DE1903882A1

DE1903882A1 - Mehrspindel-Drehautomat mit hydrodynamischer Spindellagerung

Info

Publication number: DE1903882A1
Application number: DE19691903882
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerd Fengler; Dipl-Ing Hans Jacoby; Dr-Ing Alfred Ledergerber
Original assignee: Gildemeister AG
Current assignee: DMG Mori AG
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1969-01-27
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3686986A; GB1261502A; DE1903882B2

Description

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Dipl.-lng. S^!r.-:.-.e
Dipl.-lng. Loc;3ir;!j3ck
48 Bielefeld, Heiiorder Sirene 17

Werkzeugmaschinenfabrik Gildemeister & Comp. Akt.-Ges., Bielefeld

Mehrspindel-Drehautomat mit hydrodynamischer Spindellagerung

Bei den bisher bekannten Mehrspindel-Drehautomaten sind die Drehspindeln in Wälzlagern gelagert. Die statische Steifigkeit der Lagerung in radialer und axialer Eichtung kann durch Vorspannung erhöht werden, jedoch nur bis zu bestimmten Grenzen, die durch die Lebensdauer der Lager und die Wärmeentwicklung gesetzt werden. Zum Nachteil dieser begrenzten statischen Steifigkeit kommt das geringe Dämpfungsvermögen hinzu.

Die bei der Zerspanung angeregten Schwingungen werden lagerseitig nur gering gedämpft und aufgrund der metallischen Berührung der Wälzlagerteile Gehäuseschwingungen auf die Drehspindeln übertragen.

Andererseits steigen zunehmend die statischen und dynamischen Anforderungen an die Spindellagerungen der Mehrspindel-Drehautomaten, weil zur Erzielung kürzester Stückzeiten und damit .optimaler Maschinennutzung vorwiegend mehrere Werkzeuge gleichzeitig an einem Werkstück in Eingriff gebracht werden und weil neue, temperaturbeständigere Schneidwerkstoffe, wie Oxydkeramik und Diamant, eingesetzt werden sollen, was nur bei besonders schwingungsarmen Maschinen möglich ist.

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Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, die statische und dynamische Steifigkeit der Drehspindellager von Mehrspindel-Drehautomaten zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Drehspindellager eines Mehrspindel-Drehautomaten als hydrodynamische Gleitlager mit hoher statischer und dynamischer Steifigkeit ausgebildet sind und daß die Steuerung des beim Anlaufen der Spindeln zur Lagerentlastung benötigten Druckmittels in Abhängigkeit vom Arbeitszyklus der Maschine erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Lagerausbildung wird der Anwendungsbereich der Mehrspindel-Drehautomaten wesentlich erweitert. Die Anzahl der aufeinander folgenden Bearbeitungsstufen wird verringert, und man kann Werkstücke, an die höchie Genauigkeitsansprüche gestellt werden, direkt auf den Mehrspindel-Drehautomaten vor- und fertigbearbeiten, wozu bisher Sondermaschinen erforderlich waren. Ein Beispiel dafür sind Kolben für Verbrennungsmotoren, die bisher auf Mehrspindel-Drehautomaten vorgedreht und auf Sondermaschinen fertigbearbeitet wurden. Ferner , können auf den mit hydrodynamischen Gleitlagern ausgestatteten Mehrspindel-Drehautomaten Diamantwerkzeuge eingesetzt und Kolben bei hohen Schnittgeschwindigkeiten fertigbearbeitet werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung des die Lagerentlastung bewirkenden Druckmittels durch einen koaxial zur Spindeltrommel angeordneten Verteiler, der aus einer mit der Spindeltrommel drehfest verbundenen, mit Druckmittelkanälen versehenen Buchse und aus einem in dieser Buchse gelagerten Steuerkolben besteht, der zwei voneinander getrennte Kanäle für die Zufuhr und den Rücklauf des Druckmittels aufweist. Von den in der Buchse vorgesehenen Kanälen aus führen Druckmittelleitungen und/oder -kanäle zu den die Spindeln umgebenden ringförmigen Druckzylindern, in denen die die Druckentlastung der Spindellager bewirkenden Ringkolben angeordnet sind. Die im Steuerkolben vorgese-

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henen Kanäle sind vorzugsweise über ein Mehrwegeventil wahlwei-βθ an eine Druckleitung und/oder an eine Rücklaufleitung anachließbar.

Die Vorspannkraft der die Druckbelastung der Gleitlager bewirkenden Federn ist; durch Gewinderinge einstellbar, die durch in der Spindeltroamel vorgesehene Öffnungen von außen zugänglich sind und gegen unerwünschte Drehung gesichert werden können. .

ferner sind auf des TTafa.ng der Spindeltrommel und/oder in den tDroraelbuchsen in üefangerichtung verlaufende Nuten vorgesehen, die durch in den Troanellagerbuchsen vorgesehene Kanäle mit ortsfesten SchaierSlleitungen und andererseits durch Eadialbohrungen in der Spindeltrommel ail; den Drehspindellagern in Verbindung stehen.- Diese Nuten können sowohl ringförmig als auch ringsegmentförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Schmierölzufuhr und -ableitung zu bzw. von allen Drehspindellagern gewährleistet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus aer nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels sowie aus den Unteransprüchen zu entnehmen. Es zeigt:

Pig. 1 die Frontansicht eines Mehrspindel-Drehautomaten mit einem Teilschnitt durch die Spindeltrommel,

Pig. 2 einen Längsschnitt durch ein hydrodynamisches Drehspindell ager,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch, einen Druckmittelverteiler,

Fig. 4- einen Querschnitt durch den Druckmittelverteiler nach. der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V - V in Fig. 3»

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Druckmittelverteilers im Querschnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 7 den Druckmittelverteiler nach Fig. 6 im Querschnitt nach der Linie V - V in Fig. 3·

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Erfindungsgemäß sind die Drehspindeln 11 in der Spindel trommel 12 mittels hydrodynamischer Gleitlager gelagert. Gemäß Fig. 1 und 2 bestehen die vorderen Spindellager aus in der Spindeltrommel festliegenden Außenringen 13 mit ringsegmentformigen Kufen 131 und die hinteren Spindellager aus in der Trommel 12 "begrenzt axial verschiebbaren Außenringen 1A-.mit ringsegmentformigen Kufen 141. Die hinteren Lagerkufen 141 werden mit ihren konischen Innenflächen durch vorgespannte Tellerfedern 15 gegen die entsprechend konischen Flächen 111 der Spindeln 11 angedrückt. Dieses Andrücken bewirkt gleichzeitig ein Eindrücken der vorderen Drehspindelkonen 112 gegen die konischen Innenflächen der vorderen Lagerkufen 131..

Die Vorspannkraft der Tellerfedern 15 ist einstellbar, und zwar sind zu diesem Zweck in den Bohrungen der Spindeltrommel 12 Gewinderinge 16 vorgesehen, die an ihrem äußeren Umfang Löcher 17 zum Ansetzen eines Werkzeuges aufweisen. In der Trommel 12 sind im Bereich der Gewinderinge 16 Aussparungen 18 vorgesehen, durch welche die Löcher 17 von außen zugänglich sind.

Nach dem Einstellen der jeweils gewünschten Federvorspannung werden die Aussparungen 18 durch Platten 19 abgedeckt, die an ihrer Innenseite einen Zapfen 20 tragen, der in ein Loch 17 eingreift und somit ein unerwünschtes Drehen des betreffenden Gewinderinges 16 verhindert.

Die Druckentlastung der Drehspinde11ager erfolgt durch ringförmige Kolben 21, die in auf der den Federn 15 abgekehrten Seite der Lageraußenringe 14 vorgesehenen ringförmigen Zylindern 22 der Trommel 12 angeordnet sind. Den Zylindern 22 wird durch in der Trommel 12 vorgesehene Kanäle 23 Druckflüssigkeit zugeführt. Diese Druckflüssigkeit bewirkt eine geringfügige Axialverschiebung der Kolben 21fgegen die Anschlagringe 24. Durch diese Axialverschiebung der Kolben 21 erfolgt eine entsprechende axiale Entlastung zwischen den hinteren Kegelflächen 111 und den Lagerkufen 141 und damit auch eine Druckentlastung im vorderen Spindellager.

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Die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den Zylindern 22 sowie deβ Druckmittelrücklaufs aus dan Zylindern 22 erfolgt erfindungsgemäß mittels eines hinter der Spindeltrommel 12 und koaxial zu dieser angeordneten'Verteilers. Dieser Verteiler besteht gemäß ELg. 3 bis 7 aus einer Buchse 25 und aus einem in der Buchse 25 beweglichen Steuerkolben 26. Die Buchse 25 ist an einen Zentralkörper 27 angeflanscht, der seinerseits wiederum an das an der Rückseite der Spindeltrommel 12 befestigte Schaltrad 28 angeflanscht ist. Somit ist die Buchse 25 drehfest mit der drehschaltbaren Spindeltrommel 12 verbunden.

Der Steuerkolben 26 ist in einem Rohr 29 befestigt, das gegenüber dem Maschinenständer axial unverschiebbar, jedoch bei Bedarf in einem bestimmten Winkelbereich drehjustierbar ist.

In dem Steuerkolben 26 sind zwei voneinander getrennte Druckmittelkanäle 30 und 31 vorgesehen, an die einerseits Druckmittelleitungen 32 und 33 angeschlossen sind und die in Querbohrungen 34- und 35 einmünden, welche im Bereich der Buchse 25 liegen und in verschiedenen Ebenen quer zur Achse des Kolbens 26 verlaufen.

Gemäß Fig. 4 schließen sich an die äußeren Enden der Querbohrungen yv relativ kurze, in Umfangsrichtungsverlaufenden Kanäle 41 an, während sich gemäß Fig. 5 an die Enden der Querbohrung

35 Kanäle 42 anschließen, die ebenfalls in Umfangsrichtung des Kolbens verlaufen, und deren Bogenmaß etwas mehr als 90° beträgt .

Die Buchse 25 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst acht in Abständen von je 45° radial verlaufende Kanäle

36 auf, die mit der Querbohrung 35 des Kolbens 26 in gleicher Schnittebene liegen. An die äußeren Enden dieser Kanäle 36 schließen sich, acht in dem Zentralkörper 27 vorgesehene, ebenfalls radial verlaufende Bohrungen 37 an, die durch Rohrleitungen 38 mit den zu den acht Druckmittelzylindern 22 des acht-

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spindeligen Drehautomaten führenden Kanälen 23 in Verbindung stehen. In der Buchse 25 sind ferner acht radial und parallel zu den Kanälen 36 verlaufende Kanäle 39 vorgesehen, die mit den Kolbehbohrungen 34- in gleicher Schnittebene liegen und durch Längsnuten 40 mit den Kanälen 36 in Verbindung stehen.

In den zu den Kolbenkanälen 30 und 31 führenden Leitungen ist ein Mehrwegeventil 43 angeordnet, das in Fig. 3 nur schematisch dargestellt und so ausgebildet ist, daß entweder beide Kolbenkanäle 30 und 31 gleichzeitig mit einer Druckmittelleitung 44 oder gleichzeitig mit einer Rücklaufleitung 45 verbunden werden können oder aber der Kolbenkanal 30 an die Druckleitung 44 und gleichzeitig der Kolbenkanäl 31 an die Rücklaufleitung 45 angeschlossen ist.

Bei der zuletzt erwähnten Einstellung des Mehr.wegeventils 43 und der vorstehend beschriebenen Anordnung der im Kolben 26 vorgesehenen Querbohrungen 34 und 35 und der Kanäle 41 und 42 wird den Zylindern 22 der in den Arbeitslagen 4 und 8 befindlichen Drehspindeln durch den Kolbenkanal 30 Druckmittel zugeführt, so daß die Lager dieser Spindeln druckentlastet sind. Gleichzeitig kann das in den Zylindern 22 der in den Lagen 1 bis 3 und 5 bis 7 befindlichen Drehspindeln vorhandene Druckmittel durch den Kolbenkanal 31 in die Rücklaufleitung 45 gelangen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die sich an die Querbohrungen 3^ iss Steuerkolbens 26 anschließenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Kanäle 41 so lang bemessen sind, daß sie sich in jeder Arbeitslage der Spindel trommel und* damit der Buchse 25 über je zwei benachbarte Kanäle 39 der Buchse 25 erstrecken. Die sich an die Querbohrung 35 äes Kolbens 26 anschließenden Kanäle 42 erstrecken sich bei dieser Ausführungsform nur über je zwei benachbarte Kanäle 36 der Buchse 25· Hier werden mithin bei Druckmittelzufuhr durch den Kolbenkanal 30 und gleichzeitigem Druckmittelrücklauf durch den. Kolbenkanal 31 die Lager der in den Lagen 1, 4, 5 und 8 befind-

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lichen Drehspindeln 11 druckentlastet, während die Lager der in den Lagen 2, 3, 6 und 7 befindlichen Spindeln 11 durch die Spannung der Tellerfedern 15 belastet sind.

Vie die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, ist durch einfachen Austausch eines Steuerkolbens 26 gegen einen anderen und entsprechende Einstellung des Mehrwegeventils 43 die Möglichkeit gegeben, die Be- und Entlastung der Drehspindellager in jedem Falle so zu steuern, wie es der jeweilige Arbeitszyklus des Mehrspindel-Drehautomaten erfordert.

Sollen nicht nur einige Drehspindeln anlaufen, sondern, wie es beispielsweise beim Einrichten und bei der Inbetriebsetzung des Automaten vorkommt, alle Spindeln, so werden über das Mehrwegeventil 43 beide Leitungen 32 und 33 an die Druckleitung 44 angeschlossen, so daß die Lagervorspannung an allen Spindeln aufgehoben ist.

Die Schmierölzufuhr zu den hinteren Drehspindellagern erfolgt gemäß Fig. 2 durch eine im Innern der hinteren Trommellacerbuchse 48 vorgesehene Ringnut 46, die durch in der Buchse 48 vorgesehene Bohrungen 50 an nicht gezeigte Ölleitungen angeschlossen wird. Ferner sind zu diesem Zweck in der Wandung der Trommel 12 im Bereich der Ringnut 46 zu den hinteren Spindellagern führende Radialbohrungen 51 vorgesehen.

Den vorderen Drehspindellagern wird das Schmieröl durch in der vorderen Trommellagerbuchse 49 vorgesehene Bohrungen 52, eine in der Buchse 49 befindliche Ringnut 47 und von dieser Ringnut aus durch die Trommel zu den vorderen Lagern führende Radialbohrungen 53 zugeführt.

Während die Frischölzufuhr zu den vorderen und den hinteren Spindellagern getrennt erfolgt, ist für den ölrücklauf in Trommelmantel nur eine Ringnut 54 vorgesehen. Diese Schmierölzufüh" rung erfordert jedoch eine von den vorderen bis zu den hinteren Spindellagern durchgehende Mantelfläche der Trommel.

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Es ist auch möglich, die SchmierÖlversorgung der hinteren und der vorderen Spindellager völlig getrennt vorzunehmen. Das hat den Vorteil, daß die Spindeltrommel zwischen den vorderen und den hinteren Spindellagern in bekannter V/eise offengehalten werden kann und somit das Schwungmoment nicht größer wird. Diese Ausbildung erfordert jedoch einen größeren Aufwand für die Abdichtung der Lagerräume und die zusätzlichen ölrücklaufleitungen.

'Damit durch die im unteren Trommelbereich befindlichen Spindellager aufgrund des dort herrschenden höheren ölsäulendruckes in den Ringnuten 46 und 47 keine größere ölmenge hindurchströmt als durch die Lager im oberen Bereich der Spindeltrommel, wird in der an die Ringnut 54 angeschlossenen ülrücklaufleitung eine verstellbare Drossel angeordnet, die das zurückfließende öl soweit staut, daß die Ringnut"54 stets vollständig mit Öl gefüllt ist. Auch in den ölzuführungsleitungen v/erden verstellbare Drosseln angeordnet, so daß die durch die Spindellager hindurchströmende ölmenge vom Pumpendruck und den Jeweiligen Drosnelstellungen abhängt. Die Steuerung des ölstromes mit Hilfe von Drosseln ist wichtig, weil das öl nicht nur zur Schmierung, sondern auch zur Kühlung der Spindellager dient. Wird beim Umrüsten des Automaten auf ein anderes Werkstück die Drehzahl erhöht, so kann der ölstrom der größeren Wärmeentwicklung angepaßt werden.

In weiterer Ausbildung der Schmierölführung kann man in Höhe der Trommelmitte in den Ringnuten 46 und 47 je zwei Steine befestigen und dadurch die in den Ringnuten befindlichen ölsäulen teilen, so daß die Staudrossel in der an die Ringnut 54 angeschlossenen Rücklaufleitung entfällt.

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Claims

Patentansprüche

1. Mehrspindel-Drehautomat, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehspindellager als hydrodynamische Gleitlager mit hoher statischer und dynamischer Steifigkeit ausgebildet sind und daß die Steuerung des beim Anlaufen der Spindeln zur Lagerentlastung benötigten Druckmittels in Abhängigkeit vom Arbeitszyklus der Maschine erfolgt.

2. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen koaxial zur Spindeltrommel angeordneten Druckmibtelverteiler, der aus einer mit der Spindel trommel drehfest verbundenen, mit Druckmittelkanalen versehenen Buchse (25) und aus einem in dieser Buchse angeordneten Steuerkol-

. ben (26) besteht, der zwei voneinander getrennte Kanäle (30 und 31) für die Zufuhr und den Rücklauf des Druckmittels aufweist.

3. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Buchse (25) vorgesehenen Kanäle (36 und 39) durch Druckmittelleitungen und/oder -kanäle mit den die Drehspindeln (11) umgebenden ringförmigen Druckzylindern (22) verbunden sind, in denen die die Druckentlastung der Spindellager bewirkenden Ringkolben (21) angeordnet sind.

4-, Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Steuerkolben (26) vorgesehenun Kanäle (30 und 31) über ein Mehrwegeventil (4-3) wahlweise an eine Druckleitung oder an eine Rücklaufleitung anschließbar sind.

5. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Steuerkolben (26) vorgesehenen Druckmittelkanäle (3O und 31) in Querbohrungen (34- und 35) einmünden, die in verschiedenen, quor zur Achse deο Kolbens (26) verlaufenden Ebenen verlaufen. 009837/0659

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6. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, 2 und 5> dadurch gekennzeichnet, daß in der Buchse (25) für jede Drehspindel zwei in gleicher Radialebene liegende und miteinander in Verbindung stehende Kanäle (39 und 36) vorgesehen sind, von denen die einen (39) init den Querbohrungen (3^) und. die anderen (36) mit den Querbohrungen (35) äes Kolbens (26) in gleicher Schnitt*ebene liegen.

7. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Kolben (26) vorgesehenen Querbohrungen (34 und/oder 35) iⁿ suif dem Kolbenumfang vorgesehene, in Umfangsrichtung verlaufende Kanäle (41 bzw. 42) einmünden.

8. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (25) des Druckmittelverteilor." an einen Zentralkörper (27) angeflanscht ist, der seinerseits an ein an der Rückseite der Spindeltrommel (12) befestigtes Schal brad (28) angeflanscht ist.

9. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, 2 und 8,' dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (26) des Druckmitfcelverteilers in einem Rohr (29) befestigt ist, das gegenüber dem Maschinenständer axial unverschiebbar, jedoch in einem bestimmten Winkelbereich drehjustierbar ist.

10. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbelastung der Drehspindellager durch Tellerfedern (15) erfolgt, deren Vorspannung durch Gewinderinge (16) regulierbar ist, die durch in der Mantelfläche der Spindeltrommel (12) vorgesehene Ausnehmungen (18) zugänglich sind.

11. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (18) der Spindeltrommel (12) durch. Platten (19) verschließbar sind, die an ihrer Innenseite Zapfen (20) tragen, welche in Löcher (17) der

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Gewinderinge (16) eingreifen und eine unerwünschte Verdrehung der Ringe (16) verhindern.

12. Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang dor Spindeltrommel (12) und/oder in den Trommellagerbuchsen (48 und M-9) in Umfangsrichtung verlaufende Nuten (46,4-7,54-) vorgesehen sind, die einerseits durch in den Lagerbüchsen (4-8 und 4-9) vorgesehene Kanäle mit ortsfesten Schmiermittelleitungen und andererseits durch Radialbohrungen in der Spindeltrommel mit den Drehspindellagern in Verbindung stehen.

13· Mehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schmiermittel-Rückflußleitungen und/oder in den Schmiermittelzuflußleitungen Durchflußdrosselvorrichtungen angeordnet sind.

14-. Hehrspindel-Drehautomat nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den in den Trommellagerbuchsen (4-8 und 4-9) vorgesehenen Ringnuten (46 und 4-7) iu Iiöhe der Trommelmitte je zwei Steine befestigt sind.

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