DE1652053A1

DE1652053A1 - Verbesserte Werkzeugspindel bei Rotationsflaechen-Schleifmaschinen

Info

Publication number: DE1652053A1
Application number: DE19671652053
Authority: DE
Inventors: Jacobson Alden H
Original assignee: Heald Machine Co
Current assignee: Heald Machine Co
Priority date: 1966-03-14
Filing date: 1967-03-13
Publication date: 1971-03-11
Also published as: US3382739A; GB1170163A

Description

PATENTINGENIEURE F.W. HEMM EN CH · G E R D M D L L E R · D. G R O S S E DDSS ELDO R F 10 · HOMBERGER STRASSE 5 1 0. ύ .

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The Heald Machine Comp. - Worcester, Mass. USA

Verbesserte Werkzeugspindel bei Rotationsflächen-Schleifmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine sowie spezieller eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Rotationsfläche durch Drehung einer werkzeugtragenden Spindel innerhalb eines Werkstückes.

Bei der Bearbeitung von Bohrungen und ähnlichem ist es oftmals notwendig, eine Rotationsfläche mittels eines Einpunktwerkzeuges zu erzeugen, das am Ende einer freitragenden Spindel befestigt ist. Besonders in Fällen, in denen die Bohrung lang und eng ist,·muß die Spindel notwendigerweise relativ dünn sein und unterliegt daher einer gewissen Durchbiegung. Schwierigkeiten treten erfahrungsgemäß da auf, wo die Spindel selbst gedreht wird, während das Werkstück ortsfest angeordnet ist. In solch einem Falle muß die Spindel in Lager geführt werden und das Lager liegt wegen der Natur der tiefen Bohrung notwendigerweise in beträchtlichem Abstand vom Werkzeug, so daß die Durchbiegewirkung ganz besonders auftritt. Ferner verursacht die dünne freitragende Form der Spindel gewissen Vibrationen, wobei die Durchbiegung und die Vibrationen einen schlechten Oberflächenfinish und Ungenauigkeiten in der räumlichen Ausbildung der Oberfläche zustande bringen. Diese und andere Schwierigkeiten, die bei den bisher bekannten Vorrichtungen auftraten, sind in neuartiger Weise durch die vorliegende Erfindung ausgeschaltet worden.

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Es ist daher ein herausragendes Ziel der Erfindung, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei der eine dünne rotierende . Spindel so abgestützt ist, daß sie nur einer relativ geringfügigen Durchbiegung unterliegt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug an einer dünnen freitragenden Spindel befestigt ist und bei der eine ausgezeichnete Qualität im Oberflächenfinish und in der räumlichen Ausbildung sichergestellt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer steifen Spindel für eine Werkzeugmaschine, wobei die Spindelkonstruktion relativ einfach zu fertigen ist, unempfindlich ist und daher eine lange Lebensdauer mit einem Minimum an Wartung aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Werkzeugmaschine, bei der die Spindel einen Lagersupport besitzt, der dicht an der Stelle angeordnet ist, an der das Werkzeug montiert ist, wobei eine neuartige Vorrichtung für die Versorgung der Lage*r mit Schmiermittel vorhanden ist.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Werkzeugmaschine, die eine Spindel besitzt, bei der das freie Ende der Spinael durch ein hydro-dynamisches Lager abgestützt ist.

Mit diesen und anderen Fachleuten bekannten Zielen im Auge, beruht die Erfindung in einer Kombination von Teilen, die in der Spezifikation festgelegt und in den"anliegenden Ansprüchen erfasst sind.

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Der Charakter der Erfindung dürfte jedoch am besten verstanden werden unter JHinweis auf eine ihrer Ausbildungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist.

Figur 1 ist eine Seitenaufrißdarstellung einer Werkzeugmaschine welche die Prinzipien der Erfindung verkörpert.

Figur 2 ist eine vordere Aufrißdarstellung des Werkzeuges.

Figur 3 ist eine Schnittuarstellung des Werkzeugs in der Ebene III - III der Figur 2.

Figur 4 ist ein Querschnitt des Werkzeuges in der Ebene IV - IV der Figur 5

Figur 5 ist eine Schnittdarstellung der Erfindung in der Ebene V-V der Figur 3.

Figur 6 ist ein vergrösserter Teil der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung.

Es wird zunächst Bezug genommen auf Figur 1 una 2 in denen die allgemeinen Merkmale der Erfindung am besten dargestellt sind. Die allgemein mit der Referenz-Nummer 10 gekennzeichnete Werkzeugmaschine ist mit einem Werkzeugsupport 11 versehen, in welchem eine Hülse 12 montiert ist. Drehbar in der Hülse befindet sich eine Spindel 13, die an einem Ende (ausserhalb der Hüise 12) ein Einpunktwerkzeug 14 besitzt. Am anderen Ende, das von der anderen Seite des Supports 11 verläuft, liegt ein Antriebsrad 20. Ebenso montiert in Support 11 parallel zur Hülse und in der gleichen horizontalen Ebene befindet sich eine Hülse 15, die eine Spindel 16 und ein Werkzeug 17 besitzt. Unterhalb der Hülse 12 und der Hülse 15 befindet sich eine dritte Hülse 18, in welcher eine Spindel 19 mit einem Werkzeug 21 gelagert ist.

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Wie aus Figur 1 und 2 klar ersichtlich ist, sind die drei Hülsen-dicht zueinander so gruppiert, daß sie einen Dreieckssatz aus drei Spindeln und Werkzeugen bilden.

Der Support 11 ist an einer Werkzeugmaschinenbasis 22 verschraubt und trägt an seiner oberen Oberfläche einen Behälter 23, der eine Flüssigkeit enthält, welche durch einen röhrenförmigen Stützpfosten 24 in einen Verzweigungsblock 25 läuft, der am Oberteil des Gehäuses 11 verschraubt ist.

Figur 3 zeigt Einzelheiten der Hülse 15 und ihrer Spindel 16 und zeig: das Werkzeug 17, das eine Oberfläche 26 eines Werkstücks 27 fertig bearbeitet. Die Spindel 16 besteht aus einem aus einem Stück bestehenden Innenteil 28 und einem kürzeren Aussenteil 29. Der Innenteil 28 verläuft nach hinten vom Support 11 und ist mit einer "Antriebsscheibe 31 versehen. Eine Bohrung oder Durchgang 32 verläuft in Längsrichtung durch den Innenteil 28 und ist blockiert durch einen Stopfen 33 am äussereh Ende und ist durch eine drehbare Kupplung 34 und eine flexible Röhre 35 an den Behälter 23 angeschlossen.

Die Hülse 15 ist mit einem zylindrischen Teil 36 versehen, welcher in dichtem Paßsitz in einer Bohrung 37 im Support 11 ruht. Ein vergrösserter Teil oder eine Nabe 38 ist in der Hülse ausgebildet und ist mit einer radialen Schulter versehen, welche gegen die entgegengesetzte Seite des Supports 11 drückt, die von der Antriebsscheibe 31 eingenommen wird. Der restliche Teil der Hülse ist im Durchmesser relativ klein und ist mit einer Innenbohrung 39 versehen, in der der Innenteil 28 der Spindel 16 liegt. Der zylindrische Teil 37 der Hülse 15 ist mit einer Gegenbohrung 41 versehen, die koextensiv zu dem Support 11 verläuft und in der in dichtem Paßsitz die äusseren Laufringe von Antifriktionslagern, wie beispielsweise Kugellagern 42 und 43 liegen. Die Öffnung der

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Gegenbohrung 41 wird durch ein Dichtungselement 44 verschlossen und die Lager werden durch diese Vorrichtung gehalten. Ein geeigneter Abflußdurchgang 45 verläuft von der Bohrung 39 ausgehend bis in die Nachbarschaft der Nabe 38 und ist normalerweise durch einen Stopfen 46 verbunden (verschlossen). An ihrem äusseren Ende ist der Innenteil 28 der Spindel 16 mit einem vergrösserten Kopf 47 versehen, an welchen der Aussenteil 29 verschraubt ist. Dieser Kopf ist kreisförmig und hat den gleichen Aussendurchmesser wie die Hülse 15 in diesem Bereich. Das äussere Ende der Hülse 15 ist mit einer ringförmigen Zunge 48 versehen, welche in einer ähnlichen ringförmigen Nute 49 ruht, die in der gegenüberliegenden Oberfläche des Kopfes 47 der Spindel ausgebildet ist, wobei diese beiden Teile zusammenspielend abdichten. Am äussersten Ende der Hülse 15 ist eine zylindrische Gegenbohrung 51 vorhanden. Die Oberfläche dieser Gegenbohrung wirkt mit einem leicht vergrösserten Teil' 52 der Spindel so zusammen, daß ein hydro-statisches Lager gebildet wird. Der vergrösserte Teil 52 der Spindel ist mit einer Reihe von Feldern 53 versehen, die alle an den Durchgang 32 angeschlossen sind und davon Flüssigkeit erhalten. Diese Felder sind in zwei Sätzen gruppiert die voneinander in Längsrichtung der Spindel versetzt sind und die jeweils aus Figur 4 und S ersichtlich sind. Die Felder sind in der bevorzugten Ausbildungsform um 22° voneinander versetzt und sind 5 in der Zahl. Jedes Feld 53 ist an den Durchgang 32durch einen radialen Durchgang 54 angeschlossen. In allgemeinen ist bei jedem Satz die Zahl der Felder eine Primzahl und ferner ist jedes Feld 53 in der Mitte zwischen zwei Feldern im anderen Satz gelegen.

Wie aus Figur 6 deutlich ist, ist jedes Feld 53 an jeder Seite »it einer winkligen Abschrägung 55 versehen, weiche zwischen der Feldoberfläche und der zylindrischen Oberfläche des verjrösfertenjTeils 52 der Spindel verläuft. Wie in der Zeichnung

dargestellt^ ninwt das PoId und die Abschrägungen etwa 25°

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des Kreisumfangs der Spindel ein und die Abschrägungen 55 sind mit etwa 10° zur flachen Oberfläche des Feldes 53 angeordnet.

Die Betriebsweise der Erfindung dürfte in Anbetracht der obigen Beschreibung nun leicht verstanden werden. Wenn die Antriebsscheiben wie beispielsweise Antriebsscheibe 31 angetrieben werden, rotieren die drei Spindeln 13, 16 und 19 mit den von ihnen getragenen Werkzeugen 14, 17 und 21. Im Falle der Spindel 16 erzeugt das Werkzeug 17 eine Retationsflache 26 im Werkstück 27. öl fließt vom Behälter 23 durch das Rohr 24 in den Verzweigungsblock 25. Von dort geht es zu jeder der drei Spindeln. Im Falle der Spindel geht das öl durch die flexible Röhre 35 durch eine drehbare Kupplung 34 in den Durchgang 32, Das öl läuft axial durch den Durchgang zum anderen Ende, von wo es in die radialen Durchgänge 54 zu den Feldern 53 fließt. Da die Spindel ich dreht, baut sich ein hydro-dynamischer Teil zwischen der Oberfläche des vergrösserten Teils 52 der Spindel und der zylindrischen Oberfläche 51 der Hülse 15 auf. Entsprechend den bekannten Prinzipien der hydro-dynamischen Filme ergibt jeder Versuch die Spindel 16 seitlich in der Gegenbohrung zu bewegen einen Anstieg im Druck in dem hydro-dynamischen Lager an der Seite, die der Seite entgegengesetzt ist, an der die Kraft aufgebracht wird. Es besteht somit die Tendenz, die Spindel innerhalb der Hülse 15 zentralisiert zu halten und ihre Durchbiegung zu verhindern. Die Hülse 15 bietet ein geeignetes starres Bezugselement für die Spindel und ist wegen ihrer Ausbildung weniger der Durchbiegung unterworfen, als es die Spindel selbst sein würde. Nichts destoweniger ist die Spindel dünn, längsgestreckt und kann in Kugellagern 42 und 43 von geringer Grosse gelagert werden.

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Man kann erkennen, daß, obwohl der Behälter 23 den
Durchgang 32 mit öl unter Einwirkung der Schwerkraft
versorgt, kein Problem hei der Beförderung der Flüssigkeit zu den Feldern 53 auftritt. Dies rührt daher, weil mit der Drehung der Spindel das öl, das entgegengesetzt zu den Durchgängen 54 ankommt, durch die Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert wird und in den keilförmigen
Raum zwischen jedem Feld 5 3 und der gegenüberliegenden
Oberfläche der begenbohrung 51 befördert wird. Die versetzte Anordnung der Felder 5 3 in zwei in Längsrichtung voneinander getrennten Sätzen und die Verwendung von Feldern ™ in Primzahl in jedem Satz ergibt eine Verteilung des Widerstandes gegenüber der bewegung der Spindel im Lager vermindert die Notwendigkeit einer grossen Anzahl von Feldern und
gestattet, daß die Felder in jedem Satz weit genug voneinander versetzt sind, so daß sich ein echter hydro-dynamischer Film entwickeln kann.

Selbstverständlich können geringere Änderungen in Form und Ausbildungsweise der Erfindung erfolgen, ohne daß damit von der wesentlichen erfinderischen Idee abgewichen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf die hierin genau beschriebene Form beschränkt bleiben, sondern es soll alles λ das eingeschlossen werden, was bei richtiger Betrachtungsweise in den beanspruchten Rahmen fällt.

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Claims

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Patentansprüche

\) JE.ine Werkzeugmaschine mit einem Support dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse fest in dem Support montiert ist, eine langgestreckte Spindel drehbar in der Hülse befestigt ist, ein Ende der Spindel und die Hülse innerhalb des Supportes liegt und das andere Ende in wesentlichem Abstand vom Support liegt, ein Lager zwischen der Spindel und der Hülse in einer ersten Lage angebracht ist und ein hydro-dynamisches Lager zwischen der Spindel und der Hülse in einer zweiten Lage liegt, die in wesentlichem Abstand von der ersten Lage angeordnet ist.

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2) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchgang in Längsrichtung durch die Spindel verläuft, durch welchen Flüssigkeit von dem genannten einen Ende der Spindel zu dem hydro-dynamischen Lager an dem genannten anderen Ende gebracht wird.
3) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, d dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsbehälter auf dem Support angebracht ist und mit dem Durchgang über einer flexiblen Röhre und einer rotierenden Flüssigkeitskupplung in Verbindung steht.
4) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß das Lager an dem genannten einen Ende ein Antifriktionslager ist.
5) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1,

dadurchgekennzeichnet, '

daß das hydro-dynamische Lager durch eine zylindrische innere Oberfläche der Hülse und einer Reihe von flachen an der Spindel ausgebildeten Feldern gebildet wird.
6) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Feldern aus zwei über den Kreisumfang sich erstreckenden Sätzen besteht, die in Längsrichtung über die Spindel voneinander getrennt sind, wobei jeder Satz aus einer Primzahl von Feldern besteht, die in gleicher Weise im die Spindel verteilt sind, wobei jedes Feld eines Satzes über den Kreisumfang gesehen, zwischen zwei Feldern des anderen Satzes angeordnet ist,

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7) Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Feld über einen Hauptdurchgang mit Flüssigkeit versorgt wird, der längs der Spindel verläuft, sowie über einen radialen Durchgang, der den Hauptdurchgang mit dem Feld verbindet.
8) Eine Werkzeugmaschine, bestehend aus einem Support, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse fest in dem Support befestigt ist, eine langgestreckte Spindel drehbar in der Hülse montiert ist, ein Ende der Spindel und der Hülse innerhalb des Supportes liegt und das andere Ende in wesentlichem Abstand vom Support liegt, ein Durchgang in Längsrichtung durch die Spindel verläuft, durch welchen Flüssigkeit von dem genannten einen Ende zu dem genannten anderen Ende befördert wird, ein Anti-Friktionslager zwischen der Spindel und der Hülse an dem genannten einen Ende liegt, ein hydro-dynamisches Lager durch eine zylindrische innere Oberfläche der Hülse und eine Reihe von flachen auf der Spindel ausgebildeten Feldern gebildet wird, die innerhalb der Spindel und der Hülse an dem genannten anderen Ende angeordnet ist, die Reihe der Felder aus zwei über den Kreisumfang verlaufenden Sätzen besteht, die in Längsrichtung über die Spindel angeordnet sind, jeder Satz aus einer Primzahl von Feldern besteht, die in gleichem Abstand um die Spindel verlaufen, jedes Feld eines Satzes über den Kreisumfang zwischen zwei Feldern des anderen Satzes angeordnet ist, jedes Feld von dem Hauptdurchgang über einen Radialdurchgang mit Flüssigkeit versorgt wird, der den Hauptdurchgang mit dem Feld verbindet, sowie ein Flüssigkeitsbehälter auf dem Support befestigt ist, der durch ein flexibles Rohr und eine drehbare Flüssigkeitskupplung an den Durchgang angeschlossen ist.

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9) Eine Werkzeugmaschine, bestehend aus einem Support dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse fest in dem Support montiert ist, eine langgestreckte Spindel drehbar in der Hülse befestigt ist, ein Lager zwischen der Spindel und der tlülse an einem Ende liegt und ein hydro-dynamisches Lager zwischen der Spindel und der Hülse am anderen finde liegt, das hydro-dynamische Lager durch einen Hauptdurchgang mit Flüssigkeit versorgt wird, der längs zur Spindel verläuft, sowie durch radiale Durchgänge, die von dem Hauptdurchgang zur Oberfläche der Spindel verlaufen .

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