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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz
allgemein auf eine Spindel einer Werkzeugmaschine, welche
einen Maschinenrahmen, einen Spindelkörper, welcher im
Maschinenrahmen drehbar gelagert ist und eine
Spanneinrichtung enthält, die mit dem Spindelkörper verbunden
ist.
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Man verwendet Spindeln dieser Art entweder als
Spindeln in Drehbänken oder als Werkzeughalter, wenn es
sich darum handelt, ein drehendes Werkzeug zu halten und
es in Rotation zu versetzen. In diesem letzten Fall
können sich diese Spindeln in Werkzeugmaschinen von
unterschiedlichen Typen und insbesondere in komplexen
Bearbeitungszentren befinden.
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Man stellt derzeit vor allem im Gebiet des
Drehens eine Tendenz fest, die mehr und mehr die
Bearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten anzeigt. Diese
Anwendungsart erfordert, dass die Werkzeugmaschinen mit
Spindeln ausgerüstet sind, die fähig sind, hohe
Rotationsgeschwindigkeiten ohne Erwärmung und Vibration zu
ertragen, so dass eine hohe Bearbeitungsqualität
erhalten bleibt. Gleichzeitig verlangt man immer eine
grössere Vielseitigkeit in der Anwendung von Werkzeugmaschinen
und insbesondere bei Drehmaschinen, was verschiedene
Ausrüstungen voraussetzt, die leicht auswechselbar sind.
Die Spindeln müssen demzufolge universelle Haltemittel
enthalten.
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In den bis jetzt bekannten Spindeln konnte die
Steuerung durch komprimierte Luft der Öffnung und der
Schliessung der Zange, ob diese nun das
Bearbeitungsstück
oder die Materialstange oder noch ein Werkzeug
trägt, nicht so gelöst werden, dass die maximalen
Geschwindigkeiten, die man zu erhalten wünscht, erreicht
werden konnten. Im allgemeinen ist die eigentliche Zange
am Ende einer Klemmhülse befestigt, welche ebenfalls als
Klemmrohr bezeichnet wird, welche axial beweglich im
Spindelkörper ist. Diese Hülse ist an ihrem hinteren
Ende mit einem beweglichen Kolben verbunden, der in einem
Zylinder, welcher mit der Spindel dreht, in einem
fluidisch beaufschlagbaren Gehäuse angeordnet ist. Diese
Einrichtung und ihre Verbindung mit einer
Druckluftquelle ist jedoch in den bekannten Maschinen die Ursache für
Vibrationen, die Erwärmungen und unakzeptable
Umwuchtfehler mit sich bringen.
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Aus den Veröffentlichungen US-3 020 057 (Gamet)
und DE-33 25 880 (Leidenfrost) kennt man schon
Einrichtungen, mit welchen mit einem fluidischen Mittel unter
Druck die Verschiebung von Kolben in Zylindern, welche
durch eine sich um ihre Achse drehende Spindel getragen
werden, gesteuert werden können. Es handelt sich jedoch
um eine Druckölspeisung, und die vorgesehenen Aufbauten
umfassen ein Verteilorgan, welches mit einem Wälzlager
kombiniert ist und dessen Durchmesser dasjenige des
Wälzlagers überschreitet. Diese Konstruktionen sind
nicht für die Funktion mit erhöhter Geschwindigkeit
konzipiert, die Verwendung einer Steuerflüssigkeit
untersagt solche Anwendungen.
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Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck,
eine Spindel einer Werkzeugmaschine zu schaffen, welche
einen Maschinenrahmen, einen Spindelkörper, welcher im
Maschinenrahmen in zwei Wälzlagern, die axial
voneinander beabstandet sind, drehbar gelagert ist, und eine
Spanneinrichtung enthält, die mit dem Spindelkörper
verbunden ist, die ihrerseits einen Kolben, welcher in
einem
Zylinder bewegbar ist, und Zuführmittel zum Zylinder
für ein fluidisches Steuermittel aufweist, wobei die
genannten Zuführmittel ein Verteilstück enthalten, welches
zwischen den genannten Wälzlagern im Maschinenrahmen
angeordnet ist, und welches einerseits mit festen
Zuführungen zur Beaufschlagung und zum Ablass verbunden ist,
die im Maschinenrahmen eingebohrt sind, und andererseits
mit rotierenden Zuführungen verbunden ist, die mit den
festen Zuführungen übereinstimmen und im Spindelkörper
vorgesehen sind, wobei das genannte Verteilstück den
Spindelkörper koaxial umfasst.
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Eine Spindel dieser Art ist insbesondere aus dem
Dokument US-3 020 057 bekannt.
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Die Erfindung strebt an, Nachteile und Schwächen
der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und eine
perfektionierte Spindel einer Werkzeugmaschine zu schaffen,
in welcher die Steuermittel für den Kolben in Form von
Druckluft eine kompakte Einheit bilden, welche bezüglich
der Achse des Spindelkörpers zentriert und ausgeglichen
ist, wodurch eine Reduktion der rotierenden Massen
erreicht wird.
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Mit der Erfindung soll ebenfalls angestrebt
werden, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher alle
diese Ziele erreichbar sind und sowohl an Spindeldrehbänke
wie auch an Spindeln von Werkzeugmaschinen in
Bearbeitungszentren unterschiedlichen Aufbaus anpassbar sind.
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Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe Spindel
einer Werkzeugmaschine dadurch gekennzeichnet, dass das
fluidische Steuermittel komprimierte Luft ist, und das
genannte Verteilstück aus einem einzigen Stück besteht,
befestigt in einer Bohrung des Maschinenrahmens, und
eine äussere zylindrische Oberfläche mit gleichem
Durchmesser aufweist, wie eine entsprechende Oberfläche des
festen Teils von einem der genannten Wälzlager.
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Dadurch, dass die Zuführmittel zwischen den
Wälzlagern des Spindelkörpers angeordnet werden konnten, ist
die Auswuchtung der Spindel in idealer Weise möglich.
Ausserdem ergibt die Möglichkeit, die Zuführleitungen
und die Ablassleitungen für die komprimierte Luft quer
durch den Spindelkörper bis hinten an die Spindel laufen
zu lassen, wo sie mit einem Zylinder verbunden sind, der
fliegend hinter der Spindel gelagert ist, wobei das
ganze eine geringe Länge aufweist, einen beträchtlichen
Spielraum bezüglich der Dimensionierung und der
Anordnung des Zylinders und des Steuerkolbens.
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Nachfolgend wird als Beispiel, um aufzuzeigen,
wie die Erfindung realisiert werden kann, eine
erfindungsgemässe Ausführungsform einer Drehspindel
beschrieben.
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In der Zeichnung zeigt
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Fig. 1 eine Ansicht eines Axialschnittes dieser
Drehspindel, und
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Fig. 2 eine Frontansicht in Richtung des Pfeiles
A gemäss Fig. 1.
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Aus der Zeichnung ist ein Spindelgehäuse 1
ersichtlich, welches auf dem Rahmen 2 einer Drehbank
ausgerichtet und befestigt ist, wobei diese Drehbank so
konzipiert ist, dass Stücke am vorderen Ende einer
Materialstange bearbeitet werden können, welche die Spindel
durchdringt, und welche durch die Spindel gehalten und
in Rotation versetzt wird, wovon nun die wesentlichen
Elemente beschrieben werden. Das Spindelgehäuse 1 weist
einen zylindrischen Durchgang 3 auf, in welchem zwei
doppelreihige Kugellager 4 und 5 und am äusseren Ende
dieser Kugellager Hilfseinrichtungen 6 und 7 zur
Positionierung und zur Rückhaltung von Öl befestigt sind.
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Die Kugellager 4 und 5 dienen zur Lagerung eines
Spindelkörpers 8, dessen Aufbau standardisiert ist und
welcher insbesondere an seinem vorderen Ende Bohrungen 9
und 10 aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einen
Spannkonus (nicht dargestellt) aufnehmen können, der mit
einer Zange zusammenwirkt, wodurch die Befestigung der
Bearbeitungsstücke oder des Vorderendes einer zu
bearbeitenden Stange, die im inneren des Spindelkörpers 8
angeordnet ist, erlaubt wird. Diese Zange ist in
bekannter Weise mit einer Spannhülse 11 verbunden, welche aus
einem rohrförmigen Stück besteht, das die innere Bohrung
des Spindelkörpers 8 durchdringt und durch eine
dazwischenliegende Gewindemuffe 12 an einem Kolben 13
befestigt ist, der hinter dem Gehäuse 1 angeordnet ist.
Dieser Kolben 13 ist im Inneren eines Zylinders 14
angebracht, welcher aus einem hinteren Boden 15, einem
vorderen Deckel 16 und einer seitlichen ringförmigen Wand
17, welche mit dem Boden 15 aus einem Stück gearbeitet
ist, besteht. Dieser vordere Deckel 16 ist einstückig
mit einem kreisförmigen Teil 18 gestaltet, welcher ein
Antriebsrad bildet, welches durch einen Riemen 19 mit
einem Motor verbunden ist, welcher allgemein mit 20
bezeichnet ist, und der auf einer Konsole 21 befestigt
ist.
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Der Zylinder 14 erstreckt sich also fliegend über
die Rückseite des Spindelkörpers 8, an welchem er durch
Schrauben 22 befestigt ist, aber wie man sieht, sind die
Länge des fliegenden Teils und die Grösse der so
gelagerten Masse auf Minimalwerten gehalten, und zwar wegen
der besonderen Anordnung, die für die Zuführmittel für
die komprimierte Luft zum Zylinder vorgesehen sind.
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Diese Mittel umfassen im wesentlichen ein
Verteilstück 23, das rohrformig ist und ein rechteckiges
Profil aufweist, und welches in der Bohrung 3 durch
Schrauben 24 und 25 mit Ansatz gehalten ist. Dieses
Stück ist bezüglich der Bohrung 3 mit leichtem Spiel
zentriert. Seine innere Bohrung ist mit einer
Genauigkeit von einigen Mikrometern einjustiert. Das
Verteilstück 23 weist an seiner äusseren zylindrischen Fläche
zwei Rillen 26 und 27 mit rechteckigem Profil auf,
welche auf dem Umfang der äusseren Fläche eingearbeitet
sind, wobei beide Rillen einen gewissen Abstand
voneinander haben. Am Grund jeder dieser Rillen 26 und 27 sind
radiale Durchgänge 28 angeordnet, welche im Grund der
inneren Rillen 29 und 30 enden, die ihrerseits in der
inneren Bohrung des Stückes 23 auf gleicher axialer Höhe
angebracht sind, wie die Rillen 26 und 27. Die Rillen 26
und 27 werden quer durch das Gehäuse 1 durch Zuführungen
31 und 32 gespiesen, welche durch das Gehäuse 1 gehen,
und deren obere Enden durch nicht dargestellte Mittel
mit einem Umkehrventil verbunden sind, das seinerseits
mit einer Druckluftquelle und einer Ablassöffnung
verbunden ist.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wirkt die Rille
29 mit einer Leitung 33 zusammen, welche durch eine
Bohrung gebildet ist, die im Spindelkörper 8 angebracht
ist, und die bis zu einer Öffnung 34 in der hinteren
Fläche des Spindelkörpers 8 reicht. Die Rille 30 wirkt
in gleicher Weise mit einer Leitung 35 zusammen, welche
ebenfalls durch eine Bohrung gebildet wird, die bis zur
Fläche 34 des Spindelkörpers 8 reicht. In den Wänden des
Zylinders 14 sind ebenfalls zwei Leitungen 36 und 37
angeordnet, welche durch eine Bohrung gebildet werden, und
die durch Gummidichtungen mit den Leitungen 33 und 35
verbunden sind, und wovon eine (33) bis zur Wand des
hinteren Bodens des Zylinders 14 und die andere (35) bis
zur Wand des vorderen Deckels dieses Zylinders reichen.
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So kann man die Durchgänge für die Druckluft quer
durch den Spindelkörper innerhalb eines der Wälzlager
der Spindel führen, ohne dass der Durchmesser des
Spindelkörpers erhöht werden muss, was erlaubt hat, alle
Verteilelemente in fliegender Anordnung weglassen zu
können und die Masse des rotierenden Körpers, welche
ausserhalb des Gehäuses angebracht werden müssen, zu
reduzieren.
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Andererseits sind die Löcher zur Zuführung der
Luft in das Verteilstück 23 weit voneinander entfernt,
so dass ein Spiel zwischen dem Verteilstück und dem
relativ dazu beweglichen Stück tolerierbar ist. Dies hat
die Unterdrückung von Blockierrisiken zur Folge, ohne
der Funktionssicherheit in Folge von ungewolltem
Druckabfall zu schaden. Das Spiel beträgt einige hundertstel
Millimeter. Dieses Element kommt zu den Effekten der
Verkleinerung der Massen und der Reduktion von fliegend
angeordneten Teilen hinzu und trägt ebenfalls zu den
besseren Bedingungen des Drehens mit erhöhten
Geschwindigkeiten und zur Beibehaltung der
Bearbeitungsgenauigkeit bei.
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Die beschriebene Anordnung erlaubt eine
rationelle Montage der unterschiedlichen Elemente des Aufbaus.
Wenn die Spindel 8 einmal in das vordere Wälzlager 5
eingebracht und verriegelt ist, wird das
Verteilungsstück 23 in die Bohrung 3 eingeführt und verriegelt,
wonach das Lager 4 eingesetzt wird. Somit wird der axiale
Raum zwischen den Lagern geschickt ausgenutzt.
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Diese Eigenheiten erlauben der beschriebenen
Spindel, den aktuellen Forderungen von hoher
Rotationsgeschwindigkeit und hoher Bearbeitungsgenauigkeit mit
einem einfachen und robusten Aufbau zu genügen, der
lediglich durch zwei Lager gehalten ist. Die wichtige
Verminderung der fliegend angeordneten Teile und der
Rotationsmasse begünstigen eine Funktion frei von
Vibrationen,
wobei so optimale Arbeitsbedingungen zur
Erreichung eines Oberflächenzustands von hoher Qualität
geliefert werden.
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Der Spindelkörper kann mit einer genormten
Spindelnase ausgestattet sein, wobei durch Adaption
unterschiedlicher Manschetten die Verwendung zahlreicher
unterschiedlicher Spannmittel erlaubt wird, ohne dass es
erforderlich ist, die Spindel zu wechseln.
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Andererseits erlaubt der Durchgang, der im
Inneren des Spindelkörpers 8 angebracht ist, die Bearbeitung
von Stangenmaterial.
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Der Spannzylinder arbeitet doppeltwirkend: durch
Ziehen und durch Stossen, was ebenfalls die Verwendung
von einer Vielzahl unterschiedlichen Spannmittel
begünstigt. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die
Spannmittel unter dem Einfluss einer Kraft wirken können, in
welchen die Druckluft nur zur Entspannung der Zange
verwendet wird, und die Spannmittel ebenfalls in einer
geänderten Ausführungsform vorgesehen sein können, als
die, die in der Zeichnung dargestellt ist, während ein
fixes Verteilstück verwendet wird, das den freien Raum
zwischen den beiden Lagern, die die Spindel tragen,
ausnützt.