DE1152870B

DE1152870B - Preloaded lead screw or feed screw on machine tools

Info

Publication number: DE1152870B
Application number: DEW25767A
Authority: DE
Inventors: Walter Staender
Original assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Current assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Priority date: 1959-06-05
Filing date: 1959-06-05
Publication date: 1963-08-14

Description

Vorgespannte Leit- oder Vorschubspindel an Werkzeugmaschinen Die Erfindung betriflt eine Leit- oder Vorschubspindel an WerkzeugmaUhinen, die zwischen zwei mit dem Maschinenbett starr verbundenen Lagerböcken durch eine in Spindellängsrichtung wirkende Kraft vorgespannt ist.Preloaded lead screw or feed screw on machine tools The invention concerns a lead screw or feed screw on machine tools that are between two Bearing blocks rigidly connected to the machine bed by one in the longitudinal direction of the spindle acting force is biased.

Zur Erzielung hoher Steigungsgenauigkeit der Leitspindel ist es bekannt, Korrektureinrichtungen zu benutzen, die eine Winkelverstellung der relativen Lage der Leitspindelmutter bewirken und diese Winkelverstellung von einem, die elastische Dehnung und Torsion und die örtlichen Leitspindelfehler berücksichtigenden Korrekturlineal abgreifen. Solche Einrichtungen gehören zwar zu den theoretisch wirksamsten, sie sind jedoch verhältnismäßig teuer und nicht immer unbedingt erforderlich. Mitunter genügt es, die Steigungsfehler einer Leitspindel nur teilweise zu beseitigen und auf diese Weise die Steigungsfehler innerhalb erträglicher Grenzen zu halten.To achieve high pitch accuracy of the lead screw, it is known To use correction devices that allow an angular adjustment of the relative position cause the lead screw nut and this angular adjustment by one, the elastic Elongation and torsion and the correction ruler taking into account the local lead screw errors tap. Such facilities are theoretically among the most effective, they however, they are relatively expensive and not always essential. Sometimes it is sufficient to only partially eliminate the lead screw pitch errors and in this way to keep the slope errors within tolerable limits.

Bei einer bekannten Einrichtung zur Verbesserung der Steigungsgenauigkeit einer feststehenden Leit-oder Vorschubspindel begnügt man sich damit, die Spindel zwischen zwei mit dem feststehenden Maschinenteil starr verbundenen Lagerböcken nach Art eines vorgespannten Zugankers in die Spindellängsrichtung um ein festes Dehnungsmaß oder nach Art einer vorgespannten Drehstabfeder um ein bestimmtes Winkelmaß vorzuspannen.In a known device for improving the pitch accuracy a stationary lead or feed spindle is content with the spindle between two bearing blocks rigidly connected to the stationary machine part in the manner of a pre-tensioned tie rod in the longitudinal direction of the spindle around a fixed one Expansion measure or in the manner of a pre-tensioned torsion bar spring around a certain angle to pretension.

Die Vorspannung um einen bestimmten Maßbetrag hat den Nachteil, daß geringe Temperaturschwankungen große Änderungen der Vorspannkraft zur Folge haben. Der Grund dafür liegt darin, daß die durch Temperaturschwankungen bedingten Längenänderungen einen erheblichen Prozentsatz des ursprünglichen Dehnungsmaßes erreichenkönnen, so daß die von der Größe des Dehnungsmaßes abhängige Vorspannkraft sehr bedeutenden Änderungen unterworfen ist. Die Vorspannung erfolgt hier also nicht mit einer gleichbleibenden Kraft, so daß die Korrekturwirkung durch die Vorspannung zeitlich nicht konstant ist, sondern mit der Temperatur der Leit- bzw. Vorschubspindel schwankt.The bias by a certain amount has the disadvantage that small temperature fluctuations result in large changes in the preload force. The reason for this is that the changes in length caused by temperature fluctuations can achieve a significant percentage of the original stretch, so that the pre-tensioning force, which is dependent on the size of the expansion, is very significant Is subject to change. The pre-tensioning does not take place here with a constant one Force, so that the correction effect due to the bias is not constant over time but fluctuates with the temperature of the lead screw or feed screw.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, daß durch die Festlegung der Spindel an beiden Enden in Axiallagern die elastischen Verschiebungen in der Nähe der Lager sehr klein sind und in der Mitte der Spindel einen Höchstwert erreichen. Eine Vorspannung um ein festes Dehnungsmaß nach Art eines Zugankers stellt gegen dieses unlineare Verhalten kein wirksames Gegenmittel dar. Vorspannung um ein festes Dehnungsmaß zwischen zwei Axiallagern ist also ein sehr unvollkommenes Mittel gegen Steigungsfehler. Um die durch Temperaturschwankungen verursachten Längenänderungen bei einer nach Art eines Zugankers vorgespannten Leit- oder Vorschubspind'el zu vermeiden, ist es bekannt, die Spindel hohl auszubilden und ein Kühlmittel durch diese hindurchzuleiten, damit die Spindeltemperatur konstant bleibt. Dies bedingt jedoch einen erheblichen maschinellen Aufwand für die Pumpen, die Leitungen, die verschiedenen Anschlüsse, sowie die Einrichtungen zur Konstanthaltung der Temperatur des Kühlmittels.Another disadvantage of this known device is that that by fixing the spindle at both ends in axial bearings, the elastic Displacements near the bearing are very small and in the center of the spindle reach a maximum value. A preload by a fixed amount of elongation according to Art a tie rod is not an effective antidote to this non-linear behavior . Preload by a fixed amount of strain between two axial bearings is therefore a very imperfect remedy for pitch errors. To that due to temperature fluctuations changes in length caused by a guide rod pretensioned in the manner of a tie rod or to avoid feed spindle, it is known to make the spindle hollow and passing a coolant therethrough to keep the spindle temperature constant remain. However, this requires a considerable amount of machinery for the pumps, the lines, the various connections, as well as the devices for keeping them constant the temperature of the coolant.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zur Vermeidung von Längenänderungen nicht erforderlich ist, die Spindeltemperatur konstant zu halten, sondern daß die Vorspannkraft auf eine Weise aufgebracht werden muß, bei der temperaturbedingte Längenänderungen der Spindel auf die Vorspannkraft keinen Einfluß haben. Demgemäß ist bei einer vorgespannten Leit- oder Vorschubspindel der eingangs erwähnten Bauart nach der Erfindung nur ein Spindelende axial festgelegt, und es sind zum Erzeugen der Vorspannkraft am freien Spindelende angreifende Feder-, hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Mittel vorgesehen. Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die Spindel eine Vorspannkraft übertragen, welche auch bei kleinen Längenänderungen der Spindel infolge Betriebsbeanspruchungen oder Temperaturschwankungen im wesentlichen konstant bleibt.The invention is based on the knowledge that it is to avoid Changes in length are not required to keep the spindle temperature constant, but that the biasing force must be applied in a way in which temperature-related Changes in length of the spindle have no influence on the preload force. Accordingly is of the type mentioned at the beginning with a preloaded lead screw or feed screw according to the invention only one spindle end axially fixed, and there are to generate the preload force acting on the free end of the spindle, spring, hydraulic, pneumatic or electromagnetic means provided. In this arrangement according to the invention a pre-tensioning force is transmitted to the spindle, which also applies to small changes in length the spindle as a result of operational stresses or temperature fluctuations remains constant.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt. also darin, daß Temperaturschwankungen keinen Einfluß auf die Fehlerkorrektur haben, da die Vorspannkraft praktisch konstant bleibt. Da außerdem nur ein axiales Festlager vorhanden ist, besitzt die Spindel ein lineares Dehnungsverhalten, das wesentlich günstiger ist als das unlineare Verhalten einer in zwei axialen Festlagern eingespannten Spindel.A major advantage of the invention is. so in that temperature fluctuations no influence have to correct the error as the preload force remains practically constant. Since there is also only one axial fixed bearing, the spindle has a linear expansion behavior, which is much cheaper than the non-linear behavior of a spindle clamped in two axial fixed bearings.

Die meisten einigermaßen sorgfältig bearbeiteten Leitspindeln besitzen eine Fehlercharakteristik, die man etwa in der Weise definieren kann, daß die Steigung im ganzen in irgendeinem Richtungssinn linear etwas von der Sollgröße abweicht und daß sich dieser linearen Abweichung ein mehr oder weniger wellenförmiger Verlauf von örtlichen kleineren Steigungsfehlern überlagert. Da die elastischen Dehnungen und Torsionen ebenfalls linear verlaufen, kann man beiden Fehlern mit den gleichen Mitteln begegnen. Die Erfindung erlaubt es nun, die Hauptcharakteristik einer steigenden oder fallenden Fehlerkurve zu eliminieren, und .es verbleiben nur noch die verhältnismäßig unbedeutenden und im Rahmen des Zulässigen liegenden kleineren Steigungsfehler. Durch geeignete Einstellung der gleichbleibenden Vorspannkraft gelingt es, eine im ganzen etwas zu lang oder zu kurz produzierende Leitspindel auf die richtige Länge zurückzuführen, wodurch sich eine bedeutende Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit ergibt.Most have reasonably well machined lead screws an error characteristic that can be defined in such a way that the slope on the whole deviates linearly from the nominal size in any sense of direction and that this linear deviation has a more or less undulating course superimposed by local smaller pitch errors. Because the elastic stretches and torsions are also linear, one can find both errors with the same Encounter means. The invention now allows the main characteristic of an increasing or the falling error curve, and only the proportional ones remain insignificant and within the scope of the permissible smaller pitch error. By suitable adjustment of the constant pretensioning force, it is possible to achieve a on the whole a bit too long or too short producing lead screw on the right one This leads to a significant increase in machining accuracy results.

In. der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Leit- oder Vorschubspindel mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer gleichbleibenden Vorspannung durch Federbelastung, Fig.2 einen senkrechten Längsschnitt durch die Einrichtung zur Erzeugung der Vorspannung entsprechend der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung zur Erzielung einer konstanten Vorspannkraft.In. The drawing shows exemplary embodiments of the invention. 1 shows a lead screw or feed screw according to the invention with a device for generating a constant preload by spring loading, Fig.2 a vertical longitudinal section through the device for generating the prestress accordingly the line II-II in Fig. 1, Fig. 3 is a longitudinal section through a hydraulic or pneumatic device to achieve a constant pre-tensioning force.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Leit- oder Vorschub-Spindel, die über eine Mutter 2 einen Support 3 treibt. Die Spindel 1 ist an einem Ende im Axiallager 4 gegen Axialverschiebungen festgelegt. Am anderen freien Ende 1 a ist die Spindel l in einem Radial lager 5 gelagert, so daß sie sich gegenüber dem Festlager 4 frei ausdehnen oder zusammenziehen kann. An dem freien Ende 1 a der Spindel 1 greift eine auf einen gleichbleibenden Wert einstellbare Zug- oder Druckkraft an.In Fig. 1, 1 denotes a lead or feed spindle, which over a mother 2 drives a support 3. The spindle 1 is at one end in the axial bearing 4 set against axial displacement. At the other free end 1 a is the spindle l stored in a radial bearing 5 so that it is free from the fixed bearing 4 can expand or contract. At the free end 1 a of the spindle 1 engages a tensile or compressive force that can be set to a constant value.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestelltenAusführungsbeispiel wird die gleichbleibende Zug- oder Druckkraft durch Federbelastung erzeugt. Zu diesem Zweck ist in das freie Spindelende 1 a ein schraubenbolzenartiger Fortsatz 6 eingeschraubt. Dieser Fortsatz 6 ragt in ein zweckmäßigerweise zylindrisches Gehäuse 7 durch eine Bohrung B hinein. Das Gehäuse ist mittels einesSchraubstückes 9 mit demMaschinenbett 10 verbunden. Auf dem Schraubstück 9 angebrachte Stellmuttern 11 ermöglichen eine Verschiebung des Gehäuses 7 in Längsrichtung der Spindel 1.In the embodiment shown in Figs. 1 and 2, the constant tensile or compressive force generated by spring loading. To this end a screw bolt-like extension 6 is screwed into the free spindle end 1 a. This extension 6 protrudes into an expediently cylindrical housing 7 through a Bore into it. The housing is connected to the machine bed by means of a screw piece 9 10 connected. On the screw 9 attached adjusting nuts 11 allow a Displacement of the housing 7 in the longitudinal direction of the spindle 1.

Im Inneren des Gehäuses 7 sind Druckfedern 12a und 12b beiderseits eines am Fortsatz 6 axial unverschiebbar angebrachten Axialkugellagers 13 angeordnet. Die axiale Unverschiebbarkeit des Lagers 13 wird durch eine Abstandsbüchse 14, die das Lager 13 1 gegen den Kopf des schraubenbolzenförmigen Fortsatzes drückt, gewährleistet. Die Federn 12a und 12 b können Schraubendruckfedem oder auch Tellerfedern od. dgl. sein. Je nachdem, wie das Gehäuse 7 mit Hilfe der Stellmuttern 11 eingestellt ist, überwiegt die Kraft einer der beiden Federn 12 a und 12 b. Ist etwa das Gehäuse 7 in Fig. 2 weit nach links verstellt, dann ist dieFeder 12 b stark zusammengedrückt, während die Feder 12a vergleichsweise gering zusammengepreßt ist, so daß die Kraft der Feder 12 b überwiegt und auf die Spindel 1 über dem Fortsatz 6 eine Druckkraft wirkt. Umgekehrt kommt bei Verschiebung des Gehäuses 7 in Fig. 2 nach rechts die Kraft der Feder 12a zum Überwiegen, so daß auf die Spindel l eine Zugkraft einwirkt. Diese Zug- bzw. Druckkräfte sind von Temperaturschwankungen praktisch unabhängig, da die Federcharakteristik jederzeit so gewählt werden kann, daß die durch Temperaturschwankungen bedingten Längenänderungen der Spindel l nur minimale Änderungen der Vorspannkraft verursache.Inside the housing 7 there are compression springs 12a and 12b on both sides arranged on the extension 6 axially immovable axial ball bearing 13. The axial immovability of the bearing 13 is ensured by a spacer sleeve 14 which the bearing 13 1 presses against the head of the screw-bolt-shaped extension is guaranteed. The springs 12a and 12b can od helical compression springs or disc springs. be. Depending on how the housing 7 is set with the aid of the adjusting nuts 11, outweighs the force of one of the two springs 12 a and 12 b. Is about the case 7 moved far to the left in Fig. 2, then the spring 12b is strongly compressed, while the spring 12a is compressed comparatively slightly, so that the force the spring 12 b predominates and a compressive force acts on the spindle 1 via the extension 6 works. Conversely, when the housing 7 is moved to the right in FIG. 2, the Force of the spring 12a to predominate, so that a tensile force acts on the spindle l. These tensile and compressive forces are practically independent of temperature fluctuations, because the spring characteristic can be chosen at any time in such a way that it is affected by temperature fluctuations Due to changes in length of the spindle l only minimal changes in the preload force cause.

In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Einrichtung gezeigt, bei der die gleichbleibende Vorspannkraft durch hydraulische oder pneumatische Mittel erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist in das freie Spindelende 1 a ein, Fortsatz 15 eingeschraubt. Dieser Fortsatz ragt in einen in einem mit dem Maschinenbett fest verbundenen Teil 16 angeordneten Zylinder 17 durch eine Bohrung 18 hinein. Der Fortsatz 15 trägt etwa in seiner Mitte und etwa in der Mitte des Zylinders 17 einen Kolben 19, der im Zylinder 17 gleiten kann. Der Zylinder 17 ist an dem der Bohrung 18 gegenüberliegenden Ende durch eine Platte 20, die zur Lagerung des dem Spindelende 1 a abgewandten Ende des Fortsatzes 15 eine Stopfbüchse 21 besitzt, verschlossen. An beiden Enden des Zylinders 17 münden Bohrungen 22 a bzw. 22 b. Durch diese Bohrungen kann ein flüssiges oder gasförmiges Druckmittel zu- bzw. abgeführt werden. Der Kolben 19 kann auf diese Weise beidseitig beaufschlagt werden, so daß wahlweise entweder Zug-oder Druckkräfte auf die Spindel t ausgeübt werden. Die Drücke in den beiderseits des Kolbens 19 liegenden Zylinderkammern können durch Druckbegrenzungsventile od. dgl. auf beliebige Werte eingestellt werden. Diese Werte bleiben auch bei durch Temperaturschwankungen bedingten kleinen Längenänderungen der Spindel 1 konstant.In Fig. 3 a longitudinal section is shown through a device in which the constant pretensioning force is generated by hydraulic or pneumatic means. For this purpose, an extension 15 is screwed into the free spindle end 1 a. This extension protrudes into a cylinder 17 arranged in a part 16 firmly connected to the machine bed through a bore 18. The extension 15 carries a piston 19, which can slide in the cylinder 17, approximately in its center and approximately in the center of the cylinder 17. The cylinder 17 is closed at the end opposite the bore 18 by a plate 20 which has a stuffing box 21 for mounting the end of the extension 15 facing away from the spindle end 1a. Bores 22 a and 22 b open at both ends of the cylinder 17. A liquid or gaseous pressure medium can be supplied or discharged through these bores. In this way, the piston 19 can be acted upon on both sides, so that either tensile or compressive forces can be exerted on the spindle t. The pressures in the cylinder chambers lying on both sides of the piston 19 can be set to any values by means of pressure limiting valves or the like. These values remain constant even with small changes in length of the spindle 1 caused by temperature fluctuations.

Zweckmäßigerweise wird an dem die Vorspannkraft aufbringenden Organ eine Skala angebracht, auf der die Größe der Vorspannung ablesbar ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wäre eine solche Skala etwa an einer der Stellmuttern 11 anzubringen. Bei Erzeugung der Vorspannkraft durch hydraulische oder pneumatische Mittel könnte die Anzeige mit Hilfe eines Manometers, der entsprechend geeicht ist, erfolgen.Appropriately, on the organ applying the pretensioning force attached a scale on which the size of the preload can be read. The in Fig. 1 illustrated embodiment would be such a scale on one of the Adjusting nuts 11 to be attached. When generating the pre-tensioning force by hydraulic or pneumatic means could display using a pressure gauge which is appropriately is calibrated.

Durch die Erfindung wird eine vorgespannte Leit-bzw. Vorschubspindel geschaffen, bei der die Korrektur der Steigungsfehler praktisch unabhängig ist von den unvermeidlichen Temperaturschwankungen und die daher eine äußerst genaue Bearbeitung der Werkstücke gestattet.The invention provides a prestressed guide or. Feed screw created in which the correction of the slope error is practically independent of the inevitable temperature fluctuations and therefore extremely precise machining of the workpieces.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Lead screw or feed screw on machine tools, between two bearing blocks rigidly connected to the machine bed by a force acting in the longitudinal direction of the spindle is preloaded, characterized in that that a spindle end is axially fixed and for Generating the pre-tensioning force at the other, free spindle end acting spring, hydraulic, pneumatic or electromagnetic means are provided.

2. lead screw according to claim 1, characterized by two axially acting on the lead screw (1) in opposite directions Compression springs (12 a, 12 b) which are connected to a machine bed (10) Support part (7), this part being adjustable in the longitudinal direction of the lead screw is.

3. Lead screw according to claim 1 and 2, characterized in that the compression springs (12) are arranged on both sides of an axially immovably mounted axial ball bearing (13) on both sides of the free lead screw end (1 a) and are located in an expediently cylindrical housing (7) which by means of an extension (9) provided with a thread and adjusting nuts (11) arranged thereon in the longitudinal direction of the lead screw relative to the machine bed.

4. lead screw according to claim 1, characterized in that the serving to generate the constant pretensioning force, hydraulic or pneumatic means from a firmly attached to the machine bed Cylinder (17) exist in which a piston rod (18) with the free lead screw end (1 a) connected piston (19) slides, optionally on both sides through a liquid or gaseous pressure medium is resilient.

5. lead screw according to claim 1, characterized in that to correct the local pitch errors of the lead screw Means are provided which depend on the constant pretensioning force the position and size of the defects along the spindle, additional tensile or compressive forces overlay.

6. lead screw according to claim 1, characterized in that the size the preload can be read on a scale on which the preload force is applied Organ is attached. Publications considered: German Patent Specifications No. 1036 604, 1022 075, 900 322; British Patent No. 750 046.