DE202008015110U1 - Hydrostatic linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center - Google Patents

Hydrostatic linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center Download PDF

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Abstract

Hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken, bestehend aus am Maschinenbett (1) angeordneten Stütz-/Führungsflächen (4; 5) und im Abstand parallel gegenüberliegenden Trag-/Gleitflächen (6; 7) am Schlitten (2), wobei sich die Trag-/Gleitfläche (7) an einer am Schlitten (2) befestigbaren Umgriffleiste (12) befindet, in beiden Trag-/Gleitflächen (6; 7) je eine Lagertasche (8; 10) angeordnet ist, die durch Bohrungen (9; 11) und Ölleitungen (16) zur unabhängigen Ölversorgung und zum notwendigen Druckaufbau für einen zu bildenden Führungsspalt (3) mit je einer Pumpe oder einem druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregelventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung der Lagertaschen (8; 10) von einem zentralen Ölaggregat (15) aus mit je einem viskositätsabhängigen Stromregelventil (13; 14) erfolgt.Hydrostatic Linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center for the quality-oriented machining of large Workpieces consisting of arranged on the machine bed (1) Support / guide surfaces (4; 5) and in Distance parallel opposite support / sliding surfaces (6; 7) on the carriage (2), wherein the carrying / sliding surface (7) is located on a gripping strip (12) which can be fastened to the carriage (2), in both support / sliding surfaces (6, 7) one bearing pocket (8; 10) is arranged, through holes (9; 11) and oil lines (16) for independent oil supply and necessary Pressure build-up for a guide gap to be formed (3) each with a pump or a pressure-compensated, viscosity-independent Flow control valve are connected, characterized in that the oil supply the storage bags (8; 10) from a central oil aggregate (15) from each with a viscosity-dependent flow control valve (13; 14).

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken.The The invention relates to a hydrostatic linear guide of a Sleigh on the machine bed of a large machining center for the quality-oriented machining of large Workpieces.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Führungen von Schlitten unterschiedlicher technischer Funktionalität bekannt, die die Arbeitsgenauigkeit und das Leistungsvermögen einer Werkzeugmaschine verbessern. So werden Eigenschaften, wie eine geringe Reibung und eine stick-slip freie Bewegung des Schlittens auf den Führungsschienen zur exakten Positionierung mit geringen Verstellkräften und guter Dämpfung, ein geringer Verschleiß der Führungsschienen zur Gewährleistung der Arbeitsgenauigkeit sowie eine hohe Steifigkeit und Spielfreiheit mit geringen Lageänderungen bei Belastung gefordert. Diese Führungen sind nach ihrer technischen Funktionalität vorrangig in werkstoffabhängige Linearführungen, hybridische Führungsmechanismen und hydrostatische Linearführungen einzuordnen. Für die werkstoffabhängigen Linearführungen ist kennzeichnend, dass die Führungsbahnen einen schwingungsdämpfenden und/oder verschleißfesten Gleitbelag mit teilweise auch oberflächenstrukturiertem Aufbau für das Schmiermittel aufweisen, wobei der Gleitbelag z. B. aus einem kalthärtenden Epoxidharz ( EP 0 536 494 A1 ), einem Kunststoff-Gleitkissen ( EP 0 411 430 A2 ) oder einem Keramikmaterial ( EP 0 201 821 B1 ) bestehen kann. Hybridische Führungsmechanismen sind beispielsweise durch DE 103 04 560 B4 , JP 2003 326 429 A und JP 2004 082 278 A bekannt. Hier gleitet der Schlitten nicht auf einem flüssigen oder pastösen Schmiermittel, sondern auf Lagerkissen eines Druckmediums, insbesondere Luft. Der entscheidende Nachteil der werkstoffabhängigen Linearführungen und der hybridischen Führungsmechanismen besteht darin, dass die spanende Bearbeitung von großen Werkstücken nur mit einem hohen anlagentechnischen Aufwand qualitätsgerecht durchführbar ist. Der Gleitbelag an den Führungsbahnen der werkstoffabhängigen Linearführungen ist unter Berücksichtigung des Werkstückgewichtes zu dimensionieren, wodurch ein größerer Platzbedarf besteht. Hybridische Führungsmechanismen erfordern zum Aufbau des Lagerkissens die Erzeugung eines hohen Druckes und damit ebenfalls einen höheren anlagentechnischen Aufwand. Für hydrostatische Linearführungen eines Schlittens am Maschinenbett einer Werkzeugmaschine ist bekanntermaßen kennzeichnend, dass die Berührungsflächen zweier zueinander gleitender Flächen, wie Führungsflächen des Maschinenbettes und Gleitflächen der Tragführung eines Schlittens, durch einen Ölfilm voneinander getrennt sind. In den Tragführungen des Schlittens sind zu dem sogenannte Lagertaschen angeordnet. Mehrere Lagertaschen sind insbesondere dann erforderlich, wenn vom Schlitten außermittig Lasten aufgenommen werden. Der notwendige Öldruck wird durch ein außerhalb des Maschinenbettes angeordnetes Ölversorgungssystem erzeugt. So bauen sich in den einzelnen Lagertaschen Drücke entsprechend ihrer Belastung auf. Dabei muss die Ölversorgung der Lagertaschen voneinander unabhängig erfolgen. Dies ist entweder durch eine gemeinsame Pumpe mit konstantem Pumpendruck über Vordrosseln, wie beispielsweise als Vorwiderstände eingesetzte Kapillardrosseln möglich, oder es wird eine Pumpe pro Lagertasche eingesetzt. Beide Ölversorgungssysteme haben aber Nachteile. Die Drosselvariante ist von der Viskosität des Öles abhängig und garantiert bei sich ändernden Belastungen keinen annähernd konstanten Ölspalt. Das System „Pumpe pro Lagertasche" ist durch die Verwendung von Mehrkreiszahnradpumpen aufwendig. Kostengünstiger ist der alternative Einsatz von druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregel ventilen. Diese Stromregelventile sichern, dass unabhängig von der Belastung (Druckänderung) eine nahezu konstante Ölmenge zur Lagertasche fließt und damit nur unwesentliche Spaltänderungen auftreten. Bekannt ist ebenfalls, dass die Viskosität der eingesetzten Hydrauliköle einen entscheidenden Einfluss auf die Funktion der hydrostatischen Linearführung hat. Mit steigender Temperatur des Hydrauliköles nimmt die Viskosität ab. Deswegen ist die Temperatur des Öles konstant zu halten. Hierzu ist ebenfalls ein zusätzlicher Aufwand erforderlich. Die Öltemperatur darf nicht wesentlich von der Maschinentemperatur abweichen, um nachteilige Wärmedehnungen auf die spanende Bearbeitung zu vermeiden. Dies gelingt nur bedingt, da sich die Umgebungstemperaturen der Maschine oft ändern. Durch den Einsatz von Hydraulikölen mit einem hohen Viskositätsindex kann aber der Einfluss der Temperaturempfindlichkeit verringert werden. Diese Hydrauliköle haben dennoch den Nachteil, dass sich bei Umgebungstemperaturen von minus 5 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius die Viskosität ändert und der damit verbundene Druckanstieg bei konstanter Ölfördermenge von der hydrostatischen Linearführung somit nicht mehr zu bewältigen ist. Die Funktion der hydrostatischen Linearführung kann in diesen Fällen entweder nur durch den Einsatz einer Pumpe für jede Lagertasche mit Variation der Ölfördermenge je Lagertasche mittels druckabhängig gesteuerter Pumpendrehzahl oder durch einen Wechsel der Ölsorte entsprechend der Umgebungstemperatur gewährleistet werden. Nachteilig sind der hierfür erforderliche hohe anlagentechnische und materielle Aufwand zur Sicherung der Funktion der hydrostatischen Linearführung.Guides of carriages of different technical functionality are known from the prior art, which improve the working accuracy and the performance of a machine tool. Thus, features such as low friction and stick-slip free movement of the carriage on the guide rails for precise positioning with low adjustment forces and good damping, low wear of the guide rails to ensure accuracy and high rigidity and backlash with little change in position under load required. These guides are classified according to their technical functionality primarily in material-dependent linear guides, hybridic guide mechanisms and hydrostatic linear guides. For the material-dependent linear guides is characteristic that the guideways have a vibration-damping and / or wear-resistant sliding coating with partially surface-structured structure for the lubricant, wherein the sliding coating z. B. from a cold-curing epoxy resin ( EP 0 536 494 A1 ), a plastic sliding pad ( EP 0 411 430 A2 ) or a ceramic material ( EP 0 201 821 B1 ) can exist. Hybrid guiding mechanisms are for example by DE 103 04 560 B4 . JP 2003 326 429 A and JP 2004 082 278 A known. Here, the carriage does not slide on a liquid or pasty lubricant, but on bearing pads of a pressure medium, in particular air. The decisive disadvantage of the material-dependent linear guides and the hybrid guide mechanisms is that the machining of large workpieces is quality feasible only with a high equipment outlay. The sliding coating on the guideways of the material-dependent linear guides is to be dimensioned taking into account the workpiece weight, whereby a larger space requirement exists. Hybrid guide mechanisms require the construction of the bearing pad, the generation of high pressure and thus also a higher plant outlay. For hydrostatic linear guides of a carriage on the machine bed of a machine tool is known to be characteristic that the contact surfaces of two mutually sliding surfaces, such as guide surfaces of the machine bed and sliding surfaces of the support guide of a carriage are separated by an oil film. In the support guides of the carriage are arranged to the so-called storage bags. Several storage bags are particularly required when the carriage off-center loads are absorbed. The necessary oil pressure is generated by an oil supply system arranged outside the machine bed. Thus, pressures build up in the individual bearing pockets according to their load. The oil supply of the storage bags must be independent of each other. This is possible either by a common pump with constant pump pressure via throttles, such as used as a series resistors capillary throttles, or it is used one pump per bearing pocket. Both oil supply systems have disadvantages. The throttling variant depends on the viscosity of the oil and does not guarantee an approximately constant oil gap with changing loads. The use of multi-circuit gear pumps makes the "pump per storage bag" system more expensive, while the alternative use of pressure-compensated, viscosity-independent flow control valves ensures that, regardless of the load (pressure change), an almost constant amount of oil flows to the storage bag and thus only insignificantly It is also known that the viscosity of the hydraulic oils used has a decisive influence on the function of the hydrostatic linear guide.With increasing temperature of the hydraulic oil, the viscosity decreases.Therefore, the temperature of the oil must be kept constant The oil temperature must not deviate significantly from the machine temperature in order to avoid adverse heat expansion on the machining process, this is only possible to a limited extent because the ambient temperatures of the machine often change n. However, the use of hydraulic oils with a high viscosity index can reduce the influence of temperature sensitivity. Nevertheless, these hydraulic oils have the disadvantage that at ambient temperatures of minus 5 degrees Celsius to plus 40 degrees Celsius, the viscosity changes and the pressure increase associated with a constant oil flow from the hydrostatic linear guide is thus no longer manageable. The function of the hydrostatic linear guide can be ensured in these cases either only by the use of a pump for each storage bag with variation of the oil flow per storage bag by means of pressure-dependent controlled pump speed or by a change of the oil type according to the ambient temperature. Disadvantages are the required high technical equipment and material costs for securing the function of the hydrostatic linear guide.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums vorzuschlagen, die mit einem geringen anlagentechnischen und materiellen Aufwand bei Umge bungstemperaturen von minus 5 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius funktionssicher arbeitet und so eine qualitätsgerechte spanende Bearbeitung von großen Werkstücken garantiert. Erreicht wird dies durch die Merkmale des Schutzanspruchs. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch den Einsatz von viskositätsabhängigen Stromregelventilen für die hydrostatische Linearführung das aufwendige Ölversorgungssystem „eine Pumpe für jede Lagerasche" entfällt, damit der steuerungstechnische Aufwand und der Platzbedarf geringer sind und die Betriebssicherheit des Großbearbeitungszentrums durch eine ständige elektrotechnische Überwachung der hydraulischen Linearführung verbessert wird. Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung die hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums in der Seitenansicht im Schnitt mit einer schematischen Darstellung des Ölversorgungssystems. Erkennbar ist, dass zwei Stütz-/Führungsflächen 4; 5 am Maschinenbett 1 und im Abstand parallel gegenüberliegend zwei Trag-/Gleitflächen 6; 7 am Schlitten 2 angeordnet sind. Eine einfachere Montage der hydrostatischen Linearführung ist möglich, in dem am Schlitten 2 eine Umgriffleiste 12 mit der Trag-/Gleitfläche 7 durch nicht dargestellte Verbindungselemente befestigt wird. Eine derartige Montagetechnologie der Umgriffleiste 12 ist bereits durch DD 129361 für ein Verfahren zur Herstellung von hydrostatischen Gerad- und Drehführungen bekannt. Die in den Trag-/Gleitflächen 6; 7 angeordneten Lagertaschen 8; 10 werden über Bohrungen 9; 11 und Ölleitungen 16 von viskositätsabhängigen Stromregelventilen 13; 14 mit Hydrauliköl, das von einem zentralen Ölaggregat 16 unter Druck abgegeben wird, versorgt. Die Stromregelventile 13; 14 regeln ihr Durchflussvermögen viskositätsabhängig, wodurch die hydrostatische Führung immer im sicheren Betriebs bereich arbeitet. Dies bedeutet, dass der Druck in den Lagertaschen 8; 10 trotz Temperaturschwankungen des Hydrauliköls nahezu konstant bleibt und damit konstante Aushebungen h1; h2 des Führungsspaltes 3 realisiert werden. Die Stromregelventile 13; 14 sind funktionssicher, wenn die Druckdifferenz zwischen Ventileingang und -ausgang mindestens 5 bar beträgt und der verfügbare Volumenstrom mindestens 10 Prozent größer als der erforderliche Ist-Volumenstrom ist. Wenn der Volumenstrom durch das Ventil einen bestimmten Wert des geforderten Volumenstroms unter- oder überschreitet, wird dies von einem integrierten Signalgeber der Maschinensteuerung gemeldet. Die Steuerung erhält vom Ventil ständig eine Rückmeldung über den Funktionsstatus. Die Erfindung ist auch in einer hydrostatischen Rundführung einer Spindel oder einer Planscheibe anwendbar.The object of the invention is therefore to propose a hydrostatic linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center, which with a low technical equipment and material costs at Umge operating temperatures of minus 5 degrees Celsius up to plus 40 degrees Celsius works reliably and thus guarantees a high-quality machining of large workpieces. This is achieved by the features of the protection claim. The advantages of the invention are that through the use of viscosity-dependent flow control valves for the hydrostatic linear guide the complex oil supply system "a pump for each storage pocket" deleted so that the control engineering effort and space requirements are lower and the reliability of the large machining center by a permanent electrical monitoring of The accompanying drawing shows the hydrostatic linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center in a side view in section with a schematic representation of the oil supply system 4 ; 5 on the machine bed 1 and spaced parallel opposite two support / sliding surfaces 6 ; 7 on the sledge 2 are arranged. A simpler installation of the hydrostatic linear guide is possible in the carriage 2 a wraparound strip 12 with the carrying / sliding surface 7 is fastened by connecting elements, not shown. Such a mounting technology of Umgriffleiste 12 is already through DD 129361 for a method for the production of hydrostatic straight and rotary guides known. The in the support / sliding surfaces 6 ; 7 arranged storage bags 8th ; 10 be about holes 9 ; 11 and oil lines 16 of viscosity-dependent flow control valves 13 ; 14 with hydraulic oil coming from a central oil aggregate 16 supplied under pressure, supplied. The flow control valves 13 ; 14 regulate their flow capacity according to the viscosity, so that the hydrostatic guide always works in the safe operating range. This means that the pressure in the storage bags 8th ; 10 despite the temperature fluctuations of the hydraulic oil remains almost constant and thus constant lift h1; h2 of the guide gap 3 will be realized. The flow control valves 13 ; 14 are functionally reliable if the pressure difference between the valve inlet and outlet is at least 5 bar and the available volume flow is at least 10 percent greater than the required actual volume flow. If the volume flow through the valve falls below or exceeds a certain value of the required volume flow, this is signaled by an integrated signal generator of the machine control. The control receives constant feedback from the valve about the status of the function. The invention is also applicable in a hydrostatic circular guide a spindle or face plate.

11
Maschinenbettmachine bed
22
Schlittencarriage
33
Führungsspaltguide gap
44
Stütz-/FührungsflächeSupport / guide surface
55
Stütz-/FührungsflächeSupport / guide surface
66
Trag-/GleitflächeSupport / sliding surface
77
Trag-/GleitflächeSupport / sliding surface
88th
Lagertaschebearing pocket
99
Bohrungdrilling
1010
Lagertaschebearing pocket
1111
Bohrungdrilling
1212
UmgriffleisteUmgriffleiste
1313
Stromregelventil, viskositätsabhängigFlow control valve, depending on viscosity
1414
Stromregelventil, viskositätsabhängigFlow control valve, depending on viscosity
1515
zentrales Ölaggregatcentral oil aggregate
1616
Ölleitungoil line
h1h1
Aushebungrecruitment
h2h2
Aushebungrecruitment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • - EP 0411430 A2 [0002] EP 0411430 A2 [0002]
  • - EP 0201821 B1 [0002] - EP 0201821 B1 [0002]
  • - DE 10304560 B4 [0002] - DE 10304560 B4 [0002]
  • - JP 2003326429 A [0002] JP 2003326429 A [0002]
  • - JP 2004082278 A [0002] - JP 2004082278 A [0002]
  • - DD 129361 [0003] - DD 129361 [0003]

Claims (1)

Hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken, bestehend aus am Maschinenbett (1) angeordneten Stütz-/Führungsflächen (4; 5) und im Abstand parallel gegenüberliegenden Trag-/Gleitflächen (6; 7) am Schlitten (2), wobei sich die Trag-/Gleitfläche (7) an einer am Schlitten (2) befestigbaren Umgriffleiste (12) befindet, in beiden Trag-/Gleitflächen (6; 7) je eine Lagertasche (8; 10) angeordnet ist, die durch Bohrungen (9; 11) und Ölleitungen (16) zur unabhängigen Ölversorgung und zum notwendigen Druckaufbau für einen zu bildenden Führungsspalt (3) mit je einer Pumpe oder einem druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregelventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung der Lagertaschen (8; 10) von einem zentralen Ölaggregat (15) aus mit je einem viskositätsabhängigen Stromregelventil (13; 14) erfolgt.Hydrostatic linear guide of a carriage on the machine bed of a large machining center for the high-quality machining of large workpieces, consisting of at the machine bed ( 1 ) arranged support / guide surfaces ( 4 ; 5 ) and at a distance parallel opposite support / sliding surfaces ( 6 ; 7 ) on the slide ( 2 ), wherein the support / sliding surface ( 7 ) on one of the carriage ( 2 ) attachable grab bar ( 12 ), in both supporting / sliding surfaces ( 6 ; 7 ) one storage bag each ( 8th ; 10 ) arranged through holes ( 9 ; 11 ) and oil lines ( 16 ) for independent oil supply and the necessary pressure build-up for a guide gap to be formed ( 3 ) are each connected to a pump or a pressure-compensated, viscosity-independent flow control valve, characterized in that the oil supply of the bearing pockets ( 8th ; 10 ) from a central oil aggregate ( 15 ) each with a viscosity-dependent flow control valve ( 13 ; 14 ) he follows.
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