DE2450322B2

DE2450322B2 - Einrichtung zur kompensation der waermedehnung eines werkzeugmaschinenteils

Info

Publication number: DE2450322B2
Application number: DE19742450322
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7239 Trichtingen Huber
Original assignee: Friedrich Deckel AG, 8000 München
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1974-10-23
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2450322A1; DE2450322C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Wärmedehnung in der Längsrichtung eines eine Arbeitsspindel in einem Werkzeugkopi tragenden Werkzeugmaschinenteils, das als getrenntes Bauteil auf einem Werkzeugmaschinengrundkörper geführt ist und auf seiner der Spindel abgewandten Seite in einem Befestigungspunkt einen sich in Längsrichtung des Werkzeugmaschinenteils erstreckenden, im Wärmekontakt mit diesem stehenden Wärmedehnstab trägt, während ein zweiter Befestigungspunkt am spindelseitigen Ende des Wärmedehnstabes in Ausnutzung der dem Werkzeugmaschinenteil gleichen Wärmedehnung des Wärmedehnstabes als die Entfernung zur Spindelachse nicht ändernder Bezugspunkt in der Festlegung der Spindelachse gegenüber dem Maschinengrundkörper dient.

Ein wesentliches Problem bei modernen Präzisionswerkzeugmaschinen besteht darin, daß im allgemeinen die Position des Werkzeuges nicht am Ort des Werkzeuges selbst gemessen werden kann, sondern z. B. aus der Position des das Werkzeug bzw. den Werkzeugkopf tragenden Werkzeugschlittens bestimmt werden muß. Bei einer bestimmten, unveränder- liehen Betriebstemperatur der Maschine ist das ohne Fehler möglich, da dann die Position des Werkzeug schlittens der Position des dairiit fest verbundenen Werkzeuges stets entspricht. Inn allgemeinen weicht jedoch die Position des Werkzeuges von der durch den Einstellmaßstab angezeigten Position des Werkzeugschlittens ab, da sich dieser in Abhängigkeit von der Arbeitsbelastung, der Betriebszeit, der Raumtemperatur

usw. ständig unterschiedlich erwärmt und ausdehnt.

Es ist bereits eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher der zweite Befestigungspunkt des Dehnstabes mit dem Maschinengrundkörper verbunden ist (DT-PS 10 10 802). Bei einer Ausdehnung des Wärmedehnstabes wird demnach das den Werkzeugkopf tragende Maschinenteil entgegengesetzt zur Ausdehnungsrichtung des Maschinenteils selbst verschoben. Durch eine passende Auswahl der Länge des Dehnstabes und seines Ausdehnungskoeffizienten kann der Werkzeugversatz infolge Wärmedehnung des Maschinenteils deshalb zumindest theoretisch weitgehend kompensiert werden.

Diese bekannte Lösung ist verhältnismäßig aufwendig und muß schon bei der Konstruktion der Maschine berücksichtigt werden. Für einen nachträglichen Einbau ist in der Regel der erforderliche Einbauraum nicht gegeben. Außerdem ist diese Einrichtung nicht zum Einbau bei Werkzeugmaschinen geeignet, bei denen das Werkzeug auf einem vorschubbeweglichen Werkzeugschlitten mit Einstellmaßstab angeordnet ist, da bei der Kompensierungsbewegung des Werkzeugschlittens auch der Maßstab mit verschoben würde, so daß nach der Korrektur zwar die Position des Werkzeuges der Sollstellung entspricht, die Positionsanzeige jedoch einen falschen Wert anzeigt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung ist, daß der Dehnstab selbst die Verstellkraft aufbringen muß. Da die Belastung vor allem bei größeren Fräswerken sehr unterschiedlich ist, überlagert sich der Wärmespannung im Dehnstab stets die wechselnde Spannung aus den Bearbeitungskräften, so daß die Kompensationsgenauigkeit von der Bearbeitungskraft abhängt. Die bekannte Einrichtung ist deshalb z. B. für größere Fräswerke od. dgl. nicht brauchbar.

Schließlich arbeitet die bekannte Einrichtung wie alle derartigen Systeme nur in einem bestimmten Bereich genau. Es ist deshalb ein erheblicher Nachteil, daß diese Einrichtung nicht ausschaltbar ist, wenn ihr Fehler zu groß wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach und preiswert ist, sich zum nachträglichen Einbau in Werkzeugmaschinen beliebiger Größe eignet und die auch bei vorschubbeweglichen Werkzeugmaschinenschlitten verwendbar ist

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Anwendung auf einen in bekannter Weise mit einer aus seitlichem Maßstab und Einstellmarke bestehenden Einstelleinrichtung versehenen Werkzeugmaschinenschlitten als dem auf dem Maschinengrundkörper geführten Werkzeugmaschinenteil der zweite als Bezugspunkt in der Festlegung der Spindelachse gegenüber dem Werkzeugmaschinenkörper dienende Befestigungspunkt des Dehnstabes mit dem Maßstab bzw. der Einstellmarke verbunden ist.

Bei einer Erwärmung oder Abkühlung des Werkzeugmaschinenschlittens und damit verbundener Längenän derung desselben ändert auch der Dehnstab seine Temperatur und seine Länge entsprechend, so daß sich, unabhängig von der Stellung des Schlittens, die Einstellung der Ablesemarke gegenüber dem Maßstab ändert. Diese Einstellungsänderung entspricht dem Versatz des Werkzeuges. Durch die Längenänderung des Dehnstabes wird also nicht unmittelbar der Werkzeugversatz korrigiert, sondern die Anzeige der Einstelleinrichtung an den Fehler angepaßt, so daß dieser Fehler sichtbar wird. Er kann dann durch die

vorgesehenen Positioniereinrichtungen, ζ. B. durch die Bedienungsperson von Hand oder über Verstellmotoren usw., korrigiert werden. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob der Maßstab oder die Ablesemarke d)i«"ch den Dehnstab verschoben wird, wenn nur die Anzeige im Sinne des Werkzeugversatzes verstellt wird.

Eine derartige Einrichtung mit den als erfinderisch beanspruchten Merkmalen kann ohne größere Eingriffe in die Struktur auch nachträglich in fast alle Werkzeugmaschinen eingebaut werden. Sie kann jederzeit ausgeschaltet weiden, indem ihre Anzeige nicht beachtet wird, wenn z.B. der Fehler der Einrichtung einen bestimmten Betrag übersteigt. Außerdem ist die Einrichtung unabhängig von den Bearbeitungskräften, da sie nur eine Fehleranzeige gibt und nicht die ,₅ Kompensationsbewegung selbst erzeugen muß. Die Einrichtung ist auch bei längsverschiebbaren Spindelköpfen verwendbar, da sie sich nicht gegen den festen Maschinenständer abstützt. Schließlich ist noch ais Vorteil anzusehen, daß die Einrichtung auch bei modernen, numerisch gesteuerten Maschinen verwendet werden kann, indem die Fehleranzeige als Signa! for die Nachsteuerung mittels der vorhandenen Stellmotoren dient.

Es kann entweder der Ablesemaßstab oder die Ablesemarke am Maschinengrundkörper fest angeordnet und der jeweils andere Teil der Ableseeinrichtung mit dem Dehnstab verbunden sein.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Haiuptanspruch liegt der Maßstab auf dem Dehnstab selbst mit einer wärmeisolierenden Zwischenschicht -uif, so daß die Länge des Dehnstabes gleichzeitig die Gesamtlänge der Einrichtung ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g-1 eine schematische Seitenansicht einer Universal-Fräs- und Bohrmaschine mit einem am Maschinenständer befestigte.i linearen Einstellmaßstab und demgegenüber verschiebbar am Werkzeugschlitten angeordneter Ablesemarke,

F i g. 2 eine Seitenansicht gemäß F i g. 1 mit einem am Werkzeugschlitten verschiebbar angeordneten Einstellmaßstab,

Fig.3 eine vergrößerte Darstellung einer Einrichtung etwa gemäß F i g. 2 im Bereich des Einstellmaßstabes mit einer Ableseoptik,

F i g. 4 und 5 vergrößerte Detaildarstellungen dör Befestigung des Einstellmaßstabes gemäß F i g. 3.

Die in F i g. 1 dargestellte Fräs- und Bohrmaschine umfaßt einen Maschinenständer 2, einen darauf Sn Querrichtung verschiebbar gelagerten Werkzeugschlitten 4 sowie einen darauf befestigten Werkzeugkopf .6, beispielsweise einen Bohrkopf mit vertikaler Spindel 8. Zum Aufspannen des Werkstückes ist ein Werkstücktisch 10 an der Frontseite des Maschinenbeites vorgesehen.

Zur Positionierung des Werkzeugschlittens 4 ist ein Maßstab 12 vorgesehen, welcher fest mit dem Maschinenständer verbunden ist. Die mit dem Maßstab zusammenwirkende Einstellmarke 14 ist in Richtung der Bewegung des Werkzeugschlittens 4 verschiebbar auf diesem gelagert. Der Betrag dieser Verschiebbarkeit liegt in der Größenordnung des möglichen Versatzes des Werkzeuges bzw. der Spindel 8, welcher beispielsweise 1 mm oder weniger betragen kann.

Zur Verschiebung der Einstellmarke dient ein Dehnstab 16, welcher mit seinem der Spindel abgewandten Ende mittels einer Schraube 18 auf dem Werkzeugschlitten 4 befesti,
Ende mit der Einstellmarki
Dehnstab liegt beispielswe
großen Berührungsfläche au
auf, so daß er sich ohne zeil
Temperatur des Werkzeugsc
riai für den Dehnstab kommt
Material und Länge sind so
daß die Verschiebung der
Versatz des Werkzeuges cntsj
Die Verschiebung der Eins
gleichen Richtung wie der
Wärmedehnung des Werkzeii
die Spindel 8 beispielsweise
auch die Einstellmarke nach I:
Abweichung der Anzeige des

ren., muß der ganze Werkzeugschlitten 4 nach rechts

auch der Spindelversatz

20 und die Einstellmarke in F i g. 1 vertauscht. Die inenständer fest angeordiglich am Werkzeugschlit- l der Spindel 8 nach links ung des Maßstabes nach rschieben des Werkzeugs der üblichen, für dessen Antriebe wieder kompender Spindel sowie die wieder ihren Sollwert

ig zur Kompensierung des maß F i g. 2 nochmals

versetzt werden, wodurch
ausgeglichen wird.

In F i g. 2 sind der Maßstat
22 gegenüber der Anordnunj
Einstellmarke 22 ist am Mascl
net, der Maßstab 20 längsbew
ten 4 gelagert. Einem Versat
entspricht auch die Verschie
links. Beide werden durch Vi
Schlittens 4 nach rechts mitte
Positionierung vorgesehenen
siert, so daß die Position
Einstellung des Maßstabesl
annehmen.

In F i g. 3 ist eine Einrichtui
Werkzeugversatzes etwa g<
vergrößerter Darstellung g<
Spindel 32 verschiebt sich
Maschine um den Betrag »;
bemerkt, daß sich der Betraj
nung »a«: des Werkzeugs«
Wärmedehnung des Werkzei
zen kann, was jedoch belj
Wärmedehnung des die Vers
bes bewirkenden Dehnstabes
»s« abgestimmt ist.

Der Maßstab 38 liegt au
Aluminium auf. Dieser ist mi
mit dem V/erkzeugschlitten 3|

nach links ausdehnen kann. JDas linke Ende 44 ist mit dem Maßstab 38 verbunden ii
Die Einstellmarke 46 ist in
Ableseoptik ausgeführt, die s
48 und dem Ablesegerät
Ableseoptik ermöglicht eil
Einstellung der Position des

t und mit seinem freien 14 verbunden ist. Der se mit einer möglichst dem Werkzeugschlitten iche Verzögerung an die ihttens anpaßt. Als Mate-ίι:. B. Aluminium in Frage, aufeinander abgestimmt, Ablesemarke stets dem rieht.

eilmarke 14 erfolgt in der ersatz der Spindel 8 bei gschlittens. Wird in F i g. 1 nach links versetzt, wird nks verschoben. Um diese Maßstabes zu kompensie-

zeigt. Die Achse 30 infolge Erwärmung

in der der

k< nach links. Es sei hier »5« aus der Wärmedehhlittens 34 sowie einer Igkopfes 36 zusammensetnglos ist, wenn nur die ellung des Einstellmaßstaauf den gesamten Versatz

einem Dehnstab 40 aus

seinem rechten Ende 42

I verbunden, so daß er sich

nd nimmt diesen mit.

vorliegenden Beispiel als ch z. B. aus dem Projektor JO zusammensetzt. Diese ie wesentlich genauere

Werkzeugschlittens und

wird dem meist nur geringen Versatz des Werkzeuges besser gerecht.

Die F i g. 4 und 5 zeigen im Detail eine konstruktive Möglichkeit der Befestigung des Maßstabes 38 aus F i g. 3 auf dem Werkzeugschlitten. Der Maßstab liegt auf dem Aluminium-Dehnstab 40 auf und ist mit diesem über den !Bolzen 54 verbunden. Der Dehnstab selbst ist mittels des Bolzens 56 in der T-Nut 58 des Werkzeugschlittens 34 befestigt

Zwischen dem Dehnstab 40 und dem Maßstab 38 ist eine Isolierschicht 60 vorgesehen, die verhindern soll, daß sich die Wärme des Dehnstabes auf den Maßstab überträgt Denn dadurch würde sich dieser entgegen der Bewegung des Dehnstabes ausdehnen und dessen Effekt wenigstens teilweise vernichten.

Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, liegt der Einstellmaßstab-38 in einer etwa längs der Mittellinie des Dehnstabes verlaufenden Kehle 62. Der Bolzen 56 ist seitlich von dieser Kehle angeordnet, so daß er die Montage des Einstellmaßstabes nicht behindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

rι Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kompensation der Wärmedehnung in der Längsrichtung eines eine Arbeitsspindel 5 in einem Werkzeugkopf tragenden Werkzeugmaschinenteils, das als getrenntes Bauteil auf einem Werkzeugmaschinengrundkörper geführt ist und auf seiner der Spindel abgewandten Seite in einem Befestigungspunkt einen sich in Längsrichtung des Werkzeugmaschinenteils erstreckenden, im Wärmekontakt mit diesem stehenden Wärmedehnstab trägt, während ein zweiter Befestigungspunkt am spindelseitigen Ende des Wärmedehnungsstabes in Ausnutzung der dem Werkzeugmaschinenteil gleichen Wärmedehnung des Wärmedehnstabes als die Entfernung zur Spindelachse nicht ändernder Bezugspunkt in der Festlegung der Spindelachse gegenüber dem Maschinengrundkörper dient, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung auf einen in bekannter Weise mit einer aus seitlichem Maßstab (12. 20, 38) Und Einstellmarke (14,22,46) bestehenden Einstelleinrichtung versehenen Werkzeugmaschinenschlitten (4,34) als dem auf dem Maschinengrundkörper geführten Werkzeugmaschinenteil der zweite als Bezugspunkt in der Festlegung der Spindelachse gegenüber dem Werkzeugmaschinengrundkörper dienende Befestigungspunkt des Dehnstabes (16,40) mit dem Maßstab bzw. der Einstellmarke verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab auf dem Dehnstab selbst mit einer wärmeisölierenden Zwischenschicht (60) aufliegt.

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