專利名稱：用于非圓形的工件的制造機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于非圓形的工件的制造機床，特別是非圓形車床，具有能往復 運動的刀具和刀架，還具有能相對于刀具和刀架反向運動的、用于脈沖脫耦的補償體，其中 刀具的運動能通過在刀架和補償體之間起作用的驅(qū)動裝置觸發(fā)或?qū)崿F(xiàn)。
背景技術：
這種制造機床例如由DE 198 10 996 Al已知并特別是用于高速制造非圓形的車 削部件或一般性地在高動態(tài)的刀具進給單元中使用。這里脈沖脫耦用于防止撞擊通過高動 態(tài)的刀具運動以完整的強度傳遞到殼體或殼體上的錨固部上，這會導致對加工精度的不利影響。由 M. Week, J. Hennig 的“ Entwicklung und Einsatz einer hochdynamischen Werkzeugzustelleinheit mit hydrostatischer Lagerung, Forschungsgemeinschaft Ultraprazisionstechnik e. V.，亞琛，2002 年十月”已知，為
了在引導刀架時避免所謂的粘滑效應的靜摩擦氣體靜力學或流體靜力學的導向裝置能夠 滿足運動的精度和均勻性上的要求，而由于系統(tǒng)的高的動態(tài)在移動路徑同時較小時不能考 慮使用滾動軸承。但流體靜力學的導向裝置由于輸送管道、供應裝置和用于防止泄漏的措施要求較 高的結(jié)構(gòu)上的耗費。由于這種較高的結(jié)構(gòu)上的耗費制造機床變得較為昂貴，在惡劣環(huán)境條 件下運行時易于發(fā)生故障，并且需要大量的維護。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供用于非圓形的工件的制造機床，這種制造機床具有簡單的 結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造。在本發(fā)明中，這樣來實現(xiàn)所述目的，即，在前面所述類型的制造機床中，刀架通過 多個滾動體支承，補償體經(jīng)由多個導向元件懸掛在制造機床的殼體部件上，并且補償體具 有為攜帶刀具的刀架的質(zhì)量的多倍的質(zhì)量，使得補償體的與刀架的往復運動相對應的補償 行程位于導向元件的彈性變形的范圍內(nèi)。由此補償行程可以有利地通過導向元件的彈性變 形吸收，并可以省去對補償體的附加的流體靜力學或氣體靜力學的支承。本發(fā)明特別是應 用了這樣的出人意料的認知，即，只是出現(xiàn)在補償體的支承件中的粘滑效應一定要避免，而 刀架的支承件完全可以具有靜摩擦，因為這種靜摩擦可以通過相應地選擇驅(qū)動裝置的規(guī)格 (尺寸)克服。就是說，已經(jīng)證實，為了避免由于反沖力對加工精度的不利影響，使補償體能 夠無延遲地對反沖力作出反應就足夠了。這是這樣來實現(xiàn)的，即提出一種無靜摩擦地實現(xiàn) 的對補償體的支承。替代常見的流體靜力學或氣體靜力學的支承，在本發(fā)明中建議通過導 向元件將補償體懸掛在殼體部件上，其中導向元件在補償行程中在確定的行程量之內(nèi)能彈 性變形。通過補償體與運動的部件，即刀具和刀架的質(zhì)量比例的設計有利地實現(xiàn)了，使得補 償體的行程短至不會超過導向元件的彈性可變形性的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的實施形式可以設定，補償體的質(zhì)量至少是攜帶刀具的刀 架的三倍，特別是至少是五倍或至少是十倍。試驗證實，對于所述的質(zhì)量比例，可以充分地 將在正常使用制造機床時出現(xiàn)的刀具的行程減低轉(zhuǎn)換為補償體的補償行程，從而使補償行 程處于導向元件的可彈性變形性的范圍內(nèi)。因此導向元件一方面實現(xiàn)了對補償體的運動的 引導，另一方面實現(xiàn)了反向作用于補償行程的復位力。用于導向的其他支承件或用于提供 復位力的(其他)元件可以省去。如果導向元件在初始/靜止位置具有這樣的形狀，其在補償行程的方向上的延展 長度明顯小于其在橫向于補償行程的方向的延展長度，特別是小于在橫向于補償行程的方 向上的延展長度的十分之一，則實現(xiàn)了對補償體的補償運動的特別直線的引導。由此規(guī)定 了導向元件的優(yōu)選偏移方向，所述優(yōu)選的偏移方向與補償行程的方向相一致。由此在補 償體中防止出現(xiàn)橫向于補償行程的方向的運動，由此以小的直線度偏差實現(xiàn)了運動的高精 度。特別有利的是，各導向元件分別在通過補償行程確定的工作平面的兩側(cè)固定在殼 體部件上并且在這些固定點之間分別作用在補償體上。這里各導向元件可以構(gòu)造成一體的 或構(gòu)造成在補償體上是中斷的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式可以設定，各導向元件在側(cè)向或橫向于補償行程的方 向防止補償體的運動。為此，導線元件可以具有相應的幾何形狀和/或相應地作用在補償 體上和/或在其位置中(相應地)定向。防止橫向于補償行程的方向的運動對于實現(xiàn)對刀 架以及由此對刀具相對于工件的確定的導向是必要的，所述工件相對于殼體部件固定。如果導向元件部分地或完全地構(gòu)造成條狀的彈簧，各所述彈簧反作用于通過補償 行程引起的補償體的偏移，則可以得到一種特別有利的實施形式。根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式可以設定，每個導向元件都構(gòu)造成平的或片狀的，并 且在初始位置基本上位于一個平面內(nèi)，補償行程的方向垂直于或橫向于該平面延伸，其中 導向元件的固定、形狀和定向使得導向元件在該平面內(nèi)的運動以及由此補償體在該平面內(nèi) 的運動變得困難或防止上述運動，即補償體只是由此受到引導。由此規(guī)定了一種簡單的形 狀構(gòu)型，通過這種形狀構(gòu)型實現(xiàn)了防止補償體側(cè)向或橫向于補償行程的方向的運動。如果導向元件成對地作用在補償體的沿補償行程的方向上彼此相對的端部上，則 以特別小的直線度偏差或沒有直線度偏差地實現(xiàn)了對補償體的補償行程的引導。由此有利 地實現(xiàn)了，導向元件在補償行程的方向上相互間保持盡可能大的間距，由此實現(xiàn)了對補償 行程的特別角度精確的引導。優(yōu)選可以設定，各導向元件在初始位置相對于彼此預緊。通 過這種預緊從一開始就實現(xiàn)了對運動特別好的引導。如果在補償體的每個端部上作用一對導向元件，它們隔開距離地相互平行延伸并 平行作用，則可以針對補償體的側(cè)向偏移實現(xiàn)進一步改進的穩(wěn)定性。這里所述距離優(yōu)選橫 向于補償行程的方向延伸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式可以設定，各導向元件以其端部固定在制造機床的一 殼體部件上并以其位于在相應導向元件的端部之間的中部的區(qū)域作用在補償體上?？蛇x或 附加地可以設定，導向元件成對地分別以一個端部作用在補償體上，其中一對導向元件的 另外的自由端部相互背離定向，特別是指向相反的方向并固定在制造機床的殼體部件上。為了實現(xiàn)由刀架攜帶的刀具的快速和精確的行程可以設定，所述驅(qū)動裝置是直線電機或電磁線圈可動鐵心(Tauchanker)或類似裝置。這里優(yōu)選地可以設定，驅(qū)動裝置由控 制及調(diào)節(jié)回路控制，在所述控制及調(diào)節(jié)回路中，刀具相對于工件和/或殼體部件的位置構(gòu) 成一個調(diào)節(jié)參數(shù)。為了實現(xiàn)刀架和補償體之間有利的質(zhì)量比例并因此實現(xiàn)將刀架的行程按希望減 低轉(zhuǎn)換為補償行程，可以設定，驅(qū)動裝置的定子或能夠通過通電激勵的部件與補償體相連， 驅(qū)動裝置的永磁的部件與刀架相連。已經(jīng)證實，驅(qū)動裝置的能夠通過通電激勵的部件通常 具有比驅(qū)動裝置的永磁的部件大的質(zhì)量，因此所述的布置形式有利于形成帶有刀具的刀架 與補償體之間的根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量比例。特別有利的是，帶有其附裝件(Aufbauten)的刀架具有盡可能小的質(zhì)量，因為此 時補償體的質(zhì)量總體上不必選擇得過大。例如可以設定，在刀架上構(gòu)成一滑動件，該滑動件 承載直線電機的永磁體。由此得到一種緊湊的、節(jié)省質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選可以設定，滑動件特別是構(gòu)造成輕型結(jié)構(gòu)。如果永磁體加固所述滑動件，則實現(xiàn)了進一步降低刀架和附裝件的自重。由此永 磁體承擔雙重功能，并且可以減少或者甚至省去滑動件的用于承受電磁地引入的推進力的 附加的加強件。如果永磁體在朝向直線電機的定子的兩個側(cè)面用覆蓋件，優(yōu)選用碳纖維板覆蓋和 /或與所述覆蓋件材料結(jié)合地連接，則實現(xiàn)了對驅(qū)動裝置的永磁的部件的一種特別堅固和 輕的構(gòu)型。通過碳纖維板可以在使質(zhì)量增高最小的同時改進整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過設置 覆蓋件，能充分利用形成足夠的電磁推進力所需的面積，用于穩(wěn)定滑動件。如果各覆蓋件之間的容納永磁體的中間空腔澆注有填料，由此實現(xiàn)了滑動件特別 輕并且同時特別堅固的結(jié)構(gòu)。通過填充物料實現(xiàn)了附加地穩(wěn)定滑動件。為了提高滑動件的連接強度可以設定，永磁體嵌入一承載結(jié)構(gòu)中。如果滾動體作用在滑動件上，則得到對刀架的一種簡單、可靠并且對于要求的精 度足夠的導向。滾動體優(yōu)選作用在一與殼體部件相連的軌道上或與殼體部件固定地相連。 由此這些滾動體構(gòu)成一個滾動軸承，通過該滾動軸承刀架支承在殼體部件上或支承在一與 殼體部件固定連接的機器部件上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式可以設定，刀具的往復運動的行程小于滾動軸承的滾 動體的周長。已經(jīng)證實，在為此所需的滾動體的尺寸下在刀架的支承件中的摩擦不會超過 運動導向的精度要求所需的程度。當往復運動的行程為0. Olmm至45mm并且同時補償行程不超過2mm時，可以特別 有利地使用本發(fā)明。
現(xiàn)在借助于一個實施例來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于該實施例?？梢酝?過各權利要求相互間和/或各權利要求與所述實施的特征的組合得到其他實施例。其中圖1以刀架的正視圖示出制造機床的刀具進給單元，圖2示出沿圖1的刀具進給單元的線A-A的剖視圖，以及圖3示出沿圖1的刀具進給單元的線B-B的剖視圖。
具體實施例方式用于非圓形工件的制造機床的總體上用1表示的刀具進給單元具有一刀架2，該 刀架構(gòu)造成用于容納刀具并能夠往復運動。一補償體3用于脈沖脫耦，其中刀具的運動能通過在刀架2和補償體3之間起作 用的驅(qū)動裝置4觸發(fā)或?qū)崿F(xiàn)。通過刀架2的由驅(qū)動裝置4觸發(fā)或強制進行的加速形成反沖 力，所述反沖力通過補償體3的相應運動吸收。所述反沖力由此不會作用到制造機床的其 他部件上并由此不會對加工精度產(chǎn)生不利影響。由多個部件組成或與多個部件相連的刀架2通過滾動體5支承和這樣引導，使得 只保留一個運動自由度，即夾緊在刀架2上的刀具的進給。補償體3通過多個導向元件6懸掛在刀具進給單元1的以及由此也是制造機床的 殼體部件7上。補償體3由多個部件組裝而成并具有這樣質(zhì)量，該質(zhì)量是攜帶刀具的刀架2的多倍。各導向元件6構(gòu)造成條狀的彈簧，這些彈簧在初始位置中基本上位于一個平面 內(nèi)，補償行程的方向垂直與該平面延伸。補償行程的方向以及刀架的進給行程的方向在圖 1中垂直于圖平面延伸。因此限定了一個在圖1中水平的并且垂直于圖平面的工作面，刀架的中軸線位于 該工作面中，導向元件分別在該平面的兩側(cè)，即上方和下方，固定在殼體部件上。補償體3 因此設置和懸掛在每個導向元件6的上部的固定點和下部的固定點之間。在根據(jù)圖2的剖視圖中可見，導向元件6成對地作用補償體3的在沿補償行程的 方向彼此相對置的端部8上，所述補償行程在圖2中在圖平面中延伸。由此補償體3懸掛 在殼體部件7上。如圖1所示，導向元件6成對地隔開距離地相互平行延伸并平行地作用。特別是 在一對導向元件6中每個導向元件分別作用在補償體3的相對于補償行程側(cè)向外部的一個 端部上。圖3示出，因此每個導向元件6分別作用在具有矩形的基本形狀的補償體3的一 個角部上。在圖2中示出，導向元件6以其端部9固定在刀具進給單元1的殼體部件7上并 由此固定在制造機床上，并以其位于相應的導向元件6的各端部9之間的中部的區(qū)域10作 用在補償體3上。導向元件6的自由的沒有直接作用在補償體3上的端部9由此沿相反的 方向相互背離指向，并且固定在制造機床1的殼體部件7上，以實現(xiàn)懸掛。在根據(jù)圖2的剖視圖中可以看到直線電機11，該直線電機構(gòu)成用于使刀架2運動 的驅(qū)動裝置4。直線電機11的定子12是補償體3的組成部分并構(gòu)成補償體的一部分質(zhì)量。驅(qū)動裝置14的永磁的部件13相反與刀架2固定地相連。因此，通過給定子12通電可以使永磁的部件13偏移，由于這種偏移可以實現(xiàn)對刀 架2的推進。為了容納驅(qū)動裝置4的永磁的部件13，設置一個滑動件14，所述滑動件承載直線電機11的永磁體15并且刀架2固定在該滑動件上?；瑒蛹?4構(gòu)造成輕型結(jié)構(gòu)，其中永磁體15加固滑動件14并在兩個朝向直線電機 11的定子12上的側(cè)面上用由碳纖維復合材料支承的覆蓋件16覆蓋。各覆蓋件16之間的容納永磁體15的中間空間17附加地用填充材料澆注并實現(xiàn) 了永磁體15和覆蓋件16之間的材料結(jié)合的連接。為了提高滑動件14的連接強度，在滑動件14中設置一個沒有詳細示出的、格柵狀 的承載結(jié)構(gòu)。在圖1中示出，通過使?jié)L動體5作用在滑動件上而支承滑動件14。滾動體5這里 在軌道塊18上滾動并沿刀架2的工作行程的方向引導滑動件。滾動體15的直徑選擇成，使得在制造機床1運行時刀具的往復運動的行程小于滾 動軸承的滾動體5的周長。就是說，在刀架2的工作運行中，滾動體5不會完成完整的回轉(zhuǎn)， 而是實際上在固定的位置往復運動。根據(jù)圖2的剖視圖示出，軌道塊18固定在殼體部件7 的一部分上，該部分橋狀地延伸到補償體3的容納腔中，其中延伸方向平行于補償體3的補 償行程的方向分布，并且所述部分穿過在補償體3上構(gòu)成的空腔。由圖2可見，補償體3主要由帶有矩形外部橫截面和內(nèi)部空心構(gòu)成的框架19和直 線電機的安裝在框架19內(nèi)的定子組件12組合而成。補償體3的質(zhì)量因此基本上通過定子 12的質(zhì)量和框架19的質(zhì)量確定。在用于非圓形的工件的制造機床中設有一刀具進給單元1，所述刀具進給單元具 有用于容納刀具的刀架2和用于脈沖脫耦的補償體3，其中刀架2的工作運動能通過在刀架 2和補償體3之間起作用的驅(qū)動裝置4實現(xiàn)。本發(fā)明建議，通過滾動體5支承刀架2，并且 補償體3通過能彈性變形的導向元件6懸掛在刀具進給單元1的殼體部件7上，其中補償 體3的質(zhì)量大于攜帶刀具的刀架2的質(zhì)量，使得刀架2的工作運動導致補償體3的補償行 程，所述補償行程只處于導向元件6的可彈性變形性的范圍內(nèi)。因此，導向元件6實現(xiàn)了對 補償體3的引導和使其復位。
權利要求
1.用于非圓形的工件的制造機床，特別是非圓形車床(1)，具有能往復運動的刀具和 刀架0)，還具有能相對于刀具和刀架反向運動的、用于脈沖脫耦的補償體(3)，其中刀具 的運動能通過在刀架( 和補償體C3)之間起作用的驅(qū)動裝置(4)觸發(fā)或?qū)崿F(xiàn)，其特征在 于，刀架( 通過多個滾動體( 支承，補償體C3)經(jīng)由多個導向元件(6)懸掛在制造機床 (1)的殼體部件(7)上，并且補償體(3)的質(zhì)量是攜帶刀具的刀架O)的質(zhì)量的多倍，使得 補償體(3)的與刀架( 的往復運動相對應的補償行程位于導向元件(6)的彈性變形的范 圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的制造機床，其特征在于，補償體(3)的質(zhì)量至少是攜帶刀具的 刀架O)的三倍，特別是至少是五倍或至少是十倍。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制造機床，其特征在于，各導向元件(6)在初始位置具有 這樣的形狀，這種形狀在補償行程的方向上的延展長度明顯小于其在橫向于補償行程的方 向上的延展長度，特別是小于在橫向于補償行程的方向上的延展長度的十分之一。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的制造機床，其特征在于，各導向元件(6)防止補 償體( 側(cè)向的或橫向于補償行程的方向的運動。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的制造機床，其特征在于，各導向元件(6)部分 地或完全地構(gòu)造成條狀的彈簧，各所述彈簧反作用于補償體O)的通過補償行程引起的偏 移。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的制造機床，其特征在于，每個導向元件(6)都構(gòu) 造成平的或片狀的，并且在初始位置基本上位于一個平面內(nèi)，補償行程的方向垂直于或橫 向于該平面延伸。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的制造機床，其特征在于，導向元件(6)成對地作 用在補償體O)的沿補償行程的方向上彼此相對的端部(8)上。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的制造機床，其特征在于，在補償體( 的每個端 部上作用一對導向元件(6)，它們隔開距離地相互平行延伸并平行作用。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的制造機床，其特征在于，各導向元件(6)以其各 端部(9)固定在制造機床(1)的殼體部件(7)上并以其位于在相應導向元件(6)的各端部 (9)之間的中部的區(qū)域(10)作用在補償體(3)上。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的制造機床，其特征在于，導向元件(6)成對地 分別以一個端部作用在補償體(3)上，其中一對導向元件(6)的另外的自由端部(9)相互 背離指向，特別是指向相反的方向，并固定在制造機床(1)的殼體部件(7)上。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的制造機床，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(4)是 直線電機(11)或電磁線圈可動鐵心或類似裝置。
12.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的制造機床，其特征在于，驅(qū)動裝置的定 子或能夠通過通電激勵的部件與補償體C3)相連，驅(qū)動裝置(4)的永磁的部件(1 與刀架 ⑵相連。
13.根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的制造機床，其特征在于，在刀架(2)上構(gòu)成一 滑動件(14)，該滑動件承載直線電機(11)的永磁體(15)。
14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的制造機床，其特征在于，滑動件(14)構(gòu)造成 輕型結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的制造機床，其特征在于，永磁體(1 加固所 述滑動件(14)。
16.根據(jù)權利要求1至15中任一項所述的制造機床，其特征在于，永磁體(1 在朝向 直線電機(11)的定子(1 的兩個側(cè)面用覆蓋件(16)，優(yōu)選用碳纖維板覆蓋和/或與所述 覆蓋件材料結(jié)合地連接。
17.根據(jù)權利要求1至16中任一項所述的制造機床，其特征在于，各覆蓋件(16)之間 的容納永磁體(15)的中間空腔(17)澆注有填料。
18.根據(jù)權利要求1至17中任一項所述的制造機床，其特征在于，永磁體(1 嵌入一 承載結(jié)構(gòu)中。
19.根據(jù)權利要求1至18中任一項所述的制造機床，其特征在于，滾動體(5)作用在滑 動件(14)上。
20.根據(jù)權利要求1至19中任一項所述的制造機床，其特征在于，刀架( 和/或滑動 件(14)支承在殼體部件(7)上或支承在與殼體部件(7)固定地相連的部件上。
21.根據(jù)權利要求1至20中任一項所述的制造機床，其特征在于，刀具的往復運動的行 程小于滾動軸承的滾動體(5)的周長。
22.根據(jù)權利要求1至21中任一項所述的制造機床，其特征在于，往復運動行程能設計 成0. Olmm至45. 00mm，其中補償行程不超過2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于非圓形的工件的制造機床，它設有刀具進給單元(1)，所述刀具進給單元具有用于容納刀具的刀架(2)和用于脈沖脫耦的補償體(3)，其中刀架(2)的工作運動能通過在刀架(2)和補償體(3)之間起作用的驅(qū)動裝置(4)來實現(xiàn)。本發(fā)明建議，刀架(2)通過多個滾動體(5)支承，補償體(3)經(jīng)由能彈性變形的導向元件(6)懸掛在刀具進給單元(1)的殼體部件(7)上，其中補償體(3)的質(zhì)量大于為攜帶刀具的刀架(2)的質(zhì)量，刀架(2)的工作運動導致補償體(3)的補償行程，所述補償行程只位于導向元件(6)的彈性可變形性的范圍內(nèi)。因此，導向元件(6)實現(xiàn)了對補償體(3)的引導和使其復位。
文檔編號F16F15/073GK102123823SQ200980131267
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權日2008年8月12日
發(fā)明者R·約爾格 申請人:J.G.魏瑟爾澤內(nèi)有限責任兩合公司