Schleif- und Polierspindel mit hydrostatischer Lagerung

Abstract

 Ein aus Werkzeugwirkbereich mit Spindel bestehendes einteiliges Werkzeug, das hydrostatisch in einer Gleitlagerung gelagert ist, hat durch die in einer Aufspannung herstellbaren Bereiche: Werkzeugwirk­bereich / Spindellagerstellen, ohne die Anwendung von Kugellagern, eine extreme Rundlaufgenauigkeit und ga­rantiert dadurch höchste Zerspanungsleistungen und Standzeiten bei besten Oberflächenqualitäten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schleif- und Polierspin­del mit hydrostatischer Lagerung, mit einem Spindel­gehäuse, einem Schaft und einem Werkzeugkopf, und mit Zuführungen eines Druckmittels über Bohrungen im Spindelgehäuse und in wenigstens einer Lagerhülse zu wenigstens einer Lagerstelle.

[0002] Eine derartige Schleifspindel ist beispielsweise aus der DE-Z: Ölhydraulik und Pneumatik 16 (1972) Nr. 6, S. 275 bekannt und wird vor allem wegen der hohen Rundlaufgenauigkeit verwendet.

[0003] Bei der automatischen Bearbeitung von schlecht zu­gänglichen Werkstückkonturen sind extrem lange und schlanke Schleifspindeln erforderlich. Dies gilt ins­besondere für das Schleifen und Polieren von Turbi­nen- und Verdichterschaufeln für Francis-Spiral-Tur­binenräder und Peltonturbinenräder.

[0004] Die heutigen automatischen Bearbeitungsmethoden stel­len folgende Anforderungen:
- hohe Spindelstabilität
- Umfangsgeschwindigkeiten bis 200m/sec,
- hohe Rundlaufgenauigkeit
- extreme Kühlmittelpräsenz für Werkzeug und Werk­stück

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifspindel der eingangs genannten Art so auszu­bilden, daß ein hochgenaues Schleifen und Polieren mit großer Abtragsleistung auch von schlecht zugäng­lichen Werkstückkonturen ermöglicht wird.

[0006] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schaft mit dem Werkzeugkopf einteilig verbun­den ist, daß die Ableitung zumindest eines Teils des Druckmittels aus den Lagerstellen in den Arbeits­bereich des Werkzeugkopfes zur Unterstützung der Werkzeugkopf- und Werkstückkühlung über einen Ring­spalt zwischen Schaft und Lagerhülse und über Axial- und Radialbohrungen im Schaft und im Werkzeugkopf er­folgt.

[0007] Durch die einteilige Verbindung von Schaft und Werk­zeugkopf werden Unwuchten vermieden, wie sie bei lös­bar mit der Spindel verbundenen Schleif- und Polier­werkzeugköpfen durch die Toleranzen an der Verbin­dungsstelle auftreten. Das gesamte Werkzeug ist in einer Aufspannung herstellbar, wodurch eine hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht wird. Aus der DE 35 15 443 A1 ist zwar bereits ein ein­teiliger Schleifrotor bekannt. Bei diesem werden je­doch nur die Spindel und der Schleifscheibenflansch einteilig miteinander verbunden, während das Schleif­werkzeug selbst nach wie vor lösbar und deshalb mit entsprechenden Toleranzen auf dem Schleifrotor be­estigt ist. Darüberhinaus ist der bekannte Schleif­rotor wälzgelagert, wodurch ebenfalls Rundlauffehler entstehen.

[0008] Durch die Ableitung zumindest eines Teils des Druck­mittels aus den Lagerstellen in den Arbeitsbereich des Werkzeugkopfes kann die Kühlung des Werkzeug­kopfes und des Werkstückes wirkungsvoll unterstützt werden, so daß hohe Umfangsgeschwindigkeiten und große Abtragsleistungen ermöglicht werden. Gleich­zeitig kann das Zuführteil für die direkte Zuführung von Kühlmittel entsprechend verkleinert werden, so daß die Zugänglichkeit zum Werkstück verbessert wird. Aus der DE-Z.: Maschine + Werkzeug, Coburg, 32/1979, S. 42 ist die Zuführung von Kühlmittel über die Spin­del und durch die Schleifscheibe hindurch an sich be­kannt. Dies hat sich aber nicht als praktikabel er­wiesen wegen der Notwendigkeit der extrem feinen Säu­berung des Kühlmittels,da sonst Ablagerungen die Zu­führungsbohrungen aufgrund der hohen Zentrifugal­kräfte schnell zusetzen. Bei der Erfindung besteht dieser Nachteil nicht, da das Druckmittel zur Ver­wendung als Lagermedium bereits fein gesäubert werden muß. Außerdem macht hier das Druckmittel nur einen Teil des gesamten Kühlmittels aus. Im Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schleif- und Polierspindel angegeben, bei der ein Teil des Druckmittels direkt in einen Druckmittel­behälter rückführbar ist, wenn auf diesen Teil zur Kühlung von Werkzeugkopf und Werkstück verzichtet werden kann. Dadurch entfällt für diesen Teil die Reinigung.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel ist nachfolgend unter be­zugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben:

[0010] Bei der vorliegenden Erfindung läuft der Schaft 1 in einer feststehenden Lagerhülse 2. Der Werkzeugkopf 11 ist in der Aufspannung mit dem Schaft gefertigt wor­den, so daß nur die Toleranz dieser beiden Durchmes­ser für die Schlagfreiheit im Arbeitsbereich maßgeb­lich ist. Diese ist vor allem für galvanisch belegte Werkzeuge von Bedeutung, da der aufgalvanisierte Schleifkornbelag gleichmäßig am Umfang arbeiten muß. Das gleiche gilt nach für Werkzeugköpfe, die durch Kleben oder Schweißen mit dem Schaft untrennbar ver­bunden werden. Diese müssen jedoch anschließend unter Verwendung der Lagerstellen des Schaftes abgerichtet werden.
Der Werkzeugkopf wird zusammen mit dem Schaft 1 vom Antriebsmotor 5 angetrieben, der im Spindelgehäuse 6 fixiert ist. Beim Werkzeugwechsel wird das Werkzeug mit Schaft gewechselt, notfalls kann die feststehende Lagerhülse 2 ebenfalls ausgetauscht werden. Bei der hydrostatischen Lagerung können Toleranzver­änderungen durch Druckänderungen des Kühlmediums aus­kompensiert werden. Durch entsprechende Mengendo­sierungen lassen sich Lagertemperaturen auf gewünsch­te Werte einstellen. Die besonders kritische Lager­stelle an der Bearbeitungsseite wird durch einen Kühlmittelfilm gebildet, der durch einen hydrosta­tischen Druck beim Austritt aus den Zuführungs­bohrungen 7, 8 und in der Tasche 3 entsteht. Das Druckmittel unterliegt einer bestimmten Strömung, die durch Rillenanordnung 12 beeinflußbar ist. Infolge der Schaftdrehung wird das Kühlmittel in Richtung der Bohrung 9 transportiert. Das Kühlmittel kann sowohl aus der Bohrung 9 austreten (Rücktransport zum Kühl­mittelbehälter, gereinigt) oder aber über die Boh­rungen 14 und 15 und die Radialbohrung 16 in den Arbeitsbereich des Werkzeugeskopfes 11 eintreten. Über das Zuführteil 4 tritt der Hauptteil des Kühl­mittels aus.

Ansprüche

1. Schleif- und Polierspindel mit hydrostatischer Lagerung, insbesondere für das Schleifen und Polieren von Turbinen- und Verdichterschaufeln, deren Bearbeitung nur mit kleinen Werkzeugab­messungen möglich ist, mit einem Spindelgehäuse, einem Schaft und einem Werkzeugkopf, und mit Zu­führungen eines Druckmittels über Bohrungen im Spindelgehäuse und in wenigstens einer Lagerhülse zu wenigstens einer Lagerstelle,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaft (1) mit dem Werkzeugkopf (11) ein­teilig verbunden ist, daß die Ableitung zumindest eines Teils des Druckmittels aus den Lagerstellen in den Arbeitsbereich des Werkzeugkopfes (11) zur Unterstützung der Werkzeugkopf- und Werkstückküh­lung über einen Ringspalt (13) zwischen Schaft (1) und Lagerhülse (2) und über Axial- und Radial­bohrungen (14, 15, 16) im Schaft (1) und im Werk­zeugkopf (11) erfolgt.

2. Schleif- und Polierspindel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Teil des Druckmittels aus dem Ringspalt (13) über Bohrungen (17, 9) in der La­gerhülse (2) und im Spindelgehäuse (6) in einen Druckmittelbehälter rückführbar ist.

Zeichnung