DE4035068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere Schleichvorschub-Schleifmaschine mit einem mit seinem Antrieb an einer wenigstens in X-, Y-Richtung beweglichen Säule angeordneten Bearbeitungswerkzeug, einem Tisch mit einem Werkstückhalter und einer Kühlmittelzufuhr zum Berührungsbereich zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück.

Eine derartige Werkzeugmaschine, die allerdings keine Schleichvorschub-Schleifmaschine ist, ist in der US-PS 28 07 123 beschrieben.

Schleichvorschub-Schleifmaschinen werden immer mehr eingesetzt, da es mit derartigen Maschinen möglich ist, große Mengen des Werkstoffs sehr schnell mittels moderner Schleifscheiben abzutragen. Ein Vorteil einer Schleifmaschine gegenüber einer zerspanenden Werkstückbearbeitung (z. B. mittels Flächenfräser oder Formfräser) beruht darauf, daß sich eine Schleifscheibe in nahezu allen Formen herstellen läßt. Mit Hilfe moderner Methoden zur Herstellung von Schleifscheiben können ungewöhnliche Materialien, wie z. B. keramische Materialien, bearbeitet werden.

Die Schleichvorschub-Schleifmaschinen müssen sehr steif gebaut sein, um den Schleifvorgang mit hohen Antriebsleistungen durchführen zu können, und um auf diese Weise in einem Durchgang viel Material abtragen zu können. Des weiteren sollen derartige Maschinen als Universalmaschinen gebaut sein, um eine große Anzahl verschiedener Schleifoperationen durchführen zu können.

Wenn verschiedene Materialien bearbeitet werden, müssen unterschiedliche Kühlmittel eingesetzt werden, um eine wirkungsvolle Arbeit zu erreichen. Zum Beispiel wird beim Schleifen von gehärtetem Stahl normalerweise Schneidöl eingesetzt, während beim Schleifen von Carbiden oder anderen ungewöhnlichen Materialien Wasser mit korrosionsverhindernden Zusätzen als Kühlmittel eingesetzt wird. Die Verwendung von Wasser hat den Nachteil, daß trotz des Einsatzes von korrosionsverhindernden Zusätzen Korrosion der sehr genau bearbeiteten Maschinenführungen eintritt, wodurch in einer verhältnismäßig kurzen Zeit die Genauigkeit der Schleichvorschub-Schleifmaschine verloren geht. Von den bekannten Schleichvorschub-Schleifmaschinen wird eine sehr hohe Genauigkeit verlangt. Die verschiedenen beweglichen Teile dieser Maschine werden CNC-gesteuert mit Vorschubschritten von 0,000125 mm. Für allerhöchste Genauigkeit können derartige Maschinen mit Temperaturfühlern ausgestattet sein. Die dadurch aufgenommenen Daten werden dann dazu benutzt, um automatisch einen Ausgleich für die thermische Ausdehnung verschiedener Teile vorzunehmen, falls vorgegebene Grenzwerte überschritten werden.

Um die vorerwähnten hochgenauen Schleifoperationen durchführen zu können, ist es daher wichtig, die wichtigstens, sich bewegenden Teile der Schleifmaschine auf einer gleichbleibenden Temperatur mittels eines Kühlmittels (Öl/Wasser) zu halten, um zu verhindern, daß diese wichtigen, sich bewegenden Teile der Schleifmaschine ihre Abmessungen aufgrund von Temperaturänderungen ändern. Da nun aber derartige Schleifmaschinen im Schleifbereich sehr hohe Temperaturen erreichen, können an den wichtigsten Maschinenteilen dieser Schleichvorschub-Schleifmaschine Korrektureinstellungen erforderlich sein, die sich nicht vollständig kontrollieren lassen.

Die bekannten Schleifmaschinen, ob es sich dabei um Schleichvorschub-Schleifmaschinen oder um normale Schleifmaschinen handelt, sind alle so konstruiert, daß auf einem Maschinenbett alle Führungen, Spindeln usw. angeordnet sind. Wenn die Maschine nur mit einer geringen Menge Kühlmittel betrieben wird, ist auch nur eine Verkleidung der Schleifscheibe mit geringen Abmessungen erforderlich. Falls jedoch große Kühlmittelmengen erforderlich sind oder das Kühlen durch das Aufsprühen von unter Druck stehendem Kühlmittel auf die Schleifscheibe durchgeführt wird, wie dies insbesondere bei Schleichvorschub-Schleifmaschinen erfolgt, wird das gesamte Maschinenbett mit einer Haube abgedeckt. Derartige Schleichvorschub-Schleifmaschinen sind sehr steif gebaut und verhältnismäßig groß, da alle Führungen auf der Oberseite des Maschinenbetts derartig angeordnet sein müssen, daß sie sich nicht während ihrer Bewegungen gegenseitig behindern. Die bekannten Maschinen dieser Art weisen häufig Faltenbälge zum Abdecken der Führungen und Kugelspindeln auf, um diese gegen das Kühlmittel zu schützen. Bei einigen bekannten Maschinen werden diese Abdeckungen sogar mit Druckluft beaufschlagt, um zu verhindern, daß das Kühlmittel zu den Führungen gelangt und sie durch Korrosion zerstört. Dennoch können alle diese Schutzmaßnahmen zum Abdecken der beweglichen Teile der Werkzeugmaschine keinen vollständigen Schutz gegen Feuchtigkeit gewährleisten, insbesondere nicht wenn Wasser als Kühlmittel eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei der ein Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den beweglichen Führungen der Maschine sowie anderen Antriebsmitteln möglichst vollständig verhindert wird. Dabei soll die Werkzeugmaschine einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß die Säule in Z-Richtung in einer gegen Eindringen von Kühlmittel geschützten Führungsbuchse durch ein Rohrstück mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Säule geführt ist, daß das Rohrstück durch ein Maschinenbett mit einer Kühlmittelauffangvorrichtung hindurchgeführt ist und in seinem unteren Bereich eine Abdeckplatte aufweist, die mit einer im Bereich der Säule abgedichtet befestigten Auffangwanne abgedichtet zusammenwirkt und daß die Antriebe und die Führungen unterhalb der Auffangwanne angeordnet sind. Vorzugsweise kann die Abdeckplatte an der Führungsbuchse befestigt sein.

Mit dieser Anordnung wird ein Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den Führungen und Antrieben sicher verhindert, so daß selbst eine starke Vergrößerung der erzeugten Wärme und der Temperatur des Kühlmittels nicht die Genauigkeit der Werkzeugmaschine beeinträchtigt. Daher ist es nicht erforderlich, die Temperatur des Kühlmittels genau konstant zu halten. Aus demselben Grunde sind die üblichen Temperaturfühler für die Führungen der Maschine nicht oder nur noch in geringer Zahl erforderlich. Die erfindungsgemäße Maschine weist keinerlei Faltenbälge für die Führungen und Kugelspindeln auf. Dennoch sind die wichtigsten beweglichen Teile der Werkzeugmaschine vollständig gegen den Kontakt mit dem Kühlmittel geschützt und die wichtigsten Führungen und Kugelspindeln für den Antrieb in X-, Y-, Z-Richtung der Werkzeugmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung kommen nicht in Kontakt mit dem Kühlmittel und erfordern daher keine Faltenbälge, Abdeckungen usw., die bei den bekannten Maschinen unbedingt nötig sind.

Da die Führungen und Kugelspindeln mit dem Kühlmittel nicht in Berührung kommen, können sie auch nicht ihre Abmessungen wesentlich aufgrund einer Erwärmung durch das Kühlmittel verändern.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine kommt es nicht darauf an, ob als Kühlmittel Schneidöl oder Wasser eingesetzt wird. Dies hat auf die Genauigkeit der Bewegungen der Führungen keinerlei Einfluß. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine läßt sich, insbesondere als Schleichvorschub-Schleifmaschine, sehr kompakt bauen, wodurch die Herstellkosten vermindert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schleichvorschub-Schleifmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Schleichvorschub- Schleifmaschine,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausschnitts der in Fig. 1 und 2 dargestellten Maschine,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Einzelheit D in Fig. 3 und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Maschine.

Von der Schleichvorschub-Schleifmaschine ist ein Maschinenbett 1 dargestellt, auf dem eine Tragplatte 3 über Führungen 2 verschiebbar gelagert ist. Die Tragplatte 3 läßt sich mittels eines Servomotors 4 über eine Kupplung 5 zum Antrieb einer Kugelspindel 6 bewegen und ist in einem Lager 7 gelagert. Dieser Motor 4 ist an einem Lagerbock 8 befestigt und durch diesen formsteif getragen. Auf der Tragplatte 3 ist eine Führungsplatte 10 über Führungen 9 verschiebbar gelagert, so daß sich die Führungsplatte 10 senkrecht zur Bewegung der Tragplatte 3 verschieben läßt. Die Führungsplatte 10 läßt sich durch einen Antriebsmotor 14 über eine Kupplung 13 und mittels einer Kugelspindel 11, wie in Fig. 3 dargestellt, bewegen. Der Antriebsmotor 14 ist an einem Lagerbock 15 gelagert, der selber an der Tragplatte 3 befestigt ist. Die Antriebsmotoren 4 und 14 werden durch eine CNC Steuereinheit angesteuert, die deren Bewegungsschritte interpoliert. Dadurch läßt sich eine senkrechte Säule 18 in einer X-, Y-Ebene, die quer zur senkrechten Z-Achse liegt, hin- und herbewegen.

Die Führungsplatte 10 trägt eine Führungsbuchse 17, in der die senkrechte Säule 18 gleitverschiebbar geführt ist. Die senkrechte Säule 18 weist einen Schlitz 20 auf, in dem ein Gleitschuh 21 aufgenommen ist, der an der Säule 18 mittels eines Zapfens 22 befestigt ist. Ein Keil 23 ist gleitverschiebbar auf einer Gleitplatte 24 angeordnet, die wiederum von der Führungsbuchse 17 getragen wird. Der Keil 23 wird mittels eines Servomotors 28 über eine Kupplung 27, die mit einer Kugelspindel 25 verbunden ist, angetrieben. Die Kugelspindel 25 ist in einem Lager 26 gelagert, das selber in einem Gehäuse 29 befestigt ist. Das Gehäuse 29 wird von der Führungsplatte 10 getragen. Der Keil 23 kann, wie in Fig. 3 ersichtlich, nach rechts mittels der sich drehenden Kugelspindel 25 bewegt werden; oder er kann nach links durch dieselbe Kugelspindel 25 bewegt werden, wodurch die Säule 18 entlang der senkrechten Achse Z auf und ab bewegt wird. Der Servomotor 28 kann durch dieselbe CNC Steuereinheit angesteuert werden, die auch die Antriebsmotoren 4 und 14 ansteuert. Auf diese Weise läßt sich eine Schleifspindel 30, die in einem Spindelgehäuse 53 angeordnet ist, auf und ab bewegen, indem der Antrieb der Motoren 4, 14 und 28 entsprechend gesteuert wird.

Ein zweites Maschinenbett 31 wird von dem Maschinenbett 1 getragen. Dieses zweite Maschinenbett 31 verdeckt den größten Teil der beweglichen Tragplatte 3 und Führungsplatte 10 und umschließt mittels einer senkrechten Verkleidung 68 die darauf angeordneten Maschinenteile. Das Maschinenbett 31 weist ein Rohrstück 32 auf, daß eine ausreichend große Öffnung umfaßt, um die waagerechten X-, Y-Bewegungen, die durch die Führungen 3 und 10 und die senkrechten Z-Bewegungen, die durch den Keil 23 hervorgerufen werden, aufzunehmen. Auf diese Weise ergibt sich keine Berührung zwischen der Führungsbuchse 17 und dem Rohrstück 32.

Eine Abdeckplatte 33 ist in einer Vertiefung des Rohrstücks 32 angeordnet und fest damit verbunden. Diese Abdeckplatte 33 wirkt mit einer Kühlmittelauffangwanne 34 mit einem Ausflußrohr 35 zusammen. Die Kühlmittelauffangwanne 34 weist einen senkrechten Wandbereich 34′ auf, in dem eine O-Ringdichtung 72 derart angeordnet ist, daß zwischen der Abdeckplatte 33 und dem senkrechten Wandbereich 34′ während der Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen eine Abdichtung gewährleistet ist.

Ein Vorratsbehälter 70 für das Kühlmittel ist auf dem zweiten Maschinenbett 31 angeordnet und liefert Kühlmittel durch ein Düsenpaar (siehe das Pfeilpaar in Fig. 3) in Richtung des Bereichs, wo sich eine Schleifscheibe 50 und ein Werkstück 48 berühren. Dieses Kühlmittel kann z. B. in einem ca. 100 l fassenden Vorratsbehälter aufbewahrt werden und mit einem Druck von ca. 2,5 bar gegen den Bereich gesprüht werden, in dem sich die Schleifscheibe 50 und das Werkstück 48 berühren. Über das Ausflußrohr 35 fließt das Kühlmittel, das sich in der Kühlmittelauffangwanne 34 sammelt, zum Vorratstank 70 mit Hilfe einer nicht dargestellten Umwälzpumpe und durch ein Filter 73 zurück.

Um zu verhindern, daß größere Mengen des Kühlmittels zwischen der O- Ringdichtung 72 und der Unterseite 36 der Abdeckplatte 33 hindurchdringen, wird mittels einer Druckluftquelle 71 Druckluft mit einem Druck bis zu 7,5 bar durch einen Drucklufteinlaß 37 in die Kammer geführt, die zwischen der Kühlmittelwanne 34 und der Abdeckplatte 33 gebildet ist. Auf diese Weise baut sich ein Überdruck im Innern der Kammer auf, so daß keine Kühlflüssigkeit über den durch die O-Ringdichtung 72 und die Unterseite 36 definierten Dichtbereich entweichen kann.

Das Maschinenbett 31 weist ein Lager für eine Schwenkbewegung um die Achse 49 auf. Die Schwenkachse 49 wird durch ein Lager 40 gebildet, das mit einem Schneckenantrieb 41 verbunden ist, wodurch eine vorbestimmbare Schwenkbewegung von mindestens 90° ermöglicht wird. Der gesamte Schneckenantriebsmechanismus 40, 41 ist in einem geschlossenen Gehäuse 42 angeordnet, das an dem zweiten Maschinenbett 31 mittels Bolzen oder Schrauben 43 befestigt ist. Diese Anordnung an dem zweiten Maschinenbett 31 ermöglicht ein leichtes Demontieren oder Auswechseln des gesamten Antriebsmechanismus 40, 41.

Innerhalb des Lagers 40 ist eine Welle 39 gelagert, die einen Tisch 44 trägt. Dieser Tisch 44 ist an der Welle 39 mittels Befestigungsbolzen 45 festgeschraubt. Der Tisch 44 läßt sich mit einer Körnerspitze 46 und einem Drehantrieb 47, zwischen denen ein Werkstück 48 gehalten ist, versehen. Das so gehaltene Werkstück 48 läßt sich mittels der Schleifscheibe 50 bearbeiten. Die vorbeschriebene Anordnung gestattet eine Drehung um die Achse 49 der Welle 39, so daß sich das Werkstück 48 in verschiedenen Winkelstellungen relativ zur Schleifscheibe 50 ausrichten läßt.

Mit dem Schleifscheibenantrieb ist eine Zwischenplatte 51 verbunden, die an der Säule 18 mittels Bolzen 52 befestigt ist. Die Zwischenplatte 51 trägt ein massives Spindelgehäuse 43, das darauf mittels Gewindebolzen 54 befestigt ist. Im Spindelgehäuse 43 ist die drehbare Schleifspindel 30 angeordnet, die in üblicher Weise mittels Klemmschrauben 55 festgeklemmt ist. An der Spindel 30 ist ein üblicher Schleifscheibenhalter 56 angeordnet, an dem die Schleifscheibe 50 befestigt ist. Ein Gehäuse 57 für einen Schleifscheibenantriebsmotor 59 ist mittels einer Zwischenplatte 58 am Spindelgehäuse 53, wie in Fig. 3 dargestellt, befestigt. Eine Riemenscheibe 60, die auf einer Welle des Motors 59 befestigt ist, ist mit einer Riemenscheibe 61 der Schleifspindel 30 mittels eines Treibriemens 62 in Antriebsverbindung. Auf diese Weise wird die Schleifspindel 30 über den Treibriemen 62 mittels des Schleifscheibenmotors 59 in Drehung versetzt. Die Zwischenplatte 51 trägt des weiteren eine Führungsbuchse 63, in der eine Führungsstange 64 geführt ist. Die Führungsstange 64 ist an einer Klemmplatte 65 befestigt, die selber wiederum mittels einer Klemmschraube 66 an der Führungsbuchse 17 befestigt ist. Mittels dieser Anordnung wird verhindert, daß sich das Spindelgehäuse 53 relativ zur Führungsbuchse 17 verdreht. Wird die Führungsstange 64 entfernt, ist eine Drehung des Spindelgehäuses 53 relativ zur Führungsbuchse 17 möglich.

Der gesamte obere Bereich des zweiten Maschinenbettes 31 ist von einer Kühlmittelwanne 67 und einer senkrechten Verkleidung 68 umschlossen, so daß verhindert wird, daß Kühlmittel außerhalb des Kontaktbereichs zwischen der Schleifscheibe 50 und dem Werkstück 48 herausspritzt. Eine Kühlmittelauffangrinne 69 umgibt das zweite Maschinenbett 31, um das Kühlmittel aufzufangen und über eine Umwälzpumpe und ein Filter 73 in den Kühlmittelvorratsbehälter 70 zurückzuführen.

Claims (10)

1. Werkzeugmaschine, insbesondere Schleichvorschub-Schleifmaschine, mit einem mit seinem Antrieb an einer wenigstens in X-, Y-Richtung beweglichen Säule angeordneten Bearbeitungswerkzeug, einem Tisch mit einem Werkstückhalter und einer Kühlmittelzufuhr zum Berührungsbereich zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (18) in Z-Richtung in einer gegen Eindringen von Kühlmittel geschützten Führungsbuchse (17) durch ein Rohrstück (32) mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Säule (18) geführt ist, daß das Rohrstück (32) durch ein Maschinenbett (31) mit einer Kühlmittelauffangvorrichtung (67, 68) hindurchgeführt ist und in seinem unteren Bereich eine Abdeckplatte (33) aufweist, die mit einer im Bereich der Säule (18) abgedichtet befestigten Auffangwanne (34) abgedichtet zusammenwirkt und daß die Antriebe (4, 6, 11, 14, 25, 28) und die Führungen (2, 9) unterhalb der Auffangwanne (34) angeordnet sind.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (33) an der Führungsbuchse (17) befestigt ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Ausflußrohr (35), das an der Auffangwanne (34) angeordnet ist und den Ausfluß des Kühlmittels gestattet, das sich zwischen der Abdeckplatte (33) und der Auffangwanne (34) sammelt.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Umwälzkreislauf, der mit dem ersten Ausflußrohr (35) und einem Vorratsbehälter (70) verbunden ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine am Maschinenbett (31) abnehmbar angeordnete Kühlmittelauffangvorrichtung (67, 68), die den Werkstücktisch (44), Sprühdüsen für das Kühlmittel und das Bearbeitungswerkzeug (50) umschließt.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Kühlmittelauffangrinne (69) auf dem Maschinenbett (31), die sich entlang der Kontaktlinie zwischen dem Maschinenbett (31) und der Kühlmittelauffangvorrichtung (67, 68) erstreckt und eine weitere Kühlmittelauslaßvorrichtung, die einerseits mit der Kühlmittelauffangrinne (69) und andererseits mit dem Umwälzkreislauf in Verbindung steht.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein im Umwälzkreislauf für das Kühlmittel angeordnetes Filter (73) zum Ausfiltern von Verunreinigungen aus dem Kühlmittel.

8. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine O-Ringdichtung (72), die auf dem freien Ende eines senkrechten Wandbereichs (34′) angeordnet ist, um eine verbesserte Dichtwirkung zwischen der Unterseite (36) der Abdeckplatte (33) und dem senkrechten Wandbereich (34′) der Kühlmittelauffangwanne (34) während der Bewegung der Kühlmittelauffangwanne (34) relativ zu der Abdeckplatte (33) zu gewährleisten.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen auf der Abdeckplatte (33) angeordneten Drucklufteinlaß (37) sowie eine Druckluftquelle (71), die mit dem Drucklufteinlaß (37) verbunden ist, um von oben Druckluft zwischen die Abdeckplatte (33) und die Kühlmittelauffangwanne (34) zum Verbessern der Dichtwirkung zwischen der O-Ringdichtung (72) und der Unterseite (36) der Abdeckplatte (33) zu führen.

10. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (50) auf einer Zwischenplatte (51) befestigt ist, die selber wiederum am oberen Ende der Säule (18) befestigt ist, wobei eine Klemmplatte (65) an dem oberen Ende der Führungsbuchse (17) befestigt ist und die Zwischenplatte (51) sowie die Klemmplatte (65) koaxial angeordnete Bohrungen aufweisen, in denen eine Führungsstange (64) angeordnet ist, um ein Verdrehen des Bearbeitungswerkzeugs (50) relativ zur Führungsbuchse (17) zu verhindern.