DE2353120A1

DE2353120A1 - Zugspindelantrieb

Info

Publication number: DE2353120A1
Application number: DE19732353120
Authority: DE
Inventors: James Russell Buck
Original assignee: BUCK TOOL Co
Current assignee: BUCK TOOL Co
Priority date: 1972-10-26
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1974-05-09
Also published as: JPS4977275A; AU6189073A; GB1419677A; FR2204475A1; US3807259A; FR2204475B3

Description

Dipi.-lrg. A. Grünecker

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BUGK TOOL COMPANY
7025 East Michigan Avenue P.O. Box 2589
Kalamazoo, Michigan, USA

Zugspindelantrieb

Die Erfindung betrifft einen Zugspindelantrieb zur Axialverschiebung einer Zugstange relativ zu einer drehbaren Antriebsspindel, insbesondere einer Werkzeugmaschine wie einer Drehbank, mit ausschiebbarenAntriebsteilen, die die Zugstange relativ zur Spindel verschieben und einen rotationsfest gelagerten Zylinder aufweisen, sowie sich am Zylinder abstützende, gleitend gelagerte Teile, die relativ zum Zylinder eine im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Spindelachse verlaufende Linearbewegung ausführen.

Drehbänke sind häufig mit einem herkömmlichen Spannfutter ausgestattet, das an der Stirnplatte des Spindelkastens der Dreh-

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bank angeordnet ist, damit ein Werkstück ergriffen werden kann. Die Stirnplatte des Spindelkastens ist ihrerseits an einer hohlen Antriebsspindel befestigt, die sich durch das Gehäuse des Spindelkastens hindurch erstreckt und deren äußeres Ende mittels einer geeigneten Antriebseinrichtung wie z.B. mit Hilfe eines Getriebes oder eines Riementriebes mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Außerdem können die Spannbacken des drehbaren Spannfutters mit Hilfe einer Zugstange bewegt werden, die innerhalb der Spindel gelagert ist und relativ zu dieser axial bewegbar ist- Um eine Axialbewegung der Zugstange und damit eine entsprechende Bewegung der Spannbacken zu erzielen, ist die Drehbank mit einem Zugstangenantrieb ausgestattet, der das freie Ende der Zugstange umgibt und häufig einen Druckmittelzylinder aufweist. Da sich die Zugstange zusammen mit der Spindel dreht, ist es bisher, üblich gewesen, alle oder wenigstens einen Teil der Druckmittelzylinder mit der Zugstange drehbar zu lagern. Bei einer bekannten Konstruktion wird z.B. das freie Ende der Zugstange innerhalb des Dniekraittelzylinders aufgenommen, und während das Zylindergehäuse stationär angeordnet ist, ist der gleitend in dem Zylindergehäuse gelagerte Kolben drehfest mit dem freien Ende der Zugstange verbunden. Diese Konstruktion führt dazu, daß der Kolben drehbeweglich in dem Zylinder gelagert ist, so daß eine Rotationscüchtiang zwischen dem Kolben und dem den Kolben umgebenden ZylindergeMmse vorgesehen werden muß. Da solche Dichtungen, ständig gewartet und erneuert werden müssen, sind sie unerwünscht.

Es ist auch bekannt, den Kolben mit dem Zylinder als Baueinheit drehbar mit der Zugstange zu lagern, wobei diese Konstruktion eine mit dem Druckmittelzylinder verbundene Rotationsdichtung erfordert, damit Druckflüssigkeit von einer stationären äußeren , Druckmittelquelle zu dem Zylinder gefördert werden kann. Diese

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Rotationsdichtungen vergrößern jedoch die mechanischen Schwierigkeiten der Vorrichtung und erfordern eine zunehmende Wartung und Reparatur.

Ein weiterer bei den vörbekannten Konstruktionen auftretender Nachteil besteht darin, daß infolge der Rotation auf die in dem Zylinder enthaltene Druck'flüssigkeit Zentrifugalkräfte wirken. Insbesondere wenn der Druckmittelzylinder mit der Zugstange drehbar verbunden ist, dann ist die in dem Zylinder enthaltene Drückflüssigkeit bei einer Drehung des Zylinders der Zentrifugalkraft ausgesetzt, die ihrerseits den Druck der Flüssigkeit bewirkt. Da sich die Drehzahl der Zugstange ändert, ändert sich die Wirkung der Zentrifugalkraft auf den Flüssigkeitsdruck gleichfalls, so daß der in der Flüssigkeit innerhalb des BetätigungsZylinders herrschende Druck teilweise von der Drehzahl der Spindel Und der Zugstange abhängt. Es ist daher äußerst schwierig, innerhalb des Zylinders ein genaues Druckniveau einzuhalten.

Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, einen verbesserten Zugstangenantrieb zu schaffen, durch den die vorgenannten Nachteile vermieden werden*

Die Erfindung besteht darin, daß der Zylinder wenigstens eine längliche Zylinderbohrung und die gleitend gelagerten Teile einen gleitend in der· Bohrung geführten Kolben aufweisen, der ge*- genüber der Bohrung eine Linearbewegung ausführt, daß eine* erste Lagereinrichtung vorgesehen ist, die relativ zueinander drehbare, konzentrisch angeordnete Laufringe aufweist* Wobei der innere Laufring drehfest mit der Spindel und der ändere äußere Laüfririg drehfest mit dem Zylinder und den Gleltteilen verbunden sind, daß eine zweite Lagereinrichtung vorgesehen isst, die relativ zueinander drehbare, konzentrisch angeordnete Laufringe aufweist,

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wobei der innere Laufring drehfest mit der Zugstange und der andere äußere Laufring drehfest mit dem Zylinder und den Gleitteilen verbunden sind, und daß die Gleitteiie mehrere längliche parallele Kolbenstangen aufweisen, die fest mit den Kolben und dem äußeren Laufring des zweiten Wälzlagers verbunden sind.

Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß der zwischen den freien Enden der Spindel und der Zugstange angeordnete Zugstangenantrieb drehfest montiert ist, während sich diese Teile drehen. Ferner weist der erfindungsgemäße Zugstangenantrieb einen stationär angeordneten Druckmittelzylinder auf, so daß der Druck der Druckflüssigkeit unabhängig von der Drehzahl der Spindel und der Zugstange ist. Mit dem Druckmittelsylinder verbundene Rotationsdichtungen sind nicht erforderlich? da das Druckmittel dem Druckmittelzylinder von einer stillstehenden Druckmittelquelle zugeführt werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten- der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibtang eines Äusführungsbeispiels anhand der Seichnung. Darin seigern ·_

Fig.1 eine Teilansicht einer Drehbank? insbesondere des Spindelkastens der Drehbank mit dem erfindungsgemäßen Zugstangenantriebj

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht des erfindungsgemäßen Zug-. stangenantriebs im Halbschnitt und

Fig.3 ei_ne Schnittansicht entlang der Linie III-IXI nach Fig.2.

In der Fig.l; ist das Ende eines Spindelkastens einer herkömmli-

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chen Drehbank 11 dargestellt, der ein-Gehäuse 12 aufweist, in welchem eine Äntriebsspindel 13 gelagert ist, die an ihrem innenliegenden Ende mit einem drehbar gelagerten Spannfutter 14 verbunden ist. Das Spannfutter 14 kann herkömmlich aufgebaut sein, wobei die Spannbacken wenigstens teilweise in radialer Richtung bewegbar sind, um ein Werkstück in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung einer Zugstange 22 zu ergreifen, die gleitend innerhalb der Spindel 13 gelagert ist. Das Spannfutter 14 kann dem in der US-PS 3 252 71O dargestellten Typ entsprechen.

Die Drehbank 11 ist mit einem auf der Drehbank befestigten Antriebsmotor 16 ausgestattet, dessen Leistung mittels eines geeigneten Übersetzungsgetriebes, wie z.B„ eines Riementriebes oder eines Zahnradgetriebes auf die drehbare Spindel 13 übertragen wird, um diese anzutreiben» Bei dem dargestellten Äusführungsbeispiel ist der Motor 16 mit einem Antriebsrad 17 ausgestattet _B die über einen Riemen 18 eine Riemenscheibe 19 antreibt _v welche mittels einer Ke i !verzahnung 21 dreh fest mit' der drehbaren Spindel 13 verbunden istο

In der Spindel 13 ist die Zugstange 22 verschiebbar gelagert, welche, wie in der Fig*2 zu erkennen ist, um ein Stück über das äußere Ende der Spindel 13 nach außen vorsCeht. Die freien Enden der' Spindel 13 und der Zugstange 22 sind mittels des ,erfindungsgemäßen Zugstangenantriebes 24 miteinander verbunden» Wenn der Zugstangenantrieb eingeschaltet ist, dann bewirkt er eine Axialverschiebung der Zugstange 22 relativ zur Spindel 13_ff so daß eine entsprechende Bewegung der Spannbacken des Spannfutters 14 hervorgerufen wird.

Der in der Fig.2 dargestellte Zugstangenantrieb 24 weist ein

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erstes Wälzlager 26 auf, das den Antrieb auf dem freien Spindelende der Spindel 13 abstützt. Im Abstand zum ersten Wälzlager 26 befindet sich ein zweites Wälzlager 27, das mit dem freien Ende der Zugstange 22 verbunden, ist. Ein Triebwerksteil 28 umschließt die Zugstange 22 und erstreckt sich axial zwischen den Wälzlagern 26 und 27, so daß eine axiale Verschiebung der Zugstange 22 relativ zur Spindel 13 ermöglicht wird.

Die erste Wälzlagerung 26 weist einen ringförmigen inneren Lagerträger 31 auf, der z.B. mittels des Gewindes 32 gegenüber dem freien Ende der Spindel 13 festgelegt ist. Der innere Lagerträger 31 ist zusätzlich mittels einer Madenschraube 33 mit der Spindel 13 fest verbunden. Auf den inneren Lagerträger 31 ist ein innerer ringförmiger Laufring 34 drehfest aufgeschrumpft„ der axial zwischen einer Schulter 36 und einer gesicherten Mutter 37 gehalten wird. Auf dem inneren Laufring 34 laufen zwei KugelXagersäfcze 38, die in einem ringfönaLgen äußeren Laufring 39 geführt werden, welcher in einem ringförmigen äußeren Lagerträger 41 festgelegt ist, wobei der Laufring 39 zwischen einer Schulter 42 und einem Ring 43 gehalten wird.

Die zweite Wälz lagereinrichtung 27 ist ähnlich aufgebaut wie die erste Wälz lagereinrichtung 26 und weist einen inneren ringförmigen Lagerträger 46 auf, der das freie Ende der Zugstange 22 umschließt und mit dieser z.B. mittels des Gewindes 47 fest verbunden ist. Eine Sicherungsmutter 48 ist auf das freie Ende der Zugstange 22 aufgeschraubt, so daß der innere Lagerträger 46 auf der Zugstange festgelegt wird. Ein innerer Laufring 49 umschließt den inneren Lagerträger 46 und ist mittels eines Paßsitzes auf diesem gelagert, wobei er zwischen einer Schulter 51 und einer gesicherten Mutter 52 axial gehalten wird. Auf dem inneren Laufring 49

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läuft ein Paar herkömmlicher Kugellager .53» die in einem äußeren Laufring 54 geführt werden. Der äußere Laufring 54 ist drehfest mit einem äußeren ringförmigen Lagerträger 56 verbunden und wird zwischen einer Schulter 57 und einer Lagerhalterung 58 gehalten.

Die äußeren Lagerträger 41 und 56 sind mittels des Triebwerksteiles 28 axial miteinander verbunden, wobei das Triebwerksteil 28 einen Druckraittelzylinder aufweist, mit weichem eine Axialverschiebung zwischen den äußeren Lagerträgern 41 und 56 ausführbar ist«, Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Triebwerksteil 28 mehrere über den Umfang verteilte Druckmittelzylinder auf, insbesondere einen ringförmigen Zylinaerte.il -61, der die Zugstange 22 umschließt. Der Zylinderte!1 61 ist mit mehreren am umfang im Abstand zueinander angeordneten Zylinderbohrungen. 62 versehen* die sich durch den Zylinderteil .Sl hindurch erstrecken. An einer Stirnseite des Zylinderteiles 61 ist ein zylindrischer Deckel 63 befestigt,, der. das Zylinderteil Sl abdichtet und außerdem mittels des. Sewindes S4 mit dem äußeren Lagerträger 41 ireEbunden ist» Das andere Ende des " Syii&äerteiles Sl ist ebenfalls abgedichtet und Mit einem ähnlichen zylindrischen Deckel 66 fest verbunden. Das Sylinderteil 61 und die Deckel 63 und 66 besitzen flüchtende Zentralöffnungen 67., 68 bzw. 69, durch welche sich die Zugstange erstreckt und frei bewegen kann.

In jeder Zylinderb.oh.rung 62 ist ein Kolben 71 gleitend gelagert, der in einer parallel zur Achse -der Zugstange 22 verlaufenden Richtungen verschiebbar ist. Jeder Kolben 71 ist mit geeigneten federnden Dichtungsringen 72...ausgestattet, die dichtend auf der Wandung der entsprechenden Bohrung 62 aufliegen,. An jedem Kolben 71 ist eine längliche Kolbenstange 73 befestigt, die sich nach außen, durch eine in dem Deckel 66 befindliche öffnung 74 hindurch erstreckt und die in einem herkömmlichen elastomexen Dichtungs- - 409819/0317

ring 76 gleitend geführt wird.

Das äußere Ende jeder Kolbenstange 73 ist mit einem Stangenteil 77 kleineren Durchmessers versehen, der sich durch eine längliche, in dem Lagerträger 56 und der Lagerung 58 angeordnete Öffnung 78 hindurch erstreckt. Das freie Ende der Kolbenstange 73 ist mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Mutter 79 aufgeschraubt ist, so daß der äußere Lagerträger 56 zwischen der Mutter 79 und der von der Kolbenstange an der Übergangsstelle zwischen dem großen und dem kleinen Stangendurchmesser gebildeten Schulter 81 gehalten wird.

Die zylindrischen Deckel 63 und 66 sind mit Anschlüssen oder Durchlässen 82 bzw. 83 ausgestattet, die ihrerseits an entsprechende Leitungen 84 und 86 angeschlossen sind, welche mit einem außerhalb liegenden Druckmittelsystem, wie z.B. einer Motorpumpe und einem Reservoir verbunden sind, so daß ein Druckmittel, wie z.B. eine unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zu dem einen oder anderen Ende der Bohrungen 62 gefördert oder von diesem abgeführt werden kann, um auf diese Weise die Kolben 71 in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen. Die verschiedenen Zylinder 71 lönnen mittels Kanälen 87 und 88 miteinander verbunden sein, wie dies in den Figuren dargestellt ist, oder, falls dies bevorzugt wird, können sie jeweils über unabhängige Leitungen 84 und 86 versorgt werden, wobei die Kanäle 87 und 88 fortfallen. Das Triebwerk 28 funktioniert daher wie ein herkömmlicher zweifachwirkender Druckmittelzylinder, der eine Axialbewegung der Zugstange 22 entweder in bezug auf die Spindel 13 nach innen oder nach außen zuläßt, wobei eine entsprechende Bewegung der Spannbacken, die mit dem Spannfutter 14 verbunden sind, hervorgerufen wird.

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Es sei darauf hingewiesen/ daß der innere und äußere Lagerring 34 und 39 mit den dazwischen angeordneten Kugelreihen 38 ein herkömmliches zweireihiges Wälzlager bildet. Der innere Laufring 49 und der äußere Laufring 54 sowie die zwischen diesen Laufringen.angeordneten Kugelreihen 53 bilden ebenfalls ein herkömmliches zweireihiges Wälzlager. Eine weitere Beschreibung dieser Wälzlager erscheint nicht notwendig, da bekannt ist, daß diese Lagertypen in der Lage sind, sowohl Axial- als auch Radialkräfte zu übertragen.

Im nachfolgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Zugstangenantriebes kurz beschrieben werden. Wenn die Drehbank 11 dazu eingesetzt wird, ein Werkstück zu halten, dann wird dieses Werkstück von mehreren Spannbacken gehalten, die beweglich in dem drehbaren Spannfutter 14 angeordnet sind. Aufgrund der .axialen Verschiebung der Zugstange 22gegenüber der Spindel werden die Spannbacken mit dem Werkstück klemmend in Eingriff gebracht. Angenommen, daß die Spannbacken des Spannfutters ,14 aufgrund einer axial nach außen gerichteten Bewegung der Zugstange 22 radial nach innen in Eingriff mit dem Werkstück bewegt werden und ferner angenommen, daß die Spannbacken sich in ihrer radial äußersten Position befinden, dann werden die Spannbacken mit dem Werkstück in klemmenden Eingriff mittels des Zugstangenantriebes 24 radial nach innen bewegt. Zu diesem Zweck wird Druckflüssigkeit durch die Leitung 84 und durch den Anschluß 82 in das rechte Ende der Bohrung 62 gefördert. Die in ■ die Vielzahl der Bohrungen 62 geförderte Druckflüssigkeit sorgt dafür, daß die Kolben 71 in bezug auf die Fig*2 nach links bewegt werden, so daß die Kolbenstangen 73 herausgeschoben werden. Durch das Herausschieben der Kolbenstangen 73 wird der äußere Laufring 54 gleichfalls gegenüber der Spindel 13 axial verscho-

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ben (in bezug auf die Fig.2 nach links). Die axiale Verschiebung des Laufträgers 56 wird über den äußeren Laufring 54, die Kugeln 53 und den inneren Laufring 49 auf den inneren Lagerträger 46 übertragen. Der innere Lagerträger 46 und die mit ihm verbundene Zugstange 22 werden auf diese Weise gleichfalls axial gegenüber der Spindel 13 nach außen verschoben, so daß dadurch die erwünschte Bewegung der Spannbacken erzielt wird.

Wenn das Spannfutter 14 und die Spindel 13 während des Bearbeitungsvorganges gedreht werden, wobei die Drehung durch das Riemengetriebe 17, 18 und 19 erzielt wird_s dann wird diese Drehung infolge der zwischengelagerten Kugellager 38 nicht auf das Triebwerk 28 übertragen. Vielmehr befindet sich das Triebwerk 28 in einer rotationsfesten Lage, da es mit stationären außenliegenden Konstruktionsteilen über die starren Leitungen 84 und 86 verbunden ist. Das Triebwerk 28 und die mit ihm verbundenen äußeren Lagerträger 56 und 41 bleiben daher selbst dann stationär, wenn sich die Spindel 13 dreht.

Weil sich die Zugstange 22 drehen oder nicht drehen kann, was von der Art der Befestigung zwischen der Zugstange und den Spannbacken abhängt, ist der Zugstangenantrieb 24 gemäß der Erfindung ferner mit dem Wälzlager 27 ausgestattet, das zwischen dem Triebwerk 28 und der Zugstange 22 angeordnet ist, so daß sich die Zugstange 22 frei drehen kann, während sich das Triebwerk 28 im Ruhezustand befindet. Da sich das Triebwerk 28 nicht dreht, können alle Verbindungen und Dichtungen, die mit dem Trieb werk zusammenwirken, herkömmlicher Art sein, so daß irgendwelche sich drehenden Gleitdichtungen u.dgl. vermieden werden.

Ferner kann der Zugstangenantrieb 24 aufgrund der Art, in welcher die Lager 26 und 27 auf den freien Enden der Spindel 13

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bzw. der Zugstange 22 gelagert sind, das freie Ende der Zugstange 22 konzentrisch umgeben und in dem sehr kompakten Zwischenraum zwischen den freien Enden der Spindel 13 und der Zugstange 22 angeordnet sein. Außerdem kann der Zugstangenantrieb 24 leicht an vorhandene Drehbänke angepaßt werden, indem lediglich die inneren Lagerträger 46 und 31 an die Enden der Spindel 13 und/oder der Zugstange 22 angeglichen werden.

Während bei dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung Bohrungen 62 und Kolben 71 verwendet werden, die die Zugstange 22 in einer bestimmten Lage auf einem Kreis umgeben, sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der einzelnen in dem gemeinsamen Zylinder 61 angeordneten Druckmittelzylinder sich beliebig ändern kann.

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Claims

PH 7384

Patentansprüche

I.j Zugspindelantrieb zur Axialverschiebung einer Zugstange ^ relativ zu einer drehbaren Antriebsspindel, insbesondere einer Drehbank, mit ausschiebbaren Antriebsteilen, die die Zugstange relativ zur Spindel verschieben und einen rotationsfest gelagerten Zylinder aufweisen, sowie sich am Zylinder abstützende, gleitend gelagerte Teile, die relativ zum Zylinder eine im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Spindelachse verlaufende Linearbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (61) wenigstens eine längliche Zylinderbohrung (62) und die gleitend gelagerten Teile einen gleitend in der Bohrung geführten Kolben (71) aufweisen, der gegenüber der Bohrung eine Linearbewegung ausführt, daß eine erste Lagereinrichtung (26) vorgesehen ist, die relativ zueinander drehbare, konzentrisch angeordnete Laufringe (34,39) aufweist, wobei der innere Laufring (34) drehfest mit der Spindel (13) und der andere äußere Laufring (39) drehfest mit dem Zylinder (61) und den Gleitteilen (71) verbunden sind, daß eine zweite Lagereinrichtung (27) vorgesehen ist, die relativ zueinander drehbare, konzentrisch angeordnete Laufringe (49,54) aufweist, wobei der innere Laufring (49) drehEest mit der Zugstange (22) und der andere äußere Laufring (54) drehfest mit dem Zylinder (61) und den Gleitteilen (71) verbunden sind,

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und daß die Gleitteile mehrere längliche, parallele Kolbenstangen (73) aufweisen, die fest mit den Kolben (71) und dem äußeren Laufring (54) des zweiten Wälzlagers (27) verbunden sind.
2. Zugsρindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η zeich net ,- daß das Triebwerk (28) mehrere Druckmittelzylinder (62) aufweist, die auf einem Kreis um die Zugstange herum im Abstand zueinander angeordnet sind, daß mehrere Druckmittelzvlinder zwischen den Wälzlagern (26,27) angeordnet und mit diesen verbunden sind, so daß sie zwischen den Lagern eine axiale Relativbewegung ausführen können, um die Zugstange (22) in Axialrichtung relativ zur Spindel zu verschieben.
3. Zugspindelantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e kenn ζ ei chn et , daß der Zylinder aus einem ringförmigen Teil (61) besteht, der die Zugstange (22) umschließt und mehrere auf dem Umfang im Abstand zueinander angeordnete, sich axial erstreckende Bohrungen (62) aufweist und daß in jeweils einer Bohrung (62) ein einzelner Kolben (71) gleitend gelagert ist.

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