DE3423495C2 - - Google Patents
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- DE3423495C2 DE3423495C2 DE3423495A DE3423495A DE3423495C2 DE 3423495 C2 DE3423495 C2 DE 3423495C2 DE 3423495 A DE3423495 A DE 3423495A DE 3423495 A DE3423495 A DE 3423495A DE 3423495 C2 DE3423495 C2 DE 3423495C2
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Korrektur der Verlagerung eines translatorisch bewegbaren
Teils, z. B. eines Schlittens, eines Schiebers, einer Trag
hülse oder dergleichen, an einer spanenden Werkzeugmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige
Vorrichtung ist aus der US-PS 41 17 762 bekannt, allerdings
in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine, bei der das in
Horizontalrichtung verfahrbare Teil nicht in einem längs des
Maschinenständers senkrecht verschiebbaren Maschinenteil,
sondern unmittelbar im Maschinenrahmen gelagert ist. Bevor
dieser Stand der Technik näher erläutert wird, sei zum bes
seren Verständnis der Erfindung folgendes vorausgeschickt.
Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Waagrecht-Bohr
maschinen, Waagrecht-Fräsmaschinen, Hobel- oder Stoßmaschinen
mit ziehendem Schnitt und Gesenkfräsmaschinen, bei denen ein
translatorisch bewegbares Teil, z. B. ein Schieber in waag
rechter Richtung gleitend verfahrbar in einem Spindelkasten
gelagert ist, der seinerseits längs eines senkrechten Maschi
nenständers verschiebbar ist, sind allgemein bekannt. In
derartigen Werkzeugmaschinen treten ungewollte Verlagerungen
des im folgenden der Einfachheit halber lediglich mit Schieber
bezeichneten translatorisch bewegbaren Teils auf, wenn der
Schieber vorgeschoben wird oder ein großes Werkzeug oder eine
Zusatzeinrichtung am Schieber montiert werden. Eine solche
Verlagerung kann auch durch Neigung des Spindelkastens auf
grund einer Änderung der Lage des Schwerpunktes des Spindel
kastens hervorgerufen werden.
Damit ein Werkstück von der Werkzeugmaschine mit
hoher Genauigkeit bearbeitet werden kann, ist es erfor
derlich, diese Verlagerungen zu korrigieren oder zu kom
pensieren. Hierfür wurden bereits verschiedenartige Ver
lagerungskorrekturvorrichtungen verwendet. So ist in der
japanischen offengelegten Patentbeschreibung 2 185/1965
(=JP 40-2 185) eine Vorrichtung offenbart, die eine Einrichtung
zur Kompensation einer Veränderung in der Lage des
Schwerpunkts aufweist. Bei dieser Kompensationsein
richtung wird in Abhängigkeit von der Vorschubbewegung
des Schiebers der Öldruck in einem Öldruckzylinder ver
ändert, der für ein Ausgleichsgewicht vorgesehen ist,
und zwar mit dem Ziel, eine durch Veränderung der
Schwerpunktslage des Spindelkopfes verursachte Verän
derung im Moment automatisch zu vermeiden. Weiterhin
ist in der japanischen offengelegten Patentbeschrei
bung 38 827/1975 (=JP 50-38 827) eine Schieberspannungskompensations
vorrichtung offenbart, gemäß der im oberen Abschnitt des
Schiebers ein Zugstab eingebettet ist und zum Ausüben
eines Zugs am hinteren Ende des Zugstabs eine Öldruck-
Zylinderanordnung vorgesehen ist. Mit dieser Vorrich
tung soll eine Durchbiegung des Schiebers kompensiert
werden. Ferner hat man es bereits in Betracht gezogen,
am vorderen und hinteren Ende der unteren Schiebergleit
fläche des Spindelkastens Öltaschen auszubilden und die
sen Öltaschen Drucköl in einer solchen Weise zuzufüh
ren, daß die Spalte an diesem vorderen und hinteren Ende
der Schiebergleitfläche stets einen konstanten Wert ha
ben, um einer Neigung des Schiebers aufgrund unter
schiedlicher Spalte vorzubeugen. Schließlich hat man
auch bereits für den oberen und unteren Abschnitt des
vorderen Endes des Spindelkastens Öldruckzylinder vorge
sehen, deren Aufgabe darin besteht, eine Durchbiegung
des vorderen unteren Abschnitts des Spindelkastens zu
korrigieren.
Bei diesen bekannten Verlagerungskorrekturvorrichtungen
wird der Öldruck einer Pumpe gemäß dem Ausmaß des Vor
schubs des Schiebers mit Hilfe eines Druckregelventils
so eingestellt, daß eine Korrektur der Verlagerung des
Spindelkastens oder des Schiebers durch Zufuhr druckge
regelten Öls zu Öldruckzylindern erzielt wird. Hierbei
verwendet man als Druckregelventil ein Ausgleichskol
benventil einschließlich eines Steuerventils, das in
der Lage ist, den dem Öldruckzylinder von zwei Rich
tungen zugeführten Öldruck (Sekundärdruck) unabhängig
einzustellen. Insbesondere sind an beiden Enden des
Steuerventils Einstellschrauben vorgesehen, von denen
die eine über einen Zahnradmechanismus mit einer
Schiebervorschubwelle gekuppelt ist, so daß diese
Einstellschraube in Wechselbeziehung mit der Bewegung
des Schiebers gedreht werden kann, um eine automati
sche Einstellung des Sekundärdrucks zu bewirken. Die
andere Einstellschraube ist unmittelbar mit einer
Einstellscheibe des Spindelkastens verbunden, und zwar
derart, daß beim Montieren eines Werkzeugs oder einer
Zusatzeinrichtung am Schieber oder an der Spindelwelle
die Einstellschraube mittels der Einstellscheibe ge
dreht wird, um auf diese Weise den Anfangsdruck der
art voreinzustellen, daß das Ausmaß dieser Voreinstel
lung der durch das Gewicht des Spindelkastens verur
sachten Änderung in der Lage des Schwerpunkts des
Spindelkastens entspricht.
Somit werden bei diesem Stand der Technik Druckausgleichs
kolben-Einstellventile benutzt, und eine an einen Ende
eines Steuerventils vorgesehene Einstellschraube wird
zur Einstellung des Öldrucks um ein vorbestimmtes Ver
hältnis gedreht. Mit dieser Einstellmethode kann der
Öldruck nur mit einem bestimmten konstanten Verhältnis
in Abhängigkeit vom Ausmaß des Vorschubs des Schiebers
eingestellt werden, und es ist unmöglich, den Einstel
lungsprozentsatz während des Vorschubs des Schiebers
zu ändern. Darüber hinaus ist der Prozentsatz der Druck
einstellung (Druckkennlinie) des Druckausgleichskolben-
Einstellventils prinzipiell durch die Kraft einer Feder
vorbestimmt, so daß es zur Änderung der Kennlinie er
forderlich wäre, die Feder auszutauschen.
Das Ausmaß des Vorschubs des Schiebers steht aber -
allgemein gesagt - nicht immer in einem bestimmten oder
eindeutigen Verhältnis zur Durchbiegung des Schiebers
oder zur Veränderung der Schwerpunktslage des Spindel
kastens. Es ist vielmehr oft so, daß bei einer Zu
nahme des Vorschubausmaßes des Schiebers die Verlage
rung in einem immer größer werdenden Maße zunimmt.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein schweres Werk
zeug oder eine schwergewichtige Zusatzeinrichtung am
vorderen Ende des Schiebers oder dergleichen mon
tiert wird. Mit den herkömmlichen Verlagerungskorrektur
vorrichtungen, die von einem Druckausgleichskolben-
Einstellventil Gebrauch machen, welches den Druck nur
mit einem konstanten Verhältnis einstellen kann, ist
es unmöglich, bei allen Vorschubpositionen des Schie
bers eine optimale Verlagerungskompensation vorzuse
hen. Dies hat zur Folge, daß eine hinreichende Korrek
tur nur bei einer bestimmten Position oder nur in einem
bestimmten Verschiebebereich möglich ist. Deshalb ist
es beispielsweise bei einer großen bodenaufgestellten
Bohrmaschine, einer Werkzeugmaschine mit großen Zusatz
einrichtungen oder einer Werkzeugmaschine mit einem
langen Hub des Schiebers od. dgl. schwierig, bei der Bearbei
tung einen hohen Genauigkeitsgrad zu erzielen.
Darüber hinaus ist es notwendig, das Druckeinstell
ventil bei jeder auftretenden Belastungsänderung nach
zustellen, beispielsweise beim Austausch des Werkzeugs
oder der Zusatzeinrichtung. Dies erfordert nicht nur
mühsame und zeitraubende Einstellungen, sondern auch
Montagearbeiten, weil eine das Druckeinstellventil betätigen
de mechanische Kupplungsverbindung angepaßt werden muß. Es
sind daher zahlreiche Schritte erforderlich, um die Verlagerungs
korrekturvorrichtung einzustellen und zu montieren.
Aus der DE-Z. VDI-Z. 122 (1980), Nr. 7, Seite 267 bis 272, ins
besondere Abschnitte 4 und 5, ist bereits eine digitale
Fehlerkorrektur eines in einer waagrechten und senkrechten
Richtung verschiebbar gehalterten Werkzeugschlittens be
kannt. Die Fehlerkorrektur erfolgt dadurch, daß der Werkzeug
schlitten bei einer waagrechten Verschiebung zusätzlich in
senkrechter Richtung nach einer vorbestimmten Funktion ver
schoben wird. Darüber hinaus ist in dieser Druckschrift eine
regelungstechnische Lösung angegeben, bei der eine auftre
tende Verlagerung gemessen und eine aus dem Meßsignal ge
bildete Regelabweichung möglichst gut ausgeregelt werden soll.
Die Voraussetzung für regelungstechnische Lösungen ist je
doch das Vorhandensein geeigneter Meßeinrichtungen.
Bei der aus der (hier zur Gattungsbildung herangezogenen) US-PS 41 17 762 bekannten Korrekturvor
richtung sind die Positionserfassungseinrichtung, die Ein
richtung zum Erzeugen des Verlagerungskorrekturwertes und
das Druckeinstellventil durch eine mit der Positionsänderung
des translatorisch bewegbaren Werkzeugmaschinenteils ver
schiebbare Korrekturschablone, eine die Schablone abtastende
Rolle mit einem auf eine Druckfeder wirkenden Stößel und ein
über die Feder mechanisch betätigtes Ventil verwirklicht.
Dabei ist der Funktionszusammenhang zwischen der Verschiebe
position des bewegbaren Werkzeugmaschinenteils und dem Ver
lagerungskorrekturwert in der Schablone als Analogspeicher
niedergelegt. Bei der mit dem Druckmittel des Druckeinstell
ventils beaufschlagten Einrichtung zum Aufbringen einer
Korrekturkraft handelt es sich um eine die Neigung des be
wegbaren Teils kompensierende Einrichtung mit einer durch
den Druck des Druckmittels verstellbaren Lagerrolle.
Bei der aus der US-PS 41 17 762 bekannten Verlagerungs
korrekturvorrichtung ist - wie gesagt - der Funktionszusammenhang zwischen
der Position des bewegbaren Werkzeugmaschinenteils und dem
Verlagerungskorrekturwert durch die Korrekturschablone fest
gelegt. Belastungsänderungen am bewegbaren Teil, beispiels
weise hervorgerufen durch Austausch des Werkzeugs oder der
Zusatzeinrichtung, bedingen im allgemeinen auch eine Ände
rung des in der Korrekturschablone niedergelegten Funk
tionszusammenhangs, wenn die Genauigkeit der Kompensation
nicht leiden soll. Ein Austausch der Korrekturschablone ist
aber mit mühsamen und zeitraubenden Arbeitsvorgängen ver
bunden. Darüber hinaus müßten zahlreiche verschieden geformte
Korrekturschablonen bevorratet werden. Hinzu kommt noch, daß
der in einer Korrekturschablone niedergelegte Funktions
zusammenhang im allgemeinen nur für eine Art von Kompensa
tionseinrichtung wie die Einrichtung zur Kompensation der
Neigung hinreichend genaue Korrekturergebnisse liefert. Soll
beispielsweise zusätzlich zur Neigung auch die Schwerpunkt
lage kompensiert werden, müßten an dem bewegbaren Werkzeug
maschinenteil zwei Korrekturschablonen mit voneinander
unterschiedlichen Funktionszusammenhängen angebracht werden.
Ausgehend von einer Verlagerungskorrekturvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 liegt der Er
findung die Aufgabe zugrunde, daß es auch bei großen und
schweren Werkzeugmaschinen, die den Einsatz von mehreren
verschiedenen Kompensationseinrichtungen erfordern, ohne
aufwendige Montage- und Einstellarbeiten möglich sein soll,
über den gesamten Verfahrbereich des bewegbaren Teils auf
tretende Verlagerungen in optimaler Weise zu korrigieren,
und zwar auch unter Einbeziehung des Umstands, daß unter
schiedlich große und schwere Werkzeuge oder Zusatzeinrichtun
gen an dem bewegbaren Werkzeugmaschinenteil anbringbar sind.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Erfindungsgegenstand mit
den vier ausgewählten, aufeinander abgestimmten Kompensa
tionseinrichtungen sowie mit den mit diesen Kompensationsein
richtungen zusammenwirkenden steuerungstechnischen Lö
sungsmerkmalen gestattet es, den jeweiligen Belastungs
änderungen am bewegbaren Teil optimal angepaßte Korrektur
kräfte aufzubringen. Die mit dem Positionssignal gespeiste
Berechnungseinrichtung nimmt hierbei nicht nur eine auto
matische Berücksichtigung am bewegbaren Teil auftretender
Belastungsänderungen vor, sondern sorgt auch für einen
optimalen Funktionszusammenhang zwischen der durch das
Positionssignal dargestellten Verschiebeposition des beweg
baren Werkzeugmaschinenteils und den Verlagerungskorrektur
werten für die einzelnen Kompensationseinrichtungen. Auf
diese Weise wird auch bei Werkzeugmaschinen mit großen Ab
messungen und hohem Gewicht unter Verwendung relativ ein
facher steuerungstechnischer Mittel die durch Verlagerung
des bewegbaren Werkzeugmaschinenteils verursachte Auswir
kung optimal korrigiert.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist im
Anspruch 2 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen
Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungs
beispiels nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Flußdiagramm mit aufeinanderfolgen
den Schritten zur Ausführung einer Verlagerungskorrek
tur nach der Erfindung und
Fig. 3a bis 3d grafische Darstellungen zur Er
läuterung der mit der Erfindung erzielten Vorteile.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungs
beispiels der auf eine Waagrecht-Bohr- und -Fräsmaschine ange
wandten Erfindung. Die Waagrecht-Bohr- und -Fräsmaschine 10 ent
hält ein Bett 11, einen auf dem Bett in waagrechter
Richtung (senkrecht zur Ebene des Zeichnungsblatts)
verschiebbar angebrachten senkrechten Ständer 12 und
einen an dem Ständer 12 in senkrechter Richtung ver
schiebbar angebrachten Spindelkasten 13. In einem ein translatorisch
bewegbares Teil darstellenden Schieber bzw. einer Traghülse 15 ist eine Spindel 14
drehbar gelagert, und der Schieber 15 ist im Spindel
kasten 13 so angeordnet, daß er in axialer Richtung ver
schoben werden kann. Wird der Schieber 15 zur Bearbei
tung eines (nicht dargestellten) Werkstücks vorgescho
ben, kommt es zu einer Durchbiegung des Schiebers, und
zwar aufgrund seines eigenen Gewichts als auch aufgrund
des Gewichts eines an seinem vorderen Ende angebrachten
Werkzeugs 16 oder einer dort angebrachten Zusatzeinrich
tung 17 a, 17 b oder 17 c. Auf diese Weise kommt es zu
einer Lageänderung oder Verlagerung durch Neigung des
Spindelkastens 13 insgesamt oder durch elastische Defor
mation des vorderen unteren Endes des Spindelkastens.
Aus diesem Grunde sind zum Zwecke der Korrektur solcher
Verlagerungen Korrekturbelastungen ausübende Vorrich
tungen für die bewegbaren Abschnitte des Schiebers 15
und des Spindelkastens 13 vorgesehen, die in Abhängig
keit vom Ausmaß des Vorschubs des Schiebers 15 Korrek
turbelastungen ausüben. Diese Korrekturbelastungen aus
übenden Vorrichtungen umfassen eine Schieberspannungs
kompensationsvorrichtung zum Korrigieren der Durchbie
gung des Schiebers, eine Neigungskompensationsvorrich
tung zum Korrigieren der Neigung des Schiebers, welche
durch den Unterschied im Zwischenraum oder Spalt am
vorderen und hinteren Ende der Schiebergleitfläche des
Spindelkastens verursacht wird, eine Vorrichtung zur
Kompensation der Veränderung in der Lage des Schwer
punkts zwecks Korrektur der Neigung, die durch Ver
schiebung der Lage des Schwerpunkts des Spindelkastens
verursacht wird, und eine Spindelkastenspannungskompen
sationsvorrichtung zur Korrektur der elastischen Defor
mation des vorderen unteren Abschnitts des Spindelkastens.
Die Schieberspannungskompensationsvorrichtung enthält
insbesondere einen in den oberen Abschnitt des Schie
bers 15 eingebetteten Längszugstab 18 sowie eine Öldruck-
Kolben-Zylinder-Anordnung 19, die mit dem hinteren Ende
des Zugstabs 18 verbunden ist. Wird zur Vornahme einer
Korrektur unter Druck stehendes Öl in die Kolben-Zylin
der-Anordnung 19 eingeleitet, kommt es infolge der Aus
übung eines Zugs auf den Zugstab 18 zu einer Korrektur
der Durchbiegung des Schiebers 15.
Die Neigungskompensa
tionsvorrichtung enthält Öltaschen 21 und 22 am vorderen
und hinteren Ende des Spindelkastens 13 unterhalb der
Schiebergleitfläche, und das Drucköl, dessen Druck von
der Vorschubposition des Schiebers 15 abhängt, wird den
Öltaschen 21 und 22 in einer solchen Weise zugeführt,
daß die Spalte am vorderen und hinteren Ende der Schie
bergleitfläche jeweils auf einem konstanten Wert gehal
ten werden, so daß der Neigungsfehler des Schiebers 15
korrigiert wird.
Die Vorrichtung zur Kompensation der
Lageveränderung des Schwerpunkts enthält ein Ausgleichs
gewicht 25, das über Rollen 23 a und 23 b sowie Ketten
oder Seile 24 a und 24 b mit den entgegengesetzten En
den des Spindelkastens 13 so verbunden ist, daß der
Spindelkasten hängt, und darüber hinaus enthält diese
Vorrichtung eine Kolben-Zylinder-Anordnung 26, die
mit der vorderen Kette 24 a verbunden ist.
Wird der Kolben-Zylinder-Anordnung 26 ein Drucköl
zugeführt, dessen Druck vom Ausmaß des Vorschubs des
Schiebers 15 abhängt, wird die auf die Kette 24 a ausge
übte Zugkraft in einer solchen Weise erhöht, daß der
Spindelkasten 13 stets in einer waagrechten Lage bleibt.
Die Spindelkastenspannungskompensationsvorrichtung ent
hält einen in das vordere Ende des Spindelkastens 13
eingebetteten Spannstab 27, der sich senkrecht zur
Längsachse des Schiebers 15 zwischen der Ober- und
Unterseite des Schiebers erstreckt, sowie eine Kolben-
Zylinder-Anordnung 28, die mit dem oberen Ende des
Spannstabs 27 verbunden ist. Wird der Kolben-Zylinder-
Anordnung 28 Drucköl zugeführt, dessen Druck vom Ausmaß
des Vorschubs des Schiebers 15 abhängt, wird das Schieber
tragteil des Spindelkastens 13 nach oben gezogen, wo
durch die elastische Deformation des vorderen unteren
Abschnitts des Spindelkastens 13 kompensiert wird. Diese
Kompensationsvorrichtung kann auch am hinteren Ende des
Spindelkastens 13 vorgesehen sein, um eine Deformation
des Spindelkastens 13 zu kompensieren, wenn der Schieber 15
zurückgezogen wird.
Diese Vorrichtungen zum Ausüben von Korrekturbela
stungen werden mit Drucköl betrieben, das von einer
Druckölquelle stammt. Hierbei kann es sich um eine Öl
pumpe 29 handeln, deren Ausgangsdruck mit Hilfe eines
elektromagnetischen Proportionaldruckregelventils auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Der Öldruck
zylinder 19 der Schieberspannungskompensationsvorrichtung
ist über ein elektromagnetisches Proportionaldruckregel
ventil 20 A mit der Ölpumpe 29 verbunden, und die Öl
taschen 22 und 21 am hinteren und vorderen Ende der
Neigungskompensationsvorrichtung sind über ein elektro
magnetisches Proportionaldruckregelventil 20 B bzw. 20 C
ebenfalls mit der Ölpumpe 29 verbunden. Der Öldruckzy
linder 26 der Kompensationsvorrichtung für die Schwer
punktlageveränderung und der Öldruckzylinder 28 der
Spindelkopfspannungskompensationsvorrichtung sind über
ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil
20 D mit der Ölpumpe 29 verbunden. Der Grund dafür, daß
die Kolben-Zylinder-Anordnung 26 der Kompensationsvor
richtung für die Schwerpunktlageveränderung als auch
die Kolben-Zylinder-Anordnung 28 der Spindelkastenspan
nungskompensationsvorrichtung gemeinsam von dem elektro
magnetischen Proportionaldruckregelventil 20 D Gebrauch
machen, ist darauf zurückzuführen, daß die Kennlinien
der an die beiden Zylinder 26 und 28 angelegten Korrek
turöldrücke einander ähnlich sind. Es ist auch möglich,
für die beiden Zylinder separate elektromagnetische
Proportionaldruckregelventile vorzusehen.
Die elektromagnetischen Proportionaldruckregelven
tile sind jeweils so konstruiert, daß ein Steuerventil
von einem Solenoid oder einer elektromagnetischen Ein
richtung in einer solchen Weise gesteuert wird, daß der
der betreffenden Korrekturbelastungsausübungsvorrich
tung zugeführte Druck (Sekundärdruck) dem durch das So
lenoid oder die elektromagnetische Einrichtung fließen
den Strom proportional ist. Dabei stellt der jeweils
fließende Strom ein Verlagerungskorrektursignal dar,
das von einer Verlagerungskorrekturwert-Berechnungs
einrichtung 30 ausgegeben wird. Diese Berechnungsein
richtung 30 enthält eine Speichereinheit 31, in der
Berechnungsprogramme gespeichert sind, welche in Abhän
gigkeit von gewissen Bedingungen wie die Art oder das
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Werkzeugs
16 oder einer Ersatz- bzw. Zusatzeinrichtung 17 a, 17 b oder 17 c am
vorderen Ende des Schiebers 15 erstellt worden sind,
eine Recheneinheit 32, die ein von einem Schiebervor
schubpositionsdetektor erzeugtes Positionssignal gemäß
einem vorbestimmten Berechnungsprogramm arithmetisch
verarbeitet, und Verlagerungskompensationssignalgenera
toren 33, die das Ergebnis der Berechnungen in Verla
gerungskorrektursignale überführen, welche den jewei
ligen elektromagnetischen Proportionaldruckregelventi
len zugeführt werden.
Für den Schiebervorschubpositionsdetektor kann man
beispielsweise einen Impulsgeber 34
verwenden, der über ein Zahnradgetriebe 36 gedreht wird,
das am einen Ende einer kugelgelagerten Schraubenspin
del 35 vorgesehen ist, die zum Vorschub des Schiebers 15
dient. Die vom Impulsgeber 34 erzeugten Impulse
stellen das Positionssignal dar. Der Positionsdetektor
kann aber auch beispielsweise durch ein Potentiometer,
einen Codierer oder einen Resolver realisiert werden.
Außerdem kann der Positionsdetektor nicht mit der
Schraubenspindel 35, sondern mit einem Elektromotor 37
verbunden sein, der zum Antrieb der Schraubenspindel 35
dient. Das bereitgestellte Positionssignal entspricht
dann der jeweiligen Drehposition des Motors 37.
Gemäß dem Berechnungsprogramm erhält man die Bezie
hung zwischen den durch die Vorwärtsbewegung des Schie
bers 15 verursachten und errechenbaren oder meßbaren Ver
lagerungen des Schiebers 15 und des Spindelkastens 13 und der
zur Korrektur dieser Verlagerungen erforderlichen Kor
rekturbelastung mit Hilfe einer Gleichung zum Berechnen
des Korrekturöldrucks, der den Öldruckzylinder der je
weiligen Verlagerungskorrekturvorrichtungen und den Öl
taschen zugeführt wird. Die in dieser Weise berechneten
Werte werden in der Speichereinheit 31 gespeichert.
Ferner sind die Berechnungsprogramme für die jeweilige
Korrekturart so erstellt, daß Umstände wie die Gewich
te der Werkzeuge und Zusatzeinrichtungen, die am vor
deren Ende des Schiebers angebracht werden können, be
rücksichtigt sind. Abweichend davon kann man Verände
rungen im Gewicht oder dergleichen auch dadurch korri
gieren, daß bei der Berechnung jeder Korrekturart ein
spezifischer Korrekturkoeffizient benutzt wird.
Die Gleichung zur Berechnung des Korrekturöldrucks
sollte idealerweise eine auf theoretischem oder experi
mentellem Weg gewonnene Berechnungsgleichung mit Funk
tionen höherer Ordnung sein, so daß bei allen während
des Hubs des Schiebers auftretenden Positionen eine
vollkommene Kompensation der Verlagerung erreicht wird.
Zum Zwecke der Vereinfachung der Berechnung kann man
aber auch eine Näherungsberechnung ausführen, wobei
die Vorschubpositionen des Schiebers in eine Vielzahl
von Bereichen unterteilt werden und jedem Bereich eine
Gleichung zur Berechnung einer Funktion relativ niedri
ger Ordnung (beispielsweise der ersten Ordnung) zuge
ordnet wird, so daß auch mit der Näherungsberechnung
der zur Korrektur erforderliche Öldruck genau bestimmt
werden kann. Eine relativ hinreichende Korrektur kann
man beispielsweise dadurch erzielen, daß in einem vor
gegebenen Schieberpositionsbereich der zur Korrektur
notwendige Öldruck mit einer konstanten Rate geändert
wird, jedoch im nächsten Bereich mit einer anderen kon
stanten Rate geändert wird. Auf diese Weise ist es mög
lich, ohne Qualitätseinbuße ein Produkt mit hoher Ferti
gungsgenauigkeit zu erhalten. Wie es später noch er
läutert wird, ist bei dem betrachteten Ausführungsbei
spiel der Schieberhub in drei Bereiche unterteilt. Die
Gleichungen zur Berechnung des Korrekturöldrucks sind
in den einzelnen Bereichen verschieden, und zwar derart,
daß bei zunehmender Vorschubbewegung des Schiebers die
Rate oder das Ausmaß der Zunahme des Korrekturöldrucks
anwächst, um dem zunehmend größer werdenden Verlage
rungsfehler zu begegnen. Durch die Aufteilung in die
Bereiche kann man zur Berechnung des Korrekturöldrucks
eine Gleichung mit der relativ einfachen Funktion er
ster Ordnung verwenden.
Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Ausführungs
beispiels soll unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach
Fig. 2 im folgenden erläutert werden.
Vor dem Tätigwerden
wird die Art des am vorderen Ende des Schiebers 15 ange
brachten Werkzeugs 16 oder der dort angebrachten Zusatzein
richtung 17 a, 17 b, 17 c in die Speichereinheit eingegeben, und zwar zum
Zwecke der Auswahl eines entsprechenden Berechnungspro
gramms und zum Zwecke der Berechnung des Verlagerungs
korrekturwerts. Die vorzunehmende Programmauswahl kann
von Hand durch Drücken einer Taste vorgenommen werden.
An der Befestigungsfläche des Schiebers 15 kann aber auch
eine Vielzahl von Fühlerschaltern angebracht sein, die
durch ungleich geformte Codeabschnitte betätigt werden
können, welche für die jeweiligen Arten von Werkzeugen
und Zusatzeinrichtungen vorgesehen sind. Es ist auch
möglich, den Zustand von Schaltern zu erfassen, die so
installiert sind, daß am Schieber 15 angebrachte Anschläge
an ihnen angreifen, wenn die jeweiligen Werkzeuge und
Zusatzeinrichtungen angebracht sind. Somit kann man die
verschiedenen Arten von Werkzeugen und Zusatzeinrich
tungen grundsätzlich automatisch erfassen, und zwar bei
spielsweise dadurch, welche Schalter oder Schalterkom
binationen von vorgesehenen Anschlägen betätigt sind.
Schließlich ist es auch möglich, ein gewünschtes Be
rechnungsprogramm dadurch auszuwählen, daß für das je
weilige Werkzeug oder die jeweilige Zusatzeinrichtung
eine Auswahloperation unter Erzeugung eines Befehlssi
gnals herangezogen wird, das einen automatischen Wechsel
des Werkzeugs oder der Zusatzeinrichtung anzeigt.
Sobald der Vorschub des Schiebers 15 beginnt, gibt
der Impulsgeber 34 an die Recheneinheit 32 einen
Impuls ab, der als Positionssignal des Schiebers 15
dient. Die Recheneinheit 32 verarbeitet dieses Posi
tionssignal gemäß dem ausgewählten Berechnungspro
gramm mit dem Ziel der Berechnung eines Verlagerungs
korrekturwerts, der von den Verlagerungskorrektursignal
generatoren 33 in Verlagerungskorrektursignale, d. h.
Stromsignale, umgesetzt wird. Diese Verlagerungskorrek
tursignale werden den elektromagnetischen Proportional
druckregelventilen 20 A, 20 B, 20 C und 20 D zugeführt. In
diesem dieser Regelventile steuert das Verlagerungskor
rektursignal ein Steuerventil, um den von der Ölpumpe
29 bereitgestellten Öldruck (Primärdruck) in einen ge
wünschten Öldruck (Sekundärdruck) umzusetzen. Der ge
wünschte oder Korrekturöldruck gelangt zu den Kolben-
Zylinder-Anordnungen der jeweiligen Kompensationsvor
richtungen oder Öltaschen, so daß die jeweiligen Kor
rekturvorrichtungen betätigt und die gewünschten Verla
gerungskorrekturen vorgenommen werden. Die Korrekturen
der durch den Vorschub des Schiebers 15 verursachten Ver
lagerungen des Schiebers 15 und des Spindelkastens 13
werden auf diese Weise fortwährend und wirksam vorge
nommen.
Fig. 3(a) bis 3(d) stellen schematisch die Ergeb
nisse von Korrekturen für die Durchbiegung des Schie
bers 15 und die Neigung des Spindelkastens 13 dar, die
von den Verlagerungskorrekturvorrichtungen nach der Er
findung bewirkt werden. Auf der linken Seite der Fig. 3(a)
bis 3(d) sind jeweils die Zustände der Lageänderungen
oder Verlagerungen des Schiebers 15 und des Spindel
kastens 13 bei vorgeschobenem Schieber dargestellt, wohin
gegen die rechten Seiten dieser Figuren die Beziehungen
zwischen dem Hub oder Vorschub des Schiebers 15 und dem
Korrekturöldruck darstellen.
Bei dem in Fig. 3(a) dargestellten Betriebszu
stand ist ein Werkzeug 16 am vorderen Ende des Schie
bers 15 montiert, und der Korrekturöldruck beträgt Null.
In diesem Zustand sind die Verlagerungskorrekturvorrich
tungen unwirksam, und es kommt nicht nur zu einer
Durchbiegung des Schiebers 15, sondern auch zu einer
Neigung des Spindelkastens 13 um einen Winkel R 1.
Fig. 3(b) zeigt einen Betriebszustand, bei dem die
in Fig. 3(a) dargestellten Verlagerungen durch die er
findungsgemäßen Verlagerungskorrekturvorrichtungen kor
rigiert sind. Der Korrekturöldruck wird proportional
zum Ausmaß des Vorschubs (Hubs) des Schiebers 15 verändert,
jedoch erfolgt bei einem Zwischenpunkt des Hubs des
Schiebers eine Änderung des Ausmasses oder der Rate der
Änderung. So ist insbesondere der Hub in beispielsweise
drei Bereiche unterteilt, und die Zunahmegeschwindig
keit des Korrekturöldrucks ist im Anfangsbereich klei
ner als im Endbereich. In Fig. 3(b) sind Öldrücke A, B,
C und D dargestellt, die von den elektromagnetischen
Proportionaldruckregelventilen 20 A, 20 B, 20 C bzw. 20 D
(vgl. Fig. 1) eingestellt werden. Der Korrekturöldruck B
wird der Öltasche 22 am hinteren Ende des Spindelkastens
13 zugeführt und dient zur Kompensation der Neigung
des hinteren Endes des Spindelkastens 13, wenn der Schie
ber 15 zurückgezogen ist. Die Öldruckkurve B hat daher
gegenüber den Öldruckkurven A, C und D eine entgegenge
setzte Neigung.
Fig. 3(c) zeigt das Ergebnis von Korrekturen der
Verlagerung des Schiebers 15, an dem eine Zusatzeinrich
tung 17 c montiert ist, und des Spindelkastens 13, und
zwar bei Anwendung der in Fig. 3(b) dargestellten Kor
rekturöldrücke. Aus Fig. 3(c) geht hervor, daß bei mon
tierter Zusatzeinrichtung 17 c die durch das Gewicht der
Zusatzeinrichtung verursachte Durchbiegung des Schiebers
15 ebenso wie die durch das Gewicht der Zusatzeinrich
tung verursachte Neigung des Spindelkastens 13 größer
sind, so daß es bei Anwendung der gleichen Korrektur
öldrücke wie bei montiertem Werkzeug 16 nicht möglich
ist, die Durchbiegung des Schiebers 15 und die Neigung
R 2 des Spindelkastens 13 vollkommen zu kompensieren.
Fig. 3(d) zeigt das Ergebnis der Korrektur, das
dadurch bewirkt wird, daß ein der Zusatzeinrichtung 17 c
entsprechendes Berechnungsprogramm ausgewählt wird
und die mit diesem ausgewählten Berechnungsprogramm er
mittelten Korrekturöldrücke angewendet werden. Wie
aus einem Vergleich zwischen Fig. 3(d) und Fig. 3(c)
hervorgeht, haben die Korrekturöldrücke bei montierter
Zusatzeinrichtung 17 c eine größere Steigung als bei dem
montierten leichteren Werkzeug 16, so daß die Änderung
der Korrekturöldrücke in Abhängigkeit vom Hub des
Schiebers 15 größer ist. Der Unterschied zwischen den Kor
rekturöldrücken ist insbesondere gegen Ende des Vorwärts
hubs des Schiebers 15 bemerkenswert. Wird in der vorstehend be
schriebenen Weise ein geeignetes Berechnungsprogramm in
Abhängigkeit von der Art des Werkzeugs oder der Zusatz
einrichtung zum Berechnen und Zuleiten eines optimalen
Korrekturöldrucks ausgewählt, erfolgt eine genaue Kor
rektur der auftretenden Verlagerung.
Bei einer Werk
zeugmaschine mit großen Abmessungen und einem hohen
Gewicht mag es angebracht sein, die Anzahl der Zugstäbe 18
der Schieberspannungskompensationsvorrichtung zu er
höhen und den Spannstab 27 der Spindelkastenspannungs
kompensationsvorrichtung auch unterhalb des Spindel
kastens vorzusehen. Ferner besteht die Möglichkeit,
weitere Korrekturbelastungsausübungsvorrichtungen an
zuordnen, die gleiche oder ähnliche Aufgaben wie die
bereits beschriebenen Vorrichtungen haben.
Anstelle von Öldruck als Mittel zur Ausübung
einer Korrekturbelastung kann man auch einen anderen
Fluiddruck verwenden, beispielsweise einen anderen
Hydraulikdruck oder einen Pneumatikdruck. Obgleich
bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
zur Berechnung des Korrekturöldrucks eine Gleichung
benutzt wird, bei der für den gesamten Hub des Schie
bers zur Öldrucksteuerung drei Kurvenarten eingesetzt
werden, kann man die Anzahl der Kurvenarten bzw. Un
terteilungsabschnitte erhöhen, wenn eine größere Ge
nauigkeit erforderlich ist.
Werden die Verlagerungen des Schiebers und des
Spindelkastens während der tatsächlichen Bearbeitung
erfaßt und die erfaßten Verlagerungen als Rückführ
signale zur Korrektur der Berechnung des Verlagerungs
korrekturwerts zu der Berechnungseinrichtung zurückge
führt, kann die Genauigkeit verbessert werden. Reicht
die Genauigkeit der elektromagnetischen Proportional
druckregelventile nicht aus, kann der angewandte
Korrekturöldruck erfaßt und zur Verbesserung der Kom
pensationsgenauigkeit zur Berechnungseinrichtung zu
rückgeführt werden.
Enthält das Verlagerungskorrekturberechnungspro
gramm zusätzlich zu den Korrekturkoeffizienten, die
der Art des Werkzeugs und der Zusatzeinrichtung ent
sprechen, auch Korrekturkoeffizienten, die der Art
des Werkstücks und der Anzahl der Umdrehungen der
Spindel entsprechen, kann man die Verlagerungskorrek
tur auf eine größere Anzahl von Umständen gründen.
Wie bereits erläutert, kann nach der Erfindung
eine erforderliche Korrekturbelastung berechnet und
auf ein bewegbares Teil einer Maschine bei verschie
denen Bewegungspositionen so angewendet werden, daß
in Abhängigkeit von der Bewegungsposition des bewegba
ren Teils eine optimale Verlagerungskorrektur erzielt
wird. Da es weiterhin möglich ist, das Änderungsaus
maß der Korrekturbelastung in Abhängigkeit vom Ausmaß
der Bewegung des bewegbaren Teils bei einem oder meh
reren Zwischenpunkten innerhalb des Hubs des beweg
baren Teils zu ändern, wird gegenüber einer herkömmli
chen Verlagerungskorrekturvorrichtung, bei der die
Korrekturbelastung bezüglich des gesamten Hubs des
bewegbaren Teils nicht mit einer konstant proportio
nalen Beziehung geändert werden kann, eine beträchtli
che Verbesserung der Verlagerungskorrektur erzielt.
Dieser Vorteil macht sich insbesondere bei einer großen
Werkzeugmaschine mit einem großen Hub bemerkbar.
Darüber hinaus ist es möglich, in Abhängigkeit
von der Art des am bewegbaren Teil anzubringenden Werk
zeugs oder der dort anzubringenden Zusatzeinrichtung
ein optimales Verlagerungskorrekturberechnungsprogramm
auszuwählen, und zwar mit dem Ziel, die Verlagerungs
korrekturgenauigkeit zu verbessern. Diese Auswahl des
Berechnungsprogramms kann in Wechselbeziehung mit dem
Austausch des Werkzeugs oder der Zusatzeinrichtung
stehen, so daß eine vollständig automatische Arbeits
weise der Werkzeugmaschine möglich ist.
Die Erfindung ist auch auf andere als die beschrie
bene Werkzeugmaschine anwendbar. So kann man die erfin
dungsgemäßen Maßnahmen beispielsweise auch bei einem
portalartigen oder bogenförmigen Maschinenbearbeitungs
zentrum einsetzen, bei dem ein Schieber od. dgl. längs eines
Querbalkens gleitbar angeordnet ist, dessen beide Enden
auf senkrechten Ständern ruhen.
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Korrektur der Verlagerung eines transla
torisch bewegbaren Teils, z. B. eines Schlittens, eines
Schiebers, einer Traghülse oder dergleichen, an einer
spanenden Werkzeugmaschine, die einen senkrechten Ständer,
einen längs des Ständers verschiebbaren Spindelkasten und
den vom Spindelkasten gleitend getragenen, bewegbaren Teil
aufweist, an dem ein Werkzeug oder eine Zusatzeinrichtung
befestigbar ist, enthaltend
eine mit einem Druckmittel beaufschlagte Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft zur Korrektur der durch die Verlagerung des bewegbaren Teils verursachten Auswirkung,
eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der Position des bewegbaren Teils,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines von der erfaßten Position des bewegbaren Teils abhängigen Verlagerungskorrek turwertes und
ein in Abhängigkeit vom Verlagerungskorrekturwert betä tigtes Ventil zum Einstellen des Drucks des Druckmittels,
wobei die Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft eine Kompensationseinrichtung zur Korrektur einer Neigung des bewegbaren Teils enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Positionserfassungseinrichtung (34) ein Positions signal erzeugt,
daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Verlagerungskorrek turwerts eine Berechnungseinrichtung (30) ist, die ein Verla gerungskorrektursignal erzeugt,
daß das Ventil (20 A; 20 B; 20 C; 20 D) durch das Verlage rungskorrektursignal elektromagnetisch betätigbar ist und
daß die Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft ferner enthält: eine Kompensationseinrichtung (18, 19) zur Kor rektur einer Durchbiegung des bewegbaren Teils (15), eine Kompensationseinrichtung (25, 26) zur Korrektur einer durch eine Verschiebung der Schwerpunktlage des Spindelkastens (13) verursachten Neigung des Spindelkastens und eine Kompensa tionseinrichtung (27, 28) zur Korrektur einer elastischen Deformation des vorderen unteren Abschnitt des Spindelkastens.
eine mit einem Druckmittel beaufschlagte Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft zur Korrektur der durch die Verlagerung des bewegbaren Teils verursachten Auswirkung,
eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der Position des bewegbaren Teils,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines von der erfaßten Position des bewegbaren Teils abhängigen Verlagerungskorrek turwertes und
ein in Abhängigkeit vom Verlagerungskorrekturwert betä tigtes Ventil zum Einstellen des Drucks des Druckmittels,
wobei die Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft eine Kompensationseinrichtung zur Korrektur einer Neigung des bewegbaren Teils enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Positionserfassungseinrichtung (34) ein Positions signal erzeugt,
daß die Einrichtung zum Erzeugen eines Verlagerungskorrek turwerts eine Berechnungseinrichtung (30) ist, die ein Verla gerungskorrektursignal erzeugt,
daß das Ventil (20 A; 20 B; 20 C; 20 D) durch das Verlage rungskorrektursignal elektromagnetisch betätigbar ist und
daß die Einrichtung zum Aufbringen einer Korrekturkraft ferner enthält: eine Kompensationseinrichtung (18, 19) zur Kor rektur einer Durchbiegung des bewegbaren Teils (15), eine Kompensationseinrichtung (25, 26) zur Korrektur einer durch eine Verschiebung der Schwerpunktlage des Spindelkastens (13) verursachten Neigung des Spindelkastens und eine Kompensa tionseinrichtung (27, 28) zur Korrektur einer elastischen Deformation des vorderen unteren Abschnitt des Spindelkastens.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Berechnungseinrichtung (30) enthält: eine Speicher
einrichtung (31) zur Vorabspeicherung von Berechnungsprogram
men, die für verschiedene Arten von Werkzeugen (16) oder
Zusatzeinrichtungen (17 a; 17 b; 17 c) und deren Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein aufbereitet worden sind, eine Rechen
einheit (32) zur Verarbeitung des der Position des beweg
baren Teils (15) entsprechenden Positionssignals gemäß einem
aus den Berechnungsprogrammen ausgewählten Programm und eine
Verlagerungskorrektursignal-Erzeugungseinrichtung (33) zur
Umsetzung des Ergebnisses der Verarbeitung in der Rechen
einheit (32) in das dem elektromagnetisch betätigbaren Ventil
(20 A; 20 B; 20 C; 20 D) zugeführte Verlagerungskorrektursignal.
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