DD139927A3

DD139927A3 - Anordnung von funktionselementen einer arbeitsspindel,insbesondere fuer koordinatenbohrmaschinen

Info

Publication number: DD139927A3
Application number: DD20181877A
Authority: DD
Inventors: Eckart Freier; Volker Moebius; Horst Schindler
Original assignee: Eckart Freier; Volker Moebius; Horst Schindler
Priority date: 1977-11-02
Filing date: 1977-11-02
Publication date: 1980-01-30
Also published as: GB2010141A; FR2407777A1; DE2845968A1; FR2407777B1; CH636037A5; GB2010141B

Abstract

Die Erfindung dient dem Ziel, eine neuartige Anordnung der Funktionselemente einer Arbeitsspindel zur Aufnahme von Bohr- und Fräswerkzeugen und zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung, insbesondere für

Description

Titel der Erfindung

Anordnung von Funktionselementen einer Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen.

'Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Arbeitsspindeln zur Aufnahme von Bohr- und Fräswerkzeugen und zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung für eine Leistungsund Genauigkeitsbearbeitung, insbesondere für Koordinatenbohrmaschine^

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei einer, bekannten Anordnung der Funktionselemente einer Spindel zur Realisierung einer rotatorischen und einer translatorischen Arbeitsbewegung ist die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial unverschiebbar in einer Hülse (Pinole) gelagert, die ihrerseits axial verschiebbar, jedoch drehfest im Gehäuse geführt ist.

Die Übertragung der Kotati-onsbewegung erfolgt durch ein im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar, konzentrisch gelagertes Zahnrad mit Innenkeilprofil auf die an ihrem Ende als Keilprofilwelle ausgebildete Arbeitsspindel.

über ein im Gehäuse gelagertes Zahnradritzel und einer am Hülsenraantel befindlichen Zahnstange wird die Translationsbewegung der Hülse vermittelt. Diese exzentrische Einleitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was sich nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel auswirkt.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung besteht darin, daß hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente diese Lösung kein Optimum darstellt.

So wird ζ. B. die Hülse als das außenliegende und damit steifste Funlctionselement weit weniger beansprucht, als die zentrisch angeordnete, weniger steife Arbeitsspindel.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Arbeitsspindel axial verschiebbar, jedoch drehfest in einer Hülse geführt ist, die ihrerseits drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse gelagert ist.

Die Übertragung der Rotationsbewegung erfolgt von der mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehenden Hülse formschlüssig auf die Arbeitsspindel. An ihrem hinteren, im Gehäuse liegenden, Ende trägt die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial verschiebbar eine konzentrisch angeordnete Mutter, •die ihrerseits drehfest, jedoch axial verschiebb-ar im Gehäuse geführt ist und eine Gewindespindel umschließt.

Die Gewindespindel selbst lagert drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse und erm.öglicht-bei Drehung durch den Nebenantrieb in Verbindung mit der. Mutter eine Übertragung der Translations.bewegung auf die Arbeitsspindel.

Trotz eines strengen konzentrischen Aufbaus stellt auch diese Anordnung hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente keine optimale Lösung dar. Hinzu kommt noch, daß der verwendeten Wälzlagerung für die Hülse bei höheren Drehzahlen Grenzen gesetzt sind.

,Weiter ist eine Werkzeugmaschinenspindel bekannt, bei der ein Gehäuse mit einer zylindrischen, durchgehenden. Bohrung versehen ist, in der eine Spindel mit dem zylindrischen Teil derselben drehbar und längsverschiebbai· gelagert ist, und der zylindrische Teil der Spindel langer ist als die Gehäusebohrung und das Gehäuse, über mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Druckkissengruppen verfügt. Die Spindel selbst ist an ihrem vorderen Ende mit einer Haltevorrichtung zur Aufnahme von Werkzeugen versehen* Sie ist nicht geeignet, eine neuartige Anordnung von Funktionseleraenten, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen hoher Leistung und hoher Genauigkeitsbearbeitung zu verwirklichen.

Ziel der Erfindung

Die -Erfindung dient dem Ziel, eine neuartige Anordnung der FunktionseIeinente einer Arbeitsspindel zur Aufnahme von Bohr~ und Fräswerkzeugen und zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewe-

201 818

gung, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen anzuwenden, welche gestattet, sowohl schwere Schnitte, z. B. für die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen sicher zu realisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die in der Charakteristik der bisherigen Lösung bekannten und beschriebenen Mängel lassen sich auf folgende Ursachen zurückführen:

1. Eine exzentrische Einleitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel wirkt.

2. Es liegt keine optimale Lösung hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt, bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente vor.

3. Der verwendeten Wälzlagerung sind bei hohen Drehzahlen Grenzen gesetzt.

Um diese Ursachen zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Anordnung an sich bekannter Funktionselemente einer Arbeitsspindel zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung zur Anwendung zu bringen, die es gestattet, unter Produnktionsbedingungen sowohl schwere Schnitte, z. B.für die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen sicher zu realisieren.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf eine hohle Arbeitsspindel verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle, eine Gewindehohlspindel und eine unverschiebbare Stange in die hohle Arbeitsspindel hineinragend angeordnet sind, wobei die Übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel hineinragende Hohlwelle über Formschluß auf die hohle Arbeitsspindel erfolgt, und die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlwelle selbst drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse gelagert ist, andererseits die Übertragung der Translationsbewegung durch die teleskopartig in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel auf die hohle Arbeitsspindel erfolgt, wobei das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel über eine Axiällagerung drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel verbunden ist, weiterhin der scntriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel

201 818

in eine mit dem Hebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter eingreift, v/obei die Gewindehohlspindel selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hinein- . ragende, mit dem Gehäuse drehfest und unverschiebbar verbundene Stange über Formschluß gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

Weiterhin greift der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter ein, wobei die Gewindehohlspindel selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dein Gehäuse drehfest und unverschiebbar verbundene Stange über Formschluß gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

Erfinduhgsgemäß ist dabei der Durchmesser der das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Hohlwelle kleiner als der Durchmesser der das Werkzeug aufnehmenden hohlen Arbeitsspindel, jedoch größer als der Durchmesser der die Vorschubkraft des Kebenantriebes übertragenden Gewindehohlspindel, deren Durchmesser wiederum größer als der Durchmesser der das Reibmoment der Gewindehohlspindel aufnehmenden Stange ist.

Die das Reibmoment der Gewindehohlspindel aufnehmende Stange dient der Aufnahme anderer Einrichtungen oder einer begrenzt axialen Verschiebung zur Betätigung einer innerhalb der hohlen Arbeitsspindel angeordneten YJerkzeugspanneinrichtung. Die Funktionselemente Hohlwelle, in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel und die mit dem Gehäuse fest und unverschiebbar verbundene Stange sind erfindungsgemäß durch geeignete Koppel- oder Lagerstellen von der hohlen Arbeitsspindel getrennt.

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachstehend an einem Beispiel näher beschrieben v/erden.

Die -Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel.

Die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf eine hohle Arbeitsspindel 1 verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle 7, eine Gewindehohlspindel 9 und eine unverschiebbare Stange 14- sind in die hohle Spindel teleskopartig hineinragend angeordnet, wobei die Übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel 1 hineinragende Hohlwelle 7 über Formschluß erfolgt.

Die Hohlwelle 7 steht mit einem Hauptantrieb in V/irkverbindung und ist selbst drehbar jedoch axial unverschiebbar.

-5-

- 5 - 201 818

Die Übertragung der Translationsbewegung erfolgt durch die in die Hohlwelle 7 hineinragende Gewindehohlspindel 9 auf die hohle Arbeitsspindel' 1.

Das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel 9 ist über eine Axiallagerung 10 drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel 1 verbunden, wobei der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel 9 in eine mit einem Nebenantrieb in Verbindung stehende im Gehäuse 2 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter 12, eingreift und die Gewindehohlspindel 9 selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hinein-ragende, mit dem Gehäuse 2 drehfest verbundene Stange 1A- über Formschluß gegen Verdrehen gesichert und axial verschiebbar geführt ist. Ein durch die Gewindehohlspindel 9 hervorgerufenes Reibmoment wird durch die Stange 14 aufgenommen.

Die hohle Arbeitsspindel 1 trägt an ihrem vorderen Ende einen Innenkegel 3, der durch den Innenraum 4 abgelöst wird. Der Innenraum 4 der hohlen Arbeitsspindel 1 dient der Aufnahme einer V/erkzeugentspanneinrichtung oder anderer Einrichtungen, wobei die Stange 14 eine Betätigung dieser Einrichtungen realisiert. Die hohle Arbeitsspindel 1 selbst wird in an sich bekannter Weise durch hydrostatische Mehrtaschenlager 5 oder in anderer Weise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt.

Der besondere Vorteil der vorliegenden erfinderischen Lösung besteht darin, daß aufgrund der neuartigen Lösung für BKo-Maschinen, eine Arbeitsspindel ohne Pinole für Produktionsmaschinen hoher Genauigkeit zur Anwendung gelangt, dessen Vorteil die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung erkennen läßt.

Die hohle Arbeitsspindel 1 ist durch zwei im Gehäuse 2 angeordnete, an sich bekannte hydrostatische Mehrtaschenlager 5 drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt, die von einem geeigneten, nicht dargestellten Versorgungssystem mit Druckmittel gespeist werden. Die Übertragung der Rotationsbewegung auf die Arb-eitsspindel 1 erfolgt durch die im Gehäuse 2 mittels Wälzlager 6 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Hohlwelle 7·

-6-

Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung .

Durch die ausschließlich konzentrische Anordnung der Funktionselemente ist eine von Biegemoraenten und Störkräften freie Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel gesichert.

Außerdem ist eine optimale Querschnittsdimensionierung der einzelnen Funktionselemente dadurch möglich, daß das jeweils höher belastete Element das jeweils niedriger belastete umschließt. Die außen angeordnete Arbeitsspindel weist von allen verwendeten Funktionselementen die höchste Biege- und Torsionssteife aus, so daß eine Beeinflussung der Antriebs- und Übertragungselemente auf das Werkzeug weitgehend vermeidbar ist.

Die Verwendung des an sich bekannten hydrostatischen Tragprinzips zur gleichzeitigen Lagerung und Führung der Arbeitsspindel garantiert die Übertragung höchster Drehzahlen und Leistungen.bei absoluter Verschleißfreiheit, geringster Reibung und Erwärmung der Lagerstelle und bei Gewährleistung höchster Arbeitsgenauigkeit und Funktionssicherheit.

Claims

- 201 818

Erfindungsanspruch

1."Anordnung von Funktionselementen einer Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen, die zur Realisierung hochgenauer rotatorischer und translatorischer Bewegungen in mindestens zwei im Gehäuse angeordnete, an sich bekannte hydrostatische Mehrtaschenlager oder in • anderer Weise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf eine hohle Arbeitsspindel (1) verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle (7), eine Gewindehohlspindel (9) und eine unverschiebbare Stange (14·) in die hohle Arbeitsspindel (1) hineinragend angeordnet sind, wobei die Übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel (1) hineinragende Hohlwelle (7) über Formschluß auf die hohle •Arbeitsspindel (1) erfolgt, und die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlv/elle (7) selbst drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse (2) gelagert ist, ändererseit die übertragung der Translationsbewegung durch die teleskopartig in die Hohlwelle (7) hineinragende Gewindehohlspindel (9) auf die hohle Arbeitsspindel (1) erfolgt, wobei das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel (9) über eine AXiallagerung (10) drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel (1) verbunden ist, weiterhin der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel (9) in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse (2) drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter (12) eingreift, wobei die Gewindehohlspindel (9) selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse (2) drehfest und unverschiebbar verbundene Stange (14) über Formschluß gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.
2. Anordnung der Funktionselemente einer Arbeitsspindel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser der das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Hohlwelle (7) kleiner als der Durchmesser der das Werkzeug aufnehmenden hohlen Arbeitsspindel (1), jedoch größer als der Durchmesser der die Vorschubkraft des Nebenantriebes übertragenden Gewindehohlspindel (9), deren Durchmesser wiederum größer als der Durchmesser der das Reibmoment der Gewindehohlspindel (9) aufnehmenden Stange (14·) ist.
3. Anordnung der Funktionselemente einer Arbeitsspindel nach Punkt 1

und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die das Reibmoment der Gewindehohl- - spindel (9) aufnehmenden Stange (14-) zur Aufnahme anderer Einrichtungen oder durch eine begrenzt axiale Verschiebung zur Betätigungeiner innerhalb der hohlen Arbeitsspindel (1) angeordneten V/erkzeugspanneinrichtung die'nt.

k. Anordnung von Funktionselementen einer Arbeitsspindel nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Funktionselemente (7, 9, 14·) durch geeignete Koppel- oder Lagerstellen von der hohlen Arbeitsspindel (1) getrennt sind.

Hierzu A Seite Zeichnung

. I