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Spindellagerung Die Erfindung betrifft eine Spindellagerung für Drehbänke,
insbesondere Schwerdrehbänke, bei der drei oder mehr Lagerstellen für die Spindel
vorgesehen sind.
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Werkzeugmaschinenspindeln, z. B. Hauptspindeln von Drehbänken, unterliegen
zahlreichen Belastungen, die die Spindel durchzubiegen bzw. aus ihrer Lage zu bringen
suchen. Diese Belastungen werden durch das Werkstückgewicht, durch die Schnittkräfte,
durch eine an der Spindel angebrachte Werkstückaufnahme sowie durch sonstige bei
der Bearbeitung auftretende Einflüsse, z. B. Unwuchten, hervorgerufen. Infolge solcher
Belastungen auftretende Verformungen der Spindel wirken sich nachteilig auf die
Genauigkeit der Bearbeitung aus und können außerdem zu Schädigungen der Spindellager,
beispielsweise durch Kantenpressung, führen. Bei Spindellagerungen ist eine spezielle,
als Kugel-Gleitlagerung ausgeführte Lagerbauform bekannt, die es gestattet, die
Gefahr einer Kantenpressung weitgehend zu mindern, die sich aber wegen ihres Aufbaues
nur für besondere Fälle eignet und in ihren Einsatzmöglichkeiten sehr begrenzt ist.
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Bei einer nicht vorbekannten Spindellagerung für Werkzeugmaschinen
mit drei oder mehr Lagerstellen ist eine der innenliegenden Lagerstellen verstellbar
ausgebildet, um die Spindelverformung zu beeinflussen bzw. die Spindel auszurichten.
Mit der Erfindung soll nun ein weiterer Weg angegeben werden, um die eingangs genannten
nachteiligen Erscheinungen zu vermeiden und die Spindel auch bei großen auf sie
wirkenden Kräften in der richtigen Lage zu halten.
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Gemäß der Erfindung ist eine der Lagerstellen durch eine vor dem Hauptlager
der Spindel zur Werkstückseite hin angeordnete, an der Spindel oder an einem mit
ihr verbundenen Teil angreifende einstellbare Abstützung gebildet. Auf diese Weise
werden die vom Werkstück oder von einer Werkstückaufnahme auf die Spindel an ihrem
vorderen Ende ausgeübten, die Spindel durchzubiegen oder zu verlagern suchenden
Kräfte unmittelbar aufgenommen, d. h., es wird an der günstigsten Stelle eine Gegenkraft
oder ein Gegenmoment aufgebracht, so daß die Spindel in der zur Erzielung einer
genauen Bearbeitung erforderlichen Lage gehalten wird. Je nach Art der Maschine
bzw. je nach dem Bedarfsfall kann dabei die Abstützung an der Spindel selbst oder
an einem zum Spindelsystem gehörenden Teil angreifen, z. B. an der mit der Spindel
verbundenen Werkstückaufnahme, etwa einer Planscheibe.
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Zweckmäßig weist die Abstützung mehrere in Umfangsrichtung zueinander
versetzte Angriffsstellen auf. So lassen sich z. B. zwei beiderseits einer senkrechten,
durch die Drehachse gelegten Längsmittelebene angeordnete Angriffsstellen vorsehen,
wenn es sich in erster Linie darum handelt, Gewichtsbelastungen abzufangen, d. h.,
wenn das Gewicht des Werkstückes und/oder der Werkstückaufnahme andere Belastungen
überwiegt. Je nach dem Bedarfsfall können aber bei der Abstützung auch noch weitere
Angriffsstellen vorgesehen sein, um beispielsweise Fliehkräfte bei exzentrisch gespannten
oder unwuchtigen Werkstücken aufzunehmen oder um einer in bestimmter Richtung besonders
großen Schnittkraftkomponente entgegenzuwirken. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen
gestatten es, die Spindel auch bei sehr unterschiedlichen Belastungen durchbiegungsfrei
zu halten und die Spindellagerung, insbesondere das Hauptlager, in vorteilhafter
Weise zu entlasten.
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Die Abstützkraft muß nach Richtung und Größe je nach den Erfordernissen
einstellbar sein. Die Erfindung sieht insbesondere vor, daß die Abstützkraft in
Abhängigkeit von den Spindelbelastungen bzw. deren Auswirkungen auf die Spindel
selbsttätig einstellbar ist. Damit ist auch bei Änderung der Belastungsverhältnisse
immer die richtige Lage der Spindel gewährleistet, ohne daß es dazu besonderer Eingriffe
oder Einwirkungen von außen bedarf.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Abstützkraft in
Abhängigkeit von dem in einer oder mehreren an der Spindel oder deren Hauptlager
vorgesehenen flüssigkeitsbeaufschlagten Kammern bzw. bei Vorhandensein eines hydrostatischen
Hauptlagers von dem an einer oder mehreren Stellen desselben herrschenden Druck
regelbar. Eine solche Regelung ist sehr feinfühlig, da bereits eine verhältnismäßig
kleine Belastung oder eine geringe
anfängliche Durchbiegung der
Spindel zu einem Druckanstieg führt, der ein schnelles und sicheres Ansprechen der
hiervon beeinflußten Regeleinrichtung gewährleistet.
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Besonders vorteilhaft wird die Abstützung als hydrostatisches Stützlager
ausgebildet, obgleich im Rahmen der Erfindung auch noch andere Möglichkeiten bestehen,
wie etwa die Anordnung von unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines Druckmediums,
an der Spindel oder einem mit ihr verbundenen Teil angreifenden Elementen, die z.
B. mittels Verstell- oder Antriebsvorrichtungen gesteuert oder geregelt anstellbar
sein können.
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Eine hydrostatische Abstützung zeichnet sich durch eine Reihe vorteilhafter
Eigenschaften aus, die gerade auch bei einer Werkzeugmaschine von Bedeutung sind,
nämlich Vollschmierung, nur flüssige Reibung auch beim An- und Auslauf, geringe
Leerlaufleistung, Unabhängigkeit von Lagerwerkstoffen, verhältnismäßig kleine Abmessungen.
Auch gestaltet sich die Regelung der Abstützkraft gemäß der Erfindung hierbei sehr
einfach. Zur Speisung des hydrostatischen Stützlagers bzw. seiner einzelnen Lagerstellen
wird vorteilhaft eine Pumpe mit veränderbarer Fördermenge, z, B. eine Axialkolbenpumpe,
verwendet, wobei deren Verstellung in verschiedener Weise erfolgen kann, beispielsweise
durch einen Getriebemotor od. dgl., der in Abhängigkeit von dem in einer oder mehreren
Kammern des Hauptlagers der Spindel herrschenden Druck geschaltet wird, oder auch
mittels eines Verstellzylinders, der unmittelbar mit entsprechenden Kammern des
Hauptlagers in Verbindung steht bzw. in Abhängigkeit von dem in diesen herrschenden
Druck beaufschlagt wird.
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Die Erfindung ist besonders für die Hauptspindel einer Drehbank geeignet.
Sie läßt sich jedoch auch bei anderen Werkzeugmaschinenspindeln in ähnlichen Fällen
mit Vorteil anwenden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es zeigt A b b. 1 eine hydrostatisch gelagerte Hauptspindel einer Drehbank mit Planscheibe
im Längsschnitt, entsprechend der Linie I-I in A b b. 2, A b b. 2 einen Schnitt
nach der Linie II=II in A b b.1, A b b. 3 eine schematische Darstellung der Ab,
Stützung mit Regeleinrichtung.
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Die in A b b. 1 dargestellte Hauptspindel 1 einer Drehbank weist ein
hydrostatisches Hauptlager 2 und ein ebenfalls hydrostatisches Schwanzlager 3 auf.
Auf der Spindelnase ist in bekannter Weise eine Planscheibe 4 mit Zahnkranz 5 befestigt.
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Erfindungsgemäß ist vor dem Hauptlager 2 der Spindel 1 zur Werkstückseite
hin eine Abstützung vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführung als hydrostatisches
Stützlager 6 mit zwei Lagerstellen 7 ausgebildet ist, welche von der senkrechten,
durch die Drehachse gelegten Längsmittelebene in Umfangsrichtung nach beiden Seiten
hin jeweils um den Winkel a versetzt sind. Der Winkel cx kann beispielsweise 30°
betragen. Diese hydrostatische Abstützung greift bei dem Ausführungsbeispiel am
Umfang der Planscheibe 4 an, so daß sowohl das Gewicht der Planscheibe als
auch die von einem nicht gezeigten, mit Hilfe der Planscheibe eingespannten Werkstück
auf das Spindelsystem ausgeübten Kräfte an der günstigsten Stelle aufgenommen werden.
Anstatt an einer Planscheibe kann die Abstützung 6 je nach dem Bedarfsfall auch
an einer anderen Werkstückaufnahme oder an der Spindel selbst vorgesehen werden.
Die Druckflüssigkeitszufuhr zu den Druckkammern oder Taschen 7a der hydrostatischen
Abstützung 6 ist durch Pfeile angedeutet.
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Eine Ausführung einer zur Regelung, also zur selbsttätigen Einstellung
der Abstützkraft dienenden Einrichtung ist in A b b. 3 schematisch dargestellt.
Das hydrostatische Hauptlager 2 der Spindel 1 weist sechs Druckkammern oder Taschen
2 a bis 2 f auf, von denen jede gesondert durch eine nicht gezeigte
Pumpe mit konstanter Fördermenge gespeist wird, wie durch Pfeile angedeutet ist.
Von der Zuführungsleitung 8 zur obersten Tasche 2a und der Zuführungsleitung 9 zur
untersten, in Durchmesserrichtung gegenüberliegende Tasche 2d führt jeweils eine
Abzweigleitung 8 a bzw. 9 a zu den Enden eines Zylinders 10, in dem sich ein fliegender
Kolben 11 befindet. Auf die eine Stirnfläche dieses Kolbens wirkt also Flüssigkeit
mit dem in der Tasche 2a herrschenden Druck und auf die andere Stirnfläche Flüssigkeit
mit dem in der Tasche 2 d vorhandenen Druck. Der Kolben 11 dient zur Betätigung
zweier Schalter 13 und 14, wie durch einen an dem Kolben 11 befestigten Arm 12 angedeutet
ist. Der Schalter 13 wird betätigt, wenn sich der Kolben 11 in A b b. 3 nach oben
bewegt, und der Schalter 14, wenn der Kolben eine Verschiebung nach unten erfährt.
Beim Schließen des einen oder anderen der beiden Schalter wird ein Motor 15 mit
Stellgetriebe 16 in der einen oder anderen Richtung in Gang gesetzt. Dadurch erfolgt
ein Verschieben eines Kabelzuges 17 od. dgl. ebenfalls in der einen oder anderen
Richtung. Der Kabelzug 17 ist mit dem Schwenkrahmen 18 a einer bekannten,
durch einen Motor 19
angetriebenen Axialkolbenpumpe 18 verbunden, die über
eine Leitung 20 aus einem Behälter 21 Flüssigkeit ansaugt und diese über eine sich
verzweigende Leitung 22 zu den beiden Taschen oder Druckkammern 7a der hydrostatischen
Abstützung 6 fördert.
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Wie nach dem vorstehend Erläuterten ohne weiteres verständlich ist,
wirkt die Regelung in dem Sinne, daß bei erhöhter Belastung der Spindel 1, z. B.
durch ein schweres Werkstück, die durch die hydrostatische Abstützung 6 aufgebrachte
Gegenkraft größer wird, und umgekehrt; denn eine Belastung der Spindel durch das
Werkstückgewicht oder durch am Werkstück angreifende Kräfte führt dazu, daß der
Druck in der Tasche 2 d anwächst und größer wird als der Druck in der gegenüberliegenden
Tasche 2a. Dies hat zur Folge, daß sich der Kolben 11 im Zylinder
10 nach oben bewegt und dabei den Schalter 13 schließt. Dadurch wird die
Verstelleinrichtung 15, 16, 17 für den Schwenkrahmen 18 a der Axialkolbenpumpe 18
in dem Sinne betätigt, daß die Fördermenge der Pumpe größer wird, wodurch sich entsprechend
der von der hydrostatischen Abstützung 6 ausgeübte Druck erhöht, bis das Spindelsystem
sich in dem gewünschten Zustand befindet und das Hauptlager 2 entlastet ist, wobei
dann gleichzeitig auch die Druckdifferenz zwischen den Taschen 2 a und
2 d aufgehoben bzw. so klein geworden ist, daß der Kolben 11 wieder in seine
Mittellage im Zylinder 10 zurückkehrt und keine Verstellung des Schwenkrahmens
18a der Pumpe 18
mehr stattfindet. Entsprechend verläuft der Vorgang
in umgekehrter Richtung bei Entlastung bzw. bei nach oben gerichteten Kräften. Diese
druckabhängige Regelung arbeitet sehr schnell und gewährleistet in jedem Fall die
richtige Spindellage. Dies gilt allgemein nicht nur für eine Belastung der Spindel
allein vom Werkstück her oder durch eine Planscheibe od. dgl., sondern beispielsweise
auch für den Fall, daß sich beim Warmlaufen des Spindelsystems nach dem anfänglichen
Inbetriebsetzen der Maschine einzelne Teile mehr ausdehnen als andere und dadurch
erhöhte Drücke in einzelnen Taschen bzw. Druckdifferenzen zwischen zwei Taschen
auftreten, die zum Ansprechen der Regeleinrichtung führen.
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An Stelle der dargestellten und beschriebenen Einrichtung lassen sich
auch andere Mittel zur Regelung der Abstützwirkung vorsehen. So kann beispielsweise
der in einer oder mehreren Taschen des hydrostatischen Hauptlagers 2 wirkende Druck
unmittelbar zur Verstellung der Fördermenge einer Pumpe bei hydrostatischer Abstützung
oder zum Antrieb einer Verstelleinrichtung bei ohne Druckmedium arbeitender Abstützung
herangezogen werden, etwa mit Hilfe eines an die betreffende Tasche bzw. Taschen
angeschlossenen Verstellzylinders.
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Auch wenn die Spindel selbst nicht hydrostatisch, sondern beispielsweise
in Wälzlagern gelagert ist, läßt sich eine druckabhängige Regelung vorsehen. Es
werden dann z. B. gesondert von den Wälzlagern druckmittelbeaufschlagte Kammern
oder mit einem Druckmedium gefüllte Kissen od. dgl. an der Spindel zugewandten Stellen
vorgesehen, wobei dann die sich in diesen bei auftretender Spindelbelastung ergebende
Druckänderung zur Regelung benutzt wird.
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Abweichend von dem Ausführungsbeispiel kann ferner die Regelung der
Abstützkraft auch noch in anderen Richtungen als in der hier angegebenen bzw. zusätzlich
dazu in weiteren Richtungen erfolgen, um beispielsweise besondere Schnittkraftbelastungen
od. dgl. aufzunehmen. Es läßt sich eine Abstützung an mehreren in Umfangsrichtung
zueinander versetzten Stellen vorsehen, und es kann dabei die Regelung der Abstützkraft
an diesen einzelnen Stellen gemeinsam oder unabhängig voneinander vorgenommen werden.