DE29508785U1

DE29508785U1 - Drive unit for the work spindle of a machine tool

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Publication number: DE29508785U1
Application number: DE29508785U
Authority: DE
Original assignee: Deckel Maho GmbH
Current assignee: Deckel Maho GmbH
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2005-05-27

Description

ANTRIEBSAGGREGAT FUR DIE ARBEITSSPINDEL EINER WERKZEUGMASCHINEDRIVE UNIT FOR THE WORKING SPINDLE OF A MACHINE TOOL

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, bestehend aus einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einer Wellenanordnung zur Drehmomentübertragung vom Getriebe auf die Arbeitsspindel.The invention relates to a drive unit for the work spindle of a machine tool, consisting of a drive motor, a gearbox and a shaft arrangement for transmitting torque from the gearbox to the work spindle.

Derartige Antriebsaggregate sind allgemein bekannt und werden in verschiedensten Ausführungen bei der spanenden Werkstückbearbeitung eingesetzt. Eines der Konstruktionsprinzipien bei der Auslegung und Gestaltung derartiger Antriebsaggregate liegt darin, daß im Hinblick auf die sich ständig erhöhenden Betriebsdrehzahlen der Arbeitsspindel die bewegten Massen im Getriebe und in der Wellenanordnung möglichst gering sein sollen, um beispielsweise das Anlaufverhalten und auch die Nutzleistung der Maschine zu verbessern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß für bestimmte Bearbeitungsvorgänge,Such drive units are generally known and are used in a wide variety of designs for machining workpieces. One of the design principles for the layout and design of such drive units is that, in view of the constantly increasing operating speeds of the work spindle, the moving masses in the gear and in the shaft arrangement should be as small as possible in order to improve, for example, the starting behavior and the useful performance of the machine. However, it has been shown that for certain machining processes,

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beispielsweise bei der Schruppbearbeitung von bestimmten Werkstoffen, beispielsweise Leichtmetallen oder auch harten und spröden Materialien, durch den zyklischen Angriff der Werkzeuge Schwingungen und Vibrationen insbesondere in bestimmten Drehzahlbereichen verursacht werden, welche die gesamte Maschine belasten und sich auch negativ auf den Spanvorgang, d.h. auf die -Formgenauigkeit des Schnittes, auswirkten.For example, when roughing certain materials, such as light metals or hard and brittle materials, the cyclical action of the tools can cause oscillations and vibrations, particularly in certain speed ranges, which puts a strain on the entire machine and also has a negative effect on the cutting process, i.e. on the dimensional accuracy of the cut.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebsaggregat für die Arbeitsspindel von Werkzeugmaschinen zu schaffen, bei dem die auftretenden Schwingungen und Vibrationen der Maschinenteile und auch des Werkzeugs kompensiert werden können.The object of the invention is to create a drive unit for the work spindle of machine tools in which the oscillations and vibrations occurring in the machine parts and also in the tool can be compensated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest eines der drehangetriebenen Bauteile des Antriebsaggregate eine zusätzliche Schwungmasse aufweist.According to the invention, this object is achieved in that at least one of the rotationally driven components of the drive unit has an additional flywheel mass.

Eine besonders einfache und damit kostengünstige Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die als Rotationskörper, z.B. als Hülse ausgebildete Schwungmasse auf der Ausgangswelle des Getriebes oder auf der Antriebswelle der Arbeitsspindel, z.B. in Form einer Hülse, befestigt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung eines Standardgetriebes und auch den einfachen ggf. nachträglichen Anbau der rotationssymmetrischen Schwungmasse auf einer im Maschinengehäuse laufenden Welle unter der jeweils günstigsten Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Raumes.A particularly simple and therefore cost-effective design of the invention is characterized in that the flywheel mass designed as a rotating body, e.g. as a sleeve, is attached to the output shaft of the gearbox or to the drive shaft of the work spindle, e.g. in the form of a sleeve. This design enables the use of a standard gearbox and also the simple, if necessary, subsequent attachment of the rotationally symmetrical flywheel mass to a shaft running in the machine housing, making the most efficient use of the available space.

Für sog. Universal-Werkzeugmaschinen, bei denen sich die Betriebsdrehzahlen der Arbeitsspindel in weiten Grenzen ändern können, ist eine besondere Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, gemäß der die Schwungmasse über eine gesonderte Kupplung mit dem jeweils zugehörigen GetriebeteilFor so-called universal machine tools, in which the operating speeds of the working spindle can vary within wide limits, a special embodiment of the invention is useful, according to which the flywheel is connected to the respective associated gear part via a separate coupling.

verbunden werden kann. Das Zuschalten der Kupplung ermöglicht eine wahlweise Aktivierung der Schwungmasse nur für bestimmte Bearbeitungsvorgänge, beispielsweise beim Schruppen von kritischen Werkstoffen oder auch beim Arbeiten in einem Drehzahlbereich, in dem Resonanzschwingungen auftreten können. Während die Werkzeugmaschine bei der normalen Werkstückbearbeitung ohne Schwungmassenausgleich arbeiten kann und damit die Vorzüge eines Leichtbaus hat, lassen sich durch Zuschalten der Schwungmasse die bisher bei bestimmten Bearbeitungen auftretenden Vibrationserscheinungen wirksam verhindern. Zweckmäßig sollte die Kupplung als Reibungs- bzw. Schlupfkupplung ausgebildet sein, um insbesondere während des Anlaufbetriebes Stöße im System zu vermeiden.can be connected. Switching on the clutch enables the flywheel to be selectively activated only for certain machining processes, for example when roughing critical materials or when working in a speed range in which resonance vibrations can occur. While the machine tool can work without flywheel compensation during normal workpiece machining and thus has the advantages of lightweight construction, switching on the flywheel can effectively prevent the vibration phenomena that previously occurred during certain machining processes. The clutch should be designed as a friction or slip clutch in order to avoid shocks in the system, especially during start-up operation.

Eine besonders vorteilhafte Anpassung der durch die Schwungmasse erzielbaren Effekte an die unterschiedlichen Bearbeitungsvorgänge von Universal-Fräs- und Bohrmaschinen läßt sich dadurch erzielen, daß mehrere gesonderte Schwungmassen an einem oder mehreren der rotierenden Teile der Übertragungsanordnung vorgesehen sind, wodurch das Schwingungsverhalten der gesamten Maschine durch die Auslegung dieser ggf. zuschaltbaren Schwungmassen an die besonderen Einsatzzwecke angepaßt werden kann.A particularly advantageous adaptation of the effects achievable by the flywheel to the different machining processes of universal milling and drilling machines can be achieved by providing several separate flywheels on one or more of the rotating parts of the transmission arrangement, whereby the vibration behavior of the entire machine can be adapted to the specific application purposes by designing these flywheels, which can be switched on if necessary.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen beschrieben.In the following, a preferred embodiment of the invention is described in detail with reference to the schematic drawing.

Die Zeichnung zeigt den Teil einer Universal-Fräs- und Bohrmaschine mit einem Spindelgehäuse 1, an derem vorderen Ende ein Fräskopf 2 über einen Schwenkkopf 3 derart montiert ist, daß der Fräskopf 2 selbsttätig motorisch aus der dargestellten Horizontalstellung in eine - nicht dargestellte - Vertikalstellung verschwenkt werden kann. Im Spinde!gehäuse 1 be-The drawing shows part of a universal milling and drilling machine with a spindle housing 1, at the front end of which a milling head 2 is mounted via a swivel head 3 in such a way that the milling head 2 can be automatically swiveled by motor from the horizontal position shown into a vertical position - not shown. In the spindle housing 1-

findet sich ein Getriebe 4 mit einer Eingangswelle 5, auf der eine Riemenscheibe 6 sitzt. Die Ausgangswelle 7 des Getriebes trägt ein Kegelrad 8, das mit einem weiteren Kegelrad 9 in kontinuierlichem Eingriff steht. Die Welle 10 dieses Kegelrades 9 ragt in den Schwenkkopf 3 hinein und trägt an ihrem Ende eine Schaltkupplung 11, durch deren Betätigen die Welle 10 mit dem Gehäuse des Schwenkkopfes 3 drehfest verbunden werden kann, um durch eine entsprechende Drehbewegung dieser Welle 10 eine Verschwenkung des Fräskopfes 2 aus der horizontalen in die vertikale Arbeitsstellung - und umgekehrt - durchzuführen. Ferner sitzt auf der Welle 10 ein weiteres Kegelrad 12 in dem in den Schwenkkopf 3 hineinragenden Abschnitt, welches mit einem weiteren Kegelrad 13 in kontinuierlichem Eingriff steht. Über dieses Kegelrad 13 wird eine im Fräskopf 2 drehbar gelagerte herkömmliche Arbeitsspindel 14 angetrieben. Wie ersichtlich, ist der Schwenkkopf 3 an der um 45 ° nach unten geneigten Stirnseite 15 des Spindelgehäuses 1 drehbar abgestützt und an einem zur Welle 10 koaxialen Ansatz 16 geführt.there is a gearbox 4 with an input shaft 5 on which a pulley 6 is located. The output shaft 7 of the gearbox carries a bevel gear 8 which is in continuous engagement with another bevel gear 9. The shaft 10 of this bevel gear 9 projects into the swivel head 3 and carries a clutch 11 at its end, by operating which the shaft 10 can be connected to the housing of the swivel head 3 in a rotationally fixed manner in order to swivel the milling head 2 from the horizontal to the vertical working position - and vice versa - by means of a corresponding rotational movement of this shaft 10. Furthermore, another bevel gear 12 is located on the shaft 10 in the section which projects into the swivel head 3 and which is in continuous engagement with another bevel gear 13. A conventional work spindle 14 which is rotatably mounted in the milling head 2 is driven via this bevel gear 13. As can be seen, the swivel head 3 is rotatably supported on the front side 15 of the spindle housing 1, which is inclined downwards by 45°, and is guided on a projection 16 coaxial with the shaft 10.

Zur Kompensation von durch die Werkstückbearbeitung erzeugten Schwingungen und Vibrationen ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Abtriebswelle 7 des Getriebes eine Schwungmasse 17 in Form einer relativ schweren Hülse angeordnet, die entweder auf dieser Abtriebswelle 7 dauerhaft befestigt oder auf dieser Welle drehbar gelagert und nur im Bedarfsfall über eine Kupplung 18 mit der Welle 7 kuppelbar ist. Diese Kupplung 18 kann als gesondert betätigbare Formschlußkupplung ausgebildet sein, um beim Einschalten eines entsprechenden Betätigungselementes eine drehfeste Verbindung zwischen der trägen Masse 17 und der Welle 7 herzustellen. Zur Vermeidung von plötzlichen Beanspruchungen beim Zuschalten der Schwungmasse 17 kann dieTo compensate for oscillations and vibrations generated by the workpiece machining, in the illustrated embodiment, a flywheel mass 17 in the form of a relatively heavy sleeve is arranged on the output shaft 7 of the gearbox, which is either permanently attached to this output shaft 7 or rotatably mounted on this shaft and can only be coupled to the shaft 7 via a coupling 18 when necessary. This coupling 18 can be designed as a separately actuated positive locking coupling in order to create a rotationally fixed connection between the inert mass 17 and the shaft 7 when a corresponding actuating element is switched on. To avoid sudden stresses when the flywheel mass 17 is switched on, the

Kupplung 18 zweckmäßigerweise auch als Reibungs- bzw. Schlupfkupplung ausgebildet sein.Clutch 18 can also be designed as a friction or slip clutch.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine weitere hülsenförmige Schwungmasse 20 auf der Welle 10 vorgesehen, wobei auch diese Schwungmasse 20 entweder dauerhaft auf der Welle 10 befestigt oder aber über eine Schaltkupplung mit dieser verbindbar ist.In the embodiment shown, a further sleeve-shaped flywheel mass 20 is provided on the shaft 10, whereby this flywheel mass 20 is either permanently attached to the shaft 10 or can be connected to it via a clutch.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise die Schwungmassen nicht in Form von Hülsen, sondern auch als Ringkörper von vergrößerten Durchmessern ausgebildet sein, falls die Abmessungen der jeweiligen Gehäuseteile dies zulassen. Darüberhinaus besteht auch die Möglichkeit, eine zusätzliche Schwungmasse in eines der Getriebezahnräder zu integrieren, das sich bei dem jeweils kritischen Drehzahlbereich im Antriebsstrang befindet.The invention is not limited to the embodiment shown. For example, the flywheel masses can be designed not in the form of sleeves, but also as ring bodies with enlarged diameters, if the dimensions of the respective housing parts allow this. In addition, it is also possible to integrate an additional flywheel mass into one of the gear wheels, which is located in the drive train at the critical speed range.

Claims

Expectations

1. Drive unit for the work spindle of a machine tool, consisting of a drive motor, a gear and a shaft arrangement for transmitting torque from the gear to the work spindle, characterized in that the transmission arrangement (4, I ₁ 10) has an additional flywheel mass (17; 20).

2. Device according to claim 1, characterized in that the flywheel mass (17, 20) is designed as a rotating body and is arranged on a shaft (7, 10) of the transmission arrangement.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the sleeve-shaped flywheel mass (17, 20) can be connected in a rotationally fixed manner via a coupling (18) to one of the rotating parts (7, 10) of the transmission arrangement.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that several flywheel masses (17, 20) are provided on one or more of the rotating parts (1, 10) of the transmission arrangement.