CH636037A5 - Arbeitsspindel, insbesondere fuer koordinatenbohrmaschinen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen, die für hochgenaue rotatorische und translatorische Bewegungen in mindestens zwei im Gehäuse angeordneten hydrostatischen Mehrtaschenlagern dreh- und axialverschiebbar gelagert und geführt ist.

Bei einer bekannten Arbeitsspindel ist zur Realisierung einer rotatorischen und einer translatorischen Arbeitsbewegung die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial unverschiebbar in einer Hülse (Pinole) gelagert, die ihrerseits axial verschiebbar, jedoch drehfest im Gehäuse geführt ist.

Die Übertragung der Rotationsbewegung erfolgt durch ein im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar, konzentrisch gelagertes Zahnrad mit Innenkeilprofil auf die an ihrem Ende als Keilprofilwelle ausgebildete Arbeitsspindel. Über ein im Gehäuse gelagertes Zahnradritzel und einer am Hülsenmantel befindlichen Zahnstange wird die Translationsbewegung der Hülse vermittelt. Diese exzentrische Ein2

leitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was sich nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel auswirkt.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung besteht darin, dass 5 hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente diese Lösung kein Optimum darstellt. So wird z.B. die Hülse als das aussenliegende und damit steifste Funktionselement weit weniger beansprucht, als die zentrisch angeordnete, weniger io steife Arbeitsspindel.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Arbeitsspindel axial verschiebbar, jedoch drehfest in einer Hülse geführt ist, die ihrerseits drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse gelagert ist.

i5 Die Übertragung der Rotationsbewegung erfolgt von der mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehenden Hülse formschlüssig auf die Arbeitsspindel. An ihrem hinteren, im Gehäuse liegenden Ende trägt die Arbeitsspindel drehbar, jedoch axial verschiebbar eine konzentrisch angeordnete Mut-20 ter, die ihrerseits drehfest, jedoch axial verschiebbar im Gehäuse geführt ist und eine Gewindespindel umschliesst.

Die Gewindespindel selbst lagert drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse und ermöglicht bei Drehung durch den Nebenantrieb in Verbindung mit der Mutter eine 25 Übertragung der Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel.

Trotz eines strengen konzentrischen Aufbaues stellt auch diese Anordnung hinsichtlich der Relation von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funk-30 tionselemente keine optimale Lösung dar. Hinzu kommt noch, dass der verwendeten Wälzlagerung für die Hülse bei höheren Drehzahlen Grenzen gesetzt sind.

Weiter ist eine Werkzeugmaschinenspindel bekannt, bei der ein Gehäuse mit einer zylindrischen, durchgehenden 35 Bohrimg versehen ist, in der eine Spindel mit dem zylindrischen Teil derselben drehbar und längsverschiebbar gelagert ist, und der zylindrische Teil der Spindel länger ist als die Gehäusebohrung und das Gehäuse über mindestens zwei, im axialen Abstand voneinander angeordnete Druckkissen-40 gruppen verfügt. Die Spindel selbst ist an ihrem vorderen Ende mit einer Haltevorrichtung zur Aufnahme von Werkzeugen versehen. Sie ist nicht geeignet, eine neuartige Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen hoher Leistung und hoher Genauigkeit zu verwirklichen. 45 Die Erfindung dient dem Ziel, eine neuartige Arbeitsspindel zur Aufnahme von Bohr- und Fräswerkzeugen und zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen, anzuwenden, welche gestattet, sowohl schwere so Schnitte, z.B. für die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen sicher zu realisieren.

Die in der Charakteristik der bisherigen Lösungen bekannten und beschriebenen Mängel lassen sich auf folgende 55 Ursachen zurückführen:

1. Eine exzentrische Einleitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel wirkt.

2. Es liegt keine optimale Lösung hinsichtlich der Relation 60 von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente vor.

3. Der verwendeten Wälzlagerung sind bei hohen Drehzahlen Grenzen gesetzt.

Um diese Ursachen zu beseitigen, liegt der Erfindung die 65 Aufgabe zugrunde, eine neuartige Arbeitsspindel zur Realisierung einer rotatorischen und translatorischen Arbeitsbewegung zur Anwendung zu bringen, die es gestattet, unter Produktionsbedingungen sowohl schwere Schnitte, z.B. für

die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen, sicher zu realisieren.

Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Arbeitsspindel aus einem hohlen Spindelkopf, einer Hohlwelle, einer Gewindehohlspindel und einer verschiebbaren Stange besteht, die so ineinander angeordnet sind, dass die Übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in den hohlen Spindelkopf hineinragende Hohlwelle mittels Formschluss gesichert ist. Dabei ist die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlwelle drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse gelagert.

Die Übertragung der Translationsbewegung erfolgt durch die teleskopartig in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel auf den hohlen Spindelkopf. Dabei ist das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel über eine Axiallagerung drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit dem hohlen Spindelkopf verbunden.

Der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel greift in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter ein. Die Gewindehohlspindel selbst ist durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse fest verbundene Stange über Formschluss gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt.

Vorteilhafterweise besitzen die das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Teile, wie Hohlwelle und Spindelkopf, grössere Durchmesser als die Teile, die die Vorschubkraft übertragen, wie Gewindehohlspindel und Stange, und der das Werkzeug tragende Spindelkopf von allen diesen Teilen den grössten Durchmesser besitzt.

Die das Reibmoment der Gewindespindel aufnehmende Stange dient der Aufnahme anderer Einrichtungen oder einer begrenzt axialen Verschiebung zur Betätigung einer innerhalb des hohlen Spindelkopfes angeordneten Werkzeugspanneinrichtung. Die Arbeitsspindelhauptelemente, wie Hohlwelle, in die Hohlwelle hineinragende Gewindehohlspindel und die mit dem Gehäuse drehfest und verschiebbar verbundene Stange sind erfindungsgemäss durch geeignete Koppel- oder Lagerstellen von dem hohlen Spindelkopf getrennt.

Die erfindungsgemässe Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel.

Die Arbeitsspindel besteht aus einem hohlen Spindelkopf 1, einer Hohlwelle 7, einer Gewindehohlspindel 9 und einer verschiebbaren Stange 14, die teleskopartig ineinander angeordnet sind. Die Übertragung der Rotationsbewegung erfolgt durch die teleskopartig in den hohlen Spindelkopf 1 hineinragende Hohlwelle 7 mittels Formschluss.

Die Hohlwelle 7 steht mit einem Hauptantrieb in Wirkverbindung und ist selbst drehbar, jedoch axial unverschiebbar. Die Übertragung der Translationsbewegung erfolgt durch die in die Hohlwelle 7 hineinragende Gewindehohlspindel 9 auf den hohlen Spindelkopf 1.

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Das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel 9 ist über eine Axiallagerung 10 drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit dem hohlen Spindelkopf 1 verbunden, wobei der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel 9 in eine mit einem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse 2 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter 12 eingreift, und die Gewindehohlspindel 9 selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse 2 verbundene Stange 14 über Formschluss gegen Verdrehen gesichert und axial verschiebbar geführt ist. Ein durch die Gewindehohlspindel 9 hervorgerufenes Reibmoment wird durch die Stange 14 aufgenommen.

Der hohle Spindelkopf 1 trägt an seinem vorderen Ende einen Innenkegel 3, der durch den Innenraum 4 abgelöst wird. Der Innenraum 4 des hohlen Spindelkopfes 1 dient der Aufnahme einer Werkzeugspanneinrichtung oder anderer Einrichtungen, wobei die Stange 14 eine Betätigung dieser Einrichtungen realisiert. Der hohle Spindelkopf 1 selbst,

wird in an sich bekannter Weise durch hydrostatische Mehrtaschenlager 5 oder in anderer Weise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt.

Der besondere Vorteil der vorliegenden erfinderischen Lösung besteht darin, dass aufgrund der neuartigen Lösung für Koordinatenbohrmaschinen, eine Arbeitsspindel ohne Pinole für Produktionsmaschinen hoher Genauigkeit zur Anwendung gelangt.

Der hohle Spindelkopf 1 ist durch zwei im Gehäuse 2 angeordnete, an sich bekannte, hydrostatische Mehrtaschenlager 5 drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt, die von einem geeigneten, nichtdargestellten Versorgungssystem mit Druckmittel gespeist werden. Die Übertragung der Rotationsbewegung auf den Spindelkopf 1 erfolgt durch die im Gehäuse 2 mittels Wälzlager 6 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Hohlwelle 7.

Wirkungsweise der erfinderischen Lösung

Durch die ausschliesslich konzentrische Anordnung der Arbeitsspindelhauptelemente ist eine von Biegemomenten und Störkräften freie Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel gesichert.

Ausserdem ist eine optimale Querschnittsdimensionie-rung der einzelnen Arbeitsspindelhauptelemente dadurch möglich, dass das jeweils höher belastete Element das jeweils niedriger belastete umschliesst.

Der aussen angeordnete Spindelkopf weist von allen verwendeten Arbeitsspindelhauptelementen die höchste Biege-und Torsionssteife aus, so dass eine Beeinflussung der Antriebs- und Übertragungselemente auf das Werkzeug weitgehend vermeidbar ist.

Die Verwendung des an sich bekannten hydrostatischen Tragprinzips zur gleichzeitigen Lagerung und Führung der Arbeitsspindel garantiert die Übertragung höchster Drehzahlen und Leistungen bei absoluter Verschleissfreiheit, geringster Reibung und Erwärmung der Lagerstelle und bei Gewährleistung höchster Arbeitsgenauigkeit und Funktionssicherheit.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

636 037 PATENTANSPRÜCHE

1. Arbeitsspindel, insbesondere für Koordinatenbohrmaschinen, die für hochgenaue rotatorische und translatorische Bewegungen in mindestens zwei im Gehäuse angeordneten hydrostatischen Mehrtaschenlagern dreh- und axialverschiebbar gelagert und geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel aus einem hohlen Spindelkopf (1), einer Hohlwelle (7), einer Gewindehohlspindel (9) und einer verschiebbaren Stange (14) besteht, die so ineinander angeordnet sind, dass die Übertragung der Rotationsbewegung durch die teleskopartig in den hohlen Spindelkopf (1) hineinragende Hohlwelle (7) mittels Formschluss gesichert ist, wobei die mit dem Hauptantrieb in Verbindung stehende Hohlwelle (7) drehbar, jedoch axial unverschiebbar im Gehäuse (2) gelagert ist und die Übertragung der Translationsbewegung durch die teleskopartig in die Hohlwelle (7) hineinragende Gewindehohlspindel (9) auf den hohlen Spindelkopf (1) erfolgt, wobei das spindelkopfseitige Ende der Gewindehohlspindel (9) über eine Axiallagerung (10) drehbar, jedoch axial unverschiebbar mit dem hohlen Spindelkopf (1) verbunden ist, und der antriebsseitige Teil der Gewindehohlspindel (9) in eine mit dem Nebenantrieb in Verbindung stehende, im Gehäuse (2) drehbare, jedoch axial unverschiebbar gelagerte Mutter (12) eingreift, und die Gewindehohlspindel (9) selbst durch die wiederum teleskopartig in sie hineinragende, mit dem Gehäuse (2) fest verbundene Stange (14) über Formschluss gegen Verdrehung gesichert und axial verschiebbar geführt ist.

2. Arbeitsspindel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die das Drehmoment des Hauptantriebes übertragenden Teile, wie Hohlwelle (7) und Spindelkopf (1) grössere Durchmesser als die die Vorschubkraft übertragenden Teile, wie Gewindehohlspindel (9) und Stange (14) besitzen und der das Werkzeug aufnehmende Spindelkopf (1) von allen diesen Teilen den grössten Durchmesser besitzt.

3. Arbeitsspindel nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Reibmoment der Gewindehohlspindel (9) aufnehmende Stange (14) zur Aufnahme anderer Einrichtungen oder durch eine begrenzt axiale Verschiebung zur Betätigung einer innerhalb des hohlen Spindelkopfes (1) angeordneten Werkzeugspanneinrichtung dient.

4. Arbeitsspindel nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindelhauptelemente (7; 9; 14) durch geeignete Koppel- oder Lagerstellen von dem hohlen Spindelkopf (1) getrennt sind.