專利名稱：能夠?qū)χ鬏S托架進行熱變形檢測的包括活動支座、主軸托架和主軸的機床的移動組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是提供一種機床主軸托架，其設(shè)有用于檢測變形的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在機床領(lǐng)域，尤其是在大型機床領(lǐng)域，用戶強烈地感覺到需要以越來 越小的加工公差來制造機械零件。這種需要影響到這種機器的制造商，從 而進行大量的研發(fā)工作以提供性能越來越好的機器。
機械零件所能獲得的加工公差范圍在很大程度上受到機器支承零件所
經(jīng)受的熱變形和機械變形的影響，所述機器支M件將加工工具支承于空 間中的理想位置。
通常，機器包括主導軌和移動組(mobilegroup),所述移動組包括在 該導軌上滑動的活動支座、橫向于所述活動支座滑動的主軸托架、平行于 所述主軸托架滑動并適于繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的主軸、以及能夠連接至加工 工具且i殳置于所述主軸的前端處的工具保持架。
盡管主導軌，尤其是大型機器的主導軌，具有迄今為止被認為是可靠 的用于補償變形的系統(tǒng)，但是目前的移動組不具有同樣如此有效的用于補 償屬于這種區(qū)域的特征的熱性變形的系統(tǒng)。存在有若干種用于檢測機床的 支^件所經(jīng)受的變形的設(shè)備方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進當前已知的設(shè)備，使得它們能夠以更大的可靠性 來檢測所發(fā)生的熱變形。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1而獲得的主軸托架來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求 描述了實施方式的變型。


從以下參照附圖通過指導性而非限制性示例所進4亍的描迷中，才艮據(jù)本
發(fā)明的主軸托架的特點和優(yōu)點將顯得更加清楚，其中
圖1示出了包括有根據(jù)本發(fā)明實施方式的變型的主軸托架的機床的示 意圖；并且
圖2示出了包括有根據(jù)本發(fā)明實施方式的另一種變型的主軸托架的另 一種機床的圖示。
具體實施例方式
參照附圖，附圖標記l總體表示機床。
根據(jù)優(yōu)選實施方式，機器l包括沿著主縱向方向延伸的固定導軌2， 所述主縱向方向比如是豎直方向，即垂直于機器擱置于其上的地面的方 向。
此外，機器l包括與導軌2相關(guān)聯(lián)的移動組。移動組能夠至少沿著導 軌2的所述縱向方向移動，并且包括操作性地連接至所述導軌以沿著所述 縱向方向移位的活動支座4和由活動支座4支承并隨其一體移位的主軸托 架-主軸單元。
與活動支座4相關(guān)聯(lián)的主軸托架-主軸單元包括主軸托架6，俗稱"滑 枕"，和主軸8。
主軸托架6由活動支座4支承且操作性地連接到其上，以〗更相對于所 述活動支座沿著軸向方向移位，所述軸向方向垂直于活動支座4能夠相對 于導軌2移位的縱向方向。
具體而言，主軸托架6適于在縮回位置與伸出位置之間移位，所述伸 出位置適于對機械零件執(zhí)行加工，其中，與縮回位置相比，主軸托架6在前部處從活動支座4突出更多。
主軸托架6具有通過主軸托架開口而開口于前部處的內(nèi)部空間。
此外，主軸托架-主軸單元包括主軸8，所述主軸8至少部分地安置在 主軸托架空間中。
主軸8由主軸托架6支承以便繞著其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，同時以便沿著所 述軸向方向相對于主軸托架6移位。
具體而言，主軸8適于在縮回位置與伸出位置之間移位，所述伸出位 置適于對機械零件執(zhí)行加工，其中，所述主軸8通過主軸托架開口在前部 處從主軸托架6突出得比處于所述縮回位置時要多。
主軸8包括隨主軸一體移位的信號元件10，所述信號元件10設(shè)置在 所述主軸的前端的附近。
換句話說，信號元件才艮據(jù)表征該信號元件的最小結(jié)構(gòu)尺寸而設(shè)置為靠 近工具保持架，所述工具保持架通常連接至主軸的前端。
例如，所述信號元件10由主軸內(nèi)的孔或槽或者從主軸突出的障礙壁形
成o
根據(jù)實施方式的變型，主軸托架-主軸單元包括主軸托架罩蓋12，俗稱 "遮蓋板"，其能夠在前部處與主軸托架6相聯(lián)以至少部分地遮蓋所述主軸 托架開口 ，從而使得主軸8在任何情況下都能夠移位。
主軸托架罩蓋12能夠可拆卸地與主軸托架6相聯(lián)。
具體而言，當需要使用主軸8來執(zhí)行機械加工時，將軍蓋12與主軸托 架相聯(lián)，特別地，用于保護機器附件的對接系統(tǒng)(比如四方頭、萬能工作 頭等)，另一方面，當不使用主軸時，將軍蓋12拆離主軸托架6，并且將 加工附件，比如銑頭，與其前部相聯(lián)。
主軸托架-主軸單元包括適于以預定的基準位置來檢測主軸的固定點 的軸向定位的檢測裝置。
例如，所述檢測裝置附接于主軸托架軍蓋12，并且適于檢測主軸的信號元件10的位置，用于估計主軸的熱變形。
比如，檢測裝置包括激光設(shè)備，所述激光設(shè)備適于發(fā)射激光束以檢測
信號元件10的位置。
根據(jù)實施方式的變型，檢測裝置包括適于在受到信號元件10的影響時
打開或關(guān)閉的開關(guān)。
根據(jù)實施方式的另一種變型，所述檢測裝置包括用于檢測信號元件的
位置的接i5:度測量計(proximeter )。
根據(jù)優(yōu)選實施方式，所述移動組包括用于檢測罩蓋的變形的裝置，從 而適于檢測罩蓋12所任意經(jīng)受的熱變形。
比如，用于檢測罩蓋的變形的所述裝置包括由基本上熱不變形的材料， 比如因瓦合金(Invar ),制成的軍蓋桿或者熱^針。在以下的描述中，機 器的兩種典型狀態(tài)一般指的是"冷"狀態(tài)，在大致較長的停機時期之后 機器的特征為該"冷"狀態(tài)，并且在該"冷"狀態(tài)中，機器基本上呈現(xiàn)出 與設(shè)計尺寸相同的尺寸；以及"熱狀態(tài)"，在暖機循環(huán)之后或者在執(zhí)行加 工之后機器的特征為該"熱狀態(tài)"，所述暖機循環(huán)通常在停機時期之后且 在加工之前進行，在該"熱狀態(tài)"中，與設(shè)計尺寸相比機器呈現(xiàn)出變形的 尺寸，特別地，是由于發(fā)生了熱變形。
此外，應(yīng)當指出，主軸縮回位置是通過所述檢測裝置來確定的。
換句話說，當所述檢測裝置檢測到主軸的固定點出現(xiàn)在預定的基準位 置中時，主軸在所述信號發(fā)送之時所具有的位置被定義為主軸縮回位置。
再換句話說，當熱主軸移至縮回位置時，檢測裝置檢測到主軸的信號 元件10的位置，所述信號元件10優(yōu)選地i殳置在所述主軸的前端的附近。
所述罩蓋12和所述檢測裝置與設(shè)置在主軸上的信號元件一同構(gòu)成了 用于檢測主軸的熱變形并據(jù)此而對其進行補償?shù)脑O(shè)備。
此外，主軸托架-主軸單元包括第一測量裝置，所述第一測量裝置適于 在位于主軸托架6上的固定基準位置14與移動基準16之間測量主軸8的 軸向進給，所述移動基準相對于主軸托架6移動并與主軸8 —體移位根據(jù)優(yōu)選實施方式，所迷測量裝置包括
-第一光學標尺18，所述第一光學標尺18隨主軸托架6 —體移位且在 主軸標尺位置固定至所述主軸托架，所述主軸標尺位置構(gòu)成了主軸托架上 的所述固定基準位置14，以及
-第一標尺傳感器20，所述第一標尺傳感器20與主軸8—體旋轉(zhuǎn)，并 且適于與所述笫一光學標尺18配合，以檢測主軸的軸向進給。
在機器1的標準^Mt中，在主軸8正移位的同時，通過光學標尺18 檢測第一標尺傳感器20所處的位置，由此提供主軸相對于主軸托架的軸向 進給的測量。反饋控制使得能夠根據(jù)需要對主軸進行軸向定位。
移動組包括第二測量裝置，所述第二測量裝置適于測量主軸托架6相 對于活動支座4的軸向進給。
才艮據(jù)優(yōu)選實施方式，所述第二測量裝置包括
-第二光學標尺22,所述第二光學標尺22與活動支座4 一體移位且在 主軸托架標尺位置24處固定至所述活動支座，以及
-第二標尺傳感器26,所述第二標尺傳感器26與主軸托架6 —體旋轉(zhuǎn)， 并且適于與所述第二光學標尺22配合，以檢測主軸托架相對于活動支座的 軸向進給。
反饋控制使得能夠根據(jù)需要對主軸托架進行軸向定位。
在機器1的標準操作中，在主軸托架6正移位的同時，通過光學標尺 22檢測第二標尺傳感器26所處的位置，由此提供主軸托架6相對于活動 支座4的軸向進給的測量。
主軸托架縮回位置通過所述第二測量裝置來確定。當主軸托架完全縮 回時，標尺指示出最大主軸托架行程；當主軸托架完全前進時，標尺指示 出"零"并且這也對應(yīng)于標尺零位。此外，移動組包括適于檢測主軸托架 6的熱變形的第二檢測裝置。
根據(jù)優(yōu)選實施方式，所述笫二檢測裝置包括由基本上熱不變形的材料 制成的桿28。術(shù)語"基本上熱不變形"的材料表示熱膨脹系數(shù)比主軸托架的制造材
料的熱膨脹系數(shù)低得多的材料，比如低于后者的十分之一。例如，桿28 由因瓦合金制成。
桿28大體上在后端與前端之間沿軸向方向延伸，所述前端在主軸托架 前端附近固定至主軸托架。
當冷卻時，桿28的后端與用于測量主軸托架進給的裝置的第二標尺傳 感器26的位置對齊。
此外，所述第二檢測裝置包括桿傳感器30，所述桿傳感器30與主軸 托架6成一體且適于檢測桿28的后端的軸向距離。
在標準操作中，在加工步驟期間，笫二檢測裝置連續(xù)檢測桿28的后端 與桿傳感器30之間的熱距離?；谶@種檢測，主軸托架所經(jīng)受的熱變形得 以確定，由此能夠?qū)ζ溥M行補償。
第二標尺傳感器26的固定位置與所述主軸標尺位置14沿軸向間隔開。
有利地，移動組包括適于檢測主軸托架在第二標尺傳感器26的固定位 置與主軸標尺位置14之間的熱變形的另外檢測裝置。
所述另外檢測裝置是分開的，且獨立于所迷笫二檢測裝置。
所述另外檢測裝置包括由基本上熱不變形的材料比如因瓦合金制成的 另一桿32。
所述另外檢測裝置進一步包括桿傳感器34，所述桿傳感器34與主軸 托架6成一體，并且適于檢測另一桿32的所述后端的軸向距離。
當冷卻時，另一桿32的后端與主軸標尺位置14對齊。另一方面，當 變熱時，主軸托架6已經(jīng)受熱變形，并且另一桿32的后端離主軸標尺位置 14 一定的軸向距離。
在通常的加工步驟期間
-第二檢測裝置連續(xù)檢測第二標尺傳感器26的固定位置和第一桿28 的后端；-而另外檢測裝置則檢測另一桿32的后端與主軸標尺位置14之間的 距離，從而使得能夠?qū)σ苿咏M中發(fā)生的變形進行精確地整體檢測。
創(chuàng)新地，上述的主軸托架4吏得能夠以非常有效的方式對主軸托架所經(jīng) 受的整體熱變形進行檢測。
此外，有利地，主軸托架還能夠聯(lián)接至用于檢測主軸熱變形的已知設(shè)備。
顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)ι鲜龅闹鬏S托架進行修改和變更， 所有這些修改和變更均落入在以下的權(quán)利要求書中限定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機床的移動組，包括-活動支座(4)，所述活動支座(4)能夠與固定導軌(2)相關(guān)聯(lián)，從而能夠沿著所述固定導軌的縱向方向移動；-主軸托架(6)，所述主軸托架(6)能夠沿著垂直于所述縱向方向的軸向方向移動、并且具有通過主軸托架開口而開口于其前表面上的內(nèi)部主軸托架空間，-主軸(8)，所述主軸(8)至少部分地安置在所述主軸托架空間中并得到支承以繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述主軸操作性地連接至所述主軸托架，以便在縮回位置與適于執(zhí)行加工的伸出位置之間沿著所述軸向方向移位，在所述伸出位置中，與處于所述縮回位置時相比，所述主軸通過所述主軸托架開口在前部處從所述主軸托架突出得更多；-第一測量裝置，所述第一測量裝置適于在位于所述主軸托架上的固定基準位置與相對于所述主軸托架移動且與所述主軸一體移位的移動基準之間測量所述主軸相對于所述主軸托架的軸向進給；-第二測量裝置，所述第二測量裝置適于在位于所述活動支座上的固定基準位置與相對于所述活動支座移動且與所述主軸托架一體移位的移動基準之間測量所述主軸托架相對于所述活動支座的軸向進給；-第二檢測裝置，所述第二檢測裝置適于測量所述主軸托架在所述主軸托架的所述前表面與相對于所述活動支座移動且與所述主軸托架一體移位的所述移動基準之間的熱變形；所述移動組的特征在于其進一步包括，另外的檢測裝置，所述另外的檢測裝置適于測量所述主軸托架在所述主軸托架的所述前表面與位于所述主軸托架上的所述固定基準位置之間的熱變形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動組，其中，所述另外的檢測裝置包括-另一桿(32)，所述另一桿(32)基本上由熱不變形的材料制成，所 述另一桿(32)大體上在前端與后端之間沿軸向方向延伸，所述前端在所 述主軸托架的前端的附近固定至所述主軸托架，以及-另一傳感器(34),所述另一傳感器(34)與所述主軸托架成一體并 適于檢測所述桿的所述后端的軸向距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動組，其中，所述另一桿的所述后端與用 于測量所述主軸的進給的所述第一測量裝置的所述固定基準位置對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的移動組，其中，制成所述另一桿的材料 的熱膨脹系數(shù)低于制成所述主軸托架的材料的熱膨脹系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動組，其中，所述另一桿的材料的所述熱 膨脹系數(shù)小于所述主軸托架的材料的所述熱膨脹系數(shù)的十分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動組，其中，組成所述另一桿的所述材料 是因瓦合金。
7.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的移動組，其中，所述第二檢測裝置 包括-桿(28),所述桿(28)由基本上熱不變形的材料制成，所述桿(28) 大體上在前端與后端之間沿軸向方向延伸，所述前端在所述主軸托架的前 端的附近固定至所述主軸托架，以及-桿傳感器(30)，所述桿傳感器(30)與所述主軸托架成一體并適于 檢測所述桿的所述后端的軸向距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的移動組，其中，制成所述桿的材料的熱膨脹 系數(shù)低于制成所述主軸托架的材料的熱膨脹系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動組，其中，所述桿的材料的所述熱膨脹 系數(shù)小于所述主軸托架的材料的所述熱膨脹系數(shù)的十分之一 。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動組，其中，組成所述桿的所述材料是 因瓦合金。
11.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的移動組，其中，所述第一測量裝 置包括-第一光學標尺(18)，所述笫一光學標尺(18)隨所述主軸托架一體 移位并且在主軸標尺位置(14)固定至所述主軸托架，所述主軸標尺位置 (14)構(gòu)成了位于所述主軸托架上的所述固t基準位置，以及-第一標尺傳感器(20)，所述第一標尺傳感器(20)隨所述主軸一體 旋轉(zhuǎn)并且適合與所述第一光學標尺配合以檢測所述主軸的軸向進給。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的移動組，其中，所述第二測量裝置包括-第二光學標尺(22),所述第二光學標尺(22)隨所述活動支座一體 移位并且在主軸托架標尺位置(24 )固定至所述活動支座，以及-第二標尺傳感器(26)，所述第二標尺傳感器(26)隨所述主軸托架 一體旋轉(zhuǎn)并且適合與所述第二光學標尺配合以檢測所述主軸托架的軸向 進給。
13.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的移動組，包括第一檢測裝置，所 述第 一檢測裝置適于檢測所述主軸的固定點的位置以確定所述主軸的熱 變形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的移動組，其中，所述第一檢測裝置包括在 所述主軸的前端的附近固定至所述主軸的信號元件(10)，所述信號元件 (10)構(gòu)成所述固定點。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的移動組，包括主軸托架罩蓋(12 )， 所述主軸托架罩蓋(12)能夠在前部處可拆卸地與所述主軸托架相關(guān)聯(lián)以 部分地遮蓋所述主軸托架開口 ，從而使得所述主軸在任何情況下都能夠移 位。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的移動組，其中，所述第一檢測裝置包括固 定至所述主軸托架軍蓋的所述信號元件(10)的檢測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的移動組，其中，所述檢測器是適于發(fā)射激 光束以檢測所述信號元件的位置的激光設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的移動組，其中，所述檢測器包括適于在受 到所述信號元件的影響時打開或關(guān)閉的開關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的移動組，其中，所述檢測器包括用于檢測 所述信號元件的位置的接近度測量計。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項所述的移動組，包括用于檢測所 述主軸托架軍蓋的變形的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的移動組，其中，用于檢測所述罩蓋的變形 的所述裝置包括熱探針。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的移動組，其中，用于檢測所述罩蓋的變形 的所述裝置包括由基本上熱不變形的材料比如因瓦合金制成的桿。
23. —種機床(l),包括主要沿著縱向方向延伸的固定導軌(2)和根 據(jù)任一項前i^5L利要求制成的移動組。
全文摘要
本發(fā)明的目的是一種機床的移動組，包括活動支座(4)；主軸托架(6)；主軸(8)；適于測量主軸相對于主軸托架的軸向進給的第一測量裝置；適于測量主軸托架相對于活動支座的軸向進給的第二測量裝置；適于檢測主軸托架的熱變形的第二檢測裝置；以及適于檢測主軸托架在主軸托架的前表面與位于主軸托架上的固定基準位置之間的熱變形的另外檢測裝置。
文檔編號B23Q1/62GK101631644SQ200780045184
公開日2010年1月20日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月6日
發(fā)明者羅伯托·戈弗里尼 申請人:卡莫齊機械工具股份公司