DE1957974C3

DE1957974C3 - Werkzeugmaschine mit einer Einrichtung zur Kompensation der Längenänderung einer sich erwärmenden Spindel

Info

Publication number: DE1957974C3
Application number: DE1957974A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Klabunde; Eugene A. Olig
Original assignee: Giddings and Lewis LLC
Current assignee: Giddings and Lewis LLC
Priority date: 1968-11-18
Filing date: 1969-11-18
Publication date: 1973-09-13
Also published as: GB1281939A; DE1957974B2; DE1957974A1; US3521526A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit einer Einrichtung zur Kompensation der Längenänderung rotierender Bauteile, insbesondere einer sich während der Bearbeitung erwärmenden, von Kühlmitteln aus einem Kühlmittelkreislauf umströmten Spindel, durch einen Regelkreis, dem als Sollwert die Raumtemperatur und als Istwert eine am Rücklauf des Kühlmittels durch Wärmeübertragung auf einen Fühler gemessene Temperatur zugrunde liegt, wobei als zur Betätigung des Stellgliedes dienendes Signal der Regelabweichung eine elektrische Spannung verwendbar ist, die sich aus dem Vergleich von Einzelspannungen ergibt, welche von Soll- und Istwert messenden thermoelektrischen Temperaturfühlern geliefert werden.

Bei einer solchen, aus der deutschen Patentschrift 941 bekannten Werkzeugmaschine treten infolge Erwärmung der gesamten Werkzeugmaschine, einzelner Teile dieser Maschine oder aber des Werk-Stückes Lage- und Abmessungsänderungen insbesondere zwischen Werkstück und Werkzeug auf, die zu einer mangelnden Maßhaltigkeit des bearbeiteten Werkstücke-, und zu einem erhöhten Verschleiß der Werkzeuge und insbesondere der sich bewegenden Maschinenteile führen. Zur Vermeidung dieser Nachteile benutzt die bekannte Werkzeugmaschine eine Kühleinrichtung, mit der sowohl die Schmieröle für die sich bewegenden Maschinenteile als auch die

Bearbeitungsöle für das Werkstück und die Werkzeuge so stark gekühlt werden können, daß die Öle nach Beaufschlagung ihrer jeweiligen zu kühlenden Teile etwa die gleiche Temperatur aufweisen, wie die Umgebungstemperatur des die Werkzeugmaschine

aufweisenden Raumes. Werden also sowohl die für die Bearbeitung als auch für die Schmierung benutzten Öle durch die sich erwärmenden Teile der Maschine nicht stärker erwärmt als bis etwa auf Raumtemperatur, so ist gleichzeitig sichergestellt, daß sich auch die entsprechenden Maschinenteile nicht stärker erwärmen können. Um die Stärke der Kühlung der Öle entsprechend der jeweils auftretenden Erwärmung der Maschinenteile regeln zu können, werden die nach Beaufschlagung der Maschinenteile wieder in den Kreislauf zurückfließenden Öle an einem Wärmefühler vorbeigeführt, der die jeweilige Temperatur der Öle erfaßt und diese vorzugsweise in Form einer entsprechenden elektrischen Spannung mit der durch einen zweiten Temperaturfühler gleichzeitig gemessenen Umgebungstemperatur vergleicht und die Kühlvorrichtung entsprechend einer stärkeren

:„fi..n.

daß die Differenz zwischen den von beiden Temperaturfühlern gemessenen Werten möglichst klein bzw. gleich Null ist.

Diese bekannte Werkzeugmaschine kann auf diese Weise zwar größere Abmessungs- und Lageänderungen infolge Erwärmung von Maschinenteilen unterbinden, kann eine exakte Einhaltung bestimmter Sollabmessungen sich infolge Wärmedehnung relativ zueinander bewegender Maschinenteile jedoch nicht sicherstellen, da zumindest bei einem vertretbaren Aufwand nicht alle einer stärkeren Erwärmung unterworfenen Teile der Werkzeugmaschine derart unmittelbar von den Schmier- oder Bearbeitungsölen beaufschlagt werden können, daß mit Sicherheit die Einhaltung einer etwa gleichbleibenden Temperatur aller Bereiche dieser sich erwärmenden Teile gleichzeitig sichergestellt ist. So können z.B. insbesondere durch die Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Werkzeug bedingte starke äußerliche und auf einen relativ kleinen Teil, z. B. des Werkstückes oder des Werkzeugs, begrenzte Erwärmungen auftreten, die eine relativ starke Temperaturerhöhung des Bearbeitungsöles mit sich bringen, obwohl infolge der relativ geringen Wärmeleitung zwischen diesen stark erwärmten Bereichen und eines z. B. erhebliche Abmessungen besitzenden Werkstückes bzw. einer Werkzeugspindel noch keine nennenswerten Lage- oder Abmessungsänderungen aufgetreten sind. Durch die infolge der starken Erhitzung der öle über den Regelkreis veranlaßte starke Kühlung kann dadurch aber eine nicht beabsichtigte zu starke Abkühlung der Maschinenteile auftreten, die zu relativ gro-Ben Regelschwankungen führt. Derartige Regelschwankungen sind aber gerade bei modernen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, in denen die Stellung eines verschiebbaren Werkzeug- oder

Schneidkopfes nach einem vorbestimmten Arbeits- paßteil einen den Temperaturfühler aufnehmenden

programm gesteuert wird, nicht vertretbar, da sie zu metallischen Block mit einem vom Kühlmittel durch-

ciner mangelnden Präzision bei der Bearbeitung des strömten als Wärmetauscher ausgebildeten Teil im

Werkstückes führen. Abstand einstellbar verbindet. Infolge der Einstell-

Weiter ist eine andere Werkzeugmaschine aus der 5 barkeit des Anpaßteiles kann die gleiche Tempera-USA.-Patentschrift 3 393 588 bekannt, hei der die in- turfühleinhcit für unterschiedliche Maschinenbauteüe folge von Temperaturänderungen auftretenden Ver- eingesetzt sowie bei der Montage besonders leicht juschicbungen einer Werkzeugspindel, insbesondere stiert werden.

eine Änderung ihrer Längenabmessung, durch Si- Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin-

iinalLicber erfaßt wird und über einen geeigneten io dung ist als Anpaßteil ein Stehbolzen vorgesehen.

StL-I!- und Regelkreis zu einer entsprechenden Ver- Mit Hilfe einer derartig einfachen mechanischen

Schiebung eines Maschinenteiles benutzt wird, so daß Ausbildung des Anpaßteües können entsprechend

die Min den Signalgebern erfaßt.· Abmessungsände- der jeweils bei der Werkzeugmaschine benutzten

run>j ausgeglichen wird. Diese bekannten Werkzeug- Spindel sehr genaue Annäherungen an die Wär-

mas !linen sind insofern nachteilig, als die entspre- 15 meverteilung in der Spindel bzw. deren Wärmeleitfä-

clKiiaen Regelkreise bei noch vertretbarem Aufwand hiükeit erreicht werden.

nui ine solche Empfindlichkeit haben, daß sie erst "Gemäß be\orzugter Ausführungsformen der ^r-

aui eine die Maßhaltigkeit eines zu bearbeitenden findung sind '.wei Stehbolzen · rgesehen, die mit ge-

We kstückes bereits beeinträchtigende Verschiebung genläufigen Gewinden an den E.id~n in Gewindeboh-

dei Spindel bzw. entsprechende Längenanderungen 20 rungen im Wärmetauscher und dem metallischen

an prechcn. so daß diese Abmessungsunderungen Block zur Aufnahme des Temperaturfühlers eingrci-

eiv immer dann ausgeglichen werden, wenn sie bc- fen.

reu- kurzfristig aufgetreten sind und damit bereits zu G^mäß einer Weiterbildung der Erfindung sind

eiiKT ungenauen Bearbeitung des Werkstücke- .ge- dabei das Anpaßteil und das den Temperaturfühler

fühlt haben. 25 aufnehmende Teil von einer Isolierhülle umgeben.

Uifgabe der Erfindung ist es, eine neue Werk- Auf diese Weise lassen sich Umwelttemperaturein-

/λ !'^maschine der eingangs genannten Art zu schaf- flüsse ausschalten.

fc·..' bei der die durch Temperaturänderungen auftre- In Verbindung mit der nachstehenden Bcispiels-

teinlen Abmessungsänderungen von Maschinenteilen beschreibung ist darauf hinzuweisen, daß die Erfin-

so rechtzeitig und so genau festgestellt und ihrer 30 dung auf Werkzeugmaschinen jeder Art angewendet

Givße nach erfaßt werden können, daß durch Beauf- werden kann, bei denen die Genauigkeit der Stellung

sen lagung entsprechender Stellglieder ein möglichst eines rotierenden Teiles durch eine im Innerer^ dieses

tr.tüheitsloser Ausgleich dieser Abmessungsänderun- Teiles auftretende Wärmeausdehnung beeinträchtigt

gen stattfindet, ohne daß diese bereits in merkbarer wird und in denen es unmöglich oder unzweckmäßig

Weise in die Abmessungen des zu bearbeitenden 35 ist, die Erwärmung dieses Elements nir mit Hilfe

Werkstückes eingegangen sind. einer Kühleinrichtung zu beeinflussen. Es zeigen

Bei einer Werkzeugmaschine der eingangs ge- F i g. I a und 1 b zusammen in einem Vertikalnannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung längsschnitt eine erfindungsgemaße Werkzeugmadadurch gelöst, daß zwischen KühlmiUelairum und schine,

Temperaturfühler eine Einrichtung mit wenigstens 40 F i g. 2 in etwas größerem Maßstab einen Teil der

einem Anpaßteil zur Verzögerung des Wärmeübcr- Maschine in einem Schnitt längs der Linie _-2 in

ganges in Anpassung an eine verzögerte Durchwar- F i g. 1 a,

mung des Bauteiles vorgesehen ist. F i g. 3 ein Funktionsschema einer zusammen mit

Durch dieses Anpaßteil wird in einfacher und einer Temperaturmeßeinrichtung in einer erfindungssehr zuverlässiger V/eise das jeweilige Wärmeverhai- 45 gemäßen Werkzeugmaschine verwendbaren Servoten der Spindel oder ues betreffenden Bauteils einer einrichtung, . . Werkzeugmaschine berücksichtigt, so daß keine Be- F i g. 4 in größerem Maßstab as Einzelheit 111 einflussungen des eventuelle Abmessungsänderungen Draufsicht eine in Fig. la dargestellte lemperaturkomper. ierenden Stellgliedes bereits dann auftreten, Meßeinrichtung, ■ ,.■ _c- 1 wenn eine plötzliche Erhöhung der Kühlmitteltempe- 50 F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in H g. i ratur, z. B. allein infolge einer örtlichen und nur und . , . kurzfristigen Temperaturerhöhung, an der Außen- F ig. 6 als Einzelheit in Seitenansicht eine weitere fläche eines Maschinenteiles auftritt, obwohl diese in Fig. la dargestellte Temperatunneßeinrichtung. bisher rein örtliche Temperaturerhöhung des Maschi- Zunächst sei an Hand der Fig. la und Ib des nenteiles noch nicht zu einer Änderung der Lage 55 als Ausführungsbeispiel herangezogene Waagerech oder Abmessung dieses Maschinenteiles geführt hat. Bohrwerk behandelt, wobei Teile des Kuhlmittel-Da die Wärmeverteilung in einer Spindel einer Werk- Umwälzsystems und der elektrischen achaltungsanzeugmaschine sehr genau ermittelt werden kann, Ordnung schematisch dargestellt sind. Ein Spindcikann auch die Einrichtung zur Verzögerung des stock 10 ist an Führungen 11 vertikal bewegbar und Wärmeüberganges entsprechend genau ausgelegt 60 enthält einen Motor 12, ein Untersetzungsgetriebe:1J werden, so daß tatsächlich die an dem Temperatur- und zwei Zahnräder 15, 16, die zur Leistungsuberfiihler gemessene Temperatur den jeweiligen Gege- tragung von dem Motor 12 zu einer Spindel 20 diebenheiten in der Werkzeugspindel entspricht, obwohl nen, an der ein Bohrkopt 21 angebracht ist Die die Temperatur des Kühlmittels sowohl an der Werk- Zahnräder 15, 16 bewirken eine DrehmomentuberzeuRspindel als auch am Temperaturfühler bereits 65 tragung auf ein Spindelzahnrad 22, das aut einer einen davon sehr abweichenden Wert aufweisen ortsfesten Hülse 23 im Spindelstock 10 gelagert ist. _kann Die Spindel 20 ist in einer Hohlwelle 25 axial ver-

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das An- schiebbar und ferner gegenüber dem Spindelstock 10

5 6

unabhängig bewegbar. Zu diesem Zweck ist sie durch Zur Kompensation derartiger temperaturabhängi-

eine Keilverzahnung mit einer verschiebbaren Spin- gcr Maßveränderungen wird erfindungsgemäß ein

delhülse 26 verbunden, die ihrerseits über eine Keil- kontinuierliches elektrisches Signal erzeugt, das die

verzahnung mit der ortsfesten Hülse 23 verbunden Innentemperatur der Spindel 20 anzeigt und dann ah

ist. Die Leistungs- bzw. Drehmomentübertragung 5 Korrektursignal an die Einrichtung zur Steuerung der

von dem Motor 12 erfolgt somit über die Zahnräder Spindelstellung in der Werkzeugmaschine abgegeben

15, 16, die ortsfeste Hülse 23, die Spindclhülse 26 wird. Es ist daher eine Temperaturmeßeinrichtung 4C

und die Spindel 20 zum Bohrkopf 21. Infolgedessen vorgesehen, die einen thermischen Analogwert mißi

kann die Spindel 20 unabhängig von der Hohlwelle bzw. herstellt, der dem Istwert der Spindel-Innen-

25 oder synchron mit dieser oder mit jedem Verhält- io temperatur entspricht. Ferner ist eine Schaltungsan-

nis zwischen den Bewegungen der beiden Teile axial Ordnung vorgesehen, welche die Temperaturdifferen7

verschoben werden. Eine ausführliche Beschreibung zsvischen der Analogtemperatur und der Bezugstem-

der Innenteile dieses als Ausführungsbeispiel heran- peratur mißt. In dem dargestellten Ausführungsbci-

gezogenen Waagerecht-Bohrwerks sowie seiner spiel wird die Bezugstemperatur durch eine Meßein-

Funktion ist in der USA.-Patcntanmeldung Serial 15 richtung 41 für die Umgebungstemperatur bestimmt.

595 504 (McCann) enthalten. Im Rahmen der Erfindung wird ein Kühlmittel-

Zu den rotierenden Elementen der als Ausfüh- Umwälzsyslem verwendet, das einen Behälter 42.

rungsbeispiel herangezogenen Werkzeugmaschine ge- eine Pumpe 43 und eine Vorlaufleitung 45 besitzt,

hören die Spindel 20 und die Spindelhiilse 26, die in Diese weist einen biegsamen Leitungsteil 46 auf, der

der vorstehend angegebenen Weise durch eine Keil- 20 eintretendes Kühlmittel an einen Vorlaufkanal 47

verzahnung miteinander verbunden sind. Die Spin- abgibt, der sich im oberen Teil der Hohlwelle 25 in

delhülse 26 ist mit zwei Sätzen von Wälzlagern in der deren Längsrichtung erstreckt und das zugeführte

Hohlwelle 25 drehbar gelagert, und zwar mit einer Kühlmittel den Lagern 27, 28 durch entsprechend

vorderen Lageranordnung 27, die aus fünf einzelnen angeordnete Bohrungen 48 zuführt, die zwischen den

Kugellagern besteht, und mit einer hinteren Lageran- 25 Lageranordnungen 27, 28 angeordnet sind. Das

Ordnung 28, die aus zwei Kugellagern besteht. In der Kühlmittel strömt daher über die Lager, insbeson-

Nähe des Bohrkopfes 21 müssen die Lager eine grö- dere ihre Innenringe, die auf andere Weise nicht ge-

ßere Tragfähigkeit haben, damit sie den an dieser kühlt wcrdrn können, und dann über die Oberfläche

Stelle vorhandenen, größeren Lagerdrücken gewach- der Spindel 20, bis es den unteren Teil der Hohlwelle

sen sind. Die Hohlwelle selbst dreht sich nicht und 30 25 erreicht und durch Auffangsöffnungen 51 in einen

ist auf hydrostatischen Lagern 30 axial bewegbar ge- Rücklaufkanal 50 eintritt. Aus dem Rücklaufkanal

lagert. 50 gelangt das zurückströmende Kühlmittel über

Die Axialverstellung der Hohlwelle 25 und der einen weiteren biegsamen Schlauch 52 und eine

Spindel 20 erfolgt über ein System von Meß- und Rücklaufleitung 53 zu der Meßeinrichtung 40 und

Servoeinrichtungen. Dabei können die Hohlwelle 25 35 von dieser durch die Rücklaufleitung 55 zurück in

und die Spindel 20 voneinander unabhängig oder mit den Behälter 42.

jedem gewünschten Grad der Synchronisierung ge- Die Meßeinrichtung 40 ist am besten in den

meinsam bewegt werden. Zu diesem Zweck ist in der F i g. 4 und 5 dargestellt. Man erkennt, daß die Kühl-

als Ausführungsbeispiel herangezogenen Werkzeug- mittelrücklaufleitung 53 mit der Rücklaufleitung 55

maschine ein Servomotor 31 vorgesehen, der direkt 40 durch einen Wärmeaustauscher 56 verbunden ist.

eine Gewindespindel 32 für den Spindelvorschub und Man kann die in dem Block 56 stattfindende Wär-

über ein Getriebe 33 sowie eine Welle 34 eine Ge- meübertragung dadurch verbessern, daß das Kühl-

windespindel 35 für den Vorschub der Hohlwelle an- mittel in ihm längs eines gewundenen Weges strömt,

treibt. oder indem Rippen oder andere die Wärmeübertra-

In dem Getriebe 33 ist ein zur Rückführung die- 45 gungsfläche vergrößernde Elemente im ^ctrömungsnender Drehmelder 36 eingebaut, der ein elektrisches weg des zurückströmenden Kühlmittels vorgesehen Signal erzeugt, daß die Anzahl der Umdrehungen der sind. Die Meßeinrichtung 40 ist vorzugsweise mög-Gewindespindel 32 für den Spindelvorschub anzeigt liehst nahe bei den Spindellagern 27, 28 angeordnet, und somit eine Stellungsinformation in Form eines so daß das Kühlmittel vor dem Eintritt in den Wär-Rückstell- bzw. Rückführungssignals abgibt, das dem 50 meaustauscher 56 möglichst wenig Wärme verliert. Steuerungssystem der Werkzeugmaschine zugeführt Zu diesem Zweck ist in dem Ausführungsbeispiel der wird. Man erkennt somit, daß die Genauigkeit der Block 56 unmittelbar unterhalb des Spindelstockes auf diese Weise von dem zum Drehmelder 36 abge- 10 angeordnet. Der Wärmeaustauscher 56 ist an gebenen Rückführungs-Information davon abhängig einer Isolierplatte 57 angebracht und an dem Spinist, daß der Axialabstand zwischen dem Bohrkopf 21 55 delstock 10 befestigt. Die Befestigung kann wie in und der Befestigungsstelle der Spindel 20 an der zu der dargestellten Ausführungsform mit Schrauben 58 ihrem Vorschub dienenden Gewindespindel 32 kon- oder auf andere geeignete Weise erfolgen. Der Block stant bleibt. Infolge der Erzeugung von Wärme aus 56 besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einem verschiedenen Ursachen, z. B. durch den Zerspa- anderen Metall mit einem hohen Wärmeübertranungsvorgang und die Funktion des Motors 12, des 60 gungskoeffizienten.

Untersetzungsgetriebes 13. des Getriphpc m·* λ?π !™ R^hrr¹?" ί?γ F**·"*;«^ irt ferne· im BcieLii

Zahnrädern 15, 16, 22 sowie der Lager 27, 28, und des Wärmeaustauscherblockes 56 ein Wärmeaufneh-

die Abfuhr dieser Wärme wird die Temperatur im mer 60 vorgesehen, der ebenfalls am Aluminium

Innern der Spindel 20 verändert. Die auf diese Weise oder einem anderen Metall besteht, das eine relativ

herbeigeführte Wärmedehnung bzw. -schrumpfung 65 hohe spezifische Wärme und andere vorteilhafte

führt in die in der Maschine vorhandene Einrichtung Wärmeübertragungseigenschaften hat. In dem Wär-

zur automatischen Steuerung der SpindcIstcHung mcaufnehmer 60 ist ein Thermistor bzw. Heißieitei

Fehler ein. 61 angeordnet. Der Wärmeaufnehmer 60 ist im Ab-

7 8

stand von dem Wärmeauslausehcrblock 56 ahgeord- zende Umhüllung 65 und eine Isolierschicht 66, net und mit ihm durch zwei Stehbolzen 63 vcrbun- welche die Wärmeübertragung von dem Wärmcausden. Wie am besten aus der F i g. 5 hervorgeht, ha- tauscher 56 und dem Wärmeaufnehmer 60 in die ben die Stehbolzen an ihren beiden Enden crfin- Umgebung, und umgekehrt, herabsetzt. Die Isolicdungsgemäß gegenläufige Gewinde, so daß man in 5 rung kann aus Schaumkunststoff, Glasfaserwatte einen Schlitz 63 einen Schraubenzieher einsetzen und oder einem ähnlichen Material bestehen,
die Stehbolzen 62 in einer Richtung drehen kann, um Zum Erzeugen eines Bezugssignals, das die norden Abstand zwischen dem Wärmcaufnchmer 60 und male oder Umgebungstemperatur darstellt, ist in der dem Wärmeaustauscher 56 und damit die Länge der Umgebungstemperatur-Meßeinrichtung 41 (F i g. 6) Wärmcübcrlragungsstrcckc zu verändern. Die Steh- io ein zweiter Thermistor bzw. Heißleiter 68 an einer bolzen 62 balden somit eine verzögernd wirkende Stelle vorgesehen, die zweckmäßig von den wärmeer-Wärmeübertragungslcitung bzw. einen Wärm.cübcr- zeugenden Bereichen der Werkzeugmaschine entfernt tragungswiderstand zwischen dem Wärmeaustauscher ist. Diese Meßeinrichtung ist in einem Schutzgehäuse 56 und dem Wärmeabnehmer 60, so daß beim Stei- 70 angeordnet, damit die Wirkungen von zufälligen gen und Fallen der Temperatur in dem Wärmeaus- 15 Luftströmen möglichst gering sind,
tauscher 56 die Temperaturveränderungen in dem Aus der Fig. la kann man erkennen, welche Wärmcaufnchmer 60 gegenüber denen in dem War- Funktionen die Heißleiter 61, 68 in der Steuerungsmeaustauschei 56 nacheilen. Der Heißleiter 61 mißt einrichtung der Werkzeugmaschine haben. Die Heißdahcr eine Temperatur, die ein Analogwert zu dem leiter 61, 68 sind hintereinander zu einer Gleichspan-Istwcrt der Innentemperatur der Spindel 20 ist. Mit 20 nnngsqucllc parallel geschaltet. Der Vcrbindungs-Hilfc der einstellbaren Stehbolzen 62 kann die Er- punkt zwischen den Heißleitern 61 und 68 ist mit zeugung bzw. Einstellung dieser Analogtemperatur dem Plus-Eingang eines Verstärkers 71 verbunden, noch verbessert werden. Diese Schaltung wird im allgemeinen als cine HaIb-Dicsc erfindungsgemäß vorgesehene, verzögerte brückenschaltung bezeichnet, deren Verstärker 71 Wärmeübertragung ist deshalb wichtig, weil die Er- 25 ein die Verstärkung regelndes Potentiometer 72 und fahrung gezeigt hat, daß die Temperatur des aus der einen Belastungswidcrstand 73 besitzt. Vor dem In-Rücklauflcitung 53 austretenden Kühlöls im Betrieb betriebsetzen der Maschine befinden sich unter norder Maschine aiiriuihui.li ansteigt, bis diese Tempera- malen Betriebsbedingungen die beiden Heißleiter 61. tür einen konstanten Wert erreicht, was oft erst eine 68 auf derselben normalen oder Umgebungstempera-Stundc nach dem Inbetriebsetzen der Maschine oder 30 tür, so daß die an den Differcntialverstärker angenoch später erfolgt. Es hat sich ferner gezeigt, daß legte Spannung den Wert Null hat. Ein Anstieg der die Innentemperatur der Spindel 20 viel später einen Temperatur der Spindellager 27. 28 führt zu einem konstanten Wert erreicht als das aus der Rücklauflei- Anstieg der Temperatur des zurückströmenden Kiihltung 53 zurückströmende Kühlmittel, oft erst nach mittels in der Meßeinrichtung 40. so daß die HaIbcincr weiteren Stunde. Aus diesem Grunde wird mit 35 brücke verstimmt wird und am Ausgang des Verslär-Hilfe der aus den Stehbolzen 62 bestehenden Einstcl- kcrs 71 eine positive Spannung auftritt. Natürlich ist lung für die Wärmclcitungcn die Wärmeübertragung die von dem Heißleiter 61 in dem Wärmcaufnchmer derart verzögert, daß die von der Meßeinrichtung 40 60 gemessene Temperatur nicht gleich der Temperagemessene Temperatur der Isttemperatur der Spindel tür der Spindel 20. doch kann diese Difiercnz durch 20 selbst zuverlässig entspricht. 4° die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Vcrstär-Zum Verstellen der Wärmeübcrtragungs- oder kers 71 mit Hilfe des Potentiometers 72 leicht ausgc-Ver/öuerungsstrccke zwischen dem Wärmeaustau- glichen werden. Das Potentiometer 72 läßt sich so scherblock 56 und dem Wärmeaufnehmer 60 werden einstellen, daß der an die numerische Steucrcinrichcinfach die Stehbolzen 62 in der vorstehend beschrie- lung abgegebene Ausgang dem Istwert der Tempcrabencn Weise gedreht, bis die gewünschten Betriebsci- 45 turdifferenz und der erforderlichen Korrektur dc^; genschaften erhalten werden. Man kann den ei for- Spindclstcllung proportional ist. Nach dem Eichen dcrlichcn Abstand zwischen dem Wärmeaustauscher bzw. Kalibrieren bewirkt diese Anordnung, in jeden" 56 und dem Wärmeaufnehmer 60 auch in Wärmeein- Zeitpunkt des Betriebes der Maschine eine Stellungs heitcn pro Stunde mit Hilfe der folgenden Gleichung korrektur, die dem Istwert der Wärmedehnung dei berechnen: ⁵° Spindel 20 proportional ist.

Wenn sich die mit Hilfe des crfindungsgemäl

dCf '"(T T,). vorgesehenen Systems gesteuerte Wcrkzeugmaschin«

dl 1 ' in einem temperaturstabilisierten Raum befindet. s<

daß die Temperatur der Maschine bei der Inbetrieb

Darin ist ^{55 nanme} nicht von einem Tag zum anderen schwankt

_w.. ist der zweite Heißleiter 68 nicht erforderlich; e

7 ,?^rmcmCnge' kann dann durch einen (nicht gezeigten) gcwöhnii

' ί"?.· -U . 1 er ■ . chen Widerstand ersetzt sein. Bei einer derartige]

K Warmcubcrtragungskoeff.z.ent, Anordnung ist es zweckmäßig, die erste Inbetrich

A wirksame Ouerschnittsflache der Stehbolzen 62, , , _u - ■ u ·· . η

L L54^-^tH₁hni„.n-Wh_rmoiihertra_?un_Ec- ^{6o nah}™ ,¹^ «ner vorbcstmmten Bczugstempcratu

strecke, signal erzeugt wird, wenn sich die Temperatur

T₁ Temperatur des Wärmeaustauschers 56. „^ _{den ß}£. _{bei lnbetriebnah} ^H _mc

T, Temperatur des Wärmeabnehmers 60. _. „,,:.,. ^A.fcfHhninoshcisni. I für H

A^führungsbeispid für die Zufiib Für die Berechnung ist es günstig, die Maße M ^S5 rung des Korrcktursignals zu cmcr numerischen odc

und die spezifische Wärme Cp des Wärmeaufnch- anderen Regelvorrichtung für die Spindelstellung i;

,mcrs 60 zu kennen. in F i μ. 3 gezeigt. in diesem FaI! gibt ein Korrcktui

Die Mcßcinrichtuim 40 besitzt ferner eine schüt- regelkreis 75. der von einem Korrektur-Scrvomcti

lit angesteuert wird, ein die gewünschte Stcllungskorrektur darstellendes Signal an einem (nicht gezeigten) Hauptregelkreis für den Spindelvorschub ab. Das Ausmaß der Korrektur wird dadurch bestimmt, daß zwischen den Korrektur-Servometer 76, einem Funktionsmelder bzw. Drehmelder 79 α und einem Funktionsdifferentialgeber bzw. Differential-Drehmelder 79 b richtig ausgewählte Zahnräder 77, 78 eingesetzt werden. Ferner wird die Korrektur durch Einstellung des Widerstandswertes des den Verstärkungsfaktor steuernden Potentiometers 72 bestimmt. Der Korrektur-Regelkreis 75 enthält außerdem einen zweiten elektrischen Verstärker 80, einen Magnetverstärker 81 und auf der Eingangsseite des Verstärkers 80 einen Diskriminator 82. Ein Tachometer 83 erzeugt das Eingangssignal für den Magnetverstärker 81.

Bei Werkzeugmaschinen-Einstellsystemen mit digitalen Eingängen zum Erzeugen einer numerischen Fiihrungsgröße für die Z-Achse werden die Heißleiter 61, 68 mit einer Wechselspannung gespeist, so daß der Ausgang des zugeordneten Verstärkers in seiner Amplitude verändert wird. Die zur Korrektur dienende Ausgangs-Wechselspannung wird dann mit

10

einer um 90° phasenverschobenen Bezugs-Wechselspannung summiert. Die Phasenlage des resultierenden Signals ist daher temperaturabhängig. Dieses Signal kann in dem Steuersystem leicht digital dargestellt und zu der numerischen Fiihrungsgröße für die Z-Achse algebraisch addiert werden.

Bei der Anwendung des Erfindungsgegenslandes auf bestimmte Werkzeugmaschinen kann die Meßeinrichtung 40 vereinfacht werden. Nachdem einmal

ίο die Abmessungen des Wärmeaustauschers 56, der zur verzögerten Wärmeübertragung dienenden Stehbolzen 62 und des Wärmeaufnehmers 60 für Werkzeugmaschinen einer bestimmten Art festgelegt sind, sei es rechnerisch oder experimentell, kann man diese Teile gegebenenfalls in einem einzigen monolithischen Block mit vorbestimmten Abmessungen vereinigen, wobei die erforderliche Verzögerung der Wärmeübertragung und die erforderliche Wärmespeicherung erzielt werden, ohne daß dafür mehrere

so getrennte Elemente erforderlich sind. Wenn die Meßeinrichtung 40 sich in einer solchen Umgebung befin-. det, daß die Wärmeverluste ihrer Elemente vernachlässigbar sind, kann man auch die Isolier-Umhüllung 65 weglassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine mit einer Einrichtung zur Kompensation der Längenänderung rotierender Bauteile, insbesondere einer sich während der Bearbeitung erwärmenden, von Kühlmittel aus einem Kühlmittelkreislauf umströmten Spindel, durch einen Regelkreis, dem als Sollwert die Raumtemperatur und als Istwert eine am Rücklauf des Kühlmittels durch Wärmeübertragung auf einen Fühler gemessene Temperatur zugrunde liegt, wobei als zur Betätigung des Stellgliedes dienendes Signal der Regelabweichung eine elektrische Spannung, verwendbar ist, die sich aus dem '-'ergleich von Einzelspannungen ergibt, welche von Soll- und Istwert messenden thermoelektrische!! Temperaturfühlern geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kühlmittelstrom und Temperaturfühler

(61) eine Einrichtung mit wenigstens einem Anpaßteil (62) zur Verzögerung des Wärmeübergangs in Anpassung an eine verzögerte Durchwärmung des Bauteils (20) vorgesehen ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das AnpaSteil (62) einen den Temperaturfühler (61) aufnehmenden metallischen Block (60) mit c'.iem vom Kühlmittel durchströmten, als Wärmetauscher ausgebildeten Teil (56) im Absland ein !ellbar verbindet.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch "ckcRRycic^ric' d"ⁿ "^Jr \~~..η·~:ι ια.^ ein Stehbolzen vorgesehen ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stehbolzen

(62) vorgesehen sind, die mit gegenläufigen Gewinden an den Enden in Gewindebohrungen im Wärmetauscher (56) und dem metallischen Block (60) zur Aufnahme des Temperaturfühlers (61) eingreifen.

5. Werkzeugmaschine wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpaßteil (62) und das den Temperaturfühler (61) aufnehmende Teil (60) von einer Isolierhülle (65, 66) umgeben sind.