DD233334A1

DD233334A1 - Fuehrungs- und bewegungssystem fuer relativ zueinander bewegte baugruppen

Info

Publication number: DD233334A1
Application number: DD27207584A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Horn; Hans Gropp
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-02-26
Also published as: DE3626929A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fuehrungs- und Bewegungssystem fuer relativ zueinander bewegte Baugruppen von Werkzeugmaschinen, wobei sich die Lagerungen des bzw. der Wegmess- und Bewegungssysteme der auf Fuehrungen verschiebbaren Baugruppen sowie die Fuehrungen im Einflussbereich von Waermequellen, beispielsweise Spindelkaesten, befinden. Ziel ist es, eine hohe Genauigkeit des Fuehrungs- und Bewegungssystems bei gleichzeitiger Aufwandsminimierung zu ermoeglichen. Dabei sollen die zeit- und belastungsabhaengigen thermischen Bewegungen reduziert bzw. ihre Entstehung so weit wie moeglich verhindert werden. Erfindungsgemaess weist die sich auf einer feststehenden Baugruppe befindliche und die Genauigkeit der Werkstueckkontur bestimmende Fuehrung in Richtung der thermischen Verlagerung der parallel zu dieser Fuehrung verlaufenden Bezugsachse einen geringeren Abstand zu der Befestigung der diese Bezugsachse tragenden Baugruppe auf als die weitere bzw. weiteren Fuehrungen der gleichen Fuehrungsebene. Ebenso sind die Festlager der Spindeln ausgewaehlter Wegmess- und Bewegungssysteme in besonderer Weise angeordnet. Fig. 3

Description

I die Große des Abstandes der Fuhrung bzw des Festlagers von der Befestigung der die zugehörige

Bezugsachse tragenden Baugruppe in mm Vsezugsachse die thermische Verlagerung der Bezugsachse, bezogen auf die Befestigung der sie tragenden

Baugruppe in mm Vgewegungsspindei die thermische Dehnung der parallel zur Richtung derthermischen Verlagerung der zugehörigen

Bezugsachse angeordneten Bewegungsspmdel, bezogen auf ihr Festlager in mm α den Ausdehnungskoeffizienten in mm/mm K und

Λ T die mittlere Temperaturerhöhung der nichtbeweghchen Baugruppe der Werkzeugmaschine zwischen

der die Bezugsachse tragenden Baugruppe urd der zu positionierenden Fuhrung bzw des zu positio

nierenden Festlagers in Hohe der Bewegungsspmdel bedeuten

Fuhrungs- und Bewegungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in einer Fuhrungsebene gelegenen Führungsleisten des Bettschlittens (3) einer Drehmaschine untereinander vertauscht am Maschinenbett (1) angeordnet sind

Fuhrungs-und Bewegungssystem nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Festlager (16) der den Querschlitten (11) einer Drehmaschine bewegenden Spindel genau über der x-Fuhrungsbahn (6) des Bettschlittens (3) der Drehmaschine angeordnet ist

Fuhrungs- und Bewegungssystem nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei Drehmaschinen mit Reitstock (4) die Führungsbahn (8) des Reitstockes (4) in Richtung der Differenz der thermischen Verlagerung der die Bezugsachsen tragenden Baugruppe und des Reitstockes (4) in einem Abstand I_R vom Befestigungspunkt der die Bezugsachsen tragenden Baugruppe angeordnet ist, wobei der Abstand I_R sich aus der im Anspruch 2 genannten Beziehung ergibt Fuhrungs- und Bewegungssystem nach Anspruch 1 und 3 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Führungsbahn (8) des Reitstockes (4) und x-Fuhrungs eahn (6) des Bettschlittens (3) eine gemeinsame Führungsbahn angeordnet ist Fuhrungs-und Bewegungssystem nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorschubmotore (14,15) thermisch isoliert am Maschinenbett (1) bzw Bettschlitten (3) angeordnet sind

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Fuhrungs- und Bewegungssystem fur relativ zueinander bewegte Baugruppen von Werkzeugmaschinen, von denen mindester- чпе Baugruppe eine oder mehrere Bezugsachsen der Werkzeugmaschine tragt und die andere bzw arideren Baugruppen auf Fuhrungen parallel verschiebbar zu der bzw zu den Bezugsachsen angeordnet und durch jeweils ein Wegmeß- und Bewegungssystem definiert positioniert sind, wobei sich die Lagerung des bzw der Wegmeß- und Bewegungssysteme sowie die Fuhrungen der verschiebbaren Baugruppen bzw Baugruppen im Einflußbereich von Wärmequellen wie Spindelkasten Antriebsmotoren, Getrieben und dergleichen befinden

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Bekanntlich sind die Fuhrungen und Bewegungselemente sowie deren Lager von Werkzeugmaschinen den Einflüssen von Wärmequellen ausgesetzt Infolgedessen kommt es zu thermischen Deformationen dieser Teile, die sich erheblich auf die Genauigkeit der zu bearbeitenden Werkstucke auswirken Als Wärmequellen wirken insbesondere der Spindelkasten die Antriebsmotore, Getriebe, Lager, Kühl- und Schmiermittelbehälter aber auch die Raumtemperatur Aus diesem Grunde konzentrierten sich alle ^h ahengen Maßnahmen zur Reduzierung derthermischen Einflüsse auf eine Verminderung der Wärmemengen, auf die Behinderung der Warmeausbreitung oder auf die Kompensierung der Warme durch zielgerichtete Kühlung So wird z. B. in der DE-OS 2151 217 eine thermisch isolierte Befestigung des Sptndelkastens einer Drehmaschine auf

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dem Bett vorgeschlagen Damit sind aber die thermischen Belastungen der Baugruppen durch die Reibung in den Lagern und Fuhrungen, die durch die Zerspanungskrafte noch erhöht wird, durch die Warme aus dem Zerspanungsprozeß, aus dem Kuhlmittel und dem Hydrauhkol sowie aus den Raumtemperaturschwankungen noch nicht beseitigt Diese thermischen Belastungen wirken auf alle Baugruppen in der Wirkkette zwischen Werkstuck und Werkzeug und fuhren zu erheblichen Maßabweichungen am Werkstuck, die ein Vielfaches der angestrebten Arbettsgenauigkeit ausmachen können Um den Warmedeformationen in ihrer Komplexität entgegenwirken zu können, hat man sehr aufwendige Einrichtungen zum Kompensieren thermisch bedingter Verformungen an Werkzeugmaschinen entwickelt Beispielsweise sind gemäß DD-PS 145047 zur Erfassung der Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite eines Werkstückträger in den Fuhrungselementen und in der gegenüberliegenden Bauteilwand Temperaturmeßfuhler angeordnet Entsprechend der Meßwerte werden über Regeleinrichtungen Heiz- bzw Kuhlaggregate ein- bzw ausgeschaltet, die das auf die Aufspannflache des Tisches gesprühte Kühlschmiermittel erwarmen bzw kühlen Dadurch sollen Temperaturdifferenzen zwischen Tischaufspannflache und Fuhrungselementen ausgeglichen werden

Beim Einsatz hydrostatischer Fuhrungen sind zusätzlich zwischen den Fuhrungsbahnen und den Befestigungsflachen des Maschinenbettes in den Fuhrungsbahnen und in den gegenüberliegenden Bauteilzonen Temperaturmeßfuhler angeordnet (DD-PS 159410), deren Meßwerte über die Regeleinrichtungen Heizkörper bzw Kuhlaggregate steuern, die wiederum das zwischen die Tisch- und Bettfuhrungsbahn gebrachte Schmieröl der hydrostatischen Fuhrungen und/oder das auf die Aufspannflache des Werkstückträger gesprühte Kühlschmiermittel erwarmen oder kühlen In der DD-PS 205117 werden die Temperaturen jedes Sammelbehalters fur die in getrennten Kreisläufen geführten Flussikeiten fur die Funktion, Kühlung und Schmierung der Werkzeugmaschinen gemessen, jeweils mit der Raumtemperatur verglichen und jede Flüssigkeit nach Verlassen ihres Sammelbehalters entsprechend der ermittelten Differenz zur Raumtemperatur gekühlt bzw erwärmt

Diese, auf die Rückführung des thermisch deformierten Korpers in seinen Ausgangszustand gerichteten Losungen zur Stabilisierung und Kompensation thermischer Einflüsse an der Werkzeugmaschine sind auf Grund der komplizierten Meßwerterfassung und -verarbeitung sehr aufwendig Meßwertaufnehmer, Regeleinrichtungen sowie die Heiz- bzw Kuhlaggregate sind verhältnismäßig teuer Erschwerend kommt hinzu, daß die Festlegung der Meßorte zur Erfassung möglichst vieler thermischer Einflüsse mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist Es hat sich gezeigt, daß die Ergebnisse der bekannten Losungen nicht immer zufriedenstellend sind, zumindest aber in keinem Verhältnis zum Aufwand der technischen Realisierung stehen

Schließlich wurde, um der Asymmetrie der meisten Bauteile einer Werkzeugmaschine gerecht zu werden, vorgeschlagen, ahnlich wie bei mathematischen Berechnungsmethoden, die Maschine oder eine asymmetrisch gestaltete Baugruppe der Maschine in einzelne, räumlich begrenzte Elemente aufzuteilen und jedem Element Temperaturfühler und Heizelemente zuzuordnen (DD-WP B 23 Q/264490) Die Temperaturdifferenzen der einzelnen Elementenabschnitte werden untereinander oder zur Fuhrungsgroße wahrend der Bearbeitung aufrechterhalten Auch bei dieser technischen Losung ist fraglich, ob der gegenüber den vorher genannten Erfindungen nochmals erhöhte Aufwand gerechtfertigt ist, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen Die Anwendung dieser Losung wird voraussichtlich auf den Laborbereich beschrankt bleiben

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Fuhrungs- und Lagersystem fur relativ zueinander bewegte Baugruppen, das bei einem gegenüber den bekannten technischen Losungen wesentlich verringerten Aufwand eine hohe Genauigkeit ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Im Rahmen sehr umfangreicher Untersuchungen wurde die Temperaturverteilung an einer Werkzeugmaschine ermittelt Als wesentliche Erkenntnis wurde dabei festgestellt, daß sich wahrend des Einsatzes der Werkzeugmaschine mehrere, teilweise entgegengenchtete und zeitlich zueinander verschobene thermische Bewegungen überlagern Die dadurch eintretenden großen zeit- und belastungsabhangigen Schwankungen der Arbeitsgenauigkeit sind durch regelungstechnische Maßnahmen, wie sie im Stand der Technik zum größten Teil vorgeschlagen wurden, nicht mehr oder nur noch durch einen unvertretbar hohen Aufwand zu kompensieren Daraus ergibt sich die Aufgabe, die bekannten Fuhrungs- und Lagersysteme derart zu verandern daß die zeit- und belastungsabhangigen thermischen Bewegungen reduziert bzw ihre Entstehung so weit wie möglich verhindert werden Dabei soll es ohne Bedeutung fur die Funktion der Erfindung sein, welche Baugruppen der Maschine bzw welche unabhängig von der Maschine auftretenden Bedingungen als Wärmequellen wirken Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die Fuhrung, die sich auf einer nichtbeweglichen Baugruppe befindet und die Genauigkeit der Kontur des zu bearbeitenden Werkstucks bestimmt, in Richtung der thermischen Verlagerung der parallel zu dieser Fuhrung verlaufenden Bezugsachse einen geringeren Abstand zu der Befestigung der diese Bezugsachse tragenden Baugruppe aufweist als die weitere bzw weiteren Fuhrungen dergleichen Fuhrungsebene

Das Festlager der Spindel des Wegmeß- und Bewegungssysstems dieser Fuhrungsebene ist in Richtung der thermischen Verlagerung der senkrecht zu dieser Spindel verlaufenden Bezugsachse in einem geringen Abstand zu der Befestigung der diese Bezugsachse tragenden Baugruppe angeordnet

Schließlich ist das Fes lc_aer der Spindel des Wegmeß- und Bewegungssysiems einer diese Fuhrungst-bene kreuzende und sich auf einer beweglichen Baugruppe befindlichen Fuhrung möglichst dicht an, vorzugsweise direkt über der sich auf der nichtbeweglichen Baugruppe befindlichen, die Genauigkeit der Kontur des Werkstucks bestimmenden Fuhrung angeordnet Die Abstande 1 der Fuhrungen bzw der Festlager von der Befestigung der die Bezugsachse tragenden Baugruppe können auch im Fall einer Neukonstruktion der Werkzeugmaschine aus zuvor ermittelten Meßwerten exakt berechnet werden Der Abstand I ergibt sich dabei, ausgehend von einer betriebswarmen Maschine in einem dem durchschnittlichen Einsatzbereich entsprechendem Regime als Differenz der minimalen und maximalen Werte zwischen zwei Pausen aus der Beziehung

V - V

1 - Bezugaaciiae Bewegungsspindel ,.x

ex . ΔΤ

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Hierin bedeuten

Bezugsachse tragenden Baugruppe in mm Veezugsachse die thermische Verlagerung der Bezugsachse, bezogen auf die Befestigung der sie tragenden

Baugruppe in mm Veewegungsspmdei die thermische Dehnung der parallel zur Richtung der thermischen Verlagerung der zugehörigen

Bezugsachse angeordneten Bewegungsspindel, bezogen auf ihr Festlager in mm α den Ausdehnungskoeffizienten in mm/mm K und

AT die mittlere Temperaturerhöhung der nichtbeweglichen Baugruppe der Werkzeugmaschine zwischen

der Befestigung der die Bezugsachse tragenden Baugruppe und der zu positionierenden Fuhrung bzw.

des zu positionierenden Festlagers in Hohe der Bewegungsspindel

Im einfachsten Fall kann man die sich auf einer nichtbeweglichen Baugruppe befindliche und die Genauigkeit der Kontur eines Werkstuckes realisierende Fuhrung — im Fall einerDrehmaschinediex-Fuhrung — auch dadurch dichter an der Befestigung der die zugehörige Bezugsachse tragenden Baugruppe, d h bei Drehmaschinen an dem Befestigungspunkt ihres Spindelkastens, als die zur gleichen Fuhrungsebene gehörende weitere Führungsleiste anordnen, indem man beide Führungsleisten untereinander vertauscht am Maschinenbett anordnet

Bei Drehmaschinen wird djeZusiellbewegung, d h die Bewegung des Werkzeugs von einem Querschnitten realisiert Die Fuhrungen und das Wegmeß- und Bewegungssystem dieses Querschlittens kreuzen die Fuhrungsebene des Bettschlittens Das Festlager der Spindel dieses Wegmeß- und Bewegungsystems kann in diesem Fall genau über der x-Fuhrungsleiste, die den Bettschlitten fuhrt, angeordnet sein, d h der Abstand zwischen Festlagerund x-Fuhrungsleiste in Richtung der thermischen Dehnung der Spindel ist gleich Null Dadurch ist eine thermische Verlagerung des Festlagers dieser Spindel gegenüber der x-Fuhrungsleiste bei Erwärmung des Bettschlittens ausgeschaltet Die thermische Dehnung der Spindel wurde bereits in der Abstandsminimierung der x-Fuhrungsleiste des Bettschlittens berücksichtigt Sollten durch die Berechnung der Abstande I die Bewegungslangen der beweglichen Baugruppen zu gering werden, kann die thermische Verlagerung der Bezugsachsen durch an sich bekannte konstruktive Maßnahmen bewußt verkleinert werden Um thermisch bedingte Zylindnzitatsabweichungen bei Spitzenteiien, die durch unterschiedliche thermische Verlagerungen des Spmdelkastens und des Reitstockes einer Drehmaschine entstehen, zu vermeiden, darf die Führungsbahn des Reitstockes fur die x-Richtung nicht wie bisher üblich in Flucht mit dem Befestigungspunkt des Spmdelkastens auf dem Bett angeordnet werden, sondern muß in einem Abstand von diesem Befestigungspunkt in Richtung der Differenz der thermischen Verlagerung des Spmdelkastens und des Reitstockes auf dem Bett angeordnet werden

Die Große dieses Abstandes ist so zu wählen, daß bei den durchschnittlich zu erwartenden Temperaturerhöhungen dieses Betteilstuckes thermische Verlagerungen derx-Fuhrungsbahn entstehen die die Differenz der thermischen Verlagerungen des Spmdelkastens und des Reitstockes kompensieren Die Berechnung des Abstandes ist ebenfalls nach о a Gleichung (1) und den bekannnten Bedingungen möglich

Auf Grund der kleineren Lagerabmessungen und der geringeren Schnittkraftbelastung — die Vorschubkraft ist in der Regel auf denSpindelkasten gerichtet — entstehen überwiegend geringere thermische Verlagsrungen am Reitstock als am Spindelkasten, so daß in der Regel die x-Fuhrungsbahn des Reitstockes in Verformungsrichtung des Spmdelkastens verschoben werden muß Auf Grund dieses Sachverhaltes bietet sich die Gestaltung einer gemeinsamen Führungsbahn fur die x-Richtung des Bettschlittens und des Reitstockes an, die so gestaltet sein muß, daß ein ungehindertes Vorbeifahren beider Baugruppen möglich ist

Zusätzlich können die thermischen Dehnungen des Bettes und des Bettschlittens, die durch die Warme der Vorschubmotore entstehen verringert werden, wenn die Vorschubmotore thermisch isoliert an der Werkzeugmaschine befestigt sind Das ist beispielsweise durch einen Luftspalt oder eine thermische Isolierschicht zwischen Motor und Bett bzw Bettschlitten erreichbar

Die erfindungsgemaße Losung berücksichtigt bereits im Stadium der Konstruktion der Werkzeugmaschine sich wahrend der Bearbeitung auf deren Arbeitsgenauigkeit auswirkende thermische Einflüsse Durch verhältnismäßig einfache konstruktive Maßnahmen ist es gelungen, daß sich die thermischen Dehnungen der Spindel der Wegmeß- und Bewegungssysteme und die thermischen Verlagerungen der senkrecht zur jeweiligen Spindel verlaufenden Bezugsachse bezogen auf den Befestigungspunkt der die Bezugsachse tragenden Baugruppe gegenseitig nahezu aufheben und somit zwischen Bezugsachse und Bewegungsbahn nahezu keine thermisch bedingten Werkstuckabweichungen entstehen So wird diejenige Führungsbahn, die fur die Genauigkeit der Kontur des Werkstucks verantwortlich ist, d h beispielsweise bei Drehmaschinen die x-Fuhrung des Bettschlittens, in möglichst geringem Abstand von der Befestigung der die Bezugsachse zur x-Fuhrung tragenden Baugruppe, d h bei Drehmaschinen von der Befestigung des Spmdelkastens auf dem Bett, angeordnet Dieser Abstand kann nach der о a Gleichung (Dm Richtung der Verlagerung dieser Bezugsachse so ausgelegt werden, daß bei den durchschnittlich zu erwarten»"¹ -> Temperaturerhöhungen dieses Betteilstuckes und unter Berücksichtigung derthermischen Dehnung d«r in x-Richtung verlaufenden Vorschubspindel des Querschlittens der Drehmaschine im . ei gleich zur Verlagerung der Hauptspmdelachse des Spmdelkastens bezogen auf den Spindelkastenbefestigungspunkt auf dem Bett gleichgroße und gleichgerichtete Verlagerungen der x-Fuhrungsleiste entstehen

Da diese thermische Bewegungen bei unterschiedlicher Große und Richtung zu direkten Werkstuckabweichungen fuhren, tragt ihre Minimierung zu einer wesentlichen Erhöhung der Genauigkeit bei

Die weiteren wesentlichen Merkmale der Erfindung betreffen die Anordnung der Festlager der Vorschubspindel Durch die erfindungsgemaße Anordnung wurde erreicht, daß die Summe aus der thermischen Dehnung der jeweiligen Spindel und der thermischen Verlagerung des Festlagers der Spindel in Betrag und Richtung etwa derthermischen Verlagerung der zugehörigen Bezugsachse entspricht Auch diese thermischen Dehnungen fuhren bei unterschiedlicher Große und Richtung zu direicten Werkstuckabweichungen, so daß ihre Minimierung eine deutliche Genauigkeitserhohung gewährleistet

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Ausfuhrungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel einer numerisch gesteuerten Futter- und Spitzenteildrehmaschine naher erläutert werden In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 1 eine räumliche Gesamtansicht einer mit dem erfingungsgemaßen Fuhrungs- und Bewegungssystem ausgerüsteten

Futter- und Spitzenteildrehmaschine, Fig 2 die Vorderansicht der Drehmaschine mit eingezeichneten Verformungsrichtungen und Abstanden im bisherigen

Zustand, Fig 3 die Vorderansicht der Drehmaschine mit eingezeichneten Verformungsrichtungen und Abstanden entsprechend der

erfindungsgemaßen Losung, Fig 4 die thermische Verlagerung zwischen Werkstuck und Werkzeug in x-Richtung, die nach dem bisherigen Zustand gemäß

Fig 2 eintritt, Fig 5 die thermische Verlagerung zwischen Werkstuck und Werkzeug in z-Richtung, die nach dem bisherigen Zustand gemäß

Fig 2 eintritt, Fig 6 die thermische Verlagerung zwischen Werkstuck und Werkzeug in x-Richtung, die mit der erfindungsgemaßen Losung

gemäß Fig 3 eintritt und Fig 7 die thermische Verlagerung zwischen Werkstuck und Werkzeug in z-Richtung, die mit der erfindungsgemaßen Losung gemäß Fig 3 eintritt

Bei der vorliegenden Drehmaschine handelt es sich um eine numerisch gesteuerte Futter- und Spitzendrehmaschine moderner Bauart Sie besteht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 1, an dem ein Spindelkasten 2 sowie Fuhrungsbahnen fur einen Bettschlitten 3 und einen Reitstock 4 angebracht sind Der Befestigungspunkt des Spindelkastens 2 am Maschinenbett 1 wurde mit 5 gekennzeichnet

Der Bettschlitten 3 ist auf einer x-Fuhrungsbahn 6, die bei dieser Drehmaschine die Genauigkeit der Kontur des zu bearbeitenden Werkstuckes realisiert, gefuhrt Der Abstand einer zur gleichen Fuhrungsebene gehörenden und parallel zur x-Fuhrungsbahn 6 verlaufenden Führungsleiste 7 zum Befestigungspunkt 5 des Spindelkastens 2 ist großer als der mit I₃ bezeichnete Abstand der χ Führungsbahn 6

Der Reitstock 4 ist auf einer Führungsbahn 8 und einer Führungsleiste 9 gefuhrt, wobei die Führungsbahn 8 fur die Genauigkeit der Fuhrung des Reitstockes 4 verantwortlich ist Im vorliegenden Beispiel tragt der Bettschiitten3, der von einer Kugelrollspindel 10 bewegt wird, einen Querschlitten 11 Die Kugelrollspindel 10 ist in einem Festlager 12 und einem Loslager 13 gelagert und wird von einem Vorschubmotor 14 angetrieben DerQuerschhtten 11 wird von einer durch einen Vorschubmotor 15 angetrieben und in einem Festlager 16 sowie einem Loslager 17 gelagerten Kugelrollspindel 18 bewegt In den Figuren 1-3 wurden die Richtungen der Bewegungsachsen durch ein Koordinatensystem χ, ζ gekennzeichnet Die thermische Verlagerungsnchtung des Spindelkastens 2 wurde in den Fig 2,3,4 und 6 sowie die Verlagerungsrichtung des Reitstockes 4 in Fig 3 mit V_x bezeichnet Aus Fig 3 sind auch der Abstand I der x-Fuhrungsbahn 6 des Bettschlittens 3 sowie der Abstand Ir der Führungsbahn 8 des Reitstockes 4 und der Abstand I des Festlagers 12 vom Befestigungspunkt 5 des Spindelkastens 2 zu erkennen Im vorliegenden Beispiel wurde die Bestimmung des Abstandes Is nach entsprechender Modifizierung der im Wesen der Erfindung angegebenen Gleichung (1) nach folgender Beziehung ermittelt

ι Spika 'ICugelrolla-pindel /_P\

Die Genauigkeit ist in diesem Fall in x-Richtung zu realisieren Die fur diex-Richtung maßgebliche Bezugsachse ist in diesem Fall die Hauptspindelachse Demzufolge ist gemäß Gleichung (1) deren thermische Verlagerung, d h die Verlagerung V_Xsokl der Hauptspmdelachse des Spindelkastens 2, bezogen auf seinen Befestigungspunkt 5 in x-Richtung, in die Gleichung (1) einzusetzen Die zugehörige Bewegungsspindel ist die parallel zur Richtung der thermischen Verlagerung der Hauptspmdelachse verlaufende Kugelrollspindel 18 Demzufolge ist die thermische Dehnung Ѵ_{ХкиаеІго іолаяІ} der Kugelrollspindel 18 bezogen auf ihr Festlager 16 in Gleichung (1) einzusetzen

Ebenso kann die Gleichung (1) zur Ermittlung des Abstandes Ir verwendet werden Aus beiden Figuren ist zu erkennen, daß die x-Fuhrungsbahn 6 des Bettschlittens 3 wesentlich dichter am Spindelkasten 2 angeordnet ist als es bisher üblich war Das wurde in diesem Fall durch den Austausch der beiden Fuhrungen des Bettschlittens 3 erreicht

Ferner ist die Führungsbahn 8 des Reitstocks 4 nicht wie bisher in Flucht mit dem Befestigungspunkt 5 des Spindelkastens 2 sondern in einem Abstand I_R von diesem angeordnet

Es ist auch zu erkennen, daß das Festlager 12 der den Bettschlitten 3 bewegenden Kugelrollspindel 10 verhältnismäßig dicht am Befestigungspunkt 5 des Spindelkastens 2 angeordnet ist Das Festlager 16 der den QuerscMitten 11 bewegenden Kugelrollspindel 1С 'im vorliegenden Beispiel direkt über der x-Fuhrungsbahn 6 des Bettschlittens 3 angeordnet Die Auswirkungen dieser konstruktiven Veränderungen auf die Werkstuckgenauigkeit wire im folgendem beschrieben 1 Werkstuckgenauigkeit in x-Richtung It Fig 4 und 6

1 1 Bisherige konstruktive Losung It Fig 2 und 4

Durch die thermische Verlagerung in x-Richtung V_x der HauptsDindelachse des Spindelkastens 2 in Fig 2 wird das zu bearbeitende Werkstuck 19 das in Fig 4 dargestellt ist, um den gleichen Betrag V_x verlagert und nimmt die gestrichelt gezeichnete Position ein

Das zur Bearbeitung des Werkstuckes 19 eingesetzte und ebenfalls in Fig 4 dargestellte Werkzeug 20 verlagert sich um die Summe aus der thermischen Verlagerung der x-Fuhrungsbahn 6V₆, die durch die Erwärmung des Maschinenbettes 1 entsteht und der thermischen Verlagerung des Festlagers 16 der Kugelrollspindel 18 in x-Richtung V₁₆, die durch die Erwärmung des Bettschlittens 3 entsteht, vermindert um die thermische Dehnung der Kugelrollspindel 18 V₁₈ und erreicht so die gestrichelte gezeichnete Position

Die Differenz zwischen den gestrichelt gezeichneten Positionen des Werkstuckes 19 und des Werkzeuges 20 ergibt die halbe thermisch bedingte Durchmesserabweichung des Werkstuckes 19 Δ χ

1 2 Erfmdungsgemaße konstruktive Losung It Fig 3 und 6

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Durch die thermische Verlagerung in x-Richtung V_xder Hauptspindelachse des Spindelkastens 2 wird das Werkstuck 19 um den Betrag V_x verlagert und nimmt die gestrichelt gezeichnete Position ein

Das Werkzeug 20 verlagert sich in gleicher Richtung nur um die Summe aus der thermischen Verlagerung der x-Fuhrungsbahn 6 V₆, die durch die Erwärmung des Maschinenbettes 1 entsteht, und derthermischen Dehnung der Kugelrollspmdel 18 V₁₈, da das Festlager 16 der Kugelrollspmdel 18 genau über der x-Fuhrungsbahn 6 angeordnet ist und so die thermische Verlagerung des Festlagers 16 der Kugelrollspmdel 18 in x-Richtung Vi₆, die durch die Erwärmung des Bettschlittens 3 entsteht, gleich Null wird Das Werkzeug 20 erreicht die gestrichelt gezeichnete Position, die mit der gestrichelt gezeichneten Position des Werkstucks 19 übereinstimmt

Es entsteht somit keine halbe thermisch bedingte Durchmesserabweichung Δ χ 2 Werkstuckgenauigkeit in z-Richtung It Fig 5 und 7

2 1 Bisherige konstruktive Losung It Fig 2 und 5

Durch die thermische Verlagerung in z-Richtung V₂ des Futters, das an der Hauptspindel des Spmdelkastens 2 befestigt ist, wird das Werkstuck 19 um den gleichen Betrag V_z verlagert und nimmt die gestrichelt gezeichnete Position ein Das Werkzeug 20 verlagert sich entgegengesetzt zur Verlagerung V_z des Werkstucks 19 um die Differenz aus derthermischen Verlagerung des Festlagers 12 der Kugelrollspmdel 10 in z-Richtung V₁₂, die durch die Erwärmung des Maschinenbettes 1 entsteht, und derthermischen Dehnung der Kugelrollspmdel 10 in z-Richtung Vi_Ound nimmt so die gestrichelt gezeichnete Position ein Damit addieren sich die Werkstuck- und Werkzeugverlagerung und es entsteht eine große thermisch bedingte Langenabweichung des Werkstuckes 19 Δ ζ

2 2 Erfindungsgemaße konstruktive Losung It Ftg 3 und 7

Durch die thermische Verlagerung in z-Richtung V₂ des Futters, das an der Hauptspindel des Spmdelkastens 2 befestigt ist, wird das Werkstuck 19 um den gleichen Betrag V₂ verlagert und nimmt so die gestrichelt gezeichnete Position ein Das Werkzeug 20 verlagert sich in gle'cher Richtung der Verlagerung V₂ des Werkstuckes 19 um die Summe aus derthermischen Verlagerung des Festlagers 12 der Kugelrollspmdel 10 in z-Richtung V₁₂, die durch die Erwärmung des Maschinenbettes 1 entsteht, und derthermischen Dehnung der Kugelrollspmdel 10 in z-Richtung V₁₀ und nimmt so die gestrichelt gezeichnete Position ein

Das Werkzeug 20 erreicht somit auch in z-Richtung die gleiche Position des Werkstuckes 19, die gestrichelt gezeichnet ist Damit entsteht auch in z-Richtung am Werkstuck 19 keine thermisch bedingte Langenabweichung Δ ζ

Claims

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Patentansprüche:

Fuhrungs- und Bewegungssystem fur relativ zueinander bewegte Baugruppen von Werkzeugmaschinen, von denen mindestens eine Baugruppe eine oder mehrere Bezugsachsen der Werkzeugmaschine tragt und die andere bzw anderen Baugruppen auf Fuhrungen parallel verschiebbar zu der bzw den Bezugsachsen angeordnet und durch ein Wegmeß- und Bewegungssystem definiert positioniert sind, wobei sich die Lagerungen des bzw der Wegmeß- und Bewegungssysteme sowie die Fuhrungen der verschiebbaren Baugruppe bzw Baugruppen im Einflußbereich von Wärmequellen wie Spmdelkasten, Antriebsmotoren, Getrieben und dergleichen befinden, gekennzeichnet dadurch, daß die Fuhrung, die sich auf einer nichtbeweghchen Baugruppe befindet und die Genauigkeit der Kontur des zu bearbeitenden Werkstuckes bestimmt in Richtung derthermischen Verlagerung der parallel zu dieser Fuhrung verlaufenden Bezugsachse einen geringeren Abstand zu der Befestigung der diese Bezugsachse tragenden Baugruppe aufweist als die weitere bzw weiteren Fuhrungen der gleichen Fuhrungsebene, daß das Festlager der Spindel des Wegmeß- und Bewegungssystems dieser Fuhrungsebene in Richtung derthermischen Verlagerung der senkrecht zu dieser Spindel verlaufenden Bezugsachse in einem geringen Abstand zu der Befestigung der diese Bezugsachse tragenden Baugruppe angeordnet ist und daß das Festlager der Spindel des Wegmeß- und Bewegungssystems einer diese Fuhrungsebene kreuzenden und sich auf einer beweglichen Baugruppe befindlichen Fuhrung möglichst dicht, vorzugsweise direkt über der sich auf der nichtbeweghchen Baugruppe befindlichen und die Kontur des Werkstuckes bestimmenden Fuhrung angeordnet ist

Fuhrungs- und Bewegungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Abstande der Fuhrungen bzw Festlager (12,16) zu der Befestigung der die Bezugsachsen tragenden Baugruppen, ausgehend von einer betnebswarmen Maschine in einem dem durchschnittlichen Einsatzbereich entsprechenden Regime als Differenz der minimalen und maximalen Werte zwischen zwei Pausen aus der Beziehung ergeben, wobei hierin

TT mm V

I - Bezugaachae "" Bewegungaapindel ,* \