DE4430388A1 - Stellantrieb für einen Schlitten in einer Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

In Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, werden Schlitten von Stellantrieben häufig über längere Wege bewegt. Dies ist beispielsweise bei selbstladenden Werkzeugmaschinen der Fall. Der Schlitten holt von einer Werkstückzuführung ein zu bearbeitendes Werkstück und bringt es zu einer Bearbeitungsstation und bringt es nach der Bearbeitung zu einer Werkstückabführung. Während es für diesen sogenannten Ladehub nicht auf eine präzise Stellbewegung ankommt, hängt die Qualität der Bearbeitung an der Bearbeitungsstation von einer präzisen Stellbewegung des das Werkstück tragenden Schlittens ab. Aber nicht nur die Präzision der Stellbewegung an der Bearbeitungsstation, sondern auch die Produktivität der Maschine bestimmen ihre Qualität, wobei die Produktivität von möglichst kurzen Nebenzeiten und damit von der Stellgeschwindigkeit des Schlittens zwischen der Bearbeitungsstation und der Werkzeugzuführung und Werkzeugabführung abhängt.

Bei allen selbstladenden Drehmaschinen, die sich in der Praxis bewährt haben, ist ein einziger Stellantrieb für den Schlitten vorgesehen, der das Werkzeug mit großer Geschwindigkeit zur Bearbeitungsstation holt und von ihr wegbringt und an der Bearbeitungsstation auf kleinen Stellwegen mit wesentlich kleinerer Stellgeschwindigkeit bewegt. Da die zu bewegende Masse des Schlittens, der bei der Vertikaldrehmaschine eine Motorspindel tragen kann, groß ist, treten während der Stellbewegungen zwischen der Bearbeitungsstation und der Werkstückzuführung und Werkstückabführung hohe Beschleunigungskräfte auf, die zwangsläufig zu einem hohen Verschleiß und damit zu einer Verminderung der ursprünglichen präzisen Stellbewegung führen. Deshalb, aber auch weil bei einer hohen Stellgeschwindigkeit eine exakte Positionierung des Schlittens an der Bearbeitungsstation mit vertretbarem Aufwand nur schwer zu verwirklichen ist, werden bei allen in der Praxis eingesetzten Vertikaldrehmaschinen die Schlitten nicht mit der maximal möglichen Geschwindigkeit zwischen der Bearbeitungsstation und der Werkstückzuführung und Werkstückabführung, sondern mit einer verminderten Geschwindigkeit von ca. 30 m/min., bewegt. Das führt wiederum zu längeren Nebenzeiten und damit zu einer geringeren Produktivität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb für einen Schlitten (Wagen) in einer Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine, zu schaffen, der einerseits hohe Stellgeschwindigkeiten außerhalb der Bearbeitungsstation und andererseits eine hohe Präzision der Stellbewegung an der Bearbeitungsstation gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einem Stellantrieb für einen Schlitten (Wagen) mit zwei unabhängigen Antrieben gelöst, von denen der eine Antrieb als Präzisionsstellantrieb in Form eines Schraubengetriebes ausgebildet ist, dessen Spindel zumindest auf einem Abschnitt des Stellweges als Zug- und Schubstange zwischen dem Schlitten und einem maschinenfesten Widerlager dient, und deren anderer allein oder in Verbindung mit dem Präzisionsstellantrieb wirksamer Antrieb auf einem anderen Abschnitt des Stellweges für eine größere Stellgeschwindigkeit als auf dem einen Abschnitt ausgelegt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb läßt sich mit dem als Schraubengetriebe ausgebildeten Präzisionsstellantrieb in der Arbeitsposition auf Dauer eine hohe Genauigkeit erzielen, weil dieser Antrieb nur mit kleinen Stellgeschwindigkeiten auf kurzen Stellwegen betrieben werden muß. Für die großen Stellwege kommt es dagegen nicht auf die Genauigkeit an, so daß hier die Anforderung an den Antrieb nur die hohe Stellgeschwindigkeit ist.

Für die Ausbildung des für hohe Stellgeschwindigkeiten ausgelegten Antriebes gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Nach einer Ausgestaltung ist dieser Antrieb ebenfalls als Schraubengetriebe ausgebildet, wobei beide Antriebe eine gemeinsame drehfest gehaltene Spindel aufweisen und die Gewindemutter des einen Schraubengetriebes mit ihrem Gestell am Maschinenständer festgelegt ist, während die Gewindemutter des anderen Schraubengetriebes mit ihrem Gestell als Antriebsglied am Schlitten festgelegt ist. Im Rahmen dieser Ausgestaltung kann die Spindel abschnittsweise eine unterschiedliche Gewindesteigung haben. In diesem Fall ist es möglich, beide Gewindemuttern unabhängig voneinander anzutreiben, wobei man bei Antrieb der auf dem Abschnitt mit der großen Steigung sitzenden Gewindemutter eine hohe Stellgeschwindigkeit und bei Antrieb der Gewindemutter auf dem Abschnitt mit kleiner Steigung eine kleine Stellgeschwindigkeit erzielen kann. Es ist allerdings auch möglich, beide Gewindemuttern gleichzeitig anzutreiben, wodurch die Stellgeschwindigkeiten sich addieren. Sofern aber vorgesehen ist, daß mit der gewünschten hohen Stellgeschwindigkeit beide Gewindemuttern angetrieben werden sollen, wird eine Gewindespindel mit einer auf ihrer gesamten Länge gleichen Gewindesteigung bevorzugt. Der Vorteil eines solchen Stellantriebes gegenüber einem Stellantrieb mit einer Gewindespindel mit unterschiedlichen Steigungen besteht in der höheren Steifigkeit und in der besseren Aufteilung der Antriebsbelastung auf beide Antriebe bei der schnellen Stellbewegung.

Für eine hohe Präzision in der Stellbewegung bei kleinen Stellgeschwindigkeiten ist es wichtig, daß die Spindel axial spielfrei gehalten wird. Dafür kann vorgesehen sein, daß auf der Spindel ein Anschlag axial fixiert ist, an dem das am Maschinenständer mit seinem Gestell festgelegte Schraubengetriebe fixierbar ist.

Alternativ zu dem zwei Schraubengetriebe aufweisenden Stellantrieb kann der erste Antrieb vom Schlitten getragen sein, wobei die Spindel seines Schraubengetriebes an einer maschinenfesten Halterung axial und drehfest fixierbar ist, während der andere Antrieb ein Linearmotor ist, dessen Primärteil vom Schlitten getragen ist und dessen Sekundärteil sich längs des anderen Abschnittes des Stellweges erstreckt und am Maschinenbett festgelegt ist.

Diese Alternative des Stellantriebes hat den Vorteil, daß der als Linearmotor ausgebildete Antrieb einen einfachen Aufbau hat und praktisch verschleißfrei betrieben werden kann. Der Linearmotor hat eine hohe Dynamik und erlaubt eine hohe Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens beziehungsweise Wagens. Auch läßt sich über den großen Stellweg der Schlitten beziehungsweise Wagen nicht nur linear, sondern auch über eine Kurve verfahren, da der Sekundärteil entsprechend dem Verlauf des Stellweges verlegt sein kann. Im übrigen bleiben die Vorteile der hohen Präzision bei kleiner Stellgeschwindigkeit auf kleinen Stellwegen wegen des Schraubengetriebes erhalten. Als Schraubengetriebe sind vorzugsweise Wälzschraubengetriebe, insbesondere Kugelgewindegetriebe, vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Vertikaldrehmaschine mit einem auf einem linearen, horizontalen Verfahrweg verfahrbaren Schlitten für eine Motorspindel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen aus zwei Schraubengetrieben bestehenden Stellantrieb für den Schlitten der Vertikaldrehmaschine gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 einen aus zwei Schraubengetrieben bestehenden Stellantrieb für den Schlitten der Vertikaldrehmaschine gemäß Fig. 1 in einer zu Fig. 2 abgewandelten Ausführung in perspektivischer Ansicht und

Fig. 4 einen Stellantrieb für den Schlitten der Vertikaldrehmaschine gemäß Fig. 1 in einer zu den Stellantrieben der Fig. 2 und 3 alternativen Ausführung in Ansicht.

Die Vertikaldrehmaschine gemäß Fig. 1 besteht aus einem Maschinenständer 1, der im unteren Teil einen Werkzeugträger 2 in Form eines Revolvers mit mehreren Werkzeugen und im oberen Teil eine hängende frequenzgeregelte Drehstrommotorspindel 3 aufweist.- Seitlich neben der Maschine verlaufen als Werkstückzuführung 4 und als Werkstückabführung 5 zwei Transportbänder in die gleiche horizontale Richtung.

Die Motorspindel 3 weist am unteren Ende ein Spannfutter 3a für ein zu bearbeitendes Werkstück 6 auf. Sie ist in vertikaler Richtung (Z-Achse) und in horizontaler Richtung (X-Achse) mittels eines Kreuzschlittens 7 verfahrbar. Der Kreuzschlitten 7 ist auf einem Maschinenbett 8 in der X- Achse verfahrbar gelagert. Mittels eines kombinierten Stellantriebes läßt sich der Kreuzschlitten 7 an der in der Zeichnung dargestellten Bearbeitungsposition des Werkstückes 6 mit kleiner Stellgeschwindigkeit und hoher Stellwegpräzision und für das Holen und Bringen des Werkstückes 6 zwischen dieser Bearbeitungsposition und der seitlichen Werkstückzuführung 4 und der seitlichen Werkstückabführung 5 über einen großen Stellweg mit hoher Stellgeschwindigkeit in der X-Achse verfahren.

Der in Fig. 2 dargestellte Stellantrieb umfaßt zwei Schraubengetriebe 11, 12. Jedes Schraubengetriebe 11, 12 besteht aus einer Gewindemutter 11a, 12a, einem die Gewindemutter 11a, 12a lagernden Gestell 11b, 12b, einem Antriebsmotor 11c, 12c und einer Gewindespindel 13, die in diesem Fall eine gemeinsame Spindel für beide Schraubengetriebe 11, 12 ist. Das Gestell 11b ist am Maschinenbett 8 festgelegt, während das Gestell 12b vom Kreuzschlitten 7 getragen ist.

Die Spindel 13 wird durch zwei auf dem Maschinenbett 8 verfahrbare axial und verdrehfest auf ihr sitzende Verdrehsicherungen 14a, 14b drehfest gehalten. Auf der Spindel 13 sitzt ferner eine Klemmuffe 15, die drehfest im Kreuzschlitten 7 gehalten ist und mit der der Kreuzschlitten 7 an die Spindel 13 zur spiel freien axialen Mitnahme festklemmbar ist.

Die gemeinsame Gewindespindel 13 hat zwei Abschnitte 13a, 13b mit unterschiedlicher Steigung. Der Gewindeabschnitt 13a mit kleiner Steigung (zum Beispiel 10-20 mm) ist dem Schraubengetriebe 11 und der Abschnitt 13b mit großer Gewindesteigung (zum Beispiel 40-60 mm) ist dem Schraubengetriebe 12 zugeordnet. Die beiden Gewindeabschnitte 13a, 13b sind so ausgelegt, daß in dem Abschnitt 13a der in der Arbeitsposition benötigte Stellweg (Arbeitshub) abgedeckt wird, der in der Größenordnung von beispielsweise 250 mm liegt, während in dem Abschnitt 13b der Stellweg (Ladehub) zwischen der Arbeitsposition und der seitlichen Werkstückzu- und -abführung 4,5 abgedeckt wird, der in der Größenordnung von mehr als 1000 mm liegt. Das Verhältnis der beiden Stellwege (Arbeitshub/Ladehub) liegt in der Regel zwischen 1/5 bis 1/20. Die Stellgeschwindigkeit in der Arbeitsposition sollte zwischen 0,001 und 1600 mm/min. liegen, während die Stellgeschwindigkeit für das Holen und Bringen des Werkstückes 6 (Ladehub) zwischen 40 und 60 m/m liegen sollte.

Die Funktion dieses Stellantriebes ist folgende: Um das Werkstück 6 von der Werkstückzuführung 4 zur Arbeitsposition am Werkzeugträger 2 und zurück mit großer Geschwindigkeit zu transportieren, wird das Schraubengetriebe 12 angetrieben, das bei der drehfest gehaltenen und über das nicht angetriebene Schraubengetriebe 11 am Maschinenbett 8 widergelagerten Spindel 13 den Schlitten 7 verfährt. Bei dieser Stellbewegung ist die Klemmuffe 15 gelöst. Sobald der Schlitten 7 die Bearbeitungsposition erreicht hat, wird das Schraubengetriebe 12 stillgesetzt und die Klemmuffe 15 axial auf der Spindel 13 fixiert. Dann wird das Schraubengewinde 11 angetrieben, so daß der Schlitten 7 über die als Zug- und Schubstange wirkende Spindel 13 mit wesentlich kleinerer Stellgeschwindigkeit mitgenommen wird. Die kleine Steigung und die spielfreie axiale Fixierung des Schlittens 7 auf der Gewindespindel 13 führen zu der gewünschten hohen Präzision der Stellbewegung an der Arbeitsposition.

Während das Schraubengetriebe 12 mit dem ihm zugeordneten Gewindeabschnitt 13b mit großer Gewindesteigung für große Stellwege und große Stellgeschwindigkeiten ausgelegt ist, ist das Schraubengetriebe 11 wegen der kleinen Gewindesteigung auf dem Abschnitt 13a für kleine Stellwege und kleine Stellgeschwindigkeiten ausgelegt.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Fig. 2 im wesentlichen darin, daß die Gewindespindel 13* über ihre gesamte Länge die gleiche kleine Steigung hat. Auf ihr ist ein als Ringflansch ausgebildeter Anschlag 21 axial fixiert. Diesem Anschlag 21 ist am Gestell 11b des Schraubengetriebes 11 eine Aufnahme 22 zugeordnet, in der der Anschlag 21 mittels eines Feststellbolzens 23 festklemmbar ist.

Die Arbeitsweise dieses abgewandelten Stellantriebes ist folgende: Für eine schnelle Stellbewegung über einen großen Stellweg werden beide Schraubengetriebe 11, 12 angetrieben. Durch das Schraubengetriebe 11 wird die Spindel 13* axial verschoben, während durch das Schraubengetriebe 12 der Kreuzschlitten 7 auf der Spindel 13* verlagert wird. Diese beiden Stellbewegungen addieren sich und ergeben die hohe Stellgeschwindigkeit und den großen Stellweg. Der Anschlag 21 ist axial auf der Spindel 13* angeordnet, so daß sich der Schlitten 7 in Bearbeitungsposition befindet, wenn der Anschlag 21 die Aufnahme 22 erreicht hat und hier festgesetzt werden kann. Nach dem Festsetzen des Anschlages 21 wird das Schraubengetriebe 11 stillgesetzt und bildet mit dem Anschlag 21 für die Spindel 13* das maschinenfeste Widerlager. Das Schraubengetriebe 12 verstellt dann allein den Schlitten 13 an der Arbeitsposition und wirkt hier als Präzisionsstellantrieb.

Der zusätzliche Vorteil eines solchen Stellantriebes, bei dem bei der schnellen Stellbewegung beide Antriebe 11, 12 wirksam sind, besteht darin, daß sich die Belastung während der schnellen Stellbewegung auf beide Antriebe 11, 12 verteilt.

Der Stellantrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 unterscheidet sich in einem Punkt von den Stellantrieben der Ausführungsbeispiele der Fig. 2 und 3 wesentlich. Bei diesem stellantrieb ist von den beiden Antrieben nur ein Antrieb als Schraubengetriebe ausgebildet, während der andere Antrieb ein Linearmotor ist. Der Schlitten 7 trägt den in der Zeichnung nicht erkennbaren Primärteil des Linearmotors, während der Sekundärteil 31 des Linearmotors sich längs des Stellweges erstreckt und am Maschinenbett 8 festgelegt ist. Als weiteren Antrieb trägt der Schlitten 7 ein Schraubengetriebe 32, dessen in einem Gestell 32b gelagerte Gewindemutter 32a von einem Motor 33 angetrieben ist und dessen Gewindespindel 34 an ihrer Spitze einen Kopf 34a trägt, der in einen am Maschinenbett 8 festgelegten Halter 35 einfahrbar und hier axial und drehfest festklemmbar ist.

Die Arbeitsweise dieses Stellantriebes ist folgende: Für die schnelle Stellbewegung über den großen Stellweg dient der Linearmotor, während für die präzise Stellbewegung, wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen, das Schraubengetriebe 32 dient. Mittels des Linearmotors wird der Schlitten 7 soweit verfahren, daß die Spindel 34 mit ihrem Kopf 34a in dem Halter 35 steckt und hier festgeklemmt werden kann. Jetzt kann durch Antrieb des Schraubengetriebes 32 die präzise Stellbewegung durchgeführt werden, wobei der Halter 35 als maschinenfestes Widerlager und die Schraubenspindel 34 als Zug- und Schubstange dienen.

Claims (8)

1. Stellantrieb für einen Schlitten beziehungsweise Wagen (7) in einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, bestehend aus zwei unabhängigen Antrieben, von denen der eine Antrieb als Präzisionsstellantrieb in Form eines Schraubengetriebes (11) in Fig. 2, (12) in Fig. 3, (32) in Fig. 4 ausgebildet ist, dessen Spindel (13, 33) zumindest auf einem Abschnitt des Stellweges als Zug- und Schubstange zwischen dem Schlitten (7) und einem maschinenfesten Widerlager dient, und der andere Antrieb (12) in Fig. 2, (11) in Fig. 3, allein oder in Verbindung mit dem Präzisionsstellantrieb (12) in Fig. 3 auf einem anderen Abschnitt des Stellweges für eine größere Stellgeschwindigkeit als auf dem ersten Abschnitt ausgelegt ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Antrieb (12) in Fig. 2, (11) in Fig. 3, als Schraubengetriebe ausgebildet ist, und beide Antriebe (11, 12) eine gemeinsame, drehfest gehaltene Spindel (13) aufweisen und die Gewindemutter (11a) des einen Schraubengetriebes (11) mit ihrem Gestell (11b) am Maschinenbett (8) des Schlittens (7) festgelegt ist und die Gewindemutter (12a) des anderen Schraubengetriebes (12) mit ihrem Gestell (12b) als Antriebsglied am Schlitten (7) festgelegt ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (13) abschnittsweise eine unterschiedliche Gewindesteigung hat.

4. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (13*) auf ihrer gesamten Länge die gleiche Gewindesteigung hat und die beiden Gewindemuttern (11a, 12a) für eine schnelle Stellbewegung gleichzeitig antreibbar sind und nur eine Gewindemutter (12a), insbesondere die dem Antriebsglied zugeordnete Gewindemutter (12a), für eine langsame Stellbewegung allein antreibbar ist.

5. Stellantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (13, 13*) an dem nur für die größere Stellgeschwindigkeit ausgelegten Antrieb (12) in Fig. 2; (11) in Fig. 3) axial festklemmbar ist.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spindel (13*) ein Anschlag (21) axial fixiert ist, der an dem am Maschinenbett (8) mit seinem Gestell (11b) festgelegten Schraubengetriebe (11) fixierbar ist.

7. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubengetriebe (32) des ersten Antriebes vom Schlitten (7) beziehungsweise Wagen getragen wird, wobei seine Spindel (34) an einer maschinenfesten Halterung (35) axial und drehfest fixierbar ist, und daß der andere Antrieb ein Linearmotor ist, dessen Primärteil vom Schlitten (5) beziehungsweise Wagen getragen wird und dessen Sekundärteil (31) sich längs des anderen Abschnittes des Stellweges erstreckt und am Maschinenbett (8) festgelegt ist.

8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schraubengetriebe (11, 12, 32) als Wälzschraubengetriebe, insbesondere Kugelgewindegetriebe, ausgebildet ist.