DE3315612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeughöhenverstellvorrichtung bei einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Werkzeughöhenverstellvorrichtung ist aus der DE 31 31 566 A1 bekannt.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere beim Planschleifen von Werkstücken, ist im allgemeinen ein hoher Genauigkeitsgrad einzuhalten, was es erforderlich macht, die Höhenposition des Schleifwerkzeugs über dem Werkstück mit Präzision einzuhalten. Diese Präzision ist mit der bekannten Werkzeughöhenverstellvorrichtung aufgrund des nicht vermeidbaren Spiels im Axiallager, das die Höhenverstellspindel an dem Maschinenbett abstützt, nicht erzielbar.

Aus der DE-AS 11 57 882 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der ein das Werkzeug tragender Spindelkasten in horizontaler Richtung auf einem vertikal verschiebbaren Querbalken verschiebbar ist, wobei der Querbalken von zwei an seinen Enden angreifenden Kolben getragen wird, die sich in zwei mit einer Druckflüssigkeit gefüllten und je an eine Pumpe angeschlossenen Arbeitszylindern einer hydraulischen Hubvorrichtung vertikal verschieben können. Bei Maschinen dieser Art ist das Gewicht des Spindelkastens, wenn er sich in der Mitte des Querbalkens befindet, gleichmäßig auf beide Kolben der Arbeitszylinder verteilt, jedoch wird das Gleichgewicht gestört, wenn er sich auf ein Ende des Querbalkens hinbewegt, so daß der entsprechende Kolben mehr und der andere weniger belastet wird. Dies beeinträchtigt die Genauigkeit des Arbeitsergebnisses mit der Maschine. Aus diesem Grunde ist bei der bekannten Maschine eine Einrichtung zur Änderung des Flüssigkeitsdrucks in den Arbeitszylindern vorgesehen, die durch Steuerkurven gesteuert wird, die am Spindelkasten angebracht sind und bei seitlicher Verschiebung des Spindelkastens eine entsprechende Nachstellung der Drücke in den Arbeitszylindern bewirken. Diese Steuerung der Flüssigkeitsdrücke in den Arbeitszylindern erfolgt ausschließlich in Abhängigkeit von der Position des Spindelkastens längs des Querbalkens, jedoch nicht in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck, den das Werkzeug an der im Spindelkasten gelagerten Spindel auf ein Werkstück ausübt, so daß sich trotz der getroffenen Maßnahmen Ungenauigkeiten im Arbeitsergebnis zeigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeughöhenverstellvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine genaue Einhaltung einer eingestellten Höhenposition des Spindelkastens und somit des von ihm getragenen Werkzeugs gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Die erfindungsgemäße Werkzeughöhenverstellvorrichtung enthält einen geschlossenen Regelkreis, der auf Änderungen in der Höhenposition der Höhenverstellspindel aufgrund Lagerungstoleranzen anspricht und eine entsprechende Nachstellung des Spindelkastens bewirkt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Außenansicht einer Schleifmaschine, und

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht zur Ver­ deutlichung einer Höhenverstellvorschubspindel und eines Werkzeughalterkopfes mit einer Bela­ stungskompensationseinrichtung, die mit einem statischen Drucklager auf der Vorschubspindel bei der Schleifmaschine nach Fig. 1 gekoppelt ist.

Fig. 1 ist eine perspektivische Außenansicht einer Aus­ führungsform einer Schleifmaschine für Quarzkristallele­ mente, die mit einer Höhenverstell- und -führungsvorrich­ tung nach der Erfindung versehen ist. Mit 1 ist ein Bett bezeichnet, das eine Schlittenführung 2 hat, die an seinem oberen Teil ausgebildet ist, über die sich ein Werkstückschlitten 4 bewegt, der mittels einer Vor­ schubspindel 3 angetrieben wird, die in Eingriff mit einer Gewindebohrung in dem Werkstückschlitten 4 ist. Der Werkstückschlitten 4 wird in Querrichtung über die Querschlittenführungsfläche 2 mittels eines Steuermotors 5 angetrieben, der mit der Vorschubspindel 3 zum Ver­ drehen derselben gekoppelt ist. Ein Drehtisch 6 ist drehbeweglich auf dem Werkstückschlitten 4 angebracht, wobei die Drehbewegung desselben durch einen Motor M 1 gesteuert wird. Eine Vielzahl von Werkstückspann­ einrichtungen 7 ist auf dem Drehtisch 6 angebracht.

Zwei parallele, vertikale Führungssäulen 51 sind auf dem Bett 1 auf einer Seite der Schlittenführung 2 angebracht. Mit 54 ist ein Werk­ zeugspindelkasten bezeichnet, der mit geführten Flächen ver­ sehen ist, die durch gegenüberliegende Führungsflä­ chen 52 und 53 auf den Säulen 50 geführt sind. Eine Werkzeugspindel 56, die ein Schleif­ werkzeug 55 am unteren Ende trägt, ist drehbeweglich in dem Spindelkasten 54 mit Hilfe statischer Drucklager gelagert. Die Werkzeugspindel 56 wird durch einen Riemen 57 angetrieben, der die Spindel 56 und eine Antriebsriemenscheibe eines Motors M 2, der fest auf dem Spindelkasten 54 angebracht ist, umschlingt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Spindelkasten 54 mit einer Ge­ windebohrung 54 b versehen, mit der eine zur Höhenver­ stellung dienende und von einem statischen Drucklager abgestützte Höhenverstellspindel 58 zusammenarbeitet, die über ein Reduk­ tionsgetriebe 58 a durch einen Motor M 3 angetrieben ist, der auf dem Bett 1 angebracht ist. Mit 59 ist ein hy­ draulischer Stellzylinder bezeichnet, der fest zwischen den oberen Enden der Führungssäulen 50 angebracht ist und der mit einem Schieber am oberen Ende einer Stell­ stange 60 zusammenwirkt, de­ ren unteres Ende fest an dem Spindelkasten 54 ange­ bracht ist. Die Position, an der die Stellstange 60 an dem Spindelkasten 54 angebracht ist, läßt sich in vertikaler Richtung verändern, doch ist dies aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Mit 69 ist ein Servo­ ventil bezeichnet, das dem Stellzylinder 59 Hydraulikdruck zuführt, um wirksam das Gewicht des Spindel­ kastens 54 über die Stellstange 60 aufzunehmen, wie nachstehend näher beschrieben wird.

Mit 61 ist ein Axiallagerflansch bezeichnet, der um den Umfang des unteren Endes der Höhenverstellspindel 58 ausge­ bildet ist, die in einem Lagerkasten 62 untergebracht ist, der das erwähnte statische Drucklager ausbildet. Statische Drucklagerkammern 63 und 64 sind in dem Lagerkasten 62 oberhalb und unterhalb des Flansches 61 ausgebildet, die als Lager für den Flansch 61 dienen. Diese statischen Drucklagerkammern 63 und 64 sind mit Drucksen­ soren 65 bzw. 66 versehen, die Signale für die Schwankungen des Druckmitteldruckes in diesen Kammern liefern. Diese Signale werden durch eine Differenz­ verstärkerschaltung 67 a, eine Kompensationsschaltung 67 b und einen Servoverstärker 68 verarbeitet. Die von dem Servoverstärker 68 gelieferten Ausgangssignale, die jeg­ liche Differenz zwischen den Drücken in den statischen Drucklagerkammern 63 und 64 angeben, werden an das Servoventil 69 angelegt, das hierdurch dem Hydraulikzylinder 59 Druck zuführt, um die Stellstange 60 nach oben oder unten zu bewe­ gen. Diese Bewegung der Stellstange 60 erfolgt in einer solchen Richtung, daß jegliche Differenz zwischen den Drücken in den statischen Drucklagerkammern 63 und 64 vermindert wird, d. h. daß diese Drücke ins Gleich­ gewicht gebracht werden. Es ist daher ersichtlich, daß eine Regelschleife gebildet wird, wobei die Steuerstange 60 den Spindelkasten 54 derart abstützt, daß der Axiallagerflansch 61 in einer festen Po­ sition bezüglich des Lagerkastens 62 und somit in einer festen Position bezüglich des Bettes 1 gehalten wird, d. h. das gesamte Gewicht des Werkzeughalterkopfes 54 wird durch die Stellstange 60 aufgenommen. Auf diese Weise wird eine genaue Einhaltung der vertikalen Position des Spindelkastens 54, die durch Drehung der Höhenverstellspindel 58 vorgebbar ist, eingehalten.

Wenn die Höhenverstellspindel 58 gedreht wird, um den Spindelkasten 54 abzusenken, dann werden Reibungskräfte und andere Kräfte an den Führungsflächen 52 und 53 der Führungs­ säulen 51 und 50 erzeugt. Hieraus resultiert, daß der Bewegung des Spindelkastens 54 ein Widerstand ent­ gegenwirkt, der eine Belastung der Höhenverstell­ spindel 58 zur Folge hat. Diese Belastung verursacht eine Dif­ ferenz zwischen den Drücken in den statischen Drucklager­ kammern 63 und 64, und in Abhängigkeit hiervon wirkt die vorstehend beschriebene Regelschleife derart, daß die Stellstange 60 und mit ihr der Spindelkasten 54 in einer solchen Richtung bewegt werden, daß diese Druckänderung aufgehoben wird. Wenn bei­ spielsweise der Druck in der statischen Drucklagerkammer 63 fallen und jener in der statischen Drucklager­ kammer 64 ansteigen sollte, dann beaufschlagt der vom Servo­ ventil 64 gesteuerte Hydraulikdruck im Zylinder 59 die Stellstange 60 derart, daß der Spindelkasten 54 gehoben wird, um eine Kompensation der auf die Höhenverstellspindel 58 ausgeübten Belastung zu erreichen. Die Drücke in den statischen Drucklagerkammern 63 und 64 werden hierbei ausgeglichen. Wenn andererseits der Druck in der statischen Drucklagerkammer 63 ansteigen sollte und jener in der Kammer 64 fallen sollte, wird die Stellstange 60 abgesenkt, um hierdurch wiederum die Drücke in den statischen Drucklagerkammern 63 und 64 auszuglei­ chen.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die Drehung der zur Höhenverstellung dienenden und mit sta­ tischem Druck beaufschlagten Höhenverstellspindel 58 dazu führt, daß der Spindelkasten 54 entweder gehoben oder gesenkt wird, während sein gesamtes Gewicht durch die Stellstange 60 ge­ tragen wird. Da somit keine Belastung auf die Verbin­ dung zwischen der Höhenverstellspindel 58 und dem Ge­ winde 54 b des Spindelkastens 54 einwirkt, kann die vertikale Positionierung des Spindelkastens 54 unter Einhaltung eines äußerst hohen Genauigkeitsgrades erfolgen.

Claims (2)

1. Werkzeughöhenverstellvorrichtung bei einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Schleifmaschine, mit einem Bett mit darauf verschiebbarem Werkstückschlitten, einer sich von dem Bett vertikal erhebenden Führungssäulenanordnung, einem an dieser vertikal verstellbar geführten Werkzeugspindelkasten mit darin gelagerter Werkzeugspindel mit Antriebseinrichtung und einer an dem Bett abgestützten, drehbaren Höhenverstellspindel, die mit einer in dem Werkzeugspindelkasten ausgebildeten Gewindebohrung zusammenwirkt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Höhenverstellspindel (58) ist an dem Bett (1) mittels eines statischen Drucklagers (62) abgestützt, das oberhalb und unterhalb eines mit der Höhenverstellspindel (58) verbundenen Axiallagerflansches (61) eine obere und eine untere Drucklagerkammer (63, 64) aufweist, die über Drucksensoren (65, 66) mit einem Differenzverstärker (67 a) verbunden sind,
• b) an der Führungssäulenanordnung (51) ist ein Hydraulikzylinder (59) befestigt, in dem eine Stellstange (60) vertikal verschiebbar geführt ist, die mit dem Werkzeugspindelkasten (54) verbunden ist,
• c) dem Hydraulikzylinder (59) ist ein Servoventil (69) zugeordnet, das mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (67 a) verbunden und von diesem so gesteuert ist, daß der an der Stellstange (60) erzeugte Hydraulikdruck auf den Spindelkasten (54) im Sinne einer Verminderung der Druckdifferenz in den statischen Drucklagerkammern (63, 64) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (60) mit dem Werkzeugspindelkasten (54) lösbar verbunden ist.