DE19615383A1

DE19615383A1 - Kreuzschlitteneinheit einer Maschine (Werkzeugmaschine) mit Pinole sowie deren Winkelkorrektur

Info

Publication number: DE19615383A1
Application number: DE1996115383
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Kessler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreuzschlitteneinheit mit einer darin beweglichen Pinole mit einer Motorspindel, welche in der Pinole befestigt ist. Derartige Pinolen werden in Werkzeugmaschinen eingesetzt. In diesem Falle wird eine Bohr- und Fräsmaschine ausgeführt. Dieselben Einrichtungen können auch Bestandteil einer Dreh- oder Schleifmaschine sein oder einer anderen für die Materialbearbeitung üblichen Maschine.

Die Erfindung kann aber auch in einem Bearbeitungszentrum zum Einsatz kommen. Ein Bearbeitungszentrum verfügt im Gegensatz zu obigen Maschinengattungen über einen auto matischen Werkstück- und Werkzeugaustausch.

Hierbei besteht aber das Problem, daß die einzelnen Bauteile der Maschine mehr oder weniger große Fertigungsabweichungen aufweisen, welche an der zusammengebauten betriebsfertigen Maschine Abweichungen der kartesischen X, Y, Z-Achsen-Bewegung hervorrufen.

Die Korrektur derartiger Abweichungen läßt sich nach dem Stand der Technik an einer betriebsfertigen nur sehr schwer durchführen. In der Vormontage wäre dies einfacher, aber die Messung der Abweichungen setzt zumeist die betriebsfertige Maschine voraus. Bete der Messung der Abweichung an der betriebsfertigen Maschine werden nacheinander die X, Y, Z-Achse der Maschine mittels der Maschinen CNC-Steuerung bewegt und dabei die tatsächliche Bewegung gemessen und mit der Maschinen-Bewegung verglichen.

Bei den gemessenen Abweichungen unterscheidet man zwischen linearen Positionsfehlern und Winkelfehlern in der jeweiligen X, Y, Z-Achsen-Bewegung.

Die linearen Positionsfehler können mittels bekannter Verfahren leicht über die CNC-Steuerung korregiert werden und stellen nach dem Stand der Technik kein allzu großes Problem mehr dar. Die Korrektur von Winkelfehlern ist zumeist aufwendiger. Man verwendet hierzu meistens 4 Justageplatten bei welchen zur Winkel-Korrektur jeweils 1 oder 2 in der Dicke vermittels Nachschleifen verändert werden. Die Höhendifferenz der Justageplatten bewirkt damit eine Winkelkorrektur der angrenzenden X, Y- oder Z-Baugruppe.

Dasselbe erreicht man auch mit keilförmigen Justageplatten welche durch Verschieben eine Dicken- und damit eine Winkelkorrektur hervorrufen. Die keilförmigen Justageplatten und die einfache Verstellung erlaubt eine schnelle Winkel-Korrektur an der betriebsfertigen Maschine. Diese Lösung ist u. a. an einer Maschine ALPHA 400 der Fa. Wanderer erfolgreich eingesetzt. Der Nachteil ist hierbei, daß der Fertigungsaufwand der keilförmigen Gegenflächen sehr hoch ist.

Die Schriften DE-A-16 27 206 und EP 0237847 offenbaren jeweils eine Anordnung von Rechteck rahmen welche mittels Einstellschrauben oder Keile an die jeweilige Pinolenform angepaßt werden.

Die Korrektur von Winkelfehlern sowie die Aufnahme der u. U. sehr großen Querkräfte bleibt bei diesen Lösungen offen. Erfindungsgemäß kommt daher als Gegenfläche zum Keil eine doppelte Kegelmantelfläche zum Einsatz, welche in einem Bearbeitungsgang auf einer großen Karussell- Drehmaschine hochgenau bearbeitet werden kann und zudem sehr genau rechtwinklig zur zweiten kartesischen Achse stehen kann, was die Winkel-Korrektur erleichtert.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Feinkorrektur der Pinolenmittelachse an der betriebsbereiten Maschine durch ein gezieltes Punkt-Wärmebehandlungsverfahren, welches die oben genannte Mittelachse abschnittsweise verlagert. Das Punkt-Wärmebehandlungsverfahren erzeugt einen Korrekturkegel im Bereich der Gefügeumwandlung im Pinolenquerschnitt.

Dieses Verfahren nutzt den normalerweise als schädlich geltenden Einfluß einer Gefügeveränderung.

Erfindungsgemäß kann hier beispielsweise der Effekt der Austenit-Marensit-Umwandlung mit der damit verbundenen Volumenvergrößerung im Korrekturkegel der Punkt-Wärmebehandlung ausgenutzt werden um die Pinole an einer gezielten Stelle zu strecken.

Die Punktwärmebehandlung darf aber örtlich nur begrenzt eingesetzt werden um Risse und Gefügeveränderungen in angrenzenden Partien zu vermeiden. Hierfür könnte erfindungsgemäß eine in der Schweißtechnik übliche Schweißpistole oder Laseranlage zum Einsatz kommen. Durch schnelles Abschrecken wird in dem Korrekturkegel eine Volumenvergrößerung in seiner Ausdehnung festgelegt.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen in Ausführungsbeispielen dargestellt und nach folgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Kreuzschlitten einer Werkzeugmaschine mit zentraler Pinole und einer Motorspindel,

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht der Pinole, die Rundkeile sowie den Kreuzschlitten,

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung von Kreuzschlitten und Pinole,

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform Rollen oder Kugelumlaufkeil,

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform Rollen oder Kugelumlaufkeil aus Fig. 4,

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung durch die Pinole mit Rollen oder Kugelumlaufkeil aus Fig. 4 und Fig. 5 mit Korrekturkegel-Verfahren,

Fig. 7 durch Korrekturkegel-Verfahren korregierte Pinole,

Fig. 8 Ablaufdiagramm Winkelkorrekturverfahren.

Fig. 1 ist ein Teil einer Werkzeugmaschine mit einer kartesischen X, Y, Z-Achsen-Bewegung. Der Kreuzschlitten 5 übernimmt die vertikale Y-Bewegung und die darin geführte Pinole 3 führt die horizontale Z-Bewegung aus. Der Ständer 12 führt in diesem Ausführungsbeispiel die X-Bewegung aus. In der Pinole 3 ist eine Motorspindel 1 befestigt worin sich ein Werkstück, oder wie hier beispielhaft ein Werkzeug 6, über die Lagerung 7a und 7b, befindet.

Die vertikale Y-Bewegung wird über die Vorschubspindel 9 und den Antriebsmotor 11 und die horizontale Z-Bewegung über die Vorschubspindel 3 und den Antriebsmotor 10 ausgeführt.

In Fig. 2 ist die Vorderansicht des Kreuzschlittens 5 mit der zentralen Pinole dargestellt. Hier kommt erfindungsgemäß die vordere konkave Kegel-Mantelfläche aufgeteilt in die Flächen 5a, b, c, d zum Einsatz, welche in einem Bearbeitungsgang auf einer großen Karussell- Drehmaschine hochgenau bearbeitet werden kann. Durch das Verschieben der Keile 13 mit dem daran befestigten Rollenumlaufschuh 16 über den Führungsstift 15 in senkrechter Richtung zur Zeichnungsebene läßt sich einerseits die Vorspannung, durch den diametral gegenüber angestellte Rollenumlaufschuh, und die Richtung der Pinole 3 einstellen. Alle 4 dargestellten Rollenumlauf schuhe sind hier aus Bauraumgründen unter ca. 45 Grad zu Achsenkreuz angeordnet. Eine andere Winkellage der Keile 13 und der Rollenumlaufschuhe 16 ist selbstverständlich ebenso möglich. Ferner kann zwecks Erzielung einer besseren Dämpfung eine Kombination oder ausschließliche Verwendung einer Gleitführung mit gleichen oder verschiedenen Reibpartnern vorgesehen werden. Solche Kombinationen sind seit Jahren bekannt und beeinträchtigen nicht den Geist der Erfindung.

Der Keil 13 hat als Gegenfläche die passende konvexe Kegelmantelfläche mit dem Radius 13a. Der Kreuzschlittens 5 mit bildet mit dem geringfügig größeren Radius 5e der konkave Kegel- Mantelfläche das Gegenstück. Der Radius 5e hat erfindungsgemäß seinen Ursprung in der Achse 5g des Kreuzschlittens 5 und ist größer wie der Radius 13a des Keils. Dies ist einerseits erforderlich um eine Selbsteinstellung des Keiles 13 mit dem Rollenumlaufschuh 16 zu erreichen und um ein einseitiges Tragen des Keiles 13 beim Verstellen zu verhindern. Zu diesem Zweck ist auch die Rücknahme Rundkeil 13b und der Radius Rücknahme Rundkeil 13c des Keils 13 in Fig. 4 vorgesehen. Weitere Rücknahmen sind möglich ohne den Sinn dieser Erfindung zu verändern. Das Drehmoment,welches die Motorspindel 1 entwickelt, wird durch die diametral gegenüber angestellten, um den Abstand 13d senkrecht zur Achse 5g versetzten Rollenumlaufschuhe und das damit mögliche Kräftepaar aufgefangen.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 angedeuteten Halbschnitt unter ca. 45 Grad zum Achsenkreuz und die doppelte Kegelmantelfläche 5a und 5f mit ihrer gemeinsamen Achse 5g.

Der Keil 13 wird mittels Schrauben in der Halteplatte 14 mit dem daran befestigten Rollenumlaufschuh 16 über den Führungsstift 15 zwecks oben beschriebener Justage verstellt.

Fig. 4 bringt als Ausführungsform eine Verschmelzung des Keils 13 mit dem Rollenumlaufschuh 16 zum Rollen/Kugelumlaufkeil 18.

Fig. 5 ist der in Fig. 4 angedeutete Schnitt durch den Rollen/Kugelumlaufkeil 18. Als Wälzkörper kam hierbei eine Kugel und/oder eine Rolle zum Einsatz kommen. Die Rücknahme der Auflagefläche wird hier wie oben beschrieben mit Radius 18a angedeutet.

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung durch die Pinole und zeigt die mögliche Lage der Korrekurpunktkegel 19 unter dem Winkel 17 mit dessen Durchmesser 22.

Fig. 7 Perspektivdarstellung des Kreuzschlittens 5 mit der darin geführten Pinole 3, den Keilen 18 und der vermessenen Lage der Mittelachse Pinole 20. Die aufgebrachten Korrekturpunktkegel 19 verformen die Mittelachse der Pinole 20 so, daß die neue korrigierte Mittelachse Pinole 21 entsteht.

Fig. 8 stellt den Ablauf der Winkelkorrektur dar. Zuerst wird die Mittelachse der Pinole 20 meßtechnisch erfaßt. Dann wird die Abweichung A aus Soll/Istvergleich festgesellt. Sind alle Meßwerte Null ist die Winkelkorrektur beendet. Ist jedoch A verschieden Null, so muß der Durchmesser 22 der Wärmeeinflußzone nach einer Funktion errechnet werden. Es wird nun mit einer geeigneten Wärmequelle die Pinole in der entsprechenden Winkellage so lange erwärmt, bis die Gefügeumwandlung im Bereich des Durchmessers 22 vollzogen ist. Danach wird die Stelle des Korrekturkegels wie beim Härten abgeschreckt, so daß eine Volumenveränderung im Bereich des Korrekturkegels stattfindet. Jetzt wird nach einer Abkühlungszeit die Messung wiederholt. Falls die Abweichung A gleich Null ist, ist die Winkelkorrektur abgeschlossen.

Anhand der in den Fig. 1 bis Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich die Vorteile der Erfindung klar erkennen. Weitere Ausgestaltungen sowie Kombinationen aus den einzelnen Figuren sind möglich.

Bezugszeichenliste

1 Motorspindel
2 Frässpindel
3 Pinole
3a, b, c, d Pinolenführungsfläche
3e Abstand zur Pinolenachse
4 Werkzeugspeicher 4
5 Kreuzschlitten
5a Kegelmantelfläche
5b Kegelmantelfläche
5c Kegelmantelfläche
5d Kegelmantelfläche
5e Radius Kegelfläche
5f Kegelmantelfläche
5g Achse
6 Werkzeug
7a Lagerung
7b Lagerung
8 Vorschubspindel
9 Vorschubspindel
10 Antriebsmotor
11 Antriebsmotor
12 Ständer
13 Rundkeil
13a Radius Rundkeil
13b Rücknahme Rundkeil
13c Radius Rücknahme Rundkeil
13d Abstand
14 Halteplatte
15 Führungsstift
16 Rollenumlaufschuh
17 Winkelposition
18 Rollen/Kugelumlaufkeil
18a Radius Rollen/Kugelumlaufkeil
18b Kugel
18c Rolle
19 Korrekturkegel
20 Mittelachse Pinole
21 korrigierte Mittelachse Pinole
22 Durchmesser der Wärmezone

Claims

1. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen der kartesischen X, Y, Z Achsen-Bewegung insbesondere bei einer Werkzeugmaschine dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur derartiger Winkel-Abweichungen durch das gezielte Verstellen von Keilen (13) mit daran befestigten Rollenumlaufschuhen (16) über die Führringsstifte (15) an den konkaven Kegel-Mantelfläche-Flächen (5a, b, c, d, f) welche eine gemeinsame Achse (5g) aufweisen und in Richtung (5g) verstellt werden können, erfolgt und daß hiermit auch die Vorspannung, durch die diametral gegenüber angestellten, um den Abstand (13d) senkrecht zur Achse (5g) versetzten Rollenumlaufschuh verändert werden kann.

2. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen der kartesischen X, Y, Z Achsen-Bewegung insbesondere bei einer Werkzeugmaschine dadurch gekennzeichnet, daß die im Kreuzschlittens (5) geführten Pinole (3) und die vermessenen Lage der Mittelachse Pinole (20) durch einen mittels Punktwärmebehandlung aufgebrachten Korrekturpunktkegel (19) so verformt wird, daß die korregierte Mittelachse der Pinole (21) entsteht.

3. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der Pinole (20) meßtechnisch erfaßt wird, die Abweichung A aus Soll/Istvergleich festgestellt, der Durchmesser (22) der Wärmeeinflußzone nach einer empirisch ermittelten Funktion in Abhängigkeit von A ermittelt wird, und daß danach die Pinole (3) so lange erwärmt wird, bis die Gefügeumwandlung im Bereich des Durchmessers (22) vollzogen ist und diese Stelle des Korrekturkegels (19) so abgekühlt wird, so daß eine entsprechende gewünschte Volumenveränderung im Bereich des Korrekturkegels (19) stattfindet.

4. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment, welches die Motorspindel (1) entwickelt durch die diametral gegenüber angestellten, um den Abstand (13d) senkrecht zur Achse (5g) versetzten Rollenumlaufschuhe (16) und das damit mögliche Kräftepaar aufgefangen wird.

5. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (13) als Gegenfläche zum Kreuzschlitten (5) die passende konvexe Kegelmantelfläche mit dem Radius (13a) aufweist welcher kleiner wie der Radius (5e) sein kann, um ein einseitiges Tragen des Keiles (13) beim Verstellen zu verhindern und daß die Rücknahme Rundkeil (13b) und der Radius Rücknahme Rundkeil (13c) der einwandfreien Anlage des Rollenschuhes dienen.

6. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen nach Anspruch 1, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschmelzung des Keils (13) mit dem Rollenumlaufschuh (16) einen Rollen/Kugelumlaufkeil (18) ergibt, welcher als Wälzkörper eine Kugel (18b) und/oder eine Rolle (18c) einsetzt.

7. Einrichtung zur Winkelkorrektur von Abweichungen nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer besseren Dämpfung eine Kombination Rollen/Kugelführungen (18c, 18b) und Gleitführung oder Kombinationen hieraus mit gleichen oder verschiedenen Reibpartnern vorgesehen werden können.