DE3927855A1

DE3927855A1 - Vorschubspindel-lagerstruktur

Info

Publication number: DE3927855A1
Application number: DE3927855A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Narushima
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1990-04-26
Also published as: JPH0265940A; US5025914A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorschubskindel- Lagerstruktur der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine derartige Vorschubspindel-Lagerstruktur, die in der Lage ist, die thermische Ausdehnung oder Längung der Vorschubspindel eines Schlittens, Tisches oder dergleichen einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Bearbeitungszentrums aufzunehmen.

Bei einer Werkzeugmaschine, die ein besonders hohes dynamisches Leistungsverhalten haben soll, wie beispielsweise einem Bearbeitungszentrum für maschinelle Bearbeitung, muß die Vorschubsteifigkeit dadurch vergrößert werden, daß beide Enden der mit Außengewinde versehenen Vorschubspindel derart gelagert werden, daß jede Bewegung in Axialrichtung ausgeschlossen wird, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Selbst wenn eine Kugelmutter für die Vorschubspindel verwendet wird, dehnt sich die Spindel mit einer Temperaturerhöhung aus, wenn die Maschine über eine lange Zeit betrieben wird, weil die Wärmeerzeugung aufgrund der Rollreibung der Kugelmutter einen graduellen Temperaturanstieg hervorruft. Im Hinblick hierauf ist es allgemein üblich, bei einer Maschine, bei der beide Spindelenden festgelegt sind, die Spindel mit einer Vorspannung zu versehen, um die Längung aufzunehmen. Wenn die Maschine über lange Zeit bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird, kann diese Vorspannung allein jedoch die Längung nicht vollständig aufnehmen, was zum Entstehen einer übermäßigen Druckkraft in der Spindel führt, woraus sich nicht nur eine Verschlechterung der Genauigkeit ergibt, sondern auch Schäden an den Drucklagern oder eine übermäßig verkürzte Lebensdauer hervorgerufen werden können. Um dieses Problem zu beseitigen, wurden verschiedene Verfahren zur Begrenzung der Wärmeerzeugung in der Spindel verwendet. Bei einem dieser Verfahren wird eine hohle Spindel verwendet, durch deren Mittelbohrung ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird. Bei einem anderen Verfahren wird die Wärmeerzeugung mit Hilfe eines Ölnebel-Schmiersystems oder dergleichen in der Kugelmutter begrenzt.

Das System, bei dem ein Kühlmittel durch den Mittelbereich der Spindel hindurchgeleitet wird, erfordert ein Kühlmittelzufuhrgerät, Verbindungsleitungen und dergleichen, was zu hohen Kosten führt. Weiterhin ergibt sich dabei das Problem einer Beschränkung hinsichtlich des Durchmessers und der Länge der Spindel. Das Ölnebel-Schmiersystem erfordert eine Vernebelungsvorrichtung. Abgesehen hiervon ergibt sich dabei keine befriedigende Kühlwirkung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme bekannter Systeme zu beseitigen und eine Vorschubspindel- Lagerstruktur zu schaffen, bei der jede Verschlechterung der Steifigkeit des Vorschubsystems vermieden wird, ohne daß spezielle Kühlmittel erforderlich sind und ohne daß sich eine Beschränkung hinsichtlich des Durchmessers und der Länge der Spindel ergibt, sodaß die zugehörige Maschine dauernd bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorschubspindel-Lagerstruktur weist ein Hauptkörperteil, ein Lagerhalteteil an einem Ende der Vorschubspindel, das verschiebbar in dem Hauptkörperteil angeordnet ist, ein Klemmteil, das zwischen dem Lagerhalteteil und dem Hauptkörperteil vorgesehen ist und diese Bauteile relativ zueinander festlegen kann, und eine Einrichtung zur Betätigung des Klemmteils in Abhängigkeit von auf die Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel bezogenen Faktoren und Bedingungen auf. Zu den Zeiten, zu denen kein Axialvorschub durgeführt wird, kann die Festlegung des Lagerhalteteils aufgehoben werden.

Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Vorschubspindel-Lagerstruktur geschaffen, die ein Hauptkörperteil, das eine Stütze einschließt, piezoelektrische Elemente, ein Lagergehäuse an einem Ende der Vorschubspindel, das zwischen den piezoelektrischen Elementen angeordnet ist und hinsichtlich seiner Axialbewegung durch die Stütze des Hauptkörperteils begrenzt ist, und Einrichtungen zur Feststellung von Faktoren umfaßt, die auf die Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel bezogen sind. Alternativ kann das piezoelektrische Element auf der Innenseite angeordnet sein, wobei ihm dauernd eine Spannung zugeführt wird, um die Vorschubspindel mit einer Vorspannung zu versehen.

Bei der erfindungsgemäßen Lagerstruktur führt ein Temperaturanstieg auf einen bestimmten Wert als Ergebnis der Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel dazu, daß das Klemmteil die Festlegung des Lagerhalters aufhebt, sodaß vorübergehend die Längung der Vorschubspindel ermöglicht wird. Alternativ kann der Lagerhalter normalerweise frei von jeder Festlegung durch das Klemmteil sein, sodaß dauernd eine Längung der Vorschubspindel ermöglicht wird. In diesem Fall wird der Lagerhalter lediglich während des Axialvorschubes festgelegt. Bei einer Lagerstruktur entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine vorgegebene Spannung an die piezoelektrischen Elemente, zwischen die das Lagergehäuse eingesetzt ist, angelegt, wobei irgendeine Längung, die sich aus der Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel ergibt, durch eine Bewegung der piezoelektrischen Elemente aufgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerstruktur nach dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 ermöglicht es, die Probleme hinsichtlich der thermischen Ausdehnung der Vorschubspindel mit niedrigen Kosten zu beseitigen, ohne daß die Steifigkeit des Vorschubsystems verschlechtert wird und ohne daß irgendeine Kühlung erforderlich ist. Die Konstruktion ergibt eine hohe Zuverlässigkeit, sodaß die Maschine kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann, ohne daß irgendein Problem auftritt.

Die Konstruktion nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 ermöglicht eine feine und kontinuierliche Steuerung, weil sie mit dem Axialvorschub der Maschine nichts zu tun hat. Weiterhin benötigt sie keine Hochdruck-Ölquelle und es treten keine Wartungsprobleme wie zum Beispiel Auslecken von Öl auf, sodaß sich eine weiter vereinfachte Struktur ergibt.

Die Konstuktion gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 ist insofern vorteilhaft, als sie lediglich ein piezoelektrisches Element benötigt, was zu einem weiter vereinfachten Steuerbetrieb und niedrigen Kosten führt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Lagerstruktur zeigt,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Programmsteuerung des mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinders, der bei dieser Lagerstruktur verwendet wird,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des Steuerverfahrens für die Ausführungsform, bei der ein Zeitgeber verwendet wird,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Steuervorganges für die Lagerstruktur, bei der die gemessene Spindelabschnitttemperatur verwendet wird,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des Steuervorganges für die Lagerstruktur, bei der die in dem Spindelabschnitt gemessene Kompressionskraft verwendet wird,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm des Steuervorganges zur Durchführung einer Entklemmung, wenn ein Axialvorschub nicht ausgeführt wird,

Fig. 7 eine Gesamtschnittansicht, die die erste Ausführungsform zeigt,

Fig. 8 eine Schnittansicht, die eine Abänderung der ersten Ausführungsform zeigt,

Fig. 9 eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Lagerabschnittes gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt,

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm des Steuervorganges für die zweite Ausführungsform, bei dem die gemessene Temperatur des Spindelabschnittes verwendet wird,

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm des Steuervorganges für die zweite Ausführungsform, bei dem die gemessene Kompressionskraft verwendet wird,

Fig. 12 eine Schnittansicht, die den Aufbau eines üblichen Lagerabschnittes zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die Lagerstruktur am Spitzenende einer Vorschubspindel (1). Die Lagerstruktur auf der (nicht gezeigten) Motorseite ist derart ausgelegt, daß eine Lagerstütze an einem Bett (2) befestigt ist wie im Fall der Fig. 12, die eine übliche Lagerstruktur zeigt.

Gemäß Fig. 1 weist die Lagerstruktur ein Maschinenbett (2) auf, an dem eine Stütze (3) befestigt ist. Ein Lagerhalter (4) ist in diese Stütze (3) derart eingepaßt, daß er in dieser in Axialrichtung verschiebbar ist. Weiterhin ist ein mit hydraulischer Ausdehnung arbeitender Klemmzylinder (5) zwischen dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt (4 a) des Lagerhalters (4) und der Stütze (3) derart angeordnet, daß der Lagerhalter (4) Schiebebewegungen ausführen kann. Der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder (5) weist einen Flanschabschnitt auf, der an der Stütze (3) mit Hilfe von Schrauben befestigt ist. Der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder (5) weist weiterhin an seinem Außenumfang einen kreisringförmig ausgenommenen Bereich (5 a) auf, der einen Ölaufnahmeraum bildet. Die Seite des mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinders (5), die mit dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt (4 a) des Lagerhalters (4) in Berührung steht, ist als verformbarer dünnwandiger Teil ausgebildet. Der die kreisringförmige Ausnehmung aufweisende Bereich (5 a) ist auf beiden Seiten mit Hilfe von O-Ringen (6) abgedichtet, die zum Verhindern eines Ölaustrittes dienen, wobei unter hohem Druck stehendes Öl dem kreisringförmig ausgenommenen Bereich (5 a) über den Kanal (7) zugeführt wird, der mit einem Ölkanal (3 a) verbunden ist, der in der Stütze (3) ausgebildet ist. Der Lagerhalter (4) dient zur Verhinderung einer Axialbewegung der Vorschubspindel, während er diese drehbar über Schulterlager (8) drehbar lagert, die sowohl Schubbelastungen als auch Radialbelastungen aufnehmen können. Es ist selbstverständlich, daß die Lager auch von einem Typ sein können, der aus ein oder mehreren Drucklagern und ein oder mehreren Radiallagern besteht, die getrennt vorgesehen sind.

Obwohl bei dieser Ausführungsform der Lagerhalter des Schulterlagers mit Hilfe eines mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinders festgelegt wird, ist es verständlich, daß die Art der oben erwähnten Klemmung und die Form der verschiebbaren Teile bezüglich der stationären Teile nicht auf die beschränkt sind, wie sie bei dieser Ausführungsform verwendet werden.

Die Zeitsteuerung, mit der der oben erwähnte, mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder (5) entklemmt wird, kann entsprechend einem der folgenden Verfahren festgelegt werden.

(1) Die Zeitsteuerung kann durch ein Programmverfahren festgelegt werden, in das die Daten eingesetzt werden, die in einem Experiment gewonnen wurden, mit dem die wärmeerzeugenden Bedingungen vorher ermittelt wurden. Dieser Vorgang folgt dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2.

Es sei angenommen, daß die M-Codeziffer, die einen Bewegungsbefehl zum Inbetriebsetzen einer NC-Maschine in einer gewünschten Funktion darstellt, beispielsweise MAA ist. MAA wird dann im Schritt Sl eingelesen. Im Schritt S 2 wird ein Entklemmbefehl an den mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinder (5) gegeben. Das über den Kanal (7) zugeführte, unter hohem Druck stehende Öl wird dann von dem mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinder (5) abgeleitet, wobei der verformte Hauptteil des Zylinders aufgrund seiner Elastizität in den Zustand vor der Ausdehnung zurückkehrt. An dieser Stelle wird der Lagerhalter (4) über eine Strecke verschoben, die der thermischen Längung der Vorschubspindel (1) entspricht, wobei die Kompressionskraft in der Vorschubspindel (1) beseitigt wird. Im Schritt (3) wird der entklemmte Zustand überprüft, wobei festgestellt wird, ob der Druck in dem Kanal (7) gleich 0 ist. Im Schritt S 4 wird ein Klemmbefehl abgegeben, und das unter hohem Druck stehende Öl wird wieder über den Kanal (7) zugeführt, sodaß der Innendruck in dem kreisringförmig ausgenommenen Bereich (5 a) des mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylinders (5) erhöht wird. Als Ergebnis wird der dünnwandige Abschnitt so verformt, daß er sich ausdehnt, wodurch der Lagerhalter (4) festgeklemmt wird. Der Klemmzustand wird im Schritt S 5 überprüft, in dem festgestellt wird, ob der Druck in dem Kanal (7) hoch ist. Ein "MAA-Ausführ"-Befehl wird im Schritt S 6 abgegeben.

(2) Die Zeitsteuerung der Entklemmung kann mit Hilfe eines Verfahren unter Verwendung eines Zeitgebers festgelegt werden. Der Steuervorgang folgt dem Ablaufdiagramm nach Fig. 3. Wenn ein spanender Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, während die Entklemmung erwünscht ist, so wird die Bearbeitung vorübergehend unterbrochen, oder die Entklemmung wird nicht durchgeführt, bis die Bearbeitung vervollständigt wurde. Der Zeitgeber wird im Schritt S 11 gestartet. Wenn im Schritt S 12 der Zustand t t 0 (t 0: Einstellzeit, die experimentell oder dergleichen ermittelt wurde, t: akkumulierte Maschinenbetriebszeit oder vorzugsweise akkumulierte Axialvorschubzeit) erfüllt ist, so wird der Zeitgeber betätigt. Im Schritt S 13 wird eine Feststellung getroffen, ob ein Axialvorschub gerade durchgeführt wird oder nicht. Die Feststellung wird nicht nur für die zu steuernde Vorschubspindel getroffen, sondern auch für die anderen Axialvorschubsbauteile. Wenn die getroffene Feststellung JA ist, so wird der Schritt wiederholt, bis das Ergebnis zu NEIN wird. Wenn die in diesem Schritt getroffene Feststellung zu NEIN wird, so wird der Axialvorschubbefehl im Schritt S 14 gestoppt, sodaß alle Axialvorschubsteuerungen gestoppt werden. Im Schritt S 15 wird ein Entklemmbefehl abgegeben, der bewirkt, daß das unter hohem Druck stehende Öl in dem Kanal (7) abgeleitet wird, wodurch der Druck in dem Kanal auf 0 verringert wird und der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder (5) auf den Zustand vor seiner Ausdehnung zurückgesetzt wird. Im Schritt S 16 wird mit Sicherheit festgestellt, daß der Druck in dem Kanal (7) auf 0 verringert worden ist. An dieser Stelle kann sich die thermische Längung der Vorschubspindel ausgleichen, sodaß die Kompressionskraft der Spindel aufgehoben wird. Im Schritt S 17 wird ein Klemmbefehl abgegeben und im Schritt S 18 wird der Klemmzustand dadurch überprüft, daß festgestellt wird, ob der Druck in dem Kanal (7) hoch ist. Im Schritt S 19 wird die Sperrung des Axialvorschubbefehls aufgehoben und der Vorgang wird zum Schritt Sll zurückgeführt, worauf der Zeitgeber erneut gestartet wird.

(3) Die Steuerung der Entklemmung kann weiterhin mit Hilfe eines Verfahrens festgelegt werden, daß die Differenz zwischen einer Bezugstemperatur und der gemessenen Temperatur der Spindel oder der Mutter verwendet. Dieser Steuervorgang folgt dem Ablaufdiagramm nach Fig. 4.

Die Temperatur T der Vorschubspindel kann dadurch bestimmt werden, daß das Ausgangssignal eines Temperaturfühlers über einen Schleifring oder dergleichen abgeleitet wird, oder sie kann mit Hilfe eines Infrarot-Meßfühlers festgestellt werden. Im Schritt S 21 wird die Temperatur T₁ des Innengewindes vor dem Betrieb gemessen. Die gemessene Temperatur T₁ wird als Bezugstemperatur T₀ festgelegt. Im Schritt S 22 wird die Temperatur T des Innengewindes erneut gemessen. Im Schritt S 23 wird eine Feststellung getroffen, ob die Differnz zwischen der gemessenen Temperatur T und der Bezugstemperatur T₀ entweder gleich oder größer als ein Einstellwert T ₂ ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN ist, so kehrt das Verfahren zum Schritt S 22 zurück, in dem die Temperatur gemessen wird, und die gleiche Feststellung wird wiederholt, bis das Ergebnis zu JA wird. Wenn das Ergebnis JA ist, so wird im Schritt S 24 eine Feststellung getroffen, ob ein Axialvorschub gerade ausgeführt wird oder nicht. Wenn das Ergebnis JA ist, so wird die Feststellung wiederholt, bis sie zu NEIN wird. Im Schritt S 25 wird der Axialvorschub-Befehl gesperrt. Im Schritt S 26 wird ein Entklemmbefehl abgegeben, der bewirkt, daß das unter hohem Druck stehende Öl in dem Kanal (7) abgelassen wird, sodaß der Druck in dem Kanal (7) auf 0 verringert wird. Im Schritt S 27 wird zur Sicherheit festgestellt, daß der Druck in dem Kanal (7) auf 0 verringert worden ist. Die Klemmung des mit hydraulischer Ausdehnung arbeitenden Klemmzylindere (5) wird dann aufgehoben und die Spindel kann die thermische Ausdehnung ausgleichen. Im Schritt S 28 wird ein Klemmbefehl abgegeben, der bewirkt, daß unter hohem Druck stehendes Öl dem Kanal (7) zugeführt wird, sodaß der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder verformt wird, um die Klemmung zu bewirken. Der Druck in dem Kanal (7) wird im Schritt S 29 überprüft. Im Schritt S 30 wird der Axialvorschub-Befehl entsperrt, sodaß die Maschine wieder arbeiten kann. Dannach wird dieser Ablauf wiederholt, wobei die als erstes gemessene Temperatur T₁ in jedem Zyklus als nächste Bezugstemperatur T₀ festgelegt wird. Anstelle der direkten Verwendung der Temperatur der Vorschubspindel ist es weiterhin möglich, indirekt die Temperatur des Lagerabschnittes oder die des Innengewindes zu verwenden.

(4) Die Zeitsteuerung der Entklemmung kann weiterhin durch ein Verfahren festgelegt werden, das die Differnz zwischen einem Einstellwert und der festgestellten Kompressionskraft verwendet, die auf das Außengewinde oder das Lager wirkt. Der Steuervorgang folgt dem Ablaufdiagramm nach Fig. 5. Die Kompressionskraft kann mit Hilfe eines Widerstandsdraht- Dehnungsmessers oder mit Hilfe von piezoelektrischen Elementen ermittelt werden. Im Schritt S 41 wird die Kopressionskraft F ermittelt. Im Schritt S 41 wird eine Feststellung getroffen, ob F F₀ ist oder nicht (F: ermittelte Kompressionskraft, F₀: Stellwert). Wenn das Ergebnis der Feststellung NEIN ist, so wird der Schritt wiederholt, bis das Ergebnis zu JA wird. Im Schritt S 43 wird festgestellt, ob gerade ein Axialvorschub ausgeführt wird. Wenn das Ergebnis JA ist, so wird der Schritt wiederholt, bis das Ergebnis NEIN wird. Im Schritt S 44 wird der Axialvorschub-Befehl gesperrt. Im Schritt S 45 wird ein Entklemmbefehl abgegeben, der die Ableitung des unter hohem Druck stehenden Öls in dem Kanal (7) bewirkt. Im Schritt S 46 wird überprüft, ob der Druck in dem Kanal (7) auf 0 verringert wurde. Die Klemmung des mit hydraulischer Ausdehung arbeitenden Klemmzylinders (5) wird dann gelöst und die Spindel kann die thermische Längung ausgleichen. Im Schritt S 47 wird ein Klemmbefehl abgegeben, der bewirkt, daß unter hohem Druck stehendes Öl dem Kanal (7) zugeführt wird, sodaß wiederum der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder verformt wird, um die Klemmung zu bewirken. Im Schritt S 48 wird der Klemmzustand kontrolliert, das heißt ob der Druck in dem Kanal (7) hoch ist. Im Schritt S 49 wird der Axialvorschubbefehl entsperrt, sodaß die Maschine wieder für einen Axialvorschub bereit gemacht wird. Dannach wird dieser Ablauf wiederholt.

(5) Wenn die Entklemmung durchgeführt werden soll, während kein Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird, so wird das Ablaufdiagramm nach Fig. 6 verwendet. Wenn kein Axialvorschub ausgeführt wird, so wird der Entklemmte Zustand dauernd aufrecht erhalten. Wenn im Schritt S 51 ein Axialvorschubbefehl abgegeben wird so wird im Schritt S 52 festgestellt, ob die Klemmung wirksam ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN ist, so wird ein Klemmbefehl im Schritt S 53 abgegeben und unter hohem Druck stehendes Öl wird dem Kanal (7) zugeführt, sodaß der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder verformt wird, um die Klemmung zu bewirken. Der Klemmzustand wird im Schritt S 54 überprüft, das heißt es wird überprüft, ob der Druck in dem Kanal (7) hoch ist. Dann wird der Axialvorschub im Schritt S 55 ausgeführt, und zwar ebenso wie in dem Fall, in dem das Ergebnis des Schrittes S 52 JA ist, sodaß eine vorgegebene Bearbeitung oder dergleichen ausgeführt wird. Wenn die Bearbeitung im Schritt S 56 vervollständigt wurde, so wird ein "Axialvorschub abgeschlossen′-Befehl abgegeben. Ein Entklemmbefehl wird denn im Schritt S 57 abgegeben, sodaß das unter hohem Druck stehende Öl in dem Kanal (7) abgelassen wird und der mit hydraulischer Ausdehnung arbeitende Klemmzylinder (5) in seinen Zustand vor der Verformung zurückgeführt wird. Der Entklemmzustand wird im Schritt S 58 überprüft, in dem festgestellt wird, ob der Druck in dem Kanal (7) 0 ist. Der nächste Befehl wird im Schritt S 59 ausgeführt.

Wenn die Position der Vorschubspindel mit Hilfe von Einrichtungen festgestellt wird, die eine direkte Absolutmessung ermöglichen, wie zum Beispiel mit Hilfe von Meßgeräten, die unter den Warenzeichen Inductosyn und Magnescale bekannt sind, so muß keine spezielle Korrektur für die Längung der Spindel aufgrund der thermischen Ausdehnung durchgeführt werden. Wenn jedoch eine Positionsermittlung auf der Grundlage der Drehung der Spindel ausgeführt wird, so ist es erforderlich, irgendeine Längung der Spindel zu korrigieren. Diese Korrektur wird dann wie folgt durchgeführt: wie dies in Fig. 7 gezeigt ist wird zunächst die Endposition der Vorschubspindel vor dem Betrieb der Maschine mit Hilfe eines Meßfühlers festgestellt, der einen axialen Längungswert der Vorschubspindel (1) an der äußeren Endfläche eines Lagerdeckels mißt, der an dem Lagerhalter (4) befestigt ist. Dann wird die Endstellung der Spindel nach dem Entklemmen bestimmt, sodaß eine Verschiebung Δ l aufgrund der Längung gewonnen wird. Es ist erforderlich, den Korrekturbetrag d = (l/L)×Δ l an jeder Position 1 über die gesamte Länge L der Vorschubspindel zum korrigierten Steigungsfehlerwert an jeder Position 1 zu addieren. Obwohl in den vorstehenden Beispielen die Überprüfung der Klemm- und Entklemmzustände mit Hilfe eines Druckschalters zur Messung des Druckes in dem Kanal durchgeführt wird, kann auch irgendeine andere Meßeinrichtung unter Verwendung eines Zeitgebers diesen Zweck erfüllen, solange er eine äquivalente Meßfunktion hat.

Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels.

Diese Abänderung besteht darin, daß zu der ersten Ausführungsform eine konische Scheibenfeder oder eine Tellerfeder am rechten Ende des einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnittes (4 a) des Lagerhalters (4) nach Fig. 8 hinzugefügt wird, um gegen diesen zu pressen, wobei weiterhin das sich unter der Wirkung des Öldruckes ausdehnende Klemmrohr mit einem Bodenteil versehen wird, das diese Tellerfeder an deren rechter Seite aufnimmt. Wenn sich diese abgeänderte Ausführungsform in entklemmtem Zustand befindet, so wird die Vorschubspindel durch die Tellerfeder unter Vorspannung gesetzt. Unter Beibehaltung der vorstehenden Bedingung, bei der die Vorschubspindel durch die Tellerfeder unter Zugspannung gesetzt wird, wird die Vorschubspindel geklemmt und in Drehung versetzt. Aufgrund eines Langzeitbetriebes wird Wärme in der Vorschubspindel erzeugt, sodaß die Vorschubspindel aufgrund der thermischen Ausdehnung länger wird. Die Längung der Vorschubspindel wird jedoch aufgenommen, sodaß sie durch die vorhergehende Spannung ausgeglichen wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Fig. 9 erläutert. Diese Ausführungsform schließt eine Lagerstütze (11) ein, die an dem Maschinenbett (2) an einer Position befestigt ist, die der spitzenseitigen Lagerung der Vorschubspindel (1) entspricht. Die Lagerstütze (11) weist einen Bodenteil auf, in dem eine Bohrung zum Hindurchleiten der Vorschubspindel (1) vorgesehen ist. Ein Lagergehäuse (13), das Schulterlager (12) für die Vorschubspindel enthält, ist in die Bohrung der Lagerstütze (11) derart eingesetzt, daß es in Axialrichtung verschiebbar ist. Die Lagerinnenringe der Schulterlager (12) sind mit Hilfe von Muttern (14) festgelegt, die mit einem Außengewinde auf dem Spindelende in Eingriff stehen, und die Lageraußenringe der Schulterlager (12) sind mit Hilfe eines Lageraußenring-Befestigungsdeckels (15) festgelegt. Ein Kompressionskraftdetektor (19) ist in diesen Lageraußenring-Befestigungsdeckel (15) eingebettet. Zwischen der Endoberfläche des Lagergehäuses (13) und dem Boden der Lagerstütze (11) ist ein piezoelektrisches Element (16) angeordnet. Ein weiteres piezoelektrisches Element ist zwischen dem Lageraußenring-Befestigungsdeckel (15) und einem äußeren Deckel (18) vorgesehen, der gegen das piezoelektrische Element (17) gepreßt wird. Es ist bekannt, daß diese piezoelektrischen Elemente ihre Länge in Abhängigkeit von der an sie angelegten Spannung vergrößern. In diesem Beispiel wird die Anfangsspannung für das piezoelektrische Element (16) auf 0 gesetzt, während das piezoelektrische Element (17) zunächst durch Anlegen der maximalen Spannung in seiner Länge vergrößert wird.

(1) Die Entklemmsteuerung bei dieser Ausführungsform kann auf der Grundlage der Messung der Außengewindetemperatur ausgeführt werden. Der Steuervorgang wird anhand des Ablaufdiagramms nach Fig. 10 beschrieben. Im Schritt S 61 wird die Bezugstemperatur T₀ mit Hilfe eines an dem Maschinenkörper befestigten Thermometers gemessen, das nicht durch die Temperatur der Vorschubspindel (1) beeinflußt ist. Im Schritt S 62 wird die Temperatur des Außengewindes gemessen. Im Schritt S 63 wird die Längung Δ l der Spindel entsprechend T-T₀ berechnet. Im Schritt S 64 wird die Spannung Δ E berechnet, die eine Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes entsprechend zu Δ l hervorruft. Im Schritt S 65 wird an das piezoelektrische Element (16) eine Spannung angelegt, die durch Addition der Δ l entsprechenden Spannung Δ E 16 des piezoelektrischen Elementes zu der anfänglich angelegten Spannung E₀16 ergibt. In gleicher Weise wird im Schritt S 66 an das piezoelektrische Element (17) eine Spannung angelegt, die durch Subtraktion der der Δ l entsprechenden Spannung Δ E 17 des piezoelektrischen Elementes (17) von der anfänglich angelegten Spannung E₀17 gewonnen wird. Dieser Schritt wird wiederholt, bis der Wert von T-T₀ konstant wird.

Die Steuerung kann weiterhin auf der Grundlage der Kompressionskraft des Lagers ausgeführt werden. Der Steuervorgang wird anhand des Ablaufdiagramms nach Fig. 11 beschrieben. Im Schritt S 71 wird die Kompressionskraft F mit Hilfe eines Kompressionskraftdetektors (19) nach Fig. 9 gemessen. Im Schritt S 72 wird eine Feststellung getroffen, ob der Stellwert der Kompressionskraft F₀ gleich der gemessenen Kompressionskraft F ist oder nicht. Wenn das Ergebnis dieser Feststellung gleich JA ist, so kehrt das Verfahren zum Schritt S 61 zurück, sodaß der gleiche Schritt wiederholt wird. Wenn das Ergebnis gleich NEIN ist, so wird im Schritt S 73 festgestellt, ob F < F₀ ist. Wenn das Ergebnis JA ist, so wird die Spannung des piezoelektrischen Elementes (16) im Schritt S 74 angehoben, während die Spannung des piezoelektrischen Elementes (17) abgesenkt wird, und zwar derart, daß die festgestellte Kompressionskraft F gleich dem Stellwert der Kompressionskraft F₀ ist. Wenn das Ergebnis NEIN ist, so wird die Spannung des piezoelektrischen Elementes (16) im Schritt S 75 abgesenkt, während die Spannung des piezoelektrischen Elementes (17) vergrößert wird, wie zuvor. Dannach kehrt das Verfahren zum Schritt S 71 zurück und die gleichen Schritte werden wiederholt, so daß F gleich F₀ ist.

Claims

1. Vorschubspindel-Lagerstruktur, bei der beide Enden einer Vorschubspindel (1) in Axialrichtung festgelegt sind, gekennzeichnet durch ein Hauptkörperteil (2, 3), ein an einem Ende der Vorschubspindel (1) angeordnetes Lagerhalteteil (4), das verschiebbar in dem Hauptkörperteil (2, 3) angeordnet ist, ein Klemmteil (5), das zwischen dem Lagerhalteteil (4) und dem Hauptkörperteil (2, 3) angeordnet ist und zur Festlegung dieser Bauteile aneinander ausgebildet ist, und eine Einrichtung zur Betätigung des Klemmteils (5) entsprechend Faktoren und Bedingungen, die auf die Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel (1) bezogen sind, wobei das Lagerhalteteil (4) mit Hilfe des Klemmteils (5) normalerweise in einem stationären Zustand gehalten wird und die Vorschubspindel (1) die thermische Längung durch eine vorübergehende Freigabe des stationären Zustandes ausgleichen kann, wenn die Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel (11) in relativ großem Ausmaß auftritt.

2. Vorschubspindel-Lagerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerhalteteil (4) normalerweise im freigegebenen Zustand gehalten wird, und daß das Klemmteil (5) während eines maschinellen Bearbeitungsvorganges betätigt wird, um das Lagerhalteteil (4) im stationären Zustand festzulegen.

3. Vorschubspindel-Lagerstruktur, bei der beide Enden einer Vorschubspindel (1) in Axialrichtung festgelegt sind, gekennzeichnet durch ein Hauptkörperteil (2), das eine Lagerstütze (11) einschließt, ein piezoelektrisches Element (16, 17), ein an einem Ende der Vorschubspindel (1) angeordnetes Lagergehäuse (13), das zwischen den piezoelektrischen Elementen (16, 17) angeordnet und in seiner Axialbewegung durch die Lagerstütze (11) des Hauptkörperteils (2) beschränkt ist, und eine Einrichtung (19) zur Messung von Faktoren, die auf die Wärmeerzeugung in der Vorschubspindel bezogen sind, wobei eine Feineinstellung des Lagers in Axialrichtung durch Ändern der Spannung der piezoelektrischen Elemente (16, 17) durch die Einrichtung (19) durchgeführt wird.

4. Vorschubspindel-Lagerstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element lediglich auf der Innenseite angeordnet ist, und daß eine Anfangsspannung konstant an das piezoelektrische Element angelegt wird, um eine Vorspannung auf die Vorschubspindel (1) auszuüben.