DD242995A1

DD242995A1 - DEVICE FOR COMPENSATING LENGTH TERMINATIONS ON PREMIUM SPINDLE

Info

Publication number: DD242995A1
Application number: DD85283230A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Kreisig
Original assignee: Werkzeugmaschinen Fabrik Union
Priority date: 1985-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1987-02-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkzeugmaschinen und hat zum Ziel, deren Gebrauchseigenschaften zu verbessern. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zum Ausgleich von Laengsdehnungen an Vorschubspindeln zu schaffen, die eine konstante hohe Steifigkeit der Spindellagerung gewaehrleistet, ohne das unzulaessig hohe Axialkraefte auftreten. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass in der Lagerung der Vorschubspindel ein oder zwei mit druckbeaufschlagtem Hydraulik-Fluid gefuellte Zylinderraeume angeordnet sind, dessen bzw. deren Fluid-Inhalt einem der axialen Belastung durch die Vorschubspindel entsprechenden Hydraulikdruck zwischen einer einstellbaren Ober- und Untergrenze des Druckes veraenderbar ist. Mittels Druckbegrenzungsventilen wird der Druck an den Zylinderraeumen so eingestellt, dass eine infolge thermischer Dehnung der Spindel hervorgerufene Druckerhoehung die zulaessige Maximalkraft nicht ueberschreiten kann. Die Anwendung der Erfindung ist auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen moeglich. Fig. 1The invention relates to the field of machine tools and has the aim to improve their performance characteristics. The object of the invention is to provide a device for compensation of longitudinal expansion of feed screws, which ensures a constant high rigidity of the spindle bearing, without the inadmissibly high Axialkraefte occur. According to the invention, the object is achieved by arranging one or two cylinder spaces filled with pressurized hydraulic fluid in the bearing of the feed spindle whose fluid content corresponds to an axial load of the feed spindle corresponding hydraulic pressure between an adjustable upper and lower limit of the Pressure is veraenderbar. By means of pressure relief valves, the pressure at the cylinder spaces is adjusted so that a pressure increase caused as a result of thermal expansion of the spindle can not exceed the permissible maximum force. The application of the invention is possible in the field of machine tools. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkzeugmaschinen. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere an Werkzeugmaschinen zweckmäßig, deren Schlitten durch eine Gewindespindel angetrieben wird.The invention relates to the field of machine tools. The application of the invention is particularly useful on machine tools, the carriage is driven by a threaded spindle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ~Characteristic of the known technical solutions

Insbesondere die Vorschubantriebe für lagegeregelte Werkzeugmaschinen erfordern eine hohe Steifigkeit in axialer Vorschub-Richtung. Dafür verwendete Gewindespindeln werden daher vorzugsweise beiderseitig axial fest eingespannt. Infolge thermischer Einflüsse durch Belastung der Vorschubspindel kommt es zu Längsdehnungen, die bei einer derartig eingespannten Spindel zu erheblichen axialen Kräften führt. Zur Kompensation derthermisch bedingten Längsdehnung an Gewindespindeln im Zusammenhang mit dem Erfordernis der Steifigkeit sind technische Lösungen bekannt. So ist in der DD-PS 218296 eine „Zweiseitige Vorschubspindel-Axiallagerung mit thermischem Längenausgleich" beschrieben, wobei die Axiallagerungen jeweils aus einer Kombination von Lagern und Teller-Federn bestehen. Dieses Verbundsystem aus Lagern und Federn hat eine wesentlich geringere Steifigkeit als die Lager an sich. Auch bei thermisch bedingter Längsdehnung der Vorschubspindel, die von den vorgespannten Teller-Federn aufgenommen wird, bleibt die Steifigkeit unverändert gering. Durch die DE-OS 2700173 ist eine Vorrichtung bekannt, die die zweiseitige axiale Befestigung einer Schraubenspindel ermöglicht und deren langsame thermische Ausdehnung gestattet. Dazu ist die Schraubenspindel mit einem Ende axial fest eingespannt und mit dem anderen Ende in einer Hülse axial gelagert, die hydraulisch gedämpft längsverschiebbar ist. Zum Ausgleich für die thermisch bedingte Längsdehnung der Schraubenspindel wird die Hülse gegen den hydraulischen Widerstand verschoben, d. h.j es kann sich kein statischer Druck aufbauen, wodurch die Steifigkeit der Spindellagerung gemindert ist. Eine Vorrichtung zum Ausgleich der Längsdehnung von Gewindespindeln bei einer hohen Steifigkeit des Schlittenantriebes ist in der DE-OS 3026734 beschrieben. Eines der beiden Axiallager der Gewindespindel ist axial verschiebbar, durch mechanische Mittel klemmbar und durch hydraulische Mittel lösbar. Das geklemmte Axiallager wird programmgemäß nach einem Bearbeitungsvorgang gelöst, wodurch sich die Lagerstellung entsprechend der bestehenden Längsdehnung der Gewindespindel ausgleichen kann, und danach erneut geklemmt. Dieser Ausgleichsvorgang kann nur programmgemäß, d. h. zeitabhängig, nicht aber in Abhängigkeit von der Belastung infolge thermisch bedingter Ausdehnung der Spindel erfolgen. Dadurch kann sich u.U. eine zulässig hohe Belastung der Axiallager ergeben.In particular, the feed drives for position-controlled machine tools require a high rigidity in the axial feed direction. For this purpose, threaded spindles are therefore preferably clamped on both sides axially fixed. As a result of thermal influences by loading the feed screw, it comes to longitudinal expansion, which leads to considerable axial forces in such a clamped spindle. To compensate for the thermally induced longitudinal expansion of threaded spindles in connection with the requirement of rigidity technical solutions are known. For example, DD-PS 218296 describes a "two-sided feed-thrust axial bearing with thermal length compensation", wherein the axial bearings each consist of a combination of bearings and plate springs.This composite system of bearings and springs has a substantially lower rigidity than the bearings Even with thermally induced longitudinal expansion of the feed screw, which is absorbed by the biased plate springs, the stiffness remains unchanged low DE-OS 2700173 a device is known which allows the two-sided axial attachment of a screw and their slow thermal expansion For this purpose, the screw spindle is axially clamped at one end and axially supported at the other end in a sleeve which is hydraulically damped longitudinally displaceable to compensate for the thermally induced longitudinal expansion of the screw, the sleeve is displaced against the hydraulic resistance, dhj it ka nn build up static pressure, whereby the stiffness of the spindle bearing is reduced. A device for compensating the longitudinal expansion of threaded spindles with a high rigidity of the carriage drive is described in DE-OS 3026734. One of the two thrust bearings of the threaded spindle is axially displaceable, can be clamped by mechanical means and solvable by hydraulic means. The clamped thrust bearing is solved according to the program after a machining operation, whereby the bearing position can compensate for the existing longitudinal expansion of the threaded spindle, and then clamped again. This compensation process can only according to the program, d. H. time-dependent, but not as a function of the load due to thermally induced expansion of the spindle. This may cause u.U. give an admissible high load on the thrust bearing.

Nachteilig ist auch, daß die Vorrichtung zum Ausgleich der Längsdehnung neben hydraulischen Mitteln auch einen höheren Aufwand an mechanischen Mitteln erfordert.Another disadvantage is that the device to compensate for the longitudinal strain in addition to hydraulic means also requires a higher cost of mechanical means.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in einer weiteren Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Werkzeugmaschinen, indem eine hohe Steifigkeit der Gewindespindeln auch bei deren Längsdehnung erreicht wird.The aim of the invention is to further improve the performance characteristics of machine tools by high rigidity of the threaded spindles is achieved even in their longitudinal expansion.

Explanation of the essence of the invention

Bei einem Verbundsystem aus Axiallagern und Teller-Federn bestimmt die relativ geringe Steifigkeit der Federn wesentlich den Gesamtwert der Steifigkeit.In a composite system of thrust bearings and plate springs, the relatively low stiffness of the springs substantially determines the overall value of stiffness.

Die Anordnung der axial schwebenden Längslager ist so konzipiert, daß sich ein statischer Druck nur kurzzeitig bzw. über einen längeren Zeitraum nur bis zu einer relativ niedrigen Größe aufbauen kann, dadurch nur geringe statische Kräfte aufgenommen werden können und somit eine ständig geringere Steifigkeit der Spindel vorhanden ist.The arrangement of the axially suspended longitudinal bearings is designed so that a static pressure can build up only for a short time or over a longer period only up to a relatively small size, thus only small static forces can be absorbed and thus a constantly lower stiffness of the spindle available is.

Ursache der zeitabhängigen Klemmung und Lösung des Axiallagers ist die Zuordnung dieser Funktionen zu voneinander getrennten Baugruppen.The cause of the time-dependent clamping and solution of the thrust bearing is the assignment of these functions to separate modules.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zum Ausgleich der Längsdehnung einer Vorschubspindel zu schaffen, die eine konstante hohe Steifigkeit bei einer Begrenzung der Axialkräfte auf eine vorgegebene Größe gewährleistet, wobei die Einhaltung dieser Größe selbsttätig erfolgen soll.The object of the invention is therefore to provide a device for compensating the longitudinal expansion of a feed screw, which ensures a constant high rigidity with a limitation of the axial forces to a predetermined size, with compliance with this size should be done automatically.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Lagerung der Vorschubspindel ein oder zwei mit druckbeaufschlagtem Hydraulik-Fluid gefüllte Zylinderräume angeordnet sind, dessen bzw. deren Fluid-Inhalt bezüglich einem der axialen Belastung durch die Vorschubspindel entsprechenden Hydraulikdruck zwischen einer einstellbaren Ober- und Untergrenze des Druckes veränderbar ist. Die axiale Länge des Zylinderraumes beträgt wenig mehr als das Maß der zu erwartenden thermischen Längsdehnung der Vorschubspindel.According to the invention the object is achieved in that in the storage of the feed screw one or two pressurized hydraulic fluid-filled cylinder chambers are arranged, whose or their fluid content relative to the axial load by the feed screw corresponding hydraulic pressure between an adjustable upper and lower limit the pressure is changeable. The axial length of the cylinder chamber is little more than the extent of the expected thermal expansion of the feed screw.

Der Hydraulikdruck für die Druckbeaufschlagung des in den Zylinderräumen befindlichen Hydraulik-Fluids ist von einem Fluid-Speicher aufbringbar.The hydraulic pressure for pressurizing the hydraulic fluid in the cylinder chambers can be applied by a fluid reservoir.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispieien näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments.

In der zugehörigen Zeichnung ist in Fig. 1 die Spindel-Lagerung einer Vorschubspindel 1 sowie ein mit dieser verbundenes Hydrauliksystem dargestellt. Das Axial-Lagerpaket der Vorschubspindel 1 ist in einer Kolbenbuchse 6 angeordnet, die in einem Lagerbock 5 axial verschiebbar aufgenommen und durch den Bolzen 7 gegen Verdrehen gesichert ist.In the accompanying drawing, the spindle storage of a feed screw 1 and a hydraulic system connected thereto is shown in Fig. 1. The axial bearing assembly of the feed screw 1 is arranged in a piston sleeve 6, which is received in a bearing block 5 axially displaceable and secured by the bolt 7 against rotation.

Von dem Lagerbock 5 und nicht näher bezeichneten weiteren Lagerteilen werden die beiden Zylinderräume 2 gebildet, die von der Kolbenbuchse 6 begrenzt sind. Dabei beträgt die axiale Länge der Zylinderräume 2 nur wenig mehr als das Maß der zu erwartenden thermischen Längsdehnung der Vorschubspindel 1.From the bearing block 5 and unspecified further bearing parts, the two cylinder chambers 2 are formed, which are bounded by the piston sleeve 6. The axial length of the cylinder chambers 2 is only slightly more than the extent of the expected thermal expansion of the feed screw. 1

Um diese thermische Dehnung aufzunehmen und dennoch die erforderliche Steifigkeit der Spindellagerung zu erhalten, wird die hohe Steifigkeit einer kurzen Hydrauliksäule genutzt, die erfindungsgemäß durch das in den Zylinderräumen 2 befindliche Hydraulik-Fluid gebildet wird.In order to absorb this thermal expansion and still obtain the required rigidity of the spindle bearing, the high rigidity of a short hydraulic column is used, which is formed according to the invention by the located in the cylinder chambers 2 hydraulic fluid.

Durch Druckbegrenzungsventile 3 wird der Hydraulik-Druck so eingestellt, daß eine durch die Längsdehnung der Vorschubspindel 1 infolge Erwärmung oder durch statische Axialkräfte hervorgerufene Druckerhöhung die zulässige Maximalkraft nicht überschreiten kann.By pressure relief valves 3, the hydraulic pressure is adjusted so that caused by the longitudinal expansion of the feed screw 1 due to heating or by static axial forces pressure increase can not exceed the maximum permissible force.

Bei höheren Kräften fließt das Fluid ab, beim nachfolgenden Abkühlen und der damit verbundenen Verkürzung der Vorschubspindel 1 werden die Zylinderräume 2 über die Rückschlagventile 4 wieder aufgefüllt, so daß kein Vakuum oder lufterfüllter Raum entstehen kann. Der Nachfülldruck ist entsprechend einer vorgewählten Minimalkraft einzustellen.At higher forces, the fluid flows from the subsequent cooling and the associated shortening of the feed screw 1, the cylinder chambers 2 are refilled via the check valves 4, so that no vacuum or air-filled space can arise. The refill pressure must be set according to a preselected minimum force.

Voraussetzung dabei ist, daß die Leitungen zwischen den Zylinderräumen 2 ein sehr kleines Volumen haben, um die Steifigkeit der Hydrauliksäule nicht zu mindern. Die Anordnung von zwei Zylinderräumen 2 ermöglicht es, die von der Vorschubspindel 1 hervorgerufenen Kräfte in beiden Vorschubrichtungen aufzunehmen. Die Zylinderräume 2 haben den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion, wirken jedoch in zueinander entgegengesetzten Richtungen.The prerequisite is that the lines between the cylinder chambers 2 have a very small volume in order not to reduce the rigidity of the hydraulic column. The arrangement of two cylinder chambers 2 makes it possible to absorb the forces caused by the feed screw 1 in both directions of advance. The cylinder chambers 2 have the same structure and the same function, but act in opposite directions.

Damit hat das hydraulische System nicht nur eine Dämpfungswirkung bei Axialschwingungen, sondern nimmt auch entsprechend der Einstellung des Druckes mit den Dmckbegrenzungs- und Rückschlagventilen 3 und 4 statische Axialkräfte auf und besitzt somit die Steifigkeit wie eine axial zweifach fest eingespannte Spindel.Thus, the hydraulic system not only has a damping effect in axial vibrations, but also according to the setting of the pressure with the Dmckbegrenzungs- and check valves 3 and 4 static axial forces and thus has the rigidity as an axially double clamped spindle.

In Fig.2 ist im Lagerbock 5 der Spindellagerung ein Kolben 8 axial verschiebbar aufgenommen, der mit einer nicht rotierenden Vorschubspindel 1 axial verbunden ist.In Figure 2, a piston 8 is axially slidably received in the bearing block 5 of the spindle bearing, which is axially connected to a non-rotating feed screw 1.

Die Wirkungsweise der Zylinderräume 2 ist die gleiche, wie sie bereits für eine rotierende Vorschubspindel 1 beschrieben wurde.The operation of the cylinder chambers 2 is the same as has already been described for a rotating feed screw 1.

Claims

Invention claim:

1. A device for compensating longitudinal expansion of feed spindles, in particular for machine tools, the carriage is driven by a feed screw, which is supported on both sides by a respective bearing pack, wherein the bearing assembly of a side against a hydraulic fluid is displaceable, characterized in that in the storage of the feed spindle (1) one or two cylinder spaces (2) filled with pressurized hydraulic fluid are arranged, and that its or its fluid content with respect to one of the axial load by the feed screw (1) corresponding hydraulic pressure between an adjustable upper and lower limit of the pressure is variable.

2. means for compensating longitudinal expansion of feed spindles according to item 1, characterized in that the axial length of the cylinder space (2) is little more than the measure of the expected thermal expansion of the feed screw (1).

3. means for compensating for longitudinal expansion according to item 1, characterized in that the hydraulic pressure through a fluid reservoir (9) can be applied.