DE2709448A1

DE2709448A1 - Spindeleinheit mit automatischer werkzeugabhebevorrichtung

Info

Publication number: DE2709448A1
Application number: DE19772709448
Authority: DE
Inventors: Max Herla; Franz Kessler; Horst Dipl Ing Voll
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1977-03-04
Filing date: 1977-03-04
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2382299A1; FR2382299B1; US4175802A; DE2709448C3; DE2709448B2

Description

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KUGELFISCHER GEORG SCHÄFER & CO. 28. Febr. 1977 8720 Schweinfurt R-RS-1-488-ad-sch

Spindeleinheit mit automatischer Werkzeugabhebevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spindeleinheit mit automatischer Werkzeugabhebevorrichtung, wie sie insbesondere für das Feinstbohren mit Oxydkeramikdrehmeißeln verwendet wird.

Obwohl beim Feinstbohren die Schnittkräfte gering sind, verformen sich Werkzeug, Werkstück, Spindeleinheit und Spannvorrichtung elastisch. Beim Zurückfahren des Werkzeuges aus der bearbeiteten Bohrung entstehen als Folge dieser elastischen Rückfederung Riefen. Auch wenn diese Riefen nur schwach ausgebildet sind, beeinflussen sie Oberflächengüte und Dauerfestigkeit des Werkstückes, sowie die Standzeit des Werkzeuges nachteilig. Man hat deshalb Werkzeugabhebevorrichtungen entwickelt, die ein Anstreifen des Werkzeuges beim Zurückfahren vermeiden.

So ist z. B. in der Broschüre "Das Gleitstützenlager in hydrodynamischen FAG-Spindeln" Publ.-Nr. 44 110 KUGELFISCHER GEORG SCHÄFER & CO., Werk Ebern auf Seite 11 eine derartige Feinstbohrspindel mit Werkzeugabhebeeinrichtungen gezeigt. Nach Erreichen des Bearbeitungsendpunktes wird die Spindeleinheit abgebremst. Ein am Wellenende eingebauter Ringkolben wird hydraulisch etwas verschoben, wodurch die Lagerung Spiel erhält. Ein weiterer hinter dem arbeitsseitigen Lager angebrachter Ringkolben wird so verschoben, daß seine konische Bohrung gegen einen auf der Welle befestigten, in einer Ebene auf der Seite der Werkzeugschneide liegenden Bolzen drückt. Dadurch wird der Wellenmittelpunkt verlagert und das Werkzeug abgehoben.

Nachteilig an derartigen Werkzeugabhebevorrichtungen ist die Notwendigkeit, daß die Spindeleinheit erst stillgesetzt werden muß, bevor das Werkzeug abgehoben werden kann. Diese Stillsetzung ist bei häufigen Ein- und Ausschaltvorgangen sehr

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zeitraubend und hat, vor allem wenn die Welle in hydrodynamischen Gleitlagern gelagert ist, den Nachteil, daß jedes Mal der Bereich der Misch- und Festkörperreibung durchfahren werden muß. Dies wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer der Spindeleinheit aus.

Aus der DT-AS 24 09 721 ist eine Abhebevorrichtung bekannt, bei der das Abheben der Werkzeugschneide durch radiales Verlagern der Welle erfolgt. Dabei wird von einem umlaufenden Flüssigkeitsdruckpolster Gebrauch gemacht. Nachteilig an diesen Ausführungen ist die Tatsache, daß die Kraftübertragung (Druckmittel oder Kniehebelstange) durch die drehende Welle erfolgt, was zu Schwierigkeiten in der Kraftübertragung (Dichtungsprobleme, Reibverlust, o.a.) führt. Hinzu kommt noch, daß insbesondere bei Transferstraßen die Werkzeuge leicht auswechselbar sein sollen, wozu es vorteilhaft ist, eine Hohlwelle zur Verfügung zu haben.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Spindeleinheit mit automatischer Werkzeugabhebevorrichtung aufzuzeigen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, also insbesondere bei drehender Welle ein zuverlässiges Abheben des Werkzeuges sicherstellt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen zeigen die nachfolgenden Ansprüche.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es nun möglich, automatisch das Werkzeug beim Zurückfahren der Spindeleinheit abzuheben, ohne deshalb die Spindeleinheit stillsetzen zu müssen. Dadurch läßt sich viel Zeit einsparen und die Standzeit des Werkzeugs und der Spindeleinheit wesentlich erhöhen. Ebenso bleibt die Welle von Druckölleitungen zur Kraftübertragung frei und kann als Hohlwelle ausgeführt werden.

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Die Erfindung soll an nachfolgenden Figuren näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Feinstbohrspindel, die mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugabhebevorrichtung ausgerüstet ist. Bei dieser Spindeleinheit übernehmen hydrostatische Lager die Führung der Welle während des Zurückfahrens. Im übrigen Betrieb ist die Welle in vorgespannten hydrodynamischen Lagern gelagert.

Fig. 2 zeigt eine Spindeleinheit, bei der die Welle auch während des Zurückfahrens von hydrodynamischen Lagern geführt wird.

Nach Fig. 1 besteht die Spindeleinheit aus einer Welle 1 und einem Gehäuse 2. Die Welle 1 ist in einem arbeitsseitigen hydrodynamischen Hauptlager 3 und einem antriebsseitigen hydrodynamischen Hauptlager 4 gelagert. Am arbeitsseitigen Wellenende ist ein weiteres Lager 5 angebracht, das während des Zurückfahrens der Spindeleinheit die Lagerung der Welle 1 übernimmt. Nach Fig. 1 ist dieses Lager 5 als hydrostatisches Lager ausgebildet und besteht aus Lagertaschen 5' und Lagerschale 5". Ein weiteres hydrostatisches Lager 6 ist vor dem hydrodynamischen Hauptlager 4 angeordnet. Zumindest das am arbeitsseitigen Wellenende angebrachte hydrostatische Lager 5 ist mit seiner wellenseitigen Lauffläche gegenüber der Drehachse der Hauptlagerung 3 um den Betrag "e" in Richtung auf die Werkzeugschneide zu versetzt. Es weist deshalb ein großes Radialspiel auf. Das hydrodynamische Hauptlager 4 ist über ein Tellerfederpaket 7 im Betriebsfall vorgespannt. Da diese Vorspannung jedoch für den Bereich des Anlaufens der Spindel schädlich ist, kann die hydrodynamische Hauptlagerung 4 durch einen gegen das Tellerfederpaket 7 wirkenden Kolben 8, der über einen hydraulischen Druckraum 9 mit Druck beaufschlagt wird, entlastet werden. Ober ölzufuhrbohrungen 10 und 11 werden die

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hydrodynamischen Hauptlagerungen 3 bzw. 4 mit Schmieröl versehen. Die hydrostatischen Lager 5 bzw. 6 bekommen das Drucköl über ölzuführbohrungen 12 bzw. 13 zugeführt. Ober eine ölablaufbohrung 14 fließt das öl zurück in den ölkreislauf.

Für eine Spindeleinheit nach Fig. 1 ergeben sich somit drei Betriebszustände mit jeweils unterschiedlicher Steuerung der ölzufuhr.

Beim Anfahren, also in dem Bereich vom Stillstand der Spindeleinheit bis zum Erreichen der Betriebsdrehzahl sind die hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 entlastet, um ein leichtes Durchfahren des Mischreibungsbereichs zu ermöglichen und die Lagerung keinen hohen Belastungen auszusetzen. Dazu fließt über die Schmiermittelzuführbohrungen 10 und 11 Schmiermittel in die hydrodynamischen Lager. Der Druckraum 9 ist mit Drucköl beaufschlagt, so daß der Kolben 8, der mit dem Außenring des hydrodynamischen Hauptlagers 4 zusammenwirkt, diesen gegen die Tellerfedern 7 verschiebt und so die gesamte Lagerung entlastet. Dabei sind die hydrostatischen Lager 5 und 6 nicht mit Drucköl beaufschlagt.

Im Betriebszustand sind die hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 nicht mehr entlastet, da die Druckölzufuhr zum Kolbenraum 9 unterbrochen wurde und das Tellerfederpaket 7 die beiden hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 gegeneinander verspannt. Ober die Schmiermittelzufuhrleitungen 10 und 11 werden die hydrodynamischen Lager 3 und 4 ausreichend mit Schmiermittel versorgt. Die hydrostatischen Lager 5 und 6 sind ohne Drucköl.

Beim Rücklauf der Spindeleinheit, also bei abgehobenem Werkzeug, ist der Druckraum 9 wieder mit Drucköl beaufschlagt, wodurch über den Kolben 8 die hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 wieder entlastet werden. Zusätzlich dazu werden die hydrostatischen Lager 5 und 6 über die Bohrungen 12 und 13 mit Drucköl beaufschlagt. Dabei besitzt die wellenseitige Lauffläche des hydrostatischen Lagers 5 gegenüber dem hydrodynamischen Hauptlager 3 einen um den Betrag "e" in Richtung

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auf die Werkzeugschneide zu versetzten Mittelpunkt, so daß die gesamte Welle 1 sich nun um den Mittelpunkt des hydrostatischen Lagers 5 dreht, da die hydrodynamischen Lager 3 und 4 entlastet sind. Der Radius zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse und der Werkzeugschneide wird somit um den Betrag "e" verringert, so daß nun die Werkzeugschneide zurückgefahren werden kann, ohne daß Gefahr besteht, beim Zurückfahren des Werkzeugs aus der bearbeiteten Bohrung Riefen zu hinterlassen. Dabei ist es nicht erforderlich, die Welle 1 jeweils stillzusetzen. Bei einer neuen Bearbeitung ist es nur erforderlich, die Druckölzufuhr des hydrostatischen Lagers 5 und des Druckraums 9 zu unterbrechen. Dadurch stellt das Federpaket 7 die beiden hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 wieder gegeneinander an - die Spindel läuft nun wieder um den Mittelpunkt des hydrodynamischen Lagers 3 - und ein neuer Arbeitsgang kann beginnen.

Nach Fig. 2 ist die Welle 1 nur in hydrodynamischen Lagern gelagert. Auch hier übernehmen zwei hydrodynamische Hauptlager 3 und 4 die Lagerung der Welle 1 während des Anlaufens und im Betrieb. Wie schon in Fig. 1 gezeigt, werden die hydrodynamischen Hauptlager 3 und 4 während des Anlaufens von einem Kolben 8 entlastet. Der Kolben 8 wirkt gegen ein Tellerfederpaket 7 und wird von einem Druckraum 9 mit Druck beaufschlagt. Neben dem arbeitsseitigen hydrodynamischen Hauptlager 3 ist ein weiteres hydrodynamisches Lager 15 angeordnet, dessen Mittelpunkt um den Betrag "e" in Richtung auf die Werkzeugschneide zu vom Mittelpunkt des hydrodynamischen Hauptlagers 3 abweicht. Dieses hydrodynamische Lager 15 kann über einen weiteren mit einem Druckraum 17 versehenen Kolben 16 axial angestellt werden. Während des Anlaufens der Welle 1 wird der Druckraum 9 mit Drucköl beaufschlagt, wodurch die hydrodynamischen Lager 3 und 4 entlastet werden. Die Welle kann also ohne Belastung hochlaufen. Durch Unterbrechen der Druckzufuhr zu dem Druck raum 9 stellt das Federpaket 7 die beiden hydrodynamischen

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Hauptlager 3 und 4 gegeneinander an. Das hydrodynamische Lager 15 ist dabei von der Feder 18 beaufschlagt und trägt nicht zur Lagerung der Welle 1 bei.

Nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wird der Druckraum 9 mit Druck beaufschlagt, um das hydrodynamische Hauptlager 3 zu entlasten. Auch der Druckraum 17 wird nun mit Drucköl beaufschlagt, wodurch der Kolben 16 das hydrodynamische Lager 15 axial gegen die Feder 18 drückt und es zum Tragen bringt. Da der Mittelpunkt des hydrodynamischen Lagers 15 um den Betrag "e" in Richtung auf die Werkzeugschneide zu versetzt ist, läuft die Welle nun um den neuen Mittelpunkt - das hydrodynamische Hauptlager 3 ist entlastet - wodurch die Werkzeugschneide von der bearbeiteten Fläche abhebt und zurückgezogen werden kann, ohne Riefen zu hinterlassen. Von besonderem Vorteil ist noch, daß durch diese Anordnung die Druckölzufuhr nicht über drehende Teile erfolgen muß, sondern die Welle z. B. als Hohlwelle ausgeführt sein kann, was insbesondere bei modernen Werkzeugmaschinen mit automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen sehr vorteilhaft ist. Durch automatische Steuerung der einzelnen DruckölZuführungen kann sichergestellt werden, daß bei jeder Rückwärtsbewegung der Spindeleinheit die Werkzeugschneide vorher abgehoben hat.

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Claims

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Schutzansprüche

I1./ Spindeleinheit mit Werkzeugabhebevorrichtung, insbesondere zum Feinstbohren mit Oxydkeramikdrehmeißeln, wobei die Wel le in mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Hauptlagern gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Hauptlagern (3,4) der Welle (1) zumindest am arbeitsseitigen Wellenende ein weiteres Lager (5,15) angebracht ist, das während des Zurückfahrens der Spindeleinheit die Lagerung der Welle (1) übernimmt und dessen Innenring bzw. dessen wellenseitige Lauffläche um den Betrag "e" zur Drehachse der Hauptlagerung (3,4) in Richtung auf die Werkzeugschneide zu versetzt ist, wobei in der Bearbeitungsphase das weitere Lager (5,15) dem Gehäuse (2) gegenüber mit Radialspiel eingebaut ist, während das benachbarte Hauptlager (3) trägt und wobei in der Abhebephase das Hauptlager (3) mit Radialspiel im Gehäuse (2) sitzt, während das weitere Lager (5,15) trägt.
2. Spindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialspiel jeweils durch Axialverschieben von kegeligen Lagerstützringen erzeugt wird.
3. Spindeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung durch Hydraulikkolben erfolgt.
4. Spindeleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die kegeligen Lagerstützringe axial entgegen der Richtung der Hydraulikkolben (8, 16) Federn (7, 18) einwirken.
5. Spindeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lager (3,4,5,6,15) als Gleitlager, vorzugsweise als hydrodynamische Gleitlager ausgebildet sind.

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6. Spindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Lager (5) als hydrostatisches Lager mit großem Radialspiel ausgebildet ist.

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