DE3927855A1 - Vorschubspindel-lagerstruktur - Google Patents
Vorschubspindel-lagerstrukturInfo
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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 (4)
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.
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