專利名稱：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支承和驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于支承和驅(qū)動(dòng)特別是刀具機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的裝置。
背景技術(shù)：
具有滾動(dòng)或滑動(dòng)支承裝置的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸承例如由DE 20 2004 006 697 Ul有所公開(kāi)。DE 43 31 042 Al介紹了刀具機(jī)床的一種應(yīng)無(wú)間 隙工作的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)原則上可以借助靜壓軸承 支承，例如像DD 24 34 56 A1中公開(kāi)的那樣，或者可以借助氣壓軸承 支承，例如像DE 199 53 118 Al公開(kāi)的那樣。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng) 方面的普遍問(wèn)題表現(xiàn)在特別是工件的切削加工時(shí)出現(xiàn)的振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種特別是對(duì)機(jī)械振動(dòng)不敏感的回轉(zhuǎn)工 作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置。
該目的依據(jù)本發(fā)明通過(guò)一種具有權(quán)利要求1所述特征的裝置得以 實(shí)現(xiàn)。這種特別適用于刀具機(jī)床的用于支承和驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的裝置 具有兩個(gè)支承裝置，即軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置以及有源磁性支承裝置， 后者是指采用電磁鐵工作的磁性支承裝置。作為對(duì)這種用于將回轉(zhuǎn)工 作臺(tái)可旋轉(zhuǎn)地支承在底座上的支承裝置的附加，依據(jù)本發(fā)明的裝置具 有電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置，該直接驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)子與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定地連 接并且直接驅(qū)動(dòng)裝置的定子與底座固定連接。滾動(dòng)支承裝置、有源磁 性支承裝置和電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置的組合使得在整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊的同 時(shí)，可以使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)得到特別剛性的支承和無(wú)間隙驅(qū)動(dòng)。有源磁性 支承裝置最好僅在軸向上與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸線相關(guān)作用。作為選擇也可以實(shí)現(xiàn)一種徑向的或者軸向和徑向組合的有源磁性支承裝置。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置最好構(gòu)成為也稱為扭矩電動(dòng)機(jī)的 永久磁鐵勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)。在具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)造方式中，扭矩電動(dòng)機(jī) 的可通電流的初級(jí)部件形成電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置的定子，而與回轉(zhuǎn)工作 臺(tái)固定連接的轉(zhuǎn)子則僅裝備永久磁鐵。最好使用具有高磁能量的磁性
材料的永久磁鐵，例如像NdFeB或者SmCo。永久磁鐵優(yōu)選固定在燒 結(jié)材料的環(huán)上，由此將反復(fù)磁化損耗較低地保持。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置和/或者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以借助一個(gè)或者多個(gè)傳感 器進(jìn)行檢測(cè)。為測(cè)定位置信息，光學(xué)地、電感地、磁性地、電容地、 觸覺(jué)地、釆用渦流或者采用超聲波工作的傳感器是適用的。在光學(xué)測(cè) 量方法的情況下，可以考慮反射光測(cè)量或者三角測(cè)量法測(cè)量。特別適 用于測(cè)量回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的軸向加速度的加速度傳感器例如利用測(cè)震塊 或者利用壓電陶瓷元件工作。測(cè)振塊的偏移特別地可以借助應(yīng)變計(jì)或 者電感檢測(cè)。與至少一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)類型無(wú)關(guān)，這種傳感器以具有 優(yōu)點(diǎn)的方式與有源磁性支承裝置這樣連結(jié)，通過(guò)控制磁性支承裝置產(chǎn) 生相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的振動(dòng)的反作用力。為此目的所設(shè)置的調(diào)節(jié)裝置 最好包括多個(gè)級(jí)聯(lián)聯(lián)接的調(diào)節(jié)器，即位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、加速 度調(diào)節(jié)器和/或者電流調(diào)節(jié)器。功率電子裝置(通過(guò)其有源磁性支承裝 置的單個(gè)線圈得以運(yùn)行)最好借助脈沖寬度調(diào)制器來(lái)控制。磁性支承
裝置的可通電流的線圈最好與其控制類型無(wú)關(guān)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū) 動(dòng)裝置的底座連接并形成磁性支承裝置的初級(jí)部件，而與旋轉(zhuǎn)臺(tái)連接 的磁性支承裝置的次級(jí)部件裝備有永久磁鐵。磁性支承裝置的次級(jí)部 件的單個(gè)永久磁鐵最好各自布置在環(huán)形區(qū)域內(nèi)。
在一種無(wú)論是占用位置還是在力分配方面均具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)造方式 中，有源磁性支承裝置徑向布置在軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置的外部，而 后面提到的支承裝置和電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置則布置在軸向相鄰、徑向重 疊的區(qū)域內(nèi)。由于直接驅(qū)動(dòng)裝置的初級(jí)部件以及磁性支承裝置布置在支承和驅(qū) 動(dòng)裝置底座上，不需要向回轉(zhuǎn)工作臺(tái)供給電能。只要將傳感器探測(cè)到 的信號(hào)從回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳遞到底座，那么電信號(hào)例如就通過(guò)接觸環(huán)接觸 部進(jìn)行傳遞。由傳感器提供的光學(xué)信號(hào)需要時(shí)可以通過(guò)光導(dǎo)體傳遞。 在任何情況下，所接收的信號(hào)或者由此生成的數(shù)據(jù)均可以傳遞到數(shù)據(jù) 處理裝置上，該裝置還使得可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置的遠(yuǎn) 程維護(hù)，特別是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置的減振組件，也就是傳感 器以及將傳感器與有源磁性支承裝置連結(jié)的調(diào)節(jié)裝置的遠(yuǎn)程維護(hù)。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中 圖1示出回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置的示意橫截面； 圖2示出形成有源磁性支承裝置部分的多個(gè)線圈在根據(jù)圖1的裝 置底座上的布置；
圖3示出根據(jù)圖1的裝置的調(diào)節(jié)裝置的基本結(jié)構(gòu)；以及
圖4以總圖示出圖1的裝置及所連接的供能和數(shù)據(jù)處理裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1簡(jiǎn)化地示出回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置1，其包括底座2以
及可旋轉(zhuǎn)支承在其上面的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3。為支承回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3設(shè)置有軸 向-徑向滾動(dòng)支承裝置4以及有源磁性支承裝置5。軸向-徑向滾動(dòng)支承 裝置4是一種雙重作用的軸向支承裝置6與徑向支承裝置7的組合。 在這種情況下，軸向支承裝置6的兩個(gè)滾道8、 9與徑向支承裝置7的 布置在這兩個(gè)滾道8、 9之間的滾道IO共同描繪出一個(gè)U形輪廓，固 定在底座2上的環(huán)11嵌入該輪廓內(nèi)。滾柱12作為滾動(dòng)體在環(huán)11與滾 道8、 9、 IO之間滾動(dòng)。
在作為刀具機(jī)床一部分的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3上布置工件13，工件13 能夠借助轉(zhuǎn)動(dòng)的刀具M(jìn)進(jìn)行加工。工件13的重力采用Fe標(biāo)注，切削力采用Fs標(biāo)注。切削或加工力Fs產(chǎn)生作用于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的轉(zhuǎn)矩M。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸線采用D標(biāo)注。下面的概念"徑向"和"軸向" 涉及該旋轉(zhuǎn)軸線D，就此而言不做其他說(shuō)明。
徑向處于軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置4的外部和處于相同的軸向區(qū)域 內(nèi)的是有源磁性支承裝置5，其由與底座2連接的可通電流的初級(jí)部件 15和與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3連接的、裝備有永久磁鐵16的次級(jí)部件17組成。 永久磁鐵16環(huán)形或者弧形構(gòu)成。在任何情況下，永久磁鐵16均處于 不同的、在該實(shí)施例中為兩個(gè)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)。單個(gè)永久磁鐵16，例如 稀土磁鐵固定在由燒結(jié)材料制成的環(huán)18上并通過(guò)環(huán)18將磁力FMl、FM2 傳遞到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3上。根據(jù)初級(jí)部件15的組件控制，磁力FM1、 FM2 可以在重力Fg的方向上或者在相反的方向上作用。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)借助電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置19，即扭矩電動(dòng) 機(jī)進(jìn)行。構(gòu)造為永久磁鐵勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)的扭矩電動(dòng)機(jī)19具有與回 轉(zhuǎn)工作臺(tái)3連接的轉(zhuǎn)子20和與底座2連接的定子21。在這種情況下， 定子21構(gòu)成為同步電動(dòng)機(jī)19可通電流的初級(jí)部件并且轉(zhuǎn)子20構(gòu)成為 同步電動(dòng)機(jī)19的裝備永久磁鐵的次級(jí)部件。在所示的實(shí)施例中，扭矩 電動(dòng)機(jī)19是一種內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；但外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)同樣也可以作為電動(dòng) 直接驅(qū)動(dòng)裝置19實(shí)現(xiàn)。在兩種情況下，直接驅(qū)動(dòng)裝置19的特征特別 是在于間隙和磁滯自由度。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的定位以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分別借助至少一個(gè)行程傳 感器22和加速度傳感器23檢測(cè)。傳感器22、 23特別是可以探測(cè)機(jī)械 振動(dòng)并借助調(diào)節(jié)裝置24與有源磁性支承裝置5連結(jié)。如圖2簡(jiǎn)化示出 的，有源磁性支承裝置5的初級(jí)部件15例如包括三個(gè)均勻地在圓周上 分配的線圈25、 26、 27，它們與磁性支承裝置5的次級(jí)部件17共同作 用。與多個(gè)環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線D轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱地布置的線圈25、 26、 27相同， 環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線D還轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱地布置多個(gè)、例如三個(gè)加速度傳感器23。 這樣可以取決于位置地檢測(cè)和評(píng)估回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的振動(dòng)狀態(tài)。調(diào)節(jié)裝置24這樣構(gòu)成，以使得借助線圈25、 26、 27將與所探測(cè)到的振動(dòng)反 作用的力導(dǎo)入到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3中，其中，根據(jù)出現(xiàn)的振動(dòng)類型，借助 不同的線圈25、 26、 27在確定時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生的磁力FM1、 Fm2可以相同 取向或者相反取向。換句話說(shuō)在調(diào)節(jié)裝置24的第一運(yùn)行狀態(tài)下，全 部線圈25、 26、 27這樣控制，以使得由線圈25、 26、 27產(chǎn)生的所有 力FM1、 Fm2作用到同一方向上。而與此相反在調(diào)節(jié)裝置24的第二運(yùn)行 狀態(tài)下，通過(guò)線圈25產(chǎn)生的力F^與通過(guò)線圈26、 27之一產(chǎn)生的力 Fm2相反取向。因此借助有源磁性支承裝置5實(shí)現(xiàn)的減振裝置能夠根據(jù) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的不同振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。
調(diào)節(jié)裝置24如圖3所示利用級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)工作。連接至傳感器22、 23或者與傳感器22、 23 —體化的不同測(cè)量變換器28、 29各自提供與 位置信息s或加速度信息a相應(yīng)的輸出電壓U。附加于圖3所示的位置 調(diào)節(jié)器30和加速度調(diào)節(jié)器31存在光學(xué)速度調(diào)節(jié)器。在任何情況下， 調(diào)節(jié)器30、 31均與也向信號(hào)變換器33輸送輸入信號(hào)的電流調(diào)節(jié)器32 共同作用。信號(hào)變換器33通過(guò)脈沖寬度調(diào)制器34和電壓Uo所處的功 率電子裝置35控制在圖3中也稱為電感L" L2、 L3的線圈25、 26、 27。電感L。 L2、 L3中的電流分布在此方面沒(méi)必要同相。
借助傳感器22、 23檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)接觸環(huán)接觸部36 (圖1)傳 送到固定的部件。總體上回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置1如圖4所示借 助信號(hào)電纜37和功率電纜38與開(kāi)關(guān)柜39連接。另一方面數(shù)據(jù)處理裝 置40例如以單個(gè)計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的方式連接到開(kāi)關(guān)柜39上， 該數(shù)據(jù)處理裝置40特別地使得對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置1的遠(yuǎn)程 維護(hù)成為可能。附圖標(biāo)記
1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)支承和驅(qū)動(dòng)裝置
2 底座
3 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
4 軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置
5 有源磁性支承裝置
6 軸向支承裝置
7 徑向支承裝置
8 滾道
9 滾道 10滾道 11環(huán) 12滾柱 13工件 14刀具
15初級(jí)部件 16永久磁鐵 17次級(jí)部件 18環(huán)
19電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置，扭矩電動(dòng)機(jī)
20轉(zhuǎn)子
21定子
22行程傳感器
23加速度傳感器
24調(diào)節(jié)裝置
25線圈
26線圈
27線圈
28測(cè)量變換器
29測(cè)量變換器30位置調(diào)節(jié)器
31加速度調(diào)節(jié)器
32電流調(diào)節(jié)器
33信號(hào)變換器
34脈沖寬度調(diào)制器
35功率電子裝置
36接觸環(huán)接觸部
37信號(hào)電纜
38功率電纜
39開(kāi)關(guān)柜
40數(shù)據(jù)處理裝置
3加速度信息
D旋轉(zhuǎn)軸線
FG重力
Fs切削力
磁力
L2、 L3電感
M轉(zhuǎn)矩
s位置信息
U輸出電壓
uD電壓
權(quán)利要求
1. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支承和驅(qū)動(dòng)裝置，具有可旋轉(zhuǎn)地支承在底座(2)上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)，其中，為支承所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)而設(shè)置有軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置(4)以及有源磁性支承裝置(5)，并且所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支承和驅(qū)動(dòng)裝置還具有電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)，所述電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)的轉(zhuǎn)子(20)與所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)固定連接并且所述電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)的定子(21)與所述底座(2)固定連接。
2. 按權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝 置(19)構(gòu)成為永久磁鐵勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)。
3. 按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝 置(19)的所述定子(21)構(gòu)成為所述同步電動(dòng)機(jī)的可通電流的初級(jí) 部件。
4. 按權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于傳感器(22、 23)，所述傳感器(22、 23)設(shè)置用于探測(cè)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)的定 位和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)中的至少一個(gè)。
5. 按權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述傳感器(23)用 于檢測(cè)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)的振動(dòng)而構(gòu)成。
6. 按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于調(diào)節(jié)裝置(24)，所述 調(diào)節(jié)裝置(24)將所述傳感器(23)與所述有源磁性支承裝置(5)連 結(jié)，所述調(diào)節(jié)裝置(24)這樣構(gòu)成，以使得借助所述有源磁性支承裝 置(5)產(chǎn)生的力(FM1、 FM2)與所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)的振動(dòng)反作用。
7. 按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(24)包括多個(gè)級(jí)聯(lián)聯(lián)接的調(diào)節(jié)器(30、 31、 32)。
8. 按權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(24) 具有由一組調(diào)節(jié)器組成的不同調(diào)節(jié)器(30、 31、 32)，所述調(diào)節(jié)裝置(24)包括位置調(diào)節(jié)器(30)、速度調(diào)節(jié)器、加速度調(diào)節(jié)器(31)和 電流調(diào)節(jié)器(32)。
9. 按權(quán)利要求6至8之一所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝 置(24)包括脈沖寬度調(diào)制器(34)。
10. 按權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于，所述有源 磁性支承裝置(5)具有與所述底座(2)連接的可通電流的初級(jí)部件(15) 以及與所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)連接的裝備有永久磁鐵的次級(jí)部件 (17)。
11. 按權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于，所述磁性支承裝置 (5)的所述次級(jí)部件(17)具有多個(gè)各自布置在環(huán)形區(qū)域內(nèi)的磁鐵(16) 。
12. 按權(quán)利要求l至ll之一所述的裝置，其特征在于，所述有源 磁性支承裝置(5)徑向布置在所述軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置(4)的外 部。
13. 按權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其特征在于，所述軸向 -徑向滾動(dòng)支承裝置(4)和所述電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)布置在軸向相 鄰、徑向重疊的區(qū)域內(nèi)。
14. 按權(quán)利要求1至13之一所述的裝置，其特征在于，所述有源 磁性支承裝置(5)數(shù)據(jù)技術(shù)上與使得能夠?qū)嵤┻h(yuǎn)程維護(hù)的數(shù)據(jù)處理裝 置(40)連接。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支承和驅(qū)動(dòng)裝置(1)，具有可旋轉(zhuǎn)地支承在底座(2)上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)，為對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)進(jìn)行支承設(shè)置有軸向-徑向滾動(dòng)支承裝置(4)以及有源磁性支承裝置(5)，該回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支承和驅(qū)動(dòng)裝置具有優(yōu)選構(gòu)成為扭矩電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)，直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)的轉(zhuǎn)子(20)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(3)固定連接以及直接驅(qū)動(dòng)裝置(19)的定子(21)與底座(2)固定連接。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK101489717SQ200780026321
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者岡特·施密特, 赫爾穆特·博德, 馬丁·施賴伯 申請(qǐng)人:謝夫勒兩合公司