DE2838704C3

DE2838704C3 - Führungsbahnenkonstruktion einer Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2838704C3
Application number: DE2838704A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Masch.-Ing. Rudolf Schaffhausen Pavlovsky
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-09-05
Publication date: 1981-04-23
Also published as: GB2008451B; JPS5484669A; US4222692A; IT7869597A0; DE2838704B2; GB2008451A; DE2838704A1; FR2408426A1; SE7811812L; CH623258A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsbahnenkonstruktion einer Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, wie z. B. für Fräsmaschinen, mit einem hydraulischen Vorschub-Koibenamrieb für die Bewegung eines Werkzeug- bzw. Werkstück-Schlittens, mit einem ein Wegmeßsystem und ein elektrisch-hydraulisches Servoventil aufweisenden Lagerregelkreis und wobei der Schlitten mittels durch selbstnachstellende Druckeinrichtungen einstellbarer Gleitlager verschiebbar oder schwenkbar auf Führungen gelagert ist.

Bei Fräsmaschinen mit einem eine Ölsäule aufweisenden hydraulischen Vorschub-Kolbenantrieb für die Bewegung eines Werkzeug- bzw. Werkstück-Schlittens und mit einem, ein Wegmeßsystem und ein elektrischhydraulisches Servoventil aufweisenden Lageregelkreis tritt bei stark veränderlichen Schnittkräften, wie z. B. beim Fräsen der Anschnittreste und der Kerngrate an Gußteilen beim Gußputzen, eine Neigung zum Rattern auf, und es ist kaum ein stabiler Lageregelkreis erreichbar. Es wurde versucht, Verbesserungen durch Erhöhung des Verschiebewiderstandes im Verhältnis PiiV

zur Schnittkraft zu erreichen, wie dies bei einer Führungsbahnenkonstruktion gemäß der DE-OS

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*- . *-w ^j . um uuivii JVIUUIUUkUi-IIVlH-IlUC l^lUvhCUIllvlltungen einstellbarer Gleitlager möglich ist, wobei diese Führungsbahnenkonstruktion vorzugsweise zum Klemmen und Vorspannen des Schlittens ausgebildet fet und eine aufwendige Steuereinrichtung aufweist Doch allein mit einer derartigen Führungsbahnenkonstruktion kann ein stabiler Lageregelkreis und ein ratterfreies Fräsen bei einem Vorschubantrieb mit Hydraulikzylinder nicht erreicht werden, da die eine Schmierung sowie eine Abdichtung und Schmutzabstreifer erfordernde Gleitlagerung keine auf die Dauer gleichbleibende und reproduzierbaren Reibungsverhältnisse ermöglichen. Die Verwendung von meist aus Gummi oder Kunststoff bestehenden Dichtungen und Abstreifern verschlechtern die Reibungsverhältnisse, insbesondere das Verhältnis von Haft- zu Gleitreibung.

Es sind zwar Vorschubeinrichtungen, insbesonders bei NC-Werkzeugmaschinen bekannt, bei welchen durch die Anwendung von, durch Elektro- oder Hydraulikmotoren angetriebene Kuge!-Um!aufspindeln 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 Gußputzereien schlecht geeignet sind. Eine vollständig geschlossene Abdeckung des Spindelantriebes mit z. B. Faltenbälgen vergrößert die Baulängen und verringert somit die Starrheit der Maschine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Führungsbahnenkonstruktion der eingangs genannten Art, welche auf einen längeren Zeitraum gleichbleibende und reproduzierbare Reibungsverhältnisse gewährleistet, um die Neigung zum Rattern bei stark wechselnden Schnittkräften zu verringern, bzw. zu beseitigen, einen stabilen Lageregelkreis zu gewährleisten und einen Einsatz in stark staubhaltigen Betrieben, wie z. B. Gießereien und Putzereien zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Lehre gelöst Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Durch die Anordnung von scharfen Kanten an den Gleitflächen bei für sich bekannten trocken laufenden Gleitlagern kann auf spezielle Dichtungen bzw. Abstreifer an den Führungen verzichtet werden, wodurch gleichbleibende Reibungsverhältnisse auf einen längeren Zeitraum gewährleistet werden. Der erforderliche Verschiebewiderstand kann somit exakt eingestellt und beibehalten werden, wobei auch durch das Fehlen von Abdichtungen und Abstreifen ein geringer Unterschied zwischen der Haft- und Gleitreibung gegeben ist. Der sogenannte »Stick-Slip«-Effekt wird weitgehend beseitigt, ein stabiler und genauer Lageregelkreis erreicht und das Rattern bei unterbrochenem Schnitt und als Folge Fräserbruch verhindert.

Die Abstreifwirkung der Kanten von durch die Druckeinrichtung angedrückten Gleitflächen der trok ken laufenden Gleitlager verhindert nach kurzer Einlaufzeit das Eindringen von Staub zwischen die Gleitflächen und die Führungen. Ein Einsatz der Führungsbahnenkonstruktion in staubreichen Betrieben besonders mit Flugsand, wie z. B. Gießereien, ist trotz Verzicht auf spezielle Dichtungen und Abstreifern an den Führungen gewährleistet Die Ausbildung der

Führungsbahnenkonstruktion als runde Säulenführungen ermöglicht eine gleichmäßig gute Anlage der Kanten der Gleitflächen an den Führungen sowie deren einfache und genaue Herstellung.

Die Erfindung ist in Zeichnungen beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein mit Vorschubeinrichtungen und Führungsbahnenkonstruktionen ausgerüstetes Fräsaggregat in einer vereinfachten Seitenansicht,

F i g. 2 eine Draufsicht von F i g. 1,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Vorschubeinrichtung,

Fig.4 einen vergrößerten Teilausschnitt A der Führur.gsbahnenkonstruktion von F i g. 2, und

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4.

In den Fi g. 1 und 2 ist ein Fräsaggregat 1 vereinfacht dargestellt, welches mit drei, Führungsbahnenkonstruktionen 10, 11 aufweisenden Vorschubeinrichtungen 2a, 2b, 2c versehen ist Das Fräsaggregat 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 Frässpindel 7 mit einem Fräswerkzeug 8 aufweist.

Der Schlitten 3 ist auf einem Ständer 9 auf als runde Säulenführungen 10 ausgebildete Führungsbahnenkonstruktion in Gleitlagern 11a, mittels der ersten Vorschubeinrichtung 2a verschiebbar gelagert. Die Vorschubbewegung wird durch einen hydraulischen Kolbenantrieb 12a erzeugt, welcher durch ei.i, an diesem angeordneten, elektrisch-hydraulischen Servoventil 13a gesteuert wird. Am Schlitten 3 ist das Gehäuse 4 an einer Schwenksäule 15 in Gleitlagern life schwenkbar gelagert. Die kreisbogenförmige Vorschubbewegung um die Schwenksäule 15 wird durch die zweite Vorschubeinrichtung 2b erzeugt, welche einen hydraulischen Kolbenantrieb 12£> aufweist, der einerseits an einem Schwenkarm 16 des Gehäuses 4 und andererseits am Schlitten 3 angelenkt ist und mittels eines daran angeordneten Servoventils 136 steuerbar ist

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 12cund ein Servoventil 13caufweist.

Jede der drei Vorschubeinrichtungen ist mn einem Wegmeßsystem 14a, 146, 14c — vorzugsweise einem Linearweggeber — versehen, so daß jeweils ein Lagerregelkreis die Vorschubbewegungen kontrolliert. Das Fräsaggregat 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 der Vorschubeinrichtungen bewegt werden.

Die Gleitlager !la, üb. 11r sind jeweils mittels einer Druckeinrichtung 17 in rc- "uii. Richtung zur Säulenführung vorspannbar.

Die F i g. 4 und F i g. 5 zeigen ein derartiges Gleitlager lla 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 Lagerbuchse 20 ist im Schliiien 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

ίο Lagerbüchse 20. Das Druckstück 25 wird mit seiner Ringfläche 28 mittels der Druckeinrichtung 17 gegen die Lagerbuchse 20 gedrückt

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Druckeinrichtung 17 aus einem mit einem Druckmedium — vorzugsweise Drucköl — beaufschlagbaren pruckkolben 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 Distanz-Stücken 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 Lagerbüchse 20 ist an der, der Bohrung 24 für das Druckstück 25 gegenüberliegenden Umfangseite mit einem radialen Schlitz 38 versehen, welcher in Längsrichtung der Lagerbuchse 20 durchgehend ist.

Durch diesen Schlitz 38 wird die Verformbarkeit der Lagerbuchse 20 verbessert, so daß die Gleitflächen 21 mit geringeren Druckkräften gegen die Säulenführung 10 vorspannbar sind.

Die, die Gleitflächen 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 Gleitlager 11 eingesetzt werden, wobei deren Haftreibungs-Koeffizient höchstens 25% größer ist als der Gleitreibungs-Koeffizient, der bei ca. 0,1 liegt. Diese trockenlaufenden Gleitlager gewährleisten über lange Betriebszeiten gleichbleibende Reibungswerte, wobei durch die, mittels des Druckkolbens 29 erzeugbare, einstellbare Vorspannung der Lagerbüchse 20, ein reproduzierbarer, einstellbarer bzw. regelbarer Ver-Schiebewiderstand der Vorschubeinrichtung 2 erreicht wird.

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 zweibis 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 F i g. 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 kanh. Die max Fräserleistung für ein Werkstück kann entsprechend der zu erwartenden größten Spannabnahme und der eingestellten Vorschubgeschwindi,gkeit bestimmt wer·..

den, 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 40 mit einem weiter nicht dargestellten Druckerzeuger — vorzugsweise eine Regelpumpe — verbunden, wobei die Zuleitung 36 von einem getrennten Druckerzeuger oder entsprechend der strichpunktierten Zuleitung 41 beide Leitungen 36 und 40 von einem gemeinsamen Druckerzeuger gespeist werden.

Das elektrisch steuerbare Servoventil 13 ist mit einer Steuerung 42 wirkverbunden, wobei ein Meßkopf 43 des Wegmeßsystems 14 ebenfalls zwecks dem Soll-Istwert-Vergleich mit der Steuerung 42 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.

Dies ergibt einen genügend starren und dabei noch empfindlichen Vorschubantrieb, was die Anwendung eines Lagerregelkreises bei rasch wechselnden Schnittkräften ermöglicht.

Wird an Stelle eines handeinstellbaren Druckcinstellvenlil 39 ein elektrisches Druckeinstellventil 39 verwendet, ist es möglich, den Verschiebewiderstand automatisch abhängig von der Fräserleistung bzw. der

ι ο Schnittkraft zu regeln, wobei das Ventil 39 abhängig von der gemessenen Fräserleistung 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 Fräserleistung 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Führungsbahnenkonstruktion einer Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen, bei welchen rasch wechselnde Schnittkräfte auftreten, wie z. B. Fräsmaschinen, mit einem hydraulischen Vorschub-Kolbenantrieb für die Bewegung eines Werkzeugbzw. Werkstück-Schlittens, mit einem ein Wegmeßsystem und ein elektro-hydraulisches Servoventil aufweisenden Lageregelkreis und wobei der Schlitten mittels durch selbstnachstellende Druckeinrichtungen einstellbarer Gleitlager verschiebbar oder verschwenkbar auf Führungen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (11) trocken laufende Gleitlager sind, deren Gleitflächen (21) mit scharfen Kanten (45) begrenzt sind, welche als Abstreiferwirken.

2. Fütirungsbahnenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen als runde Säulenführungen (10,15) ausgebildet sind und die Gleitlager (11) Lagerbüchsen (20) sind, weiche drei um nahezu 120° zueinander versetzte Gleitflächen (21) aufweisen, wobei die Druckeinrichtung (17) in radialer Richtung auf eine der drei Gleitflächen (21) wirkt.

3. Führungsbahnenkonstruktion nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (20) mit einem radialen, in Längsrichtung der Lagerbüchse (20) durchgehenden Schlitz (38) versehen ist.

4. Führungsbahnenkonstruktion nach Anspruch 1 und Anspruch 2, 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 (20) eingreift.

5. Führungsbahnenkonstruktion nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (U) aus einer graphithaltigen Bronze besteht, deren Haftreibungswert höchstens 25% größer ist als der Gleitreibungswert.