Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine.The present invention relates to a feed device for a machine tool.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen wurden verschiedene Aufbauten zur Verringerung von Schwingungen vorgeschlagen. Beispielsweise ist in dem Patentliteraturbeispiel 1 eine Laserbearbeitungsmaschine vom Lichtscanningtyp als Werkzeugmaschine offenbart. Diese Werkzeugmaschine weist ein Bett, einen Querträger, der sich auf dem Bett bewegt, einen Sattel, der sich auf dem Querträger bewegt, und einen durch den Sattel getragenen Bearbeitungskopf auf. Bei dieser Werkzeugmaschine wird für den Querträger zur Gänze CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic, kohlefaserverstärkter Kunststoff) verwendet. Durch einen solchen Aufbau werden Schwingungen verringert, während ein geringes Gewicht und eine hohe Starrheit erreicht werden.Various structures for reducing vibration have been proposed in the machine tool field. For example, in Patent Literature Example 1, a light scanning type laser processing machine is disclosed as a machine tool. This machine tool has a bed, a cross beam that moves on the bed, a saddle that moves on the cross beam, and a machining head carried by the saddle. In this machine tool, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) is used entirely for the cross member. With such a structure, vibrations are reduced while being light in weight and high in rigidity.
Literatur zum Stand der TechnikPrior art literature
PatentliteraturPatent literature
Patentliteraturbeispiel 1: Patentoffenlegungsschrift 2000-263356Patent Literature Example 1: Patent Laid-Open Publication 2000-263356
Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the invention
Von der Erfindung zu lösende AufgabeProblem to be solved by the invention
Im Allgemeinen entstehen bei Werkzeugmaschinen verschiedene Schwingungen. Diese umfassen beispielsweise (1) jene, die von einer Unwucht einer sich drehenden Hauptspindel stammen, (2) jene, die von einer intermittierenden Schneidekraft stammen, (3) jene, die von einem regenerativen Rattern stammen, sowie (4) jene, die von Reaktionskräften stammen, welche auf ein Basiselement wirken, wenn ein sich bewegender Körper seine Bewegung beginnt oder anhält, und dergleichen. Bei (1) Schwingungen, die von einer Unwucht der Hauptspindel stammen, schwingt vor allem die Hauptspindel. Bei (2) Schwingungen, die von einer intermittierenden Schneidekraft stammen, schwingen vor allem die Hauptspindel und ein Tisch. Bei (3) Schwingungen, die von einem regenerativen Rattern stammen, schwingt vor allem das Werkzeug. Die Hauptspindel, der Tisch und das Werkzeug weisen ein vergleichsweise geringes Gewicht auf und sind an einem Ende der Werkzeugmaschine positioniert. Folglich verursachen Schwingungen dieser Aufbauelemente kaum Schwingungen mit einer großen Verschiebung bei einer niedrigen Frequenz eines Basiselements wie eines Betts, einer Säule, eines Sattels und dergleichen, das ein großes Gewicht aufweist und weiter unten als die Werkzeugmaschine positioniert ist Im Gegensatz dazu wirken (4) Schwingungen durch Reaktionskräfte, die durch den Betrieb eines sich bewegenden Körpers verursacht werden und auf ein Basiselement wirken, über eine Rollführung und einen Kugelgewindetrieb direkt auf das Basiselement und rufen leicht Schwingungen mit einer großen Verschiebung bei einer niedrigen Frequenz des Basiselements hervor. In den letzten Jahren werden häufig Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen vorgenommen, wobei sich ein sich bewegender Körper mit einer hohen Geschwindigkeit und einer starken Beschleunigung und Verlangsamung bewegt. Folglich kommt es vor, dass das Basiselement durch die von einem solchen sich bewegenden Körper verursachten Reaktionskräfte in Schwingungen versetzt wird und sich die Qualität der Bearbeitungsfläche eines Werkstücks verschlechtert. Zur Behandlung dieses Problems ist es denkbar, das Basiselement schwer auszuführen und seine Starrheit zu erhöhen. Dies ist jedoch mit einer Zunahme des Gewichts der Werkzeugmaschine als Ganzes verbunden und daher nicht erwünscht. Es ist auch denkbar, für einen sich bewegenden Körper wie etwa einen Querbalken wie bei der Werkzeugmaschine des Patentliteraturbeispiels 1 zur Gänze CFRP zu verwenden. Doch da bei CFRP die Starrheit in anderen Richtungen als der Faserrichtung vergleichsweise gering ist, kann eine gänzliche Verwendung von CFRP für den sich bewegenden Körper mit einer Abnahme der statischen Starrheit verbunden sein.In general, machine tools generate various vibrations. These include, for example, (1) those resulting from an imbalance in a rotating main spindle, (2) those resulting from an intermittent cutting force, (3) those resulting from regenerative chatter, and (4) those resulting from Reaction forces originate which act on a base element when a moving body starts or stops moving, and the like. In the case of (1) vibrations that originate from an imbalance in the main spindle, the main spindle in particular vibrates. In the case of (2) vibrations resulting from an intermittent cutting force, the main spindle and a table in particular vibrate. In the case of (3) vibrations resulting from regenerative chatter, it is primarily the tool that vibrates. The main spindle, the table and the tool have a comparatively low weight and are positioned at one end of the machine tool. Consequently, vibrations of these structural members hardly cause vibrations with a large displacement at a low frequency of a base member such as a bed, a column, a saddle and the like which has a large weight and is positioned lower than the machine tool. In contrast, (4) vibrations act by reaction forces caused by the operation of a moving body acting on a base member directly to the base member via a rolling guide and a ball screw, and easily cause vibrations with a large displacement at a low frequency of the base member. In recent years, high-speed machining is often performed in which a moving body moves at a high speed and with strong acceleration and deceleration. As a result, it happens that the base member is vibrated by the reaction forces caused by such a moving body, and the quality of the machining surface of a workpiece deteriorates. To deal with this problem, it is conceivable to make the base element heavy and to increase its rigidity. However, this is associated with an increase in the weight of the machine tool as a whole and is therefore undesirable. It is also conceivable to use CFRP entirely for a moving body such as a cross beam as in the machine tool of Patent Literature Example 1. However, since CFRP has comparatively low rigidity in directions other than the fiber direction, using CFRP entirely for the moving body may result in a decrease in static rigidity.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die eine hohe statische Starrheit aufweist und die Schwingungsverschiebung eines Basiselements durch die Reaktionskräfte, wenn ein sich bewegender Körper seine Bewegung beginnt oder anhält, verringern kann.It is an object of the present invention to provide a feed device for a machine tool which has high static rigidity and can reduce the vibrational displacement of a base member by reaction forces when a moving body starts or stops moving.
Mittel zum Lösen der AufgabeMeans for solving the task
Eine Form der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, wodurch ein sich bewegender Körper in Bezug auf ein Basiselement geführt wird und ein Vorschubantrieb vorgenommen wird, wobei die Vorschubvorrichtung über eine lineare Rollführung, die zwischen dem Basiselement und dem sich bewegenden Körper angeordnet ist und die Bewegung des sich bewegenden Körpers in Bezug auf das Basiselement führt; und einen Kugelgewindetriebmechanismus, wobei dieser Kugelgewindetriebmechanismus den sich bewegenden Körper in Bezug auf das Basiselement antreibt und eine Gewindespindel, eine Mutter, die sich entlang der Gewindespindel bewegt, und einen Gewindespindelhalter, der in Bezug auf das Basiselement fixiert ist und die Gewindespindel hält, aufweist, verfügt, wobei zwischen den Gewindespindelhalter und das Basiselement ein CFRP-Material eingefügt ist.One form of the present disclosure is a feed device for a machine tool, whereby a moving body is guided with respect to a base element and a feed drive is carried out, the feed device via a linear roller guide which is arranged between the base element and the moving body and guides the movement of the moving body with respect to the base member; and a ball screw mechanism, this ball screw mechanism driving the moving body with respect to the base member and comprising a lead screw, a nut that moves along the lead screw, and a lead screw holder that is fixed with respect to the base member and holds the lead screw, has, with between the threaded spindle holder and a CFRP material is inserted into the base element.
Bei der Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einer Form der vorliegenden Offenbarung ist das CFRP-Material zwischen den Gewindespindelhalter des Gewindespindeltriebmechanismus und das Basiselement eingefügt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass es durch das Einfügen des CFRP-Materials an dieser Stelle möglich ist, die Schwingungsverschiebung des Basiselements durch die Reaktionskräfte, wenn der sich bewegende Körper seine Bewegung beginnt oder anhält, zu verringern, ohne die Materialeigenschaften des Basiselements oder des sich bewegenden Körpers zu verändern. Folglich kann eine wie oben genannte Schwingungsverschiebung des Basiselements verringert werden, während eine hohe statische Starrheit bewahrt wird.In the feed device for a machine tool according to one form of the present disclosure, the CFRP material is interposed between the lead screw holder of the lead screw drive mechanism and the base member. The inventor of the present invention has found that by including the CFRP material at this point, it is possible to reduce the vibrational displacement of the base member by the reaction forces when the moving body starts or stops moving, without affecting the material properties of the base member or to change the moving body. As a result, a vibrational displacement of the base member as mentioned above can be reduced while maintaining a high static rigidity.
Das CFRP-Material kann zwischen die lineare Rollführung und das Basiselement eingefügt sein. In diesem Fall kann die Schwingungsverschiebung des Basiselements noch weiter verringert werden. Außerdem kann die lineare Rollführung in diesem Fall eine Schiene und einen Schlitten, der sich entlang der Schiene bewegt, aufweisen und das CFRP-Material zwischen die Schiene und das Basiselement oder zwischen den Schlitten und das Basiselement eingefügt sein.The CFRP material can be inserted between the linear roller guide and the base element. In this case, the vibrational displacement of the base member can be further reduced. In addition, in this case, the linear roller guide may comprise a rail and a carriage moving along the rail, and the CFRP material may be inserted between the rail and the base member or between the carriage and the base member.
Der Gewindespindelhalter kann eine erste und eine zweite Lagerträgereinheit aufweisen, die entlang der Gewindespindel voneinander beabstandet angeordnet sind, und das CFRP-Material kann in dem gesamten Bereich, der die erste und die zweite Lagerträgereinheit enthält, verlegt sein. In diesem Fall kann die Schwindungsverschiebung des Basiselements noch weiter verringert werden, da das CFRP-Material ohne Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Lagerträgereinheit verlegt ist.The lead screw holder may have first and second bearing support units spaced apart from one another along the lead screw, and the CFRP material may be laid in the entire area containing the first and second bearing support units. In this case, the shrinkage displacement of the base member can be reduced even further because the CFRP material is laid without a gap between the first and the second bearing support unit.
Das CFRP-Material kann auch mehrere Schichten aufweisen, die jeweils entlang einer bestimmten Richtung verlaufende Kohlefasern enthalten, wobei die mehreren Schichten so geschichtet sein können, dass die Ausrichtung der Kohlefasern ±45 ° in Bezug auf die Bewegungsrichtung des sich bewegenden Körpers erreicht. In diesem Fall weist das CFRP-Material in Bezug auf alle Richtungen in der Ebene, die die Bewegungsrichtungen des sich bewegenden Elements enthält, eine hohe Starrheit auf.The CFRP material can also have multiple layers, each containing carbon fibers running along a certain direction, wherein the multiple layers can be layered so that the orientation of the carbon fibers reaches ± 45 ° with respect to the direction of movement of the moving body. In this case, the CFRP material has high rigidity with respect to all directions in the plane containing the moving directions of the moving member.
Das Basiselement kann aus einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. In diesem Fall kann das Basiselement mit einem geringen Gewicht ausgeführt werden.The base element can be made from an aluminum alloy. In this case, the base element can be made lightweight.
Wirkung der ErfindungEffect of the invention
Durch die Form der vorliegenden Offenbarung wird es möglich, eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die eine hohe statische Starrheit aufweist und die Schwingungsverschiebung eines Basiselements durch die Reaktionskräfte, wenn ein sich bewegender Körper seine Bewegung beginnt oder anhält, verringern kann.With the form of the present disclosure, it becomes possible to provide a feeder for a machine tool that has high static rigidity and can reduce the vibrational displacement of a base member by reaction forces when a moving body starts or stops moving.
FigurenlisteFigure list
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1 ist eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine, die mit einer Vorschubvorrichtung nach einer Ausführungsform versehen ist. 1 Fig. 13 is a front view of a machine tool provided with a feed device according to an embodiment.
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2 ist eine Draufsicht, die die Werkzeugmaschine von 1 zeigt. 2 FIG. 13 is a plan view showing the machine tool of FIG 1 shows.
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3 ist eine Seitenansicht, die die Werkzeugmaschine von 1 zeigt. 3 FIG. 13 is a side view showing the machine tool of FIG 1 shows.
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4 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die die Vorschubvorrichtung zeigt. 4th Fig. 13 is an enlarged side view showing the feeding device.
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5 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die die Vorschubvorrichtung zeigt. 5 Fig. 13 is an enlarged front view showing the feeding device.
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6 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile VI-VI in 5. 6th FIG. 6 is a sectional view taken along arrows VI-VI in FIG 5 .
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7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Versuchsergebnisse zeigt. 7th Fig. 13 is a diagram showing an example of test results.
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8(a) ist ein Diagramm, das das Schwingungsdämpfungsverhalten einer Aluminiumlegierung zeigt. (b) ist ein Diagramm ist ein Diagramm, das das Schwingungsdämpfungsverhalten eines CFRP zeigt. 8 (a) Fig. 13 is a graph showing the vibration damping behavior of an aluminum alloy. (b) is a diagram is a diagram showing the vibration damping behavior of a CFRP.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einer Ausführungsform erklärt. Gleiche oder entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf eine wiederholte Erklärung verzichtet. Zur Erleichterung des Verständnisses kann der Maßstab der Zeichnungen verändert sein.Referring to the drawings, a feed device for a machine tool according to an embodiment will be explained below. The same or corresponding elements are provided with the same reference numerals and a repeated explanation is omitted. The scale of the drawings may be changed to facilitate understanding.
1 ist eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine, die mit einer Vorschubvorrichtung nach einer Ausführungsform versehen ist. 2 und 3 sind jeweils eine Draufsicht und eine Vorderansicht, die die Werkzeugmaschine von 1 zeigen. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Werkzeugmaschine 100 beispielsweise ein vertikales Bearbeitungszentrum sein. Die Werkzeugmaschine 100 kann auch eine andere Bearbeitungsvorrichtung sein. Die Werkzeugmaschine 100 weist ein Bett 1, ein Gleitstück 2, einen Sattel 3, einen Stößel 4, einen Hauptspindelkopf 5, eine Hauptspindel 6 und einen Tisch 7 auf. Die Werkzeugmaschine 100 kann ferner noch andere Aufbauelemente aufweisen. 1 Fig. 13 is a front view of a machine tool provided with a feed device according to an embodiment. 2 and 3 FIG. 13 is a plan view and a front view showing the machine tool of FIG 1 demonstrate. With reference to 1 can machine tool 100 for example a vertical machining center. The machine tool 100 can also be another processing device. The machine tool 100 has a bed 1 , a slider 2 , a saddle 3 , a plunger 4th , a main spindle head 5, a main spindle 6 and a table 7. The machine tool 100 can also have other structural elements.
Bei der vorliegenden Ausführungsform dreht sich die Hauptspindel 6 um eine senkrechte Achsenlinie Os. Bei der Werkzeugmaschine 100 ist die entlang der Achsenlinie Os verlaufende Richtung die Z-Achsen-Richtung (die auch als Vertikalrichtung bezeichnet sein kann). Unter Bezugnahme auf 2 ist bei der Werkzeugmaschine 100 jene der waagerechten Richtungen, in der das Gleitstück 2, der Sattel 3, der Stößel 4 und der Hauptspindelkopf 5 angeordnet sind, die Y-Achsen-Richtung (die auch als Längsrichtung bezeichnet sein kann). Die Seite in Bezug auf das Gleitstück 2, an der sich der Sattel 3, der Stößel 4 und der Hauptspindelkopf 5 befinden, ist die Vorderseite, und die dazu entgegengesetzte Seite die Rückseite. Außerdem ist bei der Werkzeugmaschine 100 jene der waagerechten Richtungen, die zu der Y-Achsen-Richtung orthogonal verläuft, die X-Achsen-Richtung (die auch als Querrichtung bezeichnet sein kann).In the present embodiment, the main spindle 6 rotates around a vertical axis line Os. With the machine tool 100 the direction along the axis line Os is the Z-axis direction (which can also be referred to as the vertical direction). With reference to 2 is at the machine tool 100 those of the horizontal directions in which the slider 2 , the saddle 3 , the plunger 4th and the main spindle head 5 are arranged in the Y-axis direction (which can also be referred to as the longitudinal direction). The side in relation to the slider 2 on which the saddle is attached 3 , the plunger 4th and the main spindle head 5 are located on the front side and the opposite side is the rear side. Also is with the machine tool 100 that of the horizontal directions which is orthogonal to the Y-axis direction, the X-axis direction (which can also be referred to as the transverse direction).
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Bett 1 eine Basis 11 und einen Hauptkörperabschnitt 12 auf. Die Basis 11 ist auf einem Fundament der Bodenfläche oder dergleichen eines Werks angeordnet. Der Hauptkörperabschnitt 12 ist über der Basis 11 ausgebildet. Der Hauptkörperabschnitt 12 weist ein Paar von Seitenwänden 12a und eine obere Wand 12b, die die oberen Bereiche des Paars von Seitenwänden 12a überspannt, auf. Das Paar von Seitenwänden 12a ist so angeordnet, dass die Seitenwände einander in der X-Achsen-Richtung gegenüberliegen. Die obere Wand 12b verbindet die oberen Bereiche des Paars von Seitenwänden 12a.With reference to 1 shows the bed 1 a base 11 and a main body portion 12. The base 11 is placed on a foundation of the floor surface or the like of a factory. The main body portion 12 is formed over the base 11. The main body portion 12 has a pair of side walls 12a and a top wall 12b spanning the upper portions of the pair of side walls 12a. The pair of side walls 12a are arranged so that the side walls are opposed to each other in the X-axis direction. The top wall 12b connects the top portions of the pair of side walls 12a.
Unter Bezugnahme auf 2 sitzt das Gleitstück 2 auf den oberen Flächen des Paars von Seitenwänden 12a des Betts 1. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Gleitstück 2 für ein geringes Gewicht aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Das Gleitstück 2 wird durch eine Vorschubvorrichtung FS1 auf dem Bett 1 entlang der Y-Achsen-Richtung angetrieben. Das heißt, was die Beziehung zwischen dem Bett 1 und dem Gleitstück 2 betrifft, wirkt das Gleitstück als „sich bewegender Körper“, der sich in eine bestimmte Richtung (die Y-Achsen-Richtung) bewegt, und wirkt das Bett 1 als „Basiselement“, das den sich bewegenden Körper trägt. Die Vorschubvorrichtung FS1 weist eine oder mehrere lineare Rollführungen L1 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon), einen Kugelgewindetriebmechanismus BS1 und einen Motor M1 auf.With reference to 2 the slider sits 2 on the upper surfaces of the pair of side walls 12a of the bed 1 . In the present embodiment, the slider is 2 formed from an aluminum alloy for light weight. The slider 2 is made by a feed device FS1 on the bed 1 driven along the Y-axis direction. That is, what the relationship between the bed 1 and the slider 2 As concerns, the slider acts as a "moving body" moving in a certain direction (the Y-axis direction), and acts the bed 1 as the "basic element" that supports the moving body. The feed device FS1 has one or more linear roller guides L1 (a pair of them in the present embodiment), a ball screw mechanism BS1 and a motor M1.
Unter Bezugnahme auf 3 sind die linearen Rollführungen L1 zwischen dem Bett 1 und dem Gleitstück 2 angeordnet und führen die Bewegung des Gleitstücks 2 in Bezug auf das Bett 1. Jede der linearen Rollführungen L1 weist eine Schiene R1 und einen oder mehrere Schlitten C1 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon) auf. Bei der Vorschubvorrichtung FS1 sind die Schienen R1 in Bezug auf die obere Fläche des Betts 1, das das „Basiselement“ darstellt, fixiert, und sind die Schlitten C1 in Bezug auf die Unterseite des Gleitstücks 2, das den „sich bewegenden Körper“ darstellt, fixiert.With reference to 3 are the linear roller guides L1 between the bed 1 and the slider 2 arranged and guide the movement of the slider 2 in relation to the bed 1 . Any of the linear roller guides L1 has a rail R1 and one or more sleds C1 (a pair of them in the present embodiment). At the feed device FS1 are the rails R1 in relation to the top surface of the bed 1 , which represents the "basic element", and are the sledges C1 in relation to the underside of the slider 2 , which represents the "moving body".
Unter Bezugnahme auf 2 treibt der Kugelgewindetriebmechanismus BS1 das Gleitstück 2 in Bezug auf die Basis 1 an. Der Kugelgewindetriebmechanismus BS1 weist eine Gewindespindel S1, eine Mutter N1 und einen Gewindespindelhalter B1 auf. Die Gewindespindel S1 ist so angeordnet, dass ihre Mittelachsenlinie entlang der Y-Achsen-Richtung verläuft. Der Gewindespindelhalter B1 weist eine erste und eine zweite Lagerträgereinheit B1a auf, die entlang der Gewindespindel S1 voneinander beabstandet angeordnet sind (in der Zeichnung ist nur eine Lagerträgereinheit B1a dargestellt). Jede Lagerträgereinheit B1a weist ein oder mehrere Wälzlager und einen Träger, der diese(s) Wälzlager trägt, auf. Die erste und die zweite Lagerträgereinheit B1a können zum Beispiel beide Enden der Gewindespindel S1 halten. Der Gewindespindelhalter B1 ist in Bezug auf die obere Wand 12b des Betts 1 fixiert. Bei anderen Ausführungsformen kann der Gewindespindelhalter B1 möglicherweise lediglich eine Lagerträgereinheit B1a aufweisen (kann die Gewindespindel S1 zum Beispiel einseitig gelagert gehalten werden).With reference to 2 drives the ball screw mechanism BS1 the slider 2 in terms of the base 1 at. The ball screw mechanism BS1 has a threaded spindle S1 , A mother N1 and a lead screw holder B1 on. The threaded spindle S1 is arranged so that its central axis line is along the Y-axis direction. The threaded spindle holder B1 has a first and a second bearing support unit B1a on that along the lead screw S1 are arranged at a distance from each other (in the drawing there is only one bearing support unit B1a shown). Each bearing carrier unit B1a has one or more roller bearings and a carrier that carries this roller bearing. The first and second bearing support units B1a for example, both ends of the lead screw S1 keep. The threaded spindle holder B1 is with respect to the top wall 12b of the bed 1 fixed. In other embodiments, the threaded spindle holder B1 possibly just a bearing support unit B1a have (the threaded spindle S1 For example, they can be stored on one side).
Die Mutter N1 bewegt sich entlang der Gewindespindel S1. Die Mutter N1 ist in Bezug auf die Bodenfläche des Gleitstücks 2 fixiert. Der Motor M1 ist mit einem Ende der Gewindespindel S1 gekoppelt. Die Mutter N1 und das Gleitstück 2 bewegen sich in Verbindung mit dem Drehen der Gewindespindel S1 durch den Motor M1 entlang der Y-Achsen-Richtung. Der Vorschub des Gleitstücks 2 in der Y-Achsen-Richtung wird durch eine NC-Vorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert.The mother N1 moves along the threaded spindle S1 . The mother N1 is in relation to the bottom surface of the slider 2 fixed. The motor M1 has one end of the lead screw S1 coupled. The mother N1 and the slider 2 move in conjunction with the turning of the threaded spindle S1 by the motor M1 along the Y-axis direction. The advance of the slider 2 in the Y-axis direction is controlled by an NC device (not shown).
Der Sattel 3 ist an der Vorderfläche des Gleitstücks 2 angebracht. Der Sattel 3 wird durch eine Vorschubvorrichtung FS2 auf dem Gleitstück 2 entlang der X-Achsen-Richtung angetrieben. Das heißt, was die Beziehung zwischen dem Gleitstück 2 und dem Sattel 3 betrifft, wirkt das Gleitstück als „Basiselement“, während der Sattel 3 als „sich bewegender Körper“ wirkt. Die Vorschubvorrichtung FS2 weist eine oder mehrere lineare Rollführungen L2 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon), einen Kugelgewindetriebmechanismus BS2 und einen Motor M2 auf.The saddle 3 is on the front face of the slider 2 appropriate. The saddle 3 is made by a feed device FS2 on the slider 2 driven along the X-axis direction. That is, what the relationship between the slider 2 and the saddle 3 concerns, the sliding piece acts as a "base element", while the saddle 3 acts as a "moving body". The feed device FS2 has one or more linear roller guides L2 (a pair of them in the present embodiment), a ball screw mechanism BS2 and a motor M2.
Die linearen Rollführungen L2 sind zwischen dem Gleitstück 2 und dem Sattel 3 angeordnet und führen die Bewegung des Sattels 3 in Bezug auf das Gleitstück 2. Jede der linearen Rollführungen L2 weist eine Schiene R2 und einen oder mehrere Schlitten C2 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon) auf. Bei der Vorschubvorrichtung FS2 sind die Schienen R2 in Bezug auf die vordere Fläche des Gleitstücks 2, das das „Basiselement“ darstellt, fixiert, und sind die Schlitten C2 in Bezug auf die hintere Fläche des Sattels 3, der den „sich bewegenden Körper“ darstellt, fixiert.The linear roller guides L2 are between the slider 2 and the saddle 3 arranged and guide the movement of the saddle 3 in relation to the slider 2 . Any of the linear roller guides L2 has a rail R2 and one or more sleds C2 (a pair of them in the present embodiment). At the feed device FS2 are the rails R2 with respect to the front face of the slider 2 , which represents the "basic element", and are the sledges C2 in relation to the rear surface of the saddle 3 , which represents the "moving body".
Der Kugelgewindetriebmechanismus BS2 treibt den Sattel 3 in Bezug auf das Gleitstück 2 an. Der Kugelgewindetriebmechanismus BS2 weist eine Gewindespindel S2, eine Mutter N2 und einen Gewindespindelhalter B2 auf. Die Gewindespindel S2 ist so angeordnet, dass sie entlang der X-Achsen-Richtung verläuft. Der Gewindespindelhalter B2 weist eine erste und eine zweite Lagerträgereinheit B2a auf, die entlang der Gewindespindel S2 voneinander beabstandet angeordnet sind (siehe 5). Jede Lagerträgereinheit B2a weist ein oder mehrere Wälzlager und einen Träger, der diese(s) Wälzlager trägt, auf. Die erste und die zweite Lagerträgereinheit B2a können zum Beispiel beide Enden der Gewindespindel S2 halten. Der Gewindespindelhalter B2 ist in Bezug auf die vordere Fläche des Gleitstücks 2 fixiert. Bei anderen Ausführungsformen kann der Gewindespindelhalter B2 möglicherweise lediglich eine Lagerträgereinheit B2a aufweisen (kann die Gewindespindel S2 zum Beispiel einseitig gelagert gehalten werden).The ball screw mechanism BS2 drives the saddle 3 in relation to the slider 2 at. The ball screw mechanism BS2 has a threaded spindle S2 , A mother N2 and a lead screw holder B2 on. The threaded spindle S2 is arranged to be along the X-axis direction. The threaded spindle holder B2 has a first and a second bearing support unit B2a on that along the lead screw S2 are arranged at a distance from each other (see 5 ). Each bearing carrier unit B2a has one or more roller bearings and a carrier that carries this roller bearing. The first and second bearing support units B2a for example, both ends of the lead screw S2 keep. The threaded spindle holder B2 is with respect to the front face of the slider 2 fixed. In other embodiments, the threaded spindle holder B2 possibly just a bearing support unit B2a have (the threaded spindle S2 For example, they can be stored on one side).
Unter Bezugnahme auf 2 bewegt sich die Mutter N2 entlang der Gewindespindel S2. Die Mutter N2 ist in Bezug auf die hintere Fläche des Sattels 3 fixiert. Der Motor M2 ist mit einem Ende der Gewindespindel S2 gekoppelt. Die Mutter N2 und der Sattel 3 bewegen sich in Verbindung mit dem Drehen der Gewindespindel S2 durch den Motor M2 entlang der X-Achsen-Richtung. Der Vorschub des Sattels 3 in der X-Achsen-Richtung wird durch die NC-Vorrichtung gesteuert.With reference to 2 moves the mother N2 along the threaded spindle S2 . The mother N2 is in relation to the rear surface of the saddle 3 fixed. The motor M2 has one end of the lead screw S2 coupled. The mother N2 and the saddle 3 move in conjunction with the turning of the threaded spindle S2 by the motor M2 along the X-axis direction. The advance of the saddle 3 in the X-axis direction is controlled by the NC device.
Unter Bezugnahme auf 3 ist der Stößel 4 an der Vorderfläche des Sattels 3 angebracht. Der Stößel 4 wird durch eine Vorschubvorrichtung FS3 auf dem Sattel 3 entlang der Z-Achsen-Richtung angetrieben. Das heißt, was die Beziehung zwischen dem Sattel 3 und dem Stößel 4 betrifft, wirkt der Sattel 3 als „Basiselement“, während der Stößel 4 als „sich bewegender Körper“ wirkt. Die Vorschubvorrichtung FS3 weist eine oder mehrere lineare Rollführungen L3 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon), einen Kugelgewindetriebmechanismus BS3 und einen Motor M3 auf.With reference to 3 is the ram 4th on the front surface of the saddle 3 appropriate. The plunger 4th is made by a feed device FS3 on the saddle 3 driven along the Z-axis direction. That is, what the relationship between the saddle 3 and the plunger 4th affects the saddle 3 as the "basic element", while the ram 4th acts as a "moving body". The feed device FS3 has one or more linear roller guides L3 (a pair of them in the present embodiment), a ball screw mechanism BS3 and a motor M3.
Die linearen Rollführungen L3 sind zwischen dem Sattel 3 und dem Stößel 4 angeordnet und führen die Bewegung des Stößels 4 in Bezug auf den Sattel 3. Jede der linearen Rollführungen L3 weist eine Schiene R3 und einen oder mehrere Schlitten C3 (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar davon) auf. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Vorschubvorrichtungen FS1, FS2, bei denen die Schienen R1, R2 in Bezug auf das „Basiselement“ fixiert sind und die Schlitten C1, C2 in Bezug auf „den sich bewegenden Körper“ fixiert sind, sind bei der Vorschubvorrichtung FS3 die Schienen R3 in Bezug auf die Rückfläche des Stößels 4, der den „sich bewegenden Körper“ darstellt, fixiert, während die Schlitten C3 in Bezug auf die Vorderfläche des Sattels 3, der das „Basiselement“ darstellt, fixiert sind.The linear roller guides L3 are between the saddle 3 and the plunger 4th arranged and guide the movement of the plunger 4th in terms of the saddle 3 . Any of the linear roller guides L3 has a rail R3 and one or more sleds C3 (a pair of them in the present embodiment). In contrast to the feed devices described above FS1 , FS2 where the rails R1 , R2 are fixed in relation to the "base element" and the slide C1 , C2 are fixed with respect to "the moving body" are at the advancing device FS3 the rails R3 with respect to the rear surface of the ram 4th , which represents the "moving body", is fixed while the slide C3 in relation to the front surface of the saddle 3 , which represents the "basic element", are fixed.
Der Gewindespindeltriebmechanismus BS3 bewegt den Stößel 4 in Bezug auf den Sattel 3. Der Gewindespindeltriebmechanismus BS3 weist eine Gewindespindel (nicht dargestellt), die so angeordnet ist, dass sie entlang der Z-Achsen-Richtung verläuft, eine Mutter (nicht dargestellt), die an dem Stößel 4 fixiert ist, und einen Gewindespindelhalter B3 auf. Der Gewindespindelhalter B3 weist eine erste und eine zweite Lagerträgereinheit B3a auf, die entlang der Gewindespindel voneinander beabstandet angeordnet sind (in den Zeichnungen ist nur eine Lagerträgereinheit B3a dargestellt). Jede Lagerträgereinheit B3a weist ein oder mehrere Wälzlager und einen Träger, der diese(s) Wälzlager trägt, auf. Die erste und die zweite Lagerträgereinheit B3a können zum Beispiel beide Enden der Gewindespindel halten. Der Gewindespindelhalter B3 ist in Bezug auf die Vorderfläche des Sattels 3 fixiert. Bei anderen Ausführungsformen kann der Gewindespindelhalter B3 möglicherweise lediglich eine Lagerträgereinheit B3a aufweisen (kann die Gewindespindel zum Beispiel einseitig gelagert gehalten werden). Der Motor M3 ist mit einem Ende der Gewindespindel gekoppelt.The lead screw drive mechanism BS3 moves the ram 4th in terms of the saddle 3 . The lead screw drive mechanism BS3 includes a lead screw (not shown) arranged to run along the Z-axis direction, a nut (not shown) attached to the ram 4th is fixed, and a threaded spindle holder B3 on. The threaded spindle holder B3 has a first and a second bearing support unit B3a which are arranged at a distance from one another along the threaded spindle (in the drawings only one bearing support unit B3a shown). Each bearing carrier unit B3a has one or more roller bearings and a carrier that carries this roller bearing. The first and second bearing support units B3a can for example hold both ends of the lead screw. The threaded spindle holder B3 is in relation to the front surface of the saddle 3 fixed. In other embodiments, the threaded spindle holder B3 possibly just a bearing support unit B3a have (the threaded spindle can be held on one side, for example). The motor M3 is coupled to one end of the lead screw.
Die Mutter des Kugelgewindetriebmechanismus BS3 kann so wie die Muttern N1, N2 der oben beschriebenen Kugelgewindetriebmechanismen BS1, BS2 ausgeführt werden, wodurch sich die Mutter und der Stößel 4 in Verbindung mit dem Drehen der Gewindespindel durch den Motor M3 entlang der Z-Achsen-Richtung bewegen können. Der Vorschub des Stößels 4 in der Z-Achsen-Richtung wird durch die NC-Vorrichtung gesteuert.The nut of the ball screw mechanism BS3 can be like the nuts N1 , N2 the ball screw mechanisms described above BS1 , BS2 run, which causes the nut and the plunger 4th in connection with the turning of the threaded spindle by the motor M3 can move along the Z-axis direction. The advance of the ram 4th in the Z-axis direction is controlled by the NC device.
Als nächstes wird die zwischen dem Gleitstück 2 und dem Sattel 3 befindliche Vorschubvorrichtung FS2 der oben beschriebenen Werkzeugmaschine 100 ausführlich erklärt.Next is the one between the slider 2 and the saddle 3 located feed device FS2 the machine tool described above 100 explained in detail.
4 und 5 sind jeweils eine vergrößerte Seitenansicht und eine vergrößerte Vorderansicht, die die Vorschubvorrichtung FS2 zeigen. Es ist zu beachten. dass in 4 und 5 einige Aufbauelemente (zum Beispiel der Sattel 3 und die Mutter N2 usw.) zur Erleichterung des Verständnisses weggelassen sind. Wie in 5 gezeigt ist, ist bei der Vorschubvorrichtung FS2 ein CFRP-Material (kohlefaserverstärktes Kunststoffmaterial) 50 zwischen den Gewindespindelhalter B2 und das Gleitstück 2 eingefügt. 4th and 5 Fig. 13 is an enlarged side view and an enlarged front view showing the feeding device, respectively FS2 demonstrate. It should be noted. that in 4th and 5 some structural elements (for example the saddle 3 and the mother N2 etc.) are omitted for ease of understanding. As in 5 is shown is at the feed device FS2 a CFRP material (carbon fiber reinforced plastic material) 50 between the Threaded spindle holder B2 and the slider 2 inserted.
Das CFRP-Material 50 ist in einem Bereich, der die erste und die zweite Lagerträgereinheit B2a enthält, verlegt. Konkret ist das CFRP-Material 50 in 5 eine einzelne Platte, die eine derartige Größe aufweist, dass sie im Wesentlichen die gesamte Vorderfläche des Gleitstücks 2 abdecken kann. Dadurch ist das CFRP-Material 50 ohne Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Lagerträgereinheit B2a verlegt. Alternativ kann das CFRP-Material von 5 auch in mehrere Platten geteilt verlegt sein. Als weitere Alternative kann das CFRP-Material 50 wie in 6 gezeigt lediglich direkt unter jeder der ersten und der zweiten Lagerträgereinheit B2a angeordnet werden. In diesem Fall ist zwischen der ersten und der zweiten Lagerträgereinheit B2a ein Raum vorhanden, in dem kein CFRP-Material angeordnet ist.The CFRP material 50 is in an area that shares the first and second bearing support units B2a contains, relocated. The CFRP material is concrete 50 in 5 a single plate sized to cover substantially the entire front surface of the slider 2 can cover. This makes the CFRP material 50 without a gap between the first and second bearing support units B2a relocated. Alternatively, the CFRP material from 5 can also be laid in several panels. As a further alternative, the CFRP material 50 as in 6th shown only directly below each of the first and second bearing support units B2a to be ordered. In this case it is between the first and the second bearing support unit B2a there is a space in which no CFRP material is placed.
Unter Bezugnahme auf 5 weist das CFRP-Material 50 mehrere Schichten auf. Jede Schicht enthält Kohlefasern, die entlang einer bestimmten Richtung verlaufen. Konkret sind die mehreren Schichten so geschichtet, dass die Ausrichtung 51 der Kohlefasern ±45 ° in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Sattels 3 (die X-Achsen-Richtung) erreicht. Das CFRP-Material 50 kann zum Beispiel durch mehrere Schrauben 52 in Bezug auf das Gleitstück 2 fixiert werden. Der Gewindespindelhalter B2 kann durch mehrere Schrauben 53 zusammen mit dem CFRP-Material 50 in Bezug auf das Gleitstück 2 fixiert werden. Zwischen dem Gleitstück 2 und dem CFRP-Material 50 und zwischen dem CFRP-Material 50 und dem Gewindespindelhalter B2 kann ferner ein Klebstoff verwendet werden. Die verschiedenen Spezifikationen (zum Beispiel die Dicke, der Elastizitätsmodul wie etwa der Youngsche Modul, die Stärke wie etwa die Zugfestigkeit, die Art des Matrixharzes, die Art der Kohlefasern, der Kohlefasergehalt und dergleichen) des CFRP-Materials 50 können zum Beispiel unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie etwa der auf das CFRP-Material 50 wirkenden Last oder dergleichen passend bestimmt werden. Was diese Spezifikationen betrifft, kann zum Beispiel im Einklang mit dem Design und den Spezifikationen der Vorschubspindel der Maschine ein wärmehärtendes Harz mit einer Dicke, die die Starrheit nicht übermäßig verringert (zum Beispiel 1 bis 5 mm), einer Ausrichtung mit einer hohen Dämpfungsfähigkeit in einer bestimmten Richtung (zum Beispiel 0 °, 90 °) und einem hohen Youngschen Modul eingesetzt werden.With reference to 5 exhibits the CFRP material 50 several layers on. Each layer contains carbon fibers that run along a specific direction. Specifically, the multiple layers are layered so that the alignment 51 of the carbon fibers ± 45 ° in relation to the direction of movement of the saddle 3 (the X-axis direction) is reached. The CFRP material 50 can for example by several screws 52 in relation to the slider 2 be fixed. The threaded spindle holder B2 can by several screws 53 together with the CFRP material 50 in relation to the slider 2 be fixed. Between the slider 2 and the CFRP material 50 and between the CFRP material 50 and the threaded spindle holder B2 an adhesive can also be used. The various specifications (for example, the thickness, elastic modulus such as Young's modulus, strength such as tensile strength, type of matrix resin, type of carbon fiber, carbon fiber content, and the like) of the CFRP material 50 For example, taking into account various factors such as that on the CFRP material 50 acting load or the like can be appropriately determined. Regarding these specifications, for example, in accordance with the design and specifications of the feed screw of the machine, a thermosetting resin having a thickness that does not excessively decrease the rigidity (for example, 1 to 5 mm), an orientation with a high damping ability in a specific direction (for example 0 °, 90 °) and a high Young's modulus can be used.
Unter Bezugnahme auf 4 ist auch zwischen die linearen Rollführungen L2 und das Gleitstück 2 ein CFRP-Material 60 eingefügt. Konkret ist das CFRP-Material 60 bei der Vorschubvorrichtung FS2 zwischen die Schienen R2 und das Gleitstück 2 eingefügt. Das CFRP-Material 60 kann zum Beispiel eine einzelne Platte sein. Alternativ kann das CFRP-Material 60 in mehrere Platten geteilt sein. Das CFRP-Material 60 enthält wie das oben beschriebene CFRP-Material 50 mehrere Schichten, wobei diese mehreren Schichten so geschichtet sind, dass die Ausrichtung der Kohlenfasern des CFRP-Materials 60 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Sattels 3 (die X-Achsen-Richtung) ±45 ° erreicht.With reference to 4th is also between the linear roller guides L2 and the slider 2 a CFRP material 60 inserted. The CFRP material is concrete 60 at the feed device FS2 between the rails R2 and the slider 2 inserted. The CFRP material 60 can be a single plate, for example. Alternatively, the CFRP material 60 be divided into several plates. The CFRP material 60 contains like the CFRP material described above 50 multiple layers, these multiple layers being layered to align the carbon fibers of the CFRP material 60 in relation to the direction of movement of the saddle 3 (the X-axis direction) reached ± 45 °.
Unter Bezugnahme auf 5 können die Schienen R2 zum Beispiel durch mehrere Schrauben 54 zusammen mit dem CFRP-Material 60 (in 5 nicht dargestellt) in Bezug auf das Gleitstück 2 fixiert werden. Zwischen dem Gleitstück 2 und dem CFRP-Material 60 und zwischen dem CFRP-Material 60 und den Schienen kann ferner ein Klebstoff verwendet werden. Die verschiedenen Spezifikationen des CFRP-Materials 60 können unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie etwa der auf das CFRP-Material 60 wirkenden Last oder dergleichen bestimmt werden und können beispielsweise jenen des CFRP-Materials 50 gleich sein.With reference to 5 can the rails R2 for example by several screws 54 together with the CFRP material 60 (in 5 not shown) in relation to the slider 2 be fixed. Between the slider 2 and the CFRP material 60 and between the CFRP material 60 and an adhesive can also be used on the rails. The various specifications of the CFRP material 60 can taking into account various factors such as that on the CFRP material 60 acting load or the like can be determined, for example, those of the CFRP material 50 be equal.
Als nächstes werden die Reaktionskräfte, die auf das Gleitstück 2 wirken, wenn der Sattel 3 seine Bewegung beginnt oder anhält, erklärt.Next are the reaction forces acting on the slider 2 act when the saddle 3 its movement begins or stops, explained.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile VI-VI in 5. Es ist zu beachten, dass in 6 einige Aufbauelemente (zum Beispiel der Motor M2 und dergleichen) zur Erleichterung des Verständnisses weggelassen sind. 6 zeigt einen Zustand, in dem der Sattel 3 seine Bewegung nach rechts anhält. In diesem Zustand wirkt durch die Trägheit ein Moment auf den Sattel 3, das den Sattel 3 zur Drehung im Uhrzeigersinn bringt. Folglich wirkt auf den rechten Schlitten C2 eine abwärts gerichtete Kraft F1 und auf das Gleitstück 2 eine entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft RF1. Außerdem wirkt auf den linken Schlitten C2 eine aufwärts gerichtete Kraft F2 und auf das Gleitstück 2 eine entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft RF2. Über die Mutter N2 und die Gewindespindel S2 wirken jeweils Reaktionskräfte RF3, RF4 von dem Sattel 3 auf das erste und das zweite Lagerträgerelement B2a. Die wie oben beschriebenen Reaktionskräfte RF1, RF2, RF3 und RF4 können Schwingungen des Gleitstücks 2 hervorrufen. Besonders die Reaktionskräfte RF3 und RF4 wirken über den Kugelgewindespindeltriebmechanismus BS2 direkt in der X-Achsen-Richtung auf das Gleitstück 2 und rufen leicht Schwingungen mit einer großen Verschiebung bei einer niedrigen Frequenz des Gleitstücks 2 hervor. Es ist wohl verständlich, dass in dem Zustand, in dem der Sattel 3 seine Bewegung nach rechts beginnt, Reaktionskräfte, die zu den oben beschriebenen Reaktionskräften RF1, RF2, RF3 und RF4 entgegengesetzt sind, auf das Gleitstück 3 wirken. 6th FIG. 6 is a sectional view taken along arrows VI-VI in FIG 5 . It should be noted that in 6th some constituent elements (for example, the motor M2 and the like) are omitted for ease of understanding. 6th shows a state in which the saddle 3 stops moving to the right. In this state a moment acts on the saddle through inertia 3 that the saddle 3 turns clockwise. Consequently acts on the right carriage C2 a downward force F1 and on the slider 2 an oppositely directed reaction force RF1. It also affects the left slide C2 an upward force F2 and on the slider 2 an oppositely directed reaction force RF2. About the mother N2 and the lead screw S2 Reaction forces RF3, RF4 from the saddle act respectively 3 on the first and the second bearing support element B2a . The reaction forces RF1, RF2, RF3 and RF4 as described above can cause vibrations of the slider 2 cause. The reaction forces RF3 and RF4 in particular act via the ball screw drive mechanism BS2 onto the slider directly in the X-axis direction 2 and easily call vibrations with a large displacement at a low frequency of the slider 2 emerged. It is understandable that in the state in which the saddle 3 its movement to the right begins, reaction forces opposite to the reaction forces RF1, RF2, RF3 and RF4 described above, on the slider 3 works.
Wie oben beschrieben wirken die wie oben beschriebenen Reaktionskräfte auf das Gleitstück 2, wenn der Sattel 3 seine Bewegung in der X-Richtung beginnt oder anhält. Die durch diese Reaktionskräfte verursachten Schwingungen des Gleitstücks 2 weisen keinen Einfluss auf die Qualität der Bearbeitungsfläche eines Werkstücks auf, wenn das an der Hauptspindel 6 angebrachte Werkzeug einen schnellen Vorschub oder ein Leerschneiden, bei dem es nicht mit dem Werkstück in Kontakt steht, vornimmt. Doch bei einigen Bearbeitungen kommt es vor, dass der Sattel 3 eine Bewegung in der X-Achsen-Richtung beginnt oder beendet, während das an der Hauptspindel 6 angebrachte Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt steht (zum Beispiel bei einer Eckenbearbeitung durch einen Schaftfräser, die Bewegungen in der X-Achsen- und in der Y-Achsen-Richtung umfasst, sowie bei einer Abtastbearbeitung durch einen Kugelkopffräser, bei der ein Aufnahmevorschub in der Y-Achsenrichtung wiederholt wird und die Bewegungen in der X-Achsen- und in der Z-Achsen-Richtung umfasst). In einem solchen Fall können die durch die Reaktionskräfte verursachten Schwingungen des Gleitstücks 2 die Qualität der Bearbeitungsfläche des Werkstücks beeinflussen.As described above, the reaction forces as described above act on the slider 2 when the saddle 3 its movement in the X direction begins or stops. The vibrations of the slider caused by these reaction forces 2 have no influence on the quality of the machining surface of a workpiece when the tool attached to the main spindle 6 carries out a rapid advance or blank cutting in which it is not in contact with the workpiece. But with some processing it happens that the saddle 3 a movement in the X-axis direction begins or ends while the tool attached to the main spindle 6 is in contact with the workpiece (for example, during corner machining by an end mill, the movements in the X-axis and in the Y- Axis direction, as well as in a tracing machining by a ball end mill, in which a pick-up feed is repeated in the Y-axis direction and includes the movements in the X-axis and in the Z-axis direction). In such a case, the vibrations of the slider caused by the reaction forces 2 affect the quality of the machining surface of the workpiece.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass es dann, wenn zur Behandlung dieses Problems das CFRP-Material 50 zwischen den Gewindespindelhalter B2 und das Gleitstück 2 eingefügt ist und das CFRP-Material 60 zwischen die Schienen R2 und das Gleitstück eingefügt ist, möglich ist, die Schwingungen des Gleitstücks 2 durch die wie oben beschriebenen Reaktionskräfte RF1, RF2, RF3 und RF4 zu verringern.The inventor of the present invention has found that when to deal with this problem, the CFRP material 50 between the threaded spindle holder B2 and the slider 2 inserted and the CFRP material 60 between the rails R2 and the slider is inserted, the vibrations of the slider are possible 2 by reducing the reaction forces RF1, RF2, RF3 and RF4 as described above.
Konkret hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass eine wie oben beschriebene Werkzeugmaschine 100 dann, wenn bei der Werkzeugmaschine 100 die Bewegung des Sattels 3 in der X-Achsen-Richtung wie in 6 gezeigt angehalten wurde, einen Modus aufweist, bei dem ihr gesamter Aufbau mit einer niedrigen Frequenz (bei einem Beispiel etwa 30 Hz) in der X-Achsen-Richtung schwingt. Zur Untersuchung dieses Modus wurden für die Werkzeugmaschine 100 Schwingungsanregungsversuche vorgenommen. Konkret wurde an dem an der Hauptspindel 6 angebrachten Werkzeug ein Beschleunigungssensor ausgebildet und das Spitzenende des Werkzeugs in der X-Achsen-Richtung in Schwingungen versetzt. Die Versuche erfolgten unter der Bedingung der Ausbildung der CFRP-Materialien 50, 60 und der Bedingung der Nichtausbildung der CFRP-Materialien 50, 60.Specifically, the inventor of the present invention found that a machine tool as described above 100 then when at the machine tool 100 the movement of the saddle 3 in the X-axis direction as in 6th has been stopped in a mode in which its entire structure vibrates at a low frequency (about 30 Hz in one example) in the X-axis direction. To study this mode were for the machine tool 100 Vibration excitation tests carried out. Concretely, an acceleration sensor was formed on the tool attached to the main spindle 6, and the tip end of the tool was vibrated in the X-axis direction. The experiments were carried out on the condition that the CFRP materials were formed 50 , 60 and the condition of non-training of the CFRP materials 50 , 60 .
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Versuchsergebnisse zeigt. Die Querachse zeigt die Frequenz und die Längsachse die Amplitude. Wie in 7 gezeigt ist, erkennt man, dass sowohl unter der Bedingung Cn1 der Ausbildung der CFRP-Materialien 50, 60 als auch unter der Bedingung Cn2 der Nichtausbildung der CFRP-Materialien 50, 60 bei etwa 30 Hz eine große Spitze vorhanden ist. Wie in 7 gezeigt ist, erkennt man, dass die Spitze bei der Bedingung Cn1 durch das Vorhandensein der CFRP-Materialien 50, 60 gegenüber der Spitze bei der Bedingung Cn2 reduziert ist. Aus diesen Ergebnissen ist erkennbar, dass die Schwingungsverschiebung, die das Problem darstellt, durch die CFRP-Materialien 50, 60 verringert werden kann. Als Ergebnis von Messungen der Verschiebung der Hauptspindel 6 bei Ausübung einer statischen Belastung in der X-Achsen-, der Y-Achsen- und der Z-Achsen-Richtung zwischen der Hauptspindel 6 und dem Tisch 7 wurden keine Unterschiede zwischen dem Vorhandensein und dem Nichtvorhandensein der CFRP-Materialien 50, 60 erkannt und konnte festgestellt werden, dass bei der statischen Starrheit keine Probleme bestehen. 7th Fig. 13 is a diagram showing an example of the test results. The transverse axis shows the frequency and the longitudinal axis shows the amplitude. As in 7th is shown, it can be seen that both under the condition Cn1 the formation of the CFRP materials 50 , 60 as well as under the condition Cn2 of non-formation of the CFRP materials 50 , 60 there is a large peak at around 30 Hz. As in 7th it can be seen that the peak in condition Cn1 is due to the presence of the CFRP materials 50 , 60 is reduced compared to the peak in the condition Cn2. From these results it can be seen that the vibrational displacement that is the problem is caused by the CFRP materials 50 , 60 can be reduced. As a result of measurements of the displacement of the main spindle 6 when a static load was applied in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions between the main spindle 6 and the table 7, there was no difference between the presence and the absence of the CFRP materials 50 , 60 and it was found that there are no problems with the static rigidity.
Wie oben beschrieben wurde, ist bei der Vorschubvorrichtung FS2 der Werkzeugmaschine 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ein CFRP-Material 50 zwischen den Gewindespindelhalter B2 des Kugelgewindetriebmechanismus BS2 und das Gleitstück 2 eingefügt. Wie oben beschrieben wurde, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es durch das Einfügen des CFRP-Materials 50 an dieser Stelle möglich ist, die Schwingungsverschiebung des Gleitstücks durch die Reaktionskräfte RF1, RF2, RF3 und RF4, wenn der Sattel 3 seine Bewegung in der X-Achsen-Richtung beginnt oder anhält, zu verringern, ohne die Materialeigenschaften des Gleitstücks 2 oder des Sattels 3 zu verändern. Folglich kann die Schwingungsverschiebung des Gleitstücks 2 verringert werden, während eine hohe statische Starrheit bewahrt wird.As described above, in the case of the feeding device FS2 of the machine tool 10 according to the present embodiment, a CFRP material 50 between the threaded spindle holder B2 of the ball screw mechanism BS2 and the slider 2 inserted. As described above, the inventor of the present invention found that by incorporating the CFRP material 50 at this point is possible the vibrational displacement of the slider by the reaction forces RF1, RF2, RF3 and RF4 when the saddle 3 its movement in the X-axis direction begins or stops to decrease without affecting the material properties of the slider 2 or the saddle 3 to change. As a result, the vibratory displacement of the slider 2 can be reduced while maintaining high static rigidity.
Außerdem ist bei der Vorschubvorrichtung FS2 ein CFRP-Material 60 zwischen die Schienen R2 der linearen Rollführung L2 und das Gleitstück 2 eingefügt. Folglich kann die Schwingungsverschiebung des Gleitstücks 2 noch weiter verringert werden.In addition, is with the feed device FS2 a CFRP material 60 between the rails R2 the linear roller guide L2 and the slider 2 inserted. As a result, the vibratory displacement of the slider 2 can be further reduced.
Bei der Vorschubvorrichtung FS2 weist der Gewindespindelhalter B2 eine erste und eine zweite Lagerträgereinheit B2a auf, die entlang der Gewindespindel S2 voneinander beabstandet angeordnet sind, und ist das CFRP-Material 50 bei der Form von 5 in dem Bereich, der die erste und die zweite Lagerträgereinheit B2a enthält, verlegt. Folglich ist das CFRP-Material 50 ohne Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Lagerträgereinheit B2a verlegt und kann die Schwingungsverschiebung des Gleitstücks 2 noch weiter verringert werden.At the feed device FS2 has the threaded spindle holder B2 a first and a second bearing support unit B2a on that along the lead screw S2 are spaced apart, and is the CFRP material 50 in the form of 5 in the area that the first and the second bearing support unit B2a contains, relocated. Hence this is CFRP material 50 without a gap between the first and second bearing support units B2a relocated and can the vibrational displacement of the slider 2 can be further reduced.
Bei der Vorschubvorrichtung FS2 weist das CFRP-Material 50 mehrere Schichten auf, die jeweils entlang einer bestimmten Richtung verlaufende Kohlefasern enthalten, und sind die mehreren Schichten so geschichtet, dass die Ausrichtung der Kohlefasern ±45 ° in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Sattels 3 (die X-Achsen-Richtung) erreicht. Folglich weist das CFRP-Material 50 in Bezug auf alle Richtungen in der XZ-Ebene, die die Bewegungsrichtungen des Sattels 3 enthält, eine hohe Starrheit auf.At the feed device FS2 exhibits the CFRP material 50 multiple layers each containing carbon fibers extending along a certain direction, and are the multiple layers layered so that the alignment of the carbon fibers is ± 45 ° with respect to the direction of movement of the saddle 3 (the X-axis direction) is reached. Consequently, the CFRP material 50 with respect to all directions in the XZ plane, which are the directions of movement of the saddle 3 contains a high degree of rigidity.
Bei der Vorschubvorrichtung FS2 ist das Gleitstück 2 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Folglich kann das Gleitstück 2, und darüber hinaus die Werkzeugmaschine 100 als Ganzes, mit einem geringen Gewicht ausgeführt werden. Bisher wird das Gleitstück 2, das das Basiselement darstellt, zur Verringerung von Schwingungen normalerweise aus einem schweren Eisengussstück hergestellt, doch da die Schwingungen durch das Einfügen der CFRP-Materialien 50, 60 verringert werden können, braucht das Basiselement nicht schwer ausgeführt zu werden. Daher wird die Verwendung eines leichtgewichtigen Metallmaterial wie etwa einer Aluminiumlegierung möglich, obwohl der Youngsche Modul geringfügig schlechter als bei einem Eisengussstück ist.At the feed device FS2 is the slider 2 made of an aluminum alloy. Consequently, the slider 2 , and beyond that the machine tool 100 as a whole, can be run with a low weight. So far, the slider 2 , which is the base element, is usually made from a heavy cast iron to reduce vibrations, but the vibrations are reduced by the inclusion of CFRP materials 50 , 60 can be reduced, the base member need not be made heavy. Therefore, although the Young's modulus is slightly inferior to that of an iron casting, it becomes possible to use a lightweight metal material such as an aluminum alloy.
Da ein CFRP ein Material mit einem geringen Gewicht und einer hohen Starrheit ist, kann die Eigenschwingungsfrequenz des Aufbaukörpers hoch gestaltet werden. In 8(a) und (b) ist jeweils das Schwingungsdämpfungsverhalten einer Aluminiumlegierung und eines CFRP gezeigt. Da die Periode des Dämpfungsverhaltens von der Eigenschwingungsfrequenz abhängt, ist bei einem Material, das eine hohe Eigenschwingungsfrequenz aufweist, auch die Schwingungsdämpfungsfähigkeit hoch. Folglich werden bei einem sich bewegenden Körper, bei dem ein CFRP-Material eingefügt wurde, Schwingungen durch die Trägheitskraft zur Zeit des Anhaltens unterdrückt.Since a CFRP is a material having a light weight and a high rigidity, the natural vibration frequency of the body can be made high. In 8 (a) and (b) shows the vibration damping behavior of an aluminum alloy and a CFRP, respectively. Since the period of the damping behavior depends on the natural vibration frequency, the vibration damping ability is also high in the case of a material which has a high natural vibration frequency. As a result, in a moving body into which a CFRP material has been inserted, vibration by the inertial force at the time of stopping is suppressed.
Es wurde zwar eine Ausführungsform einer Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine erklärt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es sollte sich verstehen, dass verschiedene Änderungen der oben beschriebenen Ausführungsform möglich sind. Außerdem sollte ein Fachmann verstehen, dass Kennzeichnungen einer Ausführungsform in andere Ausführungsformen aufgenommen werden können oder durch Kennzeichnungen anderer Ausführungsformen ersetzt werden können, solange sie nicht unvereinbar sind.Although an embodiment of a feed device for a machine tool has been explained, the present invention is not limited to the embodiment described above. It should be understood that various changes are possible to the embodiment described above. In addition, one skilled in the art should understand that labels from one embodiment can be incorporated into other embodiments or replaced with labels from other embodiments, as long as they are not inconsistent.
Zum Beispiel wurden die CFRP-Materialien 50, 60 bei der oben beschriebenen Ausführungsform nur bei der Vorschubvorrichtung FS2 verwendet. Doch bei anderen Ausführungsformen können die CFRP-Materialien alternativ oder zusätzlich auch bei der Vorschubvorrichtung FS1 und/oder der Vorschubvorrichtung FS3 verwendet werden.For example, the CFRP materials were 50 , 60 in the embodiment described above, only in the case of the feed device FS2 used. However, in other embodiments, the CFRP materials can alternatively or additionally also be used in the feed device FS1 and / or the feed device FS3 be used.
Konkret wirkt bei der Vorschubvorrichtung FS1 unter Bezugnahme auf 2 wie oben beschrieben das Gleitstück 2 als „sich bewegender Körper“, der sich in eine bestimmte Richtung (die Y-Achsen-Richtung) bewegt, und wirkt das Bett 1 als „Basiselement“, das den sich bewegenden Körper trägt. Wenn das CFRP-Material bei der Vorschubvorrichtung FS1 verwendet wird, kann das CFRP-Material zwischen das Bett 1 und den Gewindespindelhalter B1 eingefügt werden. Außerdem kann das CFRP-Material auch zwischen das Bett 1 und die Schienen R1 eingefügt werden. In diesem Fall wird es möglich, die Schwingungsverschiebung des Betts 1 durch die Reaktionskräfte, wenn das Gleitstück 2 seine Bewegung in der Y-Achsen-Richtung beginnt oder anhält, zu verringern.Specifically acts on the feed device FS1 with reference to 2 as described above the slider 2 as a "moving body" that moves in a certain direction (the Y-axis direction), and acts as the bed 1 as the "basic element" that supports the moving body. When the CFRP material at the feeder FS1 is used, the CFRP material can be placed between the bed 1 and the threaded spindle holder B1 inserted. In addition, the CFRP material can also be placed between the bed 1 and the rails R1 inserted. In this case it becomes possible to oscillate the bed 1 by the reaction forces when the slider 2 its movement in the Y-axis direction begins or stops to decrease.
Bei der Vorschubvorrichtung FS3 wirkt unter Bezugnahme auf 3 der Stößel 4 als „sich bewegender Körper“, der sich in eine bestimmte Richtung (die Z-Achsen-Richtung) bewegt, und wirkt der Sattel 3 als „Basiselement“, das den sich bewegenden Körper trägt. Wenn das CFRP-Material bei der Vorschubvorrichtung FS3 verwendet wird, kann das CFRP-Material zwischen den Sattel 3 und den Gewindespindelhalter B3 eingefügt werden. Außerdem kann das CFRP-Material auch zwischen den Sattel 3 und die Schlitten C3 eingefügt werden. In diesem Fall wird es möglich, die Schwingungsverschiebung des Sattels 3 durch die Reaktionskräfte, wenn der Stößel 4 seine Bewegung in der Z-Achsen-Richtung beginnt oder anhält, zu verringern.At the feed device FS3 acts by referring to 3 the plunger 4th acts as a "moving body" that moves in a certain direction (the Z-axis direction), and acts as the saddle 3 as the "basic element" that supports the moving body. When the CFRP material at the feeder FS3 is used, the CFRP material can be used between the saddles 3 and the threaded spindle holder B3 inserted. In addition, the CFRP material can also be used between the saddle 3 and the sled C3 inserted. In this case, it becomes possible to vibrate the saddle 3 by the reaction forces when the plunger 4th its movement in the Z-axis direction begins or stops to decrease.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
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11
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Bett (Basiselement)Bed (basic element)
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22
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Gleitstück (Basiselement, sich bewegender Körper)Slider (base element, moving body)
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33rd
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Sattel (Basiselement, sich bewegender Körper)Saddle (basic element, moving body)
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44th
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Stößel (sich bewegender Körper)Plunger (moving body)
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5050
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CFRP-MaterialCFRP material
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5151
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Ausrichtung des CFRP-MaterialsOrientation of the CFRP material
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6060
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CFRP-MaterialCFRP material
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100100
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WerkzeugmaschineMachine tool
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B1, B2, B3B1, B2, B3
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GewindespindelhalterThreaded spindle holder
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B1a, B2a, B3aB1a, B2a, B3a
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erste und zweite Lagerträgereinheitfirst and second bearing support units
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BS1, BS2, BS3BS1, BS2, BS3
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KugelgewindetriebmechanismusBall screw mechanism
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C1, C2, C3C1, C2, C3
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Schlittensleds
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FS1, FS2, FS3FS1, FS2, FS3
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VorschubvorrichtungFeed device
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L1, L2, L3L1, L2, L3
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lineare Rollführunglinear roller guide
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N1, N2, N3N1, N2, N3
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Muttermother
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R1, R2, R3R1, R2, R3
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Schienerail
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S1, S2S1, S2
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GewindespindelThreaded spindle
