DE4105982C1

DE4105982C1 - Main spindle bearing system for machine tool - has middle bearing play-free adjustable, its bush non-rotatable, and sealing rings in gap ends

Info

Publication number: DE4105982C1
Application number: DE19914105982
Authority: DE
Inventors: Reinhard 7146 Tamm De Buchholz
Original assignee: Hueller Hille 7140 Ludwigsburg De GmbH
Current assignee: Hueller Hille 7140 Ludwigsburg De GmbH
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2011-02-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Hauptspindellagerung für eine Werkzeugmaschine, bei der die Hauptspindel durch zwei be abstandete Lager - vorderes und hinteres Spindellager - drehbar gelagert ist, wobei im Bereich zwischen dem vor deren und dem hinteren Spindellager eine Schwingungsdämp fungsvorrichtung in Form eines Mittellagers mit einer Büchse angeordnet ist, wobei das Mittellager kein Be standteil der eigentlichen Spindellager ist, sondern nur zur Übertragung der Biege-Eigenschwingungen der rotieren den Hauptspindel auf die Büchse dient, derart, daß die Hauptspindel über das Mittellager und die Büchse mit dem Spindelgehäuse verbunden ist, derart, daß sich zwischen der Büchse und dem Spindellager ein dünner, mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllter Spalt befindet und bei während der Bearbeitung auftretenden Schwingungen die in dem dünnen Spalt befindliche Dämpfungsflüssigkeit von der einen zur anderen Seite verdrängbar ist, wobei die Lage rung durch den Spalt zwischen der Büchse und dem Gehäuse nicht überbestimmt ist.

Stand der Technik

Ein Hauptspindelsystem besteht nach dem Stand der Technik aus den Hauptkomponenten Spindelgehäuse, Spindel, vor deres und hinteres Spindellager. Wenn es beim Bearbeiten zum Rattern kommt, dann erfolgt dies mit der ersten Biegeeigenfrequenz der Spindel. Die Schwingungsform sieht dabei so aus, daß die Spindel zwischen dem vorderen und hinteren Spindellager einen Schwingungsbauch erhält, also die Amplitude im mittleren Bereich zwischen vorderem und hinterem Spindellager am größten ist. Es ist eine aus geprägte, schwach gedämpfte Eigenfrequenz vorhanden, mit der die Hauptspindel schwingt und bei zu großen Erreger kräften auch rattert. Die Dämpfung wird hier nur durch die Eigendämpfung des Spindelwerkstoffes bestimmt.

Durch die DE-GM-Schrift 72 01 256 ist eine Hauptspindel lagerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 vorbekannt. Da der Ölraum dieser Spindeldämpfung nicht abgedichtet ist, würde bei einer fettgeschmierten Spin dellagerung wie sie heute allgemein üblich ist das Fett aus der Lagerung ausgewaschen, wodurch keine sichere La gerschmierung mehr gewährleistet wäre. Besonders nachtei lig ist es, daß sich eine Dämpfungsbüchse mit der Spindel im Gehäuse mitdreht. Dadurch entsteht in dem ölgefüllten Dämpfungsspalt eine große Reibung, was vor allem bei höheren Drehzahlen zu einer starken Erwärmung führen würde. Deshalb ist die Spindeldämpfung nur bei niedrigen Spindel-Drehzahlen einsetzbar, so daß diese Konstruktion nur eingeschränkt brauchbar ist. Im Dämpfungsspalt ent stehen im übrigen ständig Leckverluste, welche durch Nachfüllen mit neuem Dämpfungsmedium ständig ausgeglichen werden müssen. Das bedeutet, daß der Dämpfungsspalt an einer Hydraulikanlage angeschlossen sein muß, und daß er ständig von einem Ölstrom durchflossen wird, was wiederum zur unerwünschten Erwärmung der Spindel beiträgt.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehal tung der vorteilhaften Dämpfungseigenschaften die gat tungsgemäß vorausgesetzte Hauptspindellagerung so auszu gestalten, daß eine zu starke Erwärmung durch die Dämp fung ausgeschaltet wird.

Lösung

Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergege benen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Bei einer versuchsweise eingesetzten Ausführungsform be trug die Dämpfung 2,5 Prozent. Sie ist damit um den Fak tor sechs größer als bei einem ungedämpften System. Die dynamische Nachgiebigkeit betrug 3 nm/N; sie ist damit um den Faktor zehn kleiner als bei einem ungedämpften Sy stem. Ein dermaßen gedämpftes System kommt nicht mehr mit der Spindeleigenfrequenz zum Rattern. Dadurch wird der Bearbeitungsbereich der Maschine wesentlich erweitert.

Die Länge des Spaltes sollte mindestens so groß sein wie die Breite des Mittellagers. Die Spaltbreite liegt im Be reich von einigen 1/100 mm. Sie ist von der Viskosität des verwendeten Dämpfungsmediums, z. B. Öl oder einer Quasiflüssigkeit abhängig. Da die Büchse durch den Dämp fungsspalt keine direkte Verbindung zum Gehäuse hat, kann sich die gesamte Dämpfungsvorrichtung - Büchse und Mit tellager - bei den niedrigen Drehfrequenzen ohne Zwang radial verlagern. Dadurch werden etwaige Fertigungsun genauigkeiten, welche einen Radialschlag der Dämpfungs büchse zur Folge hätten, zu keiner Überbestimmung des La gers führen. Erst beim Auftreten von Biege-Eigenschwin gungen, deren Frequenz höher ist, setzt der Ölfilm im Dämpfungsspalt der Radialbewegung von Spindel, Mittella ger und Büchse einen größeren Widerstand entgegen, was dann zu einer Radialbelastung des Mittellagers, aber auch zur Unterdrückung der Schwingungsamplitude der Biege-Ei genschwingungen führt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Dämpfungs büchse nicht mit der Spindel rotiert. Dadurch kann der Dichtungsspalt abgedichtet werden. Zur Beaufschlagung des Dichtungsspaltes mit Öl ist kein zusätzliches Aggregat erforderlich. Es entsteht keine zusätzliche Wärmequelle. Diese Spindeldämpfung kann auch bei fettgeschmierter La gerung und bei hohen Spindeldrehzahlen eingesetzt werden.

Die Übertragung der Biege-Eigenschwingungen der rotieren den Spindel auf die nicht rotierende Büchse erfolgt über das spielfreie vorgespannte Mittellager.

Weitere Ausführungsformen

Gemäß Patentanspruch 2 kann der Dämpfungsspalt an eine Zen tralschmierung angeschlossen sein. Deshalb kann z. B. ein Schmieröl mit einer Viskosität von 200 cSt bei 40 Grad Celsius Verwendung finden.

Bei einer Spaltbreite von 0,01 mm und 0,03 mm ergaben sich Probleme bei dem Befüllen des Spaltes, das Dämp fungsverhalten war jedoch gut. Bei einer Spaltbreite von 0,05 nm war das Befüllen problemlos und die Dämpfung brachte sogar noch etwas bessere Werte als bei den klei neren Spaltbreiten.

Um einen brauchbaren Dämpfungseffekt zu erzielen muß der Spalt mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, wobei die Vis kosität der Flüssigkeit und Spaltbreite in einem Abhän gigkeitsverhältnis stehen. Eine niederviskose Flüssigkeit wirkt nur bei einem engen Dämpfungsspalt. Bei hochvisko sen Flüssigkeiten kann der Spalt etwas weiter sein. Eine Quasiflüssigkeit wie z. B. Silikon oder ähnliche Kunst stoffe kann ebenfalls einen guten Dämpfungseffekt erzeu gen, wenn die Viskosität so gering ist, daß der Spalt gut befüllbar ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Hauptspindellagerung im Längsschnitt und

Fig. 2 ein Diagramm.

Um die Dämpfung einer Hauptspindel 2 zu erhöhen, wird im Bereich des größten Schwingungsbauches zwischen dem vor deren 3 und dem hinteren Spindellager 4 ein weiteres, spielfrei vorgespanntes Radiallager 5 als Mittellager eingebaut. Dieses Mittellager 5 ist mit der Hauptspindel 2 und einer Büchse 6 fest verbunden. Zwischen der Büchse 6 und dem Spindelgehäuse 1 befindet sich ein mit Öl ge füllter dünner Spalt 7, der durch eine Bohrung 9 befüllt und über eine Bohrung 10 zu entlüften ist. Nach dem Be füllen werden die Bohrungen 9 und 10 mit Verschlußstopfen 11 und 12 dicht verschlossen. Damit das Öl in dem Spalt 7 verbleibt, sind in der Büchse 6 zwei Dichtungsringe 8 eingebaut. Um eventuelle Leckverluste auszugleichen ist es bei Maschinen mit Zentralschmierung vorteilhaft, die Befüllbohrung 9 über ein Rückschlagventil mit der Zentralschmierung zu verbinden.

Das Diagramm gemäß Fig. 2 zeigt mit der Kurve (b) die dy namische Nachgiebigkeit der gedämpften Hauptspindel 2. Die Dämpfung beträgt 2,5 Prozent. Sie ist dabei um den Faktor sechs größer als beim ungedämpften System. Die dy namische Nachgiebigkeit beträgt 3 nm/N, sie ist um den Faktor zehn kleiner als beim ungedämpften System.

Statt mit Öl kann der Raum 7 auch mit einer anderen ge eigneten Flüssigkeit, z. B. mit Niedrigviskosenkunst stoff, befüllt werden.

Kurve (a) zeigt den Frequenzgang der Spindel ohne Zusatz dämpfung. Die dynamische Nachgiebigkeit beträgt 32 nm/N.

Während bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Mittellager 5 aus zwei Radiallagern besteht, kann bei einer nicht dargestellten Alternative auch nur ein Radi allager vorgesehen sein. Statt dessen können aber auch mehr als zwei Radiallager, zum Beispiel drei oder mehrere solcher Lager, angeordnet werden, die das Mittellager 5 bilden.

Bezugszeichenliste

1 Spindelgehäuse
2 Hauptspindel
3 Spindellager, vorderes
4 Spindellager, hinteres
5 Mittellager, Radiallager
6 Büchse
7 Spalt, dünner
8 Dichtungsringe
9 Bohrung
10 Entlüftungsbohrung
11 Verschlußstopfen
12 Verschlußstopfen
a Kurve, dynamische Nachgiebigkeit
b Kurve, dynamische Nachgiebigkeit ohne Zusatzdämpfung

Claims

1. Hauptspindellagerung für eine Werkzeugmaschine, bei der die Hauptspindel durch zwei beabstandete Lager - vorderes und hinteres Spindellager - dreh bar gelagert ist, wobei im Bereich zwischen dem vorderen und dem hinteren Spindellager eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung in Form eines Mit tellagers mit einer Büchse angeordnet ist, wobei das Mittellager kein Bestandteil der eigentlichen Spindellager ist, sondern nur zur Übertragung der Biege-Eigenschwingungen der rotierenden Hauptspin del auf die Büchse dient, derart, daß die Haupt spindel über das Mittellager und die Büchse mit dem Spindelgehäuse verbunden ist, derart, daß sich zwischen der Büchse und dem Spindellager ein dün ner, mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllter Spalt befindet und bei während der Bearbeitung auftretenden Schwingungen die in dem dünnen Spalt befindliche Dämpfungsflüssigkeit von der einen zur anderen Seite verdrängbar ist, wobei die Lagerung durch den Spalt zwischen der Büchse und dem Ge häuse nicht überbestimmt ist, dadurch gekennzeich net, daß

a) das Mittellager (5) in radialer Richtung spielfrei einstellbar ist;
b) die Büchse (6) nicht rotiert;
c) der Spalt endseitig durch Dichtungsringe (8) abgedichtet ist.

2. Hauptspindellagerung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Maschinen mit Zentralschmie rung eine Befüllbohrung (9) über ein Rückschlag ventil mit Zentralschmierung verbindbar ist.