DE102016115143A1

DE102016115143A1 - Radiatorstruktur für eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016115143A1
Application number: DE102016115143.2A
Authority: DE
Inventors: Toshifumi MURAMATSU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-08-17
Also published as: DE102016115143B4; US20170050283A1; JP2017039190A; CN106466719A; US10335912B2; CN205949873U; JP6370752B2

Abstract

In einer Radiatorstruktur für eine Hauptspindel, die eine verjüngte Bohrung an einem Distalende der Hauptspindel aufweist, in der ein verjüngter Abschnitt einer Werkzeughalteeinrichtung montiert ist, ist ein mit einem Antriebsmitnehmer versehenes Mitnehmerbefestigungselement am Distalende der Hauptspindel befestigt, und der Antriebsmitnehmer ist in eine Mitnehmernut, die in der Werkzeughalteeinrichtung ausgebildet ist, eingepasst. Diese Ausgestaltung verhindert eine Phasenverschiebung, in Rotationsrichtung, der Werkzeughalteeinrichtung, die von der Rotation der Hauptspindel herrührt. Ein Radiatorelement, das Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre austauscht, ist an dem mit dem Antriebsmitnehmer versehenen Mitnehmerbefestigungselement bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radiatorstruktur für eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Da ein Lager oder dergleichen in einer Werkzeugmaschine aufgrund von Rotation einer Hauptspindel Wärme erzeugt, die einen thermischen Versatz oder einen Anstieg des Drucks auf ein Lager verursacht und eine Bearbeitungsgenauigkeit beeinflusst, weist eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung eine Kühlstruktur auf, um einen Anstieg der Temperatur der Hauptspindel einzuschränken.
Als ein Verfahren nach dem Stand der Technik, das eine Kühlstruktur für eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung betrifft, offenbart zum Beispiel die Japanische Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 2014-062620 eine Struktur für eine Hauptspindel, die eine Schmierung eines Lagers mit Luft-Öl anwendet, wobei eine Luftkühlung einer Welle und des Lagers der Hauptspindel und ein Luft-Öl für die Schmierung nicht miteinander vermischt werden.
Die Japanische Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 2014-117119 offenbart eine Struktur, die mit einem Kühlluftdurchgang entlang einer axialen Mitte einer Hauptspindel versehen ist und einen Blasabschnitt umfasst, der Außenluft von einem proximalen Ende des Kühlluftdurchgangs bei einer Rotation der Hauptspindel ansaugt und die Luft unter Druck in eine axiale Mittenrichtung der Hauptspindel zuführt.
Bei einer Bearbeitungsvorrichtung, die ein Bearbeiten mit einem an einem Distalende einer Hauptspindel montierten Werkzeug durchführt, umfasst das Distalende der Hauptspindel einen Antriebsmitnehmer zum Verhindern einer Phasenverschiebung in Rotationsrichtung zwischen der Hauptspindel und dem Werkzeug. Damit verbunden offenbart die Japanische Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 10-337625 eine Struktur, bei der Antriebsmitnehmer an einem Distalende einer Hauptspindel angebracht sind, indem eine Ringplatte, die ein mit den Antriebsmitnehmern versehenes ringförmiges Element ist, am Distalende der Hauptspindel befestigt ist, und sich ein Distalendabschnitt der Hauptspindel nicht aufgrund von Abwesenheit einer Mitnehmernut an dem Distalendabschnitt der Hauptspindel durch eine Zentripetalkraft vergrößert.
Das in der Japanischen Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 2014-062620 offenbarte, vorstehend erwähnte Verfahren implementiert ein Kühlen der Welle und des Lagers als Kühlziele, indem Luft zum Kühlen zugeführt wird, aber es weist das Problem auf, dass ein komplizierter Mechanismus oder eine komplizierte Ausrüstung erforderlich ist.
Die in der Japanischen Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 2014-117119 offenbarte Technik implementiert ein Kühlen einer Welle und eines Lagers als Kühlziele, indem der Kühlluftdurchgang an der axialen Mitte bereitgestellt wird und Außenluft von dem Blasabschnitt, der am proximalen Ende des Kühlluftdurchgangs bereitgestellt ist, bei einer Rotation der Hauptspindel angesaugt wird. In einer Bearbeitungsvorrichtung wird im Allgemeinen ein Mechanismus zum Greifen eines Werkzeugs an einem Hauptspindeldistalende an einer axialen Mitte vorgesehen und eine Anwendung der Technik auf die Bearbeitungsvorrichtung ist schwierig.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radiatorstruktur für eine Hauptspindel bereitzustellen, die keinen komplizierten Mechanismus und keine komplizierte Ausrüstung erfordert und auf die Hauptspindel, welche eine allgemeine Struktur aufweist, die einen Mechanismus zum Greifen eines Werkzeugs in einer Bearbeitungsvorrichtung aufweist, anwendbar ist.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend beschriebenen Probleme durch Bereitstellen einer Kühlerplatte oder einer Lamelle für eine Wärmeableitung an einem einen Antriebsmitnehmer umfassenden Element an einem Hauptspindedistalende.
In einer Radiatorstruktur für eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine verjüngte Bohrung an einem Distalende der Hauptspindel ausgebildet, ein verjüngter Abschnitt einer Werkzeughalteeinrichtung ist abnehmbar in der verjüngten Bohrung montiert, ein mit einem Antriebsmitnehmer versehenes Mitnehmerbefestigungselement ist am Distalende der Hauptspindel befestigt, und der Antriebsmitnehmer ist in eine Mitnehmernut, die in der Werkzeughalteeinrichtung ausgebildet ist, eingepasst. Diese Ausgestaltung verhindert eine Phasenverschiebung, in Rotationsrichtung, der Werkzeughalteeinrichtung, die von der Rotation der Hauptspindel herrührt. Ein Radiatorelement, das Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre austauscht, ist an dem mit dem Antriebsmitnehmer versehenen Mitnehmerbefestigungselement bereitgestellt.
Das Radiatorelement kann derart ausgeformt sein, dass es sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungselements in Radialrichtung erstreckt. In diesem Fall kann eine Nut zum Erhöhen der Kontaktfläche mit der Atmosphäre und Bewegen der Atmosphäre in dem Radiatorelement ausgebildet sein.
Das Radiatorelement kann mindestens ein lamellenförmiges Element umfassen, das sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungselements in Radialrichtung erstreckt.
Die vorliegende Erfindung braucht keinen komplizierten Mechanismus und keine komplizierte Ausrüstung und ermöglicht ein Kühlen einer Welle und eines Lagers in einer Hauptspindel, die eine allgemeine Struktur aufweist, welche einen Mechanismus zum Greifen eines Werkzeugs in einer Bearbeitungsvorrichtung aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehende Aufgabe und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht zum Erläutern der Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 eine schematische Ansicht zum Erläutern der Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 eine perspektivische Ansicht eines Mitnehmerbefestigungsabschnitts in der in 2 dargestellten Radiatorstruktur;
4 eine schematische Ansicht zum Erläutern der Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, und
5 eine schematische Ansicht, die die Struktur einer Hauptspindel gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist eine Hauptspindel 1 einer Bearbeitungsvorrichtung eine verjüngte Bohrung, die an einem Distalende ausgebildet ist, und ist derart aufgebaut, dass ein durch eine Werkzeughalteeinrichtung gehaltenes Werkzeug angebracht werden kann, indem ein verjüngter Abschnitt der Werkzeughalteeinrichtung in der verjüngten Bohrung montiert wird. Ein Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 ist an einem Distalende 2 der Hauptspindel 1 befestigt. Der Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 umfasst einen Antriebsmitnehmer 3a, so dass sich ein Werkzeug und eine Hauptspindel einstückig ohne eine Phasenverschiebung in Rotationsrichtung drehen, und ein metallisches Radiatorelement 3b.
Wie in vorstehend erwähnten Verfahren, die in der Japanischen Patentanmeldung-Auslegeschrift Nr. 10-337625 beschrieben sind, und dergleichen verhindert der Antriebsmitnehmer 3a eine Verschiebung, in Rotationsrichtung, eines Werkzeugs, das in eine in einer Werkzeughalteeinrichtung (nicht dargestellt) ausgebildete Mitnehmernut hineingepasst ist, von einer Hauptspindel. Das Radiatorelement 3b ist derart ausgeformt, dass es sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungsabschnitts 3 in Radialrichtung erstreckt und eine Wärmekapazität der Hauptspindel 1 erhöht. Wenn sich die Hauptspindel 1 dreht, dreht sich der an der Hauptspindel 1 befestigter Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 mit, um Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre auszutauschen. Auf diese Weise werden eine Welle 4 und ein Lager 5 der Hauptspindel 1 gekühlt.
Die Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, sind in einer Hauptspindel 1 Nuten 6 in einem Radiatorelement 3b der Hauptspindel 1 ausgebildet, um eine Kontaktfläche des Radiatorelements 3b mit einer Atmosphäre zu vergrößern. Wenn sich die Nuten 6 drehen, bewegen die Nuten 6 eine Umgebungsatmosphäre. Die in dem Radiatorelement 3b ausgebildeten Nuten 6 sind in der Lage, einen von der Hauptspindel 1 verschiedenen Abschnitt zu kühlen, indem eine Atmosphäre innerhalb einer Abdeckung, die eine Maschine abdeckt, an der die Hauptspindel 1 angebracht ist, bewegt wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines in 2 dargestellten Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3. Antriebsmitnehmer 3a und das Radiatorelement 3b, die ein Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 bilden, sind als ein einstückiges Element ausgestaltet.
4 ist eine perspektivische Ansicht von ausschließlich einem Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Struktur einer Hauptspindel, die eine Radiatorstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Wie in 4 dargestellt, weist ein Radiatorelement 3b eine flossenartige (lamellenförmige) Form, die sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungsabschnitts 3 in Radialrichtung erstreckt, und es ist ausgeformt, um eine Umgebungsatmosphäre in einem höheren Grad zu bewegen als das in 3 dargestellte Radiatorelement.
5 ist eine schematische Ansicht, die die Ausgestaltung einer Hauptspindel gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik darstellt.
In einer Hauptspindel 1 ist ein Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 nicht unter Berücksichtigung einer Wärmeableitung ausgelegt. Der Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 weist eine niedrige Wärmekapazität auf und ist nicht ausgeformt, um Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre aktiv auszutauschen.
Dagegen ist in der vorliegenden Erfindung, wie unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben, der Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 im Hinblick auf eine Wärmeableitung durch den Mitnehmerbefestigungsabschnitt 3 ausgeformt, um eine Wärmekapazität zu erhöhen und Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre aktiv auszutauschen. Aus diesem Grund kann ein Kühlen einer Welle und eines Lagers einer Hauptspindel durchgeführt werden, ohne dass ein komplizierter Mechanismus oder eine komplizierte Ausrüstung vorgesehen werden muss.
Es ist zu beachten, dass die Form eines Radiatorelements nicht durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Um eine Wärmeabfuhr zu erhöhen, ist in den Ausführungsformen eine Nut in einem Radiatorelement ausgebildet oder ein Radiatorelement selbst ist wie ein Lüfter ausgeformt, um eine Atmosphäre zu bewegen. Außerdem ist es möglich, die Dicke einer Scheibe mit einer radialen Position in dem in 2 dargestellten scheibenförmigen Radiatorelement zu variieren oder eine Vieleckform als die Außenform der Scheibe einzusetzen.
Als Verfahren zum Anbringen eines Mitnehmerbefestigungsabschnitts an einem Distalende einer Hauptspindel sind im Allgemeinen ein Anbringen mit einem Bolzen, ein Verkleben, eine Schrumpfpassung, ein Einpressen und dergleichen denkbar. Ein beliebiges Anbringungsverfahren kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Obwohl ein Radiatorelement in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus einem Metall gefertigt ist, kann ein Radiatorelement unter Verwendung eines Harzes mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit oder dergleichen anstelle eines Metalls gefertigt werden. Ein Radiatorelement kann aus demselben Material wie ein Mitnehmerbefestigungsabschnitt gefertigt werden und kann mit dem Mitnehmerbefestigungsabschnitt einstückig sein oder es kann aus einem anderen Material gefertigt werden. Im letzteren Fall können das Radiatorelement und der Mitnehmerbefestigungsabschnitt zum Beispiel durch Anbringen mit einem Bolzen befestigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014-062620 [0003, 0006]
JP 2014-117119 [0004, 0007]
JP 10-337625 [0005, 0022]

Claims

Radiatorstruktur für eine Hauptspindel in einer Bearbeitungsvorrichtung, die eine Phasenverschiebung, in Rotationsrichtung, einer Werkzeughalteeinrichtung, die von einer Drehung der Hauptspindel herrührt, durch Folgendes verhindert: Ausbilden einer verjüngten Bohrung an einem Distalende der Hauptspindel, abnehmbares Montieren eines verjüngten Abschnitts der Werkzeughalteeinrichtung in der verjüngten Bohrung, Befestigen eines mit einem Antriebsmitnehmer versehenen Mitnehmerbefestigungselements am Distalende der Hauptspindel, und Einpassen des Antriebsmitnehmers in eine in der Werkzeughalteeinrichtung ausgebildete Mitnehmernut, wobei ein Radiatorelement, das Wärme mit einer Umgebungsatmosphäre austauscht, an dem mit dem Antriebsmitnehmer versehenen Mitnehmerbefestigungselement bereitgestellt ist.
Radiatorstruktur für die Hauptspindel in der Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Radiatorelement derart ausgeformt ist, dass es sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungselements in Radialrichtung erstreckt.
Radiatorstruktur für die Hauptspindel in der Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Nut zum Erhöhen einer Kontaktfläche mit der Atmosphäre und Bewegen der Atmosphäre in dem Radiatorelement ausgebildet ist.
Radiatorstruktur für die Hauptspindel in der Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Radiatorelement mindestens ein lamellenförmiges Element umfasst, das sich von einer Basis des Mitnehmerbefestigungselements in Radialrichtung erstreckt.