DE102017105934B4 - Maschinenspindelanordnung für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Maschinenspindelanordnung (22) bildet eine Baueinheit mit einem Motor (19) als zentrales Element. An einer Seite des Motors (19) ist ein Spindelhals (35) mit einer Spindel (32) angeflanscht, die von dem Rotor (28) des Motors (19) direkt angetrieben wird. Die Spindel (32) ist eine sogenannte Nullspindel, die mit allen Lagern und sonstigen Verschleißteilen wegen der vorhandenen genau justierten Positionierfläche (39), die ihre Anlage an eine axial gut definierten Lageranlagefläche (38) findet, ohne Nachjustierung ausgewechselt werden kann. Auf der von der Spindel (32) abliegenden Rückseite des Motors (19) sind die Werkzeuglösevorrichtung (20) und ein Winkelstellgetriebe (21) angeordnet, das dazu dient, eine in der Spindel (32) vorhanden Planzugwelle (42) relativ zu der Spindel (32) zu verdrehen. Die Planzugwelle (42) dient zur Betätigung einer Verstelleinrichtung an dem Werkzeug (15).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Maschinenspindelanordnung für eine Werkzeugmaschine, wobei diese Maschinenspindelanordnung eine Spindel mit austauschbarem Spindeleinsatz, einen Motor und eine Planzuganordnung sowie gegebenenfalls weitere Funktions- und Baugruppen umfasst.
  • Werkzeugmaschinen, insbesondere zur spanenden Werkstückbearbeitung, weisen typischerweise wenigstens eine Spindel auf, die zur Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist. Dazu dienen normalerweise Kegelschaft-Werkzeugaufnahmen, in die ein Werkzeug oder ein Werkzeughalter einsetzbar ist, um das Werkzeug relativ zu einem Werkstück im Raum zu führen und dabei definierte Bewegungen ausführen zu lassen, wie beispielsweise Drehbewegungen. Zum Antrieb dient ein Motor, dessen Rotor mit der Spindel treibend verbunden ist. Typischerweise sind diese Komponenten an einem Schlitten angebaut, der in mindestens einer Richtung vorzugsweise linear beweglich geführt ist, um das drehend angetriebene Werkzeug entlang einer vorgegebenen Bahn zu führen.
  • Eine solche Maschinenspindelanordnung ist baulich mit der Werkzeugmaschine vereint und Teil derselben. Typischerweise ist die Spindellagerung an dem Schlitten angeordnet, der auch den Motor trägt. Typischerweise ist der Aufbau einigermaßen raumgreifend. Dies gilt insbesondere, wenn die Arbeitsspindel mit einer Planzugeinrichtung versehen ist. Solche Planzugeinrichtungen sind zum Betrieb von Werkzeugen bekannt, wie sie beispielsweise der DE 44 21 583 A1 zu entnehmen sind. Der dort veranschaulichte Plandrehkopf ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist an der Stirnfläche vorstehende, radial bewegliche Werkzeuge auf. Zur Bewegung derselben dient eine axial bewegliche, in der Spindel geführte Stellstange.
  • Auch die DE 10 2014 019 175 A1 offenbart ein Werkzeug mit axial verschiebbarer Stellstange zur Radialbewegung von Schneiden.
  • Es sind aber auch Werkzeuge bekannt, bei denen die Radialverstellung der Schneiden durch eine Relativverdrehung eines Verstellmechanismus in Bezug auf den Werkzeughalter erfolgt. Solche Werkzeuge erfordern eine Arbeitsspindel mit einer drehend angetriebenen Werkzeugaufnahme und einer konzentrischen inneren Spindel, die synchron mit der Arbeitsspindel dreht und zur Betätigung des Verstellapparates winkelmäßig gezielt gegen die Arbeitsspindel verdreht werden kann. Diese innere Spindel wird als Planzugwelle bezeichnet. Zur Erzeugung der Winkelstellbewegung zwischen Arbeitsspindel und der Planzugwelle ist ein sogenanntes Winkelstellgetriebe vorgesehen. Typischerweise wird dies zwischen der Arbeitsspindel und dem Motor angeordnet. Es bildet zusammen mit der Planzugwelle eine Planzugstelleinrichtung.
  • Aus der DE 10 2009 031 027 A1 ist eine Maschinenspindelanordnung für eine Werkzeugmaschine bekannt, die einen Motor mit einen Stator und einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit einer konzentrischen Rotordurchgangsöffnung versehen ist. Die Spindel weist einen Spindelhals auf, der an den Stator des Motors angeflanscht ist und der eine axiale Lageranlagefläche aufweist, um einen Axialpositionierung zu bewirken. Die Spindel weist einen austauschbaren Spindeleinsatz auf, der eine Spindel mit einer Werkzeugaufnahme und eine Spindellagereinrichtung mit einer axialen Positionierfläche aufweist, die der axialen Lageranlagefläche zugeordnet ist, wobei zwischen der Spindel und dem Rotor eine formschlüssige Kupplungseinrichtung vorgesehen ist und wobei die Spindel eine zentrische Spindeldurchgangsöffnung aufweist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Maschinenspindelanordnung für Werkzeuge mit Schneidenverstellung anzugeben, die verbesserte Eigenschaften hat.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 1 gelöst:
  • Die erfindungsgemäße Maschinenspindelanordnung weist einen Motor mit einem drehbar gelagerten Rotor und einem Stator auf, wobei der Rotor drehfest mit der Spindel verbunden ist und somit als Direktantrieb für die Spindel dient. Die Spindel ist in einem Spindelhals drehbar gelagert, der an den Stator des Motors angeflanscht ist. Insbesondere ist zwischen dem Spindelhals und dem Motor keine andere Funktionsbaugruppe vorgesehen, so dass eine besonders starre schwingungsfeste Ausbildung des Spindelhalses und somit eine steife, schwingungsarme Lagerung der Spindel gegeben ist.
  • Die Spindel und der drehfest mit dieser gekuppelte Rotor weisen einen axialen Durchgang auf, durch den sich eine Planzugwelle erstreckt, die konzentrisch zu der Spindel und dem Rotor angeordnet ist. Außerdem kann sich durch den Durchgang eine axial verschiebbar gehaltene Lösehülse erstrecken, die die Planzugwelle umgibt und zum Halten und Lösen eines Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme der Spindel dient. Diese Lösehülse kann drehfest mit dem Rotor verbunden sein, um keine Relativdrehung in Bezug auf diesen auszuführen.
  • Zur Relativverdrehung der Planzugwelle gegen die Spindel ist ein Winkelstellgetriebe vorgesehen, das an der von dem Spindelhals abgewandten Seite des Motors gehalten ist. Mit dem Planzugantrieb kann, während die Spindel dreht, eine drehzahlunabhängige Winkelverdrehung zwischen der Spindel und der Planzugwelle bewirkt werden. Insbesondere ist die Spindel, die das Werkzeugantriebsmoment übertragen muss, auf kurzem Weg direkt an den Rotor angeschlossen während die Planzugwelle, die im Bedarfsfalle lediglich geringe Stellmomente zu übertragen hat, auf dem längeren Wege mit dem Winkelstellgetriebe oder der Spindel verbunden ist. Damit wird ein sehr kompakter, steifer und zugleich schlanker Aufbau erreicht.
  • Die Maschinenspindelanordnung weist in dem Spindelhals eine axiale Lageranlagefläche auf, der eine axiale Positionierfläche des Spindeleinsatzes zugeordnet ist. Die axiale Positionierfläche und die Spindelanlagefläche sind so aufeinander abgestimmt, dass die Axialpositionierung des Spindeleinsatzes exemplarunabhängig mit hoher Genauigkeit bewirkbar ist. Damit sind alle Verschleißteile, einschließlich Lager, Werkzeugaufnahme, in der Werkzeugaufnahme vorhandener Elemente, wie Spannelemente, Federn und dergleichen, auf einfache Weise austauschbar.
  • Die Spindellagereinrichtung weist vorzugsweise wenigstens eine Axiallagerkomponente und wenigstens eine Radiallagerkomponente auf. Zu der Axiallagerkomponente gehört die axiale Positionierfläche, die ihre Anlage und Position in montiertem Zustand an der Lageranlagefläche des Spindelhalses findet.
  • Der Rotor weist eine Rotorlagereinrichtung auf, die insbesondere als Radiallagereinrichtung ausgebildet ist. Axiale von dem Werkzeug und dem Werkzeugwerkstückeingriff herrührende Kräfte werden von der Lagerung des Spindeleinsatzes aufgenommen und von der Spindel vorzugsweise nicht auf den Rotor übertragen. Dazu ist zwischen dem Spindeleinsatz und dem Rotor eine formschlüssige Kupplung, beispielsweise eine drehspielarme Zahnkupplung, vorgesehen, die eine axiale Relativbewegung zwischen Rotor und Spindeleinsatz gestattet.
  • Zwischen dem Rotor und der Planzugwelle kann eine formschlüssige schaltbare Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, wahlweise die Planzugwelle und den Rotor formschlüssig drehfest zu kuppeln oder eine Relativdrehung freizugeben. Die Kupplungseinrichtung kann beispielsweise über eine axiale Bewegung der Planzugwelle ein- und ausgekuppelt werden. In gekuppeltem Zustand ist eine vollständig synchrone Drehung des Spindeleinsatzes und der Planzugwelle sichergestellt. Auch unerwartete Drehzahländerungen, wie beispielsweise durch Stromausfall, Notabschaltung oder dergleichen, führen nicht zu einer unkontrollierten Relativbewegung und somit unkontrollierten Radialverstellung von Komponenten am Werkzeug.
  • Der Kompaktheit, Schwingungsarmut und Zentrierung der an der Maschinenspindelanordnung vorhandenen Massen kommt es zugute, wenn der Spindelhals direkt an eine erste Stirnseite des Stators angeflanscht und von diesem getragen ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn das Winkelstellgetriebe und gegebenenfalls eine Löseeinheit für die Werkzeugaufnahme an der von dem Spindelhals weg weisenden anderen Stirnseite des Stators angeordnet sind. Der Schwerpunkt dieser Maschinenspindelanordnung liegt dann im Wesentlichen im Inneren des Motors, wodurch auch schnelle Stellbewegungen der Maschinenspindelanordnung mit hoher Präzision und ohne Anregung unzuträglicher Schwingungen ausgeführt werden können.
  • Vorzugsweise bildet die Maschinenspindelanordnung insoweit eine vorgefertigte Baueinheit, die im Ganzen mit einem Maschinenschlitten verbunden oder von diesem gelöst werden kann. Zum Anschluss weist der Motor eine Anschlussfläche zur radialen und axialen Befestigung der Maschinenspindelanordnung an dem Maschinenschlitten auf. Zusätzlich kann der Spindelhals eine Abstützfläche zur radialen Abstützung an dem Maschinenschlitten aufweisen, beispielsweise um Bearbeitungskräfte direkt in den Maschinenschlitten einzuleiten. Die Abstützfläche kann eine Umfangsfläche des Spindelhalses sein.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. Es zeigen:
    • 1 eine Werkzeugmaschine, in schematisierter vereinfachter Darstellung,
    • 2 die Maschinespindel der Werkzeugmaschine nach 1, in schematisierter teilweise geschnittener Darstellung,
    • 3 eine Prinzipdarstellung von Komponenten der Maschinenspindel nach 2.
  • In 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht, die zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken 11 dient. Dazu ist das in 1 symbolisch durch ein Rechteck veranschaulichte Werkstück 11 auf einem Werkstücktisch 12 gespannt, der fest oder beweglich von einem Maschinegestell 13 getragen ist. Der Werkstücktisch 12 kann dabei linear und/oder rotatorisch jeweils um eine oder mehrere horizontale und/oder vertikale Achsen beweglich angeordnet sein.
  • Zur Bearbeitung des Werkstücks 11 dienen Werkzeuge, die typischerweise in einem Werkzeugmagazin bereitgehalten und durch geeignete Mittel in eine Maschinenspindel 14 eingesetzt und ausgewechselt werden können. Solche Werkzeuge sind Bohrer, Fräser und dergleichen. In 1 ist als Werkzeug 15 ein Spindelkopf dargestellt, der wenigstens eine radial verstellbare Schneide 16 aufweist. Die Radialverstellbarkeit ist in 1 durch einen radial zu der Drehachse 17 orientierten Pfeil veranschaulicht.
  • Die Maschinenspindel 14 ist dazu eingerichtet, das Werkzeug 15 zu drehen und die Schneide 16 bedarfsweise gezielt radial zu verstellen. Auch andere Werkzeuge mit Radialverstellung von Schleif- oder Schneidelementen können von der Maschinenspindel 14 aufgenommen werden.
  • Die Maschinenspindel 14 ist von einem Schlitten 18 getragen, der mit der Maschinenspindel 14 zusammen weitere Elemente, wie zum Beispiel einen Motor 19, eine Werkzeuglösevorrichtung 20 und/oder ein Winkelstellgetriebe 21 gehören, wie es in 2 veranschaulicht ist. Die Spindel 14, der Motor 19, die Werkzeuglösevorrichtung 20 und das Winkelstellgetriebe 21 bilden eine Maschinenspindelanordnung, die eine selbständige Baueinheit 22 bildet.
  • Die Baueinheit 22 weist eine Anschlussfläche 23 auf, die vorzugsweise am Außenumfang des Motors 20 angeordnet ist. Die Fläche erstreckt sich vorzugsweise um den Motor 19 herum, wobei sie zusammenhängend oder unterbrochen ausgebildet sein kann. Die Anschlussfläche 23 kann eine Zylinderfläche oder auch eine Fläche sein, die einem anderen Querschnitt beispielsweise einem Polygonalquerschnitt, folgt. Sie dient zur radialen und axialen Fixierung der Baueinheit 22, wobei der Schlitten 18 zu der Anschlussfläche 23 passend eine entsprechende Sitzfläche 24 aufweist. Durch die feste Lagerung und Halterung des Motors 19 an seiner Anschlussfläche 23 ist die gesamte von der Maschinenspindelanordnung 22 gebildete Baueinheit fest gehalten. Zusätzlich kann der Schlitten 18 einen rohrförmigen Fortsatz 25 oder einen sonstigen Halter aufweisen, der einen Teil der Maschinenspindel 14 aufnimmt und diese in Radialrichtung abstützt. Dazu kann die Maschinenspindel 14 eine Abstützfläche 26 aufweisen, die von einem Abschnitt der Umfangsfläche der Maschinenspindel 14 gebildet wird.
  • Die Maschinenspindelanordnung 22 weist als zentrales und tragendes Element den Motor 19 auf, der einen Stator 27 und einen Rotor 28 umfasst. Der Motor 19 kann als Synchronmotor, Asynchronmotor, Gleichstrommotor oder sonstiger Elektromotor ausgebildet sein, wobei er hinsichtlich Leistung, Drehzahl und Drehmoment auf den Antrieb des Werkzeugs 15 ohne Zwischengetriebe eingerichtet ist (getriebeloser Direktantrieb). Der Rotor 28 weist eine vorzugsweise durch Wälzlager an stirnseitigen Lagerschilden 29, 30 gelagerte Hohlwelle 31 auf, die an ihrer im Arbeitsraum und somit dem Werkzeug 15 zugewandten Seite mit einer Spindel 32 gekoppelt ist. Die Spindel 32 und die Hohlwelle 31 sind beide konzentrisch zu der gleichen Drehachse 17 angeordnet. Zur drehfesten Kupplung der Hohlwelle 31 und der Spindel 32 kann jedes geeignete Kupplungsmittel Anwendung finden, das eine drehfeste Kupplung bewirkt und zugleich wenigstens geringe, radiale und/oder axiale Ausgleichsbewegungen gestattet, wie beispielsweise Stirnverzahnungen, Profilverzahnungen oder dergleichen.
  • Die Spindel 32 ist hohl ausgeführt und weist an ihren von dem Motor 19 weg weisenden Ende eine Werkzeugaufnahme 33 auf, die beispielsweise zur Aufnahme von Hohlschaftkegeln oder anderweitigen genormten Werkzeuganschlüssen oder Anschlüssen von Werkzeughaltern geeignet ist. Zur Arretierung solcher Werkzeuge in der Werkzeugaufnahme 33 dient eine Lösestange 34, die rohrartig ausgebildet ist und sich sowohl durch die Hohlwelle 31 des Rotors 28 wie auch durch die Spindel 32 erstreckt. Die insbesondere auch aus 3 ersichtliche Lösestange 34 trägt im Bereich der Werkzeugaufnahme 33 Verbindungsmittel zum Ankuppeln an eine entsprechende Kupplungsstruktur des Werkzeugs oder des Werkzeughalters. Durch nicht veranschaulichte Federmittel ist die Lösestange 34 in Richtung von der Werkzeugaufnahme 33 weg federnd vorgespannt. Zum Lösen des Werkzeugs wird die Lösestange 34 durch die Werkzeuglösevorrichtung 20 in Richtung auf das Werkzeug hin (2 nach links) bewegt.
  • Die Spindel 32 ist durch mehrere Lager, insbesondere Wälzlager, in einem Spindelhals 35 drehbar gelagert. Dieser ist fest mit dem Stator 27 des Motors verschraubt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Spindelhals 35 mit einem Scheibenflansch unmittelbar an die werkzeugseitige Stirnseite des Motors 19 an, die im Ausführungsbeispiel durch das Lagerschild 29 oder eine andere den Stator 27 abschließende Struktur gebildet ist. Durch diese Bauweise wird eine optimale Fluchtung der Spindel 32 und der Hohlwelle 31 zu der Drehachse 17 und eine sehr kompakte Bauweise erreicht.
  • Die Spindel 32 bildet zusammen mit wenigstens zwei Lagern 36, 37 sowie gegebenenfalls weiteren mit der Spindel 32 verbundenen Teilen einen Spindeleinsatz, der als Verschleißteil zum Beispiel bei Lagerverschleiß oder Verschleiß der Werkzeugaufnahme 33 im Ganzen ausgewechselt werden kann. Nachdem die Axialposition der Spindel 32 die Position der Werkzeugschneiden aufgenommener Werkzeuge bestimmt, kommt es dabei darauf an, dass die neue Spindel 32 ungeachtet etwaiger Produktionstoleranzen die gleiche Axialposition aufweist, wie die zuvor von dem Spindelhals 35 aufgenommene Spindel. Deswegen weist der Spindelhals 35 eine axiale Lageranlagefläche 38 auf, die zum Beispiel durch eine ringförmige, ebene, an einer Stufe des inneren Durchgangs des Spindelhalses 35 ausgebildete Fläche gebildet sein kann. Die Lageranlagefläche 38 dient der axialen Anlage des Lagers 37, das die Axiallagerkomponente der gesamten von den Lagern 36, 37 gebildeten Lagereinrichtung sein kann. Der axialen Lageranlagefläche 38 ist eine axiale Positionierfläche 39 zugeordnet, die direkt an dem Lager 37 oder an Beilag- oder Justierringen ausgebildet ist, die zwischen dem Lager 37 und der Lageranlagefläche 38 angeordnet sein können. Durch entsprechend positionierte axiale Anordnung der Positionierfläche 39 wird sichergestellt, dass ein Spindeleinsatz ausgewechselt werden kann, ohne danach die Werkzeugmaschine neu einmessen zu müssen.
  • Zwischen der Spindel 32 und dem Rotor 28 bzw. seiner Hohlwelle 31 ist eine drehfeste Kupplungseinrichtung 40 angeordnet, die zum Beispiel durch ineinander greifende Stirnverzahnungen der Spindel 32 und der Hohlwelle 31 gebildet sein kann. Diese Kupplungseinrichtung 40 lässt geringfügige axiale und/oder radiale Relativbewegungen zu, so dass die Axialposition der Spindel 32 allein von der Positionierfläche 39 und der Axialanlagefläche 38 bestimmt ist.
  • Durch die Spindel 32 und die Hohlwelle 31 erstreckt sich die rohrartig ausgebildete Lösestange 34, die axial beweglich ist, wobei sie jedoch vorzugsweise drehfest mit der Hohlwelle 31 und/oder der Spindel 32 verbunden ist. Der Lösestange 34 ist ein in 2 symbolisch angedeuteter Aktor 41 zugeordnet, der zum Beispiel durch einen Druckluftzylinder gebildet ist und Teil der Werkzeuglösevorrichtung 20 ist. Die Hohlwelle 31 und die Spindel 32 begrenzen einen axialen Durchgang, durch den sich eine Planzugwelle 42 erstreckt, die konzentrisch zu der Drehachse 17 angeordnet ist. Die Planzugwelle 42 erstreckt sich dabei zugleich durch die Lösestange 34, d.h. in den Axialdurchgang der Hohlwelle 31 und der Spindel 32. Die Planzugwelle 42 und die Lösestange 34 sind koaxial zueinander angeordnet.
  • Die Planzugwelle 42 kann über eine schaltbare Kupplungseinrichtung 43 drehfest mit der Hohlwelle 31 des Rotors 28 gekuppelt werden. Die Drehmomentübertragung kann dabei über die Lösestange 34 erfolgen, d.h. die Kupplungseinrichtung 43 kann zwischen der Lösestange 34 und der Planzugwelle 42 wirkend angeordnet sein, wenn die Lösestange 34 drehfest mit der Hohlwelle 31 verbunden ist. Dazu kann die Lösestange 34 an einem Ende eine innere Profilverzahnung aufweisen, mit der Profilzähne der Planzugwelle 42 in und außer Eingriff gebracht werden, indem die Planzugwelle 42 axial entsprechend hin und her verschoben wird.
  • Ist die Kupplungseinrichtung 43 eingekuppelt, rotiert die Planzugwelle 42 synchron zu der Spindel 32. Wenn die Kupplungseinrichtung 43 hingegen ausgekuppelt ist, bestimmt das Winkelstellgetriebe 21 die Drehung der Planzugwelle 42. Das Winkelstellgetriebe 21 ist ein Planetengetriebe mit zwei Planetensätzen. Zu einem ersten Planetensatz gehören ein drehfest mit dem Rotor 28 verbundenes Sonnenrad 44, sowie wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Planetenräder 45, 46, die an einem unverdrehbar gehaltenen Planetenträger 47 drehbar gelagert sind. Der Planetenträger 47 ist aus Sicht der Spindel 32 hinter dem Motor 19 angeordnet. Die Planetenräder 45, 46 kämmen mit einem Hohlrad 48, das drehfest mit einem vorzugsweise gleich großen zweiten Hohlrad 49 verbunden ist. Dieses gehört zu einem zweiten Planetensatz, dessen Planetenräder 50, 51 an einen um die Drehachse 17 konzentrisch drehbar gelagerten Planetenträger 52 selbst drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 50, 51 sind vorzugsweise so groß wie die Planetenräder 45, 46. Sie kämmen mit einem Sonnenrad 53, das vorzugsweise so groß ist wie das erste Sonnenrad 44. Der Planetenträger 52 ist über eine Getriebeverbindung, beispielsweise über einen Ketten- oder Riementrieb 54, mit einem Stellmotor 55 verbunden.
  • Das Funktionsprinzip der in 3 ausschnittsweise angedeuteten Spindeleinheit ist wie folgt:
  • Ist die Kupplung 43 eingerückt, rotieren Spindel 32 und Planzugwelle 42 mit gleicher Drehzahl synchron in feststehender Winkelbeziehung zueinander. Damit werden an dem Werkzeug 15 vorhandene Schneiden 16 in Radialrichtung nicht verstellt.
  • Soll nun während des Betriebs eine Radialverstellung der Schneide 16 vorgenommen werden, wird zunächst die Kupplungseinrichtung 43 entkuppelt. Eine Winkelverstellung der drehenden Spindel 32 und der drehenden Planzugwelle 42 gegeneinander findet jedoch nicht statt, solange der Planetenträger 52 nicht dreht. Das Sonnenrad 44 treibt über die Planetenräder 45, 46 das Hohlrad 48, das in Gegenrichtung umläuft. Das in gleiche Richtung mitgenommene Hohlrad 49 treibt nun über die Planetenräder 50, 51 das Sonnenrad 53 an, das somit synchron zu dem Sonnenrad 44 dreht.
  • Sobald jedoch der Stellmotor 55 den Planetenträger 52 in Drehrichtung verstellt, wird diese Winkelstellbewegung der Drehbewegung der Planzugwelle 42 überlagert, so dass diese mit gegenüber der Spindel 32 etwas veränderter Drehzahl weiterdrehend eine Winkelverstellung gegen die Spindel 32 erfährt. Die Winkelverstellung kommt zum Stillstand sobald der Stellmotor 55 stillgesetzt wird, die Drehzahlen von Spindel 32 und Planzugwelle 42 sind dann wieder gleich. Durch die von dem Stellmotor 55 über das Winkelstellgetriebe 21 auf die Planzugwelle 42 zusätzlich zur vorhandenen Drehung ausgeübte Verdrehung, d.h. Winkelverstellung, wird die Schneide 16 in Radialrichtung verstellt.
  • Eine erfindungsgemäße Maschinenspindelanordnung 22 bildet eine Baueinheit mit einem Motor 19 als zentrales Element. An einer Seite des Motors 19 ist ein Spindelhals 35 mit einer Spindel 32 angeflanscht, die von dem Rotor 28 des Motors 19 direkt angetrieben wird. Die Spindel 32 ist eine sogenannte Nullspindel, die mit allen Lagern und sonstigen Verschleißteilen wegen der vorhandenen genau justierten Positionierfläche 39, die ihre Anlage an eine axial gut definierten Lageranlagefläche 38 findet ohne Nachjustierung ausgewechselt werden kann. Auf der von der Spindel 32 abliegenden Rückseite des Motors 19 sind die Werkzeuglösevorrichtung 20 und ein Winkelstellgetriebe 21 angeordnet, das dazu dient, eine in der Spindel 32 vorhanden Planzugwelle 42 relativ zu der Spindel 32 zu verdrehen. Die Planzugwelle 42 dient zur Betätigung einer Verstelleinrichtung an dem Werkzeug 15.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Werkzeugmaschine
    11
    Werkstück
    12
    Werkstücktisch
    13
    Maschinengestell
    14
    Maschinenspindel
    15
    Werkzeug
    16
    Schneide
    17
    Drehachse
    18
    Schlitten
    19
    Motor
    20
    Werkzeuglösevorrichtung
    21
    Winkelstellgetriebe
    22
    Maschinenspindelanordnung
    23
    Anschlussfläche
    24
    Sitzfläche
    25
    Fortsatz
    26
    Abstützfläche
    27
    Stator
    28
    Rotor
    29, 30
    Lagerschilde
    31
    Hohlwelle des Rotors 28
    32
    Spindel
    33
    Werkzeugaufnahme
    34
    Lösestange
    35
    Spindelhals
    36, 37
    Lager
    38
    Lageranlagefläche
    39
    Positionierfläche
    40
    Kupplungseinrichtung
    41
    Aktor
    42
    Planzugwelle
    43
    Kupplungseinrichtung
    44
    erstes Sonnenrad
    45, 46
    erste Planetenräder
    47
    erster Planetenträger
    48, 49
    erstes und zweites Hohlrad
    50, 51
    zweite Planetenräder
    52
    zweiter Planetenträger
    53
    zweites Sonnenrad
    54
    Getriebemittel
    55
    Stellmotor

Claims (14)

  1. Maschinenspindelanordnung (22) für eine Werkzeugmaschine (10), mit einem Motor (19), der einen um eine Drehachse (17) drehbar gelagerten Rotor (28) mit einer konzentrischen Rotordurchgangsöffnung und einen Stator (27) aufweist, mit einem Spindelhals (35), der an den Stator (27) des Motors (28) angeflanscht ist und der eine axiale Lageranlagefläche aufweist, mit einem austauschbaren Spindeleinsatz (32, 36, 37), der eine Spindel (32) mit einer Werkzeugaufnahme (33) und eine Spindellagereinrichtung (36, 37) mit einer axialen Positionierfläche (39) aufweist, die der axialen Lageranlagefläche (38) zugeordnet ist, um die Axialpositionierung des Spindeleinsatzes exemplarunabhängig zu bewirken, wobei zwischen der Spindel (32) und dem Rotor (28) eine formschlüssige Kupplungseinrichtung (40) vorgesehen ist und wobei die Spindel (32) eine zentrische Spindeldurchgangsöffnung aufweist, mit einer Planzugwelle (42), die sich durch die Spindeldurchgangsöffnung und die Rotordurchgangsöffnung erstreckt, mit einem Winkelstellgetriebe (21), das an die von dem Spindelhals (35) abliegende Seite des Stators (27) angeschlossen ist und sowohl mit dem Rotor (28) als auch mit der Planzugwelle (42) in Verbindung bringbar ist, wobei das einen Planzugantrieb bildende Winkelstellgetriebe (21) dazu eingerichtet ist, eine drehzahlunabhängige Winkelverdrehung zwischen der Spindel (32) und der Planzugwelle (42) zu bewirken.
  2. Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelhals (35) einen Durchgangskanal aufweist, der konzentrisch zu der Drehachse (17) angeordnet ist.
  3. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindellagereinrichtung (36, 37) wenigstens eine Axiallagerkomponente (37) und wenigstens eine Radiallagerkomponente (36) aufweist.
  4. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) eine Rotorlagereinrichtung aufweist, die wenigstens eine Radiallagerkomponente aufweist.
  5. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Rotor (28) des Motors (19) und der Planzugwelle (42) eine formschlüssige schaltbare Kupplungseinrichtung (43) wirksam ist, die dazu eingerichtet ist, eine Relativdrehung zwischen der Planzugwelle (42) und dem Rotor (28) wahlweise freizugeben oder zu sperren.
  6. Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Planzugwelle (42) axial verstellbar gelagert ist, um die Kupplungseinrichtung (43) ein- und auszukuppeln.
  7. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelhals (35) an eine erste Stirnseite des Stators (27) direkt angeflanscht und von diesem getragen ist.
  8. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (27) und dem Winkelstellgetriebe (21) eine Löseeinheit (20) für die Werkzeugaufnahme (33) vorgesehen ist.
  9. Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Löseeinheit (20) direkt an eine zweite Stirnseite des Stators (27) angeflanscht ist und dass die Löseeinheit das Winkelstellgetriebe (21) trägt.
  10. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenspindelanordnung (22) eine vorgefertigte Baueinheit bildet, die zur Aufnahme in einem Maschinenschlitten (18) eingerichtet ist.
  11. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (27) des Motors (19) eine Anschlussfläche (23) zur radialen und axialen Befestigung der Maschinenspindelanordnung (22) an einem Maschinenschlitten (18) aufweist.
  12. Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche eine Umfangsfläche des Stators (27) ist.
  13. Maschinenspindelanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelhals (35) eine Abstützfläche (26) zur radialen Abstützung des Spindelhalses (35) an einem Maschinenschlitten (18) aufweist.
  14. Maschinenspindelanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützfläche (26) eine Umfangsfläche des Spindelhalses (35) ist.
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