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Einrichtung zur Kompensation der Durchbiegung des Querbalkens einer
Zweiständer-Werkzeugmaschine Zweiständer-Werkzeugmaschinen, wie Hobelmaschinen,
Fräsmaschinen und Karusselldrehmaschinen, weisen in der Regel einen von zwei Ständern
getragenen, in der Höhe verstellbaren Querbalken zur Aufnahme von Werkzeugsupporten
auf; die an dem Querbalken waagerecht und somit parallel zu dem zwischen den Ständern
befindlichen Maschinentisch verschiebbar sind. Die Querbalken weisen eine mehr oder
weniger große freie Länge zwischen ihren Abstützungen an den Ständern auf, wobei
die Abstützungen durch die Hubspindeln und die Verklemmung des Querbalkens mit den
Maschinenständern hergestellt sind. Ohne die Belastung durch die Supporte erstreckt
sich bei genauer Herstellung die Führungsbahn des Querbalkens parallel zum Maschinentisch
bzw. zur Planscheibe im Fall einer Karusselldrehmaschine. Befindet sich ein Support
im Bereich der Abstützung des Querbalkens am Ständer, so bewirkt er an dem Querbalken
keine Durchbiegung. Wird er jedoch an dem Querbalken zur Mitte hin verschoben, so
verursacht er dabei eine zur Mitte hin ansteigende Durchbiegung des Querbalkens.
Infolgedessen beschreibt der Support und damit auch die Schneide des vom Support
getragenen Werkzeuges keine Parallele zum Maschinentisch oder zur Planscheibenoberfläche,
sondern einen Bogen entsprechend der Biegelinie, so daß das Werkstück nicht plan
sondern hohl bearbeitet wird.
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Es sind bereits Maßnahmen vorgeschlagen worden, um die Durchbiegung
des Querbalkens rückgängig zu machen. Nach einem Vorschlag ist vorgesehen, daß sich
oberhalb des Querbalkens ein mit diesem heb- und senkbarer Hilfsbalken erstreckt,
der sich mit seinen Enden auf dem Querbalken im Bereich von dessen Führungen an
den Ständern abstützt und zwischen den Stützpunkten des Hilfsbalkens auf dem Querbalken
mit dem Querbalken durch eine Spannvorrichtung verbunden ist, mit welcher der Querbalken
gegen den Hilfsbalken um das Maß der auftretenden Durchbiegung angehoben und mit
dem Hilfsbalken verspannt werden kann. Während die Durchbiegung des Querbalkens
durch Verkürzen der Spannvorrichtung beseitigt wird, tritt eine entsprechende Durchbiegung
des Hilfsbalkens auf.
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Der Vorteil gegenüber anderen bekannten Querbalkenentlastungsvorrichtungen,
bei denen der Support praktisch unabhängig vom Querbalken von einer besonderen Quertraverse
getragen wird, liegt darin, daß der Support unmittelbar auf den Führungen des Querbalkens
aufsitzt und davon getragen ist und sich nicht um ein gewisses Spiel von den Führungen
lösen kann, was Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung zur Folge haben kann. Aus diesem
Grund ist es wesentlich, die Durchbiegung des Querbalkens rückgängig zu machen oder
durch eine entsprechende Verspannung gar nicht erst auftreten zu lassen, ohne daß
dabei aber der Querbalken als solcher vom Supportgewicht entlastet wird.
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Ein weiterer Vorschlag behandelt die gleiche Auf= gabenstellung und
sieht eine ähnliche Lösung vor. Danach soll die Spannvorrichtung mit ihrem oberen
Ende statt an dem mit dem Querbalken heb- und senkbaren Hilfsbalken an der ortsfesten
Traverse angreifen. Es ist also wie bei dem ersterwähnten Vorschlag eine Spannvorrichtung
vorgesehen, mit welcher die Durchbiegung des Querbalkens rückgängig gemacht wird.
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Von diesen Vorschlägen ausgehend, sieht die Erfindung eine Abwandlung
vor, die sich dadurch von den erläuterten Vorschlägen vorteilhaft unterscheidet,
daß zur Beseitigung der Durchbiegung des Querbalkens nicht Zugkräfte sondern Druckkräfte
aufzubringen sind und somit vermieden ist, daß ungewollte Streckungen der Zugorgane
die Genauigkeit der Rückgängigmachung der Durchbiegung des Querbalkens beeinträchtigen.
Mit der Erfindung ist noch der Vorteil verbunden, daß die Möglichkeit besteht, auf
das Messen der Durchbiegung zu verzichten, vielmehr diese laufend in Abhängigkeit
von der jeweiligen Stellung des oder der Supporte selbsttätig rückgängig zu machen.
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Als Lösung sieht die Erfindung vor, daß sich der Hilfsbalken an seinen
Enden über Stützvorrichtungen auf dem Querbalken abstützt, deren Höhe verstellbar
ist. Erfährt der Querbalken bei der Verschiebung eines Supports zur Mitte hin eine
Durchbiegung, so läßt sich diese erfindungsgemäß dadurch beseitigen, daß die Höhe
der Stützvorrichtung des Hilfsbalkens mindestens auf einer Seite vergrößert wird,
so daß dieser zumindest einseitig angehoben wird. Da er
zwischen
den Stützpunkten mit dem Querbalken verbunden ist, hebt er dementsprechend den Querbalken
an. Ist die Vergrößerung der Höhe der Stützvorrichtungen der auftretenden Durchbiegung
genau angepaßt, so wird dadurch die Querbalkendurchbiegung völlig beseitigt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Änderung der Höhe der Stützvorrichtungen selbsttätig in Abhängigkeit vom Verschiebungsweg
der Supporte um das Maß erfolgt, welches erforderlich ist, um mittels des zwischen
den Stützpunkten am Querbalken angreifenden Hilfsbalkens den Querbalken an der Angriffsstelle
um das Maß seiner Durchbiegung. an dieser Stelle anzuheben.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt weitere konstruktive Einzelheiten. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung
eine Karusselldrehmaschine mit Querbalken und Hilfsbalken, F i g. 2 und 3 die Biegelinie
eines Querbalkens mit einem Support in verschiedenen Stellungen in stark verzerrtem
Maßstab, F i g. 4 die Biegelinie des Hilfsbalkens bei in der Mitte befindlichem-Support
und F i g. 5 ein Diagramm, aus welchem die Wirkungsweise von als Steuerdaumen ausgebildeten
Stützvorrichtungen für den Hilfsbalken zu ersehen ist. .
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In der F i g. 1 sind mit 1 das Maschinenbett, mit 2_ die auf dem Bett
drehbar gelagerte Planscheibe, mit 3 die beiden Maschinenständer und mit 4 die diese
verbindende Traverse bezeichnet. An den Ständern 3 ist der Querbalken 5 auf- und
abwärts verstellbar angeordnet. Auf dem Querbalken 5 sind die Supporte 6 und 7 geführt,
deren Verschiebung mittels der Vorschubspindeln 9 und 10 erfolgt. Die Vorschubspindeln
treiben über die aus Zahnrädern, Schnecke und Schneckenrad bestehenden Getriebe
11 und 12 die Hubdaumen 13 und 14 an, welche die Stützvorrichtungen bilden, über
welche sich der Hilfsbalken 15 auf dem Querbalken 5 im Bereich von dessen Abstützung
an den Ständern 3 abstützt. In der Mitte ist der Hilfsbalken 15 mit dem Querbalken
5 verbunden, beispielsweise durch die Schraubverbindung 16. Die Drehachsen der Hubdaumen
13 und 14 liegen genau senkrecht über den Querbalkenstützpunkten 17 und 18, welche
schematisch angedeutet sind. Sie versinnbildlichen die Verklammerung des Querbalkens
mit den Ständern. -Durch die Anordnung der Drehachsen der Hubdaumen 13 und
14 senkrecht über den Querbalkenstützpunkten 17 und 18 ist erreicht, daß die Drehachsen
der Hubdaumen 13 und 14 von auftretenden Querbalkendurchbiegungen unbeeinflußt bleiben.
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Nachstehend seien die Durchbiegungsverhältnisse und der Zusammenhang
zwischen den Vorschubspindeln 9 und 10, den Getrieben 11 und 12, den Steuerdaumen
13 und .14 und deren Außenkontur näher erläutert.
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Die F i g. 2, 3 und 4 zeigen die Biegelinien eines Querbalkens 5 und
eines Hilfsträgers 15 bei der Belastung durch zunächst- nur einen Support. Als Ausführungsbeispiel
ist der rechts liegende Support 6 herangezogen. Wird der Support 6 vom Querbalkenstützpunkt
17 zur Mitte hin verschoben, so erzeugt er an seinem Angriffspunkt die Durchbiegung
f1 und in der Balkenmitte die Durchbiegung f2. Beim Erreichen der Mitte erreicht
diese ihr Maximum, welche in F i g. 3 mit fB bezeichnet ist. Die Biegelinie des
Hilfsbalkens 15 nach F i g. 4 bestimmt sich nach folgenden Erwägungen: Wenn der
Hilfsbalken 15 die in F i g. 3 dargestellte maximale Durchbiegung fB des Querbalkens
5 bei Angriff eines Supports 6 in der Mitte rückgängig machen soll, so muß er den
Querbalken 5 vom Gewicht des Supports 6 vollständig entlasten, den Querbalken 5
also um das Maß der Durchbiegung f6 anheben. Es muß dabei der Hilfsbalken 15 das
ganze Supportgewicht übernehmen, welches ihm die in F i g. 4 dargestellte Durchbiegung
fT aufzwingt. Diese Durchbiegung fT beträgt ein Vielfaches der Querbalkendurchbiegung
fB, wenn davon ausgegangen wird, daß die Durchbiegung des Hilfsbalkens 15 ein Vielfaches
der Durchbiegung des Querbalkens 5 bei gleicher Belastung beträgt. Schon aus Gründen
der Gewichtsersparnis ist es zweckmäßig, das Trägheitsmoment des Hilfsbalkens 15
nur mit einem Bruchteil desjenigen des Querbalkens 5 auszuführen, abgesehen davon,
daß es vorteilhaft ist, die Verstellwege an den Stützpunkten des Hilfsbalkens wesentlich
größer zu halten als die maximale Durchbiegung des Querbalkens.
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Die Biegelinien nach den F i g. 2, 3 und 4 sind der .Anschaulichkeit
wegen mit extrem vergrößerten Ordinaten dargestellt. Tatsächlich kommen bei den
durchweg sehr kräftig ausgebildeten Querbalken trotz großer Stützenentfernungen,
die 10 bis 15 m und mehr betragen können, nur Durchbiegungen von knapp 1 mm in Frage.
Die um ein Vielfaches größere Durchbiegung des Hilfsbalkens 15 führt praktisch nur
zu Neigungen der elastischen Linie von 15 bis 20'. Die verschiedenen Biegungslinien
können daher ohne weiteres als Geraden aufgefaßt werden. Man kann demgemäß die resultierenden
Durchbiegungen in der Mitte von Querbalken 5 und Hilfsbalken 15 proportional den
Entfernungen des Supports 6 von dem Stützpunkt 17 bzw. 18 ansetzen.
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Diese Annahmen sind dem Diagramm nach F i g. 5 zugrunde gelegt. Die
Linie 19 bildet die Basis des unbelasteten Hilfsbalkens 15, der in der Mitte um
das Maß fB zum Ausgleich der in der Mittelstellung des Supports 6 nach F i g. 3
verursachten Durchbiegung angehoben werden muß. Um dies zu ermöglichen, muß er zusätzlich
noch um die an ihm selbst gemäß F i g. 4 durch das Supportgewicht erzeugte Durchbiegung
fT weitergehoben werden. Die beiden Zweige 20 und 21 der für diese Biegung gemäß
F i g. 4 entwickelten Biegelinie sind als Geraden 20' und 21' dargestellt. Nach
erfolgtem Anheben um fB + fT des Hilfsbalkens 15 nimmt seine Basis die mit
19' bezeichnete Lage ein.
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Der Hubdaumen 13 muß nun den als einarmigen Hebel wirkenden Hilfsbalken
15 um 2(fB + fT) anheben, wobei der Schwenkpunkt im Drehpunkt des Hubdaumens 14
liegt. Nach der zuvor unterstellten Proportionalität zwischen Supportabstand von
der Stütze und Hubweg der Stützvorrichtung ist die halbe Querbalken- oder Hilfsbalkenlänge
in eine bestimmte Anzahl Teile, im Ausführungsbeispiel in fünf Teile, zu unterteilen.
Der erforderliche Daumenhub ist in gleicher Weise zu unterteilen, so daß sich für
die Drehwinkel des Daumens die erforderlichen Angriffsradien ergeben. In F i g.
5 sind die einzelnen Supportstellungen mit O bis 5 numeriert, ebenso die zugehörigen
Hubwege und die Radien des Hubdaumens 13.
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Wenn auch der linke Support verfahren wird, so bewirkt seine zunehmende
Annäherung an die Mitte
die gleichen Durchbiegungen der linken Querbalken-und
Hilfsbalkenhälfte, wie sie für den rechten Support erläutert wurden. Hierbei übernimmt
dann der vom linken Support angetriebene Hubdaumen die Beseitigung der von diesem
Support verursachten Durchbiegung. Sind beide Supportgewichte gleich, so stimmen
die Wirkradien ihrer Hubdaumen überein. Bei verschiedenen Supportgewichten sind
die Formen der Hubdaumen jeweils anzupassen.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann im Rahmen der Erfindung
verschiedene Abwandlungen erfahren. So können die drehbaren Daumen durch proportional
mit den Supporten wandernde profilierte Schienen ersetzt werden. Ferner ist es möglich,
als Stützvorrichtungen Schraubenspindeln vorzusehen, mit denen der Hilfsbalken eine
Anhebung erfährt. Im Fall eines Vorschubantriebes der Supporte durch elektrische
Wellen kann der Antrieb der Stützdaumen oder Stützschienen durch Hilfswellen oder
auch durch synchron mit den Vorschubmotoren laufende Motoren angetrieben sein.