Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine zum Positionieren eines Schlittens, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück befestigt ist, mit einem Masstab und einem Anzeigeorgan, das die Stellung des Schlittens relativ zu einem Maschinenbett auf dem Masstab anzeigt, wobei das Anzeigeorgan im Abstand von der Bearbeitungsstelle angeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Vorrichtungen zum Positionieren eines Schlittens auf dem Maschinenbett durch Wärmedehnung Fehler entstehen können. Wenn z. B. die Positionierung mit einem Inductosynmess-System erfolgt, das einen Inductosynlineal und einen Slider zur Messung der Istposition aufweist und der Slider am Schlitten befestigt ist, so erfolgt bei vorgegebener Sollposition eine Bewegung des Schlittens und damit des Sliders, solange bis der Slider gegen über dem Inductosynlineal die gewünschte Position erreicht hat. Falls nun aus konstruktiven Gründen zwischen dem Slider und der Bearbeitungsstelle ein Abstand notwendig ist und sich während der Bearbeitung des Werkstückes die Temperatur des Schlittens verändert, so ändert sich auch dieser Abstand entsprechend dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Stahles oder Gusses aus dem der Schlitten hergestellt ist.
Da durch die automatische Lageregelung das Anzeigerorgan, das heisst der Slider, seine Lage gegenüber dem Masstab nicht verändert, ergibt sich durch die temperaturbedingte Änderung des genannten Abstandes eine Verschiebung der Bearbeitungsstelle. Diese Verschiebung ist insbesondere dann störend, wenn auf dem Schlitten ein Drehtisch vorhanden ist, auf dem sich das Werkstück befindet. In diesem Falle wird bei einer Drehung des Werkstückes um 1809 der temperaturbedingte Fehler verdoppelt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung solcher temperaturbedingter Fehler. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompensa tionsgestiinge angeordnet ist, um bei Temperaturschwankungen den genannten Abstand konstant zu halten.
Vorzugsweise besitzt das Kompensationsgestänge zwei verschieden lange Stäbe, von denen der kürzere Stab einen grösseren linearen Ausdehnungskoeffizienten als der längere Stab besitzt und deren Längendifferenz proportional zur Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten sowie proportional zum genannten Abstand ist.
Vorzugsweise befindet sich das eine Ende des kürzeren Stabes bei der Bearbeitungsstelle und das eine Ende des längeren Stabes beim Anzeigeorgan und die anderen beiden Enden der beiden Stäbe stützen sich auf einer gemeinsamen Fläche ab.
Vorzugsweise ist der längere Stab ein Quarzglasstab.
Vorzugsweise ist das Anzeigeorgan über ein spielfreies Blattfederparallelogramm am Maschinentisch befestigt und stützt sich über eine Einstellschraube am Kompensationsgestänge ab. Zur Vermeidung von Schwingungen beim Bearbeiten von Werkstücken ist ein einstellbarer Dämpfungspuffer am Blattfederparallelogramm befestigt.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der ganzen Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine und
Fig. 2 eine Einzelheit in Ansicht stark vereinfacht.
Fig. 1 zeigt in schematischer und stark vereinfachter Darstellung ein Maschinenbett 10 mit zwei Führungsschienen 11 und 12, auf denen ein Schlitten 13 mit Hilfe einer Spindel 14 verschiebbar ist. Die Spindel 14 ist durch einen Motor 15 antreibbar. Auf dem Schlitten 13 befindet sich ein Drehtisch 16, der um eine Achse 17 drehbar gelagert ist. Am Maschinenbett 10 ist ein Masstab 18 befestigt und am Schlitten 13 ist ein Ableseorgan 19 angeordnet. Statt dem dargestellten Messsystem werden an sich bekannte präzise Messysteme verwendet, welche eine Positionierung des Schlittens 13 auf ein tausendstel Millimeter genau ermöglichen. Dieses Ableseorgan 19 ist an einen ersten Stab 20 befestigt, welcher seinerseits über eine Platte 21 und einen zweiten Stab 22 an einem Halter 23 des Schlittens 13 befestigt ist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, befindet sich das Ableseorgan 19 in Verschieberichtung des Schlittens 13, betrachtet im Abstand A vor der Achse 17 des Drehtisches 16. Der längere Stab 20 hat die Länge C und der kürzere Stab 22 hat die Länge B.
Wäre das Ableseorgan 19 an der gezeigten Stelle direkt am Schlitten 13 im Abstand A von der Achse 17 befestigt, dann würde sich bei einer Erwärmung des Schlittens 13 der Abstand A vergrössern und die Lage des Ableseorganes 19 würde sich gegenüber dem Masstab 18 verändern. Bei einer automatischen Positionierung des Schlittens 13 würde dieser selbsttätig so weit verschoben, bis das Ableseorgan wieder seine ursprüngliche Stellung einnimmt. Dies würde jedoch eine unerwünschte Verschiebung der Achse 17 des Drehtisches bewirken, was durch die erfindungsgemässe Vorrichtung vermieden werden kann.
Bei einer Erwärmung des Schlittens 13 dehnt sich auch der längere Stab 20 um den Betrag X1 = C a und der kürzere Stab 22 dehnt sich um den Betrag X2 = B a2 in der entgegengesetzten Richtung, wobei mit al und a2 die linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Stäbe 20 und 22 bezeichnet sind.
Um eine Verschiebung des Ableseorganes 19 gegenüber der Achse 17 des Drehtisches 16 zu vermeiden, müssen die Dehnungen X1 und X2 der beiden Stäbe 20 und 22 gleich sein, d. h. sie müssen sich gegenseitig aufheben, somit ist Xl = X2 aiC = azB und da C = A+B aiA+atB = a2B daraus ergibt sich die Länge B des zweiten Stabes aiA
B = a2- ai als Funktion des Abstandes A des Ableseorganes 19 von der Achse 17 des Drehtisches 16 und der linearen Ausdehnungs koeffizienten al und a2 der beiden Stäbe 20 und 22.
Vorzugsweise wird für den ersten Stab 20 ein Quarzglasstab verwendet mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten a = 0,57 10-6 grad-l.
Damit nicht das Gewicht des Ableseorganes 19 von den
Stäben 20 und 22 übernommen werden muss, kann das Able seorgan 19 am Schlitten über ein spielfreies Blattfederparalle logramm befestigt sein, oder auf andere hier nicht näher dar gestellte Weise. Das in dieser Weise verschiebbar am Schlitten befestigte Ableseorgan 19 stützt sich dann über eine Einstellschraube an den beiden Stäben ab. Zur Vermeidung von
Schwingungen beim Bearbeiten von Werkstücken ist das Blattfederparallelogramm mit einem einstellbaren Dämpfungsorgan
27 ausgerüstet.
Gemäss Fig. 2 ist der Halter 23 mit Schrauben am Schlitten befestigt und besteht aus einem Stück mit dem Stab 22 und der Platte 21. Auf der Platte 21 stützt sich mit seinem einen Ende ein Quarzglasstab 20 ab, dessen anderes Ende an einem Nocken 24 anliegt, der an einer Blattfeder 25 befestigt ist. Die Blattfeder 25 ist zusammen mit einer zweiten Blattfeder 26 am Schlitten 13 befestigt. Zwischen den beiden ein Parallelo gramm bildenden Blattfedern 25, 26 ist das Ableseorgan 19 befestigt. Das Blattfederparallelogramm 25, 26 ist zur Vermei dung von Schwingungen bei der Bearbeitung von Werkstücken mit einem einstellbaren Dämpfungspuffer 27 ausgerüstet. Eine Stellschraube 28 ermöglicht ein spielfreies Anliegen des Blattfederparallelogrammes am Quarzglasstab 20.
The invention relates to a device on a machine tool for positioning a slide on which a workpiece to be machined is attached, with a scale and a display element that indicates the position of the slide relative to a machine bed on the scale, the display element at a distance from the Processing point is arranged.
It has been shown that in such devices for positioning a slide on the machine bed errors can occur due to thermal expansion. If z. B. the positioning is done with an inductosyn measurement system, which has an inductosyn ruler and a slider for measuring the actual position and the slider is attached to the slide, the slide and thus the slider is moved at a given target position until the slider opposite the inductosyn ruler has reached the desired position. If, for structural reasons, a distance is necessary between the slider and the processing point and the temperature of the slide changes during the machining of the workpiece, this distance also changes according to the linear expansion coefficient of the steel or cast from which the slide is made.
Since the indicator element, that is to say the slider, does not change its position relative to the scale due to the automatic position control, the temperature-related change in the mentioned distance results in a shift of the processing point. This shift is particularly troublesome when there is a turntable on the slide on which the workpiece is located. In this case, the temperature-related error is doubled when the workpiece is rotated by 1809.
The present invention aims to avoid such temperature-related errors. The device according to the invention is characterized in that a compensation structure is arranged in order to keep the mentioned distance constant in the event of temperature fluctuations.
The compensation rod preferably has two rods of different lengths, of which the shorter rod has a larger linear expansion coefficient than the longer rod and the difference in length is proportional to the difference in the linear expansion coefficients and proportional to the distance mentioned.
One end of the shorter rod is preferably located at the processing point and one end of the longer rod is located at the display element and the other two ends of the two rods are supported on a common surface.
The longer rod is preferably a quartz glass rod.
The display element is preferably attached to the machine table via a leaf spring parallelogram free of play and is supported on the compensation rod via an adjusting screw. To avoid vibrations when processing workpieces, an adjustable damping buffer is attached to the leaf spring parallelogram.
An exemplary embodiment of the device according to the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawing. It shows:
1 shows a perspective illustration of the entire device on a machine tool and
2 shows a detail in a greatly simplified view.
1 shows a schematic and greatly simplified representation of a machine bed 10 with two guide rails 11 and 12 on which a slide 13 can be displaced with the aid of a spindle 14. The spindle 14 can be driven by a motor 15. On the carriage 13 there is a turntable 16 which is mounted rotatably about an axis 17. A scale 18 is attached to the machine bed 10 and a reading element 19 is arranged on the slide 13. Instead of the illustrated measuring system, precise measuring systems known per se are used, which allow the carriage 13 to be positioned with an accuracy of one thousandth of a millimeter. This reading element 19 is attached to a first rod 20, which in turn is attached to a holder 23 of the carriage 13 via a plate 21 and a second rod 22.
As can be seen from the drawing, the reading element 19 is in the displacement direction of the carriage 13, viewed at a distance A in front of the axis 17 of the turntable 16. The longer rod 20 has the length C and the shorter rod 22 has the length B.
If the reading element 19 were attached directly to the slide 13 at a distance A from the axis 17 at the point shown, then the distance A would increase when the slide 13 was heated and the position of the reading element 19 would change relative to the scale 18. In the case of an automatic positioning of the slide 13, it would automatically be moved so far until the reading element resumes its original position. However, this would cause an undesired displacement of the axis 17 of the turntable, which can be avoided by the device according to the invention.
When the carriage 13 is heated, the longer rod 20 also expands by the amount X1 = C a and the shorter rod 22 expands by the amount X2 = B a2 in the opposite direction, with al and a2 being the linear expansion coefficients of the two rods 20 and 22 are designated.
In order to avoid a displacement of the reading element 19 relative to the axis 17 of the turntable 16, the expansions X1 and X2 of the two rods 20 and 22 must be the same, i. H. they must cancel each other out, so Xl = X2 aiC = azB and since C = A + B aiA + atB = a2B this gives the length B of the second rod aiA
B = a2-ai as a function of the distance A of the reading element 19 from the axis 17 of the turntable 16 and the linear expansion coefficients a1 and a2 of the two rods 20 and 22.
A quartz glass rod is preferably used for the first rod 20 with a linear expansion coefficient of a = 0.57 · 10-6 degree-1.
So that not the weight of the reading device 19 of the
Rods 20 and 22 must be taken over, the Able seorgan 19 can be attached to the slide via a play-free leaf spring parallel logram, or in other ways not presented here. The reading member 19, which is slidably attached to the carriage in this way, is then supported on the two rods via an adjusting screw. To avoid
The leaf spring parallelogram with an adjustable damping element is vibrations when machining workpieces
27 equipped.
According to FIG. 2, the holder 23 is fastened to the carriage with screws and consists of one piece with the rod 22 and the plate 21. One end of a quartz glass rod 20 is supported on the plate 21, the other end of which rests on a cam 24 , which is attached to a leaf spring 25. The leaf spring 25 is attached to the slide 13 together with a second leaf spring 26. Between the two leaf springs 25, 26 forming a parallelogram, the reading element 19 is attached. The leaf spring parallelogram 25, 26 is equipped with an adjustable damping buffer 27 to avoid vibrations when machining workpieces. An adjusting screw 28 enables the leaf spring parallelogram to rest on the quartz glass rod 20 without play.