DD218296A1 - TWO-SIDED PROCESSING SPINDLE - AXIAL STORAGE WITH THERMAL LENS COMPENSATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Axiallagerung zu schaffen, bei der die thermisch bedingten Laengenaenderungen der Vorschubspindel bei geringstmoeglichen Lagerkraeften kompensierbar sind. Das wird dadurch erreicht, dass eine antriebsseitige, separat vorgespannte Axiallagerung durch ein Element mit einer sehr hohen axialen Steifigkeit auf der Vorschubspindel befestigt ist. Die Befestigung einer antriebsfernen, separat vorgespannten Axiallagerung besitzt eine Federkennlinie mit einer geringeren Steifigkeit. Die Steifigkeitswerte sind in einem definitiven Verhaeltnis von der axialen Steifigkeit der Vorschubspindel abhaengig, muessen jedoch einen Mindestwert fuer eine reproduzierbare Federkennlinie haben. Die Steifigkeit bzw. Vorspannung der Axiallagerbefestigungen ist abstimmbar. Der definitive Verhaeltniswert der axial harten Lagerung zur Vorschubspindelsteifigkeit, bezogen auf den Lagerabstand, sollte zwischen zwei und drei und der Verhaeltniswert der Vorschubspindelsteifigkeit zur axial weichen Lagerung nicht groesser fuenf sein, sonst gehen die Vorteile der beidseitigen axialen Lagerung verloren, da der Steigerungswert gegenueber einer einseitigen Axiallagerung unter 25 % liegt.The invention has the object to provide an axial bearing in which the thermally induced Laengenaenderungen the feed screw at the lowest possible bearing forces are compensated. This is achieved by fastening a drive-side, separately preloaded thrust bearing on the feed spindle by an element with a very high axial rigidity. The attachment of a drive-distant, separately preloaded thrust bearing has a spring characteristic with a lower rigidity. The stiffness values are in a definite ratio dependent on the axial stiffness of the feed screw, but must have a minimum value for a reproducible spring characteristic. The rigidity or preload of the thrust bearing fixtures is tunable. The definitive ratio value of the axially hard bearing to feed screw rigidity, based on the bearing distance, should not be greater than five between two and three and the ratio value of the feed screw stiffness for axially soft bearing, otherwise the advantages of bilateral axial bearing lost, since the increase value compared to a one-sided Axial storage is less than 25%.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Zweiseitige Vorschubspindel - Axiallagerung mit thermischem LängenausgleichTwo-sided feed spindle - axial bearing with thermal length compensation
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung ist anwendbar, wo steife Achsantriebe und eine genaue Verstellung benötigt werden·The invention is applicable where stiff axle drives and precise adjustment are needed.
ι Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
In der DE OS 21 17 539 ist im Vorschubantrieb zum Drehbanksupport eine vorgespannte, jedoch federnd nachgebende Verbindung offenbart, deren Vorspannung so groß ist, daß diese Verbindung unter normalen Arbeitsbelastungen der Maschine nicht nachgibt, dies jedoch tut, sobald die Belastung zu groß wird. Diese Lösung ist vor allem zur Dämpfung von Stößen eingebaut, die durch eventuelle Steuerungsfehler zu Zusammenstößen zwischen Werkstück und Werkzeug führen und so Beschädigungen von Maschine oder Steuerung verursachen können. Sie hat demnach die Funktion einer Überlastsicherung.In DE OS 21 17 539 a biased, but resiliently yielding compound is disclosed in the feed drive for lathe support whose bias is so great that this connection does not give under normal work loads of the machine, but this does when the load is too large. This solution is primarily designed to absorb shocks that can lead to collisions between the workpiece and the tool due to possible control errors and thus cause damage to the machine or control system. It therefore has the function of an overload protection.
In der DE OS 27 00 173 ist ein Spezialhalter für Schraubenspindeln zur Verwendung in Werkzeugmaschinen mit zahlenmäßiger Kontrolle offenbart, wobei die Befestigung eines Schraubenspinde1-endes nach dem herkömmlichen System mit Längslagern ausgeführt wurde, während am anderen Ende durch ein hydraulisches System axial schwebende Längslager vorgesehen sind.In DE OS 27 00 173 a special holder for screw spindles for use in machine tools with numerical control is disclosed, wherein the attachment of a Schraubenspinde1-end was carried out according to the conventional system with longitudinal bearings, while at the other end by a hydraulic system axially suspended longitudinal bearings are provided ,
Der Nachteil dieser Lösung besteht vor allem darin, daß keine konstanten Steifigkeitseigenschaften möglich sind, weil Temperaturänderungen, Luft im Öl sowie statisch© und dynamische Laständerungen auftreten können«The disadvantage of this solution lies in the fact that no constant stiffness properties are possible because of temperature changes, air in the oil and static © and dynamic load changes can occur «
Das alles ist ungünstig für ©ine Abstimmung von Lageregelkreisexi, -wo reproduzierbare mechanische Steif igkaitsparameter Vorliegen müssen, um eine Regelkreisoptimierung mit bestimmten Eingangswerten vornehmen zu können· Weiterhin müßte das eingeschlossene Ölvolumen der Hydraulik immer ohne Verlust erhalten bleibenj was über einen längeren Zeitraum praktisch unmöglich ist«All this is inconvenient for the coordination of position control circuits, where reproducible mechanical stiffness parameters must be present in order to be able to carry out control loop optimization with specific input values. Furthermore, the trapped oil volume of the hydraulics would always have to be maintained without loss, which is virtually impossible over a longer period of time "
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung hat das Ziel, eine zweiseitig© Vorschubspindel-Axiallagerung mit thermischem Längenausgleich einzusetzen, bei der die Steifigkeit mit einfachen Mitteln einstellbar und statisch meßbar ist, wobei nur kleinsttnögliche Umbauteilverforrnungen eintreten«The object of the invention is to use a two-sided © feed spindle thrust bearing with thermal length compensation, in which the rigidity can be set and measured statically by simple means, whereby only the smallest possible component deformations occur «
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweiseitige Vorschubspindel ~ Axiallagerung mit thermischem Längenausgleich, wobei eine Seit© mit einer axial einstellbaren Federung versehen ist, die eine gewisse Ausdehnung gestattet, zu schaffen, bei der die thermisch bedingten Längenänderungen der Vorschubspindel ohne Änderung der Steifigkeitscharakteristik der Axiallager bei geringstmöglichen Lagerkräften kompensierbar sind.The invention is based on the object, a two-sided feed screw ~ axial bearing with thermal length compensation, with a side © is provided with an axially adjustable suspension, which allows a certain extent to provide, in which the thermally induced changes in length of the feed screw without changing the rigidity of the Thrust bearings are compensated for at the lowest possible bearing forces.
Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine antriebsseitige, separat vorgespannte Axiallagerung durch ein Element mit einer sehr hohen axialen Steifigkeit auf der Vorschubspindel befestigt ist, und die Befestigung einer antriebsfernen, sepa~ rat vorgespannten Axiallagerung eine Federkennlinie mit einer geringeren Steifigkeit besitzt· Diese Steifigkeitswerte sind dabei in einem definitiven Verhältnis von der axialen Steifigkeit der Vorschubspindel abhängig, müssen jedoch einen Mindestwert für ©ine reproduzierbare Federkennlinie haben.This is inventively achieved in that a drive-side, separately preloaded thrust bearing is fixed by an element with a very high axial rigidity on the feed screw, and the attachment of a drive remote, separately biased thrust bearing has a spring characteristic with a lower rigidity · These stiffness values are but in a definite ratio of the axial stiffness of the feed screw, but must have a minimum value for © reproducible spring characteristic.
~ 3 ~ ~ 3 ~
Die Steifigkeit bzw. Vorspannung der Axiallagerbefestigungen ist abstimmbar, dabei sollte der definitive Verhältniswert der axial harten Lagerung zur Vorschubspindelsteifigkeit als Längssteife der Spindel, bezogen auf den Lagerabstand vorzugsweise zwischen zwei und drei angeordnet sein, wohingegen der Verhältniswert der Vorschubspindelsteifigkeit zur axial weichen Lagerung nicht größer fünf sein sollte. Sonst gehen die Vorteile der beidseitigen axialen Lagerung verloren, da der Steigerungswert gegenüber einer einseitigen Axiallagerung unter 25 $ liegt.The stiffness or preload of the thrust bearing fixtures is tunable, it should be the definitive ratio of the axially hard storage for feed screw stiffness as longitudinal stiffness of the spindle, based on the bearing distance preferably between two and three, whereas the ratio of the feed screw stiffness for axially soft storage not greater than five should be. Otherwise, the advantages of the two-sided axial bearing will be lost, since the increase value compared to a one-sided thrust bearing is less than $ 25.
Für die Belastung der Bauteile der Lagerung ist es zweifelsohne sehr günstig, wenn diese einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann. Es sind deshalb die zu erwartenden thermischen Dehnungen der Vorschubspindel bei einem kleinetmöglichen Anstieg der Lagerkräfte F zu kompensieren. Sind die möglichen Längenänderungen der Vorschubspindel im eingebauten Zustand bekannt, so kann mit der vorliegenden Lagerkonstruktion die Vorschubspindel um einen Betrag A. X vorgereckt werden, so daß die thermisch bedingten Lagerkräfte und damit auch die Belastung der Umbauteile, die zu Gestellverformungen führen kann, in zumutbaren Grenzen zu halten ist. Eine Minimierung der Belastung ist dann erreichbar, wenn die Axiallager jeder Vorschubspindelseite entgegen der Belastung durch die thermische Längenausdehnung der Vorschubspindel mit einer dem halben Betrag dieser Längenausdehnung entsprechenden Kraft vorbelastet sind, da dann als Maximum auch nur der halbe Vert als Belastung auftreten kann.For the loading of the components of the storage, it is undoubtedly very favorable if this can not exceed a certain value. It is therefore necessary to compensate for the expected thermal expansion of the feed screw with a small increase in the bearing forces F. If the possible changes in length of the feed screw in the installed state are known, the feed spindle can be pre-stretched by an amount A.X with the present bearing design, so that the thermally induced bearing forces and thus also the load on the conversion parts, which can lead to frame deformations, are reasonable To keep borders. A minimization of the load can be achieved if the thrust bearing each feed screw side are biased against the load by the thermal expansion of the feed screw with a force corresponding to half the amount of this length expansion force, then as a maximum and only half Vert can occur as a load.
Diese Vorlastkraft ist mittels der weichen federelastischen Befestigung der Axiallager auf der Vorschubspindel aufbringbar. Dabei ist die Größe dieser Vorlast über die axiale Verschiebung des freien Vorschubspindelendes an der axial weichen Lagerseite meßbar.This preload force can be applied to the feed spindle by means of the soft spring-elastic attachment of the thrust bearings. The size of this preload on the axial displacement of the free feed screw end on the axially soft bearing side is measured.
Die vorliegende Lagerkonstruktion bietet gegenüber anderen Lösungen auch den Vorteil, daß durch das Vorrecken in der vorstehend beschriebenen Art die Vorspannung der Axiallager nicht verändert wird.The present bearing structure also offers the advantage, over other solutions, that the prestressing of the axial bearings is not changed by the pre-stretching in the manner described above.
. - h -, - h -
Als Sicherheit für die Vorschubspinde!lagerung ist für die Längenausdehnung ein-Grenzwert vorgegeben,'Sobald dieser überschritten wird, wird mittels eines Endschalters oder eines Näherungsinitiators die Vorschubachse solange stillgelegt, bis die Überschreitung des Grenzwertes durch die Abkühlung der Vorschubspindel wieder atsfgehoben ist.As soon as this is exceeded, the feed axis is shut down by means of a limit switch or a proximity switch until the exceeding of the limit value by the cooling of the feed screw is again raised.
Bei automatischem Ablauf der Produktion, bei dem ein selbsttätiges Ab- und Wiedereinschalten erfolgt, ist zur Eliminierung der Verlagerungseinflüsse durch dynamische Belastungen und Bearboitungskräfte die Abfragung und Auswertung dieses Schaltersignales in der Maschinenanpaßsteuerung unbedingt bei Stillstand der Vorschubspindel und ohne Schnittelastung der Hauptspindel durchzuführen»In the case of an automatic production run, in which an automatic switch off and on again takes place, the removal and evaluation of this switch signal in the machine adjustment control must absolutely be carried out at standstill of the feed spindle and without cutting load of the main spindle to eliminate the displacement influences due to dynamic loads and machining forces »
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In den Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the drawings:
Fig« 1 eine Prinzipskizze der Vorschubspindellagerung und Fig. 2 eine schematische Darstellung der Steifigkeitskennlinien der Axiallagerungen,1 is a schematic diagram of the feed screw bearing and FIG. 2 is a schematic representation of the stiffness characteristics of the axial bearings,
Eino Vorschubspindel 1 (Fig. 1) besitzt zu beiden Seiten ihres Gewindeteiles je einen Bund 2 bzw. 3. Auf jedem Bund 2; 3 ist ein Radiallager 4; 5 angeordnet, mit denen die Vorschubspindel 1 in Lagergehäusen 6 bzw. 7 geführt ist. Di© Lagergehäuse 6; 7 sind auf einem Gestell 8 fest angeordnet. Am entriebsseitigen Ende der Vorschubspindel 1 ist eine Mittelflanschbuchse 9 mit je einem Axiallager 10; 11 auf jeder Seite des Flansches angeordnet. Zwischen dem Axiallager 10 und einem Deckel 12 des Lagergehäuses 6 ist ein Paßring I3 zur Abstimmung der Lager-Vorspannung vorgesehen. Im Anschluß an die Mittelflanschbuchse 9 ist auf der Vorschubspindel 1 ein Federelement 14, eine Scheibe 15 und eine Mutter 16 angeordnet« Das andere End© der Vorschubspindel 1 ist ähnlich dem antriebeseitigen Ende gestaltet.Eino feed screw 1 (Figure 1) has on both sides of its threaded part depending on a collar 2 and 3. On each collar 2; 3 is a radial bearing 4; 5 arranged, with which the feed screw 1 is guided in bearing housings 6 and 7 respectively. Di © bearing housing 6; 7 are fixedly mounted on a frame 8. At the discharge-side end of the feed screw 1 is a Mittelflanschbuchse 9, each with a thrust bearing 10; 11 arranged on each side of the flange. Between the thrust bearing 10 and a cover 12 of the bearing housing 6, a fitting ring I3 is provided for tuning the bearing preload. Following the Mittelflanschbuchse 9 a spring element 14, a disc 15 and a nut 16 is arranged on the feed screw 1 "The other end © of the feed screw 1 is designed similar to the drive end.
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Anschließend an den Bund 3 <3er Vorschubspindel 1 ist ebenfalls οine Scheibe 15 und ein Federelement 17 angeordnet. Im Anschluß daran ist eine Mittelflanschbuchse 9 mit Axiallagern 18; 19, ein weiteres Federelement 17, eine Scheibe 15 und eine Mutter 16 auf der Vorschubspindel 1 angeordnet. Zwischen Axiallager 19 und einem Deckel 20 des Lagergehäuses 7 ist wiederum ein Paßring 21 zur Abstimmung der Lagervorspannung vorgesehen.Subsequent to the collar 3 <3 feed screw 1 is also οine disc 15 and a spring element 17 is arranged. Following this is a Mittelflanschbuchse 9 with thrust bearings 18; 19, a further spring element 17, a disc 15 and a nut 16 arranged on the feed screw 1. Between thrust bearing 19 and a cover 20 of the bearing housing 7, in turn, a fitting ring 21 is provided for tuning the bearing preload.
Dem freien Ende der Vorschubspindel 1 gegenüber ist am Gestell 8 ein Hebel 22 gelagert, dessen eines Ende mittels einer Feder 23 gegen das freie Ende der Vorschubspindel 1 gedrückt ist, und dessen freies Ende mit einem Endschalter Zk in Verbindung steht.The free end of the feed screw 1 relative to the frame 8, a lever 22 is mounted, one end of which is pressed by a spring 23 against the free end of the feed screw 1, and the free end is in communication with a limit switch Zk .
In Fig. 2 ist unter der Annahme, daß die Steifigkeitskennlinie linear verläuft, eine Gegenüberstellung der beiden. Axiallagerungen erfolgt, die auch deutlich die weichere Auslegung der antriebsfernen Lagerstelle hervorhebt. Es ist erkennbar, daß bei sehr steifen Lagern bereits eine geringe Längenausdehnung Δ s λ eine verhältnismäßig hohe Lagerbelastung ^F hervorruft, während bei weniger steifen Lagern für die gleiche Lagerbelastung Δ F eine wesentlich größere Längenausdehnung A Sß notwendig ist. .In Fig. 2, assuming that the stiffness characteristic is linear, a juxtaposition of the two. Axial bearings takes place, which also clearly emphasizes the softer design of the drive remote bearing point. It can be seen that in very stiff bearings even a small longitudinal expansion Δ s λ causes a relatively high bearing load ^ F , while less rigid bearings for the same bearing load Δ F a much greater length expansion AS ß is necessary. ,
In der Darstellung bedeuten:In the illustration mean:
A Lagerseite, antriebsseitig, axial hart B Lagerseite, antriebsfern, axial weich F LagervorspannungA Bearing side, drive side, axially hard B Bearing side, drive remote, axially soft F Bearing preload
F EinzellagerkraftF single-bearing force
,A F Lagerbelastung, A F bearing load
S thermische Dehnungsrichtung Δ, S. Spindeldehnung Lager AS thermal expansion direction Δ, S. spindle elongation bearing A
^ Sg Spindeldehnung Lager B^ Sg Spindle Elongation Bearing B
V Richtung der einwirkenden Vorlast beim Vorrecken.V direction of the acting preload during pre-stretching.
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-. 6-. 6
Die ¥irkung der. Einrichtung ist:The der effect of the. Facility is:
Die Axiallager 18; I9 werden auf di© Mit te If lanschbuchse 9 auf gebracht» Zu beiden Seiten der Mitt@lflanschbueh.se 9 wird je ein Federeleraent 17 und eine Scheibe 15 auf die Vorschubspindel 1 aufgeschoben und durch die Mutter 16 gegen den Bund 3 verspannt.The thrust bearing 18; On both sides of the central flange 9, a spring element 17 and a washer 15 are pushed onto the feed screw 1 and clamped by the nut 16 against the collar 3.
Diese Vorspannung wird bereits aufgebracht, wenn das Lagergehäuse 7 noch nicht am Gestell 8 befestigt ist, und muß einen Mindestwert für eine reproduzierbare Federkennlinie haben» Antriobsseitig ist die Vorschubspindel 1 praktisch fest im Lagergehäuse 6 und damit auch fest am Gestell 8 angeordnet, da die Verspatmung der Mittelflanschbuchse 9 über ein Feder«» elenient 14 gegen einen festen Bund 2 erfolgt, während auf der weichen Lagerseite die Befestigung der Mittelflanschbuchse 9 mit beidseitig angeordneten Federelementen 17 erfolgt.This bias is already applied when the bearing housing 7 is not attached to the frame 8, and must have a minimum value for a reproducible spring characteristic "Antriobsseitig the feed screw 1 is practically fixed in the bearing housing 6 and thus fixed to the frame 8, since the breathing the Mittelflanschbuchse 9 via a spring "elenient 14 takes place against a fixed collar 2, while on the soft bearing side the attachment of the Mittelflanschbuchse 9 takes place with spring elements 17 arranged on both sides.
Die auftretenden Längenänderungen der Vorschubspindel 1 sind bei einem möglichst geringen Anstieg der Lagerkräfte F zu kompensieren, so daß die thermisch bedingten Lagerkräfte und damit auch die Belastung der Umbauteile, die zu Gesteliverformungen führt, in zumutbaren Grenzen zu halten ist. Eine unzulässig hohe Erwärmung führt bei der Vorschubspindel« dehnung au einer Grenzwertüberschreitung und schädlichen Lagerbelastungen sowie Bauteilverformungen. Das kann am freien Vorschubspindelende durch eine Überwachungseinrichtung verhindert werden, die aus einem mittels eines Hebels 22 betätigten Endschalter 2h besteht„The occurring changes in length of the feed screw 1 are to be compensated for as little as possible increase in the bearing forces F, so that the thermally induced bearing forces and thus the burden of the conversion parts, which leads to Gesteliverformungen is to be kept within reasonable limits. An inadmissibly high temperature rise in the feed screw expansion leads to an exceeding of the limit value and harmful bearing loads as well as deformation of the component. This can be prevented at the free feed screw end by a monitoring device consisting of a operated by a lever 22 limit switch 2h "
Ein weiterer Einsatz der Vorschubachse ist erst dann möglich, wenn nach erfolgter Abkühlung das entsprechende Schaltsignal nicht mehr anliegt.Another use of the feed axis is only possible if the appropriate switching signal is no longer present after cooling.
m/J.mmm / J.mm
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD83249930A DD218296A1 (en) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | TWO-SIDED PROCESSING SPINDLE - AXIAL STORAGE WITH THERMAL LENS COMPENSATION |
Applications Claiming Priority (1)
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| DD83249930A DD218296A1 (en) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | TWO-SIDED PROCESSING SPINDLE - AXIAL STORAGE WITH THERMAL LENS COMPENSATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD218296A1 true DD218296A1 (en) | 1985-02-06 |
Family
ID=5546521
Family Applications (1)
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| DD83249930A DD218296A1 (en) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | TWO-SIDED PROCESSING SPINDLE - AXIAL STORAGE WITH THERMAL LENS COMPENSATION |
Country Status (1)
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|---|---|
| DD (1) | DD218296A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3927855A1 (en) * | 1988-08-31 | 1990-04-26 | Okuma Machinery Works Ltd | FEED SPINDLE BEARING STRUCTURE |
| DE3928457A1 (en) * | 1989-08-29 | 1991-03-14 | Fortuna Werke Maschf Ag | Axial shaft bearing for spindle shaft - has housing for shaft and piston cylinder unit |
-
1983
- 1983-04-18 DD DD83249930A patent/DD218296A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3927855A1 (en) * | 1988-08-31 | 1990-04-26 | Okuma Machinery Works Ltd | FEED SPINDLE BEARING STRUCTURE |
| DE3928457A1 (en) * | 1989-08-29 | 1991-03-14 | Fortuna Werke Maschf Ag | Axial shaft bearing for spindle shaft - has housing for shaft and piston cylinder unit |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |