DE1296926B

DE1296926B - Schlittenlagerung fuer Praezisionsmaschinen

Info

Publication number: DE1296926B
Application number: DEP33106A
Authority: DE
Original assignee: PORATH GORDON H
Current assignee: PORATH GORDON H
Priority date: 1962-12-13
Filing date: 1963-11-30
Publication date: 1969-06-04
Also published as: FR1377138A; GB1068030A; US3231319A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schlittenlagerung für F i g. 8 eine schematische Darstellung eines abge-

Präzisionsmaschinen mit einem Bett, auf dem ein wandelten Ausführungsbeispiels, Schlitten in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, Fig. 9 eine Endansicht des Schlittens nach Fig. 8,

unter Anwendung eines Druckmittels als tragendes F i g. 10 eine schematische Seitenansicht eines wei-

Medium. 5 teren Ausführungsbeispiels,

Üblicherweise werden zur Schlittenlagerung für Fig. 11 eine Endansicht des Ausführungsbeispiels

Präzisionsmaschinen genau gearbeitete Gleitführun- nach Fig. 10,

gen oder Wälzlageranordnungen vorgesehen. In bei- F i g. 12 eine Endansicht des horizontalen Schlit-

den Fällen ist mehr oder weniger eine direkte Metall- tens nach Fig. 1 bis 3 in schematischer Darstellung, zu-Metall-Berührung vorhanden, wodurch nicht nur io Fig. 13 eine Endansicht eines vierten Ausfühbei größeren Kräften eine beachtliche Reibung in rungsbeispiels in schematischer Darstellung und Kauf genommen werden muß, sondern auch Ab- Fig. 14 eine Endansicht eines fünften Ausfüh-

nutzungs- und Verschleißerscheinungen auftreten rungsbeispiels in schematischer Darstellung, die einen völligen Verlust der Genauigkeit verur- Aus Fig. 1 geht hervor, daß das Bett 20 einen

Sachen. 15 dem ein horizontal bewegbarer Schlitten 21 angeord-

Um diesen Schwierigkeiten abzuhelfen, ist es be- net ist. Auf dem Schlitten 21 ist ein Rahmen 22 monreits bekannt, eine Druckschmierung vorzusehen, tiert. Dieser trägt vertikal sich erstreckende Wellen wodurch insbesondere die an der Schlittenführung 23, auf denen ein vertikaler Schlitten 24, wie nachauftretende Reibung vermindert wird. Die bei der stehend beschrieben, montiert ist. Schlittenlagerung von Präzisionsmaschinen auftreten- ao Aus F i g. 1 geht hervor, daß das Bett 20 einen den Probleme werden jedoch durch eine Drucköl- mittigen hinterschnittenen Teil 25 aufweist, der verschmierung nicht restlos beseitigt; vor allem ist bei tikale Lager 26, 27 definiert, auf denen längs sich der Druckölschmierung eine genaue Abstimmung erstreckende Führungen 27, 28 montiert sind. Die des Öldrucks praktisch nicht möglich, und ein selbst- Oberflächen der Führungen 27 und 28 sind genau tätiger Ausgleich von Kräften, die auf den Schlitten 35 bearbeitet und verlaufen parallel zueinander. Der wirken, findet nicht statt. Schlitten 21 wird durch eine Oberplatte 29 mit genau

Es ist bereits eine schwimmende Lagerung für gearbeiteter Oberfläche gebildet. Ein Seitenblock 30 Präzisionsmaschinen bekannt, bei der ein Schlitten ist an einer Längskante der Platte 29 festgeschraubt unter Anwendung eines Druckmittels als tragendes und erstreckt sich nach unten. Der Seitenblock 30 Medium in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist. 30 besitzt eine genau bearbeitete vertikale Oberfläche Diese Lagerung besitzt jedoch einen verhältnismäßig 31, die komplementär der Oberfläche 32 auf der komplizierten Aufbau, und ein selbsttätiger Aus- Längsführung 28 ist. In ähnlicher Weise sind längs gleich von Belastungsschwankungen ist nicht ge- sich erstreckende Blöcke 33, 34 vorgesehen, die auf geben. der Unterseite der Platte 29 festgeschraubt sind, so

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 35 daß in die dadurch gebildete Nut sich die Führung eine Schlittenlagerung für Präzisionsmaschinen ver- 28 erstreckt. Der Block 33 weist eine genau bearbeifügbar zu machen, die sich neben der Einfachheit tete vertikale Oberfläche 35 auf und der Block 34 ihres Aufbaues durch ein Höchstmaß an Genauigkeit eine solche horizontale Oberfläche 37, die entspreauszeichnet, wobei ein selbsttätiger Ausgleich bei chenden Führungsflächen zugeordnet sind. Belastungsschwankungen eintritt. 40 Entsprechend sind an der Unterseite der Platte 29

Die Erfindung besteht darin, daß entweder die Blöcke 39, 40 vorgesehen, die eine Nut bilden, in die Führungsflächen des Schlittens oder die Gegenflächen die Führung 27 eingreift. Die Oberfläche 41 des des Bettes mit in Längsrichtung in Abstand vonein- Blocks 39 ist zu einer senkrechten Fläche 42 der ander angeordneten Ausnehmungen versehen sind, Führung 27 komplementär, und der Block 40 weist in die eine Druckflüssigkeit durch Kapillare zugeführt 45 eine waagerechte Fläche 43 auf, die zur waagerechten wird, welche als Film den engen Raum zwischen Fläche 44 der Führung 27 komplementär ist. Schlitten und Bett strömend ausfüllt. Gemäß der Erfindung sind in Längsrichtung in

Zur Kontrollierung der Lagerung besteht eine vor- Abstand voneinander angeordnete Ausnehmungen teilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, daß jede vorgesehen, die zur Erzeugung eines dünnen, vis-Ausnehmung mit einem Druckmeßgerät ausgestat- 50 kosen Flüssigkeitsfilmes zwischen den Führungstet ist. flächen des Schlittens und den Gegenflächen des

Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbei- Bettes dienen. Der Film verhindert jegliche direkte spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher Metall-zu-Metall-Berührung zwischen Schlitten und erläutert werden; in diesen zeigt Bett, und zwar auch während eines Schlittenstill-

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße 55 Standes.
Lagerung, Wie im einzelnen aus den Fig. 1 und 2 hervor-

Fig. 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles2 geht, sind als Druckkissen wirkende Ausnehmungen in Fig. 1, 50 in der waagerechten Fläche 46 der Unterseite der

Fig. 3 eine Teilschnittansicht längs der Linie3-3 oberen Platte 29 des Schlittens 21 vorgesehen. Zu in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, 60 den Ausnehmungen 50 erstrecken sich Bohrungen

Fig. 4 eine Teilschnittansicht in vergrößertem 51. denen Zumeßeinrichtungen 52 zugeordnet sind. Maßstab längs der Linie 4-4 der Fig. 1, Jede Zündeinrichtung 52 weist eine Kapillarröhre

Fig. 5 eine Teildraufsicht in Richtung des Pfei- auf, die die viskose Flüssigkeit den Ausnehmungen les 5 in F i g. 4, 50 unter vorbestimmten Druck zumißt. Zusätzlich

Fig. 6 eine schematische Darstellung der verti- 6₅ kann an jeder Zumeßeinheit51 ein Druckmeßgerät kalen Schlittenkonstruktion nach den F i g. 1,4 und 5, 53 angeordnet sein.

F i g. 7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Wie aus den F i g. 1 und 2 ferner hervorgeht, sind

Fig. 6, auf der waagerechten Fläche 37 der Oberseite des

Blockes 34 des Schlittens 21 ebenfalls Ausnehmun- matisch dargestellt. Nimmt z. B. der Druck P₁ infolge gen 55 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 55 arbeiten einer auf den Schlitten ausgeübten Kraft zu, so

mit den Ausnehmungen 50 zum Ausgleich auf den nimmt der Druck P₂ in der Ausnehmung, die gegen-

Schlitten einwirkender vertikaler Kräfte zusammen. überliegt, ab, so daß der Schlitten 21 in seine ur-

Zum seitlichen Ausgleich des Schlittens und zur 5 sprüngliche Lage zurückgedrängt wird,

dauernden seitlichen Stabilisierung sind die senkrech- Entsprechend bewirken auch die Kräfte P₃ und P₁

ten Flächen 31, 35 des Schlittens 21 gleichfalls mit einen seitlichen Ausgleich des Schlittens 21.

in Längsrichtung in Abstand voneinander angeord- Wie ferner aus F i g. 1 hervorgeht, weist der

neten Ausnehmungen 56 bzw. 57 versehen. Infolge Schlitten 24, der auf vertikalen Wellen 23 verschieb-

der Anordnung der Ausnehmungen 55, 56, 57 kön- io bar angeordnet ist, eine Platte 80 und zwei Lager-

nen bei diesen Zumeßeinrichtungen von der Art der paare 81 auf. Die Lagerpaare 81 sind hier mit einer

Ausnehmungen 50 nicht verwendet werden. An Stelle Bohrung versehen, durch welche sich die Wellen 23

dieser Zumeßeinrichtungen 52 werden Kapillare in hindurch erstrecken. Je ein Paar der Lager 81 ist

Form von in Kopfschrauben 59 eingelöteten Kapil- für jede Welle vorgesehen.

larröhren benachbart einer sich zu jeder Zumeß- 15 Wie aus den F i g. 4 und 5 hervorgeht, weist jedes

öffnung erstreckenden Durchführung vorgesehen. Die Lager 81 eine zylindrische öffnung 82 auf, durch

unter Druck stehende Flüssigkeit wird einer Haupt- welche sich die zylindrische Welle 23 erstreckt. Die

öffnung 60, dem Schlitten 29 zugeführt und Zweig- Oberfläche der zylindrischen öffnung 82 ist mit einer

leitungen 61, 62, die von der Hauptleitung 60 ab- Gruppe längs des Umfangs verteilter Ausnehmungen

gehen. Die Zweigleitung 62 führt zu den Kapillaren ao 83 versehen, denen unter vorbestimmten Druck

59, die ihrerseits die Ausnehmungen 55 und 57 ver- stehende Flüssigkeit zugeführt wird. Die relativen

sorgen, und die Zweigleitung 61 versorgt die Aus- Dimensionen zwischen äußerer Oberfläche der Welle

nehmungen 56. 23 und der Oberfläche der zylindrischen öffnung 82

Jede Kapillarrohre führt der ihr zugeordneten sind so, daß sich zwischen diesen Oberflächen eine

Ausnehmung kontinuierlich unter Druck stehende 95 dünne filmförmige Flüssigkeitsströmung niedriger

Flüssigkeit zu. Hierbei bildet sich eine im wesent- Geschwindigkeit ausbildet, die von Ausnehmungen

liehen laminare filmförmige Strömung geringer Ge- herrührt. Wie aus der F i g. 5 hervorgeht, ist jeder

schwindigkeit und geringer Dicke zwischen den be- Druckausnehmung eine Zumeßöffnung in Form einer

nachbarten Flächen des Schlittens und des Bettes, Kapillarrohre 84 zugeordnet, die in einer Schraube

und zwar vorzugsweise in einer solchen Weise aus, 30 85 befestigt ist. Die Schraube 85 ist in einer jeder

daß der in der Flüssigkeit herrschende Druck bei Druckausnehmung zugeordnete Bohrung, die sich

Eintreffen der Strömung an den Kanten der Ober- bis zur Druckausnehmung erstreckt, eingeschraubt,

flächen abgebaut ist. Die Flüssigkeit wird dann ge- Unter Druck stehende Flüssigkeit wird jeder Zumeß-

sammelt und wieder verwendet. Im einzelnen wird, einrichtung über entsprechende Einlasse 87 zuge-

wie aus F i g. 1 hervorgeht, die von der Ausnehmung 35 führt. Benachbart den Auslassen jeder Kapillarrohre

65 nach außen fließende Flüssigkeit in Längsnuten angeordnete Kanäle 88 erstrecken sich zu einer am

66 gesammelt, und von dort aus läuft sie über einen Umfang versehenen öffnung 89, in der ein Druck-Abflußkanal 67. Ebenso sind auch den anderen Aus- meßgerät 90 befestigt ist. Das Druckmeßgerät 90 nehmungen entsprechende Abflußkanäle zugeordnet. dient zur Anzeige des in jeder Druckausnehmung Von der Ausnehmung 64 fließt die Flüssigkeit senk- 40 herrschenden Druckes. Die von den Ausnehmungen recht zum Raum 65 ab, und die von der Ausnehmung 83 nach außen strömende Flüssigkeit läuft in ring-64 nach innen strömende Flüssigkeit läuft über Ab- förmige Abflüsse 91, 92, und von dort aus wird die flußkanäle 68 in den Raum 25. Die von der Aus- Flüssigkeit über äußere Abflußkanäle dem Reservoir nehmung 50 nach außen fließende Flüssigkeit läuft zugeführt.

über in Längsrichtung ausgesparte Kanäle 50 a zu 45 Die Art und Weise, in der der Schlitten 24 in einer

den Enden des Schlittens 21 und von dort zu einem stabilen Lage mit Bezug auf den Rahmen 22 gehalten

Sammelkanal 70 und Abflußöffnungen 71 im Kanal wird, wird im Hinblick auf die F i g. 6 und 7 leicht

25. Die von der Ausnehmung 50 nach innen fließende verständlich. Für den Fall, daß eine seitliche Kraft

Flüssigkeit wird in dem durch eine Aussparung ge- auf den Schlitten 24 in einer Richtung ausgeübt wird,

bildeten Kanal 50 b gesammelt und fließt in Längs- 50 daß der durch die Pfeile P₅ repräsentierte Druck in

richtung zu den Enden des Schlittens 21 und von den Ausnehmungen infolge einer Einschnürungswir-

dort über Kanäle 72 zum Kanal 25. Die von den kung zunimmt, so nimmt der Druck P₆ in den ge-

Ausnehmungen 57 nach unten fließende Flüssigkeit genüberliegenden Ausnehmungen infolge der dort

läuft über Abflußkanäle 72 in den Kanal 25, und von stattfindenden Querschnittserweiterung der Flüssig-

den Ausnehmungen 50 nach außen fließende Flüssig- 55 keitsströmung ab, so daß im Ergebnis eine nach oben

keit läuft senkrecht zum Kanal 25. Die von den Aus- gerichtete Kraft auf den Schlitten ausgeübt wird, die

nehmungen 55 nach innen fließende Flüssigkeit fließt diesen in die ursprüngliche Lage zurückzudrängen

über eine Aussparung zu den Abflußkanälen 72 und sucht. In ähnlicher Weise nimmt, wenn eine Kraft so

von dort aus ebenfalls in den Kanal 25. ausgeübt wird, daß der durch den Pfeil P₇ repräsen-

Die Anzahl und Größe der vorzusehenden Aus- 60 tierte Druck in den Ausnehmungen infolge der Einnehmungen hängt von der zu erwartenden Belastung schnürungswirkung zunimmt, der in den gegenüberab. Dabei werden die Ausnehmungen vorzugsweise liegenden Ausnehmungen herrschende Druck P₈ ab, relativ zu den benachbarten Oberflächen so angeord- wodurch eine nach oben und nach rechts (F i g. 7) net, daß die Flüssigkeit im wesentlichen immer den gerichtete Kraft erzeugt wird, die den Schlitten in die gleichen Weg vom Druckkissen zu den Abfluß- 65 Ausgangslage zurückzudrängen sucht,
kanälen zurücklegen muß. Bei der in den F i g. 8 und 9 schematisch darge-

Die Art und Weise, wie der Schlitten 21 mit sei- stellten Ausführungsform sind die Ausnehmungen

nem Bett 20 zusammenarbeitet, ist in Fig. 12 sehe- wieder in den Schlitten 100 eingeformt, der sich seit-

lieh hervor erstreckende Teile 101 aufweist, die in zurückdrängende Teile 102 des Bettes einreifen. Komplementäre horizontale Oberflächen sind zur Stabilisierung des Schlittens gegen eine Aufwärtsbewegung vorgesehen, während vertikale Oberflächen den Schlitten mit Bezug auf seitliche Abweichungen stabilisieren.

Bei den in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Schlitten 110 mit einer Schwalbenschwanzführung 111 vorgesehen, deren beide Kanten in winklig zurückspringende Teile 112 des Bettes eingreifen. Die Ausnehmungen sind hierbei auf den geneigten und horizontalen Flächen des Schlittens 110 vorgesehen und sind so angeordnet und dimensioniert, daß die von den Ausnehmungen erzeugten Drücke die auf den Schlitten ausgeübten Kräfte kompensieren und diesen in einer stabilen Lage mit Bezug zum Bett halten.

Bei der in F i g. 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Schlitten 120 mit einer recht- so eckigen öffnung 121 versehen, auf deren innerer Oberfläche die Ausnehmungen eingearbeitet sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist nur ein Schaft 122 zur Sicherung gegen Drehung erforderlich, während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 zur Sicherung gegen Drehung zwei zylindrische Wellen vorhanden sein müssen.

Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine seitliche Stabilisierung durch Ausnehmungen erreicht, die auf gegenüberliegenden Oberflächen auf gegenüberliegenden Seiten des Bettes angeordnet sind.

Die erfindungsgemäß zwischen den Oberflächen des Schlittens und des Bettes vorgesehene laminare Flüssigkeitsströmung niedriger Geschwindigkeit verhindert wirksam jegliche Reibung, da keine direkte Metall-zu-Metall-Berührung vorhanden ist, und ermöglicht einen Schlittenaufbau, der Belastungen kompensieren kann, die unachtsam hierauf ausgeübt werden, und stabilisiert eine genaue Achse der Schlittenbewegung relativ zum Bett. Ein Druckmeßgerät ist jeder Kapillarrohre zugeordnet, so daß eine visuelle Anzeige zu jedem Zeitpunkt über den in den Ausnehmungen herrschenden Druck erhalten werden kann. Sollte sich eine Kapillare zusetzen, so wird der Druck unmittelbar auf Null abfallen. Die Kapillare kann dann leicht entfernt und gereinigt werden. Die Druckmeßgeräte dienen gleichfalls zur Prüfung des Druckes während der Herstellung des Schlittens. Ist der Druck in den Ausnehmungen irgendwelcher gegenüberliegender Ausnehmungsgruppen nicht gleich, dann kann die Größe der Kapillaren geändert werden, so daß sichergestellt wird, daß die Drücke in den Ausnehmungen dieser Gruppe ausgeglichen sind. Durch Ändern des Kapillardurchmessers und/oder der Kapillarlänge können Änderungen der Durchflußmenge durch die Kapillare erreicht werden mit der Folge einer Druckänderung in der Ausnehmung. Die relativen Dimensionen von Schlitten und Bett sind so, daß der Zwischenraum zwischen gegenüberliegenden Flächen, nämlich 45, 47 und 46,48 und 43, 44 und 35, 36 und 31, 32 und 37, 38 und 23 und 82 zwischen 0,05 mm (2XlO-³") und 0,0025 mm (10-4") liegt. Gestattet im Einzelfall eine große Abmessung des Schlittens nicht, Oberflächen mit derart engen Herstellungstoleranzen infolge bei der Herstellung gesetzter Grenzen zu bearbeiten, so sind die Oberflächen so genau wie möglich zu bearbeiten, wobei zumindest einige Teile der sich gegenüberstehenden Oberflächen einen Abstand aufweisen sollen, der innerhalb der obengenannten Grenzen liegt.

Die Anordnung dient nicht nur zur Kompensierung sich ändernder Kräfte, die auf den Schlitten einwirken, sondern zusätzlich hierzu werden sich ändernde Kräfte kompensiert, die von einer Lageänderung des Schlittens herrühren, d. h. wenn der Schlitten von einer horizontalen in eine vertikale oder in eine andere Lage gebracht wird. Darüber hinaus gestattet eine volle Kompensierung ausübende Flüssigkeitsströmung kleinere Oberflächen- oder Bearbeitungsgenauigkeiten, die bei üblichen Bearbeitungspraktiken immer auftreten, wodurch eine ultragenaue, hochstabile, glatte, vibrationsfreie, reibungsfreie Lagerung des Schlittens auf dem Bett erhalten wird.

Der Schlitten gemäß der Erfindung gestattet eine sehr genaue Steuerung seiner Bewegungsachse und unterliegt zudem keinerlei Abnutzung, so daß seine Lebensdauer praktisch unbeschränkt ist. Die Belastungscharakteristik umfaßt sowohl stationäre als auch Stoßbelastungen, so daß der Schlitten sowohl für Grob- als auch für feinste Bearbeitung eingesetzt werden kann, mit der Folge, daß ein und derselbe Schlitten für Arbeitsgänge eingesetzt werden kann, für die bisher mehrere Schlitten notwendig waren.

Da keine direkte Metall-zu-Metall-Berührung vorhanden ist, können die Teile aus weicherem Material hergestellt werden, so daß mit Vorteil von niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient derart weicherer Materialien, z. B. Invar, Gebrauch gemacht werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Schlittenlagerung für Präzisionsmaschinen mit einem Bett, auf dem ein Schlitten in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, unter Anwendung eines Druckmittels als tragendes Medium, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Führungsflächen (31, 35, 37, 43, 45, 46) des Schlittens (21) oder die Gegenflächen (z.B. 47, 48) des Bettes (20, 26, 27, 28) mit in Längsrichtung in Abstand voneinander angeordneten Ausnehmungen (50, 55, 56, 57, 64, 65) versehen sind, in die eine Druckflüssigkeit durch Kapillaren (53, 59) zugeführt wird, welche als Film den engen Raum zwischen Schlitten (21) und Bett (20, 26, 27, 28) strömend ausfüllt.

2. Schlittenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (50, 55, 56, 57, 64, 65) mit einem Druckmeßgerät (53, 90) ausgestattet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen