主轴设备制造技术

一种用于机床的主轴设备，其具有用于驱动刀具(6)的主轴(2)并且具有用于对刀具(6)进行振动激励的至少一个致动器(20)，其特征在于，主轴设备(2)实施有用于至少部分地平衡在主轴区域中通过振动激励所产生的惯性力的补偿装置(30)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】主轴设备
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机床的主轴设备。
技术介绍
这种主轴设备被用于对工件进行振动辅助式地(schwingungsunterstützend)切削加工并且在大多数情况下在数千赫兹的高频范围内工作，其中，振动幅度在几个微米的范围内。由于在切削加工时随着进给的振动叠加，在通常情况下可以通过得到改进的断屑以及得到促进的排屑实现了提升的生产率，并且通过得到改进的冷却润滑剂输送实现了更高的刀具寿命。此外，振动叠加的制造能够实现借助标准刀具对难于加工的材料进行切削加工。在常规的方式中，这种切削加工只能用专用刀具来实现。对此，尤其指的是对碳纤维复合材料(CFK)的加工。在已知的用于振动辅助式的加工的解决方案中，要么在刀具侧输入振动要么在工件侧输入振动。因此，本申请人的文献EP2709796B1示出了一种实施有振动设施的工件容纳部，经由振动设施能够在加工时向工件加载以振动，其中，该振动低于超声波范围。在DE102010048636A1中描述了一种机床，在其中，可以经由用于振动辅助式的加工(混合加工)的颤动单元向工件载体和刀具保持器加载以在大于5kHz的范围内的振动。利用本申请人的文献WO2013/142890A1阐述了对工件的混合加工，在其中，用于切削加工工件的刀具实施有振动设施，经由该振动设施能够向刀具切刃加载以低于超声波的频率范围内的振动。振动设施实施有补偿块，其与刀具切刃的振动相反地振动，从而实现了动量解耦(Impulsentkopplung)，并且因此能够与设施的固有频率无关地调整出期望的加工频率。在印刷文献WO2006/0222592A2和EP1669148A1中也描述了如下刀具单元，在其中，可以向用于混合加工工件的刀具加载以在超声波范围内的振动。DE102005052721A1示出了一种用于振动辅助式加工工件的设施，在其中，主轴可以借助机械式的凸轮驱动器沿Z方向振动。在这种解决方案中的问题的是，由于主轴的往复运动会将振动引入机床的机器结构中。特别是在滚动体支承部的情况下，经由这种振动而被引入机器结构中的力分量会导致故障和停止运转。此外，由于振动而减少了机器的轨迹精度，并且因此增加了围绕运动轴线的定位误差。
技术实现思路
与此相应地，本专利技术的任务是，提供一种用于机床的主轴设备，以其来改进加工精度。该任务通过具有权利要求1的特征的主轴设备来解决。本专利技术的有利的改进方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术，用于机床的主轴设备具有用于驱动刀具的刀具主轴和用于对该刀具或刀具主轴进行振动激励的致动器或致动器设备。主轴设备实施有用于至少部分地平衡在主轴区域中通过振动激励所产生的惯性力的补偿装置。换句话说，经由该补偿装置实现了沿机床的至少一个轴线的主动的动量解耦，从而尽管发生向外，也就是说朝机床结构的振动激励，但主轴设备还是表现为如常规的标准主轴那样。由于该动量解耦，使得在混合加工期间作用到刀具和工件上的振动并不被引入机器结构中，从而通过该振动补偿，一方面减轻了对机床结构的负荷，并且另一方面相对于常规的解决方案明显提高了定位精度。除了在通常情况下得到改进的工艺参数之外，在混合切削加工中也提升了刀具的寿命。在本专利技术的优选的实施例中，补偿装置具有补偿块，其与传递到刀具上的振动相反地被驱动。当刀具的主轴的振动质量和补偿块的振动质量、它们的振动频率以及它们的振动幅度彼此协调使得基本上抵消了逆向地作用的惯性力时，动量解耦是最佳的。根据本专利技术优选的是，振动频率小于1kHz，优选约在200Hz的范围内。这些振动频率明显低于超声波范围并且可以实现在0.05mm至1mm的范围内，优选在0.1mm至0.5mm的范围内的较大的振动振幅。在本专利技术的实施例中，致动器如下这样地实施，即，能够实现沿一个、两个或三个轴线的振动激励。也就是说，能够设置有用于各自的振动加载的不同的致动器。当致动器也驱动补偿块时，用于实现主轴设备的设施技术上的花费是最小的。在此可以设置的是，这种补偿块仅沿主轴线，通常是Z轴线设置，而在沿另外的轴线(X轴、Y轴)的振动方向中不需要补偿块。在本专利技术的实施例中，主轴经由两个能够实现振动的轴承支撑。为了最小化主轴的振动质量，可以减少设施技术上的花费，其方式是：仅向主轴的驱动刀具容纳部的转子加载以振动，从而使主轴的振动的质量相对于上述解决方案得到降低，并且因此需要更少的针对运动的能量需求，并且此外还改进了系统的动态。优选地，主轴设备实施有另外的轴承，其设置在主轴或转子与致动器的联接区域中。上述的轴承例如可以实施为空气轴承(Luftlager)或固体元件尤其是膜片轴承(Membranlager)。在此，空气轴承仅设置在工件侧可能就足够。当将一个或多个致动器也整合到主轴的主轴壳体中时，主轴设备可以非常紧凑地构成。在相对简单构造的实施例中，致动器与主轴之间的振动传递在外部地经由驱动联杆来实现。通过适当地设计振动的结构元件(优选是轴承)和振动参数(幅度、频率)，整个主轴系统可以被激励出在固有频率范围中的振动，从而使用于产生振动的能量需求最小。切削加工参数如下这样地选择，即，避免机器结构在其固有频率内的激励。用于振动激励的致动器可以以液压、机械或电的方式来驱动。原则上，能使用所有如其在开头所述的现有技术中有所阐述的振动致动器。为了对径向振动进行动量补偿，设置有与主轴作用连接的环形的补偿块，其包围主轴并且经由致动器，优选是两个相对置的致动器受驱动。附图说明本专利技术的优选的实施例在下面结合示意图被详细阐述。其中：图1示出具有动量解耦的根据本专利技术的主轴设备的第一实施例的原理图；图2示出根据图1的实施例的变体；图3示出根据图2的实施例的具体的解决方案；图4示出取下了保护遮盖部的根据图3的主轴设备；图5示出根据图4的主轴设备的简化的剖面图；图6示出主轴设备的刀具侧的支承部；并且图7a、7b示出具有鉴于共振效应而不同地协调的膜片轴承的主轴支承部的原理图。具体实施方式图1示出了机床的主轴设备1的第一实施例，该机床例如可以被用于铣削、磨削、钻削或其他切削式的加工。主轴设备1具有基本上已知结构的主轴2，在其上通常构造有针对刀具容纳部4的夹持设施，该夹持设施承载刀具6，例如铣刀。主轴设备1经由适当的直线引导部在机床的机器结构上引导，并且可以至少沿着所示的轴线x，y和z来相对于加工位置进行调节。在根据图1的原理图中，主轴2的电驱动器和刀具6的冷却润滑剂供应部并未示出。主轴的承载有刀具容纳部4的转子8经由两个主轴轴承支承在主轴壳体14中。在所示的实施例中，在图1中的左侧的主轴轴承附加地被实施为固体元件，在当前情况下实施为膜片轴承10。刀具侧的轴承为空气轴承12。在下文将更详细阐述的膜片轴承10允许了转子8沿z方向发生振动运动。主轴2经由主轴壳体14以本身公知的方式经由紧固元件16与机器结构18连接。转子8沿z方向的振动激励借助在所示的实施例中被实施为液压致动器的致动器20来进行。显而易见地，也可以使用其他的致动器，如例如机电式的、气动式的或机械式的致动器用于振动激励。振动频率在所示的实施例中相对低频地设计。优选地，频率应当在小于1000Hz的范围内，优选为约200Hz。能经由致动器20发生的振动幅度优选在0.1至0.5mm之间的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机床的主轴设备，其具有用于驱动刀具(6)的主轴(2)并且具有用于对所述刀具(6)进行振动激励的至少一个致动器(20)，其特征在于，所述主轴设备(2)实施有用于至少部分地平衡在主轴区域中通过振动激励所产生的惯性力的补偿装置(30)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.27 DE 102015101167.01.一种用于机床的主轴设备，其具有用于驱动刀具(6)的主轴(2)并且具有用于对所述刀具(6)进行振动激励的至少一个致动器(20)，其特征在于，所述主轴设备(2)实施有用于至少部分地平衡在主轴区域中通过振动激励所产生的惯性力的补偿装置(30)。2.根据权利要求1所述的主轴设备，其中，所述补偿装置(30)具有与传递到所述刀具(6)上的振动镜像地受驱动的补偿块(32)。3.根据权利要求1或2所述的主轴设备，其中，所述主轴(2)的振动质量和所述补偿块(32)的振动质量、频率以及振动幅度如下这样地选择，即，基本上抵消了逆向地作用的惯性力。4.根据前述权利要求中任一项所述的主轴设备，其中，振动频率小于1kHz，优选约为200Hz。5.根据前述权利要求中任一项所述的主轴设备，其中，振动幅度在0.05mm至1mm的范围内，优选在0.1mm至0.5mm的范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的主轴设备，其中，振动激励经由所述致动器(20)或致动器设备沿一个、两个或三个轴线(x、y、z)进行。7.根据前述权利要求中任一项所述的主轴设备，其中，所述致动器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：费德瑞奇·布莱谢尔，克里斯多佛·哈贝尔松，马丁·福克斯，
申请(专利权)人：维也纳技术大学，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT