DE69706404T2

DE69706404T2 - Elektrosprudelträger für werkzeugmaschine für hochgeschwindigkeitsbearbeitungen

Info

Publication number: DE69706404T2
Application number: DE69706404T
Authority: DE
Inventors: Andre Azema
Original assignee: Renault Automation Comau SA
Current assignee: Renault Automation Comau SA
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2017-02-22
Also published as: AU2099597A; WO1997030820A1; EP0883464A1; PT883464E; ES2163127T3; JP2000504637A; DE69706404D1; EP0883464B1; US6036414A; FR2745217A1; FR2745217B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Werkzeugmaschinen, insbesondere betrifft sie Anpassungen, die die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Geschwindigkeit unter besseren Bedingungen ermöglichen.
Die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Geschwindigkeit durch eine Werkzeugmaschine erfolgt im allgemeinen durch ein Werkzeug, das durch die Antriebsachse einer Elektrospindel in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei diese Elektrospindel in einer Hülse angeordnet ist, die ihrerseits eine Translationsbewegung gemäß drei Achsen X, Y und Z ausführen kann.
Eine Werkzeugmaschine umfasst herkömmlicherweise drei Hauptarbeitsplätze, nämlich:
- einen Bearbeitungsposten im eigentlichen Sinn, der das Werkzeug umfasst, das von der Antriebsachse der Elektrospindel in eine Drehbewegung versetzt wird und das zu bearbeitende Werkstück formt,
- einen Antriebsposten, der stromaufwärts vom Bearbeitungsposten angeordnet ist und aus einer Gruppe von Organen gebildet wird, die insbesondere die Translationsbewegungen der Hülse der Elektrospindel gemäß X, Y und Z sowie die Energieversorgung der Elektrospindel für die Drehbewegung ihrer Werkzeughalterachse gewährleistet,
- und einen Steuerungsposten, der entsprechend einem im vorhinein erstellten Befehlsprogramm mit dem Antriebsposten zusammenarbeitet, um die verschiedenen Phasen der Bearbeitung des genannten Werkstücks auszuführen.
Aufgrund seiner Erfahrung im Bereich der Erfindung hat der Anmelder festgestellt, dass bei einer Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit eine sehr schnelle Drehung der Antriebsachse der Elektrospindel, die Kontakte des Werkzeugs mit dem zu bearbeitenden Werkstück und die Translationsbewegungen der Hülse der Elektrospindel gemäß X, Y und Z in Kombination oder einzeln für die erheblichen Schwingungen der Einheit Hülse/Elektrospindel verantwortlich sind. Diese Schwingungen sind teilweise darauf zurückzuführen, dass beim Einfügen der Elektrospindel in die Hülse zwischen ihren Kontaktflächen ein Spielraum für die Montage notwendig ist, wobei nur am vorderen Teil der Elektrospindel eine Fixierung erfolgt, ohne dass der hintere Körper der Elektrospindel direkt in Position gehalten wird. Dadurch entstehen während der Bearbeitungsvorgänge Schwingungen, die nachteilige Auswirkungen auf die inneren Elemente der Elektrospindel haben und deren Lebensdauer verkürzen.
Die Erfindung betrifft insbesondere das Verfahren der Montage einer Elektrospindel in einer Hülse einer Werkzeugmaschine, das darin besteht, dass ein Zwischenmaterial zur Füllung zwischen die Kontaktflächen der Elektrospindel und der Elektrospindelhülse angeordnet wird, das in der Lage ist, die Schwingungen zu dämpfen, die durch die schnelle Drehung der Antriebsachse der Elektrospindel und/oder durch die Translationsbewegungen der Hülse und/oder durch die Kontakte des Werkzeugs mit dem zu bearbeitenden Werkstück hervorgerufen werden. Die Rolle dieses Zwischenmaterials besteht darin, die kinetische Energie zu absorbieren, die mit den Schwingungen verbunden ist, die durch die schnellen Bewegungen der Achse der Elektrospindel und/oder der Hülse entstehen, um die Kontakte und auch die Stöße zwischen der Elektrospindel und der Hülse zu begrenzen, die für die inneren Elemente der beiden letztgenannten schädlich sind.
Das obengenannte Zwischenmaterial zwischen den Kontaktflächen der Elektrospindel und der Hülse besteht aus Öl, das:
- durch seine Schmiermittelnatur keine Korrosion der Organe verursacht,
- durch seine Fluidnatur in der Lage ist, das für die Montage notwendige Spiel zu füllen, so minimal es auch ist,
- durch seine Viskosität ein guter Dämpfer ist.
Ein anderer Vorteil des Anbringens eines Ölfilms zwischen den Kontaktbereichen der Elektrospindel und der Hülse besteht darin, dass verhindert wird, dass die Mikrobewegungen, die in einer Verbindung stets vorhanden ist, bei der ein Zylinder in eine Bohrung eingeschoben ist, eine "Kontaktkorrosion" erzeugen, die für die Qualität der Einfügeverbindung zwischen der Hülse und der Elektrospindel sehr schädlich wäre.
Das Öl wird in einer dichten Kammer gehalten, die begrenzt ist einerseits von den Kontaktflächen der Elektrospindel und der Hülse und andererseits von zwei Runddichtringen, die für die Dichtigkeit des Raumes sorgen, der die beiden Kontaktflächen voneinander trennt. Daher kann die Elektrospindel in der Hülse ohne Änderung der ersteren montiert werden, wodurch es möglich ist, eine Standard-Elektrospindel zu verwenden. Dieses Merkmal ermöglicht es, zwei Runddichtringe zu verwenden, Standardelemente, die in der Lage sind, die Dichtigkeit der zylindrischen Oberflächen zu gewährleisten und darüber hinaus für eine erste Dämpfung zwischen den Kontaktflächen der Elektrospindel und der Hülse sorgen, da sie aus Kautschuk bestehen.
Gegenstand der Erfindung ist es, eine Hülse zum Halten einer Elektrospindel für eine Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine vorzuschlagen, die eine dichte Kammer zwischen ihren Kontaktflächen mit der Elektrospindel und zwei Runddichtringen schafft, die für die Dichtigkeit zwischen den genannten Kontaktflächen sorgen, damit diese mit Öl gefüllt werden kann, um diese Art von Montageverfahren einsetzen zu können. Zu diesem Zweck umfasst die Hülse drei nach innen gerichtete, aufeinanderfolgende Schultern, wobei die erste, äußere Schulter, die am Eingang der Hülse angeordnet ist, einen Öffnungsdurchmesser begrenzt, der größer ist als der Öffnungsdurchmesser der zwei folgenden innerhalb gelegenen Schultern, so dass der hintere Abschnitt der Elektrospindel mit Spiel in die Hülse zwischen die beiden letzten Schultern eingefügt und an der ersten Schulter befestigt werden kann. Die zwei Runddichtringe, die für die Dichtigkeit zwischen den beiden Kontaktflächen der Elektrospindel und der Hülse sorgen, mit denen sie das Volumen der obengenannten dichten, mit Öl gefüllten Kammer begrenzen, können in zwei Rillen in Position gehalten werden, die in den Innenseiten der zweiten und der dritten innen gelegenen Schulter gebildet sind, so dass die Verdickung, die die zweite und die dritte Schulter voneinander trennt, das Volumen der genannten Kammer vergrößert.
Das Hauptmerkmal der Erfindung wurde oben beschrieben, andere Merkmale und Vorteile werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Hülse zum Halten einer Elektrospindel einer Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine, die den Grundkonzepten der Erfindung entspricht, ersichtlich. Bei dieser Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
- Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht ist, die die logische Struktur eines Rahmens einer Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine darstellt, die für die Translationsbewegung einer Hülse mit ihrer Elektrospindel sorgt;
- Fig. 2 eine perspektivische, teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht der Verbindung Hülse/Elektrospindel ist;
Fig. 3a und 3b eine schematische Schnittansicht der Verbindung Hülse/Elektrospindel bzw. eine vergrößerte Ansicht eines Details von Fig. 3a sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die in ihrer Gesamtheit mit 100 bezeichnete Elektrospindel in einer in ihrer Gesamtheit mit 200 bezeichneten Hülse befestigt, die in einer Struktur S montiert ist, die auf eine Weise logisch organisiert ist, dass die Bewegungen (Pfeile X, Y und Z) der Hülse 200 mit hoher Geschwindigkeit möglich werden. Für diese verschiedenen abwechselnden geradlinigen Bewegungen (Pfeile X, Y und Z) sorgen Linearmotoren, die entsprechend angeordnet sind, um die Bewegungen der beweglichen Organe der logischen Struktur, insbesondere der Hülse 200, unter den besten Bedingungen zu ermöglichen.
Der innere vordere Teil der Hülse 200, die in Fig. 2 mit ihrer Elektrospindel 100 dargestellt ist, umfasst drei nach innen gerichtete Schultern 210, 220 und 230, die koaxial zur Längsachse ZZ' der Hülse sind, Kränze bilden und nacheinander in der Richtung des Eindringens (Pfeil A) der Elektrospindel 100 in die Hülse 200 angeordnet sind.
Die erste nach innen gerichtete Schulter 210, die äußere Schulter genannt wird, da sie sich am Eingang der Hülse 200 befindet, ist von einmündenden Öffnungen 211 mit Gewinde durchbohrt, die parallel zur Achse ZZ' und mit regelmäßigem Winkelabstand angeordnet sind. Gemäß einer besonderen Anordnung der Erfindung ist der innere Durchmesser der äußeren Schulter 210 größer als der Durchmesser des Kragens 110, mit dem die Elektrospindel 100 versehen ist, damit dieser beim Einfügen (Pfeil A) der Elektrospindel 100 in die Hülse 200 nicht an der genannten Schulter anschlägt.
Die zweite nach innen gerichtete Schulter 220, Zwischenschulter genannt, weist einen inneren Durchmesser auf,
- der größer ist als jener des hinteren Körpers 120 der Elektrospindel,
- der gleich dem inneren Durchmesser der dritten nach innen gerichteten Schulter 230 ist, die innere Schulter genannt wird,
- und der schließlich kleiner ist als jener des Kragens 110 der Elektrospindel 100.
Auf diese Weise kann die Elektrospindel 100 in der Hülse 200 montiert werden, indem der hintere Körper 120 der Elektrospindel in Richtung des Pfeils A in die Hülse 200 eingefügt wird, so dass der Kragen 110 an die vordere Seite der Zwischenschulter 220 der Hülse anschlägt, gegen er sie durch einen Flansch 130 in Position gehalten wird, wobei der genannte Flansch 130 einen vorderen Teil 130a, der die äußere Schulter 210 kreuzt, und einen hinteren Teil 130b umfasst, der einen Umschlag bildet, der auf einstellbare Weise an der äußeren Seite der äußeren Schulter 210 der Hülse 200 mittels Schrauben 211a befestigt ist, die in die Öffnungen 211 mit Gewinde eingeführt sind. Diese Art der Befestigung ermöglicht es der Hülse 200, alle Translationsbewegungen (Pfeile X, Y und Z), denen sie unterworfen ist, weil sie in der logischen Struktur S montiert ist (siehe Fig. 1), auf die Elektrospindel 100 zu übertragen. Die drehbare Befestigung der Elektrospindel 100 in der Hülse 200 erfolgt mit Hilfe von Haltestiften, die nicht dargestellt sind, da sie nichts zum guten Verständnis der Erfindung beitragen.
Die beiden Kränze, die die Zwischenschulter 220 und die innere Schulter 230 bilden, sind an ihren zylindrischen Innenflächen 221 und 231 mit Rillen 221a und 231a versehen, in denen zwei Runddichtringe 310 und 320 mit identischen Eigenschaften untergebracht sind. Die Tiefe der zwei Rillen 221a und 231a, in denen die Runddichtringe 310 und 320 untergebracht sind, ist so bemessen, dass beim Einfügen der Elektrospindel 100 in die Hülse 200 in Richtung des Pfeils A der hintere Körper 120 der Elektrospindel in Kontakt mit den beiden Dichtungen 310 und 320 kommt und so mit den Kontaktflächen der Elektrospindel 100 und der Hülse 200 eine Kammer 300 begrenzt. Die Funktion dieser Kammer 300 besteht nach dem Grundkonzept der Erfindung darin, einen dichten Raum zwischen den Kontaktflächen der Elektrospindel 100 und der Hülse 200 zu bilden, um ein Material aufzunehmen und zu halten, das das Montagespiel zwischen den beiden Organen auffüllt. Dieses Füllmaterial, das vorzugsweise aus Öl besteht, dient zur Dämpfung der zahlreichen Schwingungen der Verbindung Elektrospindel 100/Hülse 200.
Wie genauer in Fig. 3b gezeigt ist, umfasst die Kammer 300 eine Verdickung 300', die zwischen der Zwischenschulter 220 und der inneren Schulter 230 der Hülse 200 angeordnet ist und in die zwei Öffnungen 222 und 223 münden, die in die Dicke der Zwischenschulter 220 gebohrt sind, wobei die erste ein Einlassrohr und die zweite ein Auslassrohr definiert. Diese Verdickung 300' bietet den großen Vorteil, dass eine Oberflächenbehandlung der Länge der Hülse vermieden werden kann, die die beiden Schultern 220 und 230 voneinander trennt, dass es möglich wird, ein großes Volumen an Öl in die dichte Kammer 300 einzufüllen und dass es möglich wird, die Rohre 222 und 223 in die Zwischenschulter 220 parallel zur Achse ZZ' zu bohren.
Vorteilhafterweise sind das Einlassrohr 222 und das Auslassrohr 223 einander diametral entgegengesetzt angeordnet, wobei das erste Rohr 222 an der Oberseite der Hülse 200 vorgesehen ist, um bei der Füllung der genannten dichten Kammer 300 mit Öl und deren Entleerung als Lüftungsloch zu fungieren und das Ausstoßen von Luft zu erleichtern, während das zweite Rohr 223 an der Unterseite der Hülse 200 vorgesehen ist, um die Entleerung und das Füllen der genannten dichten Kammer 300 bei einem Wartungsvorgang, wie z.B. beim Austausch der Elektrospindel 100 oder der Erneuerung der Runddichtringe 310, 320 oder des Öls, zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Runddichtringe 310 und 320 und somit die Rillen 221a und 231a, in denen sie untergebracht sind, möglichst weit von der Verdickung 300' und somit voneinander entfernt angeordnet, um die Dämpfungsfläche zwischen der Elektrospindel 100 und der Hülse 200 auf ein Maximum zu vergrößern. Es ist wichtig, zu bedenken, dass die Dämpfung möglichst nahe bei den Kontaktflächen erfolgt, d.h. innerhalb der Grenzen der Dicke der Zwischenschulter 220 und der inneren Schulter 230, so dass der mit Öl gefüllte Teil der Kammer 300, der als Dämpfer dient, von der inneren Kante der Schultern, die an die Verdickung 300' angrenzt, und den Runddichtringen selbst begrenzt ist. Die Entfernung der Rillen 221a und 231a, in denen diese Dichtungen angeordnet sind, ist daher für eine gute Dämpfung der Schwingungen von vorherrschender Bedeutung.
Es versteht sich, dass das Ziel der obigen Beschreibung und Darstellung des Montageverfahren und der Hülse zum Halten einer Elektrospindel, bei der dieses Verfahren angewendet werden kann, eine Offenbarung und nicht eine Beschränkung ist.

Claims

1. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel einer Hochgeschwindigkeits- Werkzeugmaschine, die eine dichte Kammer (300) schafft, die durch die Kontaktflächen mit der Elektrospindel (100) und zwei Runddichtringen (310, 320) begrenzt wird, die für die Dichtigkeit zwischen den genannten Kontaktflächen sorgen, um diese Kammer mit Öl füllen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die obengenannte Hülse drei nach innen gerichtete, aufeinanderfolgende Schultern (210, 220 und 230) umfasst, die Kränze bilden, wobei die erste, äußere Schulter (210), die am Eingang der Hülse (200) angeordnet ist, einen Öffnungsdurchmesser begrenzt, der größer ist als der Öffnungsdurchmesser der zwei anderen Schultern, der Zwischenschulter (220) und der inneren Schulter (230), so dass der hintere Abschnitt der Elektrospindel mit Spiel in die Hülse zwischen die beiden letzten Schultern eingefügt und an der ersten Schulter befestigt werden kann.

2. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Kranzes, der die äußere Schulter (210) der obengenannten Hülse (200) bildet, von Löchern (211) mit Gewinde durchbohrt ist, die parallel zur Längsachse (ZZ') der Hülse in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind und es erlauben, mit Hilfe von Schrauben (211a), einen Flansch (130) zu befestigen, der es ermöglicht, die in die Hülse (200) eingefügte (Pfeil A) Elektrospindel (100) zu fixieren.

3. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Innenflächen (221 und 231) der Zwischenschulter (220) und der inneren Schulter (230) der obengenannten Hülse (200) mit zwei Rillen (221a und 231a) versehen sind, in denen die zwei Runddichtringe (310 und 320) untergebracht sind, die für die Dichtigkeit zwischen den beiden Kontaktflächen der Elektrospindel (100) und der Hülse (200) sorgen, mit denen sie das Volumen einer dichten, mit Öl gefüllten Kammer (300) begrenzen, so dass die Verdickung (300'), die die beiden Schultern (220 und 230) trennt, das Volumen der genannten Kammer (300) vergrößert.

4. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der genannten Zwischenschulter (220) der Hülse (200) von zwei Öffnungen (222 und 223) durchbohrt ist, deren Achsen parallel zur Achse (ZZ') der Hülse (200) sind, die in die Verdickung (300') der genannten dichten Kammer (300) münden und zwei Rohre bilden, durch die diese Kammer mit Öl gefüllt bzw. geleert wird.

5. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obengenannten Runddichtringe (310 und 320) und die Rillen (221a und 231a), in denen sie untergebracht sind, möglichst weit von der genannten Verdickung (300') entfernt angeordnet sind.

6. Hülse (200) zum Halten einer Elektrospindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassrohr (222) und das Auslassrohr (223) einander diametral entgegengesetzt angeordnet sind, wobei das erste Rohr (222) an der Oberseite der Hülse (200) vorgesehen ist, um bei der Füllung der genannten dichten Kammer (300) mit Öl und deren Entleerung als Lüftungsloch zu fungieren und das Ausstoßen von Luft zu erleichtern, während das zweite Rohr (223) an der Unterseite der Hülse (200) vorgesehen ist, um die Entleerung und das Füllen der genannten Kammer 300 zu ermöglichen.