DE10164405A1 - Verfahren und Einrichtung zum Beseitigen thermischer Verformungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Beseitigen thermischer Verformungen an Fräs- und Drehspindeln. An derartigen Spindeln treten, hervorgerufen durch die axial nicht lineare Wärmeabführung, Verformungen auf, die zu Kippungen führen und das Bearbeitungsergebnis beeinflussen. Mit Hilfe gegenläufig angeordneten Kühlströmen wird das Problem gelöst.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, beispielsweise ein Fräsbearbeitungszentrum. An derartigen Werkzeugmaschinen sind üblicherweise die Spindeleinheiten mit Motorspindeln ausgerüstet. An diesen Werkzeugmaschinen entsteht im Wesentlichen in den rotierenden Werkzeugspindeln Wärme, die durch entsprechende Maßnahmen rasch abgeführt werden muß, um Verlagerungen zu mindern. Die thermischen Verformungen werden hervorgerufen durch die axial nicht-lineare Wärmeabführung an Fräs- oder Drehspindeln.
• Bekannt sind Lösungen zur Temperierung von Motorspindeln, in dem ein gewindeähnlicher Kühlkanal zum Durchfluß des Kühlwassers in der Regel vom vorderen zum hinteren Lager, um den größten Teil der Wärme mit großem Δt abzuführen, angeordnet ist. Bei einfachen Spindelgehäusen, die thermosymmetrisch sind, entstehen nur Längenverformungen. Ist die Spindel mit einem Thermofühler ausgestattet, läßt sich dies noch elektronisch kompensieren.
• Nachteilig bei den bekannten Kühlsystemen für Motorspindeln ist, daß nur mit einem Kühlkanal und von einer Seite das Kühlmedium eingebracht wird.
• In derartigen Spindeln, die im nicht-symmetrischen Körper (Fräsaggregate) eingebaut sind, entstehen damit Verformungen im aufnehmenden Teil, die zu Kippungen oder Rotationen führen, weil das durchfließende Kühlmedium vom Eintritt zum Austritt einen Gradient aufweist. Diese daraus resultierende Schiefstellung läßt sich kaum oder nur sehr schlecht kompensieren, da die achsparallele Komponente ΔX von der Höhe über dem Tisch abhängt bzw. von der Werkzeuglänge. Die Wärmeabführung kann nicht linear erfolgen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Art mit geringstem, baulichem Aufwand eine zuverlässige Fehlerkompensation der thermischen Verformungen an Spindelbaugruppen zu erreichen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch die Anordnung von mindestens zwei Kühlspiralen mittels gegenläufiger Kühlmittelströme (K1, K2) eine axiale Symmetrierung des Temperaturgradienten erfolgt, in dem ein Kühlwasserstrom K1 von vorn nach hinten und gegenläufig ein anderer Kühlwasserstrom K2 von der gegenüberliegenden Seite von hinten nach vorn verläuft. Die resultierende Verformung erzeugt keine Kippung.
• Weiterhin können, durch die Möglichkeit unterschiedlicher Kühlung der gegenläufigen Kühlströme (K1, K2), auch gezielte Kippungen erzeugt werden, um z. B. verfahrensbedingten Lastverformungen entgegenzuwirken.
• Die Erfindung wird nachfolgend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert.
• In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 Schiefstellung einer Motorspindel und Anordnung der Kühlkanäle;
• Fig. 2 Kompensation der Verformung. Es werden folgende Bezugszeichen gewählt 1 Motorspindel/Gehäuse
  2 Kühlkanalsystem, gegenläufig
  K1 Kühlmediumstrom 1
  K2 Kühlmediumstrom 2
  Δx1 thermische Längendehnung des Aufnahmekörpers am Kühlwassereintritt
  Δx2 thermische Längendehnung des Aufnahmekörpers am Kühlwasseraustritt
  Δx Verlagerungsfehler in der Bearbeitungsebene, infolge Kippung des Aufnahmekörpers
  Δx resultierend, fast lineare Verlagerung, bei gegenläufigen Kühlströmen K1 und K2
  δ1 Temperatur-Eintritt K1
  δ2 Temperatur-Eintritt K2
  δ1-δ2 Temperaturgradient
  δm minimale Mischtemperatur
  Δφy Kippwinkel um Y
  y geometrischer Drehpunkt in y-Richtung
  H Höhe über der Bearbeitungsebene
  
  
• Nach Fig. 1 wird eine bekannte Motorspindel 1, mit dem Kühlkanalsystem 2, das aus einem zwei- oder mehrgängigen Spiral- oder Schraubengangssystem besteht, dargestellt. Das Kühlmedium K1/K2 durchströmt gegenläufig das Kühlkanalsystem 2 der Motorspindel.
• In Fig. 2 wird die axiale Symmetrierung durch den Temperaturgradient δ1/δ2 und damit die Kompensation der möglichen Verformungen zu einer resultierenden Verlagerung Δx dargestellt. Die gegenläufigen Kühlwasserströme K1 und K2 erzeugen eine resultierende Verformung ΔX, die keine nachteilige Verformung und keine Kippung der Motorspindel erzeugt. b

Claims (6)

1. Verfahren zum Beseitigen von thermischen Verformungen von Motorspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorspindel/Gehäuse (1) durch mindestens zwei Kühlmittelströme (K1, K2) gegenläufig vom Kühlmedium durchströmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Möglichkeit unterschiedlicher Kühlung der gegenläufigen Kühlströme (K1, K2) auch gezielte Kippungen erzeugt werden können, um z. B. verfahrensbedingten Lastverformungen entgegenzuwirken.

3. Einrichtung zum Beseitigen von thermischen Verformungen an Motorspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kühlkanalsystem (2), bestehend aus mindestens zwei Kühlspiralen, die gegenläufig angeordnet sind, besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle des Kühlkanalsystems (2) als mehrgängiges Trapez-, Spitz- oder Rechteckgewinde ausgeführt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Maschine Sensorik zur Überwachung der Verformung und der Temperaturen und Regelungseinrichtungen angebracht sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen (2) in der Motorspindel und oder dem jeweiligen Gehäuse der zu temperierenden Baugruppe angeordnet sind.