DE4403237A1 - Spindelkopf einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Bei Fertigungsprozessen und insbesondere Feinbearbeitungspro­ zessen, z. B. beim Schleifen, ist aus Gründen der erreichbaren Werkstückgenauigkeit die Verwendung der Werkstückeinspannung zwischen Spitzen sinnvoll, wobei die Drehbewegung über mög­ lichst Querkraftarme Mitnehmer angestrebt wird. Als querkraft­ arme Mitnehmer bieten sich z. B. Spannzangen mit geringer radi­ aler Steifigkeit an, die zu einer vernachlässigbaren radialen Verformung der Spitze in der Werkstückspindel führen. Eine Folge davon ist die begrenzte Radial- und Torsionssteifigkeit der Werkstückeinspann- und Mitnahme-Einrichtung, die insbeson­ dere bei dynamischen Belastungen zu unzulässigen Schwingungs­ amplituden und somit zum Nichterreichen der gewünschten Werk­ stückqualität führen kann. Besonders kritisch sind Fälle, bei denen sich aus der Überlagerung mehrerer Schwingungskomponen­ ten oder ihrer zeitlichen Veränderung Rattererscheinungen er­ geben.

Beim kontinuierlichen Wälzschleifen mit zyklischen Veränderun­ gen der Spanungskraftkomponenten im Bereich maschinenbautech­ nisch relevanter Frequenzen ergeben sich insbesondere aus der Überlagerung der Kraft- und Verformungs-Komponenten in den beiden Radialrichtungen und in Umfangsrichtung des Werkstück­ zahnrades dynamische Anregungen der Baugruppe Werkstückspin­ delspitze-Spannzangeneinrichtung, die nicht schlechthin durch eine übliche Erhöhung der Steifigkeit und der Dämpfung der konstruktiven Baugruppe beherrscht werden können, da derartige Maßnahmen gemäß obigen Ausführungen zu einer Beeinflussung der Zentriergenauigkeit führen würden. Auf Grund der Werkstück- und Schnittdatenabhängigkeit der Erregerfrequenzen ist eine Breitbandwirkung der Gegenmaßnahmen erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spindelkopf der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß seine Schwingungsamplituden in Radial- und Umfangsrichtung klein gehalten werden können. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich­ nungen erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 Einen Axialschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch ein Spannfutter 1 einer Werkstückspindel einer Werkzeugmaschi­ ne. Das Spannfutter 1 ist der besseren Übersicht wegen stark vereinfacht dargestellt. Die Ausführungsform nach Fig. 1 eig­ net sich, wenn die Werkstückspindelachse 2 im Betrieb annähernd senkrecht ist. Das Spannfutter 1 umfaßt eine konische Spitze 3 zum Zentrieren des Werkstücks und einen Mitnehmer 4 bestehend aus einer radial elastischen Backe 5 mit einer zylindrischen Bohrung 6 zur Anlage an einem zylindrischen Außendurchmesser des Werkstücks und einem Spannglied 7. Das Spannglied 7 liegt an einer konischen Außenfläche 8 der Backe 5 an und kann durch nicht dargestellte Mittel, z. B. einen Hydraulik-Ringzylinder axial gegenüber der Backe 5 nach unten gezogen werden. Dadurch wird das Werkstück eingespannt. Das Spannglied 7 hat eine ebene Stirnfläche 9.

Auf der Stirnfläche 9 liegt ein Schwungrad 20 über eine ring­ förmige Gleitscheibe 21 auf. Die Scheibe 21 ist im Schwungrad 20 zentriert und liegt an einer ebenfalls ebenen Stirnfläche 22 des Schwungrades 20 an. Die Gleitscheibe 21 besteht aus einem slip-stick-armen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff, z. B. aus PTFE. Sie kann auch als Gleitbelag auf einer der Stirnflächen 9, 22 aufgebracht sein. Das Schwungrad 20 hat ge­ genüber dem Spannglied 7 radiales Spiel.

Im Betrieb wird das Schwungrad 20 durch die Reibung der Gleit­ scheibe 21 auf den Stirnflächen 9, 22 mit dem Spannfutter 1 mitgenommen. Schwingt das Spannfutter in radialer oder in Dreh-Richtung, so wird diese Schwingung nur in sehr geringem Maß auf das Schwungrad 20 übertragen. Es ergeben sich Rei­ bungskräfte zwischen der Gleitscheibe 21 und einer der Stirn­ flächen 9, 22, welche die Schwingungen des Spannfutters 1 über einen breiten Frequenzbereich wirksam dämpfen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 eignet sich auch für Anwen­ dungen, wo die Achse 2 horizontal ist. Hier ist das Dämpfungs­ glied 25 kein Reibbelag, sondern es umfaßt mehrere über den Umfang verteilte Federelemente 26. Das Spannglied 7 hat einen Flansch 10 mit der Stirnfläche 9 und einer gegenüberliegenden Stirnfläche 11. Das Schwungrad 20 besteht aus zwei Teilen 27, 28, welche den Flansch 10 mit zwei ebenen Stirnflächen 22, 29 umgreifen. Die Teile 27, 28 sind gegeneinander zentriert, mit­ tels einer Distanzscheibe 30 voneinander beabstandet und mit Schrauben 31 zusammengespannt. Das Dämpfungsglied 25 ist zwi­ schen die Stirnflächen 22, 29 eingesetzt. Es besteht aus zwei an den Flächen 22, 29 anliegenden Ringen 32 und den zwischen den Ringen 32 und den Flansch 10 eingesetzten Federelementen 26. Die Ringe 32 sind durch mindestens zwei Stifte 33 auf dem Teil 28 zentriert und mittels einiger Schrauben 34 zusammenge­ halten. Die Stifte 33 und Schrauben 34 durchsetzen Bohrungen 35 des Flansches 10 mit reichlich Spiel. Die Vorspannung der Fe­ derelemente 26 wird durch die Dicke der Distanzscheibe 30 be­ stimmt.

Die Federelemente 26 können zylindrische Körper aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer mit hoher innerer Dämpfung sein. In diesem Fall sind sie gemäß Fig. 3 zweckmäßig radial orientiert. Zur Positionierung können sie in mulden­ förmigen Ausnehmungen 37, 38 des Flansches 10 und/oder der Ringe 32 eingelegt sein (Fig. 4). Falls eine größere Stei­ figkeit in Umfangsrichtung erwünscht ist, können die Federele­ mente 26 auch in einem spitzen Winkel zur Radialrichtung ange­ ordnet werden.

Bei radialer Auslenkung des Schwungrades 20 relativ zum Spann­ glied 7 sind die in Richtung der Auslenkung orientierten Feder­ elemente 26 auf Scheren beansprucht, die senkrecht dazu orien­ tierten werden gewalkt. Die übrigen Elemente 26 weisen beide Beanspruchungsarten auf. Bei Schwingungen des Spannfutters 1 in Drehrichtung werden alle Federelemente 26 gewalkt. Die Eigen­ frequenz des Feder-Masse-Systems Schwungrad 20/Dämpfungsglied 25 in Radial- und Drehrichtung wird zweckmäßig geringer ge­ wählt als die entsprechende Eigenfrequenz des Feder-Masse-Sy­ stems Spannfutter 1 mit eingespanntem Werkstückanteil/Spin­ delsteifigkeit.

Durch die beschriebene Ausbildung wird erreicht, daß bei Ra­ dial- oder Drehschwingungen des Spannfutters 1 dieses relativ zum Schwungrad 20 schwingt. Dadurch wird den Federelementen 26 eine periodische Formänderung aufgezwungen, was innere Reibung zur Folge hat. Damit können die Spindelschwingungen wirksam gedämpft werden.

Die Federelemente 26 können auch an den Ringen 32 und/oder am Flansch 10 anvulkanisiert oder angeklebt sein. In diesem Falle haben sie zweckmäßig rechteckigen Querschnitt, und es werden die Ausnehmungen 37, 38 weggelassen. Die Federelemente 26 können auch als Kugeln ausgebildet sein.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 mit einem zweiteiligen Schwungrad 20, das einen Flansch 10 des Spanngliedes 7 um­ greift, eignet sich auch für die in Fig. 1 gezeigte Variante mit Gleitbelag, wobei die Federelemente 26 ersetzt werden durch Gleitscheiben 21 gemäß Fig. 1. Die Ringe 32 werden in diesem Fall zweckmäßig mittels Federn zusammengespannt.

Claims (8)

1. Spindelkopf einer Werkzeugmaschine mit einem Hal­ te-Element (3, 6, 7) zum Einspannen eines Werkstücks oder eines Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Halte-Element (3, 6, 7) ein Schwungkörper (20) über mindestens ein Dämpfungs­ glied (21, 25) verbunden ist.

2. Spindelkopf nach Anspruch 1, wobei der Schwungkörper (20) mechanisch begrenzt radial beweglich gegenüber dem Hal­ te-Element (3, 6, 7) gehalten ist.

3. Spindelkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Däm­ pfungsglied aus mehreren über den Umfang verteilten Federele­ menten (26) besteht.

4. Spindelkopf nach Anspruch 3, wobei die Federelemente (26) aus Kunststoff mit hoher innerer Reibung bestehen, insbe­ sondere aus einem Elastomer.

5. Spindelkopf nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Feder­ elemente (26) zwischen radialen Stirnflächen (9, 11; 22, 29) des Halte-Elementes (3, 6, 7) und des Schwungrades (20) an­ geordnet sind.

6. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Federelemente (26) kreiszylindrisch oder sphärisch ausge­ bildet sind.

7. Spindelkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Däm­ pfungsglied aus mindestens einer Gleitscheibe (28) besteht, die an einer ebenen Stirnfläche (9, 22) des Halte-Elementes (3, 6, 7) und/oder des Schwungkörpers (20) reibschlüssig anliegt.

8. Spindelkopf nach Anspruch 7, wobei die Gleitscheibe (28) aus einem slip-stick-armen Kunststoff besteht.