用于机床的断裂分离组件、具有断裂分离组件的机床和断裂分离的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于机床的断裂分离组件、具有断裂分离组件的机床及用来断裂分离的方法。
背景技术
例如在制造内燃机的连杆或曲轴箱时，采用工件的断裂分离、也称为破裂。在这种情况下，在一个工作步骤中，首先在轴承段的内圆周面上形成两个相互沿径向对置的缺口，这两个缺口规定了断裂平面，沿着该断裂平面可以将工件分成两个部分。
在现有技术中的断裂分离在特殊的断裂分离台中实现，在该断裂分离台中，将待分离的段置入撑开件如撑开销或者一对撑开爪中，从而通过缺口施加的支撑力和在缺口顶部的应力集中将工件沿着预设的断裂平面分开。
在断裂分离过程(破裂)和若干中间处理步骤之后，又可以把两个部件接合到一起。通过在断裂分离时所产生的不规则的、相对大面积的断裂面，使工件的限定的接合变得更加容易，其中断裂面的啮合防止了工件部件的侧向运动。
在现有技术中，通过专用机床来实施断裂分离。在这种情况下，必须将工件从形成预设出断裂平面的缺口的装置如拉削工具或者激光器运输到断裂分离装置中。这种方法例如在WO2004/058446A1中公开。在这里，连杆从用来构成孔(轴承段)和缺口的工作台被输送到用来断裂分离的工作台。
具有断裂分离台的、用来断裂分离工件的装置在WO03/011505A2中公开。在这里，在被设计成环形台的工件台内设置加工工作台以及在环形台的外圆周区域中设置其他的加工工作台。
在现有技术中通过订制的专用机床来进行断裂分离，因而经过断裂分离的工作步骤制造工件是不灵活的。这是因为断裂分离受到设置用于断裂分离的装置的约束。因此迄今为止仅对于大批量制造的工件进行断裂分离是经济合理的。直到今天，还不存在适合于小批量的实施断裂分离的工艺条件。
WO01/70440A1公开了一种断裂分离连连杆的方法，其中连杆在断裂之前被套装在被分成一半的芯轴上，且轴承孔被预紧。通过将楔件嵌入到两个芯轴半部之间，使具有所属的芯轴半部的、位置固定的轴瓦通过两个侧部的基本上同时的断裂与固定在另一个芯轴半部上的轴瓦相分离。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种用于机床的断裂分离组件、具有该断裂分离组件的机床和用来进行断裂分离的方法，从而对于需要灵活的制造工具的件数而言也可以经济地使用断裂分离。
该目的通过权利要求1和15的装置及权利要求16的方法来实现。其它有利的实施方式在从属权利要求中描述。
通过本发明提供了用来断裂分离工件的、可灵活使用的、标准化的组件，不仅能断裂分离内燃机的工件，也能断裂分离小批量产生的工件，该组件可以与机床一起使用，尤其可以在具有标准化接口的加工中心中使用。此外，利用优选地使用上述组件进行断裂分离的本发明方法，可以实现灵活制造。通过在机床、尤其在加工中心中进行破裂的可能性，可以在小批量制造中也能实现经济的制造。
为此，本发明的、用于机床的断裂分离组件包括：驱动轴、用于断裂分离工件的断裂件及转换单元，其中，驱动轴具有用于将组件插入机床的机轴的容纳部分，转换单元不仅与驱动轴连接而且与断裂件连接，并把驱动轴的旋转运动转换成适合于断裂工件的、断裂部件的线性运动。
根据本发明，本发明组件的容纳部分通过机轴插入机床、例如加工中心，其中，该机轴是机床的组成部分并且表示接口。机轴的旋转运动被传递到驱动轴，且在这种情况下可以通过转换单元直接转换成线性的、适合借助于断裂部件进行断裂分离的运动。优选地，在这种情况下，驱动轴的旋转运动在将断裂部件优选支撑在固定的机轴法兰上的情况下同时地、即在没有可能的延迟的情况下转换成断裂部件的线性运动，该延迟会通过由机轴所产生的能量的储存出现。在这种情况下，断裂分离组件一方面可以具有简单的结构，另一方面可以实现理想的功率比，用以获得断裂分离工件所需要的进给力。在将旋转运动直接转化成线性运动时，在工件中、例如在连杆的待断裂的轴承段中逐渐地构建了应力。通过调整旋转速度可以有利地实现对线性运动的不同设计且因此能够不依赖于断裂部件的几何形状地控制力的变化曲线，或者使线性运动适合于断裂部件的不同几何形状。
如果这种持续负载不理想，那么可以如此设计转换装置，即首先储存旋转的驱动轴的预定能量，该预定能量在稍后的时间点上立即转换成断裂部件的运动。
到目前为止所描述的将驱动轴的旋转运动转换成断裂部件的线性运动的可替换的方式，如将旋转运动转换成撑开运动或者适合于断裂分离的其它运动在本发明的范围内也是可能的。例如，断裂分离的实施方式可以取决于待断裂的工件的几何形状特性。
上述实施方式的断裂分离组件不仅能够节省制造费用，而且可以多方面地灵活使用。因此破裂过程不再需要固定使用专用机床，这使得尤其能够成本低地并且有效地制造连杆和其它工件，在制造时需要断裂过程。
断裂分离组件优选包括壳体，其中驱动轴可以相对于壳体旋转。此外，转换单元优选包括转矩支撑件，该支撑件支撑壳体克服驱动轴的旋转。一方面，合适的壳体使得组件的运输、使用和拆卸变得容易，另一方面，从功能角度上看，壳体与转矩支撑件一起有利于将旋转运动转换成线性运动。
转换单元优选包括容纳和存储由机床通过机轴提供的能量的驱动单元以及用于释放所储存的能量的锁紧装置。断裂分离组件的断裂区域能够可变地调整是理想的。在断裂小轿车的连杆时需要大约12-17KN的力，而在断裂大卡车的连杆时需要大约52-95KN的力。本发明的转换单元可以提供合适的功率比或者储存这样一种可变的断裂区域。
此外，在优选的实施方式中驱动单元还包括：能够在驱动轴的轴向上移动的且与断裂部件相连的活塞以及一个或者多个弹簧以及装配(Reitet)在驱动轴上的螺母，其中，可以通过活塞沿着驱动轴的轴向移动将活塞朝弹簧压紧，其中，在夹紧期间，至少螺母的一部分与活塞的至少一部分连接，使得沿着驱动轴移动的螺母将活塞朝弹簧夹紧。在这种情况下，可以将多个弹簧环绕着驱动轴对称地布置。在本发明中以典型方式进行使用的弹簧具有大约30到大约40mm、优选为大约35mm的工作行程(Arbeitsweg)、大约7000到大约7500N、优选为大约7250N的额定作用力及大约125到大约130mm、优选为大约127mm的长度。优选将多个弹簧绕着驱动轴沿着径向和圆周方向进行布置。如果将6个弹簧绕着驱动轴在径向和圆周方向对称地进行布置，则产生了大约43.5kN的总额定作用力。根据使用范围和根据所需要的进给力，不仅弹簧参数而且弹簧数量都可以如所需的那样进行适配。
所述弹簧优选是流体压力弹簧，或者是机械或者磁力弹簧。机械弹簧成本低并且它的许多不同规格是可以买得到的标准构件，因此特别适合用在本组件中。然而使用能量储存器是可取的，该能量储存器具有其它特征如另一种力-行程-特性曲线。因此，在磁力弹簧中，力的变化曲线在整个工作行程中可以是恒定的。通过选择能量储存器的种类，可以有针对性地影响压紧过程和能量释放的力控制。
锁紧装置优选如此设计，使得其通过外部信号、例如液压的、电磁的或者机械的信号来释放压紧的活塞。在将活塞压紧之后，例如通过使具有为此所设计的凹口的销钉与活塞相啮合，触发单元将活塞保持在压紧的位置上。作为对外部信号的响应，锁紧装置松开该固定，因此储存在弹簧中的势能被转换成活塞的动能。在这种情况下该固定无需以机械的类型和方式产生。在这里作为另一种可能性的是称作电磁作用的锁紧装置，该锁紧装置在使用电磁力的情况下将活塞保持在压紧位置上。
断裂分离组件优选如此设计，使得其在加工中心中通过标准接口插入到机床中。特别优选的是，标准接口例如是根据DIN69893的HSK容纳装置或者根据DIN69871的陡锥体。在加工中心中使用断裂分离组件是成本低廉的，因为不必开发和使用专用机床。尤其是通过使用本发明的断裂分离组件避免了固定使用专用机床。加工中心提供了标准化的接口并且因此尤其适合于断裂分离的模块化。
断裂部件优选设计成楔形。这样的构件制造起来比较方便并且成本较低。除了将断裂部件强有力地、线性地置入例如固定轴承段中或者置入轴承段的断裂芯轴中之外，断裂分离无需额外的机械过程。
本发明的目的还通过断裂分离工件的方法来实现，其中断裂分离的步骤借助本发明的断裂分离组件来实现。
在这种情况下，破裂过程优选通过CNC-控制装置来进行控制和监视。在这里，可以实现无级的、有针对性的力控制，由此可以实现轻松地优化断裂性能。可容易地控制断裂过程的力的变化曲线。例如在上述同时进行力传递的情况下首先缓慢地施加力，用以对准(anlegen)断裂芯轴，且随后突然增大该力，从而实现断裂分离。尤其是可以结合工具监视系统或者直接通过CNC-控制装置监控断裂过程的电流消耗。因此不需要额外的力传感器。
用来断裂分离工件的方法优选还包括：夹紧工件，给待断裂分离的区域的表面划线(Ritzen)，逐区域地断裂分离工件，及松开和/或重新夹紧工件。此外，优选在夹紧中实现划线步骤和断裂分离步骤。在形成缺口之后，工件不再必须从例如激光装置被输送到断裂分离工作台。这明显使得工作进程简单化，减少了该装置的购置费用，因为不用两个独立的工作台-激光工作台和断裂分离工作台，而仅需设置一个唯一的加工工作台，并且提高了加工的精确度。
断裂分离工件的方法优选包括在一侧上的固定夹紧和在另一侧上可移动的夹紧。这确保了在裂开时所劈开的部分在断裂分离期间可以受限制地、且受控制地运动。此外，断裂分离工件的方法优选包括使断裂分离后的区域彼此压紧，该压紧优选在清洁断裂分离后的表面之后和/或借助可移动的夹紧装置进行。断裂分离工件的方法还优选包括断裂分离后的构件的精加工步骤(珩磨诸如此类)，该精加工优选在相同的夹紧中进行。
【附图说明】
下面借助于附图和实施例详细描述本发明，其中：
图1是本发明的第一实施方式的断裂分离组件的侧视图；
图2是图1的断裂分离组件的剖视图，其中，示出了转换单元的部件；
图3是转换单元的一部分的剖视图；
图4是使用了本发明的断裂分离组件的加工中心的示意性视图；
图5a-5c是图1的断裂分离组件处于不同工作状态下的剖视图；
图6是与本发明第二实施方式相对应的断裂分离组件的侧视图。
【具体实施方式】
图1是断裂分离组件的侧视图。标记10表示从转换单元30的壳体35的基面突出来的驱动轴，该驱动轴的在图1中可以看到的部分构成了容纳段11，通过该容纳段11将该组件夹紧在机床中。断裂部件20被布置在转换单元30的对面一侧上，该断裂部件20用来断裂分离连杆的轴承段。断裂部件20设计成楔形并且与活塞顶盖(kolbenaufsatz)55的前端相连，该活塞顶盖55在下面进一步被详细描述。此外，图1示出了锁紧装置60的一部分和转矩支撑件36的一部分，该锁紧装置和转矩支撑件的结构和功能同样在下面被进一步地详细描述。
图2示出了断裂组件的剖视图，图3是转换单元30的、位于驱动轴一侧的区域的透视图。
如从图3中可见，设置了壳体盖37，该壳体盖37在驱动轴一侧封闭转换单元30的圆柱形壳体35。在壳体罩37上安装导向螺栓46，通过导向螺栓46牵拉压缩弹簧45。如还会详细解释的那样，通过压缩弹簧45来夹紧活塞50。这些引导螺栓46与压缩弹簧45一起平行于驱动轴10并且绕驱动轴10对称布置。
当然可以只使用一个弹簧，该弹簧优选地布置在中央处。
在这个实施例中由钢制成的螺旋弹簧通过导向螺栓46牵拉，但是也可以使用其它蓄能器。例如近年来在弹簧结构中使用了加强的纤维复合材料如特殊的玻璃纤维加强的塑料。此外，除了机械弹簧之外还可以使用流体压力弹簧或者磁力弹簧。通过选择储能器的种类，可以针对性地影响夹紧过程和能量释放的力控制。
在驱动轴10上，在与驱动轴的容纳区域相对的端部上设计了螺纹。螺母40与该螺纹相匹配。螺母40具有圆柱形形状并且除了柄部42之外还在断裂部件一侧具有伸出的、同样是圆柱形的段41。
在壳体35内设置活塞50，参见图2，该活塞50可沿着轴向运动。除了用来容纳导向螺栓46的孔之外，活塞50还具有另一个贯通的孔51，该孔51沿着活塞50的轴向对称轴设置并且如此进行尺寸设计，使得其可以容纳螺母40的柄部42，因此螺母40和活塞50可以平行地相对于彼此运动。伸出的段41的直径大于孔51的直径。因此，可在一侧限制螺母40和活塞50之间的可移动性。此外，活塞50具有用来容纳转矩支撑件36的孔。该转矩支撑件通过壳体盖37与壳体35相连接并且相对于壳体35向外伸出。
断裂部件20安装于其一端上的活塞顶盖55在另一侧上与活塞50固定相连。活塞顶盖55在驱动轴一侧具有凹口56。该凹口56被设置成两部分，其中前面的(断裂部件一侧的)凹口段的直径小于后面的凹口段(驱动轴一侧)的直径。前面的凹口段的尺寸被设计成使其可以容纳驱动轴10的一部分。后面的凹口段被设计成使其可以容纳螺母40的伸出段51和螺母40的柄部42的一部分。
在壳体35的圆周上设置了锁紧装置60，该锁紧装置60将活塞50在压紧的状态中锁紧，且通过外部信号来解除锁紧，因此储存在压力弹簧45内的势能能够突然被释放，并且能够被传递到活塞50上且因此能够通过活塞顶盖而被传递到断裂部件20上。在本实施方式中，锁紧装置60具有凹口61或者槽61，其被引入到活塞顶盖的圆周面内。在锁紧状态下，销62与槽61啮合。作为对外部信号的响应解除该啮合。
最后，壳体35在断裂部件一侧具有减震件70，参见图3，该减震件阻尼活塞50在顶盖上的碰撞，从而不会损坏壳体35。
下面描述断裂分离组件在加工中心(BAZ)中的工作和应用。为此，如图4所示，断裂分离组件通过驱动轴10被夹紧到加工中心中，其中转矩支撑件被引入到为之设置的、加工中心的孔中。当然也可以用在其它机床如多轴铣床中。
接着，连杆100借助标准装置夹紧在BAZ的工作台上，使得断裂部件20的延伸部分沿着Z方向(轴向)切割连杆的轴承段的横截面。为了获得限定的断裂结果且为了使轴承段不超出所需的断裂部分而受到损坏，可以将断裂芯轴插入到轴承段内，参见图6。在这种情况下，优选使用夹紧装置，借助该夹紧装置一部分固定地保持住柄部和活塞螺销孔，借助于该夹紧装置的另一部分可移动地保持住待分离的轴承盖，且又使它们压紧断裂分离部分并且在必要时又压紧振动部分，如在背景技术中所公开。
已经在传统的方式和方法中，通过例如两个相互沿着径向对置的缺口18使连杆为断裂分离做好准备。
图5a-5c示出了不同的状态，这些状态可以呈现在使用期间的断裂分离组件。图5a在此示出了夹紧的活塞50。在此，螺母40的伸出段41与位于断裂部件一侧的、活塞50的表面接触。驱动轴10的旋转沿着轴向通过驱动轴10的螺纹被转换成螺母40的线性运动。螺母与活塞50、活塞顶盖55和断裂部件20一起沿着Z方向向上运动，其中，在这种情况下，必须朝弹簧45用力。所施加的能量的一部分在这种情况下作为势能被储存到弹簧45中。
在夹紧的状态下，活塞顶盖55借助锁紧装置60锁紧且驱动轴10的旋转方向被掉转，从而如图5b所示，螺母40被复位，同时，螺母通过活塞顶盖55的前面的凹口段容纳。在这种情况下，锁紧装置60将活塞顶盖55且因此将活塞50和断裂部件20保持在夹紧状态中。根据外部信号如液压或者电磁信号解除锁紧，从而使储存在弹簧45中的势能转换成活塞50、活塞顶盖55和断裂部件20的线性运动。突然发生能量释放，从而将断裂部件20插入到轴承段中，使得沿着预定的断裂平面分开轴承段。该组件的工作状态在图5c中示出。通过重新拉紧弹簧45，可以重复上面的过程。
在本实施方式中使用了机械锁紧装置。为了减少参与锁紧的段上的机械应力并且因此减少该段的磨损，作为另一种可能性可以采用电磁作用的锁紧装置。对此，可以例如将电磁体设置在壳体35中或壳体35上以及设置在活塞50上。在拉紧的状态下该磁体被接通，从而通过吸引或者排斥的磁力将活塞保持在其夹紧位置上。通过断开磁场来解除该锁紧，从而将储存在弹簧45中的势能转换成活塞50、活塞顶盖55和断裂部件20的线性运动。
图6示出了本发明的另一实施方式。在该实施方式中，断裂部件20的推进不是通过突然地释放压紧的弹簧45来产生，而是通过位于加工中心的固定的驱动轴法兰上的断裂部件20的支撑件110同时通过机械轴施加断裂所需要的力，该支撑件110是转换单元30的一部分。
在该实施方式中，断裂部件20与螺纹轴120相连接并且可移动地布置在断裂部件支撑件110中。螺纹轴120与容纳段130处于螺旋连接中，该容纳段130用作与加工中心的机轴的接口。在这种情况下，驱动轴10的旋转运动被转换成断裂件20的线性运动，其中，断裂部件20的推进被用来通过断裂芯轴将连杆的轴承段在准备位置上进行断裂。