CH641535A5

CH641535A5 - Spindle

Info

Publication number: CH641535A5
Application number: CH714579A
Authority: CH
Inventors: Richard Jesinger
Original assignee: Fortuna Werke Maschf Ag
Priority date: 1978-08-26
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1984-02-29
Also published as: FR2434005A1; FR2434005B1; DE2837321C2; DE2837321A1; IT7925199A0; IT1123548B

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel, bei der die Spindelwelle in der Spindelhülse über Endlagerungen und wenigstens einem Zwischenlager abgestützt ist. The invention relates to a spindle in which the spindle shaft is supported in the spindle sleeve via end bearings and at least one intermediate bearing.

Bei bekannten Maschinenspindeln dieser Art, die freie Kraglängen bis in die Grössenordnung von 3 m aufweisen, sind die Spindelwellen über ihre ganze Länge starr ausgebildet und über wenigstens ein starres Zwischenlager gegenüber der ebenfalls starren Spindelhülse abgestützt. Abgesehen davon, dass ein solches System statisch überbestimmt ist, bedingt es für die konstruktive Auslegung jeweils die Festlegung auf einen Drehzahlbereich, da jeweils nur für einen bestimmten, verhältnismässig schmalen Drehzahlbereich die notwendige schwingungstechnische Abstimmung des Systems erreicht werden kann. In known machine spindles of this type, which have free cantilever lengths of up to the order of 3 m, the spindle shafts are rigid over their entire length and are supported by at least one rigid intermediate bearing in relation to the likewise rigid spindle sleeve. Apart from the fact that such a system is statically overdetermined, it requires the definition of a speed range for the design, since the necessary vibration-related coordination of the system can only be achieved for a certain, relatively narrow speed range.

Durch die Erfindung soll demgegenüber eine Spindel der eingangs genannten Art dahingehend ausgestaltet werden, dass ohne konstruktive Änderungen für einen breiten Drehzahlbereich die notwendige schwingungstechnische Abstimmung durchführbar ist. In contrast, the invention is intended to design a spindle of the type mentioned at the outset in such a way that the necessary oscillation-related coordination can be carried out without design changes for a wide speed range.

Bei einer Spinde! der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, dass die Spindelwelle zwischen ihren Endlagerungen einen biegeweichen Längsabschnitt aufweist und im Bereich dieses Längsabschnittes über das bzw. die Zwischenlager elastisch und dämpfend radial gegenüber der Spindelhülse abgestützt ist. Die erfindungsgemässe Wellengestaltung in Verbindung mit der elastischen und dämpfenden Abstützung im Bereich des oder der Zwischenlager beseitigt nicht nur statische Überbestimmungen, sondern ermöglicht insbesondere durch Veränderung der Elastizitäten und/oder der Dämpfungswerte auch ohne konstruktive Abänderungen eine Anpassung an die schwingungstechnisch unterschiedlichen Gegebenheiten in verschiedenen Drehzahlbereichen. Ferner wird die Gefahr vermindert, dass resultierend aus den Eigenschwingungen der Welle und des durch die Hülse gebildeten Kragträgers Schwebungen auftreten. Nicht zuletzt werden auch die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit vermindert, die bei einem starren System besonders gross sind, da dort Verbiegungen oder Fluchtfehler der Welle der Spindelhülse als Kragträger Schwingungen aufzwingen können. Durch die Erfindung wird insgesamt gesehen also ein System geschaffen, das nicht nur nachträglich auf das Arbeiten in unterschiedlichen Drehzahlbereichen abgestimmt werden kann, sondern das insgesamt gesehen auch leichter und billiger gebaut und bearbeitungstechnisch leichter zu beherrschen ist, wobei zusätzlich eine nachträgliche schwingungstechnische Feinabstimmung erfolgen kann, da bei der erfindungsgemässen Lösung, With a locker! In the type mentioned at the outset, this is achieved in that the spindle shaft has a flexible longitudinal section between its end bearings and in the area of this longitudinal section is supported elastically and damping radially with respect to the spindle sleeve via the intermediate bearing or bearings. The shaft design according to the invention in connection with the elastic and damping support in the area of the intermediate bearing or bearings not only eliminates static over-determinations, but in particular by changing the elasticities and / or the damping values also allows adaptation to the different vibrational conditions in different speed ranges without design changes. Furthermore, the risk is reduced that beats occur as a result of the natural vibrations of the shaft and the cantilever formed by the sleeve. Last but not least, the machining accuracy requirements are reduced, which are particularly great in a rigid system, since there bending or misalignment of the shaft of the spindle sleeve as a cantilever can force vibrations. Viewed overall, the system thus creates a system which can not only be retrospectively adapted to work in different speed ranges, but which, overall, is also lighter and cheaper to build and easier to master in terms of machining technology, with additional subsequent fine tuning in terms of vibration technology being possible, since in the solution according to the invention,

analog zur nachträglichen Abstimmung auf unterschiedliche Drehzahlbereiche, eine nachträgliche Änderung der Abstimmung möglich ist. analogous to the subsequent adjustment to different speed ranges, a subsequent change of the adjustment is possible.

In Ausgestaltung der Erfindung kann der biegeweiche Längsabschnitt der Spindelwelle durch eine zwischengeschaltete Kupplungs welle gebildet sein, die drehsteif und zentrisch mit den in den Endlagerungen geführten Abschnitten der Spindelwelle verbunden ist. Der Anschluss der zwischengeschalteten Kupplungswelle an die in den Endlagerungen geführten Abschnitte der Spindelwelle erfolgt bevorzugt starr, kann im Rahmen der Erfindung aber auch elastisch vorgenommen werden. Bevorzugt wird die Kupplungswelle durch einen im Durchmesser gegenüber den in den Endlagerungen geführten Wellenabschnitten abgesetzten Wellenstab gebildet, wobei dieser Wellenstab bevorzugt lediglich so stark bemessen ist, wie es im Hinblick auf das zu übertragende Drehmoment erforderlich ist. In an embodiment of the invention, the flexible longitudinal section of the spindle shaft can be formed by an intermediate coupling shaft, which is torsionally rigid and centrally connected to the sections of the spindle shaft guided in the end bearings. The intermediate coupling shaft is preferably connected rigidly to the sections of the spindle shaft guided in the end bearings, but can also be made elastically within the scope of the invention. The coupling shaft is preferably formed by a shaft rod which is offset in diameter from the shaft sections guided in the end bearings, this shaft rod preferably being dimensioned only as much as is necessary with regard to the torque to be transmitted.

Das Zwischenlager umfasst in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Radiallager, das in einem Gehäuse geführt ist, das über eine Feder-Dämpfereinrichtung gegenüber der Spindelhülse radial abgestützt ist. Das Gehäuse bildet dabei eine Hilfsmasse, die bei bevorzugt hül-senförmiger Ausgestaltung an ihrem Aussenumfang mit einer Ringnut versehen ist, in der ein Feder-Dämpferelement angeordnet ist. Solche Feder-Dämpferelemente sind bevorzugt durch Parallelschaltung eines Federelementes und eines dämpfenden, insbesondere elastoplastischen Körpers gebildet, wobei der Stützkörper durch einen Gummiring oder dergleichen gebildet sein kann. Gegebenenfalls können Feder- und Dämpferelement auch in ihrer Funktion in einem elastischen Stützkörper zusammengefasst sein. In a further embodiment of the invention, the intermediate bearing comprises a radial bearing which is guided in a housing which is supported radially against the spindle sleeve via a spring-damper device. The housing forms an auxiliary mass which, in a preferably sleeve-shaped configuration, is provided on its outer circumference with an annular groove in which a spring-damper element is arranged. Such spring-damper elements are preferably formed by connecting a spring element and a damping, in particular elastoplastic body in parallel, wherein the support body can be formed by a rubber ring or the like. Optionally, the function of the spring and damper element can also be combined in an elastic support body.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, dessen Figur im Schnitt eine Spindel einer Werkzeugmaschine mit grosser freier Kraglänge zeigt. The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment, the figure of which shows in section a spindle of a machine tool with a large free collar length.

Wie aus der Darstellung ersichtlich, umfasst die insgesamt mit 1 bezeichnete Spindel eine Spindelhülse 2, die als Kragträger an ihrem einen Ende 3 starr mit dem nicht weiter dar2 As can be seen from the illustration, the spindle, designated as a whole by 1, comprises a spindle sleeve 2 which, as a cantilever beam, is rigid at its one end 3 and not shown further

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

641 535 641 535

gestellten Maschinengehäuse 4 verbunden ist. In der in sich starren Spindelhülse 2 sind, wie schematisch gezeigt, einerseits an dem dem Maschinengehäuse 4 zugeordneten Ende 3 und andererseits am frei auslaufenden Kragende 5 Endlagerungen 6,7 für die insgesamt mit 8 bezeichnete Spindelwelle vorgesehen, die im Bereich zwischen den Endlagerungen 6,7 über Zwischenlager 9 gegenüber der Spindelhülse 2 radial abgestützt ist. placed machine housing 4 is connected. In the rigid spindle sleeve 2, as shown schematically, 5 end bearings 6, 7 are provided on the one hand on the end 3 assigned to the machine housing 4 and on the other hand on the freely running-out collar end for the spindle shaft designated as 8, which in the area between the end bearings 6, 7 is supported radially via intermediate bearing 9 with respect to the spindle sleeve 2.

Die insgesamt mit 8 bezeichnete Spindelwelle, die bei maschinenseitigem Antrieb abtriebsseitig in einem Wellenkopf 10 ausläuft, mit dem das jeweilige Werkzeug, beispielsweise also ein Schleifwerkzeug, ein Bohrer oder ein Ausdrehwerkzeug zu verbinden ist, weist im Bereich ihrer Endlagerungen 6,7 u.a. aus lagertechnischen Gründen Abschnitte 11, 12 verhältnismässig grossen Durchmessers auf, die wie für die Endlagerung 7 gezeigt, über Lagerpaare 13 starr in der Spindelhülse gelagert sind. The spindle shaft, designated as a whole by 8, which, in the case of the drive on the machine side, ends in a shaft head 10 on the output side, with which the respective tool, for example a grinding tool, a drill or a boring tool, is to be connected, has 6.7, etc. in the area of its end bearings. for reasons of storage technology, sections 11, 12 of relatively large diameter, which, as shown for the final storage 7, are rigidly mounted in the spindle sleeve via bearing pairs 13.

Würde nun, wie bei bekannten Konstruktionen gegeben, die Welle mit einem ihrem Durchmesser im Bereich der Endlagerungen im wesentlichen entsprechenden Durchmesser starr über die ganze Länge durchgeführt und über ein oder mehrere Zwischenlager starr gegenüber der Spindelhülse 2 abgestützt, so ergibt sich ein in sich starres System, das die eingangs angesprochenen Nachteile aufweist. If, as is the case with known constructions, the shaft with a diameter essentially corresponding to its diameter in the region of the end bearings is rigidly guided over the entire length and rigidly supported against the spindle sleeve 2 via one or more intermediate bearings, this results in a system which is rigid in itself , which has the disadvantages mentioned above.

Erfindungsgemäss ist demgegenüber die Spindelwelle 8 im Bereich zwischen ihren den Endlagerungen 6,7 zugeordneten Abschnitten 11, 12 bevorzugt über ihre ganze Länge im Durchmesser wesentlich verringert ausgeführt und durch einen Wellenstab 14 gebildet, der in seinem Durchmesser nicht auf Biegesteifigkeit, sondern vielmehr im wesentlichen lediglich auf das zu übertragende Drehmoment ausgelegt ist und der mit den in den Endlagerungen 6,7 geführten Abschnitten 11,12 zentrisch und drehsteif verbunden ist. In contrast, according to the invention, the spindle shaft 8 in the region between its sections 11, 12 assigned to the end bearings 6, 7 is preferably of substantially reduced diameter over its entire length and is formed by a shaft rod 14, the diameter of which is not merely rigid, but rather essentially only is designed for the torque to be transmitted and is centrally and torsionally rigidly connected to the sections 11, 12 guided in the end bearings 6, 7.

Abgestützt wird der Wellenstab 14 im Bereich zwischen den Endlagerungen 6,7 über ein oder mehrere Zwischenlager, im Ausführungsbeispiel zwei Zwischenlager 9, die bei erfin-dungsgemässer Gestaltung als Lanchester-Schwingungstilger s wirken. The shaft rod 14 is supported in the area between the end bearings 6, 7 via one or more intermediate bearings, in the exemplary embodiment two intermediate bearings 9, which act as Lanchester vibration absorbers s in the design according to the invention.

Der Aufbau für die Zwischenlager 9 ist dabei so, dass unmittelbar auf den Wellenstab 14 drehfest und bevorzugt durch Aufschrumpfen axial unverschiebbar der innere Lagerring eines Lagers 15 aufgebracht ist, dessen äusserer Lager-10 ring, wie das in der Zeichnung rechtsseitig dargestellte Lager zeigt, axial un verschiebbar mit einem Gehäuse 16 verbunden ist, das als Hilfsmasse dient und das aussenseitig mit einer Ringnut 17 versehen ist, in der, wie hier nur symbolisch angedeutet, eine Feder-Dämpfereinrichtung 18 angeordnet ist, i5 über die das die Hilfsmasse bildende Gehäuse 16 nachgiebig und dämpfend gegenüber der Spindelhülse 2 als Kragträger abgestützt ist. Die Feder-Dämpfereinrichtung 18 besteht in dem schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Hintereinanderschaltung einer Feder 19 und eines elastischen 20 Stützkörpers 20, der hier als in der Ringnut 17 seitlich geführter Steggummiring ausgebildet ist, in seiner einfachsten Ausbildungsform aber durch einen O-Ring mit Vorteil gebildet sein kann, wobei durch das Zusammenwirken dieses Dämpferringes mit dem Gehäuse 16 als Hilfsmasse 25 aufgrund der radialen Nachgiebigkeit die erwünschte Dämpfung erreicht wird. Zugleich können Fluchtfehler und Verlegungen des durch die Spindelhülse 2 gebildeten Kragträgers gegenüber der Welle im Bereich dieser Zwischenlager 9 ausgeglichen werden. Anstelle eines Steggummiringes, eines 30 O-Ringes oder dergleichen als Dämpferelement kann auch ein radialer Reibungsdämpfer oder ein hydraulischer Dämpfer, beispielsweise ein hydraulischer Ringkolbendämpfer vorgesehen werden. The structure for the intermediate bearing 9 is such that the inner bearing ring of a bearing 15, whose outer bearing ring, as the bearing shown on the right in the drawing shows, is applied axially in a rotationally fixed and preferably axially immovable manner by shrinking un displaceably connected to a housing 16 which serves as an auxiliary mass and which is provided on the outside with an annular groove 17 in which, as only symbolically indicated here, a spring-damper device 18 is arranged, i5 via which the housing 16 forming the auxiliary mass is flexible and is supported in a damping manner with respect to the spindle sleeve 2 as a cantilever beam. In the embodiment shown schematically, the spring-damper device 18 consists of the connection in series of a spring 19 and an elastic support body 20, which here is designed as a web rubber ring guided laterally in the annular groove 17, but in its simplest embodiment is advantageously formed by an O-ring can be, the desired damping is achieved by the interaction of this damper ring with the housing 16 as an auxiliary mass 25 due to the radial flexibility. At the same time, misalignments and relocations of the cantilever formed by the spindle sleeve 2 with respect to the shaft in the region of these intermediate bearings 9 can be compensated for. Instead of a web rubber ring, an O-ring or the like as a damper element, a radial friction damper or a hydraulic damper, for example a hydraulic ring piston damper, can also be provided.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

641535 PATENT CLAIMS

1. Spindle in which the spindle shaft is supported in the spindle sleeve via end bearings and at least one intermediate bearing, characterized in that the spindle shaft (8) has a flexible longitudinal section (14) between its end bearings (6, 7) and in the area of this longitudinal section the intermediate bearing (s) (9) is supported elastically and damping radially with respect to the spindle sleeve (2).

2. Spindle according to claim 1, characterized in

that the flexible longitudinal section (14) of the spindle shaft (8) is formed by an intermediate coupling shaft, which is torsionally rigid and centrally connected to the sections (11, 12) of the spindle shaft (8) guided in the end bearings (6, 7).

3. Spindle according to claim 2, characterized in

that the coupling shaft is formed by a shaft rod (14) which is offset in diameter from the shaft sections (11, 12) guided in the end bearings (6, 7).

4. Spindle according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate bearing (9) comprises a radial bearing (15) which is guided in a housing (16) via a spring-damper device (18) relative to the spindle sleeve (2) is supported radially.

5. Spindle according to claim 4, characterized in

that the intermediate bearing (9) is supported axially displaceably with respect to the spindle sleeve (2).

6. Spindle according to claim 4 or 5, characterized in that the housing (16) serving as auxiliary mass is formed by a sleeve.

7. Spindle according to claim 6, characterized in

that the sleeve is provided on its outer circumference with an annular groove (17) in which a spring-damper element (19, 20) is arranged.

8. Spindle according to claim 7, characterized in

that the spring-damper element is formed by the parallel connection of a spring element (19) and an elastoplastic body serving as a supporting body (20).

9. Spindle according to claim 8, characterized in

that a rubber ring is provided as the support body (20).

10. Spindle according to claim 7, characterized in that a friction damper is provided as the spring-damper element.

11. Spindle according to claim 7, characterized in that a hydraulic damper, in particular a hydraulic ring piston damper, is provided as the spring-damper element.