技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于机床的加工单元的支架，该支架包括支架壳体和在支架壳体上可围绕转动轴线转动的支架头以及用于围绕转动轴线相对于支架壳体转动支架头的转动驱动装置。
背景技术
[0002] 此类用于机床加工单元的支架是公知的，在这种支架中通常使用用于转动支架头的转动驱动装置以及用于相对于支架壳体将支架头固定在各自的转动
位置中的齿部例如
曲轴圆锥齿圈。
[0003] 由此，支架头的各自的转动位置进而加工单元的取向由于这种类型的固定方式而在加工时被恒定地固定。
发明内容
[0004] 因此，本发明的任务在于，改进此类支架，使得能够尽可能最理想地使用支架头的加工单元。
[0005] 所述任务在开头所述类型的支架中依据本发明由如下方式得到解决，即，转动驱动装置具有驱动
马达和变速到缓慢(减速)的高
传动比的无游隙的传动装置，利用该驱动马达和传动装置能够转动支架头。
[0006] 依据本发明的解决方案的优点可见于此，即，通过高传动比的无游隙的传动装置能够以较小的驱动马达功率利用足够大的保持
力矩将支架头
定位在任意的转动位置中，并且另一方面利用足够大的
扭矩转动该支架头，从而使得该支架头的转动运动例如可使用为切削加工的加工单元的相对运动，或者驱动马达的扭矩高得足以通过高传动比的无游隙的传动装置使转动轴线运行为数字控制的A轴线(转动轴线)。
[0007] 依据本发明的解决方案特别有利的是，能够利用转动驱动装置将支架头无级地带到关于转动轴线的转动位置中，并且能够将支架头抗相对转动地定位在该转动位置中。
[0008] 由此，实现以下可行性，即，使用带有计算机数字控制的A轴线的所有优点的转动驱动装置。
[0009] 这种A轴线实现了以下可行性，即，自由构造加工单元的取向，并且在必要时同样通过数字控制直接在使用工具前对加工单元的定位误差或几何误差进行修正。
[0010] 此外，依据本发明的解决方案实现了以下可行性，即，在加工
工件时使用围绕着作为进给轴线的转动轴线的转动运动，也就是说在加工工件时将围绕着A轴线形式的转动轴线的转动运动使用为工件与工具之间的相对运动，从而能够仅通过A轴线的运动或者在必要时内插地利用机床的其它轴线对固定的工件进行加工。
[0011] 在此，特别有利的解决方案作以下设置，即，所述变速至缓慢的高传动比的无游隙的传动装置以至少为10的系数降低了驱动马达的转速，更好的是以至少为15的系数降低，并且特别有利的是以至少为20的系数降低。
[0012] 在此，高传动比的无游隙的传动装置能够构造成有反馈能力的传动装置，也就是说该传动装置不具有自
锁。
[0013] 在这种情况下例如可以考虑的是，为了固定支架头各自的转动位置或者为了支持支架头各自转动位置的固定，在有反馈能力的传动装置的驱动侧布置无级的固定装置例如
制动器，从而使得通过高传动比的无游隙的传动装置反馈的扭矩仅受限制地或者完全不作用到驱动马达上。
[0014] 然而特别有利的是，将驱动马达构造为对工具支架头的转动位置也在静止状态中进行保持的驱动马达，也就是说，该驱动马达具有足够大的静止力矩，以便能够反作用于反馈到驱动马达上的力矩。
[0015] 替代于有反馈能力的传动装置的设置，在其它解决方案中设置的是，所述高传动比的无游隙的传动装置是自锁的传动装置，从而使得通过该传动装置没有扭矩会反馈到驱动马达上，进而仅需对所述驱动马达作如下设计，即，使得该驱动马达能够施加为了转动支架头而需要的扭矩。
[0016] 在构造变速至缓慢的高传动比的无游隙的传动装置方面，可以考虑不同的可行方案。
[0017] 那么可以考虑的是，所述变速至缓慢的高传动比的无游隙的传动装置是自锁的
涡轮蜗杆传动装置或者都有反馈能力的行星
齿轮传动装置或摆线
齿轮传动装置或谐波传动装置。
[0018] 摆线齿轮传动装置例如由Nabtesco Precision Europe GmbH公司提供，并且谐波传动装置例如由Harmonic Drive AG提供。
[0019] 在驱动马达的运行方面，至此不做更详细的说明。
[0020] 则有利的解决方案作以下设置，即，设置用于驱动马达的控制装置，利用该控制装置可通过转动驱动装置位置控制地转动所述支架头。
[0021] 由此，存在以下可行性，即，利用驱动马达将支架头转动到预先精确给出的位置中。
[0022] 特别有利的是，所述支架头能够位置控制地转动到任意的
角度位置中。
[0023] 尤其在有反馈能力的传动装置的情况下，所述控制装置的另一有利的构造方案作以下设置，即，可以利用控制装置位置调节地转动并且定位所述支架头，也就是说，所述支架头能够位置调节地转动到一个接一个连续的转动位置中，然而也可以位置调节地固定在不同的转动位置中并且位置调节地维持该转动位置。
[0024] 在此特别有利的是，所述支架头能够位置调节地转动到任意的角度位置中并且定位在该角度位置中。
[0025] 另一有利的解决方案作如下设置，即，能够利用所述控制装置通过转动驱动装置围绕转动轴线以不同的转动进给速度转动所述支架头。
[0026] 在此特别有利的是，可以在一个范围内无级地调整不同的转动进给速度。
[0027] 在此有利的是，可以在转动进给速度为零和最大转动进给速度之间的范围内无级地调整所述转动进给速度。
[0028] 优选地如此来构造依据本发明可使用的控制装置，即，使得该控制装置是计算机控制的数字控制装置。
[0029] 所述控制装置优选以如下方式工作，即，使得该控制装置将通过
传感器测得的实际位置与额定位置相比较并且相应地控制驱动马达。
[0030] 由此，所述控制装置能够尤其在位置调节的情况下，也在支架头静止状态时基于变速至缓慢的高传动比的传动装置将所述支架头精确地保持在预定的位置中，因为通过所述控制装置借助于驱动马达可以始终再调所述位置。
[0031] 在此特别有利的是，通过控制装置能够测得用于驱动马达的
电流，以便使通过驱动马达的电流同样可以维持作用到支架头上的扭矩的尺度，也就是说在加工时至少维持作用到加工单元上的力的一部分的尺度。
[0032] 在此，在最简单的情况下，只要支架头的转动运动是进给运动，就可以生成作为切削加工工具的切削力的尺度的电流。
[0033] 为了测得支架头的转动位置，通常在驱动马达中设置转动
位置传感器。尽管传动装置是无游隙的，然而也要调整所测得的转动位置的在
精度方面的误差，从而使得特别有利的是，所述控制装置借助于传感器直接测得支架头的转动位置，从而由此显著改善精度，能够以该精度运行到各个转动位置。
[0034] 例如，相对于支架壳体或者相对于
机架实现所述转动位置的测量。
[0035] 尤其在这种借助于传感器测得支架头相对于支架壳体的转动位置时补偿所有位置误差以及转动驱动装置的不精确性，因为通过直接测得支架头的转动位置，所述转动驱动装置的位置误差不会在测得支架头的转动位置时对精度产生影响。
[0036] 在此，所述传感器可以布置在支架头中。
[0037] 然而特别有利的是，所述传感器布置在支架壳体中。
[0038] 此外有利的是，所述传感器直接测得支架头的转动位置，从而使得在测得转动位置时不再出现定位误差，尤其不会出现由连接在其之间的传动装置引起的定位误差。
[0039] 支架头转动位置的此类直接的测得例如可通过以下方法实现，即，所述支架头直接作用到传感器上，进而可无扭曲地测得支架头的转动位置。
[0040] 然而为了在布置传感器时具有较大的空间
自由度，优选设置的是，所述传感器通过刚性的联接元件与支架头相联接。
[0041] 这种刚性的联接元件例如是轴，该轴一方面直接与支架头连接，且另一方面直接与传感器连接。
[0042] 有关结构方面特别有利的解决方案作以下设置，即，传感器通过同轴于转动轴线延伸的联接轴与支架头进行联接。
[0043] 尤其为了能够精确地测得各个加工单元的转动位置，优选设置的是，所述支架头包括用于具有加工单元的支架体的容纳部，并且联接轴与支架体联接。
[0044] 在此，有效地将联接轴朝支架头的端侧引导并且与支架头的端侧盖连接，其中端侧盖尤其固定地与支架体进行连接。
[0045] 可以在依据本发明的解决方案中以各种各样的方式方法构造所述支架头。
[0046] 则有利的解决方案作以下设置，即，所述支架头具有带有用于可拆卸地装配加工单元的容纳部的支架体。
[0047] 在此，在最简单的情况下，所述加工单元可以是在最简单的情况下静态地通过支架体来保持的工具。但替代于此同样可以考虑的是，所述支架体具有用于被驱动的加工单元的容纳部。
[0048] 对于被驱动的加工单元的驱动装置来说，例如作以下设置，即，
驱动轴从布置在支架壳体中的驱动马达出发，同轴于转动轴线地引向支架头。
[0049] 在此，在最简单的情况下，所述支架构造成刀具转塔，且支架头是工具转塔的转塔头。
[0050] 替代于此可以考虑的是，支架头设有支架体，在该支架体上能够在周侧依次连续布置大量工具，该工具例如可以是以例如大于15°的较小的角度间隔布置的单个工具。
[0051] 另一解决方案作如下设置，即，所述支架体在圆周侧设有依次连续的切削刀，进而例如能够通过该支架体转动的运动利用依次连续的切削刀实施
铣削加工或者锯加工。
附图说明
[0052] 本发明的其它特征和优点是下列描述以及
实施例的绘制图示的主题。
[0053] 在附图中：
[0054] 图1示出带有依据本发明的支架的机床的透视视图；
[0055] 图2示出依据本发明的机床的支架的剖面图；
[0056] 图3示出在支架构造为刀具转塔的情况下支架头的示意性俯视图；
[0057] 图4示出带有大量依次相继的加工单元的支架头的俯视图；以及
[0058] 图5示出在圆周侧依次相继布置切削刀的情况下支架头的俯视图。
具体实施方式
[0059] 在图1中示出的机床实施例包括作为整体以10标记的机架，在该机架上布置有工件
心轴12，利用该工件心轴可围绕心轴轴线16旋转地驱动工件夹具14。
[0060] 为了加工保持在工件夹具14中的工件W，例如设置两个用于加工单元的支架20或22，也就是说例如设置工具单元24或26，所述工具单元24或26分别布置在支架头30或
32上，所述支架头相对于支架壳体34或36可以分别围绕转动轴线40或42转动。
[0061] 在此，所述支架20或22本身分别可以在平行于心轴轴线16延伸的Z方向、横向于心轴轴线延伸的X方向以及横向于X方向和Z方向延伸的Y方向运动，从而利用工具单元24或26来加工所述工件W。
[0062] 此外，所述支架头32例如还设有臂44，该臂44例如承载着心轴46，该心轴46构造成相对于工件心轴12的
配对心轴并且设有用于接纳来自工件心轴12的工件W的工件夹具。
[0063] 然而作为替代方案也可以考虑的是，将心轴46也构造成加工心轴，利用该加工心轴同样可以进行工件的加工，其中，例如可以在加工心轴中使用
铣刀。
[0064] 如在支架20示例的图2中所示，为了转动支架头30，该支架头30借助于无游隙的传动装置50以可围绕转动轴线40转动的方式得到保持，其中，所述支架头30与无游隙的传动装置50的从动环52连接，而无游隙的传动装置的驱动轴54设有齿轮56，该齿轮56本身通过作为整体以60标记的驱动马达的输出齿轮58来驱动。
[0065] 在此，例如以如下方式来布置所述驱动马达60，即，使得驱动轴64的转动轴线62同样横向于支架头30的转动轴线40而延伸。
[0066] 在图2中示出的无游隙的传动装置50例如构造成高传动比的无游隙的传动装置，该传动装置50以在20和30之间范围内的系数而变速为缓慢的。
[0067] 在此，在图2中示出的高传动比的无游隙的传动装置例如是摆线齿轮传动装置。然而代替图2中示出的摆线齿轮传动装置，同样可以考虑设置行星齿轮传动装置、谐波传动装置或者涡轮蜗杆传动装置。
[0068] 所述无游隙的传动装置50本身利用传动装置壳体68保持在支架壳体34的
框架70上，从而使得通过传动装置壳体68也同时实现从动环52相对于支架壳体34的框架70的支承，以及实现无游隙的传动装置50的驱动轴54相对于支架壳体34的框架70的支承。
[0069] 此外，在所述框架70上也固定有驱动马达60。
[0070] 现在，带有高传动比的无游隙的传动装置50存在以下可行方案，即，将带有工具单元24的支架头30转动到参照转动轴线40的任意的转动位置中且然后固定在该
姿态中。
[0071] 对此，为驱动马达60分配了控制装置80，该控制装置80控制驱动马达60，更确切地说以如下方式控制驱动马达，即，使得该驱动马达60要么围绕转动轴线40转动所述支架头30，要么使该支架头30抗相对转动地紧固在相对于支架壳体34的确定的转动位置中。
[0072] 在此，为了能够将带有工具单元24的支架头30相对于支架壳体34带到所希望的转动位置中并且保持在该转动位置中，需要为控制装置80测得支架头30相对于支架壳体34的转动位置。
[0073] 此外，设置有转动传感器82，该转动传感器通过传感器轴84与支架头30联接。
[0074] 例如，以如下方式构造所述传感器轴84，即，使得该传感器轴84将传感器驱动元件86与支架头30抗相对转动地联接，其中，传感器轴84从传感器82的传感器驱动元件86出发，以与支架头30的转动轴线40同轴的方式贯穿无游隙的传动装置50，尤其贯穿该传动装置50的驱动轴54，并且此外还穿过支架头30一直通到支架头30的端侧盖88。
[0075] 在此，所述支架头30的端侧盖88固定地与支架头30的支架体90抗相对转动地连接，从而使得传感器82能够通过传感器轴84精确地测得工具支架体90相对于支架壳体34的框架70的转动位置。
[0076] 优选的是，所述支架壳体34的框架70包括面对支架头30的侧架72，在该侧架72中保持有传动装置壳体68，以及背对支架头30的侧架74，例如传感器82保持在该侧架74上。
[0077] 在图2中示出的依据本发明的支架头30的实施例中，在该支架头30的支架体90中设置了容纳部92，带有柄区域94的工具单元24可以插入到该容纳部92中。
[0078] 此外，所述工具单元24至少部分地设有驱动齿轮96，该驱动齿轮96布置在柄94的对置于加工工具98的一侧上并且与
驱动轮100
啮合，该驱动轮100可转动地支承在支架头30的内部，从而使得通过驱动轮100可以驱动工具单元24的驱动齿轮96，该驱动齿轮96为了驱动工具98而与该工具98联接，例如通过在工具98和驱动齿轮96之间的经由可转动地支承在工具单元24中的心轴形成的直接的抗相对转动的联接来实现。
[0079] 本身可转动地支承在支架头30中的驱动轮100可以通过与转动轴线40同轴地延伸的工具驱动轴104来驱动，其中，以如下方式布置所述工具驱动轴104，即，使得该工具驱动轴104被传感器轴84穿过进而能够相对于传感器轴转动。
[0080] 所述工具驱动轴104从驱动轮100出发，通过支架头30的内部空间、通过无游隙的传动装置50并且尤其穿过该传动装置50的驱动轴54一直延伸到作为整体以110标记的传动装置的布置在侧架74附近的传动轮106处，该传动装置的另一传动轮112位于工具驱动马达116的驱动轴114上，该工具驱动马达116本身例如保持在侧架74上。
[0081] 在图2中示出的前面介绍的用于加工单元例如工具单元24的依据本发明的支架20中，现在所述支架头30一方面可以围绕转动轴线40借助于驱动马达60转动到任意的转动位置中，并且另一方面可以借助于控制装置80通过所述驱动马达60的相应的控制而紧固在不同的转动位置中，其中，控制装置80在最后所述的情况中使驱动马达60在驱动模式中运行，在该驱动模式中驱动马达60将驱动轴64保持在转动位置中。
[0082] 甚至在作用到支架头30上的力通过无游隙的传动装置50反作用到驱动马达60的驱动轴64上时，所述驱动马达60也能够在控制装置80方面进行相应的调节时通过在工作模式中产生的保持力矩将支架头30的转动位置维持在与该支架头刚性地固定在框架70上时相同的姿态中。
[0083] 在此，始终直接通过传感器轴84和传感器82测得支架头30的转动位置，其中，传感器轴84将支架头30的转动位置无扭转地传输到传感器82上，也就是说传感器驱动元件86上，从而使得传感器82精确地测得支架头30的转动位置。
[0084] 所述控制装置80例如基于由传感器82测得的支架头30的转动位置和预定的的额定值执行实际-额定比较，并且根据与额定值的偏差利用位置调节装置120调节驱动马达60的转动位置。
[0085] 利用这种位置调节装置120一方面可以实现驱动马达60的静态的转动位置，而且另一方面可以实现随着时间动态变化的转动位置，从而使实现支架头30的复杂的动态的转动运动的可行方案存在。
[0086] 此外，在加工中存在这样的可行方案，即，基于在位置调节中输入驱动马达60的电流，借助于控制装置80测得并分析通过加工作用到该驱动马达上的扭矩，进而测得并分析加工力。
[0087] 如在图3中所示，工具单元24能够装入所述支架头30中，该工具单元24如已经介绍的那样具有被驱动的工具98。
[0088] 但同样可以考虑的是，将工具单元24’装入支架体90的容纳部92中，其中，所述工具单元24’例如具有两个被驱动的工具98’。在此类工具单元24’中，基于依据本发明的可行方案，支架头30的任意的转动定位，可以相对于待加工的工件W精确地对所述工具98’a或98’b中的每个加以定位，而不需要考虑固定的角度分配。
[0089] 此外，同样还存在如下可行方案，即，将工具单元24”装入支架体90的容纳部92中，所述工具单元24”具有不被驱动的工具，为此，例如具有三个固定的切削工具98”a、98”b和98”c，其中，在这种情况下，支架头30的依据本发明的可任意转动定位性的优点同样建立了以下可行方案，即，分别相对于工件W精确地定位所述切削工具98”a或98”b或
98”c并且通过改变支架头30的转动位置而相应于磨损情况修正切削工具的取向。
[0090] 作为支架头30构造成支架体90的替代，存在如图4所示的可行方案，即，将支架头30’构造成支架体90’，该支架体90’承载着大量例如以相同的角度间隔来布置的单个切削工具98”’，所述切削工具98”’通过支架头30’的可任意角度定位性可单个地使用并且可对磨损进行修正。
[0091] 在依据本发明的解决方案的另一实施方式中，如图5中所示以如下方式构造所述支架头30”，即，使支架体90”承载大量依次相继的切削工具98””，所述切削工具98””允许使用带有类似于切割锯或大型铣刀的切削工具98””的支架头30”并且基于支架头30”的可任意转动性而能够围绕转动轴线40进行类似锯加工或者进行铣削加工。
