DE60100353T2

DE60100353T2 - Werkzeugmaschine mit Vorrichtung für den Antrieb eines Werkzeugschlittens

Info

Publication number: DE60100353T2
Application number: DE60100353T
Authority: DE
Inventors: Maurizio Ferrari; Carlo Massari
Original assignee: Jobs SpA
Current assignee: Jobs SpA
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: DE60100353D1; ATE242680T1; EP1186374A3; ITBO20000516A1; EP1186374A2; ES2201027T3; EP1186374B1; ITBO20000516A0; US6634839B2; US20020026860A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für den Antrieb eines Spindelschlittens in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff aus Anspruch 1 (s. zum Beispiel EP-A-0 893 196).
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung für den Antrieb des Spindelschlittens in einer Werkzeugmaschine, getragen von einem Rahmen und gesteuert durch lineare Motoren, die das Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit entlang einer oder mehrerer Achsen antreiben.
In modernen automatischen Werkzeugmaschinen ist das Werkzeug normalerweise an einem Halteelement montiert, das durch die linearen Motoren entlang von drei Achsen angetrieben wird, welche lotrecht zueinander verlaufen.
Die nach dem Stand der Technik bekannten automatischen Werkzeugmaschinen enthalten einen linearen Elektromotor, welcher wenigstens den vertikalen Antrieb des Spindelschlittens vornimmt. Der lineare Elektromotor enthält einen Rotor, auch bekannt als primäres Element oder einfach „Primärelement", und einen Stator, auch bekannt als sekundäres Element oder einfach „Sekundärelement", wobei das Primärelement integral mit dem Spindelschlitten ist und das Sekundärelement integral mit der vertikalen Gleitführung, in welcher der Schlitten läuft.
Die vertikale Gleitführung hat symmetrisch an ihrem Boden angeordnet zwei Paare von feststehenden linearen Führungen, zum Beispiel von Typ mit Kugelumlaufschraube, welche ständig mit zwei entsprechenden länglichen Läufern verbunden sind, die sich an dem beweglichen Schlitten befinden. Die feststehenden Führungen halten auch des Primärelement und das Sekundärelement in einem festgelegten Abstand voneinander, wobei dieser Abstand einen Luftspalt des linearen Motors bildet.
Die feststehenden Führungen sind an der vertikalen Gleitführung mit einem geeigneten axialen Abstand voneinander positioniert, um an der Gleitführung selbst einen besonders starren Bereich zu bilden, der in der Lage ist, leicht dem Rückstoss zu widerstehen, der während der Bearbeitung durch die Spindel auf den Schlitten übertragen wird.
Die Längenausdehnung des Schlittens ist grösser als der axiale Abstand zwischen den beiden Paaren von feststehenden Führungen, und der Abstand zwischen den beiden Paaren von Führungen ist ungefähr der gleiche wie die vertikale Verschiebung des beweglichen Schlittens. Die Verlängerung der Längenausdehnung der feststehenden Führungen dagegen würde die Werkzeugmaschine übermäs sig erschweren, und zwar mit einer negativen Auswirkung auf die Präzision und die Funktionalität der Maschine.
Das Hinzufügen von weiteren Paaren von feststehenden Führungen, auch wenn dies nicht erheblich das Gewicht der Gleitführung erhöht, würde es trotzdem notwendig machen, die länglichen Läufer zu verlängern, um die Verbindung zwischen dem Läufer und der Führung dauerhaft zu gestalten. Wenn die Verbindung nicht dauerhaft wäre, würde ein ernsthaftes Risiko von gefährlichen Kollisionen mit den Enden der Läufer bestehen, wenn sie in die Führungen eintreten, und zwar aufgrund der hohen Geschwindigkeit, mit welcher sich der Spindelschlitten bewegt.
Aus offensichtlich praktischen Gründen belegt das Primärelement des linearen Motors, montiert dicht an dem oberen Teil des beweglichen Schlittens, einen Längsabschnitt des Schlittens selbst, so dass es permanent dem Sekundärelement zugewandt ist, welches an der vertikalen Gleitführung befestigt ist.
Wenn der Spindelschlitten in seine oberste Position gebracht wird, ragt der Teil des Schlittens mit dem Primärelement heraus im Verhältnis zu der Halterung, die ihm durch die feststehenden Führungen geboten ist, und die beachtliche Magnetkraft zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement zieht folglich das Primärelement und das Sekundärelement einander an. Dies neigt dazu, den Schlitten zu biegen und ihn im Verhältnis zu seiner feststehenden Halterung aus der Spur zu bringen, und zwar mit negativen Auswirkungen auf die Genauigkeit der Bearbeitung.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden, indem eine Vorrichtung vorgesehen ist, die für den Antrieb des Spindelschlittens benutzt wird und leicht, kompakt und wirtschaftlich herzustellen ist.
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Werkzeugmaschine vorgesehen, enthaltend wenigstens einen Spindelschlitten, der sich vorwiegend in Längsrichtung entlang einer festgelegten Achse ausdehnt und in der Lage ist, sich in einer Richtung parallel zu der genannten Achse wenigstens zwischen einer ersten zurückgezogenen Endposition und einer zweiten vorgeschobenen Endposition im Verhältnis zu einer feststehenden Gleitführung zu bewegen, die sich in der genannten Richtung erstreckt, angetrieben durch wenigstens einen linearen Elektromotor, von welchem ein Primärelement an den Schlitten angeschlossen ist, und von welchem ein Sekundärelement an die Gleitführung angeschlossen ist, wobei die genannte Gleitführung feststehende Gleitmittel enthält, welche mit der Gleitführung selbst fest verbunden sind, sich der Länge nach in der genannten Richtung über einen Abstand erstrecken, der kürzer ist als die Längenausdehnung des Sekundärelementes und in Läufer greifen, die mit dem Schlitten fest verbunden sind, wobei ein Längenabschnitt des Spindelschlittens wenigstens einen Teil des Primärelementes enthält, welcher im Verhältnis zu den feststehenden Gleitmitteln an wenigstens einer der beiden Endpositionen des Schlittens selbst hervorsteht, wobei die Werkzeugmaschine dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schlitten Gleitkontaktmittel enthält, welche der Gleitführung wenigstens dann entgegenwirken, wenn sich der Teil des Primärelementes in der Position befindet, in welcher er im Verhältnis zu den feststehenden Gleitmitteln herausragt und die Magnetkraft das Primärelement und das Sekundärelement des linearen Elektromotor zueinander anzieht.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche eine vorgezogene Ausführung derselben zeigen, und von denen
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 ist eine schematische perspektivische Detailansicht eines Teils der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine, welche das Teil in einer ersten, zurückgezogenen Betriebsposition darstellt;
3 ist eine schematische perspektivische Detailansicht des in 2 gezeigten Teils, welche das Teil in einer zweiten, vorgeschobenen Betriebsposition zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist mit der Nummer 1 in ihrer Gesamtheit eine automatische Werkzeugmaschine vom numerisch gesteuerten Typ bezeichnet, die auf einem Sockel 2 montiert ist. Die Maschine 1 ist mit einem Betriebsmodul 3 versehen, das sich in einem dreidimensionalen Raum entlang von drei linearen Achsen X, Y und Z eines kartesianischen Systems bewegen kann. Das Betriebsmodul 3 enthält einen Schlitten 4, der eine Spindel 5 trägt, welche die rotierende Schneidbewegung auf ein bekanntes Schneidwerkzeug überträgt, das hier nicht gezeigt ist. Der Schlitten 4 erstreckt sich vorwiegend entlang einer Längsachse T und kann sich in vertikaler Richtung V parallel zu der vorgenannten Y-Achse bewegen, und zwar zwischen einer ersten, zurückgezogenen Endposition, gezeigt in 2, und einer zweiten, vorgeschobenen Endposition, gezeigt in 3.
Die in der 1 gezeigte Maschine 1 ist auch mit einem herkömmlichen Magazin ausgestattet, welches nicht im Detail gezeigt und schematisch mit 6 bezeichnet ist. Dieses Magazin enthält eine Anzahl von Werkzeugen, zu welchen das Betriebsmodul 3 während des Bearbeitungszyklus jederzeit Zugang hat, um das Werkzeug automatisch zu wechseln, wann immer ein anderes Werkzeug für einen anderen Bearbeitungsvorgang erforderlich ist.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, trägt das untere Ende 7 des Schlittens 4 die Spindel 5, an welcher die vorgenannten Werkzeuge (nicht gezeigt) befestigt sind, und weist einen parallelflach geformten Vorsprung 8 auf, der sich in Längsrichtung erstreckt und die Ausrüstung aufnimmt, die zum Antrieb der Spindel 5 benutzt wird, und welche von herkömmlichem Typ und daher nicht gezeigt ist.
Der Schlitten 4 ist in seiner vertikalen Bewegung von einer Gleitführung getragen und geführt, die in einer feststehenden Position im Verhältnis zu der vertikalen Richtung V montiert ist und sich ebenfalls in Längsrichtung entlang der Richtung V selbst erstreckt.
Der Schlitten 4 wird durch einen linearen Elektromotor 10 angetrieben, enthaltend ein Primärelement oder Rotor 11 und ein Sekundärelement oder Stator 12.
Nochmals mit Bezugnahme auf die 2 und 3 ist das Primärelement oder der Rotor 11 an dem Schlitten 4 montiert und an diesen an einem oberen Ende 13 desselben angeschlossen, entgegengesetzt zu dem vorgenannten unteren Ende.
Das Sekundärelement oder der Stator 12 erstreckt sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Gleitführung 9 und ist fest mit der Gleitführung verbunden.
Das Primärelement 11 und das Sekundärelement 12 sind sich gegenüberliegend angeordnet und durch einen entsprechenden Luftspalt 14 voneinander getrennt, also nach dem bekannten Arbeitsprinzip von linearen Elektromotoren. An seinen symmetrisch im Verhältnis zu der Achse T einander gegenüberliegenden Kanten 15, 16 hat der Schlitten 4 zwei schmale Längsabschnitte 17, 18, welche die Läufer 19, 20 bilden, jeder dazu bestimmt, in ein entsprechendes Paar 21, 22 von feststehenden Führungen 23, 24 zu greifen, jeweils eine obere und eine untere, welche fest mit der Gleitführung 9 entsprechend den beiden Kanten 9a, 9b verbunden sind, um eine Gleitverbindung zwischen dem Schlitten 4 und der Gleitführung 9 zu bilden.
Die Führungen 23, 24 eines jeden Paares 21, 22 bilden feststehende Gleitmittel, die in ihrer Gesamtheit mit 25 bezeichnet sind. Vorteilhafterweise sind diese Führungen 23, 24 vom Typ mit Kugelumlaufschraube oder Rollen.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 begrenzen die oberen und unteren Führungen 23, 24 eines jeden Paares 21, 22 einen unteren. Abschnitt 26 der Gleitführung 9, wobei dieser Abschnitt einen grösseren Querschnitt aufweist als der Rest der Gleitführung, so dass dem Betriebsmodul 3 während der Bearbeitung maximale Steifheit verliehen wird.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 weist das obere Ende 13 des Schlittens 4 zwei Gleitschuhe 27, 28 auf, die im Verhältnis zu der Achse T sich symmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind und zusammen Gleitkontaktmittel 29 für den Schlitten 4 bilden, wenn dieser sich im Verhältnis zu der Gleitführung 9 bewegt.
Bei der in den Abbildungen gezeigten vorgezogenen Ausführung sind die Gleitschuhe 27 und 28 vom Typ mit Rollen, die auf entsprechenden, längsverlaufenden Gleitflächen 30, 31 laufen, welche fest mit der Gleitführung 9 verbunden und im Verhältnis zu der Achse T sich symmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind, und zwar in entsprechenden seitlichen Bereichen 32, 33 der Gleitführung 9 selbst.
Während des Betriebes der Maschine 1 bewegt sich der Spindelschlitten 4 schnell in Richtung V zu dem Werkstück hin und von diesem fort.
Wenn der Schlitten 4 den oberen Abschnitt erreicht, wie in 2 gezeigt ist, in welchem er im Verhältnis zu der feststehenden vertikalen Gleitführung 9 zurückgezogen ist, ist das Primärelement 11 dem Sekundärelement 12 zugewandt, und zwar in einer Darstellung, in welcher das obere Ende 13 des Schlittens 4 nicht durch die feststehenden Führungen 23, 24 getragen wird.
Wie dagegen in 3 gezeigt ist, wenn der Schlitten 4 im Verhältnis zu der Gleitführung 9 die vorgeschobene Position erreicht, ist das Primärelement 11 dem Sekundärelement 12 in einem Bereich zugewandt, welcher Teil des durch die Führungen 23, 24 begrenzten längsverlaufenden Abschnittes bildet und daher besonders steif ist.
In dieser vorgeschobenen Darstellung halten die Gleitschuhe 27, 28 den Luftspalt 14 auf einem konstanten Wert, wobei sie verhindern, dass das Primärelement 11 und das Sekundärelement 12 sich aufgrund der durch den durchfliessenden Strom erzeugten Magnetkraft noch weiter einander nähern.

Claims

Werkzeugmaschine, enthaltend wenigstens einen Spindelschlitten (4), der sich vorwiegend in Längsrichtung entlang einer festgelegten Achse (T) erstreckt und in der Lage ist, sich in einer Richtung (V) parallel zu der genannten Achse (T) zu bewegen, und zwar wenigstens zwischen einer ersten zurückgezogenen Endposition und einer zweiten vorgeschobenen Endposition im Verhältnis zu einer feststehenden Gleitführung (9), die sich in der genannten Richtung (V) erstreckt, angetrieben durch wenigstens einen linearen Elektromotor (10), von welchem ein Primärelement (11) an den Schlitten (4) angeschlossen ist, und von welchem ein Sekundärelement (12) an die Gleitführung (9) angeschlossen ist, wobei die genannte Gleitführung (9) feststehende Gleitmittel (25) enthält, die mit der Gleitführung (9) selbst fest verbunden sind, sich der Länge nach in der genannten Richtung (V) über einen Abstand erstrecken, der kürzer ist als die Längenausdehnung des Sekundärelementes (12) und in Läufer (19, 20) greifen, die mit dem Schlitten (4) fest verbunden sind, wobei ein Längenabschnitt des Spindelschlittens (4) wenigstens einen Teil des Primärelementes (11) enthält, welcher im Verhältnis zu den feststehenden Gleitmitteln (25) an wenigstens einer der beiden Endpositionen des Schlittens (4) selbst hervorsteht, wobei die Werkzeugmaschine dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schlitten Gleitkontaktmittel (29) enthält, welche sich der Gleitführung (9) wenigstens entgegensetzen, wenn der Teil des Primärelementes (11) sich in der Position befindet, in welcher er im Verhältnis zu den feststehenden Gleitmitteln (25) hervorsteht und die Magnetkraft das Primärelement (11) und das Sekundärelement (12) des linearen Elektromotors (10) zueinander anzieht.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Gleitmittel (25) wenigstens zwei Führungen (23, 24) enthalten, angeordnet an der Gleitführung (9) an sich gegenüberliegenden Seiten der Achse (T).
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Gleitmittel (25) wenigstens zwei Paare (21, 22) von Führungen (23, 24) enthalten, angeordnet an der Gleitführung (9) an sich gegenüberliegenden Seiten der Achse (T).
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (23, 24) vom Typ mit Kugelumlaufschraube sind.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (23, 24) vom Typ mit Rollen sind.
Werkzeugmaschine nach einem beliebigen der vorstehen den Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkontaktmittel (29) wenigstens einen Gleitschuh (27, 28) enthalten, der mit dem Schlitten (4) fest verbunden und dazu bestimmt ist, sich mit wenigstens einer entsprechenden Gleitfläche (30, 31) zu verbinden, die fest verbunden mit der Gleitführung (9) ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (27, 28) vom Typ mit Rollen ist.