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Dokumentenidentifikation DE3328224C2 25.10.1990
Titel Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine
Anmelder Kabushiki Kaisha Okuma Tekkosho, Nagoya, Aichi, JP
Erfinder Kuwabara, Kiyokazu, Gifu, JP;
Chiyoda, Takahiro, Inuyama, Aichi, JP
Vertreter Jung, E., Dipl.-Chem. Dr.phil.; Schirdewahn, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Gernhardt, C., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 04.08.1983
DE-Aktenzeichen 3328224
Offenlegungstag 05.07.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.1990
IPC-Hauptklasse B23Q 1/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken durch Drehung der Spindel, an deren Ende ein Werkzeug in einer konischen Werkzeugaufnahme befestigbar ist.

Wenn Werkstücke mit einer Werkzeugmaschine, einem Bearbeitungszentrum usw. spanabhebend bearbeitet werden, wirkt die Schneidkraft auf das Werkzeug selbst ein und bewirkt eine geringfügige relative Verschiebebewegung an den Flächen, an denen sich das Werkzeug und die Hauptspindel in Kontakt befinden. Wenn die Schneidkraft groß ist, bewirkt die relative Verschiebebewegung auf der Kontaktfläche zwischen dem Werkzeug und der Spindel einen Abrieb, der als Reibkorrosion bzw. -oxidation bezeichnet wird. Der Abrieb führt zuerst zu einer Oxidation der Oberfläche und dann zu einem Ermüdungsbruch.

Bislang wurden zur Verhinderung des Abriebs verschiedene Maßnahmen getroffen, indem beispielsweise geeignetes Material für die Spindel ausgewählt wurde oder indem die Arbeitsweise der Wärmebehandlung und Vergütung verbessert wurde. Es ist auch bekannt, die Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme mit einem Gleitmittel zu behandeln. Die jüngste Entwicklung bei der Bearbeitung macht eine größere Schneidkraft erforderlich, und wenn ein Schaft- oder Fingerfräser an der Spindel für den Arbeitsbetrieb befestigt ist, kann der Tisch, auf dem das Werkstück angebracht ist, als Gegenreaktion zur pressenden Kraft auf das Werkzeug angehoben werden. Unter solchen Bedingungen werden die herkömmlichen Verhütungsmaßnahmen gegen die Reibkorrosion unwirksam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine derart auszuführen, daß das Auftreten von Reibkorrosion verhindert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken durch Drehung der Spindel, an deren Ende ein Werkzeug in einer konischen Werkzeugaufnahme befestigbar ist, gemäß der Erfindung dadurch, daß die Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme mit einer dauerhaften Beschichtung versehen ist.

Es ist gefunden worden, daß mit einer dauerhaften Beschichtung der Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme das Auftreten von Reibkorrosion als Folge von relativer Verschiebebewegung zwischen Spindel und Werkzeug vermieden wird.

Es sind Bohrwerkzeuge aus Hartmetall bekannt, die dazu dienen, aus Kunstharz mit Glasgewebeeinlagen hergestellte Werkstückplatten, insbesondere von kupferkaschierten, glasfaserverstärkten Epoxydharzplatten (CH-PS 5 66 183) bzw. Grundplatten für gedruckte Schaltungen (DE-OS 23 57 134) zu bearbeiten. Um bei dieser Anwendung der Bohrwerkzeuge insbesondere eine Verschlechterung der Bohrlochqualität als Folge von Verkratzen und Verschmieren der Innenfläche des herzustellenden Loches zu verhindern, ist das Bohrwerkzeug mit einer Hartbeschichtung aus Titanmonoxyd (CH-PS 5 66 183) bzw. einem Überzugsfilm aus einem Edelmetall (DE-OS 23 57 134) versehen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Spindelkopfes, der die konische Werkzeugaufnahme umfaßt, und

Fig. 2 eine strukturelle Schnittansicht einer Spindel, an der ein Schneidwerkzeug für einen automatischen Werkzeugwechsler angebracht ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist am Ende einer Hauptspindel 1 einer Werkzeugmaschine ein Werkzeug 10 befestigt. Die Hauptspindel 1 wird für den Schneidbetrieb und dergleichen über Lager 3 und 4 um ein feststehendes Teil 5 zusammen mit dem Werkzeug 10 gedreht. Die konische Werkzeugaufnahme 6 der Spindel 1 weist an der Innenfläche eine Beschichtung 2 auf.

Die konische Werkzeugaufnahme 6 ist am Zentrum des Endes der Spindel 1 vorgesehen, um das Werkzeug während der Bearbeitung aufzunehmen. Ein Keil 7 ist an der Endfläche der Spindel 1 verschraubt, um das angebrachte Werkzeug zu sichern und zu verhindern, daß sich dieses dreht. Eine einheitliche bzw. gleichmäßige Beschichtung 2, die eine Dicke von einigen µm (ungefähr 2 bis 3 µm) hat, ist auf der gesamten Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme 6 gebildet. Fig. 2 zeigt die Art und Weise, in der das Werkzeug 10 für einen automatischen Werkzeugwechsler (ATC) in der konischen Werkzeugaufnahme 6 der Spindel 1 angebracht ist. Das Werkzeug 10 ist fest gegen die Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme 6 bzw. gegen die Beschichtung 2 gepreßt, indem ein Montageteil 11 in Richtung des Pfeils von dem rückwärtigen Ende des Werkzeugs 10 weg gezogen wird. Weiterhin ist das Werkzeug 10 mit einer Keilnut 12 versehen, die mit dem Keil 7 in Eingriff treten soll, wodurch sich das Werkzeug 10 in der konischen Werkzeugaufnahme 6 der Spindel 1 während der Bearbeitung nicht drehen kann.

Als Beschichtungsmaterial werden ein weicher Überzug bzw. eine weiche Plattierung aus Gold und ein harter Überzug aus TiC oder TiN vorgeschlagen. Gold weist ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf Verformbarkeit, Duktilität, Streckbarkeit, Hämmerbarkeit und Widerstand gegen Oxidation, Korrosion und Abrieb auf und wurde daher lange Zeit in zahlreichen Gebieten, z. B. für Münzen, Schmuck, Verzierungen und Verwendungen in der Dentaltechnik, verwendet. Ein Goldüberzug wurde hauptsächlich für Dekorationszwecke verwendet und nicht so sehr als Material zur Verhinderung von Abrieb einer Werkzeugmaschine. Um die konische Werkzeugaufnahme 6 der Spindel 1 zu beschichten, muß die Werkzeugaufnahme 6 zuerst den herkömmlichen Verarbeitungsvorgängen des Schneidens, der Wärmebehandlung und des Schleifens unterworfen werden. Dann wird auf der durch Schleifen geglätteten Innenfläche der Werkzeugaufnahme 6 die Beschichtung aufgebracht. Es ist möglich, eine gleichmäßige und glatte Beschichtung mit einer Dicke von einigen µm zu erhalten. Überdies ist Gold anschmiegsamer und adaptierbarer an Eisen: Goldmoleküle diffundieren und dringen in Eisenmoleküle ein, um ein Wegbrechen zu verhindern. Aufgrund des geringen Reibungskoeffizienten erzeugt die durch starkes Schneiden bewirkte relative Verschiebebewegung zwischen der Innenfläche der Werkzeugaufnahme 6 der Spindel 1 und dem Werkzeug 10 eine sehr kleine Reibungskraft, und dies bewirkt wiederum eine geringe Hitzeerzeugung und somit keine Oxidation. Es gibt daher keine Reibkorrosion. In dem Fall, daß eine TiC-Beschichtung verwendet wird, wird die gesamte Oberfläche der Grundspindel durch ein chemisches Aufdampfverfahren beschichtet, um eine Beschichtung von etwa 10 bis 15 µm Dicke zu erhalten. Eine TiC-Beschichtung besitzt eine extrem hohe Härte von 3800 HV mit großem Korrosions- und Abriebwiderstand. Sie ist auch in hohem Maße gegen Abplatzen und Abreißen beständig, da die Beschichtung chemisch mit dem Muttermaterial verbunden ist. Dies hilft, die Reibkorrosion zu verhindern. Anstelle der TiC-Beschichtung kann eine TiN-Beschichtung verwendet werden. Da die TiN-Beschichtung bei einer Temperatur behandelt wird, die niedriger als bei der TiC-Beschichtung ist, kann eine Deformation der Spindel als Muttermaterial herabgesetzt werden.

Ein Silberüberzug kann auch anstelle des Goldüberzugs verwendet werden. Letzterer hat Eigenschaften, die ähnlich wie die von festem Schmiermittel sind, und ist daher in hohem Maße gegen Abrieb und Wasser beständig. Letzterer ähnelt von den Eigenschaften her einem Goldüberzug, ist aber geringfügig niederwertiger, da er durch Wasser und Luft rostig wird.

Für eine harte Beschichtung werden VC (Vanadiumcarbid), Nb-C (Niobcarbid), CrC (Chromcarbid) etc. neben TiC und TiN vorgeschlagen. Die letzteren VC- und NbC-Beschichtungen weisen eine größere Härte und einen größeren Widerstand gegen Korrosion und Abblättern auf. Überdies besitzen sie einen geringen Reibungskoeffizienten und gute Gleiteigenschaften. Sie besitzen auch eine gute Affinität zu Kohlenstoffstahl. CrC weist einen besseren Korrosionswiderstand auf, obwohl dieser Überzug eine geringfügig schlechtere Härteeigenschaft aufweist.


Anspruch[de]
  1. 1. Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken durch Drehung der Spindel, an deren Ende ein Werkzeug in einer konischen Werkzeugaufnahme befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der konischen Werkzeugaufnahme (6) mit einer dauerhaften Beschichtung (2) versehen ist.
  2. 2. Hauptspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus einem Goldüberzug hergestellt ist.
  3. 3. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus TiC hergestellt ist.
  4. 4. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus TiN hergestellt ist.
  5. 5. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus einem Silberüberzug hergestellt ist.
  6. 6. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus VC hergestellt ist.
  7. 7. Hauptspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) aus CrC hergestellt ist.






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