專利名稱：帶有張緊桿和離合裝置的主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序部分所述特征的主軸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種可以不需要單獨(dú)的驅(qū)動裝置而移動其張緊 桿來例如換刀的主軸。
所述目的通過權(quán)利要求1的特征部分的特征結(jié)合前序部分的特征來實(shí)現(xiàn)。
該主軸的有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求2至7中描述。 根據(jù)本發(fā)明的主軸的張緊桿軸向可移動地接納在主軸的設(shè)計(jì)成空心軸 的工作軸中。所述傳動軸在第一離合位置處能夠以可自由選擇的角度位置 與工作軸相連接，以使工作軸內(nèi)部的張緊桿軸向移動以例如進(jìn)行換刀。
在第二離合位置處，特別是為了加工工件，傳動軸可以與工作軸以及 張緊桿共同連接以j吏接納在夾鉗中的刀具轉(zhuǎn)動。這里工作軸相對于傳動軸
的角度位置也是可以自由選擇的。因此，總之，根據(jù)本發(fā)明的主軸特別是 可以變化地使用，并且在傳動軸相對于工作軸的任意的角度位置能夠都形 成和拆開第 一和第二離合位置。
按照一個(gè)有利的實(shí)施形式，離合裝置具有可在軸向方向上彼此相對移 動的連4妄件，該連接件可以行程受限制地(wegbegrenzt)軸向彼此相對移 動。所述^f亍程限制可以通過具有可行程受限制地相互插入的外錐和內(nèi)錐的 區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。由此實(shí)現(xiàn)了，離合裝置在第一和第二離合位置處都實(shí)現(xiàn)自動 的停止位置。不再需要對連接件的軸向移動路徑進(jìn)行附加的限制。
例如可以由申i奮日為2004年4月1日的歐洲專利申請EP040079147 中已知離合器的 一個(gè)具體實(shí)施形式。上述歐洲專利申請的內(nèi)容將全部結(jié)合 到本專利申請的內(nèi)容中，因而在所述文件中描述的離合裝置的所有實(shí)施形 式也能在根據(jù)本發(fā)明的主軸中實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)特別有利的實(shí)施形式中，離合裝置具有一帶有內(nèi)錐的第一連接 件、 一帶有外錐和內(nèi)錐的第二連接件以及一帶有外錐的第三連接件。
即使具有外錐的第三連接件與第二連接件未接合，當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)動時(shí)， 盡管存在離心力，也沒有不期望的力作用在不動的第二連接件的內(nèi)部的夾
緊體(Klemmk6rper)上。


借助附圖中的實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。在附圖中 圖l是根據(jù)本發(fā)明的主軸的剖視圖2是圖1中的離合裝置的變型的實(shí)施形式的局部放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在必須執(zhí)行較多功能的、受驅(qū)動的機(jī)器或機(jī)器組件中，迄今為止，通 常每個(gè)所述功能都配設(shè)有一個(gè)自己的驅(qū)動裝置。
通常，由電動機(jī)、液壓馬達(dá)或氣動馬達(dá)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，并且在夾緊、更換、 移動刀具/工件時(shí)通常為軸向和徑向的運(yùn)動過程例如通過行程液壓缸或氣 動驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)。
才艮據(jù)本發(fā)明的主軸具有唯一的一個(gè)主傳動裝置，或者該主傳動裝置直 接固定在傳動軸上。替代地，借助于帶傳動或傳動齒輪箱將傳動作用導(dǎo)入 傳動軸。
用這樣的主軸來說明本發(fā)明，該主軸攜帶刀具或工件轉(zhuǎn)動并同時(shí)能定 期地執(zhí)行夾緊運(yùn)動、往復(fù)運(yùn)動或直線運(yùn)動。
在本發(fā)明的主軸中，主軸的軸(Spindelwdle)是分開(成兩段)的并 且(兩個(gè)軸段)相繼地共軸布置，其中在兩個(gè)軸段之間的分離縫隙大小剛 好到不會產(chǎn)生接觸的程度。
其中一個(gè)軸段，即所謂的工作軸1，具有用于保持(夾緊)并移動刀
具或工件的裝置以及其它活塞段。另一個(gè)軸段，即所謂的傳動軸4,或者 是驅(qū)動電動機(jī)的構(gòu)件，或者攜帶傳動元件，例如帶輪、齒輪等。兩個(gè)軸段 可以借助于離合器分離或者相互連接，其中離合器和整個(gè)系統(tǒng)這樣設(shè)計(jì)， 即，當(dāng)軸段分離時(shí)，驅(qū)動電動機(jī)產(chǎn)生一工作軸1中的第二功能，即，直線 的運(yùn)動和夾緊運(yùn)動。
所述離合器可以自動切換/接通并且在上面建議的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)得非常 短，從而根據(jù)本發(fā)明的主軸系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)得非常緊湊且非常短，這通常只 有在具有夾緊系統(tǒng)的外部操作裝置的主軸系統(tǒng)中才是可能的。
集成了所有功能的主軸通常與在刀具或工件的夾緊位置相對的主軸端 部上具有用于夾緊錐9的夾緊運(yùn)動和移動運(yùn)動的、例如液壓的或氣動的第 二傳動裝置，該第二傳動裝置能用它的供應(yīng)線路正確地進(jìn)行輸出/分派 (austragend )。
由于第二傳動裝置不是必要的，因此根據(jù)本發(fā)明的傳動裝置能顯著地 節(jié)省重量，這有利于快速運(yùn)動和加速。第二傳動裝置的供電裝置和控制裝 置也可以省掉。
圖1示出具有自動換刀系統(tǒng)的用于銑削和磨削的機(jī)床主軸。
在工作軸1和分離的傳動軸4之間設(shè)置有離合器，其具有用于產(chǎn)生直 線的軸向運(yùn)動的螺紋系統(tǒng)和夾鉗/夾具(Spamizange ) 11以及用于夾緊運(yùn) 動和移動運(yùn)動的監(jiān)控系統(tǒng)。帶有操作裝置的離合器具有短的切換路徑，能 夠平穩(wěn)地在任何轉(zhuǎn)動位置接合并且能夠以較小的力操作，以(將轉(zhuǎn)動)從 傳動軸4傳到工作軸1上。
兩個(gè)軸段的接合部位處的螺紋系統(tǒng)(螺紋裝置)能根據(jù)差動螺紋 (Differenzgewinde )中螺距的設(shè)計(jì)產(chǎn)生從驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩到張緊桿中的 拉力的附加的力傳遞。
圖l示出在中心線上方以A表示的"夾具閉合或夾緊"的狀態(tài)和在中 心線下方以B表示的"夾具打開"的狀態(tài)。
主軸包括帶有工作軸l的主軸頭部和接納在夾緊錐9中的夾鉗ll,其中工作軸1借助于軸承3可轉(zhuǎn)動地支承在殼體2中。傳動軸4借助于軸承 6獨(dú)立于工作軸1地可轉(zhuǎn)動地支承在殼體5中。在圖1中，驅(qū)動裝置例如 是電動機(jī)20,該電動機(jī)包括固定在傳動軸4上的轉(zhuǎn)子7以及接納在殼體5 中的定子8。所述驅(qū)動裝置也可以是氣動馬達(dá)或液壓馬達(dá)或具有外部驅(qū)動 電動機(jī)的帶輪或傳動齒輪箱。
工作軸1在其外端處具有中心開口 ，所述開口包括夾緊錐9和圓狀形 的對中孔IO，夾鉗ll插入該對中孔中。除了圖中所示的HSK-夾鉗ll以 外，也可以采用具有夾緊銷的夾鉗或夾緊系統(tǒng)或固定在主軸端部上的多爪 卡盤。
主軸狀態(tài)A示出插入工作軸1中的夾鉗ll，這是"刀具被夾緊"的位 置。在主軸狀態(tài)B下，夾鉗11被從加緊錐9中移出并且可將帶有刀具的 夾緊組件能從夾緊錐中取出。HSK夾緊組件DIN 69893-1未示出。在開槽 的夾鉗中，該夾具能徑向張開并能取出刀具。在狀態(tài)B下，能取出所述刀 具并裝入另一刀具。
上方的主軸^f黃截面A示出處于工作狀況，即"刀具被夾緊"時(shí)的主軸 系統(tǒng)，并且工作軸1與傳動軸4不可相對轉(zhuǎn)動地連接。
兩個(gè)軸的連接由可切換的離合裝置產(chǎn)生。該離合裝置包括具有錐形外 表面13 (外錐)的離合器法蘭12 (第三連接件)，該離合器法蘭與傳動軸 4不可相對旋轉(zhuǎn)且位置固定地連接。離合器環(huán)14 (第二連接件)具有一個(gè) 平行于錐形外表面13延伸的內(nèi)錐15以及在這兩個(gè)錐形面之間的(用于) 夾緊體16的環(huán)緣(Kranz)，這些夾緊體被保持在一籠式環(huán)中并通過環(huán)繞 的彈簧17壓在內(nèi)錐15上(參見專利申請EP04007914.7)。
在EP04007914.7中說明的這種類型的離合器中，夾緊體設(shè)置成成對地 相互作用，從而在兩個(gè)轉(zhuǎn)動方向上形成無間隙的夾緊。
如果離合器環(huán)14向右移動，則外錐13、內(nèi)錐15和夾緊體16(即第二 連接件和第三連接件)相接觸并形成不可相對轉(zhuǎn)動的連接。
離合器環(huán)14的向右的軸向運(yùn)動通過壓簧18產(chǎn)生和保持。離合器環(huán)14 通過可軸向移動、^f旦是不可轉(zhuǎn)動的連接例如形狀鎖合(formschliissig)的軸-坑連接/軸-轂連接(Wellen-/Narbenverbindimg)與工作軸l相連接。
主軸橫截面B示出換刀時(shí)的狀態(tài)。首先停下驅(qū)動電動機(jī)20，通過接頭 35將壓縮空氣導(dǎo)入活塞系統(tǒng)。這里活塞示例性地是由延展性非常好的材料 制成的軟管環(huán)21，該軟管環(huán)用壓縮空氣吹起膨脹并推動推力環(huán)/止推環(huán) (Druckring)22并由此推動離合器環(huán)14向左(與箭頭方向A相反)移動。 環(huán)狀軟管形式的活塞只是一種很小型結(jié)構(gòu)的可能性。也可以使用已知類型 的流體或壓縮空氣加載的活塞/氣缸系統(tǒng)或者具有磁力的線性的或轉(zhuǎn)動的 系統(tǒng)。
通過內(nèi)錐15相對于外錐13的軸向相對移動形成一徑向縫隙，該縫隙 使夾緊體16與外錐13脫離接觸。因而傳動軸4與工作軸1的轉(zhuǎn)動連接斷 開。
離合器環(huán)14向左移動至離合器環(huán)14另 一端上的外錐23通過夾緊體環(huán) 緣25 (笫一連接件)和與殼體2固定連接的內(nèi)錐24相接觸。因此，在傳 動軸4與工作軸1的轉(zhuǎn)動連接斷開時(shí)，產(chǎn)生離合器環(huán)14以及由此工作軸1 與殼體2之間的不可相對轉(zhuǎn)動/扭轉(zhuǎn)的接觸。
如果現(xiàn)在接通驅(qū)動裝置(例如驅(qū)動電動機(jī)20),則傳動軸4相對于靜 止不動的工作軸l轉(zhuǎn)動，因此螺紋軸26在螺紋套28中旋入或旋出，該螺 紋軸26在部段27中通過六角成型部軸向可移動地與傳動軸4不可相對轉(zhuǎn) 動地連接，而該螺紋套28本身軸向可移動地借助于滑動鍵29與工作軸1 不可相對轉(zhuǎn)動地連接。
螺紋軸26在其左部段具有螺距不同的外螺紋和內(nèi)螺紋。外螺紋與螺紋 套28的內(nèi)螺紋共同作用，而螺紋軸26的內(nèi)螺紋與張緊桿30上的螺玟相互 接合。通過適當(dāng)?shù)剡x擇不同的螺距，可以這樣確定張緊桿30的軸向運(yùn)動， 使得當(dāng)螺紋具有足夠的承載能力時(shí)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和夾鉗的牽引 力之間的必要的力傳遞。
夾緊系統(tǒng)是在力的變化分布上自閉合的系統(tǒng)，這就是說，根本沒有從 工作軸l向外作用的力，因?yàn)槁菁y的螺距是自鎖的。由于刀具的夾緊，既 不對軸承3施加負(fù)荷也不需要外部支承力。張緊桿30的軸向力由螺紋套
28吸收并經(jīng)過壓簧32導(dǎo)入到工作軸1中。這里，壓簧32通過預(yù)緊被壓縮 十分之幾個(gè)毫米。這足以補(bǔ)償在工作周期內(nèi)由沖擊或振動引起的夾鉗或刀 具可能的移位/變形(Setzen)以及由此補(bǔ)償夾緊力損失。
在換刀時(shí)，即，在根據(jù)圖1的主軸橫截面B中，壓簧32將螺紋套28 壓到傳動軸4上的平面支承部44上。這里，還得到/支撐(absttitzen)將 夾鉗ll從工作軸l中移出所必需的軸向力。
因此，更換工件按如下順序進(jìn)行
停下驅(qū)動電動機(jī)20，然后起動活塞22直到離合器23、 24閉合；在轉(zhuǎn) 動方向上接通電動機(jī)，使得張緊桿30和夾鉗11從工作軸1中移出。然后 停下電動機(jī)并更換夾鉗11中的刀具。接著反方向啟動電動機(jī)，使得夾鉗 11收攏且夾緊刀具。然后切斷用于活塞行程的壓縮空氣。離合器環(huán)14被 彈簧力18移動，直到離合器23、 24打開且離合器13、 15閉合。
另外，活塞環(huán)22被彈簧31繼續(xù)推動，使得轉(zhuǎn)動的離合器環(huán)14不再接 觸靜止的活塞環(huán)22。現(xiàn)在以工作轉(zhuǎn)動方向啟動電動機(jī)，開始工作周期。
對更換工件的周期或者說夾鉗11的打開和夾緊進(jìn)行監(jiān)控。為此張緊桿 的運(yùn)動通過隨動螺栓(Mitnehmerbolzen) 33纟皮傳遞到控制環(huán)34上，該控 制環(huán)可以在工作軸l上被引導(dǎo)軸向移動。該控制環(huán)34的外部是錐形的，并 在傳感器36旁邊移動經(jīng)過并在此時(shí)產(chǎn)生模擬信號。該模擬信號描述夾鉗 11的軸向位置并給出夾鉗11是否已達(dá)到相應(yīng)終點(diǎn)位置的信息，并且如果 刀具夾緊運(yùn)動沒有行進(jìn)到終點(diǎn)/結(jié)束，則使機(jī)器關(guān)閉。這就是說，刀具未被 正確地夾緊或者一一如果張緊桿被引導(dǎo)通過了終點(diǎn) 一一在夾緊系統(tǒng)中沒有 刀具。同樣，也可以對刀具的推料過程/拆卸過程(Ausstofivorgang)進(jìn)行 監(jiān)控。
圖2示出另一種操作離合器的可能性。將均勻分布在圓周上的電磁體 固定在一支承環(huán)37中。各個(gè)磁體包括勵(lì)磁線圏38以及可軸向運(yùn)動的磁芯 39，該磁芯由可磁化的鋼制成。磁芯39以其自由端上的凸臺(Bund) 40 懸掛在開關(guān)環(huán)41中，并借助于支承在支承環(huán)37中的彈簧42保持在最外面 的右邊軸承/位置中。由此可以實(shí)現(xiàn)，在主軸的工作周期間，固定的開關(guān)環(huán)41和與離合器環(huán) 14固定連接的、轉(zhuǎn)動的開關(guān)套43之間不存在接觸。
為了打開夾緊系統(tǒng)，向勵(lì)磁線圏38加載電流并在勵(lì)磁線圏38中拉動 磁芯39。通過攜帶拖動開關(guān)環(huán)41的凸臺40,離合器環(huán)14被開關(guān)套43拉 動至其左側(cè)終點(diǎn)位置，也就是說，拉動到離合器23、 24閉合。
切斷勵(lì)磁線圏38的電流后，離合器環(huán)14通過彈簧力18再次被帶到工 作位置，而彈簧力42確保開關(guān)環(huán)41和開關(guān)套43分離?？梢耘湓O(shè)小型的液 壓缸或空氣缸來代替單個(gè)的電磁體，其中活塞桿的自由端同樣具有凸臺 40，使得其它功能完全對應(yīng)于上面說明的內(nèi)容，其中在張緊桿30中形成/ 支撐軸向力，以4吏工作軸1中的夾鉗ll移出。^皮摘下的螺紋套28通過固 定在工作軸1上的環(huán)形螺母45抵抗壓簧32 (的力)保持在其軸向位置。 螺紋套28的凸緣在以46表示的位置處壓在環(huán)形螺母45上。這個(gè)實(shí)施例具 有以下優(yōu)點(diǎn)，即，在換刀期間，根本沒有從工作軸l向外作用的力。
附圖標(biāo)記
1工作軸
2殼體
3軸承
4傳動軸
5殼體
6軸承
7轉(zhuǎn)子
8定子
9夾緊錐
10中心孔
11夾鉗
12離合器法蘭
13外表面
14離合器環(huán)
15內(nèi)錐
16夾緊體
17彈簧
18壓簧
19軸/坑連接
20驅(qū)動電動才幾
21軟管環(huán)
22推力環(huán)
23外錐
24內(nèi)錐
25夾緊體環(huán)緣
26螺紋軸
27部段
28螺紋套
29滑動鍵
30張緊桿
32壓簧
33傳動螺栓
34控制環(huán)
35壓縮空氣接頭
36傳感器
37支承環(huán)
38 ^力/磁線圏
39磁芯
40軸環(huán)
41開關(guān)環(huán)
42彈簧
43開關(guān)套
44平面支承部
45環(huán)形螺母
46位置
權(quán)利要求
1.一種用于通過安裝在主軸上的刀具加工工件的主軸，特別是機(jī)床主軸，具有將刀具固定在主軸上的軸向可移動的張緊桿和特別是通過主軸的電動機(jī)驅(qū)動的傳動軸，其中所述主軸的傳動軸能夠通過離合裝置或者與用于軸向移動以進(jìn)行換刀的張緊桿、或者與用于加工工件的刀具相連接，其特征在于，——張緊桿(30)軸向可移動地接納在設(shè)計(jì)成空心軸的工作軸(1)中；——工作軸(1)相對于主軸的殼體(2)能夠鎖定在用于通過傳動軸(4)在工作軸(1)內(nèi)部軸向移動張緊桿(30)的第一離合位置處，其中工作軸(1)和傳動軸(4)在第一離合位置處的角度位置可自由選擇；以及——在第二離合位置處，能夠通過傳動軸(4)形成對工作軸(1)和張緊桿(30)共同的驅(qū)動，其中工作軸(1)和傳動軸(4)在第二離合位置處的角度位置可自由選擇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的主軸，其特征在于，所述離合裝置具有在 軸向方向上能夠彼此相對移動的連接件，其中連接件能夠行程受限制地軸 向彼此相對移動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主軸，其特征在于，所述離合裝置具有帶 有內(nèi)錐的第一連接件、帶有外錐和內(nèi)錐的第二連接件、以及帶有外錐的第 三連接件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的主軸，其特征在于，所述離合裝置能 夠在兩個(gè)方向上軸向移動，其中在兩個(gè)方向上對所述軸向移動進(jìn)行行程限 制。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的主軸，其特征在于，為了在第一離 合位置處使張緊桿(30)在傳動軸(4)中軸向移動，在主軸的傳動軸(4) 和張緊桿(30)之間設(shè)有螺紋裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的主軸，其特征在于，所述螺紋裝置具有帶 有至少兩個(gè)彼此嚙合的螺紋套的差動螺紋部。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的主軸，其特征在于，所迷離合裝置具有連接件，該連接件不可相對轉(zhuǎn)動地并在軸向上可移動地安裝在螺紋裝置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過安裝在主軸上的刀具加工工件的主軸，特別是機(jī)床主軸，其具有將刀具固定在主軸上的軸向可移動的張緊桿(30)和特別是通過主軸的電動機(jī)驅(qū)動的傳動軸(4)，其中所述主軸的所述傳動軸(4)可通過離合裝置或者與用于軸向移動以換刀的張緊桿(30)，或者與用于加工工件的刀具相連接，其中，張緊桿(30)軸向可移動地接納在設(shè)計(jì)成空心軸的工作軸(1)中。工作軸(1)相對于主軸的殼體(2)能夠鎖定在用于通過傳動軸(4)在工作軸(1)內(nèi)部軸向移動張緊桿(30)的第一離合位置處，其中工作軸(1)和傳動軸(4)在第一離合位置處的角度位置可自由選擇。在第二離合位置處，能夠通過傳動軸(4)形成對工作軸(1)和張緊桿(30)待共同驅(qū)動，其中工作軸(1)和傳動軸(4)在第二離合位置處的角度位置可自由選擇。
文檔編號B23B31/26GK101208169SQ200680022522
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者F·費(fèi)爾德邁爾 申請人:保爾木勒股份兩合公司