DE102004015594B4

DE102004015594B4 - Spindelvorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102004015594B4
Application number: DE102004015594.1A
Authority: DE
Inventors: Toru Takada
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015594A1; JP2004306157A

Abstract

Spindelvorrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine, die versehen ist mit:
einer Spindel (3) mit einem Werkzeughaltemechanismus, an den ein Werkzeughalter (13) zum Halten eines Bearbeitungswerkzeugs (12) angekoppelt ist, wobei die Spindel derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, eine Durchgangsbohrung (3d) in der Spindel (3) entlang deren Mittenachse ausgebildet ist, die Durchgangsbohrung (3d) mit dem Werkzeughaltemechanismus in Verbindung ist und der Werkzeughaltemechanismus mit einem Ölversorgungskanal (14a) zum Leiten des Ölnebels zu dem Bearbeitungswerkzeug (12) ausgebildet ist;
einem Zugstab (9), der in die Durchgangsbohrung (3d) eingesetzt ist, wobei ein distales Ende des Zugstabes (9) dem Werkzeughaltemechanismus gegenübersteht; und
einem Ölnebelversorgungsrohr (20), das durch den Zugstab (9) entlang der Mittenachse des Zugstabes (9) eingesetzt ist, wobei das Ölnebelversorgungsrohr (20) bezüglich der Spindelvorrichtung (1) nicht drehbar ist und sich das Ölnebelversorgungsrohr (20) von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Zugstabes (9) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Dichtung (30) an dem distalen Ende des Zugstabes (9) vorgesehen ist, wobei die mechanische Dichtung (30) eine mechanische Dichtung vom berührungslosen Typ mit einem drehenden Element und einem diesem, wenn der Druck (P) im Ölnebelversorgungsrohr (20) oberhalb des Atmosphärendrucks ist, ohne Berührung gegenüberstehenden nicht drehendem Element ist, und
der von dem proximalen Ende der Spindel (3) eintretende Ölnebel über das Ölversorgungsrohr (20) und den in dem Werkzeughaltemechanismus ausgebildeten Ölversorgungskanal (14a) zu dem Bearbeitungswerkzeug (12) zugeleitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindelvorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
Herkömmlich war eine Werkzeugmaschine bekannt, die mit einer drehbaren Spindel versehen ist, auf deren Spitze ein Werkzeug montiert ist. Insbesondere ist kürzlich eine Werkzeugmaschine bekannt geworden, die derart aufgebaut ist, dass ein Ölnebel durch eine Spitze des Werkzeugs gesprüht wird zum Kühlen und Schmieren von Werkstücken und Werkzeug und/oder zum Entfernen von Spänen.
Ein Beispiel einer solchen Werkzeugmaschine ist in der vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung JP P2001-150295 A beschrieben. 12 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Hauptteils der herkömmlichen Spindelvorrichtung 100, die in der obigen Veröffentlichung offenbart ist.
Die Spindelvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung vom sogenannten Einbautyp, bei der eine Spindel 102 und ein Antriebsmotor 103 zum Drehen der Spindel 102 in einem hohlen zylindrischen Gehäuse 101 angeordnet sind.
Ein oberer Endabschnitt des Gehäuses 101 ist mit Schraubbolzen 133 an Endhalterungen 104a und 104b befestigt. Die Endhalterungen 104a und 104b sind mit einer Verbindung (nicht dargestellt) verbunden, so dass das Gehäuse 101 zusammen mit der Spindel 102 vertikal bewegt werden kann, wenn die Verbindung vertikale bewegt wird.
Das spitzenseitige (untere) Ende und mittlere Abschnitte der Spindel 102 werden drehbar getragen durch Lager 105 bzw. 106. Eine Durchgangsbohrung 102a ist innerhalb der Spindel 102 festgelegt, und ein Zugstab 107 mit einem bekannten Aufbau ist in die Durchgangsbohrung 102a derart eingebracht, dass der Zugstab 107 entlang der Mitten-(Rotations-)Achse der Spindel 102 gleiten kann.
Ein spitzenseitiger Endabschnitt des Zugstabes 107 ist lösbar an den oberen Endabschnitt eines Zugbolzens 121 montiert. Der Zubolzen 121 ist an das proximale (obere) Ende eines Werkzeughalters 120 befestigt, der in einer konisch zulaufenden Öffnung 102b montiert werden kann, die an dem unteren Ende der Spindel 102 ausgebildet ist. Wenn der Zugstab 107 gezogen wird (d.h. in 12 nach oben bewegt wird), wird der Zugbolzen 121 fest in den Zugstab 107 eingepasst durch einen bekannten Klemmmechanismus, so dass der Werkzeughalter 120 und das darauf montierte Werkzeug 124 nicht von der Spindel 102 abfallen.
Eine Durchgangsbohrung 107a ist innerhalb des Zugstabes 107 ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 107a erstreckt sich entlang der Mittenachse des Zugstabes 107 von dessen unterem Ende zu dessen oberem Ende. In der Durchgangsbohrung 107a ist eine Ölversorgungsleitung 109 eingebracht, die sich entlang der Mittenachse der Durchgangsbohrung 107a von dem oberen Ende der Durchgangsbohrung 107a nach dem unteren Ende davon erstreckt.
Ein Lager 111 ist zwischen der äußeren Oberfläche der Ölversorgungsleitung 109 an dem unteren Ende davon und der inneren Oberfläche der Durchgangsbohrung 107a vorgesehen, um die Ölversorgungsleitung 109 bezüglich des Zugstabes 107 drehbar zu tragen. Das obere Ende der Ölversorgungsleitung 109 ist mit einer Nebelzufuhreinheit 110 in Verbindung, die in der Endhalterung 104a auf einer oberen Endseite der Spindel 102 angeordnet ist.
Ein Labyrinthdichtungsabschnitt 123 ist zwischen dem oberen Ende der Ölversorgungsleitung 109 und einer Anschlussleitung 122 ausgebildet, die sich von einer Aufspanneinheit 108 nach oben erstreckt, welche den Zugbolzen 121 hält. Der Ölnebel wird von der Nebelzuführeinrichtung 110 durch die Ölversorgungsleitung 109 und die Flüssigkeitskanäle 122a, 121a, 120a und 124a gespritzt, die in der Anschlussleitung 122, in dem Zugbolzen 121, in dem Werkzeughalter 120 bzw. in dem Werkzeug 124 festgelegt sind, geliefert und von einer Ölausstoßöffnung 125, die an der Spitze des Werkzeuges 124 ausgebildet ist, versprüht. Um den Verlust von Ölnebel an einem Verbindungsabschnitt der Ölversorgungsleitung 109 und der Anschlussleitung 122 zu verhindern ist der Labyrinthdichtungsabschnitt 123 wie oben vorgesehen.
Der Ölnebel ist eine Mischung von Hochdruckluft und einer geringen Menge von Schneidöl. Daher könnte die Labyrinthdichtung nicht wirksam arbeiten und eine erhebliche Menge an Ölnebel an dem Labyrinthdichtungsabschnitt (d.h. an dem Abschnitt, an dem die Ölversorgungsleitung 109 mit der Anschlussleitung 122 verbunden ist) austreten, was in einem Mangel an Ölnebel an der Ölausstoßöffnung 125 des Werkzeuges 124 resultiert.
Zusätzlich, wenn das Lager 111, das sich auf einer Seite des Labyrinthdichtungsabschnittes 123 stromaufwärts befindet, ein hydrostatisches Gleitlager ist, welches Druckluft zur Schmierung verwendet, nimmt der Umfang des Luftverbrauchs zu, was zu einer Erhöhung der Betriebskosten führt.
Weiter kann das von dem unteren Ende der Ölversorgungsleitung 109 ausgetretene Öl innerhalb der Spindel 102 zurückgehalten und angesammelt werden. In einem solchen Fall kann sich die Dichtungsleistungsfähigkeit des Labyrinthdichtungsabschnittes 123 leicht verschlechtern und eine Störung der Lager kann leicht auftreten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spindelvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug bereitzustellen, bei der der Verlust an Ölnebel unterdrückt und das ausgetretene Öl sofort von der Spindel abgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spindelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 15. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß der Erfindung ist eine Spindelvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug vorgesehen, das mit einer Spindel versehen ist, die einen Werkzeughaltemechanismus aufweist, der mit einem Werkzeughalter zum Halten eines Maschinenwerkzeuges verbunden ist. Die Spindel wird derart angetrieben, dass sie sich dreht. Weiter beinhaltet die Spindelvorrichtung eine Durchgangsbohrung, die in der Spindel entlang deren Mittenachse ausgebildet ist. Die Durchgangsbohrung ist mit dem Werkzeughaltemechanismus in Verbindung. Der Werkzeughaltemechanismus ist mit einem Ölversorgungskanal zum Leiten des Ölnebels zu dem Maschinenwerkzeug ausgebildet. Die Spindelvorrichtung beinhaltet auch einen Zugstab, der in die Durchgangsbohrung eingebracht ist. Das distale Ende des Zugstabes steht dem Werkzeughaltemechanismus gegenüber. Weiter ist eine Ölnebelversorgungsleitung vorgesehen, die durch den Zugstab entlang der Mittenachse des Zugstabes eingebracht ist. Die Ölnebelversorgungsleitung ist nicht drehbar bezüglich der Spindelvorrichtung. Die Ölnebelversorgungsleitung erstreckt sich von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Zugstabes.
In einer solchen Spindelvorrichtung ist an dem distalen Ende des Zugstabes eine mechanische Dichtung vorgesehen. Die mechanische Dichtung ist eine berührungsfreie mechanische Dichtung, die ein drehendes und ein nicht drehendes Element aufweist, die sich gegenüberstehen ohne sich zu berühren. Der an dem proximalen Ende der Spindel eingetretene Ölnebel wird über die Ölversorgungsleitung und den innerhalb dem Werkzeughaltemechanismus ausgebildeten Ölversorgungskanal in das Werkzeug eingespeist.
Bei diesem Aufbau dreht sich die Ölnebelversorgungsleitung nicht, selbst wenn sich die Spindel und der Zugstab mit einer hohen Geschwindigkeit drehen, und daher wird der in der Ölnebelversorgungsleitung fließende Ölnebel nicht aufgrund der Zentrifugalkraft in das Öl und die Luft getrennt.
Weiter kann durch Bereitstellen der mechanischen Dichtung Austreten des Ölnebels in einem Abschnitt, in dem die sich nicht drehende Ölversorgungsleitung und das sich drehende Teil einschließlich des Werkzeuges verbunden sind, wirksam verhindert werden. Daher kann der Ölnebel ohne nennenswerten Verlust davon zur Spitze des Werkzeuges geliefert werden.
Wahlweise kann das drehende Element an dem Zugstab befestigt sein und das nicht drehende Element an den Werkzeughaltemechanismus befestigt sein.
Daher berühren sich das sich drehende Element und das sich nicht drehende Element nicht. Somit kann Verschlechterung aufgrund von Abnutzung des Dichtungselementes verhindert werden.
Weiter kann wahlfrei die mechanische Dichtung ein Dichtungselement mit der Dichtungsfläche und ein Aufhängungsmittel zum elastischen Aufhängen des Dichtungselementes an den Zugstab, so dass das Dichtungselement in einer Richtung parallel zu einer Mittenachse der Spindel bewegbar ist, beinhalten.
Bei einer Ausführungsform ist das Aufhängemittel eine Balgfeder. In einer anderen Ausführungsform kann das Aufhängungsmittel eine ringförmige Membran sein. Selbstverständlich kann jede geeignete Abwandlung des Aufhängungsmittels als eine Abwandlung innerhalb des Umfangs der Erfindung betrachtet werden. Mit der Verwendung der Membran kann die Länge in der axialen Richtung verringert werden. Das bedeutet, dass die Spindelvorrichtung in der axialen Richtung der Spindel verkleinert werden kann.
Insbesondere, wenn die Membran verwendet wird, kann ein innerer Randabschnitt der Membran an den Zugstab angebracht sein, und der äußere Randabschnitt der Membran ist an das Dichtungselement angebracht.
Mit diesem Aufbau kann der Austritt von Ölnebel in diesem Abschnitt verhindert werden.
Optional oder alternativ kann die Membran mit einer gerillten Form ausgebildet sein.
Wenn der Druck des Ölnebels, der mit der Druckluft geliefert wird, relativ hoch ist, wird bevorzugt eine relativ dicke Membran verwendet. Mit Verwendung der gerillten Form kann die notwendige Elastizität erhalten werden, obwohl die Dicke der Membran vergrößert wird.
In einem besonderen Fall können die Furchen der gerillten Membran koaxial angeordnet sein. Mit Verwendung einer solchen gerillten Membran kann eine Federkonstante in axialer Richtung verringert werden und eine bewegliche Menge des Dichtungselementes in axialer Richtung kann erhöht werden.
Weiter kann optional die innere Oberfläche des Zugstabes, die der mechanischen Dichtung gegenübersteht, konisch zulaufend sein, so dass der Durchmesser der inneren Wand in Richtung der unteren Position zunimmt. Optional oder alternativ ist die innere Oberfläche des Zugstabes, die der mechanischen Dichtung gegenübersteht, mit zumindest einer spiralförmigen Rille ausgebildet.
Bei solchen Anordnungen geht der auf der inneren Wand des der mechanischen Dichtung gegenüberstehenden Zugstabes angesammelte Ölnebel entlang der sich verjüngenden Oberfläche und/oder der spiralförmigen Rille und kann sofort abgeführt werden. Somit wird der Ölnebel nicht zu der Ölversorgungsseite zurückströmen.
Weiter ist die Spindel optional mit einem Ableitungskanal versehen, durch den ein Innenraum der Spindel und das Äußere miteinander in Verbindung sind, und der auf der inneren Oberfläche des der mechanischen Dichtung gegenüberstehenden Zugstabes angesammelte Ölnebel wird durch den Ableitungskanal nach außen abgeführt.
Mit diesem Aufbau bleibt der Ölnebel kaum innerhalb der Spindel.
Weiter kann die Spindelvorrichtung auch ein Versetzungsmittel beinhalten, das die Ölnebelversorgungsleitung in einer Richtung parallel zu der Mittenachse der Spindel bewegt.
Mit diesem Aufbau kann die mechanische Dichtung vor Beschädigung geschützt werden durch vorhergehendes Anheben der Ölnebelversorgungsleitung, wenn der Werkzeughalter gelöst wird. Weiter hat der in dem Werkzeughalter ausgebildete Ölkanal optional einen Abschnitt größeren Durchmessers, der entlang der Mittenachse davon zwischen Abschnitten geringeren Durchmessers angeordnet ist, und ein elastisches Element mit einem elastischen Material, in dem ein elastischer Ölkanal vorgesehen ist mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Abschnitt geringeren Durchmessers ist, ist in den Abschnitt größeren Durchmessers eingebracht.
Bei diesem Aufbau sammelt sich der Ölnebel kaum in dem Abschnitt größeren Durchmessers und fließt gleichmäßig zu dem Werkzeug.
In einem besonderen Fall kann das elastische Element aus einem synthetischen Harz gemacht sein. Alternativ kann das elastische Element ein ausziehbares Rohr sein. Gemäß einer anderen Erscheinung der Erfindung wird eine Spindelvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug bereitgestellt, die versehen ist mit: einer Spindel, die derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, wobei die Spindel eine sich entlang der Rotationsachse davon erstreckende erste Durchgangsbohrung aufweist; einem an das distale Ende der Spindel befestigten Werkzeughalter, wobei der Werkzeughalter einen sich entlang der Rotationsachse der Spindel erstreckenden ersten Ölkanal aufweist; einem an das distale Ende des Werkzeughalters zu befestigenden Bearbeitungswerkzeug, wobei das Bearbeitungswerkzeug einen zweiten Ölkanal aufweist, der mit dem ersten Ölkanal in Verbindung ist; einem in die erste Durchgangsbohrung eingesetzten Zugstab, wobei der Zugstab eine sich entlang der Rotationsachse der Spindel erstreckende zweite Durchgangsbohrung aufweist; einer Ölversorgungsleitung, die drehbar in der zweiten Durchgangsbohrung getragen wird von zumindest einem Lager der art, dass die Ölversorgungsleitung sich nicht dreht gegenüber der Spindelvorrichtung, wobei die Ölversorgungsleitung einen sich entlang der Rotationsachse der Spindel erstreckenden dritten Ölkanal aufweist; und einer mechanischen Dichtung vom berührungsfreien Typ, die zwischen der Ölversorgungsleitung und dem Werkzeughalter derart vorgesehen ist, dass der in die Ölversorgungsleitung eintretende Ölnebel über die mechanische Dichtung zu dem ersten Ölkanal geleitet wird.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
Von den Figuren zeigen:

1 eine Querschnittsseitenansicht einer Spindelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines Hauptteils der in 1 dargestellten Spindelvorrichtung;
3 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines mechanischen Dichtungsabschnittes gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines Hauptteils einer Spindelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht des mechanischen Dichtungsabschnittes gemäß der zweiten Ausführungsform;
6A eine Ansicht von unten eines Dichtungsblocks der mechanischen Dichtung, die entlang der in den 3 und 4 dargestellten Linie B-B angesehen wird;
6B eine Querschnittsseitenansicht der mechanischen Dichtung, die entlang einer Linie VIb-VIb aus 6A aufgenommen ist;
6C eine Ansicht von unten des Dichtungsblocks einer weiteren beispielhaften mechanischen Dichtung, die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann;
6D eine Ansicht von unten eines Dichtungsblocks der mechanischen Dichtung gemäß eines weiteren Beispiels einer mechanischen Dichtung;
6E eine Querschnittsansicht der mechanischen Dichtung, die entlang einer Linie VIe-VIe aus 6D aufgenommen ist;
6F eine Ansicht von unten eines Dichtungsblocks eines weiteren Beispiels, dass bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann;
6G eine Seitenansicht des in 6F dargestellten Dichtungsblocks;
7 ein Diagramm, das den Druckgradienten über einen Durchmesser des Dichtungsblocks der mechanischen Dichtung veranschaulicht;
8 eine Querschnittsseitenansicht einer Spindelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines Hauptteils der in 8 dargestellten Spindelvorrichtung;
10 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht des Werkzeughalters, der bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann;
11 eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht des Werkzeughalters, der bei der dritten Ausführungsform verwendet werden kann; und
12 eine Querschnittsseitenansicht eines Beispiels einer herkömmlichen Spindelvorrichtung.

Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer Spindelvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Spindelvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung vom sogenannten Einbautyp, die ein hohles zylindrisches Gehäuse 2 aufweist, dass eine Spindel 3 und einen Antriebsmotor 4 zum Antreiben der Spindel 3 aufnimmt. Radiallager 5 und 6 sind vorgesehen zum Stützen eines Spitzenendabschnittes (d.h. einem unteren Endabschnitt) bzw. eines mittleren Abschnittes der Spindel 3, so dass die Spindel 3 drehbar bezüglich des Gehäuses 2 ist.
Eine Durchgangsbohrung 3d ist in der ganzen Spindel 3 ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 3d erstreckt sich in einer axialen Richtung der Spindel 3. Es sollte bemerkt werden, dass die Mittenachse der Spindel 3 mit der Rotationsachse davon zusammenfällt.
Auf einer spitzen Endfläche der Spindel 3 ist eine Halteraufnahmeöffnung 3a ausgebildet, die eine konisch zusammenlaufende innere Oberfläche aufweist. In anderen Worten ist der untere Endabschnitt der Durchgangsbohrung 3a sich verjüngend ausgebildet. In der Halteraufnahmeöffnung 3a kann ein Schaftabschnitt eines Werkzeughalters 13 mit einer kegelstumpfartigen abgeschrägten Form genau eingepasst werden. Das bedeutet, dass die äußere Oberfläche des Schaftabschnittes dicht an der inneren Oberfläche der Halteraufnahmeöffnung 3a anliegt, wenn der Schaftabschnitt des Werkzeughalters 3 in die Halteraufnahmeöffnung 3a eingebaut ist.
Auf der Spindel 3 ist in einem mittleren Abschnitt zwischen den zwei Radiallagern 5 und 6 ein Rotor 4a befestigt, während ein Stator 4b an die innere Oberfläche des Gehäuses 2 befestigt ist. Der Rotor 4a und der Stator 4b stehen sich gegenüber und bilden den Motor 4. Durch den Motor 4 kann die Spindel 3 derart angetrieben werden, dass sie sich dreht.
Ein oberer Abschnitt der Durchgangsbohrung 3d hat eine zylindrische Form, in die ein sich von dem oberen Endabschnitt der Durchgangsbohrung 3d zu dem spitzen Ende davon erstreckender Zugstab 9 eingesetzt ist. Der Zugstab hat einen bekannten Aufbau und ist derart angeordnet, dass er entlang der axialen Richtung (d.h. der Auf- und Ab-Richtung in 1) der Durchgangsbohrung 3d gleiten kann. An dem spitzenseitigen Ende der Spindel 3 ist auf der unteren Seite des Zugstabes 9 ein Spannfuttermechanismus 10 angeordnet. Der Spannfuttermechanismus 10 dient dem Halten des Werkzeughalters 13. Auf einer inneren Oberfläche der Spindel 3 in dem oberen Endabschnitt davon ist eine Schraubenfeder 11 vorgesehen. Der Zugstab 9 ist derart federgelagert, dass er sich in einer Richtung bewegt, in die der Zugstab 9 zurückgezogen ist (d.h. in der Richtung, in der der Zugstab 9 sich in 1 aufwärts bewegt) bezüglich der Spindel 3.
Ein Bearbeitungswerkzeug 12 (z.B. ein Bearbeitungsbit) ist an dem Spitzenende (d.h. unteres Ende) des Werkzeughalters 13 montiert. Ein Zugbolzen 14 ist an dem proximalen Ende (d.h. dem oberen Ende in 1) des Werkzeughalters 13 befestigt. Durch einen bekannten Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) wird der Zugstab 9 mit dem Spannfuttermechanismus 10 derart angetrieben, dass er sich in 1 aufwärt/abwärts bewegt.
Wenn der Zugstab 9 in der Aufwärtsrichtung in 1 bewegt wird, hält der Spannfuttermechanismus 10 den Zugschaft 14 des Werkzeughalters 13 über Stahlkugeln 16, wodurch das Werkzeug sicher an der Spitze der Spindel 3 befestigt ist.
In dem Zugschaft 14, in dem Werkzeughalter 13 und in dem Bearbeitungswerkzeug 12 sind Ölkanäle 14a, 13a bzw. 12a entlang der Rotationsachse davon ausgebildet. An dem spitzenseitigen (unterem) Ende des Bearbeitungswerkzeuges 12 ist ein Schneidezahn ausgebildet, in dessen Nähe eine Ölablassöffnung festgelegt ist, die mit dem Ölkanal 12a in Verbindung steht.
Eine Durchgangsbohrung 9a ist in dem ganzen Zugstab 9 entlang der Mittenachse davon von dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende ausgebildet. In der Durchgangsbohrung 9a ist eine Ölversorgungsleitung 20, durch die Ölnebel zu der Ausstoßöffnung 15 geliefert wird, so angeordnet, dass sie sich nicht dreht, selbst wenn der Zugstab 9 sich dreht.
Insbesondere ist ein innerer Ring eines Radiallagers 22 eingesetzt und befestigt an das untere Ende der Ölversorgungsleitung 20 mit einer Spannmutter 23, und der äußere Ring davon ist eingebaut und befestigt an die innere Oberfläche einer Hülse 22a. Die äußere Oberfläche der Hülse 22a ist in die innere Oberfläche des Zugstabes 9 so eingebaut, dass sie gleiten kann. Mit diesem Aufbau wird das Spitzenende der Ölversorgungsleitung drehbar derart gestützt, dass sie in der radialen Richtung davon nicht taumeln kann (siehe 2 und 3).
Die äußere Oberfläche 23a der Spannmutter 23 und die innere Oberfläche 22b der Hülse 22a bilden eine Labyrinthdichtung 23c, die verhindert, dass Ölnebel und Staub in das Innere des Radiallagers 22 eindringt (siehe 3).
Ein Dichtungsblock 30a mit einer zylindrischen Form ist an die Ölversorgungsleitung 20 an den unteren Endabschnitt davon angebracht. Die innere Oberfläche des Dichtungsblocks 30a ist in engem Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Ölversorgungsleitung 20 und wird in der äußeren Oberfläche der Ölversorgungsleitung 20 derart geführt, dass sie in axialer Richtung davon gleitet. An dem Spitzenendabschnitt des Zugstabes 9 ist eine Verbindungsleitung 21 mit Herausfallsicherungsstiften 24 befestigt.
Mit diesem Aufbau sind der Ölkanal 20a, der in der Ölversorgungsleitung 20 entlang der Mittenachse davon ausgebildet ist, der Ölkanal 30b, der in dem Dichtungsblock 30a entlang der Mittenachse davon ausgebildet ist, der Ölkanal 21a, der in der Anschlussleitung 21 entlang der Mittenachse davon ausgebildet ist, und der Ölkanal 14a, der in dem Zugschaft 14 entlang der Mittenachse davon ausgebildet ist, linear angeordnet und stehen in dieser Reihenfolge in Verbindung.
Es sollte bemerkt werden, dass der Dichtungsblock 30a (nicht drehender Teil) und die obere Endfläche 21b der Verbindungsleitung 21 (drehender Teil) sich gegenüberstehen, wobei ein berührungsloser Zustand aufrechterhalten wird, und eine kontaktlose mechanische Dichtung 30 bilden. Die mechanische Dichtung 30 hindert die Flüssigkeit (Ölnebel), die in den Kanälen 21a und 30b fließt, daran, in dem Zwischenraum zwischen dem Dichtungsblock 30a und der oberen Endfläche 21b der Verbindungsleitung 21 in radialer Richtung auszutreten (siehe 2 und 3).
Die 6A und 6B zeigen die mechanische Dichtung 30 gemäß der ersten Ausführungsform.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist auf einer Dichtungs-(Boden-)Fläche 30c des Dichtungsblocks 30a eine Mehrzahl (z.B. 8) von sich radial erstreckenden Rillen 30d ausgebildet. Jede Rille 30d steht mit dem Ölkanal 30b in Verbindung, aber erreicht nicht das Äußere des Dichtungsblocks 30a. Mit diesem Aufbau bilden die Dichtungsfläche 30c und die obere Endfläche 21b der Verbindungsleitung 21 ein hydrostatisches Axiallager.
Der Dichtungsblock 30a ist aufgehängt an dem unteren Ende einer Balgfeder 60, dessen oberes Ende an dem unteren Ende der Spannschraube 23 befestigt ist. In einem Zustand, in dem der Druck des in dem Ölkanal 20a fließenden Ölnebels gleich dem atmosphärischen Druck (anfänglicher Zustand) ist, wird ein winziger Zwischenraum zwischen der Dichtungsfläche 30c (Bodenfläche) des Dichtungsblockes 30a und der oberen Endfläche 21b der Anschlussleitung 21 gebildet, oder sie berühren sich.
Mit diesem Aufbau kann der Dichtungsblock 30a in der axialen Richtung gleiten. Wenn der Ölnebel mit einem Einheitsdruck P an den Ölkanal 30b mit einer Querschnittsfläche A1 geliefert wird, wird eine Abwärtskraft an eine innere Endfläche 30e des Dichtungsblocks 30a angelegt. Die Kraft wird berechnet als (A2-A1)xP, wobei A2 eine Fläche der inneren Endfläche 30e bezeichnet. Aufgrund des Druckes P des Ölnebels tritt eine Aufwärtskraft zum Vergrößern des Zwischenraumes zwischen der Dichtungsfläche 30c und der oberen Endfläche 21b auf durch einen Druck des Ölnebels in dem Raum zwischen der Dichtungsfläche 30c und der oberen Endoberfläche 21b der Anschlussleitung 21. In 7 ist die resultierende Druckverteilung des Ölnebels über den Durchmesser der Dichtungsfläche 30c angegeben. Die Abwärtskraft und die oben beschriebene Aufwärtskraft halten sich im Gleichgewicht, wodurch die Menge des an der mechanischen Dichtung 30 in radialer Richtung austretenden Ölnebels gut unterdrückt wird.
Weiter wird gemäß der Ausführungsform die Balgfeder 60 zum Aufhängen der Dichtungsblocks 30a an der Ölversorgungsleitung 20 verwendet. Da ein Zwischenraum zwischen dem oberen Endabschnitt des Dichtungsblocks 30a und der Umfangsoberfläche der Ölversorgungsleitung 20 umfasst wird durch die Balgfeder 60 wie in 3 gezeigt, wird der Ölnebel nicht von einem anderen Abschnitt als der mechanischen Dichtung 30 austreten.
Eine innere Oberfläche des Zugstabes 9 ist in dem der Balgfeder 60 und dem Dichtungsblock 30a gegenüberliegenden Abschnitt derart ausgebildet, dass er ein kegelförmiger Abschnitt (kegelstumpfförmiger Abschnitt) 61 mit einem größeren Durchmesser in einem unteren Abschnitt ist. Eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Ölkanälen 9b ist auf dem Zugstab 9 in einem Bereich ausgebildet, der der oberen Endfläche 21b der Anschlussleitung 21 (oder der unteren Endfläche 30c) des Dichtungsblocks 30a) entspricht. Ein inneres Ende jedes Ölkanals 9b steht mit dem innerhalb dem sich verjüngenden Abschnitt 61 festgelegten Raum in Verbindung, und ein äußeres Ende jedes Ölkanals 9b steht mit einem entsprechenden einer Mehrzahl von Ölableitungskanälen 62 in Verbindung, die auf der Spindel 3 ausgebildet sind (siehe 2 und 3). Mit diesem Aufbau kann das von der mechanischen Dichtung 30 in den sich verjüngenden Abschnitt 61 ausgetretene Öl durch die Ölkanäle 9b und 62 aus der Spindelvorrichtung 1 abgeleitet werden.
Wie in 2 dargestellt ist eine Schraubenfeder 25 derart vorgesehen, dass sie den oberen Abschnitt der Anschlussleitung 21 umgibt, so dass die Schraubenfeder 25 die Stifte 24 nach unten bezüglich des Zugstabes 9 zwingt, wodurch die Anschlussleitung 21 nach unten vorgespannt wird. Das untere Ende der Anschlussleitung 21 drückt ein Dichtungselement 26, das unterhalb der Anschlussleitung 21 vorgesehen ist, gegen die obere Fläche des Zugbolzens 14. Daher wird der Austritt von Ölnebel von einer Verbindung zwischen der Anschlussleitung 21 und dem Zugbolzen 14 verhindert. Weiter ist ein O-Ring 28 angebracht zwischen der Umfangsoberfläche der Anschlussleitung 21 und der inneren Oberfläche des Zugstabes 9, wodurch der Austritt von Ölnebel an dieser Stelle auch verhindert werden kann.
Das obere Ende des Gehäuses 2 ist an der Endhalterung 31 über ein Trägerelement 32 mit Schraubbolzen 33 befestigt. Der obere Endabschnitt der Ölversorgungsleitung 20 ist durch eine in dem Trägerelement 32 ausgebildete Durchgangsbohrung 32a eingesetzt, und dann mit dem Ölversorgungsabschnitt 34, der auf der Endhalterung 31 ausgebildet ist, verbunden.
O-Ringe 35 und 36 sind zwischen der äußeren Oberfläche der Ölversorgungsleitung 20 und der inneren Oberfläche der Durchgangsbohrung 32a vorgesehen, wodurch der Austritt an Ölnebel verhindert werden kann mit einem engen Kontakt dazwischen. Ein Befestigungsstift 37 ist fest in ein Loch eingesetzt, das radial in dem Trägerelement 32 ausgebildet ist, und die Spitze des Befestigungsstiftes 37 greift in eine auf der umfangsseitigen Oberfläche des obere Endes der Ölversorgungsleitung 20 ausgebildete Vertiefung ein, wodurch die Ölversorgungsleitung 20 nicht von dem Trägerelement 32 herunterfallen wird.
Daher ist das obere Ende der Ölversorgungsleitung 20 so an das Trägerelement 32 befestigt, dass es sich nicht in der Auf/Abwärtsrichtung bewegt. Weiter wird das obere Ende der Ölversorgungsleitung 20 so gehalten, dass die radiale Bewegung davon innerhalb eines Bereichs erlaubt ist, in dem die O-Ringe 35 und 36 elastisch deformiert werden.
Im Folgenden wird die Ölnebelversorgung in der Spindelvorrichtung beschrieben werden. Der von einer Ölnebelversorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) an den Ölversorgungsanschluss 34 der Endhalterung 31 gelieferte Ölnebel wird in die Anschlussleitung 21 durch den Ölkanal 20a der Ölversorgungsleitung eingebracht.
Wenn die Spindel 3 von dem Motor 4 gedreht wird, dreht sich auch der Zugstab 9 zusammen mit der Spindel 3. Da jedoch die Ölversorgungsleitung 20 innerhalb des Zugstabes 9 von dem Radiallager 22 gestützt wird, so dass sie bezüglich des Zugstabes 9 drehbar ist, dreht sich die Ölversorgungsleitung 20 nicht, selbst wenn sich die Spindel 3 und der Zugstab 9 drehen.
Mit diesem Aufbau wird der sich entlang des Ölkanals 20a innerhalb der Ölversorgungsleitung 20 bewegende Ölnebel nicht durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel 3 beeinflusst werden. Daher wird gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Ölnebel (d.h. das Schneidöl und die Hochdruckluft) in dem Ölkanal 20a nicht getrennt werden, selbst wenn das Ölversorgungsrohr 20 (d.h. die axiale Länge der Spindel 3) relativ lang ist.
Mit der Luft, die zusammen mit dem Ölnebel von dem unteren Ende der Ölversorgungsleitung 20 zu der Anschlussleitung geliefert wird, wird ein Druck an die innere Endfläche 30e des Dichtungsblockes 30a angelegt. Mit diesem Druck rutscht der Dichtungsblock 30a nach untern. Der Ölnebel kann durch einen winzigen Raum zwischen der äußeren Oberfläche der Ölversorgungsleitung 20 und der inneren Oberfläche des Dichtungsblockes 30a austreten. Jedoch ist, wie oben beschrieben, dieser Abschnitt mit der Balgfeder 60 bedeckt und der Ölnebel wird nicht aus der Balgfeder 60 austreten.
In dieser Phase wird die Luft an die Vielzahl von Rillen 39d geliefert, die auf der Dichtungsfläche (untere Oberfläche) 30c des Dichtungsblockes 30a ausgebildet sind. Dann wird ein Abstand zwischen der Dichtungsfläche 30c und der oberen Oberfläche 21b der Anschlussleitung 21 innerhalb eines Bereiches von wenigen µm bis mehreren 10µm gehalten, wodurch der Austritt von Ölnebel in den Innenraum des Zugstabes 9 verhindert werden kann. Weiter werden mit diesem Aufbau weder der Dichtungsblock 30a noch die Anschlussleitung 21 abgenützt werden, da die Dichtungsfläche 30c die obere Oberfläche der Anschlussleitung 21 nicht berührt.
Der in die Anschlussleitung 21 eingetretene Ölnebel geht weiter durch den Ölkanal 14a des Zugbolzens 14, den Ölkanal 13a des Werkzeughalters 13 und den Ölkanal 12a des Werkzeuges, und wird von der Ölausstoßöffnung 15 abgegeben.
Der Dichtungsblock 30a wird durch die Balgfeder 60 derart gehalten, dass er gleiten kann. Daher kann der Dichtungsblock 30a mit einem kleinen von dem Ölnebel bereitgestellten Druck in axialer Richtung gleiten, und ein geeigneter Zwischenraum kann zwischen der Dichtungsfläche 30c und der oberen Endfläche 21b der Anschlussleitung 21 bereitgestellt werden.
Der Ölnebel, der in geringem Maße von der mechanischen Dichtung 30 oder dem Raum zwischen der Dichtungsfläche 30c und der oberen Endfläche 21b austritt, wird in einem unteren Endabschnitt des sich verjüngenden Abschnittes 61 angesammelt. Der angesammelte Ölnebel wird sofort von der Spindel 3 über den Ölkanal 9b und den in der Spindel 3 ausgebildeten Ölableitungskanal 62 nach außen abgeführt.
Es sollte bemerkt werden, dass anstelle der Balgfeder 60a eine Schraubenfeder verwendet werden kann zum Halten des Dichtungsblockes 30a.
Anstelle der in 6A dargestellten Rillen 30d kann eine Vertiefung 30f, die ein koaxial vertiefter Abschnitt ist, wie in 6C dargestellt, auf der Dichtungsoberfläche 30c des Dichtungsblockes 30a ausgebildet sein.
Die 6D und 6E zeigen eine weitere Abwandlung der Dichtungsfläche 30c. 6D ist eine Ansicht von unten der Dichtungsfläche 30c, und 6E ist ein Querschnitt entlang der Linie E-E in 6D. In dieser Abwandlung sind neben dem Kanal 30b auch eine Vielzahl von kleinen Durchgangsbohrungen 30g koaxial angeordnet.
Die 6F und 6G zeigen einen Aufbau der oberen Endfläche 21B der Anschlussleitung 21. Wie in 6F dargestellt ist eine Mehrzahl von Rillen 21g in einem Randabschnitt auf der oberen Endfläche 21b ausgebildet. Wie in 6G dargestellt hat jede Rille 21g eine geneigte Fläche, so dass, wenn sich die Anschlussleitung 21 dreht, dadurch ein kinetischer Druck erzeugt wird. Wenn diese obere Oberfläche als die obere Endfläche 21b verwendet wird, kann die Dichtungsfläche 30c eine ebene Fläche sein, wobei nur der Kanal 30b vorgesehen ist.
Es sollte bemerkt werden, dass das die oben beschriebenen Strukturen der mechanischen Dichtung 30 nur Beispiele sind, und irgendwelche anderen Strukturen, die ein hydrostatisches Axiallager bilden, können verwendet werden.
Die 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Elemente, die gleich denen bei der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird ausgelassen werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Dichtungsblock 30a von einer aus einem elastischen Material ausgebildeten ringförmigen Membran 63 getragen, die an das untere Ende der Spannmutter 23 befestigt ist. Insbesondere ist die Spannmutter 23 derart ausgebildet, dass sie einen hohlen zylindrischen Abschnitt 23d aufweist, der sich zur Seite des Dichtungsblockes 30a erstreckt. Die Membran 63 ist an die untere Endseite des zylindrischen Abschnittes 23d der Spannmutter 23 befestigt.
Ähnlich zu der ersten Ausführungsform dreht sich der Dichtungsblock 30a nicht, selbst wenn sich der Zugstab 9 dreht. Mit diesem Aufbau kann der Dichtungsblock 30a in axialer Richtung leicht angehoben werden, selbst wenn ein niedriger Druck an die innere Endfläche 30e angelegt wird. Weiter bedeckt die Membran 63 einen Zwischenraum zwischen der oberen Oberfläche des Dichtungsblockes 30a und dem unteren Ende der Spannmutter 23. Der Ölnebel wird nicht an der Seite des oberen Endes der mechanischen Dichtung 30 zu dem Innenraum des Zugstabes 9 austreten (siehe 5).
Wenn ein relativ hoher Druck für das Bereitstellen des Ölnebels erwartet wird kann die Membran 63 derart ausgebildet sein, dass sie eine gerippte Form hat. Vorzugsweise können die Rippen der gerippten Membran 63 koaxial angeordnet sein. Mit Verwendung der gerippten Membran 63 kann eine Federkonstante in der axialen Richtung verringert werden und ein beweglicher Anteil des Dichtungsblockes 30a in der axialen Richtung kann vergrößert werden, selbst wenn die Dicke der Membran 63 vergrößert wird, um dem hohen Druck stand zu halten.
Bei der zweiten Ausführungsform sind der Ölkanal 20a, der Ölversorgungsleitung 20, der Ölkanal 30b des Dichtungsblockes 30a und der Ölkanal 14a des Zugbolzens 14 axial angeordnet und stehen in dieser Reihenfolge in Verbindung. Die Dichtungsfläche 30c steht der oberen Oberfläche 14b des Zugbolzens 14 gegenüber, aber berührt diese nicht. Mit diesem Aufbau kann der Austritt von Ölnebel aufgrund der Funktion der mechanischen Dichtung 30 von den Ölkanälen 20a und 14a verhindert werden (siehe 5).
Die Dichtungsfläche 30c und die obere Oberfläche 14b der zweiten Ausführungsform kann ausgebildet sein wie die Dichtungsfläche 30c und die obere Endfläche 21b der Anschlussleitung 21 der ersten Ausführungsform. Das bedeutet, dass die in den 6A bis 6G dargestellten Beispiele auf die zweite Ausführungsform anwendbar sind. Insbesondere ist die in den 6F und 6G dargestellte Form auf der oberen Oberfläche 14b in der zweiten Ausführungsform anstelle auf der oberen Endfläche 21b ausgebildet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform fließt der von der Ölnebelversorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) gelieferte Ölnebel von der Ölversorgungsleitung 20 zu dem Ölkanal 14a des Zugbolzens 14 über den Ölkanal 30b des Dichtungsblockes 30a. Da die Ölversorgungsleitung 20 und der Dichtungsblock 30a sich nicht drehen, wird der Ölnebel nicht durch die Zentrifugalkraft beeinflusst, und daher werden das Schneidöl und die Luft nicht getrennt werden. Es sollte bemerkt werden, dass bei der zweiten Ausführungsform die Anschlussleitung ausgelassen ist. Da der sich drehende Abschnitt des Ölnebelversorgungskanals gekürzt ist, wird der Ölnebel weniger beeinflusst durch die Zentrifugalkraft des Ölkanals zu der Ausstoßöffnung 15 an der Spitze des Bearbeitungswerkzeugs 12.
Die 8 und 9 veranschaulichen eine dritte Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich einer Spindelvorrichtung, die einen Werkzeughalter 53 anstelle des Werkzeughalters 13 der ersten Ausführungsform verwendet. 8 zeigt eine Querschnittsseitenansicht der Spindelvorrichtung nach der dritten Ausführungsform. 9 zeigt eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht eines Hauptteils der in 8 dargestellten Spindelvorrichtung.
In der Spindelvorrichtung nach der dritten Ausführungsform ist die Spindel 3 so aufgebaut, dass der Werkzeughalter 53 mit einem Doppelflächenkontaktwerkzeugschaftmechanismus angebracht werden kann. Der Werkzeughalter 53 hat einen konischen (Schaft)Abschnitt 53b, der eng mit der inneren Oberfläche einer sich verjüngenden Öffnung 3a der Spindel 3 in Berührung ist, und eine obere Endfläche 53c eines Flanschabschnittes (ein Abschnitt mit einem großen Durchmesser) ist mit der Bodenfläche 3f der Spindel 3 in enger Berührung.
Der Zugstab 9 ist so ausgebildet, dass er einen Spitzenabschnitt 54 mit einem kleineren Durchmesser aufweist. Der Zugstab 9 ist verrutschbar in eine zentrale Durchgangsbohrung eingesetzt, die oberhalb der konischen Öffnung 3a der Spindel 3 angeordnet ist und mit dieser in Verbindung ist. Der Spitzenabschnitt 54 kleineren Durchmessers des Zugstabes 9 ist über eine Schraubenverbindung mit einer Buchse 52 verbunden, die ein Teil eines Spannfuttermechanismus 51 ist. Ein Aufnahmeelement 50 ist auf die Buchse 52 eingepasst, durch welche der Werkzeughalter 53 lösbar mit dem Zugstab 9 verbunden ist.
Ein Trägerdeckel 40 mit einer Durchgangsbohrung 40b, in welche die Ölversorgungsleitung 20 einzubringen ist, ist an das obere Ende des Gehäuses 2 mit einem oder mehreren Schraubbolzen 40a befestigt. Ein Führungselement 41 ist an die obere Oberfläche des Trägerelementes 40 mit einem Schraubbolzen 41a befestigt. Um die Mittenachse des Führungselementes 41 ist eine sich in axialer Richtung erstreckende Durchgangsbohrung 41 ausgebildet, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung 41b größer als der Durchmesser der Ölversorgungsleitung 20 ist. Eine Endhalterung 42 ist an die obere Oberfläche des Führungselementes 41 montiert, wobei dessen sich nach unten erstreckender Abschnitt 42a kleineren Durchmessers in die Durchgangsbohrung 41b eingebracht ist. Die Endhalterung 42 ist in axialer Richtung verrutschbar, da der Abschnitt 42a kleineren Durchmessers durch die Durchgangsbohrung 41b geführt wird.
Ein Ölversorgungsanschluss 43 ist an der Seitenwand der Endhalterung 42 ausgebildet. Das obere Ende der Ölversorgungsleitung 20, die sich nicht dreht, ist in die Durchgangsbohrung 40b eingebracht und an der Endhalterung 42 befestigt und steht mit dem Ölversorgungsanschluss 43 über einen L-förmigen Ölkanal in Verbindung.
Eine zylindrische Halterung 44 ist an die obere Fläche des Trägerelementes 40 befestigt und eine Plattenhalterung 45 ist an das obere Ende der zylindrischen Halterung 44 befestigt. Die Halterungen 44 und 45 bedecken das Führungselement 41 und die Endhalterung 42, wobei sie der Endhalterung erlauben, sich vertikal (d.h. in Aufwärts- und Abwärtsrichtung) innerhalb des durch die Halterungen 44 und 45 definierten Raumes zu bewegen. Eine Druckluftzylindereinheit 46 ist an die obere Oberfläche der Plattenhalterung 45 befestigt. Die Luftzylindereinheit 46 ist an eine Verbindung 47 angeschlossen, die an die obere Oberfläche der Endhalterung 42 befestigt ist. Mit diesem Aufbau kann die Endhalterung 42 durch Betreiben der Druckluftzylindereinheit 46 derart angetrieben werden, dass sie sich vertikal bewegt.
Innerhalb des Zugstabes 9 ist an einem unteren Ende eines Abschnittes davon mit einem größeren Durchmesser (d.h. oberhalb des Abschnittes 54 mit einem kleineren Durchmesser) und auf dem unteren Ende der Ölversorgungsleitung 20 ist die mechanische Dichtung 30 angeordnet. Die mechanische Dichtung 30 hat die gleiche Struktur wie die bei der ersten oder zweiten Ausführungsform angewandte außer dass die Dichtungsfläche 30c der oberen Endfläche eines Dichtungselementes 70 gegenübersteht, dass an eine innere Oberfläche 54b befestigt ist, welche sich oberhalb des Abschnittes 54 mit dem kleineren Durchmesser befindet. Ein winziger Zwischenraum ist zwischen der oberen Endfläche des Dichtungselementes 70 und der Dichtungsfläche 30c ausgebildet (siehe 9).
Eine Bodenabdeckung 55 ist an das untere Ende des Gehäuses 2 befestigt. Ein Luftversorgungsanschluss 56 ist an der Seitenwand der Bodenabdeckung 55 ausgebildet. Der Luftversorgungsanschluss 56 steht mit den Luftkanälen 57 und 58, die in der Spindel 3 ausgebildet sind, in Verbindung.
Der Luftkanal 57 steht mit einer auf der Bodenfläche 3f der Spindel 3 ausgebildeten ringförmigen Rille 3e in Verbindung. Die von dem Luftversorgungsanschluss 56 eingetretene Druckluft fließt zu der oberen Endfläche 53c des Flanschabschnittes des Werkzeughalters 53 über die Rille 3e. Der Luftkanal 58 steht mit der konischen Bohrung 3a durch einen an der inneren Seitenendfläche der Spindel 3 ausgebildeten Auslaß in Verbindung. Die von dem Luftversorgungsanschluss 56 gelieferte Druckluft wird zu der oberen Endfläche 53c und der konischen Bohrung 3a über die Luftkanäle 57 und 58 geleitet, um an der oberen Endfläche 53c bzw. der konischen Bohrung 3a anhaftende Sägespäne, Staub und Schneidöl abzublasen (siehe 9).
Bei der dritten Ausführungsform ist der Spannfuttermechanismus 51 an das untere Ende des Zugstabes 9 befestigt, und die mechanische Dichtung 30 ist zwischen dem oberen Ende des Spitzenabschnittes 54 des Zugstabes 9 und dem unteren Ende der Ölversorgungsleitung 20 vorgesehen. Wenn der Werkzeughalter 53 ausgetauscht wird, insbesondere, wenn der Werkzeughalter 53 abgenommen wird, kann der Dichtungsblock 30a durch das obere Ende des Spitzenabschnittes 54 nach oben geschlagen werden, wenn der Zugstab 9 angehoben wird. In einem solchen Fall kann die Ölversorgungsleitung 20 deformiert (z.B. verbogen) und/oder die Dichtungsfläche 30c beschädigt werden.
Um ein solches Missgeschick zu vermeiden können bei dieser Ausführungsform die Ölversorgungsleitung 20 zusammen mit dem Dichtungsblock 30a nach oben bewegt werden durch Betätigen der Druckluftzylindereinheit 46, bevor der Zugstab 9 zurückgezogen wird. Dann wird der Abstand zwischen der Dichtungsfläche 30c und dem oberen Ende des Spitzenabschnittes 54 ausreichend groß gemacht und das oben beschriebene Problem würde nicht auftreten.
Ähnlich zu der zweiten Ausführungsform ist das untere Ende des in der Ölversorgungsleitung 20 ausgebildeten Ölkanals 20a mit dem in dem Spitzenabschnitt 54 des Zugstabes 9 ausgebildeten Ölkanal 54a über den Ölkanal 30b des Dichtungsblockes 30a in Verbindung. Der Ölkanal 54a ist mit dem in dem Werkzeughalter 53 ausgebildeten Ölkanal 53a in Verbindung über den Ölkanal 59a, der durch die Buchse 52 in der axialen Richtung ausgebildet ist. Der durch die obigen Kanäle gehende Ölnebel wird von der Ausstoßöffnung an dem spitzenseitigen Ende des Werkzeuges abgegeben.
Es sollte bemerkt werden, dass bei der dritten Ausführungsform der Dichtungsblock 30a von der Ölversorgungsleitung 20 über die Balgfeder 60 oder ein anderes Federelement, wie z.B. die Membran 63 oder eine andere Feder, gehalten werden kann.
10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht des Werkzeughalters 13, der in der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann.
Wie in 10 dargestellt ist bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung, um den Zugbolzen 14 an dem oberen Ende des Werkzeughalters 13 zu montieren, die Öffnung 13b, die sich in einem der konischen äußeren Oberfläche entsprechenden Abschnitt befindet, derart ausgebildet, dass sie einen relativ großen inneren Durchmesser hat, und das untere Ende des Zugbolzens 14 ist in die Öffnung geschraubt. Weiter sollte an dem unteren Abschnitt des Werkzeughalters 13, in dem das Bearbeitungswerkzeug 12 angebracht wird, eine Öffnung 13c mit einem relativ großen Durchmesser ausgebildet sein. Auf der anderen Seite sind der den Zugbolzen 14 in axialer Richtung durchdringende Ölkanal und der den Werkzeughalter 13 in axialer Richtung durchdringende Ölkanal 13a derart ausgebildet, dass sie den gleichen Durchmesser wie die Ölversorgungsleitung 20 haben, die sich auf der Seite stromaufwärts befindet.
Wenn bei einem solchen Aufbau der durch die Ölkanäle 14a und 13a durchgehende Ölnebel aufgrund der Zentrifugalkraft in die Ölkanäle 13b und 13c eintritt, kann der Ölnebel leicht an die innere umfangsseitige Oberfläche der Ölkanäle 13b und 13c anlagern. Dann geht der Ölnebel während sich das Bearbeitungswerkzeug 12 dreht in den flüssigen Zustand und häuft sich an Öffnungen 13b und 13c an. In einem solchen Fall kann der Ölnebel nicht von der an der Spitze des Bearbeitungswerkzeuges 12 ausgebildeten Ausstoßöffnung 15 ausgestoßen werden. Weiter, wenn die Drehung des Bearbeitungswerkzeues 12 stoppt, fließt eine große Menge von Ölnebel im flüssigen Zustand aus der Ölausstoßöffnung 15 als flüssiges Öl, welches den Arbeitsbereich verunreinigt.
Ein ähnliches Problem tritt bei dem Werkzeughalter 53 gemäß der dritten Ausführungsform in dem Abschnitt 53b größeren Durchmessers auf, der sich zwischen dem Ölkanal 53a mit geringerem Durchmesser und dem oberen Ende des Bearbeitungswerkzeugs 12 befindet.
Um das obige Problem zu vermeiden ist in der Öffnung 13b mit größerem Durchmesser ein elastischer Ölkanal vorgesehen. Speziell ist ein elastisches Element 71 aus synthetischem Harz z.B. in die Öffnung 13b mit größerem Durchmesser eingebracht. Das elastische Element 71 weist einen Ölkanal 71a mit einem Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Ölkanäle 14a und 13a ist, die sich oberhalb und unterhalb des Ölkanals 71a befinden. Durch Einsetzen des elastischen Elements 71 sind die Ölkanäle 14a und 13a über den Ölkanal 71a sanft ohne eine Stufe miteinander verbunden. Da innerhalb der Ölkanäle 13a, 71a und 14a keine Stufen ausgebildet sind, wird kein Öl angesammelt. Ferner können durch das elastische Element 71 Abmessungsfehler in der Tiefe der Öffnung 13b mit größerem Durchmesser entlang der Rotationsachse und/oder der Länge des geschraubten Abschnittes des Zugbolzens 14 elastisch ausgeglichen werden. Das bedeutet, dass selbst wenn es einen Abmessungsfehler in der Tiefe der Öffnung 13b mit größerem Durchmesser entlang der Rotationsachse und/oder die Länge des geschraubten Abschnittes des Zugbolzens 14 gibt, das elastische Element 71 gut in die Öffnung 13b eingepasst ist und dem Ölnebel ermöglicht, gleichmäßig zu fließen.
Alternativ oder optional kann ein teleskopisches Rohr 72 mit einer Mehrzahl von zylindrischen Elementen, die im wesentlichen den gleichen inneren Durchmesser wie der Durchmesser der Ölkanäle geringeren Durchmessers hat und die ausziehbar/zusammenschiebbar miteinander verbunden sind, in den Abschnitt mit größeren Durchmesser eingesetzt sein. In 10 ist das obere Ende des teleskopischen Rohres 72 an das obere Ende der Öffnung 13c befestigt (d.h. das obere Ende des teleskopischen Rohres 72 ist mit einem Wandabschnitt verbunden, der einen Eingang der Öffnung 13c definiert). Weiter ist das untere Ende des teleskopischen Rohres 72 an die obere Oberfläche einer Stellschraube 13s befestigt, die in die Öffnung 13c eingeschraubt ist zum Einstellen einer hervorstehenden Menge des Bearbeitungswerkzeugs 12, wobei der ausgezogene Zustand des teleskopischen Rohres 72 sich entsprechend ändert, und der Ölkanal 13a ist mit einem Ölkanal 13t verbunden, der durch das teleskopische Rohr in der Stellschraube 13s definiert ist, sanft ohne wesentliche Stufen in den Ölkanälen.
11 zeigt eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht des Werkzeughalters 53 gemäß der dritten Ausführungsform, bei dem das teleskopische Rohr 72 vorgesehen ist. In diesem Beispiel ist ein Ölkanal 53a mit dem Ölkanal 13t der Stellschraube 13s durch das teleskopische Rohr 72 verbunden. Weiter ist um das teleskopische Rohr 72 herum eine Feder vorgesehen. Das obere Ende des teleskopischen Rohres 72 ist an den oberen Endabschnitt der Öffnung 13c größeren Durchmessers befestigt. Der untere Endabschnitt der Feder 53b ist an das den unteren Endabschnitt des teleskopischen Rohres befestigt, sodass das untere Ende des teleskopischen Rohres 72 derart vorgespannt, dass es die obere Oberfläche der Stellschraube 13s berührt. Mit diesem Aufbau dehnt sich das untere Ende des teleskopischen Rohres aus oder zieht sich zusammen derart, dass es der Bewegung der Stellschraube 13s folgt, wenn die Stellschraube 13s gedreht wird, um seine axiale Stellung zu ändern, wodurch die Ölkanäle 53a und die Stellschraube 13s durch das teleskopische Rohr sanft miteinander verbunden sind.
Wie in 10 dargestellt, kann es möglich sein das elastische Element 71 und das teleskopische Rohr 72 gleichzeitig zu verwenden. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur entweder das elastische Element oder das teleskopische Rohr zu verwenden. Mit Verwendung des elastischen Elementes und/oder des teleskopischen Rohres kann ein nachteiliger Einfluss aufgrund der Zentrifugalkraft gut unterdrückt werden.
Es sollte bemerkt werden, dass durch Ausbilden der inneren Oberfläche des Zugstabes 9 derart, dass sie eine konische Öffnung 61 aufweist, die einen größeren Durchmesser in einem unteren Abschnitt davon hat, die Bewegung des Ölnebels, der von der mechanischen Dichtung 30 austritt und an der inneren Wand der konischen Öffnung 61 als Ölspritzer anhaftet zu dem Ölabführkanal 62 beschleunigt wird durch die Zentrifugalkraft und die Gravitationskraft.
Um die obige Funktion zu verstärken können spiralförmige Rillen an der konischen inneren Wand der konischen Öffnung 61 ausgebildet sein. Die konische Öffnung 61 kann durch eine zylindrische Öffnung ersetzt sein, wenn eine Gestaltung der Abfuhr des Ölnebels (z.B. die spiralförmigen Rillen auf der inneren Oberfläche) angewendet wird.

Claims

Spindelvorrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine, die versehen ist mit: einer Spindel (3) mit einem Werkzeughaltemechanismus, an den ein Werkzeughalter (13) zum Halten eines Bearbeitungswerkzeugs (12) angekoppelt ist, wobei die Spindel derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, eine Durchgangsbohrung (3d) in der Spindel (3) entlang deren Mittenachse ausgebildet ist, die Durchgangsbohrung (3d) mit dem Werkzeughaltemechanismus in Verbindung ist und der Werkzeughaltemechanismus mit einem Ölversorgungskanal (14a) zum Leiten des Ölnebels zu dem Bearbeitungswerkzeug (12) ausgebildet ist; einem Zugstab (9), der in die Durchgangsbohrung (3d) eingesetzt ist, wobei ein distales Ende des Zugstabes (9) dem Werkzeughaltemechanismus gegenübersteht; und einem Ölnebelversorgungsrohr (20), das durch den Zugstab (9) entlang der Mittenachse des Zugstabes (9) eingesetzt ist, wobei das Ölnebelversorgungsrohr (20) bezüglich der Spindelvorrichtung (1) nicht drehbar ist und sich das Ölnebelversorgungsrohr (20) von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende des Zugstabes (9) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Dichtung (30) an dem distalen Ende des Zugstabes (9) vorgesehen ist, wobei die mechanische Dichtung (30) eine mechanische Dichtung vom berührungslosen Typ mit einem drehenden Element und einem diesem, wenn der Druck (P) im Ölnebelversorgungsrohr (20) oberhalb des Atmosphärendrucks ist, ohne Berührung gegenüberstehenden nicht drehendem Element ist, und der von dem proximalen Ende der Spindel (3) eintretende Ölnebel über das Ölversorgungsrohr (20) und den in dem Werkzeughaltemechanismus ausgebildeten Ölversorgungskanal (14a) zu dem Bearbeitungswerkzeug (12) zugeleitet wird.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das drehende Element an dem Zugstab (9) befestigt ist und das nicht drehende Element an dem Werkzeughaltemechanismus befestigt ist.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mechanische Dichtung (30) beinhaltet: ein Dichtungselement (30a) mit der Dichtungsfläche (30c); und einem Aufhängungsmittel (60, 63) zum elastischen Aufhängen des Dichtungselementes (30a) an dem Zugstab (9), so dass das Dichtungselement (30a) in einer Richtung parallel zur Mittenachse der Spindel (3) bewegbar ist.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Aufhängungsmittel eine Balgfeder (60) beinhaltet.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Aufhängungsmittel eine ringförmige Membran (63) beinhaltet, wobei ein innerer Randabschnitt der Membran (63) an den Zugstab (9) befestigt ist und der äußere Randabschnitt der Membran an das Dichtungselement (30a) befestigt ist.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Membran (63) eine gerippte Form hat.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die innere Oberfläche des Zugstabes (9), die der mechanischen Dichtung (30) gegenübersteht, sich derart verjüngt, dass der Durchmesser der inneren Wand in Richtung der unteren Position zunimmt.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die innere Oberfläche des Zugstabes (9), die der mechanischen Dichtung (30) gegenübersteht, mit zumindest einer spiralförmigen Rille ausgebildet ist.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Spindel (3) mit einem Abführkanal versehen ist, durch den ein Innenraum der Spindel und der Raum außerhalb miteinander in Verbindung sind, und wobei der auf der inneren Oberfläche des der mechanischen Dichtung (30) gegenüberstehenden Zugstabes (9) angesammelte Ölnebel durch den Abführkanal nach außen abgeführt wird.
Spindelvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit einem Bewegungsmittel, das das Ölnebelversorgungsrohr (20) in einer Richtung parallel zu der Mittenachse der Spindel (3) bewegt.
Spindelvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in dem Werkzeughalter ausgebildete Ölkanal (14a) einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser hat, der zwischen Abschnitten mit einem kleineren Durchmesser entlang der Mittenachse davon angeordnet ist, und wobei ein elastisches Element (71) mit elastischem Material, in dem ein elastischer Ölkanal (71a) mit einem Durchmesser, der im wesentlichen der gleiche wie der Durchmesser der Abschnitte mit dem kleineren Durchmesser ist, in den Abschnitt mit dem größeren Durchmesser eingesetzt ist.
Spindelvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei das elastische Element (71) aus synthetischem Harz ist.
Spindelvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei das elastische Element (71) ein teleskopisches Rohr beinhaltet.
Spindelvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ölnebel von dem Ölversorgungsrohr (20) zusammen mit Druckluft geliefert wird.
Spindelvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Durchgangsbohrung (3d) der Spindel eine erste Durchgangsbohrung ist, die sich entlang der Rotationsachse davon erstreckt; der Werkzeughalter (13, 53) an das distale Ende der Spindel (3) befestigt ist, wobei der Werkzeughalter (13, 53) einen sich entlang der Rotationsachse der Spindel (3) erstreckenden ersten Ölkanal (14a) aufweist; das Bearbeitungswerkzeug (12) an das distale Ende des Werkzeughalters (13, 53) befestigt ist, wobei das Bearbeitungswerkzeug (12) einen zweiten Ölkanal (12a) aufweist, der mit dem ersten Ölkanal (14a) in Verbindung ist; wobei der Zugstab (9) eine sich entlang der Rotationsachse der Spindel erstreckende zweite Durchgangsbohrung aufweist; das Ölversorgungsrohr in der zweiten Durchgangsbohrung von zumindest einem Lager (111) derart drehbar getragen wird, dass sich das Ölversorgungsrohr (20) bezüglich der Spindelvorrichtung nicht dreht, wobei das Ölversorgungsrohr (20) einen dritten Ölkanal (20a) aufweist, der derart gebildet ist, dass er sich entlang der Rotationsachse der Spindel (3) erstreckt; und die mechanische Dichtung (30) zwischen der Ölversorgungsleitung und dem Werkzeughalter (13, 53) derart vorgesehen ist, dass in das Ölversorgungsrohr (20) eintretender Ölnebel über die mechanische Dichtung (30) zu dem ersten Ölkanal (14a) geleitet wird.