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首页 / 专利分类库 / 一般机械振动的发生或传递 / 带有压电致动器的主轴

带有压电致动器主轴

申请号 CN202080043786.9 申请日 2020-04-17 公开(公告)号 CN114040829B 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 米蒂斯公司; 发明人 西尔万·拉波特;
摘要 用于在非超声轴向振动辅助下进行加工的 主轴 (10),包括:‑刀架轴(12),和‑激励部分,用于使该轴经受非超声轴向振动、尤其是在其旋转期间,该激励部分包括:o包括至少一个 压电 致动器 (24)的第一激励级,和o包括至少一个 压电致动器 (22)的第二激励级,该第二激励级与第一激励级具有非零轴向重叠,两级的致动器被布置成使其效果相加。
权利要求

1.一种用于在非超声轴向振动辅助下进行加工的主轴(10),包括:
刀架轴(12),和
激励器部件,用于使所述刀架轴经受非超声轴向振动,该激励器部件包括:
第一激励器级,所述第一激励器级包括至少一个压电致动器
第二激励器级,所述第二激励器级包括至少一个压电致动器,所述第二激励器级与所述第一激励器级具有非零轴向重叠,两级的压电致动器布置成将其效果加在一起。
2.如权利要求1所述的主轴,包括:
主体(19),
相对于所述主体至少部分地轴向移动的前轴承(15),
相对于所述主体至少部分地轴向移动的后轴承(16),
相对于所述主体轴向移动的刀架轴(12),所述前轴承和所述后轴承的至少部分轴向位移伴随所述刀架轴的轴向位移,
静态的所述第一激励器级,所述第一激励器级作用在中间连杆构件和所述主体之间,静态的所述第二激励器级,所述第二激励器级作用在所述前轴承和所述后轴承中的一者和所述中间连杆构件(18)之间。
3.如权利要求1所述的主轴,其中,一级的压电致动器与另一级的压电致动器以度等分布的方式围绕所述主轴的纵向轴线(X)交替。
4.如权利要求1所述的主轴,包括轴向预加载系统(30),用于在与由所述压电致动器的激励引起的轴向位移反向的轴向位移中对所述刀架轴施加应
5.如权利要求4所述的主轴,其中,所述轴向预加载系统通过压缩工作。
6.如权利要求2所述的主轴,其中,所述中间连杆构件(18)包括凹槽,所述凹槽朝向所述主轴的一个轴向端部和朝向所述主轴的相对的另一轴向端部交替地开口,所述压电致动器容纳在这些凹槽中。
7.如权利要求2所述的主轴,其中,所述前轴承和所述后轴承中的至少一者包括由柔性支承件保持的滚动轴承,所述柔性支承件能够在所述压电致动器产生的力的作用下弯曲,以允许所述刀架轴的轴向位移,同时保持所述滚动轴承的径向位置相对于所述主体不变。
8.如权利要求7所述的主轴,其中,所述柔性支承件具有层状结构,其中,各层板相对于所述刀架轴的旋转轴线横向地定向。
9.如权利要求7所述的主轴,其中,每个支承件一方面在固定点处固定到所述主体上,另一方面在围绕所述刀架轴的旋转轴线从所述固定点成角度地偏移的位置处固定到滚动轴承壳体。
10.如权利要求7所述的主轴,其中,每个轴承包括设置在一个或多个滚动轴承的任一侧上的两个柔性支承件。
11.如权利要求1所述的主轴,其中,每级的压电致动器包括2个至4个压电致动器。
12.如权利要求1所述的主轴,其中,每个压电致动器在其轴向端部的至少一者处经由柔性传动部件传递其推力,所述压电致动器支撑在该柔性传动部件上。
13.如权利要求1所述的主轴,其中,所述压电致动器通过压缩空气的循环被冷却。
14.如权利要求2所述的主轴,包括围绕所述压电致动器的形成间隔件的套筒(130),所述前轴承(15)轴向地抵靠在该套筒上。
15.如权利要求14所述的主轴,其中,所述套筒(130)在其径向外表面上具有纵向凹部(133),所述压电致动器的电源电缆和/或连接到传感器的电源电缆接合在所述纵向凹部中。
16.如权利要求1所述的主轴,包括用于作用在刀架的夹持部上的释放系统,该释放系统设置在电机和所述压电致动器之间。
17.如权利要求16所述的主轴,其中,所述释放系统是气动的并且包括几个连续的压力室(151、152、153)。
18.如权利要求1所述的主轴,所述激励器部件配置成使所述刀架轴在其旋转过程中经受非超声轴向振动。
19.一种钻孔或成型加工方法,其中,使用如权利要求1至18中任一项所述的主轴(10)来驱动刀具旋转,并且其中,通过周期性地激励所述压电致动器,所述刀具在其旋转的同时经受非超声轴向振动。
20.如权利要求19所述的方法,其中,同时激励两级的压电致动器。
21.如权利要求20所述的方法,其中,仅激励单级的压电致动器。
22.如权利要求19所述的方法,其中,所述主轴安装在数控机床或操纵装置上。
23.如权利要求19所述的方法,其中,所述轴向振动的频率为0Hz至350Hz。
24.如权利要求19所述的方法,其中,所述主轴在钻孔或成型加工期间轴向位移,所述主轴每转的进给量和轴向振动的峰间振幅具有相同的数量级。

说明书全文

带有压电致动器主轴

技术领域

[0001] 本发明涉及用于机床或机器人的主轴。

背景技术

[0002] 机床、特别是数控机床包括移动支承件,尤其在三个方向上移动的移动支承件,其保持电主轴,该电主轴是配备有电机和刀架的主轴,以驱动刀架围绕其轴线旋转。
[0003] 已经提出让旋转驱动的刀具经受超声振动(“超声加工”或UM)以提高刀具的效并允许对硬质材料(例如玻璃)钻孔。超声振动可以在切削过程中产生剪切,但对切屑的厚度和排出没有显著影响。
[0004] 申请US 2011/0222975描述了一种UM模,其包括布置成接收刀具的换能器。该换能器由旋转电触点供电。
[0005] 专利US 3561462描述了UM主轴的另一示例,其包括以约16kHz至20kHz的频率运行的超声激励器,也需要旋转触点。
[0006] 专利US 8240396公开了另一种包含旋转压电元件的UM主轴,其激励频率范围为17kHz至60kHz。
[0007] 此外,已知的惯例是在主轴中使用压电致动器以产生可变的预加载,以补偿在滚动轴承运行中出现的机械应力,这是由于运行中温度升高引起的膨胀导致的。
[0008] 因此,专利US 6422757和申请EP 1004783公开了为此目的配备有压电致动器的主轴。申请EP 1004783教导了将压电致动器与气缸结合使用以增加预加载的轴向补偿行程。
[0009] 此外,已知的惯例是在钻孔操作期间使刀具经受轴向振动,其频率与旋转频率相关。这些轴向振动的频率远低于在超声加工UM的情况下的频率,主要目的是使刀具在其旋转过程中产生的切屑碎裂。
[0010] 通常,根据旋转速度,这些轴向振动的频率为5Hz至500Hz。
[0011] 在申请WO 2017/087377 A1中已经提出使用压电致动器产生这些振动。然而,该申请在其实施方面是简要的。
[0012] US2016/0129505描述了一种系统,该系统允许根据刀具的旋转自动产生刀具的进给,该系统配备有可以是压电的机电致动器,以在进给运动上叠加轴向振动。该申请没有公开压电致动器的实际实施。
[0013] 现在,使用压电元件来可靠地产生轴向振动并修改刀具的瞬时轨迹以使切屑碎裂带来了许多问题,这些问题必须以与主轴的工业用途兼容的方式解决。
[0014] 首先,压电元件比较脆,需要在负载下工作;因此,有必要提供合适的加载系统。
[0015] 然后,压电元件在电激励时的伸长率相对较低(大约为1/1000),而获得切屑碎裂所需的轴向振动振幅是不可忽略的。因此有必要找到一种手段来获得所需的振幅。此外,很长的压电致动器在高轴向应变下有弯曲的险。
[0016] 此外,压电致动器在高频率下散失的热能是不可忽略的,必须释放。
[0017] 最后,压电元件的电力供应也提出困难,因为它需要随时间是可靠的并且不引起维护问题。
[0018] 独立于与使用压电致动器相关的问题,主轴需要保持足够紧凑以便能够在数控机床上使用,并且需要在尽可能广泛的转速范围内运行,优选高达15000rpm或18000rpm,以便能够处理最多数量的应用。
[0019] 现在,在排出切屑的情况下,轴向振动的频率与旋转频率相关并随之增加。然而,在高频率下,运动部件的惯性导致产生轴向振动所需的功率显著增加。
[0020] 因此,需要一种使用解决这些各种限制的压电元件可以产生轴向振动的主轴。

发明内容

[0021] 因此,本发明旨在使用压电元件在主轴(优选为电主轴)中产生非超声轴向振动,以提高加工性能并显著改善切屑的排出。
[0022] 发明概述
[0023] 本发明旨在解决该需求,并且根据本发明的第一方面,本发明的主题是一种用于执行由非超声轴向振动辅助的加工的主轴,包括:
[0024] –刀架轴,和
[0025] ‑激励器部件,用于使该轴经受非超声轴向振动、特别是在该轴旋转期间,该激励器部件包括:
[0026] a)第一激励器级,其包括至少一个压电致动器,
[0027] b)第二激励器级,其包括与第一激励器级具有非零轴向重叠的至少一个压电致动器,两级的致动器布置成将它们的效果加在一起。
[0028] 两级可以通过连杆构件联接,每级的致动器在一端抵靠在连杆构件上,使得一级的致动器的一端支撑在该连杆构件上,该连杆构件相对于另一级的致动器的端部固定,通过也支撑在该连杆构件上,使得第一级的致动器的伸长被添加到第二级的致动器的伸长。
[0029] 在本发明的优选实施方式中,主轴包括:
[0030] ‑主体,
[0031] ‑相对于主体至少部分地轴向移动的前轴承,
[0032] ‑相对于主体至少部分地轴向移动的后轴承,
[0033] ‑相对于主体轴向移动的刀架轴,轴承的至少部分轴向位移伴随刀架轴的轴向位移,
[0034] ‑第一激励器级,优选是静态的,作用在中间连杆构件和主体之间,[0035] ‑第二激励器级,优选是静态的,作用在轴承中的一者和中间连杆构件之间。
[0036] “静态”应理解为意思是相对于主体不旋转,与刀具相对于主体的旋转相反。因此,“静态”在此与“不旋转”同义。
[0037] “非超声”应理解为意思是轴向振动的频率远低于超声辅助加工(“超声加工”)的频率,因此远低于16kHz。在本发明中,轴向振动的作用是改变刀具的瞬时轨迹以使切屑碎裂。
[0038] “前轴承”表示最靠近刀具的轴承。“轴承”应理解为意思是确保刀架轴的可旋转引导功能的一个或多个部件。轴承因此可以包括滚动轴承和这些滚动轴承的支承件以相对于主轴的主体保持它们。
[0039] “非零轴向重叠”应理解为意思是压电致动器沿主轴的纵向轴线占据至少一段共同横坐标。
[0040] 两级的致动器在电激励时可以将它们的效果加在一起,因为一级的致动器的伸长可以加到另一级的致动器的伸长中。
[0041] 第二级的致动器可以轴向插入在轴承中的一者和中间连杆构件之间。第一级的致动器可以轴向地插入在中间连杆构件和主体之间。
[0042] 本发明允许特别巧妙和有效地解决由在主轴中使用压电元件引起的上述许多问题。
[0043] 首先,激励器级之间的轴向重叠可以保持主轴的纵向体积与数控机床的使用兼容,同时压电致动器的长度足以获得轴向振动所寻求的振幅。
[0044] 然后两级的存在使得可以在高旋转频率下仅激励一者,以减少运动部件的数量和相应的惯性,从而减少必要的能量。这使得对于给定的功率能够产生更高频率的轴向振动。
[0045] 根据本发明的激励器部件的有限的纵向体积也使得可以容易地将电机结合在主轴中以使其成为电主轴。
[0046] 主轴的主体可以由一个或多个组装在一起的部件形成。
[0047] 优选地,每级的激励器部件包括多个压电致动器,例如2至4个、特别是3个。这些致动器有利地相同并且具有彼此平行且与旋转轴线平行的纵向轴线。
[0048] 优选地,一级的压电致动器与另一级的压电致动器以等度分布的方式围绕主轴的纵向轴线交替。这允许负载的良好分布。
[0049] 优选地,主轴包括轴向预加载系统,用于在与由所述致动器的激励引起的轴向位移反向的轴向位移中对所述刀架轴施加应力。这使得可以保持压电元件处于压缩状态。
[0050] 该预加载系统可以轴向地置于主体和多个轴承中的一者(优选是前轴承)之间。作为变型,它被置于主体和后轴承之间。
[0051] 预加载系统可以包括至少一个通过压缩工作的弹性返回构件,并且包括例如设置在相对于主轴的主体固定的部件的凹槽中的多组弹性垫圈。每组都可以在一端支承在凹槽底部。预加载系统可以包括至少一个拉杆,该拉杆在一端连接到轴承中的一者、优选是前轴承,并且在另一端抵靠在所述凹槽的开口一侧上的一组垫圈。因此,这组弹性垫圈通过压缩工作以在压电致动器的压缩方向上对轴承施加应力。
[0052] 在变型中,预加载系统包括通过牵拉工作的弹簧。例如,这些弹簧的一端在相对于主体的固定点处连接,而在另一端连接到轴承中的一者、优选是前轴承,以对其施加应力以抵靠压电致动器,从而使后者经受轴向压缩力
[0053] 中间连杆构件优选地包括朝向主轴的轴向端部和朝向相对端部交替地开口的凹槽,压电致动器被容纳在这些凹槽中。该连杆构件可以是单件或由多个部件组装而成。在每个凹槽内,对应的压电致动器可以轴向地支承在设置在凹槽底部中的设有定心O形环密封件的部件中。
[0054] 优选地,轴承中的至少一者、更好地每个轴承包括由柔性支承件保持的至少一个滚动轴承,该柔性支承件可以在压电致动器产生的力的作用下弯曲以允许轴的轴向位移,同时保持滚动轴承的径向位置相对于主体不变。
[0055] 使用这种支承件是有利的,因为它减少了要被设置为轴向运动以产生轴向振动的部件的惯性,并且限制了滚动轴承或其他引导装置的使用。
[0056] 柔性支承件有利地具有层状结构,其中各层板相对于轴的旋转轴线横向地定向,特别是与轴的旋转轴线成直角。这些层板有利地通过切割金属板引入。它们的厚度范围例如从0.1mm至1mm,每个支承件的数量范围从10个至50个。
[0057] 支承件可以具有各种形式,特别是为了增加柔性和/或允许拉杆、电缆或冷却气流通过。也可以在支承件中制造孔以提供更大的柔性。
[0058] 如有必要,可以在支承件上设置定心螺钉,以改进其定心。
[0059] 每个支承件一方面可以在固定点处固定到主体,另一方面在围绕轴的旋转轴线从所述固定点成角度地偏移的位置处固定到滚动轴承壳体。
[0060] 例如,从正面看,支承件具有大致三角形的形状,使主轴的主体固定在三角形的顶点处,轴承的滚动轴承壳体固定在沿三角形的边的中间。在变型中,支承件在圆周方向上具有波纹形式。
[0061] 优选地,每个轴承包括设置在一个或多个滚动轴承的任一侧的两个柔性支承件。
[0062] 每个轴承优选地包括并排布置的两个球轴承。
[0063] 每级的压电致动器优选地包括2至4个致动器、更好的是3个致动器。
[0064] 每个压电致动器可以在其至少一个轴向端部上通过柔性传动部件(例如具有截面加宽的T的形式)传递其推力,压电致动器支撑在该柔性部件上,特别是在该柔性部件的加宽部分上。该柔性部件的伸长部分通过其柔性允许转动。作为变型,使用包括球形伸缩臂的传动系统。与球形伸缩臂相比,T形传动部件的优势在于其加工简单。如上所述,致动器的相对端可以容纳在定心件中,该定心件设有压在致动器外表面上的O形环密封圈
[0065] 优选地,压电致动器通过压缩空气的循环被冷却。
[0066] 主轴可以包括围绕压电致动器的形成间隔件的套筒,前轴承轴向地抵靠在该套筒上。这简化了轴承的安装。该套筒可以在其径向外表面上具有纵向凹部,致动器的电源电缆和/或连接到传感器的电源电缆接合在该纵向凹部中。当套筒是金属的时,可以相对于压电致动器产生的电磁辐射提供额外的屏蔽,特别是相对于在所述凹部中延伸并且例如连接到传感器的电缆提供额外的屏蔽。
[0067] 主轴可以包括用于作用于刀架的夹持部的释放系统,该释放系统优选地设置在电机和压电致动器之间。释放系统可以是气动的并且包括几个连续的压力室(例如三个室),以便对于给定的压力获得更大的致动力。这使得可以减少释放系统的径向体积,并有利于其安装在激励器级和电机之间。电机在释放系统后面的这种定位简化了电机的生产,电机的轴可以是实心的(除了切削油吸入通道),其可以更容易地被生产。
[0068] 根据本发明的另一方面,本发明的另一主题是一种钻孔或成型加工方法,其中,使用根据本发明的主轴驱动刀具旋转,并且其中,通过周期性地激励压电致动器,刀具在其旋转的同时经受非超声轴向振动。
[0069] 两级的致动器可以同时被激励。这使得可以具有最大轴向振动振幅,致动器的伸长被聚合。
[0070] 优选地,致动器由正弦电压激励。轴向振动的频率可以为0至350Hz。
[0071] 每级的致动器都可以由特定于它的功率级供电。
[0072] 也可以激励单级的致动器,特别是作用在前轴承和连杆构件之间的致动器。通过减少在这些振动期间设置为轴向运动的部件的惯性,可以在更高的激励频率下以给定的功率运行。
[0073] 在这种情况下,不振动的致动器级可以不供电或由固定电压供电,该固定电压被选择为提供对转子位移的更精细补偿。
[0074] 主轴可以安装在数控机床或操纵装置上。
[0075] 在钻孔或成型加工过程中,主轴通常轴向移位,主轴每转的进给量和轴向振动的峰间振幅是相同的数量级(也就是说,两者之间最多为10倍)。
[0076] 该方法可以是通过金属(尤其是或其他金属或材料)的非超声振动辅助的钻孔的方法,在此过程中,振动参数可以调整(振幅和频率)。
[0077] 该方法也可以是成形加工,尤其是打埋头孔或锪孔。在这种情况下,轴向振动将能够在刀具进给结束之前停止。
[0078] 也可以在不旋转的情况下产生轴向振动,以例如在刀具上进行振幅测量或协助移除该刀具。附图说明
[0079] 阅读以下描述、其非限制性实施示例以及研究附图将能够更好地理解本发明,其中:
[0080] [图1]图1是根据本发明的主轴的示例的运动简图,
[0081] [图2]图2示意性地和透视地表示根据本发明的主轴的示例,
[0082] [图3]图3是与图2相似的局部剖视图,
[0083] [图4]图4是与图3相似的在其他切割平面中的视图,
[0084] [图5]图5是主轴的纵向横截面,
[0085] [图6]图6是与图5相似的在与图5成直角的切割平面上的视图,
[0086] [图7]图7通过前视图单独表示滚动轴承的支承件中的一者,
[0087] [图8]图8单独示出主轴框架的一部分,
[0088] [图9]图9是主轴的变型实施方式的透视局部示意图,
[0089] [图10]图10是与图9相似的局部剖视图,
[0090] [图11]图11单独示出两级压电致动器之间的连杆构件的轴向横截面,以及[0091] [图12]图12是与图7相似的轴承的支承件的变型实施方式的视图。

具体实施方式

[0092] 现在将参考图1描述根据本发明的主轴10的示例。
[0093] 这里,主轴10是电主轴,因为它包括电机11,例如带有永磁体的同步电机。
[0094] 该电机11通过连杆14驱动轴12旋转,连杆14允许与轴12有一定的轴向间隙,足以使轴沿其纵向轴线以所需的振幅轴向振动。
[0095] 轴12在其与电机11相对的一端驱动刀架13,该刀架13可以容纳任何类型的刀具,例如钻头或任何其他用于例如成型加工的刀具,如图1示意性示出的。
[0096] 刀架和刀具之间的接口可以是夹具类型,并根据各种标准化标准或专有标准(尤其例如ER或D类型)生产。
[0097] 刀具也可以通过液压夹持、热收缩、机械收缩或障碍物传输(尤其是Weldon或Wissonnotch类型)保持在刀架上。
[0098] 刀架和主轴之间的接口也可以由专有规范或标准来管理,例如HSK、BIG、CAPTO、BT或ISO(SK40)类型、或使用莫尔斯锥度,该列表是非限制性的。
[0099] 主轴和数控机床之间的接口可以通过夹持或任何其他合适的方式实现。
[0100] 前轴承15和后轴承16引导轴12旋转,同时允许轴向移动。
[0101] 这些轴承15和16至少在轴12上相对于主轴10的主体19轴向移动。
[0102] 主轴包括第一激励器级21和第二激励器级23,该第一激励器级21包括多个压电致动器22,这些压电致动器22平行作用于主体19和可相对于主体19移动的连杆构件18之间,该第二激励器级23包括多个压电致动器24,这些压电致动器24作用于连杆构件18和多个轴承中的一者(在该特定情况下为示例中考虑的前轴承15)之间。
[0103] 弹性预加载系统30轴向插入主体19和多个轴承中的一者(在该特定情况下为前轴承15)之间,以保持压电致动器22和24具有必要的预应力。
[0104] 如图1所示,连杆构件18被布置为允许压电致动器沿着主轴10的纵向轴线X具有一定的轴向重叠。
[0105] 致动器22和24相对于主体19不旋转,这简化了其电源,并使得能够避免使用旋转滑环。
[0106] 它们与提供可变电压的控制系统相连,以便使它们与轴12的旋转一起振动,从而根据所寻求的应用具有足够精确的刀具轨迹。
[0107] 致动器22和24例如由两个各自的放大器供电。
[0108] 在较低的旋转频率下,致动器22和24都通电,其伸长被聚合,这使得能够获得刀具的轴向振动的最大振幅。致动器22和24优选地以正弦电压被激励,正弦电压的频率和相位根据刀具旋转频率及其角相位选择。
[0109] 在较高的旋转频率下,为了减小运动部件的惯性,只有最靠近前轴承的第二级23被激励,并且连杆构件18轴向不动。
[0110] 根据本发明的主轴10优选满足以下关系。
[0111] ‑压电致动器产生的轴向振动的频率:0至500Hz,更好的是0至350Hz,[0112] ‑刀具的旋转频率ω旋转:0至18000rpm,
[0113] ‑轴向振动的峰间振幅:0mm至0.25mm,更好的是0.02mm至0.25mm,[0114] ‑频率比ω轴向振动/ω旋转优选为非整数,并且例如为1/2、3/2、5/2或7/2,[0115] ‑如果f表示每转进给量,即刀具旋转360°时所有主轴的轴向位移,优选1/10f
[0116] ‑f优选是0.01mm至0.5mm。
[0117] 根据作为申请人的专利EP2790860的主题的方法,压电致动器的控制系统可以布置为允许在整个加工阶段激活轴向振动,或作为变型,仅在加工阶段的一部分期间激活轴向振动,并在加工结束时禁用振动。
[0118] 在图1所示的示意图中,轴承15和16相对于主体19轴向移动。轴承15和16可以制造成使其具有可变形部分,以允许轴的轴向位移、同时精确引导该轴旋转,如下文将描述的。
[0119] 图2至图6表示根据本发明生产的主轴10的示例。
[0120] 该主轴10为电主轴,其电机11安装在设有不同流体连接(液体和/或气体)70和电气连接71的壳体中,确保主轴的冷却、电机的供电和压电致动器的供电、刀架的控制以及与各种传感器的信号交换。具体而言,在所考虑的示例中,主轴包括发动机冷却入口和出口连接以及用于压电致动器的冷却压缩空气入口。
[0121] 在该示例中,前轴承15包括两个球轴承80和81,它们在一端与轴12的肩部82形成轴向邻接,在另一端抵靠壳体83。后者通过螺钉86固定在设置在壳体83两侧的两个支承件84上。
[0122] 每个支承件84由具有例如图7中给出的基本三角形形状的金属片叠加而形成,以便在其厚度方向上具有很大刚性,并且在与金属片的平面成直角的方向上具有一定柔性。螺钉86穿过存在于沿支承件84侧面中间的开口90。
[0123] 支承件84还通过穿过存在于该支承件的顶点处的开口93的螺钉88固定到形成主轴10的主体19的一部分的元件92上,如图7所示。
[0124] 支承件84的柔性允许壳体83的轴向间隙(这是允许轴12的轴向振动所必需的),同时保持壳体83相对于主轴10的主体19定心。
[0125] 后轴承16具有类似的结构,具有一端抵靠轴12的肩部且相对端抵靠壳体97的球轴承95和96。
[0126] 与前轴承相同的两个支承件84通过开口90固定到该壳体97上。后轴承的支承件84通过接合在支承件84的开口93中的螺钉102固定在主轴主体的元件101上。
[0127] 至于前轴承,支承件84的金属板的柔性允许后轴承在滚动轴承95和96处的轴向间隙,同时确保其定心。
[0128] 压电致动器24通过轴向截面为T形的传动部件107承载,从而允许将负载分布在致动器的整个前表面上并补偿相对于前轴承的壳体83的任何未对准。
[0129] 所述级中的一者的致动器24通过部件110在后部抵靠在连杆构件18上。如图所示,部件110可以包括用于使致动器定心的密封件111。
[0130] 另一级的致动器22的安装是类似的,如在图5中可以特别可见的,后者通过传动部件107在后部抵靠在轴承部件113上并且在前部抵靠在连杆构件18上,该轴承部件形成主轴的主体19的一部分。轴承部件113是中空的并容纳预加载系统30,在所考虑的示例中,该预加载系统由被相应的拉杆120穿过的贝勒维尔垫圈的堆叠形成。
[0131] 每叠弹性垫圈230被压缩在接合在拉杆120上的螺母121和容纳其的轴承部件113的凹槽的底部122之间,如在图4中可以特别可见的。
[0132] 每个拉杆120通过螺母123支承在壳体83的前表面上,从而在其上施加向后的张力
[0133] 每个拉杆穿过支承件84,自由穿过支承件上产生的开口,这些开口位于用作上述固定螺钉的通道的开口之间。
[0134] 因此,弹性垫圈230确保压电致动器的必要预加载。
[0135] 套筒形式的垫片形成金属部件130布置在连杆构件18周围,其一端轴向抵靠在轴承部件113上,另一端轴向抵靠在固定元件92上。
[0136] 如图8所示,该垫片形成部件130可以包括在其径向外表面上的纵向凹部133,用于安装压电致动器的电源电缆和/或连接至传感器的电缆。
[0137] 这些凹部133还可以促进主轴10中的冷却空气的循环。
[0138] 轴12是中空的,并且被安装在主轴10上的刀架的驱动杆140纵向穿过。杆140也是中空的,用于将切削液输送至刀具。
[0139] 杆140通过弹性垫圈142的堆叠保持在定位置,弹性垫圈142轴向抵靠在轴12的肩部143上。
[0140] 为了解锁刀具(未示出),通过气动解锁系统150将向前推力施加在杆140上,该气动解锁系统150包括三个腔室151、152和153,将它们的效果聚集在传动部件154上。
[0141] 在所示的示例中,该解锁系统150轴向位于激励器部件和电机11之间,该激励器部件位于包括压电致动器的主轴前部。
[0142] 电机11包括具有永磁体141的转子和液体冷却的定子142。
[0143] 转子141的轴通过弹性联接系统155连接到主轴10的轴12,从而允许传递扭矩和两个轴之间的轴向间隙。该系统155包括两个具有齿的金属部件,齿以爪的方式装配在一起,齿之间具有弹性体垫。
[0144] 电机11在后部包括编码器156,该编码器使得可以准确地知道轴的角度位置。压电致动器根据由该编码器提供的信息被有利地驱动。
[0145] 主轴10包括分几段的圆柱形壳体160,前部由前法兰161封闭,后部由容纳编码器156的后法兰157封闭。
[0146] 显然,在不脱离本发明的框架的情况下,可以对主轴10进行许多修改。
[0147] 现在将参考图9至图12描述一种变型主轴10,其与刚刚描述的主轴的不同之处在于确保压电致动器的预加载的方式。
[0148] 在该示例中,预加载系统30包括螺旋弹簧180,该螺旋弹簧通过与前轴承的滚动轴承80、81一起轴向移动的环181和相对于主轴10主体固定的拉杆183之间的张力工作。
[0149] 致动器24在前部通过具有球形伸缩臂184的传动装置抵靠在前轴承上并且在后部抵靠在连杆构件18上。
[0150] 连杆构件18在图11中单独表示。
[0151] 这里,它采用单件部件的形式,包括朝向后部打开以容纳压电致动器22的凹槽200,以及朝向前部打开用于容纳致动器24的凹槽202。凹部203形成在该部件的外侧以容纳弹簧180。
[0152] 前轴承和后轴承具有支承件84,其形式(如图12所示)不同于前文所述示例的支承件84。
[0153] 支承件84具有波纹形状,具有允许用于轴向固定在主轴10主体上的螺钉通过的开口210和允许用于滚动轴承壳体的固定螺钉通过的开口211。
[0154] 如有必要,在开口210和211之间形成的中空部允许安装电缆。
[0155] 在该示例中,电机11(未示出)位于后轴承的正后方,刀架释放系统位于主轴10的正后部,在电机11的后面。
[0156] 在不脱离本发明的框架的情况下,可以对主轴进行其他修改。
[0157] 例如,主轴不再包括电机,而是由皮带轮和远离机器的电机驱动。
[0158] 主轴可以用于机器人手臂上,而不是数控机床。
[0159] 球轴承可以用辊轴承代替。