DE102019005181A1

DE102019005181A1 - Spindelvorrichtung

Info

Publication number: DE102019005181A1
Application number: DE102019005181.5A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Murota
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: DE102019005181B4; CN110773758A; JP6737846B2; US20200039017A1; CN110773758B; US10882156B2; JP2020019085A

Abstract

In einer Spindelvorrichtung (20) deckt ein Abdeckelement (28) eine Oberfläche eines Flanschabschnitts (50) an der Vorderseite der Spindelwelle (22) ab, wobei der Flanschabschnitt von der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses (24) radial nach außen vorspringt und sich die äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses (24) von der Oberfläche des Flanschabschnitts zur Vorderseite der Spindelwelle (22) erstreckt. Im Abdeckelement (28) ist ein Strömungsweg (28b) ausgebildet, um ein Kühlmittel hindurchströmen zu lassen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindelvorrichtung, die in einer Drehmaschine (Werkzeugmaschine) verwendet wird, die ein Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs bearbeitet.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Es gibt Fälle, in denen ein Spindelgehäuse oder dergleichen zum Aufnehmen einer Spindelwelle durch während einer maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks erzeugte Wärme thermisch verformt wird und eine solche thermische Verformung eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit verursacht. Daher ist es wichtig, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um die thermische Verformung zu unterdrücken.
Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2011-240428 eine Kühlstruktur zum Kühlen einer Spindel durch Bereitstellen von Kühlmittelkanälen sowohl im Gehäuse als auch in der Spindel, um ein Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal im Gehäuse zu dem Kühlmittelkanal in der Spindel zu zirkulieren und dadurch das Kühlmittel durch das Innere der Spindel strömen zu lassen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die in der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. 2011-240428 offenbarte Kühlstruktur umfasst keine Offenbarung eines Elements zum Befestigen des Gehäuses, zwischen einem solchen Element und dem Gehäuse ist jedoch eine unzureichende Kühlung des befestigten Abschnitts vorhanden, so dass angenommen wird, dass der befestigte Abschnitt im Vergleich zu den anderen Abschnitten anfällig dafür ist, sich thermisch zu verformen. In den vergangenen Jahren gab es Fälle, in denen eine Bearbeitung eines Werkstücks im Nanometerbereich gesteuert werden sollte. In einem solchen Fall tritt, auch wenn der Betrag einer während einer Bearbeitung verursachten thermischen Verformung sehr klein ist, eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit häufiger auf. Daher besteht großer Bedarf an Maßnahmen zum Unterdrücken der Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge thermischer Verformung.
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung bereitzustellen, die die aus einer thermischen Verformung resultierende Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit unterdrücken kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Spindelvorrichtung, die ein Spindelgehäuse, eine Spindelwelle, die dazu eingerichtet ist, im Spindelgehäuse drehbar gelagert zu werden, ein Drehelement, das an einem Ende der Spindelwelle angeordnet und dazu eingerichtet ist, zusammen mit der Drehung der Spindelwelle drehbar zu sein, eine Spindelhalterung, die einen Einsatzhohlraum aufweist, in den das Spindelgehäuse längs der Achsenrichtung der Spindelwelle eingesetzt ist, einen ringförmigen Flanschabschnitt, der von der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses nach außen vorspringt und dazu eingerichtet ist, an einem Ende der Spindelhalterung lösbar befestigt zu werden, das näher an einer Öffnung des Einsatzhohlraums liegt, ein Abdeckelement, das dazu eingerichtet ist, die Oberfläche des Flanschabschnitts an einer Stirnseite der Spindelwelle und die äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses abzudecken, die sich von der Oberfläche des Flanschabschnitts zu der einen Stirnseite der Spindelwelle erstreckt, und einen Strömungsweg umfasst, der im Abdeckelement ausgebildet und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel hindurchströmen zu lassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, selbst wenn Wärme an das Spindelgehäuse übertragen wird, die Wärme durch das im Strömungsweg des Abdeckelements strömende Kühlmittel absorbiert. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass die Wärme des Spindelgehäuses an den Flanschabschnitt übertragen wird. Dadurch wird eine thermische Verformung des Spindelgehäuses und des Flanschabschnitts unterdrückt und auch eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit infolge der thermischen Verformung kann unterdrückt werden.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand eines illustrativen Beispiels dargestellt ist, genauer hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Drehmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittansicht einer Spindelvorrichtung aus 1 zeigt;
3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Abdeckelements;
4 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil von 2 zeigt; und
5 ist eine Darstellung, in der zu 4 der Durchfluss eines Kühlmittels hinzugefügt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand einer Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ausführungsform
1 ist eine schematische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Drehmaschine 10 zeigt. Die Drehmaschine 10 wird dazu verwendet, ein zu bearbeitendes Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs zu bearbeiten und umfasst ein Untergestell 12, einen Spindelträger 14, einen Tischträger 16, einen Tisch 18 und eine Spindelvorrichtung 20.
Der Spindelträger 14 ist auf dem Untergestell 12 bereitgestellt, um die Spindelvorrichtung 20 zu tragen, so dass sie sich relativ zum Untergestell 12 nach links und rechts bewegen kann. Hierbei wird die Richtung (Achsenrichtung), in der sich eine Spindelwelle 22 der Spindelvorrichtung 20 erstreckt, als Vorne-Hinten-Richtung, die Richtung, die senkrecht zur Achsenrichtung in einer Ebene verläuft, die sich parallel zu einer Montagefläche F erstreckt, auf der die Spindelvorrichtung 20 montiert ist, als Links-Rechts-Richtung und die Richtung, die senkrecht zur Montagefläche F und zur Achsenrichtung verläuft, als Oben-Unten-Richtung bezeichnet. Die Abwärtsrichtung ist die Richtung der Schwerkraft. Des Weiteren ist bei der Spindelvorrichtung 20 eine Stirnseite der Spindelwelle 22, an der ein Spannabschnitt 30 angeordnet ist, als Vorderseite definiert, während die andere Stirnseite der Spindelwelle 22 als Rückseite definiert ist.
Der Spindelträger 14 umfasst eine erste Gleiteinrichtung 14a, die längs der Links-Rechts-Richtung auf dem Untergestell 12 bereitgestellt ist, einen Spindelschlitten 14b, der längs der ersten Gleiteinrichtung 14a bewegbar ist, und einen nicht dargestellten ersten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Spindelschlittens 14b.
Der erste Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Komponenten, wie etwa eine Kugelumlaufspindel und andere Komponenten, die die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umsetzen. Da der Spindelschlitten 14b durch den ersten Antriebsmechanismus längs der ersten Gleiteinrichtung 14a bewegt wird, wird die Spindelvorrichtung 20 auf dem Spindelschlitten 14b relativ zum Untergestell 12 nach links und rechts bewegt.
Der Tischträger 16 ist auf dem Untergestell 12 angeordnet, um den Tisch 18 in Bezug auf das Untergestell 12 in Vorne-Hinten-Richtung bewegbar zu tragen. Der Tischträger 16 umfasst eine zweite Gleiteinrichtung 16a, die längs der Vorne-Hinten-Richtung auf dem Untergestell 12 bereitgestellt ist, und einen nicht dargestellten zweiten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Tisches 18, der längs der zweiten Gleiteinrichtung 16a bewegbar ist.
Der zweite Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Komponenten, wie etwa eine Kugelumlaufspindel, die die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umsetzt. Der Tisch 18 wird durch den zweiten Antriebsmechanismus über die zweite Gleiteinrichtung 16a relativ zum Untergestell 12 in Vorne-Hinten-Richtung bewegt. Der Tisch 18 kann um eine vertikale Achse als Drehachse drehbar bereitgestellt sein.
Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass das Werkstück durch den Spannabschnitt 30 der Spindelvorrichtung 20 und das Werkzeug durch den Tisch 18 gehalten wird. Das Werkzeug kann jedoch auch durch den Spannabschnitt 30 der Spindelvorrichtung 20 und das Werkstück durch den Tisch 18 gehalten werden.
2 ist eine Schnittansicht, die die Spindelvorrichtung 20 aus 1 zeigt. Die Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform hält ein Werkstück drehbar und wird beispielsweise dazu verwendet, das Werkstück unter einer Steuerung im Nanometerbereich zu bearbeiten. Die Spindelvorrichtung 20 enthält die Spindelwelle 22, ein Spindelgehäuse 24, eine Spindelhalterung 26 und ein Abdeckelement 28 als Hauptkomponenten.
Die Spindelwelle 22 ist ein zylindrisches Element und weist eine sie in Achsenrichtung durchdringende zylindrische Durchgangsbohrung 22H auf. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel weist die Durchgangsbohrung 22H eine vorderseitige Durchgangsbohrung 22Ha und eine rückseitige Durchgangsbohrung 22Hb auf, die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der der vorderseitigen Durchgangsbohrung 22Ha. Der Spannabschnitt 30 ist an einem Ende (Vorderseite) der Spindelwelle 22 angeordnet und ein Motor 40 ist am anderen Ende (Rückseite) angeordnet.
Der Spannabschnitt 30 ist ein Drehelement, das an der Stirnfläche des Spindelgehäuses 24 an dem einen Ende der Spindelwelle 22 bereitgestellt ist, um zusammen mit der Drehung der Spindelwelle 22 drehbar zu sein, wobei der Spannabschnitt 30 bei der vorliegenden Ausführungsform das Werkstück hält und freigibt. Obgleich der Spannabschnitt 30 hier in 1 scheibenförmig ausgebildet ist, kann er auch eine andere Form aufweisen. Der Spannabschnitt 30 weist eine an der Vorderseite der Spindelwelle 22 befestigte Basis 30a und einen abnehmbar an der Basis 30a angebrachten Sauggreifer 30b auf. Der Sauggreifer 30b weist in seiner Ansaugfläche ausgebildete Öffnungen OP auf. Die Basis 30a und der Sauggreifer 30b enthalten einen Verbindungsdurchgang 30c, um zwischen den Öffnungen OP und einem Ende der in der Spindelwelle 22 befindlichen Durchgangsbohrung 22H eine Verbindung herzustellen. Am Spannabschnitt 30 wird Luft von außerhalb des Spannabschnitts 30 durch eine nicht dargestellte Unterdruckpumpe von den Öffnungen OP durch die Verbindungsdurchgänge 30c in die Durchgangsbohrung 22H gesaugt, um das Werkstück dadurch in engem Kontakt mit der Ansaugfläche zu halten.
Der Motor 40 ist eine Antriebsquelle der Spindelwelle 22 und umfasst ein Motorgehäuse 40a, das an der Rückseite des Spindelgehäuses 24 angebracht ist, und außerdem einen Rotor 40b und einen Stator 40c, die innerhalb des Motorgehäuses 40a bereitgestellt sind. Die Spindelwelle 22 ist am Rotor 40b befestigt. Daher dreht die Spindelwelle 22 zusammen mit dem Rotor 40b.
Das Spindelgehäuse 24 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörper 24a und einen rückwärtigen Gehäusedeckel 24b. Der Gehäusekörper 24a ist mit einem ringförmigen Flanschabschnitt 50 versehen, der von der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a nach außen vorspringt. Der Flanschabschnitt 50 kann integral mit dem Gehäusekörper 24a oder separat vom Gehäusekörper 24a ausgebildet und durch vorgegebene Befestigungselemente am Gehäusekörper 24a befestigt sein.
Der rückwärtige Gehäusedeckel 24b ist abnehmbar an der Rückseite des Gehäusekörpers 24a angebracht, um die Öffnung an der Rückseite des Gehäusekörpers 24a abzudecken. Das Motorgehäuse 40a des Motors 40 ist an der Außenseite (rückwärtigen Stirnfläche) des rückwärtigen Gehäusedeckels 24b befestigt.
Ein im Wesentlichen zylindrischer Raum zur Anordnung der Welle wird durch den rückwärtigen Gehäusedeckel 24b und den Gehäusekörper 24a begrenzt, so dass er sich in Vorne-Hinten-Richtung hindurch erstreckt. Die Spindelwelle 22 ist in dem Wellenanordnungsraum angeordnet und die im Wellenanordnungsraum angeordnete Spindelwelle 22 ist durch Lager 60 drehbar gelagert.
Bei dieser Ausführungsform umfassen die Lager 60 Axiallager 60a und Radiallager 60b. Die Axiallager 60a sind auf der linken und rechten Seite der Spindelwelle 22 angeordnet. Die Radiallager 60b sind an der Vorder- und Rückseite eines vorderen Abschnitts der Spindelwelle 22 bereitgestellt, der sich an der Vorderseite der Axiallager 60a befindet. Das Lager 60 kann ein hydrostatisches Lager oder ein Wälzlager sein. Wenn die maschinelle Bearbeitung des Werkstücks, wie vorstehend erwähnt, im Nanometerbereich gesteuert werden soll, ist die Verwendung eines hydrostatischen Lagers bevorzugt.
Die Spindelhalterung 26 ist auf der Montagefläche F (1) des Spindelschlittens 14b platziert. Die Spindelhalterung 26 weist einen Einsatzhohlraum 26H auf, in den das Spindelgehäuse 24 längs der Achsenrichtung der Spindelwelle 22 eingesetzt ist. Die Vorderseite des in den Einsatzhohlraum 26H eingesetzten Spindelgehäuses 24 ist durch den am Gehäusekörper 24a bereitgestellten Flanschabschnitt 50 an der Vorderseite der Spindelhalterung 26 befestigt und die Rückseite des Spindelgehäuses 24 wird durch ein an der Rückseite der Spindelhalterung 26 bereitgestelltes Tragelement 70 getragen.
Insbesondere ist der Flanschabschnitt 50 durch stabförmige Befestigungselemente, wie etwa Stifte, lösbar an der Vorderseite (ein Ende, das näher an einer Öffnung des Einsatzhohlraums 26H gelegen ist) der Spindelhalterung 26 befestigt. Andererseits trägt das Tragelement 70 das Spindelgehäuse 24 unter Verwendung der Rückseite (das andere Ende, das näher an der anderen Öffnung des Einsatzholraums 26H gelegen ist) der Spindelhalterung 26 als Basis. Das heißt, das Spindelgehäuse 24 wird an zwei Enden durch die Spindelhalterung 26 oder an der Vorder- und Rückseite des Spindelgehäuses 24 getragen.
Das Abdeckelement 28 ist ein Abdeckelement, dessen Temperatur geregelt wird. Das Abdeckelement 28 ist an der Vorderseite der Spindelvorrichtung 20 bereitgestellt. Insbesondere ist das Abdeckelement 28 bereitgestellt, um die vorderseitige Oberfläche des Flanschabschnitts 50, die äußere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a, die sich von der vorderseitigen Oberfläche nach vorne erstreckt, und einen Teil der äußeren Umfangsfläche des Spannabschnitts 30 abzudecken. Obgleich das Abdeckelement 28 einen Teil der äußeren Umfangsfläche des Spannabschnitts 30 abdeckt, kann es auch so angeordnet werden, dass es die gesamte äußere Umfangsfläche abdeckt.
In dem Abdeckelement 28 ist ein Gasströmungsweg 28a ausgebildet, um ein Dichtgas zum Abdichten eines abzudichtenden Abschnitts (auch als abgedichteter Abschnitt bezeichnet) hindurchströmen zu lassen. Der abgedichtete Abschnitt ist ein Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Abdeckelement 28 und ein Spalt zwischen dem Spannabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a. Das Dichtgas kann auf einen vorgegebenen Druck komprimiert sein. Spezifische Beispiele für das Dichtgas umfassen Luft und andere Gase.
Durch Zuführen des Dichtgases zu dem abgedichteten Abschnitt ist es möglich, zu verhindern, dass während einer Bearbeitung des Werkstücks erzeugte Späne, ein bei der Bearbeitung verwendetes Kühlmittel etc. durch den Spalt in das Innere (Wellenanordnungsraum) des Spindelgehäuses 24 eintreten. Das in den abgedichteten Abschnitt eingeströmte Dichtgas wird an der Vorderseite der Spindelvorrichtung 20 und dergleichen nach draußen entlassen.
Des Weiteren ist im Abdeckelement 28 ein Strömungsweg 28b ausgebildet, durch den das Kühlmittel strömt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Kühlmittel eine Flüssigkeit, wie etwa Wasser, es kann jedoch auch ein Gas sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Strömungsweg 28b sowohl auf der linken als auch rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildet.
3 ist eine schematische Perspektivansicht des Abdeckelements 28 und 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2. Im Besonderen zeigt 3 eine Perspektivansicht eines Teils des Abdeckelements 28 von der Rückseite aus gesehen und 4 eine vergrößerte Ansicht des Strömungswegs 28b auf der linken Seite des Abdeckelements 28 und seiner Umgebung.
Der Strömungsweg 28b weist einen ersten Kanal 82 und einen zweiten Kanal 84 auf. Der erste Kanal 82 ermöglicht es der Außenseite des Abdeckelements 28 mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Stirnseite des Flanschabschnitts 50 in Verbindung zu stehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der erste Kanal 82 einen ringförmigen Abschnitt 82a auf, der sich kreisförmig längs des gesamten Umfangs des Flanschabschnitts 50 erstreckt, wenn er mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Stirnseite des ringförmigen Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht (siehe 3).
Der zweite Kanal 84 ermöglicht es der Außenseite des Abdeckelements 28, mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a in Verbindung zu stehen. Der zweite Kanal 84 und der erste Kanal 82 sind über einen Leitungsdurchlass (Verbindungsdurchgang) 86 miteinander verbunden. Der Leitungsdurchlass 86 ist ein Spalt (Raum), der zwischen dem sich von der Stirnseite des Flanschabschnitts 50 nach vorne erstreckenden Gehäusekörper 24a und dem Abdeckelement 28 ausgebildet ist.
Die innere Umfangsfläche 28F (siehe 3) des Abdeckelements 28, die den Leitungsdurchlass 86 begrenzt, ist ringförmig ausgebildet. Indessen ist in der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a, die den Leitungsdurchlass 86 begrenzt, eine wendelförmige Nut 88 (siehe 4) ausgebildet, die sich wendelförmig zur Vorderseite der Spindelwelle 22 erstreckt.
Die Öffnung an der Außenseite des ersten Kanals 82 und die Öffnung an der Außenseite des zweiten Kanals 84 sind über ein Rohr 92 miteinander verbunden, das außerhalb des Abdeckelements 28 angeordnet ist. Das Rohr 92 ist mit einer Pumpe 94 versehen.
Ein Dichtelement 96, das verhindert, dass das Kühlmittel nach draußen ausströmt, ist in einem Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des ersten Kanals 82, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a angeordnet. Ein weiteres Dichtelement 96 ist in einem anderen Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des zweiten Kanals 84, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a angeordnet. Spezifische Beispiele für das Dichtelement 96 umfassen einen O-Ring und dergleichen.
5 ist eine Darstellung, in der zu 4 der Durchfluss des Kühlmittels hinzugefügt ist. Das Kühlmittel im Rohr 92 strömt durch die Tätigkeit der Pumpe 94 in den ersten Kanal 82 hinein. Das in den ersten Kanal 82 eingetretene Kühlmittel strömt durch den ersten Kanal 82 und an der Vorderseite des Flanschabschnitts 50 durch den ringförmigen Abschnitt 82a des ersten Kanals 82, wobei es teilweise mit der Stirnseite des Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Dichtelement 96 in einem Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des ersten Kanals 82, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a bereitgestellt. Daher tritt das an der Vorderseite des Flanschabschnitts 50 durch den ringförmigen Abschnitt 82a strömende Kühlmittel in den Leitungsdurchlass 86 ein, ohne zur Außenseite des Abdeckelements 28 auszulaufen.
Das in den Leitungsdurchlass 86 eintretende Kühlmittel strömt durch den Leitungsdurchlass 86 zum zweiten Kanal 84. Im Besonderen strömt das in den Leitungsdurchlass 86 eingeströmte Kühlmittel durch die wendelförmige Nut 88, die in der den Leitungsdurchlass 86 umgebenden äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a ausgebildet ist, und umfangsseitig oder wendelförmig in Umfangsrichtung der Spindelwelle 22 an der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a entlang.
Außerdem ist das andere Dichtelement 96 in einem Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des zweiten Kanals 84, in dem Kontaktbereich zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a bereitgestellt. Daher strömt das durch den Leitungsdurchlass 86 strömende Kühlmittel in den zweiten Kanal 84, ohne zur Außenseite des Abdeckelements 28 auszulaufen. Das in den zweiten Kanal 84 eingetretene Kühlmittel strömt durch den zweiten Kanal 84 hindurch und in das Rohr 92 hinein und wird durch die Pumpe 94 zum ersten Kanal 82 zurückgeführt. Somit zirkuliert das Kühlmittel innerhalb und außerhalb des Abdeckelements 28.
Sowohl das Kühlmittel, das in den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten ersten Kanal 82 des Strömungswegs 28b strömt, als auch das Kühlmittel, das in den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten ersten Kanal 82 des Strömungswegs 28b strömt, strömen in denselben einzelnen Leitungsdurchlass 86. Des Weiteren strömt das durch den Leitungsdurchlass 86 strömende Kühlmittel in den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten zweiten Kanal 84 des Strömungswegs 28b und in den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten zweiten Kanal 84 des Strömungswegs 28b. Das heißt, der Leitungsdurchlass 86 wird durch den auf der linken Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten Umlaufweg und den auf der rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildeten Umlaufweg gemeinsam genutzt.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform das Abdeckelement 28 dazu eingerichtet, die Stirnseite des Flanschabschnitts 50 und die äußere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 24a abzudecken, die sich von der Flanschstirnseite erstreckt, wobei im Abdeckelement 28 der Strömungsweg 28b zum Zirkulieren des Kühlmittels ausgebildet ist.
Somit wird, selbst wenn Wärme, die durch das im Gehäusekörper 24a bereitgestellte Radiallager 60b und dergleichen erzeugt wird, an den Gehäusekörper 24a übertragen wird, die Wärme durch das im Strömungsweg 28b des Abdeckelements 28 strömende Kühlmittel absorbiert. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die Wärme des Gehäusekörpers 24a an den Flanschabschnitt 50 übertragen wird. Dadurch wird eine thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a und des Flanschabschnitts 50 unterdrückt und es ist möglich, zu verhindern, dass sich die Befestigung zwischen der Spindelhalterung 26 und dem Flanschabschnitt 50 löst, wodurch eine Verschiebung des Spindelgehäuses 24 in Achsenrichtung der Spindelwelle 22 unterdrückt wird. Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit zu unterdrücken, die durch eine thermische Verformung des Gehäusekörpers 24a und des Flanschabschnitts 50 verursacht wird.
Modifikationen
Obgleich die obige Ausführungsform als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sollte der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt werden. Es versteht sich von selbst, dass der obigen Ausführungsform verschiedene Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche ist außerdem ersichtlich, dass Ausführungsformen, denen solche Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt wurden, im technischen Umfang der Erfindung enthalten sein sollen. Beispiele, bei denen die obige Ausführungsform modifiziert oder verbessert ist, sind nachstehend beschrieben.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Strömungsweg 28b jeweils auf der linken und rechten Seite des Abdeckelements 28 ausgebildet. Der linke oder rechte Strömungsweg 28b kann jedoch auch weggelassen werden.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Leitungsdurchlass 86 zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a ausgebildet. Der Leitungsdurchlass 86 kann jedoch auch innerhalb des Abdeckelements 28 ausgebildet werden. Wenn der Leitungsdurchlass 86 zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24 bereitgestellt ist, kommt das Kühlmittel jedoch mit der Oberfläche des Gehäusekörpers 24a in Kontakt, so dass die Fähigkeit, im Abdeckelement 28 erzeugte Wärme zu absorbieren, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Leitungsdurchlass innerhalb des Abdeckelements 28 bereitgestellt ist, verbessert werden kann. Das heißt, zur Erhöhung der Wärmeabsorptionseffizienz des Abdeckelements 28 wird der Leitungsdurchlass 86 bevorzugt zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Gehäusekörper 24a ausgebildet.
Des Weiteren ist bei der obigen Ausführungsform die wendelförmige Nut 88 in der den Leitungsdurchlass 86 bildenden äußeren Umfangsfläche (Wandfläche) des Gehäusekörpers 24a ausgebildet, so dass sie sich umfangsseitig oder wendelförmig zur Vorderseite der Spindelwelle 22 erstreckt. Die wendelförmige Nut 88 kann jedoch auch in der den Leitungsdurchlass 86 bildenden inneren Umfangsfläche des Abdeckelements 28 bereitgestellt werden. Außerdem können wendelförmige Nuten 88 sowohl in der den Leitungsdurchlass 86 bildenden äußeren Umfangsfläche (Wandfläche) des Gehäusekörpers 24a als auch der den Leitungsdurchlass 86 bildenden inneren Umfangsfläche (Wandfläche) des Abdeckelements 28 ausgebildet werden, so dass sie einander zugewandt sind.
Des Weiteren ist bei der obigen Ausführungsform die wendelförmige Nut 88 in der den Leitungsdurchlass 86 bildenden äußeren Umfangsfläche (Wandfläche) des Gehäusekörpers 24a ausgebildet, so dass sie sich umfangsseitig oder wendelförmig zur Vorderseite der Spindelwelle 22 erstreckt. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl ringförmiger Nuten in der den Leitungsdurchlass 86 bildenden äußeren Umfangsfläche (Wandfläche) des Gehäusekörpers 24a ausgebildet werden, so dass sie in Achsenrichtung der Spindelwelle 22 unter Abstand voneinander angeordnet sind. Von der Mehrzahl ringförmiger Nuten werden die in Achsenrichtung der Spindelwelle 22 zueinander benachbarten Nuten miteinander verbunden, damit sie miteinander in Verbindung stehen.
Darüber hinaus weist bei der obigen Ausführungsform der erste Kanal 82 den ringförmigen Abschnitt 82a auf, der sich kreisförmig längs des gesamten Umfangs des Flanschabschnitts 50 erstreckt, wenn er mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Stirnseite des ringförmigen Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht. Der ringförmige Abschnitt 82a kann jedoch auch innerhalb des Abdeckelements 28 ausgebildet werden, ohne dass er mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Stirnseite des Flanschabschnitts 50 in Kontakt steht. Außerdem kann sich der ringförmige Abschnitt 82a nur längs eines Teils des ringförmigen Flanschabschnitts 50 erstrecken. Solange sich der ringförmige Abschnitt 82a längs des Flanschabschnitts 50 erstreckt, kann sich der ringförmige Abschnitt 82a ferner mit einer Krümmung erstrecken, die sich von der Krümmung der äußeren Umfangsfläche des Flanschabschnitts 50 unterscheidet, und sich gewunden oder spiralförmig erstrecken.
Obgleich der erste Kanal 82 auch auf den ringförmigen Abschnitt 82a verzichten kann, ist es bevorzugt, dass der erste Kanal 82 den ringförmigen Abschnitt 82a aufweist, um den im Abdeckelement 28 durch den Strömungsweg 28b eingenommenen Bereich in Bezug auf den Flanschabschnitt 50 zu vergrößern.
Obgleich bei der obigen Ausführungsform das Kühlmittel so zirkuliert wird, dass das Kühlmittel in den ersten Kanal 82 hinein und aus dem zweiten Kanal 84 heraus strömt, kann das Kühlmittel auch so zirkuliert werden, dass das Kühlmittel in den zweiten Kanal 84 hinein und aus dem ersten Kanal 82 heraus strömt. Zur Erhöhung der Kühleffizienz des Flanschabschnitts 50 ist es jedoch bevorzugt, dass das Kühlmittel so zirkuliert wird, dass das Kühlmittel in den ersten Kanal 82 hinein und aus dem zweiten Kanal 84 heraus strömt.
Bei der obigen Ausführungsform sind der Flanschabschnitt 50 und der Gehäusekörper 24a integral ausgebildet. Der Flanschabschnitt 50 und der Gehäusekörper 24a können jedoch auch separat ausgebildet und durch vorgegebene Befestigungselemente aneinander befestigt werden. Wenn der Flanschabschnitt 50 und der Gehäusekörper 24a voneinander getrennt sind, ist es bevorzugt, ein Dichtelement, wie etwa einen O-Ring, zwischen dem Flanschabschnitt 50 und dem Gehäusekörper 24a bereitzustellen.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform und die vorstehend beschriebenen Modifikationen lassen sich beliebig kombinieren, sofern keine technische Unvereinbarkeit auftritt.
Technische Konzepte
Die technischen Konzepte, die aus der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und den vorstehend beschriebenen Modifikationen hervorgehen, sind nachstehend beschrieben.
Die Spindelvorrichtung 20 umfasst ein Spindelgehäuse 24, eine Spindelwelle 22, ein Drehelement 30, eine Spindelhalterung 26, einen Flanschabschnitt 50 und ein Abdeckelement 28.
Die Spindelwelle 22 ist im Spindelgehäuse 24 drehbar gelagert. Das Drehelement 30 ist an einem Ende der Spindelwelle 22 angeordnet und dazu eingerichtet, zusammen mit der Drehung der Spindelwelle 22 drehbar zu sein. Die Spindelhalterung 26 weist einen Einsatzhohlraum 26H auf, in den das Spindelgehäuse 24 längs der Achsenrichtung der Spindelwelle 22 eingesetzt ist. Der ringförmige Flanschabschnitt 50 ist an einem Ende der Spindelhalterung 26, das näher an der einen Öffnung des Einsatzhohlraums 26H liegt, lösbar befestigt und springt von der äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24 nach außen vor. Das Abdeckelement 28 deckt die Oberfläche des Flanschabschnitts 50 an der einen Stirnseite der Spindelwelle 22 und die äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24 ab, die sich von der Oberfläche des Flanschabschnitts zu der einen Stirnseite der Spindelwelle 22 erstreckt. Der Strömungsweg 28b ist im Abdeckelement 28 ausgebildet und dazu eingerichtet, ein Kühlmittel hindurchströmen zu lassen.
Bei der derart ausgestalteten Spindelvorrichtung 20 wird, selbst wenn Wärme an das Spindelgehäuse 24 übertragen wird, die Wärme durch das im Strömungsweg 28b des Abdeckelements 28 strömende Kühlmittel absorbiert. Folglich ist unwahrscheinlich, dass Wärme vom Spindelgehäuse 24 an den Flanschabschnitt 50 übertragen wird. Dadurch wird eine thermische Verformung des Spindelgehäuses 24 und des Flanschabschnitts 50 verringert, so dass eine durch die thermische Verformung verursachte Abnahme der Bearbeitungsgenauigkeit unterdrückt werden kann.
Der Strömungsweg 28b kann einen ersten Kanal 82, der dazu eingerichtet ist, es der Außenseite des Abdeckelements 28 zu ermöglichen, mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten Oberfläche des Flanschabschnitts 50 in Verbindung zu stehen, und einen zweiten Kanal 84 umfassen, der dazu eingerichtet ist, es der Außenseite des Abdeckelements 28 zu ermöglichen, mit der durch das Abdeckelement 28 abgedeckten äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses 24 in Verbindung zu stehen. In diesem Fall kann das von der Außenseite des Abdeckelements 28 in den ersten oder zweiten Kanal 82, 84 strömende Kühlmittel durch einen zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Spindelgehäuse 24 ausgebildeten Leitungsdurchlass 86 in den jeweils anderen ersten oder zweiten Kanal 82, 84 strömen. Da es diese Ausgestaltung dem Kühlmittel ermöglicht, mit der Oberfläche des Spindelgehäuses 24 in Kontakt zu stehen, kann das Spindelgehäuse 24 direkt gekühlt werden. Somit ist es möglich, die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 zu erhöhen.
In der den Leitungsdurchlass 86 bildenden Wandfläche des Abdeckelements 28 und/oder der den Leitungsdurchlass bildenden Wandfläche des Spindelgehäuses 24 kann eine wendelförmige Nut 88 ausgebildet sein, die sich wendelförmig zu der einen Stirnseite der Spindelwelle 22 erstreckt. Diese Ausgestaltung macht es möglich, die Menge des durch den Leitungsdurchlass 86 strömenden Kühlmittels im Vergleich zu dem Fall, in dem die Nut 88 nicht ausgebildet ist, zu erhöhen und somit die Kühleffizienz in einfacher Weise zu verbessern. Wenn die Nut 88 in der Wandfläche des Spindelgehäuses 24 ausgebildet ist, kann der Kontaktbereich des Kühlmittels mit dem Spindelgehäuse 24 vergrößert werden, um die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 zu erhöhen.
Der erste Kanal 82 kann dazu eingerichtet sein, einen ringförmigen Abschnitt 82a aufzuweisen, der sich umfangsseitig längs des Flanschabschnitts 50 erstreckt. Diese Ausgestaltung kann den im Abdeckelement 28 durch den Strömungsweg 28b eingenommenen Bereich im Vergleich zu dem Fall ohne den ringförmigen Abschnitt 82a vergrößern und es somit möglich machen, die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 zu erhöhen.
Der Strömungsweg 28b kann mehrere Paare des ersten Kanals 82 und des zweiten Kanals 84 umfassen und der Leitungsdurchlass 86, durch den das Kühlmittel strömt, nachdem es in den ersten oder zweiten Kanal 82, 84 jedes Paares geströmt ist, kann durch die mehreren Paare gemeinsam verwendet werden. Bei dieser Ausgestaltung macht es die Bereitstellung mehrerer Paare des ersten Kanals 82 und des zweiten Kanals 84 möglich, den im Abdeckelement 28 durch den Strömungsweg 28b eingenommenen Bereich zu vergrößern und somit die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 zu erhöhen. Außerdem kann die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Leitungsdurchlass 86 strömenden Kühlmittels im Vergleich zu dem Fall, in dem die Leitungsdurchlässe 86 separat bereitgestellt sind, erhöht werden, so dass die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 erhöht werden kann.
Dichtelemente 96, die dazu eingerichtet sind, zu verhindern, dass das Kühlmittel nach draußen strömt, können jeweils zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Spindelgehäuse 24 in einem Abschnitt des Abdeckelements 28, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des ersten Kanals 82, und in einem Abschnitt des Abdeckelements 28 angeordnet sein, der weiter außen positioniert ist als die Öffnung des zweiten Kanals 84. Diese Ausgestaltung macht es möglich, zu verhindern, dass das im Abdeckelement 28 zirkulierende Kühlmittel durch unvorhergesehene Abschnitte entweicht und somit die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 erhöhen.
Der Flanschabschnitt 50 und das Spindelgehäuse 24 können integral ausgebildet sein. Dies verhindert, dass das zwischen dem Abdeckelement 28 und dem Spindelgehäuse 24 strömende Kühlmittel durch den Spalt zwischen dem Flanschabschnitt 50 und dem Spindelgehäuse 24 ausläuft. Somit kann die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 erhöht werden.
Das Kühlmittel kann eine Flüssigkeit sein. In diesem Fall ist es einfacher, die thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu einem Gaskühlmittel zu erhöhen. Somit kann die Kühleffizienz des Spindelgehäuses 24 erhöht 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 2011240428 [0003, 0004]

Claims

Spindelvorrichtung (20), die umfasst: - ein Spindelgehäuse (24), - eine Spindelwelle (22), die dazu eingerichtet ist, im Spindelgehäuse drehbar gelagert zu werden, - ein Drehelement (30), das an einem Ende der Spindelwelle angeordnet und dazu eingerichtet ist, zusammen mit der Drehung der Spindelwelle drehbar zu sein, - eine Spindelhalterung (26), die einen Einsatzhohlraum (26H) aufweist, in den das Spindelgehäuse längs einer Achsenrichtung der Spindelwelle eingesetzt ist, - einen ringförmigen Flanschabschnitt (50), der von einer äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses nach außen vorspringt und dazu eingerichtet ist, an einem Ende der Spindelhalterung lösbar befestigt zu werden, das näher an einer Öffnung des Einsatzhohlraums liegt, - ein Abdeckelement (28), das dazu eingerichtet ist, eine Oberfläche des Flanschabschnitts an einer Stirnseite der Spindelwelle und eine äußere Umfangsfläche des Spindelgehäuses abzudecken, die sich von der Oberfläche des Flanschabschnitts zu der einen Stirnseite der Spindelwelle erstreckt, und - einen Strömungsweg (28b), der im Abdeckelement ausgebildet und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel hindurchströmen zu lassen.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg umfasst: - einen ersten Kanal (82), der dazu eingerichtet ist, es der Außenseite des Abdeckelements zu ermöglichen, mit der durch das Abdeckelement abgedeckten Oberfläche des Flanschabschnitts in Verbindung zu stehen, und - einen zweiten Kanal (84), der dazu eingerichtet ist, es der Außenseite des Abdeckelements zu ermöglichen, mit der durch das Abdeckelement abgedeckten äußeren Umfangsfläche des Spindelgehäuses in Verbindung zu stehen, und - wobei das von der Außenseite des Abdeckelements in den ersten oder zweiten Kanal strömende Kühlmittel durch einen zwischen dem Abdeckelement und dem Spindelgehäuse ausgebildeten Leitungsdurchlass (86) in den jeweils anderen ersten oder zweiten Kanal strömt.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei in einer den Leitungsdurchlass bildenden Wandfläche des Abdeckelements und/oder einer den Leitungsdurchlass bildenden Wandfläche des Spindelgehäuses eine wendelförmige Nut (88) ausgebildet ist, die sich wendelförmig zu der einen Stirnseite der Spindelwelle erstreckt.
Spindelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Kanal dazu eingerichtet ist, einen ringförmigen Abschnitt (82a) aufzuweisen, der sich umfangsseitig längs des Flanschabschnitts erstreckt.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: - der Strömungsweg mehrere Paare des ersten Kanals und des zweiten Kanals umfasst, und - der Leitungsdurchlass, durch den das Kühlmittel strömt, nachdem es in den ersten oder zweiten Kanal jedes Paares geströmt ist, durch die mehreren Paare gemeinsam verwendet wird.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, die ferner umfasst: - Dichtelemente (96), die dazu eingerichtet sind, zu verhindern, dass das Kühlmittel nach draußen strömt und jeweils zwischen dem Abdeckelement und dem Gehäusekörper in einem Abschnitt des Abdeckelements, der weiter außen positioniert ist als eine Öffnung des ersten Kanals, und in einem Abschnitt des Abdeckelements angeordnet sind, der weiter außen positioniert ist als eine Öffnung des zweiten Kanals.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Flanschabschnitt und das Spindelgehäuse integral ausgebildet sind.
Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist.