DE102011108983A1 - Carriage i.e. vertical carriage, for use in motor spindle of machine tool for e.g. positioning machining unit, has base body designed as fiber reinforced plastics composite component, and tie rods arranged in base body for biasing base body - Google Patents
Carriage i.e. vertical carriage, for use in motor spindle of machine tool for e.g. positioning machining unit, has base body designed as fiber reinforced plastics composite component, and tie rods arranged in base body for biasing base body Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schlitten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schlittens.The invention relates to a carriage according to the preamble of
Derartige Schlitten werden in Werkzeugmaschinen zur Positionierung von Bearbeitungsaggregaten, Messeinrichtungen oder anderen zu bewegenden Bauteilen eingesetzt. In der Regel weisen die Schlitten ein aus Guss oder Stahl bestehendes Gehäuse auf, in bzw. auf dem die zu positionierenden Bauteile untergebracht sind. An dem Gehäuse sind Führungsschienen oder andere geeignete Linearführungen zur verschiebbaren Führung angeordnet. Solche Schlitten mit einem als Guss- oder Stahlkonstruktion ausgeführten Gehäuse haben jedoch ein relativ hohes Gewicht, wodurch auch die Führungen und Antriebe entsprechend stabil ausgelegt werden müssen. Es bestehen daher Bestrebungen auch Werkzeugmaschinenschlitten oder andere Werkzeugmaschinenbauteile in Leichtbauweise herzustellen, um die zu beschleunigenden Massen zu reduzieren. Der Ersatz des bisher in der Regel aus Guss oder Stahl hergestellten Gehäuse durch faserverstärkte Verbundwerkstoffe oder andere Leichtbaustoffe führte jedoch bei Schlitten oder ähnlichen mit Linearführungen versehenen Bauteilen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den aus Stahl bestehenden Linearführungen und den Leichtbaustoffen zu Problemen mit der thermischen Stabilität. Unter Wärmeeinwirkung dehnen sich z. B. die aus Stahl bestehenden Führungsschienen deutlich mehr aus als ein aus Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff oder einem anderen Leichtbaustoff hergestelltes Gehäuse, was zu unerwünschten Verformungen und dadurch bedingten Verlagerungen der innerhalb des Gehäuses angeordneten Bauteile führt. Wenn sich die Führungsschienen z. B. bei einer Temperaturerhöhung in Längsrichtung stärker ausdehnen als das Gehäuse, wird das Gehäuse nach vorne gebogen, was eine Auslenkung einer z. B. in dem Gehäuse angeordneten Spindel und eine dadurch bedingte Bearbeitungsungenauigkeit bedeutet.Such carriages are used in machine tools for positioning of processing units, measuring devices or other components to be moved. In general, the carriage on a cast or steel existing housing in or on which the components to be positioned are housed. On the housing guide rails or other suitable linear guides are arranged for sliding guide. However, such carriages with a housing designed as a cast or steel construction have a relatively high weight, as a result of which the guides and drives must be designed to be correspondingly stable. Therefore, there are efforts to produce machine tool carriages or other machine tool components in lightweight construction in order to reduce the masses to be accelerated. However, the replacement of previously made generally of cast iron or steel housing by fiber reinforced composite materials or other lightweight materials led to problems with the thermal stability in sled or similar provided with linear guides components due to the different thermal expansion coefficients between the steel linear guides and lightweight materials. Under heat z. As the existing steel guide rails significantly more than a made of carbon fiber composite material or other lightweight material housing, which leads to undesirable deformation and consequent displacements of the arranged within the housing components. When the guide rails z. B. at a temperature increase in the longitudinal direction expand more than the housing, the housing is bent forward, resulting in a deflection of a z. B. arranged in the housing spindle and a consequent processing inaccuracy means.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schlitten und ein Verfahren zur Herstellung eines Schlittens zu schaffen, der trotz Leichbauweise eine hohe Formstabilität bei Temperaturänderung aufweist.The object of the invention is to provide a carriage and a method for producing a carriage, which despite low construction has a high dimensional stability with temperature change.
Diese Aufgabe wird durch einen Schlitten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a carriage having the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Schlitten enthält das Gehäuse einen als Faser-Kunststoff-Verbundbauteil ausgeführten Grundkörper, in dem mindestens ein Zuganker zur Vorspannung des Grundkörpers in dessen Längsrichtung angeordnet ist. Durch den als Faser-Kunststoff-Verbundkörper hergestellten Grundkörper kann das Gehäuse sehr leicht und dennoch ausreichend formstabil ausgeführt werden, was zu einer deutlichen Massenreduzierung des Schlittens führt. Durch die geringeren zu beschleunigenden Massen können die Antriebe und Führungen entlastet und entsprechend kostengünstiger ausgelegt werden. Infolge der geringeren Massenträgheitsmomente können außerdem die Beschleunigungswerte verbessert und die Bearbeitungszeiten verkürzt werden. Durch die über den Zuganker bewirkte Vorspannung des Grundkörpers kann einer infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers und der Linearführung bedingter thermischer Verformung des Gehäuses entgegengewirkt und dadurch die Form- und Lagestabilität gewährleistet werden.In the case of the carriage according to the invention, the housing contains a base body designed as a fiber-plastic composite component, in which at least one tie rod is arranged for pretensioning the base body in its longitudinal direction. By the base body produced as a fiber-plastic composite body, the housing can be very easily and yet sufficiently dimensionally stable, resulting in a significant reduction in mass of the carriage. Due to the lower masses to be accelerated, the drives and guides can be relieved and designed correspondingly more cost-effective. In addition, due to the lower moments of inertia, the acceleration values can be improved and the machining times can be shortened. By caused by the tie rod bias of the body can be counteracted due to different thermal expansion coefficients of the body and the linear guide conditional thermal deformation of the housing, thereby ensuring the shape and position stability.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung verläuft der mindestens eine Zuganker in Längsrichtung des Grundkörpers parallel zur Linearführung. Die Linearführung umfasst vorzugsweise zwei an einer Seitenwand des Grundkörpers befestigte Führungsschienen mit verschiebbaren Führungsschuhen, wobei der mindestens eine Zuganker in unmittelbarer Nähe der zur Seitenwand gegenüberliegenden Seitenwand des Grundkörpers angeordnet ist. Der Zuganker ist möglichst weit von den Führungsschienen beabstandet, so dass durch die Vorspannung eine möglichst hohe Gegenkraft zur Vermeidung einer temperaturbedingten Durchbiegung des Gehäuses erzielt werden kann. Zweckmäßigerweise sind im Grundkörper zwei, den jeweiligen Führungsschienen gegenüberliegende, Zuganker angeordnet.In a particularly expedient embodiment of the invention, the at least one tie rod extends in the longitudinal direction of the main body parallel to the linear guide. The linear guide preferably comprises two guide rails fastened to a side wall of the base body with displaceable guide shoes, wherein the at least one tie rod is arranged in the immediate vicinity of the side wall of the base body opposite the side wall. The tie rod is spaced as far as possible from the guide rails, so that as high a counterforce to avoid a temperature-induced deflection of the housing can be achieved by the bias. Conveniently, two, the respective guide rails opposite, tie rods are arranged in the main body.
In bevorzugter Weise ist der Grundkörper als Kohlenstofffaserverstärktes Kunststoff-Verbundbauteil ausgebildet. Ein derartiger Grundkörper weist eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit sowie gute Dämpfungseigenschaften auf. Der Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff-Verbundwerkstoff (CFK) weist neben den seht guten technischen Eigenschaften im Bereich Festigkeit, Steifigkeit und Schwingungsverhalten auch eine hohe thermische Beständigkeit auf.Preferably, the base body is formed as a carbon fiber reinforced plastic composite component. Such a body has a high bending and torsional stiffness and good damping properties. The carbon fiber reinforced plastic composite (CFRP) has not only the good technical properties in terms of strength, stiffness and vibration behavior but also a high thermal resistance.
In den als Faser-Kunststoff Verbundbauteil ausgeführten Grundkörper können Halteschienen zur Befestigung der Linearführung oder andere aus Stahl oder anderen geeigneten Materialien bestehende Halteelemente zur Befestigung von Anbauteilen eingebettet sein.In the designed as a fiber-plastic composite component body support rails for mounting the linear guide or other steel or other suitable materials existing retaining elements for attachment of attachments may be embedded.
Der Grundkörper weist in einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführung einen oder mehrere Kerne aus Hartschaumstoff auf, die von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) umhüllt sind.The main body has a or manufacturing advantageous embodiment several cores made of rigid foam, which are covered by carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
Zur Vermeidung einer temperaturbedingten Verformung des Gehäuses wird die Linearführung in einem erwärmten Zustand an dem Grundkörper befestigt und der mindestens eine Zuganker wird erst nach einer Abkühlung der Linearführung auf Raumtemperatur zur Vorspannung des Grundkörpers gespannt. Die Linearführung kann z. B. bei einer Temperatur vom 50°C montiert werden, wobei das Spannen der Zuganker im Bereich von 20° erfolgt. Dadurch kann eine ausreichenden Formstabilität des Gehäuses im Bereich der möglichen Maximaltemperaturen, d. h. zwischen –20°C und +30°C, erreicht werden.To avoid a temperature-induced deformation of the housing, the linear guide is fixed in a heated state to the base body and the at least one tie rod is tensioned only after cooling of the linear guide to room temperature to bias the body. The linear guide can z. B. be mounted at a temperature of 50 ° C, wherein the tensioning of the tie rods in the range of 20 ° takes place. This allows a sufficient dimensional stability of the housing in the range of possible maximum temperatures, d. H. between -20 ° C and + 30 ° C, can be achieved.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings. Show it:
Der in
Die an einer in
In dem Grundkörper
Wie aus
In der Schnittansicht von
Bei der Herstellung des Grundköpers
An dem so hergestellten kubischen Grundkörper
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013237114A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Toshiba Mach Co Ltd | Method for manufacturing machine tool and machine tool |
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2011
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