DE3328224A1

DE3328224A1 - Hauptspindel fuer eine werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3328224A1
Application number: DE19833328224
Authority: DE
Inventors: Takahiro Inuyama Aichi Chiyoda; Kiyokazu Gifu Kuwabara
Original assignee: Okuma Tekkosho KK; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1984-07-05
Also published as: GB2137123B; GB2137123A; GB8320501D0; JPS59105334U

Description

S 458 M .

Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung bzw. zum Schneiden von Werkstücken'durch Drehung der Hauptspindel, an deren Spitze ein Werkzeug befestigt ist. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Hauptspindel, bei der die Innenfläche des Loches zur Aufnahme des Werkzeugs mit einer Auflage bzw. mit einer Beschichtung, versehen ist.

Wenn Werkstücke mit einer Werkzeugmaschine, einem Bearbeitungszentrum usw. spanabhebend bearbeitet werden, wirkt die Schneidkraft auf das Werkzeug selbst ein und bewirkt eine geringfügige relative Verschiebebewegung an den Flächen, an denen sich das Werkzeug und die Hauptspindel in Kontakt befinden. Wenn die Schneidkraft groß ist, bewirkt die relative Verschiebebewegung auf der Kontaktfläche zwischen dem Werkzeug und der Spindel einen Abrieb, der als Reibkorrosion bzw. -oxidation bezeichnet wird. Der Abrieb führt zuerst zu einer Oxidation'der Oberfläche und dann zu Ermüdungsbruch .

Bislang wurden zur Verhinderung des Abriebs verschiedene Maßnahmen getroffen, indem beispielsweise geeignetes Material für die Spindel ausgewählt wurde oder indem das Verfahren für die Wärmebehandlung und Vergütung verbessert wurde. Die

jüngste Entwicklung bei der Bearbeitung macht eine größere Schneidkraft erforderlich, und wenn ein Schaft- oder Fingerfräser an der Spindel für den Arbeitsbetrieb befestigt ist, kann der Tisch, auf dem das Werkstück angebracht ist, als Gegenreaktion zur pressenden Kraft auf das Werkzeug angehoben werden. Unter solchen Bedingungen werden die herkömmlichen Verhütungsmaßnahmen gegen die Reibkorrosion unwirksam.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die gegen die Reibkorrosion durch Beschichtung der Innenfläche des sich verjüngenden Loches der Spindel beständig ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, optimale Beschichtungsmaterialien zur Verhinderung der Reibkorrosion zu liefern.

Andere Aspekte, Ziele und die verschiedenen Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ersichtlich. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Spindelkopfs, der das sich verjüngende Loch für die Aufnahme des Schneidewerkzeugs umfaßt, und ■

Fig. 2 eine strukturelle Schnittansicht einer Spindel, an der ein Schneidewerkzeug für einen automatischen Werkzeugwechsler angebracht ist.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist an der Spitze einer Hauptspindel 1 einer Werkzeugmaschine ein Werkzeug 10 befestigt. Die Hauptspindel 1 wird für den Schneidbetrieb u. dgl. über Lager 3 und 4 um ein feststehendes Teil 5 zusammen mit dem Werkzeug 10 gedreht. Das sich verjüngende Loch 6 der Spindel 1 für die Aufnähme eines Werkzeugs weist an der Innenfläche eine Beschichtungsschicht 2 auf.

Somit besitzt die Spindel 1 einen Aufbau, wie er in Fig. gezeigt ist, und das sich verjüngende Loch 6 ist am Zentrum der Spitze der Spindel 1 vorgesehen, um das Werkzeug während der Bearbeitungszeit aufzunehmen. Ein Keil 7 ist an der Endfläche der Spindel 1 verschraubt, um das angebrachte Werkzeug zu sichern und zu. verhindern, daß sich dieses dreht. Eine einheitliche bzw. gleichmäßige Beschichtungsschicht 2, die eine Dicke von einigen μπι (ungefähr 2 bis 3 μπι) aufweist, ist über der gesamten Oberfläche des sich verjüngenden Loches 6 ausgebildet. Fig. 2 zeigt die Art und Weise, in der das Werkzeug 10 für einen automatischen Werkzeugwechsler (ATC) in dem sich verjüngenden Loch 6 der Spindel 1 angebracht ist. Das Werkzeug 10 ist fest gegen die Innenfläche des sich verjüngenden Loches 6 oder die Beschichtungsschicht 2 gepreßt, indem ein Montageteil 11 in Richtung des Pfeils von seinem rückwärtigen Ende fortgezogen wird. Des weiteren ist das Werkzeug 10 mit einer Keilnut 12 versehen, die mit dem Keil 7 in Eingriff treten soll, wodurch sich das Werkzeug 10 nicht im sich verjüngenden Loch 6 der Spindel während der Maschinenarbeit drehen wird.

Als Beschichtungsmaterial werden ein weicher Überzug bzw. eine weiche Plattierung aus Gold und ein harter Überzug aus Ti-C oder Ti-N vorgeschlagen. Gold weist ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf Verformbarkeit, Duktilität, Streckbarkeit, Hämmerbarkeit und Widerstand gegen Oxidation, Korrosion und Abrieb auf und wurde daher lange Zeit in zahlreichen Gebieten, z.B. für Münzen, Schmuck, Verzierungen und Verwendungen in der Dentaltechnik,, verwendet. Ein Goldüberzug wurde hauptsächlich für Dekorationszwecke verwendet und nicht so sehr, als Material zur Verhinderung von'Abrieb einer Werkzeugmaschine, Um dÜas sich verjüngende Loch 6 der Spindel 1 zu beschichten, muß das sich verjüngende Loch 6 zuerst den herkömmlichen Verarbeitungsvorgängen des Schneidens, der Wärmebehandlung und des Schleifens unterworfen werden. Dann wird auf der durch Schleifen geglätteten Innenfläche des sich verjüngenden Loches 6 der Überzug aufgebracht. Es ist möglich, eine gleichmäßige und glatte Überzugsschicht mit einer Dicke von einigen μπι zu erhalten, überdies ist Gold anschmiegsamer und adaptierbarer an Eisen: Goldmoleküle diffundieren und dringen in Eisenmoleküle ein, um ein Wegbrechen zu verhindern. Aufgrund des geringen Reibungskoeffizienten erzeugt die durch starkes Schneiden bewirkte relative Verschiebebewegung zwischen der Innenfläche des sich verjüngenden Loches 6 der Spindel 1 und dem Werkzeug 10 eine sehr kleine Reibungskraft, und dies bewirkt wiederum eine geringe Hitzeerzeugung und somit keine Oxidation. Es.gibt daher keine Reibkorrosion. In dem Fall, daß eine Ti-C-Beschichtung verwendet wird, wird.die gesamte Oberfläche der Grundspindel durch ein chemisches Aufdampfverfahren beschichtet, um eine Beschichtungsschicht von etwa 10'. bis 15 μΐη Dicke zu erhalten. Eine Ti-C-Beschicintung besitzt

eine extrem hohe Härte von 3800 HV mit großem Korrosionsund Abriebwiderstand. Sie ist auch in hohem Maße gegen Abplatzen und Abreißen beständig, da die Beschichtung chemisch mit dem Muttermaterial verbunden ist. Dies hilft/ die Reibkorrosion zu verhindern. Anstelle der Ti-C-Beschichtung kann eine Ti-N-Beschichtung verwendet werden. Da die Ti-N-Beschichtung bei einer Temperatur behandelt wird, die niedriger als bei der Ti-C-Beschichtung ist, kann eine Deformation der Spindel als Muttermaterial herabgesetzt werden.

Für eine weiche Beschichtung kann das sich verjüngende Loch 6 mit Phosphat behandelt werden, bevor es mit Molybdändisulfid in trocknem Zustand trockenbeschichtet wird. Ein Silberüberzug kann auch anstelle des Goldüberzugs verwendet werden. Letzterer hat Eigenschaften, die ähnlich wie die von festem Schmiermittel sind, und ist daher in hohem Maße gegen Abrieb und Wasser beständig. Letzterer ähnelt von den Eigenschaften her einem Goldüberzug, ist aber geringfügig niederwertiger, da er durch Wasser und Luft rostig wird.

Für eine harte Beschichtung werden VC (Vanadiumcarbid), Nb-C (Niobcarbid), Cr-C (Chromcarbid) etc. neben Ti-C und Ti-N vorgeschlagen. Die letzteren VC- und Nb-C-Beschichtungen weisen eine größere Härte und einen größeren Widerstand gegen Korrosion und Abblättern auf. überdies besitzen sie einen geringen Reibungskoeffizienten und gute Gleiteigenschaften. Sie besitzen auch eine gute Affinität zu Kohlenstoffstahl. Cr-C weist einen besseren Korrosionswiderstand auf, obwohl dieser Überzug eine geringfügig schlechtere Härteeigenschaft aufweist.

9-

Wie oben beschrieben wurde, kann die aufgrund der relativen Verschiebebewegung der Spindel zum Werkzeug auftretende . Reibkorrosion durch Beschichtung der Innenfläche des sich verjüngenden Loches verhindert werden.

- Leerseite

Claims

KABUSHIKI KAISHA OKUMA TEKKOSHO
Nagoya / Japan

Priorität: 29. Dezember 1982 - Japan - Nr. 196508/1982

Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine

Patentansprüche

/ 1 ./ Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine zur spanabnebenden Bearbeitung von Werkstücken durch Drehung der Spindel, an deren Spitze ein Werkzeug befestigt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche des sich
verjüngenden Loches (6) für die Aufnahme des Werkzeugs (10) mit einer Beschichtungsschicht (2) ausgebildet ist.
2. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus einem Goldüberzug hergestellt ist.
3. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus Ti-C hergestellt ist.
4. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus Ti-N hergestellt ist.
5. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus einem Silberüberzug hergestellt ist.
6. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus einer Trockenbeschichtung mit Mölybdändisulfid hergestellt ist.
7. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2) aus VC hergestellt ist.
8. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsschicht (2). aus Cr-C hergestellt ist.