DE20202787U1 - Work table for milling and turning - Google Patents
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Dr.-Ing. R. BEETZ jun. (1969-2000) PatentanwälteDr.-Ing. R. BEETZ jun. (1969-2000) Patent Attorney
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112-57.821G/Sd 22. Februar 2002112-57.821G/Sd February 22, 2002
DECKEL MAHO Pfronten GmbH D-87459 PfrontenDECKEL MAHO Pfronten GmbH D-87459 Pfronten
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.The invention relates to a workpiece table for milling and turning, in particular of bulky, larger workpieces, with a console on which a rotary table is rotatably mounted via an annular rolling bearing, with an electric drive motor arranged in a radially outer concentric annular space of the console, the annular stator of which is firmly connected to the console and the annular rotor of which is firmly connected to the rotary table, and with a central rotary feedthrough.
12-X33J2i-!sd/mk12-X33J2i-!sd/mk
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 TischplatteA workpiece table of this type is known from DE 199 18 082 A1, which was designed for use in a universal milling machine, which can also be used to perform turning operations on the workpiece in one clamping. This workpiece table contains a rigid console on which a stable rotary table is rotatably mounted. In a radially outer ring space of the console there is an electric drive motor, which is designed as a so-called torque motor and supplies the drive power required for turning relatively heavy workpieces, i.e. high torque and high speeds. The stator of this drive motor is attached to the radial inner wall of the ring space formed in the console via an annular cooling plate. In the radially outer part of the ring space there is the rotor, which is also annular, and which is attached with its upper end face to a corresponding surface of the rotary table. In practical operation, it has been shown, particularly when turning heavy and bulky workpieces, that the maximum drive power of this well-known workpiece table has limits, since the heat generated in the rotor was transferred directly to the solid rotary table, which led to thermal expansion of the table top. This thermal expansion results in high tensions in the clamping elements of the workpiece. Furthermore, this thermal expansion of the clamping plate is the cause of machining inaccuracies. Liquid cooling of the stator alone has proven to be insufficient to prevent the heating of the table top that occurs with high cutting performance in turning operations. In addition, the end fastening of the rotor, which is designed in the form of a narrow, elongated ring, directly to the underside of the table top has also proven to be a good option.
als problematisch erwiesen, insbesondere bei der Übertragung großer Drehmomente vom Rotor in die Tischplatte.proved to be problematic, especially when transferring large torques from the rotor to the table top.
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.WO 96/09913 discloses a workpiece table for machine tools and machining centers for turning and milling, including bulky workpieces, which has an approximately disk-shaped base and a rotary table mounted on it via a ring roller bearing. A rotor composed of circular segments is arranged lying on the outer edge of the base, each of which consists of an upper and a lower disk-shaped winding package. The rotor is designed in the form of a thin-walled ring disk, which is attached to the rotary table by an inner part and in whose outer part spaced-apart magnets are arranged. This rotor disk moves in the slot delimited by the two disk-shaped winding packages of the stator. Means for heat dissipation or cooling of the various components are not provided, so that the drive power of this known workpiece table is limited.
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. Finally, it is known from US-5 322 494 that in a milling spindle with a direct drive motor designed for high-speed operation of 20 000 to 40 000 rpm, the rotor can be fixed to the spindle shaft by means of a bushing that can be supplied with coolant.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Werkstücktisch zu schaffen, der mit vergrößerter Leistungsaufnahme insbesondereThe object of the invention is to provide a workpiece table of the type mentioned above, which, with increased power consumption, in particular
im Drehbetrieb bei der Bearbeitung von schweren und sperrigen Werkstücken betrieben werden kann.can be used in turning mode when machining heavy and bulky workpieces.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Rotor mindestens eine an einen Kühlmittelkanal angeschlossene Kühlkammer zugeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that the rotor is assigned at least one cooling chamber connected to a coolant channel.
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.According to the technical concept of the invention, the rotor, which is designed in the form of an elongated, relatively narrow ring, is connected to the cooling system of the machine via the coolant channel, so that the cooling chamber can be supplied with the circulating coolant continuously or as required. The heat generated in the rotor when the electric motor, which is designed as a so-called torque motor, consumes high power is dissipated by the coolant and cannot therefore be introduced into the table top. This avoids machining inaccuracies caused by thermal deformation of the table top. The use of a workpiece table designed according to the invention thus enables the highly precise complete machining of large, bulky workpieces in one clamping, whereby the milling performance of the machine is fully maintained and larger turning operations can also be carried out on the workpiece. It is also advantageous to use a single program control for both types of machining.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlung des Rotors ermöglicht den Einsatz von leistungsfähigeren Antriebsmotoren, die als sogenannte Torque-Motoren ausgebildet sind. Bei diesen Torque-Motoren handeltThe liquid cooling of the rotor according to the invention enables the use of more powerful drive motors, which are designed as so-called torque motors. These torque motors are
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.These are preferably brushless ring-shaped synchronous motors with permanent magnets in the rotor. The stator's laminated core has a high pulse rate with a two- or three-phase winding. Designed as a direct drive for the rotary table, which is loaded with a relatively high tool weight, the torque motor delivers high torques for turning operations of, for example, 2000 to 3000 Nm, in a speed range of more than 500 rpm. The highly precise and stable fixation of the rotary table in predetermined angular positions required for milling operations is achieved by the properties of such a torque motor, in which a high holding coefficient and thus a rigid fixation of the table top in a predetermined position can be achieved by short-circuiting its windings.
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.According to an advantageous development of the invention, a cooling ring is attached to the inner peripheral wall of the annular rotor, which delimits the annular cooling chamber and has continuous and interrupted ribs on its outer circumference. This cooling ring expediently has approximately the same axial length as the rotor, so that the cooling chamber formed by it extends almost over the entire inner wall of the rotor. The cooling ring can be attached to the lower end face of the rotor, e.g. by screws, by means of an end flange pointing radially outwards.
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 desAccording to a particularly expedient embodiment of the invention, the assembly formed from the annular rotor and the cooling ring is arranged directly below the outer solid bearing ring firmly connected to the table top and is connected to the underside of the
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.Bearing ring is firmly connected. By interposing the outer bearing ring between the lower rotor assembly and the upper table plate, the heat transfer from the rotor to the table plate is further reduced. This effect is further enhanced by the fact that at least one cooling chamber is arranged in the outer solid bearing ring itself, which is acted upon by the coolant and can be designed as part of the coolant channel leading into the rotor cooling chamber.
Weitere Vorzüge und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Werkstücktisches ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages and special features of the workpiece table according to the invention emerge from the following description of an embodiment based on the drawing. They show:
Fig. 1 einen Werkstücktisch im schematischen Axialschnitt,Fig. 1 a workpiece table in schematic axial section,
Fig. 2 eine Hälfte des Werkstücktisches in vergrößertem schematischen Axialschnitt;Fig. 2 one half of the workpiece table in enlarged schematic axial section;
Fig. 3 einen Kühlring in perspektivischer Darstellung.Fig. 3 shows a cooling ring in perspective view.
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.According to Fig. 1, the workpiece table contains a circular, stable base 1 with a central through-hole 2 and a side wall 3, which together with an inner ring wall 4 delimits an annular space 5.
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 DrehlagerungA table top 6 is rotatably mounted on this highly rigid braced substructure 1, in which conventional parallel clamping grooves 7 are formed for receiving the workpiece clamps. For the pivot bearing
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.The table top 6 uses a ring bearing 8 which contains two superimposed ring-shaped rows of rolling elements (balls) 9, each of which is held together in an outer and an inner bearing ring 10, 11.
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 dasIn the annular space 5 of the substructure 1, which forms a console, for example, a torque motor 15 is arranged as a rotary drive for the table top 6, the stator 16 of which is designed in the form of a relatively narrow ring and is fastened to the outer peripheral wall of the annular chamber 5 via a narrow housing ring 17. The housing ring 17 has annular grooves 18 on its outer peripheral surface, into which cooling channels 19 open that can be filled with coolant. In the annular space 5, radially inside the stator 16 fastened to the substructure 2 by the housing ring 17, there is the rotor 20, designed in the form of a relatively narrow ring, which is fastened with its upper end part in an annular recess in the outer bearing ring 10. A cooling ring 21, shown in detail in Fig. 3, is arranged on the inner peripheral wall of the ring-shaped rotor 20, the upper end surface of which rests on the underside of the outer bearing ring 10 and which surrounds the lower end of the rotor 20 with a flange 22. As can be seen in particular from Fig. 3, the inner wall of the cooling ring is smooth and interrupted and continuous cooling ribs 23 are formed on its outer peripheral wall. This cooling ring 21, together with the inner peripheral surface of the rotor 20, defines a cooling chamber 25 which extends almost over the entire axial length of the rotor 20 and is supplied with cooling liquid. The ribs 23 on the cooling ring 21 serve to distribute the coolant flow more evenly. The cooling chamber 25 is connected to the
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.coolant system of the machine. A section 26 of this channel runs in the rotor 20 and opens into the cooling chamber 25. This section 26 is followed by a channel section 27 running in the outer bearing ring 10, which merges into a channel section 28 running in the table top 6. The angled end section 29 is connected via a rotary union 30 to a stationary liquid supply channel 31 which runs in a retaining ring 32 fastened to the base 1.
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.The workpiece table, which is designed for high performance, is equipped with an additional clamping device 33, which has a thin clamping disk 35 screwed to an annular lower projection 34 of the table top 6, which extends radially inward over an annular projection 36 on the substructure 1 and which is pressed against this annular projection 36 for clamping by a hydromechanical pressure generator.
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.In order to achieve the desired cooling effect of the ring-shaped rotor, other components are also suitable in addition to the cooling ring described above, which enable a sufficient flow of coolant to dissipate the heat potential generated in the rotor. Although the arrangement of the rotor 20 shown directly below the outer bearing ring 10 offers particular advantages, a different arrangement can also be selected, whereby the ring bearing 8 and the rotor 20 can be supplied with coolant through separate channels.
Claims (8)
dem Rotor (20) mindestens eine an einen Kühlmittelkanal (26, 27, 28) angeschlossene Kühlkammer (25) zugeordnet. Ist. 1. Workpiece table for milling and turning of workpieces in one clamping with
the rotor ( 20 ) is assigned at least one cooling chamber ( 25 ) connected to a coolant channel ( 26 , 27 , 28 ).
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