DE102006017599B4

DE102006017599B4 - Device for compensating the angular deviations of a horizontal spindle unit

Info

Publication number: DE102006017599B4
Application number: DE200610017599
Authority: DE
Inventors: Thomas Rümland; Herwig Hertl
Original assignee: SCHIESS GmbH
Current assignee: SCHIESS GmbH
Priority date: 2006-04-15
Filing date: 2006-04-15
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2026-04-16
Also published as: DE102006017599A1

Abstract

Einrichtung zur Kompensation der Winkelabweichungen einer horizontalen Spindeleinheit eines Bearbeitungszentrums oder eines Bohrwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass
– in den Führungsleisten (3) eines Spindelkastenschlittens (5) zwei hydrostatische Lager mit je einer Lagertasche (1) mittig angeordnet sind, wobei die Lagertaschen (1) durch ein T-förmiges Rohrstück (4) zur Aufnahme einer Hydraulikflüssigkeit direkt verbunden sind,
– ein direktes lineares Mess-System (11) zur Erfassung der Auskraglänge der horizontalen Spindeleinheit (6) mit einem Werkzeug (8) im Spindelkasten (7) fest angeordnet ist und
– zwei weitere direkte lineare Mess-Systeme (12) zur Ermittlung der Position von Kugelumlaufspindeln (2) im Maschinenständer (9) im seitlichen Abstand von bis zu 50 mm zu den Kugelumlaufspindeln (2) parallel positioniert sind.Means for compensating the angular deviations of a horizontal spindle unit of a machining center or a boring mill, characterized in that
- In the guide rails (3) of a headstock carriage (5) are arranged centrally in the two hydrostatic bearings, each with a bearing pocket (1), wherein the bearing pockets (1) are directly connected by a T-shaped pipe section (4) for receiving a hydraulic fluid,
- A direct linear measuring system (11) for detecting the Auskraglänge the horizontal spindle unit (6) with a tool (8) in the headstock (7) is fixedly arranged and
- Two further direct linear measuring systems (12) for determining the position of ball screws (2) in the machine stand (9) at a lateral distance of up to 50 mm to the ball screws (2) are positioned in parallel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Winkelabweichungen einer horizontalen Spindeleinheit eines Bearbeitungszentrums oder eines Bohrwerkes.The The invention relates to a device for compensating the angular deviations a horizontal spindle unit of a machining center or a boring machine.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Verformungen an Werkzeugmaschinen nach der spanenden Bearbeitung zu Maß-, Form- oder Lageabweichungen am Werkstück führen. Ein spezifisches Problem an horizontalen Bearbeitungszentren und Bohrwerken ist die lastabhängige Durchbiegung der Spindeleinheit in Abhängigkeit von ihrer Auskraglänge und vom Gewicht der daran befestigten Bearbeitungseinheit. Diese Durchbiegung führt zu Winkelabweichungen des Werkzeuges, die zu kompensieren sind. In DE 198 12 926 A1 ist beispielsweise eine Werkzeugmaschinenführung mit mindestens zwei sich parallel zueinander erstreckenden, fettgeschmiert wirkenden und am Werkzeugmaschinenbett befestigten Führungselementen dargestellt, die eine einfache Korrektur von Führungsfehlern mit hoher Genauigkeit ermöglichen soll. Dazu ist mindestens ein Ausgleichstück zwischen dem Werkzeugmaschinenbett und einem der Führungselemente anzuordnen, wobei zwischen dem Ausgleichstück und dem Werkzeugmaschinenbett und/oder dem Führungselement eine Keilfläche ausgebildet ist. Durch das zumindest eine Ausgleichstück sind Führungsfehler der Werkzeugmaschinenführung zu korrigieren. Hierzu ist die Verbindung zwischen dem oder den Führungselementen und dem Werkzeugmaschinenbett soweit aufzuheben, dass der Führungsfehler durch eine Verschiebung entlang der Keilfläche korrigiert werden kann. Nach erfolgter Korrektur des Führungsfehlers ist das Führungselement unter Zwischenlage des Ausgleichstücks fest und starr mit dem Werkzeugmaschinentisch zu verbinden. Damit können die bei der Bearbeitung auftretenden hohen Kräfte über die Führung in das Werkzeugmaschinenbett eingeleitet werden. Nachteilig ist, dass eine Korrektur von Führungsfehlern nur während der Werkzeugmaschineninbetriebnahme durchgeführt werden kann. Eine Verstellung der Supportführung zwecks Lage- oder Winkelkompensation während des Betriebes ist nicht möglich. Weiterhin sind die Vorteile einer hydrostatischen Lagerung, wie beispielsweise eine gute Schwingungsdämpfung, nicht nutzbar. Allgemein ist hierzu festzustellen, dass in Abhängigkeit von den Bearbeitungsgeschwindigkeiten und den zu übertragenden Kräften die Auswahl hinsichtlich einer gleitenden, wälzenden oder hydrostatischen Führung erfolgt. So ist durch EP 0 553 526 B1 auch ein selbstkompensierendes hydrostatisches Lager bekannt, das zwei einander gegenüberliegende, eine Lagerschiene aufnehmende Schlittenlagerflächen aufweist. Jede Schlittenlagerfläche hat ähnliche und symmetrische Taschen an der Lagerfläche, aus denen ein unter Druck stehendes flüssiges oder gasförmiges Fluid zur Bildung eines dünnen Fluid-Filmes zwischen der Lagerschiene und den Schlittenlagerflächen ausströmt. Der Fluidfluss ist zur Erzeugung einer Druckdifferez zwischen den Taschen regelbar. Wird die Last einseitig auf die Lager ausgeübt, verringert sich der Spalt an der lastaufbringenden Seite. Auf der gegenüberliegenden Seite vergrößert sich dagegen der Spalt. Dies hat eine Veränderung des Strömungswiderstandes des Fluids zur Folge. In der lastaufbringenden Seite nimmt der Widerstand zu und in der gegenüberliegenden Seite nimmt der Widerstand ab. Das Fluid wird in eine ringförmige Nut gepumpt und fließt durch den von der Last erzeugten Druck in die gegenüberliegende Tasche ab. Der Fluiddruck wird dort größer und drückt so gegen die Lagerschiene. Er kompensiert die Last bis zum Erreichen gleicher Spaltdicken. Im hydrostatischen Lager findet damit eine Selbstkompensation statt. Das in EP 0 553 526 B1 dargestellte selbstkompensierende hydrostatische Lager hat den Nachteil, dass der funktionelle Aufbau des Lagers nur eine Kompensation von Last- oder Belastungsänderungen an den Seiten des hydrostatischen Lagers zulässt und damit keine Winkelabweichungen kompensieren kann. Es ist auch kein hydrostatisches Lager zur Kompensation von Winkelabweichungen einer horizontalen Spindeleinheit bekannt.From the prior art it is known that deformations on machine tools lead to dimensional, shape or position deviations on the workpiece after machining. A specific problem with horizontal machining centers and boring mills is the load-dependent deflection of the spindle unit as a function of its projection length and the weight of the machining unit attached thereto. This deflection leads to angular deviations of the tool, which are to be compensated. In DE 198 12 926 A1 For example, a machine tool guide with at least two mutually parallel, grease-lubricated acting and fixed to the machine tool bed guide elements is shown, which should allow easy correction of guide errors with high accuracy. For this purpose, at least one compensating piece is to be arranged between the machine tool bed and one of the guide elements, wherein a wedge surface is formed between the compensating piece and the machine tool bed and / or the guide element. Due to the at least one compensating piece, guiding errors of the machine tool guide must be corrected. For this purpose, the connection between the one or more guide elements and the machine tool bed is to be lifted so far that the guide error can be corrected by a displacement along the wedge surface. After correction of the guide error, the guide element with the interposition of the shim is fixed and rigid with the machine tool table to connect. Thus, the high forces occurring during machining can be introduced via the guide in the machine tool bed. The disadvantage is that a correction of guide errors can only be performed during machine tool commissioning. An adjustment of the support guide for the purpose of position or angle compensation during operation is not possible. Furthermore, the advantages of a hydrostatic bearing, such as a good vibration damping, not usable. In general, it should be noted that, depending on the processing speeds and the forces to be transmitted, the selection is made with regard to a sliding, rolling or hydrostatic guide. So is through EP 0 553 526 B1 Also known is a self-compensating hydrostatic bearing which has two mutually opposite, a bearing rail receiving carriage bearing surfaces. Each slide bearing surface has similar and symmetrical pockets on the bearing surface from which pressurized liquid or gaseous fluid flows to form a thin fluid film between the bearing rail and the slide bearing surfaces. The fluid flow is adjustable to create a Druckdifferez between the pockets. If the load is exerted on one side of the bearings, the gap on the load applying side decreases. On the opposite side, however, the gap increases. This results in a change in the flow resistance of the fluid. In the load applying side the resistance increases and in the opposite side the resistance decreases. The fluid is pumped into an annular groove and flows through the pressure generated by the load into the opposite pocket. The fluid pressure is greater there and thus presses against the bearing rail. It compensates the load until equal gap thicknesses are achieved. In the hydrostatic bearing thus takes place a self-compensation. This in EP 0 553 526 B1 self-compensating hydrostatic bearing shown has the disadvantage that the functional structure of the bearing only allows compensation of load or load changes on the sides of the hydrostatic bearing and thus can not compensate for angular deviations. Also, no hydrostatic bearing is known for compensating for angular deviations of a horizontal spindle unit.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Einrichtung zur Kompensation der Winkelabweichungen einer horizontalen Spindeleinheit eines Bearbeitungszentrums oder eines Bohrwerkes vorzuschlagen, die die Winkelabweichungen durch ein hydrostatisches Lager während des Betriebes kompensiert. Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs. Die neue Einrichtung hat den Vorteil, dass verschiedene Winkelabweichungen des Werkzeuges während des Betriebes eines Bearbeitungszentrums oder eines Bohrwerkes kompensierbar sind und somit eine qualitätsgerechtere Herstellung von Werkstücken erfolgt. Das Prinzip der hydrostatischen Lagerung gewährleistet eine verschleißfreie, schwingungsdämpfende und platzsparende Führung des Spindelkastenschlittens.The The object of the invention is therefore to provide a device for Compensation of the angular deviations of a horizontal spindle unit to propose a machining center or boring mill, the angular deviations through a hydrostatic bearing during the Operation compensated. The solution The existing problem is a device with the features of the claim. The new facility has the advantage that different angular deviations of the tool during the operation of a machining center or a boring mill can be compensated and thus a better quality Production of workpieces he follows. The principle of hydrostatic bearing ensures a wear-free, antivibration and space-saving leadership of the spindle box carriage.

Die Erfindung soll am Beispiel einer Einrichtung in einem Bearbeitungszentrum näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen inThe The invention is based on the example of a device in a machining center be explained in more detail. For this show the associated Drawings in

1: den Funktionsteil einer Einrichtung zur Kompensation der Winkelabweichungen und 1 : the functional part of a device for compensating the angular deviations and

2: eine prinzipielle Darstellung des verkippten Spindelkasten nach der Kompensation der Winkelabweichungen mit den Mess-Systemen in der Seitenansicht 2 : a schematic representation of the tilted headstock after the compensation of the angular deviations with the measuring systems in the side view

In 1 ist der Funktionsteil einer Einrichtung zur Kompensation der Winkelabweichungen einer horizontalen Spindeleinheit 6 mit einem Werkzeug 8 dargestellt. Sie zeigt, dass in den Führungsleisten 3 des Spindelkastenschlittens 5 zwei hydrostatische Lager mit je einer Lagertasche 1 mittig angeordnet sind, wobei die Lagertaschen 1 durch ein T-förmiges Rohrstück 4 zur Aufnahme einer Hydraulikflüssigkeit direkt verbunden sind. Die mittige Anordnung der beiden hydrostatischen Lager mit den Lagertaschen 1 ermöglicht keine Rich tungsführung des Spindelkastenschlittens 5 durch die Lager. Diese Richtungsführung wird von den Kugelumlaufspindeln 2 übernommen. Die Lager gewährleisten dagegen die Kraftaufnahme in der Z-Achse.In 1 is the functional part of a Einrich tion for compensating the angular deviations of a horizontal spindle unit 6 with a tool 8th shown. She shows that in the guide rails 3 of the spindle box carriage 5 Two hydrostatic bearings each with a storage bag 1 are arranged centrally, the storage bags 1 through a T-shaped piece of pipe 4 are directly connected to receive a hydraulic fluid. The central arrangement of the two hydrostatic bearings with the bearing pockets 1 does not allow Rich leadership of the headstock carriage 5 through the camps. This directional guide is made by the ball screws 2 accepted. The bearings, on the other hand, guarantee the force absorption in the Z axis.

2 zeigt eine prinzipielle Darstellung des verkippten Spindelkastens nach der Kompensation der Winkelabweichungen mit den Mess-Systemen in der Seitenansicht. Erkennbar ist, dass das direkte lineare Mess-System 11 zur Erfassung der Auskraglänge der horizontalen Spindeleinheit 6 mit einem Werkzeug 8 im Spindelkasten 7 fest angeordnet ist. Des Weiteren sind zwei direkte lineare Mess-Systeme 12 zur Ermittlung der Position der Kugelumlaufspindeln 2 im Maschinenständer 9 parallel im seitlichen Abstand von bis zu 50 mm zu den Kugelumlaufspindeln 2 positioniert. 2 shows a schematic representation of the tilted headstock after the compensation of the angular deviations with the measuring systems in the side view. It can be seen that the direct linear measuring system 11 for detecting the projection length of the horizontal spindle unit 6 with a tool 8th in the headstock 7 is fixed. Furthermore, there are two direct linear measuring systems 12 to determine the position of the ballscrews 2 in the machine stand 9 parallel in the lateral distance of up to 50 mm to the ball screws 2 positioned.

Zur Kompensation der Winkelabweichungen der horizontalen Spindeleinheit 6 mit einem Werkzeug 8 eines Bearbeitungszentrums ist zunächst eine Datenerfassung von festen Werten, wie z. B. von Gewichten der unterschiedlichen Bearbeitungseinheiten, Bearbeitungskräften, Eigenlast der Spindeleinheit und eine Erfassung von sich ständig ändernden Daten, wie die Auskraglänge (Z-Achse) der Spindeleinheit 6 durch das Mess-System 11 erforderlich. Werte für die Höhenkorrektur sind ebenfalls zu erfassen, da die Werte für ein Verkippen des Spindelkastens 7 zur Winkelkompensation so nicht ausreichend sind. Dies bedeutet, dass das werkzeugseitige Spindelende eine waagerechte Lage eingenommen hat, aber diese nicht der erforderlichen Position entspricht. Demgemäß sind die Werte der Winkel- und der Höhenkorrektur als Steuerungsdaten abzugleichen. Alle Daten werden durch eine in der Schaltanlage des Bearbeitungszentrums untergebrachten Steuerung mit Gantryfunktion ausgewertet und können dann für die ständige Ermittlung der variablen Daten während der spanenden Bearbeitung von Werkstücken herangezogen werden. Die hieraus ermittelten Kompensationswerte werden steuerungseitig an nicht dargestellte Spindelmotoren weitergegeben, die diese in Bewegungen der Kugelumlaufspindeln 2 umsetzen, wodurch ein Verkippen des Spindelkastens 7 realisiert wird. Voraussetzung hierfür ist ein zwischen den Lagertaschen 1 des Spindelkastenschlittens und den Führungsbahnen 10 des Maschinenständers 9 vorhandener Spalt. Die hydrostatische Lagerfunktion bleibt erhalten. Beim Verkippen des Spindelkastenschlittens 5 fließt die Hydraulikflüssigkeit durch das T-förmige Rohrstück 4 von einer Lagertasche in die andere Lagertasche. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den beiden Lagertaschen 1 gleicht sich aus. Ein Verfahren des verkippten Spindelkastens 7 ist ohne Einschränkungen möglich.For compensating the angular deviations of the horizontal spindle unit 6 with a tool 8th a machining center is first a data collection of fixed values, such. As weights of different processing units, processing forces, dead load of the spindle unit and a detection of constantly changing data, such as the projection length (Z-axis) of the spindle unit 6 through the measuring system 11 required. Values for the height correction are also to be recorded, since the values for a tilting of the headstock 7 for angle compensation so are not sufficient. This means that the tool-side spindle end has assumed a horizontal position, but this does not correspond to the required position. Accordingly, the values of the angle correction and the height correction are to be adjusted as control data. All data is evaluated by a control with gantry function located in the switchgear of the machining center and can then be used for the constant determination of the variable data during the machining of workpieces. The compensation values determined therefrom are forwarded on the control side to spindle motors, not shown, which move them in movements of the ball screws 2 implement, causing a tilting of the headstock 7 is realized. Prerequisite for this is a between the storage bags 1 of the headstock carriage and the guideways 10 of the machine stand 9 existing gap. The hydrostatic bearing function is retained. When tilting the spindle box carriage 5 the hydraulic fluid flows through the T-shaped pipe section 4 from one storage bag to the other storage bag. The pressure of the hydraulic fluid in the two storage bags 1 balances out. A method of tilted headstock 7 is possible without restrictions.

Winkelabweichungen, die durch Bearbeitungskräfte entstehen, können ebenfalls kompensiert werden. Die auftretenden Bearbeitungskräfte sind als feste Werte bei der Erfassung der Daten eingegangen. Auch für den Fall, dass die horizontale Spindeleinheit eingefahren ist, werden Winkelkompensationen vorgenommen, da sich die Spindeleinheit auf der dem Werkzeug entgegengesetzten Spindelseite unter der eigenen Last durchbiegt. Diese Verformung der Spindeleinheit hat auch einen Einfluss auf die Lage des werkzeugseitigen Spindelendes. Die neue Einrichtung kann in beliebigen Werkzeugmaschinen mit horizontal verstellbarer Spindeleinheit, wie z. B. Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen, integriert werden.Angular deviations, the by machining forces can arise also be compensated. The occurring processing forces are as fixed values in the collection of the data received. Also in case that the horizontal spindle unit is retracted become angular compensations made because the spindle unit on the tool opposite Spindle side bends under its own load. This deformation of the Spindle unit also has an influence on the position of the tool side Spindle end. The new facility can be used in any machine tools horizontally adjustable spindle unit, such. Milling, turning and grinding machines, to get integrated.

11: Lagertaschebearing pocket
22: KugelumlaufspindelBall screw
33: Führungsleisteguide rail
44: T-förmiges RohrstückT-shaped piece of pipe
55: SpindelkastenschlittenHeadstock slide
66: horizontale Spindeleinheithorizontal Spindles
77: Spindelkastenheadstock
88th: WerkzeugTool
99: Maschinenständermachine stand
1010: Führungsbahnguideway
1111: direktes lineares Mess-Systemdirect linear measuring system
1212: direktes lineares Mess-Systemdirect linear measuring system

Claims

Device for compensating the angular deviations of a horizontal spindle unit of a machining center or a boring mill, characterized in that - in the guide rails ( 3 ) of a spindle box carriage ( 5 ) two hydrostatic bearings each with a storage bag ( 1 ) are arranged centrally, the storage bags ( 1 ) through a T-shaped piece of pipe ( 4 ) are connected directly to receive a hydraulic fluid, - a direct linear measuring system ( 11 ) for detecting the projection length of the horizontal spindle unit ( 6 ) with a tool ( 8th ) in the headstock ( 7 ) and - two further direct linear measuring systems ( 12 ) for determining the position of ball screws ( 2 ) in the machine stand ( 9 ) at a lateral distance of up to 50 mm to the ball screws ( 2 ) parallel are positioned.