DE4325045C2 - Geradführung für insbesondere Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Geradführung für insbesondere Werkzeugmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der EP-0 171 700 B1 ist eine derartige einstellbare Geradführung mit Wälzkörperumlauf für insbesondere Werk­ zeugmaschinen bekannt, bei welcher die Vorteile von her­ kömmlichen Gleitführungen mit denen von herkömmlichen Wälzführungen vereinigt sind und die je nach Art und Größe der aufzunehmenden Belastung die Eigenschaften von Gleit­ führungen und/oder von Wälzführungen aufweist. In dem Führungsschuh dieser Geradführung ist eine einzige Wälz­ körper-Umlaufbahn mittig angeordnet, was eine längsge­ teilte Ausbildung des Führungsschuhs erfordert, um die Umlaufbahn in den Körper des Führungsschuhs einarbeiten zu können. Ferner wird zur Einstellung und zum Vorspannen von paarweise eingesetzten Geradführungen ein relativ kompliziert geformter Keil benötigt, der an seiner einen Seite eine hohlzylindrisch ausgebildete Auflagefläche für die Rückseite des Führungsschuhs und an seiner ande­ ren Seite eine Schrägfläche aufweist, die mit einer ent­ sprechend geformten Schrägfläche an einem Einstellbolzen eine Doppelkeil-Wirkung hervorruft. Da alle aneinander­ liegenden Flächen sehr genau bearbeitet werden müssen und auch der zweiteilige Führungsschuh nach dem Herstel­ len der Umlaufbahn und Einfügen der Wälzkörper fest zu­ sammengefügt werden muß, ergibt sich insgesamt ein be­ trächtlicher Herstellungsaufwand. Darüber hinaus befindet sich der Ausschnitt im zentralen Teil der Sohle des Füh­ rungsschuhs und kann wegen der benötigten seitlichen Gleit­ flächen nicht beliebig verbreitert werden, so daß sich die Wälzkörper nur auf einem einzigen zentralen Abschnitt der Führungsschiene abstützen, was u. U. ein seitliches Verkippen des Führungsschuhs ermöglicht und die Last­ übertragung während der Abwälzbewegungen der als relativ kurze Rollen ausgebildeten Wälzkörper auf einen relativ schmalen Zentralbereich der Führungsschiene beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Gerad­ führung zu schaffen, die aufgrund eines vereinfachten konstruktiven Aufbaus kostengünstiger hergestellt werden kann und eine günstigere Lastübertragung von den Wälz­ körpern auf die Führungsschiene ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von zwei seitlichen Umlaufbahnen mit je einem Wälzkörpersatz wird erreicht, daß bei einer Verfahrbewegung, bei welcher bevorzugt die Wälzkörper die Last aufnehmen, beide Wälzkörpersätze zur Wirkung gelangen, wodurch sich die Auflagebreite gegen­ über der bekannten Geradführung wesentlich vergrößert. Die sphärische Ausbildung der Flächenpaarung verbessert die Einstellbarkeit des Führungsschuhs und seine selbst­ tätige Ausrichtung gegenüber der Oberfläche der Führungs­ schiene, weil der Führungsschuh nunmehr in der Art eines Kugelgelenks abgestützt ist und allseitige Schwenkbewe­ gungen ausführen kann. Obgleich bei dem erfindungsgemäßen Führungsschuh zwei gesonderte Umlaufbahnen für die beiden vorzugsweise aus Rollen bestehenden Wälzkörpersätze her­ gestellt werden müssen, vereinfacht sich die Herstellung dieser beiden Umlaufbahnen gegenüber der bekannten Aus­ führung, weil diese jeweils von einer Seite her in den Körper des Führungsschuhs eingearbeitet werden können und der Führungsschuh selbst einstückig ausgebildet sein kann. Da ferner der bei der bekannten Ausführung vorge­ sehene Keil mit den aufwendig herzustellenden beiden Flä­ chen wegfällt, wird eine weiter vereinfachte Herstellung des Führungsschuhs erreicht.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an der Unterseite des Führungsschuhs eine Platte von vor­ bestimmter Wandstärke dauerhaft und starr befestigt, welche den mit Schmieröltaschen versehenen Gleitbelag trägt und seitliche Ausschnitte als Teil der Umlaufbahnen aufweist. Diese Platte ist insofern von Vorteil, weil deren Ober­ seite auf einfache Weise sehr genau bearbeitet werden kann, um die Gesamthöhe des jeweiligen Führungsschuhs entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten genau zu be­ messen. Derartige mit Gleitbelägen versehene Platten sind im Handel erhältlich und werden nach der Feinbearbeitung ihrer Oberseite z. B. durch Kleben an der Unterseite des Führungsschuhs befestigt.

Um einen einstellbaren Andruck des Führungsschuhs an die Führungsleiste zu erhalten oder bei Verwendung von Füh­ rungsschuh-Paaren die Geradführung vorzuspannen, kann entweder die den Einstellbolzen aufnehmende Gehäusebohrung unter einem spitzen Winkel gegenüber der tragenden Ober­ fläche der Führungsschiene geneigt ausgebildet sein, so daß eine Längsverstellung des Einstellbolzens einen durch die Schräge untersetzten Ausschub des Führungsschuhs aus dem Gehäuse und damit einen erhöhten Andruck bewirkt, oder im Führungsschuh selbst können Doppelkeilflächen ausgebildet sein, die bei einer Längsbewegung des Ein­ stellbolzens zur Wirkung gelangen und einen entsprechen­ den Ausschub der Sohle mit den Wälzkörpersätzen bewirken.

Als Führung für beispielsweise ein Spindelgehäuse einer Fräsmaschine werden normalerweise zwei Geradführungen pro Führungsschiene verwendet, die in gegenseitiger Winkel­ versetzung mit jeweils einer an der Führungsschiene in entsprechender Ausrichtung ausgebildeten Führungsfläche zusammenwirken. Für eine langlebige genaue Führung eines derartigen Spindelgehäuses werden insgesamt acht Füh­ rungsschuhe benötigt, die beim Stand der Technik gemäß EP 171 700 B1 paarweise in Blöcken zusammengefaßt sind. Um die Führungsgenauigkeit weiter zu steigern und auch die Montage zu vereinfachen, zeichnet sich eine andere Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß jeweils die an dem vorderen Ende und die an dem hinteren Ende vor zu­ sehenden Führungsschuh-Paare mit ihren weiteren Bauteilen in je einem in Form eines Querträgers ausgebildeten gemeinsamen Bauteil angeordnet sind, wobei dieser Trä­ ger als Ganzes an dem Maschinenteil befestigt wird und Längsverstellungen ermöglicht.

Weitere Vorzüge und Besonderheiten der erfindungsgemäßen Geradführung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise längsgeschnitten und in Seitenansicht dargestellten Führungsschuh mit einem als Keil wirkenden Einstellbolzen;

Fig. 2 den Führungsschuh nach Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 eine andere Ausführung des Führungsschuhs mit einem achsparallel angeordneten Einstell­ bolzen und im Führungsschuh vorgesehenen Schrägflächen;

Fig. 4 den Führungsschuh nach Fig. 3 im Querschnitt IV-IV;

Fig. 5 die Führung eines Spindelgehäuses an einem ortsfesten Maschinenteil in perspektivischer Darstellung.

Die in den Fig. 1, 2 dargestellte Geradführung enthält eine Führungsschiene 1 und eine Führungsschuh-Anordnung 2, wobei die Führungsschiene 1 auf einem Bauteil 3 einer Werkzeugmaschine und die Führungsschuh-Anordnung 2 auf einem anderen Bauteil einer Werkzeugmaschine starr und spielfrei befestigt sind. Die beiden Maschinenteile sind relativ gegeneinander in Längsrichtung der Führungsschiene 1 verfahrbar. Die als Gleitfläche dienende Oberfläche 4 der Führungsschiene ist in herkömmlicher Weise fein­ bearbeitet.

Die Führungsschuh-Anordnung 2 enthält ein starres Gehäuse 5, in dem eine Längsbohrung 6 unter einem spitzen Winkel α zur Horizontalen angeordnet ist. Am Ende dieser Längs­ bohrung befindet sich ein Druckstück 7 als Gegenlager für eine Druckfeder 8, die an der Stirnfläche eines Ein­ stellbolzens 9 abgestützt ist. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist der Einstellbolzen 9 an seiner Unterseite 10 eine sphärische Einwölbung auf, die eine großflächige Auflage für die sphärisch ausgewölbte Rückfläche 11 eines Führungsschuhs 12 bildet. Beide Auflageflächen 10 und 11 sind feinbearbeitet und z. B. durch reibende Bearbei­ tung genau aneinander angepaßt. An der in Fig. 1 rechte Stirnseite des Einstellbolzens 9 stützt sich ein Gewinde­ bolzen 13 ab, der durch Eingriff eines - nicht dargestell­ ten - Werkzeuges in einen endseitigen Ausschnitt 14 in Längsrichtung der Bohrung 6 verstellt werden kann und damit eine entsprechende Verschiebung des Einstellbol­ zens 9 in dem zylindrischen Teil der Schrägbohrung 6 be­ wirkt.

Der Führungsschuh 12 enthält bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung einen massiven Körper 15 und ist in einer nach unten offenen Ausnehmung 16 des Gehäuses aufgenommen, welche sich an die Schrägbohrung 6 anschließt. In jeder Seite des Führungsschuh-Körpers 15 ist je eine in sich geschlossene Walzkörperumlaufbahn 17, 18 eingearbeitet, die zueinander parallel und senkrecht zur Ebene der Füh­ rungsfläche verlaufen. In jeder Wälzkörper-Umlaufbahn 17, 18 ist je ein Satz von frei drehbaren rollenförmigen Wälzkörpern 19, 20 gelagert. An der Unterseite des Füh­ rungsschuh-Körpers 15 ist eine Platte 21 dauerhaft z. B. durch Kleben befestigt, die die Sohle des Führungsschuhs 12 bildet und mit einem dünnwandigen Gleitbelag 22 aus einem geeigneten Kunststoff mit eingeformten Schmiermit­ teltaschen beschichtet ist. In den Randbereichen dieser Verbundplatte 21, 22 sind Ausschnitte ausgeformt, die Fortsetzungen der beiden Wälzkörper-Umlaufkanäle 17, 18 bilden und aus denen eine vorbestimmte Anzahl der Wälz­ körper 19, 20 im unbelasteten Zustand über die Unterseite des Gleitbelages 22 um einen geringfügigen und einstell­ baren Wert hervorragen, so daß die Lastaufnahme in diesem unbelasteten Zustand vorzugsweise über die Wälzkörper und nicht oder nur zu geringen Anteilen über den Gleit­ belag 22 erfolgt. An beiden Längsseiten des Führungsschuh- Körpers sind - wie aus Fig. 2 ersichtlich - je eine Ab­ deckplatte 23, 24 z. B. durch Schrauben lösbar befestigt, welche die Wälzkörper-Sätze 19, 20 in ihren jeweiligen Umlaufbahnen 17, 18 halten.

Die Ausführung nach den Fig. 3, 4 entspricht in ihrem Grundaufbau derjenigen nach den Fig. 1 und 2, so daß gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekenn­ zeichnet sind. Die Bohrung 6 zur Aufnahme des Einstell­ bolzens 9 verläuft hier jedoch parallel zur Oberfläche 4 der Führungsschiene 1, so daß der Einstellbolzen durch Betätigung des Gewindezapfens 13 in der Horizontalen ver­ stellt wird. Zur Erzielung der erforderlichen vertikalen Zustellbewegung des Führungsschuhs gegen die Oberfläche 4 der Führungsschiene 1 ist der Führungsschuh-Körper 15 zweiteilig ausgeführt, wobei - wie aus Fig. 4 ersichtlich - im Unterteil 30 die beiden Wälzkörperumlaufbahnen 17, 18 mit den Wälzkörpersätzen 19, 20 angeordnet und durch seitliche Abdeckplatten 23, 24 gehalten sind, wohingegen an dem Oberteil 31 die sphärische Rückfläche 11 vorgesehen ist, an welcher der Einstellbolzen 9 mit seiner sphäri­ schen Stützfläche 10 großflächig anliegt. Zur Erzielung der erforderlichen Keilwirkung und eines einstellbaren Andruckes der Wälzkörper 17, 18 bzw. des Gleitbelages 22 an die Oberfläche 4 der Führungsschiene 1 sind die beiden Teile 30, 31 auf einer zur Horizontalen unter einem spitzen Winkel geneigten Fläche 32 gegeneinander längs­ verschiebbar, so daß bei einer Betätigung des Gewindezapfens 13 der Einstellbolzen 9 zusammen mit dem Oberteil 31 gegen die Kraft der Feder 8 längs verschoben wird und durch eine Relativverschiebung zwischen dem Oberteil 31 und dem Unterteil 30 durch den Keileffekt der Schrägfläche 32 eine vertikal gerichtete Andruckkraft gegen die Oberfläche der Führungsschiene 1 erzeugt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist bei dieser Ausführung an dem Oberteil 31 des Führungs­ schuh-Körpers 16 ein zentraler Ansatz 33 angeformt, der in eine entsprechende Ausnehmung 34 im Unterteil 30 ein­ greift, wobei die unter einem spitzen Winkel zur Hori­ zontalen verlaufende Schrägfläche 32 die Stützfläche zwi­ schen dem Ansatz 33 und dem Ausschnitt 34 bildet. Das Unter­ teil 30 ist gegen Axialverschiebungen abgestützt.

In Fig. 5 sind zwei Maschinenteile 40, 41, z. B. ein Spindel­ gehäuse 40 und ein Maschinenständer 41 zusammen mit einer kompletten Geradführung 42a, 42b perspektivisch dargestellt. An der Unterseite des Spindelgehäuses 40 ist ein Führungs­ element 43 angeordnet, das an seinen Rändern je zwei gegen­ einander geneigte Führungsflächen 44a, 44b, 45a, 45b auf­ weist. Auf dem Maschinenständer 41 ist ein vorderer und ein hinterer Führungsbock 46, 47 befestigt, die jeweils ein durchgehendes oder auch ein unterbrochenes Mittelteil 48 sowie zwei Seitenteile 49, 50 aufweisen. In jedem Seiten­ teil sind je zwei Führungsschuh-Anordnungen nach den Fig. 1, 2 oder 3, 4 so angeordnet, daß die Wälzkörper 19, 20 und der Gleitbelag an der Platte 21 des jeweiligen Füh­ rungsschuhs 12 auf einer der Führungsflächen 44a, 44b und 45a, 45b aufliegen. Durch Verstellen der Gewindebolzen 13 jeder Führungsschuh-Anordnung werden zwischen den Führungs­ paaren gegensinnige Andruckkräfte erzielt, die eine sehr genau einstellbare Vorspannung der gesamten Führung des Spindelgehäuses 40 auf dem Ständer 41 bewirken. Da jeder Führungsschuh durch seine kalottenartige Lagerung und Ab­ stützung an dem Einstellbolzen mehrachsig im jeweiligen Gehäuse verschwenkbar gelagert ist, ergibt sich auch im vorgespannten Zustand der angestrebte Effekt einer selbst­ tätigen Lageanpassung der tragenden Führungschuhsohle an den Verlauf der Führungsfläche, so daß geringfügige Verformungen der Maschinenteile bzw. der Führungsplatte 43 ausgeglichen werden können und praktisch keinen Ein­ fluß auf die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschi­ ne haben. Da bei der in Fig. 5 dargestellten Lagerung des Maschinenteils 40 jede Führungsschuh-Anordnung ge­ sondert eingestellt werden kann, besteht die Möglichkeit, Fertigungs-Toleranzen durch einfaches Verstellen der Füh­ rungsschuhe zu kompensieren. Außerdem können die Verfahr­ achsen der Werkzeugmaschine geometrisch exakt justiert werden, und zwar ohne die bisher notwendige Demontage der Werkzeugmaschine.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. So können statt der in den Fig. 3 und 4 dargestellten schrägen Doppelkeil-Fläche 32 auch andere Maßnahmen zur Erzielung einer gewünschten Zustellbewegung des Führungsschuhs gegen die Oberfläche der Führungsschiene und zur Erzeugung einer entsprechen­ den Vorspannkraft eingesetzt werden. Beispielsweise kann statt der Schrägfläche 32 eine Schrägfläche zwischen der Platte 21 und der Unterseite des Körpers 16 zur Er­ zielung einer gewünschten Keilwirkung vorgesehen werden, welche in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.

Claims (6)

1. Geradführung für insbesondere Werkzeugmaschinen, be­ stehend aus

• - einer an einem Maschinenteil fest angeordneten steifen Führungsschiene (1) mit mindestens einer feinbearbeiteten Führungsfläche (4),
• - mindestens einer am anderen Maschinenteil montierten Führungsschuh-Anordnung (2),
• - einer im Führungsschuh (12) ausgebildeten Umlaufbahn (17, 18) für Wälzkörper (19, 20), die um einen vor­ bestimmten Betrag aus einem Ausschnitt in der eine Gleitfläche (22) bildenden Sohle des Führungsschuhs (12) vorstehen,
• - wobei die jeweils im Ausschnitt befindlichen Wälz­ körper (19, 20) und die Gleitfläche (22) des Füh­ rungsschuhs (12) an der Belastungsaufnahme mit lastabhängigen Anteilen beteiligt sind, und
• - aus Einstellmitteln (9, 13, 32) zum Vorspannen, Aus­ richten und zur Lageanpassung des Führungsschuhs (12) mit einer gewölbten Flächenpaarung (10, 11) und der Rückseite des Führungsschuhs (12) zwischen einem in einem Gehäuse (5) angeordneten Einstellbolzen (9), dadurch gekennzeichnet, daß
• - im Führungsschuh (12) zwei Umlaufbahnen (17, 18) mit je einem Wälzkörpersatz (19, 20) an den Außenseiten vorge­ sehen und durch je eine Deckplatte (23, 24) seitlich ab­ gedeckt sind und
• - die gewölbte Flächenpaarung (10, 11) zwischen dem Füh­ rungsschuh (12) und dem Einstellbolzen (9) kugelabschnitt­ förmig ausgebildet ist.

2. Geradführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Führungsschuh-Körpers (15) eine Platte (21) von vorbestimmter Wandstärke starr befestigt ist, welche den mit Schmiermitteltaschen versehenen Gleitbelag (22) trägt und seitliche Ausschnitte als Teil der Wälzkörper-Umlaufbahnen (18, 19) aufweist.

3. Geradführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellbolzen (9) in einer Bohrung (6) längsver­ stellbar im Gehäuse (5) angeordnet ist, welche unter einem spitzen Winkel (α) zur Horizontalen geneigt ist.

4. Geradführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Führungsschuh-Körper Doppelkeilflächen (32) aus­ gebildet sind.

5. Geradführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (16) des Führungsschuhs (12) aus zwei Teilen (30, 31) besteht, die über die Doppelkeilfläche (32) in dem zwischen den beiden seitlichen Wälzkörper-Umlauf­ bahnen befindlichen zentralen Abschnitt aufeinander abgestützt sind.

6. Geradführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellbolzen (19) gegen die Kraft einer Druck­ feder (8) in der Bohrung (6) längsverschiebbar ange­ ordnet ist.