技术领域
[0001] 本
发明涉及一种工具芯轴，以及涉及一种具有该工具芯轴的对应机床。
背景技术
[0002] 利用工具用于机加工
工件的机器在机械工程和工具制造领域是公知的，称为机床。根据狭义的解释，在以下的标准DIN8580和DIN69651中的Part1，该术语主要使用在结合、成型以及分离生产处理的内容中，在最后提到的情形中尤其是切割、机加工以及消减生产处理中。该更约束的定义还用作以下陈述的
基础。
[0003] 为了成型工件的目的，通用机床创建了工具和工件之间的相对移动，该相对移
动能够在功能上细分为推进或者横向进给部件以及主要部件。在该情况下现代机床最重要的结构部件是具有通常集成的工具界面的
直接驱动且精确安装的轴，对本领域的技术人员来说这些熟知为电动
机芯轴。
[0004] 虽然在原则上依靠两个元件的旋转能够发生工具和工件之间的所述相对移动，但是根据
现有技术，钻孔、磨削以及
研磨机器通常装备有承载工具的
电动机芯轴，该电动机芯轴在下文中表示为工具芯轴。DE10137437B4描述了例如基于这种用于镗孔(诸如
活塞的销孔或者
连接杆的
连杆孔)的钻轴的机加工处理，在本文中利用机加工设备的钻轴来机加工销孔或者连杆孔，在机加工操作期间钻轴以偏移方式相对于镗孔理论上的孔中心布置，活塞或者连接杆在机加工操作期间在前进方向上实施线性移动。
[0005] 此处证明尤其非圆镗孔(例如称为球形镗孔)是有疑问的。例如在DE4442218A1中公开了一种旨在生产这种镗孔的精密钻孔机。根据该技术方案，为了以高转速经济的使用而生产非圆镗孔，精密钻孔机旨在在钻轴上装备有
钻头以及装备有用于将被机加工的工件的保持件。为了该目的，用于工件的保持件在平移运动中在至少一个方向上以由钻头的特定旋转速度所确定的
频率、在由将被生产的镗孔形状所确定的偏差路径上摆动。
[0006] DE102008063945A1还涉及一种用于形成非圆镗孔轮廓的处理，并且在该情况下集中于旨在用于接收轴承衬套的
内燃机的活塞的销孔。在该处理中依靠旋转以及线性可置换
钻杆发生机加工，钻杆被引导通过销孔并且接收在固定
定心点和可移动的定心点以及关联切割工具之间。在该情况下可移动的定心点被分派至
电子成型大刀头的摇杆臂，经由电子成型大刀头的摇杆臂，钻杆是可移动的以便在机加工操作期间摆动和/或能够枢转有限程度以创建销孔的几何学上不同形状的镗孔轮廓。
[0007] DE102005020501A1描述了类似处理，用于依靠旋转以及线性可置换钻杆将非圆销孔引入内燃机的活塞。根据该方法，钻杆将被安装在固定中心以及移动中心之间，待引入的非圆形式依靠摇杆操作杆被扫描并且被传递至钻杆。
[0008] 根据DE10308442B3中解释的处理，与之相比，为了通过消减机加工生产成型的镗孔，工具依靠在旋转中可驱动的
磁性地安装的芯轴被驱动。通过径向磁性地安装的副芯轴将该工具安装在工件的远离芯轴的一侧。芯轴的径向
位置、轴向位置和
角度位置由径向
传感器、轴向传感器以及角度位置
编码器感测，并且经由调整系统被调整至可编程设定点值。工件和工具在轴向方向上相对于彼此是可移动的。
[0009] 最终，WO2011/005498A2还应该被知悉，所述文献提议了用于成型销孔以及对应钻孔系统的另一处理。在该情况下处理和设备包括紧固活塞至由滑
块支撑的保持件。然后，切割元件绕第一轴线旋转，滑块与保持件一起沿着第一轴线在切割元件的方向上移动并且使活塞切割
接触切割元件。此外，保持件沿着均相对于第一轴线横向延伸的第二和第三轴线移动，切割元件切割期望的销孔轮廓至活塞。
发明内容
[0010] 但是，这些公知方法的劣势在于，工具芯轴携带的钻孔工具的可能的摆动，当机加工小且深的镗孔时这是主要
风险。在这种程度上，根据现有技术执行的工具芯轴的偏差，使得难以使用支撑该工具的套筒并且该套筒在圆镗孔的情形下能够使用而不产生用于额外支撑的问题。因此本发明基于的目的是提供一种工具芯轴，该工具芯轴防止操作期间钻孔工具的过度摆动。此外本发明具有创建对应机床的目的。
[0011] 这些目的的实现是通过具有如下特征的工具芯轴以及具有该工具芯轴的机床。
[0012] 因此本发明基于的基本构思是
修改所述偏差至这种程度，使得
驱动轴与接收在夹盘中的钻孔工具一起，能够绕固定点枢转，固定点居中地位于钻孔工具的远端且在其定心埋头孔中。以该方式，虽然旋
转轴线的方位会相对于开始位置显著地改变，但是甚至当驱动轴枢转时工具末端始终保持在其原始空间位置。
[0013] 钻孔工具的如此形成在端侧定心埋头孔中的固定点，现在允许接合在该定心埋头孔中且定向在工具芯轴的方向上的套筒相对于工具芯轴支撑钻孔工具并且以该方式大致稳定钻孔工具。当后者以描述的方式枢转时，在工具芯轴的操作中还能够维持稳定作用，因为甚至在本
申请中用作套筒的附接点的固定点基本不会改变其位置，以及能够大致避免套筒不期望的滑出定心埋头孔。因此，根据本发明依靠工具芯轴能够得到甚至小且深的镗孔的非圆或者球形形状，同时套筒的接合同时能够防止工具的过度摆动。
[0014] 驱动轴的轴向安装代表在该布置中的特定挑战。在该程度上，为了在布置于对应端点之间的钻孔工具的切割边缘的区域中实现期望的偏差，位于与夹紧柄相当大距离处的固定点在驱动轴的部分上要求清楚的角度改变。在给定这些动
力学的特定情形下，常规轴向轴承达到其几何学限制，在相当大的程度上抵消期望的枢转移动。
[0015] 在该背景下，本发明认识到轴向安装的形状、尤其驱动轴的部分上的轴向轴承的相对表面的形状的实质意义。在优选
实施例中，因此所述相对表面由径向环绕轴向轴承的环形成，多个设计变型可以获得用于所述环的几何特征。
[0016] 首先，考虑环的大致平面的实施例。除了根据本发明提供的枢转移动，对应工具芯轴还具有支撑的优势，钻孔工具的仅平移运动垂直于其
旋转轴线，正如已经对应于现有技术的。此外，为了允许工具芯轴绕固定点枢转，在该情况下有利的及大致甚至必要的是，提供环相对于轴向轴承的适当轴承间隙以确保其移动的足够自由。
[0017] 与之相比，在优选实施例中，环不是平面的，而是沿固定点的方向弯折。为了实现给定枢转轴线–垂直于驱动轴和钻孔工具的共用旋转轴线延伸通过固定点–在该情况下适当地成型用于环的轴向安装的该表面，使得该表面与对应的枢转平面交叉为绕固定点的假想圆弧。
[0018] 但是，因为期望枢转移动的若干
自由度，所以推荐环表面的设计呈球冠形式，球冠的中心再次由布置的特性固定点形成。
[0019] 夹紧在工具芯轴中的钻孔工具的摆动枢转运动的偏差为大约100μm，这特别适合于机加工活塞、毂、连接杆或者
凸轮，此处具有多个优势。例如通过常规
控制器能够带来这种摆动行为，为此，常规控制器电连接至实施为主动磁体轴承的
径向轴承。
[0020] 优选地，通过具有后续的消减精加工处理的
烧结处理来生产所述驱动轴(5)。
[0021] 优选地，使用的烧结材料是可硬化的，并且至少具有重量比为22％的TiCa含量。
[0022] 甚至在轴向轴承的情形下作为磁体轴承的实施例具有相当大的优势。可想到的优势是无磨损，因而无灰尘旋转操作，还降低轴向轴承的磨损，因此降低维修
费用。在该方法中还能够省去轴向轴承的润滑，这又可防止任何
润滑剂的
蒸发或者化学反应。此外低摩擦损失允许在驱动轴的部分上实现特别高转速范围。轴向轴承和环之间的机械分离的积极结果通过这些热及电绝缘进行补充。最后，当实施为主动磁体轴承时，轴向轴承展示了对不期望摆动及失衡进行定向阻尼的可能性，在工具芯轴的操作中还展示了可变坚硬度的可能性。
[0023] 可替换地，例如驱动轴在其轴向方向上的静态或者空气静压安装是适当的，相比于磁体实施例，前者的特征在于，降低的结构复杂性、较小空间要求及辅助功率要求，同时具有潜在增加的力
密度。
[0024] 参考
附图能够从从属
权利要求、附图和关联于附图的说明中收集本发明的进一步重要特征及优势。
[0025] 毫无疑问，上述特征以及下文仍将解释的特征不仅可以使用在每个情况下
指定的组合中，而且能够使用在其他组合中或者单独使用，这并不超出本发明的范围。
附图说明
[0026] 本发明的优选示范实施例图示于附图并且更详细地解释在以下说明中，其中，相同附图标记指代相同或者类似或者功能相同的部件。
[0027] 在附图中，在每个情况下示意地，
[0028] 图1示出了根据第一实施例的工具芯轴的纵截面，
[0029] 图2示出了根据第二实施例的工具芯轴的纵截面，
[0030] 图3示出了根据第三实施例的工具芯轴的纵截面，
[0031] 图4示出了根据第四实施例的工具芯轴的纵截面。
具体实施方式
[0032] 图1图示了根据本发明第一实施例装备有钻孔工具2的相对简单的机床15的基本结构。在本文中，原则上钻孔工具、钻或者钻头应该被理解为适合于在工件中通过机加工生产镗孔的任何工具。图1中存在的钻孔工具2是钻杆，钻杆能够装备有不同的切割工具。此处合适的硬金属能够用作钻孔工具2的材料。
[0033] 图1中，在细长钻孔工具2的端部能够制造出设置用于对钻孔工具2定心的定心埋头孔4，其中，取决于内容，术语“定心埋头孔”能够包括例如非常不同的锥形或者柱形镗孔或者钻孔工具2中的其他凹陷，其允许几何接合套筒17、
尾座或者互补形状的一些其他定心点，以便支撑钻孔工具2。
[0034] 在钻孔工具2的纵向方向上在与定心埋头孔4相反的其端部区域，钻孔工具2具有莫尔斯锥度形、柱形或者六边形夹紧柄3，根据本发明钻孔工具2依靠夹紧柄3被夹紧在机床15的工具芯轴1中，工具芯轴1携带钻孔工具2。除了上述提到的套筒17和相反于套筒17布置的工具芯轴1，机床15还包括具有大约矩形轮廓的最后的接收芯轴壳体16，工具芯轴1在面向套筒17的侧面上突出于所述芯轴壳体16的中央开口。在该区域中，工具芯轴1具有夹盘7，夹盘7用作用于钻孔工具2的夹紧柄3的容器，作为快速释放型夹紧设备的一部分。这种夹紧设备公知于本领域技术人员，能够手动很快就释放或者绷紧并且典型地不需要特殊工具，例如还作为HSK快速释放。
[0035] 在钻孔工具2所设置的旋转轴线6的延长部分中，所述旋转轴线6大致已经由夹盘7的方位限定，芯轴壳体16的主要体积被携带夹盘7的驱动轴5横断，所述驱动轴5的部分机械连接至电动机14的
转子或者
定子，电动机14同样接收在芯轴壳体16中并且被安装以便绕旋转轴线6旋转。此处依靠径向轴承8实现在径向方向上的安装，径向轴承8实施为主动磁体轴承并且在芯轴壳体16内的两侧上在该方向上封闭驱动轴5。借助于调整的电磁，这产生径向作用在驱动轴5上的轴承力，其中，电子控制器电连接至径向轴承8并且未示出在附图中，电子控制器依靠反馈确保驱动轴5的
稳定性。
[0036] 但是，为了轴向方向上的安装，使用实心环11，实心环11与驱动轴5一体形成，并且径向环绕着布置在驱动轴5与夹盘7相反的端侧上的径向轴承8和电动机14之间的驱动轴5。根据图1在机床15的第一实施例中，该环11具有大致平面中空
气缸形式，具有的外径大约两倍大于驱动轴5，该环11在其外周区域的两侧被垂直于径向轴承8的轴向轴承12引导，其中，环11和轴向轴承12的制造容差允许在它们相互作用的相对表面之间的限定的轴承间隙13。
[0037] 根据图2和图3的机床15的第二和第三实施例与根据图1的该第一实施例的不同在于工具芯轴1的设计以及由此设计导致的芯轴壳体16的规格。在这种程度上，图2示出的工具芯轴1在驱动轴5的远离夹盘7的端部区域中包括第二径向轴承9，驱动轴5为了该目的以对应较长方式形成，然而，相比于第一实施例，现在电动机14布置在中央部分，位于驱动轴5的第一径向轴承8和环11之间。
[0038] 与之相反，根据图2的实施例相比于图1的实施例的重要差别在于环11本身的形状，在该情况下环11的外径被选择为非常小。因而，在图2中工具芯轴1的环11沿钻孔工具2的定心埋头孔4中的固定点10的方向清楚地弯曲并且与轴向轴承12分离，轴向轴承12仅通过相比于图1的轴承间隙13非常薄的空气间隙在两侧封闭环11。此外，轴向轴承12还布置成非常靠近驱动轴5本身的外周，因而能够逆着机械芯轴-套筒力设定相当大的轴向轴承力，该力通过接合在定心埋头孔4中的套筒17施加在旋转轴线6的方向上，所述芯轴-套筒力经由钻孔工具2传递至驱动轴5和围绕驱动轴5的环11。在该情况下作为环11的指定成型的结果，所述空气间隙的尺寸保持基本不变，甚至在驱动轴5绕垂直于旋转轴线6延伸的枢转轴线进行枢转运动的情形下也如此。因此，在根据图2的机床15的第二实施例中，轴向轴承12能够实施为空气
静压轴承，例如依靠环11以及轴向轴承12之间的合适的
压缩机所输送的恒定体积流量的空气不会受影响。
[0039] 具体地，环11两侧的面向轴向轴承12的表面对应于绕所描述的固定点10的球冠的表面，它们半径彼此稍微不同。这种空间几何形状的特征是，相对于中央固定点10在相应表面上的所有点之间具有大致相同的间距，有时还描述为球形圆顶或者球
面弓形。对于包括旋转轴线6因而还包括驱动轴5的固定点10的每个枢转平面来说，该环11的形状确保：两个表面与所述空间平面交叉为绕着固定点10的圆弧。
[0040] 图3依靠根据本发明的机床15的第三实施例解释了一种类似设计变型，但是其特征在于驱动轴5以较短方式实施。在该方案中，围绕工具芯轴1的驱动轴5的环11再次具有相比于图1较大的外径，所述外径对应于描述环11的球冠的近似增大的开口角度。图2中省略了第二径向轴承9，再次得到相比于图2更紧凑的图1的设计。
[0041] 最后，现在将参考图4解释根据本发明当前认为最有利的工具芯轴1的实施例，图4省略了更详细
水平地再生产钻孔工具–以对应于图1至图3的方式夹紧。相反，呈中空轴形式且具有大约统一外径的驱动轴5的形状更清楚，其中，壁的厚度对应于该外径的约三分之一。讨论中的工具芯轴1也仅包括单个径向轴承8，在该情况下单个径向轴承8紧密地靠着驱动轴5的远离夹盘7的轴向端部；这也适用于电动机14，电动机14在夹盘7的方向上邻近径向轴承8并且沿着更长部分延伸。现在布置在“前”区域中的轴向安装包括驱动轴5的夹盘7，再次证明是该实施例的特性，此处所述轴向安装被显著加强的轴向轴承12支配，轴向轴承12连接成与电动机14有足够的轴向距离。
