專利名稱：工具接納結(jié)構(gòu)和帶工具接納結(jié)構(gòu)的測頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的工具接納結(jié)構(gòu)和帶工具接納 結(jié)構(gòu)的測頭。
背景技術(shù)：
例如用于高速機加工——如高速銑削——的機床一般具有一所謂的馬達主軸，該 馬達主軸具有一旋轉(zhuǎn)的芯軸和一在其內(nèi)安裝有該芯軸的軸殼。在高速機加工的極高芯軸轉(zhuǎn) 速下，芯軸和軸殼變熱。因此，固定的主軸軸殼具有冷卻系統(tǒng)。但是，熱量并不能完全通過冷卻系統(tǒng)散出。因此，熱量被輸入到夾緊在工具主軸中 的工具接納結(jié)構(gòu)上以及固定在該工具接納結(jié)構(gòu)中的工具上。在更換工具接納結(jié)構(gòu)時，使該 工具接納結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在其中的工具——例如一測頭——處于環(huán)境溫度?！盁岬摹敝鬏S使工具接納結(jié)構(gòu)和已安裝的工具變熱。這種熱輸入的結(jié)果是工具接 納結(jié)構(gòu)和工具變長。如果沒有檢測這種尺寸變化，則其會在例如測量的工藝步驟中對其精 度產(chǎn)生不利影響。例如直接通過溫度傳感器確定主軸的縱向膨脹而將主軸的縱向膨脹考慮在內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，降低主軸對工具接納結(jié)構(gòu)的熱影響。所述目的通過權(quán)利要求1和7的特征來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的較有利的、合理的擴展方案。首先，本發(fā)明基于一種用于將測頭安裝到機床上的工具接納結(jié)構(gòu)，該工具接納結(jié) 構(gòu)具有連接到機床的連接部/接口。從用于主軸的連接部觀察，該工具接納結(jié)構(gòu)包括一材 料部段(Materialabschnitt)，該材料部段與工具接納結(jié)構(gòu)的通常基礎(chǔ)材料的不同之處在 于具有較小的縱向膨脹系數(shù)a和/或較小的導(dǎo)熱系數(shù)、。本發(fā)明的重要方面在于，材料部 段在工具接納結(jié)構(gòu)的工具側(cè)部段以及接納于其中的工具與工具主軸之間形成熱退耦，以減 小由于來自相對較熱的工具主軸的熱輸入所引起的長度變化。通過這種實施方式可實現(xiàn)，向工具接納結(jié)構(gòu)的不希望的較大熱輸入完全不會出 現(xiàn)，或熱膨脹一特別是變長一保持得相對較小。因此，能使由熱膨脹引起的尺寸變化減 小到機加工目的仍能容忍的程度。例如通過對材料部段的位置定位、尺寸設(shè)計和材料選擇， 在安裝工具接納結(jié)構(gòu)后、馬達主軸處于通常的溫度條件下，使工具接納結(jié)構(gòu)從連接部到工 具的熱膨脹降低到< 2 u m的值。在極端情況下，材料部段包括整個工具接納結(jié)構(gòu)，例如直到測頭。也就是說，在這 種實施方式中，工具接納結(jié)構(gòu)完全由具有較小的縱向膨脹系數(shù)和/或較小的導(dǎo)熱系數(shù)的材 料制成。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，材料部段具有<5i!m/mK的縱向膨脹系數(shù)a和 /或< llW/mK的導(dǎo)熱系數(shù)用于工具接納結(jié)構(gòu)的常規(guī)類型的鋼通常具有在12 ym/mK到16 μ m/mK之間的縱向膨脹系數(shù)。因此，通過根據(jù)本發(fā)明的材料部段，可在同樣的熱輸入 下實現(xiàn)較小的膨脹。此外，可明顯延緩向材料部段之后的區(qū)域中——例如向測頭中——和 向材料部段中的熱輸入。因此，例如一測頭可以在一預(yù)定的時間段內(nèi)在帶一可容忍的變長 (LSngung)的情況下進行測量任務(wù)，從而具有高測量精度。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，材料部段將工具接納結(jié)構(gòu)分開。但是，為了避免 向例如測頭中的干擾性的熱輸入，使材料部段不必在工具接納結(jié)構(gòu)的整個截面上延伸、而 僅在部分區(qū)域中延伸便可足夠。但是，優(yōu)選地，在至少一個橫向于工具接納結(jié)構(gòu)軸線穿過 工具接納結(jié)構(gòu)的連續(xù)截面中，所述材料部段在沿軸線方向投影的投影截面的超過50%上延 伸。 工具接納結(jié)構(gòu)變長的一個重要參量是，材料部段位于哪個位置。如果從連接部觀 察該材料部段相對較遠地布置在工具接納結(jié)構(gòu)中，則從連接部到材料部段位于材料部段之 前的材料可能在熱輸入下不希望地膨脹。因此，本發(fā)明還提出，材料部段與連接部的同主軸 接觸的接觸面相距這樣的距離，使得工具接納結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料保持一厚度，該厚度仍足以 使工具接納結(jié)構(gòu)特別是在與主軸相接觸的位置處提供必要的固有穩(wěn)定性。例如，從一與工 具主軸的主軸突起相距距離A的位置起，工具接納結(jié)構(gòu)都由具有較小的縱向膨脹系數(shù)和/ 或較小的導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成。為了實現(xiàn)更有效的退耦，可將工具接納結(jié)構(gòu)所謂的“挖空”并填充以具有較小的縱 向膨脹系數(shù)和/或較小的導(dǎo)熱系數(shù)的材料，在下文中稱為退耦材料，其中，退耦材料在橫截 面中向工具接納結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域延伸，使得僅壁區(qū)域仍然保持一足以使工具接納結(jié)構(gòu)具有 必要的穩(wěn)定性的預(yù)定厚度。例如，至少在橫截面上保持< IOmm的壁厚度用于退耦材料。更 優(yōu)選8mm、5mm或甚至3mm。在軸向方向上，退耦材料可在較大的區(qū)域上延伸，例如在10mm、 20mm,30mm或更多毫米的長度上延伸。必要時，退耦材料達到測頭。為了實現(xiàn)所希望的較小的熱膨脹，本發(fā)明還提出，材料部段設(shè)計成，在被截切的材 料中，從主軸突起的前表面所在平面到所述材料部段的最短距離不大于10mm。如果該距離 < 8mm，必要時< 5mm或更優(yōu)選< 3mm，則效果更佳。


本發(fā)明的一個實施例在附圖中示出并將在下文中在介紹其它優(yōu)點和特征時詳細 說明。圖1以示意性剖面圖示出一帶測頭的工具接納結(jié)構(gòu)，該工具接納結(jié)構(gòu)安裝在局部示 出的主軸接納部中。
具體實施例方式在附圖中示出一主軸1，在該主軸1中安裝有一帶連接部5的工具接納結(jié)構(gòu)2，在 該工具接納結(jié)構(gòu)上設(shè)有一測頭3。測頭3例如具有一帶球狀端部3b——例如紅寶石球—— 的探針3a，以精確地感應(yīng)工件。探針3a優(yōu)選以能機械偏轉(zhuǎn)、精度高并且位置可復(fù)現(xiàn)的方式 支承在測頭3中。在測頭3與主軸1上的主軸突起4之間引入一材料部段6，該材料部段6的導(dǎo)熱 系數(shù)λ和/或熱膨脹系數(shù)α小于工具接納結(jié)構(gòu)2的通常材料。在本實施例中，主軸突起 4同時形成一與平面支承部5a(相接觸)的接觸面。材料部段6與主軸突起4相距一距離A并在整個橫截面上延伸一長度1。距離A應(yīng)設(shè)定成當(dāng)主軸在通常的溫度條件下時，由于 向厚度A的材料中的熱輸入引起的熱膨脹不大于2 μ m。材料部段6優(yōu)選具有< 5 μ m/mK° 的熱膨脹系數(shù)，更優(yōu)選<2ym/mK°的熱膨脹系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選< llW/mK°。由此，可將從主軸1到工具接納結(jié)構(gòu)的熱輸入以及由這種不可阻止的熱輸入引起 的尺寸變化抑制到這種程度最終使工具接納結(jié)構(gòu)的從主軸突起開始的尺寸變化仍在一可 容忍的量級內(nèi)。因此，當(dāng)通過工具接納結(jié)構(gòu)2將測頭3安裝在主軸1中時，能利用測頭3實 施希望精度的測量。
附圖標(biāo)記列表1 主軸2工具接納結(jié)構(gòu)3 測頭4主軸突起5連接部5a接觸面6材料部段
權(quán)利要求
一種用于將工具、特別是測頭(3)安裝到機床上的工具接納結(jié)構(gòu)(2)，該工具接納結(jié)構(gòu)具有連接到機床的主軸(1)的連接部(5)，其中，從用于主軸(1)的連接部(5)觀察，該工具接納結(jié)構(gòu)(2)包括一材料部段(6)，該材料部段與工具接納結(jié)構(gòu)(2)的通常基礎(chǔ)材料的不同之處在于具有較小的縱向膨脹系數(shù)α和/或較小的導(dǎo)熱系數(shù)λ，其特征在于，材料部段(6)在工具接納結(jié)構(gòu)(2)的工具側(cè)部段以及接納于其中的工具(3)與工具主軸(1)之間形成熱退耦，以減小由于來自相對較熱的工具主軸的熱輸入所引起的長度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具接納結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述材料部段(6)具有<5μπι/ mK的縱向膨脹系數(shù)α和/或< llW/mK的導(dǎo)熱系數(shù)λ。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工具接納結(jié)構(gòu)，其特征在于，在至少一個橫向于 工具接納結(jié)構(gòu)軸線穿過工具接納結(jié)構(gòu)的連續(xù)截面中，所述材料部段(6)在沿軸線方向投影 的投影截面的超過50 %上延伸。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工具接納結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述材料部段(6) 在工具接納結(jié)構(gòu)的一預(yù)定軸向長度1上延伸，特別是將工具接納結(jié)構(gòu)分開。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工具接納結(jié)構(gòu)，其特征在于，材料部段(6)與連 接部(5)的同主軸(1)接觸的接觸面(5a)或與工具接納結(jié)構(gòu)的表面相距這樣的距離，使得 工具接納結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料保持一仍足以使工具接納結(jié)構(gòu)(2)提供必要的固有穩(wěn)定性的厚 度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工具接納結(jié)構(gòu)，其特征在于，材料部段(6)設(shè)計 成，在被截切的材料中，從主軸突起的前表面所在平面到所述材料部段(6)的最短距離不 大于IOmm0
7.一種帶有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工具接納結(jié)構(gòu)的測頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別是用于測頭(3)的工具接納結(jié)構(gòu)(2)，該工具接納結(jié)構(gòu)具有連接到機床的主軸(1)的連接部(5)。從用于主軸(1)的連接部(5)觀察，該工具接納結(jié)構(gòu)(2)包括一材料部段(6)，該材料部段與工具接納結(jié)構(gòu)(2)的通?；A(chǔ)材料的不同之處在于具有較小的縱向膨脹系數(shù)α和/或較小的導(dǎo)熱系數(shù)λ。根據(jù)本發(fā)明，材料部段(6)在工具接納結(jié)構(gòu)(2)的工具側(cè)部段以及接納于其中的工具(3)與工具主軸(1)之間形成熱退耦，以減小由于來自相對較熱的工具主軸的熱輸入所引起的長度變化。
文檔編號B23Q3/12GK101842180SQ200880106567
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ氯R納爾, 維爾弗里德·法伊爾 申請人:M&H因普羅瑟斯測量技術(shù)有限公司