DE10116917A1 - Führungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Führungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen und dergleichen vorgeschlagen, die aus einer Führungssäule und einer parallel geschalteten Verzapfung besteht, wobei die Verzapfung durch Teile der Führungssäule und/oder einer Führungsbuchse selbst gebildet ist und die die Verzapfung bildenden Teile von Führungssäule und/oder Führungsbuchse axial beabstandet zu bzw. koaxial mit der Lagerung der Führungssäule in der Führungsbuchse angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen und der­ gleichen und insbesondere für Stanzwerkzeuge, bestehend aus zumindest einer in einer Führungsbuche axial beweglich gelagerten Führungssäule, wobei sich die Führungssäule zwischen einem das Werkzeug zumindest mittelbar tragenden Werkzeugmaschinenteil und einem das Werkstück zumindest mittelbar tragenden Werkstückmaschinenteil erstreckt und zusammen mit der Führungsbuchse die ge­ genseitige Relativbewegung von Werkzeugmaschinenteil und Werkstückmaschi­ nenteil in ihrer Axialrichtung führt, wobei die Führungssäule am einen der beiden Maschinenteile festgelegt ist und die Führungsbuchse dem anderen der beiden Maschinenteile zugeordnet ist, wobei der Lagerung der Führungssäule in der Füh­ rungsbuchse eine sich in ihrer Axialrichtung erstreckende Verzapfung parallel ge­ schaltet ist, und wobei die Verzapfung die beiden Maschinenteile am Ende der ge­ nannten axialen Relativbewegung zumindest im Zeitpunkt der Beaufschlagung des Werkstücks durch das Werkzeug in ihrer Radialrichtung zumindest nahezu spielfrei verriegelt.

Aus Führungssäulen bestehende Führungsvorrichtungen werden in verschiedens­ ten Anwendungsgebieten dazu verwendet, relativ kurze Hubbewegungen mit hoher Führungsgenauigkeit zu führen. Ihre Lagerung erfolgt in der Regel über Wälzlager, was dazu führt, dass die Genauigkeit der Werkstückbearbeitung vom Lagerspiel abhängt. Insbesondere bei den Hochpräzisionsstanzwerkzeugen, von denen hier beispielhaft, aber nicht ausschließend die Rede sein soll, ist das Lagerspiel oft noch zu groß, um den sehr hohen Maßhaltigkeitsanforderungen gerecht zu wer­ den. Aus diesem Grunde werden zusätzlich zu den Führungsvorrichtungen mehre­ re Verzapfungen über das Stanzwerkzeug verteilt angeordnet, die im Zeitpunkt der Beaufschlagung des Werkstücks durch das Werkzeug die beiden Maschinenteile nahezu spielfrei führen und damit in Radialrichtung verriegeln. Hierdurch lässt sich sicherstellen, dass das Werkzeug das Werkstück tausends­ telmillimetergenau in der vorgesehenen Position beaufschlagt, so dass die Werkstücke auch in mehreren hintereinander angeordneten Arbeitsschritten eines Folgewerkzeuges abweichungsfrei gefertigt werden können.

So vorteilhaft die Verzapfungen für das Arbeitsergebnis sind, so schwierig wird durch sie die Gestaltung des Werkzeugs: Denn zusätzlich zu der größeren Anzahl von Führungen bzw. Führungssäulen eines Werkzeugs müssen nun außerhalb des das Werkstück beaufschlagende Arbeitsbereichs und außerhalb etwaiger Auswer­ ferplatten, Abstreiferplatten, Stempel und dergleichen mehrere Verzapfungen vor­ gesehen werden, um eine exakte Parallelführung des Werkzeugs sicherstellen zu können. Dies führt in der Praxis oft zu Platzproblemen und stark beengten Einbau­ verhältnissen, so dass es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Führungs­ vorrichtung zur Erzielung hoher Führungsgenauigkeiten zur Verfügung zu stellen, die die beschriebenen Platzprobleme umgeht und darüber hinaus auch noch ratio­ neller und einfacher herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verzapfung durch Teile der Führungssäule und/oder -buchse selbst gebildet ist, und dass die die Verzapfung bildenden Teile von Führungssäule und/oder -buchse axial benachbart zu bzw. koaxial mit der Lagerung der Führungssäule in der Führungsbuchse ange­ ordnet ist.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Lagerung und Verzapfung in ein und dersel­ ben Führungssäule miteinander fluchtend angeordnet ist, dass also ohnehin be­ reits belegte Werkzeugbereiche ausgenutzt werden, um auch die zusätzliche Ver­ zapfung zur Verfügung stellen zu können. Da wegen der hohen Genauigkeitsanfor­ derungen die Lagerflächen ebenso wie die Verzapfungsflächen aus Hartmetall ge­ bildet sein müssen, lässt sich eine Rationalisierung und Vereinfachung bei der Werkzeugherstellung dadurch erzielen, dass sowohl für die Lagerung als auch für die Verzapfung die gleichen Teile verwendet werden, während man bisher doppelt so viele Hartmetallbereiche benötigte.

Indem die Verzapfungen so etwas wie nahezu spielfreie Gleitlager bilden und aber die Verzapfungsflächen durch die fluchtende Anordnung mit den Führungssäulen­ lagern recht präzise in gegenseitige Wirkverbindung gelangen, lässt sich ein Ver­ kanten im Bereich der Verzapfungsflächen verhindern, was im Stand der Technik bis dato das Hindernis für den vermehrten Einsatz von Gleitlagern für Führungs­ säulen war. Denn so optimal die Führungsgenauigkeit von Gleitlager auch sein mag, so wenig finden Gleitlager in der Praxis Anwendung, da sie aufgrund der ex­ akten Maßhaltigkeit beim Montieren zu leicht verkanten und deshalb nur mit sehr großem Aufwand verwendet werden können.

So bildet also die Lagerung der Führungssäule eine Grobführung für den Großteil der gegenseitigen Relativbewegung zwischen Werkzeugmaschinenteile und Werk­ stückmaschinenteil, beispielsweise für das 10-100 mm weite Öffnen des Werk­ zeugs nach dem Stanzvorgang, während die damit fluchtende Verzapfung im be­ sonders kritischen Zeitpunkt der Beaufschlagung des Werkstücks durch das Werk­ zeug über eine Hublänge von 2-3 mm als Feinführung wirksam ist, um die hohe Fertigungsgenauigkeit gewährleisten zu können. Das fluchtende Anordnen der Verzapfung an der Führungssäule führt außerdem zu einer Vereinfachung derart, dass nicht zusätzlich zu allen über das Werkzeug verteilten Führungssäulen mit den zugehörigen Führungsbuchsen die Position aller Verzapfungen im Werkzeug­ maschinenteil einerseits und im Werkstückmaschinenteil andererseits bei der Her­ stellung und Montage des Werkzeugs exakt aufeinander abgestimmt werden müs­ sen; ist vielmehr die Position der Führungssäulen und der Führungsbuchsen exakt aufeinander abgestimmt, so ist das anschließende Anordnen der Verzapfungen fluchtend zu den Führungssäulen und Führungsbuchsen fast kein Problem mehr.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, dass die Führungssäule in einem Teilbereich eine als Zapfen fungierende Querschnittserweiterung aufweist, die zu­ sammen mit einem als Zapfenaufnahme fungierenden Teil der Führungsbuchse die Verzapfung bildet. Hierzu sei angemerkt, dass Zapfen und Zapfenaufnahme jeweils einstückig mit der Führungssäule bzw. Führungsbuchse, jedoch auch getrennt von diesen ausgebildet sein können; wesentlich ist lediglich die Zuordnung der Ver­ zapfung zur Führungssäule bzw. Führungsbuchse und die gegenseitige koaxiale bzw. fluchtende Anordnung.

Zweckmäßigerweise ist die Zapfenaufnahme der Führungsbuchse gegenüber dem die Lagerfläche für die Führungssäule bildenden Teil der Führungsbuchse radial nach außen versetzt, so dass das Lager der Führungssäule die Zapfenaufnahme der Führungsbuchse nicht beaufschlagt. Dies kann beispielsweise durch einen kleinen Absatz erfolgen, der sicherstellt, dass die Lagerteile die hochpräzise ge­ fertigte Zapfenaufnahme nicht beschädigen.

Während - wie vorstehend beschrieben - grundsätzlich auch die Verwendung ei­ nes Gleitlagers für die Lagerung der Führungssäule in der Führungsbuchse mög­ lich ist, erfolgt der Einfachheit halber im vorliegenden Fall die Lagerung jedoch über ein Wälzlager, da die im Beaufschlagungszeitpunkt des Werkstücks durch das Werkzeug erforderliche hohe Maßhaltigkeit durch die Verzapfung gebildet wird. Das Wälzlager besteht bevorzugterweise aus einem Kugellager, das zweckmäßi­ gerweise einen Kugelkäfig aufweist, der zwischen Führungssäule und Führungs­ buchse angeordnet ist, wobei die Kugeln die Lagerflächen der Führungssäule und der Führungsbuchse beaufschlagen. Ebenso ist es natürlich möglich, andere Wälzlagerarten und beispielsweise Rollenlager zu verwenden.

Am einfachsten ist die den Zapfen der Führungssäule bildende Querschnittser­ weiterung durch einen umlaufenden radial vorstehenden Bund gebildet, dessen Außendurchmesser an die Zapfenaufnahme angepasst ist und der zweckmäßiger­ weise gegenüber den Lagerflächen der Führungssäule zumindest um die Dicke der Lagerung, also insbesondere der Wälzlager, radial nach außen vorsteht.

Was die Führungssäule betrifft, so sind hierfür die im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ausnahmslos verwendbar; um jedoch radiale Abweichungen der Führungssäule durch eine zu große Entfernung des Kraftangriffspunktes von der Befestigungsfläche zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Führungssäule am Werkzeugmaschinenteil über eine Mittelbundbefestigung zu fixieren, so wie es auch im nachfolgenden Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Wie eingangs bereits erwähnt, lässt sich die Erfindung bei jeglicher Art von Werk­ zeugmaschine mit kurzen Hüben ebenso wie beispielsweise auch bei Spritz- und Druckgussmaschinen oder sonstigen Werkzeugen/Maschinen verwenden, die ho­ hen Genauigkeitsanforderungen genügen müssen. Es sei ausdrücklich betont, dass sich die Erfindung auch auf diese und ähnliche andere Anwendungsgebiete erstreckt, wobei die in den Ansprüchen zur besseren Lesbarkeit verwendeten Merkmale wie "Werkzeug" und "Werkstück" entsprechend auszulegen sind. So ent­ sprechen diese Merkmale beispielsweise bei Druckgussmaschinen den beiden Gießformhälften, die unter Führung durch die Führungssäulen und Verzapfungen in exakt aufeinander abgestimmte Position gebracht werden müssen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel liegt jedoch auf dem Gebiet der Stanzma­ schinen, so dass zweckmäßigerweise die Führungssäule einem ein Stanzwerkzeug tragenden Werkzeugoberteil einer Stanzmaschine zugeordnet und an diesem fest­ gelegt ist, dass die Führungsbuchse einem ein zu stanzendes Blech tragenden Schneidrahmen einer Stanzmaschine zugeordnet und an diesem festgelegt ist, und dass das Werkzeugoberteil mit seiner Führungssäule gegenüber dem Schneidrah­ men mit seiner Führungsbuchse eine aufeinanderzugerichtete vertikale Hubbewe­ gung durchführen, und dass die Verzapfung am Ende der aufeinanderzugerichte­ ten Hubbewegung wirksam ist zumindest im und insbesondere auch kurz vor dem Zeitpunkt der Beaufschlagung des Stanzwerkstücks durch das Stanzwerkzeug.

Was den axialen Hub der Verzapfung, also die maximale Eingriffstiefe des Zapfens in die Zapfenaufnahme betrifft, so ist dieser natürlich von den Abmessungen des Werkstücks abhängig. Bei den üblicherweise im beschriebenen Stanzwerkzeug zu verarbeitenden Blechdicken beträgt der axiale Verzapfungshub ungefähr 2 bis 3 mm, während der Gesamthub des Werkzeugs von der Geschlossenstellung mit wirksamer Verzapfung bis hin zur Offenstellung in der Größenordnung von zwi­ schen 10 und 100 mm liegt.

Was das in der Verzapfung vorhandene Spiel betrifft, so muss dies so klein sein, dass Fertigungsgenauigkeiten - beispielsweise bei dem beschriebenen Hochpräzi­ sionsstanzwerkzeug - von zwischen etwa 0,002 und 0,030 mm gewährleistet wer­ den können. Mit anderen Worten heißt dies also, dass auch das Spiel innerhalb der Verzapfung in der Größenordnung von wenigen Tausendstel Millimetern liegen muss.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; hierbei zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung in geöffneter Position in Seitenansicht;

Fig. 2 die Führungsvorrichtung aus Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 3 die Führungsvorrichtung aus Fig. 1 in geschlossener Position und in Seitenansicht; und

Fig. 4 die Führungsvorrichtung aus Fig. 3 in Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung 1 mit einer Führungs­ säule 11 gezeigt, die Teil einer (überwiegend nicht dargestellten) Werkzeugma­ schine ist und sich hierzu zwischen einem das Werkzeug zumindest mittelbar tra­ genden Werkzeugmaschinenteil 2 und einem das Werkstück zumindest mittelbar tragenden Werkstückmaschinenteil 3 erstreckt. Bei dem erwähnten bevorzugten Beispiel eines Stanzwerkzeugs ist das Werkzeugmaschinenteil 2 in Form eines Werkzeugoberteils und das Werkstückmaschinenteil 3 in Form eines Schneidrah­ mens nebst unten angefügter unterer Druckplatte 6 ausgebildet.

Die Führungssäule 11, die am Werkzeugmaschinenteil 2 durch einen Mittelbund 4 festgeschraubt ist, führt zusammen mit einer dem Werkstückmaschinenteil 3 zuge­ ordneten Führungsbuchse 5 die gegenseitige Relativbewegung von Werkzeugma­ schinenteil und Werkstückmaschinenteil in Axialrichtung der Führungssäule. Die Führungsbuchse wiederum ist unter Durchquerung der unteren Druckplatte 6 im Werkstückmaschinenteil 3 koaxial zur Führungssäule 11 festgelegt.

Zwischen Führungssäule und Führungsbuchse ist ein Kugellager 7 angeordnet, das für die gewünschte axiale Führung während eines Führungshubs in der Grö­ ßenordnung von zwischen 10 und 100 mm sorgt. Die Lagerkugeln 7a sind in einem Kugelkäfig 7b geführt und wälzen sich auf Lagerflächen 7c an der Führungssäule 11 und Lagerflächen 7d an der Führungsbuchse 5 ab.

Um die radiale Abweichung dieser axialen geführten Hubbewegung zumindest im Zeitpunkt der Beaufschlagung des Werkstücks durch das Werkzeug in einer Grö­ ßenordnung von zwischen 2 und 30 Tausendstel Millimetern zu halten, weist die Führungsvorrichtung 1 eine Verzapfung 8 auf. Diese Verzapfung besteht aus ei­ nem an der Führungssäule 11 angeordneten Zapfen 9 in Form einer radialen Querschnittserweiterung und einer an der Führungsbuchse 5 vorgesehenen Zap­ fenaufnahme 10, die ebenfalls durch eine radiale Querschnittserweiterung gegen­ über der Lagerfläche 7d gebildet ist, um nicht von den Kugeln 7a des Kugelkäfigs 7b beaufschlagt und gegebenenfalls beschädigt zu werden.

In Fig. 1 ist die Führungsvorrichtung in der Offenstellung gezeigt, wobei die Füh­ rungssäule 11 lediglich vom Kugellager 7 in der Führungsbuchse 5 geführt wird.

In der Draufsicht gemäß Fig. 2 und 4 ist jeweils die Führungssäule 11 sowie die drei Schraubverbindungen des Mittelbunds 4 am Werkzeugmaschinenteil 2 zu er­ kennen.

Fig. 3 zeigt schließlich die Führungsvorrichtung in der Geschlossenstellung:
Hierbei sind das Werkzeugmaschinenteil 2 und das Werkstückmaschinenteil 3 auf­ einander zu in gegenseitige Anlage gefahren, wobei gleichzeitig die Führungssäule 11 mit ihrem unteren freien Ende weiter in die Führungsbuchse 5 eingetaucht ist, bis der Zapfen 9 die Zapfenaufnahme 10 über eine Zapfenhublänge von ca. 2 bis 3 mm beaufschlagt hat. Diese erwähnten 2 bis 3 mm Zapfenhublänge müssen so groß gewählt sein, dass der gesamte Bearbeitungsvorgang - also im vorliegenden Fall der Stanzvorgang - unter gleichzeitigem Eingriff des Zapfens in die Zapfen­ aufnahme erfolgt, so dass die genannte Radialabweichung in der Größenordnung von einigen Tausendstel Millimetern zumindest während des Stanzvorgangs ge­ währleistet ist.

Es ist unschwer erkennbar, dass das hierfür erforderliche geringe Radialspiel des Zapfens in der Zapfenaufnahme für eine entsprechend schlechte Reibung sorgt. Deshalb kann es sich empfehlen, über Schmierbohrungen in der Führungssäule bzw. im Zapfen oder in der Zapfenaufnahme bzw. der Führungsbuchse ein Schmiermedium einzubringen, das für eine Gleitführung und somit für eine Ver­ besserung der Reib- bzw. Gleiteigenschaften sorgt.

Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil eines unter extre­ mer Platzeinsparung und geringem Materialaufwand zur Verfügung gestellten Systems aus Führungssäulen und integrierten Verzapfungen, die ein hochpräzises Arbeiten von Werkzeugmaschinen, Druckgießmaschinen und ähnlichen Vorrichtun­ gen mit Axialhub ohne Radialabweichung ermöglichen. Hierzu ist die Verzapfung koaxial bzw. axial benachbart zu dem Führungslager an der Führungssäule vorge­ sehen und wird nur dann durch Ineinandergreifen von Zapfen und Zapfenaufnahme wirksam, wenn der jeweilige Arbeitsvorgang, also das Stanzen, Druckgießen etc. stattfindet. Ansonsten behindert die Verzapfung weder den Führungshub noch das sonstige Arbeiten mit der jeweiligen Werkzeugmaschine.

Claims (11)

1. Führungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen und dergleichen und insbesondere für Stanzwerkzeuge, bestehend aus zumindest einer in einer Führungsbuchse (5) axial beweglich gelagerten Führungssäule (11), wobei sich die Führungssäule zwi­ schen einem das Werkzeug zumindest mittelbar tragenden Werkzeugmaschinenteil (2) und einem das Werkstück zumindest mittelbar tragenden Werkstückmaschi­ nenteil (3) erstreckt und zusammen mit der Führungsbuchse die gegenseitige Re­ lativbewegung von Werkzeugmaschinenteil und Werkstückmaschinenteil in ihrer Axialrichtung führt, wobei die Führungssäule am einen der beiden Maschinenteile festgelegt ist und die Führungsbuchse dem anderen der beiden Maschinenteile zugeordnet ist, wobei der Lagerung der Führungssäule in der Führungsbuchse ei­ ne sich in ihrer Axialrichtung erstreckende Verzapfung (8) parallel geschaltet ist, und wobei die Verzapfung die beiden Maschinenteile am Ende der genannten axi­ alen Relativbewegung zumindest im Zeitpunkt der Beaufschlagung des Werkstücks durch das Werkzeug in ihrer Radialrichtung zumindest nahezu spielfrei verriegelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzapfung (8) durch Teile (9, 10) der Führungssäule (11) und/oder buchse (5) selbst gebildet ist, und dass die die Verzapfung bildenden Teile von Führungssäule und/oder -buchse axial benachbart zu und/oder koaxial mit der La­ gerung (7) der Führungssäule in der Führungsbuchse angeordnet ist.

2. Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssäule (11) in einem Teilbereich eine als Zapfen (9) fungierende Querschnittserweiterung aufweist, die zusammen mit einem als Zapfenaufnahme (10) fungierenden Teil der Führungsbuchse (5) die Verzapfung (8) bildet.

3. Führungsvorrichtung nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenaufnahme (10) der Führungsbuchse (5) gegenüber dem die Lager­ fläche (7d) für die Lagerung (7) der Führungssäule (11) bildenden Teil der Füh­ rungsbuchse im Durchmesser größer ist.

4. Führungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Führungssäule (11) in der Führungsbuchse (5) über ein Wälzlager (7) erfolgt.

5. Führungsvorrichtung nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (7) ein in einem Kugelkäfig (7b) geführtes Kugellager ist, wo­ bei die Kugeln (7a) die Lagerflächen (7c) der Führungssäule (11) und die Lagerflä­ chen (7d) der Führungsbuchse (5) beaufschlagen.

6. Führungsvorrichtung nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zapfen (9) der Führungssäule (11) bildende Querschnittserweiterung durch einen umlaufenden radial vorstehenden Bund gebildet ist.

7. Führungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssäule (11) am Werkzeugmaschinenteil (2) über eine Mittelbund­ befestigung (4) fixiert ist.

8. Führungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssäule (11) einem ein Stanzwerkzeug tragenden Werkzeugober­ teil (2) einer Stanzmaschine zugeordnet und an diesem festgelegt ist.

9. Führungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (5) einem ein zu stanzendes Blech tragenden Schneid­ rahmen (3) einer Stanzmaschine zugeordnet und an diesem festgelegt ist.

10. Führungsvorrichtung nach zumindest Anspruch 8 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugoberteil (2) mit seiner Führungssäule (11) gegenüber dem Schneidrahmen (3) mit seiner Führungsbuchse (5) eine aufeinanderzugerichtete vertikale Hubbewegung durchführt, und dass die Verzapfung (9) am Ende der auf­ einanderzugerichteten Hubbewegung wirksam ist zumindest im und insbesondere auch kurz vor dem Zeitpunkt der Beaufschlagung des Stanzwerkstücks durch das Stanzwerkzeug.

11. Führungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Hub der Verzapfung in der Größenordnung von 2 bis 3 mm liegt.