DE2644380A1

DE2644380A1 - Werkzeugspannspindelvorrichtung, insbesondere fuer schleifmaschinen

Info

Publication number: DE2644380A1
Application number: DE19762644380
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: SVENSKA KUGELLAGERFABRIKEN AB; Societe Europeenne de Propulsion SEP SA; SKF AB
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1977-04-14
Also published as: JPS5260492A; DE2644380C2; JPS6254623B2; FR2326270B1; SE413999B; GB1562799A; IT1070100B; SE7610695L; FR2326270A1

Description

SOCIETE EimOPEEME DE PROPULSION

3, avenue du General de Gaulle F-92800 Puteaux

AKTIEBOIAGEI SVENSKA KUGELLAGERFABRIKEN

S-415 50 Göteborg

Werkzeugspannspindelvorrichtung, insbesondere für Schleifmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspannspindelvorrichtung, insbesondere für Schleifmaschinen.

Bei Schleifmaschinen ist der Schaft der Werkzeugspannspindel

709815/106

s. -

im allgemeinen in Radiallagern über Wälzkörper gehalten. Bei dieser Ausführungsart ist die Umfangsgeschwindigkeit des Spindelschaftes durch den zulässigen Maximalwert für die Wälzkörper begrenzt. Deshalb auch muß der Durchmesser des Spindelschaftes und damit seine Massenkräfte begrenzt werden, um die Spindel bei einer möglichst hohen Drehgeschwindigkeit anzutreiben. Die Folge dieser Begrenzung ist eine Verminderung der Steifheit der Spindel, insbesondere an ihrem freien, das Werkzeug haltenden Ende. Der Verlust der Steifheit zeigt sieh durch ein Wandern der Drehachse des Werkzeugs, insbesondere wenn das Werkzeug arbeitet und er ist von beträchtlichem Schaden für die Bearbeitungspräzision, da darüber hinaus die Wälzkörper durch die Reibung einem Verschleiß unterliegen, der umso schneller ist, je größer die Drehgeschwindigkeit der Spindel ist, tendiert die Amplitude der radialen Bewegungen des Werkzeugs dazu, sich mit der Zeit zu vergrößern.

Um diesen Mißständen abzuhelfen, sind Versuche gemacht worden, zur Begrenzung der Reibung des Spindelschaftes in seinen Stützlagern durch die Anwendung einer hydraulischen Lagerung. Der Spindelschaft wurde in einem abgedichteten Lager gestützt, das mit einem viskosen Fluid gefüllt war. Es trifft zu, daß diese Ausführung eine Verringerung der Reibung ermöglicht und daß der Durchmesser des Spindelschaftes für relativ geringe Drehgeschwindigkeiten vergrößert werden kann. Aber es ermöglicht nicht das radiale Wandern der Spindelachse zu verhindern und der drehenden Spindel die erforderliche Steifheit für eine sehr hohe Bearbeitungspräzision zu erteilen. Außerdem stellt sich bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten eine beträchtliche Reibung ein.

?Ö9815/1O68

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Werkzeugspannträgervorriclitung zu schaffen, die die oben angeführten Mißstände der bekannten Vorrichtungen vermeidet«

Es ist weiter die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugspannträgervorrichtung zu schaffen, die eine präzise Kontrolle des Wanderns des Werkzeugs mit begrenzter Amplitude ermöglicht.

Erfindungsgemäß enthält die Werkzeugspannspindelvorrichtung Mittel zum Abstützen des Spindelschaftes und eines Kraftantriebes, beispielsweise eines Elektromotors zum Drehen der Spindel, wobei die Stützmittel wenigstens ein elektromagnetisches Radiallager aufweisen, das durch einen Radialdetektor gesteuert ist, der einen auf dem Spindelschaft befestigten ringförmigen Anker und einen den ringförmigen Anker umfassenden ortsfesten Anker hat und ein elektromagnetisches Axiallager mit einem scheibenförmigen Anker, der auf dem Spindelschaft befestigt ist und einem ortsfesten Anker sowie einer Kette zur Steuerung der radialen und/oder axialen Position der Spindel, wobei die Kette einerseits mit wenigstens einem Detektor der radialen und/oder axialen Position der Spindel und andererseits mit den Erregerspulen der Anker jeden magnetischen Lagers verbunden ist und daß Mittel für die selektive Umwandlung des durch wenigstens einen der Positionsdetektoren erzeugten Signals vorgesehen sind.

Dadurch zeigt sich der erste Torteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der darin besteht, daß der Schaft der drehenden Spindel keinerlei Reibung unterworfen 3sfc. Der Schaft ist gehalten durch elektromagnetische Lager und ist durch einen elektrischen Motor angetrieben, dessen Anker direkt daran befestigt sein können. Darüber hinaus verursacht die elek-

709815/ioea

tromagnetisehe lagerung keinerlei Begrenzungen des Sehaftdurchmessers der Spindel, was ein hohes Beharrungsvermögen und eine beträchtliche Biegefestigkeit ergibt, wodurch Schwingungen bei hohen Geschwindigkeiten vermieden werden. Weiter wird durch die Steuerung eines jeden radialen.Lagers durch den Detektor verbunden mit der Steifheit des Schaftes eine hohe Bearbeitungspräzision erreicht, durch die Reduzierung des radialen Wanderns der Drehachse der Spindel. Außerdem eröffnet die selektive Modifizierung des durch wenigstens einen der Positionsdetektoren erzeugten Signals die Möglichkeit einer präzisen Steuerung der Position und des Wanderns des Werkzeugs während des Bearbeitungsvorganges und wobei besondere Funktionen durchgeführt werden können, wie Steuerung der radialen und/oder axialen Wanderung der Spindel, Korrektur der Konizität usw.

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zwei elektromagnetische Radiallager, jedes gesteuert durch einen Radialdetektor und in der Nähe der Endbereiche des Spindelschaftes angeordnet. Der Anker des Motors ist am Spindelschaft im wesentlichen abstandsgleieh von den zwei Radiallagern befestigt. Der Spindelschaft ist dadurch radial an zwei voneinander separat liegenden Stellen zentriert. Irgendeine Nutation oder Präzession seiner Drehachse als auch irgendwelche Schwindungen sind schnell gedämpft.

Das Axiallager ist durch den Detektor so gesteuert, daß irgendeine axiale Wanderung der Spindel verhindert wird.

Die. Radialdetektoren können elektromagnetische Detektoren sein, die einen ringförmigen auf dem Schaft der Spindel befestigten Anker und einen ortsfesten Anker haben.

-S-

Anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Mg. 1 eine schematische Ansicht einer Werkzeugspannspindel vorrichtung für eine Schleifmaschine gemäß der Erfindung im Längsschnitt gemäß der linie I-I der Fig. 2,

Xg. 2 einen schematisehen Teilausschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine sehematische" Teilansicht im Schnitt entlang der Linie HI-III der Fig. 1.

In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Werkzeugspannspindel für eine Schleifmaschine, bei der der Schaft 11 in einem zylindrischen Gehäuse 13 untergebracht ist und dessen Ende einen Dorn H trägt, auf dem eine Schleifscheibe 15 befestigt ist.

In der Fähe des vorderen Endes , das sich auf der Seite der Schleifscheibe 15 befindet, hat das Gehäuse 13 einen inneren Schulteranschlag 13a, gegen den der ferromagnetische Teil des ringförmigen Ankers 16a des elektromagnetischen Radiallagers 16 durch den auf die innere Fläche des Gehäuses 13 geschraubten Ringes 17 gedruckt wird. Der Anker 16a umschließt den ringförmigen Anker 16b des Radiallagers 16, der auf dem Schaft 11 befestigt ist. Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich, ist der Anker 16a aus einem Polteil 16c gebildet, das einen äußeren ringförmigen Teil und radial nach innen ausgerichtete Glieder 16d hat, wovon jedes durch eine Spule 16e umfaßt ist, wobei die Richtung der Wicklung von benachbarten Spulen gegenläufig ist.

- 6 7Ö9815/1068

Die Stirn des Gehäuses 13 ist durch, einen ringförmigen Deckel 18 verschlossen, der an dem Gehäuse13 durch die Schrauben 19 befestigt ist. D_er Deckel 18 dient als Stirnersatzlager für den Schaft 11 mittels der Wälzkörper 20«, Zwischen der inneren Fläche der Wälzkörper 20 und der äußeren Fläche des Schaftes 11 ist ein Abstand vorgesehen. Die Wälzkörper 20 sind axial gesperrt durch eine innere Schulter des Deckels 18 und durch einen Ring 21, der am Deckel 18 durch die Schrauben 22 befestigt ist.

In seinem hinteren Teil hat das Gehäuse 13 eine innere Anschlagschulter 13b, gegen welche der ferromagnetische Teil des ringförmigen Ankers 23a eines zweiten elektromagnetischen Radiallagers 23 gedrückt wird. Der Aufbau dieses Radiallagers 23 entspricht dem des Radiallagers 16 und enthält einen ringförmigen Anker 23b, der auf dem Schaft 11 befestigt ist. Wie der Anker 16a des Radiallagers 16 ist der Anker 23a des Radiallagers 23 mit Spulen 23e versehen.

Der rückwärtige Teil des Gehäuses 13 ist durch einen Deckel verschlossen, der durch die Schrauben 25 an dem Gehäuse 13 befestigt ist. Der Deckel 24 dient als hinteres Reservelager für den Schaft 11 mittels der Wälzkörper 26. Zwischen der inneren Fläche der Wälzkörper 26 und der äußeren Fläche des Schaftes 11 ist ein Abstand vorgesehen. Die Wälzkörper 26 sind axial gegen eine innere Anschlagschulter des Deckels 24 über den Ring 27, der in den Deckel 24 eingeschraubt ist, gehalten .

Am rückwärtigen Teil des Schaftes 11 an seinem freien Endteil ist ein ringförmiger Anker 28b eines axialen Magnetlagers 28 befestigt. Der Anker 28b ist axial gehalten durch einen Ring 29» der an einer Schulter des Schaftes 11 anliegt und einem Ring 30, der durch die Schraube 31 gesperrt ist. Die Ringe

709 81S/108 8

29 und 30 sind aus isolierendem Kunststoffmaterial hergestellt, Der Ring 30 hat eine radiale Fläche 30a, die normalerweise von den Wälzkörpern 26 getrennt ist und eignet sieh, ein selbstschmierendes Kunststofflager für die rückwärtigen Ersatzwälzkörper 26 zu bilden, wenn das Axiallager 28 ausfällt. Der Anker 28a des Axiallagers 28 enthält zwei ringförmige ferromagnetische Körper 28c und 28d, die mit Spulen 28e versehen sind. Die ferromagnetischen Körper 28e und 28d sind an jeder Seite des ringförmigen Ankers 28b angeordnet, und zwar in geringem Abstand von den äußeren !Teilen der radialen Flächen. Der ferromagnetische Körper 28c ist in einer in dem Deckel 24 angeordneten But untergebracht, während der ferromagnetische Körper 28d in dem Gehäuse 13 befestigt ist und axial gehalten wird an einer Seite durch den Anker 23a des Radiallagers 23 unter Zwischenschaltung eines Isolierringes 32 und auf der anderen Seite durch einen Ring 33, der in das Gehäuse 13 eingesehraubt ist unter Zwischenschaltung eines Isolierringes

Im mittleren Teil des Gehäuses 13,zwischen den Ankern 16a und 23a der Radiallager 16 und 23, ist ein röhrenförmiges Ieil 35 befestigt. Der Anker 36a eines elektromagnetischen Radialdetektors 36 verbunden mit dem Radiallager 16, dem Induktor 37a eines elektrischen Motors 37 und dem Anker 38a eines elektromagnetischen Radialdetektors verbunden mit dem Radiallager 23a sind nacheinander befestigt von vorne nach hinten an der inneren zylindrischen Oberfläche 35a des Teils 35· Diese drei Elemente sind radial zwischen einer inneren Anschlagschulter 35b des Teils 35 und einer Sehraube 39, die in das Teil 35 eingeschraubt ist, gehalten.

Auf dem mittleren Teil des Schaftes 11 zwischen den ringförmigen Ankern 16b und 23b der Radiallager 16 und 23 sind nacheinander ein Ring 36b, der den ringförmigen Anker des Radialdetektors 36 bildet, der Anker 37b des Motors 37 und ein

- 8 7Ö9815/106S

AA,

Ring 38b, der den ringförmigen Anker des Radialdetektors büdet, befestigt. Die durch die Anker 16b und 23b, die Ringe 36b und 38b und die Anker 37b gebildete Vorrichtung ist axial durch, zwei auf den Schaft 11 aufgeschraubte Schrauben 40 und 41 gehalten.

An der Stirn des Schaftes 11 ist der ringförmige Anker 42b eines elektromagnetischen Axialdetektors 42 befestigt, dessen Anker 42a in einer in dem Ring 21 vorgesehenen ringförmigen Nut untergebracht ist. Der ringförmige Anker 42b ist axial zwischen einer Schulter des Schaftes 11 und einer auf den Schaft 11 geschraubten Schraube 43 gehalten.

Am hinteren Ende des Schaftes 11 ist ein zweiter elektromagnetischer Axialdetektor 53 angeordnet, der aus einem Anker 53a besteht, der durch eine in dem Deckel 24 untergebrachten Spule und durch eine Spule 53b gegenüber der Spule 53a in einer Ausnehmung in der rückwärtigen radialen Fläche des Schaftes 11 angeordnet ist, gebildet wird. Die Spule 53b

und der Schaft 11 sind koaxial.

Die elektromagnetische Lagerung der Spindel 10 während ihrer Drehung ist durch die radial elektromagnetischen Lager 16 und 23 und die axial elektromagnetischen Lager 24 erreicht. Die radial elektromagnetischen Detektoren 36 und 38 haben den selben Aufbau wie der in Jig. 3 gezeigte. Der Anker 36a hat die Polteile 36d, um welche die Spulen 36e gewiekelt sind, Für die Radialdetektoren 30 und 38 ist eine Ausbildung vorteilhaft, die ähnlich ist zu der die in der französischen Patentanmeldung Ur. 7301786 vom 18.1.1973 unter dem Titel:. "Gleichrichtervorrichtung für magnetische Lager" beschrieben ist. Die die Spulen 16e und 23e der Radiallager 16 und 23 erregenden Ströme sind von den von den Detektoren 36 und ausgehenden Signalen gesteuert. Die Steuerung der Lager 16 und 23 von den Detektoren 36 und 38 kann erreicht werden,

mit Hilfe der in dem französischen Patent Nr. 2 149 644 vom 18.8.1971 "beschriebenen Kreise.

Die axiale Lage der Spindel ist durch die Axialdetektoren 42 und 53 eingestellt. Die durch die Anker 42a und 53a dieser Detektoren übetragenen Signale stellen die Erregerströme der Spulen 28e des Axiallagers 28 ein. Es sei bemerkt, daß die axiale Steuerung der Spindel durch die Anwendung nur eines axialen Detektors erreicht werden kann, vorzugsweise des Detektors, der an dem vorderen Ende des Schaftes 11 liegt und dadurch so wenig wie möglich durch Wärmedehnungen des Schaftes 11 beeinflußt ist. Jedoch hat die Verwendung von zwei Detektoren 42 und 53 besondere Vorteile. Der Detektor 42 beachtet die langsame Änderung der Position des Schaftes 11, während der Detektor 53 die Veränderungen der Position oder Schwingungen des Schaftes 11 mit hoher Frequenz in Rechnung zieht.

Die Spindel 11 wird durch den Elektromotor 37 gedreht. Dieser Motor ist ein Asynchronmotor, dessen Induktor 37a aus einem Eisenkern und Erregerspulen ortsfest ist und dessen Anker 37b durch Kupferbarren 37c gebildet wird, die sich parallel zur Achse des Schaftes 11 erstrecken und in dessen Peripherie untergebracht sind. Die Barren 37c sind durch Verschweißen ihrer Endteile elektrisch miteinander verbunden. Der Induktor 37a des Motors 37 sowie die Polteile der Anker der Radiallager 16 und 23 und der Radialdetektoren 36 und 38 sowie die. Anker der Radiallager 16 und 23 sind aus Bündeln von Metallscheiben oder aus Dynamoblech gebildet. Die Kühlung des Induktors 37a des Motors 37 wird durch die Zirkulation eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, in einer spiralförmigen Nut in der äußeren zylindrischen Fläche des Teils 35 erreicht. Diese äußere Oberfläche ist dicht gegen die innere Oberfläche des Gehäuses 13 angeschlossen. Die Nut 44

- 10 703815/1068

- te -

bildet einen abgedichteten Kreislauf. Diese spiralförmige Mut

kommuniziert mit Außen durch eine Zuführöffnung 45 und eine Abfuhröffnung 46 für das Kühlmittel. Diese Öffnungen sind in der Wand des Gehäuses 13 eingebracht. Wie in der Pig. 3 sichtbar, sind die Öffnungen 45 und 46 mit ihren Mündungen im wesentlichen tangential in die Nut 44 eingeführt.

Die elektrischen Leitungen und Kabel, die mit den Spulen I6e, 23e, 28e, 36e, 38e, 42e und 53e verbunden sind, sowie die elektrischen Zuführkabel des Induktors 37e des Motors 37 enden in einer Klemmdose 47, die an dem Deckel 24 befestigt ist. Pur die Durchführung der Leitungen und Kabel sind in dem Gehäuse 13, dem Teil 35 und den Deckeln 18 und 24 Durchführungen 48 vorgesehen. Die nicht gezeigten Kreise zur Steuerung der elektromagnetischen Lager sind außerhalb des Gehäuses 13 angeordnet, um nicht den innerhalb des Gehäuses herrschenden Temperaturverhältnissen unterworfen zu sein.

Um das Eindringen von während der Bearbeitung außerhalb des Gehäuses 13 entstehenden Staub und Metallteilen zu verhindern, ist einerseits ein Schutzdeckel 49, der an der Stirn des Gehäuses 13 mittels der in den Deckel 18 geschraubten Schrauben 50 befestigt ist und andererseits wenigstens eine Öffnung

51 in dem Deckel 18 hat und nit einer nicht gezeigten Druckluftquelle verbunden ist, für das Einblasen von Druckluft in das Gehäuse 13 vorgesehen. Das Gehäuse ist hermetisch in seinem rückwärtigen Teil abgeschlossen. Die in das Gehäuse eingeführte Druckluft tritt an der Stirn desselben aus und verhindert das Eindringen von Staub und Schutt.

Wie bereits bemerkt, gestattet die Art der Lagerung und der Antrieb der Spindel in der Vorrichtung gemäß der Erfindung sehr hohe Drehgeschwindigkeiten zu erreichen, z.B.in der

- 11 709815/1068

Größenordnung von 60 000 U.p..M. ohne Begrenzung des Schaftdurchmessers der Spindel. Dieser Schaft kann deshalb hohe Massenkräfte und beträchtliche Biegefestigkeit haben. Darüber hinaus gestattet die Steuerung der Position des Spindelschaftes durch Detektoren, daß jedwelche Wanderung der Spindelachse in Bezug auf ihre normale Lage korrigiert werden kann, was in Verbindung mit der Biegefestigkeit des Schaftes eine hohe Bearbeitungspräzision zu erreichen gestattet.

Während eines Arbeitsvorganges können die radialen und axialen Positionen der Spindel von den durch die Axial- und Radialdetektoren übertragenen Signale gesteuert werden, so daß diese Positionen in Bezug auf das Gehäuse 13 fest sind. Der Schaft 11 ist perfekt zentriert in den Radiallagern 16 und 23 und der Luftspalt zwischen dem Anker 28a und dem Anker 28b des Axiallagers 28 ist konstant gehalten. In diesem Fall ist die Positionierung und Auswanderung des Werkzeugs allein durch Verschieben eines nicht gezeigten Trägers,an dem das Gehäuse 13 über die Absatzstücke 52 befestigt ist, bewirkt.

Die oben beschriebene Werkzeugspannspindelvorrichtung bietet jedoch eine sehr vorteilhafte zusätzliche Möglichkeit der Steuerung, der Positionierung und Auswanderung des Werkzeugs für einen Bearbeitungsvorgang.

Tatsächlich ist, wenn der Schaft 11 in einer Axial- und Radialreferenzlage gehalten ist, in welcher beispielsweise er perfekt in dem Gehäuse 13 zentriert ist, in allen Richtungen ein Abstand in der Größenordnung von 0,10 bis 0,20 mm zwischen dem Schaft 11 und den ortsfesten Teilen. Sobald wie die axiale oder radiale Position des Schaftes von dieser Referenzposition abweicht, wird diese Verschiebung durch die Axial- oder Radialdetektoren angezeigt und die Erregerströme der Axial- und Radiallager werden modifiziert als eine

- 12 -

709815/1068

Funktion der durch die Detektoren übertragenen Signale, um den Schaft 11 in seine Referenzposition zurückzuführen. Es ist folglich, erkennbar, daß durch Modefizierung in vorbestimmter Weise, die durch die Axial- und/oder Radialdetektoren oder die Erregerströme der Axial- und/oder Radiallager die axiale oder radiale Referenzposition des Schaftes 11 von vornherein modifiziert werden kann durch Auferlegen einer Verschiebung durch eine vorbestimmte Amplitude und Richtung.

Die Verschiebungen des Werkzeuges, die auf diese Weise elektrisch gesteuert sind, sind selbstverständlich von einer begrenzten maximalen Amplitude in der Größenordnung von 0,10 mm. Sie sind jedoch von einer wesentlich höheren Präzision, welche durch eine mechanisch gesteuerte Verschiebung erreichbar ist. Dieses ist außergewöhnlich vorteilhaft für die Steuerung besonderer Funktionen, die durchzuführen sind.

Die folgende Aufstellung " gibt einige Beispiele spezifischer Funktionen, die auf diese Weise erreicht werden können:

1. Die Steuerung einer radialen Verschiebung der Spindel.

Durch Einwirken auf die durch die Radialdetektoren übertragenen Signale ist die radiale Referenzposition der Spindelachse verändert durch das Auferlegen einer radialen Verschiebung von vorbestimmter Amplitude, durch gleichzeitigen Eingriff an dem vorderen und hinteren lager 16 bzw. 23. Durch diese Steuerung kann das Schleifen eines Werkstückes sehr präzise bestimmt werden durch dem Werkzeug auferlegte radiale Verschiebungen in der Größenordnung von 1 Mikron.

2. Steuerung der axialen Verschiebung der Spindel.

Die axiale Referenzposition der Spindel kann modifiziert

- 13 -

709815/1061

werden durch. Einwirken auf die durch, die Axialdetektoren übermittelten Signale. Diese Modifizierung kann in linearer Weise erreicht werden und, wenn es gleichzeitig mit einer radialen Bewegung der Spindel bewirkt wird, erlaubt es die Rektifikation von schrägen oder gekrümmten Oberflächen, wie beispielsweise Oberflächen von Nuten oder Aussparungen.

3. Korrektion der Konizität.

Durch selektive Modifikation der radialen Referenzposition des Stirnradiallagers 16 oder des rückwärtigen Radiallagers 23 durch Einwirkung auf die durch den korrespondierenden Detektor übermittelten Signale,kann die Konizität eines Werkstückes kompensiert oder korrigiert werden während der Bearbeitung.

Solch eine selektive Modifizierung der radialen Referenzpositionen der radialen Lager kann auch für den Zweck der Einstellung der Winkelposition des Spindelschaftes bewirkt werden.

4. Kompensation von Wärmeeffekten.

Die Modifizierung der radialen oder axialen Referenzpositionen der Spindel ermöglicht es auch, Abweichungen in der Position der Spindel zu kompensieren, welche von Wärmedehnungen oder WarmeSchrumpfungen hervorgerufen werden.

5. Einwirkung auf die Geometrie der Bodenfläche.

Wenn die Bodenfläche einen besonderen Teil darstellen soll, z.B. wenn eine ovale Ausbildung dieser Fläche erforderlich ist, kann eine kontinuierliche Verschiebung der axialen und/oder radialen Referenzposition der Spindel während des

-H-709815/1068

Bearbeitungsvorganges elektrisch gesteuert werden, wodurch das erforderliche Teil direkt herstellbar ist.

6. Mikro-Oszillierungen des Werkzeugs.

Während eines Schleifvorganges ist es vorteilhaft, dem Werkzeug eine abwechselnd lineare Bewegung bei seiner Vorschubbewegung zu überlagern. Solch eine abwechselnd lineare Bewegung kann in der Form von Mikro-Oszillierungen erreicht werden, beispielsweise durch Modulation der Erregerströme der Radiallager oder der Axiallager.

Die oben beispielsweise aufgeführten Funktionen beruhen alle auf einer Steuerung der Verschiebung der radialen und/ oder axialen Referenzposition der Spindel. Wie bereits erwähnt, kann diese Steuerung durch Modifizierung der übermittelten Signale durch einen oder mehrere der axialen und radialen Detektoren bewirkt werden.

Beispielsweise seien die Detektoren und Radiallager betrachtet. Jeder Radialdetektor, z.B. 36, enthält vier .Detektoreinheiten gebildet durch die Spulen 36e (Fig. 3)> gruppiert zu zwei Paaren von Spulen. Die Spulen eines jeden Paares sind diametral entgegengesetzt und die zwei Spulenpaare sind entlang zweier rechtwinkliger Durchmesser angeordnet. Jedes Radiallager, z.B. 16, enthält eine Mehrzahl von Elektromagneten mit den Spulen I6e (Fig. 2). Diese Elektromagneten sind zu Paaren zusammengefaßt. Jedes Paar hat zwei diametral gegenüberliegende Elektromagnete. Die Steuerung der radialen Position des Schaftes 11 wird durch eine Steuerkette bewirkt, wie sie in dem französischen Patent Nr. 2 149 644 beschrieben ist. Die Signale eines jeden Paares einer Detektoreinheit sind algebraisch zusammengefügt, um ein Steuersignal für wenigstens eines der Speisekreise eines Elektromagnetenpaares

- 15 -

709815/1068

264A380

zu bilden. Wenn der Schaft 11 eine radiale Referenzposition einnimmt, in der er genau zentriert ist in dem Lager 16, so sind die Signale eines sich gegenüberliegenden Paares einer Detektoreinheit gleich in ihrem absoluten Wert und der Erregerstrom der El elctr ο magnete des Ankers des Lagers 16 ist nicht modifiziert. Im Gegensatz dazu wird ein Steuersignal erzeugt, sobald der Schaft 11 von der radialen Referenzposition abweicht, wobei das Signal den Erregerstrom von wenigstens einem Paar von Elektromagneten modifiziert, um den Schaft 11 in seine radiale Referenzposition zurückzuführen.

Wenn die Steuerung einer Verschiebung mit vorbestimmter Amplitude und Richtung von der radialen Referenz des Schaftes 11 erforderlich ist, ist es ausreichend, die durch die Detektoreinheiten übermittelten Signale zu modifizieren, diesen Signalen einen Wert zu geben, den sie haben würden, wenn der Schaft abweicht von seiner Referenzposition über die gleiche Distanz, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Es ist somit ein Steuerkreis vorgesehen, der mit den Detektoreinheiten der Detektoren 36 und 38 verbunden ist, wobei der Kontrollkreis Mittel für eine selektive Modifizierung der durch die Detektoreinheiten übermittelten Signale enthält und der im Ausgang mit der Steuerkette der Radiallager und 23 verbunden ist.

Die Steuerung der Verschiebung der axialen Referenzposition der Spindel kann in ähnlicher Weise erreicht werden, in-dem ein Steuerkreis, der mit den Axialdetektoren 42 und 53 verbunden ist, vorgesehen wird. Der Steuerkreis hat Mittel, die sieh zur selektiven Modifizierung der durch diese Detektoren übermittelten Signale eignet und verbunden ist im Ausgang mit einer Kette, welche die axiale Position der Spindel steuert. Diese Steuerkette steuert den Erregerstrom-Speisekreis des Axiallagers 28.

- 16 709815/1068

Selbstverständlich kann eine gewisse Anzahl von Änderungen bei der obigen Vorrichtung vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt ist, zu verlassen. So können Detektoren andere als elektromagnetische verwendet werden, beispielsweise optische oder kapazitive Detektoren. Außerdem ist die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht auf Schleifmaschinen begrenzt, sondern sie kann vielmehr bei anderen Werkzeugmaschinen verwendet werden, insbesondere bei solchen, bei denen das Werkzeug mit hohen Geschwindigkeiten gedreht werden muß.

709815/1068

Claims

Patentansprüche

ί 1. Werkzeugspannspindelvomchtung, insbesondere für eine ^-^Schleifmaschine, mit Mitteln zum Abstützen des Spindelschaftes und eines Kraftantriebs, z.B. eines die Spindel drehenden Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel wenigstens ein elektromagnetisches Radiallager, das durch einen Radialdetektor gesteuert ist, der einen auf dem Spindelschaft befestigten ringförmigen Anker und einen den ringförmigen Anker umfassenden ortsfesten Anker hat und ein elektromagnetisches Axiallager mit einem scheibenförmigen Anker, der auf dem Spindelsehaft befestigt ist und einen ortsfesten Anker umfassen, daß eine Kette zur Steuerung der radialen und/oder axialen Position der Spindel vorgesehen ist, wobei die Kette einerseits mit wenigstens einem Detektor der radialen und/oder axialen Position der Spindel und andererseits mit den Erregerspulen der Anker eines.jeden magnetischen Lagers verbunden ist und daß Mittel für/selektive Modifizierung des durch wenigstens einen der Positionsdetektoren erzeugten Signale vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei elektromagnetische Radiallager, die jedes durch einen Radialdetektor gesteuert werden und die in der Nähe der Endbereiche des Spindelschaftes angeordnet sind, und dadurch, daß der Motor einen auf dem Schaft der Spindel im wesentlichen abstandsgleich von den zwei Radiallagern befestigten Anker und einen den Anker umschließenden und koaxial zum Anker angeordneten ortsfesten Induktor hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Elektromotors aus an der Außenfläche des

709815/1068

ORIGINAL INSPECTED

Spindelsciiaftes befestigten Kupferbarren gebildet ist, die sieh parallel zur Schaftach.se erstrecken und elektrisch miteinander verbunden sind.
4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Axiallager an dem freien Endteil des Spindelschaftes angeordnet ist, und daß ein Axialdetektor für die Steuerung des Axiallagers vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Axialdetektoren an den zwei Enden des Spindelschaftes angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß·jeder Radialdetektor ein elektromagnetischer Detektor mit einem ortsfesten Anker und einem auf dem Spindelschaft befestigten ringförmigen Anker ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein ortsfestes Gehäuse, das den Schaft umschließt und an dem der Anker der elektromagnetischen Lager und der Induktor des Elektromotors befestigt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem Kreislauf für ein Kühlmittel versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß'das Gehäuse an seinem rückwärtigen Teil das freie Ende des Spindelschaftes einfassend abgeschlossen ist und daß Mittel zur Zufuhr von Druckluft in das Gehäuse vorgesehen sind.
10. Vorrichtung naeli Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerkreis, der mit jedem radialen Positionsdetektor verbunden ist und dessen Ausgang mit der Steuerkette verbunden ist, wobei der Steuerkreis Mittel zur selektiven Modifizierung der von jedem radialen Positionsdetektor kommenden Signale hat, die zur Steuerkette so übermittelt sind, daß die radiale Referenzposition der Spindel in vorbestimmter Weise modifiziert wird.
11. Torrichtung nach Anspruch 1 oder 10, gekennzeichnet durch einen zweiten Steuerkreis, der mit jedem axialen Positionsdetektor verbunden ist und dessen Ausgang mit der Steuerkette verbunden ist, wobei der zweite Steuerkreis Mittel zur selektiven Modifizierung der von jedem axialen Positionsdetektor kommenden Signale hat, die zur Steuerkette so übermittelt sind, daß die axiale Referenzposition der Spindel in vorbestimmter Weise modifiziert wird.

709Ö15/1Θ6β