CH628262A5 - Drehmaschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmaschine mit mindestens einem Werkzeugträger, der auf das freie Ende einer fliegend gelagerten sowie parallel zur Drehachse der Werkstückspindel verfahrbaren Längsführung gesetzt und in einer horizontalen Ebene senkrecht zur Drehachse verschiebbar ist.

Eine Drehmaschine dieser Art ist aus der DT-PS 1285 836

bekannt. Es handelt sich dabei um eine Revolverdrehmaschine, deren Revolver mit der Achse sowohl in mehrere Arbeitsstellungen schwenkbar als auch für einen Arbeitsvorschub axial verschiebbar ist und der einen oder mehrere auf ihm quer zur Spindeldrehachse verschiebbare Werkzeugschlitten aufweist. Demgemäss ist auf dem Revolver eine Querführung für den bzw. die Werkzeugschlitten erforderlich, die sich im Arbeitsraum befindet und daher nicht nur erheblicher Verschmutzung ausgesetzt ist sondern auch die Zugänglichkeit des Arbeitsraums, insbesondere von der Frontseite her, behindert. Obwohl bei der vorgenannten Maschine Revolverachse und Werkstückspindel beide innerhalb des Maschinengehäuses gelagert sind, besteht zwischen den beiden Bauelementen doch keine so enge kräftemässige Verbindung, dass - wie es etwa in der DT-OS 2 630 248 vorgeschlagen worden ist - die zwischen Werkzeug und Werkstück auftretenden Kräfte unmittelbar zwischen Spindel und Revolverachse, also dort, wo sie entstehen, auch wieder abgefangen werden.

Die Kombination von längsverfahrbarer Revolverachse und quer zur Revolverachse bzw. zur Werkstückspindel verfahrbarem Schlitten stellt eine Art Kreuzschlittenanordnung dar. Werkzeugmaschinen, bei denen der Werkstückspindel ein auf einem Kreuzschlitten verfahrbarer Werkzeugträger zugeordnet ist, werden auch als Frontdrehmaschinen bezeichnet. Bei üblichen Maschinen dieser Gattung ist ein Kreuzschlitten mit zwei sich kreuzenden Flachführungen vorgesehen, der auf einem Podest im Arbeitsraum, also auf der Vorderseite des die Werkstückspindel tragenden Maschinengehäuses, angeordnet ist. Bei solchen Maschinen sind der Arbeitsraum und damit die Werkstückspindel zwar in der Regel gut zugänglich, das Be- und Entladen mit Werkstücken kann demgemäss relativ einfach gegenüber dem Fall bei einigen Revolverdrehmaschinen ausgeführt werden; die Maschinen sind aber aufwendig, weil einerseits die zwischen Werkstückspindel und Werkzeug wirkenden Kräfte auf dem Wege über einen äusserst stabilen Maschinenrahmen abgefangen werden müssen und andererseits die Herstellung der Flachführungen des Kreuzschlittens erheblichen Kraft- und Zeitaufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmaschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Maschinen nicht aufweist und bei der insbesondere anstelle der wenigstens teilweise in den bisherigen Kreuzschlitten verwendeten Flachführungen nur noch Rundführungen benutzt werden sollen. Es wird ausserdem angestrebt, die zwischen Werkstückspindel und Werkzeug beim Betrieb der Maschine wirkenden Kräfte unmittelbar zwischen diesen beiden Bauelementen wieder abzufangen, so dass schwer zu beherrschende, über Rahmen und Gehäuse der Drehmaschine wirkende Kraftflüsse praktisch nicht auftreten. Die Lösung bei einer Drehmaschine mit mindestens einem Werkzeugträger, der auf das freie Ende einer fliegend gelagerten sowie parallel zur Drehachse der Werkstückspindel verfahrbaren Längsführung gesetzt und in einer horizontalen Ebene senkrecht zur Drehachse verschiebbar ist, besteht darin, dass die Längsführung in ausserhalb des Arbeitsraums der Maschine angeordneten, durch zwei Rundführungen gebildeten Querführungen, senkrecht zur Drehachse der Werkstückspindel verfahrbar gelagert ist.

Durch die Erfindung wird zunächst erreicht, dass - wie erwünscht - für die Kreuzschlittenanordnung auschliesslich Rundführungen benutzt werden können. Weiterhin wird erreicht, dass die Kreuzschlittenanordnung praktisch vollständig - natürlich bis auf das den Werkzeugträger haltende Ende der Längsführung - ausserhalb des Arbeitsraums gelagert ist. Der Arbeitsraum wird dadurch frei von allen Maschinenteilen, die nicht unbedingt in diesen Bereich der

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Maschine gehören.

Bei einer Drehmaschine, die eine Frontplatte aufweist, auf deren Vorderseite sich der Arbeitsraum befindet und auf deren Rückseite unter anderem das Getriebe der Werkstückspindel gesetzt ist, können gemäss weiterer Ausbildung - im Hinblick auf ein unmittelbares Abfangen von im Arbeitsraum zwischen Werkstückspindel und Werkzeugträger auftretenden Kräften - die beiden Querführungen des Rundführungssystems an den Kasten der Werkstückspindel und/oder deren Getriebes bzw. an die tragenden und benachbarten Teile der Frontplatte angesetzt sein.

Eine solche für eine Revolverdrehmaschine in der DT-OS 2 630 248 bereits vorgeschlagenen Anordnung hat zunächst den Vorteil, dass tragende Teile des Gehäuses oder Rahmens der Maschine bis auf die Frontplatte im wesentlichen wegfallen können. Dadurch ist die Montierbarkeit und die Zugänglichkeit des Antriebsteils der Maschine ganz erheblich gegenüber bekannten Maschinen verbessert. Da ferner die Werkstückspindel und die den Werkzeugträger haltende Längsachse des Kreuzschlittens nur im Bereich der Frontplatte gelagert sind, ist die Baulänge der neuen Maschine relativ gering. Einen entscheidenden Vorteil stellt vor allem die Tatsache dar, dass die im Arbeitsraum zwischen Werkstückspindel und Werkzeugträger wirkenden Kräfte unmittelbar zwischen diesen beiden Bauteilen über ihre auf der Rückseite der Frontplatte miteinander verbundenen Lagerteile abgefangen werden. Ausserhalb der Anordnung von Werkstückspindel und Kreuzschlitten und deren zugehörigen Bauteilen, zum Beispiel des Spindel- und/oder Getriebekastens, sind daher Mittel - etwa Rahmen- oder Gehäuseteile -zum Abfangen der beim Betrieb zwischen Werkzeug und Werkstück übertragenen Kräften nicht erforderlich.

Bei der erfindungsgemässen Kreuzschlittenanordnung kann die Längsführung nach Art eines zweiarmigen Hebels in dem Rundführungssystem gehalten sein, deren eine, die vordere Querführung, die Hebelachse und deren andere, die hintere Querführung, die Verdrehsicherung der vorderen Querführung bildet. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass beim Verfahren des Schlittens in seitlicher Richtung (in bezug auf die Werkstückspindelrichtung) auf die beiden Querführungen Kräfte in zueinander verschiedenen Richtungen wirken, welche Biegemomente auf die Querführungen ausüben. Ersichtlich tritt dabei die grösste Durchbiegung auf, wenn der Schlitten genau in der Mitte der Querführungen steht. Wenn also die Querführungen nicht stark genug sind, ist zu befürchten, dass sich die Längsführung beim seitlichen Verfahren im Rundführungssystem aus der parallel zur Werkstückspindel verlaufenden Längsrichtung heraus in einer vertikalen Ebene neigt. Um entsprechende Fehler der Maschine zu vermeiden, kann man die beiden Querführungen so stark ausbilden, dass etwa auftretende Fehler im zulässigen Rahmen liegen.

Gemäss weiterer Ausbildung können die mit der eventuellen Durchbiegung der Querführung zusammenhängenden Probleme auf elegante Weise gelöst werden, wenn die die Hebelachse bildende vordere Querführung zwar an ihren beiden Längsenden, aber die andere, die hintere Querführung, nur an einem Ende, also fliegend, gelagert ist und aus einem Längskern und einer diesen konzentrisch mit Abstand umgebenden Hülse besteht, die mit dem freien Ende des Kerns starr verbunden ist. Als Bauelement ist eine solche fliegend gelagerte Querführung zwar an sich aus der DT-AS 2 225 647 bekannt. Dort geht es jedoch um einen Indexier-bolzenzum Indexieren eines längsverschiebbaren Revolverkopfes einer Drehmaschine. Auf die Anwendung eines Bauelementes dieser Art als Querführung eines Kreuzschlittens gibt es im Bekannten jedoch keinen ausdrücklichen Hinweis.

Die Bedeutung der fliegend gelagerten, auf einem Kern mit

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darübergestülpter Hülse bestehenden Querführung liegt nun darin, dass eine solche Anordnung gegenüber an der Mitte der Hülse angreifenden Kräften besonders stabil ist, wogegen Kräfte, die auf eines der Enden der Hülsen wirken, eine gewisse Durchbiegung der Querführung zur Folge haben. Das Biegeverhalten der wie beschrieben ausgebildeten fliegend gelagerten Querführung ist also genau umgekehrt wie dasjenige der die Hebelachse bildenden und an beiden Längsenden gelagerten Querführung.

Wird also der erfindungsgemässe Kreuzschlitten längs der Querführungen von einer Endlage in die andere Endlage verschoben, so erfährt zwar die die Hebelachse bildende, vordere Querführung in der Mitte eine stärkere Durchbiegung als an den Rändern, genau umgekehrt sind aber die Verhältnisse bei der anderen, fliegend gelagerten hinteren Querführung. Diese ist an den beiden Enden relativ weich und dafür in der Mitte nur schwer durchbiegbar. Bei geeigneter Dimensionierung der Flächenträgheitsmomente und entsprechender Anpassung der beiden Querführungen kann demgemäss erreicht werden, dass die in den Querführungen seitlich verfahrene Längsführung des Kreuzschlittens trotz gewisser Durchbiegung der beiden Querführungen parallel zu sich selbst verschiebbar ist. Diese Parallelverschiebung der Längsführung in seitlicher Richtung erfolgt allerdings nicht unbedingt in einer Ebene, sondern in der Regel längs einer gekrümmten Bahn, deren Krümmung der Durchbiegung der die Hebelachse bildenden vorderen Querführung entspricht. Da jedoch beim Drehen das Verfahren der Längsführung bzw. des Werkzeugs in Querrichtung (in horizontaler Richtung senkrecht zur Achse der Werkstückspindel) zum Ausführen von Planarbeiten benutzt wird, ist es nicht störend, wenn das Werkzeug dabei in einer senkrechten Ebene - in der Regel um Bruchteile eines Millimeters - auf- und abbewegt wird.

Diese weitere Ausbildung des Querführungssystems der erfindungsgemässen Drehmaschine ist zunächst ein elegantes Mittel zum Beseitigen der sich aus der Durchbiegung der Elemente ergebenden Nachteile, ohne die Durchbiegung selbst zu beheben. Hinzu kommt unerwarteterweise noch ein weiterer Vorteil, der sich aus der einseitigen Halterung bzw. Lagerung der hinteren Querführung ergibt. Dass die hintere Querführung nur an einem Ende befestigt ist, bedeutet nämlich bei erheblicher Aufwandsverminderung gegenüber dem Fall einer beidseitig gelagerten Querführung, dass zusätzlicher freier Raum im Antriebs- und Getriebeteil der Maschine geschaffen wird. Von entscheidendem Vorteil ist dabei auch, dass die hintere Querführung unmittelbar mit ihrem einen Ende an den Spindel- bzw. Getriebekasten ansetzbar ist, derart, dass im Arbeitsraum zwischen Werkzeug und Werkstück auftretende Kräfte, die über die Längsführung einerseits und die Spindel andererseits übertragen werden, auf direkte Weise abfangbar sind.

Gemäss noch weiterer Ausbildung kann die fliegend gelagerte Querführung mit Mitteln zur Korrektur der Ausrichtung der Längsführung versehen sein. Vorzugsweise können diese an sich aus der DT-OS 2 526 855 bekannten Mitteln darin bestehen, dass die Hülse der aus Kern und Hülse bestehenden hinteren Querführung um eine zur Längsachse ihres Aussenmantels exzentrische Achse schwenkbar ist. Durch Drehen der Hülse kann man gegebenenfalls erreichen, dass die Längsführung genau in die parallele Lage zur Achse der Werkstückspindel gebracht wird. Dieses Korrekturmittel ist in der Regel vor allem beim Einrichten der Maschine vorteilhaft. Bei ausserordentlich hohen Anforderungen an eine erfindungsgemässe Maschine kann es jedoch günstig sein, die genannte Hülse mit insbesondere automatisch gesteuerten Antriebsmitteln zu versehen, derart, dass bei einer bei Betrieb auftretenden Abweichung der Ausrichtung der Längsführung

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aus der gewünschten Parallelität zur Längsachse der Werkstückspindel eine entsprechende Masskorrektur ausführbar ist bzw. (zum Beispiel automatisch) ausgeführt wird.

Zur Parallelisierung von Längsführung und Werkstückspindel beim Einrichten der Maschine kann es ferner günstig sein, auch die vordere Querführung entsprechend - etwa durch Lagerung derselben in Exzenterbuchsen - verstellbar zu machen. Falls bei der Exzenterbetätigung mechanische Spannungen zwischen den beiden Querführungen auftreten, lassen sich diese dadurch beseitigen, dass man die hintere, einseitig gelagerte Querführung gewillkürt entsprechend biegt. Das kann gemäss DT-OS 2 446127 durch in das freie Ende des Kerns der hinteren Querführung gesetzte Zuganker leicht bewerkstelligt werden. Einzelheiten hierzu sind weiter unten beschrieben.

Gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken zu den der fliegend gelagerten Querführung zugeordneten Mitteln zur Korrektur der Ausrichtung der Längsführung kann der Längskern der Querführung einen vom Kreis abweichenden, insbesondere ovalen oder annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisen, derart, dass durch Drehung des Kerns um seine Längsachse das Flächenträgheitsmoment der Querführung ein- bzw. verstellbar ist. Wie gesagt, ist das Mass des Flächenträgheitsmoments des Kerns der fliegend gelagerten Querführung unter anderem massgeblich dafür, dass die Längsführung beim seitlichen Verfahren parallel zu sich selbst verschiebbar ist. Eine eventuell noch nicht exakte Parallelausrichtung zur Längsachse der Werkstückspindel kann daher durch Drehung des genannten Kerns und der Ausnutzung von dessen anisotropem Flächenträgheitsmoment erzielt werden.

Auch diese Masskorrektur wird in der Regel nur beim Einrichten der Maschine erforderlich sein. Sind jedoch beim Bearbeiten eines Werkstücks relativ grosse Längshübe erforderlich, kann es sein, dass infolge der sich beim Betrieb stark ändernden Längen der Hebelarme der als zweiarmiger Hebel in den Querführungen gelagerten Längsführung diese an den Enden ihres Arbeitshubs aus der gewünschten Parallelität zur Längsachse der Werkstückspindel um unzulässige Beträge ausgelenkt ist. In diesem Falle kann man, vorteilhaft den genannten Kern der fliegend gelagerten Querführung mit einem Antrieb versehen. Dieser Antrieb soll den Kern in Abhängigkeit von der Längsstellung der Längsführung so um die Kernlängsachse verdrehen, dass der Kern für jede Stellung der Längsführung das gerade erforderliche Trägheitsmoment aufweist, um die Längsführung parallel zur Längsachse der Werkstückspindel auszurichten.

Statt die Trägheitsmomente der Querführungen laufend an den jeweiligen Belastungszustand anzupassen, kann man auch so vorgehen, dass man das Grundgewicht der verfahrbaren Teile des erfindungsgemässen Kreuzschlittens - etwa durch zusätzliche Abstützung der Führungsmittel der Längsführung - so austariert, dass das Verhältnis der an den beiden Querführungen angreifenden Kräfte unabhängig von einer zusätzlichen Belastung des freien Endes der Längsführung ist. Das Verhältnis der Flächenträgheitsmomente der Querführungen braucht dann nur einmal beim Einrichten der Maschine eingestellt zu werden.

Wenn die Längsführung des Kreuzschlittens der erfindungsgemässen Drehmaschine als Rundführung ausgebildet ist, kann sie an dem freien Ende einen Werkzeugrevolver tragen, der verschiedene Werkzeuge bzw. Werkzeugsätze aufweist, welche bestimmten Schwenkstellungen zugeordnet sind. Es ist dann unter anderem eine Indexierung zu den jeweiligen Schwenkstellungen erforderlich, diese kann in dem dem Arbeitsraum abgewandten Antriebsraum der Maschine vorgesehen sein. Ausserdem kann hier auch ein Schwenkantrieb auf den Revolver geschaltet sein.

Schliesslich können ein Vorschubantrieb und Mittel zum Steuern des Vorschubs und des Schwenkens des Revolvers vorgesehen sein.

Im Gegensatz zu bisherigen Frontdrehmaschinen mit einem im Arbeitsraum auf einem Podest angeordnetem Kreuzschlitten können erfindungsgemäss ohne weiteres zwei in Kreuzschlitten gelagerte Werkzeugrevolver vorgesehen werden. Da jeder Revolver vier oder mehr Schwenkstellungen aufweisen kann, ist die neue Maschine herkömmlichen Maschinen dieser Art also auch betreffend der Zahl der zur Verfügung stehenden, fest eingespannten Werkzeuge weit überlegen.

Anhand der schematischen Zeichnung werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivisch gezeichnete Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Maschine,

Fig. 2 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt der Maschine gemäss Fig. 1,

Fig. 3 ein Aufrisschnitt parallel zur Längsführung der Maschine gemäss Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrössert dargestellte, einseitig gelagerte untere Querführung,

Fig. 5 ein Diagramm mit Durchbiegungskurven der Querführungen des Kreuzschlittens einer Maschine entsprechend Fig. 1,

Fig. 6 und 7 die hintere Querführung mit verschiedenen Mitteln zur Masskorrektur.

Das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Maschine weist gemäss Fig. 1 bis 3 eine Frontplatte 1 auf, in der eine Bohrung zum Hindurchführen der Werkstückspindel 2 mit im Arbeitsraum A aufgesetztem Spannfutter 3 und Ausnehmungen 4 und 5 zum Hindurchführen der aus dem Antriebsraum B in den Arbeitsraum A vorkragenden, den Werkzeughalter 6 und 7 bzw. Revolver fliegend tragenden Teile des erfindungsgemässen Kreuzschlittens. Am Boden kann die Frontplatte 1 mit Hilfe von seitlich angesetzten U-Eisen 8 so abgestützt sein, dass ein Umfallen ausgeschlossen ist. Im Arbeitsraum A können die U-Eisen 8 mit einer (nicht gezeichneten) Wasserschale und im Antriebsraum B mit einer (nicht gezeichneten) Hydraulik-Ölwanne integriert sein.

Die Werkstückspindel 2 ist in einem fest mit der Rückseite der Frontplatte 1 verbundenen Spindelgetriebekasten 9 gelagert. Grundsätzlich kann die Werkstückspindel 2 auch in einem vom Getriebekasten separaten Gehäuse gelagert sein. Am rückwärtigen Ende der Spindel 2 befindet sich der Spin-delspannzylinder 10. Das in den Spindel(getriebe)kasten 9 gesetzte Getriebe der Spindel ist von dem auf eine Motorkonsole 11 gesetzten Hauptmotor 12 der Maschine über einen Flachriemenregeltrieb angetrieben. Letzterer besteht aus einem Scheibensatz 13, der auf die Motorausgangswelle gesetzt ist, und aus einem Scheibensatz 14, der mit ersterem über einen Flachriemen 15 gekoppelt ist und auf der Stufen-getriebeeingangswelle 16 sitzt. Zu dem Flachriemenregeltrieb gehört ausserdem ein Stellmotor 17 der. dem Scheibensatz 13 zugeordnet ist.

Im Ausführungsbeispiel weist die Maschine gemäss Fig. 1 bis 3 einschliesslich Verkleidung eine Länge (Richtung der Drehachse der Werkstückspindel 2) von etwa 2100 mm, eine Breite von etwa 2500 mm und eine Höhe von etwa 2000 mm auf. Die Spannweite der Werkstückspindel beträgt ca. 700 mm. Die Zeichnung ist etwa masstabsgetreu.

Erfindungsgemäss geht es vor allem um die Ausbildung und Lagerung der in den Fig. 1 bis 3 allgemein mit 20 bezeichneten Kreuzschlitten. Da die beiden Kreuzschlitten gemäss Ausführungsbeispiel im wesentlichen identisch sind, wird im

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folgenden nur auf den einen derselben Bezug genommen. Es sei daraufhingewiesen, dass die Maschine auch mit zwei Werkstückspindeln (Doppelspindler) ausgerüstet sein kann. Im Prinzip ändert sich dadurch nichts. Sehr vorteilhaft ist an der erfindungsgemässen Maschine jedoch, dass sie zwei als Werkzeugrevolver dienende Werkzeughalter 6 und 7 aufweisen kann und dass die Werkzeughalter als Vier- oder Mehrkant-Revolver ausbildbar sind. Die Zahl der aufsetzbaren Werkzeuge ist dadurch gegenüber herkömmlichen Frontdrehmaschinen ganz erheblich gesteigert bzw. vervielfacht.

Der Kreuzschlitten 20 ist in zwei Querführungen 21 und 22 seitlich, das heisst senkrecht zur Längsrichtung der Drehachse der Werkstückspindel 2 in einer horizontalen Ebene verfahrbar. Die Querführung 21 ist an beiden Längsenden in je einem fest mit der Frontplatte 1 verbundenen Lagerbock 23 und 24 gehalten. Die Querführung 22 ist lediglich an einem Ende über einen Kragen 25 in ihrer Position befestigt, wobei der Kragen 25 mit dem Spindelgetriebekasten 9 (oder gegebenenfalls mit dem Spindelgehäuse) verbunden ist. Es kann günstig sein, die vordere Querführung 21 samt ihrer Lagerböcke 23 und 24 möglichst weit in den Arbeitsraum A vorzuziehen und die hintere Querführung 22 in horizontaler Richtung möglichst weit von der vorderen Querführung ab in den Antriebsraum B zurückzuverlegen. Dadurch wird der zwischen den beiden Querführunen 21 und 22 liegende Hebelarm der als zweiarmiger Hebel auf den Querführungen gelagerten Längsführung des Kreuzschlittens 20 entsprechend vergrössert.

Der Kreuzschlitten 20 weist einen in den Querführungen 21 und 22 seitlich verschiebbaren Schlitten 26 auf, der einerseits mit dem Auge 27 auf der hinteren Querführung 22 und andererseits mit den Führungen 28 auf der vorderen Querführung 21 verfahrbar ist. Der Schlitten 26 ist also einmal in der vorderen Querführung 21 unterhalb des Spindelgetriebekastens 9 (oder des Spindelgehäuses) auf der Frontplatte 1 (über die Lagerböcke 23 und 24) und ausserdem über die hintere Querführung 21 unmittelbar am Spindel(getriebe)kasten 9 gelagert. Durch diese Aufhängung wird bewirkt, dass im Arbeitsraum A zwischen einem in das Spannfutter 3 eingespannten Werkstück und dem Werkzeugträger 6 wirkenden Kräfte unmittelbar zwischen dem Kreuzschlitten 20 und dem Spindel(getriebe)kasten 9 angefangen werden. Ein besonderer Stützrahmen oder ein stabilisierendes Gehäuse sind daher auch auf der Rückseite der Frontplatte 1 bei der erfindungsgemässen Drehmaschine nicht erforderlich.

In den Schlitten 26 des Kreuzschlittens 20 ist eine Längsführung 29, die im Ausführungsbeispiel als Revolverachse ausgebildet ist, parallel zur Längsrichtung der Drehachse der Werkstückspindel 2 verfahrbar gelagert. Die Längsführung 29 weist zum Ausführen ihrer Längsbewegung einen Vorschubzylinder 30 auf, der über einen Kragen 31 in dem Schlitten 26 gelagert ist. Auf der Rückseite der Längsführung 29 kann eine Indexierung mit einem Indexarm 32 vorgesehen sein, der über einen Indexbolzen 33 greift. Der Indexbolzen 33 kann grundsätzlich auch oberhalb oder seitlich der Längsführung 29 angeordnet sein. Der Raum unterhalb der Längsführung 29 ist dann frei für eventuelle Hydraulikgeräte.

Der Indexarm 32 ist im Ausführungsbeispiel mit der t Längsführung 29 über eine Hirthverzahnung 34 (in der Schwenkstellung einrastbare Stirnverzahnung) gekoppelt. Bei Ausbildung der Längsführung 29 als Revolverachse ist ausserdem ein Schwenkantrieb 35 mit einem Schwenkmotor 36 vorgesehen. Letzterer kann beispielsweise einen Zahnradausgang haben, der in den Zahnradeingang des Schwenkantriebs 35 eingreift. Der Schwenkmotor 36 und der Schwenkantrieb 35 sind zweckmässig so mit der Längsführung 29 ver628262

bunden, dass sie bei Vorschub der Längsführung 29 mitbewegt werden.

In der Zeichnung gemäss Fig. 3 ist die Längsführung 29 so weit nach rechts gefahren, dass der auf das Ende der Längsführung 29 aufgesetzte Werkzeugträger 6 bzw. Werkzeugrevolver seine grösste Entfernung vom Spannfutter 3 hat. Um in dieser Stellung ein Eindringen von Schmutz in den Vorschubzylinder 30 zu vermeiden, ist die Längsführung 29 mit einem Schutzzylinder 37 umgeben. Der in Pfeilrichtung 38 verfahrbare Werkzeugträger 6 kann, wie strichpunktiert dargestellt ist, um einen bestimmten Hub 39 auf das Spannfutter 3 zubewegt werden. Dabei werden die Teile am rückwärtigen Ende der Längsführung 29 mitbewegt (vgl. die strichpunktiert gezeichneten Umrisslinien Ia und Ib).

Speziell in Fig. 2 ist ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel der hinteren Querführung 22 im Schnitt dargestellt. In Fig. 4 ist diese Querführung 22 vergrössert gezeichnet. Wie gesagt ist diese Querführung nur an einem Ende - also fliegend - über den Kragen 25 am Spindelgetriebekasten 9 gelagert. Auf der Querführung 22 seitlich verschiebbar läuft das Auge 27 des Schlittens 26. Letzterer ist ausserdem über seine Führung 28 auf der vorderen Querführung 21 seitlich verschiebbar gelagert. Beim seitlichen Verschieben gelangt der Schlitten 26 gemäss Fig. 2 aus der mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage in die mit II bezeichnete strichpunktiert dargestellte Lage.

Die hintere Querführung 22 besteht im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 und 4 aus einem Längskern 40, der über den Kragen 25 fest mit dem Spindelgetriebekasten 9 verbunden ist und einer den Längskern 40 konzentrisch mit Abstand umgebenden Hülse 41, die nur mit dem freien Ende 42 des Längskerns 40 fest verbunden ist. Wenn nun an irgendeiner Stelle der Hülse 41 eine Kraft P angreift, wirkt diese über die Hülse 41 immer auf das freie Ende 42 des Längskerns 40. Grob gesehen bedeutet das, dass unabhängig vom Angriffspunkt der Kraft auf der Länge der Hülse 41 die Durchbiegung der hinteren Querführung 22 immer gleich sein müsste, weil eine auf die Hülse 41 ausgeübte Kraft immer indirekt am freien Ende 42 des Längskerns 40 angreift. Bei genauerer Untersuchung dieser Zusammenhänge ergibt sich jedoch, dass ausser der Kraft- bzw. Gewichtswirkung P auch ein Drehmoment M auf den Längskern 40 ausgeübt wird. Durch Rechnung und Messung kann man beweisen, dass die Kraft P und das mit ihr verbundene Drehmoment M entgegengesetzt Einflüsse auf die Auslenkung der Querführung 22 haben. Einzelheiten hierzu sind in der DT-OS 2613 302 ausgeführt. Theorie und Praxis haben ergeben, dass eine Querführung 22 mit einem Längskern 40 und einer darübergestülpten Hülse 41 gemäss Fig. 2 bzw. 4 bei Kraftangriff an den Längsenden der Hülse 41 eine deutlich grössere Auslenkung erfährt als bei Kraftangriff etwa in der Mitte der Länge der Hülse 41.

In der Darstellung gemäss Fig. 4 ist angenommen worden, dass eine Kraft P(x) an irgendeiner Stelle x der Hülse 41 angreift. Die Koordinate x wird dabei vom freien Ende 42 der Querführung 22 an in Richtung auf deren Kragen 25 hin positiv gerechnet. Ausserdem wird eine weitere kartesische Koordinate y eingeführt, die nach oben hin positiv zählt. Der Einfluss der Kraft P(x) hat eine Auslenkung der Querführung 22 um einen Betrag y(x) zur Folge. Diese Auslenkung setzt sich zusammen aus einer Auslenkung yp, die unmittelbar von der Kraft P herrührt. Wie gesagt, bewirkt die Kraft P aber auch ein Drehmoment M auf den Längskern 40, welches eine Auslenkung yM zur Folge hat. Schliesslich muss vorausgesetzt werden, dass auch die Hülse 41 in gewissem Masse biegbar ist. Die entsprechende Auslenkung wird mit y a bezeichnet. Die Gesamtauslenkung der Querführung 22 aufgrund einer an irgendeiner Stelle x angreifenden Kraft P(x) ist daher

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y (x) = yp + y\i + yA

Die Rechnung hierzu führt zu folgender Formel y(x) =

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— (-,'x+i+k')+-Ëïr

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(vgl. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 13. Auflage, Band 1, Seite 386 f, Belastungsfälle 1 und 8). In Gleichung (1) bedeuten E das Elastizitätsmodul, Ik das Flächenträgheitsmoment des Längskerns, Ih das Flächenträgheitsmoment der Hülse und l die Länge des freitragenden Längskerns 40. Der Verlauf von y(x) ist in Fig. 4 ebenfalls dargestellt. Ersichtlich hat der Betrag von y(x) bei x =

ein Minimum, und y(x) erreicht bei x = o und x = l die grös-sten Werte. Mit anderen Worten heisst das, dass die Querführung 22 in der Ausbildung gemäss Fig. 4 gegenüber Kräften, die an einem der Längsenden angreifen, nachgiebiger ist als gegenüber auf die Mitte wirkenden Kräften.

In Fig. 5 sind übereinander die Durchbiegungskurven der vorderen, beidseitig gehaltenen Querführung 21 und der hinteren, fliegend gelagerten Querführung 22 aufgezeichnet. Die Kurve 51 bezieht sich auf die symbolisch skizzierte, vordere Querführung 21. Die Kurve 52 bezieht sich auf die ebenfalls gezeichnete, hintere Querführung 22. Erstere Kurve 51 entspricht der Gleichung y (x) = (Pf a3 x3) / (3 E If l3 f)

(2)

(vgl. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 13. Auflage, Band 1, Seite 386, Belastungsfall Nr. 7). Dabei ist Pf die auf die vordere Führung 21 wirkende, an der Stelle x Kraft, E das Elastizitätsmodul, If das Flächenträgheitsmoment der vorderen Führung 21, b die Länge der vorderen Führung 21 und a + x = /f. Die Kurve 51 von Fig. 5 entspricht der Gleichung (2) für die vordere Querführung 21. Die Kurve 52 von Fig. 5 entspricht der Gleichung (1) zur hinteren Querführung 22.

Die Kurven 51 und 52 von Fig. 5 sind so dargestellt, dass sie im mittleren Bereich etwa übereinstimmen. Die Übereinstimmung trifft im besonders guten Masse im Bereich zwischen den Wendepunkten

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Xw = 5/F

der Kurve 51 zu. Es ist daher zweckmässig, beim Bau der erfindungsgemässen Maschine, die vordere Querführung um etwa 40% länger zu machen als die hintere Führung. In der Ausführung macht das aber keine besonderen Schwierigkeiten, da der Schlitten 26 auf der vorderen Querführung 21 ohnehin mit zwei Führungen 28 ruht, aber mit der hinteren Querführung 22 nur über ein Auge 27 gekoppelt ist. Da die vordere Querführung 21 als Achse des genannten zweiarmigen Hebels ohnehin eine wesentlich grössere Kraft Pf aufnehmen muss als die hintere Querführung 22, kommt diese Lehre nach Verlängerung der vorderen Querführung 21 relativ zur hinteren Querführung 22 der Konstruktion ohnehin entgegen, zumal die vordere Querführung 21 teilweise unterhalb des Spindel(getriebe)kastens 9 liegt und daher für sie mehr Platz vorhanden ist als für die hintere Querführung 22.

Benutzt man auf der vorderen Querführung 21 nur den Bereich, der auf der entsprechenden Durchbiegungskurve etwa zwischen den Wendepunkten liegt und in der Zeichnung mit H (= maximaler Hub der seitlichen Verschiebung des erfindungsgemässen Kreuzschlittens) bezeichnet ist, so ergibt sich für diesen Bereich eine maximale Durchbiegung der vorderen Querführung 21 von Yh. In der Praxis ist nun die s Kurve 52, die der Auslenkung der hinteren Querführung 22 entspricht, so anzupassen, dass sie möglichst genau mit dem Bereich H der Kurve 51 übereinstimmt. Diese Anpassung wird durch Wahl der Trägheitsmomente Ik und Ih von Längskern 40 und Hülse 41 der hinteren Querführung 22 bewirkt, io Die Werte Ik und Ih können aus der Durchbiegungskurve der hinteren Querführung 22 ermittelt werden, in dem man einmal y(x) = y (0) = 0 und ausserdem y (1/21) = Yh setzt. Die Kurve 52 von Fig. 5 ist auf diese Weise ermittelt worden.

Bei dem Vergleich der Kurven 51 und 52 von Fig. 5 ist zu 15 berücksichtigen, dass zwar in beiden Fällen die x-Koordinate von rechts nach links, aber die y-Koordinate bei Kurve 51 nach oben und bei Kurve 52 nach unten gerichtet ist. Bei Überlagerung der beiden Kurven 51 und 52 ergibt sich also zumindest im Bereich H, der etwa zwischen den Wende-20 punkten der Kurve 51 liegt, nahezu eine Gerade. Das bedeutet, dass die bei Betrieb der Maschine auf den Querführungen verfahrbare Längsführung des Kreuzschlittens - wie gewünscht - parallel zu sich selbst verschiebbar ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die fliegend gelagerte Querführung 25 22 mit Mitteln zur Korrektur der Ausrichtung der Längsführung 29 versehen ist. Diese Mittel können darin bestehen,

dass die Hülse 41 der hinteren Querführung 22 gemäss Fig. 6 um eine zur Längsachse 53 ihres Aussenmantels 54 exzentrische Achse 55 schwenkbar ist. Die Exzentrizität ist mit e 30 bezeichnet. Die Schwenkbarkeit kann dadurch erzielt werden, dass zwischen dem freien Ende 42 des Längskerns 40 und der Hülse 41 ein Kugellager 56 vorgesehen ist. Der Querschnitt 57 der Anordnung gemäss Fig. 6 ist in der Zeichnung schraffiert. Weitere Einzelheiten und Ausbildungen dieser 35 Art der Masskorrektur durch Verdrehung der Hülse 41 relativ zum Längskern 40 gehen aus der DT-OS 2 526 855 hervor. Durch Verdrehung der Hülse 41 relativ zum Längskern 40 kann ersichtlich erreicht werden, dass die über das Auge 27 mit der hinteren Querführung 22 gekoppelte Längsführung 40 29 (Fig. 3) um einen gewissen (kleinen) Betrag e um die vordere Querführung 21 schwenkbar ist.

Beim Einrichten der Maschine wird es ferner oft nötig sein, die vordere Querführung 21 exakt senkrecht zur Längsrichtung der Werkstückspindel 2 auszurichten. Diese Einstellung 45 erfolgt auf einfachste Weise, wenn man wenigstens in einen der Lagerböcke 23 und 24 der vorderen Querführung 21 drehbare Exzenterbuchsen setzt. Im Verein mit der exzentrischen Lagerung der Hülse 41 der hinteren Querführung 22 wird dadurch eine Masskorrektur möglich, durch die sowohl die so Querführungen 21 und 22 exakt senkrecht als auch die Längsführung 29 exakt parallel zur Längsrichtung der Werkstückspindel 21 äusrichtbar sind.

Falls bei vorstehender Masskorrektur mechanische Spannungen zwischen den beiden Querführungen 21 und 22 ent-55 stehen sollten, weil sich die Querführungen durch die Exzenter-Betätigung gegeneinander bewegen, kann es günstig sein, den Längskern 40 gewillkürt gemäss DT-OS 2446127 so zubiegen, dass die Spannungen wieder aufgehoben werden. Dazu braucht in das freie Ende 42 des Längs-60 kerns 40 nur - in der durch die beiden Querführungen 21 und 22 aufgespannten Ebene - je eine Gewindebohrung beiderseits der Kernachse mit als Zuganker dienenden Schrauben eingebracht werden. Durch Anziehen der einen oder anderen dieser Schrauben kann dann das freie Ende 42 des Längs-65 kerns 40 leicht zur einen oder anderen Seite gebogen werden. Ersichtlich lassen sich auf diese Weise unerwünschte mechanische Spannungen zwischen den beiden Querführungen leicht beseitigen.

7 628 262

Die Anpassung der beiden Kurven 51 und 52 von Fig. 5 nenden Längsführung 29 parallel zur Längsrichtung der erfolgt - wie gesagt - unter anderem durch Anpassen des Werkstückspindel 2 verfahren wird, ändert sich das VerTrägheitsmomentes des Längskerns 40 der hinteren Querfüh- hältnis der Längen der Hebelarme beiderseits der als Hebel-rung 42. Es kann günstig sein, dieses Flächenträgheitsmo- achse ausgebildeten vorderen Querführung 21. Es kann dann ment Ik in gewissem Masse (um kleine Beträge) einstellbar zu s passieren, dass der Werkzeughalter 6 nicht auf der machen. Das wird beispielsweise erreicht, wenn die hintere gewünschten Geraden parallel zur Längsrichtung der Werk-Querführung 22 in radialer Richtung ein anisotropes Flär- stückspindel 2 verfahren wird. Dieser Schwierigkeit lässt sich chenträgheitsmoment aufweist und um die Längsachse dadurch begegnen, dass man das Flächenträgheitsmoment drehbar gelagert ist. der hinteren Querführung 22, zum Beipsiel durch Drehen des

Hierzu zeigt Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel. Dabei ist der xo Längskerns 40 (wie vorstehend erläutert), automatisch

Längskern 40 in einem in den Kragen 25 gesetzten Kugel- zugleich mit dem Längshub des Werkzeughalters 6 so verän-

lager 58 um die Längsachse 59 drehbar angeordnet. Der dert, dass die Steifheit der hinteren Querführung 22 entspre-

Längskern 40 weist einen (in der Zeichnung schraffiert darge- chend dem augenblicklichen Längenverhältnis der stellten) ovalen Querschnitt 60 auf. Der Querschnitt 60 kann genannten Hebelarme im Hinblick auf eine Parallelisierung aber auch rechteckig ausgebildet sein. Es kann sogar is von Längsführung 29 und Längsachse der Werkstückspindel genügen, wenn der ursprünglich zylindrische Längskern 40 2 dauernd angepasst wird.

an zwei gegenüberliegenden Längsseiten abgeflacht ist. Statt dessen kann man aber auch das ohne Belastung durch

Durch Drehung des Längskerns 40 ändert sich dann dessen einen im Eingriff befindlichen Werkzeug-Stahl gemessene

Flächenträgheitsmoment und damit dasjenige der ganzen Grundgewicht der verfahrbaren Teile der erfindungsge-

Querführung 22. In Fig. 7 ist die Hülse 41 lediglich gestrichelt 20 mässen Kreuzschlittenanordnung von vornherein austa-

angedeutet, um zu zeigen, dass die Hülse in diesem Falle im rieren, dass die an der vorderen Querführung 21 angreifende wesentlichen ausser Betracht bleibt, das heisst, dass die Ein- Kraft gleich dem Betrag der Summe der Kräfte der an der stellbarkeit des Flächenträgheitsmomentes des Längskerns 40 hinteren Querführung 22 und am freien Ende der Längsfüh-

und die Funktionen der Hülse 41 der hinteren Querführung rung 29 angreifenden Kräfte ist. Dadurch wird erreicht, dass

22 nebeneinander und unabhängig voneinander bestehen 2s bei Vergrösserung der Kraftwirkung auf den Werkzeughalter und ausgenutzt werden können. 6, zum Beispiel bei Eingriff eines Werkzeugs in ein Werk-

Wenn der als Revolver ausgebildete Werkzeughalter 6 bzw. stück, das Verhältnis der an den Querführungen 21 und 22

7 von Fig. 1 bis durch Betätigung der als Revolverachse die- angreifenden Kräfte stets konstant bleibt.

B

6 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

628262 PATENTANSPRÜCHE

1. Drehmaschine mit mindestens einem Werkzeugträger, der auf das freie Ende einer fliegend gelagerten sowie parallel zur Drehachse der Werkstückspindel verfahrbaren Längsführung gesetzt und in einer horizontalen Ebene senkrecht zur Drehachse verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung (29) in ausserhalb des Arbeitsraums (A) der Maschine angeordneten, durch zwei Rundführungen gebildeten Querführungen (21,22) senkrecht zur Drehachse der Werkstückspindel (2) verfahrbar gelagert ist.

2. Drehmaschine nach Anspruch 1, die eine Frontplatte aufweist, auf deren Vorderseite sich der Arbeitsraum befindet und auf deren Rückseite das Getriebe der Werkstückspindel angesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf ein unmittelbares Abfangen von im Arbeitsraum (A) zwischen Werkstückspindel (2) und Werkzeugträger (6) auftretenden Kräften die beiden Querführungen (21,22) an den Kasten (9) des Werkstückspindel-Getriebes und an die diesen tragende Frontplatte (1) angesetzt sind.

3. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung (29) nach Art eines zweiarmigen Hebels in den Querführungen (21,22) gehalten ist, wobei die eine Querführung (21) die Hebelachse bildet.

4. Drehmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hebelachse bildende Querführung (21) an ihren beiden Längsenden und die andere Querführung (22) nur an einem Ende gelagert ist und dass die fliegend gelagerte Querführung (22) aus einem Längskern (40) und einer diesen konzentrisch mit Abstand umgebenden Hülse (41) besteht, die mit dem freien Ende (42) des Längskerns starr verbunden ist.

5. Drehmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fliegend gelagerte Querführung (22) mit Mitteln zur Korrektur der Ausrichtung der Längsführung (29) versehen ist.

6. Drehmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (41) um eine zur Längsachse (53) ihres Aussenmantels (54) exzentrische Achse (55) schwenkbar ist (Fig. 6).

7. Drehmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Querführung (22) in radialer Richtung ein anisotropes Flächenträgheitsmoment aufweist und um die Längsachse (58) drehbar gelagert ist.

8. Drehmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskern (40) einen vom Kreis abweichenden, insbesondere ovalen oder annähernd rechteckigen Querschnitt aufweist, derart, dass durch Drehung des Längskerns um seine Längsachse (58) das Flächenträgheitsmoment der entsprechenden Querführung (22) einstellbar ist (Fig. 7).

9. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung (29) als um ihre Längsachse drehbare Werkzeugrevolverachse ausgebildet ist.

10. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgewicht des aus Längs- und Querführungen gebildeten Kreuzschlittens (20) so austariert ist, dass das Verhältnis der an den beiden Querführungen (21,22) angreifenden Kräfte unabhängig von einer zusätzlichen Belastung des freien Endes der Längsführung ist.