DE2223213B2

DE2223213B2 - Gestell für eine Meß- oder Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2223213B2
Application number: DE2223213A
Authority: DE
Inventors: Franco Moncalieri Turin Satorio (Italien)
Original assignee: Dea Digital Electronic Automation SpA Moncalieri Turin (italien)
Current assignee: Dea Digital Electronic Automation SpA Moncalieri Turin (italien)
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1974-06-06
Also published as: US3785743A; DE2223213C3; DE2223213A1; GB1384344A; FR2185135A5

Description

bestimmt am Tragrahmen abgestützt ist und im wesentlichen nur zur Führung der Schlitten dient, denn letztere sind ihrerseits über elastische Tragglieder und eine Kompensationseinrichtung direkt an den starren Stützsäulen abgestützt, so daß ihr Gewicht den Schlitten-Führungsrahmen nicht oder jedenfalls nicht wesentlich belastet. Dies macht es Möglich, den Schlitten-Führungsrahmen relativ zu den auf ihn wirkenden Kräften ausreichend starr und unnachgiebig zu konstruieren, so daß man eine hohe Präzision erhalt, ohne hierzu überschwere Konstruktionen verwenden zu müssen. Da andererseits der Tragrahmen nicht - wie bei den bekannten Maschinen - praktisch starr sein muß, da er ja nur das Werkstück abstützten muß, ohne dabei seine Elastizitätsgrenze zu überschreiten, ergibt sieh bei einer erfindungsgemäßen Maschine eine sehr wesentliche Gewichtsersparnis im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen.

Bei Werkzeugmaschinen ist die einzige Kraft, die von Bedeutung bleibt, die Schneidk^aft, die eine beiriichilfohe Größe annehmen kann. Aber auch hier ist die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhaft, weil diejenigen Teile der Maschine, auf die die Schneidkraft wirkt, nämlich der Tragrahmen und der Schlitten-Führungsrahmen, zwar so starr dimensioniert vverden müssen, daß sie der Schneidkraft widerstehen können; dabei muß aber auf das Gewicht des Werksiucks und das Gewicht der beweglichen Lasten keine Rücksicht genommen werden.

Die Elastizitätskonstante der die Schlitten abstützenden elastischen Tragglieder wird zweckmäßig so klein wie möglich gehalten, damit sich bei einem Nachgeben des Tragrahmens infolge Änderung seiner Belastung die Kraft auf den Schlitten-Führungsrahmen möglichst wenig ändert.

Ferner ergibt sich der Vorteil, daß der aufgehängte Teil der Maschine eine sehr niedrige Schwingfrequenz. 7. B. in der Größenordnung von kleiner als 1 Hz hat. so daß die normalerweise vorhandenen Frequenzen im Bereich von 5 ... 100 Hz wirkungsvoll gedämpft werden.

Aus der italienischen Patentschrift 764 361 ist eine Meßmaschine bekannt, bei der der Meßschlitten auf zwei am Boden separat abgestützten ersten Führungsbahnen fährt. Oberhalb dieser ersten Führungsbahnen sind zweite Führungsbahnen angeordnet, auf denen ein Wagen fährt, an dem über Federn der Längsschlitten der Maschine so abgestützt ist, daß sein Gewicht weitgehend von diesen Federn getragen wird. Hiermit soll eine höhere Präzision erreicht werden, doch ist das Problem der Genauigkeit durch solche Maßnahmen nur teilweise lösbar, da die ersten und die zweiten Führungsbahnen auf denselben Trägern liegen und da eine Durchbiegung dieser Träger die Meßgenauigkeit stark beeinflußt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Gestell zweckmäßig so ausgebildet, daß die zur Aufhängung des Tragrahmens dienenden elastischen Tragglieder unabhängig voneinander längenverstellbar und damit in ihrer Stützwirkung einstellbar sind. Auf diese Weise wird es in einfacher Weise möglich, den Tragrahmen genau auszurichten, nachdem das Werkstück auf ihm angeordnet worden ist. Eine solche Ausrichtung kann automatisch mittels Stellmotoren oder auch von Hand erfolgen.

Um eine leichte Zugänglichkeit des Arbeitstisch^ zu gewährleisten, wird der Schlilten-Führungsrahmen mit Vorteil U-förmig ausgebildet. Da man besonders bei größeren Maschinen gezwungen ist, den Schlitten-Führungsrahmen zum Transport zu zerlegen, wird er mit Vorteil so ausgebildet, daß er drei zusammengesetzte Träger aufweist, von denen die beiden Längs-

träger über eine im Querträger angeordnete, einstellbare Torsionswelle miteinander verbunden sind. Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, bei der Endmontage die genaue Parallelität der Längsbalken einzustellen, wie sie für eine perfekte Führung der

*° Schlitten erforderlich ist.

Einen sehr einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Gestells erhält man nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, daß der Tragrahmen drei L-förmige Träger aufweist, deren Horizontal-

schenkel über eine den Arbeitstisch tragende Grundplatte starr miteinander verbunden sind und deren Vertikalschenkel die Stützstellen für den Schlitten-Führungsrahmen aufweisen. Eine solche Anordnung kann auch für den Transport leicht zerlegt werden und

so ermöglicht einen bequemen Zugang zum Arbeitstisch. Mit Vorteil wird ferner die Kompensationseinrichtung so aufgebaut, daß sie zwei Paare von Lenkern aufweist, die einerseits an den starren Stützsäulen angelenkt und andererseits über ein Koppelglied gelenkig miteinander verbunden sind. Ein solcher Aufbau ist einfach und ermöglicht eine leichte Einstellung der Kompensalionseinrichtung je nach der augenblicklichen Lage der Schlitten, wobei man in besonders vorteilhafter Weise so vorgeht, daß der Längsschlitten mit jedem Lenkerpaar über ein elastisches Tragglied verbunden ist. Als elastische Tragglieder kann man z. B. lange Federn mit niedriger Elastizitätskonstante verwenden. Zum Vermeiden von Hystereseerscheinungen bei Bewegungen des Querschlittens in entgegengesetzten Richtungen geht man ferner erfindungsgemäß so vor, daß der Querschlitten über ein an einem auf dem Koppelglied verschiebbaren Luftkissenlager befestigtes elastisches Tragglied mit den Lenkerpaaren verbunden ist. da bei solchen Luftkissenlagern die Rückstellkräfte außerordentlich klein gemacht werden können.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

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

so Maßstab, und

Fi g. 3 eine teilweise aufgeschnittene raumbildliche Darstellung eines Teiles des Schlitten-Führungsrahmens der Maschine nach Fig. 1.

Die Maschinenanordnung ist an drei Säulen 1 aufgehängt, welche starr am Boden bzw. Fundament befestigt sind; sie wird gebildet von drei Unteranordnungen, nämlich einem Schlitten-Führungsrahmen 2. einer Kompensationseinrichtung 3 und einem Tragrahmen 4.

Der Schlitten-Führungsrahmen 2 weist zwei Längsträger 5 auf, die durch einen Querträger 6 verbunden sind und miteinander eine Anordnung in Form eines U bilden. An den Längsträgern 5 sind Führungen 7 für einen Längsschlitten 8 vorgesehen.

auf welchem ihrerseits Führungen 9 für einen Querschlitten 10 vorgesehen sind.

Im Querschlitten 10 ist ein Glied 11 in Form einer Meßsäule verschieblich gehalten; das Glied 11 weist

an seinem unteren Ende einen Arbeitskopf 12 auf, mit dem verschiedene Werkzeuge 13 verbunden werden können.

Der Längsschlitten 8, der Querschlitten 10 und die Meßsäule 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 im Arbeitsbereich der Maschine bewegt werden kann.

Die Kompensationseinrichtung 3 trägt die beweglichen Lasten der Maschine und weist hierzu zwei Paare von zwei aneinander angelenkten Armen oder Lenkern 14 auf. von denen jede an einem Ende mit dem Oberteil einer der Säulen 1 mittels Gelenken 15 und an ihrem anderen Ende über Geicnke 16 mit einer als Koppelglied dienenden Stange 17 verbunden ist. An den Gelenken 16 sind die Anordnungen von angelenkten Armen oder Lenkern 14 mittels elastischer Tragglieder in Form von Zugfedern 18 mit dem Längsschlitten 8 verbunden. Auf der Stange 17 gleitet ein Luftkissenlager 19 von der Art, welche Druckluft von^r' t^r "ußeren Quelle verwendet, und dieses Lager 19 ist über eine als elastisches Tragglied dienende Zugfeder 20 mit dem Querschlitten 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 der Kompensationseinrichtung 3 mit einer minimalen Kraft hergezogen werden. Die Kompensationseinrichtung 3 trägt - wie bereits erläutert - die beweglichen Lasten, also den Längsschlitten 8 und den Querschlitten 10. so daß diese auf den Schlitten-Führungsrahmen 2 keine oder minJcstens nur sehr kleine, willkürlich bestimmbare Kräfte ausüben. Dies macht es möglich, den Führungsrahmen 2 ohne übertriebenen Aufwand ausreichend starr auszubilden.

Der Tragrahmen 4 weist eine Grundplatte 21 auf. auf der ein Arbeitstisch 22 für die zu messenden oder zu zeichnenden Teile angeordnet ist. Diese Grundplatte 21 ist starr mit drei L-förmigen Elementen oder Trägern 23 verbunden, welche am Oberteil ihres vertikalen Abschnitts drei starre Stützglieder oder -stellen 24 für den Schlitten-Führungsrahmen aufweisen. Die Stützglieder 24sind so konstruiert, daß der Senil· ten-Führungsrahmen 2 statisch bestimmt abgestützt wird, und zwar nicht nur in vertikaler, sondern auch in Querrichtung.

Der Tragrahmen 4 ist mittels elastischer Trageglieder oder Federn 25 an den Slützsäulen 1 aufgehängt. Die Federn 25 sind notwendigerweise sehr wenig starr, da sie die vom Boden kommenden niederfrequenten Schwingungen ausfiltern sollen. Infolgedessen nimmt die Maschine jedes Mal, wenn ein Werkstück auf den Tisch 22 gelegt wird, eine bestimmt· Lage ein, da die Reaktionen der elastischen Trage glieder 25 entsprechend dem Gewicht und der Lagt des Werkstücks ausfallen.

Eine Vorrichtung mit einem Motor 26, einen· Zahnriemen 27, einem Schneckenrad 28 und einen Schrägzahnrad 29 ermöglicht die Übertragung vor Bewegung auf eine Schraube 30, deren Gewinde ir ein Innengewinde 31 im Schrägzahnrad 29 eingreift vgl. insbesondere Fig. 2,

Die Schraube 30 weist eine Längsnut 32 auf, in welche zur Drehsicherung ein Keil 33 eingreift, und sie ist über ein Kugelgelenk 34 mit der Federanordnung 25 verbunden. An ihrem unteren Ende ist diese Fe-

»5 deranordnung 25 über ein zweites Kugelgelenk 35, eine Stange 36 und ein drittes Kugelgelenk 37 sowie eine Stange 38 mit dem L-förmi^en Träger 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

^a5 einfach die Motoren 26 betätigi, welche entsprechend den Erfordernissen die Trageglieder 25 nach oben odej nach unten bewegen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einstellen der vertikalen Parallelität der Längsträger 5 des Schlitten-Führungsrahmens 2. Diese Einstellung wird erforderlich, weil die Träger 5 und 6, welche zum Führungsrahmen 2 gehören, infolge ihrer Größe getrennt bearbeitet und transportiert werden müssen. Bei der Endmontage ist es dann möglich, diese Träger perfekt auszurichten, und falls zu diesem Zeitpunkt Parallelitätsfehler ermittelt werden, kann man sie leicht ausschalten.

Die Einstellvorrichtung weist eine einstellbare Torsionswelle 39 auf. welche am einen Ende 40 starr am Querträger 6 befestigt ist. während ihr anderes Ende 41 frei verdrehbar ist. Die Welle 39 kann mittels an Schwenkgliedcrn 43 angreifenden Schrauben 42 verdreht werden.

Die Drehsteifigkeit der Torsionswelle 39 ist mindestens 5<>mal kleiner als diejenige des Querträgers 6. so daß es zur Verdrehung des Trägers 6 um einen bestimmten Winkel erforderlich ist. die Welle 39 um einen üOrnai größeren Winkel zu verdrehen. Dies ermöglicht eine präzise Einstellung der Torsion des Trägers 6. auch bei sehr kleinen Winkeln. Ersichtlich verdrehen sich die beiden Längsträger 5, welche fest mit dem Querträger 6 verbunden sind, relativ zueinander um die Achse des Trägers 6, bis die gewünschte Ausrichtung erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

41C1

Claims

Patentansprüche:

1. Gesteil einer Meß- oder Werkzeugmaschine, das über drei starre St-itzglieder statisch bestimmt auf dem Fundament gelagert ist und einen Arbeitstisch zur Aufnahme des Werkstücks sowie mindestens zwei relativ zum Arbeitstisch bewegliche Schlitten aufweist, von denen mindestens einer zur verschieblichen Halterung eines das Werkzeug tragenden Glieds ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein über drei elastisch« Tragglieder (25) an die starren Stützglieder bildenden Säulen (1) aufgehängter Tragrahmen (4) vorgesehen ist, mit dem der Arbeitstisch (22) fest verbunden ist,

b) ein Schlitten-Führungsrahmen (2) vorgesehen ist, der an drei Stellen (24) auf dem Tragrahmen (4) abgestützt ist und

c) an zwei der drei starren Stützsäulen (1) eine Kompensationseinrichtung (3) angelenkt ist, an der der Längs- (8) und der Querschlitten (10) über elastische Tragglieder (18. 20) abgestützt sind.

2. Gestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufhängung des Tragrahmens (4) dienenden elastischen Tragglieder (25) unabhängig voneinander längenverstellbar und damit in ihrer Stützwirkung einstellbar sind.

3. Gestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten-Führungsrahmen (2) U-förmig ausgebildet ist.

4. Gestell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Schlitten-Führungsrahmen (2) drei zusammengesetzte Träger (5. 6) aufweist, von denen die beiden Längsträger (5) über eine im Querträger (6) angeordnete, einstellbare Torsionswelle (39) miteinander verbunden sind.

5. Gestell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (4) drei L-formige Träger (23) aufweist, deren Horizontalschenkel über eine den Arbeitstisch (22) tragende Grundplatte (21) starr miteinander verbunden sind und deren Vertikalschenkel die Stützstellen (24) für den Schlitten-Führungsrahmen (2) aufweisen.

6. Gestell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (3) zwei Paare von Lenkern (14) aufweist, die einerseits an den starren Stützsäulen (1) angelenkt und andererseits über ein Koppelglied (17) gelenkig miteinander verbunden sind.

7. Gestell nach Anspruch ft, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitten (8) mit jedem Lenkerpaar (14) über ein elastisches Tragglied (18) verbunden ist.

8. Gestell nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitten (10) über ein an einem auf dem Koppelglied (17) verschiebbaren Luftkissenlager (19) befestigtes elastisches Tragglied (20) mit den Lenkerpaaren (14) ver-Duniien ist.

Die Erfindung betrifft ein Gestell für eine Meßoder Werkzeugmaschine, das über drei starre Stützglieder statisch bestimmt auf einem Fundament gelagert ist und einen Arbeitstisch zur Aufnahme eines Werkstücks sowie mindestens zwei relativ zum Arbeitstisch bewegliche Schlitten aufweist, von denen mindestens einer zur verschieblichen Halterung eines das Werkzeug tragenden Glieds ausgebildet ist.
Eine Maschine dieser Art ist bekannt aus dem Pro-

»° spekt MP-5E der Firma Societe Genevoise d'Instruments de Physique. Diese Maschine weist ein schweres Gestell mit einem darauf angeordneten Arbeitstisch auf, wobei dieses Gestell über drei starre Stützglieder statisch bestimmt auf einem Fundament aufliegt. Dieses schwere und auch äußerst starre Gestell tragt seinerseits die Aufbauten, an denen die verschiedenen Schütten geführt sind. Da es alle Belastungen aufnehmen muß, ist eine solche schwere Konstruktion erforderlich, damit nicht im Betrieb unzulässige Verfor-

sk> mungen auftreten können, welche naturgemäß die Meßpräzision einer solchen Maschine in unzulässiger Weise beeinträchtigen würden. Dies führt in der Praxis zu überschweren Konstruktionen, da bei der Größe solcher Maschinen die Stützglieder notwendigerweise

*5 weit voneinander entfernt sind und das Gestell demzufolge entsprechend schwer ausgebildet werden muß, damit es genügend starr ist. Dasselbe gilt, wenn auf einer solchen Maschine schwere Werkstücke bearbeitet werden müssen. Auch diese Verwendung setzt bei einer Präzisionsmaschine dieser Bauart außerordentlich schwere und robuste Konstruktionen voraus.

Ferner werden bei solchen bekannten Maschinen die vom Werkstattboden kommenden Schwingungen meist nur ungenügend gedämpft und würden dann störend auf das Ergebnis einwirken. Man ist zum Eliminieren solcher Schwingungen deshalb gezwungen, für solche Maschinen als Fundament große Betonblöcke zu verwenden und diese ihrerseits auf elastischen Unterlagen anzuordnen, um so diese Schwingungen möglichst stark auszufiltern und zu dämpfen. All dies erhöht aber die Kosten stark und führt zu komplizierten und aufwendigen Lösungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Maschinen der eingangs genannten Art zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Maschine dadurch erreich*, daß

a) ein über drei elastische Tragglieder an die starren Stützglieder bildenden Säulen aufgehängter Tragrahmen vorgesehen ist, mit dem der Arbeitstisch fest verbunden ist.

b) ein Schlitten-Führungsrahmen vorgesehen ist, der an drei Stellen auf dem Tragrahmen abgestützt ist und

c) an zwei der drei starren Stützsäulen eine Kompensationseinrichtung angelenkt ist, an der der

Längs- und der Querschlitten über elastische Tragglieder abgestützt sind.
Ein solches Gestell vermeidet im wesentlichen die erwähnten Nachteile, da der Tragrahmen, der Schlitten-Führungsrahmen und die Kompensationseinrichtung jeweils optimal an ihre Funktion angepaßt sein können: der Tragrahmen trägt-über den Arbeitstisch - das Gewicht des Werkstücks. Dieses Gewicht kann den Tragrahmen zwar verformen, doch ändert sich z. B. während eines Meßvorgangs diese Verformung nicht, stört also nicht bei der Messung. Der Schlitten-Führungsrahmen bleibt von einer etwaigen Verformung des Tragrahmens unbeeinflußt, da er statisch