Vorrichtung zur Spielregulierung an ausziehbarer Werkzeugmaschinenspindel Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung an einer ausziehbaren Werkzeugmaschinenspindel mit Gewindetrieb, bei dem zur Spielregulierung eine Haupt- und eine Gegenmutter mittels einer Feder gegeneinander verspannbar und durch eine Entspan nungsvorrichtung lösbar sind.
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist es möglich, die Arbeitsspindel bei gelöster Gegenmutter zu verschieben, während diese bei geklemmter Gegen mutter nicht verschiebbar ist und für Fräsarbeiten benützt werden kann. Bei gelöster Gegenmutter ist der Antrieb der Arbeitsspindel mit Spiel behaftet, welches jedoch für feine Bohr- und Ausdreharbeiten uner wünscht ist.
Zur Beseitigung dieses Nachteils kennzeichnet sich die Vorrichtung gemäss der Erfindung dadurch, dass die Haupt- und Gegenmutter je mit einem der sich gegeneinander und bei voller Druckbeaufschlagung gegen die Kraftwirkung der Feder verschiebenden Teile eines als Entspannungsvorrichtung wirkenden Kolbengetriebes verbunden sind, und dass Steuer organe enthaltende Mittel vorgesehen sind zum wahl weisen abgestuften Ändern des Druckes im Kolben getriebe, um damit das Spiel und den Grad der Ver spannung der beiden Muttern bei verschiedenen Ver wendungen der Werkzeugmaschinenspindel zu be herrschen.
Der grosse Vorteil der Erfindung liegt darin, dass es nunmehr gelingt, die beiden Muttern mehr oder weni ger leicht zu verspannen, ohne sie gegenseitig zu ver klemmen, so dass bei den verschiedenen Bearbeitungs arten und Geschwindigkeiten der Arbeitsspindel ein spielloser Gang mit optimalen Reibungsverhältnissen erreicht wird.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine ausziehbare Werkzeugmaschinenspindel; Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt einiger Ge windegänge der Haupt- und der Gegenmutter in gegen über der Gewindespindel gelöster Stellung; Fig. 3 die Teile von Fig. 2 in anliegender Stellung; Fig. 4 ein Schema, welches die elektrische Schaltung des Vorschubmotors in Verbindung mit den elek trischen und hydraulischen Mitteln zur Beeinflussung des Druckes im Kolbengetriebe veranschaulicht.
Nach Fig. 1 ist die Hauptspindel Sp im Gehäuse 3 drehbar, aber nicht verschiebbar gelagert und wird auf bekannte Art von einem nicht dargestellten Haupt motor getrieben. Die Arbeitsspindel 1, welche axial verschiebbar mit der Hauptspindel Sp gekuppelt ist, ist drehbar, jedoch in axialer Richtung fest in der Pinole 2 gelagert, welche ihrerseits gegen Verdrehung gesichert, aber axial verschiebbar im Gehäuse des Spindelstocks 3 untergebracht und fest mit der Ge windehülse 4 verbunden ist. Die Gewindehülse 4 greift in die Hauptmutter 5 ein, welche in ihrem gemäss Fig. 1 oberen Teil mit der Büchse 6 mittels der Schrau ben 37 verschraubt und in bekannter Weise mittels der Lager 7, 8 und 9 im Gehäuse 3 drehbar, aber nicht axial verschiebbar gelagert ist.
Die Büchse 6 trägt eine Aussenverzahnung 10, in welche das Zahnrad 11 eingreift, welches von dem regelbaren Vorschubmotor M in Drehung versetzt wird.
Die Hauptmutter 5 enthält in ihrem Inneren die Gegenmutter 12, welche gegen erstere durch die Pass- feder 13 gegen Verdrehung gesichert ist. Mittels der Schraubenfedern 14, von welchen mehrere auf den Umfang verteilt sind, wird die Gegenmutter 12 gegen die Hauptmutter 5 axial verspannt. Der in Fig. 1 als oberer Teil der Gegenmutter 12 veranschaulichte Kolben 17 und die als Zylinder 18 ausgebildete Hülse 6 stellen gemeinsam das Kolben getriebe dar. Über die Druckölleitung 16 kann, wie nachstehend beschrieben, Drucköl von wahlweise änderbarem Druck in den Ringraum 15 gelangen, wodurch die Kraft des Kolbengetriebes und damit die Wirkung der Federkraft zwischen den Muttern 5 und 12 wahlweise aufgehoben oder abgeschwächt werden kann.
Wie in Fig. 4 schematisch veranschaulicht, ist die Druckölleitung 16 über die Leitungen 21, 22, 23 und 24 mit der Rückölleitung 20 verbunden. In die Lei tungen 21, 22 und 23 sind als Mittel zum wahlweisen abgestuften Ändern des Druckes im Kolbengetriebe die Maximaldruckventile V1, V2 und Y3 eingebaut, von denen Ventil V1 auf den höchsten und Ventil V3 auf den niedrigsten Überdruck eingestellt sind. Die Leitung 22 dient dem druckfreien Ölrücklauf. In die Leitung 22 sind als Steuerorgane für die Druckände rung im Kolbengetriebe das Elektromagnetventil M 1 und entsprechend die Elektromagnetventile M2 und M3 in die Leitung 23 bzw. 24 eingeschaltet. Die Elektromagnetventile M1, M2 und M3 sind in Null stellung gesperrt. Der Öldruck wird durch die PumpeP erzeugt.
Die Drehzahl und Drehrichtung des Vorschub motors M kann von Hand mit Hilfe von Steuer elementen, nämlich der Schalterhebel<I>A</I> und<I>B</I> des Steuergerätes 25, in bekannter und daher nicht näher beschriebener Weise variiert werden.
Für den Fachmann ist es verständlich, dass die Arbeitsspindel auch ohne eigenen Motor über ent sprechende Getriebe auch vom Hauptmotor einer Werkzeugmaschine angetrieben sein kann, wobei dann ebenfalls Steuerelemente in Form von Kupplungen mit Schalterhebeln und Zusatzgetrieben zur Änderung der Drehzahl und Drehrichtung der Arbeitsspindel ange ordnet sind.
Im vorliegenden Beispiel steuert der Schalter hebel A das Ein- und Ausschalten in der Weise, dass der Vorschubmotor M in der Stellung 26 des Schalters A 1 ausgeschaltet ist, in Stellung 27 in einem Drehsinn läuft, der eine vorwärtsgerichtete Bewegung der Pinole 2 bewirkt und in Stellung 28 mit entgegen gesetztem Drehsinn eine rückwärtsgerichtete Bewe gung der Pinole 2 verursacht.
Der Schalthebel B dient der Steuerung der Dreh zahl des Vorschubmotors M, d.h. der Vorschub geschwindigkeit. In Stellung 29 des Schalters B 1 ist der Eilgang eingeschaltet, während in den Stellungen 30 die verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten fest gelegt sind. Der Schalterhebel B betätigt direkt einen zweiten Schalter B2, dessen Kontakte 31 an Spannung liegen. Der Kontaktarm des Schalters B2 ist über die Leitung 32 mit dem Kontaktarm des zweiten vom Schalthebel<I>A</I> betätigten Schalters<I>A2</I> verbunden. Der Schalter A2 ist über die Leitungen 33 und 34 mit den Elektromagnetventilen M 1 und M2 verbunden, deren Wicklungen über die Leitung 35 an den Nulleiter angeschlossen sind.
Der Kontaktarm des dritten vom Schalterhebel<I>A</I> betätigten Schalters<I>A 3</I> liegt direkt über die Leitung 36 an Spannung und schaltet in der Schaltstellung 26 des Schalters A 1 das Elektromagnet ventil M3 ein.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Steuer organe zur Druckänderung im Kolbengetriebe mecha nisch mit den Steuerelementen zur Wahl der ver schiedenen Vorschubgeschwindigkeiten und Vorschub richtungen zweckentsprechend in Antriebsverbindung zu setzen. Da dies nach den obigen Erläuterungen für den Fachmann leicht zu verwirklichen ist, wird auf eine spezielle Darstellung verzichtet.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Kraft des Kolbengetriebes kann durch Ver änderung des Öldruckes den verschiedenen Betriebs zuständen der Arbeitsspindel 1 für das Bohren und das Fräsen angepasst werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel ergeben sich die vier folgenden Betriebszustände: 1. Aus- und Einfahren der Werkzeugmaschinen spindel im Eilgang.
Der Schalter B 1 befindet sich in der Stellung 29 und der Kontaktarm B2 ist stromlos. Die Magnet ventile M1 und M2 befinden sich mithin in der Null stellung-und sind gesperrt. Desgleichen befindet sich das Magnetventil M3 in der Nullstellung, da der Stromkreis beim Einschalten des Motors mittels des Schalters A im Schalter A 3 unterbrochen wird.
Das von der Pumpe P geförderte Drucköl kann also nur über die Leitung 21 und das Maximaldruck ventil V 1 abfliessen. Es stellt sich daher der am Ventil V1 eingestellte Druck ein, unter dessen Kraftwirkung die Gegenmutter 12 entgegen der Federkraft ver schoben und der Gewindetrieb völlig entlastet wird. Die Gewindehülse 4 hängt mit Spiel in der Mutter 5 (siehe Fig. 2) und kann mit minimaler Reibung ver schoben werden. 2. Einstellung der Werkzeugmaschinenspindel auf Vorschub vorwärts zum Ausführen von Bohr- und Dreharbeiten. Am Schalter B 1 ist über einen der Kontakte 30 eine Vorschubgeschwindigkeit eingestellt. Der Kontakt arm A 2 liegt also über die Leitung 32 und den Kon taktarm B2 sowie über die Kontakte 31 an Spannung.
Die Vorschubrichtung ist am Schalter A mittels Stellung 27 eingestellt. Mithin ist der Stromkreis des Magnetventils M1 über den Schalter A2 und die Leitung 33 geschlossen. Das Magnetventil M 1 ist geöffnet, während der Stromkreis des Magnetventils M3 im Schalter A 3 unterbrochen und das Magnet ventil M3 geschlossen wird.
Das Drucköl kann über die Leitung 22 und das Maximaldruckventil V2 abfliessen. Der sich nunmehr einstellende niedrigere Druck hat zur Folge, dass die Gewindehülse 4 unter der Wirkung der Federkraft in Richtung dieser Kraft gezogen wird, bis die Gewinde gänge leicht anliegen. Der Gewindetrieb ist damit spielfrei, aber dennoch arbeitsfähig (siehe Fig. 3). 3. Einstellung der Werkzeugmaschinenspindel auf Vorschub rückwärts.
Dieser Betriebszustand der Arbeitsspindel dient zur Bearbeitung von rückseitigen Flächen. In diesem Falle hat die Gegenmutter 12 bei senkrechter Anordnung der Werkzeugmaschinenspindel nicht nur das Gewicht der Pinole samt Spindel zu tragen, sondern auch die Vorschubkraft aufzunehmen. Dementsprechend ist am Maximaldruckventil V3 ein Druck eingestellt, der der Kraftwirkung der Federn 14 in schwächerem Masse als im Falle 2 entgegenwirkt, wobei aber ein Ver klemmen des Gewindetriebes dennoch vermieden wird (siehe Fig. 3). Zur Wahl der Vorschubrichtung wird der Schalter A 1 auf Stellung 28 gelegt, wodurch der Stromkreis des Magnetventils<I>M2</I> über Schalter<I>A2</I> geschlossen und dieses selbst geöffnet wird. Damit wird der Abfluss des Drucköls über die Leitung 23 und das Maximaldruckventil V3 frei.
4. Verwendung der Werkzeugmaschinenspindel ohne Vorschub zum Fräsen.
Zum Ausführen von Fräsarbeiten mit der Arbeits spindel 1 soll der Gewindetrieb fest verspannt sein. Der Vorschubmotor M ist über den Schalter A 1 ausgeschaltet (Stellung 26). Über den Schalter A 3 und die Leitung 36 wird der Stromkreis des Magnet ventils M3 geschlossen, und der Durchfluss wird frei für den druckfreien Abfluss des Öls. (Sihe die in Fig. 4 veranschaulichte Schaltstellung).
Die Gegenmutter 12 verspannt sich gegen die Mutter 5 unter der vollen Wirkung der Federkraft (siehe Fig. 3).
Device for regulating play on an extendable machine tool spindle The invention relates to a device on an extendable machine tool spindle with screw drive, in which a main nut and a counter nut can be braced against one another by means of a spring and released by a relaxation device to regulate play.
In known devices of this type, it is possible to move the work spindle when the lock nut is loosened, while it is not displaceable when the counter nut is clamped and can be used for milling work. When the lock nut is loosened, the drive of the work spindle has play, which, however, is undesirable for fine drilling and boring work.
To eliminate this disadvantage, the device according to the invention is characterized in that the main nut and counter nut are each connected to one of the parts of a piston gear acting as a relaxation device, which slide against each other and when fully pressurized against the force of the spring, and that means containing control organs are provided for the choice of gradual changes in the pressure in the piston gear, in order to control the game and the degree of tension of the two nuts for different uses of the machine tool spindle.
The great advantage of the invention is that it is now possible to tighten the two nuts more or less easily without jamming each other, so that a backlash-free gear with optimal friction conditions is achieved with the various processing types and speeds of the work spindle .
The invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing. 1 shows a longitudinal section through an extendable machine tool spindle; Fig. 2 is an enlarged section of some Ge threads of the main nut and the counter nut in the released position with respect to the threaded spindle; 3 shows the parts of FIG. 2 in the adjacent position; Fig. 4 is a diagram which illustrates the electrical circuit of the feed motor in connection with the elec tric and hydraulic means for influencing the pressure in the piston gear.
According to Fig. 1, the main spindle Sp is rotatable in the housing 3, but not slidably mounted and is driven in a known manner by a main motor, not shown. The work spindle 1, which is axially displaceably coupled to the main spindle Sp, is rotatable, but firmly mounted in the axial direction in the quill 2, which in turn is secured against rotation, but is axially displaceable in the housing of the headstock 3 and fixed to the threaded sleeve 4 connected is. The threaded sleeve 4 engages in the main nut 5, which in its upper part according to FIG. 1 with the bush 6 by means of the screws ben 37 and rotatable in a known manner by means of the bearings 7, 8 and 9 in the housing 3, but not axially displaceable is stored.
The sleeve 6 carries an external toothing 10, in which the gear 11 engages, which is set in rotation by the controllable feed motor M.
The main nut 5 contains in its interior the counter nut 12, which is secured against rotation by the feather key 13. The counter nut 12 is axially braced against the main nut 5 by means of the helical springs 14, several of which are distributed over the circumference. The piston 17 illustrated in Fig. 1 as the upper part of the lock nut 12 and the sleeve 6 designed as a cylinder 18 together represent the piston gear. Via the pressure oil line 16, as described below, pressure oil of optionally variable pressure can reach the annular space 15, whereby the force of the piston gear and thus the effect of the spring force between the nuts 5 and 12 can either be canceled or weakened.
As illustrated schematically in FIG. 4, the pressure oil line 16 is connected to the return oil line 20 via the lines 21, 22, 23 and 24. In the lines 21, 22 and 23, the maximum pressure valves V1, V2 and Y3 are installed as a means for optionally graduated changing the pressure in the piston transmission, of which valve V1 is set to the highest and valve V3 to the lowest overpressure. The line 22 is used for the pressure-free oil return. In the line 22, the solenoid valve M 1 and, accordingly, the solenoid valves M2 and M3 in the line 23 and 24 are turned on as control elements for the pressure changes in the piston transmission. The solenoid valves M1, M2 and M3 are locked in the zero position. The oil pressure is generated by the pump P.
The speed and direction of rotation of the feed motor M can be varied by hand with the help of control elements, namely the switch lever <I> A </I> and <I> B </I> of the control device 25 in a known and therefore not described in detail will.
For those skilled in the art it is understandable that the work spindle can also be driven by the main motor of a machine tool without its own motor via appropriate gears, in which case control elements in the form of clutches with switch levers and additional gears for changing the speed and direction of rotation of the work spindle are also arranged .
In the present example, the switch lever A controls the switching on and off in such a way that the feed motor M is switched off in the position 26 of the switch A 1, runs in position 27 in a direction of rotation that causes a forward movement of the quill 2 and in Position 28 with the opposite direction of rotation causes the quill 2 to move backwards.
The shift lever B is used to control the speed of the feed motor M, i.e. the feed speed. In position 29 of switch B 1, the rapid traverse is switched on, while in positions 30, the various feed rates are fixed. The switch lever B directly actuates a second switch B2, the contacts 31 of which are connected to voltage. The contact arm of switch B2 is connected via line 32 to the contact arm of the second switch <I> A2 </I> actuated by the switching lever <I> A </I>. The switch A2 is connected via the lines 33 and 34 to the solenoid valves M 1 and M2, the windings of which are connected via the line 35 to the neutral conductor.
The contact arm of the third switch <I> A 3 </I> operated by the switch lever <I> A </I> is directly connected to voltage via the line 36 and switches on the solenoid valve M3 in the switch position 26 of the switch A 1.
It is of course also possible to set the control organs to change the pressure in the piston mechanism mechanically with the controls to select the various feed speeds and feed directions appropriately in drive connection. Since this can easily be achieved by a person skilled in the art according to the above explanations, a special representation is dispensed with.
The mode of operation of the device is as follows: The force of the piston gear can be adapted to the different operating states of the work spindle 1 for drilling and milling by changing the oil pressure.
The following example results in the following four operating states: 1. The machine tool spindle extends and retracts at rapid traverse.
The switch B 1 is in position 29 and the contact arm B2 is de-energized. The solenoid valves M1 and M2 are therefore in the zero position and are blocked. The solenoid valve M3 is likewise in the zero position, since the circuit is interrupted when the motor is switched on by means of switch A in switch A 3.
The pressure oil delivered by the pump P can therefore only flow off via the line 21 and the maximum pressure valve V 1. It therefore sets the pressure set at the valve V1, under the force of which the lock nut 12 is pushed against the spring force ver and the screw drive is completely relieved. The threaded sleeve 4 depends with play in the nut 5 (see Fig. 2) and can be pushed ver with minimal friction. 2. Setting the machine tool spindle to feed forward for performing drilling and turning work. A feed rate is set at switch B 1 via one of the contacts 30. The contact arm A 2 is thus on the line 32 and the con tact arm B2 and the contacts 31 to voltage.
The feed direction is set on switch A using position 27. The circuit of the solenoid valve M1 is therefore closed via the switch A2 and the line 33. The solenoid valve M 1 is open while the circuit of the solenoid valve M3 in switch A 3 is interrupted and the solenoid valve M3 is closed.
The pressure oil can flow off via line 22 and the maximum pressure valve V2. The lower pressure that now sets in has the consequence that the threaded sleeve 4 is pulled under the action of the spring force in the direction of this force until the threads are slightly in contact. The screw drive is thus backlash-free, but still capable of working (see Fig. 3). 3. Setting the machine tool spindle to reverse feed.
This operating state of the work spindle is used to machine rear surfaces. In this case, when the machine tool spindle is arranged vertically, the counter nut 12 not only has to carry the weight of the quill including the spindle, but also has to absorb the feed force. Accordingly, a pressure is set at the maximum pressure valve V3, which counteracts the force of the springs 14 to a lesser extent than in case 2, but a Ver jamming of the screw drive is avoided (see Fig. 3). To select the feed direction, switch A 1 is set to position 28, which closes the circuit of the solenoid valve <I> M2 </I> via switch <I> A2 </I> and opens it itself. This frees the pressure oil from flowing out via line 23 and maximum pressure valve V3.
4. Using the machine tool spindle without feed for milling.
To perform milling work with the work spindle 1, the screw drive should be firmly clamped. The feed motor M is switched off via switch A 1 (position 26). The circuit of the solenoid valve M3 is closed via the switch A 3 and the line 36, and the flow is free for the pressure-free drainage of the oil. (See the switching position illustrated in FIG. 4).
The lock nut 12 is braced against the nut 5 under the full effect of the spring force (see FIG. 3).