DE2838704A1 - Vorschubeinrichtung fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Vorschubeinrichtung fuer werkzeugmaschinen

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)

Description

Dietrich Lewinsky 2 ..-
Heinz - Joachim Huber O "5, Sep.
Reiner Prietsch
Gotthardstr. 81
München 21
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 8201 Schaffhausen
Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, wie z.B. für Fräsmaschinen, mit einem hydraulischen Kolbenantrieb, einem ein Wegmesssystem und ein elektrisch-hydraulisches Servoventil aufweisenden Lagerregelkreis und einem, das Werkzeug oder das Werkstück tragenden Schlitten, welcher mittels einstellbaren Lagern verschiebbar oder schwenkbar auf Führungen gelagert ist.
Eine Fräsmaschine mit Tisch-Vorschubeinrichtungen der eingangs genannten Art ist zwar bekannt, jedoch ist hierbei ein stabiler Lagerregelkreis und ein ratterfreies Fräsen damit nur dann erreichbar, wenn die Fräsleistung bzw. die Schnittkräfte im Verhältnis zu den verschiebenden Massen - Schlittengewicht plus Werkstückgewicht - sehr klein ist. Eine jeweils optimale Auslegung der zu bewegenden Massen auf stark veränderliche Schnittkräfte bei unterschiedlichen Werkstücken, ist hierbei nicht möglich. Solche stark veränderlichen Schnittkräfte kommen z.B. beim Fräsen der Anschnittreste und der Kerngrate an Gussteilen beim Gussputzen vor.
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Durch die meist spielfrei einstellbaren bzw. vorspannbaren Schwalbenschwanz- oder !Flachführungen, z.B4 mittels eines Keiles entsteht eine Dämpfwirkung in den Führungen, was zwar die Anwendungsmöglichkeit einer eingangs genannten Vorschubeinrichtung verbessert, auf einen längeren Zeitraum können damit jedoch keine gleichbleibenden bzw. reproduzierbaren Reibungs- und Dämpfungsverhältnisse in den Führungen erreicht werden. Dies ist jedoch für einen stabilen Lageregelkreis und ratterfreies Fräsen bei einem Vorschubantrieb mit Hydraulikzylinder wichtig. Die Anwendung von speziellen Abstreifen für die Reinhaltung der Führungen verschlechtern diese Verhältnisse ebenfalls.
Es sind zwar Vorschubeinrichtungen, insbesonders bei HC-Werkzeugmaschinen bekannt, bei welchen durch die Anwendung vons durch Elektro- oder Hydraulikmotoren angetriebene Kugel-Umlaufspindeln ein stabiler Regelkreis und ratterfreies Fräsen bei grösseren Leistungen und Verschiebewegen erreicht wird, jedoch sind derartige Vorschubeinrichtungen sehr teuer, Ausserdem sind diese Spindelantriebe gegenüber Staub und Sand sehr empfindlich, wodurch sie für einen Einsatz in Giessereien und G-ussputzereien schlecht geeignet sindo Eine vollständig geschlossene Abdeckung des Spindelantriebes mit z.B, Faltenbälgen vergrossert die Baulängen und verringert somit die Starrheit der Maschine«
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorschubeinrichtung der eingangs genannten Art, welche unter Vermeidung der bisher angeführten Machteile die Neigung zum Rattern bei stark wechselnden Schnittkräften verringert, bzw« beseitigt, einen stabilen Lageregelkreis gewährleistet und einen Einsatz in stark staubhaltigen Betrieben, wie z.B. Giessereien und Putzereien ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Lehre "gelöst» Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den übrigen Ansprüchen angegeben»
Die Erfindung ist in beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Pig. 1 ein mit erfindungsgemässen Vorschubeinrichtungen ausgerüstetes Präsaggregat in einer vereinfachten Seitenansicht,
Pig. 2 eine Draufsicht von Pig. I,
Pig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorschubeinrichtung,
Pig. 4 einen vergrösserten Teilausschnitt A der Lagerung von Pig. 2, und
Pig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V von Pig. 4,
In den Pig. 1 und 2 ist ein Präsaggregat 1 vereinfacht dargestellt, welches mit drei Vorschubeinrichtungen 2a, 2b, 2c versehen ist. Das Präsaggregat 1 besteht aus einem verschiebbaren Schlitten 3> einem schwenkbaren Gehäuse 4 und einer in diesem Gehäuse 4 verschiebbar gelagerten Pinole 5, welche eine durch einen Motor 6 antreibbare Prässpindel 7 mit einem Präswerkzeug 8 aufweist.
Der Schlitten 3 ist auf einem Ständer 9 auf als runde Säulenführungen 10 ausgebildeten Längsführungen in Gleitlagern 11a, mittels der ersten Vorschubeinrichtung 2a verschiebbar gelagert. Die Vorschubbewegung wird durch einen hydraulischen Kolbenantrieb 12a erzeugt, v/elcher durch ein, an diesem angeordneten, elektrisch-hydraulischen Servoventil 13a gesteuert wird. Am Schlitten 3 ist das Gehäuse 4 an einer Schwenksäule 15, in Gleitlagern 11b schwenkbar gelagert. Die kreisbogenförmige Vorschubbewegung um die Schwenksäule 15 wird durch die zweite Vorschubeinrichtung 2b erzeugt, welche einen hydraulischen Kolbenantrieb 12b aufweist, der einerseits an einem Schwenkarm 16 des Gehäuses 4 und andererseits am Schlitten 3 angelenkt ist und mittels eines daran angeordneten Servoventils 13b steuerbar is9ö9820 / O 55 6
Für die Schwenkbewegung könnte auch ein kreisbogenförmig arbeitender Dreh-Kolbenantrieb verwendet werden.
Die Pinole 5 ist in dem Gehäuse 4 ebenfalls in Gleitlagern lic gelagert und parallel zur Schwenksäule 15 mittels der dritten Vorschubeinrichtung 2c verschiebbar, wobei diese ebenfalls einen hydraulischen Kolbenantrieb 12c und ein Servoventil 13c aufweist.
Jede der drei Vorschubeinrichtungen ist mit einem Wegmesssystem l4a, l4b, l4c - vorzugsweise einem Linearweggeber - versehen, so dass jeweils ein Lagerregelkreis die Vorschubbewegungen kontrolliert. Das Präsaggregat ist somit in drei verschiedenen Richtungen verschiebbar bzw. verschwenkbar, wobei die Weginformation z.B. mittels einer NC-Steuerung erfolgen können. An Stelle des Fräsaggregates könnte auch ein Werkstückaufspanntisch mit den Vorschubeinrichtungen bewegt werden.
Die Gleitlager 11a, 11b, lic sind jeweils mittels einer Druckeinrichtung 17 in radialer Richtung zur Säulenführung vorspannbar.
Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein derartiges Gleitlager 11a in Quer- und Längsschnitt in vergrösserter Darstellung.
Eine im Schlitten 3 angeordnete Lagerbüchse 20 umschliesst die Säulenführung 10, wobei jeweils drei um 120° zueinander versetzte Gleitflächen 21 die Säulenführung 10 berühren. Die Lagerbüchse 20 ist im Schlitten 3 in axialer Richtung durch einen Bund 22 und einen angeschraubten Deckel 23 gehalten. Eine der drei Gleitflächen 21 ist mit einer Bohrung 24 versehen, in welche ein Zapfen 26 eines Druckstückes 25 eingreift. Da das Druckstück 25 in einer zur Säulenachse radialen Bohrung 27 des Schlittens 3 angeordnet ist, entsteht durch den Zapfen 26 eine Verdrehsicherung der Lagerbüchse 20. Das Druckstück 25 wird mit seiner Ringfläche 28 mittels der Druckeinrichtung 17 gegen die
Lagerbüchse 20 gedrückt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Druckeinrichtung 17 aus einem mit einem Druckmedium -vorzugsweise Druck-Öl- beaufschlagbaren Druckkolben 29, dessen Kolbenstange 30 auf das Druckstück 25 drückt. Der Druckkolben 29 ist in einem, mit einem Aussengewinde 31 versehenen Zylindergehäuse 32 angeordnet, welches in ein Befestigungsstück 33 eingeschraubt ist. Das Befestigungsstück 33 ist mittels Schrauben 34 und dazwischenliegenden Distanzstücken 35 an dem Schlitten 3 befestigt. An der oberen Stirnseite des Befestigungsstückes 33 ist eine Leitung 36 für das Druckmedium mittels einer Verschraubung 37 angeschlossen.
Die Lagerbuchse 20 ist an der, der Bohrung 24 für das Druckstück 25 gegenüberliegenden Umfangsseite mit einem radialen Schlitz 38 versehen, welcher in Längsrichtung der Lagerbüchse
20 durchgehend ist. Durch diesen Schlitz 38 wird die Verformbarkeit der Lagerbüchse 20 verbessert, so dass die ffleitflachen
21 mit geringeren Druckkräften gegen die Säulenführung 10 vorspannbar sind.
Die, die G-leitflachen 21 begrenzenden Kanten 45 sind scharfkantig ausgebildet, wodurch diese bei vorgespannter Lagerbüchse 20 gleichzeitig als Abstreifer gegen Staub, Späne, Sand usw. wirken. Zusätzliche, die Reibung unkontrollierbar verändernde Abstreifer bzw. Dichtungen können an den Lagerstellen somit entfallen.
Die Lagerbüchse 20 besteht vorzugsweise aus einer graphithaltigen Bronze und kann somit als trockenlaufendes G-leitlager 11 eingesetzt werden, wobei deren Haftreibungs-Koeffizient höchstens 25 °/° grosser ist als der Gleitreibungs-Koeffizieut, der bei ca. 0,1 liegt. Diese trockenlaufenden G-leitlager gewährleisten über lange Betriebszeiten gleichbleibende Reibungswerte, wobei durch die, mittels des Druckkolbens 29 erzeugbare, einstellbare Vorspannung der Lagerbüchse 20, ein reproduzierbarer, einstellbarer bzw. regelbarer Verschiebewiderstand der Vorschubeinrichtung 2 erreicht wird.
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Für ein Arbeitsverfahren mit einem stabilen Lagerregelkreis und ratterfreiem Fräsen ist es erforderlich, dass der Verschiebewiderstand bzw. der Verschwenkwiderstand der Vorschubeinrichtung 2 mindestens gleich, maximal zehnmal so gross, vorzugsweise jedoch zwei- bis fünfmal so gross als die max. auftretende bzw. die jeweils gemessene Schnittkraft durch das Fräswerkzeug 8 ist.
Wie aus der schematischen Darstellung einer Vorschubeinrichtung 2, in Fig. 3 ersichtlich, ist in der Leitung 36 für die Zuleitung des Druckmediums zu den Druckkolben 29 an den Gleitlagern 11 ein Druckeinstellventil 39 angeordnet, mittels welchem der Verschiebewiderstand eingestellt werden kann. Die max. Fräserleistung für ein Werkstück kann entsprechend der zu erwartenden grössten Spannabnahme und der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit bestimmt werden, wobei dann der Verschiebewiderstand durch das Druckeinstellventil 39 entsprechend obigen Werten eingestellt werden kann»
Das für die Steuerung des Kolbenantriebes 12 erforderliche Servoventil 13 ist durch eine Leitung 4o mit einem weiter nicht dargestellten Druckerzeuger - vorzugsweise eine Regelpumpe - verbunden, wobei die Zuleitung 36 von einem getrennten Druckerzeuger oder entsprechend der strichpunktierten Zuleitung 4l beide Leitungen 36 und 4o von einem gemeinsamen Druckerzeuger gespeist werden.
Das elektrisch steuerbare Servoventil I3 ist mit einer Steuerung 42 wirkverbunden, wobei ein Messkopf 43 des Wegmesssystems 14 ebenfalls zwecks dem Soll-Istwert-Vergleich mit der Steuerung wirkverbunden ist. Die Dateneingabe in die Steuerung 42 für die Verstellwege des Schlittens 3* des Gehäuses 4 oder der Pinole 5 kann z.B. durch einen Lochstreifenleser 44 erfolgen=
Die Kolbenfläche des Kolbenantriebes 12 ist so gross zu wählen, dass bei dem maximal einstellbaren Druck die Vorschubkraft am Schlitten mindestens das Zweifache, vorzugsweise das Vierfache der maximalen Schnittkraft bei grösster Fräserleistung beträgt, wenn, wie bereits beschrieben, der Verschiebewiderstand z.B» das Doppelte der Schnittkraft beträgt.
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Dies ergibt einen genügend starren und dabei noch empfindlichen Vorschubantriebj was die Anwendung eines Lagerregelkreises bei rasch wechselnden Schnittkräften ermöglicht«,
Wird an Stelle eines handeinstellbaren Druckeinstellventil 39 ein elektrisches Druckeinstellventil 39 verwendet, ist es möglich, den Verschiebewiderstand automatisch abhängig von der Fräserleistung bzw. der Schnittkraft zu regeln, wobei das Ventil 39 abhängig von der gemessenen Präserleistung bzw. Schnittkraft verstellt wird. Diese Regelung vermeidet, dass unnötig Energie in Reibungsenergie und somit in Wärme umgewandelt wird. Dabei wird auch eine unnötige Abnützung der Gleitlager vermieden. Eine Messung der Präserleistung kann z.B. durch Messung der Motorleistung oder des Drehmomentes am Fräser erfolgen.
Für eine vereinfachte Ausführung der Vorschubeinrichtung kann auch an Stelle der hydraulischen Druckerzeugung in den Gleitlagern eine mechanische Druckeinrichtung 17, z.B. bestehend aus mit Schrauben oder Exzenter einstellbaren Tellerfedern angewendet werden.
Die erfindungsgemässe Vorschubeinrichtung, bei welcher die Vorschubbewegung durch einen hydraulischen Kolbenantrieb erzeugt
und durch einen Lagerregelkreis gesteuert wird, kann auch bei rasch wechselnden und grossen Schnittkräften verwendet werden, ohne dass ein Präserbruch durch Rattern oder ein unstabiler oder ungenauer Regelkreis zu befürchten ist. Durch die Einstellbarkeit des Verschiebewiderstandes kann auf grosse, unveränderliche, zu verschiebende Massen verzichtet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit eines derartigen Antriebes erhöht wird. Dies wird durch die vorspannbaren trocken laufenden Gleitlager ermöglicht, die gleichbleibende ReibungsVerhältnisse mit einer Dämpfwirkung aufweisen. Ein Einsatz in staubreichen Betrieben besonders mit Flugsand ist trotz Verzicht auf spezielle Dichtungen an den Führungen gewährleistet. Die Abstreifwirkung der Kanten von angedrückten Gleitflächen der Gleitlager, verhindert nach einer kurzen Einlaufzeit das Eindringen des Staubes zwischen die Gleitflächen und die Führungen.
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Claims (1)

  1. Patentans prüche
    1.) Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, wie z.B. Fräsmaschinen mit einem hydraulischen Kolbenantrieb, einem, ein Wegmesssystem und ein elektro-hydraulisches Servoventil aufweisenden Lagerregelkreis und einem, das Werkzeug oder das Werkstück tragenden Schlitten, welcher mittels einstellbaren Lagern verschiebbar oder schwenkbar auf Führungen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager trocken laufende Gleitlager (11) sind, welche mit mindestens einer selbstnachstellenden Druckeinrichtung (17) versehen sind, mittels welcher ein Verschiebewiderstand bzw. Verschwenkwiderstand einstellbar ist, der mindestens der Grosse der max. auftretenden bzw. gemessenen Schnittkraft entspricht.
    2. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) einen Druckkolben (29) aufweist, welcher mit einem im Druck einstellbaren Druckmedium beaufschlagbar ist.
    J>. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Druckmediums abhängig von der auftretenden Schnittkraft regelbar ist.
    k. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) einstellbare Federn - vorzugsweise Tellerfedern - aufweist.
    5. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen als runde Säulenführungen (10, 15) ausgebildet sind und die Gleitlager (11) Lagerbüchsen (20) sind, welche drei um nahezu 120° zueinander versetzte Gleitflächen (21) aufweisen, wobei die Druckeinrichtung (17) in radialer Richtung auf eine der drei Gleitflachen (21) wirkt.
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    ORIGINAL INSPECTED
    6. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (20) mit einem radialen, in Längsrichtung der Lagerbuchse (20) durchgehenden Schlitz (j58) versehen ist.
    7. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (17) auf ein mit einem Zapfen (26) versehenes Druckstück (25) wirkt, wobei der Zapfen (26) in eine Bohrung (24) der Lagerbüchse (2o) eingreift.
    8. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7j dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (11) aus einer graphithaltigen Bronze besteht, deren Haftreibungswert höchstens 25 % grosser ist als der Gleitreibungswert.
    9. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitflächen (21) der Gleitlager (11) mit scharfen Kanten (45) begrenzt sind, welche als Abstreifer wirken.
    10. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebewiderstand der Grosse der ein- bis zehnfachen, vorzugsweise der zwei- bis fünffachen Schnittkraft entspricht.
    GEORG PISCIIER AKTIENGESELLSCHAFT
    25.August 1978
    26601i-ba
    909820/0556
DE2838704A 1977-11-15 1978-09-05 Führungsbahnenkonstruktion einer Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen Expired DE2838704C3 (de)

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