DE20202787U1

DE20202787U1 - Werkstücktisch zur Fräs- und Drehbearbeitung

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Publication number: DE20202787U1
Application number: DE20202787U
Authority: DE
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2012-02-23

Description

199&Lgr; BEETZ & PARTNER " ""^"-"!ng. R. BEETZ sen. (1926-1991)

Dr.-Ing. R. BEETZ jun. (1969-2000) Patentanwälte

European Patent Attorneys Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED

European Trade Mark Attorneys Prof. Dr.rer.nat. W. SCHMITT-FUMIAN

Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. C-M. MAYR

Steinsdorfstraße 10 - D-80538 München Dipl.-Ing. A. PFEIFFER

Telefon+49 89.2168 9100 ' Dipl.-Ing. B. MATIAS

Telefax +49 89 2168 9200 Rechtsanwältin P. KOTSCH

112-57.821G/Sd 22. Februar 2002

DECKEL MAHO Pfronten GmbH D-87459 Pfronten

Werkstücktisch zur Fräs- und Drehbearbeitung

Die Erfindung betrifft einen Werkstücktisch zur Fräs- und Drehbearbeitung von insbesondere sperrigen größeren Werkstücken mit einer Konsole, auf der ein Drehtisch über ein ringförmiges Wälzlager verdrehbar gelagert ist, mit einem in einem radial äußeren konzentrischen Ringraum der Konsole angeordneten elektrischen Antriebsmotor, dessen ringförmiger Stator mit der Konsole und dessen ringförmiger Rotor mit dem Drehtisch fest verbunden sind, und mit einer zentralen Drehdurchführung.

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Aus der DE 199 18 082 Al ist ein derartiger Werkstücktisch bekannt, der für den Einsatz in einer Universal-Fräsmaschine konzipiert wurde, mit der auch Drehbearbeitungen am Werkstück in einer Aufspannung ausgeführt werden. Dieser Werkstücktisch enthält eine formsteife Konsole, auf der ein stabiler Rundtisch drehbar gelagert ist. In einem radial äußeren Ringraum der Konsole befindet sich ein elektrischer Antriebsmotor, der als sogenannter Torque-Motor ausgebildet ist und die für die Drehbearbeitung von relativ schweren Werkstücken notwendige Antriebsleistung, d.h. hohes Drehmoment und hohe Drehzahlen, liefert. Der Stator dieses Antriebsmotors ist über eine ringförmige Kühlplatte an der radialen Innenwand des in der Konsole ausgebildeten Ringraumes befestigt. Im radial äußeren Teil des Ringraumes befindet sich der ebenfalls ringförmige Rotor, der mit seiner oberen Stirnseite an einer entsprechenden Fläche des Rundtisches befestigt ist. Im praktischen Betrieb hat sich insbesondere bei der Drehbearbeitung von schweren und sperrigen Werkstükken gezeigt, daß der maximalen Antriebsleistung dieses bekannten Werkstücktisches Grenzen gesetzt sind, da die im Rotor erzeugte Wärme unmittelbar in den massiven Rundtisch übertragen wurde, was zu Wärmedehnungen der Tischplatte führte. Aufgrund dieser Wärmedehnungen ergeben sich hohe Spannungen in den Spannelementen des Werkstückes. Ferner sind diese Wärmedehnungen der Spannplatte Ursache für Bearbeitungsungenauigkeiten. Eine Flüssigkeitskühlung nur des Stators hat sich als nicht ausreichend erwiesen, um die bei hohen Spanleistungen im Drehbetrieb auftretenden Erwärmung der Tischplatte zu vermeiden. Daneben hat sich auch die endseitige Befestigung des in Form eines schmalen langgestreckten Ringes ausgebildeten Rotors direkt an der Unterseite der Tischplatte

als problematisch erwiesen, insbesondere bei der Übertragung großer Drehmomente vom Rotor in die Tischplatte.

Aus der WO 96/09913 ist ein Werkstücktisch für Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren zur Dreh- und Fräsbearbeitung auch von sperrigen Werkstücken bekannt, der eine etwa scheibenförmige Basis und einen auf dieser über ein Ring-Wälzlager drehbar gelagerten Rundtisch aufweist. Am äußeren Rand der Basis ist ein aus Kreissegmenten zusammengesetzter Rotor liegend angeordnet, der aus jeweils einem oberen und einem unteren scheibenförmigen Wicklungspaket besteht. Der Rotor ist in Form einer dünnwandigen Ringscheibe ausgebildet, die mit einem inneren Teil am Rundtisch befestigt ist und in deren äußeren Teil voneinander beabstandete Magnete angeordnet sind. Diese Rotorscheibe bewegt sich in dem von den beiden scheibenförmigen Wicklungspaketen des Stators begrenzten Schlitz. Mittel zur Wärmeabfuhr oder Kühlung der verschiedenen Bauteile sind nicht vorgesehen, so daß die Antriebsleistung dieses bekannten Werkstücktisches begrenzt ist.

Schließlich ist es aus der US-5 322 494 bekannt, bei einer für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb von 20 000 bis 40 000 U/min ausgelegten Frässpindel mit direktem Antriebsmotor den Rotor über eine mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbare Buchse auf der Spindelwelle festzulegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Werkstücktisch zu schaffen, der mit vergrößerter Leistungsaufnahme insbesondere

im Drehbetrieb bei der Bearbeitung von schweren und sperrigen Werkstücken betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Rotor mindestens eine an einen Kühlmittelkanal angeschlossene Kühlkammer zugeordnet ist.

Nach dem erfindungsgemäßen technischen Konzept ist der in Form eines langgestreckten relativ schmalen Ringes ausgebildete Rotor über den Kühlmittelkanal an das Kühlsystem der Maschine angeschlossen, so daß die Kühlkammer kontinuierlich oder auch bedarfsweise mit der zirkulierenden Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden kann. Die bei hoher Leistungsaufnahme des als sogenannten Torque-Motor ausgebildeten Elektromotors im Rotor erzeugte Wärme wird durch die Kühlflüssigkeit abgeführt und kann somit nicht in die Tischplatte eingeleitet werden. Dadurch werden die auf thermische Verformung der Tischplatte zurückzuführenden Bearbeitungsungenauigkeiten vermieden. Der Einsatz eines erfindungsgemäß ausgebildeten Werkstücktisches ermöglicht somit die hochgenaue Komplettbearbeitung von großen sperrigen Werkstücken in einer Aufspannung, wobei die Fräsleistung der Maschine vollständig erhalten bleibt und zusätzlich auch größere Drehbearbeitungen am Werkstück ausgeführt werden können. Vorteilhaft ist ferner die Verwendung einer einzigen Programmsteuerung für beide Bearbeitungsarten.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlung des Rotors ermöglicht den Einsatz von leistungsfähigeren Antriebsmotoren, die als sogenannte Torque-Motoren ausgebildet sind. Bei diesen Torque-Motoren handelt

es sich vorzugsweise um kollektorlose ringförmige Synchron-Motoren mit Permanentmagneten im Rotor. Das Blechpaket des Stators hat eine hohe Pulszahl mit einer zwei- oder dreiphasigen Wicklung. Konzipiert als Direktantrieb für den mit relativ hohen Werkzeugstückgewicht belasteten Rundtisch liefert der Torque-Motor hohe Drehmomente für die Drehbearbeitung von beispielsweise 2000 bis 3000 Nm, und zwar in einem Drehzahlbereich von mehr als 500 U/min. Die für die Fräsbearbeitung notwendige hochgenaue und stabile Fixierung des Rundtisches in vorbestimmten Winkellagen wird durch die Eigenschaften eines derartigen Torque-Motors erzielt, bei dem sich durch Kurzschließen seiner Wicklungen ein hoher Festhaltekoeffizient und damit eine steife Fixierung der Tischplatte in einer vorgegebenen Position erreichen lassen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an der inneren Umfangswand des ringförmigen Rotors ein Kühlring befestigt, der die ringförmige Kühlkammer begrenzt und an seinem Außenumfang durchgehende sowie auch unterbrochene Rippen aufweist. Zweckmäßig hat dieser Kühlring etwa die gleiche axiale Länge wie der Rotor, so daß sich die von ihm gebildete Kühlkammer nahezu über die gesamte Innenwandung des Rotors erstreckt. Mittels eines nach radial außen weisenden Endflansches kann der Kühlring z.B. durch Schrauben an der unteren Stirnseite des Rotors befestigt sein.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die aus dem ringförmigen Rotor und dem Kühlring gebildete Baugruppe direkt unterhalb des mit der Tischplatte fest verbundenen äußeren massiven Lagerrings angeordnet und mit der Unterseite des

Lagerrings fest verbunden. Durch die Zwischenschaltung des äußeren Lagerrings zwischen die untere Rotorbaugruppe und die obere Tischplatte wird der Wärmeübergang vom Rotor in die Tischplatte weiter vermindert. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß in dem äußeren massiven Lagerring selbst mindestens ein von der Kühlflüssigkeit beaufschlagter Kühlraum angeordnet ist, der als Teil des in die Rotorkühlkammer führenden Kühlflüssigkeitskanals ausgebildet sein kann.

Weitere Vorzüge und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Werkstücktisches ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Werkstücktisch im schematischen Axialschnitt,

Fig. 2 eine Hälfte des Werkstücktisches in vergrößertem schematischen Axialschnitt;

Fig. 3 einen Kühlring in perspektivischer Darstellung.

Nach Fig. 1 enthält der Werkstücktisch einen kreisrunden stabilen Unterbau 1 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 2 und einer Seitenwandung 3, welche zusammen mit einer inneren Ringwand 4 einen Ringraum 5 begrenzt.

Auf diesem hochsteifen verstrebten Unterbau 1 ist eine Tischplatte 6 drehbar gelagert, in der herkömmliche parallele Spannuten 7 zur Aufnahme der Werkstückspanner ausgebildet sind. Zur Drehlagerung

der Tischplatte 6 wird hier ein Ringlager 8 verwendet, das zwei übereinanderliegende ringförmige Reihen von Wälzkörpern (Kugeln) 9 enthält, die jeweils gemeinsam in einem äußeren und einem inneren Lagerring 10, 11 gehalten sind.

In dem Ringraum 5 des z.B. eine Konsole bildenden Unterbaus 1 ist ein Torque-Motor 15 als Drehantrieb für die Tischplatte 6 angeordnet, dessen in Form eines relativ schmalen Ringes ausgebildeter Stator 16 über einen schmalen Gehäusering 17 an der äußeren Umfangswand der Ringkammer 5 befestigt ist. Der Gehäusering 17 weist an seiner äußeren Umfangsfläche Ringnuten 18 auf, in welche mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbare Kühlkanäle 19 münden. Im Ringraum 5 radial innerhalb des durch den Gehäusering 17 am Unterbau 2 befestigten Stators 16 befindet sich der in Form eines relativ schmalen Ringes ausgebildete Rotor 20, der mit seinem oberen Endteil in einer ringförmigen Aussparung des äußeren Lagerrings 10 befestigt ist. An der inneren Umfangswand des ringförmigen Rotors 20 ist ein in Fig. 3 im einzelnen dargestellter Kühlring 21 angeordnet, dessen obere Endfläche an der Unterseite des äußeren Lagerrings 10 anliegt und der mit einem Flansch 22 das untere Ende des Rotors 20 umgreift. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Innenwandung des Kühlringes glatt und an seiner äußeren Umfangswandung sind unterbrochene und durchgehende Kühlrippen 23 angeformt. Dieser Kühlring 21 begrenzt mit der inneren Umfangsfläche des Rotors 20 eine Kühlkammer 25, die sich nahezu über die gesamte axiale Länge des Rotors 20 erstreckt und mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt ist. Die Rippen 23 am Kühlring 21 dienen einer gleichmäßigeren Verteilung des Kühlmittelflusses. Die Kühlkammer 25 ist über Kanäle an das

Kühlmittelsystem der Maschine angeschlossen. Ein Abschnitt 26 dieses Kanals verläuft im Rotor 20 und mündet in die Kühlkammer 25 aus. An diesen Abschnitt 26 schließt ein in dem äußeren Lagerring 10 verlaufender Kanalabschnitt 27 an, der in einen in der Tischplatte 6 verlaufenden Kanalabschnitt 28 übergeht. Der abgewinkelte Endabschnitt 29 ist über eine Drehdurchführung 30 mit einem stationären Flüssigkeitszufuhrkanal 31 verbunden, der in einem am Unterbau 1 befestigten Haltering 32 verläuft.

Der für hohe Leistungen ausgelegte Werkstücktisch ist mit einer zusätzlichen Klemmvorrichtung 33 ausgerüstet, die eine an einem ringförmigen unteren Ansatz 34 der Tischplatte 6 festgeschraubte dünne Klemmscheibe 35 aufweist, die sich nach radial innen bis über einen Ringansatz 36 am Unterbau 1 erstreckt und die für eine Klemmung durch einen hydromechanischen Druckerzeuger gegen diesen Ringansatz 36 gedrückt wird.

Zur Erzielung der angestrebten Kühlwirkung des ringförmigen Rotors sind neben dem vorstehend beschriebenen Kühlring auch andere Bauteile geeignet, die einen ausreichenden Kühlmittelfluß zur Abfuhr des im Rotor erzeugten Wärmepotentials ermöglichen. Obgleich die dargestellte Anordnung des Rotors 20 unmittelbar unterhalb des äußeren Lagerrings 10 besondere Vorteile bietet, kann auch eine andere Anordnung gewählt werden, wobei das Ringlager 8 und der Rotor 20 durch gesonderte Kanäle mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden können.

Claims

1. Werkstücktisch zur Fräs- und Drehbearbeitung von Werkstücken in einer Aufspannung mit

- einem formsteifen Unterbau (1), auf dem ein Rundtisch (6) über ein Ringlager (8) verdrehbar gelagert ist,

- einem in einem äußeren konzentrischen Ringraum (5) des Unterbaus (1) angeordneten elektrischen Antriebsmotor (15) für den Rundtisch, dessen Stator (16) mit dem Unterbau (1) und dessen Rotor (20) mit dem Rundtisch (6) fest verbunden sind, und

- einer zentralen Drehdurchführung (32),

dadurch gekennzeichnet, daß
dem Rotor (20) mindestens eine an einen Kühlmittelkanal (26, 27, 28) angeschlossene Kühlkammer (25) zugeordnet. Ist.

2. Werkstücktisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Umfangswand des ringförmigen Rotors (20) ein Kühlring (21) befestigt ist, der die ringförmige Kühlkammer (25) begrenzt.

3. Werkstücktisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Rundtisch (6) befestigte äußere Lagerring (10) des Ringlagers (8) oberhalb des Rotors (20) und des Kühlrings (21) angeordnet und mit diesem fest verbunden ist.

4. Werkstücktisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlring (21) an seinem Außenumfang Rippen (23) und an einem Ende einen Radialflansch (22) aufweist.

5. Werkstücktisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (27) des Kühlmittelkanals im Außenring (10) des Ringlagers und ein daran anschließender Abschnitt (26) zumindest teilweise im Rotor (20) verläuft, der in die Kühlkammer (25) ausmündet.

6. Werkstücktisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die schmale Kühlkammer (25) in etwa über die gesamte axiale Länge des Rotors (20) erstreckt.

7. Werkstücktisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (16) einen an seiner Außenwandung angeordneten Gehäusering (17) aufweist, der mindestens eine ringförmige Kühlkammer (19) zum Stator (16) begrenzt und über Kanäle (18) mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt ist.

8. Werkstücktisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringlager (8) zwei übereinander angeordnete Wälzkörperreihen (9) sowie je einen massiven äußeren und inneren Lagerring (10; 11) mit Kühlkanälen (27) aufweist.