机床和机床单元的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种电机驱动的机床单元，例如多轴线转动头（mehrachsendrehkopf）、电主轴（motorspindel）、旋转台等。

背景技术：

现有技术

在诸如主轴（特别是电主轴）、旋转台或多轴线转动头等的电机驱动的机床单元中，关于如何借助于转子单元的转子轴将转子单元安装在定子单元中或定子单元上，原理上存在两种不同的轴承布置。然而，取决于实施例，轴承布置的细节可以有些许变化。

在第一轴承原理中，一个或两个径向推力球轴承通常相应地既布置在转子轴的前部上还布置在转子轴的后部上。例如采用所谓的o形或x形布置来进行布置的径向推力球轴承吸收径向力和轴向压力。后轴承吸收径向力和轴向拉力。

第二种可能性或者第二种轴承布置被称为“固定/浮动轴承组合”。在这种情况下，轴承通常被设计成使得：前轴承位或轴承单元采用固定轴承的形式并且沿两个方向吸收径向力和轴向力。后轴承位或轴承单元在这种情况下被构造为浮动轴承并且仅吸收径向力。这种“固定/浮动轴承组合”是一种来源于工程机械的、在结构上非常清晰的、力分配布置。

例如，在机床主轴中，在（单个）滚动轴承或圆柱滚子轴承的帮助下，在主轴的后部区域中或者在转子轴与工具座或工件座相对的端部处，所谓的浮动轴承经常得以实现。这种圆柱滚子轴承通常由内圈、带有集成的滚子或滚动元件的保持架、以及外圈组成。滚子保持架要么经由内圈要么经由外圈被导向和保持。

在实践中已经使用了几十年的这种布置还暗示着后轴承不能够吸收轴向力，这导致无论轴或转子单元的膨胀运动是否因外力、或热膨胀、或温度影响而产生，轴或转子单元的大部分膨胀运动都仅作用在后部区域中。这进而导致，例如在电主轴中，在已安装的电机轴的后部区域中有时产生零点几毫米、或者高达约一毫米的轴向运动。然而，这种在机床区域中/对机床区域而言非常大的长度改变或运动通常不会在此刻具有任何破坏性影响。

这种机床单元中的前述固定/浮动轴承组合的极大优势在于，配合在靠近工具座处（例如靠近主轴处）的固定轴承将主轴在前部区域中的轴向运动降低到最小。这进而导致，工具仅受到非常小的轴向位移的影响。这特别是在现代机床工业中或者在现代高性能电主轴等中具有巨大优势，因为现今对相应的机床（例如数控机床（cncmachine）等）提出了非常高的精度要求。此处，不仅仅是维持百分之一毫米的精度，而是必须务必维持千分之一毫米的精度。

此外，近年来需要满足对加工的日益提高的要求，以及特别是对诸如横向进给和角速度的参数的日益提高的要求。因此，与此同时，一些工具也已经投入使用，其中，在加工期间，实际的厚度或尺寸精度借助于相应的传感器来确定，并且一些工具被用于控制机床或调节机床。例如，超声波传感器已经投入使用，其被布置在转子轴上或者被布置在（旋转）工具中/（旋转）工具上。出于该目的，近年来，越来越多地使用电子旋转接头或能量传输系统，它们将电能从机床单元的静止部件或从机床单元的定子传输到机床单元的旋转部件或转子。

例如，这使用传输线圈来实现，传输线圈大体上由两个有效地连接的线圈（具有铁氧体磁芯）组成，并且在这两个线圈之间存在非可调节的或确定的间隙。间隙的尺寸精度非常重要，以便不损害能量传输和/或信号传输。因此，这些传输线圈迄今已经被布置在工件的或前固定轴承的前部区域中，因为迄今只有此处能够确保间隙的尺寸精度。

然而，缺点在于，在工具的前部区域中存在如下风险：由于灰尘、切屑、冷却润滑剂等，会对能量传输单元并且特别是间隙以及因此尤其是信号传输产生损害或污染。因此，会导致在工具的控制上出现错误，并且因此会导致加工误差。

因而，传输单元还占据安装空间，这在工具加工区域中是非常具有干扰性的，并且另外地，此处还存在主轴与工件发生碰撞的风险。

技术实现要素：

本发明的目的和优点

针对这种背景，本发明的目的是提出一种机床，或者一种电机驱动的机床单元，其更好地符合对现代机床或机床单元日益提高的要求。

从介绍中提到的类型的机床单元出发，该目的通过权利要求1的特征来实现。借助于从属权利要求中提到的措施，本发明的有利实施例和改进是可能的。

因此，根据本发明的机床单元的特征在于电能传输单元，特别是两个有效地连接的线圈，每个线圈具有有利的铁氧体磁芯，电能传输单元被布置或被至少部分地固定在与工具和/或工件座相对的区域中，特别是在后端部区域中，并且/或者被布置或被至少部分地固定在第二轴承单元上或浮动轴承上。

因而，根据本发明，实现了对于在机床单元中数十年来被证明是成功的先前得到实施的原理的推翻。这意味着，本发明不仅偏离诸如电主轴等的机床单元中的先前的固定/浮动轴承原理而且甚至与其相矛盾。这是因为线圈之间的间隙必须尽可能恒定，或者是不可调节的/确定的，以便尽可能不产生任何错误或损害。迄今所必要的是避免如下布置：机床单元的后部区域中的线圈之间的间隙具有与温度相关的高达约1mm的相对大的长度上的增大。

特别是转子单元的或转子轴的轴向长度改变或膨胀大体上基于系统中的热改变或热损失。然而，转子单元的相关轴向改变或膨胀会相对慢地起作用。

此外，能量传输单元在机床单元的后部区域中或在远离加工/工具/工件的区域的侧部上，则能量传输单元的相对随意定位和（大）尺度（dimensionierung）可得以实现。在这个区域中，根据本发明的能量传输单元既不干扰加工，也不存在如下的任何风险：与待加工工件发生碰撞或对待加工工件造成损伤等。

优选地，第二轴承单元采用浮动轴承的形式，例如采用球轴承的形式，或者采用两个呈o形或x形布置的径向推力球轴承的形式。这意味着，第二轴承单元或浮动轴承仅可吸收径向力而不可吸收轴向力。

有利地，提供一元件，该元件特别是导向元件和/或导向套筒，该元件稳固地连接到第二轴承单元，特别是稳固地连接到后轴承的或浮动轴承的外圈，并且该元件传输轴向位置改变或长度改变，和/或能够特别地相对于定子单元的静止部件轴向地位移或者相对于彼此位移。

优选地，提供弹簧元件，使用该弹簧元件，特别是导向元件和/或导向套筒的元件被有利地固定在适当位置中。

有利地，提供至少一个再调节单元，以便轴向地调节至少电能传输单元的线圈中的一个和/或导向元件。在有利的再调节单元的帮助下，与温度相关的长度改变，特别是转子轴的与温度相关的长度改变可被补偿，因为两个有效地连接的线圈之间的间距或间隙能够被补偿或能够保持恒定。这确保了有利的信号传输或质量保证，并因此确保了改进的操作。

例如，再调节单元可被实现为主动再调节单元，其中，例如，在用于感测长度改变的感测单元的帮助下，特别是在用于感测转子轴等的与温度相关的长度改变的感测单元的帮助下，致动器可被控制，致动器因此（轴向地）（再）调节第二线圈，第二线圈有效地连接到第一静止线圈。采用这种方式，实现了使两个有效地连接的线圈之间的（沿旋转轴线的方向定向的）（轴向）间距或间隙高精度地保持恒定。

优选地，再调节单元包括至少一个弹簧元件。采用这种方式，有利地使得用于再调节两个有效地连接的线圈之间的间隙或间距或者使该间隙或间距保持恒定的结构支出以及控制技术上的支出得以降低或最小化。这导致经济上有利的操作，并且同时导致有利的信号传输或操作。

附图说明

在附图中图示了本发明的示例性实施例，并且在下文中参考附图更加详细地解释了本发明的示例性实施例。

具体地：

图1示出了示意性截面，该截面贯穿根据本发明的第一电主轴的后部区域，第一电主轴具有浮动轴承单元和第一电能传输单元，以及

图2示出了示意性截面，该截面贯穿根据本发明的第二电主轴的后部区域，第二电主轴具有浮动轴承单元和第二电能传输单元。

具体实施方式

附图示意性地图示出本发明的两个相似实施例，其中，转子轴8在电主轴的远离工具/工件（未更详细地图示）的区域18中具有后轴承19，该区域18是所谓的“后部区域”18。轴承19采用浮动轴承19的形式，并且经由导向环11连接到电主轴的定子单元16。

第一线圈13，特别是铁氧体磁芯线圈13，被布置/固定在导向环/元件11上，第一线圈13，特别是铁氧体磁芯线圈13，被有效地连接到第二线圈14或者铁氧体磁芯线圈14。第二铁氧体磁芯线圈14被布置/固定在转子轴8上。

在电主轴2的操作期间，即，当电机轴8正旋转时，尤其是电机轴8升温，并因此电机轴8发生长度改变l。这种沿旋转轴线d的方向的长度改变l会改变或增大两个电机线圈13、14之间的轴向间隙20，然而这将会不利于电信号从一个线圈13、14传输到另一个线圈13、14。然而，根据本发明，借助于导向环11和弹簧21实现“静止”线圈13的轴向调节。优选地，若干弹簧21以沿周向方向尽可能均匀地分布的方式来布置。

在转子轴8沿着旋转轴线d发生特别是与温度相关的膨胀时，轴承单元19的内圈相应地沿纵向方向l被调节，这有利地导致经由滚动元件或球以及还有滚动轴承19的外圈和导向环来轴向地调节非旋转或“静止”线圈13。借助于一个弹簧21或多个弹簧21，尤其产生了有利的回复力，或者产生了使导向环11在滚动轴承19的外圈上的压力。

此外，提供有利的旋转编码器22，旋转编码器22有效地连接到定子单元16，或者有效地连接到非旋转或“静止”线圈13，或者有效地连接到导向环11。包括转子单元15的齿结构23允许对转子轴8的沿周向方向的位置的有利感测。

例如，在发生约20°c到200°c的温度改变时，产生约1mm的长度改变l。这将会给两个线圈13、14之间的信号传输带来负面影响，然而，根据本发明该负面影响被有利地抑制。这是因为根据本发明防止了待传输的电信号由于电机轴8的长度改变l而发生不利改变。

通常，根据本发明，各种不同的参数或者过程参数等被旋转侧或被旋转单元15监测/传送。因此，例如，本发明可被用于如下参数：物质的量、磁、电磁辐射、支承（lagerung）、声学、温度、振荡、间距、力、振动、碰撞和感应和/或类似参数。

在静止侧上，或者在定子单元上，可有利地实现过程分析或评价/控制/调整/过程控制，其中，尤其可使用数字滤波器、模拟滤波器、所谓的“b盒（b-box）”还有锁相环（phasenregelschleife）和/或类似物。

附图标记列表

2电主轴

3线圈缆线

4旋转编码器缆线

5铁氧体磁芯

6铁氧体磁芯

7滚动元件

8电机轴

10能量传输单元

11导向元件

13线圈

14线圈

15转子单元

16定子单元

18端部区域

19轴承

20间隙

21弹簧

22旋转编码器

23齿

l长度改变

d旋转轴线

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电机驱动的机床单元（2），例如多轴线转动头、电主轴（2）、旋转台等，所述机床单元（2）具有定子单元（16）和转子单元（15），所述转子单元（15）具有能够绕旋转轴线旋转的至少一个转子轴（8），其中，所述转子单元（15）包括至少一个第一轴承单元并且还包括第二轴承单元（19），以便将所述转子轴（8）安装在所述定子单元（16）中，所述第一轴承单元被布置在工具座和/或工件座的端部区域中，所述第二轴承单元（19）被布置在相对的端部区域（18）中，其中，至少一个电能传输单元被提供，以便在所述定子单元（16）和所述转子单元（15）之间传输电能，其中，所述电能传输单元（10）具有至少两个有效地连接的线圈（13、19），其特征在于，所述电能传输单元（10）被布置在与所述工具座和/或工件座相对的端部区域（18）中并且被布置在所述第二轴承单元（19）上，其特征在于，沿旋转轴线（d）的方向定向的轴向间距（20）或间隙（20）被提供在两个有效地连接的线圈（13、14）之间，并且其特征在于，至少一个再调节单元（21）被提供，以便轴向地调节所述电能传输单元（10）的所述线圈（13、14）中的至少一个。

2.如权利要求1所述的机床单元，其特征在于，为了导向所述第二轴承单元（19），至少一个导向元件（11）被布置在所述第二轴承单元（19）上。

3.如前述权利要求中的任一项所述的机床单元，其特征在于，所述电能传输单元（10）的至少一部分和/或所述电能传输单元（10）的线圈（13）中的至少一个被布置在所述导向元件（11）和/或所述第二轴承单元（19）上，并且/或者被固定到所述导向元件（11）和/或所述第二轴承单元（19）。

4.如前述权利要求所述的机床单元，其特征在于，至少一个再调节单元（21）被提供，以便轴向地调节至少所述导向元件（11）。

5.如前述权利要求所述的机床单元，其特征在于，所述再调节单元（21）包括至少一个弹簧元件（21）。

6.如前述权利要求中的任一项所述的机床单元，其特征在于，所述电能传输单元（10）至少部分地包括旋转编码器装置（22），以便感测所述转子轴单元（15）的旋转位置。

7.如前述权利要求中的任一项所述的机床单元，其特征在于，所述电能传输单元（10）具有用于所述旋转编码器装置（22）的至少一个检测结构。

8.如前述权利要求中的任一项所述的机床单元，其特征在于，所述电能传输单元（10）的检测结构有效地连接到所述旋转编码器装置（22）的传感器。

9.一种机床，所述机床具有如前述权利要求中的任一项所述的机床单元（2）。