DE7217968U - Gestell für eine MeB- oder Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

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D.E,A. Digital Electronic Automation S,p.A.

D.E.A. Digital Eleotronio Automation

Corso Torino η« 70
10024 Monoalieri (Torino) / Italien

«Γ Seatell für eine Meß- oder Werkzeugmaschine 7

Die leuerung betrifft ein G-estell für eine Meß- oder Werkzeugmaschine, welches über drei Säulen auf dem Boden ruht und mindestens einen Tisch zur Aufnahme eines zu bearbeitenden oder zu messenden Werkstücks und relativ zu \ (. diesem Tisch bewegliche Sehlitten aufweist, von denen

mindestens einer dazu ausgebildet ist, eine Säule oder ein Halteglied, welche bzw. welches ei Werkzeug oder einen Taststift trägt, verschiebbar zu halten·

Bei Werkzeugmaschinen oder MeSmasehinen, die durch einen sehr hohen Präzisionsgrad gekennzeichnet sind, ist nicht nur die Starrheit der Maschinenanordnung äußerst wichtig, sondern auch die Verbindung dieser Anordnung mit den Tundamenten.

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Wenn man nur einen der Aspekte untersucht, welche die Präzision einer Marshine beeinflussen, nämlich ihre Starrheit, so können die Faktoren, welche dazu beitragen, Fehler su erzeugen* Ton zwei Arten sein, nämlich Faktoren außerhalb der Maschine und Faktoren in ihr. Äußere Faktoren sind u.a. Schwingungen und Setzungen des Bodens, mit dem die Maschine verbunden ist, während innere Faktoren u.a. die beweglichen Lasten der Maschine sind, die von den Schlitten oder Vagen gebildet werden sowie die variablen Lasten - fest oder beweglich -, die von den zu messenden oder bearbeitenden Werkstücken und den Schneidekräften in den Maschinenwerkzeugen gebildet werden.

Die Wirkung dieser Faktoren wird gewöhrlich dadurch verringert, daß man entweder versucht, die Maschinen sehr starr und daher relativ zu teuer zu machen, oder daß man groäe Betonblöcke für die Fundamente soleher Anordnungen ver= wendet, Trslchs Blöcke zusä+slieh _a»äf elA«ti»ahen Unterlagen zum Ausfiltern der Sehwit ;oi..i'en im umgebenden Boden aufgelagert sein können.

Obwohl diese Art des Vorgehens funktioniert, hat sie viele Nachteile. Zum Beispiel erhöht sie, um nur einige der Nachteile zu nennen, die Kosten der Maschine, zwingt dazu, die Maschine auf Bodenhöhe einzubauen, und ist nicht frei vom Einfluß der verschiedenen Lasten auf die Setzung der Anordnung oder vom Einfluß des Setzens der Maschinenstützglieder auf die Fundamente.

Bei Maschinen hoher Präzision, z.B. bei Bohrmaschinen mit vertikaler Spindel, wurde der letztere Nachteil (Setzen der Stützglieder) dadurch vermieden, daß man an drei Stellen abstutzte, d.h. die Anordnung auf ein statisch bestimmtes System reduzierte, das aus diesem Grunde vom Setzen der Stützglieder unbeeinflußt bleibt.

Diese Lösung erhöht das Gewicht und daher die Kosten der Maschine, denn besonders wenn die Maschine große Abmessungen hat, sind die Stützglieder notwendigerweise weit voneinander entfernt und die Basisplatte oder Bett der Maschine muß sehr starr sein, so daß keine Auslenkung zwischen einem Stützglied und dem anderen erfolgt, welche unvereinbar mit dem erforderlichen Genauigkeitsgrad wäre.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Neuerung, ein Gestell zu schaffei?, welches die erwähnten Nachteile vermeidet.

Neuerungsgemäß wird dies bei einem eingangs genannten Gestell dadurch erreicht, daß es ein Tragfundament aufweise, an dem der Tisch befestigt ist, daß es ferner ein Arbeitsfundament aufweist, an dem die beweglichen Schlitten angeordnet sind, und daß es ein Kraftfundament aufweist, das über vorzugsweise drei starre Stützglieder mit dem Boden verbindbar ist, wobei das Stutζfundament über drei elastische Tragegiieder mit dem Boden verbunden ist, das Arbeit-sfundament über drei starre Abstützungen auf dem Stützfundament ruht und die Schlitten elastisch vom Kraftfundament abgestützt werden. Ein solches Gestell vermeidet die erwähnten Nachteile, da sein Grundgedanke im wesentlichen darin zu sehen ist, daß es von voneinander unabhängigen Fundamenten oOLer Rahmen gebildet wird, von denen jedes eine einzige Funktion erfüllt. Hierbei trägt das Stützfundament das Gewicht des Werkstücks, das Arbeitsfundament bildet die tatsächliche Maschin/?, wobei es seine Funktion ist, das Meß- oder Arbeitswerkzeug über seine laufbahn zu führen, und das Kraftfundament trägt die beweglichen Lasten oder Schlitten der Maschine.

Das Arbeitsfundament der Maschine ruht starr an drei Stellen auf der Stützanordnung, welche ihrerseits über drei elastische Trageglieder mit dem Boden verbunden ist.

Demzufolge haben Setzungen und Schwingungen des Bodens keinen Einfluß auf die Maschine, und ein Nachgeben des Stützfundaments hat keinen Einfluß auf das Arbeitsfundament,

Wenn das Werkstück auf dem Stützfundament angeordnet worden ist, bleibt es dort während der gesamten Zeit, während der die Maschine arbeitet, befestigt.

Die beweglichen lasten oder Schlitten der Maschine sind elastisch mit dem Arbeitsfundament verbunden, welches seinerseits mit dem Boden verbunden ist.

Bei Meß- und Zeichenmaschinen kann man sagen, daß bei einer Anordnung dieser Art das Arbeitsfundament der Maschine keinerlei Kräften oder mindestens nur sehr kleinen, willkürlieh bestimmbaren Kräften unterworfen ist und demzufolge genügend starr konstruiert werden kann, um eine hohe Präzision zu erhalten, ohne zu enormen Konstruktionen Zuflucht nehmen zu müssen. Außerdem ist es nicht notwendig, daß das Stützfundament oder das Kraftfundament starr ist, da sie nur die Aufgabe haben, die an ihnen angebrachten Lasten zu stützen, ohne die Elastizitätsgrenze z;u überschreiten, da ihr Nachgeben die Präzision der Maschine nicht beeinflußt.

Bei Masehinenwerkzeugen ist die einzige Kraft welche wichtig bleibt, die Sehneideiiraft, welche ihrerseits beträchtliche Größen haben kann. Auch in diesem Fall ist eine solche Anordnung immer vorteilhaft, weil diejenigen Teile der Maschine, welche dieser Kraft unterworfen sind, nämlich das Arbeitsfundament uiid das S tut ζ fundament, so dimensioniert werden müssen, daß ihre Starrheit ausreicht, um dieser Kraft zu widerstehen, aber nicht dem Gewioht des Werkstücks und der beweglichen Lasten.

In jedem Fall muß, wenn das Werkstück auf dem Stützfundainent angeordnet wird, ea mit dem Arbeitsfundament ausgerichtet werden.

Bei dem Kraftfundament,, welches die beweglichen Lasten oder Schlitten der Maschine abstützt, ist es so, daß sein Nachgeben durch die ala&tischen Elemente absorbiert wird, welche es mit den Wagen oder Schlitten verbinden« Tatsächlich ist die Elastizitätskonstante der elastischen Trageglieder

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so klein wie möglich, so daß die Kraftänderung am Arbeitsfundament, welche durch ein Nachgeben des Kraftfundaments infolge einer Bewegung der Lasten auftritt, so klein sein kann, wie das gewünscht wird. (Das Arbeitsprinzip der letztgenannten Vorrichtung ist in der italienischen Patentschrift Nr. 764 361 beschrieben).

Zum besseren Verständnis der Neuerung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Beschreibung gegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene raumbildliche Darstellung einer Heß- und Zeichenmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 eine raumbildliohe Darstellung einei- Einzelheit der Maschine nach Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene raumbildliche Darstellung eines Teiles des Arteitsfundaments der Maschine nach Fig. 1.

Die Masehinenanordnung ist an drei Säulen Ί aufgehängt, vfelehe starr am Boden befestigt sind. Das Gestell wird gebildet von drei lahmen oder Fundamenten, nämlich eines Arbeitsfundament 2, einem Kraftfundament 3 und einem Stützfundament 4.

Das Arbeitefundament weist zwei Längsbalken 5 auf, die durch einen Querbalken 6 verbunden sind und miteinander eine Anordnung in Form eines IJ bilden. An den Längebalken 5 sind Führungen 7 für einen Hauptsehlitten 8 vorgesehen, auf welchem seinerseits Führungen 9 für einen mittleren Sehlitten 1o vorgesehen sind.

Durch den mittleren Schlitten/verläuft eine Meßsäule 11, welche ai ihrem unteren Ende einen Arbeitekopf 12 aufweist, mit dem verschiedene Werkzeuge 13 verbunden werden können.

Der Hauptschlitten 8, der mittlere Schlitten iö und die Meßsäule 11 werden durch drei Servomotoren angetrieben, welche dazu ausgebildet; sind, sie längs drei Koordinatenachsen X bzw. Y bzw, Z zu bewegen, so daß der Arbeitskopf 12 an jedem beliebigen Punkt innerhalb der drei Hübe der Maschine angeordnet werden kann.

Das Kraftfundamett weist zwei Anordnungen von zwei aneinander angelenkten Armen oder Lenkern 14 auf, von denen jede an einem Ende mit dem Oberteil einer der Säulen 1 mittels Gelenken 15 und an ihrem anderen Ende über Gelenke 16 mit einer als Koppelglied dienenden Stange 17 verbunden ist. An den Gelenken 16 sind die Anordnungen von angelenkten Armen 14 mittels elastischer Tragglieder in Form von Zugfedern 18 mit dem Hauptschlitten 8 verbunden· Auf der Stange 17 gleitet ein Luftkissenlager 19 von der Art, welche Druckluft von einer äußeren Quelle verwendet, und dieses Lager 19 ist über eine Zugfeder 20 mit dem mittleren Schlitten 10 verbunden. Die Geleake aller Gelenkstellen sind so konstruiert, daß die Reibung auf ein Minimum reduziert ist, so daß die Schlitten bei ihrer Bewegung hinter des Kraftfundament mit einer minimalen Kraft hergezogen werden.

Das Stützfundament weist eine Grundplatte 21 auf, auf der ein Tisch 22 für die zu messenden oder zu zeichnenden Teile angeordnet ist« Diese Grundplatte 21 ist starr mit drei L-förmigen Elementen 23 verbunden, welche am Oberteil ihres vertikalen Abschnitts drei starre Stützglieder 24 für das Arbeitsfundameiit 2 aufweisen. Die Stützglieder 24 sind so konstruiert, daß das Arbei«sfundament statisch bestimmt abgestützt wird, und zwar nicht nur in vertikaler, sondern auch in Querrichtung.

Das Stütüfundament ist mittels elastischer Trageglieder oder Federn 25 an den Säulen 1 aufgehängt. Die Federn 25 sind notwendigerweise sehr wenig starr, da sie die vom Boden kommenden niederfrequenten Schwingungen ausfiltern müssen.

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Infolgedessen nimmt die Maschine jedesmal, vrtun ein Werkstück auf den Tisch 22 gelegt wird, eine bestimmte Lage ein, da die Reaktionen der elastischen Trageglieder 25 entsprechend dem Gewicht und der Lage des Werkstücks ausfallen.

Eine Vorrichtung mit einem Motor 26, einem Zahnriemen 273 einem Schneckenrad 28 und einem Schrägzahnrad 29 ermöglicht die Übertragung von Bewegung auf eine Schraube 30, deren Gewinde in ein Innengewinde 31 im Schrägzahnrad 29 eingreift, vgl. insbesondere Pig. 2.

Die Schraube 30 weist eine Längsnut 32 auf, in welcher ein Keil 33 angeordnet ist, der ihre Umdrehung verhindert, und sie ist mittels eines Kugelgelenks 34 mit der Federanordnung 25 verbunden. An ihrem unteren Ende ist diese Federanordnung 25 über ein zweites Kugelgelenk 35, eine Stange 36 und ein drittes Kugelgelenk 37 sowie eine Stange 38 mit dem L-förmigen Element 23 verbunden.

In jeder der Säulen ist eine Vorrichtung dieser Art angeordnet, und es ist infolgedessen möglich, den Tisch 22 in seine ursprüngliche Lage zurückzustellen und die verschiedenen Grade der Ausdehnung der elastischen Trageglieder 25 infolge der verschiedenen auf sie wirkenden Kräfte auszugleichen, indem man einfach die Motoren 26 betätigt, welche entsprechend den Erfordernissen die Trageglieder 25 nach oben oder nach unten bewegen.

?ig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einstellen der vertikalen Paralellität der Längsbalken 5 des Arbeitsfundaments 2. Diese Einstellung wird erforderlich, weil die Balken 5 und 6, welche zum Arbeitsfundaiaent gehören, infolge ihrer Größe getrennt bearbeitet und transportiert werden müssen. Bei der Endmontage ist es dann möglich, diese Balken perfekt auszurichten, und falls zu diesem Zeitpunkt Paralellitätsfehler ermittelt werden, kann man sie leicht ausschalten.

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Claims (1)

■η ·· DIPL-ING. HORST ROSE " 'DlPL-ING. PETER KOSEL " PATE NTAN WXLTE j A. 21. Mai 1975 Postfach 129 Hohenhöfen 5 ) Telefon: (05382)2842 j Telegram.-n-Adresse: Siedpatent Badganderehelm :' Unsere Akten-Nr. 2727/1 D.E.A. Digital Electronic Automation S.p.A. Q Schutzansprüche

1. Gestell für eine Heß- oder Werkzeugmaschine, welches über drei Säulen auf dem Boden ruht und mindestens einen Tisch zur Aufnahme eines zu bearbeitenden oder zu messenden Werkstueks und relativ zu diesem Tisch bewegliche Sehlitten aufweist, \en denen mindestens einer dazu ausgebildet ist. eine Säule oder ein Halteglied» welche bzw· welches ein Werkzeug oder einen Taststift trägt, verschiebbar zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell ein Tragefundament (4) aufweist, an dem der Tisch (22) befestigt ist, daß es ferner ein Arbeitefundament (2) aufweist, an dem die beweglichen Schlitten (8,10) angeordnet sind, und daß es ein Kraftfundament (3) aufweist, das über vorzugsweise drei starre Sttitz-'lieder (1) mit dem Boden verbindbar ist, wobei das Stützfundament (4) über drei elastische Trageglieder (25) mit dem Boden verbunden ist» dae Arbeitsfundament (2) über drei starre Abstützungen (24) auf dem 3tütefundament (4) ruht und die Sehlitten (8,10) elastisch (18,20) vom Kraftfundament (3) abgestützt werden.

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2, Gestell nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei elastischen Trageglieder (25) jeweils an einem der drei starr mit dem Boden verbindbaren Stützglieder (1) aufgehängt sind_e

3q Gestell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei elastischen Trageglieder (25) willkürlich in der Höhe einstellbar sind (Fig. 2)_o

4· Gestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Tragegiieder mindestens eine Zugfeder (25) aufweisen

5· Gestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfundament (2) U-förmig ausgebildet ist, so daß der Tisch (22) von einer Seite aus voll zugänglich ist·

6β Gestell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfundament (2) drei starr miteinander verbundene Balken (5_t6) aufweist, und daß eine Vorrichtung zur Einstellung der vertikalen Parallelität der Längsbalken (5) des U vorgesehen ist, welche Vorrichtung eine im Querbalken (6) des U angeordnete Torsionswelle (39) aufweist·

7Q Gestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützfundament (4) eine Grundplatte (21) aufweist, auf der der Tisch (22) angeordnet ist und die starr mit drei L-förmigen Teilen (23) verbunden ist«

8· Gestell nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der L-förmigen Teile (23) jeweils als Abstützung (24) für das Arbeitsfundament (2) dient.

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9· Gestell nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfundament (3) zwei Anordnungen von jeweils zwei angelenkten Armen (14) aufweist, welche Anordnungen jeweils gelenkig (15,16) mit einer der Säulen (1) und mit einer Stange (17) verbunden sind«

10« Gestell nach Anspruch 9, bei dem die Schlitten einen Hauptschlitten (8) und einen mittleren Schlitten (10) aufweisen, welch letzterer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hauptschlittens (8) beweglich ist, dadurch gekenn- . zeichnet, daß die beiden Anordnungen von je zwei angelenkten Armen (14) über zwei elastische Glieder (18) mit dem Hauptschlitten (8} der Maschine verbunden sind.

11, Gestell naeh Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Anordnungen von angelenkten Armen (14) angelenkte \we% stange (T") über ein j/fae&luft— lager (19) und ein elastisches Glied (20) mit dem mittleren Schlitten (10) der Maschine verbunden ist·

12· Gestell nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Glieder (18,20) mindestens eine Zugfeder aufweisen.