DE2724440A1

DE2724440A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2724440A1
Application number: DE19772724440
Authority: DE
Inventors: Seiuemon Inaba; Kanagawa Kawasaki; Shigeaki Oyama; Tokiji Shimajiri
Original assignee: Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1978-01-05
Also published as: CA1076632A; NL7705940A; US4133230A; GB1578268A; FR2353363A1; IT1078969B; DE2724440C2; CH620625A5; FR2353363B1; BE855286A; SE7706106L

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · <RAIV:ER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 7 2 U A A

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Patenlconbult RadedcestraBe 43 8000 München 60 Telelon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Paientccnsult l'alentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 5629 43/561993 Telex 04-186237 Teleg'amme Paientconsuil

FUJITSU FANUC LIMITED 77/8725

5-1, Asahigaoka 3-chome, Hino-shi, Tokyo, Japan

Werkzeugmaschine

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München: R. Kramer Dipl.-ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Or. rer. na!. ■ P. Hirscli Dipl.-Ing. . H. P. Brerim Dipl.-Chem. Dr. p"'!· na'. Wiesbaden: P. G. Blurribach Dipl.-!ng. · P. Bergen Dipi.-Ing. Dr. )ur. ■ G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine wie eine Drehbank, eine Fräsmaschine, eine Bohrmaschine oder dergleichen und bezieht sich insbesondere auf eine Werkzeugmaschine mit einem verbesserten Antriebsmechanismus zum Antreiben der Hauptspindel.

Bekannte Werkzeugmaschinen haben eine Hauptspindel, auf die die Antriebsdrehkraft über einen geeigneten Ubertragungsmechanismus, wie zum Beispiel eine Riemen-Transmission mit Riemen und Riemenscheiben, ein Getriebe oder dergleichen von der Antriebsspindel eines am Fundament oder dergleichen befestigten elektrischen Antriebsmotors übertragen wird. Da ein Ubertragungsmechanismus erforderlich ist, um die Drehbewegung des Antriebsmotors auf die Spindel zu übertragen, wird der Aufbau derartiger bekannter Werkzeugmaschinen kompliziert und ist kostenaufwendig. Ferner ist es infolge des durch den Ubertragungsmechanismus verursachten Schlupfes oder infolge des Spiels der Zahnräder schwierig, die Stabilität der Drehgeschwindigkeit zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, die nicht mit diesen Mangeln behaftet ist. Die Hauptspindel der Werkzeugmaschine soll mit stabiler Drehgeschwindigkeit

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gedreht werden können. Ferner soll die Werkzeugmaschine weniger Teile benötigen als bekannte Maschinen, so daß der Kostenaufwand für die Herstellung der Maschine wesentlich niedriger ist.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 7 Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig, 1 in einer senkrechten Schnittansicht den Hauptteil einer Werkzeugmaschine gemäß dieser Erfindung;

Fig. 2 in einer senkrechten Schnittansicht den Hauptteil einer modifizierten Werkzeugmaschine gemäß dieser Erfindung;

Fig. 5 in einer senkrechten Schnittansicht den Hauptteil einer weiteren modifizierten Werkzeugmaschine gemäß dieser Erfindung;

Fig. 4 einen Aufriß einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zum Teil in einer senkrechten Schnittansicht dargestellt;

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Pig. 5 eine Draufsicht der Werkzeugmaschine nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine nach Fig. 4 von der linken Seite aus gesehen und

Fig. 7 eine senkrechte Schnittansicht des Hauptteils einer bekannten V/erkzeugmaschine.

Als Beispiel für Werkzeugmaschinen bekannter Art ist in Fig. 7 ein bekannter Typ einer Drehbank dargestellt. Die allgemein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnete Drehbank enthält ein Bett 71* das auf einem Boden befestigt ist sowie einen Spindelstock 72, der auf dem Bett 71 befestigt ist. Ein die Hauptspindel der Drehbank antreibender Elektromotor 75 ist im Bett 71 befestigt. Der Elektromotor 75 hat eine sich aus dem Bett 71 heraus erstreckende Ausgangswelle 7^ und eine fest an dem Ende der Ausgangswelle 7^ angebrachte Antriebsscheibe 75. Eine Hauptspindel 76 ist mittels eines vorderen Lagers 77 und eines hinteren Lagers 78 drehbar im festen Spindelstock 72 gelagert und trägt eine an dem einen Ende fest aufgebrachte angetriebene Scheibe 79· Riemen 80 mit V-förmigem Querschnitt laufen über die antreibende Scheibe 75 und über die angetriebene Scheibe 79· Der die Antriebsscheibe 75, die angetriebene Scheibe 79 und die Riemen 80 enthaltende Ubertragungsmechanismus überträgt die Drehkraft des Elektromotors 73 auf die Hauptspindel 76.

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Die Hauptspindel 76 trägt am anderen Ende eine Spannvorrichtung 8l, die Mittel zum Pesthalten eines Werkstückes enthält und die sich zusammen mit der Hauptspindel 76 als ein Stück dreht. Damit weist die bekannte Werkzeugmaschine die oben erv/ähnten Nachteile auf, die eine Folge des Ubertragungsmechanismus v;ie von Riemenscheiben, Riemen, Zahnrädern, Kupplungen oder dergleichen ist.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind die wesentlichsten Teile von erfindungsgemäßen AusfUhrungsformen einer Werkzeugmaschine dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 enthält die Drehbank (Werkzeugmaschine) 10 ein auf dem Boden befestigtes Bett 11 und einen festen Spindelstock 12, der auf dem Bett 11 befestigt ist. Eine Hauptspindel 13 ist mittels eines vorderen Lagers 14 und eines hinteren Lagers 15 drehbar am festen Spindelstock 12 befestigt. Die Hauptspindel 13 v/eist an einem Ende ein Endstück 13a auf, das mit der Hauptspindel 13 ein Stück bildet. Eine Spannvorrichtung l6 enthält Elemente zum Festhalten bzw. Spannen eines Werkstückes und ist fe:;t am Endstück 13a befestigt, so daß sie zusammen mit der Hauptspindel 13 in einem Stück drehbar ist. Im mittleren Bereich der Hauptspindel 13 ist auf dieser eine Ankerwicklung 17 festsitzend aufgebracht. Der Ankerwicklung 17, die aus mehreren Wicklungen bzw. Spulen aufgebaut sein kann, ist ein Kommutator 18 zugeordnet, mit dem Bürsten 19 in Verbindung stehen. Zwischen den Bürsten 19 und Federeinstellschrauben 20 sind

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Schraubenfedern 21 angeordnet. Der Ankerwicklung 17 wird von einer äußeren Spannungsquelle 24a über die Bürsten 19 und den Kommutator in üblicher Weise die elektrische Energie zugeführt. Die Ankerwicklung 17 ist von einer aus Permanentmagneten aufgebauten statischen Magnetfeldeinrichtung 22 umgeben, die längs des Umfangs mit regelmäßigen Zwischenräumen so angeordnet ist, daß in radialer Richtung zwischen der Ankerwicklung 17 und der statischen Magnetfeldeinrichtung 22 ein kleiner Luftspalt gebildet wird. Die statische Magnetfeldeinrichtung 22 wird von einem Deckel 25 getragen, der am festen Spindelstock 12 befestigt und so angeordnet ist, daß er die Ankerwicklung 17 abdeckt. Dies bedeutet, daß die Hauptspindel 15 die Ankerwicklung 17 und die Magnetfeldeinrichtung 22 einen Spindel-Gleichstrommotor bilden.

Bei dieser Ausführungsform ist es nicht erforderlich, irgendeinen Ubertragungsmechanismus wie Riemenscheiben, Riemen, Zahnräder, Kupplungen oder dergleichen vorzusehen, da die Hauptspindel 15 wie die Hauptwelle eines Elektromotors ausgebildet ist, so daß die Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung einfach im Aufbau und niedrig in den Kosten ist. Zusätzlich sind die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit dieser Werkzeugmaschine größer als die bekannter Werkzeugmaschinen, da weder ein Schlupf eines Übertragungsmechanismus noch ein Spiel eines Getriebes auftritt.

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Bei der in Fig. 2 dargestellten modifizierten Ausführungsfonn enthält eine Hauptspindel 33 im Inneren ein Wärmeübertragungsrohr 34, das fest in einen zylindrischen hohlen Abschnitt 35 der Hauptspindel eingesetzt ist. Dieser hohle Abschnitt ist axial so in der Hauptspindel 33 gebildet, daß er an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist. Das Wärmeübertragungsrohr 34 ist als flüssigkeitsdichtes Rohr ausgebildet und nimmt eine Arbeitsflüssigkeit 36, wie Wasser oder Alkohol auf. Das freie Ende des Wärmeübertragungsrohres 34 erstreckt sich in ein Gehäuse 37, das am festen Spindelstock 32 befestigt ist. Im Bereich des Gehäuses 37 weist das Wärmeübertragungsrohr eine ViöLzahl von Rippen 38 auf. Im oberen Abschnitt des Gehäuses 37 ist ein Gebläse 39 montiert, und im unteren Abschnitt ein Luftschlitz 40 vorgesehen. Das Gehäuse 37 ist als Luftströmungskammer 37a ausgebildet. Der Aufbau der übrigen Teile dieser Ausführungsform entspricht dem der AusfUhrungsform nach Fig. 1.

Bei der beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 2 leitet das Wämieübertragungsrohr 3^ die durch den elektrischen Strom beim Erregen der Ankerwicklung 17 erzeugte Wärme von der Hauptspindel 33 zu dem Ende des Wärmeübertragungsrohres 34 ab, das mit einer Vidzahl von Rippen 38 versehen ist. Die Arbeitsflüssigkeit 36, wie Wasser, die im Wärmeübertragungsrohr 34 vorhanden ist, leitet die Wärme durch Verdampfen und Kondensation. Das Wärmeübertragungsrohr 34 wird über die Vielzahl von Rippen 38 mittels der Kühlluft gekühlt, die

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durch das Gebläse 39 in das Gehäuse 37 eingeleitet wird. D. h., die Kühlluft strömt in das Gehäuse 37 durch einen Luftschlitz 40, wird durch die Rippen 38 erwärmt und strömt dann durch das Gebläse 39 wieder aus. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, schädliche Einflüsse, die durch die In der Ankerwicklung 17 erzeugte Wärme verursacht werden, und die die einzelnen Teile der Werkzeugmaschine nachteilig beeinflussen können, zu verhindern.

Bei einer weiteren modifizierten Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist in einem Wärmeübertragungsrohr 43 in Axialrichtung eine durchgehende zylindrische Bohrung 42 gebildet, in der ein inneres Rohr 44 angeordnet ist. An den Enden des inneren Rohres 44 sind zwei ringförmige Manschetten 45 und 46 flUssigkeitsdicht zwischen die Außenfläche des Rohrs 44 und die Innenfläche der Bohrung 42 eingesetzt. So wird eine Ringkammer bzw. ein wärmeleitender Kanal 47 zwischen der Innenfläche der Bohrung 42 und dem inneren Rohr 44 gebildet. Die Ringkammer 47 wird im wesentlichen unter Vakuum gehalten. Sie enthält eine geringe Menge an einem wärmeleitendem Medium, wie 10 % des Volumens dieser Ringkammer 47* an Wasser. Der Aufbau der übrigen Teile dieser Ausführungsforra entspricht dem der Ausführungsform nach Fig. 2.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 leitet die Ringkammer 47 die in der Ankerwicklung 17 erzeugte Wärme in der gleichen

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Weise wie das Wärmeübertragungsrohr J>k der Ausführungsform nach Fig. 2. Demgemäß ist es möglich, mit der Werkzeugmaschine nach Pig. J> ein langes Werkstück zu bearbeiten, da die Hauptspindel einen durchgehenden hohlen zylindrischen Teil aufweist, durch den das Werkstück hindurchgesteckt werden kann.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen in einer Vorderansicht, einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht eine Werkzeugmaschine entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1. Die Drehbank (Werkzeugmaschine) 10 enthält ein auf einem Boden befestigtes Bett 11, einen festen Spindelstock 12, der auf dem Bett 11 an einem Ende desselben befestigt ist und einen Werkzeugkopf 51, der am anderen Ende des Bettes 11 angeordnet ist. Der Werkzeugkopf 51 ist gleitbar befestigt und kann sich in Richtung der X-Achse (Fig. 5) längs einer Führungsschiene 52 bewegen, die am Bett 11 gebildet ist. Der Vorschub erfolgt durch einen Elektromotor 55 und eine an der Hauptwelle des Motors 53 angebrachte Schraubenspindel 54. Auf dem ferkzeugkopf 51 ist ein Werkzeughalter 55 befestigt. Verschiedene Arten von Werkzeugen zum Schleifen und Schneiden von Werkstücken, wie ein Schnittwerkzeug 56, können fest am Werkzeughalter 55 angebracht sein. Der feste Spindelstock 12 ist ebenfalls gleitbar befestigt und kann in Richtung der Z-Achse (Fig. 4) die senkrecht zur X-Achse verläuft, längs Führungsschienen 57 (die mit Gleitmetallstreifen 57a ent-

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sprechend Pig. 6 in Verbindung stehen) mittels eines Elektromotors 58 und einer Schraubenspindel 59,die an der Hauptwelle des Motors 58 befestigt 1st» verschoben werden. Die Führungsschienen 57 sind auf dem Bett 11 gebildet. Die Werkzeugmaschine ist ferner mit einer numerischen Steuerung ausgestattet, die an einer Seite des festen Spindelstockes eine Bedienungstafel 60a und an der anderen Seite des Spindelstockes. einen Verstärker 60b aufweist. Die numerische Steuereinrichtung wird verwendet» um die Bewegung des festen Spindelstockes 12 und des Werkzeugkopfes 51 zu steuern.

Bei der Werkzeugmaschine gemäß den Fig. 4 bis 6 1st es möglich, den Spindelstock 12 in Richtung der Z-Achse zu verschieben, da die Hauptspindel 13 als Ausgangs- bzw. Hauptwelle eines Elektromotors ausgebildet ist, so daS es genügt, den Werkzeugkopf 51 nur in Richtung der X-Achse zu bewegen. Deshalb ist der Vorschubmechanismus der erf indungsgea££en Werkzeugmaschine einfacher Im Aufbau als der bekannter Werkzeugmaschinen. Perner ist es möglich, unmittelbar unter dem Schneidebereich einen Spänebehälter 6l anzuordnen, da sich der Werkzeugkopf nur in Richtung der X-Achse bewegt.

Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen zur Erzeugung des statischen magnetischen Feldes eines Spindel-Gleichstrommotors Permanentmagnete verwendet sind, können ebenso gut statische Magnetfeldeinrichtungen, die durch einen Gleich-

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strom gespeist werden, also Feldwicklungen vorgesehen werden. Ferner ist die Erfindung anwendbar bei einer Werkzeugmaschine, bei der an einem Ende der Hauptspindel eine Werkstückhaitevorrichtung vorgesehen ist, ebenso wie bei einer Werkzeugmaschine, bei der an einem Ende der Hauptspindel eine Werkzeughaitevorrichtung vorhanden ist.

Außerdem spielt es selbstverständlich keine Rolle, bei welcher Art von Werkzeugmaschinen die Erfindung angewandt wird. Es können dies Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder dergleichen Werkzeugmaschinen sein.

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Claims

.J Werkzeugmaschine mit einem auf einem Maschinenbett befestigten Spindelstock, in dem eine Hauptspindel drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hauptspindel eine Ankerwicklung befestigt ist und um diese eine Magnetfeldeinrichtung so angeordnet ist, daß zwischen Ankerwicklung und Magnetfeldeinrichtung ein kleiner Spalt in radialen Richtungen vorhanden ist und daß ferner eine Einrichtung zur Zufuhr elektrischer Energie zu der Ankerwicklung vorgesehen ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelstock außerdem eine fest an dem einen Ende der Hauptspindel angebrachte Werkzeughalteeinrichtung enthält.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptspindel ein wärmeableitendes Rohr für die in der Ankerwicklung erzeugte Wärme enthält.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeableitende Rohr eine Vielzahl von an seinem freien Ende befestigten Rippen aufweist, die in einem Luftströmungsgehäuse angeordnet sind, das ein KUhlge- bläse und einen Luftaustrittsschlitz aufweist.

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ORIGlNAL IN6PECTED