DE1252038B - Horizontal angeordnete Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

EUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 b

Deutsche Kl.: 49 a-39/02

Nummer: 1 252 038

Aktenzeichen: Sch 34855 I b/49 a

Anmeldetag: 24. März 1964

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine horizontal angeordnete Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, wie Horizontalfräs- und -bohrwerk, die mindestens dreifach im Spindelkasten gelagert und aus diesem unter Mitnahme des rückwärtigen dritten Lagers ausfahrbar ist. Arbeitsspindeln dieser Art lassen sich axial aus dem Spindelkasten ausfahren, beispielsweise um 2000 mm, wenn es sich um große Maschinen handelt. Dieses Herausfahren der Arbeitsspindel verursacht einen beträchtlichen Durchhang der Spindelnase nach unten als Folge des Eigengewichtes. Der Durchhang hängt im wesentlichen von der Steifigkeit der Spindel ab. Handelt es sich um Spindeln mit großem Durchmesser, so werden die Spindeln hohl gebohrt, um das Verhältnis von Steifigkeit zu Eigengewicht günstig zu gestalten.

Die Lagerung der Arbeitsspindel erfolgt in der Regel in drei Lagerstellen, wobei die vordere und mittlere Lagerstelle ortsfest angeordnet sind, während die hintere Lagerstelle, in der sich das Spindelende abstützt, mit der Spindel axial verschoben werden kann. Das Endlager hat bei eingefahrener Spindel in der Regel einen sehr großen Abstand vom mittleren Lager, nähert sich jedoch bei ausgefahrener Spindel dem mittleren Lager und rückt gegebenenfalls bis an das mittlere Lager heran.

Die Biegelinie der Spindel als Folge ihres Eigengewichtes kann in erster Annäherung als Biegelinie eines Balkens auf drei Stützen angesehen werden. Ist die Spindel eingefahren, so hängt sich die Spindel jeweils zwischen den Lagerstellen nach unten durch. Wird die Spindel dagegen ausgefahren, so erfährt die Spindelnase einen starken Durchhang nach unten. Der Durchhang zwischen dem vorderen und mittleren Lager erfährt eine beträchtliche Minderung, während der Durchhang zwischen dem mittleren und hinteren Lager entgegengesetzt, also nach oben gerichtet ist.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei bekannten hohlen Bohrwellen, die zweifach gelagert sind und das Werkzeug axial verschiebbar tragen. Um die auftretende Durchbiegung der Bohrwelle rückgängig zu machen, ist eine bekannte Bohrwelle dieser Art im Bereich ihrer größten Durchbiegung durch das freie Ende des einen Armes eines doppelarmigen Hebels abgestützt, der vom rückwärtigen Ende her in die hohle Bohrwelle etwa bis zur Mitte hineinreicht. Indem der freie Hebelarm des doppelarmigen Hebels durch ein an ihm angreifendes Gewicht die Tendenz hat, nach unten durchzuhängen, hat der andere Arm die entgegengesetzte Tendenz und wirkt mit seinem freien Ende der Durchbiegung der hohlen Bohrwelle entgegen. Die Biegelinie zwischen den beiden Lagern Horizontal angeordnete Arbeitsspindel einer
Werkzeugmaschine

Anmelder:

Schiess Aktiengesellschaft, Düsseldorf-Oberkassel

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Kurt Hertel, Büderich-Meererbusch

der Bohrwelle wird somit im Ergebnis durch ein drittes Stützlager, welches die Bohrwelle von innen her zwischen den beiden äußeren Stützlagern abstützt in dem Sinn verändert, daß eine Durchbiegung nicht auftritt.

Bei einer anderen, in zwei Lagern gelagerten Bohrwelle mit zwischen den Lagern verschiebbar angeordnetem Werkzeug wird die mit der Verschiebung des Werkzeuges und durch das Eigengewicht der Bohrwelle zwischen den Lagern auftretende Durchbiegung dadurch rückgängig gemacht, daß die Bohrwelle beiderseits der äußeren Lager nennenswert verlängert ist und an den freien Enden Gewichte angeordnet sind. Es handelt sich dabei im Prinzip um einen Träger, der sich auf zwei mit Abstand voneinander angeordneten Stützen abstützt, wobei die freien Enden frei auskragend vorgesehen sind. Bei dieser Art der Abstützung macht die Durchbiegung der frei auskragenden Enden nach unten die Durchbiegung der Bohrwelle zwischen den beiden Stützlagern rückgängig. Es wird also der Tatsache Rechnung getragen, daß sich die Biegelinie eines Trägers zwischen zwei Stützen beliebig verändern läßt, wenn der Träger nicht in den Stützen endet, vielmehr über diese mehr oder weniger weit hinausgreift, wobei eine weitere Änderung der Biegelinie dadurch möglich ist, daß zusätzlich an den freien Enden des Trägers nach unten gerichtete Kräfte, vorzugsweise in Form von Gewichten angreifen.

Von diesem statischen Prinzip macht auch der Gegenstand der Erfindung Gebrauch; jedoch liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die baulichen Verhältnisse zu berücksichtigen, wie sie bei einer horizontal angeordneten Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, wie Horizontalfräs- und -bohrwerk,

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gegeben sind, bei der nämlich in der Regel eine mindestens dreifache Lagerung der Arbeitsspindel im Spindelkasten vorgesehen ist und bei deren Ausfahren das rückwärtige dritte Lager mitverfahren wird.

Während es bei den bekannten Bohrwellen darum geht, die Durchbiegung der Bohrwellen zwischen den beiden Festlagern durch eine Veränderung der Biegelinie zu kompensieren, geht es bei einer horizontal angeordneten Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine der erwähnten Art darum, das Durchhängen der Nase der Arbeitsspindel bei deren Ausfahren soweit als möglich aufzuheben bzw. zu reduzieren, ohne dazu Maßnahmen ergreifen zu müssen, welche das Bauprinzip der Werkzeugmaschine durchgreifend verändern würden.

Von diesen Überlegungen ausgehend, besteht die Erfindung darin, daß zur Verminderung des Durchhanges der Spindelnase der Durchhang desjenigen Spindelabschnittes, der sich bei ausgefahrener Spindel zwischen dem vorderen und dem mittleren Lager befindet, durch eine Vergrößerung des Gewichtes dieses Spindelabschnittes im Verhältnis zu den übrigen Spindelabschnitten erhöht ist.

Diese Lösung bedeutet also, daß sich ein Spindelabschnitt mit erhöhtem Gewicht bei eingefahrener Spindel zunächst zwischen dem mittleren und dem hinteren Stützlager befindet und somit zunächst auf die Spindelnase kaum von Einfluß ist, da diese sich praktisch unmittelbar im vorderen Stützlager abstützt. Wird dann die Spindel ausgefahren, so würde im Fall einer Spindel, die über alle Abschnitte gewichtsgleich wäre, ein Durchhängen der Spindelnase nach unten auftreten. Dem wird gemäß der Regel nach der Erfindung dadurch abgeholfen, daß mit dem Ausfahren der Spindel der Abschnitt mit vergrößertem Gewicht zwischen das vordere und mittlere Lager gelangt, so daß in diesem Abschnitt eine erhöhte Durchbiegung auftritt, die zwangläufig zu einer Minderung des Durchhanges der freien Spindelnase führt. Dabei ist von besonderer Bedeutung, daß das rückwärtige dritte Stützlager der Arbeitsspindel die Verschiebung der Arbeitsspindel mitmacht, so daß im Ergebnis bei voll ausgefahrener Arbeitsspindel diese nur zweifach abgestützt ist und der Durchhang der Spindelnase eine entsprechend starke Minderung erfährt, also praktisch aufgehoben ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung kann darin bestehen, daß derjenige Spindelabschnitt einer hohlgebohrten Spindel, der sich bei ausgefahrener Spindel zwischen dem vorderen und mittleren Lager befindet, mit einer Füllung aus schwerem Werkstoff, wie Blei, versehen ist. Es kommt somit in üblicher Weise eine insgesamt hohlgebohrte Spindel zur Anwendung, die lediglich an bestimmter Stelle durch die Füllung eine örtliche Gewichtserhöhung erfahren hat, wobei sich diese Gewichtserhöhung in demjenigen Bereich der Spindel befindet, der bei ausgefahrener Spindel zwischen dem vorderen und mittleren Lager liegt. Demgemäß biegt sich zwischen dem vorderen und mittleren Lager bei ausgefahrener Spindel die Spindel stärker durch, was mit einem Anheben der Spindelnase etwa auf die Höhe der Achse der Lagerstellen verbunden ist.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel einer Arbeitsspindel nach der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Arbeitsspindel, welche dreifach im Spindelkasten gelagert ist, mit Biegelinie, F i g. 2 die Stirnansicht der Arbeitsspindel im Spindelkasten, der seinerseits am Maschinenständer auf- und abwärts verschiebbar gehalten ist,

F i g. 3 die Arbeitsspindel nach F i g. 1 mit Biegelinie bei ausgefahrener Arbeitsspindel, wobei das hintere Lager mit der Spindel gegen das mittlere Lager herangerückt ist,

F i g. 4 eine Arbeitsspindel im Schnitt in einer Ausführungsform nach der Erfindung bei eingefahrener Spindel, mit Biegelinie und

F i g. 5 die Arbeitsspindel nach F i g. 4 in ausgefahrener Stellung mit Biegelinie, wobei das hintere Spindellager gegen das mittlere Lager herangerückt ist.

Wie aus der F i g. 2 zu ersehen ist, ist der Spindelkasten 2 am Ständer 1 lotrecht verschiebbar gehalten. Im Spindelkasten 2 befindet sich die horizontal ausfahrbare Arbeitsspindel 3. Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um eine Bohrspindel. Die Bohrspindel 3 lagert im Spindelkasten in dem vorderen, feststehend angeordneten Lager 4, im gleichfalls feststehend im Spindelkasten 2 angeordneten Lager 5 und in dem horizontal verschiebbaren Lager 6. Die Verschiebbarkeit des Lagers 6 ist durch die Gleitführung 8 des Spindelkastens 2 angedeutet.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zeigt die

Ausbildung und Lagerung einer Arbeitsspindel 3 bekannter Ausbildung. Bei eingefahrener Spindel ergibt sich die in der F i g. 1 gezeigte Biegelinie. Sie läßt erkennen, daß sich die Spindel 3 zwischen den Lagern 4, S und 6 nach unten durchbiegt. Die Spindelnase weist einen entgegengerichteten Durchhang nach oben auf, während das rückwärtige Spindelende gleichfalls nach unten durchhängt.

In der F i g. 3 ist die Arbeitsspindel ausgefahren gezeigt. Es ist diejenige Biegelinie zu ersehen, welche sich ergibt, wenn die Spindel 3 so weit ausgefahren wird, daß das verschiebbare Lager 6 unmittelbar an das mittlere Lager 5 herangeschoben ist. In dieser Stellung erfährt die Spindelnase einen sehr starken Durchhang, während der Durchhang zwischen den Lagern 4 und 5 eine Minderung erfahren hat. Der Durchhang zwischen dem Lager 5 und dem verschiebbaren Lager 6 ist entgegengerichtet, während das rückwärtige Spindelende verstärkt nach unten durchhängt.

Nach den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 4 und 5, welche eine Arbeitsspindel nach der Erfindung zeigen, ist die Spindel 3 hohlgebohrt und weist die Bleifüllung 7 auf, die sich bei eingefahrener Spindel 3 gemäß F i g. 4 zwischen dem mittleren Lager 5 und dem rückwärtigen Lager 6 befindet. Die Bleifüllung 7 bewirkt somit eine Minderung des Durchhanges der Spindel 3 zwischen den Lagern 4 und 5 und eine Erhöhung des Durchhanges der Spindel zwischen den Lagern 5 und 6, führt jedoch zu keiner Änderung des Durchhanges der Spindelnase gegenüber der bekannten Ausführungsform nach Fig. 1. Wird jedoch die Spindel 3 ausgefahren, wobei die Bleifüllung 7 zwisehen das vordere Lager 4 und das mittlere Lager 5 gelangt, wie es die F i g. 5 zeigt, so ergibt sich eine von der F i g. 3 stark abweichende Biegelinie. Der Durchhang der Spindelnase bei ausgefahrener Spindel 3 ist nur noch gering, während der Durchhang der Spindel zwischen den ortsfesten Lagern 4 und 5 eine starke Vergrößerung erfahren hat, die die Ursache der Minderung des Durchhanges der Spindelnase ist. Der Durchhang zwischen den Lagern S und 6

ist ähnlich wie bei F i g. 3 entgegengerichtet, allerdings gleichfalls vergrößert.

Wie ein Vergleich der F i g. 3 und 5 erkennen läßt, ist durch die Anordnung der Bleifüllung 7 in der Spindel 3 in demjenigen Spindel abschnitt, der sich bei ausgefahrener Spindel 3 zwischen den ortsfesten Lagern 4 und 5 befindet, erreicht, daß sich die Spindelnase nur noch geringfügig absenkt, und zwar um ein Maß, welches praktisch völlig unbedeutend ist und die Genauigkeit der Bearbeitung nicht gefährdet, während bei einer Durchbiegung, wie sie bei einer bekannten Spindel gemäß F i g. 3 auftritt, erhebliche Ungenauigkeiten in Kauf genommen werden müssen.

In den Figuren ist jeweils der Durchhang der Biegelinie stark vergrößert gezeigt, um die Unterschiede deutlich zu machen. In der Praxis sind die Durchbiegungen selbstverständlich nur geringfügig. Dies bedeutet aber auch, daß die Abweichung der Spindelnase von der gedachten Spindelachse sowohl in ausgefahrener als auch in eingefahrener Stellung außerordentlich gering ist, wobei es sich in der Praxis um Abweichungen handelt, die sich im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen bewegen, ja sogar eine engere Tolerierung möglich machen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Horizontal angeordnete Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, wie Horizontalfräs- und -bohrwerk, die mindestens dreifach im Spindelkasten gelagert und aus diesem unter Mitnahme des rückwärtigen dritten Lagers ausfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Durchhanges der Spindelnase der Durchhang desjenigen Spindelabschnittes, der sich bei ausgefahrener Spindel (3) zwischen dem vorderen (4) und mittleren (5) Lager befindet, durch eine Vergrößerung des Gewichtes dieses Spindelabschnittes im Verhältnis zu den übrigen Spindelabschnitten erhöht ist.

2. Arbeitsspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Abschnitt einer hohlgebohrten Spindel (3), der sich bei ausgefahrener Spindel zwischen vorderem (4) und mittlerem (5) Lager befindet, mit einer Füllung aus schwerem Werkstoff, wie Blei (7), versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 234 273, 234 069.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 677/216 10.67

Bundesdruckerei Berlin