DE4315818A1

DE4315818A1 - Schlittenantrieb für Maschinen und Einrichtungen zur Teile-Bearbeitung, Teile-Montage und dergleichen

Info

Publication number: DE4315818A1
Application number: DE19934315818
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Brill
Original assignee: Schaudt Maschinenbau GmbH
Current assignee: SCHAUDT MIKROSA BWF GMBH, 70329 STUTTGART, DE
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-17

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlittenantrieb für Maschinen und Einrichtungen zur Teile-Bearbeitung, Teile-Montage und dergl., insbesondere für Werkzeugmaschinen mit vorwiegend in einer Richtung belasteten Schlittensystemen, mit einem in den Schlit ten integrierten Linearmotor.

Schlittenantriebe der eingangs bezeichneten Art mit integrier tem Linearmotor, welcher den Schlitten direkt, also ohne Zwi schenschaltung von Übersetzungsgliedern wie Gewindespindeln, Zahnstangentrieben und dergl. antreibt, werden zunehmend dann eingesetzt, wenn die Masse des Schlittens und die auf ihn wir kenden Arbeitskräfte (zum Beispiel beim Bandschleifen oder Drehen von Werkstücken) relativ klein sind.

Mit derartigen elektrischen Linearantrieben lassen sich beson ders hohe dynamische Forderungen erfüllen, d. h. eine relativ hohe Beschleunigung, Geschwindigkeit und Reaktionsschnelligkeit des Schlittens erzielen.

Der Linearmotor für einen derartigen Schlittenantrieb muß dabei so dimensioniert werden, daß seine maximale Kraft gleich ist der maximalen äußeren Kraft auf den Schlitten plus dem Rei bungswiderstand des Schlittens sowie plus einer bestimmten Reserve für Beschleunigungen.

Diesem Dimensionierungskonzept sind bisher bei großen Arbeits kräften im Hinblick auf Kosten und Platzbedarf praktische Grenzen gesetzt, da ein entsprechend groß bemessener Linear motor mit großen Strömen betrieben werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die den Anwendungsbereich derartiger Schlittenantriebe erwei tern sowie den Einsatz des Linearmotors effektiver und wirt schaftlicher machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein den Schlit ten beaufschlagendes, dem motorischen Antrieb überlagertes Kraftglied, welches mit einer Gegenkraft zu der den Schlitten in Richtung seiner Bewegungsbahn belastenden Arbeitskraft am Schlitten angreifend angeordnet ist.

Im Sinne der Erfindung könnte diese Gegenkraft beispielsweise durch ein mechanisches Federkraftsystem oder andere mechanische Vorrichtungen, wie zum Beispiel durch eine auf den Schlitten wirkende Gewichtskraft einer hängenden Masse, ausgeübt werden. Im Hinblick auf die geforderte Dynamik des Schlittensystems ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung das Kraftglied hingegen als druckbeaufschlagtes Kolben/Zylinder-System ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung ist zum Beispiel ein hydraulisches System denkbar.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist hingegen an ein pneumatisches System gedacht, wobei vorschlagsgemäß das Kolben/Zylinder-System an einen Druckspeicher angeschlossen ist.

Zweckmäßigerweise ist der Druckspeicher über ein Regulierventil mit einem Druckluftversorgungsnetz verbunden.

Um den vorgeschlagenen Schlittenantrieb auch bei einem diffe renzierten Arbeitsablauf an einer Werkzeugmaschine einsetzen zu können, bei der zum Beispiel die Grob- und Feinbearbeitung aufeinanderfolgen, wird gemäß einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß bei sich ändernder Arbeitskraft auf den Schlitten während eines Arbeitszyklus eine anpaßbare automatische Verstellbarkeit der Gegenkraft in Form einer automatischen Einstellung des Regulierventils bzw. einer automatischen Umschaltung des Kolben/Zylinder-Systems auf einen anderen Druckspeicher vorge sehen ist, der dann mit einem anderen Druck betrieben wird. Diese Anordnung schließt auch die Möglichkeit ein, in bestimmten Betriebsphasen der Maschine, in denen die Arbeitskräfte gering oder gar Null sind, die Gegenkraft ganz auszuschalten.

Eine weitere steuerungstechnische Verfeinerung besteht nach einem zusätzlichen Vorschlag darin, daß die Gegenkraft in Abhängigkeit von der gemessenen Arbeitsbelastung der Maschine durch direkte Messung der Arbeitskraft bzw. durch indirekte Messung von mit der Arbeitskraft variierenden physikalischen Größen, beispielsweise der Stromaufnahme des Linearmotors, der Leistungsaufnahme des Werkzeugantriebs, dem Schallpegel des Arbeitsprozesses und dergleichen einstellbar ist.

Zum Zwecke einer spezifischen Anpassung des Schlittenantriebs für eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit ist nach einer Weiter bildung vorgesehen, daß das Kraftglied beim Einsatz in einer CNC-Bandschleifmaschine mit einer Gegenkraft zu einer sich aus den Schleifbandzugkräften sowie der Schleifdruckkraft durch geometrische Addition zusammensetzenden Arbeitskraft am Schlitten angreifend konzipiert ist.

Das Kraftglied ist nach einem zusätzlichen Vorschlag so ausge legt, daß es mit einer die effektive äußere Schlittenbelastung reduzierenden Gegenkraft am Schlitten angreifend konzipiert ist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß auch bei großen auf den Schlitten wirkenden Arbeitskräften eine hohe Dynamik des elektrischen Linearantriebs bzw. des Schlitten systems gewährleistet ist, dessen Auslegung und Dimensionierung sich nur noch an der durch die aufgebrachte Gegenkraft redu zierten effektiven äußeren Schlittenbelastung zu orientieren hat.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten, die Erfindung nicht beschränkenden. Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Bandschleifeinheit einer CNC-Bandschleif maschine in der Seitenansicht,

Fig. 2 ein Kräfteparallelogramm von auf den Schlitten einwirkenden, sich zu einer Arbeitskraft zusammen setzenden Kräften,

Fig. 3 eine Teildarstellung der Bandschleifeinheit im Bereich des Schlittens

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Schlittenantrieb,

Fig. 5 ein Kräftediagramm der während eines Arbeitszyklus auf den Schlitten einwirkenden Kräfte und

Fig. 6 eine Kräftedarstellung der auf eine einheitliche Wirkungslinie bezogenen, am Schlitten angreifenden Kräfte.

Als Anwendungsbeispiel für den Einsatz eines erfindungsgemäßen Schlittenantriebes ist in Fig. 1 eine Bandschleifeinheit 1 einer nicht weiter dargestellten CNC-Bandschleifmaschine zum Schleifen der Konturen eines in Pfeilrichtung 2 drehenden Profilkörpers 3 gezeigt.

Ein Schleifband 4 der Bandschleifeinheit 1 ist um eine Antriebsrolle 6, um eine durch eine Feder 7 vorgespannte Spannrolle 8, eine Umlenkrolle 9 und einen Stützschuh 11 herumgeführt, welcher an einem in Richtung der X-Achse des Doppelpfeils 12 hin- und herfahrbaren bzw. der Kontur des Profilkörpers 3 nachführbaren Schlitten 13 befestigt ist.

Der Schlitten 13 bildet gemäß Fig. 4 gemeinsam mit einem integrierten Linearmotor einen Schlittenantrieb, der sich zusammensetzt aus einer auf einem Wicklungsträger 14 befind lichen Wicklung 16, zwei Magneten 17, 18, dem als Magnetträger dienenden Schlittengrundkörper 19, einer als Rollenführung 21 ausgebildeten Linearführung 22 des Schlittens 13 und einem Tragelement 23 für den Wicklungsträger 14.

Zusätzlich zum linearmotorischen Antrieb weist der Schlitten antrieb ein in gleicher Richtung wirkendes, den Schlitten 13 direkt beaufschlagendes Kraftglied 24 auf, bestehend aus einem pneumatischen Kolben/Zylinder-System, welches an einen den Druck im Zylinder im wesentlichen konstanthaltenden Druck speicher 26 angeschlossen ist, der über ein einstellbares Regulierventil 27 mit einem Druckluftnetz 28 verbunden ist.

Beim Schleifen eines Rotationsprofils bzw. des Profilkörpers 3 gemäß Fig. 1 wirken unterschiedliche Kräfte in Gestalt der Schleifbandzugkräfte FB₁, FB₂ und der Schleifdruckkraft F_s auf den Schlitten 13 ein, die sich gemäß Fig. 2 in Form ihrer Resultierenden in Bewegungsrichtung des Schlittens durch geome trische Addition zur Arbeitskraft F_a zusammensetzen. Die Belastung des Schlittens 13 durch die Arbeitskraft F_a variiert gemäß dem Kraft-Zeit-Diagramm in Fig. 5 in ihrer Größe mit der Höhe der gefahrenen Schleifleistung, kehrt aber nie in der Richtung um, d. h. die äußere Kraft ist immer in Plus-Richtung gerichtet.

Dieser äußeren Arbeitskraft F_a entgegengerichtet bzw. in der Wirkungsrichtung des linearmotorischen Antriebs wird durch das Kraftglied 24 eine Gegenkraft F_g auf den Schlitten 13 ausgeübt, welche gemäß dem Kraft-Zeit-Diagramm in Fig. 5 und der Dar stellung gemäß Fig. 6 die effektive äußere Schlittenbelastung auf F_e = F_a - F_g reduziert, an der sich die Dimensionierung des linearmotorischen Schlittenantriebs orientiert, welcher in Leistung (Stromaufnahme) und Größe entsprechend schwächer und kleiner ausgelegt werden kann.

Claims

1. Schlittenantrieb für Maschinen und Einrichtungen zur Teile- Bearbeitung, Teile-Montage und dergleichen, insbesondere für Werkzeugmaschinen mit vorwiegend in einer Richtung belasteten Schlittensystemen, mit einem in den Schlitten integrierten Linearmotor, gekennzeichnet durch ein den Schlitten (13) beauf schlagendes, dem motorischen Antrieb überlagertes Kraftglied (24), welches mit einer Gegenkraft F_g zu der den Schlitten in Richtung seiner Bewegungsbahn belastenden Arbeitskraft F_a am Schlitten angreifend angeordnet ist.

2. Schlittenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftglied (24) als druckbeaufschlagtes Kolben/Zylinder- System ausgebildet ist.

3. Schlittenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolben/Zylinder-System 24 an einen Druckspeicher (26) angeschlossen ist.

4. Schlittenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (26) über ein Regulierventil (27) mit einem Druckluftversorgungsnetz (28) verbunden ist.

5. Schlittenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich ändernder Arbeitskraft auf den Schlitten (13) während eines Arbeitszyklus eine anpaßbare, automatische Verstellbarkeit der Gegenkraft F_g in Form einer automatischen Einstellung des Regulierventils (27) bzw. einer automatischen Umschaltung des Kolben/Zylinder-Systems (24) auf einen anderen Druckspeicher (26) vorgesehen ist.

6. Schlittenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft F_g in Abhängigkeit von der gemessenen Arbeitsbelastung der Maschine durch direkte Messung der Arbeitskraft F_a bzw. durch indirekte Messung von mit der Arbeitskraft variierenden physikalischen Größen, beispielsweise der Stromaufnahme des Linearmotors, der Leistungsaufnahme des Werkzeugantriebs, dem Schallpegel des Arbeitsprozesses und dergleichen einstellbar ist.

7. Schlittenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftglied (24) beim Einsatz in einer CNC-Bandschleifmaschine mit einer Gegenkraft F_g zu einer sich aus den Schleifbandzugkräften FB₁ und FB₂ sowie der Schleif druckkraft F_s durch geometrische Addition zusammensetzenden Arbeitskraft F_a am Schlitten (13) angreifend konzipiert ist.

8. Schlittenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftglied (24) mit einer die effektive äußere Schlittenbelastung auf F_e nach der Funktion F_a - F_g reduzierenden Gegenkraft am Schlitten (13) angreifend konzi piert ist.