用于机床的多功能心轴

技术领域

本发明涉及一种用于工件加工机床的多功能心轴。该多功能心轴包括心轴壳体、旋转驱动器和刀具容纳单元，其中，所述刀具容纳单元设置在心轴壳体内，并围绕与旋转轴相垂直的轴线相对于所述心轴壳体枢转。

背景技术

在许多设计中用于加工工件的机床都是已知的。在车床中，工件会发生旋转，而固定刀具会相对于工件轴向和径向移动，以形成旋转对称的圆形轮廓。在钻床中，刀具会发生旋转并抵靠着固定工件被驱动，以便在工件上形成孔。在铣床中，旋转刀具会相对于固定工件发生径向和轴向移动，以便在工件中形成铣槽、铣表面或自由曲面。在上述机床类型中，通常通过刀具接口在刀具心轴中容纳刀具并将其牢牢夹紧。原则上，刀具心轴包括旋转驱动器、旋转驱动轴和输出轴，刀具容纳单元集成在输出轴中。此类刀具心轴也用于加工中心，并在加工中心自动装载适当的刀具。此外，此类刀具心轴适用于制造非圆形轮廓的机床，这类加工操作通常为凸轮车削或多边形车削。在此过程中，需要控制具有切削头的旋转刀具和同样旋转的工件，以便控制它们相对于彼此的转动圈数。

为了适应不同的加工工艺，需要对原来的刀具心轴进行专门性改造。然而，EP3216557中公开了一种多功能可用的刀具心轴，它既适用于如车削、镗孔和铣削等传统的加工操作，也适用于例如多边形车削等新兴的加工操作。该刀具心轴以本身已知的方式包括壳体、旋转驱动器和刀具容纳单元。然而，现在，刀具容纳单元布置在心轴壳体内，并且可以围绕与驱动轴垂直的轴线相对于心轴壳体移动。

在本发明的本说明书范围内，这种适用于在机床上执行不同加工工艺的刀具心轴的基本原理在下文中被称为“多功能心轴”。

尽管这种多功能心轴的基本原理为许多应用提供了有吸引力的机会，但迄今为止，市场接受率还是很低。这可能是因为，当以较高速度进行多边形车削时，会发生功能性缺陷。在上述操作要点中，根据EP3216557所公开的计量设备、冷却剂供应和失衡补偿的设计，失衡所引发的显著影响依然无法得到完全补偿。

EP0922528B1公开了一种与上述多功能心轴类似的原理，其中，可能由于仅使用一个测量系统，有可能实现所需的定位精度或垂直于驱动轴的轴线的功能可靠性。然而，由于定位精度不足或设计的功能不可靠，这种心轴不能在商业上使用。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种多功能心轴，其特别是在车削多边形型材时，能够快速、基本上完全补偿发生的失衡，并提高与驱动轴相垂直的轴线的定位精度，同时保证功能可靠性。

该问题通过这样的方式解决：为了提高定位精度，至少两个彼此独立且紧邻的用于感应相同的位置角的测量系统与刀具容纳单元相连，以便通过传输单元将所述测量系统所测得的位置角信号经由至少两个相互独立的传输路径传输到配备有所述多功能心轴的机床的控制器。在此过程中，至少一个传输路径用于控制位置，至少一个传输路径用于保证与所述驱动轴相垂直的枢轴轴线的功能安全性。所述传输单元无接触地向至少两个相连的所述测量系统供电。所述传输单元由至少两个相对彼此以所述心轴的旋转速度旋转的部分组成。此外，所述传输单元具有中心孔，介质管道通过所述中心孔从中心处穿过。

根据一个实施例，心轴轴件有至少两个轴向相邻的环形槽，每个环形槽都设有通过管道供应有液压流体的环形区段，从而能够调整所述环形区段在所述环形槽中的相对位置，进而补偿失衡。

根据另一有利实施例，心轴壳体配备有至少两个相互独立的旋转接头。至少一个所述旋转接头被设计为用于容纳所述心轴轴件的流体动力轴承的液压供应管道。能够通过与机床心轴的旋转速度叠加，从旋转接头的控制管道中限定出适配的放油流体来建立所述轴承。另一旋转接头居中设置且没有漏泄损耗，其优选地供应冷却润滑剂和气动。鉴于液压旋转接头和用于冷却润滑剂的旋转接头彼此分离，流体动力轴承能够无污染地形成。

附图说明

以下将基于附图描述其他有利设计作为示例性实施例。附图中：

图1示出了根据本发明的多功能心轴结构的截面图；

图2示出了用于补偿失衡的第一环形区段的设置；以及

图3示出了用于补偿失衡的第二环形区段的设置。

具体实施方式

图1所示的多功能心轴是针对加工工件的机床而设计的。心轴轴件1设置在心轴壳体2中，并由前轴承3和后轴承4支撑在心轴壳体2中。前轴承3由两个分开设置的轴承区段3'和3”形成。心轴轴件1围绕轴24进行旋转，引起旋转的旋转驱动器包括定子单元5和转子单元6。

多功能心轴包括至少两个用于液压和气动的旋转接头或管道11以及用于冷却润滑剂和气动的旋转接头或管道12和23。

在朝向工件的端部(未示出)上，心轴轴件1具有凹槽，该凹槽内设置有刀具容纳单元9。该刀具容纳单元9这样设置，使其可以相对于心轴壳体2绕垂直于旋转轴24的轴线10旋转。上述枢轴旋转由拱形箭头表示。

刀具8夹持在刀具容纳单元9的端面上，并朝向工件。实物量具13设置在相对的端面上，两个测量头14紧邻实物量具13设置。在进一步设置中，遥测发射器15和遥测接收器16设置在测量头14的后面。

第一环形区段22和第二环形区段7设置在轴承区段3'和3”之间，且彼此相距不远。两个环形区段22和7具有环形轮廓，并分别被引导到心轴轴件1上沿圆周方向延伸的连续环形槽中。在操作多功能心轴的过程中，能够通过环形区段7和22补偿失衡，这将在下文进行更详细的解释。为此，需要至少两个这样的环形区段22和7，然而，也可以提供更多的环形区段。

可以通过无线方式或通过测量线路来生成操作多功能心轴过程中以及可能做出的参数调整过程中需要收集的数据。在附图中，这些测量线路以示例性方式示出为通向测量头14的线路25，通向遥测接收器16的线路26，以及通向液压和气动部件的线路27。

在加工工件时、操作多功能心轴期间，如果刀具容纳单元9的位置相对于其最佳位置发生偏差并因此有引发失衡的风险，则与测量头14操作连接的实物量具13会检测到该异常。接着，会将相应的信号传送到车床控制器，该车床控制器触发环形区段7和22的环形槽中所供应的液压量发生变化。

根据图2，可以通过孔17和18将液压供应至其内设置有环形区段7的环形槽。孔17和18设置在环形槽的端部上，该环形槽被压力室隔板19隔开。通过上述方式，能够改变环形区段7在该环形槽内的相对位置。

同时，根据图3，可以通过孔20和21将液压供应至其内设置有环形区段22的环形槽。孔20和21设置在环形槽的端部上，该环形槽被压力室隔板19隔开。通过上述方式，能够改变环形区段22在该环形槽内的相对位置。

因此，环形区段7和22可能会发生错位，使其移动至相对彼此偏移180°的位置，从而能够更好地补偿发生的失衡。由于在加工多边形型材时尤其会出现失衡现象，根据本发明的多功能心轴对多边形车削是特别有利的。

附图标记

1 心轴轴件

2 心轴壳体

3 心轴轴件的前轴承

3'独立轴承区段

3”独立轴承区段

4 心轴轴件的后轴承

5 定子单元

6 转子单元

7 环形区段

8 刀具

9 刀具容纳单元

10垂直于主轴旋转轴的枢轴轴线

11用于液压和气动的旋转接头

12用于冷却润滑剂和气动的旋转接头

13实物量具

14测量头

15遥测发射器

16遥测接收器

17通向环形区段7的环形槽的孔

18通向环形区段7的环形槽的孔

19压力室隔板

20通向环形区段22的环形槽的孔

21通向环形区段22的环形槽的孔

22环形区段

23用于冷却润滑剂和气动的旋转接头

24心轴轴件的旋转轴

25连接测量头的线路

26连接遥测接收器的线路

27连接液压/气动部件的线路