DE2223213A1 - Anordnung fuer messmaschinen oder maschinenwerkzeuge - Google Patents

Anordnung fuer messmaschinen oder maschinenwerkzeuge

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DE2223213A1 DE19722223213 DE2223213A DE2223213A1 DE 2223213 A1 DE2223213 A1 DE 2223213A1 DE 19722223213 DE19722223213 DE 19722223213 DE 2223213 A DE2223213 A DE 2223213A DE 2223213 A1 DE2223213 A1 DE 2223213A1
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Description

DIPL.-ING. HORST ROSE DtPL-ING. PETER KOSEL
PATENTANWÄLTE . 9 ? ? "? 7 1. ^
335a Bad Gandersheim, 10« Mai 1972
Postfach 129
Hohenhöfen 5
Telefon: (05382> 2842
Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim
Unsere Akten-Nr. 2727/1
JJ.E,A, Digital Electronic Automation S.p.A. Patentgesuch vom 10» Mai 1972
D.E,A. Digital Electronic Automation S.p.A.
Corso Torino η. 70 10024 Moncalieri (Torino) / Italien
Anordnung für Meßmaschinen oder MascMnenwerkzeuge
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für Meßmaschinen oder MascMnenwerkzeuge, welche über drei Säulen auf dem Boden ruht und mindestens einen Tisch zur Aufnahme eines zu "bearbeitenden oder zu messenden Werkstücks und relativ zu diesem Tisch bewegliche Schlitten aufweist, von denen mindestens einer dazu ausgebildet ist, eine Säule oder ein Halteglied, welche bzw. welches ein Werkzeug oder einen Taststift trägt, verschiebbar zu halten.
Bei Maschinenwerkzeugen und Maßmaschinen, die durch einen sehr hohen Präzisionsgrad gekennzeichnet sind, ist nicht nur die Starrheit der Maschinenanordnung äußerst wichtig, sondern auch die Verbindung dieser Anordnung mit den Fundamenten.
Wenn man nur einen der Aspekte untersucht, welche die Präzision einer Maschine beeinflussen, nämlich ihre Starrheit, so können die Faktoren, welche dazu beitragen, Fehler zu erzeugen, von zwei Arten sein, nämlich Faktoren außerhalb der
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Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 ' ** #
Maschine und Faktoren in ihr» Äußere Faktoren sind u.a. Schwingungen und Setzungen des Bodens, mit dem die Maschine verbunden ist, während innere Faktoren u.a. die bew^jLichen Lasten der Maschine sind, die von den Schlitten oder Wagen gebildet werden sowie die variablen Lasten - fest oder beweglich -, die von den zu messenden oder bearbeitenden Werkstücken und den Schneidekräften in den Maschinenwerkzeugen gebildet werden, ;:.
Die Wirkung dieser Faktoren wird gewöhnlich dadurch verringert, daß man entweder versucht, die Maschinen sehr starr und daher relativ zu teuer zu machen, oder daß man große Betonblöcke für die Fundamente solcher Anordnungen verwendet, welche Blöcke zusätzlich auf elastischen Unterlagen zum Ausfiltern der Schwingungen im umgebenden Boden aufgelagert sein können.
Obwohl diese Art des Vorgehens funktioniert, hat sie viele Nachteile. Zum Beispiel erhöht sie, um nur einige der Nachteile zu nennen, die Kosten der Maschine, zwingt dazu, die Maschine auf Bodenhöhe einzubauen, und ist nicht frei vom Einfluß der verschiedenen Lasten auf die Setzung der Anordnung oder vom Einfluß des Setzens der Maschinenstützglieder auf die Fundamente,
Bei Maschinen hoher Präzision, z.B. bei Bohrmaschinen mit vertikaler Spindel, wurde der letztere Nachteil (Setzen der Stützglieder) dadurch vermieden, daß man an drei Stellen abstützte, d.h. die Anordnung auf ein isostatisches System reduzierte, was aus diesem Grunde vom Setzen der Stützglieder unbeeinflußt bleibt.
Diese Lösung erhöht das Gewicht und daher die Kosten der Maschine, denn besonders wenn die Maschine große Abmessungen hat, sind die Stützglieder notwendigerweise weit voneinander entfernt und die Basisplatte oder Bett der Maschine muß sehr starr sein, so daß keine Auslenkung zwischen einem Stützglied und dem anderen erfolgt, welche unvereinbar mit dem erforderlichen Genauigkeitsgrad wäre.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Anordnung dadurch erreicht, daß sie ein Tragfundament aufweist, an dem der Tisch befestigt ist, daß sie ferner ein Arbeitsfundament aufweist, dem die beweglichen Schlitten zugeordnet sind, daß sie ferner ein Kraftfundament aufweist, das über vorzugsweise drei starre Stützglieder mit dem Boden verbunden ist, wobei das Stützfundament- über drei elastische Trageglieder mit dem Boden verbunden ist, das Arbeitsfundament über drei starre Abstützungen auf dem· Stützfundament ruht und die Schlitten elastisch vom Kraftfundament abgestützt werden. Eine solche Anordnung vermeidet die erwähnten Nachteile, da ihr Grundgedanke im wesentlichen darin zu sehen ist, daß die Anordnung von voneinander unabhängigen Fundamenten oder Unteranordnungen gebildet wird, von denen jede eine einzige Punktion erfüllt. Hierbei trägt das Stützfundament das Gewicht des Yiferkstücks, das Arbeitsfundament bildet die tatsächliche Maschine, wobei es seine Punktion ist, das Meß- oder Arbeitswerkzeug über seine Laufbahn zu führen, und das Kraftfundament trägt die beweglichen Lasten oder Schlitten der Maschine.
Das Arbeitsfundament der Maschine ruht starr an drei Stellen auf der StutζanOrdnung, welche ihrerseits über drei elastische Trageglieder mit dem Boden verbunden ist.
Demzufolge haben Setzungen und Schwingungen des Bodens keinen Einfluß auf die Maschine, und ein Nachgeben des Stützfundaments hat keinen Einfluß auf das Arbeitsfundament. Wenn das Werkstück auf dem Stützfundament angeordnet worden ist, bleibt es dort während der gesamten Zeit, während der die Maschine arbeitet, befestigt.
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Die beweglichen Lasten oder Schlitten der Maschine sind elastisch mit dem Arbeitsfundament verbunden, welches seinerseits mit dem Boden verbunden ist.
Bei Meß- und Zeichenmaschinen kann man sagen, daß bei einer Anordnung dieser Art das Arbeitsfundament der Maschine keinerlei Kräften oder mindestens nur sehr kleinen, willkürlich bestimmbaren Kräften unterworfen ist und demzufolge genügend starr konstruiert werden kann, um eine hohe Präzision zu erhalten, ohne zu enormen Konstruktionen Zuflucht nehmen zu müssen. Außerdem ist es nicht notwendig, daß das Stützfundament oder das Kraftfundament starr ist, da sie nur die Aufgabe haben, die an ihnen angebrachten Lasten zu stützen, ohne die Elastizitätsgrenze zu überschreiten, da ihr Nachgeben die Präzision der Maschine nicht beeinflußt.
Bei Maschinenwerkzeugen ist die einzige Kraft welche wichtig bleibt, die Schneidekraft, welche ihrerseits beträchtliche Größen haben kann. Auch in diesem Pail ist eine solche Anordnung immer vorteilhaft, weil diejenigen Teile der Maschine, welche dieser Kraft unterworfen sind, nämlich das Arbeitsfundament und das Stützfundament, so dimensioniert werden müssen, daß ihre Starrheit ausreicht, um dieser Kraft zu widerstehen, aber nicht dem Gewicht des Werkstücks und der beweglichen Lasten.
In jedem Fall muß, wenn das Werkstück auf dem Stützfundament angeordnet wird, es mit dem Arbeitsfundament ausgerichtet werden.
Bei dem Kraftfundament, welches die beweglichen Lasten oder Schlitten der Maschine abstützt, ist es so, daß sein Nachgeben durch die elastischen Elemente absorbiert wird, welche es mit den Wagen oder Schlitten verbinden. Tatsächlich ist die Elastizitätskonstante der elastischen Trageglieder so klein wie möglich, so daß die Kraftänderung
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am Arbeltsfundament, welche durch ein Nachgeben des Kraftfundaments infolge einer Bewegung der Lasten auftritt, so klein sein kann, wie das gewünscht wird. (Das Arbeitsprinzip der letztgenannten Vorrichtung ist in der italienischen Patentschrift ÜTr. 764 361 beschrieben).
Zum besseren Verständnis 'der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Beschreibung gegeben. Es zeigen;
Fig* 1 eine teilweise geschnittene raumbildliche Darstellung einer Meß- und Zeichenmaschine nach der Erfindung,
Fig, 2 eine raumbildliche Darstellung einer Einzelheit der Maschine nach Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, und
Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene raumbildliche Darstellung eines Teiles des Arbeitsfundaments der Maschine nach Fig. 1,
Die Maschinenanordnung ist an drei Säulen 1 aufgehängt, welche starr am Boden befestigt sind. Die Anordnung wird gebildet von drei Unteranordnungen oder Fundamenten, nämlich einem Arbeitsfundament 2, einem Kraftfundament und einem Stützfundament 4.
Das Arbeitsfundament weist zwei Längsbalken 5 auf, die durch einen Querbalken 6 verbunden sind und miteinander eine Anordnung in Form eines TJ bilden. An den Längsbalken 5 sind Führungen 7 für einen Hauptschlitten 8 vorgesehen, auf welchem seinerseits Führungen 9 für einen mittleren Schlitten 10 vorgesehen sind.
Durch den mittleren Schlitten 10 verläuft eine Meßsäule 11, welche an ihrem unteren Ende einen Arbeitskopf 12 aufweist, mit dem verschiedene Werkzeuge 13 verbunden werden können.
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Der Hauptschlitten 8, der mittlere Schlitten 10 und die Meßseule 11 werden durch drei Servomotoren angetrieben, welche dazu ausgebildet sind, sie längs drei Koordinatenachsen X bzw. Y bzw. Z zu bewegen, so daß der Arbeitskopf 12 an jedem beliebigen Punkt innerhalb der drei Hübe der Maschine angeordnet werden kann.
Das Kraftfundament weist zwei Anordnungen von zwei aneinander angelenkten Armen 14 auf, von denen jede an einem Ende mit dem Oberteil einer der Säulen 1 mittels Gelenken 15 und an ihrem anderen Ende über Gelenke 16 mit einer Stange 17 verbunden ist. An den Gelenken 16 sind die Anordnungen von angelenkten Armen 14 mittels Zugfedern 18 mit dem Hauptschlitten 8 verbunden. Auf der Stange 17 gleitet ein Lager 19 von der Art, welche Druckluft von einer äußeren Quelle verwendet, und dieses Lager ist über eine Zugfeder 20 mit dem mittleren Schlitten 10 verbunden. Die Gelenke aller Gelenkstellen sind so konstruiert, daß die Reibung auf ein Minimum reduziert ist, so daß die Schlitten bei ihrer Bewegung hinter dem Kraftfundament mit einer minimalen Kraftiherge zogen werden.
Das Stützfundament weist eine Grundplatte 21 auf, auf der ein Tisch 22 für die zu messenden oder zu zeichnenden Teile angeordnet ist. Diese Grundplatte 21 ist starr mit drei L-förmigen Elementen 23 verbunden, welche am Oberteil ihres vertikalen Zweiges drei starre Stützglieder 24 für das Arbeitsfundament 2 aufweisen. Die Stützglieder sind so konstruiert, daß das Arbeitsfundament isostatisch abgestützt wird, und zwar nicht nur in vertikaler, sondern auch in Querrichtung.
Das Stützfundament ist mittels elastischer Trageglieder oder Federn 25 an den Säulen 1 aufgehängt. Die Federn 25 sind notwendigerweise sehr wenig starr, da sie die niederfrequenten Schwingungen des Bodens filtern müssen. Infolgedessen nimmt die Maschine jedesmal, wenn ein Werkstück
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auf den Tisch 22 gelegt wird, eine bestimmte Lage ein, da die Reaktionen der elastischen Trageglieder 25 entsprechend dem Gewicht und der Lage des Werkstücks .ausfallen.
Eine Vorrichtung mit einem Motor 26, einem Zahnriemen 27, einem Schneckenrad 28 und einem Schrägzahnrad 29 ermöglicht die Übertragung von Bewegung.auf eine Schraube 30, deren Gewinde in ein Innengewinde 31 im Schrägzahnrad 29 eingreift. ' .
Die Schraube 30 weist eine Längsnut 32 auf, in welcher ein Keil 33 angeordnet ist, der ihre Umdrehung verhindert, und sie ist mittels eines Kugelgelenks 34 mit der Federanordnung 25 verbunden. An ihrem unteren Ende ist diese Federanordnung 25 über ein zweites Kugelgelenk 35» eine Stange 36 und ein drittes Kugelgelenk 37 sowie eine Stange mit dem L-förmigen Element 23 verbunden.
In jeder der Säulen ist eine Vorrichtung dieser Art angeordnet, und es ist infolgedessen möglich, den Tisch 22 in seine ursprüngliche Lage zurückzustellen und die verschiedenen Grade der Ausdehnung der elastischen Trageglieder 25 infolge der verschiedenen auf sie wirkenden Kräfte auszugleichen, indem man einfach die Motoren,26 betätigt, welche entsprechend den Erfordernissen die Trageglieder nach oben oder nach unten bewegen.
I1Ig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einstellen der vertikalen Paralellität der Längsbalken 5 des Arbeitsfundaments 2. Diese Einstellung wird erforderlich, weil die Balken 5 und 6, welche zum Arbeitsfundament gehören, infolge ihrer Größe getrennt bearbeitet und transportiert werden müssen. Bei der Endmontage ist es möglich, diese Balken perfekt auszurichten, und falls zu diesem Zeitpunkt Paralellitätsfehler ermittelt werden, kann man sie leicht ausschalten.
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— ο —
Die Einstellvorrichtung weist eine Torsionswelle 39 auf, welche am einen Ende 40 starr am Querbalken 6 befestigt ist, während ihr anderes Ende 41 frei verdrehbar ist. Die Welle 39 kann mittels an Schwenkgliedern 43 angreifenden Schrauben 42 verdreht werden.
Die -^rehsteifigkeit der Welle 39 ist mindestens 50-mal kleiner als diejenige des Balkens 6, so daß es zur Verdrehung des Balkens 6 um einen bestimmten Winkel erforderlich ist, die Welle 39 um einen fünfzigmal größeren Winkel zu verdrehen. Dies ermöglicht eine präzise Einstellung der Torsion des Balkens, auch bei sehr kleinen Winkeln. Ersichtlich verdrehen sich die beiden Längsbalken 5, welche starr mit dem Querbalken 6 verbunden sind relativ zueinander um die Achse des Balkens 6, bis die gewünschte Ausrichtung erreicht ist.
Patentanwälte
Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter KoseI
0 9 8 4 7/0259

Claims (13)

  1. DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL
    PATENTANWÄLTE 222371*?
    9 3353 Bad Gandersheim, 10· Mai 1972
    Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382)'2842
    Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim
    Unsere Akten-Nr. 272.7/1
    D.E.A. Digital Electronic Automation S.p.A. . Patentgesuch vom 10* Mai 1972
    Patentansprüche
    I 1.J Anordnung für Meßmaschinen oder Maschinenwerkzeuge, welche über drei Säulen auf dem Boden ruht und mindestens einen Tisch zur Aufnahme eines zu bearbeitenden oder zu messenden Werkstücks und relativ zu diesem Tisch bewegliche Schlitten aufweist, von denen mindestens einer dazu ausgebildet ist, eine Säule oder ein Halteglied, welche bzw. welches ein Werkzeug oder einen Taststift trägt, verschiebbar zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die. Anordnung ein Tragfundament (4) aufweist, an dem der Tisch (22) befestigt ist, daß sie ferner ein Arbeitsfundament (2) aufweist, dem die beweglichen Schlitten (8,-10) zugeordnet sind, daß sie ferner ein Kraftfundament aufweist» das Über vorzugsweise drei starre Stützglieder (1) mit dem Boden verbunden ist, wobei das Stützfundament (4) über drei elastische Trageglieder (25) mit dem Boden verbunden ist, das Arbeitsfundament (2) über drei starre Abstützungen (24) auf dem Stutζ fundament (4) ruht und die Schlitten (8,10) elastisch (18,20) vom Kraftfundament (3) abgestützt werden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei elastischen Trageglieder (25) jeweils an einer der drei starr mit dem Boden verbundenen Säulen (1) aufgehängt sind.
    309847/0259
    Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr.22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 970
    AO
  3. 3. Anordnung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei elastischen Trageglieder (25) willkürlich in der Höhe einstellbar sind. (Fig. 2).
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung automatisch oder manuell gesteuert ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die elastischen Trageglieder mindestens eine Zugfeder (25) aufweisen.
  6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfundament (2) U-förmig ausgebildet ist, so daß der Tisch (22) von einer Seite aus voll zugänglich ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfundament (2) drei starr miteinander verbundene Balken (5,6) aufweist, und daß eine Vorrichtung zur Einstellung der vertikalen Paralellität der Längsbalken (5) des U vorgesehen ist, welche Vorrichtung eine im Querbalken (6) des U angeordnete Torsionswelle (39) aufweist.
  8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützfundament (4) eine Grundplatte (21) aufweist, auf der der Tisch (22) angeordnet ist und die starr mit drei I-förmigen Teilen (23) verbunden ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der L-förmigen Teile (23) jeweils als Abstützung (24) für das Arbeitsfundament (2) dient.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 2 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfundament (3) zwei Anordnungen von jeweils zwei angelenkten Armen (14) aufweist, welche Anordnungen jeweils gelenkig (15,16) mit einer der Säulen (1) und mit einer Stange (17) verbunden sind.
    309847/fl?59
    4{
  11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, "bei der die Schlitten einen Hauptschlitten (8) und einen mittleren Schlitten (10) aufweisen, welch letzterer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hauptschlittens (8). "beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anordnungen von je zwei angelenkten Armen (14) über zwei elastische Glieder (18) mit dem Hauptschlitten (8) der Maschine verbunden sind.
  12. • 12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Anordnungen von angelenkten Armen (14) angelenkte (16) Stange (17) über ein Druekluftlager (19) und ein elastisches Glied (20) mit dem mittleren Schlitten (10) der Maschine verbunden ist.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Glieder (18,20) mindestens eine Zugfeder aufweisen.
    Patentanwälte Öip].-]ng. Horst Rose DipL-Jng. Peter KöseJ
    309847/0259
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