DE2738400A1

DE2738400A1 - Werkzeugmaschine mit hydrostatisch gelagerter feindrehspindel

Info

Publication number: DE2738400A1
Application number: DE19772738400
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE HUETTENVERWALTUNG LAUCHERTHAL; HOHENZOLLERN HUETTENVERWALT
Current assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE WERKE LAUCHERTHAL GmbH
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1979-03-01
Also published as: DE2839858A1; DE2738400C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit
hydrostatisch gelagerter Drehspindel insbesondere fUr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die Spindel vorzugsweise ferner in zwei axial wirksamen Hydrostatiklagern gelagert ist, die mit Umgriff, also gegeneinander wirksam sind.
Die Vorteile derartiger Werkzeugmaschinen (dieser Anspruch soll hier auch Bearbeitungseinheiten umfassen), liegen vor allem darin. daß die Tragfähigkeit und die blspaltverrormung unter Belastung weitgehend von der Drehzahl unabhängig sind, daß ferner Form- und Oberflächengenauigkeiten der miteinander wirkenden Lageroberflächen weitestgehend vom ölfilm ausgeglichen werden und daß durch den hohen bltaschendruck sämtliche Lagerspalte stets hohlpaumfrei mit Drucköl ausgefüllt sind, was zu hervorragenden Dämpfungseigenschaften und stabilem Lauf des Lagers beiträgt. Ferner ist durch den erzwungenen: #ldurchfluß und über eine geeignete blrückkühlung eine einwandfreie Thermostabilität der Maschine möglich.
Alle diese Maßnahmen und Merkmale tragen dazu bei, daß mit solchen Dreh- oder Ausdrehspindeln Oberflächengüten, Rundlaufgenauigkeiten und Formgenauigkeiten am Werkstück erzielt werden können, wie sie normalerweise nur mit Schleifen oder Superfinishen erreicht werden.
Zusammen mit Diamant- oder Keramikwerkzeugen werden Schnittgeschwindigkeiten verwendet von mehreren Hundert Metern pro Minute, weshalb beträchtliche Drehzahlen von mehreren Tausend Umdrehungen pro Minute für die Drehspindeln verlangt werden. Hierbei können hohe Maßgenauigkeiten und lange Standzeiten fUr die Werkzeugschneiden eingehalten werden.
Wegen der hohen zeitlichen Zerspan ungsleistung solcher Werkzeugmaschinen werden oftmals bei Massenfertigung mit automatischem Programmablauf die Taktzeiten von Werkstück zu Werkstück äußerst kurz.
Dies führte zu der Forderung, daß beispielsweise beim Bohrungsausdrehen die beim StahlrUckzug aus der zu bearbeitenden Bohrung im Eilgang erforderliche Stahlabhebung zur Vermeidung einer Rückzugrille bei voller Spindeldrehzahl erfolgt, damit ein Abbremsen und wieder Hochfahren der Drehmassen der Spindel und des Antriebs entfällt. Man spricht hier von einer sogenannten umlaufenden Stahlabhebung zur Verkürzung der Takt zeiten und zur Energieeinsparung. Man kann dieses Problem auf verschiedene Weise lösen. Zum Beispiels ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug an einem ausreichend biegeschlaffen Teil des Stahlhalters zu befestigen und diesen dann durch geeignete Mittel beim StahlrUckzug elastisch von der bearbeiteten Oberfläche weggerichtet auszulenken bei voller Drehzahl der Spindel.
Dieses Verfahren ist aufwendig und nicht konsequent, wenn man einerseits durch hohe Steifigkeit der Spindel und der Lagerung die Voraussetzung schaffen will, höchte Genauigkeiten zu erreichen, andererseits aber an der wichtigsten Stelle, nämlich in der Nähe des auf m genau eingestellten Werkzeugs wieder Biegeschlaffheiten in Kauf nehmen muß.
Ferner ist die Reporduzierbarkeit der Stahlstellung für das nächste Werkstück nicht absolut sichergestellt, einmal durch die Schlaffstelle, zum andern durch den erforderlichen mechanischen Anschlag, der der Verschmutzung und dem Verschleiß unterliegt.
Bei doppeltkonisch gleitgelagerten Spindeln ist versucht worden, das Problem dadurch zu lösen, daß beim Stahlrflckzug eines der konischen Gleitlager axial nach außen um einen geringen Betrag weggefahren wird, damit sich das Lagerspiel vergrößert. Ein über die umlaufende Spindel geschobenes Wälzlager zwingt dann über einen schwachen Exzenter die Spindel in eine Taumelbewegung, die zu einer umlaufenden Stahlabhebung führt. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren sehr aufwendig ist, stecken in der Reproduzierbarkeit der exakten Spindellage Uber die Axialverschiebung der Lager ebensoviele Imponderabilien wie beim vorhin beschriebenen L#sungsweg. Außerdem ist das Zu- und Wegschalten des Wälzlagers nicht verschleißfrei lösbar und die Lebensdauer ist begrenzt.
Die Erfindung erlaubt bei einer Werkzeugmaschine mit einer hydrostatischen SpindeLagerung eine absolut verschleißfreie umlaufende Stahlabhebung bei hundertprozentiger Reproduzierbarkeit der Lage der Werkzeugschneide unter Beibehaltung der Höchstmaßes an mechanischer und lagerseitiger Steifigkeit und Dämpfung der Spindel. Hierbei ist gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ein drittes geschlossenes hydrostatisches Mehrtaschenlager als Ausrücklager vorgesehen, welches radial auf ein weiteres Wellenstück der Spindel wirksam ist, dessen Achse zur Achse der beiden ersten Wellenstücke um ein geringes Maß exzentrisch angeordnet ist.
Vorteilhaft sind die beiden radial wirkenden Hydrostatilager mit gemeinsamer Achse der zugehörigen Wellenstücke unmittelbar benachbart und das dritte mit exzentrischer Wellenachse vorgesehene Ausrflcklager entweder links oder rechts davon angeordnet.
Die Exzentrizität der Achse des Wellenstückes am Ausrücklager hat vorteilhaft gegenüber der Achse der beiden ersten Wellenstücke maximal den Wert der Dicke des radialen blspalts des benachbarten radial wirksamen Hydrostatiklagers.
Die Stahlabhebung und das Zurückgehen in die Arbeitsstellung der Spindel wird nun durch eine Taumelbewegung der Arbeitsspindel dadurch erreicht, daß das auf das exzentrische Wellenstück radial wirksame Ausrücklager wechselweise mit dem unmittelbar benachbarten radial-wirksamen Hydrostatiklager an das Hydraulikdrucksystem koppelbar ist.
Hierbei muß die Werkzeugschneide bei der Bohrungsbearbeitung auf der dem Exzenter entgegengesetzten Seite der Spindel angebracht werden und bei der Umfangsbearbeitung auf der Seite des Exzenters.
Es ist auch möglich, das Ausrücklager wechselweise mit dem nicht unmittelbar benachbarten radial wirksamen Lager an das Hydraulikdrucksystem zu koppeln. In diesem Falle ergibt sich ein größerer Betrag der Stahlabhebung wegen der veränderten Hebelverhältnisse.
An zweckmäßigsten ist jedoch, daß das werkzeugseitige radialwirksame Lager stets mit dem Hydraulikdrucksystem gekoppelt ist und dieses somit als Drehpunkt oder Knoten fUr die Taumelbewegung wirkt. Aus diesem Grunde und aus Gründen der Biegesteifigkeit der Spindel und der Belastbarkeit am Werkzeug wird es bevorzugt, daß das werkzeugseitige Lager im Durchmesser und/oder in der Länge größer ausgeführt ist als die beiden anderen Lager.
Am besten ist die Welle als Konus ausgeflihrt, wobei das dickere Ende des Konus auf der Werkzeugseite ist. Hierbei ist dann zwecksSßig das Ausrücklager auf der Antriebseite, also der entgegengesetzten Seite angeordnet.
Die Vorteile einer derartigen erfindungsgemäßen Feindrehspindel sind beträchtlich. Die Forderung nach außergewfihnlich steifer AusfUhrung der Spindelkonstruktion und der Lagerung für ein Höchstmaß an Arbeitsgenauigkeit ist hier in konsequenter Weise auch bei der Ausrüstung der Bearbeitungsspindel mit umlaufender Stahlabhebung voll erfüllt.
Als erste und wichtigste Forderung ist eine absolute Reproduzierbarkeit der Stellung, der Tragfähigkeit, der Steifigkeit und der Dämpfungseigenschaft der Spindel in der Arbeitsstellung sichergestellt, wie dies bei den bekannten Lösungen nicht der Fall ist. Ebenso absolut ist bei der erfidungsgemäßen Spindel die Verschleißfreiheit, weil in keinem Zustand und auch zu keinem Zeitpunkt an irgend einer Stelle der sich relativ zueinander drehenden Teile eine metallische Berührung der Gleitflächen stattfindet. Tragendes Element aller Lagerstellen ist nur die Tragflüssigneit, also in der Regel Ol, das entsprechend seinem Alterungszustand als verschleißendes Maschinenelement problemlos erneuert werden kann. Bei richtiger Auslegung ist somit auch jegliche Ermüdung von Werkstoffen durch Oberflächen-, Biege- oder Schubbeanspruchung ausgeschlossen, da das öl alle diese Beanspruchungen übernimmt. Da das Ausrücklager nur in Funktion tritt, wenn die Werkzeugschneide außer Aktion ist, ist seine Tragfähigkeit und Steifigkeit von untergeordneter Bedeutung.
Somit können seine Dimensionen klein ausgeführt werden und die an das Lager gestellten genauigkeits- und mechanischen Forderungen sind gering.
Es hat lediglich die Aufgabe, die durch den geringen Exzenter bedingten Massenkräfte der taumelnden Spindel beim Stahlrückzug aufzunehmen und dafür zu sorgen, daß am benachbarten drucklosen Hauptlager keine Berührung der Welle an der Lageroberfläche stattfindet. Da eine Stahlabhebung nur bei Feinbearbeitung in Frage kommt, genügt eine Abhebung von nur wenigen Hundertstel Millimeter, so daß die erforderliche Exzentrizität des Ausrückwellenstücks entsprechend klein ist. Der bauliche Mehraufwand einer derartigen erfindungsgemäßen Stahlabhebung ist sehr gering. Weitere vorteilhafte Merkmale und Hinweise zur Herstellung der Bauteile gehen aus den Ansprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, hierbei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spindellagerung der Werkzeugmaschine mit angedeutetem Werkzeug und Werkstück einschließlich schematischer Darstellung der #lversorgung in der Arbeitsstellung.
Fig. 2 einen Längsschnitt wie Fig. 1 in der abgehobenen Stahlstellung Fig. 3 die Querschnitte der radial wirksamen Hauptlager und des AusrUcklagers, das wechselweise mit cem Cldrucksystem verbunden wird.
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Ausgießvorrichtung zur Herstellung des erfidungsgemäßen Lagers, Fig. 5 eine Ansicht des Gießdornes mit aufgeklebten Wachsplatten als Negativform der inneren Lagerkontur, Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel im vorbearbeiteten Zustand zur Her-Stellung des Ausrückexzenters auf der Welle und Fig. 7 ein Querschnitt durch Fig. 6 entlang der Linie A - A.

Claims

Werkzeugmaschine mit hydrostatisch gelagerter Feindrehspindel Patentansprtiche 1. Werkzeugmaschine fUr die Feindarbeitung mit einer mit zwei koaxialen Teilen auf mindestens zwei axial im Abstand angeordneten, radialen Hydrostatiklagern mit gemeinsamer Achse gelagerten Werkzeugspindel, wobei die radialen Hydrostatiklager als geschlossene Mehrtaschenlager ausgebildet sind, d a d u r c h g e k e n z e i c h -n e t , daß ein drittes geschlossenes, hydrostatisches radiales Mehrtaschenlager (24) vorgesehen ist, welches mit einem Teil <23) der Spindel (i) zusammenwirkt, dessen Achse (26) zur gemeinsamen Achse der beiden in den beiden erstgenannten Lagen gerührten Wellenteile (11 und 13) um ein geringes Maß (25) exzentrsich angeordnet ist und daß die Beaufschlagung eines der beiden erstgenannten Lager mit Tragflüssigkeit auf die Beaufschlagung der Exzenterlager mit Tragfldssigkeit umschaltbar ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eines der beiden auf koaxiale Spindelteile wirkenden radialen Hydrostatiklager (12 und 14) zwischen dem anderen dieser beiden Lager und dem auf dem Exzenter der Spindel wirkenden dritten Lager (24) angeordnet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle drei Radiallager (12, 14, 24) koaxial angeordnet sind.
4. Werkzeugmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Maß (25) der Exzentrizität des Exzenters (23) gegenüber der Achse (27) der beiden ersten Wellenstücke höchstens so greß ist, daß bei Betrieb des Exzenterlagers (24) das im ausgeschalteten Hydrostatiklager laufende Wellenstück noch frei geht.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das auf das exzentrische Wellenstück (23) radial wirksame Ausrücklager (24) wechselweise mit dem nächstliegenden radial wirksamen Hydrostatiklager (14) an das TragflUssigkeitssystem anschaltbar ist.
6. Werkzeugmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das auf das exzentrische WellenstUck (23) radial wirksame AusrUcklager (24) wechselweise mit dem weiter abliegenden radial wirksamen Hydrostatiklager (11) an das Tragflssiekeitssyste anschaltbar ist.
7. Werkzeugmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß im Betrieb das werkzeugseitige radial wirksame Hydrostatiklager (11) stets mit Tragflüssigkeit beaufschlagt ist.
8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t , daß das werkzeugseitige radial wirksame Hydrostatiklager (11) im Durchmesser und/oder in der Länge großer ausgeführt ist als die beiden anderen Lager.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die konzentrischen Teile (11, 13) der Werkzeugspindel (1) konisch sind
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterlager (23) Lager angeordnet ist.
11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß alle drei hydrostatischen Radiallager in einem einstückig ausgerührten Lagerkörper (6) angeordnet sind.
12. Werkzeugmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Lagertaschen (9, 10, 32) zusammen mit der Lagerbohrung aus einem gieß- und aushärtbaren Epoxidharz bestehen.
13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Xunststofflager direkt in den einstückig ausgefUhrten Lagerkörper (6) eingebracht sind.
14. Verfahren zur Herstellung des Lagers rür die Spindel der Maschine nach einem der AnsprUche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß alle drei Lager über einen gemeinsamen Gießdorn (34) gegossen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t * daß auf den Gießdorn (34) Platten (9', 10', 32') aus Formwachs oder ähnlichem Formmaterial aufgeklebt sind, die die Negativform der Lagertaschen (9, 10, 32) aufweisen.
16. Verfahren zur Herstellung des Exzenters der Werkzeugspindel einer Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das exzenterlagerseitige Zentrum (36) der Welle zum Schleifen des Exzenters um ein geringes Maß verschiebbar angeordnet ist.
17. Verfahren zur Herstellung des Exzenters der Spindel nach Anspruch 15, da dur c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das exzenterlagerseitige Zentrum (36) zum Schleifen des Konus in einem später zu entfernenden Fortsatz (35) eingebracht ist, der eine elastisch verformbare Schwachstelle (37) aufweist, die durch mindestens zwei Schrauben (38* 39) wieder versteift ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das exzenterlagerseitige Zentrum (36) zum Schleifen des konischen Wellenstückes für das Ausrücklager (41) mit exzentrischer Lage der Wellenachse (26) zur Achse der beiden ersten Wellenstücke (27) in seiner Exzentrizität durch die beiden Schrauben (38 und 39) eingestellt wird.
19. Verfahren zur Herstellung des Lagers fflr die hydrostatische gelagerte Drehspindel nach Anpruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zum Erreichen des exakten Radialspiels bei konischen Wellen die Axialmaße und Axialtoleranzen Maßringe (45) und (46) verwendet werden, die sowohl auf den Ausgießdorn (34) als auch auf die Spindel (1) spielfrei aufgesetzt werden zum Einmessen der fUr die Funktion wichtigen axialen Anlauf- und Anschlagflächen (47) und (48).