机床主轴的制作方法

专利名称：机床主轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床，尤其涉及诸如那些用于研磨或测试齿轮的机床的主轴。
背景技术：
研磨是一种用于对斜齿轮的齿面作精加工的较为确认的加工方法。这种加工方法为其它一些难以用于斜齿轮的精加工提供了一种经济的可替代的方案，并且除了某些航空器应用之外，这种加工方法已被用于所有领域中。
在研磨方法中，通过合适的工件保持设备，小齿轮和齿圈被安装到具有与测试机器类似的基本设计的研磨机中相应的主轴上。在大多数齿轮组滚动情况中，小齿轮是驱动构件而齿圈被制动。齿轮啮合滚动，而研磨混合剂被注入啮合区域中，其中研磨混合剂可以为油(或水)与金刚砂或类似研磨剂的混合物。在Nunkeler的美国专利Nos.3,099,901、Rebeski的美国专利Nos.3,142,940、Ellwanger等人的美国专利Nos.3,717,958、Gnadt等人的美国专利Nos.5,609,058以及Stadtfeld等人的美国专利Nos.6,120,355举出了研磨和/或测试机器的实例。
大多数研磨机和测试机具有三个自由度，这三个自由度可以在齿圈和小齿轮之间实现相对运动。第一自由度为齿圈轴线方向中的相对运动，该轴线方向被称为方向G或G轴线，第二自由度为小齿轮轴线方向中的相对运动，该轴线方向被称为方向H或H轴线，而第三自由度为齿圈和小齿轮轴线之间的距离，这被称之为方向V或V轴线。方向V又被称之为“准双曲面偏移”。
在研磨或测试的过程中，方向V和H中的相对运动会引起在齿轮组构件的接触斑点的位置变化，而实际上使接触斑点改变。研磨涉及使啮合的并受到在齿面上的所需位置处接触的负载作用的齿轮构件转动。因此，当特定的G轴线定位获得所需的齿间隙时，构件可被定位在特定的V和H的位置处。当对齿轮组进行研磨时，通过实现这种接触位移所必须的改变V和H的设置，触点可移向齿面外部(齿跟)或内部(齿顶)之一。当V和H被改变以实现移动时，G轴线的位置也必须改变以保持所需的齿间隙。
可以执行研磨操作的小齿轮的心轴速度约从1000RPM到4000RPM。当以较高速度运行时(例如达2500-4000RPM时)，主轴结构、传动结构、齿轮组运动传动误差或运行条件的缺陷即使很轻微，也可能被放大而使传动力矩中产生不希望的周期性变化，这种变化可能增加到若干振幅级，使得研磨过程难以控制成品中齿轮接触面的斑点。
Ellwanger等人的美国专利No.3,807,094提出了一种对上述问题的解决方案，其中，研磨机包括一个弹性体连接件，该弹性体连接件安装在与制动装置相连的主轴上的一对安装块之间(通常为装有齿轮构件的从动轴)。弹性体连接件的转动使得一个安装块相对于另一安装块转动，从而隔离或缓解由于主轴的制动或上述其它一些缺陷而在转动力矩中引起的任何偏差。
上述弹性体连接件呈现出一种阻尼和弹簧特性的固定的结合形式，而这些特性无需与主轴和齿轮的惯量良好配合。因此，当根据惯量、阻尼度和弹簧刚度通过控制整个系统的动态特性来最佳地隔离和吸收不希望产生的效应时，弹性体连接件几乎不能缓减此问题。
如已知机器那样，可以在齿轮主轴上使用一机械制动器或者在齿轮主轴电动机上使用一电子扭矩控制件来控制在测试或研磨过程中施加于齿轮组齿上的负载。然而，这些方法不能良好地控制动态负载变量，其中该负载变量是作为关于齿轮或小齿轮的转动以及齿对齿的滚动转移的一个函数而产生的。
本发明的一个目的在于提供一种改进的机床主轴，该机床主轴可呈现出一种优化的动态特性，该主轴包括弹簧、阻尼和惯量元件。本发明的另一个目的在于提供一种可用于本发明主轴的电子控制模式，以作为控制齿轮组构件之间的动态力的另一种方法。
从下列描述和附图中将更清晰地示出本发明的这些或其它的目的和优点。

发明内容
本发明涉及一种机床用的主轴，该主轴包括一后主轴部分和一前主轴部分，其中，后主轴部分和前主轴部分均可相互相对地围绕同一轴线转动。本发明的主轴包括一个或多个弹簧元件，它们在后主轴部分和前主轴部分之间延伸，由此，前主轴部分和后主轴部可以预定量转动，并且前主轴部分的转动限制在该量上，施加于后主轴部分的一附加转动使弹簧变形，由此在前后主轴部分之间产生一扭矩。
本发明还包括一种控制方法，该方法的目的在于控制一个主轴的位置，该主轴通常为齿轮构件主轴，而不是控制施加在主轴上的扭矩。以这种方法，通过如计算机数控设备(CNC)，齿轮构件主轴的位置可相对于小齿轮构件主轴位置而受到控制。当小齿轮构件以某一速度转动时，通过CNC控制器可以(根据它们的齿数比)保持齿轮构件与小齿轮配合。可以要求齿轮构件主轴包括附加的转动组件，实际中，这些组件可促进或减缓与小齿轮相对的齿轮转动。


图1示意性地示出了一种已知的研磨机。
图2示出了图1机器的主轴配置的俯视图。
图3示出了根据本发明的主轴的轴剖视图。
图4示出了本发明的弹簧元件的放大视图。
图5示出了一定位螺丝的放大视图，该定位螺丝用于使图4中的主轴的弹簧元件轴向定位。
具体实施例方式
以下，将参照

本发明的细节。
图1示出了一种研磨机，该研磨机用标号20表示。这种研磨机为上述美国专利No.6,120,355中揭示的那种类型。为了便于观察机器的不同组件，图1示出的机器20不带有门和外部金属板。机器20包括一单个柱状物22，该柱状物22也可以被认为是机器的框架或基座。柱状物22至少包括三个侧面，最好为四个侧面，其中至少有两个侧面，第一侧面24和第二侧面26，它们是相互垂直的。第一侧面和第二侧面均由一宽度和一高度构成(参见图1)。
第一侧面24包括一第一工件主轴28，该工件主轴可围绕AG转动(图2)，并且最好由一直接驱动电动机30驱动，该电动机可安装在前后主轴轴承(未图示)之间。主轴可沿第一侧面24的宽度以方向G在与柱状物直接相连的一路径32上运动。方向G中的主轴28的运动可由电动机34通过一直接连接的滚珠丝杠(未图示)来提供。较佳地，斜齿圈构件36通过本技术领域中已知的适合的工件保持设备可释放地安装在主轴28上。
第二侧面26包括第二工件主轴38，该工件主轴可围绕轴线AP(图2)转动，并且最好由一直接驱动电动机40驱动，该电动机40可安装在前后主轴轴承(未图示)之间，而电动机可使小齿轮的转速约达到4000RPM。电动机30的每分钟转速应为小齿轮的每分钟转速/齿轮比。齿轮比的定义为齿轮构件的齿数/小齿轮构件的齿数。
主轴38可沿第二侧面26的宽度以方向H在与滑动件44相连的路径42上活动。主轴38沿方向H的活动是由电动机46通过直接连接的滚珠丝杠而提供的。较佳地，小齿轮构件48通过本技术领域中已知的适合的工件保持设备可释放地安装在主轴38上。由于滑动件44可通过路径50以V方向移动，因此，工件主轴38还可以沿第二侧面26的高度移动，而此种移动是由电动机52通过一直接连接的滚珠丝杠来提供的。方向G、H和V相互垂直。为了便于实践和说明，在图1中方向V是垂直的。
第一工件主轴28以方向G的移动、第二工件主轴38以方向H的移动、滑动件44以方向V的移动以及第一主轴和第二主轴的转动分别由独立的驱动电动机34、46、52、30和40提供的。上述组件可以相互独立运动，或者也可以相互同时运动。相应电动机中的每一个同一反馈装置相联，反馈装置例如是作为CNC系统的部件的线性或转动编码器(未图示)，它可以根据输入计算机控制器的指令控制驱动电动机的运行，其中的计算机控制器例如可为Fanuc 1601型。
用于保持研磨混合剂的容器一般可放置在与第二侧面26相邻的工作腔室区域的下面，其轮廓由标号54表示。以这种方式，容器可以保持在外部金属板壳体内，由此使机器的占地大小最小化。同样地，柱状物22的挖去区域56可以包括在柱状物远离主轴的一个区域处，该区域56可用于放置任何必须的电气变压器。以这种结构，这些电气组件也可以保留在外部金属板壳体内，但又能与主轴隔得足够远，这样电气组件辐射出的热量不会对主轴的精度或其它公差敏感元件产生负面影响。
以直接驱动的主轴28和38，而不采用远程驱动的电动机、传动带以及皮带轮，这可以大大减少并简化驱动系统的动力。
然而，即使采用了直接驱动的主轴，当齿轮组一起滚动时所产生的齿对齿的动态力会受到惯量、弹簧刚度以及两主轴的阻尼特性很大影响。这三种特性同摩擦以及其它偶然因素一起联合产生了主轴的总的动态响应。
研磨和测试的一个目标是控制转动构件之间的力(扭矩)。为了能控制力，柔度(compliance)常常是有益的。柔度是与刚度的倒数，它确定了位置和力之间的关系。例如，在一种很柔性的系统中，对力的作用微乎其微，而位置可以变化很大，但在一种极不柔性的系统中，位置很小的变化就会导致力产生很大的变化。
本发明采用柔度作为控制力的方法。较佳的，柔度可以以位于一个或两个主轴上的转动感应件来实现。更佳地，柔度可以在齿轮主轴(例如图1或图2中标号28所指出的)上实现。
图3示出了根据本发明的一主轴60。该主轴60包括两个部分，一后主轴62以及一前主轴64，每个主轴均围绕同一轴线As转动。需理解的是，术语“后”和“前”是选择用来描述主轴60组件的相对定位关系的关系术语，而并不表明主轴60任何特定的方向。主轴60可以被以任何位置定向，而并不仅限于如图3所示的基本水平的位置。
后主轴62结合有一直接驱动电动机(未图示)，需被研磨的齿轮被夹持在工件保持设备(未图示)中，而工件保持设备螺栓连接于前主轴64上。前主轴64在轴承66上相对于后主轴62转动。后主轴62和前主轴64通过一个或多个弹簧元件68(图中仅示出一个)连接在一起，较佳地可使用三个弹簧元件。或者，在后主轴62和前主轴64之间可以设置一阻尼元件70。后主轴62保持固定，而前主轴64以及一工件可以自由转动(在弹簧元件的实际范围之内)，如果前主轴64相对后主轴62转动，前主轴将会受到安装在主轴60中的弹簧元件68以及任何阻尼元件70的有形力的作用。弹簧元件68可提供的力与转动位移相对并且为关于转动位移的一函数。
图4和图5分别为弹簧元件68和定位螺杆80的放大视图。弹簧元件68为一悬臂式元件，它包括一第一端部72，该端部可定位在后主轴62内；一梁部分69；一基本圆筒形的第二端部74，该端部具有一开孔76，最好是带有螺纹的，它可用于连接定位螺杆80。虽然图中示出较佳形式为球形，但第一端部或尖端72也可以为任何适于插入后主轴62中的形状。后主轴62可包括一个用于接纳球形的第一端部72的孔71。
定位螺丝80包括一第一端部82，该端部最好是带有螺纹的，它可通过螺纹插入至开孔76内而与弹簧元件68相连。定位螺杆80还包括一第二端部84，该端部具有螺纹以及一驱动插孔86。当弹簧元件68和定位螺杆80固定在一起时，该组装件可通过位于前主轴64前面的带有螺纹的开孔65(图3)插入。通过在驱动孔86内的扭转动作，组装件可以前进，以使第一端部72定位在后主轴62内，由此使弹簧元件68轴向固定在位，以阻止后主轴62和前主轴64之间的相对转动。或者，弹簧元件68和定位螺杆80也可以形成为一单个单元。
这样，弹簧元件68的第二端部74作为一个悬臂件与前主轴64固定(通过定位螺杆80)。球形尖端72最好被机加工成本身作为单一元件的弹簧68。尖端72的球形可紧密配合在后主轴62中的孔71内。在弹簧变形的过程中，当孔71内的弹簧尖端的角度和轴向距离改变时，尖端72仅球形部分与孔71接触。这实现了一种几乎不带摩擦和齿间隙的简支梁的加载。无论通过开孔65插入所得的转动位置如何，圆形截面梁69都同样可以使弹簧元件68起作用。
如弹簧设计技术领域中已知的那样，梁69的截面直径随着其长度变化，以使总的弹簧变形最大化，并且沿其长度产生均匀的弯曲应力。不同的弹簧刚度可以通过制造不同长度和/或截面的梁来实现。弹簧的变形可受到主轴上的止动装置机械地限制，这种止动装置较佳为机械硬止动件的形式，以防止弹簧元件的变形超过它的疲劳极限。
随着前主轴64转动的所有部件的惯量提供了一个力，该力与施加在前主轴上的加速度相反并呈线性关系。这样，相对于后主轴62的前主轴64的动力成为关于前主轴惯量(前主轴64、工件保持设备以及工件，即一齿轮)、弹簧元件和阻尼元件的一个函数。必须选择适合该惯量的弹簧和阻尼元件的量值来控制齿轮的动态响应。
后主轴62结合有一个直接驱动电动机(未图示)，该电动机是伺服控制的。通过输入到可提供适当电子阻尼和刚性的机器控制器内的伺服控制算法，可以控制后主轴62的动态。
较佳地，小齿轮主轴(主动主轴)也可以结合一伺服控制的直接驱动电动机。小齿轮被夹在与主轴螺栓固定的工件保持设备中。所有这些元件作为一个整体而一同转动。可以用一种伺服控制的算法来提供适当的电子阻尼和刚性。
与现有技术中的阻尼或测试机器相比，本发明的主轴60(通常为齿的心轴)未采用扭矩控制模式的主轴电动机，并且不采用任何可产生负载的机械制动器。取而代之的是，根据将在机构中运行的部件的齿数的比率，后主轴62的转动将以一种关于小齿轮主轴的转动而进行时间控制的关系锁定。因此，后主轴62的伺服控制的目标是控制后主轴62的位置，而不是施加于后主轴62的扭矩。
采用有形弹簧元件而不使用电子电动机扭矩控制的优点在于，控制这些简单装置的物理定律的应用不会带来数字量化噪音或计算机数字控制(CNC)频率限制。与任何真实的齿轮组相关的运动传输误差会对弹簧元件的变形造成少量的动态改变，并且如果采用阻尼器时，也会对阻尼器变形产生影响。由于这些变形可以由弹簧元件以及诸如阻尼器之类的任何其它的柔性元件吸收，因此同非柔性的主轴相比，运动传输误差对伺服控制过程产生的影响极小。
此外，这些机械元件的动态物理属性可以有利地用在研磨过程中。由于允许齿轮组运动传输误差动态地使弹簧变形，扭矩的名义值不确切地保持为一常数，但是在弹簧的实例中，扭矩可随着变形量加大而增加，随着其减少而递减。由于研磨凸点的力比凹点的力更大，这种效应可以被用来改善齿轮组的运动传输误差(例如齿轮的偏心率以及小齿轮的偏心率)。
正确的选择弹簧、阻尼器以及前主轴的惯量，可以将所需的响应传递至运动传输误差。根据二级系统的已知的动态分析，从将运动传动误差传输到齿轮的小齿轮的观点出发，齿轮可以主要作惯量、主要作为一弹簧、主要作为一阻尼器起作用，或者也可以主要作为任意一些或所有上述这些的结合而起作用。此外，作用类型是关于运动传输误差的频率内容的函数。
在这样一种二级系统中，如果激励频率(施加的运动传输误差)足够高，那么，前主轴和齿轮将像一惯量那样起作用。如果频率足够低，它将像一弹簧那样起作用。从低频的弹簧状属性向高频的惯量状属性的转变所采用的方式以及所采取的频率可以受到选择的弹簧、阻尼器以及惯量值的控制。
一般而言，由于力与施加的运动传输误差的相位差180度，因此，在研磨过程中应当避免周期性运动误差的惯量响应。一般而言，由于力与激励频率正好是同相的，因此，弹簧响应是良好的。换言之，如果响应是惯量的，高点以较小的力研磨，而低点以较大的力研磨。这就意味着，高点不会由于研磨而被去除，而实际中，它们将变得更加显著。另一方面，如果响应象一弹簧，高点将以较大的力被研磨，而低点以较小的力被研磨，这样研磨可以减少运动误差的大小。
由齿轮组运动而引起的力的变化叠加在所需的平均力能级的顶上。这样，通过控制后主轴62和前主轴64之间的物理柔性元件的位移，可以控制机器上齿轮构件之间的平均力。除了结合小齿轮主轴位置控制后主轴62的位置，或使后主轴的位置从属于小齿轮主轴位置，当零件啮合以相对于后主轴62来控制前主轴64的相对位移、速度和加速度时，会使后主轴64的产生附加的运动。通过了解特定弹簧和阻尼元件的动态响应，可以确定在齿轮组构件之间产生所需力的位移轨迹。
弹簧元件68可以提供一个与旋转位移相反的力，并且该力是关于旋转位移的一个函数。除了图中68所示的形式之外，弹簧元件还能以其它形式实现，例如位于转动构件之间的拉伸或压缩螺旋弹簧、直接扭转的圆柱体或套管或直接扭转的螺旋弹簧。或者，弹簧元件也可以设置在工件保持设备的轴中或主轴的其它附加零件中。弹簧元件68可提供直线性的弹簧刚度、较小的摩擦力和较小的滞后作用。无需拆开主轴60，该主轴60就可以改动主轴前面的弹簧元件68。因此，根据被研磨或测试的特定任务，可以选择较弱或较硬的弹簧元件。
任选的阻尼元件70可提供与前主轴64相对于后主轴62的速度相反的力，并且该力是关于该速度的一个函数。阻尼元件70可以为一种液压机构、流体剪切或弹性体元件的形式。其中弹性体元件的元件是较佳的。通过改变几何尺寸和材料，根据加工的需要可以改变阻尼度。
如上所述，在本发明的主轴中可以使用任意数量的弹簧元件68，其中三个是较佳的。每个弹簧元件最好可具有一个圆截面的梁69(长度约为4英寸(101.60毫米))，它平行于主轴设置并且等距地设置在直径为3.75英寸(95.25毫米)圆形上，这样前主轴64相对于后主轴62的转动使每个弹簧如一简支梁那样变形。弹簧元件可以由任何适合的弹簧材料制成，而如弹簧应用已知的，其中经过热处理的铬钒合金钢是较佳的。单个弹簧元件产生的位移弹簧刚度约为185磅/英寸(lbs./in)，而一主轴中的三个这样的弹簧元件一同产生的转动弹簧刚度约为25英寸-磅/度(in-lbs./deg)。
先前的一个目的在于，通过控制施加于一主轴的扭矩，通常为施加于齿轮构件的主轴的扭矩，可提供齿轮组构件之间的扭矩。这种施加的扭矩可以来自机械制动器、液压电动机、电子电动机控制器或其它方法。这些方法的目标在于，无论齿轮构件主轴(通过齿轮啮合)的位置和速度如何，通过小齿轮构件主轴可以保持所需的扭矩。
尽管，本发明的主轴也可以在上述已知的扭矩控制装置下进行工作，但它也可以在本发明的一种控制方法下工作，该方法的目的是控制齿轮构件主轴的位置，而不是施加于其上的扭矩。在这种方法中，通过诸如CNC控制器之类的装置，可以相对于小齿轮构件主轴的位置来控制齿轮构件主轴位置。也可以使一主轴从属于另一主轴工作，这可以通过一电子齿轮箱(EGB)来实现。另一选择是独立地但以指令协调的方式控制两主轴。
本发明方法的一个目的在于，根据安装的齿轮组构件的齿数比来保持齿轮和小齿轮主轴的位置。当小齿轮构件以某一速度转动时，通过CNC控制器可以(根据它们的齿数比)保持齿轮构件与小齿轮配合。这种位置关系可以被称为“联动位置”。此外，可以要求齿轮构件的主轴包括附加的转动组件，实际上，这些组件可以增进或减缓齿轮相对于小齿轮的转动。这些附加转动组件可以被称之为“卷绕命令”。
举例说明，如上所述设置的三个弹簧元件可以被用在美国专利No.6,120,355中在先描述的那种类型的研磨机的主轴中，该研磨机可用于研磨汽车的准双曲面齿轮组，而该齿轮组包括具有41个齿的小齿轮构件以及包括11个齿的齿轮构件。齿轮构件安装在本发明的主轴上。研磨扭矩选定为50英寸-磅。当齿轮和小齿轮啮合时，并且通过CNC伺服运动控制器使小齿轮主轴和后齿轮主轴锁定为11×41转动关系(基于41∶11的齿数比)，主轴加速至3000小齿轮RPM的研磨速度。弹簧梁不会变形，这样，施加在齿轮对构件之间的扭矩极小。接着，命令齿轮后主轴额外转动2度。由于齿轮的前主轴不能转动(实际地受到小齿轮啮合的限制)，由于弹簧元件转动2度，弹簧元件发生变形这种变形量可以达到所需的50英寸-磅的齿轮组扭矩。当V、H和G轴线进行少量研磨运动时，可命令齿轮构件主轴进行附加的补偿运动，以保持所需的弹簧变形。
小齿轮构件主轴和齿轮构件主轴均具有旋转编码器，以测定它们的位置。由于这些编码器不直接安装在齿轮和小齿轮构件上，因此，在这些编码器和它们相应的齿轮组构件之间存在一定的旋转机械柔性。柔性的一个来源是齿轮组齿的本身，这些齿在受到负载作用时是会弯曲的。因此，当卷绕运动受到啮合的齿轮组构件的支配时，如旋转编码器所测得的，仍然可能获得那些卷绕主轴的位置，但需要一些电动机扭矩来实行这种柔性。这样，在需被研磨或测试的齿轮组构件之间可感觉到该扭转的一部分。
这种柔性效应可以用来在研磨过程中实现所需的平均齿轮组扭矩。卷绕运动的大小可基于对该系统柔性性的了解。如果需要极小的卷绕运动，则可以利于齿轮组齿、轴杆，其它直列式设置的装置以及主轴本身的内在柔性。如果需要较大的卷绕运动，如本发明的主轴已证明的，可将附加柔性设计结合到一个或多个主轴中。
控制主轴位置而不是控制施加于主轴的扭矩的益处在于，这样可以控制平均齿轮力的量值，而不是控制瞬间的量值。实际上，当齿轮齿表面的高点和低点滚过啮合点时，瞬间力的量值就可以较高或较低。由于高点研磨施加的力比低点施加的力大，这将有助于使高点减小，因此这样的研磨过程的质量是上佳的。而原先的扭矩控制方法则无论高点或低点都保持相同的扭矩。
只要变形量是恒定的或变化很慢，任何其特征表现为一真实阻尼响应的阻尼元件都不会提供扭矩。
虽然，本发明是关于一研磨机进行论述与说明的，但本发明的主轴和控制方法也可以被包括在用于圆柱齿轮、斜齿轮以及准双曲面齿轮的测试机器中，以及被包括在诸如磨床、剃齿机或珩床等其它类型的精加工机器中。在测试机器中，齿轮对的一个构件的齿面(通常为齿轮构件)覆有涂色剂，而后这对构件在轻微的负载下一同运转。与配合的小齿轮构件的齿面接触的齿面区域上的涂色剂会被除去，从而一种接触形式或“印迹”会在齿轮的齿面上显露出来。这样，就可以估算接触形式的位置和长度。
尽管本发明还设想可使用具有非圆形截面的弹簧。例如，可以使用平面的或椭圆形的弹簧。然而，应予注意的是，当安装非圆形弹簧时，为了变形而又不受到损坏，弹簧必须以适当的方向设置。
本发明是参照较佳实施例描述的，但需理解的是，本发明并不仅限于这些特例。本发明还包括一些变化形式，在不脱离所附权利要求的精神和范围的前提下，这些变化形式是本发明所属的技术领域的熟练人员能够显而易见的。
权利要求
1.一种用于机床的主轴，所述主轴可围绕一轴线转动，该主轴包括一后主轴部分；一前主轴部分，所述后主轴部分和所述前主轴部分均可围绕所述轴线相互相对转动；一个或多个弹簧元件，所述弹簧元件在所述后主轴部分和所述前主轴部分之间延伸。
2.一种用于机床的主轴，所述主轴可围绕一轴线转动，该主轴包括一后主轴部分；一前主轴部分，所述后主轴部分和所述前主轴部分均可围绕所述轴线相互相对转动；一个或多个弹簧元件，所述弹簧元件在所述后主轴部分和所述前主轴部分之间延伸；藉此，所述前主轴部分和所述后主轴部分以预定量转动，而前主轴的转动限制在所述量，施加于所述后主轴部分的一附加转动使所述一个或多个弹簧元件变形，由此在所述前后主轴部分产生一扭矩。
3.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，该主轴包括三个弹簧元件。
4.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，该主轴至少包括一个阻尼元件。
5.如权利要求4所述的主轴，其特征在于，至少一个阻尼元件设置在所述前主轴部分和所述后主轴部分之间。
6.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述弹簧元件包括一圆形截面部分。
7.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述弹簧元件作为一悬臂梁与所述前主轴部分和所述后主轴之一固定。
8.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述弹簧元件具有沿其长度变化的直径。
9.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，至少所述前主轴部分和所述后主轴部分之一包括一个可限制弹簧元件变形的止动装置，由此使所述弹簧元件不超过其疲劳极限。
10.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述后主轴部分包括一直接驱动的电动机。
11.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述主轴设置在一齿轮研磨机上。
12.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述主轴设置在一齿轮测试机上。
13.如权利要求2所述的主轴，其特征在于，所述弹簧元件包括一第一端部和一第二端部，其中所述第一端部为球形。
14.如权利要求13所述的主轴，其特征在于，所述球形可插入所述前主轴部分和所述后主轴部分之一中形成的一孔内，并可以在该孔内活动。
15.一种在机床上的齿轮组的第一和第二构件之间形成一定量扭矩的方法，所述构件均具有相应的齿数，所述方法包括将所述第一构件安装在第一机床主轴上；将所述第二构件安装在第二机床主轴上；将所述第一和第二构件以啮合状态设置，由此将所述第一和第二主轴定位在相互转动位置中；根据齿轮构件所述相应的齿数比使所述第一和第二主轴以相应的速度转动；在基于所述齿数比的所述转动中，修改所述第一和第二主轴的至少其中之一的转动位置；由此，所述修改在所述第一和第二齿轮组构件之间产生一定量的扭矩。
16.一种在机床上的齿轮组的第一和第二构件之间形成一定量扭矩的方法，所述构件均具有相应的齿数，所述方法包括将所述第一构件安装在第一机床主轴上，所述第一机床心轴包括一后主轴部分；一前主轴部分，所述前主轴部分和所述后主轴部分均可相互相对地围绕一公共轴线转动；以及一个或多个弹簧元件，所述弹簧元件在所述前主轴部分和所述后主轴部分之间延伸；将所述第二构件安装在第二机床主轴上；将所述第一和第二构件以啮合状态设置，由此将所述第一和第二主轴定位在相互转动位置中；根据齿轮构件所述相应的齿数比使所述第一和第二主轴以相应的速度转动；在基于所述齿数比的所述转动中，修改后主轴部分相对前主轴部分的转动位置；由此，所述修改可实现所述一个或多个弹簧元件的变形，从而在所述第一和第二齿轮组构件之间产生一定量的扭矩。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一构件由一齿圈构成，而所述第二构件由一小齿轮构成。
全文摘要
本发明公开了一种机床用的主轴，该主轴包括一后主轴部分(62)和一前主轴部分(64)，后主轴部分和前主轴部分均可相互相对地围绕同一轴线转动。本发明的主轴包括一个或多个弹簧元件(68)，它们在后主轴部分和前主轴部分之间延伸，由此，前主轴部分和后主轴部可以预定量转动，并且前主轴部分的转动限制在该量上，施加于后主轴部分的一附加转动使弹簧变形，由此在前后主轴部分之间产生一扭矩。本发明还包括一种控制方法，该方法的目的在于控制一个主轴的位置，该主轴通常为齿轮构件主轴，而不是控制施加在主轴上的扭矩。以这种方法，通过如计算机数控设备(CNC)，齿轮构件主轴的位置可相对于小齿轮构件主轴位置而受到控制。当小齿轮构件以某一速度转动时，通过CNC控制器可以(根据它们的齿数比)保持齿轮构件与小齿轮配合。可以要求齿轮构件主轴包括附加的转动组件，在实际中，这些组件可促进或减缓与小齿轮相对的齿轮转动。
文档编号B23F23/00GK1433348SQ00818817
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月5日 优先权日1999年12月17日
发明者W·D·麦格拉森, D·A·赖特, M·W·罗伯茨, A·J·诺尔塞利 申请人:格里森工场