DE19726952A1 - Werkzeugmaschine mit einem Maschinenteil - Google Patents
Werkzeugmaschine mit einem MaschinenteilInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit
zumindest einem Maschinenteil, das temperaturabhängige
Längenänderungen aufweist.
Derartige Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt.
Das Problem der sogenannten thermischen Deflektionen tritt
quasi bei allen Werkzeugmaschinen auf. Im Betrieb dieser
Werkzeugmaschinen erwärmen sich bestimmte Maschinenteile
infolge der im Arbeitsraum durch die laufenden Aggregate und
die heißen Späne entstehenden Wärme. Diese Erwärmung wiederum
führt zu Längenveränderungen, die dazu führen, daß es inner
halb der Werkzeugmaschine zu Verlagerungen kommt.
Eine Längenveränderung einer Führungsschiene kann z. B. dazu
führen, daß sich die Lage eines Endschalters oder Referenz
punktes verschiebt, so daß alle davon abhängigen verketteten
Maße ungenau werden. Ferner ist es möglich, daß sich der
Abstand zwischen dem Werkzeugtisch und der Spindelachse ver
ändert, so daß sich sozusagen die voreingestellten Maschinen
parameter ändern.
Hierdurch wird die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeug
maschinen beeinflußt, denn die Steuerung geht unter Umständen
von falschen Vorgaben aus. Je nach Kühlmitteleinsatz, Zahl
der erforderlichen Öffnungen der Bedienertür, der Umge
bungstemperatur in der Werkhalle, der Temperatur des Kühl
mittels etc. verändern sich diese thermischen Deflektionen,
so daß sie durch voreinstellbare Parametersätze nicht voll
ständig kompensiert werden können.
Es ist bereits bekannt, diesen sogenannten Temperaturgang
meßtechnisch zu erfassen und anhand von Erfahrungswerten zu
kompensieren. Die Anmelderin setzt hierzu ihr "Thermocontrol"
genanntes Verfahren ein, das auf Temperatur- und Referenz
messungen beruht, um zuvor vermessene, bekannte Temperatur
gänge bei der Steuerung zu berücksichtigen. Im einfachsten
Fall werden hier die Maschinenparameter, auf die die Steue
rung zurückgreift, in Abhängigkeit von im Arbeitsraum der
Werkzeugmaschine gemessenen Temperaturen verändert.
Es hat sich nun herausgestellt, daß mit diesem Verfahren zwar
langsame Temperaturgänge mit geringen Amplituden kompensiert
werden können, starke Temperaturänderungen lassen sich so
jedoch nicht ausgleichen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, die eingangs genannte Werkzeugmaschine auf konstruktiv
einfache Weise so weiterzubilden, daß der Temperaturgang
leicht kompensiert werden kann.
Bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine wird diese Auf
gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Maschinenteil
dort mit einer Wärmeisolationsschicht versehen ist, wo es mit
Kühlflüssigkeit in Kontakt gelangt bzw. in Kontakt gelangen
kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich
erkannt, daß es gerade der Einfluß des Kühlmittel ist, der
die thermischen Deflektionen unbeherrschbar macht. So wird
z. B. die Kühlmittelversorgung während der Bearbeitung eines
Werkstückes immer wieder ein- und ausgeschaltet, um das Werk
zeug und das Werkstück zu kühlen und/oder zu spülen, also
Späne zu entfernen. Hierzu werden sehr große Mengen an Kühl
mittel eingesetzt, das in einer Spänewanne zusammen mit den
abgespülten Spänen aufgefangen und rückgeführt werden.
Viele Werkzeugmaschinen sind ferner so ausgelegt, daß beim
Öffnen der Bedienertür diese sogenannte Wannenspülung abge
schaltet wird, um den Umgebungsraum der Werkzeugmaschine
nicht zu verschmutzen bzw. die Luft nicht mit Kühlmittelnebel
zu belasten. Dieses Öffnen der Tür erfolgt nach Erkenntnis
der Erfinder zum Teil sehr unregelmäßig, wenn sich z. B. Pro
bleme beim Arbeitsablauf ergeben. Daher kann nicht eingeplant
werden, wie häufig die Kühlmittelversorgung ein- und ausge
schaltet wird.
Messungen in den Räumen der Anmelderin haben ergeben, daß das
Abschalten und Wiedereinschalten der Kühlmittelversorgung
insbesondere im Bereich der Spänewanne zu merklichen und vor
allem extrem schnellen Temperaturänderungen führt, die durch
einfache Temperaturmessungen und Veränderungen der Parameter
sätze nicht ohne weiteres kompensiert werden können.
Die Erfindung geht nun nicht den Weg, durch Erhöhung der Meß
stellen und/oder Verfeinerung der den Temperaturgang der
Werkzeugmaschine abbildenden Modelle in der Steuerung diesen
Erkenntnissen Rechnung zu tragen, vielmehr wird erfindungs
gemäß die Wärmeisolationsschicht eingesetzt.
Es hat sich nämlich überraschenderweise herausgestellt, daß
eine derartige Isolationsschicht die Wirkung von starken und
schnellen Temperaturänderungen effektiv verhindern bzw.
verringern kann, die entstehen, wenn das Kühlmittel an- und
wiederabgeschaltet wird. Die verblüffend einfache Idee
besteht also darin, den Wärmeübergang zwischen dem
Maschinenteil und dem Kühlmittel zu verändern, insbesondere
zu verschlechtern.
An sich macht eine Wärmeisolation in einem geschlossenen
Arbeitsraum, der sich insgesamt aufheizt, zunächst überhaupt
keinen Sinn, weil sie über lange Zeit gesehen bei einer über
wiegend aus thermisch gut leitenden Metallteilen bestehenden
Werkzeugmaschine lokale Temperaturunterschiede nicht auf
rechterhalten könnte. Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden
Gedanken handelt es sich jedoch nicht um den Versuch, lokale
Temperaturunterschiede aufrechtzuerhalten, vielmehr soll hier
verhindert werden, daß es kurzfristige Abweichungen von der
mehr oder minder homogenen Temperaturverteilung im Arbeits
raum gibt.
Messungen haben ergeben, daß plötzlich auf ein Maschinenteil
auftreffendes Kühlmittel zu Längenveränderungen führen kann,
die im Bereich von mehr als 100 µm/min. liegen können. Der
artige thermische Deflektionen führen selbstverständlich zu
hohen Maßabweichungen bei der Fertigung. Wird dieses Maschi
nenteil jetzt mit einer Wärmeisolationsschicht abgedeckt, so
liegt dieser thermische Verlagerungsgradient nur noch im
Bereich von ca. 10 µm/min., kann also auf weniger als 10%
abgesenkt werden.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn das Maschinen
teil ein flächiges Teil ist, das einseitig mit einer Wärme
isolationsschicht bedeckt ist.
Hier ist von Vorteil, daß im wesentlichen flächige Teile
abgedeckt werden, die eine große Wärmeübergangsfläche zum
Kühlmittel ausweisen, so daß bei ihnen thermische Deflek
tionen infolge von intermittierender Kühlmittelüberschwallung
besonders signifikant sind.
Weiter ist es dann bevorzugt, wenn die Wärmeisolationsschicht
mit einer Abdeckung versehen ist.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, sie verhindert
zum einen eine Beschädigung der Wärmeisolationsschicht durch
heiße Späne. Zum anderen können sich die Späne an dieser
Abdeckung nicht verhaken, wie es bei einem Wärmeisolations
material, das in der Regel porös ist, durchaus der Fall wäre.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Maschinenteil die Späne
wanne ist.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß sich nach Erkenntnis
der Erfinder hier besonders starke thermische Deflektionen
ergeben, da sehr große Mengen an Kühlmittel hier aufgefangen
werden. Die kurzfristigen, starken Temperaturänderungen der
Spänewanne führen nun überraschenderweise auch zu thermischen
Deflektionen des Maschinenfußes, also zu Abstandsänderungen
zwischen dem die Spindel tragenden Ständer und dem Werkzeug
tisch.
Überraschenderweise konnte bei Versuchen in Räumen der Anmel
derin festgestellt werden, daß eine wie oben beschriebene
Abdeckung der Spänewanne mit einer Wärmeisolationsschicht
dazu führt, daß der Temperaturgang der Werkzeugmaschine
soweit verringert wird, daß er durch die eingangs beschriebe
nen, bekannten Verfahren sehr gut beherrschbar ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Wärmeisolationsschicht einen
Schaumstoff, vorzugsweise Styropor (Marke) umfaßt, wobei vor
zugsweise die Spänewanne mit einer ca. 2 cm dicken Schicht
Schaumstoff ausgelegt ist.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, es können gän
gige, preiswerte und leicht zu beschaffende Schaumstoff
platten verwendet werden, um das Maschinenteil bzw. die
Spänewanne abzudecken.
Schließlich ist es noch bevorzugt, wenn das Abdeckblech ca. 5
mm starkes Stahlblech ist.
Diese Maßnahme ist insbesondere im Zusammenhang mit der
Spänewanne von Vorteil, denn sie ermöglicht es, daß die
Wärmeisolationsschicht begehbar ist, was bei Wartungsarbeiten
immer wieder erforderlich sein wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den
jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Werkzeug
maschine, bei der die Spänewanne eine Wärme
isolationsschicht aufweist; und
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Spänewanne der
Werkzeugmaschine aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit 10 allgemein eine Werkzeugmaschine
bezeichnet, die schematisch in der Seitenansicht dargestellt
ist. Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt einen Maschinenfuß 11,
auf dem vorne ein Werkstücktisch 12 angeordnet ist, auf dem
ein zu bearbeitendes Werkstück 13 aufgespannt ist.
Die Bearbeitung des Werkstückes 13 erfolgt mittels eines
Werkzeuges 15, das von einer Spindel 16 getragen wird. Die
Spindel 16 ist in an sich bekannter Weise höhenverstellbar an
einem Ständer 17 gelagert, der wiederum auf einem ersten
Schlitten 18 sitzt, der in Fig. 1 in der Zeichenebene
waagerecht verfahrbar ist. Der erste Schlitten 18 sitzt auf
einem zweiten Schlitten 19, der senkrecht zur Zeichenebene
der Fig. 1 verfahren werden kann. Der Schlitten 19 wiederum
ist über ein Gestellteil 21 mit dem Maschinenfuß 11 verbun
den.
Insoweit entspricht die Werkzeugmaschine 10 einem bei der
Anmelderin verwendeten Aufbau, das Werkzeug 15 kann durch
Verfahren der Schlitten 18 und 19, sowie des Ständers 17 in
jede beliebige Position zu dem Werkstück 13 gebracht werden,
um dieses zu bearbeiten. Während dieser Bearbeitung wird aus
einem schematisch angedeuteten Spülrohr 22 Kühlmittel 23
abgegeben, um das Werkstück 13 und das Werkzeug 15 zu kühlen
und entstehende Späne 24 abzuspülen, so daß sie in eine
Spänewanne 25 fallen, wo sich auch das Kühlmittel 23 sammelt.
Die Spänewanne 25 umfaßt zunächst ein abgewinkeltes Blech 27,
auf dem erfindungsgemäß eine Wärmeisolationsschicht 28 aufge
bracht ist.
Wenn die Werkzeugmaschine 10 aus Fig. 1 in thermisch einge
schwungenem Zustand ist, kann plötzlich eingeschaltetes Kühl
mittel 23 zu einer starken Temperaturänderung der Spänewanne
25 und damit des Fußes 11 führen, wodurch sich ein bei 29
angedeuteter Abstand zwischen Werkzeug 15 und Werkstück 13
verändern kann. Diese sogenannten thermischen Deflektionen
werden jetzt durch die Wärmeisolationsschicht 28 verhindert
bzw. deutlich reduziert. Kurzfristig auf die Spänewanne 25
auftreffendes Kühlmittel, das dann nach außen in eine
Kühlmittelwanne abgeführt wird, kann jetzt das Blech 27 und
damit den Maschinenfuß 11 nicht mehr stark abkühlen bzw.
stark aufheizen, da der Wärmeübergang durch die
Wärmeisolationsschicht 28 deutlich verringert wurde.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Spänewanne 25
gezeigt. Es ist zu erkennen, daß auf dem Blech 27 als Wärmei
solationsschicht 28 eine Schaumstoffschicht 31 aufliegt,
deren bei 32 angedeutete Stärke ca. 2 cm beträgt. Als Schaum
stoffschicht 31 kann jeder handelsübliche, vorzugsweise harte
Schaumstoff verwendet werden, der bspw. unter dem
Handelsnamen Styropor vertrieben wird.
Auf der Schaumstoffschicht 31 liegt ein Abdeckblech 33,
dessen bei 34 angedeutete Stärke ca. 5 mm entspricht. Das
Abdeckblech ist ein Stahlblech, das die Begehbarkeit der
Spänewanne 25 sicherstellt und verhindert, daß sich die Späne
auf der Wärmeisolationsschicht 28 verhaken.
Claims (8)
1. Werkzeugmaschine mit zumindest einem Maschinenteil (25,
27), das temperaturabhängige Längenänderungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil (25, 27)
dort mit einer Wärmeisolationsschicht (28) versehen ist,
wo es mit Kühlflüssigkeit (23) in Kontakt gelangt oder
gelangen kann.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Maschinenteil (25, 27) ein flächiges Teil (27)
ist, das einseitig mit einer Wärmeisolationsschicht (28)
bedeckt ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wärmeisolationsschicht (28) mit einer
Abdeckung versehen ist.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil (25, 27)
die Spänewanne (25) ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolationsschicht
(28) einen Schaumstoff (31) , vorzugsweise Styropor
(Marke) umfaßt.
6. Werkzeugmaschinen nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spänewanne (25) mit einer
Schaumstoffschicht (31) ausgelegt ist, deren Stärke (32)
vorzugsweise ca. 2 cm beträgt.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung ein Abdeck
blech (33) umfaßt, dessen Stärke (34) vorzugsweise ca. 5
mm beträgt.
8. Werkzeugmaschine Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Abdeckblech (33) ein Stahlblech ist.
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