工具機(jī)器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001 ] 優(yōu)先權(quán)文件DE202013006900.7的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)援引并入本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種工具機(jī)器并且特別是一種手動(dòng)引導(dǎo)的工具機(jī)器，其具有圍繞從動(dòng) 軸運(yùn)動(dòng)的工具接收裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 下面將主要W特別是手動(dòng)引導(dǎo)的工具機(jī)器的示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，運(yùn)種工具機(jī) 器具有圍繞從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩地運(yùn)動(dòng)的工具接收裝置。但是，運(yùn)種描述的限制并不構(gòu)成對(duì)運(yùn) 種工具機(jī)器的可能用途的限制。
[0004] 術(shù)語(yǔ)"工具接收裝置"在本文中也被簡(jiǎn)單地用術(shù)語(yǔ)"工具接收器"來(lái)替代。但是運(yùn)也 不應(yīng)該被理解為一種限制。
[000引工具機(jī)器是一種裝置，其具有一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和可能的一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)裝置W及至少一個(gè)從動(dòng)軸，該從動(dòng)軸具有幾何意義上的從動(dòng)軸線。工具接收裝置被直接或間接 地設(shè)置在從動(dòng)軸上。工具接收裝置是用于在工具上施加轉(zhuǎn)矩的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件，在此，工具 接收裝置特別是在手動(dòng)引導(dǎo)的工具機(jī)器中優(yōu)選地還抓住工具，使得單獨(dú)通過(guò)工具接收裝置 不僅抓住工具，還向工具施加從動(dòng)轉(zhuǎn)矩。術(shù)語(yǔ)從動(dòng)力矩和與從動(dòng)一起組成的術(shù)語(yǔ)，是指從工 具機(jī)器傳遞到工具的力矩或工具機(jī)器的相應(yīng)的構(gòu)件，術(shù)語(yǔ)驅(qū)動(dòng)力矩是指由工具接收的力 矩。
[0006] 手動(dòng)引導(dǎo)的工具機(jī)器具有攜帶裝置，特別是把手等，利用運(yùn)些把手，工具機(jī)器可W 與固定于其上的工具一起由操作力引導(dǎo)。手動(dòng)引導(dǎo)的工具機(jī)器通常配備有電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，但 是也公知其它的結(jié)構(gòu)型式(例如有液壓或氣動(dòng)運(yùn)行的工具機(jī)器)并且能夠應(yīng)用于本發(fā)明中。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)中，已知許多被設(shè)計(jì)用于與具有旋轉(zhuǎn)的工具接收裝置的工具機(jī)器一起 使用的工具或工具裝置。運(yùn)樣的工具例如是鉆機(jī)、砂輪和切割盤、圓銀等。運(yùn)些工具被固定 在工具接收裝置上，根據(jù)用途、工具和機(jī)器的不同，工具接收裝置W接近0到幾千轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)動(dòng)，在極端情況下其還能夠W明顯更高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。工具在運(yùn)行中會(huì)在與工件的接觸 中帶來(lái)或多或少的高的按壓力，然后在工件上實(shí)施相應(yīng)的加工過(guò)程。運(yùn)種在此相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng) 軸間隔開(kāi)地發(fā)生的加工力，也就是例如切割力或磨削力，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生圍繞從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩，該 轉(zhuǎn)矩通過(guò)從工具機(jī)器傳遞到工具裝置的從動(dòng)力矩來(lái)平衡。將從動(dòng)力矩傳遞到工具是通過(guò)工 具的接口裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，工具通過(guò)該接口裝置被固定在工具接收裝置上。因此，對(duì)于在加工 時(shí)基本上總是沿相同的方向旋轉(zhuǎn)的工具來(lái)說(shuō)，在使用工具期間作用于工具接收裝置的力基 本上發(fā)生在相同的方向上，但是高度不同。
[0008] 另外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知，具有轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩的工具接收裝置的工具機(jī)器。具有振蕩的 或轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩的工具接收裝置的工具機(jī)器，在此是指具有工具接收裝置的運(yùn)動(dòng)的工具機(jī)器， 其中，該工具接收裝置從中間位置開(kāi)始沿第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)并被制動(dòng)至停止?fàn)顟B(tài)，然后再 沿相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)至停止?fàn)顟B(tài)。
[0009] 從中間位置到各個(gè)終點(diǎn)位置的角距離通常可W最高為5%然而在所實(shí)施的機(jī)器中 大多數(shù)情況下為較低的角度1°至2.5%運(yùn)相當(dāng)于2°至5°的總角運(yùn)動(dòng)（第一終點(diǎn)位置-第2終 點(diǎn)位置）。運(yùn)種振蕩運(yùn)動(dòng)通常實(shí)施為每分鐘5000至50000,然而也可W有更小和更高的振蕩 頻率(在此表達(dá)為振動(dòng)/分鐘）。
[0010] 正如在本發(fā)明中所討論的那樣，特別是不能將對(duì)工具接收裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)振蕩驅(qū)動(dòng)看 作是往復(fù)振蕩驅(qū)動(dòng)，例如特別是在往復(fù)銀切裝置中所知的那樣。往復(fù)銀切裝置特別是指線 銀、月牙形銀或狐尾銀等。
[0011] 轉(zhuǎn)動(dòng)方向的反轉(zhuǎn)引起工具的加工力也改變其方向，運(yùn)些加工力眾所周知地總是與 運(yùn)動(dòng)方向相反地或在此與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反地起作用?；诜较蜃兓募庸ちΓ@得與杠桿臂、 即工具的加工點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩隨著振蕩使方向反轉(zhuǎn)。運(yùn)種由加工 力引發(fā)的轉(zhuǎn)矩與無(wú)論是在加工期間還是在空轉(zhuǎn)期間起作用的另一轉(zhuǎn)矩相疊加，即，該另一 轉(zhuǎn)矩為由工具的慣性力矩引發(fā)的轉(zhuǎn)矩，其用于在工具達(dá)到其最高速度(例如在工具接收裝 置的正弦形狀的轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中正弦曲線的各個(gè)最大振幅)之后使工具制動(dòng)W及使工具在 轉(zhuǎn)動(dòng)方向反轉(zhuǎn)之后在相反方向上實(shí)現(xiàn)被重新加速。
[0012] 通過(guò)加工力和通過(guò)振蕩驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩由工具機(jī)器施加，并通過(guò)工具 接收裝置傳導(dǎo)至工具裝置中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提出一種工具機(jī)器，使得能夠通過(guò)工具接收裝置可靠地傳遞從 動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
[0014] 本發(fā)明的目的是通過(guò)權(quán)利要求1的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求給出。
[0016] 此外，本發(fā)明還提出了一種加工系統(tǒng)或者說(shuō)一種工具機(jī)器系統(tǒng)，其具有根據(jù)權(quán)利 要求1或任一項(xiàng)從屬權(quán)利要求所述的工具機(jī)器和一種工具裝置。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的工具機(jī)器具有工具接收裝置，工具裝置可W通過(guò)該工具接收裝置固 定在工具機(jī)器上，W使其從動(dòng)軸與工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸基本相合。術(shù)語(yǔ)"從動(dòng)軸"和"工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸"在 此表示工具機(jī)器或工具裝置的幾何學(xué)上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的工具機(jī)器具有工具接收裝置，該工具接收裝置被設(shè)計(jì)用于將工具裝 置保持在工具機(jī)器上，使得從動(dòng)軸和工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸基本相合。
[0019] 為此可W使工具接收裝置固定地連接工具機(jī)器，但是也可W將工具接收裝置可松 脫地固定在從動(dòng)軸、從動(dòng)主軸等上。
[0020] 工具接收裝置具有轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域和保持裝置。轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域被設(shè)計(jì)用于將工具機(jī) 器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到工具裝置。反過(guò)來(lái)也可W將轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域設(shè)計(jì)為，將轉(zhuǎn)矩、特別是在使 工具運(yùn)動(dòng)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩從工具裝置傳遞到工具機(jī)器。
[0021] 工具接收裝置還具有保持裝置，用于在運(yùn)行期間使工具固定。在此必須將保持裝 置設(shè)計(jì)為，在空轉(zhuǎn)時(shí)和運(yùn)行時(shí)在工具接收裝置與工具裝置之間所產(chǎn)生的力能夠被可靠地吸 收。特別是優(yōu)選將保持裝置設(shè)計(jì)為，無(wú)論是由工具裝置沿工具機(jī)器的方向施加于工具機(jī)器 的力，還是由工具裝置沿從工具機(jī)器離開(kāi)的方向所施加的力，均能夠被可靠地接收。正如稍 后還將詳細(xì)說(shuō)明的那樣，優(yōu)選將保持裝置設(shè)計(jì)為，盡管其能夠防止工具裝置從工具接收裝 置上的意外松脫，但是另一方面卻能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工具裝置的簡(jiǎn)單的更換。
[0022] 轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域和保持裝置還可W被設(shè)計(jì)成一個(gè)共同的裝置或者共同的構(gòu)件。
[0023] 轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域具有至少兩個(gè)與工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸間隔開(kāi)設(shè)置的從動(dòng)面區(qū)域，運(yùn)些從動(dòng)面 區(qū)域分別具有許多面點(diǎn)。術(shù)語(yǔ)"從動(dòng)面區(qū)域"（W下有時(shí)也僅稱為"從動(dòng)面"）是指至少部分地 間接或直接與工具裝置相接觸的面，W便將從動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到工具裝置。術(shù)語(yǔ)"面點(diǎn)"在此是 指位于該從動(dòng)面的上側(cè)的點(diǎn)，并從幾何學(xué)上來(lái)理解。
[0024] 該術(shù)語(yǔ)被用于表征幾何學(xué)上的點(diǎn)，在該點(diǎn)上切平面貼靠一個(gè)面。該面點(diǎn)上的垂直 于切平面的矢量描述了該面在例如通過(guò)=維坐標(biāo)系或通過(guò)另外的參考平面或參考面所限 定的空間中在該點(diǎn)上的方位。
[0025] 由于面的每個(gè)點(diǎn)同時(shí)也是本發(fā)明意義上的面點(diǎn)，所W-個(gè)面具有無(wú)限多的面點(diǎn)。 為了在實(shí)踐中描述單向或多向的彎曲的面，然而有限數(shù)量的面點(diǎn)就足夠了。術(shù)語(yǔ)單向彎曲 是指在每個(gè)點(diǎn)上只沿一個(gè)方向彎曲的面，例如圓柱形面，而術(shù)語(yǔ)多向彎曲是指在至少一個(gè) 點(diǎn)上沿多個(gè)方向彎曲的面，例如球形表面。
[0026] 平的面僅具有與該面本身相合的切平面。因此一個(gè)面點(diǎn)就足W表征一個(gè)平的面， 在此，該面點(diǎn)可W是該平的面的任意一個(gè)點(diǎn)。
[0027] 由于面點(diǎn)是幾何學(xué)上的點(diǎn)，所W運(yùn)些面點(diǎn)在面上是不可見(jiàn)的。
[0028] 對(duì)于運(yùn)些面點(diǎn)上的切平面來(lái)說(shuō)，適用特殊的幾何條件。如同幾何學(xué)的通常做法，切 平面是指垂直于面點(diǎn)的法向矢量并接觸面點(diǎn)的表面的面。術(shù)語(yǔ)"法向矢量"在此是指在面點(diǎn) 上完全垂直于該面取向的矢量。
[0029] 在運(yùn)些面點(diǎn)上的切平面是沿兩個(gè)方向傾斜的。首先是切平面相對(duì)于包含工具轉(zhuǎn)動(dòng) 軸的軸向平面傾斜。另外，運(yùn)些切平面相對(duì)于垂直于工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸延伸的徑向平面傾斜。
[0030] 因此，運(yùn)種從動(dòng)面的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于振蕩機(jī)器的工具接收裝置不 同。
[0031 ] 在已知的工具裝置中，例如在德國(guó)專利申請(qǐng)DE102011005818A1和DE29605728U1所 描述的工具裝置中，工具在與工具機(jī)器的工具接收裝置連接的區(qū)域中基本上被設(shè)計(jì)為平 的，即，運(yùn)些工具在該區(qū)域中在垂直于從動(dòng)軸設(shè)置的平面中延伸。從動(dòng)面在運(yùn)種類型的工具 機(jī)器中垂直于徑向平面并平行于從動(dòng)軸的平面。
[0032] 現(xiàn)在已經(jīng)注意到，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，從動(dòng)面基本上是平的，也就是說(shuō)，所 有面點(diǎn)的法向矢量彼此平行地取向W及因此從動(dòng)面總共僅具有一個(gè)單一的切平面。但是在 本發(fā)明的框架下，從動(dòng)面也可W是單向或雙向彎曲的；在運(yùn)種情況下，那么法向矢量不再彼 此平行。
[0033] 本發(fā)明基于W下的考慮：
[0034] 無(wú)論是工具裝置還是工具的被導(dǎo)入轉(zhuǎn)矩的區(qū)域都會(huì)由于振蕩運(yùn)動(dòng)而處于彎曲交 變應(yīng)力（Biege-Wechsel-Beanspruchung)下。運(yùn)對(duì)于通常用于制造在此所述的工具接收裝 置和工具的金屬材料來(lái)說(shuō)是特別有問(wèn)題的。運(yùn)些金屬具有一種晶體結(jié)構(gòu)。如果在金屬構(gòu)件 的一個(gè)區(qū)域中發(fā)生局部過(guò)載，即，在該點(diǎn)上作用于該構(gòu)件中的張力大于該構(gòu)件可承受的張 力，則在金屬組織的單個(gè)粒子之間會(huì)產(chǎn)生微裂紋。運(yùn)些裂紋會(huì)在兩個(gè)方面損害構(gòu)件的強(qiáng)度。 首先，在產(chǎn)生微裂紋的區(qū)域中沒(méi)有張力能被傳遞到構(gòu)件中。運(yùn)意味著，由于用于力傳遞的有 效面積的減小，該區(qū)域內(nèi)的負(fù)載會(huì)由于裂紋形成而增大。
[0035] 另一方面還會(huì)出現(xiàn)一種現(xiàn)象，其在機(jī)械工程中通常被稱為"切口效應(yīng)"。運(yùn)個(gè)名稱 來(lái)自于：因?yàn)樵谇锌诘膮^(qū)域中，特別是當(dāng)該切口是尖棱的時(shí)，會(huì)形成局部的張力集中，該張 力集中在包圍該切口的材料的區(qū)域中導(dǎo)致剪切應(yīng)力，運(yùn)些剪切應(yīng)力大于不受運(yùn)種幾何形狀 影響的構(gòu)件的區(qū)域中的剪切應(yīng)力。
[0036] 運(yùn)種增大的負(fù)載會(huì)導(dǎo)致裂紋形成進(jìn)一步擴(kuò)大，并最終使構(gòu)件損壞。
[0037]運(yùn)種過(guò)程稱為損傷累積（Schadensakkumulation)，其例如在化Imgren和M