DE2042912A1

DE2042912A1 - Programmgesteuerte Koordinaten maschine

Info

Publication number: DE2042912A1
Application number: DE19702042912
Authority: DE
Inventors: Gustav 8752 Kleinost heim Feldmann Hans Helmut Dr Ing Graichen Bernhard Pabst Wolfgang Dipl Ing Schadebrodt Gerhard Dipl Ing 6078 Neu Isenburg P Altzschner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-08-29
Filing date: 1970-08-29
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1367912A; DE2042912B2; FR2106160A5; US3783741A; CH528335A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Schub/er F 70/76

Programmgesteuerte Koordinatenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine programmgesteuerte Koordinatenmaschine mit einem ersten, in einer Koordinatenrichtung verfahrbaren und auf einem Bett ruhenden Schlitten und einem zweiten,' senkrecht zu dieser Richtung verfahrbaren Schlitten, der auf einem Portal ruht. "

Es 1st bereits eine Koordinatenmaschine bekannt (Druckschrift "Koordinatentische" 4219.102; A22V/O469, AEG), bei welcher ein auf dem Boden stehender Portalständer sowohl die X- als auch die Y-Koordinatenelomento (Bett, Schlitten, Antrieb) trägt. Für die tine Koordinate (X) ist ein einen verfahrbaren Schlitten tragendes Bett in

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bestimmter Höhe unterhalb des Portales an den beiden senkrechten Standsäulen des Portalständers befestigt, während für die andere Koordinate (Y) der Querbalken des Portales als Bett herangezogen ist, auf welchem ebenfalls ein verfahrbarer Schlitten ruht. Jedes Bett trägt einen Antriebsmotor, durch den über eine Kugelrollspindel der jeweilige Schlitten verstellt wird. Die Stellung des Schlittens wird mittels eines Lagemeßwertgebers festgestellt, der mit der Kugelrollspindel gekuppelt ist.

Der Portalständer ist also gleichzeitig Träger von Bett, Schlitten und Antrieb für beide Koordinatenrichtungen.

Der Portalständer ist ein Maschinenbauolernent relativ komplizierter Form, an welchem alle weiteren Elemente (Betten, Schlitten) erst montiert werden müssen. Der Portalständer besteht aus zwei ^irKängeruh"-Füßen, auf die das Bett für die Y-Richtung aufgesetzt ist. Die Auflagefläche der Füße für das Bett ist relativ schmal, so daß der Portalständer in Y-Richtung nur eine geringe Steifigkeit hat. Das langgestreckte Bett für die X-lUchtung ist nur an den Füßen befestigt, so daß auch hier die Steifigkeit nicht ausreichend ist. Die Maschine ist also in beiden Koordinatenrichtungen relativ instabil. Die gegenseitige genaue Lage von X- zu Y-Schlitten kann nur durch einen großen Meßaufwand erreicht werden, da das X-Bett in den Portalständer lediglich zwischen den relativ

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schmalen Füßen eingehängt wird, ohne daß von vornherein Mittel für die Lagefestlegung des Bettes am Portalständer vorgesehen sind. Peripheriegeräte, die zur automatischen Steuerung der Maschine benötigt werden, stehen an gesonderten Orten im Aufstellungsraum der Maschine und sind über mehr oder weniger lange Kabel mit der Maschine verbunden. Die Herstellung von Zeichnungen erfolgt immer mehr mit Hilfe von Koordinatographen, so daß programmgesteuerte Koordinatenmaschinen auch mehr und mehr Eingang in Konstruktionsbüros finden. Die bekannte Koordinatenmaschine ist hierfür wegen des notwendigen Platzbedarfes für die Maschine und der für diese notwendigen Steuergeräte nicht sehr geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koordinatenmaschine zu schaffen, die große Steifigkeit und damit hohe Genauigkeit hat, die rationell in großen Stückzahlen herstellbar ist, wobei die Einzel-Maschinenbauelemente gut bearbeitbar sind und ein einfacher Zusammenbau der Maschine möglich ist; freiliegende zur Maschine führende Kabel sollen auf ein Minimum reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

a) mindestens zwei in sich funktionsfähige Koordinaten-Bausteine, die aus einem Bett mit in diesem eingebauten Antrieb, Schlittenführung und auf das Bett aufgesetztem Schlitten bestehen, . ,

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b) einen Träger-Baustein für die zusammengefügten Koordinaten-Bausteine, der durch eine Dreipunktauflage mit dem Bett einer der Koordinaten-Bausteine verbunden ist,

c) einen den Träger-Baustein umschließenden, kastenförmigen Verkleidungs-Baustein, der die erforderlichen elektronischen Bausteine für die numerische Steuerung der Koordinatenmaschine aufnimmt.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Zwei-Koordinatenmaschine näher erläutert. Sinngemäß kann die Maschine auch mit mehr als zwei Koordinaten-Bausteinen ausgerüstet werden.
Es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Koordinatenmaschine, Fig. 2 eine Schnittansicht der Koordinatenmaschine, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ständer der Maschine,

Fig. k eine Schnittansicht des kastenförmigen Verkleidungs-Bausteines,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den offenen Verkleidungs-Baustein,

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Fig. '6 die Möglichkeit der Führung des einzigen bewegten Kabels der Maschine,

Fig. 7 die Ausbildung des vom Ständer getragenen Bettes.

Wie aus dor Fig. 1 ersichtlich, besteht die Koordinatenmaschine aus vier Bausteinen 1 bis 4, die einfach herstellbar sind.

Der Koordinaten-Baustein 1 umfaßt ein aus Grauguß bestehendes Bett 5» ^auf dem ein verfahrbarer Schlitten 6 für die eine Koordinatenrichtung (X) ruht. Das Innere des Bettes 5 ist durch Bälge 7» 8 abgedeckt. Wie aus der Figur nicht weiter ersichtlich, sind zur Verstellung des Schlittens 6 im Bett 5 ein Motorantrieb, eine Antriebsspindel, eine Schlittenführung und ein Lagemeßwertgeber für den Schlitten 6 angeordnet.

Der X-Koordinaten-Baustein 1 kann für sich hergestellt werden und liegt beim Zusammenbau der Maschine bereits funktionsfähig vor. ^

Der Koordinaten-Baustein 2 umfaßt ein kurzstrebiges Portalbett 9, welches bei 10 fest mit dem Bett 5 des Koordinaten-Bausteines 1 verbunden ist. Das Bett 9 trägt einen Schlitten 11 und im Bett ist ebenfalls ein Motorantrieb für den Schlitten 11, eine Antriebsspindel, eine Schlittenführung und ein Lagemeßwertgeber 12 für den Schlitten 11 eingebaut. /■

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Der Y-Koordinaten-Baustein 2 kann ebenso wie der X-Koordinaten-Baustein 1 für sich gesondert hergestellt werden und ist in sich ebenfalls funktionsfähig.

Beide für sich hergestellte Koordinaten-Bausteine 1 und 2 werden fest miteinander verbunden (lO), wobei der Koordinaten-Baustein 1 sozusagen der Träger für den Koordinaten-Baustein 2 ist.

Der dritte Baustein 3 ist ei*¹ beispielsweise T-förmiger Ständer, welcher auf dem Boden steht. Wie nicht weiter ersichtlich, liegt das Bett 5 des Koordinaten-Bausteines 1 über eine Dreipunktauflage auf dem Ständer 3 auf.

Der Verkleidungs-Baustein 4 deckt den Träger-Baustein 3 ab und trägt die für die numerische Steuerung der Koordinatenmaschine notwendigen elektronischen Bausteine 13.

Die Maschine kann als Zeichen- und leichte Werkzeugmaschine verwendet werden. Auf der senkrechten Fläche 1Λ des Schlittens 11 ist ein Werkzeug 15 angeordnet, während auf die Oberfläche l6 des Schlittens 6 das Zeichenmaterial bzw. das zu bearbeitende Werkstück aufgespannt wird.

Auch das Innere des Bettes 9 ist durch Bälge 17, l8 abgedeckt. _

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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist der Schlitten 11 U-förmig ausgebildet, wodurch sich neben der Aufspannfläche Ik eine weitere Aufspannfläche 19 ergibt. Für den Schlitten 11 sind Führungen 20, 21 vorgesehen. Der ■

U-förmige Schlitten 11 mit seinen Führungen 20, 21 ergibt mit den heruntergezogenen Schenkeln 22, 23 und den an diesen Schenkeln angeordneten massebehafteten Werkzeugen einen tiefliegenden Schwerpunkt, so daß die Belastung der Führungen bezüglich eines Kippens unkritisch ä wird.

Zu beiden Seiten des Schlittens 6 des Bausteines 1 sind in Verfahrrichtung die Bälge 7» 8 angeordnet, die die Führungen 2k für den Schlitten 6 abdecken. Der Schlitten 6 hat einen Lagerbock 25» der auf einer Kugelrollspindel 26 sitzt, durch welche die Translationsbewegung des Schlittens 6 erfolgt. Die Spindel 26 ist im Bett 5 gelagert, das an einem Ende auch den Motorantrieb 27 und am anderen Ende einen Lagemeßwertgeber 28 für die Stellung des Tisches 6 trägt.

Die gleiche Ausbildung von Antrieb, Kugelrollspindel und Lagemeßwertgeber ist für den Schlitten 11 des Bausteines 2 vorgesehen, wobei lediglich der Lagemeßwertgeber angedeutet ist.

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Anstelle der die Betten 5 und 9 abdeckenden Bälge 7_f 8 und 171 l8 können sinngemäß auch Rollos verwendet werden.

Die einzeln für sich hergestellten Koordinaten-Bausteine 1 und 2 werden nach ihrer Zusammenfügung (bei 10) als eine Einheit auf einen von diesen Koordinaten-Bausteinen völlig getrennten Träger-Baustein 3 aufgesetzt.

Der Träger-Baustein 3 erfordert keine hohe Präzision und kann als ein Schweißteil ausgebildet sein, wobei auch dessen Auflagefläche für das Bett 5 des Koordinaten-Bausteines 1 nicht bearbeitet zu werden braucht. Der Träger-Baustein 3 ist beispielsweise T-förmig ausgebildet, wie aus der Fig. 3 ersichtlich. Die dem Koordinaten-Baustein zugewandte Oberfläche des Träger-Bausteines 3 hat drei Erhebungen 30» 3*i 32, die als Kugelpfannen ausgebildet sind. In den Kugelpfannen sind Kugelgelenke 33 bis 35 angeordnet, auf denen sich das Bett 5 des Koordinaten-Bausteines 1 abstützt. Für das Bett 5 ließt also eine Dreipunktauflage vor, durch die ein Verwinden des Bettes vermieden ist. Auch Beeinflussungen des Träger-Bausteines 3 auf die Lage des Bettes 5 sind durch die Dreipunktlagorung des Bettes praktisch vermieden.

Der Träger-Baustein 3 steht auf einem Boden 36 und ist mit einstellbaren Tellerbeinen 37 ausgerüstet.

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Der Träger-Baustein 3 braucht nicht unbedingt T-förraig ausgebildet zu sein, sondern kann beispielsweise auch eine Η-Form haben.

Wie insbesondere aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, ist der Träger-Baustein 3 von einem kastenförmigen Verkleidungs-Baustein 4 umschlossen, der wiederum ein selbständiger Baustein ist. Der Baustein 4 dient neben der Verkleidung des Träger-Bausteines 3 ^als Aufnähmegestell j

für die elektronischen Bausteine 13· Auch diese elektronischen Bausteine, wie beispielsweise Steuereinrichtungen, Verstärker, Netzteile udgl. sind selbständige Einheiten, die getrennt gefertigt werden können und funktionsfähig in den Verkleidungs-Baustein 4 eingesetzt werden.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, ergibt sich durch die T-Form des Träger-Bausteines 3 eine Trennwand innerhalb des Verkleidungs-Bausteines 4. Die beiden sich durch den Längsbalken des Träger-Bausteines 3 ergebenden Räume sind durch die am Verkleidungs-Baustein 4 angeordneten elektronischen Bausteine 13 ausgefüllt. Im sich durch den Querbalken des Träger-Bausteines 3 ergebenden Raum 38 können Schütze, Sicherungen usw. untergebracht werden.

Der Verkleidungs-Baustein 4 ist ein Rahmengestell 39_t dessen vier Seitenwände mit Stecktüren 40 abgedeckt sind.

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Wie in der Fig. 5 angedeutet, sind die elektronischen Bausteine 13 im Drehpunkt 4l schwenkbar an einem Rahmen 42 des Verkleidungs-Bausteins 4 gelagert und können in Pfeilrichtung ausgeschwenkt werden. Die Bausteine 13 sind Rahmen mit Magazinen 43 und durch das Ausschwenken dieser Rahmen ist die Verdrahtungsrückseite der Magazine einfach zugänglich.

Der Verkleidungs-Baustein 4 hat eine Art Wanne 44, die etwa notwendige Kabel 45 (Netzkabel) aufnimmt oder von der gegebenenfalls auch Kabel abgehen können.

Durch die im Verkleidungs-Baustein 4 angeordneten elektronischen Bausteine 13 wird Wärme erzeugt. Um eine Wärmestrahlung auf das Bett 5 des Koordinaten-Bausteines 1 zu vermeiden, ist eine wärmeisolierende Platte 46 (Fig. 4) vorgesehen. Eine Wärmeleitung auf die Maschinenbauelemente der Koordinaten-Bausteine 1 und 2 ist damit nur noch über die Dreipunktlagerung 33 bis 35 (Fig. 3) möglich, die jedoch vernachlässigbar ist.

Sämtliche Bausteine 1 bis 4 und I3 sind für sich herstellbar und können auch für sich geprüft werden, so daß nach dem Zusammenbau j^ede weitere Prüfarbeit entfällt.

Die Montage der Koordinatenmaschine erfolgt derart, daß in einem ersten Schritt der T-förmigo Träger-Baustein 3

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an einer gewünschten Stelle aufgestellt wird, worauf dann der Verkleidungs-Baustein 4 mit seinen funktionsfähigen elektronischen Bausteinen 13 über den Träger-Baustein 3 gestülpt wird, worauf der vollständige Koordinaten-Baustein 1 auf den Träger-Baustein 3 aufgesetzt wird und danach der vollständige Koordinaten-Baustein 2 auf die Refestigungsflache 10 des Bettes 5 des Koordinaten-Bausteines 1 aufgesetzt wird und beide Betten 5i 9 beispielsweise mittels Schrauben miteinander verbunden Λ werden.

Die Antriebe 27, 29 für die Schlitten 6, 11 können Gleichstromantriebe oder auch Schrittmotore sein.

Da die Antriebe 27 _f 29 fest an den Betten 5. 9 sitzen und die elektronische Steuereinrichtung für diese Antriebe sich im ebenfalls feststehenden Verkleidungs-Baustein k befinden, sind keine bewegten Kabel vorhanden. Da auch die Lagemeßwertgeber 12, 28 fest an den Betten 5 und 9 sitzen und deren elektrische Signale der elektronischen Steuerung zugeführt wird, sind auch für diese Zuführung der Signale von den Gebern 12, 28 zur im Verkleidungs-Baustein k befindlichen elektronischen Steuerung 13 keine bewegten Kabel notwendig, sondern es erfolgt eine feste Verdrahtung.

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Für die Bewegung der Schlitten 6, 11 beider Koordinaten werden also keine flexiblen Kabel benötigt und ebenso für die MeJLdung der Lage dieser Schlitten.

Das einzige bewegte Kabel ist bei Anwendung der Koordinatenmaschine als Zeichenmaschine oder Werkzeugmaschine ein Kabel, welches zum auf dem Schlitten 11 angeordneten Schreibwerkzeug 15 führt.

In der Fig. 6 ist eine Möglichkeit zur Führung eines derartigen Kabels dargestellt.

Von der Maschine ist lediglich das portalförmige Bett 9 mit dem Antrieb 29, der Antriebsspindel 47, dem Tisch und dem Lagemeßwertgeber 12 dargestellt.

Die Standstreben 48 des portalförmigen Bettes 9 sind hohl ausgebildet (siehe auch Fig. l), so daß das bewegte Kabel 49 durch eine Standstrebe geführt werden kann. Das Kabel 49 ist über einen Umlenkpunkt 50 geführt und ist mit seinem Ende 51 n»it dem Schlitten 11 verbunden, auf welchem das nicht weiter dargestellte Werkzeug angeordnet ist. Innerhalb des vertikalen Verlaufes des Kabels 49 ist ein Gewicht 52 angeordnet, welches das Kabel in jeder Lage des Schlittens 11 stramm hält. Es ergibt sich durch diese Ausbildung eine Kabelschlaufe 53, die lose in den

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Verkleidungs-Baustein k hineinhängt, wobei das Kabelende 5^ mit den entsprechenden Punkten der elektronischen Steuereinrichtung (Bausteine I3) verbunden ist.

In der Fig. 7 ist die Ausbildung des Bettes 5 des Koordinaten-Bausteines 1 dargestellt. Dieses Bett hat eine Präzisionsoberfläche für die Führung des Schlittens 6. Ferner sind Aufsetzflächen 10 als Standflächen für das senkrecht stehende Bett 9 des Koordinaten-Bausteines 2 ä

vorgesehen. Mit 23 sind die Führungsbahnen für den Schlitten 6 angedeutet. Das Bett 5 ist asymmetrisch ausgebildet und hat eine Aussparung 56· In dieser Aussparung kann ein Bedienungspult 57 angeordnet werden, welches sämtliche Bedienungselemente, die für die Steuerung der Koordinatenrnaschine notwendig sind, enthält.

Auch dieses Bedienungspult 57 ist wiederum ein selbständiger Baustein. Es ist mit den Bausteinen I3 über festliegende Steckverbindungen verbunden. Das Bedienungspult 57 kann einfach vom Bett 5 entfernt werden und an einem beliebigen Ort aufgestellt werden. Das Pult 57 und die Maschine sind in diesem Falle über ein entsprechend ausgebildetes Kabel verbunden und die Maschine kann somit vom Standort des Pultes 57 fernbedient werden. Auch das Pult 57 kann wieder vollkommen für sich hergestellt und geprüft werden.

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Wird ein Bedienungspult 57 nicht benötigt, etwa weil die Bedienungselemente für die Koordinatenmaschine bereits in anderen peripheren Geräten vorhanden sind, so wird in die Aussparung 56 ein Blindpult eingesetzt.

Durch die Anordnung der Betätigungsorgane für die Koordinatenmaschine im Pult 57 ergibt sich der Vorteil, daß die Koordinatenmaschine nicht unbedingt am Maschinenort betätigt werden muß, sondern es kann durch die Herausnahme des Betätigungspultes aus der Maschine auch eine Fernbetätigung derselben von einem beliebigen Ort aus erfolgen. Dies kann sinnvoll sein, wenn die Koordinatenmaschine in einem Konstruktionsbüro steht und der Konstrukteur von seinem Arbeitstisch aus durch die Koordinatenmaschine eine Zeichnung anfertigen lassen will.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sämtliche für die numerische Steuerung der Maschine notwendigen Geräte in die Koordinatenmaschine eingebaut sind, so daß die bisher für die Steuerung der Maschine benötigten Peripheriegeräte mit ihren notwendigen Kabelverbindungen zur Maschine entfallen. Andererseits ist durch das von der Maschine abnehmbare Bedienungspult auch erforderlichenfalls eine Fernbedienung der Maschine möglich. Die Koordinatenmaschine ist ferner so konzipiert, daß gegebenenfalls bereits vorhandene Geräte für die Steuerung der Maschine verwendet werden

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können, wobei dann die elektronischen Bausteine 13 das Bedienungspult 57 entfallen. Da auf jeden Fall der Verkleidungs-Baustein k vorhanden ist, kann die Koordinatenmaschine auch nachträglich erst mit den die Steuerelektronik enthaltenden elektronischen Bausteinen 13 ausgerüstet werden. Die Koordinatenmaschine kann also von ihrem Standort selbst oder auch von einem anderen Standort aus bequem bedient werden.

Patentansprüche

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

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Patentanspruch

Programmgesteuerte Koordinatenmaschine mit einem ersten, in einer Koordinatenrichtung (X) /Verfahrbaren, auf einem Bett ruhenden Schlitten und einem zweiten, senkrecht zu dieser Richtung verfahrbaren Schlitten (Y), der auf einem Portal ruht, gekennzeichnet durch

a) mindestens zwei in sich funktionsfähige Koordinaten-Bausteine (l, 2), die aus einem Bett (5, 9) mit in diesem eingebauten Antrieb (27, 29), Schlittenführung (23, 19, 20) und auf das Bett (5, 9) aufgesetztem Schlitten (6, 11) bestehen,

b) einen Träger-Baustein (3) für die zusammengefügten Koordinaten-Bausteine (l, 2), der durch eine Dreipunktauflage (33 bis 35) mit dem Bett (5) einer der

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Koordinaten-Bausteine (l) verbunden ist,

c) einen den Träger-Baustein (3) umschließenden, kastenförmigen Verkleidungs-Baustein (4), der die erforderlichen elektronischen Bausteine (I3) für die numerische Steuerung der Koordinatenmaschine aufnimmt.

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