-
Länsführung einer Werkzeuma schine" Die Erfindung betrifft eine L
angsführung einer Werkzeugmaschine zum Aufnehmen der Spannmittel von Werkzeug oder
Werkstück, zum Beispiel des Werkzeug- oder Werkstückschlittens, welche bei im wesentlichen
horizontaler Anordnung nur an den Langsenden in Haltemitteln verankert ist.
-
Solche im allgemeinen rohrförmig, vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt,
ausgebildeten Führungen finden bei Werkzeugmaschinen verschiedenster Art, zum Beispiel
Bohrmaschinen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Stanzmaschinen, Lochmaschinen, Sagen
oder Pressen, Anwendung.
-
Sie haben, insbesondere bei Verwendung einer hydrostatischen Lagerung
der geführten Bauelemente, den Vorteil eines nur kleinen bis verschwindend geringen
Verschleißes aber den Nachteil einer je nach dem Angriffspunkt der äeweiligen Belastung
unterschiedlichen Durchbiegung.
-
Selbstverstnndlich läßt sich die entsprechende Steifheit einer solchen
Führung durch Verwendung großer tTandstärken und/oder Querschnitte soweit erhöhen,
daß die Durchbiegung im jeweiligen Anwendungsfall einen störenden Einfluß nicht
mehr ausübt. Große Wandatärken und Querschnitte bzw. Durchmesser der Führungen bedingen
aber nicht nur betreffend die Führungen selbst sondern auch an den geführten Bauelementen,
zum Beispiel Schlitten, erheblichen Aufwand.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde 9 den Aufwand zum Versteifen
der Längsführung zu verringern. Bei der Lhngsführung einer Werkzeugmaschine um Aufnehmen
der Spannmittel von Werkzeug oder Werkstficks welche bei im wesentlichen horizontaler
Anordnung nur an den L.ngsenden in Haltemitteln verankert ist, besteht die erfindungsgemäße
Lösung darin, daß die Haltemittel mit erheblichem Abstand von den Lnsenden und voneinander
nur im Bereich unterhalb der Führung unterstützt sind.
-
Die erfindungsgemäße Lehre bedeutet im Prinzip, daß die Haltemittel
oder Halter in Richtung auf die Iqitte der Führung einander zugewandte, gewissermaßen
rückkragende Tragarme besitzen, die im Bereich weit unterhalb der Führung auf dem
Fundament aufliegen. Durch die erfindungsgemße Befestigung der Haltemittel an der
Längsführung einerseits und am Fundament andererseits wird also erreicht, daß bei
Belastung der Führung auf diese nicht nur ein der Belastung entsprechendes Piegemoment
sondern auch ein auf einem großen Teil im mittleren Bereich der Lunge der Führung
dem BieFemoment entgegenwirkendes Drehmoment ausgeübt wird. Es läßt sich jedoch
schon rein anschaulich verstehen, daß in gewissen Randbereichen der Führung - nämlich
im wesentlichen zwischen derem Jeweiligen Längsende und der senkrecht auf die Führung
projizierten Bodenauflagelinie des zugehörigen Tragarme - das Biegemoment und das
Drehmoment gleichgerichtet wirken, so daß diese Teile der erfindungsgemäß gelagerten
Führung eine besonders geringe Steifheit aufweisen können Durch Austarieren von
Eigen steifheit der Führung, der Haltemittel und der Länge der rückkragenden Tragarme
kann man erreichen, daß die erfindungsgemäße Führung in einem ganz erheblichen mittleren
Teil ihrer
Lange eine so gleichmäßige Steifheit bzw. Nachgiebigkeit
besitzt, wie sie bei auf senkrechten Ständern an den Enden eingespannten Selben
sonst nur zu erreichen sind, wenn die Führung eine etwa 2- bis 4-fache Eigensteifheit
wie der Vergleichsstab besitzt.
-
Vorzugsweise sind als Haltemittel bzw. Halter im Prinzip winkelförmige,
möglichst weitgehend biegesteife Träger vorgesehen, die aus einem das Jeweilige
Längsende der Führung aufnehmenden, im wesentlichen vertikalen Arm und einem unterhalb
und parallel zur Fiihrung verlaufenden, im wesentlichen horizontalen Arm bestehen
können.
-
Erfindungsgemäß ist der Jeweilige Horizontale Tragarm dabei nur mit
Abstand von der Ver[;ikelen durch die Längsenden in einem Bereich unterhalb
der Führung - gegen Tranalation gesichert - gelagert. Es braucht eine starre Befestigung
des vorgenannten rückkragenden oder horizontalen Trazarr.s also nicht vorgesehen
zu sein. Vielmehr genügt, wenn der Jeweilige Tragarm nur auf einer etwa senkrecht
zur Längsrichtung der Führung verlaufenden Lagerlinie rutschfest unterstützt ist.
Durch eine entsprechend - wenn auch absolut geringe - Beweglichkeit, wird eine Verstärkung
des in der Führung dem dort bei belastung auftretenden Biegemoment entgegenwirkenden
Drehmoments erreicht.
-
Die Erfindung läßt sich nach Vorstehendem auch so beschreiben, daß
definiert wird, die Lagerlinien der Tragarme seien mit Abstand von der Jeweiligen
senkrechten Projektion der Längsenden der Führung und mit Abstand voneinander angeordnet.
Der erstere Abstand gibt dabei die weniger steifen Randbereiche an, während der
gegenseitige Abstand der Lagerlinien den besonders biegesteifen Nittelbereich in
etwa begrenzt.
-
In vielen Anwendungsfällen von L?;ngsfijhrungcn einr;an;s genannter
Art sind abhängig von der Aufgabe, zum Beispiel von der Bearbeitungslänge, unterschiedlich
lange Fiihrungen erforderlich. Wenn sich die Steifheit der Führung mit deren Länge
nicht ändern sollte, war also für jeden Längenbereich eine besondere Eigenstärke,
zum Beispiel Wandstärke und Durchmesser bei einem Rohr, vorzusehen Entsprechende
Änderungen ergaben sich an den Haltern und vor allem am zugehörigen Fundament Bei
erfindungsgemäßer Lagerung der Längsführung dagegen ist es ohne weiteres möglich,
ohne wesentliche Änderung der Stabilität der Führung vor Längeneinheit und ohne
Änderung des Fundaments verschieden lange Führungen mit praktisch immer derselben,
den Jeweiligen Gegebenheiten anzupassenden Biegelinie herzustellen, wobei lediglich
die Länge der horizontalen Tragarme der Ilaltemittel zu verändern ist Ferner ist
es erfindungsgemäß auch möglich, den ger,enseitigen Abstand d r Lagerlinien der
beiden Ilaltemittel bzw. von deren Tragarmen im hinblick auf sowohl möglichst geringe
als auch möglichst gleiche Nachgiebigkeit der Führung in dem etwa durch die senkrechte
Projection der Lagerlinien auf die Führung definierten l;ittelbereich der letzteren
vorzugeben. Dieser Mittelbereich kann dabei so ausgewählt werden, daß er die sogenannte
effektive Führungslänge, auf der also alle wesentlichen Bewegungen stattfinden,
umfaßt. Je nach Material und Eigenstabilität pro Längeneinheit der Führung läßt
sich die vorgenannte Bedingung ohne weiteres einstellen, wenn der gegenseitige Abstand
der Lagerlinien d. h. die Breite des Mittelbereichs etwa 1/3 bis 2/3 der zwischen
den flaltemitteln aufgespannten Länge der Führung beträgt. Günstige Ergebnisse sind
zu erzielen, wenn die effektiv rfckkragende Länge der Tragarme bzw. der vorgenannten
Randbereiche
zwischen etwa 1/4 und 1/6 der Länge der Führung liegt.
-
Im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Längsführung im Rahmen
einer Drehmaschine kann die Führung den bzw.
-
einen Werkzeugschlitten aufnehmen. Eines der Haltemittel kann dann
die Werkatückapindel enthalten oder aufnehmen bzw. dieser zugeordnet sein, während
dem anderen Längsende der Führung bzw. dem anderen Haltemittel bei einer Lang- oder
Spitzendrehmaschine der Reitstock zuzuordnen ist. Gemäß weiterer Erfindung kann
dann die Werkstückspindel und/oder der Reitstock der Drehmaschine in die Längsenden
der Führung integriert, insbesondere von letzterer umschlossen, sein. Schließlich
lassen sich auch Werkzeughalter in die Führung integrieren. Vorzugsweise weist die
Längsführung beispielsweise Öffnungen zum Einsetzen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs,
zum Abführen von Spane sowie zum Einrichten und Beobachten der Bearbeitung auf.
Wenn die erfindungsgemäße Längsführung in ihrem Inneren sowohl die Spindel einer
Drehmaschine als auch gegebenenfalls den Reitstock und vor allem das Jeweils spanende
Werkzeug aufnimmt, wobei letzteres über Werkzeughalter auf der Innen- oder Außenseite
der Führung zu befestigen ist, ergibt sich der weitere Vorteil,daß eine eventuelle
Torsion der Führung um ihre Längsachse nachteilige lflirlungen auf das Drehbild
nicht ausüben kann.
-
Wenn abweichend vom zuletzt beschriebenen Fall die Werkstückapindel
einer Drehmaschine nicht in die Längsführung integriert oder starr mit einem von
deren Halter verbunden ist, wird Jedoch zweckmäßig dafür Sorge getragen, daß bei
Betrieb eine feste Beziehung zwischen der für das Werkzeug benutzten Längsführung
und der Spindel bestehen bleibt. Gemäß weiterer Erfindung ist es daher in diesem
Zusarnmenhang
günstig, wenn das Jeweilige Haltemittel der Führung zumindest an einem der Längsenden
der letzteren in einem mit zunehmender Belastung weniger nachgiebigen Lager, insbesondere
in einem entsprechend gesteuerten hydrostatischen Lager, stabilisiert ist Dieses
Lager soll dann so ausgebildet sein, daß es bei Bewegung des Werkzeugs bzw. Werkzeugschlittens
in dem Mittelbereich der Führung, in dem das Biege- und das Drehmoment ein an der
entgegenwirken, praktisch einen Einfluß auf die Führung nicht ausübt. In dem dem
Futter bzw Werkstück zugcwandten Randbereich der Längsführung, in welchem normalerweise
wegen der gleichen Richtung von P,iege- und Drehmoment eine relativ große Nachgiebigkeit
zu verzeichnen ist, soll das zusätzliche Lager Jedoch so stabilisierend wirken,
daß es den Abfall der Steifheit der I ngsfiihrung ausgleicht.
-
Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungabeispielen werden
weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Längsführung
bei einer Langdrehmaschine; Fig. 2 die Biegelinie der Längsführung von Fig. 1; Fig.
3 eine Längsführung mit integrierter Drehmaschine; Fig. 4 eine Längsführung mit
angesetzter Werkstückspindel; und Fig. 5 die Biegelinie der Längsführung von Fig.
4.
-
Die erfindung5gemJPe Längsführung wird im Prinzip anhand von Fig.
1 und 2 erläutert. Bei der Langsfiihrung 1 handelt es sich vorzugsweise um ein -
falls erforderlich außen und/oder innen bearbeitetes - Rohr mit kreisförmigem Querschnitt.
Wenn man ein solches Rohr möglichst starr in zwei ebenfalls vollkommen starre Falter
einklemmt, ergibt sich bei Belastung an verschiedenen Stellen längs der Führung
eine Biegelinie, wie sie etwa durch die mit 2 gekennzeichnete Linie von Fig. 2 symbolisiert
ist. Die Amplitude y = f (x) der Biegung kann ab hängig von der wirkenden Kraft
P und abhängig von Durchmesser und Wandstärke so eingestellt werden, daß die resultierende
Biegung im Jeweiligen Anwendungsfall einen störenden Einfluß nicht mehr ausübt.
Der dazu erforderliche Aufwand ist erheblich.
-
Erfindungsgemäß kann nun zumindest in einem mit 3 bezeichneten Mittelbereich
bzw. auf der sogenannten Führungslänge der Längsführung 1 deren Durchbiegung y =
f (x) für alle x in etwa gleichgemacht werden, ohne daß es einer besonderen Verstärkung
von Durchmesser oder Wand des Jeweiligen Rohrs bedürfte, auch wenn dieses in einem
relativ weiten Bereich (zum Beispiel im Verhältnis 1 : 3) in der Länge variiert.
Das wird dadurch erreicht, daß
man erfindungsgemäß die Längsführung
1 in Haltern 4 verankert, die mit erheblichem Abstand von den L.ingsenden 5 der
Führung 1 und mit Abstand voneinander nur im Bereich unterhalb der Führung unterstützt
sind Zu diesen Zweck sind vorzugsweise im Prinzip winkelförmige, möglichst weitgehend
biege steife Träger als flaltemittel vorgesehen, die einen das Jeweilige Längsende
5 der Führung 1 aufnehmenden, im wesentlichen vertikalen Arm 6 und einen unterhalb
parallel zur Führung 1 verlaufenden, im wesentlichen horizontalen Arm 7 aufweisen.
Erfindungsgemäß ist der horizontale Arm 7 bzw sind die horizontalen Arme 7 nur mit
Abstand von den durch die Längsenden 5 gelegten vertikalen Linien in einem Bereich
unterhalb der Führung 1 - gegen Translation gesichert - gelagc-rt. Die Lagerung
kann dabei auf einem gesonderten Sockel 8 oder auf dem Boden vorgesehen sein Vorzugsweise
wird jedes der Haltemittel 4 nur auf einer senkrecht zur Achse bzw. Längsrichtung
9 der Führung 1 verlaufende Lagerlinie 10 rutschfest unterstützt. Die entsprechenden
Fußteile 11 der horizontalen Arme 7 der Halter 4 oder das darunterliegende Fundament
bzw. der Sockel 8 können dabei auch so ausgebildet sein, daß sie ein Versetzen der
Lagerlinien 10 in Richtung der Führungsachse bzw. Längsrichtung 9 zulassen und die
Biegelinie 12 von Fig. 2 der erfindungsgemäßen Längsführung 1 einstellbar wird Bei
Belastung mit einer Kraft P einer Längsführung 1, die in etwa in Fig. 1 dargestellt
erfindungsgemäß gelagert wird, ergibt sich eine Biegelinie 12, die im Mittelbereich
3 im wesentlichen ein Plateau aufweist und in den Randbereichen abfällt. Die erfindungsgemäße
Längaffihrung ist in ihrem gesamten Mittelbereich also etwa ähnlich steif wie eine
starr eingespannte Führung in der f'itte der überall gekrümmten Biegelinie 2. Lediglich
in den Randbereichen
besitzt die erfindungsgcmäße Führung eine
relativ geringe Steifheit, die aber in vielen Anwendungsfällen, in denen die Randbereiche
der Führung nur für einen entsprechend lang gestalteten Schlitten, der stabilisierend
auf die Führung zurückwirkt, oder zum Be- und Entladen ausgenutzt werden, keinen
wirklich nachteiligen Einfluß haben.
-
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel weiterhin ein Anwendungsfall
der erfindungsgemäßen Längsführung 1 im Prinzip dargestellt. Der Halter 4 an einem
Längsende 5 der L-.ngsführu.ng 1 nimmt dabei das Werkstückspindellager 20 einer
Drehmaschine auf. Dem Werkstückfutter 21, dessen Drehachse parallel zur Achse 9
der Längsführung verläuft, sind im Ausführungsbeispiel ein in einem Schlitten 22
auf der Längsführung verschiebbarer Werkzeugrevolver 23 und ein ebenfalls auf der
Längsführung 1 in einem Schlitten 24 verschiebbarer Reitstock 25 mit Pinole 26 gegenüberge
stellt.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Längsführung
können in diese gemäß Fig. 3 sowohl das Werkstückspindellager 30 mit Futter 31 als
auch der Reitstock 7.,2 mit Pinole 33 integriert sein. Beispielsweise It sich der
Reitstock 32 selbst als innerhalb der Längsführung 1 gemäß Fig. 3 in Richtung der
Achse 9 verfahrbarer Schlitten ausbilden. Außerdem kann die Langsführung 1 nach
Fig. 3 auch den Schlitten 34 eines Werkzeugrevolvers 35 aufnehmen. Die Werkzeuge
36 müssen dann natürlich in die Langsfül1rung 1 - durch eine Öffnung -hineinragen,
um an das zwischen Futter 31 und Pinole 33 bei Betrieb aufgespannte Werkstück heranzukommen.
In der LängsführunD sollen außerdem weitere Öffnungen, beispielsweise zum Einführen
von Werkstücken und/oder Werkzeugen und zum Abführen von Spanne (in einen Behälter
37), vorgesehen
sein. Eine durch solche Öffnungen eventuell veursachte
Schwächung der Führung 1 nimmt bei entsprechender gegenseitiger Zuordnung der Öffnungen
eine solche Form an, daß eine wesentliche Abweichung der Biegelinien von der Biegelinie
12 von Fig. 2 zu erwarten ist. Das gilt insbesondere, wenn die Längsführung als
Rohr mit ].reisförmigem Querschnitt ausgebildet ist. Es kommt hinzu, daß die
Führung durch den Werkzeugschlitten 34, den sie trägt, wiederum insgesamt steifer
gemacht wird. Eine eventuell durch die erforderlichen Öffnungen verursachte Schwächung
in der Torsionsfestigkeit der Längsführung 1 ist im Ergebnis für die Arbeit der
maschine nach Fig. 3 unerheblich, da die Torsionsachse mit der Spindeldrehachse
bzw. der Achse 9 der Längsführung 1 übereinstimmt.
-
Anhand von Fig. 3 war eine Maschine mit in die Längsführung 1 integrierter
Werkstückspindel dargestellt. Wenn diese Integration oder etwa eine solche nach
Fig. 1 nicht möglich oder nicht wünschensert ist, kann der Spindelstock 40 auch
gemäß Fig. 4 im wesentlichen getrennt von der erfindungsgemäß gelagerten Längsführung
1 angeordnet werden Für Fig. 4 ist angenommen, daß die Fjj1irun 1 lediglich zum
Aufnehmen eines Schlittens 41 eines Werkzeugrevolvers 42 dient. Dieser muß bei seinem
Hub lin;mS der Achse 9 der Führung 1 in ganz bestimmter 7 ordnung zu dem im Futter
43 des Spindelstocks 40 eingespannten Werkstück 44 zu verfahren sein. In dem Mittelbereich
3 gemäß Fig. 2 ergeben sich dabei bei Anwendung der erfindun-sgemäßen Lagerung der
Lngsführung 1 besondere Schwierigkeiten nicht. Problematisch kann die Sache Jedoch
in den Endbereichen mit relativ stark zunehmender Nachgiebigkeit werden. Zunächst
ist darauf hinzuweisen, daß der Schlitten
41 des Werkzeugrevolvcrs
selbst eine relativ große Lange in Richtung der Achse 9 besitzt, so daß er starke
Biegungen der Führung 1 nicht zuläßt. Zum grundsätzlichen Überwinden des vorgenannten
Problems ist gemäß Fig. 4 vorgesehen, einen Teil, insbesondere einen mit 45 bezeichneten
Ausleger, des dem Futter 43 bzw. Spindelstock 40 zugewandten Halters 4 der Längsführung
1 so fest gegenüber dem Boden 46 bzw. dem Spindelstock 40 zu lagern, daß die Längsführung
1 in bezug auf unmittelbare Belastungen des dem Spindelstock 40 zugewandten Randbereichs
weniger durch die riickkragende Lagerung des Halters 4 als direkt über den Ausleger
45 stabilisiert wird. Das den Ausleger 45 aufnehmende Lager 47 soll dabei so ausgebildet
sein, daß es mit zunehmender Belastung weniger nachgiebig ist.
-
Besonders geeignet sind hierzu entsprechend gesteuerte hydrostatische
Lager. Durch die Wirkung eines so gelagerten Auslegers 45 ist die Biegelinie 12
von Fig. 2 in dem dem Spindel stock 40 zugewandten Randbereich 48 soweit "aufzurichten"
bzw. 1,auszugltten11, daß das durch den Mittelbereich 3 gegebene Plateau gemc>ß
Fig. 5 bis zu dem angrenzenden Halter 4 heran fortgesetzt ist. Selbstverstündlich
ann die andere Seite bzw. der andere Randbereich 49 der Biegelinie 50 von Fig. 5
in ähnlicher Weise aufgerichtet werden.