DE2845968A1

DE2845968A1 - Anordnung von funktionselementen einer arbeitsspindel, insbesondere fuer koordinatenbohrmaschinen

Info

Publication number: DE2845968A1
Application number: DE19782845968
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Ing Freier; Volker Dipl Ing Moebius; Horst Dr Ing Schindler
Original assignee: Werkzeugmaschinenkombinat Fritz Heckert VEB
Current assignee: Werkzeugmaschinenkombinat Fritz Heckert VEB
Priority date: 1977-11-02
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1979-05-03
Also published as: GB2010141B; CH636037A5; FR2407777B1; FR2407777A1; GB2010141A; DD139927A3

Description

Anordnung von Funktionselementen einer Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmasohinen.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Arbeitsspindeln zur Aufnahme von Bohr- und Fräswerkzeugen und zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung für eine Leistungs- und Genauigkeitsbearbeitung, insbesondere für Koordinatenbohrmasohinen.

Bei einer bekannten Anordnung der Punktionselemente einer Spindel zur Realisierung einer rotatorischen und einer translatorischen Arbeitsbewegung ist die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial unverschiebbar in einer Hülse (Pinole) gelagert, die ihrerseits axial verschiebbar, Jedoch drehfest im Gehäuse geführt ist.

Die Übertragung der Rotationsbewegung erfolgt durch ein im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar, konzentrisch gelagertes Zahnrad mit I_nnenkeilprofil auf die an ihrem Ende als Keilprofilwelle ausgebildete Arbeitsspindel.

Über ein im Gehäuse gelagertes Zahnradritzel und einer am HUlsemnantel befindlichen Zahnstange wird die Translationsbewegung der Hülse vermittelt. Diese exzentrische Einleitung der Translations!)ewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was sich nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel auswirkt.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung besteht darin, daß hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktions elemente diese Lösung kein Optimum darstellt. So wird z. B. die Hülse als das außenliegende und damit steifste Funktionselement weit weniger beansprucht, als die zentrisch angeordnete, weniger steife Arbeitsspindel.

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V/eiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Arbeitsspindel axial verschiebbar, jedoch, drehfest in einer Hülse geführt ist, die ihrerseits drehbar, jedoch axial unver¹-schiebbar im Gehäuse gelagert ist.

Die übertragung der Rotationsbewegung erfolgt von der mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehenden Hülse formschlüssig auf die Arbeitsspindel. An ihrem hinteren, im Gehäuse liegenden, Ende trägt die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial verschiebbar eine konzentrisch angeordnete Mutter, die ihrerseits drehfest, jedoch axial verschiebbar im Gehäuse geführt ist und eine Gewindespindel umschließt.

Die Gewindespindel selbst lagert drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse und ermöglicht bei Drehung durch den Nebenantrieb in Verbindung mit der Mutter eine Übertragung der Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel·

Trotz eines strengen konzentrischen Aufbaus stellt auch diese Anordnung hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen IPunktionselemente keine optimale lösung dar. Hinzu kommt noch, daß der verwendeten Wälzlagerung für die Hülse bei höheren Drehzahlen Grenzen gesetzt sind.

Weiter ist eine Werkzeugmaschinenspindel bekannt, bei der ein Gehäuse mit einer zylindrischen, durchgehenden Bohrung versehen ist, in der eine Spindel mit dem zylindrischen Teil derselben drehbar und längsverschiebbar gelagert ist, und der zylindrische Teil der Spindel langer ist als die Gehäusebohrung und das Gehäuse, über mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Druckkissengruppen verfügt. Die Spindel selbst ist an ihrem vorderen Side mit einer Haltevorrichtung zur Aufnahme von Werkzeugen versehen. Sie ist nicht geeignet, eine neuartige Anordnung von Funktionselementen, insbesondere für Koordinatenboormaschinen

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hoher Leistung und hoher Genauigkeitsbearbeitung zu ver*- wirklichen.

Die Erfindung dient dem Ziel, eine neuartige Anordnung der Funktions·lamente einer Arbeitsspindel zur Aufnahme von Bohr- und Fr as werkzeugen und zur !Realisierung einer rotatorischen und translatorisohen Arbeitsbewegung, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen anzuwenden, welohe gestattet, sowohl schwere Schnitte, z. B. für die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen sicher zu realisieren.

Die in der Charakteristik der bisherigen Lösung bekannten und beschriebenen Mangel lassen sich auf folgende Ursachen zur Uo kzuf Uhren:

1· Eine exzentrische Einleitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel wirkt.

2. Be liegt keine optimale Lösung hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt, bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funkt ions elemente vor.

3. Der verwendeten Wälzlagerung sind bei hohen Drehzahlen Qrensen gesetzt.

Um diese Ursachen zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe augrunde, eine neuartige Anordnung an sioh bekannter Funktionselemente einer Arbeitsspindel zur Realisierung einer rotatoriaohen und translatorisohen Arbeitsbewegung zur Anwendung zu bringen, die es gestattet, unter Produktionsbedingungen sowohl sohwere Sohnitte, z. B. für die Fräsbearbeitung, als auch hoohgenaue Bndbearbeitung unter BerUokaiohtigung hoher Drehzahlen und Leistungen sicher zu realisieren.

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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf eine hohle Arbeitsspindel verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle, eine Gewindehohlspindel und eine unverschiebbare Stange in die hohle .Arbeitsspindel hineinragend angeordnet sind, wobei die übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel hineinragende Hohlwelle über Formschluß auf die hohle Arbeitsspindel erfolgt, und die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlwelle selbst drehbar, jedooh axial unverschiebbar im Gehäuse gelagert ist, andererseits die Übertragung der Translationsbewegung durch die teleskopartig in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel auf die hohle Arbeitsspindel erfolgt, wobei das spi idelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel über eine Axiallagerung drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel verbunden ist, weiterhin der antriebaseitige Teil der Gewindehohlspindel in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse drehbar, jedooh axial unverschiebbar gelagerte Kutter eingreift, wobei die Gewindehohlspindel selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse drehfest und unversohiebbar verbundene Stange Über Formschluß gegen Veardrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

'Weiterhin greift der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse drehbar, jedooh axial unversohiebbar gelagerte Mutter ein, wobei die Gewindehohlapindel selbst duroh die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse drehfest und unversohiebbar verbundene Stange über Formsohluß gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

Brfindungsgemäß ist dabei der Durohmesser der das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Hohlwelle kleiner als der Durohmesser der das Werkzeug aufnehmenden hohlen

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Arbeitsspindel, jedoch größer als der- Durchmesser der die Vorsohubkraft des Nebenantriebes übertragenden Gewindehohlspindel, deren Durchmesser wiederum größer als der Durchmesser der das Reibmoment der Gewindehohlspindel aufnehmenden Stange ist.

Die das Reibmoment der Gewindehohlspindel aufnehmende Stange dient der Aufnahme anderer Einrichtungen oder einer begrenzt axialen Verschiebung zur Betätigung einer inner*- halb der hohlen Arbeitsspindel angeordneten Werkzeugspanneinrichtung. Die Funktionselemente Hohlwelle, in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel und die mit dem Gehäuse fest und unverschiebbar verbundene Stange sind erfindungsgemäß durch geeignete Koppel- oder Lagerstellen von der hohlen Arbeitsspindel getrennt.

Die erf indungs gemäße lösung soll nachstehend an einem Beispiel näher beschrieben werden.

Die Zeiohming zeigt einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel.

Die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf eine hohle Arbeitsspindel 1 verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle 7, eine Gewindehohlspindel 9 und eine unverschiebbare Stange 14 sind in die hohle Spindel teleskopartig hineinragend angeordnet, wobei die Übertragung der Rotationsbewegung duroh die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel 1 hineinragende Hohlwelle 7 über Formschluß erfolgt.

Die Hohlwelle 7 steht mit einem Hauptantrieb in Wirkverbindung und iat selbst drehbar jedoch axial unversohiebbar.

Die Übertragung der Translationabewegung erfolgt durch die in die Hohlwelle 7 hineinragende Gewindehohlspindel 9 auf die hohle Arbeitsspindel 1.

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Das spindelkopfseitige Ende der GewindehohIspindel 9 ist über eine .Axiallagerung 10 drehbar, jedoch axial unver-schiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel 1 verbunden, wobei der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel 9 in eine mit einem Nebenantrieb in Verbindung stehende im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Kutter 12, eingreift und die Gewindehohlspindel 9 selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse 2 drehfest verbundene Stange 14 über Formschluß gegen Verdrehen gesichert und axial verschiebbar geführt ist. Bin durch die Gewindehohlspindel 9 hervorgerufenes Reibmoment wird durch die Stange 14· aufgenommen.

Die hohle Arbeitsspindel 1 trägt an ihrem vorderen Ende einen Innenkegel 3, der durch den Innenraum 4 abgelöst wird. Der Innenraum 4 der hohlen Arbeitsspindel 1 dient der Aufnahme einer Werlczeugentspanneinrichtung oder anderer Einrichtungen, wobei die Stange 14 eine Betätigung dieser Einrichtungen realisiert. Die hohle Arbeitsspindel 1 selbst wird in an sich bekannter· Weise durch hydrostatische Mehrtaschenlager 5 oder in anderer Weise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt.

Der besondere Vorteil der vorliegenden erfinderischen Lösung besteht darin, daß aufgrund der neuartigen Lösung für ΒΚσ-Maschinen, eine Arbeitsspindel ohne Pinole für Produktionsmaschinen hoher Genauigkeit zur Anwendung gelangt, dessen Vorteil die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung erkennen läßt.

Die hohle Arbeitsspindel 1 ist duroh zwei im Gehäuse 2 angeordnete, an sich bekannte hydrostatische Mehrtaschenlager 5 drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt, die von einem geeigneten, nicht dargestellten Versorgungssystem mit Druckmittel gespeist werden. Die Übertragung der Rotationsbewegung auf die Arbeitsspindel 1 erfolgt durch die im Gehäuse 2 mittels wälzlager 6 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Hohlwelle 7.

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Wirkungsweise der erfindungagemäßen Lösung

Durch die ausschließlich konzentrische .Anordnung der Funktionselemente ist eine von Biegemomenten und Störkräften freie Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel gesichert.

Außerdem ist eine optimale Querschnittsdimensionierung der einzelnen Funkt ions elemente dadurch möglich, daß das jeweils höher belastete Element das jeweils niedriger belastete umschließt.

Die außen angeordnete Arbeitsspindel weist von allen verwendeten Funktions elementen die höchste Biege- und Torsionssteife aus, so daß eine Beeinflussung der Antriebs- und Übertragungselemente auf das Werkzeug weitgehend vermeidbar ist.

Die Verwendung des an sioh bekannten hydrostatischen Tragprinzips zur gleichzeitigen lagerung und Fährung der Arbeitsspindel garantiert die übertragung höchster Drehzahlen und Leistungen bei absoluter Verschleißfreiheit, geringster Reibung und Erwärmung der Lagerstelle und bei Gewährleistung höchster Arbeitsgenauigkeit und Funktionssicherheit.

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Claims

Patentansprüche

Anordnung von Funkt ions element en einer Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen, die zur Realisierung hochgenauer rotatorischer und translatorischer Bewegungen in mindestens zwei im Gehäuse angeordnete, an sich bekannte hydrostatische L-ehrtaschenlager oder in anderer tfeise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Übertragung der Rotations- und Translationsbewsgung auf eine hohle Arbeitsspindel (1) verwendeten Funktionselemente, eine Hohlwelle (7), eine Gewindehohlspindel (9) und eine unverschiebbare Stange (14) in die hohle Arbeitsspindel (1) hineinragend angeordnet sind, wobei die übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in die hohle Arbeitsspindel (1) hineinragende Hohlwelle (7) über Formschluß auf die hohle Arbeitsspindel (1) erfolgt, und die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlwelle (7) selbst drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse (2) gelagert ist, andererseits die Übertragung der Translationsbewegung durch die teleskopartig in die Hohlwelle (7) hineinragende Gewindehohlspindel (9) auf die hohle Arbeitsspindel (1) erfolgt, wobei das Spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel (9) Über eine Axiallagerung (10) drehbar, jedoch axial unversohiebbar mit der hohlen Arbeitsspindel (1) verbunden ist, weiterhin der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel (9) in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse (2) drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Kutter (12) eingreift, wobei die Gewindehohlspindel (9) selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse (2) drehfest und unverschiebbar verbundene Stange (14) über Formschluß gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

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2. Anordnung der Funktions elemente einer Arbeitaspindel nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, daß der Durohmeaser der das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Hohlwelle (7) kleiner al3 der Durchmesser der das ','ericzeug aufnehmenden hohlen Arbeitsspindel (1)_; jedoch größer als der Durchmesser der die Vorschubkraft des Uebenantriebes übertragenden Gewindehohlspindel (9), deren Durchmesser wiederum größer als der Durchmesser der das Reibraoinent der Gewindehohlapindel (9) aufnehmenden Stange (14) i3t.
3. Anordnung der Funktionselemente einer Arbeitsspindel naoh Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die das Reibmoment der Gewindehohlspindel (9) aufnehmenden Stange (14) zur Aufnahme anderer Einrichtungen oder durch eine begrenzt axiale Verschiebung zur Betätigung einer innerhalb der hohlen Arbeitsspindel (1) angeordneten //erkzeugspanneinrichtung dient.
4. Anordnung von Funktionselementen einer Arbeitsspindel nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Funktionsβlernente (7, 9, 14) durch geeignete Koppeloder lagerstellen von der hohlen Arbeitsspindel (1) getrennt sind.

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