-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindelvorrichtung, die in einer Drehmaschine (Werkzeugmaschine) verwendet wird, die ein Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs bearbeitet.
-
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
-
Es gibt Fälle, in denen ein Spindelgehäuse oder dergleichen zum Aufnehmen einer Spindelwelle durch während einer maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks erzeugte Wärme thermisch verformt wird und eine solche thermische Verformung eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit verursacht. Daher ist es wichtig, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um die thermische Verformung zu unterdrücken.
-
Beispielsweise offenbart die offengelegte
japanische Patentschrift Nr. 2011-240428 eine Kühlstruktur zum Kühlen einer Spindel durch Bereitstellen von Kühlmittelkanälen sowohl im Gehäuse als auch in der Spindel, um ein Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal im Gehäuse zu dem Kühlmittelkanal in der Spindel zu zirkulieren und dadurch das Kühlmittel durch das Innere der Spindel strömen zu lassen.
-
Bei dem in der offengelegten
japanischen Patentschrift Nr. 2011-240428 offenbarten Gehäuse sind Dichtluftzufuhrbohrungen zur Zufuhr von Luft aus einer Luftzufuhrquelle so ausgebildet, dass die äußere Umfangsfläche des Gehäuses mit der äußeren Umfangsfläche der Spindel verbunden ist. Die an der äußeren Umfangsfläche der Spindel befindliche Öffnung der Dichtluftzufuhrbohrung ist mit dem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Spindel und dem Gehäuse verbunden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Nebenbei bemerkt, befindet sich die zum Abdichten verwendete Luft im Allgemeinen in einem komprimierten Zustand. Aus diesem Grund kann bei der offengelegten
japanischen Patentschrift Nr. 2011-240428 die Luft, die aus der Dichtluftzufuhrbohrung zu dem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Spindel und dem Gehäuse strömt, adiabatisch expandiert werden, um dadurch die Temperatur der Luft zu senken.
-
In diesem Fall verursacht die in dem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Spindel und dem Gehäuse strömende Luft zwischen Abschnitten innerhalb des Gehäuses eine Temperaturdifferenz, so dass Bedenken bestehen, dass die Temperaturschwankungen eine thermische Verformung des Gehäuses bewirken. In den vergangenen Jahren gab es Fälle, in denen eine Bearbeitung eines Werkstücks im Nanometerbereich gesteuert werden sollte. In einem solchen Fall tritt, auch wenn der Betrag einer während einer Bearbeitung verursachten thermischen Verformung sehr klein ist, eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit häufiger auf. Daher besteht großer Bedarf an Maßnahmen zum Unterdrücken der Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge thermischer Verformung.
-
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung bereitzustellen, die die Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge thermischer Verformung unterdrücken kann.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spindelvorrichtung ein Spindelgehäuse, eine Spindelwelle, die dazu eingerichtet ist, im Spindelgehäuse drehbar gelagert zu werden, ein Drehelement, das an einem Ende der Spindelwelle bereitgestellt und dazu eingerichtet ist, zusammen mit der Drehung der Spindelwelle drehbar zu sein, einen ringförmigen Flanschabschnitt, der von der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses nach außen vorspringt, und ein Abdeckelement, das dazu eingerichtet ist, eine Oberfläche des Flanschabschnitts an einer Stirnseite der Spindelwelle, eine äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses, die sich von der Oberfläche des Flanschabschnitts zu der einen Stirnseite der Spindelwelle erstreckt, und eine äußere Umfangsfläche des Drehelements abzudecken, wobei eine Temperatur des Abdeckelements geregelt wird. In dem Abdeckelement ist ein Gasströmungsweg ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, von einem Druckgas durchströmt zu werden, um zwischen dem Drehelement und dem Abdeckelement sowie zwischen dem Drehelement und dem Spindelgehäuse eine Abdichtung bereitzustellen, wobei der Gasströmungsweg einen ersten Kanal, der dazu eingerichtet ist, mit der Außenseite des Abdeckelements in Verbindung zu stehen, einen zweiten Kanal, der dazu eingerichtet ist, es dem ersten Kanal zu ermöglichen, mit einem Spalt zwischen dem Drehelement und dem Spindelgehäuse in Verbindung zu stehen, wobei der zweite Kanal größer ist als ein Auslass des ersten Kanals, und einen Auslass des zweiten Kanals umfasst, der dazu eingerichtet ist, einer Oberfläche des Spindelgehäuses zugewandt zu sein.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Auftreten von durch das Druckgas verursachten Temperaturschwankungen zwischen Abschnitten des Spindelgehäuses unwahrscheinlich. Daher kann eine thermische Verformung des Spindelgehäuses infolge lokaler Temperaturschwankungen im Spindelgehäuse reduziert werden. Dadurch ist es möglich, die durch thermische Verformung des Spindelgehäuses verursachte Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit zu unterdrücken.
-
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand eines illustrativen Beispiels dargestellt ist, genauer hervor.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Drehmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittansicht einer Spindelvorrichtung aus 1 zeigt;
- 3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Abdeckelements;
- 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2;
- 5 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg gemäß Modifikation 1 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt;
- 6 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg gemäß Modifikation 2 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt; und
- 7 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg gemäß Modifikation 3 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt.
-
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand einer Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genau beschrieben.
-
Ausführungsform
-
1 ist eine schematische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Drehmaschine 10 zeigt. Die Drehmaschine 10 wird dazu verwendet, ein zu bearbeitendes Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs zu bearbeiten und umfasst ein Untergestell 12, einen Spindelträger 14, einen Tischträger 16, einen Tisch 18 und eine Spindelvorrichtung 20.
-
Der Spindelträger 14 ist auf dem Untergestell 12 bereitgestellt, um die Spindelvorrichtung 20 zu tragen, so dass sie sich relativ zum Untergestell 12 nach links und rechts bewegen kann. Hierbei wird die Richtung (Achsenrichtung), in der sich eine Spindelwelle 22 der Spindelvorrichtung 20 erstreckt, als Vorne-Hinten-Richtung, die Richtung, die senkrecht zur Achsenrichtung in einer Ebene verläuft, die sich parallel zu einer Montagefläche CF erstreckt, auf der die Spindelvorrichtung 20 montiert ist, als Links-Rechts-Richtung und die Richtung, die senkrecht zur Montagefläche CF und zur Achsenrichtung verläuft, als Oben-Unten-Richtung bezeichnet. Die Abwärtsrichtung ist die Richtung der Schwerkraft. Des Weiteren ist bei der Spindelvorrichtung 20 eine Stirnseite der Spindelwelle 22, an der ein Spannabschnitt 30 angeordnet ist, als Vorderseite definiert, während die andere Stirnseite der Spindelwelle 22 als Rückseite definiert ist.
-
Der Spindelträger 14 umfasst eine erste Gleiteinrichtung 14a, die längs der Links-Rechts-Richtung auf dem Untergestell 12 bereitgestellt ist, einen Spindelschlitten 14b, der längs der ersten Gleiteinrichtung 14a bewegbar ist, und einen nicht dargestellten ersten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Spindelschlittens 14b.
-
Der erste Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Komponenten, wie etwa eine Kugelumlaufspindel und andere Komponenten, die die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umsetzen. Da der Spindelschlitten 14b durch den ersten Antriebsmechanismus längs der ersten Gleiteinrichtung 14a bewegt wird, wird die Spindelvorrichtung 20 auf dem Spindelschlitten 14b relativ zum Untergestell 12 nach links und rechts bewegt.
-
Der Tischträger 16 ist auf dem Untergestell 12 angeordnet, um den Tisch 18 in Bezug auf das Untergestell 12 in Vorne-Hinten-Richtung bewegbar zu tragen. Der Tischträger 16 umfasst eine zweite Gleiteinrichtung 16a, die längs der Vorne-Hinten-Richtung auf dem Untergestell 12 bereitgestellt ist, und einen nicht dargestellten zweiten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Tisches 18, der längs der zweiten Gleiteinrichtung 16a bewegbar ist.
-
Der zweite Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Komponenten, wie etwa eine Kugelumlaufspindel, die die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umsetzt. Der Tisch 18 wird durch den zweiten Antriebsmechanismus über die zweite Gleiteinrichtung 16a relativ zum Untergestell 12 in Vorne-Hinten-Richtung bewegt. Der Tisch 18 kann um eine vertikale Achse als Drehachse drehbar bereitgestellt sein.
-
Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass das Werkstück durch den Spannabschnitt 30 der Spindelvorrichtung 20 und das Werkzeug durch den Tisch 18 gehalten wird. Das Werkzeug kann jedoch auch durch den Spannabschnitt 30 der Spindelvorrichtung 20 und das Werkstück durch den Tisch 18 gehalten werden.
-
2 ist eine Schnittansicht, die die Spindelvorrichtung 20 aus 1 zeigt. Die Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform hält ein Werkstück drehbar und wird beispielsweise dazu verwendet, das Werkstück unter einer Steuerung im Nanometerbereich zu bearbeiten. Die Spindelvorrichtung 20 enthält die Spindelwelle 22, ein Spindelgehäuse 24, eine Spindelhalterung 26 und ein Abdeckelement 28 als Hauptkomponenten.
-
Die Spindelwelle 22 ist ein zylindrisches Element und weist eine sie in Achsenrichtung durchdringende zylindrische Durchgangsbohrung 22H auf. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel weist die Durchgangsbohrung 22H eine vorderseitige Durchgangsbohrung 22Ha und eine rückseitige Durchgangsbohrung 22Hb auf, die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der der vorderseitigen Durchgangsbohrung 22Ha. Der Spannabschnitt 30 ist an einem Ende (Vorderseite) der Spindelwelle 22 angeordnet und ein Motor 40 ist am anderen Ende (Rückseite) angeordnet.
-
Der Spannabschnitt 30 ist ein Drehelement, das an der Stirnfläche des Spindelgehäuses 24 an dem einen Ende der Spindelwelle 22 bereitgestellt ist, um zusammen mit der Drehung der Spindelwelle 22 drehbar zu sein, wobei der Spannabschnitt 30 bei der vorliegenden Ausführungsform das Werkstück hält und freigibt. Obgleich der Spannabschnitt 30 hier in 1 scheibenförmig ausgebildet ist, kann er auch eine andere Form aufweisen. Der Spannabschnitt 30 weist eine an der Vorderseite der Spindelwelle 22 befestigte Basis 30a und einen abnehmbar an der Basis 30a angebrachten Sauggreifer 30b auf. Der Sauggreifer 30b weist in seiner Ansaugfläche ausgebildete Öffnungen OP auf. Die Basis 30a und der Sauggreifer 30b enthalten einen Verbindungsdurchgang 30c, um zwischen den Öffnungen OP und einem Ende der in der Spindelwelle 22 befindlichen Durchgangsbohrung 22H eine Verbindung herzustellen. Am Spannabschnitt 30 wird Luft von außerhalb des Spannabschnitts 30 durch eine nicht dargestellte Unterdruckpumpe von den Öffnungen OP durch die Verbindungsdurchgänge 30c in die Durchgangsbohrung 22H gesaugt, um das Werkstück in engem Kontakt mit der Ansaugfläche zu halten.
-
Der Motor 40 ist eine Antriebsquelle der Spindelwelle 22 und umfasst ein Motorgehäuse 40a, das an der Rückseite des Spindelgehäuses 24 angebracht ist, und außerdem einen Rotor 40b und einen Stator 40c, die innerhalb des Motorgehäuses 40a bereitgestellt sind. Die Spindelwelle 22 ist am Rotor 40b befestigt. Daher dreht die Spindelwelle 22 zusammen mit dem Rotor 40b.
-
Das Spindelgehäuse 24 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörper 24a und einen rückwärtigen Gehäusedeckel 24b. Der Gehäusekörper 24a ist mit einem ringförmigen Flanschabschnitt 50 versehen, der von der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a nach außen vorspringt. Der Flanschabschnitt 50 kann integral mit dem Gehäusekörper 24a oder separat vom Gehäusekörper 24a ausgebildet und durch vorgegebene Befestigungselemente am Gehäusekörper 24a befestigt sein.
-
Der rückwärtige Gehäusedeckel 24b ist abnehmbar an der Rückseite des Gehäusekörpers 24a angebracht, um die Öffnung an der Rückseite des Gehäusekörpers 24a abzudecken. Das Motorgehäuse 40a des Motors 40 ist an der Außenseite (rückwärtigen Stirnfläche) des rückwärtigen Gehäusedeckels 24b befestigt.
-
Ein im Wesentlichen zylindrischer Raum zur Anordnung der Welle wird durch den rückwärtigen Gehäusedeckel 24b und den Gehäusekörper 24a begrenzt, so dass er sich in Vorne-Hinten-Richtung hindurch erstreckt. Die Spindelwelle 22 ist in dem Wellenanordnungsraum angeordnet und die im Wellenanordnungsraum angeordnete Spindelwelle 22 ist durch Lager 60 drehbar gelagert.
-
Bei dieser Ausführungsform umfassen die Lager 60 Axiallager 60a und Radiallager 60b. Die Axiallager 60a sind auf der linken und rechten Seite der Spindelwelle 22 angeordnet. Die Radiallager 60b sind an der Vorder- und Rückseite eines vorderen Abschnitts der Spindelwelle 22 bereitgestellt, der sich an der Vorderseite der Axiallager 60a befindet. Das Lager 60 kann ein hydrostatisches Lager oder ein Wälzlager sein. Wenn die maschinelle Bearbeitung des Werkstücks, wie vorstehend erwähnt, im Nanometerbereich gesteuert werden soll, ist die Verwendung eines hydrostatischen Lagers bevorzugt.
-
Die Spindelhalterung 26 ist auf der Montagefläche CF (1) des Spindelschlittens 14b platziert. Die Spindelhalterung 26 weist einen Einsatzhohlraum 26H auf, in den das Spindelgehäuse 24 längs der Achsenrichtung der Spindelwelle 22 eingesetzt ist. Die Vorderseite des in den Einsatzhohlraum 26H eingesetzten Spindelgehäuses 24 ist durch den am Gehäusekörper 24a bereitgestellten Flanschabschnitt 50 an der Vorderseite der Spindelhalterung 26 befestigt und die Rückseite des Spindelgehäuses 24 wird durch ein an der Rückseite der Spindelhalterung 26 bereitgestelltes Tragelement 70 getragen.
-
Insbesondere ist der Flanschabschnitt 50 durch stabförmige Befestigungselemente, wie etwa Stifte, abnehmbar an der Vorderseite (ein Ende, das näher an einer Öffnung des Einsatzhohlraums 26H gelegen ist) der Spindelhalterung 26 befestigt. Andererseits trägt das Tragelement 70 das Spindelgehäuse 24 unter Verwendung der Rückseite (das andere Ende, das näher an der anderen Öffnung des Einsatzholraums 26H gelegen ist) der Spindelhalterung 26 als Basis. Das heißt, das Spindelgehäuse 24 wird an zwei Enden durch die Spindelhalterung 26 oder an der Vorder- und Rückseite des Spindelgehäuses 24 getragen.
-
Das Abdeckelement 28 ist ein Abdeckelement, dessen Temperatur geregelt wird. Das Abdeckelement 28 ist an der Vorderseite der Spindelvorrichtung 20 angeordnet. Insbesondere ist das Abdeckelement 28 bereitgestellt, um die vorderseitige Oberfläche des Flanschabschnitts 50, die äußere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a, die sich von der vorderseitigen Oberfläche nach vorne erstreckt, und einen Teil der äußeren Umfangsfläche des Spannabschnitts 30 abzudecken. Obgleich das Abdeckelement 28 einen Teil der äußeren Umfangsfläche des Spannabschnitts 30 abdeckt, kann es auch so angeordnet werden, dass es die gesamte äußere Umfangsfläche abdeckt.
-
In dem Abdeckelement 28 ist ein Kühlmittelströmungsweg 28a ausgebildet, durch den ein Kühlmittel zum Regeln der Temperatur des Abdeckelements 28 strömt. Das Kühlmittel kann eine Flüssigkeit, wie etwa Wasser, oder ein Gas sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlmittelströmungsweg 28a jeweils auf der linken und rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildet.
-
3 ist eine schematische Perspektivansicht des Abdeckelements 28 und 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2. Im Besonderen zeigt 3 eine Perspektivansicht eines Teils des Abdeckelements 2 von der Rückseite aus gesehen und 4 eine vergrößerte Ansicht des Kühlmittelströmungswegs 28a auf der linken Seite des Abdeckelements 28 und seiner Umgebung.
-
Der Kühlmittelströmungsweg 28a weist einen ersten Kanal 82 und einen zweiten Kanal 84 auf. Der erste Kanal 82 ermöglicht es der Außenseite des Abdeckelements 28 mit der Stirnseite des durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Flanschabschnitts 50 in Verbindung zu stehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der erste Kanal 82 einen ringförmigen Abschnitt 82a auf, der sich kreisförmig längs des gesamten Umfangs des Flanschabschnitts 50 erstreckt, wenn er mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Stirnseite des ringförmigen Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht (siehe 3).
-
Der zweite Kanal 84 ermöglicht es der Außenseite des Abdeckelements 28, mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen. Der zweite Kanal 84 und der erste Kanal 82 sind über einen Leitungsdurchlass 86 miteinander verbunden. Der Leitungsdurchlass 86 ist ein Spalt (Raum), der zwischen dem sich von der Stirnseite des Flanschabschnitts 50 nach vorne erstreckenden Gehäusekörper 24a und dem Abdeckelement 28 ausgebildet ist.
-
Die innere Umfangsfläche 28F (siehe 3) des Abdeckelements 28, die den Leitungsdurchlass 86 begrenzt, ist ringförmig ausgebildet. Indessen ist in der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a, die den Leitungsdurchlass 86 begrenzt, eine wendelförmige Nut 88 (siehe 4) ausgebildet, die sich wendelförmig zur Vorderseite der Spindelwelle 22 erstreckt.
-
Ein Dichtelement 90, das verhindert, dass das Kühlmittel nach draußen ausströmt, ist in einem Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen als die Öffnung des ersten Kanals 82 positioniert ist, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a angeordnet. Ein weiteres Dichtelement 90 ist in einem anderen Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen als die Öffnung des zweiten Kanals 84 positioniert ist, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a angeordnet. Hierbei umfassen spezifische Beispiele des Dichtelements 90 einen O-Ring und dergleichen.
-
Die Öffnung an der Außenseite des ersten Kanals 82 und die Öffnung an der Außenseite des zweiten Kanals 84 sind über ein Rohr 92 miteinander verbunden, das außerhalb des Abdeckelements 28 angeordnet ist. Das Rohr 92 ist mit einer Pumpe 94 versehen.
-
Das Kühlmittel im Rohr 92 strömt durch die Tätigkeit der Pumpe 94 in den ersten Kanal 82 hinein. Das in den ersten Kanal 82 eingetretene Kühlmittel strömt an der Vorderseite des Flanschabschnitts 50 durch den ringförmigen Abschnitt 82a des ersten Kanals 82, wobei es teilweise mit der Stirnseite des Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht, und tritt in den Leitungsdurchlass 86 ein. Das in den Leitungsdurchlass 86 eingeströmte Kühlmittel strömt zum zweiten Kanal 84. Im Besonderen strömt das in den Leitungsdurchlass 86 eingeströmte Kühlmittel durch die wendelförmige Nut 88, die in der den Leitungsdurchlass 86 umgebenden äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a ausgebildet ist, und umfangsseitig oder wendelförmig in Umfangsrichtung der Spindelwelle 22 an der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a entlang und tritt dann in den zweiten Kanal 84 ein. Das in den zweiten Kanal 84 eingeströmte Kühlmittel strömt in das Rohr 92 und wird dann durch die Pumpe 94 zum ersten Kanal 82 zurückgeführt. Somit zirkuliert das Kühlmittel innerhalb und außerhalb des Abdeckelements 28, um die Temperatur des Abdeckelements 28 durch das zirkulierende Kühlmittel zu regeln.
-
Hierbei strömen sowohl das Kühlmittel, das in den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten ersten Kanal 82 des Kühlmittelströmungswegs 28a strömt, als auch das Kühlmittel, das in den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten ersten Kanal 82 des Kühlmittelströmungswegs 28a strömt, in denselben einzelnen Leitungsdurchlass 86. Des Weiteren strömt das durch den Leitungsdurchlass 86 strömende Kühlmittel in den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten zweiten Kanal 84 des Kühlmittelströmungswegs 28a und in den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten zweiten Kanal 84 des Kühlmittelströmungswegs 28a. Das heißt, der Leitungsdurchlass 86 wird durch den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten Umlaufweg und den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten Umlaufweg gemeinsam genutzt.
-
Zusätzlich zu dem Kühlmittelströmungsweg 28a ist im Abdeckelement 28 ein Gasströmungsweg 28b ausgebildet, durch den ein Druckgas zum Abdichten eines abzudichtenden Abschnitts strömt. Der abzudichtende Abschnitt ist ein Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Abdeckelement 28 und ein Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a. Das Druckgas ist ein auf einen vorgegebenen Druck komprimiertes Gas. Beispiele für das Gas umfassen Luft und andere Gase.
-
Der Gasströmungsweg 28b ist näher am Spannabschnitt 30 ausgebildet als das Dichtelement 90, das an der Vorderseite der Öffnungsposition des zweiten Kanals 84 bereitgestellt ist. Hierbei ist der Kühlmittelströmungsweg 28a näher am Flanschabschnitt 50 ausgebildet als das Dichtelement 90, das an der Vorderseite der Öffnungsposition des zweiten Kanals 84 bereitgestellt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Gasströmungsweg 28b jeweils auf der linken und rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildet (siehe 2).
-
Ein Kompressor 106 (siehe 2 und 4) ist mit dem Einlass des Gasströmungswegs 28b verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Gasströmungswege 28b auf der linken und rechten Seite mit jeweiligen Kompressoren 106 verbunden (siehe 2). Es kann jedoch auch ein einzelner Kompressor 106 mit beiden Gasströmungswegen 28b auf der linken und rechten Seite verbunden werden.
-
Der Kompressor 106 gibt ein Druckgas aus und das durch den Kompressor 106 zugeführte Druckgas strömt durch einen Schlauch 106a in den Gasströmungsweg 28b, tritt durch den Gasströmungsweg 28b hindurch und wird dem abzudichtenden Abschnitt zugeführt. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass während der Bearbeitung des Werkstücks erzeugte Späne, das bei der Bearbeitung verwendete Kühlmittel etc. durch den Spalt, d.h. den abgedichteten Abschnitt, in das Innere (Wellenanordnungsraum) des Spindelgehäuses 24 eintreten. Das durch den abgedichteten Abschnitt hindurchgetretene Dichtgas wird an der Vorderseite der Spindelvorrichtung 20 und dergleichen nach draußen entlassen.
-
Der Gasströmungsweg 28b weist einen ersten Kanal 102 und einen zweiten Kanal 104 auf (siehe 3 und 4). Der erste Kanal 102 steht an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 mit der Außenseite in Verbindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Breite W des ersten Kanals 102 längs des gesamten ersten Kanals 102 im Wesentlichen konstant, die Breite des ersten Kanals 102 kann sich jedoch an einer oder mehreren Stellen ändern. Die Breite W des ersten Kanals 102 wird als die Abmessung (linearer Abstand) definiert, die in der Richtung am größten ist, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in der sich der Gasströmungsweg 28b erstreckt. Der Schlauch 106a des Kompressors 106 ist mit dem Einlass des ersten Kanals 102 verbunden.
-
Der zweite Kanal 104 ermöglicht es dem ersten Kanal 102, mit dem Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a in Verbindung zu stehen und ist ringförmig ausgebildet (siehe 3). Der zweite Kanal 104 verfügt über einen größeren Raum als der Auslass OG1 des ersten Kanals 102. Der Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 ist der Oberfläche (der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a) des Gehäusekörpers 24a zugewandt, die dem Spannabschnitt 30 zugewandt ist.
-
Die den zweiten Kanal 104 umgebende Wandfläche weist eine Prallfläche F auf, auf die das aus dem ersten Kanal 102 ausströmende Druckgas aufprallt. Mit der den zweiten Kanal 104 umgebenden Wandfläche ist die Wandfläche der Scheidewand des Abdeckelements 28 gemeint, die den zweiten Kanal 104 begrenzt. Die Prallfläche F ist gegenüber dem Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 geneigt, so dass das aus dem ersten Kanal 102 ausströmende Druckgas zu dem Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a gelenkt wird. Obgleich die Prallfläche F bei dem in 3 gezeigten Beispiel über den gesamten Umfang des ringförmigen zweiten Kanals 104 ausgebildet ist, kann und sollte die Prallfläche zumindest an einem Abschnitt der Wandfläche ausgebildet sein, auf den das aus dem ersten Kanal 102 ausströmende Druckgas aufprallt.
-
In dem Gasströmungsweg 28b strömt das durch den Kompressor 106 zugeführte Druckgas in den ersten Kanal 102 ein, tritt durch den ersten Kanal 102 hindurch und dann aus dem Auslass OG1 des ersten Kanals 102 in den zweiten Kanal 104 ein. Das in den zweiten Kanal 104 eingetretene Druckgas kollidiert mit der Prallfläche F und strömt längs der Prallfläche F aus dem Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 aus und bewegt sich vorwärts zu dem Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a.
-
In dem Gasströmungsweg 28b ist der zweite Kanal 104 größer als der erste Kanal 102. Aus diesem Grund expandiert das aus dem ersten Kanal 102 in den zweiten Kanal 104 strömende Druckgas adiabatisch, so dass sich die Temperatur des Druckgases absenken kann. Auch in diesem Fall nähert sich die Temperatur des Druckgases leicht der Temperatur des Abdeckelements 28 an, da das Druckgas mit der Prallfläche F der Scheidewand des Abdeckelements 28 kollidiert, dessen Temperatur geregelt wird. Daher ist es unwahrscheinlich, dass lokale Temperaturschwankungen, die ansonsten durch die Druckluft verursacht würden, im Gehäusekörper 24a auftreten, dessen äußere Umfangsseite durch das Abdeckelement 28 abgedeckt ist.
-
Daher kann gemäß der Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform eine thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a infolge lokaler Temperaturschwankungen im Gehäusekörper 24a reduziert werden, so dass es möglich ist, die Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge der thermischen Verformung des Gehäusekörpers 24a zu unterdrücken.
-
Modifikationen
-
Obgleich die obige Ausführungsform als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sollte der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt werden. Es versteht sich von selbst, dass der obigen Ausführungsform verschiedene Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche ist außerdem ersichtlich, dass Ausführungsformen, denen solche Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt wurden, im technischen Umfang der Erfindung enthalten sein sollen. Beispiele, bei denen die obige Ausführungsform modifiziert oder verbessert ist, sind nachstehend beschrieben.
-
Modifikation 1
-
5 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg 28c gemäß Modifikation 1 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt. Der Gasströmungsweg 28c der Modifikation 1 ist an einer anderen Position als der Gasströmungsweg 28b der Ausführungsform ausgebildet.
-
Das heißt, der Gasströmungsweg 28b der Ausführungsform ermöglicht es dem Au-ßenbereich an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 mit der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen, wohingegen es der Gasströmungsweg 28c der Modifikation 1 dem Außenbereich an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 ermöglicht, mit der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen.
-
Die Prallfläche F der Scheidewand des Abdeckelements 28, die den zweiten Kanal 104 im Gasströmungsweg 28c der Modifikation 1 bildet, ist geneigt, so dass sie näher an die Vorderseite des Abdeckelements 28 herankommt, da sie von der äußeren Umfangsseite zur Innenseite des Abdeckelements 28 verläuft.
-
In dem Gasströmungsweg 28c der Modifikation 1 kann, wie bei der obigen Ausführungsform, auch wenn das in den zweiten Kanal 104 einströmende Druckgas adiabatisch expandiert und die Temperatur des Druckgases gesenkt wird, sich die Temperatur des Druckgases leicht der Temperatur des Abdeckelements 28 annähern, wenn das Druckgas mit der Prallfläche F der Scheidewand des Abdeckelements 28 kollidiert. Daher ist es ebenso wie bei der obigen Ausführungsform möglich, die thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a infolge lokaler Temperaturschwankungen im Gehäusekörper 24a zu reduzieren.
-
Modifikation 2
-
6 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg 28d gemäß Modifikation 2 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt. Der Gasströmungsweg 28d der Modifikation 2 ist an einer anderen Position als der Gasströmungsweg 28b der Ausführungsform ausgebildet.
-
Das heißt, der Gasströmungsweg 28b der Ausführungsform ermöglicht es dem Au-ßenbereich an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 mit der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen, wohingegen es der Gasströmungsweg 28d der Modifikation 2 dem Außenbereich an der Vorderseite des Abdeckelements 28 ermöglicht, mit der Vorderseite des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen. In diesem Fall kann der erste Kanal 102 des Gasströmungswegs 28d jedoch so ausgeführt sein, dass er sich vom Außenbereich an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 zur Spindelwelle 22 erstreckt und dann zur Stirnseite des Gehäusekörpers 24a umgelenkt oder gebogen wird, so dass der Außenbereich an der äußeren Umfangsseite des Abdeckelements 28 mit der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a in Verbindung gebracht wird.
-
Die Prallfläche F der Scheidewand des Abdeckelements 28, die den zweiten Kanal 104 im Gasströmungsweg 28d der Modifikation 2 bildet, ist geneigt, so dass sie sich der Spindelwelle 22 nähert, da sie von der Vorderseite zur Rückseite des Abdeckelements 28 verläuft.
-
In dem Gasströmungsweg 28d der Modifikation 2 kann, wie bei der obigen Ausführungsform, auch wenn das in den zweiten Kanal 104 einströmende Druckgas adiabatisch expandiert und die Temperatur des Druckgases gesenkt wird, sich die Temperatur des Druckgases leicht der Temperatur des Abdeckelements 28 annähern, wenn das Druckgas mit der Prallfläche F der Scheidewand des Abdeckelements 28 kollidiert. Daher ist es ebenso wie bei der obigen Ausführungsform möglich, die thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a infolge lokaler Temperaturschwankungen im Gehäusekörper 24a zu reduzieren.
-
Modifikation 3
-
7 ist eine Ansicht, die einen Gasströmungsweg 28e gemäß Modifikation 3 von demselben Blickpunkt aus gesehen wie in 4 zeigt. Der Gasströmungsweg 28e der Modifikation 3 unterscheidet sich dahingehend von dem Gasströmungsweg 28d der Modifikation 2, dass die Prallfläche F (siehe 6) des Gasströmungswegs 28d der Modifikation 2 entfernt wurde.
-
In dem Gasströmungsweg 28e der Modifikation 3 tritt das durch den Kompressor 106 zugeführte Druckgas in den ersten Kanal 102 ein, strömt durch den ersten Kanal 102 hindurch und in den zweiten Kanal 104 hinein. Das in den zweiten Kanal 104 eingetretene Druckgas strömt aus dem Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 heraus, kollidiert mit der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a und bewegt sich dann vorwärts zu dem Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a.
-
In dem Gasströmungsweg 28e der Modifikation 3 kollidiert das Gas, wie vorstehend beschrieben, mit der Stirnseite des Gehäusekörpers 24a, obgleich keine Prallfläche F (siehe 6) vorhanden ist. Der Gehäusekörper 24a ist durch das Abdeckelement 28 abgedeckt, das sich in einem temperaturgeregelten Zustand befindet, weshalb die Temperatur des Gehäusekörpers im Wesentlichen im gleichen Maße schwankt wie die des Abdeckelements 28. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich, auch wenn die Temperatur des Druckgases durch adiabatische Expansion gesenkt wird, die Temperatur des Gases der Temperatur des Gehäusekörpers 24a annähert, die im gleichen Maße schwankt wie die Temperatur des Abdeckelements 28, zumindest beim Kollidieren mit dem Gehäusekörper 24a. Dadurch kann, wie bei der obigen Ausführungsform, die thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a infolge der lokalen Temperaturschwankungen im Gehäusekörper 24a reduziert werden.
-
Wenn die Prallfläche F wie in jedem der Gasströmungswege 28b bis 28d der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und der vorstehend beschriebenen Modifikationen 1 und 2 ausgebildet ist, kollidiert das Druckgas direkt mit dem temperaturgeregelten Abdeckelement 28, so dass sich die Temperatur des Gases leicht der geregelten Temperatur annähern kann.
-
Modifikation 4
-
Bei der obigen Ausführungsform erstreckt sich der erste Kanal 102 im Gasströmungsweg 28b im Wesentlichen gerade, er kann sich jedoch auch gekrümmt erstrecken. Ebenso kann sich der erste Kanal 102 in den Gasströmungswegen 28c bis 28e der Modifikationen 1 bis 3 gekrümmt erstrecken.
-
Modifikation 5
-
Obgleich der Kühlmittelströmungsweg 28a bei der obigen Ausführungsform jeweils auf der linken und rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildet ist, kann der linke oder rechte Kühlmittelströmungsweg 28a auch weggelassen werden. Des Weiteren sind, sofern der Kühlmittelströmungsweg 28a eine solche Ausgestaltung hat, dass ein Kühlmittel zum Regeln der Temperatur des Abdeckelements 28 hindurchströmen kann, die Anordnung, die Form und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Zirkulation etc. des Kühlmittelströmungswegs 28a nicht speziell eingeschränkt. Ferner ist bei der obigen Ausführungsform der Leitungsdurchlass 86 zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a bereitgestellt. Der Leitungsdurchlass 86 kann jedoch auch innerhalb des Abdeckelements 28 bereitgestellt werden und solange er es dem ersten Kanal 82 ermöglicht, mit dem zweiten Kanal 84 in Verbindung zu stehen, sind die Anordnung, die Form etc. des Leitungsdurchlasses 86 nicht speziell eingeschränkt. Kurz gesagt, es ist eine beliebige Ausgestaltung möglich, solange die Temperatur des Abdeckelements 28 durch das Kühlmittel geregelt werden kann.
-
Die vorstehende genannte Ausführungsform und die vorstehend genannten Modifikationen lassen sich beliebig kombinieren, sofern keine technische Unvereinbarkeit auftritt.
-
Technische Konzepte
-
Die technischen Konzepte, die aus der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und den vorstehend beschriebenen Modifikationen hervorgehen, sind nachstehend beschrieben.
-
Die Spindelvorrichtung 20 umfasst ein Spindelgehäuse 24, eine Spindelwelle 22, ein Drehelement 30, einen Flanschabschnitt 50 und ein Abdeckelement 28.
-
Die Spindelwelle 22 ist im Spindelgehäuse 24 drehbar gelagert. Das Drehelement 30 ist an einem Ende der Spindelwelle 22 angeordnet und dazu eingerichtet, zusammen mit der Drehung der Spindelwelle 22 drehbar zu sein. Der Flanschabschnitt 50 ist ringförmig ausgebildet und springt von der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24 nach außen vor. Das Abdeckelement 28
ist dazu eingerichtet, die Oberfläche des Flanschabschnitts 50 an der einen Stirnseite der Spindelwelle 22, die äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24, die sich von der Oberfläche des Flanschabschnitts zu der einen Stirnseite der Spindelwelle 22 erstreckt, und die äußere Umfangsfläche des Drehelements 30 abzudecken, wobei die Temperatur des Abdeckelements regelt wird.
-
Im Abdeckelement 28 ist ein Gasströmungsweg 28b bis 28e ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, von einem Druckgas durchströmt zu werden, um zwischen dem Drehelement 30 und dem Abdeckelement 28 sowie zwischen dem Drehelement 30 und dem Spindelgehäuse 24 eine Abdichtung bereitzustellen.
-
Der Gasströmungsweg 28b bis 28e umfasst einen ersten Kanal 102 und einen zweiten Kanal 104. Der erste Kanal 102 steht mit der Außenseite des Abdeckelements 28 in Verbindung. Der zweite Kanal 104 ermöglicht es dem ersten Kanal 102, mit dem Spalt zwischen dem Drehelement 30 und dem Spindelgehäuse 24 in Verbindung zu stehen, wobei der zweite Kanal größer ist als der Auslass OG1 des ersten Kanals 102. Der Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 ist dazu eingerichtet, der Oberfläche des Spindelgehäuses 24 zugewandt zu sein.
-
Bei der derart ausgestalteten Spindelvorrichtung 20, strömt das aus dem ersten Kanal 102 in den zweiten Kanal 104 eintretende Druckgas, da der Auslass 0G2 des zweiten Kanals 104 dem Spindelgehäuse 24 zugewandt ist, aus dem zweiten Kanal 104 heraus und kollidiert mit dem Spindelgehäuse 24. Da das Spindelgehäuse 24 durch das Abdeckelement 28 abgedeckt ist, dessen Temperatur geregelt wird, schwankt die Temperatur des Gases im Wesentlichen im gleichen Maße wie die des Abdeckelements 28. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich, auch wenn die Temperatur des Druckgases durch adiabatische Expansion gesenkt wird, die Temperatur des Gases der Temperatur des Spindelgehäuses 24 annähert, die im gleichen Maße schwankt wie die Temperatur des Abdeckelements 28, zumindest beim Kollidieren des Gases mit dem Spindelgehäuse 24. Daher ist es möglich, große lokale Temperaturschwankungen im Spindelgehäuse 24 zu verhindern, die durch das Druckgas verursacht werden, weshalb es möglich ist, das Auftreten einer thermischen Verformung im Spindelgehäuse 24 infolge der lokalen Temperaturschwankungen zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge thermischer Verformung des Spindelgehäuses 24 zu unterdrücken.
-
Die den zweiten Kanal 104 umgebende Wandfläche weist bevorzugt eine Prallfläche F auf, mit der das aus dem ersten Kanal 102 ausströmende Druckgas kollidiert. Diese Ausgestaltung bewirkt, dass das in den ersten Kanal 102 einströmende Druckgas direkt mit dem temperaturgeregelten Abdeckelement 28 kollidiert, so dass die Temperatur des Gases leicht auf die geregelte Temperatur gesenkt werden kann. Daher ist es möglich, eine Erhöhung einer lokalen Temperaturdifferenz im Spindelgehäuse 24 durch das Druckgas weiter zu unterdrücken.
-
Die Prallfläche F ist bevorzugt gegenüber dem Auslass OG2 des zweiten Kanals 104 geneigt, so dass das aus dem ersten Kanal 102 ausströmende Druckgas zum Spalt gelenkt wird. Diese Ausgestaltung macht es möglich, die Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit des mit der Prallfläche F kollidierenden Druckgases im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Neigung vorhanden ist, zu unterdrücken.
-
Der zweite Kanal 104 ist bevorzugt ringförmig ausgebildet. Die ringförmige Ausgestaltung des zweiten Kanals 104 macht es möglich, die ungleichmäßige Druckverteilung des aus dem ersten Kanal 102 ausströmenden Druckgases in Umfangsrichtung zu vermindern, weshalb es möglich ist, das Druckgas in einem solchen Druckverteilungszustand um die Spindelwelle 22 herum zuzuführen. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Spindelwelle 22 durch das lokal um die Spindelwelle 22 herum zugeführte Druckgas in Schwingung versetzt wird.
-
Das Abdeckelement 28 umfasst ein Dichtelement 90, das dazu eingerichtet ist, einen Teil eines Spalts zwischen der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24 und dem Abdeckelement 28 abzudichten, und einen Kühlmittelströmungsweg 28a, der näher am Flanschabschnitt 50 ausgebildet ist als das Dichtelement 90 und dazu eingerichtet ist, von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, um die Temperatur des Abdeckelements 28 zu regeln. Des Weiteren ist der Gasströmungsweg 28b bis 28e näher am Drehelement 30 ausgebildet als das Dichtelement 90. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Vermischung des Kühlmittels mit dem zur Abdichtung verwendeten Druckgas zu unterdrücken und gleichzeitig die Temperatur des Abdeckelements 28 mit dem Kühlmittel zu regeln.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2011240428 [0003, 0004, 0005]
