DE202007000535U1

DE202007000535U1 - Gewichtsführungs- und Regelungssystem

Info

Publication number: DE202007000535U1
Application number: DE200720000535
Authority: DE
Original assignee: ZICHNER HEIDI
Current assignee: ZICHNER HEIDI
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2017-01-10

Abstract

Werkstückführungssystem,
wahlweise für Materialbearbeitung an großen schweren Werkstücken und/oder kombinierter Bearbeitungen wie Drehen, Bohren, Fräsen, Stollen, Schleifen, Härten, Beschichten, Oberflächenbehandlung
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bearbeitungssystem
mit einem oder mehreren eigenständigen Stützträger(n), welche(r) vor und/oder hinter dem Maschinenbett mit Durchmesserverstellbaren Stützrollen angeordnet sind.
Die Stützträger sind vorzugsweise vertikal direkt auf dem am Fundament verankerten Stützkörper(n) mit Stützrollenträger(n) angeschweißt oder wahlweise trennbar durch Verschraubung befestigt.
In diese sind die weg- und kraftvariabel einstellbaren Rollenträger(n) integriert.
Zwischen den Stützrollenträgern sind zur Sicherung der vertikalen Fixierung zur Drehmitte Brückenteile angefügt. Diese sind wahlweise angeschweißt oder angeschraubt.
Die Form der Rollenanordnung erfolgt so, dass diese einzeln verstellbar zur Drehmitte hin verschoben werden können um unterschiedliche Werkstückdurchmesser abstützen zu können.
Die Stützrollen sind wahlweise frei durch hydraulische Zylinder und/oder durch Federpakete mit geeigneter Vorspannung an den Werkstückdurchmesser anstellbar.
Die Stützrollen sind in ihrer Position stufenlos wahlweise...

Description

Die Erfindung betrifft ein Stützsystem für ein Bearbeitungssystem gemäß dem Oberbegriff von Schutzanspruch 1.
1. Stand der Technik
Zur Herstellung von schweren Werkstücken zum Beispiel auf Drehzentren ist allgemein bekannt, dass Stützelemente zum Beispiel als Lünette(-n) und/oder offene Stützrollsetzstöcke eine Minderung der Belastung an Spannelementen, der Lagerung der Hauptspindel sowie am Reitstock beziehungsweise der Gegenspindel eingesetzt werden. Diese Baugruppen werden in der Regel an Führungsbahnen des Maschinenständers angeordnet, um die aktuell geforderten Gebrauchseigenschaften zu realisieren. Die Führungselemente sind dabei so ausgeführt, dass sie den unterschiedlichen Durchmessern von Werkstücken entsprechend eingestellt und fixiert werden können. Dies erfolgt teilweise durch lösbare Verbindungen mit Selbsthemmung wie Schraubverbindungen. Weiter ist bekannt, dass die Führungszone aus zwei und mehr – häufig mit vier Bahnen, zum Teil als Profil – in der Regel als Trapez und zusätzlich überwiegend in Flachform ausgebildet sind. Diese Bahnen sind – traditionell im Gusskörper des Maschinenständers unlösbar – in neuerer Zeit auch als lösbare Baugruppen zum Beispiel als Linearführung mit Wälztechnologie – verbunden. Damit übernimmt der Teil des Maschinenbettes zusätzlich zur präzisen Führung des Werkzeugvorschubsystems auch noch erhebliche tragende Funktionen um das Werkstück in seiner Drehlage exakt zu positionieren und gleichzeitig Gewichtsentlastungen bei der Bearbeitung für die Rotationslager der Maschine zu ermöglichen. Bei größeren Maschinen werden teilweise in Längsrichtung zusammengesetzte Maschinenbettkonstruktionen ausgeführt um das Gussvolumen sowie Kosten des Maschinenständers zu optimieren und damit den Aufwand zum Bau und Transport der Maschine zu minimieren. In der Regel sind Maschinenständer mit Verbindungsteilen auf dem Boden justierbar – teilweise am Aufstellfundament lösbar oder unlösbar angefügt und weiterführend durch Zwischenstücke z.B. aus geeigneten Befestigungselementen wie Ankerschrauben fixiert.
2. Der Erfindung zu Grunde liegende Probleme
In bekannten Konstruktionen werden die Stützbahnträger so ausgebildet, dass die Führungsbahnen im Grundkörper der Maschine in einer oder mehreren Ebenen zusammenhängend ausgebildet sind. Zwangsläufig ergibt dies bei der Herstellung des Maschinenständers sehr großvolumige Teile sowie aufwändige Bearbeitungen der darin enthaltenen Führungsbahnen. Elastische Beanspruchungen aus den Stützfunktionsanteilen bei unterschiedlichen Werkstückdimensionen vermindern die Arbeitsgenauigkeit der Maschinen erheblich, was in der Regel durch Vergrößerung der Maschinenständer und damit sehr kostentreibend gelöst beziehungsweise ausgeglichen wird. Die Folge sind längere Lieferzeiten der Maschine sowie resultierend erhöhte Fertigungskosten aus dem eingesetzten Maschinenkapital und zum Teil auch längere Rüstzeiten/Herstellzeiten zur Erzeugung der Werkstückgenauigkeit. Gleichzeitig besteht das Risiko, dass durch Flächenpressungen partiell auf den Führungsbahnen eine ungleichförmige erhöhte Belastung entsteht, die auf Dauer zu einem stärkeren Verschleiß führt. Damit sind zur prozesssicheren Fertigung die Maschinen regelmäßig auf Ihre Arbeitsgenauigkeit zu untersuchen und nachzubessern. Unter dem Gesichtspunkt der Prozessfähigkeit und damit verbunden der Konkurrenzfähigkeit, besitzen die bekannten Lösungen – besonders bezüglich Investitions- und Betriebskosten – wesentliche Nachteile. Die gewünschte Belastbarkeit inklusive der Lebensdauer des Maschinensystems wird durch die ausgewählte Bauform mit größeren Abmessungen – besonders in den Querschnitten der Führungen – insgesamt aufwändig und kostentreibend realisiert.
3. Problemlösung
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch Verbesserung der konstruktiven Merkmale – wie in Schutzanspruch 1 und folgende dargestellt – mittels einer geeigneteren Differenzial – Maschinenbauform gelöst, die den notwenigen Teilfunktionen besser entspricht.
Dabei wird eine Drehmaschine so ausgebildet, dass sie nur die erforderlichen Kräfte der Zerspanung für das größte Werkstück, die zur wirtschaftlichen Bearbeitung je nach Genauigkeit erforderlich sind, über die Führungsbahnen der Maschine sicher und dauerhaft abgestützt sowie gewährleistet sind.
Die Aufnahme der Gewichtskräfte des Werkstückes werden durch die erfindungsgemäße Ergänzungsstruktur überwiegend – in der Regel bis zu 80% – an dem verformungsgefährdeten Maschinenbett der Drehmaschine vorbei in das Fundament abgeleitet ohne letzteres zu belasten und zu deformieren.
4. Vorteile
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine einfache und funktionssichere Lösung für Maschinen wie zum Beispiel an Drehmaschinen mit kompaktem Maschinenständer bezüglich der Werkzeugführungsbahnen und parallel angeordneten weitgehend beziehungsweise vollständig entkoppelter Stützfähigkeit für unterschiedlichste Werkstückdimensionen und Gewichte kostengünstig und mit geringem Gewicht der Maschine sowie deren optimaler Transport- und Montierbarkeit dauerbetriebsfest realisiert. Es ist damit eine neue Entwickelung als Beanspruchungsgerechte sowie Investitionssparende Konstruktion geschaffen, die eine Aufteilung durch Verlagerung der Stützelementanordnung im Betrieb ermöglicht. Durch Ausbildung einer vor und hinter dem Maschinebett angeordneten eigenständigen Tragstruktur, die den separaten Kräftefluss der Gewichtsentlastungsanteile zum Maschinefundament unter Vermeidung der Hochbelastung des Werkzeugführungsbahnen ermöglicht, wird eine beanspruchungsgerechte Struktur bei Beibehaltung der geforderten Stützkräfte ermöglicht. Durch Einsatz einer geeigneten Anzahl von Stützrollenträgern mit speziellen Einstell- und Ausrichtelementen in Verbindung mit einer kräftearmen Verbindung der Geometrien der Führungsbahnen und der getrennt angeordneten Stützbaugruppen unter weitgehender Erhaltung der eingebrachten Bettgeometrie mit anschließenden Verbindungszonen wird die Belastbarkeit durch hohe Werkstückgewichte deutlich angehoben.
Insgesamt werden Kostenvorteile von bis zu 30% und Belastbarkeitssteigerungen von über 500% gegenüber eingeführten Serienmaschinen ermöglicht bei gleichzeitiger Erhaltung der Bearbeitungsgenauigkeit.

Claims

Werkstückführungssystem, wahlweise für Materialbearbeitung an großen schweren Werkstücken und/oder kombinierter Bearbeitungen wie Drehen, Bohren, Fräsen, Stollen, Schleifen, Härten, Beschichten, Oberflächenbehandlung dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungssystem mit einem oder mehreren eigenständigen Stützträger(n), welche(r) vor und/oder hinter dem Maschinenbett mit Durchmesserverstellbaren Stützrollen angeordnet sind. Die Stützträger sind vorzugsweise vertikal direkt auf dem am Fundament verankerten Stützkörper(n) mit Stützrollenträger(n) angeschweißt oder wahlweise trennbar durch Verschraubung befestigt. In diese sind die weg- und kraftvariabel einstellbaren Rollenträger(n) integriert. Zwischen den Stützrollenträgern sind zur Sicherung der vertikalen Fixierung zur Drehmitte Brückenteile angefügt. Diese sind wahlweise angeschweißt oder angeschraubt. Die Form der Rollenanordnung erfolgt so, dass diese einzeln verstellbar zur Drehmitte hin verschoben werden können um unterschiedliche Werkstückdurchmesser abstützen zu können. Die Stützrollen sind wahlweise frei durch hydraulische Zylinder und/oder durch Federpakete mit geeigneter Vorspannung an den Werkstückdurchmesser anstellbar. Die Stützrollen sind in ihrer Position stufenlos wahlweise mit verstellbaren Festanschlägen gegen unkontrolliertes Absinken einstellbar gesichert. Die Werkstückunterstützung durch Stützrollen erfolgt mit einer definierten Kraftregler der die Hauptlagerungen der Bearbeitungsmaschine zur Rotationsführung des Werkstückes gezielt entlastet. Das Führungssystem ist vom Bett und Werkzeugschlitten entkoppelt angeordnet, dass die Werkstückstützkraft frei in das Fundament abgestützt ist. Die Realisierung der Werkstückunterstützung erfolgt dabei durch eine einstellbare gesteuerte Stützrolle deren Kraft die Lagerentlastung der Hauptspindel und gegebenenfalls des Reitstockes so regelt, dass auch leichte Exzentrizitäten des berührten Umlaufdurchmessers des Werkstückes nachgeführt werden um keine nennenswerte Lagerlastschwankung hervorrufen. Die an einer oder mehreren vertikal wirksamen Stützebenen über der Werkstücklänge wirksame Stützkraftentlastung kann wahlweise gleich oder wahlweise für jede Stützrolle einzeln zur Gewichtsstruktur des Werkstücks passend und den Tragfähigkeiten der Drehlagerungen entsprechend partiell räumlich mehrdimensional zum Maschinenbett entsprechend geeignet eingestellt werden. Um die die aus der Zerspanung eingeleitete Kraft und wesentliche einseitige Entlastung des Werkstückgewichtes entgegenzuwirken, sind die Rollenkräfte auch für diese einseitige und beim Zerspanungsprozess wandernde Kraftwirkung über Steller manuell oder wahlweise über eingebrachte Sensoren kontinuierlich nachgeregelt. Zur Absicherung erfolgt eine Kraftüberwachung am Hauptspindellager und der Gegenlagerung der Gegenspindel mittels eines oder mehrer Kraftaufnehmer welche(r) an geeigneter Position zum Beispiel am Reitstock eingebracht werden. Insgesamt ist das Führungssystem mit vorbeschriebenen Anordnung so dimensioniert ausgelegt, dass der Ständer der Grundmaschine das Führungsbett und die Werkzeugführung auch bei sehr schweren Werkstücken und hohen Zerspanungsleistungen zur Aufrechterhaltung und Orientierung des Werkstücks zur Drehmitte mit einer Genauigkeit von vertikal weniger als 0,02 mm ermöglicht.
Werkstückführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenträger im Anschlussbereich zum Stützrollenträger(n) eine hydraulisch einstellbare Führungseinheit besitzt, die der Drehmitte zugewandt ist und einen radial und axial begrenzten Raum, vorzugsweise mit einem unter der Drehmitte liegenden Stützwinkel zwischen den Stützrollen mit 75° bis 140° bildet, der die wahlweise Aufnahme und räumliche Fixierung von Drehteilen wie zum Beispiel Walzenkörper ermöglicht.
Werkstückführungssystem nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper im Anschlussbereich zum Fundament zusätzlich eine Führungsschienenverbindung besitzt, die der Maschine zugewandt ist.
Gewichtskraftüberwachungssystem nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrer Sensoren in der Hauptlagerung und in der Gegenlagerung des zu bearbeitenden Werkstückes die Entlastung des Stützsystems permanent überwachen.
Notabschaltung nach Anspruch 4 die bei Überschreitung des zulässigen Lastpegels aus der Werkstücklast und/oder Zerspanungskraft den Prozess wirksam abschaltet.