[发明专利]具有主轴轴杆的刀具驱动机及操作方法

说明书

本发明涉及一种用于去除切屑的加工的具有主轴轴杆(3)的刀具驱动机(1)，该刀具驱动机包括至少一个轴向电磁致动器和控制和/或调节装置(16)，该控制和/或调节装置用于操作该轴向致动器以纵向地且轴向地改变该主轴轴杆(3)的位置。该控制和/或调节装置(16)设计成控制该轴向致动器独立于进给运动并且与进给运动叠加使得该主轴(3)进行微振运动，以改变材料去除的切屑大小和切屑形式。至少一个轴向磁轴承(14)和/或线性电机设置为该轴向致动器的至少一部分。在第二方面，本申请提出了一种用于具有主轴轴杆(3)和轴向磁轴承(14)的上述刀具驱动机的操作方法。

背景技术

本发明涉及一种具有主轴轴杆(spindel welle)的刀具驱动机和一种用于工件的切屑成形加工的操作方法。

微振切屑成形加工领域内的第一件作品始于20世纪50年代莫斯科鲍曼大学的Ptr.V.N.Poduraev。其主要原理之一是除了生成钻削的进给运动之外还生成轴向振动或振荡，以获得钻削切屑，该切屑具有可以容易地从切削区域去除的尽可能最小的尺寸。

最初采用的是主轴被称为自激振荡主轴系统和受外部激励的振荡主轴系统的两个主轴系统。

在自激振荡主轴系统的情况下，刀具的自然频率用来生成谐振并且因此用来打碎钻削切屑使其成为许多小块。振荡频率由主轴轴杆的质量弹簧系统确定，刀架包括钻削刀具。

还使用例如用来生成并控制重叠振动的有源驱动的压电系统，例如参见德国专利文献DE 10 2009 027 688 A1。这些系统在钻削切屑的尽可能最小的尺寸(从几毫米低至几微米)下呈现出高达2kHz或者显著地更高的高振荡频率。这些系统特别适合钻削出小孔。

德国专利文献DE 103 43 682 A1提出了一种具有机械轴承的刀具系统，机械轴承具有附加线性驱动机，附加线性驱动机包括可以按照频率ω在纵轴上生成微振运动的压电操作或磁操作的致动器。微振振荡的生成在轴向方向上对准，并且由除了已经存在的机械轴承和夹具之外提供的磁致动器实现，该磁致动器插入机械夹持系统中。德国专利文献DE103 43 682 A1因此教导了一种具有机械轴承的中空柄锥形刀具夹持系统，其中致动器可追溯地安装在刀具插口中的主轴末端，并且既不会根据所使用的材料来提供振动频率或幅值的自适应调整的指示，也不会提供有源轴向磁轴承的自适应调整的指示。另外，该解决方案的缺点在于必须通过集电环或类似物引入生成振荡所需的能量，然而这并不容易。

同时，可以通过例如在常见的冲击钻削机器中采用的已知的机械系统生成振动。冲击频率结合转速与每转的振荡次数确定，仅相当于每转振荡几次，由此可以实现较小的切屑形式和切屑大小。

涉及振动振荡的被机械地驱动的有源生成应当提及法国MITIS公司所提供的技术，正如例如美国专利文献US 2013 0051946A1所解释的。高频轴向振动可以通过相对复杂的机械传动机构叠加(überlagert)到主轴轴杆上。

用于快速转动轴杆(诸如用于真空泵)的轴向和径向磁轴承的构造和使用已经存在很长一段时间。例如在于1993年4月27日出版的作者为Gerhard Schweitzer和SpringerVerlag Taschenbuch的书籍“Magnetlager:Grundlagen,Eigenschaften und AnwendungenBerührungsfreier,Elektromagnetischer Lager”(ISBN-13:978-3662084496)中示出了轴向和径向磁轴承的各种设计。