DE2426409A1

DE2426409A1 - Einrichtung zur feinverstellung einer werkzeugaufnahme einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2426409A1
Application number: DE19742426409
Authority: DE
Inventors: Dieter Eysel; Wilfried Gerk; Gerhard Klee
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1975-12-11
Also published as: JPS50153375A; US3977194A; JPS5430552B2

Description

HEINZ H. PUSCH/VtANN · PAIiNTANWALT

8021DE15ENHOFEN t. MürAen

Am Steig 8 . Telefon 0811/6133297 2426409

SAMSON APPARATEBAU AG Deisenhofen, 30.05.74

βοοο Frankfurt/M. 1 P 232/74

Weismüllerstraße 3 Pu/sz

Einrichtung zur Feinverstellung einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Feinverstellung einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine, bestehend aus einem pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer und einem mit diesem in Wirkverbindung stehenden Druck-Weg-V/andler als Stellglied, wobei der gegenüber dem hydraulischen Zylinder des Druckübersetzers abgedichtete hydraulische Kolben und der mittels einer im Gehäuse des Druckübersetzers eingespannten Rollmembran abgedichtete pneumatische Kolben fest miteinander verbunden sind, während das Stellglied eine mittels eines Parallelfedergelenkes parallel zu sich selbst verschiebbar gelagerte Werkzeugaufnahme aufweist, die von mindestens einer Dehnbüchse beaufschlagt ist.

Bei einer derartigen durch die DT-OS 2 034 6ol bekannten Einrichtung besteht das Stellglied aus zwei flanschartigen, über zwei Blattfedern miteinander verbundenen Bauteilen mit einander gegen-

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überliegenden und einander zugewandten Fortsätzen, zwischen denen zwei nebeneinanderliegende Dehnbüchsen angeordnet sind. Der Druckübersetzer ist in einem Schaft untergebracht, an dessen einer Stirnseite das Stellglied angeflanscht ist.

Eine solche Ausbildung ist aufwendig. Die einzelnen Bauteile sind infolge ihrer komplizierten Form schwer herstellbar. Der Zusammenbau erfordert viel Zeit. Die verwendeten Dehnbüchsenpaare müssen jeweils gleiche Stelleigenschaften aufweisen. Die starre Zuordnung von Druckwandler und Stellglied beschränkt die Einsatzmöglichkeit. Da Druckübersetzer und Stellglied unmittelbar miteinander verbunden sind, also eine relativ große Masse bilden, bewirken die Massenkräfte der die genannte Einrichtung tragenden Teile von Werkzeugmaschinen Verfälschungen des Stellsignals und damit des zugeordneten Stellweges. Zwar kann durch Ausgleichgewichte eine gewisse Abhilfe geschaffen werden, dies ist jedoch eine weitere Erschwerung der Fertigung. Hierbei ist zu beachten, daß die Störgrößen bei solchen Feinverstelleinrichtungen bereits in der Größenordnung ihrer Stellwege liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Feinverstellung von Werkzeugaufnahmen zu schaffen, die nach Art von miteinander beliebig kombinierbaren Bausteinen ausgebildet ist und deren Einzelteile fertigungstechnisch einfach und leicht montierbar sind und die bezüglich der Ausbildung von Druckübersetzer und Stellglied so miteinander kombinierbar sind, daß bei ihrem Einsatz in Verbindung mit bewegten Teilen einer Werkzeugmaschine Rückwirkungen infolge der sich ergebenden Massenkräfte auf das Stellsignal weitgehend verringert sind und bei der darüber hinaus auch dafür Sorge getragen ist, daß Verfälschungen des. Stellsignals durch Leckverluste des Druckwandlers nicht auftreten können.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Stellglied ein die Vierkzeugaufnahme aufweisendes quader- oder zylinderförmiges Gehäuse ist,

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das sur Bildung von als Parallelfedergelenk wirkenden steifen Flächenelementen jeweils paarweise angeordnete, parallel zur Werkzeugaufnähme verlaufende Bohrungen aufweist, von denen die nebeneinanderliegenden Bohrungen eines jeden Bohrungspaares durch je eine sich längs ihrer Mantelfläche erstreckende Trennfuge und die einander schräg gegenüberliegenden Bohrungen der Bohrungspaare durch eine weitere ihre Mantelfläche verbindende Trennfuge miteinander verbunden sind, während in einer rechtwinklig zu diesen Bohrungen verlaufenden Ausnehmung des Gehäuses die die Flächenelemente beaufschlagende Dehnbüchse angeordnet ist, und daß Druckübersetzer und Stellglied unter Zwischenschaltung einer starren oder flexiblen Druckleitung in unterschiedlicher räumlicher Zuordnung miteinander unmittelbar oder hinsichtlich ihrer Massen entkoppelt miteinander verbindbar sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kommuniziert der im Gehäuse des Druckübersetzers befindliche hydraulische Zylinder über eine ein Rückschlagventil aufweisende Bohrung mit einem im Gehäuse angeordneten Druckmittel-Reservoir", das von einem federbelasteten Kolben beaufschlagt ist.

Bei der erfindungsgemäßen integralen Ausbildung des Stellgliedes fallen Ungenauigkeiten infolge von Verschiebungen und Reibungen zwischen einzelnen zusammengefügten Teilen, wie dies beim bekannten Stellglied der Fall ist, fort. Die Federsteife der durch die Bohrungen gebildeten Flächenelemente ist so groß, daß strenge Linearität zwischen der Größe des Druckes und der Auslenkung der Werkzeugaufnahme in dem hier interessierenden Bereich gewährleistet ist. Ist das Gehäuse zylinderförmig, so ist das Stellglied mit Ausnahme der Dehnbüchse ein einfaches rotationssymmetrisches Drehteil.

Der Druckwandler ist in seiner Konfiguration und Größe dem Stellglied angepaßt. Durch die Ausbildung von Stellglied und Druckwandler als selbständige Baugruppen können diese je nach Art der da-

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mit auszustattenden Werkzeugmaschine als voneinander getrennte Baugruppen oder als gemeinsame Baugruppe zum Einsatz gelangen.

Damit lassen sich selbst schwierige Raumprobleme meistern, insbesondere aber auch Bohrmaschinen mit solchen Einrichtungen ausstatten, da in diesem Falle das mit einer flexiblen Druckleitung mit dem Druckwandler verbundene Stellglied massearm ist und wenig Raum beansprucht, so daß beispielsweise die Masse eines hydraulisch geführten Kopierfingers einer Kopiereinrichtung oder eines Bohrwerkzeuges nicht wesentlich vergrößert wird.

Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Nachfülleinrichtung am Druckwandler mehrere Millionen Schaltspiele des Hydraulikkolbens ohne daß sich trotz unvermeidlichen Leckverlusten an den Kolbendichtungen die Genauigkeit der Einrichtung zur Feinverstellung ändert.

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der aus Druckübersetzer und Stellglied bestehenden Einrichtung zur Feinverstellung eines Werkzeuges gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Stellgliedes der Einrichtung nach Fig. 1 und

Figur J> die Seitenansicht nach Fig. 2, teilweise aufgeschnitten.

Bei einer aus einem pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer I und einem mit diesem über eine Druckleitung III verbundenen Druck-Weg-Wandler als Stellglied II bestehenden Einrichtung zur Feineinstellung eines Werkzeuges bilden, wie Fig. 1 zeigt, Druckübersetzer und Stellglied voneinander räumlich getrennte, hinsichtlich ihrer Massen entkoppelte Baugruppen.

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Der Druckübersetzer I besteht aus einem quader- oder zylinderförraigen Gehäuse 1 mit einem Gehäusedeckel 2, zwischen denen eine Rollmembran 3 eingespannt ist. Diese wirkt mit einem Pneumatikkolben 4 zusammen, der mit einem Hydraulikkolben 5 verbunden ist. Eine Feder β hält die Kolben in der in der Zeichnung dargestellten Ruhelage. Über Dichtungen 7 ist der Hydraulikkolben gegenüber seinem Zylinderraum 8 abgedichtet. Über einen Anschluß 9 kann der Pneumatikkolben von Druckluft beaufschlagt werden.

Die Druckleitung III verbindet den Zylinderraum 8 mit dem Stellglied II, das in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein quader förmiges, in der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsform zylinderförmiges Gehäuse Io aufweist.

Des besseren Verständnisses halber sei das Stellglied nunmehr anhand der Figuren 2 und j5 beschrieben.

Das rotationssymmetrische Gehäuse Io weist, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, in seinem hülsenförmigen Zylindermantel 11 vier parallele, einander paarweise gegenüberliegende Bohrungen 12, 13 und 14, 15 auf, die sich tangential zur Zylindermantelfläche erstrecken. Die jeweils nebeneinanderliegenden Bohrungen 12 und 13 bzw. 14 und 15 sind durch je eine radiale Trennfuge oder Schlitz 16 bzw. 17 miteinander verbunden.

Ein weiterer tangentialer Schlitz 18, der sich längs der Mantelfläche der Bohrungen 12 und 15 erstreckt, verbindet die nahe der Basisfläche 2o liegende Bohrung 15 des einen Bohrungspaares mit der nahe der Werkzeuganschraubseite 21 liegenden Bohrung 12 des anderen Bohrungspaares.

Auf diese Weise entstehen an den einander gegenüberliegenden Seiten des Zylindermantels 11 Stege 22 und 23, in die durch spanabhebendes Bearbeiten Ausnehmungen 24 und 25 einbringbar sind. Hierdurch ist die Steifigkeit der als Federn dienenden Stege veränderbar oder justierbar.

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An der Basisfläche ist ein flanscharti.^er Fortsatz 27 vorgesehen, der dem Einspannen des als Werkzeugträger dienenden Gehäuses lo, z.B. in einer Bohrspindel, dient. Die Werkzeuganschraubseite 21 v/eist in einem Spannring 26 drei nicht dargestellte Gewindelö'cher auf, die dem Einspannen einer hier· nicht dargestellten Werkzeuges dienen.

Eine an ihren Stirnseiten J>1 und 32 abgerundete, über Schrauben 29 an der Basisfläche 2o befestigte Dehnbüchse 3° einer Bauart, wie sie beispielsweise in der DT-OS 1 5o2 583 beschrieben ist, wird von der inneren Zylindermantelfläche des Gehäuses Io umfaßt und über ein Bohrungssystem 33* lA mit einem Druckmedium versorgt.

Hierbei stützt sich die Stirnseite 32 auf den mit der Basisfläche 2o starr verbundenen Teil 38 des Gehäuses Io und die Stirnseite 31 ^auf dem mit der Basisfläche nur noch, über den Steg 23 federnd verbundenen Teil 39 ab, so daß bei Ausdehnung der Dehnbüchse die Werkzeuganschraubseite gegenüber der Basisseite quer verschiebbar ist. Da die Werkzeuganschraubseite aber noch über den Steg 22 ebenfalls mit der Basisseite federnd verbunden ist, erfolgt diese Verschiebung parallel zur Symmetrielinie des als Werkzeugträger dienenden Gehäuses lo, also parallel zur Oberfläche der Einspannplatte 26.

Die durch die geschlitzten Bohrungen erzeugten Stege 22 und 23 bilden also eine Parallelfeder hoher Steifigkeit, die mit hoher Genauigkeit eine Parallelverschiebung der Werkzeuganschraubplatte gegenüber der Einspannplatte ermöglichen.

In Fig. 1 sind die gleichen Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Auch hier kann also die Werkzeugaufnahme 26' in der Zeichenebene parallel zu sich selbsb - also zur rechten Stirnseite - verschoben werden, wenn ein Druckmedium über die Leitung III und das Bohrungssystem 33, 34 der Dehnbüchse 30 zugeführt'

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Mit dein Gehäuse 1 des Druckübersetzers I ist eine Machfülleinrichtung 4o verbunden, durch die die Leckverluste des Hydraulikkolbens 4 ständig ausgeglichen werden. Hierzu ist ein Flüssigkei'csreservoir 41 vorgesehen, das mittels eines von einer Feder 42 belasteten Kolbens 4j5 ständig unter Druck gehalten ist. Sinkt der Druck beim Rückgang des Hydraulikkolbens 4 unter einen vorbestimmten Wert ab, so öffnet ein in einer Zuleitung 44 befindliches Rückschlagventil 45· Es kann nunmehr Flüssigkeit, also Öl aus dem Reservoir 41 in den Zylinderraum 8 einfließen.

Das in den Figuren 2 und 5 dargestellte Stellglied dient vorzugsweise der Aufnahme einer Bohrstange, es handelt sich hier also um ein schnell bewegtes Bauteil. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dient das Stellglied dagegen der Aufnahme eines Drehstahles. Hier führt also das Werkstück die schnelle Drehbewegung aus.

Die Bauteile I und II können mit ihren einander zugewandten Stirnseiten "unmittelbar aneinandergrenzend, im gezeigten Abstand oder auch in ihren Ebenen vertauscht, zum Einsatz gelangen. Im ersten Falle genügt als Druckleitung lediglich eine beide Baugruppen miteinander verbindende Bohrung. Im letzten Falle muß die Druckleitung III flexibel ausgebildet sein, um die jeweils gewünschte Zuordnung von Druckübersetzer I und Stellglied II zu ermöglichen. Selbstverständlich ist als Stellglied II auch das zylinderförrnige Stellglied gemäß der Figuren 2 und 3 verwendbar, was die eingangs genannten Vorteile beim Einsatz der Einrichtung an Bohrmaschinen bringt. In diesem Falle ist auch der Druckübersetzer I zylinderförmig ausgebildet.

Wird dem Anschluß 9 ein einer gewünschten Korrekturgröße entsprechender Luftdruck zugeführt, so drückt der Pneumatikkolben auf den Hydraulikkolben 4 und erzeugt einen im Verhältnis der beiden Kolbenflächen vergrößerten hydraulischen Druck, der über die Leitung III auf die Dehnbüchse und damit auf das Stellglied wirkt. Die federnden Flächenteile 22 und 27) sind in ihrer Steife so ausgelegt, daß in Abhängigkeit der Eingangsgrößen, z.B. o,2 bis

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4 kp/em , jedem Druckviert innerhalb dieses Bereiches ein ganz bestimmter Weg zwischen O und' 2ooyu möglichst genau zugeordnet ist. Das Stellglied und damit das Werkzeug wird also um sehr kleine Wege verstellt, wobei der hydraulische Arbeitsdruck um den Faktor loo bis looo größer ist als der Druck der pneumatischen Hilfsenergie.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche

1.jEinrichtung zur Feinverstellung einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine, bestehend aus einem pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer und einem mit diesem in Wirkverbindung stehenden Druck-Weg-Wandler als Stellglied, wobei der gegenüber dem hydraulischen Zylinder des Druckübersetzers abgedichtete hydraulische Kolben und der mittels einer im Gehäuse des Druckübersetzers eingespannten Rollmembran abgedichtete pneumatische Kolben fest miteinander verbunden sind, während das Stellglied eine mittels eines Parallelfedergelenkes parallel zu sich selbst verschiebbar gelagerte Werkzeugaufnahme aufweist, die von mindestens einer Dehnbüchse beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (II) ein die Werkzeugaufnahme (26) aufweisendes quader- oder zylinderförmiges Gehäuse (lo) ist, das zur Bildung von als Parallelfedergelenk v/irkenden steifen Flächenelementen (22, 23) jeweils paarweise angeordnete, parallel zur Werkzeugaufnähme verlaufende Bohrungen (12 bis 14) aufweist, von denen die nebeneinanderliegenden Bohrungen eines jeden Bohrungspaares (12/13, 14/15) durch je eine sich längs ihrer Mantelfläche erstreckende Trennfuge (16, 17) und die einander schräg gegenüberliegenden Bohrungen (12, 15) der Bohrungspaare durch eine weitere, ihre Mantelfläche verbindende Trennfuge (18) miteinander verbunden sind, während in einer rechtwinklig zu diesen Bohrungen verlaufenden Ausnehmung (38) des Gehäuses (lo) die die Flächenelemente beaufschlagende Dehnbüchse (3I) angeordnet ist, und daß Druckübersetzer (I) und Stellglied (II) unter Zwischenschaltung einer starren oder flexiblen Druckleitung (III) in unterschiedlicher.räumlicher Zuordnung miteinander unmittelbar oder hinsichtlich ihrer Massen entkoppelt miteinander verbindbar sind.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.3 der im Gehäuse (1) des Druckübersetzers (I) befindliche hydraulische Zylinder (8) über eine ein Rückschlagventil (45) aufweisende Bohrung (44) mit einem im Gehäuse angeordneten Druckmittel-Reservoir (41) kommuniziert, das von einem federbelasteten Kolben (43) beaufschlagt ist.

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