CH659608A5 - Werkzeugmaschinenstaender. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugmaschinenständer, der sich für eine hochpräzise Bearbeitung von Werkstücken eignet.

Um eine Bearbeitung eines Werkstückes z.B. das Schleifen einer planen Fläche mit hoher Präzision durchzuführen,

ist es wesentlich, dass das Werkstück genau und wiederholbar in eine vorbestimmte Lage und Ausrichtung bezüglich eines Schneidwerkzeuges eingestellt werden kann. Diese Präzision muss während der Bearbeitung einer Anzahl von Werkstücken aufrechterhalten werden. Früher wurden dazu im wesentlichen teure und komplizierte Messeinrichtungen angewendet, um eine solche Einstellgenauigkeit zu erreichen. Ausserdem führte die Einstellung jedes Werkstückes zu einem grösseren Zeitaufwand, was weiter zu längeren Bearbeitungszeiten führte.

Um eine Bearbeitung eines Werkstückes mit sehr hohem Genauigkeitsgrad durchzuführen, müssen folgende vier Bedingungen grundsätzlich erfüllt sein:

1) Verbesserung des Bearbeitungsverfahrens.

2) Verbesserung der Genauigkeit in der Führung der verschiedenen in der Maschine enthaltenen Elemente.

3) Verbesserung der Starrheit oder Steifheit des Vorschubsystems, welches bei der Bearbeitung des Werkstückes das Werkzeug gegen dieses drückt.

4) Sicherstellung der stabilen Lage des Werkstückes in bezug auf Schwingung und Erwärmung.

Nachfolgend werden die Bedingungen einzeln erläutert. Zur Verbesserung des Bearbeitungsverfahrens war es bisher allgemeine Praxis, die Werkzeugspindel einer Schleifmaschine (z.B. einer Schleifmaschine mit vertikal angeordneter Werkzeugspindel) in einem Kugellager zu lagern. Die Anwendung einer solchen Lagerung ergibt eine geringe Lagegenauigkeit für die Werkzeugspindel und folglich für das Schneidwerkzeug in vertikaler Richtung. Dies führt zu einer Herabsetzung der Bearbeitungsgenauigkeit. Bei solchen Lagerungen ist es ausserdem schwierig die auf das Werkstück einwirkenden Bearbeitungskräfte genau zu steuern. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, bei der der Werkzeugkopf, in welchem sich die Werkzeugspindel dreht, in einem Drucklager gelagert ist, das an der Vorschubspindel, mit der der Werkzeugkopf nach oben oder nach unten verstellbar ist, vorgesehen ist. Eine Belastungs-kompensationseinrichtung ist mit dem Werkzeugkopf gekoppelt, die durch den innerhalb dieses Drucklagers auftretenden Druckdifferenzen gesteuert wird, um das Gewicht des Werkzeugkopfs wirksam aufzunehmen. Auf diese Weise wird die Positionierung in vertikaler Richtung durch die Drehung der Vorschubspindel sehr genau bestimmt, weil tatsächlich kein Gewicht auf den Gewindegängen (und somit auf einem Ölfilm auf diesen) der Vorschubspindel lastet.

Die Anwendung dieses Systems erlaubt es, den Wert der Werkzeugspindelabweichung auf weniger als 0,1 Mikron zu halten, selbst wenn die Vorschubgeschwindigkeit in der Grössenordnung von 1 m/min. liegt. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine wesentlich höhere Produktivität bei sehr hoher Bearbeitungsgenauigkeit, als dies bei bekannten Schleifmaschinen bisher möglich war.

Zur Verbesserung der Genauigkeit in der Führung der Werkzeugspindel wird bei der vorliegenden Erfindung eine unter Druck gehaltene Führungseinrichtung verwendet, bei der die Drucklager entlang dem Werkstückschlitten angeordnet sind. Der Werkstückschlitten liegt quer zu einer Kreuzschlittenführungsfläche, über welcher ein drehbarer Werkstückschlitten montiert ist. Bei bekannten Schleifmaschinen ist der Werkzeugkopf im allgemeinen senkrecht verschiebbar angeordnet und zwar durch manchmal als dynamische Führungsflächen bezeichnete Mittel. Eine gegenüberliegend geführte Fläche am Werkzeugkopf gleitet bezüglich einer Führungsfläche über einen Schmiermittelfilm aus Öl oder Fett, um eine glatte Verschiebung des Kopfes in der vertikalen Richtung zu erhalten. Der zwischen der Führungsfläche und der gegenüberliegenden geführten Fläche vorhandene Schmiermittelfilm selbst hat nicht die Fähigkeit,

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

659 608

den Werkzeugkopf zwangsweise zu führen und somit eine Neigung der Drehachse der Werkzeugspindel aus der Senkrechten zu verhindern. Wirkt ein Kippmoment auf den Werkzeugkopf ein, weil äussere Kräfte wegen der Bearbeitungsgänge oder einer Verschiebung des Schwerpunktes des Werkzeugkopfes auftreten, tritt somit ein unzulänglicher Widerstand auf dieses Kippmoment auf. Der Werkzeugkopf wird sich deshalb um einen Wert neigen, der durch die Breite des Spaltes zwischen den Führungsflächen bestimmt wird. Dadurch wird die Ausrichtung des Schneidwerkzeuges bezüglich des Werkstückes unstabil und die Bearbeitungsgenauigkeit herabgemindert. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Verbundführungsanordnung angewendet. In diesem Fall dient mindestens eine an den Ständern ausgebildete Führungsfläche als eine Referenzführungsfläche, wobei ein dünner Film eines Schmiermittels unter hohem Druck zwischen die Referenzführungsfläche und der dieser gegenüberliegenden geführten Fläche eingedrückt. Ein genügender Reibungswiderstandswert wird zwischen dieser Führungsfläche und der gegenüberliegenden geführten Fläche entwickelt, um bei den Bearbeitungsgängen als entgegengesetzte auf die Werkzeugspindel einwirkende Kräfte zu wirken, während der dünne Schmiermittelfilm gleichzeitig die in der senkrechten Richtung zu erzielende glatte Verschiebung des Werkzeugkopfes ermöglicht. An den Ständern sind ferner eine Mehrzahl von weiteren Führungsflächen vorgesehen, die am Werkzeugkopf ausgebildeten geführten Flächen gegenüberliegen und die als statische Druckführungseinrichtung wirken, wobei ein Fluid mit konstantem Druck zwischen diese Führungsflächen und geführte Flächen einge-presst wird. Durch diesen Fluidfluss werden Kräfte entwik-kelt, um jeder Neigung des Werkzeugkopfes entgegenzuwirken, so dass die Werkzeugspindel während dem Hochfahren und Absenken des Werkzeugkopfes genau senkrecht ausgerichtet bleibt und zwar unabhängig von den während einer Bearbeitung einwirkenden Kräfte. Gleichzeitig dient der Fluidfluss dazu, eine Berührung der Führungsflächen und geführten Flächen zu verhindern, so dass zwischen diesen geführten Flächen ein vernachlässigbarer Reibungswiderstand entsteht.

Die an der Werkzeugspindel vorgesehenen Drucklager und das dadurch gesteuerte Lastkompensationssystem dienen einer deutlichen Verbesserung der Starrheit des Vorschubsystems. Bei einem bekannten System, das ein derartiges Drucklager nicht hat, tritt ein gewisses Spiel in der Vorschubeinrichtung für den Werkzeugkopf auf und zwar wegen der Schmiermittelschicht in dem Gewinde und wegen der Tatsache, dass das durch das Gewinde aufzunehmende Gewicht des Werkzeugkopfes beträchtlich ist und folglich auf die Schmiermittelschicht im Gewinde einwirkt. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine vernachlässigbare Last auf die Gewindespindel einwirken, weil, wie vorstehend beschrieben, das gesamte Gewicht des Werkzeugkopfes durch eine Betätigungsstange getragen wird, die durch ein Lastkompensationssystem (im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine hydraulische Feedback-Schleife) gesteuert wird. Dadurch wird ein extrem «steifer» und starrer Vorschubmechanismus geschaffen.

Was die stabile Bearbeitungsgenauigkeit in bezug auf Vibration und Wärme betrifft, ist zu beachten, dass elektrische Motore zum Antreiben des Mechanismus angewendet werden, welche eine extrem niedrige Schwingung verursachen. Diese Motore sind über elastische Kupplungen mit den Antriebsgliedern so verbunden, dass ein auf diese Weise vernachlässigbare Schwingung der Motorabtriebswelle direkt auf die Antriebsglieder übertragen wird. Bezüglich der Erwärmungsprobleme der Betriebstemperatur der Schleifmaschine, wird im wesentlichen durch die Temperatur des

Schmieröles bestimmt. Aus diesem Grunde wird ein besonderes Ölfiltersystem angewendet, das gleichzeitig das Schmieröl kühlt und die Temperatur desselben innerhalb einer kleinen Schwankungsbreite hält.

Ziel der Erfindung ist es einen Werkzeugmaschinenständer zu schaffen, der erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer Schleifmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Werkzeugmaschinenständers,

Fig. 2 einen Schnitt, der die Ausbildung eines Werkstückschlittens mit einem daran montierten drehbaren Tisch zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt, der die Ausbildung einer Einspannvorrichtung mit einer Mehrzahl von Haltefuttern zeigt,

Fig. 4 einen Schnitt, der die Ausführung einer Werkzeugspindel und eines Werkzeugkopfes mit einer Lastkompensationsvorrichtung zeigt, die mit einem Drucklager auf der Werkzeugspindel gekuppelt ist, und

Fig. 5 einen Schnitt, der die Ausbildung einer Mehrzahl von Führungsflächen an den Führungssäulen und dem Werkzeugkopf zeigt.

Figur 1 zeigt eine Schleifmaschine zum Schleifen von Quarzkristallen, die mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeugmaschinenständers versehen ist. An einem Bett 1 sind auf der Oberseite Kreuzschlittenfüh-rungsflächen 2 ausgebildet, auf denen ein Werkzeugschlitten

4 läuft, der durch eine Vorschubspindel 3 verschoben wird. Die Vorschubspindel 3 ist in ein Gewindeloch im Werkzeugschlitten 4 eingeschraubt.

Der Werkzeugschlitten 4 wird durch einen Motor 5 quer über die Kreuzschlittenführungsfläche 2 bewegt. Der Motor

5 ist mit der Vorschubspindel gekoppelt. Auf dem Werkzeugschlitten 4 ist ein Drehtisch 6 drehbar montiert, der von einem Motor Ml angetrieben wird. Eine Mehrzahl von Spannelemente 7 sind auf einer Grundplatte 32 montiert, die fest auf dem Drehtisch 6 montiert ist. Die Spannelemente 7 sind kreisförmig und konzentrisch zur Drehachse des Drehtisches 6 angeordnet. Jedes Spannelement 7 kann bezüglich der Grundplatte 32 in jede Richtung geneigt werden und zwar durch den Motor Ml. Mittels Unterdruck werden Werkstücke W durch die Spannelemente gehalten. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Werkstück W ein Quarzkristallstück. Die Bearbeitung muss mit in bestimmten Richtungen ausgerichteten Kristallachsen durchgeführt werden. Röntgeneinrichtungen 8b zur Kontrolle der Ausrichtung der Kristallachsen sind auf einer Montageplatte 8a angeordnet, die fest am Bett 1 montiert ist. Die Röntgeneinrichtung enthält Röntgenröhre 8, eine Projektionsröhre 9, eine Aufnahmeröhre 10, ein Spektroskop 11 und eine Zählröhre 12. Derartige Röntgeneinrichtungen sind bekannt und deshalb wird auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet. Die Zählröhre 12 gibt Signale ab, die sich bei dem in der Messstellung befindlichen Werkstück W entsprechend der Ausrichtung der Kristallachsen ändern. Diese Signale werden zur Steuerung des Motors M1 verwendet, um das Werkstück in die genaue Lage zu kippen.

Die Funktion des Drehtisches 6 und der Werkzeughalteelemente 7 werden nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 beschrieben. Eine drehbare Hohlwelle 14a ist im wesentlichen im Mittelabschnitt des Werkzeugschlittens 4 vorgesehen. Am unteren Ende der Welle 14a ist ein Flansch 15 einstückig mit dieser ausgebildet. Im Flansch 15 ist eine Bohrung vorgesehen, um die Welle 14a mittels eines Bolzens 16

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

659 608

am Werkzeugschlitten 4 zu befestigen. Auf der Welle 14a ist ein Schneckenrad 17 drehbar montiert, das fest mit einer drehbaren Antriebsscheibe 18 verbunden ist. Die Antriebsscheibe 18 ist mittels Bolzen oder anderen geeigneten Befestigungsmitteln an die obenliegende Stirnfläche des Schneckenrades 17 befestigt. Eine weitere drehbare Scheibe 20 ist über eine flexible Verbindung 19 mit der Antriebsscheibe 18 verbunden. Diese Verbindung 19 ist drehsteif, aber in Richtungen senkrecht zur Drehebene elastisch. Die Scheibe 20 ist durch einen Bolzen 22 an einer drehbaren Führungsplatte 21 befestigt. Mit der Bezugszahl 23 ist ein Führungsorgan bezeichnet, das eine untenliegende Führungsfläche hat, die an die Führungsfläche (d.h. die obenliegende Fläche) der Führungsplatte 21 anliegt. Der Drehtisch 6 ist an der Oberseite der Führungsplatte 21 fest montiert, während die Unterseite des Drehtisches 6 durch die Oberseite des Führungsorgans 23 gehalten wird. An der obenliegenden Stirnseite der Welle 14a ist ein ringförmiger Ansatz 24 ausgebildet, der in eine ringförmige Rille in der untenliegenden Seite des Drehtisches

6 ragt. An der Welle 14a ist ein Ansatz 25 konzentrisch zur Welle ausgebildet, der im Werkzeugschlitten 4 sitzt. Die Welle 14a weist ausserdem einen Abschnitt 15b auf, dessen Achse um einen bestimmten Wert e von der Drehachse des Drehtisches 6 versetzt ist.

Zwischen der Welle 14a und der Führungsplatte 21 ist eine Führungsfläche 26, zwischen dem Führungsorgan 23 und der Führungsplatte 21 ist eine Führungsfläche 27 und zwischen dem Drehtisch 6 und dem Führungsorgan 23 ist eine Führungsfläche 28 vorgesehen. Jede dieser Führungsflächen bilden eine unter Druck gehaltene Führungsfläche mit Taschen für ein unter Druck gehaltenes Medium.

Die Bezugszahlen 29 und 30 bezeichnen Abschnitte eines hydraulischen Kreises, der mit einer Speisequelle verbunden ist, welche die Ausrichtung des Werkstückes W beeinflussen können, soweit als möglich behoben sind. Aus diesem Grunde sind Mittel vorgesehen, um jedes Spiel zwischen Schneckenrad 17 und Schnecke 31 zu beseitigen, wie nachfolgend erläutert wird. Das Schneckenrad 17 ist auf dem exzentrisch bezüglich der Drehachse des Drehtisches 6 ausgebildeten Abschnitt 14b der Welle 14a fest montiert. Durch eine leichte Drehung der Welle 14a kann das Schneckenrad 17 bezüglich der Schnecke 31 so verstellt werden, so dass die Schnecke 31 und das Schneckenrad 17 spielfrei in Eingriff stehen. Das von der Speisequelle unter Druck abgegebene Medium wirkt auf die vorstehend erwähnten Führungsflächen derart, dass selbstausrichtende Kräfte auf den Drehtisch 6 einwirken, um den Drehtisch 6 unter Beibehaltung einer sehr genauen senkrechten Stellung zu drehen.

Eine Schnecke 31 wird durch den Motor 5 im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn gedreht und steht mit dem Schneckenrad 17 in Eingriff. Wie vorstehend beschrieben, ist es ein wesentliches Merkmal, dass beim vorliegenden erfin-dungsgemässen Ausführungsbeispiel sämtliche Lagefehlerquellen.

Wie Fig. 3 zeigt, ist eine Grundplatte 32 auf der obenliegenden Stirnseite des Drehtisches 6 befestigt. Eine Mehrzahl von Haltern 33 sind in einer kreisförmigen Anordnung auf der Grundplatte 32 montiert. An diesen Haltern 33 ist die Einrichtung zum Einstellen der Neigung der Spannelemente

7 angeordnet. An jedem Halter 33 ist eine Lagerbüchse 34 montiert. In der Lagerbüchse 34 ist ein zylindrischer Teil 35 drehbar angeordnet. An dem zylindrischen Teil 35 ist ein Schneckenrad 36 befestigt. Am Schneckenrad 36 ist eine Nockenscheibe 38 befestigt, an deren obenliegende Fläche eine Lauffläche 37 ausgebildet ist, die bei Drehung der Nokkenscheibe 38 eine Anhebung bzw. Absenkung bewirken kann. Es ist eine Schnecke 39 vorhanden, die mit dem Schneckenrad 36 in Eingriff steht und durch den Motor Ml angetrieben wird. Der Motor Ml wird durch eine Steuereinrichtung 13 in Abhängigkeit der Ausgangssignale aus der Zählröhre 8b der Röntgeneinrichtung gesteuert.

Die Bezugszahl 41 bezeichnet ein Organ, an dem eine Rolle 40 montiert ist. Die Rolle 40 liegt auf der Lauffläche 37 der Nockenscheibe 38 auf. Das Organ 41 ist an einer drehbaren Welle 42 befestigt, die in einem Halter 33 so gehalten ist, dass das Organ 41 um die Mittelachse der Welle 42 geschwenkt werden kann. Im Organ 41 ist eine Welle 43 drehbar so montiert, dass deren Drehachse zur Drehachse der Welle 42 rechtwinklig liegt. An der Welle 43 ist ein Spannelement 7 fest montiert. Ein Nockenhebel 44 ist an einem Ende der Welle 43 befestigt. Das andere Ende des Nokkenhebels 44 liegt auf der Lauffläche einer Nockenscheibe (nicht dargestellt). Der Nockenhebel 19 ist um die Drehachse der Welle 43 schwenkbar. Auf diese Weise kann das Spannelement 7 jeweils um die rechtwinklig zueinander angeordneten Drehachsen der Wellen 42 und 43 geschwenkt werden.

In der obenliegenden Seite des Spannelementes 7 ist eine nicht dargestellte Ausnehmung ausgebildet, in der ein mit Unterdruck betätigbares Spannfutter 45 zum Halten des Werkstückes W angeordnet ist. Im Spannfutter 45 ist eine Ansaugöffnung 47 ausgebildet, welche mit einem in der Welle 14a vorgesehenen Saugrohr 46 in Verbindung steht (Fig. 2). Ein flexibles, rohrartiges Abdeckorgan 49 ist an der Unterseite des Spannelementes 7 und an der obenliegenden Fläche einer Deckplatte 8 befestigt, die am Halter 33 montiert ist. Dieses Abdeckorgan 49 ist so ausgebildet, dass das Spannelement 7 in jede Richtung geneigt werden kann. Gleichzeitig wird damit das Eindringen von Spänen, Staub, usw. in die Einstelleinrichtung verhindert und somit deren einwandfreie Funktion sichergestellt.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Paar Führungssäulen 50 und 51 an einer Seite der Kreuzschlittenführungsfläche 2 des Werkzeugschlittens 4 am Bett 1 befestigt. Ein mit Führungsflächen versehener Werkzeugkopf 54 ist an den Führungsflächen 52 und 53 der Führungssäulen 50 und 51 geführt. Eine Werkzeugspindel 56 mit einem am freien Ende derselben aufgesetzten Schleifwerkzeug 55 ist in unter Druck gehaltenen Lagern im Werkzeugkopf 54 gelagert. Die Werkzeugspindel 56 wird über einen Riemen 57b durch einen Motor M2 mit einer Riemenscheibe 57a angetrieben. Diese Anordnung ist aus Fig. 4 besser ersichtlich. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Werkzeugkopf 54 mit einer Gewindehülse 54b versehen, die mit einer Vorschubspindel 58b in Eingriff steht. Die Vorschubspindel 58b wird über ein Untersetzungsgetriebe von einem Motor M3 angetrieben, der am Bett 1 montiert ist. Zwischen den oberen Enden der Führungssäulen 50 und 51 liegend ist eine hydraulische Einrichtung 59 befestigt, die mit einem Ende einer Betätigungsstange 60 verbunden ist. Das andere Ende der Betätigungsstange 60 ist am Werkzeugkopf 54 befestigt. Die Stelle, an welcher die Betätigungsstange 60 am Werkzeugkopf 54 befestigt wird, kann in vertikaler Richtung eingestellt werden. Die hydraulische Einrichtung 59 wird durch ein Steuerventil 69 betätigt, um das Gewicht des Werkzeugkopfes aufzunehmen.

Am unteren Ende der Vorschubspindel 58b ist ein Drucklagerflansch 61 ausgebildet, der in einem Lagergehäuse 62 aufgenommen ist. Im Lagergehäuse 62 sind ober- und unterhalb des Flansches 61 unter Druck gehaltene Lagerkammern 63 und 64 vorgesehen, die als Lager für den Flansch 61 dienen. Diese Kammern 63 und 64 sind mit Druckfühlern 65 bzw. 66 versehen, die ein die Druckänderungen innerhalb dieser Kammern kennzeichnende Signale abgeben. Diese Signale werden durch einen Differentialverstärker 67a, einen Kompensationsschaltkreis 67b und einen Servoverstärker 68 verarbeitet. Die vom Servoverstärker 68

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

659 608

abgegebenen, die Druckdifferenz in den Kammern 63 und 64 angebenden Ausgangssignale werden an das Steuerventil 69 angelegt. Durch das Steuerventil wird die hydraulische Einrichtung betätigt und dadurch die Betätigungsstange 60 verschoben. Diese Verschiebung der Betätigungsstange 60 erfolgt in einer Richtung, die den Ausgleich der Drücke in den Kammern 63 und 64 bewirkt. Somit wird eine Rückführungsschleife geschaffen, wodurch die Betätigungsstange 60 den Werkzeugkopf 54 so trägt, dass der Drucklagerflansch 61 in einer festliegenden Stellung innerhalb des Lagergehäuses 62 gehalten wird und folglich in einer festliegenden Lage bezüglich dem Bett 1, d.h. das gesamte Gewicht des Werkzeugkopfes 54 wird von der Betätigungsstange aufgenommen. Auf diese Weise wird eine genaue Einstellung der vertikalen Werkzeugkopfstellung durch die Vorschubspindel 58b sichergestellt.

Wird die Vorschubspindel 58b gedreht, um den Werkzeugkopf 54 anzuheben, dann treten insbesondere an den Führungsflächen 52 und 53 der Führungssäulen 51 und 50 Reibungskräfte und andere Kräfte auf. Dadurch entsteht ein Widerstand gegen die Verschiebung des Werkzeugkopfes 54 und es wirkt eine Last auf die Vorschubspindel 58b ein. Diese Last bewirkt eine Druckdifferenz zwischen den Kammern 63 und 64, die dann zur Aktivierung der Rückführungsschleife führt, welche die Betätigungsstange 60 in einer Richtung verschiebt, so dass diese Druckdifferenz ausgeglichen wird. Sollte der Druck in der Kammer 63 fallen und der Druck in der Kammer 64 ansteigen, wird über das Steuerventil 69 die Betätigungsstange 60 so verschoben, dass der Werkzeugkopf 54 angehoben wird und dadurch die auf die Vorschubspindel 58b einwirkende Last kompensiert wird. Dadurch werden die Drücke in den Kammern 63 und 64 ausgeglichen. Wenn andererseits der Druck in der Kammer 63 ansteigen sollte und der Druck in der Kammer 64 fallen sollte, dann wird die Betätigungsstange 60 abgesenkt und dadurch die Drücke in den Kammern 63 und 64 wieder ausgeglichen.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Drehung der Vorschubspindel 58b zum Anheben oder Absenken des Werkzeugkopfes 54 führt, während das gesamte Gewicht des Werkzeugkopfes 54 von der Stange 60 aufgenommen wird. Weil auf das in Eingriff stehende Gewinde der Vorschubspindel 58b und der Hülse 54b des Werkzeugkopfes keine Last einwirken kann, wird somit die vertikale Verstellung des Werkzeugkopfes 54 mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt.

Anhand der Fig. 5 werden die, zwischen den Führungsflächen 52 und 53, die an den Führungssäulen 51 bzw. 50 ausgebildet sind und den entsprechenden geführten Flächen, am Werkzeugkopf 54 auftretenden Bedingungen beschrieben. Die an der Führungssäule 51 ausgebildeten Führungsflächen 53 haben eine L-förmig ausgebildete hintere Führungsfläche mit einer Seitenfläche A und einer Rückfläche B und eine L-förmig ausgebildete vordere Führungsfläche mit einer Seitenfläche C und einer Frontfläche D. Die an der Führungssäule 50 ausgebildeten Führungsflächen 52 haben eine L-förmig ausgebildete untere Führungsfläche mit einer Seitenfläche A', die der Seitenfläche A gegenüberliegt, und einer Rückfläche B' und eine L-förmig ausgebildete vordere Führungsfläche mit einer Seitenfläche C', die der Seitenfläche C gegenüberliegt und einer Frontfläche D'.

Der Werkzeugkopf 54 hat geführte Flächen a, a'; b, b'; c, c' und d, d', die den Führungsflächen A, A'; B, B'; C, C' bzw. D, D' gegenüberliegen. Zwischen den Flächen A, a; A', a'; B, b; B', b'; C, c; C', c'; D, d bzw. D', d' sind acht Sätze sich vertikal erstreckender Taschen P1,...., P2,...., P3,, P4,...., P5,...., P6,...., P7 und P8,...., zur Aufnahme eines unter Druck gehaltenen Fluids ausgebildet. In dem in Fig. 5

dargestellten Schnitt ist jeweils nur einer dieser Sätze (d.h. PI — P8) dargestellt. Ein unter Druck gehaltener Fluidstrom (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein hydraulisches Medium) wird von einer unter Druck stehenden Quelle den sich vertikal erstreckenden Taschen PI,...., P2,...., P3,...., P4,...., P5,... .und P6 zugeführt und zwar ein Leitungssystem 70. Von einer unter Druck stehenden Speiseeinrichtung wird Schmieröl über ein festeingestelltes Drossenventil und ein Leitungssystem 72 den sich vertikal erstreckenden Sätzen der Taschen P7,....und P8,....zugeführt. Dieses Schmieröl dient dazu, einen unter hohem Druck stehenden dünnen Ölfilm zwischen den Flächen d, D und d', D' aufrecht zu erhalten. Dieser Ölfilm dient dazu, eine Berührung zwischen diesen Flächen zu verhindern und dadurch die während dem Anheben oder Absenken des Werkzeugkopfes 54, bei fortschreitender Bearbeitung und den dabei auf den Werkzeugkopf 54 einwirkenden Kräfte, auftretende Reibung herabzusetzen. Die anderen Sätze der sich vertikal erstreckenden Taschen PI,...., P2,...., P3,...., P4,...., P5,.... und P6,.... dienen dazu, den Werkzeugkopf 54 auf eine festeingestellte Höhe zu halten, die Neigung aus der Vertikalen zu verhindern und die Berührung des Werkzeugkopfes 54 mit den Führungssäulen 50 und 51 zu unterbinden. Wird z.B. eine geführte Fläche aus der Vertikalen geneigt, d. h. bezüglich einer zugehörigen Führungsfläche, dann wird in dem durch diese Neigung erweiterten Spaltabschnitt zwischen diesen Flächen der Fluiddruck verringert, während in dem durch diese Neigung verengten Spaltabschnitt der Fluiddruck erhöht wird. Somit wird unterhalb des sich verjüngenden Raumes zwischen der Führungsfläche und der geführten Fläche eine Kraft erzeugt, die in eine Richtung wirkt, um den Werkzeugkopf 54 aus der geneigten in die vertikale Stellung zurückzustellen. Auf diese Weise wird die Neigung des Werkzeugkopfes 54 sowohl beim Vor- und Rückwärtsschieben und Hin- und Herschieben ausgeglichen, d.h. das System ist selbstausrichtend. Dadurch wird sichergestellt, dass die geführten Flächen immer parallel zu den Führungsflächen bleiben, während der Werkzeugkopf 54 angehoben oder abgesenkt wird.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Selbstausrichtfunktion dazu dient, einen sehr engen Raum zwischen den Flächen D, d bzw. D', d', die nur durch einen dünnen Film aus unter hohem Druck stehendem Schmieröl getrennt sind, beizubehalten. Die Führungsflächen D, D' bestimmen deshalb die genaue Stellung des Werkzeugkopfes 54 und können somit als Bezugsflächen betrachtet werden.

Nach dem Durchlauf des unter Druck gehaltenen Fluids durch die Taschen PI,...., P2,...., P3,...., P4,....,

P5,... .und P6 wird das Fluid regeneriert und über ein Leitungssystem unter Druck den Taschen wieder zugeführt. Das durch die Taschen P7,... .und P8,... .strömende Schmieröl wird ebenfalls regeneriert und dann durch einen speziellen Ölfilter geleitet. Dieser Ölfilter ist ein Öltank mit einer Anzahl von Kammern. Das Öl fliesst durch eine Einlassöffnung nacheinander durch diese Kammern, in welchen Verunreinigungen im Öl ausgeschieden werden. Das Öl aus dem Ölfilter wird wieder zur Schmierung verwendet. Um die Öltemperatur sehr konstant zu halten, wird das Öl aus der ersten Kammer durch einen Kühler und zurück in die Kammer gefördert. Dies erfolgt auch bei den anderen Kammern, so dass auf diese Weise die Öltemperaturschwankung in der ersten Kammer innerhalb + 5 °C und in der letzten Kammer innerhalb + 0,1 °C oder weniger gehalten werden kann.

Ist die Schleiffläche des Schleifwerkzeuges 55 in einem bestimmten Mass abgenutzt, wird eine Abziehvorrichtung 70 (Fig. 1) mit der Schleiffläche in Kontakt gebracht, um diese zu korrigieren. Diese Abziehvorrichtung 70 ist am Werkstückschlitten 4 montiert und wird durch einen Motor M4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

659 608

mit einer höheren Drehzahl als das Schleifwerkzeug 55 angetrieben.

Wie vorstehend beschrieben, werden beim erfmdungsge-mässen Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Drucklagern angewendet. Ein Merkmal dieser Lager ist, dass der Druck in dem Spalt zwischen einer Führungsfläche und einer geführten Fläche konstant gehalten wird und diese bilden den Hauptgrund für den hohen Genauigkeitsgrad, der mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erreichbar ist. Obwohl vorstehend nicht erwähnt, kann eine Einrichtung angewendet werden, um Abweichungen in der Führung der Kreuzschlittenführungsfläche 2, z.B. in der Teilung und im Winkel zu reduzieren. Diese Einrichtung ändert den Spalt zwischen der Führungsfläche und einer geführten Fläche, die am Werkstückschlitten 4 ausgebildet ist, um eine Führungsstellung beizubehalten. Diese Einrichtung kann z.B. einen Laser enthalten, um die Abweichungen in der Führung des Werkstückschlittens 4 in einer Anzahl unterschiedlicher Schlittenstellungen zu messen, bevor die Schleifmaschine in Betrieb gesetzt wird. Die gemessenen, diese Abweichungen angebenden Werte können in einem Speicher gespeichert werden. Es ist ein Steuerschaltkreis und ein Wandlerschalt-kreis vorgesehen, um die im Speicher gespeicherten Werte in hydraulische Druckwerte umzuwandeln. Diese Werte können dann benutzt werden, um durch Steuerung des Druckes des den Drucklagern zugeführten Fluids, die Abweichung der Führung zu steuern, wobei der Korrekturwert durch die Schlittenstellung während der Verschiebung auf der Kreuzschlittenführungsfläche 2 bestimmt wird.

Um eine ebene Fläche mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten, ist es erforderlich, dass die Höhenstellung dieser Fläche

6

extrem genau eingehalten wird. Beim erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel wird durch den Druck des den Drucklagern des Drehtisches zugeführten Fluids diese hohe Genauigkeit gewährleistet.

s Wie vorstehend beschrieben, ist beim erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel eine Werkstückausrichtungsmessung und eine Steuerung der Lage vorgesehen, in welcher das Werkstück bezüglich einer Referenzrichtung angebracht ist.

io Das beschriebene Ausführungsbeispiel enthält ausserdem eine Lastkompensationseinrichtung, durch die das Gewicht des Werkzeugkopfes durch Mittel aufgenommen werden, die von der Einrichtung getrennt ist, wodurch der Werkzeugkopf in vertikaler Richtung verschoben und in einer Lage fi-15 xiert wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel enthält ferner ein System, um den Werkzeugkopf in einer genau eingestellten Lage bezüglich einer Bezugsführungsfläche auszurichten und zwar unabhängig von der Verschiebung des Werkzeugkopfes 20 und der auf diesen einwirkenden Kräfte während der Bearbeitung eines Werkstückes. Dieses System umfasst eine Mehrzahl von unter Druck gehaltener Führungsflächen und führender Flächen, zwischen welche ein unter Druck gehaltenes Fluid eingeführt wird, um jegliche Neigung des Werk-25 zeugkopfes zu kompensieren, d.h. eine automatische Selbstausrichtung zu schaffen.

Obwohl beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein hydraulisches Medium angewendet wird, ist es auch möglich ein gasförmiges Medium anzuwenden. Ausserdem 30 können anstelle von Schleifwerkzeugen auch andere Werkzeuge verwendet werden.

35

40

45

50

55

60

65

S

3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

659 608 PATENTANSPRÜCHE

1. Werkzeugmaschinenständer, gekennzeichnet durch

— ein Bett (1) mit einem Paar von gegenüberliegenden Führungssäulen (50, 51), die fest am Bett montiert sind und an denen eine Mehrzahl von Führungsflächen (A, Ä'; B, B'; C, C; D, D') einschliesslich mindestens einer Referenzführungsfläche (D, D') ausgebildet sind,

— einen Werkzeugkopf (54) mit einem Gewindeloch (54b) und einer Mehrzahl von geführten Flächen (a, a'; b, b'; c, c'; d, d'), wobei der Werkzeugkopf zwischen den Säulen angeordnet ist, derart, dass dessen geführte Flächen und die entsprechenden Führungsflächen der Säulen einander gegenüberliegen,

— eine Einrichtung (70) zum Zuführen eines unter Druck gehaltenen Fluidstromes zwischen der Führung und den Führungsflächen ausser der Referenzführungsfläche und der dieser gegenüberliegenden geführten Fläche,

— eine vertikal stehende Vorschubspindel (58b), die drehbar im Bett montiert und mit dem Gewindeloch im Werkzeugkopf in Eingriff steht,

— ein unter Druck gehaltenes Lager (61,62,63,64), das an einer Vorschubspindel vorgesehen ist und eine obere und untere unter Druck gehaltene Kammer aufweist,

— eine Betätigungsstange (60), die an den Führungssäulen beweglich montiert und mit dem Werkzeugkopf gekuppelt ist,

— eine Lastkompensationseinrichtung (65,66,67a, 67b, 68,69, 59) zur Abtastung eines Druckunterschiedes in der oberen und unteren Kammer des Drucklagers, die auf den Druckunterschied anspricht, um die Betätigungsstange und damit den Werkzeugkopf zum Zwecke des Ausgleichs des Druckunterschiedes vertikal zu verschieben, wobei das Gewicht des Werkzeugkopfes effektiv von der Betätigungsstange aufgenommen wird,

— eine Antriebseinrichtung (113,58c) für die Vorschubspindel, um den Werkzeugkopf hochzufahren oder abzusenken,

— eine Werkzeugspindel (56), die im Werkzeugkopf montiert ist,

— eine zweite Antriebseinrichtung (112, 57a, 57b) für die Werkzeugspindel,

— ein Bearbeitungswerkzeug (55), das fest an der Werkzeugspindel montiert ist, und

— Werkstückhalteeinrichtung (7) zum Halten eines Werkstückes (W) in einer festen Lage.

2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkompensationseinrichtung Druckfühler (65, 66), die mit der oberen und unteren Druckkammer in Wirkverbindung stehen, um ein die Druckdifferenz anzeigendes elektrisches Signal zu erzeugen,

— einen Servoverstärker (68), der auf die elektrischen Signale anspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen,

— ein Steuerventil (69), das durch das Steuersignal gesteuert wird, und

— eine hydraulische Einrichtung (59) aufweist, die mit der Betätigungsstange gekoppelt und durch das Steuerventil betätigbar ist, um die Betätigungsstange in einer durch die Steuersignale bestimmten Richtung zu bewegen, derart, dass der Druckunterschied verringert wird.