本发明涉及机械加工主轴。尤其关注的是可以被用于例如磨削半 导体工业用的硅片的工业磨削加工的机械加工主轴。 许多磨削主轴被设置为以相对高的转速旋转。在磨削硅片的情况 下，该转速可以大约是8,000rpm。另外，经常需要进行两个阶段的磨 削加工，在该过程中首先使用较粗糙的磨轮去除大量的材料，然后使 用精加工磨轮实现所期望的修整。 在进行这些磨削操作时，能够实现磨轮相对于工件的高度位置精 确性可能是重要的。 同样的考虑至少在某种程度上适用于除用于磨削外还用于不同的 加工的机械加工主轴。 为了在希望例如通过首先使用粗磨轮磨削然后使用精加工磨轮磨 削来执行两个阶段的工序的情况下有所帮助，一些现有的系统利用了 其中具有两个转轴的配置，该两个转轴被布置为绕公共轴线旋转，并 且其中一个转轴在另一个转轴内运转。在这种情况下，每个转轴被布 置为承载工具，并且这些工具可以被选择性地应用于工件以进行机械 加工，例如进行磨削。 在这种主轴中，必须提供用于将转轴在轴向上相对于彼此驱动的 机构，使得在一些点由转轴中的一个承载的工具及时地作用于工件， 并且在其他点由另一转轴承载的工具及时地作用于工件。 在一些现有的系统中，使用了将转轴相对于彼此驱动的机械装置。 具体而言，在现有的系统中通常使用弹簧组，该弹簧组被设置为使得 内转轴在弹簧的作用下被推回到缩回位置。 但是，因为用来迫使内转轴向外进入伸出位置的机构必须克服弹 簧力做功，这种系统可能是不利的。由于通用的弹簧组的摩擦变化问 题，克服弹簧组以推动内转轴前进所需要的压力可能显著地变化，而 且随着弹簧在它们的压缩状态下稳定下来时，在短时间内可能产生弹 簧蠕变。另外，经过长的时间段可能出现弹簧衰减。当希望实现内转 轴处于伸出位置时的精确位置重复性时，与摩擦变化和弹簧蠕变相关 的问题可能引起困难。弹簧衰减可能在缩回位置引起问题，因为内转 轴可能不被足够坚固地保持在其缩回位置达到避免不期望的噪声和/ 或振动的程度。 此外，在实际系统中，提供必需的力所需的弹簧必须相对较大， 并且在要以高转速旋转的系统内部使用这种弹簧会产生导致转轴组件 的可变振动的平衡问题。这种振动可能影响机械加工过程的质量，例 如可能影响磨削晶片的表面光洁度。 本发明的一个目的是至少缓解与现有技术相关的一些问题。 根据本发明的一方面，提供了一种机械加工主轴，该机械加工主 轴包括：被设置用于承载供机械加工工件用的第一工具的内转轴以及 被设置用于承载供机械加工工件用的第二工具的外转轴，这些转轴被 安装为绕共同轴线旋转并相对于彼此轴向移动，并且该机械加工主轴 还包括一个主体，这些转轴被轴颈安装在该主体内，内转轴被安装在 外转轴内，外转轴又被轴颈安装在主体内，其中内转轴和外转轴可在 第一状态和第二状态之间相对于彼此移动，内转轴在第二状态比在第 一状态被相对于外转轴进一步缩回，并且机械加工主轴包括用于将这 些转轴从第一状态驱动到第二状态的流体压力驱动致动器装置。 该配置使得内转轴，并因而使得由该内转轴承载的工具，能够使 用例如气动传动缩回。它可以消除对弹簧收缩系统或另外的机械式收 缩系统的需求，这些系统易于磨损、发生振动或出故障，特别是在高 转速系统中。 优选地，该流体压力驱动致动器装置还被设置用于将这些转轴从 第二状态驱动到第一状态。该流体压力驱动致动器装置可以是双作用 流体压力驱动致动器装置。 这可以进一步简化该装置并有助于避免使用机械驱动机构。 该流体压力驱动致动器装置可以包括双作用活塞组件。可以设置 多个活塞。这些活塞可以布置成轴向列，即在轴向上一个接在另一个 之后。可以向每个活塞的每一侧提供进给源(feed)。这种配置使得 能够施加更大的力于内转轴——伸出和/或缩回状态下。 该流体压力驱动致动器装置可以被设置在外转轴内。该流体压力 驱动致动器装置可以被设置为随外转轴旋转。 内转轴和外转轴中的至少一个可以包括用于将流体输送到流体压 力驱动致动器装置的一个流体供应通道的至少一部分。可以有两个流 体供应通道。第一通道可以用于将流体输送到流体压力驱动致动器装 置，以将这些转轴从第一状态驱动到第二状态，第二通道可以用于将 流体输送到流体压力驱动致动器装置，以将这些转轴从第二状态驱动 到第一状态。 第一通道和第二通道的至少相应部分可以彼此周向间隔开。第一 通道和第二通道可以各具有用于接收驱动流体的相应入口。这些相应 入口可以彼此轴向间隔开。本文中术语周向和轴向参考主轴的几何形 状和/或其中分别限定这些通道和入口的部件的几何形状。 该主轴可以包括用于经由这些相应入口将流体供应到这些通道的 流体供应部分。该流体供应部分可以限定一个孔，限定这些通道入口 的部件伸进该孔中。该流体供应部分可以具有面向这些通道入口的表 面。该表面可以包括两个彼此轴向间隔开的出口。这些出口中的第一 出口可被设置用于向这些入口中的第一入口输送空气，这些出口中的 第二出口可被设置用于向这些入口中的第二入口输送空气。每个出口 可以具有设置在流体供应部分的上述表面中的关联凹槽。因此可以有 两个由流体供应部分的上述表面限定的轴向间隔开的凹槽。 这些出口和/或凹槽的轴向间距可以与这些入口的轴向间距相同。 这些出口和/或凹槽中的第一出口和/或凹槽可以与这些入口中的第一 入口轴向对准。这些出口和/或凹槽中的第二出口和/或凹槽可以与这 些入口中的第二入口轴向对准。 该流体供应部分可以是大致环形的。这些出口和/或凹槽可以被设 置在环形流体供应部分的内圆周面中。 该流体供应部分可以包括一个轴承。该流体供应部分可以包括一 个密封轴承。该流体供应部分可以包括一个非接触式密封轴承。该流 体供应部分可以被安装到主轴的主体上。 外转轴可以包括限定第一和第二通道的至少一部分的延伸部分。 该延伸部分可以限定这些通道入口。该延伸部分可以延伸超出内转轴 所在的区域。 该延伸部分可以伸进在流体供应部分中形成的孔中。该延伸部分 可以包括其中限定这些通道入口的表面，并且该表面朝向限定这些入 口和/或凹槽的流体供应部分的表面。 在一个实施方案中，存在一主轴，其中该流体供应部分具有一个 孔腔，流体将被供应到其中的延伸部分被设置在该孔腔中，其中该孔 腔的一个表面包括两个流体供应槽，该两个流体供应槽彼此轴向间隔 开并且被设置为分别被供给流体，并且该延伸部分包括两个分开的流 体通道，每个流体通道具有各自的入口，这些入口彼此轴向间隔开并 且每个入口与这些槽中的相应槽轴向对准。 该主轴可以包括至少一个用于限制内转轴和外转轴相对于彼此的 行程的死止块部分。该死止块部分可以被设置用于确定内转轴和外转 轴在第一状态下的相对位置。此第一状态可以对应于当内转轴所承载 的工具与工件接触时这些转轴所处的位置。 一个第二死止块部分可以被设置用于确定内转轴和外转轴在第二 状态下的相对位置。内转轴和外转轴可以包括各自的配合锥形部 (taper)。这些配合锥形部在完全接合时可以确定内转轴和外转轴在 第二状态下的相对位置。第二状态可以对应于内转轴被完全缩回使得 在使用中仅由外转轴承载的工具与工件相接触。 优选地，该流体压力驱动致动器装置包括一个气动致动器装置。 这一装置可以由输送入主轴的高压空气驱动。 优选地，该主轴包括至少一个空气轴承。在这种情况下，提供一 气动传动系统是尤其有利的。该主轴可以被设置成使得被输送到空气 轴承的供气也可以被输送到该流体压力驱动致动器装置。 根据本发明的另一方面，提供了一种流体供应装置，该流体供应 装置包括一个具有一个孔腔的流体供应部分，一个流体将被供应到其 中的转轴部分被设置在该孔腔中，其中该孔腔的一个表面包括两个流 体供应出口，该两个流体供应出口彼此轴向间隔开并且被设置为分别 被供给流体，并且该转轴部分包括两个分开的流体通道，每个流体通 道具有各自的入口，这些入口彼此轴向间隔开并且每个入口与这些出 口中的相应出口轴向对准。 根据本发明的另一方面，提供了一种流体供应装置，该流体供应 装置包括一个具有一个孔腔的流体供应部分，一个流体将被供应到其 中的转轴部分被设置在该孔腔中，其中该孔腔的一个表面包括两个流 体供应槽，该两个流体供应槽彼此轴向间隔开并且被设置为分别被供 给流体，并且该转轴部分包括两个分开的流体通道，每个流体通道具 有各自的入口，这些入口彼此轴向间隔开并且每个入口与这些槽中的 相应槽轴向对准。 现在将参照附图，仅通过举例的方式对本发明的实施方案进行描 述，其中： 图1以剖面图示出了体现本发明的机械加工主轴； 图2在通过图1所示的主轴的一不同剖面上以放大的比例示出了 该主轴的气动致动器装置，以增加清晰度； 图3以剖面图示出了图1所示的主轴的流体供应密封轴承；以及 图4以剖面图示出了图1所示的主轴的一部分，并图解了用来在 该主轴的两转轴间传递动力的一对传动销中的一个。 图1以剖面图示出了一种机械加工主轴，在此情况下该主轴为一 磨削主轴。该机械加工主轴通常包括一个主体1，一双转轴组件被轴 颈安装在该主体中，该双转轴组件包括外转轴2和被安装于该外转轴 2内、相对于该外转轴2作轴向移动的内转轴3。外转轴2被轴颈安装 以在一径向空气轴承4内旋转，并且电机5被设置用于相对于主体1 旋转地驱动外转轴2并因此驱动整个转轴组件。外转轴2包括一个外 磨轮座21，一个外磨轮22安装到该外磨轮座上。类似地，内转轴3 包括一个内转轴磨轮座31，一个内磨轮32安装到该内转轴磨轮座上。 在图1所示的位置，内转轴3相对于外转轴2处于一个缩回位置， 因此外磨轮22伸出内磨轮32外。应理解的是，这意味着如果使该主 轴与工件接触，将是外磨轮22作用于该工件，而不是内磨轮32(假 设该工件是大体平坦的)。但是，如上所述，内转轴3被设置为相对 于外转轴2作轴向移动。因而，内转轴3可以朝向伸出得更多的位置 (按如图1所示出的主轴的取向为朝左)移动，使得内磨轮32伸出外 磨轮22外。在这样的位置，如果使主轴与工件接触(同时该转轴组件 在旋转)，内磨轮32将作用于该工件并磨削该工件(同样假设该工件 是大体平坦的)。 这种具有一个能在一个外转轴2内轴向移动的内转轴3、从而选 择性地使用安装在内转轴上的工具或者安装在外转轴上的工具加工工 件的一般结构产生本主轴被设置来执行的一般总体功能。将在下文中 描述的该一般结构的构造和操作的一些更详细的方面是在本说明书中 更关注的。 当如图1所示内转轴处于其缩回位置时，内转轴3的凸曲面锥形 部分33与外转轴2的凹锥形部分23紧密接触。这两个锥形部分23、 33的紧密连接防止内转轴3进一步缩进外转轴2中，并且相对于外转 轴2以一种稳固的固定关系固定内转轴。因此，这些锥形部分23、33 限定内转轴3相对于外转轴2的行程的一端。 外轮座21包括在其径向内边缘处具有一槽口的一环状止动部件 24。内转轴3具有一止动部分34，该止动部分包括一径向突出部，该 径向突出部被设置为，当内转轴在其最大允许伸出位置时，抵靠在由 该径向内边缘槽口形成的外转轴止动部件24的突出部上。也就是说， 该两个止动部件24和34被设置为使得，当朝伸出位置驱动内转轴3 时，内转轴3相对于外转轴2的进一步行进被该两个止动部件之间的 接触阻止。因此，行程止于一精确确定的并可重复的位置。这意味着， 当内转轴3在其伸出位置时，内磨轮相对于主轴也处于一精确限定的 并可重复的位置。 应当注意的是，这些止动部分在磨轮22、32附近，并且事实上靠 近磨轮22、32。这进一步有助于实现处于其伸出位置的内磨轮32的 精确、可重复定位，因为与要是死止块部件被设置得更远的情形相比， 在这些确定完全停止位置的部件24、34和磨轮32本身之间存在更少 的部件。这样减少了处于伸出位置的内磨轮的位置由于诸如磨损、制 造公差以及温度(热生长)等因素而变化的可能性。 在本实施方案中，应注意的是，在内转轴3和外转轴2之间没有 相对转动。传动销P被设置为从外转轴2向内转轴3传递旋转动力。 这些传动销被拧入外轮座21中(在图4中，虽然在附图中只能看到这 些传动销中的一个，但当前使用了两个传动销)，并被用于代替相应 数量的固定螺钉。该传动销的突出的普通销杆部分与内轮座21中的盲 孔对准。这有效地“钉住”了轮座21、31，并因此同时钉住了转轴2、 3。 传动销P这样接合到内轮座31中，即使得，即使按最大的走刀行 程，也仍然存在这些销的接合。传动销被定位在主轴的头部的一个优 点是，最大化了转轴联接机钩的扭转刚度。内转轴3相对于外转轴2 的轴向运动通过两组线性滚珠轴承架6导向。 通过一个流体压力驱动致动器装置将内转轴3在其缩回位置(如 图1所示)和其伸出位置(在此情形下内磨轮32延伸超出外磨轮22) 之间驱动，在本实施方案中，该流体压力驱动制动器装置采取一个气 动致动器装置7的形式。 在图2中可以更清楚地看到上述气动致动器装置的细节。该气动 致动器装置7是一个双作用气动致动器，该双作用气动致动器被设置 为将内转轴从缩回位置(如图1所示)驱动到伸出位置以及将内转轴 3从伸出位置朝缩回位置驱动。 在内转轴3的与承载磨轮32的一端相对的一端设置有活塞杆部分 71。一个双作用活塞部件72被安装在活塞杆71上，并通过一环形螺 母73锁定在适当位置。该活塞72被设置为在一个腔室内移动，该腔 室借助于一个活塞密封盘74(设置在外转轴2中，并且活塞杆71穿 过该活塞密封盘74)、外转轴2的主部的内弯曲壁以及被安装到外转 轴2的主部上的外转轴延伸部分25，与主轴的其余部分隔离。 应当注意的是，该气动致动器装置7被设置为随着外转轴2旋转。 因此在本实施方案中，气动致动器装置7随着转轴2、3两者——转轴 组件旋转。该气动致动器装置7包括由前一段落提及的部件组成的活 塞壳。 如果加压空气被输送到活塞72的设置有活塞密封盘74的一侧， 即最靠近转轴的其上安装有工具的自由端的那一侧，活塞72被驱动背 离转轴的其上安装有工具的一端，因此内转轴3被拉到如图1所示的 缩回位置。此移动一直进行，直到配合锥形面33和34彼此接触。另 一方面，如果加压空气被输送到活塞73的相反一侧，则活塞73被朝 向转轴的其上安装有工具22、32的一端驱动，因此内转轴3被朝向它 的伸出位置驱动，一直到止动部分24和34稳固地彼此紧靠。 因此，通过控制位于活塞72两侧的腔室的空气供应，能够在缩回 位置和伸出位置之间驱动内转轴3。 设置了用于向活塞72两侧供应加压空气的通道9a、9b，该通道9a、 9b可以在图2中看见。第一通道9a被设置用于将空气供应到活塞72 的最靠近转轴2、3的安装有工具22、32的一端的一侧，第二通道9b 被设置用于向活塞72的相反一侧供应空气。一个空气供应密封轴承 10被设置在主轴的与安装有工具32、22的一端相对的一端上。该空 气供应密封轴承10被设置以向第一和第二供应通道9a和9b供应空 气。 第一空气供应通道9a从空气供应密封轴承10的区域经由一个设 置在延伸部分25中的通道9a向前延伸，一直到它与外转轴2的主部 会合，在该会合位置它通过该主部前进到活塞71的最靠近转轴2、3 的安装有工具23、32的一端的那一侧。另一方面，第二空气供应通道 9b包括一个设置在延伸部分25中的通道9b，该通道从空气供应密封 轴承10的区域开始并且一直到进入活塞72的相反一侧上的腔室结束。 如从图2和图3可看到的，这两个空气供应通道，或至少该空气供应 通道9a、9b的位于延伸部分25中的那些部分，是彼此周向间隔开的。 每个空气供应通道9a、9b在空气供应密封轴承10附近具有各自 的入口91a、91b。这些空气供应入口91a、91b是彼此轴向间隔开的。 在本实施方案中，这些空气供应入口还是彼此周向间隔开的。 空气供应密封轴承10是一个被安装在主轴1的主体的后盖1a中 的大体环形部件。当延伸部分25进入该空气供应密封轴承10——在 此情况下通过该空气供应密封轴承10的孔腔进入时，该空气供应密封 轴承10的内部弯曲表面面向该延伸部分25的外部弯曲表面。该空气 供应密封轴承10的内部弯曲表面包括两个彼此轴向间隔开的周向凹 槽11a和11b。这些周向凹槽中的第一个周向凹槽11a与这些空气供 应通道中的第一个空气供应通道9a的入口91a轴向对准，这些周向凹 槽中的第二个周向凹槽11b与第二空气供应通道9b的入口91b轴向对 准。在一个较不优选的替代方案中，可以在延伸部分的外表面中设置 一个周向凹槽来代替简单的入口91a、91b，并且可以设置简单的出 口来代替周向凹槽11a和11b。 该空气供应密封轴承10还包括使该轴承能够充当空气轴承并提供 密封的空气喷口12，并包括排气槽13，以使废气能够从由空气供应密 封轴承10形成的空气轴承中排出。应当注意的是，该空气供应密封轴 承10是一个非接触式密封轴承，其被设置为向外转轴延伸部分25提 供两个分开的供气。 尽管没有详细地示出，但该分开的各个供气被提供给可独立控制 的轴向间隔开的周向凹槽11a和11b。这意味着空气可以被选择性地 输送到活塞72的一侧或另一侧。另外，设置了多个阀，这些阀使得每 个凹槽11a、11b能够被选择性地连通到一个供气以将空气输送到活塞 72的相关侧，或被连通以使得空气能够从活塞的相关侧排出到大气中。 空气供应密封轴承10使得两个独立的供气能够被供应至转轴。 在主轴的运转中，当空气经由各个空气通道9a、9b中的一个被输 送到在活塞72的一侧的腔室时，各个空气通道9a、9b中的另一个被 连通到大气，使得在活塞的相应侧的腔室中的空气可以逸出。以这种 方式，已知的空气压力被应用于活塞72的一侧，可重复的力被施加在 内转轴3上，因为在活塞72的另一侧的空气被允许逸出。 在本主轴的运转中，几乎一直在活塞72的一侧或另一侧维持空气 压力，以将内转轴3保持在完全伸出位置或完全缩回位置。当希望将 系统状态从完全缩回状态改变到完全伸出状态时，通过使用上述阀(未 示出)以一种受控的方式从活塞72的相应侧控制空气的输送和空气的 释放，可以以一种受控的方式实现该改变。 为完整起见，提一下，贯穿外转轴延伸部分25、活塞杆部分71 以及内转轴3的中心孔用于在运转过程中向磨轮提供冷却剂。一个旋 转联轴器C被设置在此冷却剂源和中心孔的远离磨轮22、32的一端之 间。 在一个改进中，可以设置一个公共的非接触式空气轴承密封单元， 来提供上述空气供应密封轴承和用于使得能够输送冷却液流体的旋转 联轴器的组合功能。这种公共的密封单元将替代上述空气供应密封轴 承和旋转联轴器。这种装置可以帮助消除可能会由于旋转联轴器的接 触密封表面而由旋转联轴器导致的不希望的振动效应。 本实施方案使得内转轴3能够在转轴组件23正在旋转时相对于外 转轴2轴向移动，并且从伸出和缩回机构去除机械部件连同精密地控 制内转轴3的伸出和缩回速度的能力，可以显著增强平稳运行，并避 免可能由振动引起的不希望的影响。 避免使用机械零件提供了改进的位置可重复性并减轻了对维护的 需求。它还减少或消除了与位置蠕动、非平衡系统、振动和弹簧衰减 相关的问题。 在一个改进中，可以设置多个活塞。这些活塞可以按轴向列设置， 即，沿轴向一个接在另一个之后设置。可以向每个活塞的每一侧提供 进给源。这种配置使得可以施加更大的力于内转轴——伸出和/或缩回 状态下。