DE102015114213B4

DE102015114213B4 - Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks

Info

Publication number: DE102015114213B4
Application number: DE102015114213.9A
Authority: DE
Inventors: Carsten Tuch
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: DE102015114213A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks mit einer Werkstückhalterung aus rotierbarer Werkstückaufnahme und verschiebbarem Reitstock an einer Linearführung. Die Aufgabe, einen verschiebbaren Reitstock leichtgängig und schwerkraftunabhängig bewegen zu können, wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein linear verlaufendes T-förmiges Führungsprofil, das eine zur ersten Führungsfläche orthogonal orientierte zweite Führungsfläche und vis-a-vis gegenüberliegend eine Lauffläche aufweist und der Reitstock mindestens erste und zweite Anlageflächen, die den ersten und zweiten Führungsflächen des Maschinenbettes gegenüberliegen, sowie mindestens zwei Paare von Laufrollen aufweist, die an zur ersten Führungsfläche orthogonal beweglichen Achsen am Reitstock aufgenommen und, in das T-förmige Führungsprofil eingreifend, in einer Laufrollenführung abrollbar sind, wobei der Reitstock mindestens eine Reitstockfederung mit einer orthogonal zur Basisfläche auf die Achsen der Laufrollen gerichteten Kraftwirkung aufweist, sodass dieser im ungeklemmten Zustand von der ersten Führungsfläche der Linearführung abhebt und rollfähig ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks, enthaltend ein Maschinenbett mit einer Linearführung, eine Werkstückhalterung mit einer rotierbaren Werkstückaufnahme und mit einem Reitstock, der entlang der Linearführung verschiebbar und an einer beliebigen Position der Linearführung klemmbar ist. Sie findet insbesondere in optischen Messmaschinen mit vertikal angeordneter Werkstückaufnahme, aber auch in allen anderen Präzisionsmaschinen mit rotierbarer Werkstückaufnahme Anwendung
Aus der Patentschrift DE 10 2012 104 008 B3 ist eine Messmaschine zum optischen Messen von Form-, Lage- und Dimensionsmerkmalen an Maschinenelementen bekannt, bei der die Maschinenachse, die zwischen einem Spindelstock und einem Reitstock verläuft, vertikal angeordnet ist, sodass rotierende bzw. rotierbare Werkstücke, wie beispielsweise Rotationskörper aller Art, insbesondere aber Getriebewellen, Kurbelwellen, Maschinenachsen etc., zur optischen Messung um ihre vertikal eingespannte Werkstückachse rotiert werden können. Die Befestigung des Werkstücks erfolgt am rotierend angetriebenen Spindelstock der Messmaschine, in dem es eingespannt oder geklemmt werden kann. Zusätzlich ist gegenüberliegend ein Reitstock vorgesehen, mit dem das freie Ende des Werkstücks zentriert oder abgestützt werden kann. Der Reitstock ist dazu vertikal verschiebbar an vertikal verlaufenden Flächen des Maschinenbetts gelagert, sodass er an jeder beliebigen Position der vertikal verlaufenden Flächen des Maschinenbetts geklemmt werden und seine Position entsprechend der Werkstücklänge angepasst werden kann. Gegenüber einer waagerechten Werkstückaufnahme hat das den Vorteil, dass Werkstücke, die bei bestimmungsgemäßer Anwendung mehrfach zwischengelagert sind, bei der vertikalen Aufnahme keine Durchbiegung aufweisen und die radiale Annäherung von Messmitteln fast völlig unabhängig von Gewichtskräften oder Momenten erfolgen kann.
Aus dem Stand der Technik sind hauptsächlich horizontal verschiebbare Reitstöcke bekannt, die üblicherweise an Drehmaschinen zu finden sind und zum Zentrieren, Abstützen oder Spannen von wenigstens stückweise rotationssymmetrischen Werkstücken entlang der Maschinenachse verwendet werden. Bei diesen Anwendungen ist der Reitstock in aller Regel auf horizontal orientierten Führungsflächen des Maschinenbettes der Werkzeugmaschine entlang der Maschinenachse verschiebbar gelagert. Die horizontalen Führungsflächen haben den Nachteil, dass zum Verschieben des Reitstocks zumindest die von der Gewichtskraft des Reitstocks erzeugte Reibkraft zwischen den Führungsflächen des Reitstocks und des Maschinenbetts überwunden werden muss oder zusätzliche Rollführungen ausgefahren werden müssen. Außerdem sind waagerechte Führungsflächen weitaus anfälliger gegen Kontaminationen aus der Umgebung. Dadurch können die zu überwindenden Reibkräfte nochmals deutlich gesteigert sein.
In der US 2,802,385 A ist eine Reitstock-Klemmeinheit beschrieben, die mittels eines Exzenterhebels zwei horizontale Reitstockoberflächen, die parallel zu einer oberen Führungsoberfläche des Maschinenbettes orientiert sind, gegen die Unterseiten einer T-förmigen Nut presst und damit den Reitstock auf der Führungsoberfläche klemmt. Nachteilig dabei ist, dass dabei keine präzise Führung und Klemmung des Reitstocks in der Querrichtung der Führungsnut möglich ist und bei nicht waagerechtem Maschinenbett Slip-Stick-Bewegungen des Reitstocks auftreten.
Zum Verbessern der Leichtgängigkeit der Reitstockverschiebung sind aus dem Stand der Technik der Werkzeugmaschinen bereits zahlreiche Lösungen bekannt.
So ist in der Patentschrift US 2 540 586 A ein Reitstock offenbart, der auf waagerechten Führungsflächen des Maschinenbetts auf zwei parallel und im Abstand verlaufenden Traversen verteilt gelagert ist, sodass die gegenüberliegenden Führungsflächen am Reitstock in zwei parallelen Randbereichen seines rechteckigen Fußes verlaufen. Für ein leichtes Verschieben des Reitstocks in einem ungeklemmten Zustand ist in den vier Eckbereichen seines Fußes jeweils eine kugelgelagerte Rolle in einem zylindrischen Rollenträger aufgenommen. Dazu weist der Fuß des Reitstocks in den Eckbereichen Rollenträger in senkrechten Durchgangsbohrungen auf, in denen die Rollenträger und eine auf der Oberseite der Rollenträger aufsitzende Schraubenfeder aufgenommen sind. Mit eingeschraubten Deckeln sind die Durchgangsbohrungen von oben verschlossen und damit ist die Feder einstellbar vorgespannt, sodass der Reitstock bei gelöster Klemmung gleichmäßig von den Führungsflächen abgehoben wird und nur auf den vier Rollen über bestimmte Bereiche der Führungsflächen rollt.
Des Weiteren ist aus der Patentschrift DE 906 518 eine Einrichtung zum Messen und Vergleichen von Profilen bekannt, bei der ein Reitstock schlittenartig auf zwei dachförmigen Flächen und an einem Fuß angebrachten Schrägfläche horizontal beweglich und mittels einer Schraubspindel gegen die Gleitflächen gepresst wird. Zu jeder Gleitfläche ist dabei eine gefederte Rolle zugeordnet, die den Reitstock aus der Klemmstellung von den Gleitflächen abhebt, um ihn mit Rollenunterstützung entlang der Gleitflächen zu verschieben. Die gefederten Rollen sind jedoch ausschließlich zur Überwindung der auf den Reitstock wirkenden Schwerkraft vorgesehen, wodurch bei Bewegung des Reitstocks in der Vertikalrichtung der Reitstock nicht definiert an den Gleitflächen geführt werden kann.
Ferner ist in der DD 287 438 A5 eine Einrichtung zum Ausgleich von Zusatzgewichten an senkrecht verstellbaren Spindelstöcken beschrieben, bei der das Gewicht des Spindelstocks und etwaigen Zusatzgeräten mittels eines hydraulischen Arbeitszylinders ausgeglichen wird. Der erforderliche Hydraulikdruck wird mittels kontinuierlich wirkender Druckventile oder schaltende Wegeventile in Abhängigkeit vom Zusatzgerät elektrisch gesteuert werden, indem der Motorstrom des Spindelstockvorschubs im Stillstand ermittelt und als Steuergröße verwendet wird.
In der Patentschrift CH 240 645 ist ein verstellbarer Reitstock an einer Drehbank beschrieben, bei dem wenigstens eine exzentrisch gelagerte Rolle derart verstellbar ist, dass sie in einer Arbeitsstellung gegen eine der Führungsflächen angedrückt wird und den Reitstockkörper festklemmt und in einer anderen Arbeitsstellung gegen die andere Führungsfläche aufgedrückt wird, sodass der Reitstockkörper an dieser Stelle entgegen der Schwerkraft von der Führungsfläche abgehoben wird. Dabei sind zu einer hauptsächlich tragenden Führungsfläche mit einer querzentrierenden V-förmigen Rinne parallele Führungsflächen als Lauf- bzw. Klemmflächen für die exzentrisch am Reitstockkörper gelagerten Rollen vorgesehen, die paarweise an einer waagerechten Welle aufgenommen sind, die ein rotatorisch betätigter Kurbelzapfen mit den Rollen auf und ab bewegt. Werden die Wellen per Betätigungshebel verdreht, kommen die exzentrisch gelagerten Rollen in Kontakt zu den unteren Führungsflächen und heben den Reitstockkörper vollständig von den Führungsflächen ab, sodass beim Verschieben des Reitstocks nur noch die Rollreibung wirkt.
Beide vorbenannten Reitstockführungen sind für eine vertikale Führung des Reitstocks ungeeignet, da sie der Einwirkung der Schwerkraft orthogonal zur Führungsfläche bedürfen, um alle vier Rollen definiert abrollen zu lassen.
Entsprechend der Anwendung zur optischen Messung rotierbarer Werkstücke soll die Erfindung das leichte und definierte Führen eines Reitstocks an einer Messmaschine in vertikaler Richtung ermöglichen. Verglichen mit den im Stand der Technik gefundenen Anwendungen werden bei Messmaschinen noch höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Gleitführung gestellt, da Beschädigungen, z. B. durch Stick-Slip-Effekte, die hochgenauen Führungen beinträchtigen und zu nicht tolerierbaren Ungenauigkeiten der Messung führen können. Die Umstellung auf einen vertikal geführten Reitstock trägt der geforderten hohen Genauigkeit bereits Rechnung, indem vertikal angeordnete Flächen wesentlich unempfindlicher gegenüber Schmutzanhaftungen sind und die Werkstücke vor schwerkraftbedingter Durchbiegung bewahrt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Möglichkeit für eine Anordnung zum Einspannen rotierbarer Werkstücke zu finden, die es gestattet, einen entlang eines Maschinenbettes verschiebbaren Reitstock möglichst leichtgängig und schwerkraftunabhängig definiert zu bewegen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks, enthaltend ein Maschinenbett mit einer Linearführung, eine Werkstückhalterung mit einer rotierbaren Werkstückaufnahme und mit einem Reitstock, der entlang der Linearführung verschiebbar und an einer beliebigen Position der Linearführung klemmbar ist, dadurch gelöst, dass die Linearführung eine erste Führungsfläche am Maschinenbett aufweist, wobei die erste Führungsfläche durch ein linear verlaufendes T-förmiges Führungsprofil unterbrochen ist, das eine zur ersten Führungsfläche orthogonal orientierte zweite Führungsfläche und vis-a-vis gegenüberliegend eine Lauffläche aufweist, entlang derer der Reitstock verschiebbar ist, wobei der Reitstock an mindestens einer zur ersten Führungsfläche des Maschinenbettes gegenüberliegenden ersten Anlagefläche und an mindestens einer zur zweiten Führungsfläche des Führungsprofils gegenüberliegenden zweiten Anlagefläche temporär klemmbar ist, dass der Reitstock mindestens zwei Paare von Laufrollen aufweist, die voneinander beabstandet an jeweils einer zur ersten Führungsfläche orthogonal beweglichen Achse am Reitstock aufgenommen und, in das T-förmige Führungsprofil eingreifend, in einer Laufrollenführung abrollbar sind, wobei die Laufrollenführung zwischen mindestens einer parallel zur ersten Führungsfläche angeordneten Basisfläche und zwei parallel zur ersten Führungsfläche angeordneten Rollflächen des Führungsprofils ausgebildet ist, und dass der Reitstock mindestens eine Reitstockfederung mit einer vom Reitstock orthogonal zur Basisfläche auf die Achsen der Laufrollen gerichteten Kraftwirkung aufweist, wobei die mindestens eine erste Anlagefläche im verschiebbaren Zustand des Reitstocks durch die Kraftwirkung der Reitstockfederung von der ersten Führungsfläche der Linearführung abgehoben ist und der Reitstock mit den Laufrollen entlang der Linearführung rollbar ist.
Vorteilhaft weisen die beweglichen Achsen einen Verstellweg v auf, der mindestens einem vorgesehenen Abstand a zwischen der ersten Anlagefläche des Reitstocks und der ersten Führungsfläche der Linearführung im verschiebbaren Zustand des Reitstocks entspricht.
Ferner ist es zweckmäßig, dass eine Höhe h der Laufrollenführung zwischen der Basisfläche und den Rollflächen höchstens 0,11 mm größer als ein Durchmesser d der Laufrollen ist, sodass jedes Paar Laufrollen jeweils lediglich auf der Basisfläche oder den Rollflächen abrollt und bei einem Wechsel zwischen Rollfläche und Basisfläche keine nennenswerte Seitwärtsbewegung des Reitstocks erfolgt.
In einer ersten bevorzugten Variante ist das T-förmige Führungsprofil eine in die erste Führungsfläche der Linearführung eingearbeitete T-Nut.
In einer zweiten vorteilhaften Variante ist das T-förmige Führungsprofil eine in die erste Führungsfläche der Linearführung eingearbeitete T-Schiene.
Das T-förmige Führungsprofil kann in einer dritten Variante aber auch als eine auf die erste Führungsfläche der Linearführung aufsetzende T-Schiene ausgeführt sein.
Bei der Laufrollenführung erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine vertikale Entfernung e zwischen den Achsen der Laufrollen in Bezug zu einer vertikalen Länge einer Finne des Reitstocks maximiert ist.
Des Weiteren weist die Reitstockfederung zweckmäßig mindestens eine Kraftwirkung auf, die größer als ein Moment einer an einem Schwerpunkt des Reitstocks angreifenden Gewichtskraft FG ist. Dabei kann die Reitstockfederung als eine Blattfeder, die auf die Achsen der Laufrollen einwirkt, ausgeführt sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Reitstockfederung separate Federn zur Einwirkung auf jeweils eine der Achsen der Laufrollen auf.
Zur temporären Fixierung des Reitstocks ist zweckmäßig eine Klemmeinrichtung zum Klemmen des Reitstocks an der Linearführung im Reitstock integriert.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass dem Reitstock eine Einrichtung zur Kompensation einer Gewichtskraft FG des Reitstocks zugeordnet ist, die ein Gegengewicht beihaltet, das mittels eines flexiblen Verbindungselements über mindestens eine Umlenkrolle mit dem Reitstock verbunden ist. Das flexible Verbindungselement ist vorzugsweise ein strangförmiges Element aus der Gruppe Kette, Seil oder Riemen. Dabei kann das Verbindungselement mindestens eines der Materialien Stahl, faserverstärkter Kunststoff oder Elastomer enthalten. Für das Gegengewicht ist zweckmäßig eine reibungsarme Führung innerhalb des Maschinenbetts vorhanden.
Die Erfindung geht von der Grundidee aus, dass die Bewegung eines Reitstocks zwischen zwei Klemmpositionen, in denen z. B. unterschiedlich lange Werkstücke rotierbar eingespannt werden sollen, das Verschieben des Reitstocks – insbesondere bei vertikaler Führung am Maschinenbett, aber nicht darauf beschränkt – kaum einhändig möglich ist, da es entlang einer Linearführungsnut oder -schiene schwerkraftbedingt häufig zum Verkanten oder Klemmen der Führung kommt. Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil beseitigt, indem in einem T-förmigen Führungsprofil eine Laufrollenführung integriert ist, die mit einer zusätzlichen Reitstockfederung kombiniert ist. Damit wird außerhalb des fixierenden Reitstockklemmzustandes die gleitende Bewegung des Reitstocks durch Rollen unterstützt und führt zu einer schwerkraftunabhängigen Leichgängigkeit der Verschiebung.
Mit der Erfindung ist es möglich, für eine Anordnung zum Einspannen rotierbarer Werkstücke einen entlang eines Maschinenbettes verschiebbaren Reitstock sehr leichtgängig und schwerkraftunabhängig definiert zu bewegen Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks bei vertikaler Werkstückhalterung einer optischen Messmaschine,
2 eine teilgeschnittene Seitenansicht zur prinzipiellen Ausführung eines an der Linearführung verschiebbaren, mittels Blattfedern gefederten Reitstocks in einem verschiebbaren Zustand,
3 eine teilgeschnittene Seitenansicht mit einer bevorzugten Ausführung eines an der Linearführung verschiebbaren, mit Schraubenfedern gefederten Reitstocks in einem geklemmten Zustand,
4 ein Querschnitt durch ein T-förmiges Führungsprofil in Form einer T-Nut mit einem mittels Schraubenfedern gefederten Reitstock im geklemmten Zustand,
5 ein Querschnitt durch ein T-förmiges Führungsprofil in Form einer T-Profilschiene mit einem mit Schraubenfedern gefederten Reitstock im geklemmten Zustand,
6 ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des gefederten Reitstocks von 5 im ungeklemmten Zustand, wobei die Federwege und Federkräfte der Laufrollen einstellbar sind.
Die Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks ist in 1 am Beispiel einer vertikalen optischen Messmaschine gezeigt. Sie umfasst grundsätzlich ein Maschinenbett 3 mit einer vertikal angeordneten Linearführung 31 und einer Werkstückhalterung 4 sowie eine parallel zur Linearführung 31 verschiebbare, orthogonal zur Werkstückhalterung 4 ausgerichtete optische Messeinrichtung 6, wie sie aus DE 10 2012 104 008 B3 bekannt ist. Die Werkstückhalterung 4 weist an einem unteren Ende der Linearführung 31 eine rotierbare Werkstückaufnahme 41 und entlang der Linearführung 31 verschiebbar einen Reitstock 1 mit einer Pinole 42 auf. Zwischen der Werkstückaufnahme 41 und der Pinole 42 des Reitstocks 1 kann das Werkstück rotierbar in der Werkstückhalterung 4 aufgenommen werden. Der Reitstock 1 ist mittels eines Handgriffes 14 verschiebbar und an beliebig ausgewählten Positionen der Linearführung 31 klemmbar.
Die Linearführung 31 weist entlang des Maschinenbetts 3 eine ebene erste Führungsfläche 32 auf. Die erste Führungsfläche 32 ist von einem T-förmigen Führungsprofil 33 unterbrochen, das vertikal verlaufend an der Linearführung 31 angeordnet ist. Das Führungsprofil 33 weist orthogonal zur ersten Führungsfläche 32 eine zweite Führungsfläche 35 auf. Der zweiten Führungsfläche 35 ist vis-a-vis parallel gegenüberliegend eine Lauffläche 34 des Führungsprofils 33 angeordnet. Der Reitstock 1 ist entlang der Linearführung 31 parallel zur ersten und zweiten Führungsfläche 32 und 35 verschiebbar.
Wie in 4 in einem Halbschnitt gezeigt, weist der Reitstock 1 mindestens eine erste Anlagefläche 12 und rechtwinklig dazu eine zweite Anlagefläche 13 auf. Die erste Anlagefläche 12 ist der ersten Führungsfläche 32 gegenüberliegend angeordnet. Die zweite Anlagefläche 13 ist der zweiten Führungsfläche 35 gegenüberliegend angeordnet. Mit der ersten und zweiten Anlagefläche 12, 13 ist der Reitstock 1 temporär an einer bestimmten Position der Linearführung 31 an der ersten und zweiten Führungsfläche 32, 35 klemmbar.
Der Reitstock 1 verfügt über mindestens zwei Paare von Laufrollen 15, die voneinander beabstandet an jeweils einer orthogonal zur ersten Anlagefläche 12 beweglichen Achse 151 am Reitstock 1 aufgenommen sind. Die Laufrollen 15 greifen in das T-förmige Führungsprofil 33 ein und sind in einer Laufrollenführung 38 abrollbar im Führungsprofil 33 aufgenommen. Die Laufrollenführung 38 wird zwischen einer parallel zur ersten Führungsfläche 32 angeordneten Basisfläche 37 und zwei parallel zur ersten Führungsfläche 32 angeordneten Rollflächen 36 des Führungsprofils 33 gebildet.
Gemäß 2 und 3 weist der Reitstock 1 mindestens eine Reitstockfederung 16, mit einer vom Reitstock 1 orthogonal zur Basisfläche 37 auf die Achsen 151 der Laufrollen 15 gerichteten Kraftwirkung auf. Durch die Kraftwirkung der Reitstockfederung 16 ist der Reitstock 1 in einem verschiebbaren Zustand mit der ersten Anlagefläche 12 von der Linearführung 31 abgehoben. Im verschiebbaren Zustand ist der Reitstock 1 mit den Laufrollen 15 entlang der Linearführung 31 rollbar.
In einem ersten Ausführungsbeispiel weist das T-förmige Führungsprofil 33 die Form einer in die erste Führungsfläche 32 der Linearführung 31 eingearbeiteten und in den 2 bis 4 dargestellten T-Nut 331 auf.
Zur Führung des Reitstocks 1 an der T-Nut 331 verfügt der Reitstock 1 über eine Finne 11. Die Finne 11 teilt die erste Anlagefläche 12 mittig auf und taucht zwischen der zweiten Führungsfläche 35 und der Lauffläche 34 hindurch in die T-Nut 331 ein. Der zweiten Führungsfläche 35 gegenüberliegend ist die zweite Anlagefläche 13 an der Finne 11 angeordnet. Durch die Finne 11 ist der Reitstock 1 nach dem Prinzip einer Nut-Feder-Führung seitlich zur Linearführung 31 geführt. Ein Breitenmaß f der Finne 11 ist dazu in der Ausführung gemäß 4 nur geringfügig, vorzugsweise um etwa 0,02 (Minimalspiel) bis 0,07 mm (Maximalspiel), kleiner als ein Abstand g zwischen der zweiten Führungsfläche 35 und der Lauffläche 34 der Linearführung 31.
An der Finne 11 sind die zylindrischen Achsen 151 mit den in der Laufrollenführung 38 abrollbaren Laufrollen 15 gelagert. Jeweils ein Paar Laufrollen 15 ist an einer gemeinsamen Achse 151 befestigt. Für die Lagerung sind Achsenlager 152 an der Finne 11 vorgesehen. Die Achsenlager 152 sind Langlöcher, in denen die Achsen 151 gegenüber der ersten Anlagefläche 12 begrenzt beweglich sind. Die Achsenlager 152 weisen eine auf die Achsen 151 angepasste Breite b auf (nur in 2 und 3 eingezeichnet, die eine möglichst spielarme Bewegung der Achsen 151 in den Achsenlagern 152 zulässt.
Die Klemmung des Reitstocks 1 an der Linearführung 31 erfolgt mit einer Klemmeinrichtung 2. Die Klemmeinrichtung 2 ist Bestandteil einer Parallelanmeldung und wird hier nicht näher beschrieben. Mittels der Klemmeinrichtung 2 wird der Reitstock 1 mit der ersten und zweiten Anlagefläche 12 und 13 an der Linearführung 31 zur Anlage gebracht und an der ersten und zweiten Führungsfläche 32 und 35 fest geklemmt. Dazu wirkt die Klemmeinrichtung 2 gleichzeitig auf die Rollflächen 36 und auf die Lauffläche 34.
2 zeigt den Reitstock 1 im verschiebbaren (ungeklemmten) Zustand von der Seite, wobei die Linearführung 31 und der Reitstock 1 im Bereich der Linearführung 31 geschnitten dargestellt sind.
Im verschiebbaren Zustand ist die Klemmeinrichtung 2 gelöst. Beim Lösen werden die Achsen 151 durch die Kraftwirkung der Reitstockfederung 16 in eine von der ersten Anlagefläche 12 entfernte Position der langlochförmigen Achsenlager 152 bewegt und an den dortigen Enden der Achsenlager 152 zur Anlage gebracht. Da die Laufrollen 15 im zuvor eingenommenen geklemmten Zustand mit der Basisfläche 37 in Kontakt stehen, wird der Reitstock 1 beim Lösen der Klemmeinrichtung 2 mit der ersten Anlagefläche 12 um einen Abstand a von der ersten Führungsfläche 32 abgehoben. Die Langlöcher der Achsenlager 152 sind so positioniert, dass der Abstand a im verschiebbaren Zustand ca. 0,2 mm–0,3 mm beträgt. Der Verstellweg v entspricht mindestens diesem Abstand a, kann aber auch größer gewählt sein, wobei entsprechend eingestellte Begrenzungselemente 156 (nur in 5 und 6 gezeichnet) die Reitstockfederung 16 auf ein Abheben des Reitstocks 1 von der ersten Führungsfläche 32 auf den Abstand a begrenzen.
Nach dem vollständigen Abheben der ersten Anlagefläche 12 kippt der Reitstock 1, einem Moment der in einem Schwerpunkt SP des Reitstocks 1 angreifenden Gewichtskraft FG folgend, um die Auflage des unteren Paares der Laufrollen 15 auf der Basisfläche 37, bis das obere Paar Laufrollen 15 an den Rollflächen 36 anliegt. Dieser Zustand ist in 2 durch die beiden an den Laufrollen 15 angreifenden Pfeile verdeutlicht und in stark übertriebener Darstellung gezeigt. Eine Höhe h der Laufrollenführung 38, zwischen der Basisfläche 37 und den Rollflächen 36, ist mit höchstens 0,11 mm, bevorzugt +0,02 bis +0.105 mm, nur geringfügig größer als der Durchmesser d der Laufrollen 15, sodass ein Kippen des Reitstocks 1 für einen Bediener nicht wahrnehmbar ist. Das Kippen wird weiterhin minimiert, indem die Achsenlager 152 in einer möglichst großen Entfernung e entlang des T-förmigen Führungsprofils 33 an der Finne 11 angeordnet sind.
Im verschiebbaren Zustand steht der Reitstock 1 hauptsächlich über die in der Laufrollenführung 38 abrollenden Laufrollen 15 in Kontakt mit der Linearführung 31. Die seitliche Führung erfolgt nahezu kraftlos durch Gleitführung der Finne 11 zwischen der zweiten Führungsfläche 35 und der Lauffläche 34 des T-förmigen Führungsprofils 33. Dadurch wird ein Hauptteil von Reibungskräften, die im verschiebbaren Zustand zwischen dem Reitstock 1 und der Linearführung 31 wirken, über Rollreibung der Laufrollen 15 aufgenommen. Das ermöglicht ein sehr leichtgängiges Verschieben des Reitstocks 1.
Zum Abfangen der Gewichtskraft FG des Reitstocks 1 im verschiebbaren Zustand ist eine Einrichtung 5 zur Kompensation der Gewichtskraft FG vorgesehen. Die Einrichtung 5 besteht aus einem flexiblen Verbindungselement 51, das am oberen Ende der Linearführung 31 über eine Umlenkrolle 52 geführt ist und an einem Ende mit einem Gegengewicht 53 und am anderen Ende mit der Finne 11 des Reitstocks 1 verbunden ist. Eine Masse des Gegengewichts 53 entspricht etwa der Gewichtskraft FG des Reitstocks 1, sodass der Reitstock 1 im verschiebbaren Zustand die Position an der Linearführung 31 beibehält und nicht nach unten fällt. Für eine leichtgängige Bewegung ist das Gegengewicht 53 möglichst reibungsarm innerhalb des Maschinenbetts 3 geführt. Das flexible Verbindungselement 51 ist vorteilhaft ein dünnes Stahlseil, kann neben Stahl aber auch aus faserverstärkten Kunststoffen, Elastomeren oder anderen flexiblen Werkstoffen in Form einer Kette, eines Seils oder Riemens hergestellt sein.
Die Reitstockfederung 16 ist hier in Form einer einzelnen Blattfeder ausgeführt. Sie ist mittig an der Finne 11 befestigt und verfügt über zwei federnde Enden, mit denen die Reitstockfederung 16 auf die Achsen 151 einwirkt. Die Kraftwirkung der Reitstockfederung 16 ist mindestens so groß wie oder größer als ein Moment der am Schwerpunkt SP angreifenden Gewichtskraft FG, das im verschiebbaren Zustand auf das untere Paar Laufrollen 15 einwirkt.
In den 3 und 4 ist der Reitstock 1 im geklemmten Zustand gezeigt, in dem der Reitstock 1 mit der Klemmeinrichtung 2 an den Führungsflächen 32 und 35 der Linearführung 31 ausgerichtet und geklemmt ist.
Im geklemmten Zustand wird die erste Anlagefläche 12 mit der Klemmeinrichtung 2 auf die erste Führungsfläche 32 gezogen. Wie durch die Pfeile (nur in 4 dargestellt) angedeutet, wirkt die Klemmeinrichtung 2 dabei auf die Rollflächen 36 ein. Gleichzeitig wird die zweite Anlagefläche 13 gegen die zweite Führungsfläche 35 gepresst, wobei sich die Klemmeinrichtung 2 an der gegenüberliegenden Lauffläche 34 abstützt. Durch dabei entstehende Reibungskräfte ist der Reitstock 1 temporär an der Linearführung 31 befestigt.
Beim Klemmen stehen die Laufrollen 15 in Kontakt mit der Basisfläche 37 und werden mit den Achsen 151, entgegen der Kraftwirkung der Reitstockfederung 16, in eine der ersten Anlagefläche 12 nahe Position der langlochförmigen Achsenlager 152 bewegt. Die Achsenlager 152 sind dazu so dimensioniert, dass mit den Achsen 151 ein Verstellweg v erreichbar ist, der mindestens dem Abstand a entspricht. Die Bewegung der Achsen 151 und Laufrollen 15 um den Abstand a ist durch die mit Strichlinien dargestellten Konturen angedeutet. Der Verstellweg v ist in 3 im vergrößerten Ausschnitt eines der Achsenlager 152 dargestellt.
3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführung der Reitstockfederung 16. Die Reitstockfederung 16 ist hier mittels Schraubenfedern realisiert, wobei jeweils eine Schraubenfeder auf eine der beiden Achsen 151 wirkt. Die Reitstockfederung 16 ist dadurch kostengünstiger und kann leichter angepasst werden. Als weitere Möglichkeiten können, auf die gleiche Weise wie die Schraubenfedern, auch Federelemente aus Elastomeren, wie z. B. Gummi, Polyurethan oder ähnlichen Werkstoffen als Reitstockfederung 16 verwendet werden.
In einem weiteren, in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das T-förmige Führungsprofil 33 die Form einer in die erste Führungsfläche 32 der Linearführung 31 eingearbeiteten T-Schiene 332 auf. Orthogonal zur ersten Führungsfläche 32 sind die zweite Führungsfläche 35 und die Lauffläche 34 des Führungsprofils 33 entgegengesetzt, im Abstand g gegenüberliegend am Kopf der T-Schiene 332 angeordnet. Der Reitstock 1 umgibt die T-Schiene 332 U-förmig, indem er beiderseits der T-Schiene 332 mit jeweils einer Finne 11 in Vertiefungen der ersten Führungsfläche 32 eintaucht und somit die Kopfoberfläche der T-Schiene 332 zur parallelen Führung der ersten Anlagefläche 12 des Reitstocks 1 ausgebildet ist, wobei sich die erste Anlagefläche 12 zwischen den beiden Finnen 11 befindet. Die zweite Anlagefläche 13 des Reitstocks 1 ist an der der zweiten Führungsfläche 35 gegenüberliegenden Finne 11 ausgebildet.
Die Laufrollen 15 sind jeweils einzeln an Achsschenkeln 153 aufgenommen, die an Gleitstücken 154 befestigt sind. Die Gleitstücke 154 sind orthogonal zur ersten Anlagefläche 12 beweglich in Gleitführungen 155 des Reitstocks 1 aufgenommen, wobei die Reitstockfederung 16 einzeln auf jedes Gleitstück 154 wirkt. Im einfachsten Fall wird für jedes Gleitstück 154 eine Schraubenfeder verwendet, sodass der Reitstock 1 im verschiebbaren Zustand von der ersten Führungsfläche 32 abgehoben werden kann. Die Einhaltung des Abstands a erfolgt mit orthogonal zu den Gleitführungen 155 durch die Gleitstücke 154 hindurchgeführten Begrenzungselementen 156, mit denen jedes Gleitstück 154 am Reitstock 1 befestigt ist.
Der Reitstock 1 ist in 5 im geklemmten Zustand dargestellt. Das Klemmen erfolgt hier mit einer an die Form der T-Schiene 332 angepassten Klemmeinrichtung 2. Die Klemmeinrichtung 2 wirkt ebenfalls – wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 – auf die Rollflächen 36 und auf die Lauffläche 34 und zieht gleichzeitig die erste Anlagefläche 12 an die erste Führungsfläche 32 und die zweite Anlagefläche 13 an die zweite Führungsfläche 35.
In einer zur Ausführung von 5 modifizierten Gestaltung gemäß 6 weist das T-förmige Führungsprofil 33 die Form einer auf die erste Führungsfläche 32 der Linearführung 31 aufgesetzten T-Schiene 332 auf. Der Reitstock 1 umgibt die T-Schiene 332 U-förmig, indem beiderseits der T-Schiene 332 jeweils eine Finne 11 des Reitstocks 1 bis auf die erste Führungsfläche 32 geführt ist. Die erste Führungsfläche 32 stellt in diesem Fall zugleich die Basisfläche 37 dar. Dementsprechend befindet sich die erste Anlagefläche 12 an den der ersten Führungsfläche 32 gegenüberliegenden Unterseiten der Finnen 11.
Die in diesem Beispiel einzeln an Achsschenkeln 153 aufgenommenen Laufrollen 15 sind jeweils über orthogonal zur ersten Anlagefläche 12 bewegliche Gleitstücke 154 mit dem Reitstock 1 verbunden. Die Gleitstücke 154 sind in Gleitführungen 155 im Reitstock 1 gelagert, wobei die Reitstockfederung 16 einzeln auf jedes Gleitstück 154 wirkt. Im einfachsten Fall wird für jedes Gleitstück 154 eine Schraubenfeder verwendet, sodass der Reitstock 1 im verschiebbaren Zustand von der ersten Führungsfläche 32 abgehoben werden kann. Die Einhaltung des Abstands a erfolgt mit in Richtung der Gleitführungen 155 ausgerichteten Begrenzungselementen 156, mit denen jedes Gleitstück 154 am Reitstock 1 befestigt ist.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung wird die Reitstockfederung 16 durch eine Luftlagerung ersetzt. Im verschiebbaren Zustand wird mindestens die erste Führungsfläche 32 über ein Raster von Ausströmdüsen mit Druckluft versorgt, sodass sich zwischen der ersten Anlagefläche 12 und der ersten Führungsfläche 32 ein Luftpolster ausbilden kann. Optional ist auch die Versorgung der zweiten Führungsfläche 35 und der Lauffläche 34 denkbar.
Es ist auch möglich, die Anlageflächen 12, 13 des Reitstocks 1 mit Druckluft zu versorgen, wobei die Zuführung der Druckluft über ein als Luftschlauch ausgebildetes flexibles Verbindungselement 51 erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Reitstock
11: Finne
12: erste Anlagefläche
13: zweite Anlagefläche
14: Handgriff
15: Laufrollen
151: Achse
152: Achsenlager
153: Achsschenkel
154: Gleitstück
155: Gleitführung
156: Begrenzungselement
16: Reitstockfederung
2: Klemmeinrichtung
3: Maschinenbett
31: Linearführung
32: erste Führungsfläche
33: (T-förmiges) Führungsprofil
331: T-Nut
332: T-Schiene
34: Lauffläche
35: zweite Führungsfläche
36: Rollflächen
37: Basisfläche
38: Laufrollenführung
4: Werkstückhalterung
41: Werkstückaufnahme
42: Pinole
5: Einrichtung (zur Kompensation der Gewichtskraft F_G)
51: flexibles Verbindungselement
52: Umlenkrolle
53: Gegengewicht
6: optische Messeinrichtung
FG: Gewichtskraft
SP: Schwerpunkt (des Reitstocks 1)
a: Abstand (zwischen erster Führungsfläche 32 und erster Anlagefläche 12)
b: Breite (des Achsenlagers 152)
d: Durchmesser (der Laufrollen 15)
e: Entfernung (zwischen den Achsen 151)
f: Breitenmaß (der Finne[n])
g: Abstand (zwischen zweiter Führungsfläche 35 und Lauffläche 34)
h: Höhe (der Laufrollenführung 38 zw. Basisfläche 37 und Rollflächen 36)
v: Verstellweg (der Achse 151)

Claims

Anordnung zum Einspannen eines rotierbaren Werkstücks, enthaltend ein Maschinenbett (3) mit einer Linearführung (31), eine Werkstückhalterung (4) mit einer rotierbaren Werkstückaufnahme (41) und mit einem Reitstock (1), der entlang der Linearführung (31) verschiebbar und an einer beliebigen Position der Linearführung (31) klemmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Linearführung (31) eine erste Führungsfläche (32) am Maschinenbett (3) aufweist, wobei die erste Führungsfläche (32) durch ein linear verlaufendes T-förmiges Führungsprofil (33) unterbrochen ist, das eine zur ersten Führungsfläche (32) orthogonal orientierte zweite Führungsfläche (35) und vis-a-vis gegenüberliegend eine Lauffläche (34) aufweist, entlang derer der Reitstock (1) verschiebbar ist, wobei der Reitstock (1) an mindestens einer zur ersten Führungsfläche (32) des Maschinenbettes (3) gegenüberliegenden ersten Anlagefläche (12) und an mindestens einer zur zweiten Führungsfläche (35) des Führungsprofils (33) gegenüberliegenden zweiten Anlagefläche (13) temporär klemmbar ist, – der Reitstock (1) mindestens zwei Paare von Laufrollen (15) aufweist, die voneinander beabstandet an jeweils einer zur ersten Führungsfläche (32) orthogonal beweglichen Achse (151) am Reitstock (1) aufgenommen und, in das T-förmige Führungsprofil (33) eingreifend, in einer Laufrollenführung (38) abrollbar sind, wobei die Laufrollenführung (38) zwischen mindestens einer parallel zur ersten Führungsfläche (32) angeordneten Basisfläche (37) und zwei parallel zur ersten Führungsfläche (32) angeordneten Rollflächen (36) des Führungsprofils (33) ausgebildet ist, und – der Reitstock (1) mindestens eine Reitstockfederung (16) mit einer vom Reitstock (1) orthogonal zur Basisfläche (37) auf die Achsen (151) der Laufrollen (15) gerichteten Kraftwirkung aufweist, wobei die mindestens eine erste Anlagefläche (12) im verschiebbaren Zustand des Reitstocks (1) durch die Kraftwirkung der Reitstockfederung (16) von der ersten Führungsfläche (32) der Linearführung (31) abgehoben ist und der Reitstock (1) mit den Laufrollen (15) entlang der Linearführung (31) rollbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Achsen (151) einen Verstellweg v aufweisen, der mindestens einem vorgesehenen Abstand a zwischen der ersten Anlagefläche (12) des Reitstocks (1) und der ersten Führungsfläche (32) der Linearführung (31) im verschiebbaren Zustand des Reitstocks (1) entspricht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe h der Laufrollenführung (38) zwischen der Basisfläche (37) und den Rollflächen (36) höchstens 0,11 mm größer als ein Durchmesser d der Laufrollen (15) ist, sodass jedes Paar Laufrollen (15) jeweils lediglich auf der Basisfläche (37) oder den Rollflächen (36) abrollt und bei einem Wechsel zwischen Rollfläche (36) und Basisfläche (37) keine nennenswerte Seitwärtsbewegung des Reitstocks (1) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das T-förmige Führungsprofil (33) eine in die erste Führungsfläche (32) der Linearführung (31) eingearbeitete T-Nut (331) ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das T-förmige Führungsprofil (33) eine in die erste Führungsfläche (32) der Linearführung (31) eingearbeitete T-Schiene (332) ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das T-förmige Führungsprofil (33) eine auf die erste Führungsfläche (32) der Linearführung (31) aufsetzende T-Schiene (332) ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vertikale Entfernung e zwischen den Achsen (151) der Laufrollen (15) in Bezug zu einer vertikalen Länge einer Finne (11) des Reitstocks (1) maximiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reitstockfederung (16) mindestens eine Kraftwirkung aufweist, die größer als ein Moment einer an einem Schwerpunkt (SP) des Reitstocks (1) angreifenden Gewichtskraft FG ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reitstockfederung (16) als eine Blattfeder, die auf die Achsen (151) der Laufrollen (15) einwirkt, ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reitstockfederung (16) separate Federn zur Einwirkung auf jeweils eine der Achsen (151) der Laufrollen (15) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klemmeinrichtung (2) zum Klemmen des Reitstocks (1) an der Linearführung (31) in den Reitstock (1) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reitstock (1) eine Einrichtung (5) zur Kompensation einer Gewichtskraft FG des Reitstocks (1) zugeordnet ist, die ein Gegengewicht (53) beihaltet, das mittels eines flexiblen Verbindungselements (51) über mindestens eine Umlenkrolle (52) mit dem Reitstock (1) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Verbindungselement (51) ein strangförmiges Element aus der Gruppe Kette, Seil oder Riemen ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Verbindungselement (51) mindestens ein Material aus der Gruppe Stahl, faserverstärkter Kunststoff oder Elastomer enthält.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (53) eine reibungsarme Führung innerhalb des Maschinenbetts (3) aufweist.