DE3423495C2 - - Google Patents

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.

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.