DD200350A1

DD200350A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausgleich thermischer laengenaenderungen hydraulisch gelagerter spindeln

Info

Publication number: DD200350A1
Application number: DD23286881A
Authority: DD
Inventors: Fritz Lippold
Original assignee: Fritz Lippold
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1983-04-20

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln, insbesondere für Werkzeugmaschinen, sollen die Genauigkeit und Stabilität der Spindelbewegung verbessert werden. Aus diesem Grunde ist auftragsgemäß eine zu einem Werkzeug oder Werkstück hochkonstant bleibende Relativlage der Spindel im Spindelbund, insbesondere für die Anwendung in längeren Bearbeitungsprozessen, zu schaffen. Erfindungsgemäß wird von der Hydraulik-Flüssigkeit ein auf die Spindel am Spindelbund abgestimmtes Dehnglied umspült, dessen thermische Längenänderung über ein Hebelsystem jeweils eine axiale Lagekorrektur der Spindel oder des Werkzeuges bzw. Werkstücks bewirkt.

Description

Titel der Erfindung:

Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln mit einem Spindelbund, insbesondere zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeuges, die mit Hydraulik-Flüssigkeits-Lagerung in einem Spindelstock gelagert werden, mit einer axialen !lachstellung der Spindel oder des Werkzeuges bzw. des Werkstücks. Die Erfindung wird insbesondere für hochgenaue Werkzeugmaschinen mit in tensiver Belastung, z.B. für das Fresnellinsendrehen, angewendet.

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Es ist allgemein bekannt, hydraulisch oder pneumatisch gelagerte rotierende -Werkzeug- oder Werkstückspindeln zur - Aufnahme von Beärbeitungswerkstücken bzw. -werkzeugen bei .,''·. " Werkzeugmaschinen anzuwenden.. . ; .- ·. , .. · -,,.'; . .'. ;.'· :,· In längeren Bearbeitungsprozessen, insbesondere unter \ · hoher Belastung, kommt es zu einer Erwärmung des Spindelkörpers, der nur mit einer aufwendigen und in der Praxis mitunter- problematischen Kühlung zu begegnen- ist. Ther-. mische Veränderungen des Spindelkörpers verursachen jedoch eine Änderung der geometrischen· Spindelabmessungen« Kritisch ist hierbei, die Längsausdehnung (Änderung der

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axialen Abmessung) der Spindel_s v/eil damit gleichzeitig eine Führungsänderung des an der Spindel angebrachten ' Werkzeugs bzw« Werkstücks verbunden ist. Durch diese thermische Inkonstanz für die genannten Arbeitsprozesse wird die Genauigkeit der Bearbeitung beeinträchtigt bzw, die Anwendbarkeit der Werkzeugmaschine in längeren Arbeitsprozessen wird für hohe Genauigkeitsanforderungen stark eingeschränkt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese Einschränkung für hohe Genauigkeiten bei Dauerbelastung auch mit entsprechender Kühlung des Spindelkörpers nicht ohne immensen Aufwand aufzuheben ist. Die Temperaturänderungen im Dauerbetrieb sind hoch, und' es ist sehr problematisch,' dabei die Temperatur der Spindel mit vertretbaren Mitteln auf einen konstanten Wert zu stabilisieren»

Es ist nun ferner möglich, den auf Grund der thermischen Längenänderung der Spindel entstandenen axialen Führungsfehler durch Nachstellung der Spindel _s des Werkzeuges oder des Werkstückes zu korrigieren. Dazu wäre die axiale Führungsänderung sehr präzise zu messen und die entsprechende Nachführung zu bewerkstelligen«, Eine solche Lagekorrektur erfordert jedoch erstens einen relativ hohen Bedienungsaufwand, und zweitens sind bei der Messung und Nachstellung subjektive Fehler nicht auszuschließen. Ferner muß zur Realisierung extrem hoher Genauigkeiten eine kontinuierliche Nachführung gewährleistet sein.

Ziel der Erfindung: · ·

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung.der/Genauigkeit -und' Stabilität der Spindelbewegung.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache und zuverlässige Art und Weise eine, relativ zu einem Bearbei tungswerkzeug bzw. -werkstück hochkonstant bleibende

lage der Spindel am Spinderbund, insbesondere für längere Bearbeitungsprozesse, z.B. für den Einsatz zum Fresnellinsendrehen, zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln mit einem Spindelbund, insbesondere zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeuges, die mit Hydraulik-Plussigkeits-Lagerung in einem Spindelstock gelagert werden, mit einer axialen Nachstellung der Spindel . oder des Werkzeuges bzw. des Werkstücks dadurch gelöst, daß die Hydraulik-Flüssigkeit der Spindellagerung ein Dehnglied umspült, das im wesentlichen der Formgebung bzw. dem Temperaturverhalten des am Spindelbund gelagerten Teils der Spindel entspricht, und daß die thermische Längenänderung des Dehngliedes, welche der axialen thermischen Längenänderung des Spindelteils am Spindelbund entspricht, jeweils die axiale lachstellung der Spindel, des Werkzeuges oder des Werkstückes bewirkt. Bei einer Vorrichtung zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln mit einem Spindelbund, insbesondere zur Aufnahme eines Werkzeuges bzw. Werkstücks, die mit Hydraulik-Flüssigkeits--Lagerung in einem Spindelstock gelagert werden, mit einer axialen Führung der Spindel oder des Werkzeuges bzw«, des Werkstücks wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hydraulik-Flüssigkeit der Spindellagerung in einem Durchflußsystem, vorzugsweise mittels .einer thermisch gut isolierten Durchflußleitung, im thermischen Kontakt zu einem Dehnglied steht, das im wesentlichen der Formgebung bzw. dem Tempera-"' ' turverlialten des am Spindelbund gelagerten Teils" der" Spin™" del entspricht und das mit seiner Längenabmessung, die der Abmessung des genannten Spindelteils in axialer Richtung entspricht, über einen Hebel mit der axialen Führung der Spindel oder des Werkzeuges bzw. des Werkstücks in Verbindung steht.

Es ist vorteilhaft, wenn bei einer Vorrichtung mit axialer

Führung der Spindel der Hebel, dessen Hebelverhältnis vorzugsweise einstellbar ist, mit der axialen Führung eines gegenüber dem Spindelstock in einer Radialführung axial verschiebbaren, vorzugsweise federgespannten Axiallagerblocks in Verbindung steht, der mittels hydraulischer Axiallagerung mit der Spindel gekoppelt ist«,

Erfindungsgemäß steht die Hydraulik-Flüssigkeit d,er Spindellagerung im möglichst guten thermischen Kontakt zu einem Dehnglied, das thermos eh.auf den am Spindelbund gelagerten Spindelteil abgestimmt ist, und in seiner thermischen Längenänderung der axialen Längenänderung des genannten Spindelteils infolge seiner Erwärmung entspricht. Dabei umspült die Hydraulik-Flüssigkeit im Abflußkanal aus den Spindellagern vorzugsweise das Dehnglied, um einen mögliehst guten thermischen Kontakt zu gewährleisten.

Die thermische Längenänderung des Dehngliedes bewirkt zum Beispiel über einen Hebel die automatische axiale nachführung der Spindel, des Werkzeuges oder des Werkstückes, so daß ein am Spindelbund aufgenommenes Werkzeug oder Werkstück unabhängig von der Spindeltemperatur zu einem entsprechenden Werkstück bzw«, Bearbeitungswerkzeug eine konstantbleibende Relativlage aufweist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten "Vorrichtung zur Nachführung einer Spin- del als Ausführungsbeisioiel näher erläutert v/erden,

'. Eine. Spindel !.einer .Werkzeugmaschine _ist mit einem ersten.. Radiallager 2 und einem zweiten Radiallager 3 axial verschiebbar in einem Spindelstock 4 hydrostatisch gelagert«, In axialer Richtung ist die Spindel 1 mittels eines zweiseitigen Axiallagers 5 hydrostatisch auf.einem Axial-· . lagerblock 6 gelagert, der im Spindelstock 4 axial verschiebbar ist. Über zwei beidseitig an dem Axiallagerblock 6 angebrachte Rollen 7 sowie über einen in einem festen Drehpunkt 8 gelagerten, biegesteifen Hebel 9, der

mit seinem Lastarni gabelförmig an die Rollen 7 angreift, steht der Axiallagerblock 6 mit einem Dehnglied 10 in Verbindung. Dabei stützt sich der Kraftarm des Hebels auf dem Dehnglied 10 ab. Gleichzeitig ist der Axiallagerblock 6 mittels gleichmäßig an seinem Umfang verteilter Zugfedern 11 (in der Zeichnung aus Übersichtsgründen nur eine Zugfeder dargestellt) gegenüber dem Spindelstock 4 vorgespannt. Das Dehnglied 10 ist in seinen geometrischen Abmessungen dem oberen Teil der Spindel 1 an einem Spindelbund 12 ab dem oberen Teil des Axiallagers 5 geometrisch nachgebildet, so daß es die gleiche Form und damit bei gleichem Material die gleiche thermische Dehnlänge des erwähnten Spindelteils zum Spindelbund 12· aufweist< Aus Gründen der möglichst einfachen Leitungsführung der hydrostatischen Spindellagerung und der Ausnutzung.des freien Abflusses wird bei senkrechter Anordnung der Spindel 1 das Öl aus dem oberen Radiallager 2 über eine Ölleitung dem Dehnglied 10 zugeführt,, Das Dehnglied 10 ist mit Bohrungen 14 zu versehen j und am Umfang des Dehngliedes 10 sind Rillen oder Leitbleche 15 so angebracht, daß das Öl aus der Ölleitung 13 innen und außen gleichmäßig verteilt durch und über das Dehnglied 10 geleitet wird, um den Dehnvorgang mit möglichst kurzer thermischer Einschwingzeit zu erreichen und einen kontinuierlichen exakten Längenausgleich der Spindel 1 zu gewährleisten.

Über die in der Zeichnung angedeutete Ölleitung 16 fließt das Öl vom Dehnglied 10 ab. Die Ölleitungen 13, 16 sind •Vorzugsweise thermisch isoliert, um üärmeverluste zumindest

.. · minimal zu/halten* · Das Dehnglied . 1.0 ist zum Peinabgleich y0' . der Vorrichtung mittels' eines feinfühligen Antriebs 17' " horizontal in einer Langlochführung 18 des Hebels 9 ver- . /' stellbar. Auf diese Art und Weise können Unterschiede im thermischen Ausdehnungsverhalten des Spindelteils und des Dehngliedes 10, die aufgrund konstruktionsbedingter Unterschiede und infolge von üärmeverlusten entstehen, durch

Änderung des Hebelverhältnisses des Hebel 9 ausgeglichen werden.

Erwärmt sich die Spindel 1 bei Belastung bzw, kühlt sie ab, so wird das durch die Erwärmung bzw, Abkühlung ebenfalls temperierte Öl des Radiallagers 2 im Durchflußsystem der Ölleitungen 13, 16 das Dehnglied 10 erwärmen bzw* abkühlen, das mit seiner Unterseite fest verankert ist. Die vertikale thermische Längenausdehnung des Dehngliedes 10, die der axialen thermischen Längenänderung des oberen Teils der Spindel 1 am Spindelbund 12 entspricht, wird über den Hebel 9 mit Richtungsumkehr auf den Axiallagerblock 6 übertragen, der die Spindel 1 axial in Abhängigkeit der Temperatur und Dehnungsiänge des Dehngliedes 10 axial nach oben oder nach unten nachführt. Damit wird eine zum Spindelstock 4 konstant bleibende Relativlage des.Spindelbundes 12 gewährleistet, der bekannterweise zur Aufnahme eines Werkzeuges oder Werkstückes dient.

Um die Anlage des Hebels 9 an dem Dehnglied 10 zu stabilisieren bzw, bei waagerechter Anordnung der Spindel 1 zu ermöglichen5 spannen die Zugfedern 11 den Axiallagerblock gegenüber dem Spindelstock 4 vor, so daß der Drehpunkt 8 und die Anlage des Hebels 9 am. Dehnglied 10 spielfrei sind«

Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht auf die möglichst genaue geometrische .Nachbildung der Spindel 1 bzw» des besagten Spindelteils als Dehnglied 10 beschränkt. Das

Material des Dehngliede's 10 und dessen geometrische Ge-? ' -'" ·' ' staltung sind -ZWeckmafiigerWeise unter Beachtung des tlier- · mischen Einschwingverhaltens, des Wärmeübertragungskon- · ' taktes, des Herstellungsaufwandes usw. dem thermischen Ausdehnungsverhalten der Spindel 1 anzupassen.

Desweiteren, ist es auch möglich, ggf.. auch zweckmäßig, das Öl aus der Radiallagerurig der Spindel 1 mittels einer Zusatzpumpe über das Dehnglied 10 2u. leiten.

Claims

Erfindungsani

1. Verfahren zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln mit einem Spindelbund, insbesondere zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeuges, die mit Hydraulik-Flüssigkeits-Lagerung in einem Spindelstock gelagert werden, mit einer axialen Nachstellung der Spindel oder des Werkzeuges bzw. des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Flüssigkeit der Spindellagerung ein Dehnglied umspült, das im wesentlichen der Formgebung bzw. dem Temperaturverhalten des am Sp.indelbund gelagerten. . Teils der Spindel entspricht und daß die thermische Längenänderung des Dehngliedes, welche der axialen thermischen·Längenänderung des Spindelteils am Spindel· bund entspricht, jeweils die axiale Nachstellung der Spindel, des Werkzeuges oder des Werkstücks bewirkt.

2» Vorrichtung zum Ausgleich thermischer Längenänderungen hydraulisch gelagerter Spindeln mit einem Spindelbund, insbesondere zur Aufnahme eines Werkzeuges bzw. Werkstücks, die mit Hydraulik-Flüssigkeits«Lagerung in einem Spindelstock gelagert werden, mit einer axialen Führung der Spindel oder de.s Werkzeuges bzw. des Werkstücks, gekennzeichnet dadurch, daß die Hydraulik-Flüssigkeit der Spindellagerung (2) in einem Durchflußsystem, vorzugsweise mittels einer thermisch gut isolierten Durchflußleitung (13, 16), im thermischen

Kontakt zu einem Dehnglied (10) steht, das im wesent- ..· · · liehen der Formgebung bzw, dem. Teniperaturyer.hal.ten des,, am Spindelbund (12) gelagerten'Teils der .Spindel (1) entspricht und das mit seiner Längenabmessung, die der Abmessung des genannten Spindelteils in axialer Pachtung entspricht;, über einen Hebel (9) mit der axialen Führung der Spindel (1) oder des Werkzeuges bzw. des Werkstücks in Verbindung steht.

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Vorrichtung nach Punkt 2 mit axialer Führung der Spindel, gekennzeichnet dadurch, daß der Hebel (9), dessen Hebelverhältnia vorzugsweise einstellbar ist, mit der axialen Führung eines gegenüber dem Spindelstock (4) in einer Radialführung axial verschiebbaren, vorzugsweise.federgeapannten Axiallagerblocks (6) in Verbindung steht, der mittels hydraulischer Axiallagerung (5) mit der Spindel (1) gekoppelt ist.

Hierzu- 1 Seite Zeichnung

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