DE3634769A1 - Fraes- oder bohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fräs- oder Bohrmaschine, insbe­ sondere Konsolfräsmaschine, mit einem Maschinensockel, einem Maschinenständer und mit einem in vertikaler Richtung über Führungseinrichtungen höhenverstellbaren Vertikalschlitten.

Auf einer Maschine dieser Art lassen sich Werkstücke auf vielfältige Weise bohren und/oder fräsen. Die Werkstücke werden dabei auf dem Vertikalschlitten, auch Kreuzschlitten genannt, befestigt und mit einem Fräs- oder Bohrkopf bearbei­ tet, der an bzw. in einem über dem Vertikalschlitten im obe­ ren Bereich des Maschinenständers gelagerten Schlitten ange­ ordnet ist.

Der Vertikalschlitten ist über vertikal verlaufende Führun­ gen mit dem Maschinenständer verbunden, wobei er durch eine Hubeinrichtung, im allgemeinen einen Spindelantrieb, höhen­ verstellbar in der Führungsbahn geführt ist.

Dadurch, daß der Vertikalschlitten nur im hinteren Bereich mit dem Maschinenständer verbunden ist, d.h. dadurch, daß er frei auskragend ist, ist die Führungseinrichtung erheblichen Belastungen, insbesondere Kipp- bzw. Biegemomenten, ausge­ setzt. Den Drehpunkt bildet dabei die Kugelrollspindel für die Vertikalverstellung. Dieser Drehpunkt befindet sich im Vergleich zu dem auskragenden Tischaufbau relativ nahe an den vertikalen Führungen. Dies bedeutet, daß aufgrund dieser ungünstigen Hebelübersetzung enorme Kippmomente auf die Führungsbahn wirken. Der Teil der Führungsbahn, der an dem Tisch angeordnet ist, im allgemeinen eine Hintergriffleiste, trägt nur in einem schmalen oberen Bereich, während auf die Führungsbahn des Ständers unten eine hohe Belastung wirkt.

Dies bedeutet, daß diese Führungsbahnen sehr hohen Belastun­ gen (z.B. hoher Flächenpressung) und einem starken Ver­ schleiß ausgesetzt sind. Dies tritt insbesondere bei schnel­ len Eilgängen auf. Mitunter entstehen sogar Einlaufprobleme der Führungsbahnen durch ein Kantenträgerverhalten. Nachtei­ lig ist weiterhin auch eine ungleichmäßige Schmierfilmdicke aufgrund der auftretenden Biegemomente in den Führungen.

Beim Anfahren oder bei einem langsamen Bewegen des Vertikal­ schlittens besteht die Gefahr von Ruckbewegungen, welche sich nachteilig auf das zu bearbeitende Werkstück auswirken. Durch den hohen und relativ schnellen Verschleiß der Füh­ rungsbahnen leidet auch die Genauigkeit.

Es sind bereits vertikale Abstützungen bzw. Unterstützungen des Vertikalantriebes bekannt. Hierzu dienen Hydraulikzylin­ der auf der Rückseite des Vertikalschlittens. Das untere En­ de des Hydraulikzylinders stützt sich an dem Maschinensockel ab, während der Kolben bzw. die Kolbenstange am hinteren En­ de des Vertikalschlittens befestigt ist. Mit diesem in verti­ kaler Richtung angeordneten Hydraulikzylinder wird zwar eine vertikale Abstützung erreicht, aber die auftretenden Biege- bzw. Kippmomente können dadurch nicht beseitigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fräs- oder Bohrmaschine der eingangs erwähnten Art der­ art zu verbessern, daß die von dem Vertikalschlitten herrüh­ renden Kräfte und Momente besser beherrscht werden, so daß sich eine höhere Standzeit und Genauigkeit ergibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwi­ schen dem Vertikalschlitten und einem feststehenden Teil der Fräsmaschine gelenkig eine Hydraulik- oder Pneumatikeinheit so angeordnet ist, daß wenigstens in einem wesentlichen Teil des Arbeitsbereiches ein wenigstens teilweiser Ausgleich des Biegemomentes auf die Führungseinrichtung aufgrund des Ge­ wichtes des Vertikalschlittens des zu bearbeitenden Werk­ stückes und dergleichen, stattfindet.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hydraulik- oder Pneumatikeinheit können die Kipp- und Biegemomente des Verti­ kalschlittens, die auf die vertikale Führungseinrichtung wir­ ken, in hohem Maße ausgeglichen bzw. neutralisiert werden. Dies bedeutet, an den Führungsbahnen tritt ein deutlich ge­ ringerer Verschleiß auf, was sich positiv auf die Genauig­ keit der Führung und die Standzeit auswirkt. Außerdem ergibt sich dadurch ein niedrigerer Reibwert und damit eine Lei­ stungseinsparung für den Antrieb. Dadurch kann ggf. auch die Höhenverstellungseinrichtung für den Vertikalschlitten ein­ facher und damit billiger ausgestaltet werden.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Pneumatik- oder Hydraulikeinheit mit einem Ende im oberen Bereich des Vertikalschlittens angelenkt ist, während das andere Ende gelenkig an dem feststehenden Teil der Fräsma­ schine derart angeordnet ist, daß wenigstens im Hauptarbeits­ bereich der Anlenkpunkt der Hydraulik- oder Pneumatikeinheit wenigstens annähernd horizontal zu oder über dem Anlenkpunkt der Hydraulik- oder Pneumatikeinheit an dem Vertikalschlit­ ten liegt.

Da im oberen Bereich des Vertikalschlittens die größten Kräf­ te auftreten, kann durch die erfindungsgemäße Anordnung eine wirksame Gegenkraft erzeugt werden.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das andere Ende der Hydraulik- oder Pneumatikein­ heit im oberen Bereich des Maschinenständers angelenkt ist.

Durch diese Anordnung der Hydraulik- bzw. Pneumatikeinheit zwischen dem Vertikalschlitten und dem Maschinenständer wird erreicht, daß wenigstens in einem weiten Arbeitsbereich des Vertikalschlittens eine nach oben gerichtete Kraftrichtung erzeugt wird. Durch den horizontalen Teil dieser Gegenkraft können die zu Kipp- bzw. Biegmomente führenden Kräfte aufge­ fangen oder weitgehend reduziert werden und durch den verti­ kalen Teil wird zusätzlich noch eine Entlastung für die Hebe­ einrichtung des Vertikalschlittens erreicht.

In einfacher Weise wird man die Hydraulik- bzw. Pneumatikein­ heit als Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikkolben ausbil­ den, wobei die Kolbenstange des Hydraulikkolbens an dem Ver­ tikalschlitten und der Hydraulikzylinder an dem Maschinenge­ stell, z.B. im oberen Bereich des Maschinenständers, ange­ lenkt ist. Selbstverständlich ist jedoch auch die umgekehrte Anordnung möglich, d.h. daß der Kolben des Hydraulikzylin­ ders mit seinem freien Ende an dem Maschinenständer ange­ lenkt ist.

Auch eine Gasdruckfeder kann in einfacher Ausgestaltung hier­ für verwendet werden.

Von Vorteil ist es, wenn der Druck im Kolbenraum des Haupt­ zylinders einstellbar ist.

Auf diese Weise können unterschiedliche Gewichte bzw. Biege­ momente soweit wie möglich ausgeglichen werden.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann hierzu vorgesehen sein, daß in der Druckmittelzuleitung ein Druckeinstellven­ til angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Druck einge­ stellt werden, womit z.B. auch nachträglich im Betrieb noch Anpassungen an die auszugleichenden Kipp- bzw. Biegemomente möglich sind.

Zur Unterstützung der vertikalen Hubeinrichtung kann - wie grundsätzlich bereits bekannt - vorgesehen sein, daß eine in vertikaler Richtung wirkende Hydraulik- oder Pneumatikein­ heit angeordnet ist, die mit einem Ende an einem feststehen­ den Teil der Fräsmaschine und die mit dem anderen an dem Vertikalschlitten befestigt ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Konsol­ fräsmaschine;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Konsolfräsmaschine nach der Fig. 1.

Die in den Zeichnungen dargestellte Konsolfräsmaschine ist grundsätzlich von bekannter Bauart, weshalb lediglich die für die Erfindung wesentlichen Teile näher beschrieben wer­ den. Sie weist einen Maschinensockel 1 und einen Maschinen­ ständer 2 auf, an dem im oberen Bereich in einem Spindelbock 5 ein nicht näher dargestellter Fräs-/Bohrkopf 8 angeordnet ist.

Ein Vertikalschlitten 3 ist im vorderen Bereich des Maschi­ nenständers 2 über eine nicht dargestellte Höhenverstellein­ richtung in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet.

Hierzu weist der Vertikalschlitten 3 an beiden Seiten des Maschinenständers 2 vertikale Führungsbahnen 4 A auf, die mit einer T-förmigen Erweiterung 4 B des Maschinenständers 2 zu­ sammenarbeiten und eine Führungsbahn bilden (siehe Fig. 2).

Aufgrund der Auskragung des Vertikalschlittens 3 auf dem noch der eigentliche Tisch, wie z.B. ein Rundtisch für die zu bearbeitenden Werkstücke, angeordnet ist, wirken auf die Hauptführungsbahn erhebliche Kippmomente.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, greift im oberen Bereich des Vertikalschlittens 3 über ein Gelenk 6 eine Kolbenstange 10 mit einem Kolben 11 am vorderen Ende eines Hydraulikzylinders 9 an. Das der Kolbenstange 10 gegenüber­ liegende Ende des Hydraulikzylinders 9 ist über ein Gelenk 7 an dem Maschinenständer 2 befestigt. Wie aus der Fig. 1 er­ sichtlich ist, ist das Gelenk 6 in der Position, in der der Vertikalschlitten 3 sich in seiner untersten Lage befindet oder wenigstens in seinem unteren Bereich seitlich oberhalb des Gelenkes 6 angeordnet. Dies bedeutet, daß eine schräg nach oben gerichtete Kraft F von der Hydraulikeinheit er­ zeugt wird, sobald ein Druckmittel über eine Zuleitung 16 in einen Kolbenraum 12 eingebracht wird. Die Kraftrichtung ver­ läuft dabei in Richtung der Längsachse der Kolbenstange 10. Die Kraft F wirkt als Gegenkraft zu der horizontal nach vorne gerichteten Kraft A (siehe Pfeil in der Fig. 1), durch welche das Kippmoment auf den Vertikalschlitten 3 erzeugt wird. Wird die Größe des horizontalen Kraftanteiles der in Längsrichtung der Kolbenstange 10 verlaufenden Kraft F gleich groß gewählt wie die Kraft A, so wird ein vollständi­ ger Kraftausgleich bzw. bei Berücksichtigung der Hebelarme ein Ausgleich der Kippmomente erreicht. In der Praxis wird sich dies jedoch nicht immer einhalten lassen, denn die zu bearbeitenden Werkstücke weisen unterschiedliche Gewichte auf. Da jedoch im allgemeinen die vom Tischunter- und -aufbau und die Zubehörteile herrührenden Gewichte in der Größenord­ nung von 1500 kg liegen und mehr als 2/3 des Gesamtgewichtes ausmachen, läßt sich jedoch auf jeden Fall ein weitgehender Kraftausgleich schaffen. Der vertikale Anteil der Kraft F, der aufgrund der angegebenen Anordnung der Anlenkpunkte für die Hydraulikeinheit an den Gelenken 13 und 14 nach oben gerichtet ist, dient zur Entlastung der vertikalen Hubein­ richtung für den Vertikalschlitten 3 bei einer Aufwärtsbewe­ gung, wodurch dieser einfacher und leistungssparender ausge­ bildet werden kann.

Wird ein Drosselventil 17 bzw. Druckeinstellventil in der Zuleitung 16 angeordnet, läßt sich mit einem entsprechenden Einstellglied der Druck in dem Druckraum 12 regeln. Gleich­ zeitig dient das Drosselventil 17 auch für einen gedrossel­ ten Auslaß des Druckmittels aus dem Kolbenraum 12 während einer nach unten gerichteten Bewegung des Vertikalschlittens 3.

Wird der Vertikalschlitten 3 durch eine Hubeinrichtung nach oben bewegt, so wird gleichzeitig hierzu Druckmittel in den Druckraum 12 eingebracht. Durch den Druckaufbau in dem Druck­ raum 12 wird die Gegenkraft F erzeugt, wobei lediglich dafür zu sorgen ist, daß bei einer weiteren nach oben gerichteten Bewegung des Vertikalschlittens 3 über die Druckleitung 16 stetig Druckmittel nachfließen kann, damit eine konstante Kraft bestehen bleibt.

Bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Vertikalschlit­ tens 3 wird das Druckmittel aus dem Kolbenraum 12 entlassen, wobei dies jedoch über das Drosselventil 17 nur im gedrossel­ ten Zustand möglich ist. Auf diese Weise wird auch bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Vertikalschlittens 3 der Druck im Kolbenraum 12 und damit eine Austarrierung bzw. ein Kraftausgleich aufrechterhalten.

Bei sehr großen Konsolfräsmaschinen kann zusätzlich noch in bekannter Weise ein vertikal angeordneter Hydraulikzylinder 19 (gestrichelte Darstellung in der Fig. 1) angeordnet sein, der mit seiner Kolbenstange über einen mit dem Vertikal­ schlitten 3 verbundenen Anschlag 20 angreift. Auf diese Wei­ se wird zusätzlich neben dem Ausgleich der Horizontalkräfte bzw. des daraus resultierenden Kippmomentes noch eine Ent­ lastung der Vertikalkräfte erreicht.

Claims (7)

1. Fräs- oder Bohrmaschine, insbesondere Konsolfräsmaschine, mit einem Maschinensockel, einem Maschinenständer und mit ei­ nem in vertikaler Richtung über Führungseinrichtungen höhen­ verstellbaren Vertikalschlitten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vertikalschlitten (3) und einem feststehenden Teil (2) der Fräsmaschine gelenkig eine Hydraulik- oder Pneu­ matikeinheit (9-11) so angeordnet ist, daß wenigstens in einem wesentlichen Teil des Arbeitsbereiches ein wenigstens teilweiser Ausgleich des Biegemomentes auf die Führungsein­ richtung (4 A, 4 B) aufgrund des Gewichtes des Vertikalschlit­ tens des zu bearbeitenden Werkstückes und dergleichen, statt­ findet.

2. Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatik- oder Hydraulikeinheit (9-11) mit einem Ende im oberen Bereich des Vertikalschlittens (3) angelenkt ist, während das andere Ende gelenkig an dem feststehenden Teil (2) der Fräsmaschine derart angeordnet ist, daß wenigstens im Hauptarbeitsbereich der Anlenkpunkt der Hydraulik- oder Pneumatikeinheit (9-11) an dem feststehenden Teil wenigstens annähernd horizontal zu oder über dem Anlenkpunkt der Hydrau­ lik- oder Pneumatikeinheit an dem Vertikalschlitten (3) liegt.

3. Fräsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Hydraulik- oder Pneumatikeinheit im obe­ ren Bereich des Maschinenständers (2) angelenkt ist.

4. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik- oder Pneumatikeinheit als Hydraulikzylinder (9) mit einem Hydraulikkolben (11) ausgebildet ist, wobei die Kolbenstange (10) des Hydraulikkolbens an dem Vertikal­ schlitten (3) und der Hydraulikzylinder (9) am Maschinenstän­ der oder umgekehrt angelenkt ist.

5. Fräsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Kolbenraum (12) des Hydraulikzylinders (9) ein­ stellbar ist.

6. Fräsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelzuleitung (16) zu der Hydraulik- oder Pneu­ matikeinheit (9-11) ein Druckeinstellventil (17) angeordnet ist.

7. Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der vertikalen Hubeinrichtung eine in ver­ tikaler Richtung wirkende Hydraulik- oder Pneumatikeinheit (19) angeordnet ist, die mit einem Ende an einem feststehen­ den Teil (1) der Fräsmaschine und die mit dem anderen an dem Vertikalschlitten (3) befestigt ist.