DE2332623A1

DE2332623A1 - Vorrichtung fuer koaxialkraft und -bewegung fuer ein maschinenwerkzeug

Info

Publication number: DE2332623A1
Application number: DE2332623A
Authority: DE
Inventors: Martin David Lawler
Original assignee: Bridgeport Machines Inc
Current assignee: Bridgeport Machines Inc
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1974-01-31
Also published as: IT987944B; US3803927A; GB1429213A; CA984591A; JPS49124683A; ES415637A1

Description

Priorität vom 12i-iHii_i222 ^{in USA}» Ser.No.269_f977

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei Maschinenwerkzeugen, die eine rohrförmige Hohlwelle verwenden, in der eine !•elativ drehbare Spindel angeordnet ist, wobei eine Drehachse mit geeigneten Lagern zwischen Spindel und Hohlwelle gebildet ist und ein die Hohlwelle unterstützender Bezugsrahmen motgesehen ist. Die Erfindung ermöglicht eine einfachere und preiswertere Bewegung der Hohlwelle und der Spindel in axialer Richtung, wenn die Anordnung durch einen Antriebsmotor oder eine Betätigungsvorrichtung gesteuert wird.

309885/0954

Bisher wurde die Axialbewegung einer Hohlwelle in einem Maschinenwerkzeug durch relativ teure und komplizierte Steuereinrichtungen erreicht. Allgemein gibt es drei Bewegungsmittel für die Hohlwelle. Die erste dieser Steuereinrichtungen verwendet einen außerzentrischen Zahnstangenantrieb auf der Außenwand der Hohlwelle, um die A\ia Lbewegung hervorzurufen. Diese Einrichtung hat den Naclileil, daß unerwünschte .Seitenbelastungen der Hohlwelle relativ zu ihrem Gehäuse hervorgerufen werden, die - wenn übertrieben - Fehler bei der Arbeit hervorrufen können. Der Fehler ist ungleichmäßig und hängt von dem Betrag der Reaktionskraft ab, die durch die Spindel auf die Hohlwelle wirkt» Dieser Effekt ist im Handel manchmal durch, den Ausdruck "Hohlwellenrückstoß¹' bekannt.

Die zweite Einrichtung, die gewöhnlich für die Hohlwellenbewegung verwendet wird, um den "Hohlwellen-Rückstoß"-'Effekt zu verhindern, besteht in der axialen Belastung, die auf die Spindel oder die Hohlwelle von einer konventionellen Betätigungsvorrichtung o<^:··~r < iner Führungsschraube aufgebracht wird. Dies führt gewöhnlich zur Verlängerung der Spindel oder der gesamten Konstruktion der Maschine, und zwar zu unerwünschten Höhen, wodurch die Maschine umständlich zu handhaben und zu installieren ist. Grundsätzlich handelt es hier sich ein teures Mittel zur

Erreichung des Ergebnisses, und das Mittel steht oft in

309885/0954

2337623

keinem Kostenverhältnis zu anderen in dem Maschinenwerkzc-ug befindlichen Mechanismen.

iciii weiteres Mittel zur Erreichung der Hohlwellenbewegung besteht in der Verwendung eines versetzten Arms, der sich radial nach außen von der Hohlwelle erstreckt und an einer Pührungsscliraube oder einer anderen Betätigungseinrichtung befestigt ist, welche die Hohlwelle über den Arm antreibt. Dieses System neigt jedoch, ähnlich dem ersten zur Erzeugung von Hohlwellen-Rückstößen.

Die Lrfindung richtet sich auf einen Mechanismus, der einfach und relativ preiswert in seinen verschiedenen Ausfülirungsformen ist und eine axiale Hohlwellenbewegung durch Kräfte vorsieht, die koaxial auf die Hohlwellenkonstruktion so aufgebracht werden, daß der Hohlwellen-Rückstoß verhindert ist. Erfindungsgemäß kann die Bewegung auch in dem normalen Gehäuserahmen des typischen Maschinenwerkzeuges so aufgebracht werden, daß weder eine überschüssige Höhe erforderlich ist, Verlängerung des Werkzeuges, noch komplizierte und teure ;u..iiii-ht.>«·η zur Vermeidung der zusätzlichen Höht notwendig sind.

Insbesondere besteht die Erfindung bei einem Maschinenwerkzeug der beschriebenen Art in der Schaffung einer die Hohlwelle koaxial umgreifenden Mutter mit schraubenförmigem Gewindeeingriff zwischen Mutter und Hohlwelle und einer

-U-

'* 0988 5/095*.

antreibenden Betätigungsvorrichtung, din auf dem Rahmen gehaltert ist und die Kombination Mutter und Hohlwelle antreibt, um einen Körper der Kombination relntiv zum anderen drehbar zu bewegen und eine lineare axiale Bewegung der Hohlwelle und der Spindel relativ zum Rahmen hervorzurufen! Dies wird in einer solchen Weise durchgeführt, daß die antreibende Betätigungseinrichtung der Hohlwelle einen Schub erteilt, um die Spindel relativ zum Rahmen anzutreiben, wodurch die Bewegung des Werkzeuges auf der Spindel in ein Werkstück hinein zu Schneidzwecken axiale ReaktionsSchubkräfte dem Bezugsrahmen über die Hohlwelle und die Mutter mitteilt.

V/eitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden zum besseren Verständnis anhand der Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsforra der Erfindung im Vertikalschnitt und in schematischer Darstellung eines Teils eines Maschinen^erkzeuges mit der erfindungsgemäßen Verbesserung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht ähnlich der Fig. 1, wobei eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt ist,

Ί O 9 8 B 5 / O 9 S U

Fig, 3 eine schematische Ansicht ähnlich der nach den Fig. 1 und 2 in der Darstellung einer weiteren anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform und

Fig. h eine schematische Ansicht unter Darstellung einer alternativen Antriebsanordnung für die Maschine der Fig. 3·

In Fig. 1 wird nur schematisch ein Teil eines Maschinenwerkzeuges gezeigt. Nur Teile des Maschinenwerkzeuges, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind dargestellt, und es ist daher weder der Antrieb noch die Kupplung für das Werkzeug gezeigt, zumsL diese Teile herkömmlich und von bekannter Art sind. Das Maschinenwerkzeug kann beispielsweise bei der hier gezeigten Ausführungsform eine Bohrmaschine oder eine vertikale Fräsmaschine sein, obwohl die Erfindung auch auf horizontal ausgerichtete Maschinenwerkzeuge oder auf Maschinenwerkzeuge mit einer beliebigen anderen Stellung bezogen sein kann·

Das Maschinenwerkzeug ist in erster Linie eine Drehvorrichtung, bei der die Spindel 10 die Verbindung zwischen dem Hauptantrieb und einem Werkzeug 12 ist, welches schematisch gezeigt ist. Die Spindel 10 ist vorzugsweise koaxial in einer rohrförmigen Hohlwelle 14 angeordnet, die in vielerlei Hinsicht eine herkömmliche Hohlwelle ist und mit geeigneten Lagern versehen ist, um die Spindel von

30988 5 /095 A

der Hohlwelle getrennt zu halten und eine relative Drehung zwischen der Spindel und der Hohlwelle zu ermöglichen. Der Aufbau bzw» die Konsti'u'cf^ j.. llgemein wird bezüglich einem Maschinenrahmen oder einem Maschinengestell 16 gehaltert, das gewöhnlich ein die gesamte Hohlwelle 1^ oder zumindest wesentliohe Teile der Hohlwelle einschließendes Gehäuse ist·

Erfindungsgemäß ist ein Mutternkörper 18 vorgesehen, der koaxial die Hohlwelle 14 umgibt und mit einem schraubenförmigen Gewindeeingriff mit der Hohlwelle versehen ist. Die schraubenförmigen Gewindegänge auf der Hohlwelle sind bei dieser Ausführungsform schematisch gezeigt, und es versteht sich, daß überall dort, wo ein schraubenförmiger Gewindeeingriff erfindungsgemäß gefurdort wird, die weitest™ mögliche Interpretation dieses Ausdruckes zu wählen ist. Dies bedeutet, daß der schraubenförmige Eingriff ein normaler Gewindeeingriff direkt zwischen der Mutter und der Hohlwelle bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel sein kann; oder ein Eingriff mit irgendeiner anderen Art von Gewindemechanismus, wie z.B. eine Kugelverbindung oder eine Walzenlagerführung; oder es kann sich um irgendeine andere Art von schraubenförmiger Gewindevorrichtung handeln. Zutreffend ist ferner, daß das Gewinde von verschiedener Art und Gestalt sein kann, wobei die Geometrie unwesentlich ist. Weiterhin ist die Steigung des Gewindes Sache der Auswahl und hinsichtlich der vorliegenden Er-

309885/095/*

BAD ORlQiNAt

findung unbedeutend. Tatsächlich ist es bei einigen Anwendungen denkbar_s daß verschiedene Gowindeformen,

-en e inschließlich möglicher Vorrichtung nicht gleichmäs-

siger Steigung, eingesetzt werden können-!

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird die Mutter 18 durch das Gehäuse 16 in einer solchen Weise gehalten, dnß ihre Axialbewegung verhindert wird und auch ihre Drehbewegung festgehalten oder behindert wird. Da die Mutter 18 relativ zum Rahmen 16 fest ist, muß die Hohlwelle Ik ebenso drehbar wie axial beweglich sein, und um die Drehung zu gewährleisten, wird eine antreibende Betätigungseinrichtung verwendet, die allgemein mit 22 bezeichnet ist. In diesem Falle besteht die antreibende Betätigungseinrichtung 22 aus einem herkömmlichen Motor 2k mit einer Drehwelle, und der Motor wird auf dem Gehäuserahmen 16 gehaltert. Seine Welle treibt eine Synchronisations-Zahnradscheibe 25 an» die mit dem Synchronisationsriemen 26 in Eingriff steht. Der Synchronisationsriemen 26 seinerseits steht in Synchronisationseingriff mit der Riemenscheibe 28, die koaxial am Außenurafang der Hohlwelle lh angeordnet ist. Auch die Synchronisationsriemenscheibe 28 ist axial bezüglich des Rahmens durch geeignete Schublagereinrichtungen JO auf dem Rahmen gehalten, wobei die Lager die Synchronisatxonsriemenscheibe 26 stets in der gleichen axialen Stellung bezüglich des Gehäuserahmens halten» Die Hohlwelle selbst kann sich

3 0 9 8 R S / η 9 B U

aufgrund einer axialen, länglichen Federnut "}h auf der Hohlwelle vertikal bewegentnd mit einer Keilfederöffnung in der Synchronisationsriemenscheibe 28 kämmen· Diese Öffnung ist in axialer Richtung hinreichend lang, um über den gesamten Bereich der Axialbewegung mit der Hohlwelle in Eingriff zu sein. Diese Federnutverbindung gestattet es dem Synchronisationsriemen 26, über die Riemenscheibe 28, die Hohlwelle Ik drehend über die Keilnutverbindung 3h dauernd anzutreiben.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion, bei der der Aufbau weitgehend ähnlich ist und gleiche Teile durch ähnliche Bezugszahlen bezeichnet sind, die lediglich zusätzlich ein Apostroph tragen» wie in Fig. 1 ist die Mutter 18* mit schraubenförmigem Gewindeeingriff mit der Hohlwelle 1*4* über die Gewindegänge 20* fest am Gehäuserahmen 16* angebracht. Bei dieser Ausführungsforni ist jedoch anstelle eines Synchronisationsriemens eine direkte Zahnverbindung durch die antreibende Betätigungseinrichtung 22' vorgesehen. Bei diesem besonderen Beispiel besteht die Verbindung zwischen dem Motor 2*4* und der Hohlwelle Ik¹ zur Drehung der Hohlwelle und Schaffung einer Vertikalbewegung; nacl» oben und nach unten aufgrund des Zusammenwirkens mit der festen Mutter 18·, aus Einrichttuigen kO und k2. Das Zalui· rad kO ist auf der Welle des Motors 2'+· angebracht und besteht aus einem in Axialrichtung länglichen Ritzel,

'309835/095 *>

das koaxial auf der Motorwelle befestigt ist, die parallel zur Spindel oder Drehachse der Hohlwelle liegte Das an der Hohlwelle 14 befestigte Zahnrad 42 steht jederzeit durch das Ritzel 40 in wirksamem Eingriff. Sobald jedoch gedreht wird und die Hohlwelle nach oben und nach unten in axialer Richtung relativ zum Ritzel 40 bewegt wird, tritt das Zahnrad mit unterschiedlichen Teilen des Ritzels 40 in Eingriff, was auf diese Weise eine Keilnutfunktion schafft, ebenso wie eine Getriebefunktion. Es versteht sich, daß das Zahn-

40 rad 42 axial verlängert sein kann, und das Ritzel/ein mehr herkömmliches, schmales Zahnrad sein kann, oder je nach den Umständen beide Zahnräder erwünschtenfalls axial etwas verlängert sein können. Beiläufig sei bemerkt, daß Zahnräder, Riemenscheiben oder andere Teile des Antriebsmechanismus als getrennte Stücke hergestellt sein und an der Hohlwelle mechaniah angebracht oder auch aus einem Stück mit der Hohlellenoberfläche gebildet sein können. Das gleiche gilt für die Keilnuten und Gewindegänge.

Die in Fig. 3 dargestellte Konstruktion ist wieder jener nach den Fig. 1 und 2 sehr ähnlich und weist nur relativ geringfügige Modifikationen auf. Ähnliche Teile sind wieder mit den gleichen Bezügszahlen versehen, wobei in diesem Falle ein Doppelapostroph hinzugesetzt wird.

Bei dieser Ausführungsform ist die Mutter 18" wiederum fest, so daß sie sich nicht axial bewegen kann, sie ist aber frei

- 10 -

309885/0954

für eine Drehbewegung. Die Bewegung der Mutter 1H» relativ zum Rahmen 16" wird durch Lager k6 verhindert· Der Außenumfang der Mutter 18" kann ein Zahnrad sein, das seinerseits mit einem Zahnrad 48 auf der Welle des Motors 2kⁿ in Eingriff tritt, der ein Teil der antreibenden Betätigungseinrichtung 22" bildet. In diesem Fall dient die Mutter 18" selbstverständlich einer Doppelfunktion zur Schaffung der Einrichtung über Gewinde 20" zur Bewegung der Hohlwelle 14" in axialer Richtung und wirkt als Teil der antreibenden Betätigungseinrichtung.

Bei dieser besonderen Ausführungsform dreht sich die Hohlwelle lh" nicht, da die relative Drehung zwischen Mutter und Hohlwelle durch die Drehung der Mutter 18" gewährleistet wird. Um die Drehung der Hohlwelle 14" zu verhindern, ist ein Stift 50 am Gehäuserahmen befestigt und steht in Eingriff mit einer axialen Nut 5² in der Hohlwelle und verhindert die Drehung der Hohlwelle 14", gestattet aber die Bewegung der Hohlwelle entlang ihrer Achse. Es versteht sich, daß zusätzlich zu Nut und Feder, wie gezeigt, eine Keilnut zwischen der Hohlwelle 14^W und dem Gehäuse 16" eingesetzt werden kann. Alternativ kann zum selben Zweck ein kämmendes und in Eingriff stehendes Teil des Rahmens und der Hohlwelle solcher Gestalt verwendet werden, daß es nicht die Drehung der Hohlwelle relativ zum Rahmen gestattet, wohl aber die relative axiale Bewegung zwischen diesen beiden Teilen gestattet« Es ist

- 1 1 -

309885/095^

auch möglich, cine Fülirung oder eine Gleitschiene, die an der Hohlwelle parallel zur Drehachse angebracht ist, vorzusehen^ allerdings zur Drehachse versetzt, wobei diese Gleitführu .. ihrerseits über ein Gleitlager an dem Rahmen läuft, um denselben Zweck zu erreichen·

Anstelle der oben beschriebenen antreibenden Betätigungseinrichtung können aich andere herkömmliche mechanische Alitriebseinrichtungen eingesetzt werden, wie z.B. ein Ketten- oder Kabelsystem. Anstelle von Elektromotoren können selbstverständlich auch andere Motorarten, wie z.B. hydraulische Motoren, Drehsolenoide und dergleichen verwendet werden. Die Betätigungseinrichtung kann ferner auch linear sein, wie in Fig. *t ist, und zwar mit einer geeigneten Übersetzungseinrichtung.

Die in Fig. *4 gezeigte lineare Betätigungseinrichtung besteht aus einem von einer Flüssigkeit betätigten Zylinder hakömmlicher Art, wobei der Zylinder 52 einen Kolben ^k mit geeigneten Quellen und Ventilen enthält, um die Bewegung, des Kolbens $k in dem Zylinder 52 zu steuern. Eine geeignete Wellenverbindung 56 kann sich durch den Zylinder erstrecken und an gegenüberliegenden Enden eine Verbindung zu einem linearen elastischen Körper 58 ermöglichen, wie z.B. eine Kette, ein Riemen, eine Feder, ein Kabel oder eine andere geeignete Vorrichtung, die um die Riemenscheibe 60 und um den Scheibenumfang 62 der Mutter

309885/0954

- IC -

18" z.B. in der Ausführungsform der Fig. 3» geführt ist. Die Achse der Riemenscheibe 6O liegt parallel zur Achse der Spinde-1 10", so daß die lineare Betätigung des Kolbens $h zu einem Drehantrieb der Mutter 18' durch die elastische Antriebseinrichtung 58 über den Scheiben-umfang 62 führt.

109885/095/«

Claims

- VJ -

Patentansprüche

Maschinenwerkzeug mit einer rohrförmigen Hohlwelle, in der eine relativ drehbare Spindel angeordnet ist, mit einer Drehachse mit Lagern zwischen Spindel und Hohlwelle und mit einem die Hohlwelle halternden Bezugsrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Hohlwelle (14) umgreifende Mutter (18) vorgesehen ist, die in Gewindeeingriff mit der Hohlwelle steht, daß eine antreibende Betätigungseinrichtung (22)auf dem Rahmen (16) gehaltert ist und die Kombination Mutter und Hohlwelle zur Drehbewegung des einen Körpers der Kombination relativ zum anderen antreibt, um eine lineare Axialbewegung der Hohlwelle (14) und der Spindel (10) relativ zum Rahmen (16) derart hervorzurufen, daß die antreibende Betätigungseinrichtung (22) einen Schub auf die Hohlwelle (14) aufbringt, um die Spindel relativ zum Rahmen anzutreiben, wodurch die Bewegung eines Werkzeuges (12) auf der Spindel (1O) in ein Werkstück hinein zu Schneidzwecken über die Hohlwelle (i4) und die Mutter (18) axiale Reaktionsschubkräfte aif den Bezugsrahmen aufbringt .

2. Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf dem Rahmen (16) vorgesehene Rückhalteeinrichtung für die relative Axialbewegung der Mutter (i8)_e

- 11» -

309885/0954

-U-

2332R23

3· Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Mutter (18) an der Drehbewegung gehindert wird, und die relative Bewegung zwischen der Mutter (18) und der Hohlwelle (U) durch Drdi ung der Hohlwelle gewährleistet ist.

h_t Werkzeug nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die antreibende Betätigungseinrichtung (22) eine Vorrichtung (3*0 aufweist, die eine axiale Verlängerung für das Zusammenwirken mit der Hohlwelle (U) ermöglicht, sobald sich diese axial in Abhängigkeit von der antreibenden Betätigungseinrichtung (22) bewegt.

5. Werkzeug nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß eine Keilnutverbindung (3*0 zwischen einem Teil (28) der antreibenden Betätitungseinrichtung (22), die am Rahmen (16) befestigt ist, und dem Teil der Betätigungseinrichtung für Sie axiale Verlängerung vorgesehen ist.

6» Werkzeug nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad (kz) auf der Hohlwelle (U) mit einem Ritzel (40 ) auf der Betätigungseinrichtung (22*) in Eingriff ist, daß zumindest eines der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder (k2_t ko) mit einer ausreichenden axialen Länge derart versehen ist, daß zumindest ein Zahnrad (40) als Keilnut arbeitet und während der relativen axialen Bewegung zwischen der Hohlwelle (U¹) und der antreibenden Betätigungseinrichtung (22*) im Eingriff verbleibt.

309885/0954 - 15 -

5 -

7. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (1U") an der Drehbewegung gehindert ist luxd die relative Bewegung zwischen der Mutter (18") und der Hohlwelle durch Drehung der Mutter gewährleistet ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß «lit- antreibende Betätigungseinrichtung (22) eine mit der Mutter (18") zusamo«*rirkende Einrichtung aufweist»

9 ο Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Drehung zwischen der Hohlwelle und dem Rahmen dadurch gewährleistet ist, daß man zumindest ein Teil der Hohlwelle, welches mi't einem Teil des Rahmens in Eingriff ist, derart gestaltet, daß es nicht die Drehung, wohl aber die relative Axialbewegung zwischen den T_eilen gestattet.

10. Wei'kzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Drehung zwischen der Hohlwelle und dem Rahmen durch eine Gleitverbindung : Feder und Nut vorgesehen ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibende Betätigungseinrichtung einen Drehantrieb aufweist.

12. V/erkzeug nach Anspruch 1, daduuh gekennzeichnet, daß

Ί Q 9 88 5 / 0 9 5 U

die antreibende Betätigungseinrichtug eine lineare Antriebseinrichtung (52, 5^» 56) und eine Umwandlungsvorrichtung (60_t 62) für die Umwandlung der linearen Bewegung in die Drehbewegung der Kombination Mutter und Hohlwelle aufweist·

309885/095A