DE3532352A1

DE3532352A1 - Schnecken-zahnstangen-fluessigkeitsdruckvorrich- tung

Info

Publication number: DE3532352A1
Application number: DE19853532352
Authority: DE
Inventors: Sadaji Mishima Shizuoka Hayama; Koya Numazu Shizuoka Watanabe
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-03-20
Also published as: JPH0125946B2; DE3532352C2; JPS61180063A; KR890000325B1; KR860002339A; US4741220A

Description

TOSHIBA KIKAI K.K., Tokyo-To, J&par,

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Die Erfindung betrifft eine Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in einer Werkzeugmaschine verwendet- Die bisher bekannten hydrostatischen Schnecken-Zahnstangen-Druckvorrichtungen können in zwei Arten eingeteilt werden. Bei der einen Art wird hydrostatisches Drucköl von der Seite der Zahnstange zugeführt, während bei dem anderen Typ das hydrostatische Drucköl von der Seite der Schnecke zugeführt wird. Beispiele des erstgenannten Typs sind in den US-PSen 3 789 956 und 4 148 227 beschrieben, während Beispiele des letztgenannten Typs in den ÜS-PSen 3 595 100 und 3 763 959 offenbart sind. In diesen Druckschriften sind Konstruktionen beschrieben, bei denen das hydrostatische Drucköl von den Endflächen einer Schnecke verteilt wird, mit einer Konstruktion, mit der Druckkräfte, die in hydrostatischen Druckö!kammern erzeugt werden, die für das linke und das rechte Ende einer Schnecke vorgesehen sind, miteinander im Gleichgewicht stehen.

Eine Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung wird in einer Werkzeugmaschine als Vorschubvorrichtung verwendet. Mit dem seit einiger Zeit festzustellenden Anstieg der Vorschubgeschwindigkeit einer Werkzeugmaschine steigt ebenfalls die Anzahl der Umdrehungen der Schnecke, so daß Schmieröl in ölkammern an Schneckenzahnflanken, die nicht im Eingriff mit den Zähnen einer Zahnstange stehen, durch Zentrifugalkräfte weggespritzt wird, so daß dann, wenn die Schnecke nachfolgend in Ein-

griff mit der Zahnstange gerät, Luft in die ölkammem eingeschlossen wird, was zu Druckschwankungen in den ölkammem führt, wodurch dann kein glatter Vorschub mit hoher Geschwindigkeit mehr möglich ist.

Da ferner bei den bisher bekannten Konstruktionen keine Pilotölzufuhröffnungen und Pilotölauslaßnuten an beiden Enden der Schnecke vorgesehen sind, an denen die Schnekke beginnt, mit der Zahnstange zu kämmen, steigt der Öldruck in den ölkammem, so daß in den ölkammern verbliebene Luft nicht abgeführt wird, mit dem Ergebnis, daß der Druck in den ölkammern pulsiert, womit wiederum ein glatter Vorschub unmöglich ist.

Da bei den bisher bekannten Konstruktionen ferner das Betriebsöl durch ein Ende der Schnecke zugeführt wird, tritt zum Zeitpunkt der Zufuhr des Betriebsöls durch die Zufuhröffnungen in die Zahnflanken ein Druckabfall auf, bevor das Betriebsöl die Zufuhröffnungen an dem entfernten Ende erreicht. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, einen gleichmäßigen Druck in den jeweiligen ölkammern zu erzeugen, wodurch ein Vorschub mit hoher Geschwindigkeit erschwert ist. Außerdem sind keine Maßnahmen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes des Betriebsöls in den jeweiligen Ölzufuhröffnungen der Zannflanken vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung der betrachteten Art so zu verbessern, daß der Einschluß von Luft in die ölkammern, die für die Zahnflanken an beiden Enden der Schnecke vorgesehen sind, die nicht mit der Zahnstange kämmen, verhindert ist, und daß ein gleichmäßiger Druck in der Vielzahl der

hydrostatischen Druckölkammern gewährleistet ist, wenn die Schnecke mit der Zahnstange kämmt, wodurch ein glatter Vorschub mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise einer Werkzeugmaschine erreicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung hat eine Schnecke mit Betriebsölzufuhröffnungen an den entgegengesetzten Flanken der jeweiligen Zähne der Schnecke, eine Zahnstange, die mit der Schnecke kämmt, wobei an den gegenüberliegenden Flanken der jeweiligen Zähne der Zahnstange hydrostatische Druckölkammern ausgebildet sind, eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Schneckenwelle und eine Einrichtung zur Zufuhr des Betriebsöls zu den Zufuhröffnungen der Schnecke. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein Ölverteiler an einem Ende der Schneckenwelle befestigt ist, der öl zu den aneinander liegenden Flächen und den nicht aneinander liegenden Flächen der Zähne der Schnecke und der Zahnstange zuführt, und der ferner ein Pilotöl Pilotölzufuhröffnungen für die Flanken von Zähnen an den gegenüberliegenden Enden der Schnecke zuführt, die zuerst an den Zähnen der Zahnstange anliegen, wobei ölkanäle durch die Schneckenwelle und durch die jeweiligen Zähne der Schnecke hindurch ausgebildet sind, um Betriebsöl und Pilotöl unabhängig voneinander zuzuführen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung

einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schnecken-Zahnstangen-

Flüssigkeitsdruckvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Längsschnittansicht eines Verteilers gemäß Fig. 1; 10

Fig. 3 einen Querschnitt entlang einer Linie III-III in Fig. 1 ; .

Fig. k einen Querschnitt entlang einer Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 4A einen Querschnitt durch die Zähne der Schnecke und der Zahnstange im vergrößerten Maßstab zur Verdeutlichung der gegenseitigen Lage des Ölzufuhrkanals durch den Zahn der Schnecke und der Ölkammer in dem Zahnstangenzahn;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang einer Linie V-V in Fig. 1 und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang einer Linie VI-VI in Fig. 5.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

In dieser Beschreibung schließt der Begriff "Arbeits-91« bzw. "Betriebsöl" die Begriffe "Ruhedruckol",

"Steueröl" bzw. "Pilotöl" und »Hilfsöl" bzw. "Zusatzöl" ein. Dabei bedeuten Ruhedrucköl das BetrÄsöl, das den ölkammern zugeführt ist bzw. wird, Steueröl bedeutet das Betriebsöl, das den ölkammern zum Zeitpunkt des Kämmens der Schnecke mit der Zahnstange zugeführt wird, und Hilfsöl bedeutet das Betriebsöl, das den Ölzufuhröffnungen der Schnecke zugeführt wird, wenn die Schnecke nicht mit der Zahnstange kämmt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung beschrieben. Wie den Fig. 1 und 4 zu entnehmen ist, ist eine Zahnstange 100 an einem feststehenden Bett einer Werkzeugmaschine oder dergleichen befestigt, während eine Schnecke 30 von einem bewegbaren Tisch gehalten ist. Eine Antriebseinrichtung, beispielsweise ein elektrischer Motor zum Drehen der Schnecke 30 ist an dem Tisch befestigt, um den Tisch entlang einer Verschiebebahn des Bettes zu bewegen. In dieser Ausführungsform wird Betriebsöl bzw. Arbeitsöl erstens als hydrostatisches öl zum hydrostatischen Halten der Schnecke und der Zahnstange, 2. als Pilotöl zur Verhinderung des Einschließens von Luft in hydrostatischen Kammern, die in der Zahnstange ausgebildet sind, und 3· als Hilfsöl verwendet, das das Betriebsöl aus den Flanken an den entgegengesetzten Enden der Schnecke abführt, wenn diese nicht an der Zahnstange anliegen, wodurch der Einschluß von Luft in die hydrostatischen ölkammern verhindert wird.

Der Druck des von einer Quelle 1 (einer Ölpumpe) abgegebenen, unter Druck stehenden Öls wird von einem Druckverminderungsventil 2 auf einen bestimmten Wert eingestellt. Teile des unter Druck stehenden Öls werden

auf die erforderliche Durchflußmenge durch die Durchflußmenge einstellende Ventile 3a-3d eingestellt und dann über Ölleitungen 6, 7, 8 und 9 jeweils den Umfangsnuten 11, 12, 13 und 16 eines Verteilers 10 zugeführt, der drehbar an einer Schneckenwelle 20 befestigt ist. Das unter Druck stehende Öl wird dann den aneinander liegenden Flächen der Zähne der Schnecke und der Zahnstange zugeführt, wie dies nachfolgend beschrieben ist.

Die Durchgangskanäle des hydrostatischen Öls, des Pilotöls und des Hilfsöls bzw. Zusatzöls werden nachfolgend in Einzelheiten mit Bezug auf die Fig. 1 bis beschrieben.

Dieser Durchgangskanal ist zu dem Zweck vorgesehen,

um Betriebsöl durch ölzufuhröffnungen in hydrostatische Kammern zu leiten, die für die Flanken der Zähne an den entgegengesetzten Enden der Schnecke 30 vorgesehen sind, um die Schnecke 30 hydrostatisch zu halten.

Genauer gesagt, führt die Leitung 6 das hydrostatische Öl zu der linken Flanke eines Zahns der Schnecke, während die Leitung 7 das hydrostatische Öl der rechten Flanke zuführt. Die Leitungen 6 und 7 sind jeweils mit ringförmigen Nuten 12 und 11 des Verteilers 10 verbunden. Obwohl dies in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist der Verteiler 10 drehbar von einem stationären Zylinder gehalten, der mit Öldurchgangskanälen versehen ist, die mit den Leitungen 6 bis 9 und den Nuten 11, 12, 13 und 16 verbunden sind.

Wie aus Fig 2 zu ersehen ist, steht die ringförmige Nut 11 mit einer gewölbten Nut 11b an der Innenfläche eines Verteilers 11 über eine öffnung 11a in Verbindung. Auf dieselbe Weise steht die ringförmige Nut mit einer gewölbten Nut 12b über eine Öffnung 12a in Verbindung.

Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Schneckenwelle 20 mit Oldurchgangskanälen 23 und 25 an Stellen versehen ist, die den gewölbten Nuten 11b und 12b entsprechen. Außerdem ist die Schneckenwelle 20 mit in Längsrichtung verlaufenden Oldurchgangskanälen 24 und 26 versehen, die in einem gleichen Umfangsabstand voneinander auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt in der Achse der Schneckenwelle 20 liegt. Die Öldurchgangskanäle 24 und 26 sind mit den oldurchgangskanälen 23 bzw. 25 verbunden. Etwa im mittleren Bereich der Schneckenwelle 20 ist der Öldurchgangskanal 24 mit einem radialen Kanal 27 verbunden, der seinerseits mit mehreren longitudinalen Öl durch gangskanäle 28 durch die Schnecke 30 hindurch verbunden ist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Mehrere Öldurchlaßkanäle 29 sind mit den Oldurchgangskanälen durch die jeweiligen Zähne der Schnecke verbunden, um hydrostatisches Öl und das Hilfsöl den linken Flanken der jeweiligen Zähne der Schnecke 30 zuzuführen. In gleicher Weise werden hydrostatisches Öl und das Hilfsöl den rechten Flanken der jeweiligen Zähne durch Öldurchlaßkanäle 32 zugeführt, die mit Öldurchlaßkanälen 31 verbunden sind. Diese ölkanäle 28 und 31, die durch die Schneckenwelle 20 verlaufen, sind in Umfangsrichtung genauso beabstandet wie Ölkanäle 24 und 26.

Der Druck, der durch das Betriebsöl erzeugt wird, das den gewölbten Nuten 11b und 12b des Verteilers 10 (Fig. 2) zugeführt wird, erzeugt eine Kraft, die dazu neigt, die Schneckenwelle 20 so zu beaufschlagen, daß sie gebogen bzw. verformt wird. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, diese Kraft auszuschalten. Um denselben Druck in den Flächen zu erzeugen, die den gewölbten Nuten 11b und 12b gegenüberliegen, sind Paare von gewölbten Nuten 14b und 15b in der Innenfläche des Verteilers 10 ausgebildet, und das Betriebsöl, das den ringförmigen Nuten 11 und 12 zugeführt wird, wird diesen gewölbten Nuten 14b und 15b über Öffnungen 14a und 15a zugeführt.

Bei dieser ölkanalanordnung zur Zufuhr des hydrostatischen Öls zu den Flanken der Zähne der Zahnstange wird das hydrostatische öl der linken ölkammer 101' durch eine Verbindung zugeführt, die die Leitung 7, die ringförmige Nut 11, die Öffnung 11a, die gewölbte Nut 11b sowie die Ölkanäle 23, 24, 27, 28 und 29 enthält. Auf gleiche Weise wird das hydrostatische Öl der rechten Ölkammer 101, die für die Zähne der Zahnstange vorgesehen ist, durch die Leitung 6, die ringförmige Nut 12, die Öffnung 12a, die gewölbte Nut 12b und die Ölkanäle 25, 26, 36', 31 und 32 zugeführt. Auf diese Weise sind die linken und die rechten Flanken der Schneckenzähne von dem Öl hydrostatisch gehalten bzw. gelagert, das den hydrostatischen Druckkammern 101 und 101' zugeführt ist, die in der Zahnstange ausgebildet sind.

Das Hilfsöl, das dazu dient, den Einschluß von Luft zu verhindern, wird durch öffnungen 34 an den nicht anliegenden Flanken der Zähne der Schnecke an deren

beiden Enden durch eine Verbindung zugeführt, die die Leitung 9, eine ringförmige Nut 13 des Verteilers 10, eine öffnung 13a, eine U-förmige Nut 13b und Ölkanäle 24, 26, 27, 36, 28, 31, 29 und 30 aufweist. Wie am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist, sind Kanäle 29 und 32 abwechselnd in der Schnecke ausgebildet.

Um den Öldruck in einer Vielzahl von axialen Ölkanälen 28 und 31 auf einem konstanten Wert zu halten, ist es erforderlich, die axiale Länge dieser Kanäle konstant zu machen. Zu diesem Zweck sind Einstellstifte 35 mit einer Länge, die dem Vorhaltewinkel bzw. Gewindesteigungswinkel der Schnecke 30 entspricht, in beide Enden der ölkanäle eingeschraubt (Fig. 1), wobei die Länge von den Endflächen der Schnecke gemessen wird. Zum Zeitpunkt des Beginns des Kämmens der Schnecke 30 mit der Zahnstange 100 sind zum Zwecke der Zufuhr des Drucköls zu den hydrostatischen Ölkammern an den gegenüberliegenden Enden der Schnecke, zum Reinigen der Zahnstangenflanken und zum Entfernen übriggebliebener Luft gewölbte Nuten 34, die zu Punkten führen, an denen das Kämmen beginnt, an den gegenüberliegenden Flanken der Zähnen an beiden Enden ausgebildet, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Das Pilotöl wird den Ölzufuhröffnungen 33 durch eine Verbindung zugeführt, die das die Durchflußmenge einstellende Ventil 3d, die Leitung 8, den Ölkanal 16, die ringförmige Nut 35 der Schneckenwelle, die öffnung 35a, den axialen Kanal 36 und die radialen Ölkanäle 37 enthält.

Die hydrostatische Schnecken-Zahnstangen-Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die nachstehend angegebenen Vorteile.

1) Da das Betriebsöl bzw. Arbeitsöl von den nicht aneinander liegenden Flanken der Schneckenzähne nicht weggeschleudert wird, wenn die Schnecke gedreht wird, und da ferner keine Luft zwischen den aneinander liegenden Flanken der Schnecke und der Zahnstange eingeschlossen wird, ist der Druck in den hydrostatischen Druckölkammern keinen Schwankungen unterzogen, wodurch ein glatter und weicher Vorschub sichergestellt ist.

2) Da die Pilotöffnungen bzw. Steueröffnungen und die Pilotnuten bzw. Steuernuten in den Endflanken der Schnecke ausgebildet sind, steigt der Druck zum Zeitpunkt des Eingriffs der Schnecke in die Zahnstange zwischen den Einlaßöffnungen und den Auslaßöffnungen der hydrostatischen Druckölkammern nicht an. Da außerdem keine Luft in den hydrostatischen Druckölkammern zurückbleibt, kann der Druck darin nicht pulsieren, wodurch ein glatter Vorschub sichergestellt ist.

3) Da das Betriebsöl den Flanken von der Mitte des axialen Ölkanals, der in der Schneckenwelle ausgebildet ist, zugeführt wird, und da ferner die Länge der axialen Ölkanäle 28 und 31 konstant gehalten ist, ist es möglich, einen gleichmäßigen Öldruck in den Ölkammern zu schaffen.

Claims

Reiche! u. Heichel " ' * Parksiraße 13 6000 Frankfurt a. M. 1 TOSHIBA KIKAI K.K., Tokyo-To, Japan Patentansprüche

1. Schnecken-Zahnstangen-Flüssigkeitsdruckvorrichtung mit einer Schnecke mit Betriebsölzufuhröffnungen an entgegengesetzten Flanken der jeweiligen Zähne der Schnecke, einer Zahnstange, die mit der Schnecke kämmt, wobei an den gegenüberliegenden Flanken der jeweiligen Zähne der Zahnstange hydrostatische Druckölkammern ausgebildet sind, einer Antriebseinrichtung zum Drehen der Welle der Schnecke und einer Einrichtung zur Zufuhr des Betriebsöls zu den Zufuhröffnungen der Schnecke,

^gekennzeichnet durch einen Ölverteiler (10), der an einem Ende der Schneckenwelle (20) befestigt ist, zur Zufuhr von öl zu aneinanderliegenden Flächen und nicht aneinanderliegenden Flächen der Zähne der Schnecke (30) und der Zahnstange

(100) und zur Zufuhr von Pilotöl zu Pilotölzufuhröffnungen, die für Flanken von Zähnen an den entgegengesetzten Enden der Schnecke vorgesehen sind, die zuerst an den Zähnen der Zahnstange anliegen, und durch Ölkanäle (23-29, 31, 32, 36■', 36, 37), die durch die Schneckenwelle und die jeweiligen Zähne der Schnecke ausgebildet sind, um das Betriebsöl und das Pilotöl getrennt zuzuführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

ferner gekennzeichnet durch die Durchflußmenge einstellende Einrichtungen (3a-3d), die zwischen der Betriebsölzufuhreinrichtung (1) und dem Verteiler (10) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der ölverteiler (10) an seiner Innenfläche mit einem ersten Paar von gewölbten Nuten (11b, 12b) zur Zufuhr des Drucköls zu entgegengesetzten Flanken der Zähne der Schnecke (30) und mit einem zweiten Paar von gewölbten Nuten (14b, 15b), diametral dem ersten Paar gewölbter Nuten gegenüberliegend, versehen ist, die dieselbe Druckfläche aufweist wie das erste Paar gewölbter Nuten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ölkanäle mehrere axiale Ölkanäle (24, 26) in der Schneckenwelle, die auf einem konzentrisch zu der Achse der Schneckenwelle (20) verlaufenden Kreis mit gleichem Umfangsabstand voneinander angeordnet sind, und mehrere radiale Ölkanäle (23, 25) aufweisen, die ebenfalls gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und mit einer ringförmigen Nut (11, 12) des ÖlVerteilers (10) verbunden sind.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1,
ferner gekennzeichnet durch Einstellstifte (35) mit einer Länge, die der Vorsprungecke der Schnecke (30) entspricht, die in die Ölkanäle (28, 31) eingeschraubt sind, die sich axial durch die Schnecke erstrecken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotölzufuhrkanal (37) und die hydrostatische ölzufuhröffnung (29, 32), die benachbart ist, so voneinander beabstandet sind, daß der Pilotölzufuhrkanal und die hydrostatische ölzufuhröffnung nicht in derselben ölkammer münden.