CH636037A5 - WORK SPINDLE, ESPECIALLY FOR COORDINATE DRILLING MACHINES. - Google Patents
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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. The invention relates to a work spindle, in particular for coordinate drilling machines, which is mounted and guided so as to be rotatable and axially displaceable for high-precision rotary and translatory movements in at least two hydrostatic multi-pocket bearings arranged in the housing.
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. In a known work spindle, the work spindle is rotatably but axially immovably mounted in a sleeve (quill) which is in turn axially displaceable but non-rotatably guided in the housing in order to implement a rotary and a translational working movement.
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 The rotational movement is transmitted by a gearwheel with an internal spline, which is rotatably but axially immovable and concentrically mounted in the housing, to the work spindle which is designed as a spline shaft at its end. The translational movement of the sleeve is conveyed via a gear pinion mounted in the housing and a toothed rack located on the sleeve jacket. This eccentric Ein2
leitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was sich nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel auswirkt. Conduction of the translational movement additionally loads the sleeve with a bending moment, which has a disadvantageous effect on the working accuracy of the spindle.
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. Another disadvantage of the arrangement is that this solution does not represent an optimum with regard to the relation of load to cross section or section modulus of the individual functional elements. For example, the sleeve as the outer and therefore stiffest functional element is far less stressed than the centrally arranged, less stiff work spindle.
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. Furthermore, an arrangement is known in which the work spindle is axially displaceable but non-rotatably guided in a sleeve which in turn is rotatably but axially immovably mounted in the housing.
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. i5 The rotational movement is transmitted positively from the sleeve connected to the main drive to the work spindle. At its rear end, located in the housing, the work spindle rotatably but axially displaceably carries a concentrically arranged nut, which in turn is non-rotatably but axially displaceably guided in the housing and encloses a threaded spindle.
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. The threaded spindle itself is rotatably but axially immovable in the housing and enables the translational movement to be transmitted to the work spindle when rotated by the power take-off in conjunction with the nut.
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. Despite a strictly concentric structure, this arrangement also does not represent an optimal solution with regard to the relation of load to cross-section or section modulus of the individual functional elements. In addition, the roller bearings used for the sleeve are subject to limits at higher speeds.
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. Furthermore, a machine tool spindle is known in which a housing is provided with a cylindrical, continuous bore, in which a spindle with the cylindrical part of the latter is rotatably and longitudinally displaceable, and the cylindrical part of the spindle is longer than the housing bore and the housing over has at least two pressure pad groups arranged at an axial distance from one another. The spindle itself is provided at its front end with a holding device for holding tools. It is not suitable for realizing a new type of work spindle, especially for high-performance, high-precision coordinate drilling machines. The aim of the invention is to use a new type of work spindle for receiving drilling and milling tools and for realizing a rotary and translational working movement, in particular for coordinate drilling machines, which allows both heavy and cuts, e.g. for milling, as well as high-precision finishing, taking into account high speeds and performance.
Die in der Charakteristik der bisherigen Lösungen bekannten und beschriebenen Mängel lassen sich auf folgende 55 Ursachen zurückführen: The shortcomings known and described in the characteristics of previous solutions can be attributed to the following 55 causes:
1. Eine exzentrische Einleitung der Translationsbewegung belastet die Hülse zusätzlich mit einem Biegemoment, was nachteilig auf die Arbeitsgenauigkeit der Spindel wirkt. 1. An eccentric initiation of the translation movement additionally loads the sleeve with a bending moment, which has an adverse effect on the working accuracy of the spindle.
2. Es liegt keine optimale Lösung hinsichtlich der Relation 60 von Belastung zu Querschnitt bzw. Widerstandsmoment der einzelnen Funktionselemente vor. 2. There is no optimal solution with regard to the relation 60 from load to cross section or section modulus of the individual functional elements.
3. Der verwendeten Wälzlagerung sind bei hohen Drehzahlen Grenzen gesetzt. 3. The roller bearings used are subject to limits at high speeds.
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 In order to eliminate these causes, the invention is based on the object of using a novel work spindle for realizing a rotary and translational work movement, which allows both heavy cuts, e.g. For
die Fräsbearbeitung, als auch hochgenaue Endbearbeitung unter Berücksichtigung hoher Drehzahlen und Leistungen, sicher zu realisieren. the milling, as well as high-precision finishing, taking into account high speeds and outputs, safely.
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. According to the invention, this is achieved in that the work spindle consists of a hollow spindle head, a hollow shaft, a threaded hollow spindle and a displaceable rod, which are arranged one inside the other in such a way that the transmission of the rotational movement is secured by means of a positive fit through the hollow shaft projecting telescopically into the hollow spindle head. The hollow shaft connected to the main drive is rotatable, but axially immovable in the housing.
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. The translational movement is transmitted to the hollow spindle head by the threaded hollow spindle protruding telescopically into the hollow shaft. The end of the threaded hollow spindle on the spindle head side is rotatable via an axial bearing, but is axially immovably connected to the hollow spindle head.
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. The drive-side part of the threaded hollow spindle engages in a nut which is connected to the power take-off and is rotatably but axially immovably mounted in the housing. The threaded hollow spindle itself is secured against rotation by means of a form-locking connection and is guided axially displaceably by the rod, which in turn extends telescopically into it and is fixedly connected to the housing.
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. The parts which transmit the torque of the main drive, such as the hollow shaft and spindle head, advantageously have larger diameters than the parts which transmit the feed force, such as the hollow spindle and rod, and the spindle head carrying the tool has the largest diameter of all these parts.
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. The rod receiving the frictional torque of the threaded spindle is used to accommodate other devices or a limited axial displacement for actuating a tool clamping device arranged within the hollow spindle head. The main work spindle elements, such as the hollow shaft, the threaded hollow spindle projecting into the hollow shaft and the rod which is connected to the housing in a rotationally fixed and displaceable manner are separated from the hollow spindle head by suitable coupling or bearing points.
Die erfindungsgemässe Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. The solution according to the invention will be described in more detail below using an exemplary embodiment.
Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel. The drawing shows a longitudinal section through the work spindle.
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. The work spindle consists of a hollow spindle head 1, a hollow shaft 7, a threaded hollow spindle 9 and a displaceable rod 14, which are arranged telescopically one inside the other. The rotational movement is transmitted by the hollow shaft 7 protruding telescopically into the hollow spindle head 1 by means of a positive fit.
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. The hollow shaft 7 is operatively connected to a main drive and is itself rotatable, but axially immovable. The translation movement is transmitted to the hollow spindle head 1 by the threaded hollow spindle 9 projecting into the hollow shaft 7.
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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. The end of the threaded hollow spindle 9 on the spindle head side can be rotated via an axial bearing 10, but is axially immovably connected to the hollow spindle head 1, the drive-side part of the threaded hollow spindle 9 being rotatable in the housing 2 in a housing connected to a power take-off, but axially immovably mounted engages, and the threaded hollow spindle 9 itself is secured against twisting and axially displaceable by the rod 14, which in turn extends telescopically into it and is connected to the housing 2, by means of a positive fit. A frictional torque caused by the threaded hollow spindle 9 is absorbed by the rod 14.
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, The hollow spindle head 1 carries at its front end an inner cone 3, which is replaced by the interior 4. The interior 4 of the hollow spindle head 1 serves to accommodate a tool clamping device or other devices, the rod 14 realizing these devices. The hollow spindle head 1 itself,
wird in an sich bekannter Weise durch hydrostatische Mehrtaschenlager 5 oder in anderer Weise ausgebildete Lager drehbar und axial verschiebbar gelagert und geführt. is rotatably and axially displaceably supported and guided in a manner known per se by hydrostatic multi-pocket bearings 5 or bearings designed in another way.
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. The particular advantage of the present inventive solution is that, due to the novel solution for coordinate drilling machines, a work spindle without a sleeve is used for high-precision production machines.
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. The hollow spindle head 1 is rotatably and axially displaceably mounted and guided by two hydrostatic multi-pocket bearings 5 which are arranged in the housing 2 and are known per se and which are supplied with pressure medium by a suitable supply system, not shown. The rotational movement is transmitted to the spindle head 1 by the hollow shaft 7, which is rotatable in the housing 2 by means of roller bearings 6, but is axially immovable.
Wirkungsweise der erfinderischen Lösung Mode of operation of the inventive solution
Durch die ausschliesslich konzentrische Anordnung der Arbeitsspindelhauptelemente ist eine von Biegemomenten und Störkräften freie Übertragung der Rotations- und Translationsbewegung auf die Arbeitsspindel gesichert. The exclusively concentric arrangement of the main work spindle elements ensures that the rotational and translational movement is transmitted to the work spindle free of bending moments and disturbing forces.
Ausserdem ist eine optimale Querschnittsdimensionie-rung der einzelnen Arbeitsspindelhauptelemente dadurch möglich, dass das jeweils höher belastete Element das jeweils niedriger belastete umschliesst. In addition, an optimal cross-sectional dimensioning of the individual main work spindle elements is possible by enclosing the element that is more heavily loaded than the element that is less heavily loaded.
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. The spindle head arranged on the outside has the highest bending and torsional stiffness of all the main spindle elements used, so that influencing of the drive and transmission elements on the tool can largely be avoided.
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. The use of the hydrostatic carrying principle, which is known per se, for the simultaneous storage and guidance of the work spindle guarantees the transmission of the highest speeds and performances with absolute wear-freeness, minimal friction and heating of the bearing point and with guarantee of the highest working accuracy and functional safety.
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
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S S
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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