DE890439C

DE890439C - Spindle bearings for machine tools

Info

Publication number: DE890439C
Application number: DES26819A
Authority: DE
Inventors: Karl Seitter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-06-22
Filing date: 1951-06-22
Publication date: 1953-09-17

Description

Spin,dellagerung für Werkzeugmaschinen Bekanntlich sind die Leistungen aller spanenden Werkzeugmaschinen um so höher, je weniger Maschine, Werkstück, Werkstückspanner und Werkzeug zu schneidenzerstörenden,Schwingungen neigen. Des-halb wird laufend versucht, durch Starrhau und Spielfreiheit aller wichtigen Rundlings-, Prismen- und Schraubenpaarungen zu weitgehender Schwingungsfreiheit zu kommen.Spin, dell storage for machine tools It is well known that the performance of all cutting machine tools is higher, the less the machine, workpiece, workpiece clamp and tool tend to vibrate that can destroy the cutting edge. For this reason, attempts are constantly being made to achieve a high degree of freedom from vibrations by means of a rigidity and freedom from play in all important round, prism and screw pairings.

Die größten Schwierigkeiten bereiten allgemein die durch Wärme und *Verschleiß veränderlichen Lagerspiele der Hauptspindeln an Drehbänken, Bohrwerken, Fräs- und Schleifmaschinen. Alle Paarungsspiele leiten je nach Größe etwaige Drehschwingungen im Getriebe ohne die notwendige Dämpfung weiter und können selber Anlaß zu schneidenzerstörendem Rattern werden. Die Hauptspindellager einer Werkzeugmaschine haben demnach zwei Aufgaben zu erfüllen: i. die geometrisch genaue Radial- und Axialführung der Arbeitsspindel bei allen Belastungen, Drehzahlen und Wärmedehnungen; 2. die Dämpfung aller vom Getriebe kommenden oder beim Zerspanen entstehenden Schwingungen.The greatest difficulties are generally caused by the bearing clearances of the main spindles on lathes, boring mills, milling and grinding machines, which can change due to heat and wear. Depending on the size, all pairing games pass on any torsional vibrations in the gearbox without the necessary damping and can themselves give rise to rattling that destroys the cutting edge. The main spindle bearings of a machine tool therefore have to fulfill two tasks: i. the geometrically precise radial and axial guidance of the work spindle for all loads, speeds and thermal expansions; 2. The dampening of all vibrations coming from the gear unit or occurring during machining.

Eine bekannte spielfre#ie Lagerung bildet die Werkstück- und Bobrstangenführung beim Rundschleifen und Feindrehen bzw. Feinbohren zwischen federnd angestellten toten Spitzen. Die Steillkegelpaarung von Zentrierbohrung und Spitze ist nach den bisherigen Einsichten die einfachste Lagerf,orm für eine spielfreie, geometriech richtige Werkstück- bzw. Werkzeugfuhrung. Trotzdem ist der Steilkegel nur selten für den Bau von Hauptspindellagerungen verwendet worden. Die Ursachedafür scheint in der Schwierigkeit des selbsttätigen Spielausgleifchs bei Wärmedehnungen -und Verschleiß zu liegen.A known backlash-free bearing forms the workpiece and bobbin guide with cylindrical grinding and fine turning or fine boring between spring-loaded dead tips. The steep cone pairing of center hole and tip is according to the previous insights the simplest bearing form for a backlash-free, geometrical correct workpiece or tool guidance. Nevertheless, the steep cone is rare has been used for the construction of main spindle bearings. The cause seems to be in difficulty the automatic backlash compensation in the event of thermal expansion -and wear to lie.

Um diese Schwierigkeiten bei der Spindellagerung für W#erkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke, deren, Spindeln mit gegeneinandergerichteten, steilkegeligen Lauffläthen versehen sind, zu ÜbeTwinden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Lagerkegel mit während des Betriebes einstellbarer nachgiebiger Kraft 9,xial an die keggeligen Laufflächen der Spindel andrückbar zu machen. Als nachgiebige Kraft können zweckmäßig Tellerfedern oder ein Druckmittel, wie Preßöl, Preßluft o!d.dgl., verwendet werden. Es kann auch vorteilhaft sein, außer den Lagerkegeln noch Längsdruckwälzlager vorzusehen, die über nachgiebige Einstellmittel ganz oder teilweise mit der Längskraft belastbar sind. Dabei können die Einstellmittel nach den Betriebsbedingungen, wie Lagerwärme, Reibungsmoment im Lager u. ä., steuerbar sein.In order to overcome these difficulties in the spindle bearing for machine tools, in particular lathes, the spindles of which are provided with oppositely directed, steeply tapered running surfaces, it is proposed according to the invention that the bearing taper be axially against the tapered running surfaces of the spindle with a flexible force that can be set during operation to make it pressable. Disc springs or a pressure medium, such as compressed oil, compressed air or the like, can expediently be used as the resilient force. It can also be advantageous to provide longitudinal pressure roller bearings in addition to the bearing cones, which can be fully or partially loaded with the longitudinal force via flexible adjustment means. The setting means can be controllable according to the operating conditions, such as bearing heat, frictional torque in the bearing and the like.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Billd i den Längsschnitt durch die Lagerung einer Schleifspindel, Bild2 einen Schnitt nach der LinieA-B in Bild i, Bild 3 eine andere Ausführung für die Zentrierung des hinteren Lagers, Bild 4 den Längsschnitt durch die Lagerung einer Drehbankspindel mit Zusatzlängslager und Bild 5 einen Schnitt nach der Linie C-D in Bild 4.In the drawings, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. It shows Billd i the longitudinal section through the bearing of a grinding spindle, Fig. 2 a section along the line A-B in Fig. I, Fig. 3 another version for centering the rear bearing, Fig. 4 the longitudinal section through the bearing of a lathe spindle with additional longitudinal bearings and Fig. 5 a section along the line CD in Figure 4.

Schleifscheibei und Futter2 einer Schleifspiindel, sitzen nach Bild i. und :2. fest verschraubt auf Flansch 3 der Spindel 4, die mit Kegel. 5 aus einem Stück geformt oder fest mit ihm verbunden ist. Der Steilkegel 5 bildet mit Hohlkegel 6 Chts Ha,tiptlager der Spindel. HohlIkegel. (6 sitzt fest, jedoch austauschbar in Flansch #7, der durch Schrauben mit Spindelstock i.o verbunden ist. Rohr,i,i stellt zwischen dem vorderen und hinteren Kegellager eine axial bewegliche Verbindung her. Es ist vorn durch 'feil 8 öldicht abgeschlossen und in Ring 9 geführt, hinten,dagegen durch eine innen und außen festsitzende Stahltnembrian 1:2 geführt. Auf dem kegeligen Spintdelende ruht der aufgepreßte Lagerkegel 13, der durch Riemenscheifbe 14 gehalten und gesichert wird. Hohlkegel, 15 hat in Rohr i i verkeilten Festsitz, während die >nach Bedarf vorgespannten Tellerfedern. 1(6 oder ähnlich wirkende Spannelemente für eine kraft- und formschlüssige Verbindung der vorderen und hinteren Lagerkeggel sorgen, d. h. alle Wärmedelmungen der Spindel und derVerschleiß der #'G#leitfläcl#n werden im Rahmen von Federspannung und Federweg selbsttätig ausgeglicben. Naturgemäß muß ideer Kraftschluß der Steillkegelpaare in jedem Falle größer sein, als die lösenden Axialkomponenten der Radial-kräfte anSchleifscheibe undAntriebsrad.Grinding wheel and chuck2 of a grinding spindle, sit according to picture i. and: 2. firmly screwed onto flange 3 of spindle 4, the one with a cone. 5 is molded in one piece or firmly connected to it. The steep taper 5 forms with the hollow taper 6 Chts Ha, tiptlager the spindle. Hollow cone. (6 sits firmly but can be replaced in flange # 7, which is connected to the headstock io by screws. Tube, i, i creates an axially movable connection between the front and rear tapered bearings. It is sealed oil-tight at the front by 'feil 8 and in Ring 9 guided, at the back, on the other hand, guided by a steel membrane 1: 2 fixed inside and outside. The pressed-on bearing cone 13, which is held and secured by belt pulley 14, rests on the conical end of the pin > As required, pre-tensioned disc springs. 1 (6 or similarly acting tensioning elements ensure a non-positive and positive connection of the front and rear bearing cones, i.e. all thermal insulation of the spindle and the wear of the # 'G # guide surfaces are within the framework of spring tension Naturally, the frictional connection of the steep cone pairs must in any case be greater than the releasing axial components of the radial force e on the grinding wheel and drive wheel.

Statt der Membranführung des Rohres-iii kann auch das bekannte Keilwellenprofil Bild 3 zur spielarmen Zentrierung und Län-gsbewegun.g des hinteren Lagers verwendet werden, denn die Wärmedchnung -der Keilbreite b ist wesentlich kleiner als die Änderung der Durchmes-ser D. Instead of the diaphragm guide of the pipe-iii, the well-known splined shaft profile Fig. 3 can also be used for centering and longitudinal movement of the rear bearing with little play, because the thermal expansion of the wedge width b is significantly smaller than the change in diameter D.

Um die Spannung- der T#e-llerfedern bei laufender Masch-ine den jeweiligen Bedürfni#ssen anzupassen, kann die beispielsweise in Blild,i gezeichnete Stellvorrichtung verwendet werden.To adjust the tension of the T # e-ller springs while the machine is running The adjusting device shown in Fig. 1, for example, can adapt to your needs be used.

Die Tellerfedern 116 erhalten ihren Gegiendruck von dem Gewindering'17, der durch Schneckenrad 18 und SchnerJke ig über Nut und Felder 2o: axial verschiebbar ist. Beim Lösen der Tellerfedern a6 drückt Schnecke rg gegen die feste Büchse zi, beim Spannen jedoch über die Tellerfedern 2,2, die Spitze 23, das Splitzenlager 24 auf das Gehäuse lio. Überschreitet die Umfanggkraft des Schneckenrades eine vorbestimmt-- Größe, dann gibt der Federsatz :2.2 dem Längsdruch: der Schnecke so fange nach, bis die gewünschte Kraftschlüssigkeit der Steilkegellager erreicht ist. Die Skala 2-5 ist ein Maßstab für die je#veilis eingestellte Spannun,-" der Tellerfedern 16.The disc springs 116 receive their counterpressure from the threaded ring 17, which is axially displaceable by means of the worm wheel 18 and SchnerJke ig via groove and fields 2o. When the disc springs a6 are loosened, the worm rg presses against the fixed bushing zi, but when tensioning it via the disc springs 2, 2, the tip 23, the split bearing 24 on the housing 10. If the circumferential force of the worm wheel exceeds a predetermined value, the set of springs gives: 2.2 the longitudinal pressure: the worm commences until the desired frictional connection of the steep taper bearings is achieved. The 2-5 scale is a measure of the voltage set for each # veilis - "of the disc springs 16.

Neben dem mechanischen Spannen der Federn 16 gibt es verschiedene hydraulische und prieurnatische ",Möglichkeiten zur Regelung der Kraft-und Formschlüssigkeit der Steilkegellager. Es kann z. B. an Stelle von Gewindering 17 und Schneckenrad 18 ein Ring-kolben sitzen, der durch Preßluft, Preßöl od. dgl. über -Rohr in und Hohl -kegel 15 die gleiche Kraftschlüssigkeit im Kegellager. schafft, wie die Tellerfedern 16. Dabei kann die jeweils wirksame Spannkraft unmittelbar an einem Manometer abgelesen werden. Die ,Spannungsänderung im Druckmittel kann von Hand nach den Erfahrungen des Arbeiters oder durch eine Vorrichtung erfolgen, die vorn spezifischen Lagerdruck, dem Reibungsmoment oder der Lagerwärme selbsttätig gesteuert wird.In addition to the mechanical tensioning of the springs 16, there are various hydraulic and prieurnatic "options for regulating the positive and positive locking of the steep-tapered bearings. press oil or the like over -.. tube and the hollow cones 15, the same force fit in the tapered bearing manages, as the disc springs 16. Here, the respective effective clamping force can be read directly on a manometer the, voltage change in the pressure fluid can by hand after the.. Experience of the worker or by a device that is automatically controlled by the specific bearing pressure, the frictional torque or the bearing heat.

Eine weitere Möglichkeit zur Änderung der Lagerverhältnisse liegt #im Gebrauch verschieldener Öldrucke zum Schmieren und Kühlen. In Bild i wird das Schtnieröl. in dais Innere von Rchr,iii an den kleinen Durchmesser der Steilkegellager geleitet. Von hierwird es Überölkeilbildende Schmiernuten unter dem helfenden Wirken der Zen#trifugalkraft zum großen Kegelende getrieben, wobei die veränderliche ölspannung an den Kegeln der Lager eine entsprechend veränderte Gegenkraft zu den Federn lii6 hildet.Another possibility to change the storage conditions is # using different oil pressures for lubrication and cooling. In picture i this becomes Lubricating oil. in the inside of Rchr, iii on the small diameter of the steep taper bearings directed. From here it becomes over-oil wedge-forming lubrication grooves under the helping effect driven by the centrifugal force to the large end of the cone, the variable oil tension at the cones of the bearings a correspondingly changed counterforce to the springs lii6 educates.

Sitzen zwischen den beiden Lagern Antriebsräder auf der Spindel, wie es beispielsweise bei DreIhbänken ', Böhrwerken, Fräsmaschinen u. dgl. üblich ist, #so müssen beide Lagerstellen auch auf der Innenseite durch Kegelpaare, ähnlich Bild 4, abgeschlossen werden. Die Ölzufuhr erfolgt dann sinngemäß in der Lagerrnitte und fließt, wie oben schon beschrieben, nach dem großen Durchmesser der Kegelpaare. Der erste und letzte Innenkegel ist, wie in Rild. i, ein Stück mit ider Spindel bzw. fest mit ihr verbunden. Kraft und Formschluß beider Kegelpaare werden grundsätzlich mit den gleichen Mitteln wie in Bilid (i herbeigeführt. Die beiden Innenkegel der Kegelpaare dagegen sitzen je für sich verschiebbar auf der Spindel. Zur Verbindung mit der Spindel kann eine Rundlingspaarung mit Nut und Feder, ein Keilwellenprofil oder eine Membran verwendet werden. Die Kraftschlüssigkeit ist für jedes Kegelpaar gesondert auszuführen, ähnlich Bild 4 Teil! 37 und 38 bzw. 44 und 45.If drive wheels are seated on the spindle between the two bearings, as is customary, for example, with lathe lathes, boring mills, milling machines and the like, both bearing points must also be closed on the inside by pairs of cones, similar to Figure 4. The oil is then supplied in the same way as the bearing section and, as already described above, flows according to the large diameter of the pairs of cones. The first and last inner cone is like in Rild. i, a piece with ider spindle or firmly connected to it. Force and positive locking of both pairs of cones are basically brought about with the same means as in Bilid (i. The two inner cones of the pairs of cones, on the other hand, are each slidably seated on the spindle The frictional locking must be carried out separately for each pair of cones, similar to Fig. 4 parts 37 and 38 or 44 and 45.

Als weiteres Beispiel zeigen die Bilder 4 und 5 eine Drehbankspindel, die neben der radialen und axialen Steilkegelführung eine zusätzliche Axialsicherung durch zwei Längskuggellager besitzt.As a further example, Figs. 4 and 5 show a lathe spindle which, in addition to the radial and axial steep-taper guides, has an additional axial locking mechanism by means of two longitudinal ball bearings.

Die Spindel 26 läuft in den Steilkegellagern:27, 2-8, 35, 3-6, 39, 40, 4:2 und 43. Das Kegelpaar 27, 28 erhält seine Kraftschlüssigkeit über die Längslager 30 und 33, den Gewindering 31, das Sehne-ckenrad 3,2 und die Schnecke 5 1. Das Muttergewinde zum Ring 31 sitzt in den Flanschen 29 und 34. Teil 34 ist gegenüber 29 drehbar gelagert, um jedes Spiel im Gewinde ausschalten zu können. Die axiale Verschiebbarkeit der beiden Längskugellager gestattet bei voll gesicherter Längsführung der Spindel den spezifischen Flächendruck im Lager in weiten Grenzen zu ändern. Beim Drehen zwischen,Spitzen kann z. B. die aus Spitzen- und Vorschubdruck bestehende Längslast ganz oder zu jedem beliebigen Teil von den Längslagern aufgenommen werden, d. h. die Lager &r Maschine können während des Betriebes in jedemAugenblick so angestelltwerden, daß sie die besten Arbeitsverhältnisse ergeben. Auch hier bildet eine Wanderschnecke mit den Teilen 46, 47, 48 und 49 Aden Antrieb der Beistellvorrichtung. Die Anstellkraft wird wie in Bild i und :2 an Skala 50 abgelesen. Selbstverständlich ist es auch bei dieser Ko#nstruktioh möglich, die verschiedensten Bauformen der mechanischen, hydraulische - n und pneumatischen Regelung der Lagerdrücke anzuwenden.The spindle 26 runs in the steep taper bearings: 27, 2-8, 35, 3-6, 39, 40, 4: 2 and 43. The pair of cones 27, 28 receives its frictional connection via the longitudinal bearings 30 and 33, the threaded ring 31, the Chord gear 3.2 and the worm 5 1. The nut thread to the ring 31 sits in the flanges 29 and 34. Part 34 is rotatably mounted in relation to 29 in order to be able to eliminate any play in the thread. The axial displaceability of the two longitudinal ball bearings allows the specific surface pressure in the bearing to be changed within wide limits with fully secured longitudinal guidance of the spindle. When turning between, tips can, for. B. the longitudinal load consisting of the peak and feed pressure can be absorbed in full or in any part by the longitudinal bearings, d. H. the warehouse & r machine can be turned on at any moment during operation to provide the best working conditions. Here, too, a worm with parts 46, 47, 48 and 49 A forms the drive of the accessory device. The contact force is read off from scale 50 as shown in Fig. I and: 2. Of course it is also possible in this nstruktioh Ko #, the various types of mechanical, hydraulic - n and apply pneumatic control of the bearing pressures.

Claims

PA TENTAN S P RÜ CHE: i. Spindle bearings for machine tools, especially lathes, the spindles of which are provided with mutually facing steeply tapered running surfaces, characterized in that the bearing cones can be pressed axially against the tapered running surfaces of the spindle with a flexible force which can be set during operation.

2. Spindle bearing according to claim i, characterized in that plate springs are provided as the resilient force. 3. Spindle bearing according to claim i, characterized in that a pressure medium (press oil, compressed air) is used as the resilient force. 4. Spindle bearing according to claim i and 2 or 3, characterized in that, in addition to the bearing cones, longitudinal pressure roller bearings are provided which can be wholly or partially loaded with the longitudinal force via the flexible adjustment means. 5. Spin # dellagerung according to claim i to 4, characterized in that the setting means are automatically controllable according to the operating conditions (bearing heat, frictional torque, specific bearing load).