CH623258A5

CH623258A5 -

Info

Publication number: CH623258A5
Application number: CH1390477A
Authority: CH
Inventors: Dipl-Masch-Ing Rudol Pavlovsky
Original assignee: Fischer Ag Georg
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1981-05-29
Also published as: DE2838704C3; DE2838704B2; US4222692A; DE2838704A1; IT7869597A0; GB2008451B; SE7811812L; JPS5484669A; GB2008451A; FR2408426A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, mit einem hydraulischen Kolbenantrieb, einem ein Wegmesssystem und ein elektrisch-hydraulisches Servoventil aufweisenden Lagerregelkreis und einem das Werkzeug oder das Werkstück tragenden Schlitten, welcher mittels einstellbaren Lagern verschiebbar oder schwenkbar auf Führungen gelagert ist.

Eine Fräsmaschine mit Tisch-Vorschubeinrichtungen der eingangs genannten Art ist zwar bekannt, jedoch ist hierbei ein stabiler Lagerregelkreis und ein ratterfreies Fräsen damit nur dann erreichbar, wenn die Fräsleistung bzw. die Schnittkräfte im Verhältnis zu den verschiebenden Massen — Schlittengewicht plus Werkstückgewicht - sehr klein ist. Eine jeweils optimale Auslegung der zu bewegenden Massen auf stark veränderliche Schnittkräfte bei unterschiedlichen Werkstük-ken ist hierbei nicht möglich.

Durch die meist spielfrei einstellbaren bzw. vorspannbaren Schwalbenschwanz- und Flachführungen, z. B. mittels eines Keiles, entsteht eine Dämpfwirkung in den Führungen, was zwar die Anwendungsmöglichkeit einer eingangs genannten Vorschubeinrichtung verbessert, auf einen längeren Zeitraum können damit jedoch keine gleichbleibenden bzw. reproduzierbaren Reibungs- und Dämpfungsverhältnisse in den Führungen erreicht werden. Dies ist jedoch für einen stabilen Lagerregelkreis und ratterfreies Fräsen bei einem Vorschubantrieb mit Hydraulikzylinder wichtig. Die Anwendung von speziellen Abstreifern für die Reinhaltung der Führungen verschlechtern diese Verhältnisse ebenfalls.

Es sind zwar Vorschubeinrichtungen, insbesonders bei NC-Werkzeugmaschinen, bekannt, bei welchen durch die Anwendung von durch Elektro- oder Hydraulikmotoren angetriebene Kugel-Umlaufspindeln ein stabiler Regelkreis und ratterfreies Fräsen bei grösseren Leistungen und Verschiebewegen erreicht wird, jedoch sind derartige Vorschubeinrichtungen sehr teuer. Ausserdem sind diese Spindelantriebe gegenüber Staub und Sand sehr empfindlich, wodurch sie für einen Einsatz in Giessereien und Gussputzereien schlecht geeignet sind. Eine vollständig geschlossene Abdeckung des Spindelantriebes mit z. B. Faltenbälgen vergrössert die Baulängen und verringert somit die Starrheit der Maschine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorschubeinrichtung der eingangs genannten Art, welche unter Vermeidung der bisher angeführten Nachteile die Neigung zum Rattern bei stark wechselnden Schnittkräften verringert bzw. beseitigt, einen stabilen Lagerregelkreis gewährleistet und einen Einsatz in stark staubhaltigen Betrieben, wie z. B. Giessereien und Putzereien, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Lehre gelöst. Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist in beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein mit erfindungsgemässen Vorschubeinrichtungen ausgerüstetes Fräsaggregat in einer vereinfachten Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorschubeinrichtung,

Fig. 4 einen vergrösserten Teilausschnitt A der Lagerung von Fig. 2 und

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Fräsaggregat 1 vereinfacht dargestellt, welches mit drei Vorschubeinrichtungen 2a, 2b, 2c versehen ist. Das Fräsaggregat 1 besteht aus einem verschiebbaren Schlitten 3, einem schwenkbaren Gehäuse 4 und einer in diesem Gehäuse 4 verschiebbar gelagerten Pinole 5, welche eine durch einen Motor 6 antreibbare Frässpindel 7 mit einem Fräswerkzeug 8 aufweist.

Der Schlitten 3 ist auf einem Ständer 9 auf als runde Säulenführungen 10 ausgebildeten Längsführungen in Gleitlagern IIa mittels der ersten Vorschubeinrichtung 2a verschiebbar gelagert. Die Vorschubbewegung wird durch einen hydraulischen Kolbenantrieb 12a erzeugt, welcher durch ein an diesem angeordneten, elektrisch-hydraulischen Servoventil 13a gesteuert wird. Am Schlitten 3 ist das Gehäuse 4 an einer

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Schwenksäule 15 in Gleitlagern IIb schwenkbar gelagert. Die kreisbogenförmige Vorschubbewegung um die Schwenksäule 15 wird durch die zweite Vorschubeinrichtung 2b erzeugt, welche einen hydraulischen Kolbenantrieb 12b aufweist, der einerseits an einem Schwenkarm 16 des Gehäuses 4 und anderseits am Schlitten 3 angelenkt ist und mittels eines daran angeordneten Servoventils 13b steuerbar ist.

Für die Schwenkbewegung könnte auch ein kreisbogenförmig arbeitender Drehkolbenantrieb verwendet werden.

Die Pinole 5 ist in dem Gehäuse 4 ebenfalls in Gleitlagern 1 lc gelagert und parallel zur Schwenksäule 15 mittels der dritten Vorschubeinrichtung 2c verschiebbar, wobei diese ebenfalls einen hydraulischen Kolbenantrieb 12c und ein Servoventil 13c aufweist.

Jede der drei Vorschubeinrichtungen ist mit einem Wegmesssystem 14a, 14b, 14c - vorzugsweise einem Linearweggeber - versehen, so dass jeweils ein Lageregelkreis die Vorschubbewegungen kontrolliert. Das Fräsaggregat ist somit in drei verschiedenen Richtungen verschiebbar, wobei die Weginformationen z.B. mittels einer NC-Steuerung erfolgen können. An Stelle des Fräsaggregates könnte auch ein Werkstückaufspanntisch mit den Vorschubeinrichtungen bewegt werden.

Die Gleitlager IIa, IIb, 11c sind jeweils mittels einer Druckeinrichtung 17 in radialer Richtung vorspannbar.

Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein derartiges Gleitlager IIa in Quer- und Längsschnitt in vergrösserter Darstellung.

Eine im Schlitten 3 angeordnete Lagerbüchse 20 um-schliesst die Säulenführung 10, wobei jeweils drei um 120° zueinander versetzte Gleitflächen 21 die Säulenführung 10 berühren. Die Lagerbüchse 20 ist im Schlitten 3 in axialer Richtung durch einen Bund 22 und einen angeschraubten Deckel 23 gehalten. Eine der drei Gleitflächen 21 ist mit einer Bohrung 24 versehen, in welche ein Zapfen 26 eines Druckstückes 25 eingreift. Da das Druckstück 25 in einer zur Säulenachse radialen Bohrung 27 des Schlittens 3 angeordnet ist, entsteht durch den Zapfen 26 eine Verdrehsicherung der Lagerbüchse 20. Das Druckstück 25 wird mit seiner Ringfläche 28 mittels der Druckeinrichtung 17 gegen die Lagerbüchse 20 gedrückt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Druckeinrichtung 17 aus einem mit einem Druckmedium — vorzugsweise Drucköl — beaufschlagbaren Druckkolben 29, dessen Kolbenstange 30 auf das Druckstück 25 drückt. Der Druckkolben 29 ist in einem mit einem Aussengewinde 31 versehenen Zylindergehäuse 32 angeordnet, welches in ein Befestigungsstück 33 eingeschraubt ist. Das Befestigungsstück 33 ist mittels Schrauben 34 und dazwischenliegenden Distanzstücken 35 an dem Schlitten 3 befestigt. An der oberen Stirnseite des Befestigungsstückes 33 ist eine Leitung 36 für das Druckmedium mittels einer Verschraubung 37 angeschlossen.

Die Lagerbüchse 20 ist an der der Bohrung 24 für das Druckstück 25 gegenüberliegenden Umfangsseite mit einem radialen Schlitz 38 versehen, welcher in Längsrichtung der Lagerbüchse 20 durchgehend ist. Durch diesen Schlitz 38 wird die Verformbarkeit der Lagerbüchse 20 verbessert, so dass die Gleitflächen 21 mit geringeren Druckkräften gegen die Säulenführung 10 vorspannbar sind.

Die die Gleitflächen 21 begrenzenden Kanten 45 sind scharfkantig ausgebildet, wodurch diese bei vorgespannter Lagerbüchse 20 gleichzeitig als Abstreifer gegen Staub, Späne, Sand usw. wirken. Zusätzliche, die Reibung unkontrollierbar verändernde Abstreifer bzw. Dichtungen können an den Lagerstellen somit entfallen.

Die Lagerbüchse 20 besteht vorzugsweise aus einer graphithaltigen Bronze und kann somit als trockenlaufendes Gleitlager 11 eingesetzt werden, wobei deren Haftreibungs-Koeffx-zient höchstens 25% grösser ist als der Gleitreibungs-Koeffizient, der bei ca. 0,1 liegt. Diese trockenlaufenden Gleitlager gewährleisten über lange Betriebszeiten gleichbleibende Rei-5 bungswerte, wobei durch die mittels des Druckkolbens 29 erzeugbare, einstellbare Vorspannung der Lagerbüchse 20 ein reproduzierbarer, einstellbarer bzw. regelbarer Verschiebewiderstand der Vorschubeinrichtung 2 erreicht wird.

Für einen stabilen Lagerregelkreis und ratterfreies Fräsen 10 ist es erforderlich, dass der Verschiebewiderstand der Vorschubeinrichtung 2 mindestens gleich, vorzugsweise zweimal so gross als die auftretende Schnittkraft durch das Fräswerkzeug 8 ist.

15 Wie aus der schematischen Darstellung einer Vorschubeinrichtung 2, in Fig. 3 ersichtlich, ist in der Leitung 36 für die Zuleitung des Druckmediums zu den Druckkolben 29 an den Gleitlagern 11 ein Druckeinstellventil 39 angeordnet, mittels welchem der Verschiebewiderstand eingestellt werden kann.

20 Das für die Steuerung des Kolbenantriebes 12 erforderliche Servoventil 13 ist durch eine Leitung 40 mit einem weiter nichtdargestellten Druckerzeuger — vorzugsweise eine Regelpumpe — verbunden, wobei die Zuleitung 36 von einem getrennten Druckerzeuger oder entsprechend der strichpunktier-2S ten Zuleitung 41 beide Leitungen 36 und 40 von einem gemeinsamen Druckerzeuger gespeist werden.

Das elektrisch steuerbare Servoventil 13 ist mit einer Steuerung 42 wirkverbunden, wobei ein Messkopf 43 des 30 Wegmesssystems 14 ebenfalls zwecks dem Soll-Istwert-Ver-gleich mit der Steuerung 42 wirkverbunden ist. Die Dateneingabe in die Steuerung 42 für die Verstellwege des Schlittens 3, des Gehäuses 4 oder der Pinole 5 kann z. B. durch einen Lochstreifenleser 44 erfolgen.

35 Die Kolbenfläche des Kolbenantriebes 12 ist so gross zu wählen, dass bei dem maximal einstellbaren Druck die Vorschubkraft am Schlitten mindestens das Zweifache, vorzugsweise das Vierfache der maximalen Schnittkraft bei grösster Fräserleistung beträgt, wenn, wie bereits beschrieben, der 40 Verschiebewiderstand z. B. das Doppelte der Schnittkraft beträgt.

Dies ergibt einen genügend starren und dabei noch empfindlichen Vorschubantrieb, was die Anwendung eines Lager-45 regelkreises bei rasch wechselnden Schnittkräften ermöglicht.

Wird an Stelle eines handeinstellbaren Druckeinstellventils 39 ein elektrisches Druckeinstellventil 39 verwendet, ist es möglich, den Verschiebewiderstand automatisch abhängig von der Fräserleistung bzw. der Schnittkraft zu regeln, wobei das Ventil 39 abhängig von der gemessenen Fräserleistung bzw. Schnittkraft verstellt wird. Diese Regelung vermeidet, dass unnötig Energie in Reibungsenergie und somit in Wärme umgewandelt wird. Dabei wird auch eine unnötige Abnützung der Gleitlager vermieden.

Für eine vereinfachte Ausführung der Vorschubeinrichtung kann auch an Stelle der hydraulischen Druckerzeugung in den Gleitlagern eine mechanische Druckeinrichtung 17, z.B. bestehend aus mit Schrauben oder Exzenter einstellbaren Teller-60 federn, angewendet werden.

Die erfindungsgemässe Vorschubeinrichtung, bei welcher die Vorschubbewegung durch einen hydraulischen Kolbenantrieb erzeugt wird und durch einen Lagerregelkreis gesteuert wird, kann auch bei rasch wechselnden und grossen Schnitt-65 kräften verwendet werden, ohne dass ein Fräserbruch durch Rattern oder ein unstabiler oder ungenauer Regelkreis zu befürchten ist. Durch die Einstellbarkeit des Verschiebewiderstandes kann auf grosse, unveränderliche, zu verschiebende

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Massen verzichtet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit eines derartigen Antriebes erhöht wird. Dies wird durch die vorspannbaren, trocken laufenden Gleitlager ermöglicht, die gleichbleibende Reibungsverhältnisse mit einer Dämpfwirkung aufweisen. Ein Einsatz in staubreichen Betrieben besonders mit Flugsand ist trotz Verzicht auf spezielle Dichtungen an den Führungen gewährleistet. Die Abstreifwirkung der Kanten von angedrückten Gleitflächen der Gleitlager verhindert nach einer kurzen Einlaufzeit das Eindringen des Staubes zwischen die 5 Gleitflächen und Führungen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, mit einem hydraulischen Kolbenantrieb, einem ein Wegmesssystem und ein elektro-hydraulisches Ser-voventil aufweisenden Lagerregelkreis und einem das Werkzeug oder das Werkstück tragenden Schlitten, welcher mittels einstellbaren Lagern verschiebbar oder schwenkbar auf Führungen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager trocken laufende Gleitlager (11) sind, welche mit mindestens einer selbstnachstellenden Druckeinrichtung (17) versehen sind, mittels welcher ein Verschiebewiderstand bzw. Ver-schwenkwiderstand einstellbar ist, der mindestens der Grösse der max. auftretenden bzw. gemessenen Schnittkraft entspricht.

2. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) einen Druckkolben (29) aufweist, welcher mit einem im Druck einstellbaren Druckmedium beaufschlagbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Druckmediums abhängig von der auftretenden Schnittkraft regelbar ist.

4. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) einstellbare Federn

— vorzugsweise Tellerfedern — aufweist.

5. Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen als runde Säulenführungen (10, 15) ausgebildet sind und die Gleitlager (11) Lagerbüchsen (20) sind, welche drei um nahezu 120° zueinander versetzte Gleitflächen (21) aufweisen, wobei die Druckeinrichtung (17) in radialer Richtung auf eine der drei Gleitflächen (21) wirkt.

6. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (20) mit einem radialen, in Längsrichtung der Lagerbüchse (20) durchgehenden Schlitz (38) versehen ist.

7. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) auf ein mit einem Zapfen (26) versehenes Druckstück (25) wirkt, wobei der Zapfen (26) in eine Bohrung (24) der Lagerbüchse (20) eingreift.

8. Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (11) aus einer graphithaltigen Bronze besteht, deren Haftreibungswert höchstens 25% grösser ist als der Gleitreibungswert.

9. Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitflächen (21) der Gleitlager (11) mit scharfen Kanten (45) begrenzt sind, welche als Abstreifer wirken.

10. Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebewiderstand der Grösse der ein- bis zehnfachen, vorzugsweise der zwei- bis fünffachen Schnittkraft entspricht.