DE19830865A1 - Werkzeugmaschinenspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindel für eine Werk­ zeugmaschine, beispielsweise zum Bohren, Reiben, Fräsen oder Gewindeschneiden etc., die auf ein Raster montiert werden kann und die durch einen einzigen Motor mit einem Gewinde­ spindel-Mutter-Trieb und eine Maschine, die mit einer derar­ tigen Spindel versehen ist, in Vorschub- und Rotationsbewe­ gungen versetzt werden kann.

Bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art wird eine Rota­ tionsbewegung, die von einem Elektro- oder Pneumatikmotor herrührt, in eine Vorschubbewegung der Spindel umgewandelt, die dabei eine Drehbewegung ausführt. Der Vorschubmechanismus wird normalerweise von einer Mutter und einem Gewinde auf der Spindel gebildet, wobei das Gewinde ein Linksgewinde dar­ stellt.

Mit einem Zahnradgetriebe wird die Gewindespindel bzw. die Mutter in eine Drehbewegung versetzt, wobei Antriebssystem und Spindel sich i.A. mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen. Die unterschiedliche Geschwindigkeit wird durch eine geeignete Wahl von Zahnrädern festgelegt, wobei die Spindel von den Antriebszahnrädern sowohl vorwärts als auch zurück bewegt wird.

Häufig kommen diese Vorschubmechanismen in der Luftfahrtindu­ strie (meist zusammen mit Pneumatikmotoren) zum Einsatz. Im Allgemeinen sind die mechanischen Vorschubmechanismen um ei­ nen Endanschlag ergänzt, der entweder vorne oder hinten auf der Spindel festgelegt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich der An­ schlag auf der Rückseite der Maschine. Aufgrund der gewünsch­ ten Vorschubbewegung der Spindel bewegt sich dieser Anschlag exakt über einen voreingestellten Längenabschnitt in Richtung der Spindelachse. Am Ende der Verfahrbewegung gerät dieser Anschlag in Kontakt mit einem festen oder beweglichen Bauteil der Maschine, das als Bezugspunkt dient, etwa einem Anschlag- bzw. einem Fühlstift oder auch dem Maschinengehäuse etc. Die­ ser Kontakt ruft durch Einwirken auf den inneren Mechanismus der Maschine eine automatische Zurückbewegung der Spindel nach hinten hervor. Dies bedeutet, daß für eine Maschine mit Verfahrweg-Einstellung der Platzbedarf im rückwärtigen Be­ reich der Maschine gleich der Länge des Verfahrweges zuzüg­ lich der Ausdehnung des Anschlages ist.

Dies kann dem zur Verfügung stehenden Platz bei einem Einsatz der Maschine etwa in Winkelbereichen, in der Luftfahrtindu­ strie beispielsweise im Bereich der Verbindung Flügel-Rumpf eines Flugzeugkörpers, entgegenstehen. Insbesondere ist es möglich, daß der hintere Abschnitt der Spindel mit dem Werk­ stück, das bearbeitet wird, in Kontakt gerät. In der Fig. 1 ist eine Bearbeitungssituation eines Werkstückes dargestellt, die mit Maschinen, die dem Stand der Technik entsprechen, nicht durchgeführt werden kann.

Wie schematisch in der Fig. 1 dargestellt, ergibt sich, wenn der Verfahrweg der Spindel zur Durchführung der gewünschten Bearbeitung die Länge c betragen soll, die Ausdehnung des hinteren Abschnittes der Maschine zu E = C + B, wobei C die Länge des Verfahrweges und B die Ausdehnung des Anschlages ist. Der gesamte Platzbedarf der Maschine A ist gleich E zzgl. der Ausdehnung des Gehäuses der Maschine, des Anschla­ ges bzw. des Fühlstiftes und des Spannfutters mit Werkzeug. Dieser gesamte Platzbedarf ist gelegentlich größer als der zur Verfügung stehende Platz.

Aufgabe der der Erfindung ist es, diesen Platzbedarf zu ver­ ringern, indem eine Teleskopspindel verwendet wird, was den Einsatz der Maschine an Stellen ermöglicht, an denen der zur Verfügung stehende Platz eingeschränkt und gering ist.

Gemäß der Erfindung ist die Werkzeugmaschine, in der eine Spindel, die zur Aufnahme eines Werkzeuges dient, durch ei­ nen Motor über ein Zahnradgetriebe sowohl in eine Rotations­ bewegung als auch in eine Translationsbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel ausgehend von ihrem Kopf, der zur Aufnahme eines Werkzeugs dient, einen ersten zylinderförmigen, mit einem Gewinde versehenen Abschnitt auf­ weist, der sich nach hinten um einen zweiten Abschnitt mit geringerem Durchmesser verlängert, der beweglich in einer Hülse aufgenommen ist, die einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner oder gleich dem Durchmesser des ersten Abschnit­ tes ist, wobei ein Anschlag auf der Spindel oder auf der Hül­ se festgelegt ist.

Auf diese Weise gestattet die Teleskopspindel den Platzbedarf für die Maschine um einen Kompensations-Verfahrweg, der C1 genannt wird, zu verringern. Die genau Einstellung des ergän­ zenden Verfahrweges C2 wird durch Bewegen des hinteren An­ schlages, der sich auf der Hülse oder an dem hinteren Ende der Spindel befindet, bewirkt.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Darstellung der Schwierigkeiten, die mit Maschinen nach dem Stand der Technik manch­ mal auftreten können.

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungs­ gemäßen Spindel, wobei die Spindel sich in ihrer rückwärtigen Stellung befindet,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht derselben Spindel, wobei die Spindel sich in einer vorderen Stellung befindet,

Fig. 4 eine erste Konstruktionsvariante des hinteren Ab­ schnittes der Spindel,

Fig. 5 eine zweite Konstruktionsvariante des hinteren Ab­ schnittes der Spindel.

In der Fig. 2 ist die Spindel in einer maximal möglichen rückwärtigen Stellung dargestellt. Die Gewindespindel kann sich in Richtung ihrer Achse über einen mit Gewinde versehe­ nen Verfahrweg der Länge c bewegen, wobei der Verfahrweg C in einen einstellbaren Verfahrweg C2 und einen Kompensations- Verfahrweg C1 zerlegt werden kann. In dieser Figur läßt sich der Kopf 1 der Spindel ausmachen, der dazu dient, ein Werk­ zeug aufzunehmen; die Spindel erstreckt sich in einem ersten zylindrischen Spindelabschnitt 2 mit Durchmesser D, der mit einem Gewinde versehen ist, zur Rückseite der Maschine M hin.

In der Figur ist die Maschine selbst lediglich in dem Maße bruchstückweise dargestellt, wie sie als Bezug für die Ver­ fahrbewegungen nach vorne und hinten dient. Die Rückseite der Maschine befindet sich im rechten Bereich der Fig. 2 und 3. Die Gewindespindel 2 verlängert sich nach hinten um einen Endabschnitt 3, der einen Durchmesser D1 aufweist, der gerin­ ger ist als der Durchmesser D.

Auf das Ende des Endabschnittes 3 ist eine Ansatzmutter 10 geschraubt, die vorzugsweise mit einem Linksgewinde versehen ist, um auf diese Weise, weil sich das Werkzeug nach rechts dreht, ein unbeabsichtigtes Lösen dieser zu vermeiden. Die Ansatzmutter 10 ist gleitend im Inneren einer Hülse 8 aufge­ nommen, die außen mit einem Gewinde versehen ist. Der Außen­ durchmesser D2 der Hülse ist kleiner oder gleich dem Durch­ messer D der Gewindespindel 2, so daß er in das Innere' des Maschinengehäuses bewegt werden kann, wie dies nachfolgend entsprechend erklärt ist. Vorzugsweise ist das Außengewinde als Feingewinde ausgebildet, um einen Anschlag 11 aufzuneh­ men, dessen Position, die die Länge des Verfahrweges fest­ legt, auf diese Weise sehr genau eingestellt werden kann.

Auf der Gewindespindel 2 ist ein Zahnrad 7 angebracht, mit­ tels dem die Schubbewegungen der Gewindespindel 2 gesteuert werden, wobei, um eine klare Darstellung zu ermöglichen, das Zahnrad für den Antrieb der Drehbewegung nicht dargestellt ist. Das Zahnrad 7 weist ein Innengewinde auf, das in das Ge­ winde 17 der Gewindespindel 2 eingreift. Das Zahnrad wird le­ diglich in eine Drehbewegung versetzt und verbleibt an einer festen Stelle innerhalb des Körpers der Maschine. Sein rück­ wärtiger Abschnitt dreht sich beispielsweise auf zwei Kugel­ lagern 6. Der Maschinenkörper der Maschine M ist symbolisch durch eine Fläche mit Bezugszeichen 4 dargestellt. Außen an der Spindel 2 befindet sich ein vor dem Mikrometer- Endanschlag 11 angeordneter Endanschlag 12. In dem darge­ stellten Beispiel besteht der Anschlag 12 aus einem Lager- Anschlag, der auch als Fühlmittel dient.

In der Fig. 3 sind dieselben Bauteile unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen dargestellt, wobei jedoch die Spindel in den vorderen Bereich der Maschine nach vorn verfahren ist.

Ausgehend von der in der Fig. 2 dargestellten Stellung wird die Spindel, wenn das Zahnrad 7 gedreht wird, in den linken Bereich der Fig. 2 bewegt. Die Spindel 2 ruft eine Rotations- und Translationsbewegung der Ansatzmutter 10 hervor, und die­ se gleitet in einer Schraubenbewegung in das Innere der Hülse 8, die sich während diesem Bewegungszeitabschnitt nicht be­ wegt. Diese Bewegung setzt sich so lange fort, bis ein Absatz 19 der Mutter 10 in Kontakt mit einem innenliegenden Rand 9 der Hülse 8 gerät. Dieser Verfahrweg C1, über den sich die Spindel bewegt, wird im folgenden als Kompensations-Ver­ fahrweg bezeichnet.

Wenn die Spindel weiter verfahren wird, nimmt diese die Hülse 8 aufgrund des Kontaktes des Absatzes 19 an der Unterseite des Kopfes der Mutter 10 mit dem innenliegenden Rand 9, der im vorderen Bereich der Hülse 8 vorgesehen ist, in das Innere des Maschinenkörpers mit. Die Mitnahme erfolgt so lange, bis die Vorderseite eines Anschlags 11 in Kontakt mit der Rück­ seite des Anschlags 12 gerät, der die Vorschubbewegung dann abbricht.

In diesem Fall ist die Stellung der Bauteile dann diejenige, die in der Fig. 3 dargestellt ist. Wird dieser zweite Ver­ fahrweg mit C2 bezeichnet, so gilt für den gesamten Verfahr­ weg C des Vorderteiles der Spindel: C = C1 + C2. Auf diese Weise ergibt sich ein Gesamtverfahrweg C, der größer ist als die alleinige Bewegung des hinteren Abschnittes der Spindel oder des Anschlags 11, der lediglich C2 beträgt. Die Folge ist ein verringerter Platzbedarf für den rückwärtigen Bereich der Maschine, wobei der Grund für diesen verringerten Platz­ bedarf der Kompensations-Verfahrweg C1 ist.

Wie oben angedeutet bewirkt der Kontakt des Anschlags 11 mit dem Anschlag 12 ein Abbrechen der Drehbewegung des Zahnrades 7 aufgrund eines der Maschine eigenen Mechanismus und darauf eine Bewegung der Spindel 2, die die Mutter 10 zunächst nach hinten in das Innere der Hülse 8 führt, wobei diese sich bei dem Verfahren über die Länge C1 nicht bewegt. Erreicht der Verfahrweg erst einmal die Länge C1, so gerät der hintere Ab­ satz des Abschnittes 1 der Spindel in Kontakt mit dem vorde­ ren Abschnitt der Hülse 8 und bewirkt, daß diese sich über eine Distanz C2 zurückbewegt, so daß die gesamte Anordnung wieder die Ausgangsstellung einnimmt, die in der Fig. 2 dar­ gestellt ist. Selbstverständlich bleibt während dieser Bewe­ gungen der Mikrometer-Anschlag 11 auf der Hülse 8 in einer festen Stellung und auch beim Verfahren über die Länge C2 die Mutter 10 bezüglich der Hülse 8 unbewegt.

Der Verfahrweg C kann verringert werden, indem auf dem Durch­ messer D eine Abstandshülse (die nicht dargestellt ist) ange­ ordnet wird, die es gestattet, den Verfahrweg C1 zu verrin­ gern, wenn der einstellbare Verfahrweg C2 nicht ausreichen sollte.

Die Fig. 4 und 5 stellen zwei Ausführungsvarianten des Kompensations-Systems dar. Es handelt sich dabei um zwei zur Hälfte ausgeführte Schnittansichten des hinteren Abschnittes der Spindel. Das Prinzip der Teleskop-Anordnung bleibt gleich, aber die Mutter 10 kommt nicht mehr vor und der An­ schlag 11 ist nicht mehr auf die Hülse 8, sondern an dem hin­ teren Ende der Spindel festgelegt. Der Anschlag 11 und die Hülse 8 sind so bemessen, daß der Anschlag 11 sich mit der Spindel in das Innere der Hülse 8 bewegen kann.

In der Fig. 4 schließt die Spindel 2 in ihrem hinteren Be­ reich in einem Endabschnitt 3 mit verringertem Querschnitt ab, dessen hinterer Teil mit einem Gewinde versehen ist, um den Mikrometer-Anschlag 11 aufzunehmen. Der Verfahrweg C1 wird von dem Abstand zwischen der Rückseite des inneren Ran­ des 9 der Hülse 8 und der Vorderseite des Anschlages 11 be­ stimmt, wenn sich die Spindel in der hinteren Position befin­ det. Auf gleiche Weise ergibt sich der Verfahrweg C2 in der­ selben Stellung aus dem Abstand zwischen der Rückseite des Anschlages 12 und der Vorderseite eines äußeren Randes 18 der Hülse 8. In diesem Fall ist der Anschlag 12 in den Körper der Maschine M integriert. Der Anschlag 11 ist auf der Spindel festgelegt. Die Hülse 8 wird auf dem Durchmesser D1 der Spin­ del geführt.

Der Aufbau der Spindel für ein Maschinenwerkzeug gemäß Fig. 5 ist praktisch derselbe wie in Fig. 4, jedoch ist der Anschlag 12 oberhalb einem Vorsprung des Körpers der Maschine M fest­ gelegt und die Hülse wird auf dem Durchmesser D der Spindel geführt.

Claims (6)

1. Spindel für eine Werkzeugmaschine, in der eine Spindel (1), die zur Aufnahme eines Werkzeugs dient, durch einen Mo­ tor über ein Zahnradgetriebe (7) sowohl in eine Rotations- als auch in eine Translationsbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel ausgehend von ihrem Kopf (1), der zur Aufnahme eines Werkzeuges dient, einen ersten zylinderförmigen, mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (2) mit einem Außendurch­ messer D aufweist, der sich nach hinten um einen zweiten Ab­ schnitt (3) mit geringerem Durchmesser D1 verlängert, der be­ weglich in einer Hülse (8) aufgenommen ist, die einen Außen­ durchmesser D2 aufweist, der kleiner oder gleich dem Durch­ messer D des ersten Abschnittes ist, und wobei ein Anschlag (11) auf der Spindel oder der Hülse befestigt ist.

2. Spindel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende des Abschnittes (3) eine Ansatzmutter (10) befe­ stigt ist, die im Inneren der Hülse (8) gleitet.

3. Spindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verfahrweg C der Spindel (1) sich aus einem Kompensati­ ons-Verfahrweg C1 und einem Verfahrweg C2 der Hülse (8) zu­ sammensetzt.

4. Spindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrweg C2 in Richtung der Vorderseite der Maschine durch einen Kontakt des Anschlages (11) mit einem Anschlag (12), der als Bezug dient, begrenzt ist.

5. Spindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt der Mutter (10) mit einem inneren Rand (9) der Hülse (8) den Kompensations-Verfahrweg C1 begrenzt.

6. Spindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (11) direkt auf der Rückseite der Spindel (2, 3) befestigt ist, und daß dieser im Innern der Hülse (8) über einen Verfahrweg C1 beweglich ist, wobei der Verfahrweg C2 durch den Abstand zwischen dem Anschlag (12) und der Vorder­ seite eines äußeren Randes (18) der Hülse (8) bestimmt ist.