VON WERKZEUG- MASCHINEN BAUTEILE

Transkript

1 Hochgenauigkeitsschrägkugellager werden an Hauptspindeln eingesetzt, an deren Rundlaufgenauigkeit höchste Anforderungen gestellt werden: Schleif-, Feinbohr-, Feindreh- und Feinfräsmaschinen. Bild zeigt die Genauigkeits-Senkrechtfräsmaschine durch Hochgenauigkeitsschrägkugellager. Bild Genauigkeits-Senkrechtfräsmaschine durch Hochgenauigkeitsschrägkugellager. Die radiale Steifigkeit der Hochgenauigkeitsschrägkugellager ist relativ klein, deshalb werden meistens Mehrfachanordnungen mit zwei, drei und vier Lagern verwendet (Bild 6.3-8). Bild Mehrfachanordnung für Hochgenauigkeitsschrägkugellager. a. Zwei Lager in O-Anordnung b. Zwei Lager in Tandem-Anordnung stehen zum dritten in O-Anordnung c. Drei Lager in Tandem-Anordnung stehen zum vierten in O-Anordnung 620 Ein Satz mit zwei Lagern in O-Anordnung (Bild a) wird für leichte, überwiegend axiale Kräfte und hohe Drehzahlen als zwei vordere Lager verwendet. Beispiel: Schleifspindeln. Ein Satz mit zwei Lagern in Tandem-Anordnung, die zum dritten in O-Anordnung stehen (Bild b) wird für mittlere axiale Kräfte und mittlere Drehzahlen als drei vordere Lager verwendet. Beispiel: Feinbohrspindeln. Ein Satz mit drei Lagern in Tandem-Anordnung, die zum vierten in O-Anordnung stehen (Bild c) wird für größere axiale Kräfte und mittlere Drehzahlen als vier vordere Lager verwendet. Beispiel: Feindreh- und Feinfrässpindeln. Die Hochgenauigkeitsschrägkugellager werden als Satz mit zwei, drei oder vier Lagern mit gewünschtem Berührungswinkel und gewünschter Vorspannung bestellt und zusammen eingebaut. Außer in Tandem- und in O-Anordnungen können die Lager in X-Anordnung nebeneinander gesetzt werden. In Bild sind verschiedene Anordnungen und verschiedene Berührungswinkel der Schrägkugellager dargestellt. Die Lager in Bild a, b, c zeigen drei verschiedene Mehrfachanordnungen vor dem Einbau in die Hauptspindel. Die vom Lagerhersteller paarweise gelieferten Lager haben am Innen- oder Außenring das Spiel x. Dieses Spiel wird bei der Montage entweder durch Muttern oder durch stirnseitig geschliffene Distanzbuchsen, auf die gewünschte Vorspannung überbrückt.

2 6.3 Hauptspindeln Bild Verschiedene Anordnungen und verschiedene Berührungswinkel der Schrägkugellager. a. Tandem-Anordnung b. O-Anordnung c. X-Anordnung d. Axiale Federung des Lagers als F a x Funktion der Axialkraft für verschiedene Berührungswinkeln der Schrägkugellager Bild d zeigt die axiale Federung des Lagers als Funktion der Axialkraft F a für verschiedene Berührungswinkel der Schrägkugellager. Die Lager werden mit den folgenden Berührungswinkeln geliefert: Für niedrige Axialkräfte, höchste Drehzahlen und höchste Laufgenauigkeit: =12, für mittlere Axialkräfte und mittlere Drehzahlen: =15 Grad und =18 Grad, für höhere Axialkräfte und mittlere Drehzahlen: =25 Grad. F a Für die gleiche Axialkraft ergeben sich verschiedene axiale Federungen des Lagers x. Die axiale Federungen des Lagers bei =12 Grad ist etwa doppelt so groß wie die axiale Federungen des Lagers bei =18 Grad. Das heißt: Die Steifigkeit des Lagers bei =12 Grad beträgt etwa die Hälfte der Steifigkeit des Lagers bei =18 Grad. Die Schrägkugellager werden in folgenden Vorspannungsklassen geliefert: Leichte Vorspannung, mittlere Vorspannung, starke Vorspannung. Bei der in Bild dargestellten Genauigkeits-Senkrechtfräsmaschine durch Hochgenauigkeitsschrägkugellager werden an der Abtriebsseite zwei Lager in O-Anordnung nach Bild a eingebaut. Bei der in Bild dargestellten Lagerung eines Waagerecht-Bearbeitungszentrums wird an der vorderen Abtriebsseite ein Satz mit fünf Lagern eingebaut. x Bild Lagerung eines Waagerecht- Bearbeitungszentrums durch Hochgenauigkeitsschrägkugellager. An der vorderen Abtriebsseite befinden sich drei Lager in Tandem-Anordnung, die zum vierten und fünften Lager in O-Anordnung stehen. Diese Mehrfachanordnung unterscheidet sich von der in Bild c dargestellten 621

3 Anordnung in der Anzahl der Lager (in Bild befinden sich fünf, in Bild c vier Lager). An der hinteren Antriebsseite befindet sich ein Rillenkugellager. Bild zeigt die Hauptspindel einer Senkrechtfräsmaschine, die radial an der Antriebs- und Abtriebsseite durch zweireihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung, axial durch Axialschrägkugellager gelagert ist. Diese Lagerung ist für höhere Drehzahlen geeignet. Bild Senkrechtfräsmaschine durch zweireihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung und Axialschrägkugellager. Zweireihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung haben im vorgespannten Zustand eine hohe radiale Steifigkeit und eine hohe Rundlaufgenauigkeit. Durch die axiale Verschiebung des konischen Innenrings ist es möglich, das radiale Spiel einzustellen und die gewünschte Vorspannung zu erreichen. Sie werden für mittlere Drehzahlen und mittlere und hohe Belastungen angewandt. Bei der in Bild dargestellten Hauptspindel einer Feinbohrmaschine wird die Hauptspindel radial an der Antriebs- und Abtriebsseite durch zweireihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung, axial durch ein Axialrillenkugellager gelagert. Bild Feinbohrmaschine durch zweireihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung und Axialrillenkugellager. Diese Lagerung ist für größere Axialkräfte und mittlere Drehzahlen geeignet, da die Axialrillenkugellager für größere Kräfte aber nicht für so hohe Drehzahlen wie die Axialschrägkugellager konzipiert sind. 622

4 6.3 Hauptspindeln Für die höchsten radialen und axialen Tragfähigkeiten und Steifigkeiten und niedrigere Drehzahlen werden Kegelrollenlager verwendet. Mit diesen Lagern ist es möglich, das axiale Spiel und die Vorspannung einzustellen. Bei großen Kräften und höheren Drehzahlen wird eine relativ große Wärme entwickelt, da die kegeligen Rollen außer der rollenden auch gleitende Reibleistung erzeugen, die eine Spieländerung verursachen kann. Deshalb werden die Kegelrollenlager hauptsächlich für große Kräfte und niedrige Drehzahlen verwendet. Bild zeigt die Drehmaschine durch Kegelrollenlager. Das hintere Lager ist ein zweireihiges Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung. Bild Drehmaschine durch Kegelrollenlager Schmierung und Wellendichtung Wälzlager werden geschmiert durch: Fettschmierung Ölbadschmierung Ölumlaufschmierung Tropfölschmierung Ölnebelschmierung Öleinspritzschmierung Die Fettschmierung wird bei niedrigen Drehzahlen und mäßigen Belastungen angewendet und wenn keine Kühlung des Lagers durch das Schmiermittel erforderlich ist. Die Fettschmierung wird oft für die Hauptspindellagerung von Werkzeugmaschinen angewandt. Da die Schmierfähigkeit eines Fettes im Laufe der Zeit abnimmt, muss das Fett immer wieder erneuert werden. Die Schmierfristen t f sind von der Drehzahl n, vom Lagerinnendurchmes- ser d und von der Lagerart abhängig. Nach den Unterlagen der Lagerfirma SKF hat ein zweireihiges Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung, Lagerinnendurchmesser d=100 mm bei den Drehzahlen: n=500 min -1 eine Schmierfrist von t f = 8000 Betriebsstunden, n=1000 min -1 eine Schmierfrist von t f = 3800 Betriebsstunden, n=3000 min -1 eine Schmierfrist von t f = 550 Betriebsstunden. Ein einreihiges Rillenkugellager mit Lagerinnendurchmesser d = 100 mm hat bei den Drehzahlen: 623

5 n=500 min eine Schmierfrist von t Betriebsstunden, = n=1000 min eine Schmierfrist von t Betriebsstunden, = 6200 n=3000 min eine Schmierfrist von t Betriebsstunden. = 1100 In den Lagerfirmen-Katalogen (SKF, FAG) sind die Schmierfristen für verschiedene Lagerarten für die Lagerinnendurchmesser d von 10 bis 280 mm, für die Drehzahlen n von 200 bis min aufgestellt. -1 Die Ölbadschmierung ist eine einfache Schmierungsart, die bei großen Werkzeugmaschinen älterer Bauart zu finden ist. Sie ist für niedrige Drehzahlen und große Belastungen geeignet und wird für die Lagerung großer und hochbelasteten Maschinen angewandt, da mit dieser Schmierung eine Kühlung des Lagers erreicht wird. Der Ölraum muss reichlich bemessen sein, der Ölstand soll bis zur Mitte des untersten Wälzkörpers reichen. Bei dieser Schmierungsart ist normalerweise ein jährlicher Ölwechsel erforderlich. Die Ölumlaufschmierung ist ebenfalls eine einfache Schmierungsart und nur noch bei Werkzeugmaschinen älterer Bauart zu finden. Das Öl wird durch eine Pumpe bis zu einer höher gelegenen Öltasche gefördert, von wo aus das Öl zu den niedriger liegenden Lagern fließt. Der Ölzulauf und der Ölablauf werden so angebracht, dass das Öl durch die Lager fließen muss. Zur Kühlung wird der Ölumlauf verstärkt, alle Zu- und Rücklaufkanäle müssen in diesem Falle dementsprechend reichlich bemessen werden. Im Umlaufsystem werden leistungsfähige Ölfilter vorgesehen, damit die Lager gegen Verunreinigung geschützt sind. Bei der Tropfölschmierung wird das Öl den Lagern tropfenweise mit Hilfe eines pneumatischen Tropfschmiergerätes zugeführt. Die Ölmengen werden an diesem Gerät je nach der Schmierleistung genau von 1 bis 100 Gramm je Stunde eingestellt. Der Ölverbrauch ist sehr niedrig, da überschüssiges Öl zum Gerät zurückgeführt wird. Die Ölnebelschmierung wird häufig an den schnelllaufenden Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen angewandt, da hier eine ununterbrochene Schmierung mit kleinen und genau dosierbaren Ölmengen erforderlich ist. Der Ölnebel, der aus feinverteiltem Öl und Luft besteht, wird unter Druck der Schmierstelle zugeführt, wo das Öl ganz oder teilweise ausgeschieden wird. Die Abdichtung des Lagergehäuses bewirkt, dass der Luftstrom durch die Dichtspalte nach außen dringt und die Lager vor Verunreinigung schützt. Das Ölnebelschmiersystem besteht aus einem Ölzerstäuber, Hauptleitung, dem Verteiler, Einzelleitungen und Spritzverschraubungen. Die Öleinspritzschmierung wird für schnelllaufende Spindeln verwendet. Das Öl wird den Lagern mit Hilfe des Ölstrahlers durch Düsen zugeführt. Da die Lager, die für hohe Drehzahlen ausgelegt sind mit Massivkäfigen ausgerüstet werden, verbleibt im Lager nur ein sehr kleiner freier Querschnitt, so dass das Öl nur schwierig in die Lager gebracht werden kann. Deshalb wird das Öl durch Ölstrahler mit einer Geschwindigkeit von mindestens 15 m s in den Spalt zwischen Käfig und Lagerring gespritzt. -1 Für die Ölschmierung wird bei normalen Betriebsverhältnissen ein Öl mit der Viskosität von 15 bis 32 mm s bei 40, das entspricht der Ölvisko- 2-1 o C sitätsklasse ISO VG 15, ISO VG 22 und ISO VG 32. Für Spindeln mit sehr hohen Drehzahlen ist ein dünnflüssigeres Öl, z. B. ISO VG 7 und ISO VG 10 erforderlich. 624