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    公开号:WO1988007910A1
    申请号:PCT/DE1988/000219
    申请日:1988-04-06
    公开日:1988-10-20
    发明作者:Ernst Saljé；Werner Gerhard Lang
    申请人:Salje Ernst；
    IPC主号:B23Q1-00
    专利说明:
    [0001] B e s c h r e i b u n g
    [0002] Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen
    [0003] Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, bei dem wenigstens eine Spindel mit ihrer Lagerung in einem Gehäuse od.dgl. gehalten ist.
    [0004] Stand der Technik In der modernen Fertigungstechnik werden die Anforderung an die Genauigkeit einer Werkzeugmaschine immer größer. Die dabei auftretenden Probleme sind vielgestaltig und bringen auch unerwartete und neue Aspekte, je mehr den Umständen und Einflußgrößen im einzelnen nachgegangen wird.
    [0005] Wichtige Gesichtspunkte sind u.a. eine hohe statische und dynamische Steifigkeit, die möglichst weitgehende Beherrschung ungünstiger Temperatureinflüsse und dadurch bedingter Deformationen in wichtigen Bereichen der Werkzeugmaschine bzw. die Beseitigung eingetretener Abweichungen von einem erwünschten Zustand, schließlich auch die Vermeidung zu großer Beschränkungen im Einsatz.
    [0006] Das Spindelsystem einer Werkzeugmaschine stellt dabei ein besonders wichtiges Element dar, insbesondere, wenn es sich um eine Arbeitsspindel mit einem Werkzeug handelt weil hierdurch unmittelbar die Ausw±rkung von Ungenauig- keiten am Werkstück in Erscheinung tritt. Dies gilt sowohl für Produktions-Werkstücke als auch für in bestimm ter Weise zu bearbeitende Werkzeuge, die .dann zum Einsatz kommen sollen. Hier ist besonders an Schleifscheiben als Werkzeuge gedacht, die durch Abrichten den gewünschten Zustand für die Bearbeitung erhalten müssen. In solchen und anderen Fällen kommt es dann auch auf die Genauigkeit bzw. Einstellung der Spindel für das Abrichtwerkzeug od.dgl. an.
    [0007] Darstellung der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, Spindelsysteme für Werkzeug¬ maschinen zu schaffen, bei denen die vorstehend erläuter¬ ten Forderungen möglichst weitgehend berücksichtigt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen und den Erforder¬ nissen einer modernen Fertigung Rechnung zu tragen. Die Erfindung strebt dabei besonders vorteilhafte Ausbildunge von Spindelsystemen und deren 'Teilen bzw. damit in Verbindung stehenden Elementen auch im einzelnen an. Weite're mit alledem zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweilige Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
    [0008] Bei einem Spindelsystem, bei dem wenigstens eine drehbare Spindel über wenigstens ein Zwischenglied in einem Gehäuse gehalten ist, sieht die Erfindung vor, daß das Zwischenglied als Wärmedämmelement ausgebildet ist. Es ist bekannt, z.B. die Lagerung einer Drehbankspindel von innen oder von außer-her zu kühlen. Dies führt jedoch vielfach nicht zu dem gewünschten Erfolg oder ist nicht ausreichend, um weitere ungünstige Auswirkungen zu verhindern. Bei der Erfindung wurde erkannt, daß es wichtig ist, Wärmequellen, wenn sie schon nicht völlig vermeidbar sind, gegenüber dem Gehäuse, Gestell od.dgl. der Werkzeugmaschine möglichst gut zu isolieren. Dies wird mit einem Wärmedämmelement als Zwischenglied er¬ reicht. Das letztere läßt sich je nach den Umständen gestalten. Es kann aus einem geeigneten Material bestehe das außer ärmeisolierenden Eigenschaften auch in der Lage ist, das Spindelsystem ordnungsgemäß im Einbauzusta zu halten. Vorteilhaft weist das Zwischenglied eine wärmedämmende KunststoffSchicht auf. Es kann auch voll¬ ständig durch eine solche gebildet sein.
    [0009] In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung ist das Zwischen glied zusätzlich mit Durchflußräumen, Kanälen od.dgl. für ein Strömungsmedium zur Wärmebeeinflussung versehen.
    [0010] Günstige Ausbildungen gemäß der Erfindung werden weiter unten noch im einzelnen erläutert, so besonders auch eine Ausführung mit einer an einem Gehäuseteil festleg¬ baren Buchse.
    [0011] Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß die im vorste¬ hend genannten Sinne wärmeisoliert in ihr Gehäuse einge¬ baute Spindel selbst in an sich bekannter Weise mit Durchflußräumen für ein Strömungsmedium zur Wärmebeein¬ flussung ausgestattet ist.
    [0012] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine mit einer Aufnahme für ein Werkzeug versehene Arbeitsspindel, bei der wenigstens ein in der Spindel vorgesehener Leitungsw für ein Strömungsmedium wenigstens einen Auslaß im Bereich der Aufnahme für das Werkzeug aufweist. Dadurch ist es möglich gemacht, eine Wärmebeeinflussung bei einem Werkzeug, das mit entsprechenden Durchlaßwegen versehen ist, selbst durchzuführen. Die Erfindung umfaßt daher auch ein Werkzeug für eine Spindel der genannten Art, welches wenigstens einen Kanal od.dgl. zum Durchtri eines durch die Spindel herangeführten Strömungsmediums aufweist. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Abrichtwerkzeug, namentlich ein Diamantwerkzeug od.dgl., zum Abrichten von Schleifscheiben. Der bzw. die Kanäle im Werkzeug können nach außen hin abgeschlossen sein, wobei dann insbesondere ein Rückfluß durch einen Leitungs weg in der Spindel erfolgen kann. Es kann aber auch vorteilhaft sein, daß der bzw. die Kanäle im Werkzeug wenigstens eine Öffnung nach außen hin haben. Insbesonder läßt sich die Öffnung so anordnen, daß das aus ihr austretende Strömungsmedium über einen Teil der Werkzeug- Außenseite fließt.
    [0013] Dies ist u.a. bei einem Abrichtwerkzeug von besonderem Vorteil. Es wird dann nicht nur eine Kühlung erreicht, sondern es läßt sich auch eine Verbesserung des Arbeits¬ vorganges 'selbst erzielen. Je nach dem Bedarfsfall kann die Art des Strömungsmediums entsprechend gewählt werden.
    [0014] Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Spindelsyste oder ein Spindelaggregat, bei dem eine erste Arbeitsspin¬ del in einem Hauptgehäuse vorgesehen ist, während eine zweite Arbeitsspindel sich in einer dem Hauptgehäuse zugeordneten Zusatzeinheit befindet, die relativ zum Hauptgehäuse im Sinne einer Änderung des Abstandes zwischen beiden Spindeln verstellbar ist. Dabei ist vorteilhaft die Zusatzeinheit im wesentlichen innerhalb des Hauptgehäuses angeordnet. Es ergibt sich dadurch eine kompakte Bauweise, bei der sich eine hohe Stabilität und günstige Kraftverhältnisse erzielen lassen.
    [0015] Sowohl das Hauptgehäuse als auch die Zusatzeinheit bzw. ein Gehäuse derselben werden vorteilhaft wenigstens teilweise als Schweißkonstruktion ausgebildet. Es kann dabei auch eine Verrippung vorgesehen sein. Das Hauptgehäuse und auch die Zusatzeinheit bzw. ein Gehäuse derselben lassen sich weiterhin auch ringsum weitgehend geschlossen ausbilden, so daß die im Inneren liegenden Teile vor äußeren Einflüssen geschützt sind.
    [0016] Das Hauptgehäuse kann sowohl an seiner Rückseite als auch in einem seitlichen Bereich mit Führungselementen versehen sein, und zwar zweckmäßig mit vertikalen Füh¬ rungselementen für eine Verstell- oder Verschiebebewegun des Hauptgehäuses bzw. der gesamten Baugruppe in dieser Richtung. Mit anderen Worten, die Führungselemente lassen sich so anordnen, daß sie sich etwa in einer Eben senkrecht' zu den Spindelachsen oder etwa in einer Ebene parallel zu den Spindelachsen befinden. Wenn es sich um Schleifspindein handelt, kann die Baugruppe mit Schleif¬ spindel und Abrichtspindel je nach Ausbildung dann für Planschleifmaschinen, namentlich in einer Säule od.dgl. angeordnet, als auch für Außenrundschleifmaschinen, z.B. auf dem Spindelkasten angeordnet, verwendet werden.
    [0017] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Spindelsystems bzw. der Baugruppe werden im einzelnen weiter unten noch erläutert.
    [0018] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleif aschinen, bei dem eine erste Arbeitsspindel in einem Hauptgehäuse od.dgl. angeordnet ist, während sich eine zweite Arbeits spindel in einer Zusatzeinheit befindet, die insbesonder im Sinne einer Änderung des Abstandes zwischen beiden Spindeln verstellbar ist, namentlich mit einer Schleif- spindel als erste Arbeitsspindel und einer Abrichtspinde als zweite Arbeitsspindel. Dabei sieht die Erfindung vor, daß zwischen einem Verstellglied für die Zusatzein¬ heit und dieser bzw. einem tragenden Teil der letzteren ein kraftübertragendes, fernbetätigbares Feinstellorgan vorhanden ist. Dies kann jedes geeignete Element sein, das bei hoher Steifigkeit eine Einstellmöglichkeit im Bereich kleiner Werte zuläßt, insbesondere im Mikrometer¬ bereich. Vorteilhaft wird als Feinstellorgan ein piezo¬ elektrischer Aktuator, Translator od.dgl. vorgesehen. Ein solches Aggregat ist in der Lage, hohe Kräfte aufzu¬ nehmen und sehr genaue kleine Längenänderungen zu bewir¬ ken. Dabei wird -z.B. der umgekehrte piezoelektrische Effekt, die sog. Elektrostiktion, ausgenutzt, bei dem sich die Abmessungen bestimmter Materialien beim Anlegen eines elektrischen Feldes verändern. Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung kann bei einem solchen Element bei Aufrechterhaltung der erforderlichen Kraftverhältniss eine positive oder negative Längenänderung erreicht werden.
    [0019] Bei "der Erfindung ist mittels eines solchen Feinstellor¬ gans eine Einstell δglichkeit einer Spindel relativ zur anderen unabhängig von einem sonstigen Vorschubantrieb od.dgl. gegeben. Es ist durch das Feinstellorgan insbe¬ sondere eine sehr exakte Radialzustellung eines Abricht¬ werkzeuges bezüglich einer Schleifscheibe möglich, die genauer als ein üblicher Vorschubantrieb zwischen beiden Teilen ist. Dies hat zum einen den Vorteil, daß sich Korrekturen in der Position der einen Spindel relativ zur anderen außerordentlich feinfühlig durchführen lassen. Ein wesentlicher weiterer Vorteil einer solchen Einstellmöglichkeit besteht darin, daß sich in der Anwendung bei einer Schleifmaschine besondere moderne Prozesse und Abrichtprogramme ausführen lassen, namentlic solche, die sich auf die Topographie der Schleifscheibe auswirken, z.B. sog. touch dressing.
    [0020] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, bei dem eine erste Arbeitsspindel in einem Hauptgehäuse od.dgl. angeordnet ist, während sich eine zweite Arbeits spindel in einer Zusatzeinheit befindet, die insbesonder im Sinne einer Änderung des Abstandes zwischen beiden Spindeln verstellbar ist, namentlich mit einer Schleif¬ spindel als erste Arbeitsspindel und einer Abrichtspinde als zweite Arbeitsspindel. Dabei sieht die Erfindung vor, daß zwischen einem die zweite Spindel haltenden Teil der Zusatzeinheit und einem Tragkörper für dieselbe kraftübertragende, fernbetätigbare Feinstellorgane vorhanden sind. Das über die Art und Ausbildung solcher Feinstellorgane weiter oben Gesagte gilt hier sinngemäß und entsprechend.
    [0021] Durch solche Feinstellorgane ist eine Korrektur der Spindeln bzw. der von ihnen getragenen Werkzeuge relativ zueinander sehr genau und feinfühlig möglich, insbesonde im Mikrometerbereich. Dies ist u.a. besonders bei einer Schleifmaschine für die Abrichtspindel mit Bezug auf die Schleifspindel von großer Bedeutung. Die Verstellmöglich keit kann dabei nur in einer Achse, insbesondere in axialer Richtung der einen Spindel, vorgesehen sein. Vorteilhaft wird aber eine Verstellmöglichkeit in zwei Achsen vorgesehen, •wobei die zweite Achse insbesondere eine Schwenkung ist. Die Schwenkmöglichkeit ist insbeson dere günstig, um Wärmeverzug auszugleichen.
    [0022] Eine Einstellmöglichkeit in zwei Freiheitsgraden läßt sich bereits durch drei Feinstellorgane in Dreiecksanord nung erzielen. Es kann aber dazu auch zweckmäßig sein, vier Feinstellorgane vorzusehen, etwa an den Eckpunkten eines Quadrats oder Rechtecks.
    [0023] Zur weiteren Offenbarung der Erfindung mit ihren Einzel¬ heiten, Merkmalen und Vorteilen wird ausdrücklich auf die nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung gegebene Erläuterung Bezug genommen, ebenso auf die Ansprüche. Kurze Beschreibung der Zeichnung
    [0024] Es zeigen:
    [0025] Fig. 1 ein als Baugruppe ausgebildetes System mit zwei Arbeitsspindeln in einem vertikalen Schnitt nach der Linie I - I in Fig. 2,
    [0026] Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1,
    [0027] Fig. 3 einen horizontalen Schnitt nach der Linie III - III in Fig. 1,
    [0028] Fig. 4 einen Schnitt etwa nach der Linie IV - IV in Fig. 3,
    [0029] Fig. 5 eine abgewandelte Ausführung in einem etwa der Fig. 3 entsprechenden Teilschnitt,
    [0030] Fig. 6 den vorderen Teil einer Arbeitsspindel mit eingesetztem Abrichtwerkzeug,
    [0031] Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Teils eines Spindel systems und
    [0032] Fig. 8 einen axialen Längsschnitt durch ein Spindel¬ system.
    [0033] Beste Wege zur Ausführung der Erfindung
    [0034] Ein mit der Zahl 9 bezeichnetes Hauptgehäuse ist in Schweißkonstruktion ausgeführt, wobei u.a. die Seitenwan¬ dungen 9a und 9b doppelwandig sind. Fig. 4 läßt die starke Verrippung dieser Seitenwandungen deutlich erken¬ nen. Im unteren Teil des Hauptgehäuses 9 ist eine insge¬ samt mit der Zahl 3 bezeichnete Arbeitsspindel gehalten, die am vorderen Ende eine Aufnahme für eine Schleifscheib 1 aufweist. Mit der Zahl 2 sind Flansche der Einspannvor richtung für die Schleifscheibe bezeichnet. Die Schleif¬ spindel 3 ist als sog. Pinole 3a eingebaut, wobei unter dem Begriff der Pinole eine außen zumindest weitgehend geschlossene Einheit verstanden werden soll, die in ihrem Inneren auch die Lagerung für die Schleifspindel enthält. Diese Pinole 3a ist im Hauptgehäuse 9 mit Hilfe einer vorderen Buchse 4 und einer hinteren Buchse 5 gehalten. Diese Buchsen können verschiedenartig ausgebil¬ det sein, worauf weiter unten im einzelnen noch eingegan¬ gen wird. Auf dem hinteren Spindelende 6 sitzt eine Antriebsriemenscheibe 7. Auf ihr läuft ein nicht gezeigter Riemen, der .seine Bewegung von einem ebenfalls nicht gezeigten Antriebsmotor in üblicher Weise erhält. In Fig. 2 ist der vordere Teil der Arbeitsspindel im Schnitt bei der Zahl 8 erkennbar.
    [0035] Im Inneren des kastenartigen Hauptgehäuses 9 ist eine insgesamt mit der Zahl 33 bezeichnete Zusatzeinheit angeordnet, deren Gehäuse 12 vorteilhaft auch als Schwei߬ konstruktion ausgebildet ist. In dem Gehäuse 12 ist eine Abrichtspindel 10 in ähnlicher Weise gehalten wie die Schleifspindel 3 im Hauptgehäuse 9. Es handelt sich auch hier wieder um eine Pinole 10a, welche die Lagerung der Abrichtspindel mit einschließt. Diese Einheit ist mit Buchsen 11 im Gehäuse 12 festgelegt. Die Abrichtspindel 10, die in Fig. 2 bei der Zahl 15 im Schnitt erkennbar ist, trägt auf einer geeigneten Aufnahme am vorderen Ende eine Abrichtrolle 14, namentlich eine Diamantrolle, die zum Abrichten der Schleifscheibe 1 dient. Auf dem hinteren Ende der Abrichtspindel 10 sitzt eine Riemen¬ scheibe 28, die über einen gestrichelt angedeuteten Riemen in Antriebsverbindung mit der Riemenscheibe 27 auf der Achse eines elektrischen Antriebsmotors 26 steht. Der letztere ist ebenfalls im Gehäuse 12 befestigt.
    [0036] Das Gehäuse 12 der Zusatzeinheit 33 ist über noch zu erläuternde Elemente 13 an einem einen Tragkörper bilden¬ den Schlitten 16 gehalten, der z.B. mittels einer Schwal¬ benschwanzführung in einem Führungsteil 17 vertikal verschiebbar st. Dieser Führungsteil ist oben und an den Seiten durch Schrauben am Hauptgehäuse 9 starr befestigt. In Fig. 2 sind die bearbeiteten Anlageflächen 18 für den Führungsteil 17 mit den Gewindebohrungen 31 für die Befestigungsschrauben des Führung-steiles erkenn¬ bar. Der Schlitten 16 ist über ein Element 19, das im einzelnen noch erläutert wird, mit einer festen Transport¬ spindel 20 verbunden, in deren Gewinde eine drehbar, aber axial unverschiebbar in einem Haltebügel 24 gelagerte Mutter 21 eingreift. Der Haltebügel 24 ist auf der Oberseite des Hauptgehäuses 9 befestigt. Mit der Mutter ist eine Zahnriemenscheibe 21a verbunden, die ihre Drehung über einen Zahnriemen 22 von einer Zahnriemen¬ scheibe 23a auf der Welle eines steuerbaren Elektromotors 23 erhalten kann. Der letztere ist auf der Oberseite des Hauptgehäuses 9 angeschraubt. Mit der Zahl 25 ist eine die genannten Teile schützende Abdeckhaube bezeichnet.
    [0037] Die Energieversorgungsleitungen bzw. Steuerleitungen für die Motoren 23 und 26 sind in üblicher Weise verlegt und angeschlossen und nicht dargestellt.
    [0038] Mit der erläuterten vorteilhaften Ausführung ergibt sich eine kompakte und weitgehend geschlossene Baugruppe, die insbesondere als verschiebbare Einheit, Schlitten od.dgl. an oder in einem Maschinenständer od.dgl. angeordnet sein kann. In Fig. 1 und 3 sind am Hauptge_αäuse ange¬ schweißte Führungsleisten 32 erkennbar, die auf entspre¬ chenden Gegenflächen eines Ständers oder ähnlichen Gestellteiles 30 einer Schleifmaschine gleiten. Mit der Zahl 29 sind am Hauptgehäuse 9 angeschraubte Führungs¬ leisten bezeichnet, die Führungsteile am Gestell 3G umgreifen. Mit solchen oder ähnlichen rückseitig ange¬ brachten Führungen kann also die gesamte Baugruppe an oder in einer Säule od.dgl. einer Maschine angeordnet sein. Ohne wesentliche Änderungen der sonstigen Konzeption läßt sich die Ausbildung aber auch so treffen, daß die Führungsteile an einer Seite des Hauptgehäuses 9 vorhande sind, wie dies in Fig. 5 bei den Zahlen 29' und 32' gezeigt ist. Dann ist die gesamte Baugruppe beispielsweise bei einer Außenrundschleif aschine einsetzbar, während die davor erläuterte Ausführung besonders für eine Flachschleifmaschine geeignet ist.
    [0039] In allen Fällen liegt die Zusatzeinheit 33 im Inneren des Hauptgehäuses 9. Dadurch ergibt sich nicht nur eine geschützte Unterbringungen der Zusatzeinheit, sondern es lassen sich zugleich auch besonders günstige Kraftverhält¬ nisse erzielen. Es sind keine großen Hebelarme zwischen einzelnen Kraftangriffspunkten und den Abstützungen vorhanden. So liegt auch die Spindel 20 für die Vertikal¬ bewegung des Schlittens 16 mit der Zusatzeinheit 33 in der Wirkungslinie der Abrichtkraft. Die Spindel befindet sich außerdem in unmittelbarer Nähe der Führung des Schlittens 16 am Führungsteil 17, so daß auch nur ein geringes Moment auf die Führungsbahn ausgeübt wird. Die Kräfte, die auf das Abrichtwerkzeug 14 wirken, sind daher leicht ins Gleichgewicht zu bringen, ohne daß große Deformationen auftreten.
    [0040] Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß empfindliche Teile nach außen hin weitgehend abgedeckt sind, so auch durch den Führungsteil i7, so daß ohne zusätzliche Abdeckbleche oder sonstige aufwendige Maßnahmen ein wirksamer Schutz erzielt ist.
    [0041] Bei den weiter oben genannten Elementen 13 und 19 kann es sich um einfache starre Verbindungsteile handeln. Mit besonderem Vorteil ist zumindest ein Teil dieser Elemente als Feinstellorgan ausgebildet, namentlich in Form von piezoelektrischen Aktuatoren od.dgl. So sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Elemente 13 als solche Feinstellorgane ausgebildet. Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 hervorgeht, sind vier solcher Feinstellorgane in Viereckanordnung zwischen dem Schlitten 16 und dem Gehäuse 12 vorgesehen. Sie verbinden diese Teile starr miteinander, erlauben aber bei Speisung mit einer entsprechenden elektrischen Spannung eine Länguπg oder Verkürzung um sehr geringe Beträge, die besonders im Mikrometerbereich liegen können. Die Feinstellorgane 13, deren Zuleitungen und elektrische Versorgung nicht besonders dargestellt sind, können einzeln oder in Gruppen bzw. sämtlich gleichzeitig betätigt werden. Je nach der Art der Betätigung ist es somit möglich, entweder nur eine axiale Verstellung des Gehäuses 12 mit der Abrichtspindel 10 zu erreichen, wenn alle vier Elemente 13 beaufschlagt werden, oder nur eine Schwenkbewegung zu erzeugen, wenn die beiden oberen Elemente 13 und die beiden unteren Elemente 13 mit unterschiedlichen Vorzei¬ chen betätigt werden, oder aber auch eine kombinierte Bewegung mit Axialverstellung und Schwenkung herbeizufüh¬ ren, wenn unterschiedlich große Beaufschlagungen der Elemente mit verschiedenen Vorzeichen oben und unten erfolgen.
    [0042] Wenn das Element 19 als Feinstellorgan ausgebildet wird, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, unabhängig vom normalen radialen Vorschubantrieb für die Abrichtspindel 10 mittels der Transportspindel 20 eine radiale Feinver¬ stellung der Abrichtspindel 10 vorzunehmen. Dazu wird das Feinstellorgan, insbesondere ein piezoelektrischer Aktuator od.dgl. mit entsprechender Spannung beaufschlagt. Es ist dabei eine Verstellung auch um sehr kleine Beträge möglich, die im Mikrometerbereich liegen können. Damit lassen sich nicht nur Korrekturen bewirken, sondern es können vor allem auch besondere Abrichtprogramme durchge¬ führt werden. Die Betätigung der Feinstellorgane kann z.B. von einem Bedienungspult mit entsprechenden Schalt- oder Steuerele¬ menten aus manuell erfolgen. Es ist weiterhin auch_ möglich, eine Steuerung vorzusehen, bei der die Feinstell¬ organe je nach dem Bedarfsfall oder den Anforderungen gemäß einem zuvor erstellten Programm betätigt werden. Dies läßt sich auch zu einer Regelung erweitern, die automatisch eine solche Betätigung aller oder bestimmter Feinstellorgane um den notwendigen Betrag bewirkt, daß ein bestimmtes gewünschtes Ergebnis erreicht wird, insbesondere bei dem mit einem Werkzeug durchzuführenden Bearbeitungsgang. Dazu läßt sich namentlich ein sog. Vielstellen eßgerät verwenden, das in der Lage ist, am bearbeiteten Werkstück die Abweichungen von den Sollwerten festzustellen und entsprechende Kommandos zu geben, die dann, ggfs. über ein geeignetes Programm, zu Korrektur¬ einstellungen führen.
    [0043] Wie erwähnt, sind piezoelektrische Aktuatoren für die erläuterten Zwecke besonders geeignet. Darüber hinaus können aber auch andere Stellorgane in Betracht gezogen werden, z.B. Wärmedehnstähle od.dgl. Es ist aber immer Voraussetzung, daß die notwendige Steifigkeit und Genauig¬ keit erreicht wird.
    [0044] Die an den Spindeln 3 und 10 vorgesehenen Aufnahmen für Schleifscheibe und Abrichtwerkzeug können in verschiedener Weise ausgebildet und insbesondere auch für einen automa¬ tischen Werkzeugwechsel eingerichtet sein.
    [0045] In Fig. 6 ist ein Abrichtwerkzeug 41 gezeigt, das bei dieser Ausführung aus einem Tragkörper 42 und einem darauf befestigten Außenkörper 43 insbesondere mit Diamantbesatz, besteht und mittels eines Konus 44 in einer konischen Aufnahme 45 einer Abrichtspindel 10 lösbar festgelegt werden kann. Die Abrichtspindel 10 weist einen Leitungsweg 46 für ein Strόmungsmediu , etwa eine Kühlflüssigkeit, auf. Von diesem Leitungsweg 46 können innerhalb der Spindel nicht gezeigte Abzweigungen ausge¬ hen, die zu bestimmten Stellen, namentlich zu den Lager- anσrdnungen, führen. Der Tragkörper 42 des Abrichtwerk¬ zeuges 41 weist eine zentrale Bohrung 47 auf, in die das durch den Leitungsweg 46 herangeführte Strömungsmedium gelangt. Radiale Kanäle 48 und axiale Kanäle 49 im Tragkörper 42 und im Außenkörper 43 lassen das Medium durch das Werkzeug fließen, um dieses zu kühlen. Mit der Zahl 50 sind Verschlußstopfen an den Enden der axialen Kanäle 49 bezeichnet. An der Stelle 51 kann -auch eine Sperre angeordnet sein, um die Zirkulation des Mediums durch das Werkzeug noch zu intensivieren. Bei der oberhalb der Mittellinie in Fig. 6 gezeigten Ausbildung ist die Bohrung 47 nach vorne hin offen, so daß das Medium dort abströmen kann. Es fließt dann zunächst über die Stirn¬ seite des Werkzeuges und kann auch diese noch kühlen.
    [0046] Bei der unterhalb der Mittellinie in Fig. 6 dargestellten Ausführung ist die zentrale Bohrung 47 vorne mit einem Stopfen 52 od.dgl. verschlossen, während von einem oder mehreren der axialen Kanäle 49 eine radiale Bohrung 53 ausgeht, die nach außen hin offen ist. Durch diese kann das Kühlmedium zur Außenseite des Werkzeuges gelangen und auch diese zusätzlich kühlen. Je nach der Art des Mediums kann dadurch auch der Abrichtvorgang noch verbes¬ sert werden.
    [0047] Es hat sich gezeigt, daß die Eigenerwärmung von Abricht¬ rollen oder ähnlichen Werkzeugen beim Arbeiten unerwünscht groß" werden kann. Damit wird das genauigkeitsbestimmende Werkzeug mit seinem Erzeugungsprofil entsprechend fehler¬ haft. Mit einer wirksamen Kühlung kann dieser Fehler reduziert oder eliminiert werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist nur eine von vielen Möglichkeiten für die Anordnung und Gestaltung von Kanälen im Abrichtwerkzeug veranschaulicht. Solche Kanäle können je nach den Erfordernissen ausgebildet werden.
    [0048] Wenn in Fig. 6 nur ein fliegend angeordnetes Abrichtwerk¬ zeug dargestellt ist, so gilt das Gesagte aber auch für beidseitig gelagerte Abrichtrollen oder ähnliche Abricht¬ werkzeuge. Die Zu- und Abführung eines Strömungsmediums zur Wärmebeeinflussung kann dabei von einer oder von beiden Seiten geschehen. Die Erfindung schließt auch solche beidseitig gelagerten Abrichtwerkzeuge ein.
    [0049] Das vorstehend Gesagte gilt sinngemäß und entsprechend auch für andere Werkzeuge auf einer Arbeitsspindel, insbesondere für Schleifscheiben und deren Einspannteile. Auch hier kann es vorteilhaft sein, Flansche oder ähnliche Elemente mit Kühlkanälen zu versehen und/oder ein Strö¬ mungsmedium zur Wärmebeeinflussung nach außen austreten zu lassen und dort zur Kühlung beizutragen..
    [0050] In den Fig. 7 und 8 sind anhand von Ausfuhrungsbeispielen Lösungen für das Problem veranschaulicht, Wärme von Gestellteilen oder einem Gehäuse einer Werkzeugmaschine fernzuhalten, um dadurch unerwünschte Verformungen zu vermeiden.
    [0051] Fig. 7 zeigt eine als Pinole 61 ausgebildete Spindelein¬ heit, in der eine im einzelnen nicht wiedergegebene Spindel in Wälzlagern 62 am vorderen Ende gelagert ist. Die Ausbildung am hinteren Ende der Pinole kann ähnlich sein. Zwischen einem das Spindelsystem aufnehmenden Gestellteil oder Gehäuse 63 und dem Umfang der Pinole 61 ist ein Zwischenglied 64 angeordnet, das aus einem im 16
    [0052] Endzustand starren Material mit Wärmedämmeigenschaften besteht, insbesondere einem für diesen Zweck geeigneten Kunststoff.
    [0053] Die Spindel selbst ist dabei vorteilhaft mit einem oder mehreren Leitungswegen für ein Strömungsmedium zur Wärmebeeinflussung versehen, wie dies gestrichelt bei der Zahl 66 angedeutet ist. Pfeile auf der rechten Seite der Fig. 7 deuten den Zulauf und den Ablauf eines solchen Mediums an. Von dem Leitungsweg 66 aus kann auch eine Fortsetzung 65 zu einer Aufnahme für ein Werkzeug am vorderen Ende der Spindel gehen, um auch dieses zu kühlen.
    [0054] Es kann weiterhin vorteilhaft sein, auch im Gehäuse 63 Kühlkanäle od.dgl. vorzusehen, wie dies gestrichelt bei der Zahl 67 angedeutet ist.
    [0055] In Fig. 8 ist in einer Pinole 71 über Wälzlager 72 und
    [0056] 73 eine Arbeitsspindel 74 gelagert, die in ihrem vorderen Teil eine Aufnahme 75 für ein Werkzeug 76; insbesondere eine Diamant-Abrichtrolle, aufweist. Durch ein Zulaufröhr 77 kann in eine zentrale Bohrung 78 der Spindel 74 ein. Strömungsmedium zur Wärmebeeinflussung derselben einge¬ leitet werden, das dann durch einen oder mehrere radiale Kanäle 79 in der Spindel in Nuten bzw. Kanäle 80 im Werkzeug 76 gelangen und nach dessen Durchströmen über einen oder mehrere radiale Kanäle 81 in eine Fortsetzung 78a der zentralen Bohrung 78 fließt. Von dieser aus kann das Medium nach außen abströmen oder aber auch durch einen nicht gezeigten weiteren Leitungsweg in der Spindel
    [0057] 74 zurückgeführt werden. Mit der Zahl 82 ist eine den Weg des Mediums in der genannten Weise leitende Sperre in der Bohrung 78 bezeichnet. Die Pinole 71 ist in Gehäuseteilen 12 über darin einge¬ schweißte, insgesamt jeweils mit der Zahl 11 bezeichnete Buchsen gehalten. Die Planfläche 83 der vorderen Buchse 11 ist genau bearbeitet, weil gegen diese die Pinole 71 mit einem Bund 84 anliegt. Die Befestigung geschieht mit Schrauben 85. Dies erfolgt vorteilhaft mit einer Vorspan¬ nung. Wie aus Fig. 8 erkennbar ist, liegt der Bund 84 nur mit zwei verhältnismäßig schmalen Kreisringflächen an der Buchse' an, um u.a. eine Wärmeleitung in diesem Bereich gering zu halten.
    [0058] Jede Buchse 11 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbei¬ spiel aus mehreren ineinander assenden Teilen, die segmentartig aufgebaut sein können. Mit der Zahl 64 sind in den Buchsen 11 vorgesehene Wärmedämmelemente aus Kunststoff bezeichnet.
    [0059] Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Systems besteht darin, daß erst nach dem Montieren der Pinole 71 Kunststoff in die dafür vorgesehenen Räume eingespritzt wird, und zwar über Einleitungsbohrungen 86 in den Buchsen 11. Nach dem Aushärten des Kunststoffes ist dann die endgültige Position der Teile erreicht. Geeignete Dichtungen, wie z.B. O-Ringe 87, verhindern, daß der Kunststoff beim Einspritzen seitlich austritt.
    [0060] Die die Zwischenglieder zwischen dem Gehäuse 12 und der Spindel bzw. der Pinole 71 bildenden Buchsen 11 sind bei der gezeigten vorteilhaften Ausführung außerdem noch mit Durchflußräumen 88 für ein Strömungsmedium zur Wärmebe¬ einflussung versehen. ZulaufÖffnungen für das Medium sind mit der Zahl 89 bezeichnet. AblaufÖffnungen können auf der diametral entgegengesetzten Seite vorhanden sein und sind nicht dargestellt. Zur Abdichtung der Durchflu߬ räume nach außen sind z.B. radiale Dichtringe 90 vorgese¬ hen, z.B. aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff. Zur Erhöhung der Kühlwirkung können auf der Pinole 71 in den Räumen 88 Ringe 91 oder ähnliche die Oberfläche erhöhende und damit die Wärmeabfuhr intensivierende Teile, namentlich auch Rippen od.dgl., angeordnet sein. Solche Elemente können parallel oder auch schraubenförmig verlaufen, .um dann dem Kühlmittelstrom eine zusätzliche Richtung zu geben.
    [0061] Die Buchsen 4 und 5 für die Schleifspindel 3 und die Buchsen 11 für die Abrichtspindel 10 bei der Ausführung nach Fig. 1 sind vorteilhaft so oder ähnlich ausgebildet, wie dies vorstehend im einzelnen erläutert wurde. Zufüh- rungs-und Ablaufleitungen für das Strömungsmedium sind in Fig 1 nicht besonders eingezeichnet.
    [0062] Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für- sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, bei dem wenigste eine drehbare Spindel mit ihrer Lagerung über wenig¬ stens ein Zwischenglied in einem Gehäuse od.dgl. gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwische glied (11, 64) ein Wärmedämmelement bildet oder ein solches .enthält.
    2. Spindelsystem nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet daß das Zwischenglied (11, 64) eine wärmedämmende Kunststoffschicht aufweist oder durch eine. solche gebildet ist.
    3. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (11) zusätzlich mit Durchflußräumen (88) für ein Strömungs medium zur Wärmebeeinflussung versehen ist.
    4. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eine Buchse (4, 5; 11), die an einem Gehäuseteil (9; 12) festgelegt ist und das Zwischenglied bildet oder ein solches enthält.
    5. Spindelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (11) mit Kanälen (86) zum Einleiten eines Wärmedämm-Materials versehen ist.
    6. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (11) wenigstens eine einen Raum für Wärmedämm-Material abschließende Dichtung (87) od.dgl. aufweist.
    7. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (11) eine genau bearbeitete Stirnfläche (83) aufweist.
    8. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (74) mit ihrer - Lagerung (72, 73) als pinolenartige Einbaueinheit (71) ausgebildet ist und an wenigstens zwei Stellen dieser Einbaueinheit (71) Wärmedämmelemente (64) vorgesehen sind.
    9. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (10, 74) mit Durchflußräumen (46, 78) für ein Strömungsmedium zur Wärmebeeinflussung versehen ist.
    10. Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, bei dem wenigstens eine eine Aufnahme für ein Werkzeug aufweisende Arbeitsspindel mit ihrer Lagerung in einem Gehäuse gehalten ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein in der Spindel (74) vorgesehener Leitungsweg (78) für ein Strömungsmedium wenigstens einen Auslaß (79) im Bereich der Aufnahme (75) für das Werkzeug (76) aufweist.
    11. Werkzeug für eine Arbeitsspindel, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens einen Kanal (48, 49; 80) zum Durchtritt eines durch die Spindel (1.0; 74) herangeführten Strömungsmediums aufweist.
    12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kanäle (80) im Werkzeug (76) nach außen hin abgeschlossenen sind.
    13. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kanäle (48, 49) im Werkzeug (41) wenigstens eine Öffnung (53) nach außen hin haben.
    14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (53) so angeordnet ist, daß das aus ihr austretende Strδmungsmedium über einen Teil der Werkzeug-Außenseite fließt.
    15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Abrichtwerkzeug (41, 76) ist.
    16. Spindelsystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, bei dem eine erste drehbare, mit einem Werkzeug bestückbare Arbeitsspindel mit ihrer Lagerung in einem namentlich verschiebbaren Hauptge¬ häuse vorgesehen ist, dem eine Zusatzeinheit mit einer zweiten drehbaren, mit einem Werkzeug bestück¬ baren Arbeitsspindel zugeordnet ist, wobei die Zusatz¬ einheit relativ zum Hauptgehäuse im Sinne einer Änderung des Abstandes zwischen beiden Spindeln verstellbar ist, namentlich mit einer Schleifspindel als erste Arbeitsspindel und einer Abrichtspindel als zweite Arbeitsspindel, insbesondere nach einem der Ansprüche.1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinheit (33) im wesentlichen innerhalb des Hauptgehäuses (9) angeordnet ist.
    17. Spindelsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Hauptgehäuse (9) eine innenseitige Führung für einen Schlitten (16) der Zusatzeinheit (33) vorge¬ sehen ist.
    18. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung im wesent¬ lichen im Bereich oberhalb des vorderen Teiles der zweiten Spindel (10) bzw. eines auf dieser angebrachten Werkzeuges (14) vorgesehen ist.
    19. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinheit (33) ein Gehäuse (12) mit der zweiten Spindel (10) und einem Antriebsmotor (26) für diese aufweist.
    20. Spindelsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem VerStellglied (20) für die Zusatzeinheit (33) und einem tragenden Teil (16) der letzteren ein kraftübertragen¬ des, fernbetätigbares Feinstellorgan (19) vorgesehen ist.
    21. Spindelsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinstellorgan (19) ein piezoelektrischer Aktuator, Translator od.dgl. ist.
    22. Spindelsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem die zweite Spindel (10) haltenden Teil (12) der Zusatzeinheit (33) und einem Tragkörper (16) für dieselbe kraftübertragende, fernbetätigbare . Feinstell¬ organe (13) vorgesehen sind.
    23. Spindelsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Feinstellorgane (13) piezoelektrische Transla¬ toren od.dgl. vorgesehen sind.
    24. Spindelsystem nach einem der. Ansprüche 22 und 23, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Feinstellorgane (13) , daß mittels derselben die Zusatz¬ einheit (33) relativ zu dem Tragkörper (16) in wenig¬ stens zwei Freiheitsgraden verstellbar ist.
    25. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß vier Feinstellorgane (13) vorgesehen sind.
    26. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß drei Feinstellorgane (13) vorgesehen sind.
    27. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgehäuse (9) wenigstens teilweise als Schweißkonstruktion ausgebil¬ det ist.
    28. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (12) der Zusatzeinheit (33) wenigstens teilweise als Schwei߬ konstruktion ausgebildet ist.
    29. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgehäuse (9) an seiner Rückseite mit Führungselementen (29, 32) versehen ist.
    30. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgehäuse (9) an einem seitlichen Bereich mit Führungselementen (29', 32') versehen ist.
    31. Spmdelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauaptgehäuse (9) ringsum weitgehend geschlossen ausgebildet ist.
    32. Spindelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) der Zusatzeinheit (33) weitgehend geschlossen ausgebildet ist.
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    同族专利:
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    EP0309513B1|1993-09-01|
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