DE102013017373A1 - "Machine tool unit with a fixation" - Google Patents

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Abstract

Es wird eine motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit (2) wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel (2), ein Drehtisch oder dergleichen mit einer Statoreinheit (9) und einer wenigstens eine um eine Drehachse drehbare Rotorwelle (12) aufweisende Rotoreinheit (10), wobei die Rotoreinheit (10) wenigstens eine im Bereich einer Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme (3) angeordnete, erste, insbesondere als vorderes Festlager (1) ausgebildete Lagereinheit (1) sowie wenigstens eine von der ersten Lagereinheit beabstandete, zweite Lagereinheit zum Lagern der Rotorwelle (12) in der Statoreinheit (9) umfasst, wobei im Bereich der ersten Lagereinheit wenigstens eine Fixiervorrichtung zum Fixieren der drehbar gelagerten Rotoreinheit (10) vorgesehen ist, wobei die zweite Lagereinheit in Richtung der Drehachse wenigstens teilweise verstellbar ist, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweite Lagereinheit wenigstens ein Kugellager (4) umfasst.It is a motor-driven machine tool unit (2) such as a multi-axis rotary head, a motor spindle (2), a turntable or the like with a stator (9) and at least one rotatable about a rotation axis rotor shaft (12) having rotor unit (10), wherein the rotor unit (10) at least one in the region of a tool and / or workpiece holder (3) arranged, first, in particular as a front bearing (1) formed bearing unit (1) and at least one spaced from the first bearing unit, second bearing unit for supporting the rotor shaft (12 ) in the stator unit (9), wherein in the region of the first bearing unit at least one fixing device for fixing the rotatably mounted rotor unit (10) is provided, wherein the second bearing unit in the direction of the axis of rotation is at least partially adjustable, proposed, which is characterized the second bearing unit comprises at least one ball bearing (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschineneinheit mit einer Fixierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a machine tool unit with a fixation according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Bei Werkzeugmaschinenspindeln werden üblicherweise zwei voneinander beabstandete Lagerungen der Spindelwelle vorgesehen. Eine erste, vordere Lagerung ist im Bereich der Werkzeug- bzw. Werkstückaufnahme angeordnet und eine zweite Lagerung ist am gegenüber liegenden bzw. hinteren Bereich der Spindelwelle angeordnet.In machine tool spindles usually two spaced bearings of the spindle shaft are provided. A first, front bearing is arranged in the region of the tool or workpiece holder and a second bearing is arranged on the opposite or rearward region of the spindle shaft.

Üblicherweise werden aufgrund der speziellen Anforderung an Werkzeugmaschinenspindeln und insbesondere bei modernen, leistungsstarken und hohe Drehzahlen aufweisenden Motorspindeln spezielle Spindellager bzw. Wälzlager verwendet. Da diese Lager Radialkräfte allerdings nur aufnehmen können, wenn sie gleichzeitig axial belastet sind, werden derartige Schrägkugellager in verschiedensten Anordnungen so verwendet, dass die daraus entstehenden Lagergruppen die notwendige Vorspannkraft gegenseitig aufbringen. Das heißt, dass jede der Lagerungen im Allgemeinen jeweils aus einem Lagerpaar besteht.Usually special spindle bearings or bearings are used due to the special requirement of machine tool spindles and especially in modern, powerful and high speed motor spindles. However, since these bearings can absorb radial forces only if they are simultaneously loaded axially, such angular contact ball bearings are used in a variety of arrangements so that the resulting bearing groups mutually apply the necessary biasing force. That is, each of the bearings generally consists of a pair of bearings each.

Im vorderen Bereich der Spindel bzw. Motorspindel ist im Allgemeinen ein Festlager vorgesehen. Mit Hilfe eines Festlagers wird eine Fixierung in zwei Translationsfreiheitsgraden realisiert. Das heißt, dass sowohl in radialer als auch in axialer Richtung diese Lagerstelle bzw. die entsprechenden Bauteile fixiert sind. Im hinteren bzw. entgegen gesetzten Bereich der Spindel, insb. Motorspindel, wird im Allgemeinen ein Loslager vorgesehen. Bei einem Loslager ist eine axiale Verschiebung der Lagerstelle bzw. der entsprechenden Bauteile möglich. Dementsprechend wird die Spindelwelle durch das Festlager an ihrer Position gehalten und das Loslager ermöglicht beispielsweise eine Wärmedehnung in Längsrichtung. Diese hinteren Lager umfassen bislang Rillen-/Rollenlager um eine axiale Verstellung zu ermöglichen.In the front region of the spindle or motor spindle, a fixed bearing is generally provided. With the help of a fixed bearing a fixation in two translational degrees of freedom is realized. This means that both in the radial and in the axial direction of this bearing point or the corresponding components are fixed. In the rear or opposite region of the spindle, esp. Motor spindle, a floating bearing is generally provided. In a floating bearing an axial displacement of the bearing or the corresponding components is possible. Accordingly, the spindle shaft is held by the fixed bearing in position and the floating bearing allows, for example, a thermal expansion in the longitudinal direction. These rear bearings include previously grooved / roller bearings to allow axial adjustment.

Zudem gibt es bereits sog. Fräs-Dreh-Spindeln, die in einer Bearbeitungsphase als Motorspindel mit Fräswerkzeugen bestieben und in einer anderen Betriebsphase mittels einer Fixiervorrichtung der Rotoreinheit/-welle fest fixiert, d. h. nicht drehbar ausgebildet sind, um z. B. einen Drehmeisel oder dergleichen aufzunehmen um für eine Drehbearbeitung zur Verfügung zu stehen. So ist die Fixiervorrichtung zum Verhindern einer radial umlaufenden Bewegung vorgesehen.In addition, there are already so-called milling-turning spindles, which in a machining phase as a motor spindle with milling tools bestieben and fixed in another phase of operation by means of a fixing device of the rotor unit / shaft, d. H. are not rotatable to z. B. a Drehmeisel or the like to be available for a turning available. Thus, the fixing device for preventing a radial circumferential movement is provided.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Werkzeugmaschineneinheit vorzuschlagen, die erweiterte Betriebsweisen ermöglicht bzw. flexibler einsetzbar ist.The object of the invention is in contrast to propose a machine tool unit that allows extended modes of operation or is more flexible.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschineneinheit der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved on the basis of a machine tool unit of the aforementioned type, by the characterizing features of claim 1. The measures mentioned in the dependent claims advantageous embodiments and developments of the invention are possible.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschineneinheit dadurch aus, dass die zweite Lagereinheit wenigstens ein Kugellager umfasst.Accordingly, a machine tool unit according to the invention is characterized in that the second bearing unit comprises at least one ball bearing.

Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass nicht nur ein Zylinder-/Rollenlager als Loslager z. B. einer Dreh-Frässpindel einsetzbar ist, sondern auch ein vorteilhaftes Kugellager bzw. Kugellagereinheit.It has surprisingly been found that not only a cylinder / roller bearing as a movable bearing z. B. a rotary milling spindle is used, but also an advantageous ball bearing or ball bearing unit.

Vorzugsweise ist eine O- oder X-Anordnung von zwei Kugellagern der Kugellagereinheit vorgesehen. Hierbei sind diese axial und radial miteinander verspannt. Bei einer besonderen Ausführungsform ist ein Hülsenelement vorgesehen, das beide/alle Kugellager der zweiten Lagereinheit aufnimmt bzw. festlegt.Preferably, an O or X arrangement of two ball bearings of the ball bearing unit is provided. These are braced axially and radially together. In a particular embodiment, a sleeve member is provided which receives both sets / all ball bearings of the second bearing unit and determines.

Vorzugsweise ist ein Luftspalt im Bereich des zweiten Lagers vorgesehen. Dieser Luftspalt ermöglicht eine Verstellbarkeit der zweiten Lagereinheit bzw. des zweiten Lagers und somit z. B. in vorteilhafter Weise eine Wärmedehnung der Motorwelle/-Motorwelleneinheit im Bereich dieses Loslagers, so dass keine negativen Wärmespannungen aufkommen/entstehen sollten.Preferably, an air gap in the region of the second bearing is provided. This air gap allows adjustability of the second bearing unit and the second bearing and thus z. B. advantageously a thermal expansion of the motor shaft / -Motorwelleeinheit in the range of this floating bearing, so that no negative thermal stresses arise / should arise.

Der Luftspalt und/oder das Hülsenelement wird in vorteilhafter Weise mittels einer Fixiereinheit bzw. zweiten Fixierung fixiert bzw. der Luftspalkt zum Teil beseitigt. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Verklemmung bzw. Verspannung der Rotoreinheit/Rotorwelle mit der Statoreinheit, insb. einem Flanschelement realisiert werden. D. h. der Luftspalt wird mittels einer Klemm-/Fixierkraft beseitigt, so dass z. B. eine kraftschlüssige Verbindung entsteht.The air gap and / or the sleeve element is fixed in an advantageous manner by means of a fixing unit or second fixation or the air gap is partially eliminated. As a result, it is advantageously possible to realize a jamming or tensioning of the rotor unit / rotor shaft with the stator unit, in particular a flange element. Ie. the air gap is removed by means of a clamping / fixing, so that z. B. creates a positive connection.

Vorzugsweise wird ein Anschlag in radialer Richtung mittels der Fixiereinheit im Bereih der zweiten Lagereinheit realisiert. Dementsprechend kann keine Radialverstellung in dieser besonderen Betriebsphase vorkommen/erfolgen. Dies ist insbesondere in einer Betriebsphase von Vorteil, wobei die Werkzeugmaschineneinheit für eine Drehbearbeitung des Werkstückes verwendet wird, insbesondere als „passiver” Drehspindelstock, z. B. mit einem Drehmeisel oder einem statisch angeordneten, d. h. nicht drehenden Spiralbohrer oder dergleichen. D. h. das Werkstück wird hierbei mittels einem separaten Antrieb gedreht und die erfindungsgemäße Werkzeugmaschineneinheit ist fest fixiert, insbesondere mittels der Fixiervorrichtung im Bereich der Werkzeug-/Werkstückaufnahme, und zudem im Bereich des Loslagers mittels der Fixiereinheit.Preferably, a stop in the radial direction by means of the fixing unit in the range of the second storage unit is realized. Accordingly, there can be no radial adjustment in this particular phase of operation. This is particularly advantageous in an operating phase, wherein the machine tool unit is used for a turning of the workpiece, in particular as a "passive" rotary headstock, z. B. with a Drehmeisel or arranged statically, d. H. non-rotating twist drills or the like. Ie. The workpiece is hereby rotated by means of a separate drive and the machine tool unit according to the invention is firmly fixed, in particular by means of the fixing device in the region of the tool / workpiece holder, and also in the region of the movable bearing by means of the fixing unit.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment is shown in the drawing and will be explained in more detail with reference to FIGS.

Im Einzelnen zeigt:In detail shows:

1 einen schematischen Schnitt von einer erfindungsgemäßem Motorspindel mit fixierbarem Loslager und 1 a schematic section of an inventive motor spindle with fixable floating bearing and

2 eine schematische Darstellung einer Dreh-Fräs-Anordnung. 2 a schematic representation of a turn-mill arrangement.

In 1 ist eine Motorspindel 2 mit einer Werkstück-/Werkzeughalterung 3 schematisch dargestellt. Ein vorderes Festlager 1 weist zwei Kugellager auf. Die beiden Kugellager 4 sind in O-Anordnung oder in X-Anordnung realisiert und sind somit als Festlager 1 in radialer als auch in axialer (in Richtung Drehachse 15) fest fixiert.In 1 is a motor spindle 2 with a workpiece / tool holder 3 shown schematically. A front camp 1 has two ball bearings. The two ball bearings 4 are realized in O arrangement or in X arrangement and are thus as a fixed bearing 1 in the radial as well as in the axial direction (in the direction of the axis of rotation 15 ) firmly fixed.

Zur Fixierung der Rotorwelle bzw. Rotorwelleneinheit 10 ist eine Fixiervorrichtung 5 vorgesehen, z. B. als sog. Kostyrka-Klemmung realisiert.For fixing the rotor shaft or rotor shaft unit 10 is a fixing device 5 provided, z. B. realized as so-called. Kostyrka clamping.

Zudem ist eine zweite Fixierung bzw. Fixiereinheit 12 vorgesehen. Diese Fixiereinheit 12 umfasst eine Klemmmembran 11, insbesondere eine Metallmembran bzw. Membranhülse, die beidseits an einem Flanschelement 13 der Statoreinheit angeschweißt bzw. Befestigt ist. Mittels einer Hydraulikeinheit 14 kann Hydraulikflüssigkeit mit z. B. ca. 350 bar auf die Membran einwirken, so dass diese eine Verklemmung bzw. Fixierung im Bereich der zweiten Lagereinheit 4 realisiert. Hiermit kann gerade bei einer Drehbarbeitung ein Verkippen oder dergleichen der Rotorwelle bzw. Rotorwelleneinheit 10 wirkungsvoll verhindert werden, obwohl ein Luftspalt 7 in radialer Richtung zwischen einer Hülse 6 und dem Stator zur axialen Verstellbarkeit des Loslagers bzw. zweiten Lagers 4 vorhanden ist.In addition, a second fixation or fixing unit 12 intended. This fuser 12 includes a clamping membrane 11 , In particular, a metal membrane or membrane sleeve, the both sides of a flange 13 the stator unit is welded or fastened. By means of a hydraulic unit 14 can hydraulic fluid with z. B. about 350 bar act on the membrane, so that this jamming or fixation in the region of the second storage unit 4 realized. Hereby, just with a Drehbarbeitung tilting or the like of the rotor shaft or rotor shaft unit 10 be effectively prevented, although an air gap 7 in the radial direction between a sleeve 6 and the stator for the axial adjustability of the floating bearing or second bearing 4 is available.

Vor allem in 2 eine Ausführungsform für eine anwendung schematisch dargestellt, bei der eine Motorspindel 2 von einer Fräsposition A in eine Drehpositon B verstellbar ist. In der Fräsposition A wird die Morotspindel 2 z. b. mit einem Wärzwerkzeug betrieben, d. h. die Rotoreinheit 10 wird vom elektromagnetischen Antriebssystem in Drehbewegung versetzt.Especially in 2 an embodiment for an application shown schematically, in which a motor spindle 2 from a milling position A in a rotational position B is adjustable. In the milling position A becomes the Morot spindle 2 eg operated with a heating tool, ie the rotor unit 10 is set in rotational motion by the electromagnetic drive system.

In einer Drehposition wird mittels einem nicht näher dargestellten X-Z-Z-Positioniersystem oder dergleichen die Motorspindel 2 in die Drehachse 15 des Drehsystems verstellt, d. h. konzentrisch, wobei die Rotoreinheit 10 mit der Fixiervorrichtung 5 und zudme mit der Fixiereinheit 12 fest fixiert wird.In a rotational position by means of an XZZ positioning system or the like, not shown, the motor spindle 2 in the axis of rotation 15 the rotational system adjusted, ie concentric, wherein the rotor unit 10 with the fixing device 5 and with the fuser unit 12 firmly fixed.

Es wird deutlich, dass die Motorspindel ausgesprochen kurz gebaut/realisiert wird, um eine möglichst große Arbeitsbreite gemäß 2 zu realisieren. Hierfür ist die gesamte Antriebs-/Kühl-/Löse-Systemkomponenten oder dergleichen innerhalb des Stators bzw. im Wesentlichen innerhalb des elektromagnetischen Antriebssystems angeordnet.It is clear that the motor spindle is built very short / realized to the largest possible working width 2 to realize. For this, all the drive / cooling / release system components or the like are arranged inside the stator or substantially within the electromagnetic drive system.

Die Fixierung der Fixiereinheit 6 kann hydraulisch, pneumatisch oder aber auch mechanisch erfolgen.The fixation of the fixing unit 6 can be done hydraulically, pneumatically or mechanically.

Claims (10)

Motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit (2) wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel (2), ein Drehtisch oder dergleichen mit einer Statoreinheit (9) und einer wenigstens eine um eine Drehachse drehbare Rotorwelle (12) aufweisende Rotoreinheit (10), wobei die Rotoreinheit (10) wenigstens eine im Bereich einer Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme (3) angeordnete, erste, insbesondere als vorderes Festlager (1) ausgebildete Lagereinheit (1) sowie wenigstens eine von der ersten Lagereinheit beabstandete, zweite Lagereinheit zum Lagern der Rotorwelle (12) in der Statoreinheit (9) umfasst, wobei im Bereich der ersten Lagereinheit wenigstens eine Fixiervorrichtung (5) zum Fixieren der drehbar gelagerten Rotoreinheit (10) vorgesehen ist, wobei die zweite Lagereinheit in Richtung der Drehachse wenigstens teilweise verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinheit (4) wenigstens ein Kugellager (4) umfasst.Motor-driven machine tool unit ( 2 ) like a multi-axis turret, a motor spindle ( 2 ), a turntable or the like having a stator unit ( 9 ) and at least one rotatable about an axis of rotation rotor shaft ( 12 ) having rotor unit ( 10 ), wherein the rotor unit ( 10 ) at least one in the region of a tool and / or workpiece holder ( 3 ), in particular as a front fixed bearing ( 1 ) formed storage unit ( 1 ) and at least one spaced from the first bearing unit, the second bearing unit for supporting the rotor shaft ( 12 ) in the stator unit ( 9 ), wherein in the region of the first bearing unit at least one fixing device ( 5 ) for fixing the rotatably mounted rotor unit ( 10 ), wherein the second bearing unit is at least partially adjustable in the direction of the axis of rotation, characterized in that the second bearing unit ( 4 ) at least one ball bearing ( 4 ). Werkzeugmaschineneinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinheit als aus zumindest zwei Kugellagern umfassenden Kugellagereinheit ausgebildet ist.Machine tool unit ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the second bearing unit is designed as a ball bearing unit comprising at least two ball bearings. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellagereinheit wenigstens ein gemeinsames Hülsenelement umfasst, wobei insbesondere jeweils ein/zwei Innenringe oder ein/zwei Außenringe des/der Kugellager (4) am Hülsenelement (6) angeordnet sind.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the ball bearing unit comprises at least one common sleeve element, wherein in particular in each case one / two inner rings or one / two outer rings of the ball bearing (s) ( 4 ) on the sleeve element ( 6 ) are arranged. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hülsenelement der Kugellagereinheit und der Statoreinheit oder der Rotoreinheit ein Luftspalt (7) angeordnet ist.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between sleeve member of Ball bearing unit and the stator unit or the rotor unit an air gap ( 7 ) is arranged. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt zum axialen Verstellen der Rotoreinheit und/oder der zweiten Lagereinheit ausgebildet ist.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the air gap is formed for axial displacement of the rotor unit and / or the second bearing unit. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich der zweiten Lagereinheit zumindest eine Fixiereinheit (12) zum Fixieren der der drehbar gelagerten Rotoreinheit (10) und/oder der Kugellagereinheit und/oder zum wenigstens teilweise Beseitigen des Luftspaltes vorgesehen ist.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the region of the second storage unit at least one fixing unit ( 12 ) for fixing the rotatably mounted rotor unit ( 10 ) and / or the ball bearing unit and / or for at least partially eliminating the air gap is provided. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rotoreinheit oder der Statoreinheit und dem Kugellager oder der Kugellagereinheit oder dem Hülsenelement wenigstens die Fixiereinheit angeordnet ist.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the rotor unit or the stator unit and the ball bearing or the ball bearing unit or the sleeve member at least the fixing unit is arranged. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit als wenigstens eine mit Druck beaufschlagbare, hydraulische Fixiereinheit ausgebildet ist.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fixing unit is designed as at least one pressurizable, hydraulic fixing unit. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flanschelement der Statoreinheit wenigstens die Fixiereinheit umfasst.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one flange element of the stator unit comprises at least the fixing unit. Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit wenigstens eine in radialer Richtung teilweise verstellbare Fixiermembran umfasst.Machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fixing unit comprises at least one fixing membrane which is partially adjustable in the radial direction.
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