一超聲波產生器，被配置以產生主軸的超聲波振動，特別是平行於主軸的主軸軸線。

在有利的示範性實施例中，主軸包含一內冷卻劑供給線路，特別是以孔洞的形式來引導冷卻劑。

此示範性實施例之優點在於，加工時前主軸裝置能被冷卻，並且鑽鑿製程能平順地進行。由於溫度上升導致的故障能因此減少，甚至完全避免。

在有利的示範性實施例中，夾合介面包括一中空柄錐狀工具介面。

在有利的示範性實施例中，前主軸裝置包含一殼體，殼體可分為第一半部與第二半部，並且前主軸單元與電磁致動器是被配置在殼體的第一半部。

在有利的示範性實施例中，前主軸裝置包括一第一端部和一第二端部；一中間板，被配置在殼體的第一半部和第二半部之間；以及一導桿，被配置在殼體的第一半部中且從中間板到第二端部，用於引導在殼體的第一半部中的前主軸單元。

在有利的示範性實施例中，前主軸單元包含一第一板與一第二板，並且前主軸單元更包含至少一空心圓筒，其被配置在第一板與第二板之間，用於連接兩個板；主軸固定在第一板上，並且至少一空心圓筒是以徑向對稱的方式配置在主軸周圍。

在有利的示範性實施例中，驅動器被配置在殼體的第二半部，並且包含一轉子，用於在與主軸的主軸軸線平行的方向上移動主軸；驅動器的轉子被固定於前主軸單元的第二板。

在有利的示範性實施例中，電磁致動器包含一定子與一轉子，電磁致動器的定子被配置在前主軸單元上；而電磁致動器的轉子被配置在殼體與中間板上。

此示範性實施例之優點在於，前主軸裝置的結構被保持得特別緊湊，並且鑽鑿製程能一致地加工，而能鑽鑿出高精確度的孔洞。

本發明提出一系統，其包含一搭配工作主軸的一數控工具機，以及，根據上述有利的示範性實施例之一，在工作主軸上接收的一前主軸裝置。

在有利的示範性實施例中，工具機包含一控制器，其被設置為用於控制工具機的工作主軸的沿工作主軸的軸線方向的進給運 動；並且前主軸裝置包含一傳輸單元，用於傳輸訊號到工具機的控制器。

在有利的示範性實施例中，傳輸單元被設置以用於傳輸一控制訊號到工具機的控制器；控制訊號指示了作用於前主軸單元的合力，與/或前主軸單元與/或驅動器的位置或距離的改變。

在有利的示範性實施例中，工具機的控制器被設置以用於，依據從前主軸裝置的傳輸單元接收到的控制訊號，控制或調節工作主軸的進給速度。

在有利的示範性實施例中，工具機的控制器被設置為將指示所需的力的設定訊號，特別是一指示目標值的設定訊號，傳送到前主軸裝置的傳輸單元；傳輸單元被設置為接收來自工具機的控制器的設定訊號，其中驅動器被設置為在前主軸裝置上施加基於設定訊號所設定的力。

本發明提出了一種方法，其用於控制搭配了工作主軸的工具機上的前主軸裝置，根據前述的有利的示範性實施例之一，的鑽鑿製程。方法包含：當前主軸裝置被夾合在工具機的工作主軸上並且主軸軸線為垂直而鑽鑿工具朝下時，啟動前主軸裝置的電磁致動器以施加一抗拮例在前主軸裝置的前主軸單元；驅動夾合在前主軸裝置的前主軸上的鑽鑿工具；移動工作主軸到一工件；以及在工件上以鑽鑿工具執行鑽鑿製程，而鑽鑿工具由前主軸裝置的主軸驅動，而前主軸裝置包含當前主軸裝置的電磁致動器被啟動時與當前主軸裝置的驅動 器施加了一與電磁致動器的抗拮力相對的力時，沿鑽鑿的方向控制工作主軸的進給運動。

本發明提出了一電腦程式產品，其包含可達成以下結果的指令：當程式被連接到數控工具機的電腦或數控工具機的控制器執行時，使電腦或控制器執行用於控制用於在帶有工作主軸的工具機上的前主軸裝置，根據上述有利的示範性實施例之一，執行鑽鑿製程的方法。

10:前主軸裝置

10a:對接部分

10a1:連接元件

11:空心圓筒

12:夾合介面

12a:第一端側

12b:第二端側

13:殼體

13a:第一半部

13a1:中間板

13b:第二半部

14:前主軸單元

14a:主軸

14b:致動器

15:驅動器

15a,16a:轉子

16:電磁致動器

16b:定子

17:內冷卻劑供給線路

18:頂出器單元

18a:空心鑽頭

18c:夾持器單元

19a:第一環形板

19b:第二環形板

21:工具插座

33:導桿

91:控制器

93:傳輸單元

100:工具機

101:加工座

102:加工床

103:工作主軸

103a:驅動器

104:工作主軸架

105:工件台

106:工件夾持裝置

107:工件

F_A:力

F_BK:鑽鑿力

F_EMA:抗拮力

F_GK:重量

S1~S7:步驟

第1a圖顯示了根據本發明的用於工具機的前工作主軸的第一實施例的透視圖；第1b圖更顯示了根據本發明的用於工具機的前主軸裝置的第一實施例的透視圖；第2a圖顯示了根據本發明的用於工具機的前主軸裝置的第二實施例的透視圖；第2b圖更顯示了根據本發明的用於工具機的前主軸裝置的第二實施例的透視圖；第2c圖更顯示了根據本發明的用於工具機的前主軸裝置的第二實施例的透視圖；第3圖更顯示了根據本發明的前主軸裝置的透視圖，以顯示由前主軸裝置施加的力； 第4圖顯示了系統的透視圖，系統包含工具機與根據第1a圖、與第1b圖或第2a到2c圖的前主軸裝置；及第5圖顯示了流程圖，用於說明以帶有工作主軸的工具機上的前主軸裝置執行的控制鑽鑿程序。

在下文中，將搭配所附圖式詳細描述本發明的實施例或實施方式。圖中相同或相似的元素可以用相同的參考符號來指定，但有時用不同的參考符號來指定。

需要強調的是，本發明並不被下面描述的有利的示範性實施例及其設計特徵所限制，還包括對有利的示範性實施例的修改，特別是該些在獨立申請權利範圍中對所述實施例的特徵的修改，或結合所述實施例的一個或多個特徵在內的修改。

第1a圖示出了一前主軸裝置10的示例性結構的透視圖，該前主軸裝置10包括用於在第一端側12a上夾合工具機的工作主軸的夾合介面12，和用於在與第一端側12a相對配置的第二端側12b上夾合工具的工具插座21。用於夾持在該工具機的該工作主軸上的該夾合介面12被配置為，舉例而言，中空柄錐狀工具介面。

前主軸裝置10包括殼體13，殼體13被分為殼體的第一半部13a和殼體的第二半部13b，其中，在殼體的第一半部13a和殼體的第二半部13b之間配置有中間板13a1，帶有工具插座的第二端側 12b被配置在殼體的第一半部13a上，而在殼體的第二半部13b上配置有第一端側12a，其中夾合介面12被配置在第一端側12a之上。

前主軸裝置10的前主軸單元14被配置在殼體13之內，並被設置為可動的。前主軸單元14包含主軸14a，主軸14a包含，舉例而言，超聲波產生器，用於在與主軸14a的主軸軸線平行方向上產生超聲波振動。因此主軸14a被設置為超聲波主軸。

前主軸裝置10更包含驅動器15，其被配置於，舉例而言，在殼體的第二半部13b之內。驅動器15可被設置為，舉例而言，線性馬達；但也能被設置為任何可想像得到的形式的驅動器。驅動器15被設置為用於在前主軸單元14施加一預定義的力。

前主軸裝置10更包含電磁致動器16，其被配置在，舉例而言，殼體的第一半部13a。電磁致動器16被設置以用於對驅動器施加在前主軸單元14的力施加一抗拮力。電磁致動器16被設置為，舉例而言，一電磁彈簧，其藉由被施加的抗拮力將該前主軸單元14帶入懸吊。當驅動器15在前主軸單元14施加力時，電磁致動器16藉由被施加的抗拮力將前主軸單元14帶入懸吊狀態。電磁致動器16可裝配為，例如具有鋼心(steel core)的永久磁鐵。電磁致動器16可能被設置為，舉例而言，一線圈，其由於感應電流而對該前主軸單元14施加一磁力。該電磁致動器並不受限於此處所述之實施例，並可被設置為任何形式以使磁力或電磁力施加於前主軸單元14。

被裝配以夾合工具的工具插座21被配置在前主軸裝置10的第二端側12b。舉例而言，為了執行鑽鑿製程，帶有一頂出器單 元18的空心鑽頭18a可能被夾合在工具插座21上。頂出器單元18被設置為藉由頂出器單元18施加的頂出力將在鑽鑿製程中形成的鑽芯頂出，其中該鑽芯會在鑽鑿製程中被收集於空心鑽頭18a之中；於是該空心鑽頭18a不受產生的鑽芯影響。由頂出器單元18所施加的頂出力是由，舉例而言，電磁力產生。

第1b圖顯示了在第1a圖中顯示之前主軸裝置10的剖面圖，該剖面圖為前主軸裝置10沿中央軸線的剖面。已於第1a圖中描述的前主軸裝置10的元件與第1b圖的配置是相同的。

前主軸單元14包含第一環形板19a、第二環形板19b，與至少一配置於殼體的第一半部13a中的空心圓筒11。顯示於第1b圖之中的前主軸單元14包含，舉例而言，三空心圓筒11。第一環形板19a被配置為平行於殼體的第一半部13a之中的第二環形板19b，而第一環形板19a是由垂直於兩環形板19a與19b的空心圓筒11所連接。導桿33是被配置為穿過空心圓筒11並由中間板13a1延伸至前主軸裝置10的第二端側12b。滾珠導引被配置在空心圓筒11之中，使得前主軸單元14能在導桿33之上被導引。在殼體的第一半部13a之中的前主軸單元14的被導引方向為與主軸14a的一主軸軸線方向同軸地移動。因此前主軸單元14被配置為可在殼體的第一半部13a的主軸14a的主軸軸線方向上自由移動。導桿33在空心圓筒11之中延伸，並被配置為與空心圓筒11平行。

主軸14a被配置在前主軸單元14的第一環形板19a之上。主軸14a被設置為使得其方向與空心圓筒11平行，並被配置在兩 環形板19a、19b；兩環形板19a與19b被配置為垂直於主軸14a。延伸穿過空心圓筒11的空心圓筒11與導桿33被配置為徑向對稱於主軸14a。

電磁致動器16包含一轉子16a與一定子16b。電磁致動器16的定子16b被配置在前主軸單元14的第二環形板19b之上。轉子16a是被固定於中間板13a1與前主軸裝置10的第二端側12b；而電磁致動器16的轉子16a在電磁致動器16的定子16b之中延伸。當電磁致動器16的轉子16a被固定地配置在中間板13a1與前主軸裝置10的第二端側12b之上時，電磁致動器16的定子16b是被配置在前主軸單元14之上，而前主軸單元14可在主軸14a的主軸軸線方向上自由移動。

驅動器15包括轉子15a，轉子15a可在一方向上移動。驅動器15，舉例而言，可以被設置為線性馬達，但也可以設置為任何其他可以想像的類型的驅動器。驅動器15被配置在殼體的第二半部13b之中，以及驅動器15的轉子15a是固定於前主軸單元14的第二環形板19b。在鑽鑿製程中，前主軸單元14上會被施加預定義的力，因為固定於第二環形板19b上的驅動器15的轉子15a會對前主軸單元14施加預定義於驅動器15之中的力。在驅動器15對前主軸單元14施加預定義的力的同時，電磁致動器16對前主軸單元14施加一抗拮力，使得前主軸單元14進入懸吊狀態。

夾合在工具插座21的空心鑽頭18a包含用於頂出鑽芯的頂出器單元18。頂出器單元18包含，舉例而言，一第一線圈與一 第二線圈、一電路板、一電磁開關專制、一電壓源、一磁鐵與一頂出器。頂出器被配置在磁鐵上，磁鐵為，舉例來說，釹元素的桿型或球形磁鐵。

通過向第一線圈施加電流，第一線圈被通電，並使連接到磁鐵的頂出器進入一第一位置。通過向第二線圈施加一電流，驅動第二線圈。通過使第一線圈去電並通過驅動第二線圈，頂出器被帶入一第二位置。如果第一位置被定義為一起始位置，則位置定義了執行一個孔洞的鑽鑿製程被執行的狀態。在完成鑽鑿製程後，第一線圈被去電且第二線圈被驅動，從而使頂出器從第一位置移動到第二位置。通過移動頂出器，將鑽鑿製程中產生的鑽芯從第一位置頂出到第二位置。在鑽芯被頂出後，通過使第二線圈去電並驅動第一線圈，使頂出器進入第一位置。

頂出器單元18可以由一控制單元控制。當頂出器單元18被驅動時，頂出器的持續時間和頻率可以被控制和/或調節。在使用空心鑽頭的鑽鑿製程中，由於空心鑽頭可能被堵塞或終止在工具機的加工區域內，因此在鑽鑿製程中產生的鑽芯會導致加工過程的中斷。上述的頂出器單元18具有這樣的優點，即鑽芯是以可控制的方式被頂出的。頂出器單元18可以減少或避免空心鑽頭的堵塞。頂出器單元18可以使鑽芯以可控制的方式被頂出得足夠遠，從而使鑽芯不會被頂出到工具機的加工區域。通過控制鑽芯頂出，由於避免了中斷，因此最佳化了鑽鑿製程。通過控制的手段，可以進一步實現鑽鑿製程的自動 化，使鑽削製程能夠一致地進行。當製造許多小孔洞時，生產將進一步最佳化，並降低工具機的對故障的敏感度。

前主軸單元14的前主軸14a包括被配置為傳導冷卻劑的內冷卻劑供給線路17。內冷卻劑線路被配置為，舉例而言，孔洞。冷卻劑從，舉例而言，外部向前主軸裝置10供給，並通過與內冷卻劑供給線路的連接傳遞。舉例而言，冷卻劑的供給可以從外部控制。

第2a圖顯示了一前主軸裝置10的第二有利的示範性實施例。與前主軸裝置10相同或相應的特徵或元件被賦予與第1a圖和1b相同的參考符號。下面的描述特別涉及進一步的特徵，而相同或相似的特徵將不再描述。

前置主軸裝置10包括，舉例而言，一對接部分10a，對接部分10a被配置為將前置主軸裝置10與工具機對接。對接部分10a包括，舉例而言，多個連接元件10a1，當前主軸裝置10與工具機連接時，些連接元件10a1與工具機的相應接點或連接件相互作用。

前主軸裝置10可以，舉例而言，通過對接部分10a的方式與工具機或工具機的工作主軸對接，使得前主軸裝置10能透過工具機或其工具機控制來被控制。

為此目的，些連接元件10a1包括，舉例而言，用於供電和用於控制訊號之訊號傳輸(舉例而言，用於驅動器、馬達及/或其他電氣或電磁或壓電致動器)的電子接點；或者，如果合適的話，還包括用於將任何感測器訊號回傳給機器控制的電子接點。

些連接元件10a1更包括，舉例而言，用於前主軸裝置10的電氣、氣動和/或液壓的連接件。

前主軸裝置10、前主軸單元14、主軸14a和頂出器單元18可以由對接部分10a供給。舉例而言，對接部分10a也可以被設置為使得前主軸裝置由對接部分10a供應冷卻液。

頂出單元18，舉例而言，通過一夾持器單元18c連接到前主軸裝置10的殼體的第一半部13a。頂出器單元18可以通過夾持器單元18c被夾持，並且如果必要的話，還可以用，舉例而言，電流和控制訊號來供給或控制。

第2b圖以不同於第2a圖的視角顯示了第二有利的示範性實施例的前主軸裝置10。前主軸裝置包含帶有連接元件10a1的對接部分10a，其已於第2a圖描述。

對接部分10a被，舉例而言，橫向配置在前主軸裝置10的殼體的第二半部13b上。對接部分10a與，舉例而言，殼體的第二半部成直角連接；而對接部分10a呈，舉例而言，L形，使得連接元件10a1，舉例而言，平行於主軸14a。

第2c圖顯示了在第2a圖和2b中的前主軸裝置10的剖面。前主軸裝置包含帶有主軸14a的前主軸單元14。主軸14a包括，舉例而言，一致動器14b，其被配置為，舉例而言，產生主軸14a的超聲波運動或超聲波振動。致動器14b被配置為，舉例而言，使主軸14a被配置為一超聲波主軸。致動器14b可以包括，舉例而言，壓電致動器。

舉例而言，前主軸裝置被設置成使導桿33被配置成固定在中間板13a1上與夾持器單元18c上。頂出器單元18被夾持器單元18c與導桿33的連接有利地穩定。

第3圖以舉例的方式示出了根據第1a、1b圖與第2a、2b圖和第2c圖中的一個有利的示範性實施例的工具機上的一工作主軸103上的前主軸裝置10。工作主軸103與被夾合的前主軸裝置10被，舉例而言，在鑽鑿製程中被配置為垂直的。前主軸單元14在前主軸裝置10中可自由移動，因此，一重量F_GK作用在前主軸單元14上。前主軸裝置10的電磁致動器16對前主軸單元14施加一抗拮力F_EMA，其被用以抵消重量F_GK。電磁致動器16的抗拮力F_EMA的大小為一值，值為抵消重量F_GK以使前主軸單元14處於懸吊狀態的的值。

在鑽鑿製程中(舉例而言，參見第5圖，特別是步驟S6)，夾有工具(舉例而言，空心鑽頭18a)的前主軸裝置10的工作主軸103，被工作主軸103向夾合在一工件台105上的一工件107的方向移動。

當工具機移動到工件上並接觸到工件進行鑽鑿時，一鑽鑿力F_BK作用在前主軸裝置10上。前主軸裝置10的驅動器15對前主軸單元14施加一力F_A，以抵消鑽鑿力F_BK。由驅動器15所施加的力是可預定義的，並且是一力，使得驅動器15抵消鑽鑿力F_BK，並且孔洞可以藉由驅動器15的力F_A進行鑽鑿而成。力F_A是可調的，因此可以適應多種工件類型。

第4圖示出了一帶有一工作主軸103的一數控工具機100，並且前主軸裝置10。被接收於工作主軸103上。前主軸裝置10是，舉例而言，第1a、1b圖或第2a、2b、2c和3圖所示的前主軸裝置10中的一種。與第1a、1b圖或第2a、2b、2c和3圖中的前主軸裝置10的元件相同的元件具有相同的參考符號。

工具機100包括一加工床102和配置在加工床102上的一加工座101。加工座101可以，舉例而言，在加工床102上沿一個或多個方向被可動地配置。帶有工作主軸103的一工作主軸架104被配置在加工座101上。工作主軸架104可以，舉例而言，在一個或多個方向上移動。工作主軸103由一驅動器103a所驅動。工具機100更包括配置在加工床102上的一工件台105，工件台105具有一工件夾持裝置106，而一工件107被夾持在其中。工件台105可以被設置為，舉例而言，轉台或轉環旋轉台。工件台105可以佈置在加工床102上，以便可以在一個或多個方向上移動。

工具機100包括一控制器91，控制器91被設置成使工作主軸103執行軸向的進給運動。控制器91控制工作主軸103的驅動器103a。工作主軸103被，舉例而言，垂直設置，使得夾合在工作主軸103上的前主軸裝置10為垂直設置。工作主軸103和前主軸裝置10的方向相互平行。控制器91控制工作主軸103在沿工作主軸103的主軸軸線方向是可動的。

前主軸裝置10包括向工具機100的控制器91傳送訊號的一傳輸單元93。舉例而言，當通過驅動器15對前部主軸裝置10的 前部主軸單元14施加力時，所述的力通過前主軸單元14的位移和/或距離變化被檢測到，傳輸單元93向工具機100的控制器91傳輸一控制訊號。控制器91接收前主軸裝置10的傳輸單元93的控制訊號，並控制工具機100的工作主軸103對位移和/或距離變化作出反應，從而對位移和/或距離變化進行補償。

舉例而言，在鑽鑿製程中，前主軸裝置10的前主軸單元14被電磁致動器16保持懸吊。在下一步驟中，工具機100的工作主軸103移動到被配置在工件台105上的工件107上，並開始鑽鑿製程。當空心鑽頭18a被放置在工件上時，在前主軸裝置10的驅動器15中預定義的力將作用在工件107上進行鑽鑿。預定義的力通過一設定訊號，特別是表示目標值的設定值，從工具機100的控制器91傳輸到前主軸裝置10的傳輸單元93；而驅動器15被配置為根據設定訊號施加預定義的力。如果舉例而言，在空心鑽頭18a的鑽鑿製程中，由工件107本身施加的反作用力超過了前主軸裝置10的驅動器15的預定義的力，則傳輸單元93將傳送控制訊號給工具機100的控制器91，而控制器91控制工作主軸103的驅動器103a減少進給運動。

當前主軸單元14通過電磁致動器16進入懸吊狀態，並且控制器91已將預定義的力傳輸給前主軸裝置10的傳輸單元93，力由前主軸裝置10的驅動器15施加後，鑽孔製程將被執行。通過工具機100的控制器91和前主軸裝置10的傳輸單元93的控制，可以控制前主軸裝置10的鑽鑿製程，並且鑽鑿製程中的故障能被避免。舉例而言，在前主軸裝置10的驅動器15處的距離變化可用於測量力的大小， 大小由前主軸裝置10的傳輸單元93傳輸到工具機100的控制器91，於是工具機100的工作主軸103的驅動器103a可被控制以對距離變化作出反應。

第5圖示出了用於說明在具有一工作主軸103的一工具機100上用一前主軸裝置10控制鑽鑿製程的方法的示例性流程圖。工具機可以是，舉例而言，第4圖中的機床100，但也可以是任何具有夾合在一工作主軸上的一前主軸裝置10的可控制工具機。

作為一個例子，在步驟S1中開始鑽鑿製程。鑽鑿製程包括將前主軸裝置的主軸軸線(其方向為，舉例而言，垂直)設定在工具機的工作主軸上的步驟S2，其中鑽鑿工具指向下方。在此，前主軸裝置10被帶入，舉例而言，垂直位置。前主軸裝置10的主軸軸線為垂直設置，因此，夾合在工具機100的工作主軸103之上的前主軸裝置10之上的空心鑽頭18a指向下方。

在下一步驟S3中，前主軸裝置10的電磁致動器16被啟動。從而建立磁場，磁場例如是藉由施加電壓而引起；以這樣的方式，舉例而言，使前主軸裝置10的前主軸單元14進入懸吊狀態。由於前主軸裝置10已是垂直的，所以前主軸單元14將被被重力拉下。由電磁致動器16產生的磁場對前主軸單元14施加向上的抗拮力，以補償重量，從而使前主軸單元14進入懸浮狀態。

在進一步的步驟S4中，驅動被夾在前主軸裝置10的主軸14a上的鑽鑿工具(舉例而言，第1b圖中的空心鑽頭18a)。

在進一步的步驟S5中，帶有前主軸裝置10在其上的工具機的工作主軸103，與鑽鑿工具移動到工件107上，舉例而言，垂直向下移動。

在進一步的步驟S6中，用由前主軸裝置10的主軸14a驅動的鑽鑿工具對工件進行鑽鑿製程。

在步驟S6中，工具機100的工作主軸103的進給運動被控制，使得鑽鑿工具首先向工件107的方向移動(鑽孔製程)，然後再，可能地，遠離工件107。

在進給運動過程中，電磁致動器16被啟動，從而使前主軸單元14保持在懸吊狀態。電磁執行器16對前主軸單元14施加抗拮力，以補償作用在前主軸單元14上的力。力在鑽鑿製程中，由控制單元91預定義的力由前主軸裝置10的驅動器15所施加，於是對工件107執行鑽鑿。

上述方法的步驟不一定要按上述順序進行，可以進行多種變化，也可以多次進行。

方法也可以由一電腦程式產品來執行，電腦程式產品包含指令，其在程式被連接到數控工具機100的電腦或數控工具機100的控制器91執行時，控制由帶有工作主軸的工具機100上的前主軸裝置10所進行的鑽鑿製程，以執行方法。

以上例子和本發明的示例性實施例及其優點已經參照附圖進行了詳細描述。應該再次強調的是，本發明絕不是由上述示例性實施例及其設計特徵所限制或限定的，而是進一步包括對示例性實 施例的修改，特別是那些在獨立請求項的範圍內的對所述示例的特徵的修改，或對所述示例的一個或多個特徵的組合的修改。

10:前主軸裝置

11:空心圓筒

12:夾合介面

12a:第一端側

12b:第二端側

13:殼體

13a:第一半部

13a1:中間板

13b:第二半部

14:前主軸單元

14a:主軸

15:驅動器

16:電磁致動器

18:頂出器單元

18a:空心鑽頭

21:工具插座

Claims (34)

1. 一種用於一工具機之前主軸裝置，包含：一夾合介面，用於在該工具機的一工作主軸上夾合該前主軸裝置；一前主軸單元，具有一主軸，該前主軸單元用於驅動夾合在該主軸上的一鑽鑿工具；一驅動器，用於對該前主軸單元施加一力；以及一電磁致動器，用於施加一抗拮力，該抗拮力與該驅動器施加於該前主軸單元的該力相反。
2. 如請求項1所述之前主軸裝置，其中當該前主軸裝置被夾合在該工具機的該工作主軸，且該前主軸裝置的主軸軸線為垂直且該鑽鑿工具指向下時，該電磁致動器裝配以施加對應於該前主軸單元的重量的該抗拮力。
3. 如請求項1所述之前主軸裝置，其中當該前主軸裝置被夾合在該工具機的該工作主軸，且該前主軸裝置的主軸軸線為垂直且該鑽鑿工具指向下時，該電磁致動器裝配以施加對應於該前主軸單元的重量的該抗拮力，使得該前主軸單元被帶入一懸吊位置。
4. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，更包含一殼體，在該殼體中，該前主軸單元被裝設為可平行於該主軸的主軸軸線移動。
5. 如請求項4所述之前主軸裝置，其中該前主軸單元被裝設為可移動於多個導引件上，該些導引件在平行於該主軸的主軸軸線延伸。
6. 如請求項4所述之前主軸裝置，其中該主軸包含一工具插座，該工具插座可從該殼體的一側開放地存取，用於接收該鑽鑿工具。
7. 如請求項6所述之前主軸裝置，其中該夾合介面被配置在該殼體的該側且相對該主軸的該工具插座。
8. 如請求項7所述之前主軸裝置，其中該驅動器用於沿著平行於該主軸的主軸軸線之一方向對該前主軸單元施加該力，該方向係為遠離該夾合介面及/或朝向該主軸的該工具插座。
9. 如請求項7所述之前主軸裝置，其中該電磁致動器用於沿著平行於該主軸的主軸軸線之一方向對該前主軸單元施加該抗拮力，該方向係為遠離該夾合介面及/或朝向該主軸的該工具插座。
10. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中當該夾合介面被夾合在該工具機的工作主軸上時，該夾合介面被配置為使得該主軸的主軸軸線平行於該工具機的該工作主軸的主軸軸線。
11. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中當該夾合介面被夾合在該工具機的工作主軸上時，該夾合介 面被配置為使得該主軸的該主軸軸線共軸於該工具機的該工作主軸的主軸軸線。
12. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該驅動器包含一線性馬達。
13. 如請求項12所述之前主軸裝置，其中該線性馬達裝配以移動該前主軸單元以施加該力。
14. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該驅動器包含一位置量測方式，該位置量測方式裝配以決定該驅動器的一位置及/或該驅動器的一距離變化。
15. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，更包含一傳輸單元，用於傳輸多個訊號到該工具機的一控制器，該傳輸單元裝配以控制該工具機的該工作主軸在該工作主軸的主軸軸線的方向上的進給運動。
16. 如請求項15所述之前主軸裝置，其中該傳輸單元裝配以傳輸一控制訊號到該工具機的該控制器；該控制訊號指示作用在該前主軸單元的一合力及/或該前主軸單元的一位置變化或一距離變化及/或該驅動器的一位置變化或一距離變化。
17. 如請求項15所述之前主軸裝置，其中該傳輸單元裝配以從該工具機的該控制器接收一設定訊號；其中該驅動器裝配以施加根據該前主軸單元上的該設定訊號所設定的該力。
18. 如請求項15所述之前主軸裝置，其中該傳輸單元裝配以從該工具機的該控制器接收指示一目標值的一設定訊號； 其中該驅動器裝配以施加根據該前主軸單元上的該設定訊號所設定的該力。
19. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該主軸包含一超聲波產生器，該超聲波產生器裝配以產生平行於該主軸的主軸軸線之該主軸的一超聲波振動。
20. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該主軸包含用於導引一冷卻劑之一內冷卻劑供給線路，該內冷卻劑供給線路係為一孔洞的形式。
21. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該夾合介面包含一中空柄錐狀工具介面。
22. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該前主軸裝置有一殼體，該殼體具有一第一半部與一第二半部，其中該前主軸單元與該電磁致動器被配置在該殼體的該第一半部之中。
23. 如請求項22所述之前主軸裝置，其中該前主軸裝置包含一第一端部與一第二端部，其中一中間板被配置在該殼體的該第一半部與該第二半部之間，並且其中多個導桿被配置在該殼體的該第一半部之中且從該中間板到該第二端部，用於引導在該殼體的該第一半部之中的該前主軸單元。
24. 如請求項1至3中任一項所述之前主軸裝置，其中該前主軸單元包含一第一板與一第二板，並且該前主軸單元更包含至少一空心圓筒被配置在該第一板與該第二板之間，用於 連接該第一板與該第二板，其中該主軸被緊固在該第一板，並且該至少一空心圓筒被配置為沿該主軸徑向對稱。
25. 如請求項24所述之前主軸裝置，其中該驅動器被配置在該殼體的該第二半部之中，且該驅動器包含一轉子，用於平行於該主軸的主軸軸線移動該主軸；其中該驅動器的該轉子被緊固於該主軸單元的該第二板。
26. 如請求項23所述之前主軸裝置，其中該電磁致動器包含一定子與一轉子，其中該電磁致動器的該定子被配置在該前主軸單元之上，並且該電磁致動器的該轉子被配置在該殼體與該中間板之上。
27. 一種用於控制一鑽鑿製程的系統，包含：一數控的工具機，具有一工作主軸；以及如請求項1至26中任一項所述之前主軸裝置，接收於該工作主軸上。
28. 如請求項27所述之系統，其中該工具機包含一控制器，裝配以控制該工具機的該工作主軸在該工作主軸的主軸軸線的方向上的一進給運動；以及該前主軸裝置包含一傳輸單元，用於傳輸多個訊號到該工具機的該控制器。
29. 如請求項28所述之系統，其中該傳輸單元裝配以傳輸一控制訊號到該工具機的該控制器；該控制訊號指示作用 在該前主軸單元的一合力及/或該前主軸單元的一位置變化或一距離變化及/或該驅動器的的一位置變化或一距離變化。
30. 如請求項29所述之系統，其中該工具機的該控制器裝配以根據從該前主軸裝置的該傳輸單元接收之該控制訊號，控制或調節該工作主軸的一進給速率。
31. 如請求項28至30中任一項所述之系統，其中該工具機的該控制器裝配以傳輸指示一期望的力的一設定訊號到該前主軸裝置的該傳輸單元，其中該傳輸單元裝配以從該工具機的該控制器接收該設定訊號，該驅動器裝配以根據該前主軸單元上的該設定訊號施加該力。
32. 如請求項28至30中任一項所述之系統，其中該工具機的該控制器裝配以傳輸指示一目標值的一設定訊號到該前主軸裝置的該傳輸單元，其中該傳輸單元裝配以從該工具機的該控制器接收該設定訊號，該驅動器裝配以根據該前主軸單元上的該設定訊號施加該力。
33. 一種用以控制一鑽鑿製程的方法，該鑽鑿製程是由請求項1至26中任一項所述之前主軸裝置在具有一工作主軸的一工具機上所執行，該方法包含：當該前主軸裝置被夾合在該工具機的該工作主軸上，並且該前主軸裝置的主軸軸線為垂直的且該鑽鑿工具指向下時，啟動該前主軸裝置的該電磁致動器，以對該前主軸裝置的該前主軸單元施加該抗拮力； 驅動夾合在該前主軸裝置的該主軸上的該鑽鑿工具；移動該工作主軸到一工件；以及在該工件上由該鑽鑿工具執行該鑽鑿製程，該鑽鑿工具由該前主軸裝置的該主軸驅動，包含當該前主軸裝置的該電磁致動器被啟動時且當該前主軸裝置的該驅動器施加了與該電磁致動器的該抗拮力相反的該力時，在一鑽鑿方向上控制該工作主軸的一進給運動。
34. 一種電腦程式產品，包含多個指令，當該程式由連接到一數控工具機的一電腦或一數控工具機的一控制器所執行時，該電腦或該控制器執行如請求項33所述之方法。

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