专利名称：用于非圆形的工件的制造机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于非圆形的工件的制造机床，特别是非圆形车床，具有能往复 运动的刀具和刀架，还具有能相对于刀具和刀架反向运动的、用于脉冲脱耦的补偿体，其中 刀具的运动能通过在刀架和补偿体之间起作用的驱动装置触发或实现。
背景技术：
这种制造机床例如由DE 198 10 996 Al已知并特别是用于高速制造非圆形的车 削部件或一般性地在高动态的刀具进给单元中使用。这里脉冲脱耦用于防止撞击通过高动 态的刀具运动以完整的强度传递到壳体或壳体上的锚固部上，这会导致对加工精度的不利影响。由 M. Week, J. Hennig 的“ Entwicklung und Einsatz einer hochdynamischen Werkzeugzustelleinheit mit hydrostatischer Lagerung, Forschungsgemeinschaft Ultraprazisionstechnik e. V.，亚琛，2002 年十月”已知，为
了在引导刀架时避免所谓的粘滑效应的静摩擦气体静力学或流体静力学的导向装置能够 满足运动的精度和均勻性上的要求，而由于系统的高的动态在移动路径同时较小时不能考 虑使用滚动轴承。但流体静力学的导向装置由于输送管道、供应装置和用于防止泄漏的措施要求较 高的结构上的耗费。由于这种较高的结构上的耗费制造机床变得较为昂贵，在恶劣环境条 件下运行时易于发生故障，并且需要大量的维护。
发明内容
本发明的目的是，提供用于非圆形的工件的制造机床，这种制造机床具有简单的 结构上的构造。在本发明中，这样来实现所述目的，即，在前面所述类型的制造机床中，刀架通过 多个滚动体支承，补偿体经由多个导向元件悬挂在制造机床的壳体部件上，并且补偿体具 有为携带刀具的刀架的质量的多倍的质量，使得补偿体的与刀架的往复运动相对应的补偿 行程位于导向元件的弹性变形的范围内。由此补偿行程可以有利地通过导向元件的弹性变 形吸收，并可以省去对补偿体的附加的流体静力学或气体静力学的支承。本发明特别是应 用了这样的出人意料的认知，即，只是出现在补偿体的支承件中的粘滑效应一定要避免，而 刀架的支承件完全可以具有静摩擦，因为这种静摩擦可以通过相应地选择驱动装置的规格 (尺寸)克服。就是说，已经证实，为了避免由于反冲力对加工精度的不利影响，使补偿体能 够无延迟地对反冲力作出反应就足够了。这是这样来实现的，即提出一种无静摩擦地实现 的对补偿体的支承。替代常见的流体静力学或气体静力学的支承，在本发明中建议通过导 向元件将补偿体悬挂在壳体部件上，其中导向元件在补偿行程中在确定的行程量之内能弹 性变形。通过补偿体与运动的部件，即刀具和刀架的质量比例的设计有利地实现了，使得补 偿体的行程短至不会超过导向元件的弹性可变形性的范围。
根据本发明的一个有利的实施形式可以设定，补偿体的质量至少是携带刀具的刀 架的三倍，特别是至少是五倍或至少是十倍。试验证实，对于所述的质量比例，可以充分地 将在正常使用制造机床时出现的刀具的行程减低转换为补偿体的补偿行程，从而使补偿行 程处于导向元件的可弹性变形性的范围内。因此导向元件一方面实现了对补偿体的运动的 引导，另一方面实现了反向作用于补偿行程的复位力。用于导向的其他支承件或用于提供 复位力的(其他)元件可以省去。如果导向元件在初始/静止位置具有这样的形状，其在补偿行程的方向上的延展 长度明显小于其在横向于补偿行程的方向的延展长度，特别是小于在横向于补偿行程的方 向上的延展长度的十分之一，则实现了对补偿体的补偿运动的特别直线的引导。由此规定 了导向元件的优选偏移方向，所述优选的偏移方向与补偿行程的方向相一致。由此在补 偿体中防止出现横向于补偿行程的方向的运动，由此以小的直线度偏差实现了运动的高精 度。特别有利的是，各导向元件分别在通过补偿行程确定的工作平面的两侧固定在壳 体部件上并且在这些固定点之间分别作用在补偿体上。这里各导向元件可以构造成一体的 或构造成在补偿体上是中断的。根据本发明的一个实施形式可以设定，各导向元件在侧向或横向于补偿行程的方 向防止补偿体的运动。为此，导线元件可以具有相应的几何形状和/或相应地作用在补偿 体上和/或在其位置中(相应地)定向。防止横向于补偿行程的方向的运动对于实现对刀 架以及由此对刀具相对于工件的确定的导向是必要的，所述工件相对于壳体部件固定。如果导向元件部分地或完全地构造成条状的弹簧，各所述弹簧反作用于通过补偿 行程引起的补偿体的偏移，则可以得到一种特别有利的实施形式。根据本发明的一个实施形式可以设定，每个导向元件都构造成平的或片状的，并 且在初始位置基本上位于一个平面内，补偿行程的方向垂直于或横向于该平面延伸，其中 导向元件的固定、形状和定向使得导向元件在该平面内的运动以及由此补偿体在该平面内 的运动变得困难或防止上述运动，即补偿体只是由此受到引导。由此规定了一种简单的形 状构型，通过这种形状构型实现了防止补偿体侧向或横向于补偿行程的方向的运动。如果导向元件成对地作用在补偿体的沿补偿行程的方向上彼此相对的端部上，则 以特别小的直线度偏差或没有直线度偏差地实现了对补偿体的补偿行程的引导。由此有利 地实现了，导向元件在补偿行程的方向上相互间保持尽可能大的间距，由此实现了对补偿 行程的特别角度精确的引导。优选可以设定，各导向元件在初始位置相对于彼此预紧。通 过这种预紧从一开始就实现了对运动特别好的引导。如果在补偿体的每个端部上作用一对导向元件，它们隔开距离地相互平行延伸并 平行作用，则可以针对补偿体的侧向偏移实现进一步改进的稳定性。这里所述距离优选横 向于补偿行程的方向延伸。根据本发明的一个实施形式可以设定，各导向元件以其端部固定在制造机床的一 壳体部件上并以其位于在相应导向元件的端部之间的中部的区域作用在补偿体上。可选或 附加地可以设定，导向元件成对地分别以一个端部作用在补偿体上，其中一对导向元件的 另外的自由端部相互背离定向，特别是指向相反的方向并固定在制造机床的壳体部件上。为了实现由刀架携带的刀具的快速和精确的行程可以设定，所述驱动装置是直线电机或电磁线圈可动铁心(Tauchanker)或类似装置。这里优选地可以设定，驱动装置由控 制及调节回路控制，在所述控制及调节回路中，刀具相对于工件和/或壳体部件的位置构 成一个调节参数。为了实现刀架和补偿体之间有利的质量比例并因此实现将刀架的行程按希望减 低转换为补偿行程，可以设定，驱动装置的定子或能够通过通电激励的部件与补偿体相连， 驱动装置的永磁的部件与刀架相连。已经证实，驱动装置的能够通过通电激励的部件通常 具有比驱动装置的永磁的部件大的质量，因此所述的布置形式有利于形成带有刀具的刀架 与补偿体之间的根据本发明的质量比例。特别有利的是，带有其附装件(Aufbauten)的刀架具有尽可能小的质量，因为此 时补偿体的质量总体上不必选择得过大。例如可以设定，在刀架上构成一滑动件，该滑动件 承载直线电机的永磁体。由此得到一种紧凑的、节省质量的结构。优选可以设定，滑动件特别是构造成轻型结构。如果永磁体加固所述滑动件，则实现了进一步降低刀架和附装件的自重。由此永 磁体承担双重功能，并且可以减少或者甚至省去滑动件的用于承受电磁地引入的推进力的 附加的加强件。如果永磁体在朝向直线电机的定子的两个侧面用覆盖件，优选用碳纤维板覆盖和 /或与所述覆盖件材料结合地连接，则实现了对驱动装置的永磁的部件的一种特别坚固和 轻的构型。通过碳纤维板可以在使质量增高最小的同时改进整体结构的稳定性。通过设置 覆盖件，能充分利用形成足够的电磁推进力所需的面积，用于稳定滑动件。如果各覆盖件之间的容纳永磁体的中间空腔浇注有填料，由此实现了滑动件特别 轻并且同时特别坚固的结构。通过填充物料实现了附加地稳定滑动件。为了提高滑动件的连接强度可以设定，永磁体嵌入一承载结构中。如果滚动体作用在滑动件上，则得到对刀架的一种简单、可靠并且对于要求的精 度足够的导向。滚动体优选作用在一与壳体部件相连的轨道上或与壳体部件固定地相连。 由此这些滚动体构成一个滚动轴承，通过该滚动轴承刀架支承在壳体部件上或支承在一与 壳体部件固定连接的机器部件上。根据本发明的一个实施形式可以设定，刀具的往复运动的行程小于滚动轴承的滚 动体的周长。已经证实，在为此所需的滚动体的尺寸下在刀架的支承件中的摩擦不会超过 运动导向的精度要求所需的程度。当往复运动的行程为0. Olmm至45mm并且同时补偿行程不超过2mm时，可以特别 有利地使用本发明。
现在借助于一个实施例来详细说明本发明，但本发明不局限于该实施例。可以通 过各权利要求相互间和/或各权利要求与所述实施的特征的组合得到其他实施例。其中图1以刀架的正视图示出制造机床的刀具进给单元，图2示出沿图1的刀具进给单元的线A-A的剖视图，以及图3示出沿图1的刀具进给单元的线B-B的剖视图。
具体实施例方式用于非圆形工件的制造机床的总体上用1表示的刀具进给单元具有一刀架2，该 刀架构造成用于容纳刀具并能够往复运动。一补偿体3用于脉冲脱耦，其中刀具的运动能通过在刀架2和补偿体3之间起作 用的驱动装置4触发或实现。通过刀架2的由驱动装置4触发或强制进行的加速形成反冲 力，所述反冲力通过补偿体3的相应运动吸收。所述反冲力由此不会作用到制造机床的其 他部件上并由此不会对加工精度产生不利影响。由多个部件组成或与多个部件相连的刀架2通过滚动体5支承和这样引导，使得 只保留一个运动自由度，即夹紧在刀架2上的刀具的进给。补偿体3通过多个导向元件6悬挂在刀具进给单元1的以及由此也是制造机床的 壳体部件7上。补偿体3由多个部件组装而成并具有这样质量，该质量是携带刀具的刀架2的多倍。各导向元件6构造成条状的弹簧，这些弹簧在初始位置中基本上位于一个平面 内，补偿行程的方向垂直与该平面延伸。补偿行程的方向以及刀架的进给行程的方向在图 1中垂直于图平面延伸。因此限定了一个在图1中水平的并且垂直于图平面的工作面，刀架的中轴线位于 该工作面中，导向元件分别在该平面的两侧，即上方和下方，固定在壳体部件上。补偿体3 因此设置和悬挂在每个导向元件6的上部的固定点和下部的固定点之间。在根据图2的剖视图中可见，导向元件6成对地作用补偿体3的在沿补偿行程的 方向彼此相对置的端部8上，所述补偿行程在图2中在图平面中延伸。由此补偿体3悬挂 在壳体部件7上。如图1所示，导向元件6成对地隔开距离地相互平行延伸并平行地作用。特别是 在一对导向元件6中每个导向元件分别作用在补偿体3的相对于补偿行程侧向外部的一个 端部上。图3示出，因此每个导向元件6分别作用在具有矩形的基本形状的补偿体3的一 个角部上。在图2中示出，导向元件6以其端部9固定在刀具进给单元1的壳体部件7上并 由此固定在制造机床上，并以其位于相应的导向元件6的各端部9之间的中部的区域10作 用在补偿体3上。导向元件6的自由的没有直接作用在补偿体3上的端部9由此沿相反的 方向相互背离指向，并且固定在制造机床1的壳体部件7上，以实现悬挂。在根据图2的剖视图中可以看到直线电机11，该直线电机构成用于使刀架2运动 的驱动装置4。直线电机11的定子12是补偿体3的组成部分并构成补偿体的一部分质量。驱动装置14的永磁的部件13相反与刀架2固定地相连。因此，通过给定子12通电可以使永磁的部件13偏移，由于这种偏移可以实现对刀 架2的推进。为了容纳驱动装置4的永磁的部件13，设置一个滑动件14，所述滑动件承载直线电机11的永磁体15并且刀架2固定在该滑动件上。滑动件14构造成轻型结构，其中永磁体15加固滑动件14并在两个朝向直线电机 11的定子12上的侧面上用由碳纤维复合材料支承的覆盖件16覆盖。各覆盖件16之间的容纳永磁体15的中间空间17附加地用填充材料浇注并实现 了永磁体15和覆盖件16之间的材料结合的连接。为了提高滑动件14的连接强度，在滑动件14中设置一个没有详细示出的、格栅状 的承载结构。在图1中示出，通过使滚动体5作用在滑动件上而支承滑动件14。滚动体5这里 在轨道块18上滚动并沿刀架2的工作行程的方向引导滑动件。滚动体15的直径选择成，使得在制造机床1运行时刀具的往复运动的行程小于滚 动轴承的滚动体5的周长。就是说，在刀架2的工作运行中，滚动体5不会完成完整的回转， 而是实际上在固定的位置往复运动。根据图2的剖视图示出，轨道块18固定在壳体部件7 的一部分上，该部分桥状地延伸到补偿体3的容纳腔中，其中延伸方向平行于补偿体3的补 偿行程的方向分布，并且所述部分穿过在补偿体3上构成的空腔。由图2可见，补偿体3主要由带有矩形外部横截面和内部空心构成的框架19和直 线电机的安装在框架19内的定子组件12组合而成。补偿体3的质量因此基本上通过定子 12的质量和框架19的质量确定。在用于非圆形的工件的制造机床中设有一刀具进给单元1，所述刀具进给单元具 有用于容纳刀具的刀架2和用于脉冲脱耦的补偿体3，其中刀架2的工作运动能通过在刀架 2和补偿体3之间起作用的驱动装置4实现。本发明建议，通过滚动体5支承刀架2，并且 补偿体3通过能弹性变形的导向元件6悬挂在刀具进给单元1的壳体部件7上，其中补偿 体3的质量大于携带刀具的刀架2的质量，使得刀架2的工作运动导致补偿体3的补偿行 程，所述补偿行程只处于导向元件6的可弹性变形性的范围内。因此，导向元件6实现了对 补偿体3的引导和使其复位。
权利要求
1.用于非圆形的工件的制造机床，特别是非圆形车床(1)，具有能往复运动的刀具和 刀架0)，还具有能相对于刀具和刀架反向运动的、用于脉冲脱耦的补偿体(3)，其中刀具 的运动能通过在刀架( 和补偿体C3)之间起作用的驱动装置(4)触发或实现，其特征在 于，刀架( 通过多个滚动体( 支承，补偿体C3)经由多个导向元件(6)悬挂在制造机床 (1)的壳体部件(7)上，并且补偿体(3)的质量是携带刀具的刀架O)的质量的多倍，使得 补偿体(3)的与刀架( 的往复运动相对应的补偿行程位于导向元件(6)的弹性变形的范 围内。
2.根据权利要求1所述的制造机床，其特征在于，补偿体(3)的质量至少是携带刀具的 刀架O)的三倍，特别是至少是五倍或至少是十倍。
3.根据权利要求1或2所述的制造机床，其特征在于，各导向元件(6)在初始位置具有 这样的形状，这种形状在补偿行程的方向上的延展长度明显小于其在横向于补偿行程的方 向上的延展长度，特别是小于在横向于补偿行程的方向上的延展长度的十分之一。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造机床，其特征在于，各导向元件(6)防止补 偿体( 侧向的或横向于补偿行程的方向的运动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造机床，其特征在于，各导向元件(6)部分 地或完全地构造成条状的弹簧，各所述弹簧反作用于补偿体O)的通过补偿行程引起的偏 移。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造机床，其特征在于，每个导向元件(6)都构 造成平的或片状的，并且在初始位置基本上位于一个平面内，补偿行程的方向垂直于或横 向于该平面延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造机床，其特征在于，导向元件(6)成对地作 用在补偿体O)的沿补偿行程的方向上彼此相对的端部(8)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制造机床，其特征在于，在补偿体( 的每个端 部上作用一对导向元件(6)，它们隔开距离地相互平行延伸并平行作用。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造机床，其特征在于，各导向元件(6)以其各 端部(9)固定在制造机床(1)的壳体部件(7)上并以其位于在相应导向元件(6)的各端部 (9)之间的中部的区域(10)作用在补偿体(3)上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造机床，其特征在于，导向元件(6)成对地 分别以一个端部作用在补偿体(3)上，其中一对导向元件(6)的另外的自由端部(9)相互 背离指向，特别是指向相反的方向，并固定在制造机床(1)的壳体部件(7)上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的制造机床，其特征在于，所述驱动装置(4)是 直线电机(11)或电磁线圈可动铁心或类似装置。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的制造机床，其特征在于，驱动装置的定 子或能够通过通电激励的部件与补偿体C3)相连，驱动装置(4)的永磁的部件(1 与刀架 ⑵相连。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的制造机床，其特征在于，在刀架(2)上构成一 滑动件(14)，该滑动件承载直线电机(11)的永磁体(15)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的制造机床，其特征在于，滑动件(14)构造成 轻型结构。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的制造机床，其特征在于，永磁体(1 加固所 述滑动件(14)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的制造机床，其特征在于，永磁体(1 在朝向 直线电机(11)的定子(1 的两个侧面用覆盖件(16)，优选用碳纤维板覆盖和/或与所述 覆盖件材料结合地连接。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的制造机床，其特征在于，各覆盖件(16)之间 的容纳永磁体(15)的中间空腔(17)浇注有填料。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的制造机床，其特征在于，永磁体(1 嵌入一 承载结构中。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的制造机床，其特征在于，滚动体(5)作用在滑 动件(14)上。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的制造机床，其特征在于，刀架( 和/或滑动 件(14)支承在壳体部件(7)上或支承在与壳体部件(7)固定地相连的部件上。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的制造机床，其特征在于，刀具的往复运动的行 程小于滚动轴承的滚动体(5)的周长。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的制造机床，其特征在于，往复运动行程能设计 成0. Olmm至45. 00mm，其中补偿行程不超过2mm。
全文摘要
本发明涉及一种用于非圆形的工件的制造机床，它设有刀具进给单元(1)，所述刀具进给单元具有用于容纳刀具的刀架(2)和用于脉冲脱耦的补偿体(3)，其中刀架(2)的工作运动能通过在刀架(2)和补偿体(3)之间起作用的驱动装置(4)来实现。本发明建议，刀架(2)通过多个滚动体(5)支承，补偿体(3)经由能弹性变形的导向元件(6)悬挂在刀具进给单元(1)的壳体部件(7)上，其中补偿体(3)的质量大于为携带刀具的刀架(2)的质量，刀架(2)的工作运动导致补偿体(3)的补偿行程，所述补偿行程只位于导向元件(6)的弹性可变形性的范围内。因此，导向元件(6)实现了对补偿体(3)的引导和使其复位。
文档编号F16F15/073GK102123823SQ200980131267
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月7日 优先权日2008年8月12日
发明者R·约尔格 申请人:J.G.魏瑟尔泽内有限责任两合公司