专利名称：工具接纳结构和带工具接纳结构的测头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的工具接纳结构和带工具接纳 结构的测头。
背景技术：
例如用于高速机加工——如高速铣削——的机床一般具有一所谓的马达主轴，该 马达主轴具有一旋转的芯轴和一在其内安装有该芯轴的轴壳。在高速机加工的极高芯轴转 速下，芯轴和轴壳变热。因此，固定的主轴轴壳具有冷却系统。但是，热量并不能完全通过冷却系统散出。因此，热量被输入到夹紧在工具主轴中 的工具接纳结构上以及固定在该工具接纳结构中的工具上。在更换工具接纳结构时，使该 工具接纳结构以及设置在其中的工具——例如一测头——处于环境温度。“热的”主轴使工具接纳结构和已安装的工具变热。这种热输入的结果是工具接 纳结构和工具变长。如果没有检测这种尺寸变化，则其会在例如测量的工艺步骤中对其精 度产生不利影响。例如直接通过温度传感器确定主轴的纵向膨胀而将主轴的纵向膨胀考虑在内。
发明内容
本发明的目的在于，降低主轴对工具接纳结构的热影响。所述目的通过权利要求1和7的特征来实现。在从属权利要求中给出本发明的较有利的、合理的扩展方案。首先，本发明基于一种用于将测头安装到机床上的工具接纳结构，该工具接纳结 构具有连接到机床的连接部/接口。从用于主轴的连接部观察，该工具接纳结构包括一材 料部段(Materialabschnitt)，该材料部段与工具接纳结构的通常基础材料的不同之处在 于具有较小的纵向膨胀系数a和/或较小的导热系数、。本发明的重要方面在于，材料部 段在工具接纳结构的工具侧部段以及接纳于其中的工具与工具主轴之间形成热退耦，以减 小由于来自相对较热的工具主轴的热输入所引起的长度变化。通过这种实施方式可实现，向工具接纳结构的不希望的较大热输入完全不会出 现，或热膨胀一特别是变长一保持得相对较小。因此，能使由热膨胀引起的尺寸变化减 小到机加工目的仍能容忍的程度。例如通过对材料部段的位置定位、尺寸设计和材料选择， 在安装工具接纳结构后、马达主轴处于通常的温度条件下，使工具接纳结构从连接部到工 具的热膨胀降低到< 2 u m的值。在极端情况下，材料部段包括整个工具接纳结构，例如直到测头。也就是说，在这 种实施方式中，工具接纳结构完全由具有较小的纵向膨胀系数和/或较小的导热系数的材 料制成。在本发明的一种优选实施方式中，材料部段具有<5i!m/mK的纵向膨胀系数a和 /或< llW/mK的导热系数用于工具接纳结构的常规类型的钢通常具有在12 ym/mK到16 μ m/mK之间的纵向膨胀系数。因此，通过根据本发明的材料部段，可在同样的热输入 下实现较小的膨胀。此外，可明显延缓向材料部段之后的区域中——例如向测头中——和 向材料部段中的热输入。因此，例如一测头可以在一预定的时间段内在带一可容忍的变长 (LSngung)的情况下进行测量任务，从而具有高测量精度。在本发明的一种优选实施方式中，材料部段将工具接纳结构分开。但是，为了避免 向例如测头中的干扰性的热输入，使材料部段不必在工具接纳结构的整个截面上延伸、而 仅在部分区域中延伸便可足够。但是，优选地，在至少一个横向于工具接纳结构轴线穿过 工具接纳结构的连续截面中，所述材料部段在沿轴线方向投影的投影截面的超过50%上延 伸。 工具接纳结构变长的一个重要参量是，材料部段位于哪个位置。如果从连接部观 察该材料部段相对较远地布置在工具接纳结构中，则从连接部到材料部段位于材料部段之 前的材料可能在热输入下不希望地膨胀。因此，本发明还提出，材料部段与连接部的同主轴 接触的接触面相距这样的距离，使得工具接纳结构的基础材料保持一厚度，该厚度仍足以 使工具接纳结构特别是在与主轴相接触的位置处提供必要的固有稳定性。例如，从一与工 具主轴的主轴突起相距距离A的位置起，工具接纳结构都由具有较小的纵向膨胀系数和/ 或较小的导热系数的材料制成。为了实现更有效的退耦，可将工具接纳结构所谓的“挖空”并填充以具有较小的纵 向膨胀系数和/或较小的导热系数的材料，在下文中称为退耦材料，其中，退耦材料在横截 面中向工具接纳结构的边缘区域延伸，使得仅壁区域仍然保持一足以使工具接纳结构具有 必要的稳定性的预定厚度。例如，至少在横截面上保持< IOmm的壁厚度用于退耦材料。更 优选8mm、5mm或甚至3mm。在轴向方向上，退耦材料可在较大的区域上延伸，例如在10mm、 20mm,30mm或更多毫米的长度上延伸。必要时，退耦材料达到测头。为了实现所希望的较小的热膨胀，本发明还提出，材料部段设计成，在被截切的材 料中，从主轴突起的前表面所在平面到所述材料部段的最短距离不大于10mm。如果该距离 < 8mm，必要时< 5mm或更优选< 3mm，则效果更佳。
本发明的一个实施例在附图中示出并将在下文中在介绍其它优点和特征时详细 说明。图1以示意性剖面图示出一带测头的工具接纳结构，该工具接纳结构安装在局部示 出的主轴接纳部中。
具体实施例方式在附图中示出一主轴1，在该主轴1中安装有一带连接部5的工具接纳结构2，在 该工具接纳结构上设有一测头3。测头3例如具有一带球状端部3b——例如红宝石球—— 的探针3a，以精确地感应工件。探针3a优选以能机械偏转、精度高并且位置可复现的方式 支承在测头3中。在测头3与主轴1上的主轴突起4之间引入一材料部段6，该材料部段6的导热 系数λ和/或热膨胀系数α小于工具接纳结构2的通常材料。在本实施例中，主轴突起 4同时形成一与平面支承部5a(相接触)的接触面。材料部段6与主轴突起4相距一距离A并在整个横截面上延伸一长度1。距离A应设定成当主轴在通常的温度条件下时，由于 向厚度A的材料中的热输入引起的热膨胀不大于2 μ m。材料部段6优选具有< 5 μ m/mK° 的热膨胀系数，更优选<2ym/mK°的热膨胀系数。导热系数优选< llW/mK°。由此，可将从主轴1到工具接纳结构的热输入以及由这种不可阻止的热输入引起 的尺寸变化抑制到这种程度最终使工具接纳结构的从主轴突起开始的尺寸变化仍在一可 容忍的量级内。因此，当通过工具接纳结构2将测头3安装在主轴1中时，能利用测头3实 施希望精度的测量。
附图标记列表1 主轴2工具接纳结构3 测头4主轴突起5连接部5a接触面6材料部段
权利要求
一种用于将工具、特别是测头(3)安装到机床上的工具接纳结构(2)，该工具接纳结构具有连接到机床的主轴(1)的连接部(5)，其中，从用于主轴(1)的连接部(5)观察，该工具接纳结构(2)包括一材料部段(6)，该材料部段与工具接纳结构(2)的通常基础材料的不同之处在于具有较小的纵向膨胀系数α和/或较小的导热系数λ，其特征在于，材料部段(6)在工具接纳结构(2)的工具侧部段以及接纳于其中的工具(3)与工具主轴(1)之间形成热退耦，以减小由于来自相对较热的工具主轴的热输入所引起的长度变化。
2.根据权利要求1所述的工具接纳结构，其特征在于，所述材料部段(6)具有<5μπι/ mK的纵向膨胀系数α和/或< llW/mK的导热系数λ。
3.根据上述权利要求中任一项所述的工具接纳结构，其特征在于，在至少一个横向于 工具接纳结构轴线穿过工具接纳结构的连续截面中，所述材料部段(6)在沿轴线方向投影 的投影截面的超过50 %上延伸。
4.根据上述权利要求中任一项所述的工具接纳结构，其特征在于，所述材料部段(6) 在工具接纳结构的一预定轴向长度1上延伸，特别是将工具接纳结构分开。
5.根据上述权利要求中任一项所述的工具接纳结构，其特征在于，材料部段(6)与连 接部(5)的同主轴(1)接触的接触面(5a)或与工具接纳结构的表面相距这样的距离，使得 工具接纳结构的基础材料保持一仍足以使工具接纳结构(2)提供必要的固有稳定性的厚 度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的工具接纳结构，其特征在于，材料部段(6)设计 成，在被截切的材料中，从主轴突起的前表面所在平面到所述材料部段(6)的最短距离不 大于IOmm0
7.一种带有根据上述权利要求中任一项所述的工具接纳结构的测头。
全文摘要
本发明涉及一种特别是用于测头(3)的工具接纳结构(2)，该工具接纳结构具有连接到机床的主轴(1)的连接部(5)。从用于主轴(1)的连接部(5)观察，该工具接纳结构(2)包括一材料部段(6)，该材料部段与工具接纳结构(2)的通常基础材料的不同之处在于具有较小的纵向膨胀系数α和/或较小的导热系数λ。根据本发明，材料部段(6)在工具接纳结构(2)的工具侧部段以及接纳于其中的工具(3)与工具主轴(1)之间形成热退耦，以减小由于来自相对较热的工具主轴的热输入所引起的长度变化。
文档编号B23Q3/12GK101842180SQ200880106567
公开日2010年9月22日 申请日期2008年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者沃尔夫冈·毛德莱纳尔, 维尔弗里德·法伊尔 申请人:M&H因普罗瑟斯测量技术有限公司