DE60213368T2 - Werkzeugmaschine mit hauptwellenausgleichsvorrichtung - Google Patents

Werkzeugmaschine mit hauptwellenausgleichsvorrichtung Download PDF

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DE60213368T2
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Seiji c/o PASCAL Engineering Corp. Itami-shi KIMURA
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Pascal Engineering Corp
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0017Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts
    • B23Q11/0025Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts using resilient means, e.g. springs, hydraulic dampers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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    • F16F9/3271Assembly or repair
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/36Special sealings, including sealings or guides for piston-rods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T409/30Milling
    • Y10T409/309576Machine frame
    • Y10T409/309688Machine frame including counterbalancing means

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichseinrichtung für die Hauptspindeleinheit einer Werkzeugmaschine, insbesondere eine Ausgleichseinrichtung, die das Austauschen von ringförmigen Abdichtelementen einer zum Lagern der Hauptspindeleinheit vorgesehenen Gasfeder zum Senken der Last eines Hebemechanismus, der die Hauptspindeleinheit nach oben und unten treibt, leicht macht.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Eine Werkzeugmaschine, beispielsweise ein Bearbeitungszentrum, weist im Allgemeinen eine Hauptspindeleinheit auf, die eine Hauptspindel, an der ein Werkzeug angebracht ist, und einen Elektromotor, der die Hauptspindel drehend antriebt, aufweist, wobei diese Hauptspindeleinheit mittels eines Hebemechanismus auf und ab bewegt wird. Diese Art von Hebemechanismus ist normalerweise mit einer vertikal angeordneten Kugelspindelwelle, einer Kugelspindelmutter, die mit der Kugelspindel greift und mit der Hauptspindeleinheit verbunden ist, und einem Elektromotor ausgestattet, wobei sich die Hauptspindeleinheit zusammen mit der Kugelspindelmutter nach oben und unten bewegt, wenn die Kugelspindelwelle durch den Elektromotor gedreht wird.
  • Es ist aber erforderlich, bei dieser Art von Werkzeugmaschine eine schwere Hauptspindeleinheit mittels eines Hebemechanismus auf und ab zu bewegen, so dass die Last des Hebemechanismus schwer ist, was folglich die Positionierungsgenauigkeit der Hauptspindeleinheit in der vertikalen Richtung beeinflusst und es erschwert, die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Hauptspindeleinheit zu erhöhen. Zudem neigt ein solcher Hebemechanismus, der eine schwere Hauptspindeleinheit trägt, dazu, groß und teuer in der Herstellung zu sein.
  • Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat ein System entwickelt, das eine Gasfeder als Hauptspindelkopfausgleichseinrichtung verwendet, und hat dieses System mit Erfolg praktisch brauchbar gemacht. Diese Hauptspindeleinheitausgleichseinrichtung erzeugt mittels der Gasfeder einen Aufwärtsschub, der im Wesentlichen gleich dem Gewicht der Hauptspindeleinheit ist, um die auf den Hebemechanismus ausgeübte Last zu mindern.
  • Wie in 6 gezeigt umfasst eine Gasfeder 101 dieser Hauptspindeleinheitausgleichseinrichtung 100 einen Zylinderkörper 102, der mit einem verdichteten Gas G gefüllt ist, sowie eine Stange 103, die sich durch ein stangenseitiges Endwandelement 105 dieses Zylinderkörpers 102 nach unten erstreckt. Ein kopfseitiges Endwandelement 104 des Zylinderkörpers 102 ist mit einem Füllventil 106 zum Füllen des verdichteten Gases G in den Zylinderkörper 102 versehen. Ein Mutternelement 107 ist an dem oberen Ende der Stange 103 vorgesehen, wobei es auf diese geschraubt ist und verhindert, dass diese vom stangenseitigen Endwandelement 105 abrutscht. Die Höhe des Zylinderköpers 102 ist im Wesentlichen gleich dem Hub der Stange 103.
  • Um ein Lecken des verdichteten Gases G im Zylinderkörper 102 und einen allmählichen Verlust des Gasdrucks zu verhindern, ist das stangenseitige Endwandelement 105 mit einem Paar ringförmiger Abdichtelemente 108 und 109 versehen, die zwischen dem stangenseitigen Endwandelement 105 und der Stange 103 abdichten. Die ringförmigen Abdichtelemente 108 und 109 müssen regelmäßig ersetzt werden, da sie aufgrund von reibendem Gleiten der Stange 103 verschleißen.
  • Während es aber erforderlich ist, die ringförmigen Abdichtelemente 108 und 109 regelmäßig in der Hauptspindelkopfausgleichseinrichtung 100 auszutauschen, erfordert der Austausch auch, dass die Gasfeder 101 selbst von der Hauptspindeleinheit abgenommen wird, was wiederum einen Raum unter der Hauptspindel für das Entfernen erfordert. Dies wirft einige Beschränkungen bei der Auslegung der Hauptspindeleinheit auf, da die Position der Gasfeder 101 eine bestimmte Einschränkung aufweist und da bei der Ermittlung des Hubs der Hauptspindeleinheit eine Abwägung im Hinblick auf Wartungsarbeiten erforderlich ist. Ferner ist die Austauscharbeit zeitaufwändiger.
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ausgleichseinrichtung für die Werkzeugmaschinen-Hauptspindeleinheit an die Hand zu geben, die es ermöglicht, die ringförmigen Abdichtelemente mühelos auszutauschen, ohne die Gasfeder entfernen zu müssen.
  • JP-A-06297217 offenbart eine Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung nach dem Oberbegriff der beigefügten Ansprüche.
  • US 4,792,128 offenbart eine Gasfeder mit einem Hülsenelement um eine Stangeneinführöffnung, mit ringförmigen Abdichtelementen zwischen der Hülse und der Stange und einem Füllventil zum Füllen des Zylinders mit verdichtetem Gas.
  • Kurzdarlegung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gibt eine Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung einer Werkzeugmaschine mit einer Hauptspindeleinheit an die Hand, welche mit einer Hauptspindel, an der ein Werkzeug angebracht ist, und einem Elektromotor zum Antreiben der Hauptspindel ausgestattet ist und mittels eines Hebemechanismus nach oben und unten angetrieben wird, wobei sie umfasst: eine Gasfeder, welche einen mit verdichtetem Gas gefüllten Zylinderkörper und eine Stange, die sich vom Inneren des Zylinderkörpers nach unten erstreckt, umfasst und in einer vertikalen Stellung angeordnet ist, um die Hauptspindeleinheit zur Verringerung der Last des Hebemechanismus zu lagern, wobei der Zylinderkörper ein kopfseitiges Endwandelement und ein stangenseitiges Endwandelement aufweist, die das verdichtete Gas hermetisch abdichten, gekennzeichnet dadurch, dass das kopfseitige Endwandelement ein in einer Füllventil-Einbauöffnung eingebautes Füllventil zum Einfüllen des verdichteten Gases aufweist und das stangenseitige Endwandelement ein Hülsenelement aufweist, das eine umlaufende Wand um eine Stangeneinführöffnung bildet, wobei das Hülsenelement an dem stangenseitigen Endwandelement hermetisch und abnehmbar angebracht ist und das Hülsenelement ferner mit ringförmigen Abdichtelementen zum Abdichten zwischen dem Hülsenelement und der Stange versehen ist, wobei die Füllventil-Einbauöffnung so bemessen ist, dass ein Bolzen durch diese eingeführt werden kann, und ein oberes Ende der Stange eine Oberfläche aufweist, an der der Bolzen befestigt werden kann, wobei das Hülsenelement nach Abnehmen des Füllventils zum Ablassen des verdichteten Gases in dem Zylinderkörper und dann Festhalten der Stange, während der Bolzen durch die Füllventil-Einbauöffnung eingeführt und an dem oberen Ende der Stange befestigt ist, abgenommen wird.
  • Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Austauschen eines ringförmigen Abdichtelements für eine Hauptspindelausgleichseinrichtung einer Werkzeugmaschine mit einer Hauptspindeleinheit an die Hand, welche mit einer Hauptspindel und einem Elektromotor zum Antreiben der Hauptspindel ausgestattet ist und mittels eines Hebemechanismus, einer Gasfeder, die mit einem mit verdichtetem Gas gefüllten Zylinderkörper und einer Stange, die sich vom Inneren des Zylinderkörpers nach unten erstreckt, ausgestattet ist und in einer vertikalen Stellung angeordnet ist, um die Hauptspindeleinheit zur Verringerung der Last des Hebemechanismus zu lagern, auf und ab getrieben wird, wobei der Zylinderkörper ein kopfseitiges Endwandelement und ein stangenseitiges Endwandelement aufweist, die das verdichtete Gas hermetisch abdichten, gekennzeichnet dadurch, dass das kopfseitige Endwandelement ein in einer Füllventil-Einbauöffnung eingebautes Füllventil zum Einfüllen des verdichteten Gases aufweist und das stangenseitige Endwandelement ein Hülsenelement aufweist, das eine umlaufende Wand um eine Stangeneinführöffnung bildet, wobei das Hülsenelement an dem stangenseitigen Endwandelement hermetisch angebracht ist und das Hülsenelement ferner abnehmbar mit ringförmigen Abdichtelementen zum Abdichten zwischen dem Hülsenelement und der Stange versehen ist, und dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Absenken der Hauptspindeleinheit auf eine unterste Position; Abnehmen des Füllventils, um das verdichtete Gas abzulassen; Einsetzen eines Bolzens in die Füllventil-Einbauöffnung und Befestigen des Bolzens an einem oberen Ende der Stange, um die Stange festzuhalten, und Abnehmen des Hülsenelements.
  • Der Austausch der ringförmigen Abdichtelemente erfolgt durch Bewegen des Hauptspindelkopfes mittels des Hebeantriebsmittels zu seiner niedrigsten Position, was ein Anliegen des oberen Endes der Stange an dem kopfseitigen Endwandelement bewirkt, und Entfernen des Füllventils zum Ablassen des verdichteten Gases in dem Zylinderkörper. Nach dem Ablassen des verdichteten Gases lässt man die Hauptspindeleinheit hochsteigen, während man die Stange gegen das kopfseitige Endwandelement hält, entfernt das Hülsenelement von dem stangenseitigen Endwandelement und tauscht die an dem Hülsenelement angebrachten ringförmigen Abdichtelemente aus. Nach dem Austausch befestigt man das Hülsenelement wieder an dem stangenseitigen Endwandelement, montiert das Füllventil durch Entfernen des Bolzens und füllt den Zylinderkörper mit verdichtetem Gas. Dadurch können die ringförmigen Abdichtelemente ohne Entfernen der Gasfeder ausgetauscht werden.
  • Sie kann auch so ausgelegt werden, dass beim Austauschen der ringförmigen Abdichtelemente das Hülsenelement nach Entfernen des Füllventils zum Ablassen des verdichteten Gases aus dem Zylinderkörper und Befestigen der Stange durch Befestigen des Bolzens, der durch die Füllventil-Einführöffnung des kopfseitigen Endwandelements zum oberen Ende der Stange eingeführt wurde, entfernbar ausgelegt wird. Um die ringförmigen Abdichtelemente auszutauschen, wird die Hauptspindeleinheit mittels des Hebeantriebsmittels zu ihrer niedrigsten Position abgesenkt, was ein Anliegen des oberen Endes der Stange an dem kopfseitigen Endwandelement bewirkt, und durch Entfernen des Füllventils wird das verdichtete Gas in dem Zylinderkörper abgelassen. Der Bolzen wird in die Füllventil-Einbauöffnung eingesetzt, während das verdichtete Gas abgelassen wird, und das obere Ende der Stange wird mit dem kopfseitigen Endwandelement verbunden. Unter dieser Bedingung wird die Hauptspindeleinheit angehoben, das Hülsenelement von dem stangenseitigen Endwandelement abgenommen und die ringförmigen Abdichtelemente werden ausgetauscht.
  • Das Hülsenelement kann bei Bedarf mit mehreren Bolzen an dem stangenseitigen Endwandelement befestigt werden. Die Bolzen können entfernt werden, um bei Austausch der ringförmigen Abdichtelemente ein Entfernen nur der Hülse zu ermöglichen, während die Bolzen fest angezogen werden können, um ein Lösen der Hülsenelemente von dem stangenseitigen Endwandelement unter Gasdruck des verdichteten Gases zu verhindern, wenn die Hülse installiert ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt die Seitenansicht einer Werkzeugmaschine (unter einer normalen Betriebsbedingung), die eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung aufweist;
  • 2 ist eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine (unter einer die Stange haltenden Bedingung), die die Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung aufweist;
  • 3 ist eine vertikale Querschnittansicht der Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung (unter einer normalen Betriebsbedingung);
  • 4 ist die Bodenansicht der Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung;
  • 5 ist eine vertikale Querschnittansicht der Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung (unter einer eine Stange haltenden Bedingung); und
  • 6 ist eine vertikale Querschnittansicht einer Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung des Stands der Technik.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
  • Die bevorzugte Ausführung zeigt einen Fall, bei dem die Erfindung bei einem vertikalen Bearbeitungszentrum eingesetzt wird.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst eine Werkzeugmaschine 1 eine Säule 2, eine Hauptspindeleinheit 3, die sich von der Säule 2 geführt auf und ab bewegt, und einen Hebemechanismus 4, der die Hauptspindeleinheit 3 nach oben und unten treibt, wobei die Werkzeugmaschine 1 auch mit einer Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung 5 versehen ist, die eine Gasfeder 20 zum Lagern der Hauptspindeleinheit 3 zum Senken der Last des Hebemechanismus 4 umfasst.
  • An dem vorderen Ende der Säule 2 sind vertikale Führungsschienen 10 zum Führen der Auf- und Abwärtsbewegung der Hauptspindeleinheit 3 vorgesehen, und mehrere an dem hinteren Ende eines Rahmenelements 13 der Hauptspindeleinheit 3 befestigte Gleitstücke 11 greifen gleitend mit den Führungsschienen 10. An der Vorderseite des unteren Endes der Säule 2 ist ein aufnehmender Teil 12 vorgesehen, an dem das untere Ende der Stange 22 der Gasfeder 20 anliegt.
  • Die Hauptspindeleinheit 3 umfasst ein Rahmenelement 13, eine Hauptspindel 14, die an der Vorderseite des Rahmenelements 13 so gelagert ist, dass sie frei um eine vertikale Achse drehen kann, und an deren Boden ein Werkzeug 14a abnehmbar angebracht ist, und einen Elektromotor 15, der die Hauptspindel 14 drehend antreibt. Der Elektromotor 15 ist oben auf dem Rahmenelement 13 angebracht und direkt mit der Hauptspindel 14 gekoppelt.
  • Der Hebemechanismus 4 umfasst einen Elektromotor 16, der an dem oberen Ende der Säule 2 angebracht ist, eine Kugelspindelwelle 17, die mit dem Elektromotor 16 verbunden ist und sich nach unten erstreckt, und eine an die Kugelspindelwelle 17 angeschraubte Kugelspindelmutter 18. Da die Kugelspindelmutter 18 mittels eines Verbindungsteils 19 mit der Spindeleinheit 3 verbunden ist, wird die Hauptspindeleinheit 3 zusammen mit der Kugelspindelmutter 18 nach oben oder unten getrieben, wenn die Kugelspindelwelle 17 mittels des Elektromotors 16 drehend angetrieben wird.
  • Als Nächstes wird die Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung 5 eingehend beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Hauptspindelausgleichseinrichtung 5 eine in einer vertikalen Stellung vorgesehene Gasfeder 20, und die Gasfeder 20 lagert die Hauptspindeleinheit 3, um die Last des Hebemechanismus 4 zu verringern, der die Spindel 3 nach oben und unten treibt.
  • Wie in 3 gezeigt umfasst die Gasfeder 20 einen mit einem verdichteten Gas G (Stickstoffgas, verdichtet auf einen Druck von 7 bis 10 MPa) gefüllten Zylinderkörper 21 und eine Stange 22, die vom Inneren des Zylinderkörpers 21 nach unten ausfährt.
  • Der Zylinderkörper 21 umfasst ein Zylinderwandelement 23, das in das Rahmenelement 13 der Hauptspindeleinheit 3 passt, ein rundes, plattenförmiges kopfseitiges Endwandelement 24 und ein im Wesentlichen rechteckiges, säulenförmiges stangenseitiges Endwandelement 25, das das Verdichtungsgas G hermetisch an dem oberen bzw. unteren Zylinderwandelement 23 abdichtet. Das kopfseitige Endwandelement 24 ist innen mittels eines Abdichtelements 26 an dem oberen Ende des Zylinderwandelements 23 angeschraubt. Das stangenseitige Endwandelement 25 ist innen mittels eines Abdichtelements 27 an dem unteren Ende des Zylinderwandelements 23 angeschraubt.
  • Eine Füllventil-Einbauöffnung 28 ist sich vertikal und konzentrisch mit der Achse des kopfseitigen Endwandelements 24 erstreckend ausgebildet, und ein Füllventil 29 ist zum Füllen des verdichteten Gases in die Füllventil-Einbauöffnung 28 vorgesehen, um ein Füllen von verdichtetem Gas G in das Innere des Zylinderkörpers 21 zu ermöglichen. Um die später zu beschreibenden ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 auszutauschen wird ein Bolzen 30 durch die Füllventil-Einbauöffnung 28 eingesetzt, wie in 5 gezeigt wird, während das Verdichtungsgas G aus dem Zylinderkörper 21 durch Entfernen des Füllventils 29 abgelassen wird und der Bolzen 30 zum Verbinden des oberen Endes der Stange 22 mit dem kopfseitigen Endwandelement 24 verwendet wird, um die Stange 22 ortsfest zu halten.
  • In der Mitte des stangenseitigen Endwandelements 25 ist eine Durchgangsbohrung 31 so ausgebildet, dass sie vertikal durch das stangenseitige Endwandelement 25 geht, und ein zylinderförmiges Hülsenelement 33 ist in der Durchgangsbohrung 31 vorgesehen, um eine Umfangswand um die Stangendurchgangsbohrung 32 für das stangenseitige Endwandelement 25 zu bilden. Das Hülsenelement 33 ist mittels der Abdichtelemente 34 und 35 hermetisch und abnehmbar an der Durchgangsbohrung 31 des stangenseitigen Endwandelements 25 angebracht.
  • Die Innenumfangfläche des Hülsenelements 33, die eine Stangeneinführöffnung 32 bildet, ist mit einer Staubdichtung 36 zum Verhindern des Eindringens von Spänen und Staub und mit einem Paar von ringförmigen Abdichtelementen 37 und 38 zum Abdichten zwischen ihm und der Stange 22 versehen, an diesen Abdichtelementen 37 und 38 ist ein zylinderförmiger Ölfüllspalt 39 ausgebildet, und in den Ölfüllspalt 39 wird mittels eines Öldurchlasses 40 ein Schmieröl L eingefüllt. Das Schmieröl L schmiert die Gleitbewegung der Stange 22 gegenüber der Hülse 33 und dient auch als Dichtung zwischen der Stange 22 und dem Hülsenelement 33. An dem unteren Ende des Hülsenelements 33 ist ein Flansch 41 ausgebildet, und der Flansch 41 des Hülsenelements 33 ist an dem unteren Ende des stangenseitigen Endwandelements 25 mittels acht Bolzen 42 befestigt, wie in 4 gezeigt wird. Daher können die ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 durch Abnehmen des Hülsenelements 33 von dem stangenseitigen Wandendelement 25 durch Lösen desselben mittels Entfernen dieser Bolzen 42 ausgetauscht werden.
  • Am oberen Ende des stangenseitigen Endwandelements 25 ist im unteren Teil des Zylinderkörpers 21 ein konischer Ölfüllhohlraum 43 ausgebildet, und der Ölfüllhohlraum 43 ist mit dem Schmieröl La zum Abdichten des verdichteten Gases G gefüllt.
  • Die Stange 22 tritt vom Inneren des Zylinderkörpers 21 gleitend durch die Stangeneinführöffnung 32 und fährt nach unten aus. Das Mutternelement 44 ist an der Außenseite des oberen Endes der Stange 22 angeschraubt und durch einen Stift zum Verhindern eine Abrutschens der Stange 22 vom Zylinderkörper 21 arretiert. Das Mutternelement 44 ist von größerem Durchmesser als die Stangeneinführöffnung 32 und ist kleiner als die Durchgangsbohrung 31. Wenn das Mutternelement 44 an der unteren Fläche des Ölfüllhohlraums 43 anliegt, befindet sich die Stange 22 gegenüber dem Zylinderkörper 21 in der am weitesten vorbewegten Position (die Spindeleinheit 3 befindet sich an der höchsten Position). Wenn das obere Ende der Stange 22 an dem kopfseitigen Endwandelement 24 anliegt, befindet sich die Stange 22 gegenüber dem Zylinderkörper 21 in der am weitesten zurückgezogenen Position (Hauptspindeleinheit 3 befindet sich dieses Mal an der untersten Position). An dem unteren Ende der Stange 22 ist ein Höheneinstellbolzen 45 vorgesehen, und der Bolzen 45 ist an der Stange 22 an der eingestellten Position mittels einer Mutter 46 befestigt. Wenn der Zylinderkörper 21 mit dem verdichteten Gas G gefüllt ist, liegt der Bolzen 45 an dem aufnehmenden Teil 12 der Säule 2 an.
  • Als Nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen der Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung 5 beschrieben.
  • Wenn die Hauptspindeleinheit 3 durch den Hebemechanismus 4 nach unten getrieben wird, bewegt sich der Zylinderkörper 21 der Gasfeder 20 damit nach unten, wodurch die Stange 22 veranlasst wird, in den Zylinderkörper 21 einzufahren, wie in 1 gezeigt wird. Wenn ferner die Hauptspindeleinheit 3 durch den Hebemechanismus 4 nach oben getrieben wird, bewegt sich der Zylinderkörper 21 der Gasfeder 20 damit nach oben, wodurch die Stange 22 veranlasst wird, sich gegenüber dem Zylinderkörper 21 vorzubewegen. Da die mit dem Verdichtungsgas G gefüllte vertikal positionierte Gasfeder 20 eine Aufwärtskraft erzeugt, die im Wesentlichen gleich dem Gewicht der Hauptspindeleinheit 3 während der Auf- und Abbewegungen der Hauptspindeleinheit 3 ist, lagert die Hauptspindeinheitausgleichseinrichtung 5 die Hauptspindeleinheit 3 und verringert die Last des Hebemechanismus 4.
  • In der Gasfeder 20 entwickelt ein Paar von ringförmigen Abdichtelementen 37 und 38, die an dem Hülsenelement 33 angebracht sind, aufgrund von Reibung mit der Stange 22 Verschleiß. Wenn der Verschleiß der ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 fortschreitet, kommt es zu einem Lecken des verdichteten Gases G zwischen der Stange 22 und dem Hülsenelement 33 und dies erfordert den Austausch der ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38.
  • Um die ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 auszutauschen, ist es erforderlich, die Hauptspindeleinheit 3 mittels des Hebemechanismus 4 auf die niedrigste Position abzusenken, um das obere Ende der Stange 22 an dem kopfseitigen Endwandelement 24 anliegen zu lassen, und das Füllventil 29 zu entfernen, um das verdichtete Gas G in dem Zylinderkörper 21 abzulassen, wie in 1 und 3 gezeigt wird. Als Nächstes wird während des Ablassens des verdichteten Gases G der Bolzen 30 durch die Füllventil-Einbauöffnung 28 geführt, wie in 5 gezeigt wird, und dann wird der Bolzen 30 mit dem oberen Ende der Stange 22 verbunden, um die Stange 22 fest an dem kopfseitigen Endwandelement 24 zu halten.
  • Wenn die Hauptspindeleinheit 3 mittels des Hebemechanismus 4 wie in 2 gezeigt angehoben wird, bewegt sich als Nächstes die Stange 22 zusammen mit dem Zylinderkörper 21 nach oben, so dass das untere Ende der Stange 22 von dem aufnehmenden Teil 12 getrennt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden acht Bolzen 42 entfernt, die zum Anbringen des Hülsenelements 33 an dem stangenseitigen Endwandelement 25 dienen, um dieses zu lösen, und das Hülsenelement 33 wird nach unten aus dem stangenseitigen Endwandelement 25 gezogen, so dass die an dem Hülsenelement 33 angebrachten ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 ausgetauscht werden können. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht erforderlich, die Hauptspindeleinheit 3 in ihre oberste Position anzuheben, sondern vielmehr einen ausreichenden Raum unter der Hauptspindeleinheit 3 zum Entfernen des Hülsenelements 33 sicherzustellen. Nach dem Austauschen der Abdichtelemente wird das Hülsenelement 33 wieder an dem stangenseitigen Endwandelement 25 angebracht, der Bolzen 30 wird entfernt, das Füllventil 29 angebracht und der Zylinderkörper 21 mit dem verdichteten Gas G gefüllt.
  • Wie von oben ersichtlich können in der Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung 5 ringförmige Abdichtelemente 37 und 38 durch Entfernen nur des Hülsenelements 33 ausgetauscht werden, und es ist nicht erforderlich, die Gasfeder 20 selbst von der Hauptspindeleinheit 2 abzunehmen, so dass es nicht erforderlich ist, Raum zum Abnehmen der Gasfeder 20 von der Hauptspindeleinheit 3 sicherzustellen, und die Freiheit bei der Platzierung der Gasfeder 20 kann stark verbessert werden. Weiterhin wird der Austausch der ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 vereinfacht und die für den Austausch erforderliche Arbeitszeit kann wesentlich reduziert werden.
  • Da das Hülsenelement 22 wie in 4 gezeigt durch acht Bolzen 42 an dem stangenseitigen Endwandelement 25 angebracht ist, ist es beim Austausch der ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 möglich, das Hülsenelement 33 nur durch Entfernen von Bolzen 42 abzunehmen, während es möglich ist, das Hülsenelement 33 fest anzubringen, so dass sich das Hülsenelement 33 nicht augrund des Gasdrucks des verdichteten Gases G von dem stangenseitigen Endwandelement 25 löst.
  • Da das an der Stange 22 angebrachte Mutternelement 44 von größerem Durchmesser als die Stangeneinführöffnung 32 ist und kleiner als die Durchgangsbohrung 31 ist, dient es nicht nur zum Verhindern eines Lösens der Stange 22, sondern auch bei Erfordernis der Abnahme der Stange 22 dazu, ein Abnehmen der Stange 22 durch ein Entfernen nur des Hülsenelements 33 zu ermöglichen, wodurch die für das Entfernen erforderliche Arbeitszeit minimiert wird.
  • Als Nächstes werden nachstehend im Folgenden einige Abwandlungen der obigen Ausführung beschrieben:
    • 1) Es ist nicht erforderlich, zwischen den ringförmigen Abdichtelementen 37 und 38 sowie am oberen Ende des stangenseitigen Endwandelements 25 mit den Schmierölen L und La aufzufüllen. Wenn die Schmieröle L und La nicht verwendet werden, besteht kein Bedarf an einer externen Ölfüllvorrichtung, die mit dem Öldurchlass 40 verbunden ist. Wenngleich die Verwendung nur der ringförmigen Abdichtelemente 37 und 38 zum Abdichten die Häufigkeit ihres Austausches erhöhen kann, besteht kein Bedarf, die Schmieröle L und La abzulassen, so dass die Austauscharbeit noch einfacher wird.
    • 2) Das Hülsenelement 33 kann innen an die Durchgangsbohrung 31 des stangenseitigen Endwandelements 25 geschraubt werden. In einem solchen Fall wird das Hülsenelement 33 fester an dem stangenseitigen Endwandelement 25 angebracht und die Anzahl an Befestigungsbolzen 42 kann verringert werden.
  • Da die ringförmigen Abdichtelemente ausgetauscht werden können, ohne dass die Gasfeder ausgetauscht werden muss, ist es nicht nötig, den Raum zum Entfernen der Gasfeder darunter sicherzustellen. Daher kann bei Platzieren der Gasfeder und bezüglich des Gasfederhubs mehr Freiheit gewonnen werden, was zu weniger Beschränkungen bei der Konstruktion der Hauptspindeleinheit führt. Da der Austausch des ringförmigen Abdichtelements einfacher ausgeführt werden kann, kann ferner der erforderliche Arbeitsaufwand für den Austausch erheblich gesenkt werden.

Claims (3)

  1. Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung (5) einer Werkzeugmaschine (1) mit einer Hauptspindeleinheit (3), welche mit einer Hauptspindel (14), an der ein Werkzeug (14a) angebracht ist, und einem Elektromotor (15) zum Antreiben der Hauptspindel (14) ausgestattet ist und mittels eines Hebemechanismus (14) nach oben und unten angetrieben wird, mit: einer Gasfeder (20), welche einen mit verdichtetem Gas (G) gefüllten Zylinderkörper (21) und eine Stange (22), die sich vom Inneren des Zylinderkörpers (21) nach unten erstreckt, umfasst und in einer vertikalen Stellung angeordnet ist, um die Hauptspindeleinheit (3) zur Verringerung der Last des Hebemechanismus (4) zu lagern, wobei der Zylinderkörper (21) ein kopfseitiges Endwandelement (24) und ein stangenseitiges Endwandelement (25) aufweist, die das verdichtete Gas (G) hermetisch abdichten, gekennzeichnet dadurch, dass das kopfseitige Endwandelement (24) ein in einer Füllventil-Einbauöffnung (28) eingebautes Füllventil (29) zum Einfüllen des verdichteten Gases (G) aufweist und das stangenseitige Endwandelement (25) ein Hülsenelement (33) aufweist, das eine umlaufende Wand um eine Stangeneinführöffnung (32) bildet, wobei das Hülsenelement (33) an dem stangenseitigen Endwandelement (25) hermetisch und abnehmbar angebracht ist und das Hülsenelement (33) ferner mit ringförmigen Dichtelementen (37, 38) zum Abdichten zwischen dem Hülsenelement (33) und der Stange (22) versehen ist, wobei die Füllventil-Einbauöffnung (28) so bemessen ist, dass ein Bolzen (30) durch diese eingeführt werden kann, und ein oberes Ende der Stange (22) eine Oberfläche aufweist, an der der Bolzen (30) befestigt werden kann, und wobei das Hülsenelement (33) nach Abnehmen des Füllventils (29) zum Ablassen des verdichteten Gases (G) in dem Zylinderkörper (21) und dann Festhalten der Stange (22), während der Bolzen (30) durch die Füllventil-Einbauöffnung (28) eingeführt und an dem oberen Ende der Stange (22) befestigt ist, abgenommen wird.
  2. Werkzeugmaschinen-Hauptspindelausgleichseinrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (33) an dem stangenseitigen Endwandelement (25) mit mehreren Bolzen (42) befestigt ist.
  3. Verfahren zum Austauschen eines ringförmigen Abdichtelements (37, 38) für eine Hauptspindelausgleichseinrichtung (5) einer Werkzeugmaschine (1) mit einer Hauptspindeleinheit (3), welche mit einer Hauptspindel (14) und einem Elektromotor (15) zum Antreiben der Hauptspindel (14) ausgestattet ist und mittels eines Hebemechanismus (4), einer Gasfeder (20), die mit einem mit verdichtetem Gas (G) gefüllten Zylinderkörper (21) und einer Stange (22), die sich vom Inneren des Zylinderkörpers (21) nach unten erstreckt, ausgestattet ist und in einer vertikalen Stellung angeordnet ist, um die Hauptspindeleinheit (3) zur Verringerung der Last des Hebemechanismus (4) zu lagern, auf und ab getrieben wird, wobei der Zylinderkörper (21) ein kopfseitiges Endwandelement (24) und ein stangenseitiges Endwandelement (25) aufweist, die das verdichtete Gas (G) hermetisch abdichten, gekennzeichnet dadurch, dass das kopfseitige Endwandelement (24) ein in einer Füllventil-Einbauöffnung (28) eingebautes Füllventil (29) zum Einfüllen des verdichteten Gases (G) aufweist und das stangenseitige Endwandelement (25) ein Hülsenelement (33) aufweist, das eine umlaufende Wand um eine Stangeneinführöffnung (32) bildet, wobei das Hülsenelement (33) an dem stangenseitigen Endwandelement (25) hermetisch angebracht ist und das Hülsenelement (33) ferner abnehmbar mit ringförmigen Dichtelementen (37, 38) zum Abdichten zwischen dem Hülsenelement (33) und der Stange (22) versehen ist, und dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Absenken der Hauptspindeleinheit (3) auf eine unterste Position; Abnehmen des Füllventils (29), um das verdichtete Gas (G) abzulassen; Einsetzen eines Bolzens (30) in die Füllventil-Einbauöffnung (28) und Befestigen des Bolzens (30) an einem oberen Ende der Stange (22), um die Stange (22) festzuhalten, und Abnehmen des Hülsenelements (33).
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