DE10247354A1

DE10247354A1 - Aktive Schwingungsdämpfung in einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10247354A1
Application number: DE10247354A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röders
Original assignee: P&L GmbH and Co KG
Current assignee: P&L GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in einer Werkzeugmaschine mit zumindest einer zumindest eine Tasche 1 aufweisenden hydrostatischen Führung 8 zur Lagerung eines ersten Bauteils 9 an einem zweiten Bauteil 10, durch welche ein Ölstrom mit vorgegebenem Volumenstrom und vorgegebenem Druck durchgeleitet wird und durch zumindest einen Spalt 3 austritt, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den auftretenden Belastungen zur Erzielung einer konstanten Breite des Spalts 3 der Ölstrom durch den Spalt 3 geregelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Schwingungsdämpfung in einer Werkzeugmaschine und im Speziellen sowohl auf ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung als auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der mechanischen Bearbeitung von Werkstücken auf Werk zeugmaschinen treten häufig unerwünschte Schwingungen auf, die zu Maßungenauigkeiten und/oder schlechten Oberflächenqualitäten des Werkstücks führen können.

Derartige Schwingungen können beispielsweise durch den Bearbeitungsprozess hervorgerufen sein. So besteht bei Fräswerkzeugen das Problem, dass die einzelnen Schneiden oder Zähnen des Werkzeugs nacheinander in Eingriff gelangen, sodass hierdurch Schwingungen erzeugt werden. Diese äußern sich beispielsweise als Rattermarken auf der Oberfläche des Werkstücks. Sie führen jedoch auch zu Schwingungen der Bauelemente der Werkzeugmaschine selbst.

Bei dynamischen Werkzeugmaschinen, beispielsweise Portalfräsmaschinen oder ähnlichem, können Schwingungen zusätzlich durch die Bewegungen der einzelnen Bauelemente oder Baugruppen der Werkzeugmaschine selbst hervorgerufen werden. Die kurzen Bearbeitungszeiten erfordern sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten der einzelnen Spindeln, Supports und ähnlicher Baugruppen. Weiterhin besteht bei Werkstücken, die mit sehr kleinen Radien gefertigt werden sollen, die Notwendigkeit, die Bahn des Werkzeugs oder des Werkstückes in sehr kurzen Zeiträumen zu ändern, um die gewünschten Krümmungsänderungen oder Richtungsänderungen realisieren zu können. Dabei müssen die Verfahrgeschwindigkeiten in den Achsen so schnell erfolgen, dass diese stoßweise Belastungen auf die Werkzeugmaschine bewirken. Hierdurch werden ebenfalls Schwingungen angeregt.

Als besonders ungünstig erweist es sich, wenn die Schwingungsanregung mit der Eigenfrequenz der Werkzeugmaschine zusammenfällt. Derartige unerwünschte Frequenzen können sich sowohl durch den Bearbeitungsprozess selbst als auch durch das dynamische Verfahren der Werkzeugmaschine bzw. deren Komponenten ergeben. Das Ergebnis kann ein Aufschwingen mit besonders großen Maßabweichungen und schlechten Oberflächenqualitäten sein.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Problematiken dadurch zu minimieren, dass die Werkzeugmaschinen möglichst steif ausgelegt werden und möglichst keine Eigenfrequenzen im niedrigen Frequenzbereich aufweisen. Abgesehen von den Fertigungskosten für derartige Werkzeugmaschinen ist es nicht immer möglich, das Auftreten dieser unerwünschten Schwingungen zu vermeiden oder zu unterdrücken.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Werkzeugmaschinen vorbekannt, welche als Führungselemente sogenannte "hydrostatische Führungen" aufweisen. Diese umfassen beispielsweise bei einem Bauteil eine ebene Funktionsfläche, während bei dem anderen Werkzeug eine Tasche eingearbeitet ist, welche von Öl durchflossen wird. Die Tasche wird von seitlichen Stegen begrenzt, die zu dem anderen Bauteil einen Spalt bilden, durch welches das Öl austritt.

Durch entsprechende Druckbeaufschlagung des in den Taschen befindlichen Öls ergibt sich somit ein Gleiten der beiden Bauteile aufeinander mittels des Ölfilms.

Bei zunehmender Last verringert sich der Spalt entsprechend. Durch mechanische Maßnahmen wird dabei beim Stand der Technik der Öldruck entsprechend erhöht, um diese Mehrbelastung aufzufangen. Sinkt die Belastung, so vergrößert sich der Spalt entsprechend. Der Öldruck in der Tasche wird daraufhin verringert. Die vorbekannten Lösungen führen somit dazu, dass die Breite des Spaltes (worunter sein freier Strömungsquerschnitt zu verstehen ist) möglichst konstant gehalten wird. Hieraus ergibt sich, dass Schwingungen der einzelnen Bauteile oder Bauelemente/Baugruppen nicht berücksichtigt werden können.

Es ist somit bekannt, bei hydrostatischen Führungen eine höchstmögliche Steifigkeit zu erzeugen. Dazu wird bei erhöhter Belastung der Druck des in die Tasche zugeführten Öls so stark erhöht, dass trotz des aufgrund der höheren Belastung kleineren Spaltes ein größerer Volumenstrom durch den verengten Spalt gedrückt wird. Die Druckerhöhung des zugeführten Öls reicht aber nicht aus, um eine erhöhte Belastung so auszuregeln, dass der Spalt in endlicher Zeit wieder die gleiche Größe annimmt. Die erhöhte Belastung führt also zu einer bleibenden, wenn auch aufgrund des größeren Volumenstroms geringen, Veränderung des Spaltes. Die bekannte Regelung passt den Druck der Belastung der Tasche an und erhöht dadurch die Steifigkeit der Führung. Der Spalt verändert sich aber aufgrund von unterschiedlichen Belastungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung in einer Werkzeugmaschine sowie eine hierzu geeignete Vorrichtung zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit die Dämpfung von auftretenden Schwingungen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der beiden unabhängigen Ansprüche gelöst, die jeweiligen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Öldruck in der Tasche in Abhängigkeit von den auftretenden Belastungen der hydrostatischen Führung geregelt wird.

Die Erfindung ermöglicht somit eine aktive Schwingungsdämpfung in der Werkzeugmaschine mittels der hydrostatischen Führungen. Der Öldruck in den einzelnen Taschen wird dabei so geregelt, dass entstehende Schwingungen der Werkzeugmaschine aktiv gedämpft werden.

Bei einer aktiven Regelung des Volumenstroms und einer ständigen Messung der Spaltgröße kann erfindungsgemäß der Volumenstrom so geregelt werden, dass bei einer Belastungsveränderung die zunächst resultierende Veränderung des Spaltes in endlicher Zeit so ausgeregelt wird, dass der Spalt trotz der erhöhten Belastung wieder sein ursprüngliches Maß annimmt, z.B. mit Hilfe eines PID-Reglers. Messgröße ist der Spalt, Stellgröße der Volumenstrom, der abhängig von der Belastung so geregelt wird, dass der Spalt bei Belastungsänderungen in endlicher Zeit wieder ein konstantes Maß annimmt. Statt die Spaltgröße zu messen, kann auch der Taschendruck als Eingangssignal verwendet werden, da es möglich ist, für eine gegebene Taschengeometrie bei konstantem Spaltmaß für unterschiedliche Belastungen der Führung zu ermitteln, welcher Volumenstrom mit welchem Druck erforderlich ist, um bei konstantem Spaltmaß unterschiedliche Belastungen aufzufangen. Der Volumenstrom wird stets so geregelt, dass er mit einem für konstantes Spaltmaß korrespondierendem Druck überein stimmt. Der Volumenstrom kann dazu z.B. über ein Proportionalventil, wie in 2 dargestellt, geregelt werden.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Ölstrom durch die Breite des Spalts zu regeln.

Erfindungsgemäß besteht somit ein Zusammenhang zwischen dem Öldruck in der Tasche sowie dem durch den Spalt austretenden Öl-Volumenstrom. Als Störgröße erfolgt die Belastung durch die mit den jeweiligen Frequenzen auftretenden Kräfte. Diese bilden die entsprechende Störgröße. Ohne äußeren Einfluss würde sich, wie auch beim Stand der Technik bekannt, der Druck in der Tasche sowie der Volumenstrom in Abhängigkeit von der auftretenden Belastung entsprechend ändern, wobei sich die Spaltbreite dann entsprechend ergibt. Aus genau diesen Vorgängen resultiert dann das unerwünschte Schwingungsverhalten. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene aktive Beeinflussung des Drucks und/oder des Volumenstroms ist es möglich, zum einen die Spaltbreite konstant zu halten und zum anderen unerwünschte Schwingungen zu dämpfen.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, entweder den Ölstrom in die Tasche oder das Ölvolumen in der Tasche zu regeln. Beides erfolgt durch eine überlagerte Regelung, welche als Messgröße beispielsweise den Öldruck in der Tasche oder die Breite des Spaltes zugrunde legt.

Es versteht sich, dass erfindungsgemäß sowohl einzelne Taschen der hydrostatischen Führung, als auch sämtliche Taschen aller hydrostatischen Führungen einer gesamten Werkzeugmaschine oder eines gesamten Systems geregelt werden können.

Erfindungsgemäß können entweder Abstandssensoren oder Drucksensoren in den einzelnen Taschen eingesetzt werden, die den aktuellen Zustand in der jeweiligen Tasche exakt erfassen. Über sehr schnelle Regelventile ist es somit möglich, den Volumenstrom des Öls in die einzelnen Taschen entsprechend zu bestimmen und zu regeln.

Besonders günstig ist es dabei, wenn vor dem jeweiligen Regelventil ein Druckspeicher vorgesehen ist, um ausreichend Öl mit hohem Druck für die Regelung zur Verfügung zu stellen.

Die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfung kann in bevorzugter Weise der Erfindung auch andere Daten zugrunde legen. So ist es beispielsweise möglich, weitere Sensoren vorzusehen, beispielsweise Beschleunigungsaufnehmer, die an anderen Orten der Werkzeugmaschine befestigt sind.

So ist es beispielsweise möglich, Beschleunigungsaufnehmer am unteren Ende der Z-Achse einer Portalmaschine anzuordnen. Auf diese Weise kann z.B. eine unerwünschte Pendelbewegung (Schwingung) in der Z-Achse aktiv unterdrückt werden.

Ein zweiter wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die gleichzeitige Betrachtung mehrerer Taschen in einer Steuerung (einem Regler). Die bisherigen Lösungen versuchen eine möglichst hohe Steifigkeit der Führung herzustellen, indem die Taschen einzeln unabhängig voneinander geregelt werden. Bei der Erfindung werden sämtliche Taschen, die ein Maschinenelement lagern, z.B. den Maschinentisch für das Werkstück oder die Z-Achse der Portalmaschine, gleichzeitig betrachtet und so angesteuert, dass das Maschinenelement insgesamt schwingungsfrei und nahezu unendlich steif gelagert wird und/oder von dem Maschinenelement ausgehende Schwingungen, die durch die Bearbeitung oder die dynamische Verfahrbewegung der Maschine angeregt werden, aktiv durch Anpassung/Modulation der Taschendrücke gedämpft werden.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist es somit möglich, sämtliche Zustandsdaten (Spaltbreite und/oder Öldruck oder weitere Daten) der einzelnen Taschen der einzelnen hydrostatischen Führungen oder Lagerungen der Werkzeugmaschine in der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungs-Regelung zu erfassen. Da weiterhin zusätzlich der Bewegungsablauf von Werkstück und Werkzeug und damit die Bewegungen der einzelnen Achsen der Werkzeugmaschine bekannt sind, kann die erfindungsgemäße Regelung die sich dabei ergebenden Beschleunigungen und die daraus resultierenden dynamischen Belastungen der einzelnen Taschen der einzelnen hydrostatischen Führungen vorherbestimmen. Durch entsprechende Regelung des Öldrucks in den einzelnen Taschen können die auftretenden Belastungen aktiv kompensiert werden, bevor diese zu Veränderungen der Spaltgrößen in den Taschen führen. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Regelung den Öldruck bzw. das Ölvolumen aktiv exakt so einstellt, dass das Auftreten unerwünschter Schwingungen von vornherein vermieden wird. Die sich durch die Bewegungsvorgänge und die Beschleunigungen ergebende Mehrbelastung kann somit ohne jegliche Veränderung des Spaltes aufgefangen werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, den Öldruck in den Taschen so zu regeln, dass bei einem bekannten Schwingungsverhalten der Werkzeugmaschine bzw. der Bauteile oder Maschinenelemente der Werkzeugmaschine ein Auftreten von Schwingungen aktiv unterdrückt wird. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Öldruck in den einzelnen Taschen aktiv so verändert wird, dass das Eigen-Schwingungsverhalten der Werkzeugmaschine die Spaltbreiten oder Spaltgrößen entweder nicht beeinflusst oder die auftretenden Schwingungen sehr schnell gedämpft werden können. Im ersteren Falle wird das Auftreten der unerwünschten Schwingungen im Vorfeld vermieden.

Dabei kann erfindungsgemäß auch berücksichtigt werden, dass sich bei einigen Konzepten von Werkzeugmaschinen das Verhalten der einzelnen Achsen überlagert. Bei einer Portalmaschine wirkt z.B. eine Pendelbewegung der Z-Achse auf die Führung in Z-Richtung und auf die Führung in Y-Richtung. Eine aktive Kompensation für eine Pendelbewegung regelt somit erfindungsgemäß den Druck in den Taschen beider Führungen (Y- und Z-Richtung). Wesentlich ist erfindungsgemäß somit, dass bei programmgesteuerten Maschinen der Bewegungsablauf der einzelnen Achsen durch das Programm, z.B. das Fräsprogramm auf einer Fräsmaschine, bekannt ist. Auf Grundlage des Programmes ist es möglich, den Bewegungsablauf der einzelnen Maschinenelemente zu bestimmen und die daraus resultierenden Belastungsveränderungen in den einzelnen Taschen, die das jeweilige Maschinenelement lagern, zu berechnen. Mit Hilfe dieser Berechnung können die Volumenströme in die das jeweilige Maschinenelement lagernden Taschen so vorgesteuert werden, dass die daraus resultierenden Veränderungen der Taschendrücke die sich aus dem Maschinenprogramm ergebenden Belastungsveränderungen ausgleichen und das Spaltmaß in allen Taschen konstant halten. Die erforderlichen Berechnungen können bei leistungsfähigen Maschinensteuerungen online, d.h. während der Abarbeitung der Programme, erfolgen. Die Maschinensteuerung steuert dann die Verfahrbewegungen der Maschinenachsen und gleichzeitig die Volumenströme in die Taschen der hydrostatischen Führungen.

Erfindungsgemäß ergeben sich hinsichtlich der Vorrichtung unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten. Abgesehen von der Verwendung von Regelventilen ist es auch möglich, das jeweilige Arbeitsvolumen der Tasche selbst zu beeinflussen. Dies kann beispielsweise durch Kolben-Zylinder-Einheiten oder durch entsprechende Piezoelemente erfolgen. Diese sprechen sehr schnell an und führen zu einer Veränderung des Arbeitsvolumens der Tasche und damit zu einer Druckveränderung des in der Tasche befindlichen Öls.

Weiter kann es vorteilhaft sein, bei Maschinenelementen, die aufgrund des Bewegungsablaufes, z.B. einem seitlichen Beschleunigungsvorgang der Z-Achse einer Portalmaschine, aufgrund ihrer endlichen Steifigkeit verformt werden, die oben erwähnte Vorsteuerung zu übersteuern, d.h. die Spaltgrößen der Taschen, die das Maschinenelement lagern, gezielt so zu verändern, dass die durch die Verformung des jeweiligen Maschinenelementes entstehenden Bearbeitungsungenauigkeiten auf der Maschine minimiert werden.

Erfindungsgemäß erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Öldruck und/oder der Ölstrom und/oder das Ölvolumen mehrerer Taschen mehrerer hydrostatischer Führungen einer Werkzeugmaschine mittels einer gemeinsamen Regelung geregelt werden. Es ist hierdurch insbesondere möglich, Schwingungen von Bauteilen, sei es von Bauteilen der Werkzeugmaschine oder von Werkstücken, aktiv zu dämpfen. Hierbei kann die erfindungsgemäße Regelung bauliche Gegebenheiten berücksichtigen. Die auftretenden Schwingungen können entweder Schwingungen der Bauteile sein, die von außen angeregt sind oder es kann sich um Schwingungen der Bauteile oder der Werkstükke selbst handeln. Erfindungsgemäß wird somit die Möglichkeit eröffnet, ein derartiges Schwingungsverhalten entweder zu messen und in Echtzeit auszuregeln oder entsprechend zu steuern und bei Arbeitsbedingungen der Werkzeugmaschine, die das Auftreten von Schwingungen hervorrufen, die in einem Speicher festgelegten Werte zu berücksichtigen und die Regelung entsprechend anzupassen.

Dabei ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die einzelnen Taschen unabhängig voneinander geregelt werden. Somit können die entsprechenden hydrostatischen Führungen hinsichtlich ihres Eigenverhaltens Berücksichtigung finden. Es kann dabei auch berücksichtigt werden, welche Kräfte und Schwingungen auf die einzelnen hydrostatischen Führungen unabhängig voneinander einwirken.

Erfindungsgemäß wird somit die Möglichkeit eröffnet, die auftretenden Schwingungen entweder zu berechnen und die Werte in einem Speicher bereitzustellen, oder in Echtzeit zu messen und mittels der Regelung entsprechend zu verarbeiten.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, ein Maschinenelement hochsteif zu lagern, da die erfindungsgemäße Regelung, Fertigungsungenauigkeiten, Maßungenauigkeiten oder Ähnliches durch die entsprechende Regelung ausgleichen kann. Auch eröffnet sich hierdurch die Möglichkeit, weitaus weniger präzise und somit kostengünstigere hydrostatische Führungen zu verwenden und deren präzises Arbeiten mittels der erfindungsgemäßen Regelung zu realisieren. Sowohl von außen angeregte Schwingungen als auch Eigenschwingungen können somit aktiv gedämpft werden, indem die erfindungsgemäße Regelung dem Schwingungsverhalten des Maschinenelements aktiv durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Taschen entgegenwirkt und diese dämpft.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, Maßungenauigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Spalthöhen der hydostatischen Führungen sowie sonstige Fehler der Führungsbahnen auszugleichen. Hierdurch wird beispielsweise jede der Füh rungsbahnen der hydrostatischen Führungen auf einem Messtisch (beispielsweise Granitstein) vermessen. Die entsprechenden Werte werden in einem Speicher hinterlegt, auf welchen die Regelung zugreifen kann. Während des Bearbeitungsvorganges kann somit die erfindungsgemäße Regelung auf den Speicher zugreifen. Sie vergleicht die gespeicherten Werte mit den Sollwerten und kann sofort, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Weg-Koordinate der hydrostatischen Führung, reagieren, um entsprechend die Maßabweichungen oder Fehler der hydrostatischen Führung zu kompensieren. Ein hydrostatischer gelagerter Maschinentisch beispielsweise würde dann mittels der erfindungsgemäßen Regelung auf einer theoretisch idealen Führungsbahn verfahren und nicht, wie beim Stand der Technik bekannt, den geringen Fehlern oder Abweichungen der Führungsbahn folgen. Leichte seitliche Verlagerungen, beispielsweise des Führungstisches zu der Führungsbahn oder kleine Verkippungen, die als Fehler auftreten könnten, können somit erfindungsgemäß dadurch kompensiert werden, dass der Tisch entgegenwirkend verlagert oder verkippt wird. Das Resultat führt zu der Bewegung auf der theoretisch idealen Führungsbahn. In Abhängigkeit von der Präzision und Schnelligkeit der erfindungsgemäßen Regelung kann somit die sich ergebende Bahn des Tisches oder Bauteils der Werkzeugmaschine beliebig nahe an eine ideale Bewegungsbahn angenähert werden.

Als Ergebnis stellt sich erfindungsgemäß ein, dass unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein so hohes Maß an Präzision erzielt werden kann, wie dies bei bekannten Werkzeugmaschinen entweder nicht möglich ist oder nur mit einem sehr hohen Kostenaufwand realisiert werden kann.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäß beschriebenen Fehler-Kompensationen auch thermisch verursachte Fehler der Führungsbahnen kompensieren können.

Die Erfindung ist nicht auf longitudinale hydrostatische Führungen beschränkt, vielmehr ist das erfindungsgemäße Verfahren für alle hydrostatisch gelagerten Maschinenelemente einsetzbar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische, vereinfachte Darstellung einer Werkzeugmaschine zur Verwendung der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfung,
2 eine Teil-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Führung in schematisierter Darstellung, und
3 eine Ansicht, ähnlich 2, eines weiteren Ausführungsbeispiels der hydrostatischen Führung.
Die 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinenbett 12, an welchem ein Portal 13 gelagert ist. An dem Maschinenbett 12 ist verfahrbar ein Tisch 14 gelagert, der ein nicht dargestelltes Werkstück tragen kann. Der Tisch 14 ist horizontal verfahrbar.
Das Portal 13 lagert einen Träger 15, welcher ebenfalls horizontal relativ zu dem Portal 13 verfahrbar ist. Die Bewegungsachse des Trägers 15 ist rechtwinklig zur Bewegungsachse des Tisches 14 angeordnet.
An dem Träger 15 ist vertikal verfahrbar mittels eines Bauteils 16 eine Spindel 17 gelagert, welche drehbar ist und ein Werkzeug 18 trägt.
Auf die Darstellung weiterer Details, beispielsweise der Antriebseinheiten oder ähnlichem, kann an dieser Stelle verzichtet werden, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Der Tisch 14 ist mittels einer nicht im Einzelnen gezeigten hydrostatischen Führung 8 (siehe 2 und 3) an dem Maschinenbett 12 gelagert. In gleicher Weise ist der Träger 15 mittels einer hydrostatischen Führung an dem Portal 13 gelagert. Analoges gilt für die Lagerung des Bauteils 16 an dem Träger 15.
Die 2 und 3 zeigen jeweils vereinfachte Schnitt-Darstellungen der hydrostatischen Führungen 8, welche dazu dienen, ein erstes Bauteil 9 an einem zweiten Bauteil 10 verfahrbar zu lagern.
Die hydrostatische Führung 8 umfasst jeweils eine Tasche 1, welche über einen Zuflusskanal 7 mit Öl beaufschlagt wird. Die Tasche 1 ist von Stegen 11 begrenzt, welche zu der Fläche des zweiten Bauteils 10 einen Spalt 3 bilden, durch welchen das Öl austritt.
Der Zuflusskanal 7 ist mit einer Zuführleitung 6 für das Öl verbunden.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Regelventil 4 vorgesehen, welchem ein Druckspeicher 5 vorgeschaltet ist. Stromab des Regelventils 4 ist eine Leitung 2 dargestellt, welche mit dem Zuflusskanal 7 verbunden ist. Durch Betätigung des Regelventils 4 ist es möglich, den Öldruck in der Tasche 1 bzw. das in die Tasche 1 eingeleitete Ölvolumen zu regeln.
Die 3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, welches auch mit dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kombinierbar ist. Hierbei ist im Bereich der Tasche 1 schematisch ein Piezoelement 19 dargestellt, durch welches das Volumen der Tasche 1 variabel ist. Durch eine Veränderung des Volumens mittels des Piezoelements 19 steigt der Öldruck in der Tasche 1, sodass sich ein höherer Öl-Volumenstrom durch den Spalt 3 ergibt. Hierdurch ist eine größere Belastung auf das erste Bauteil 9 kompensierbar.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Die Erfindung bezieht sich auch auf hydrostatische Wellenlagerungen.

Claims

Verfahren zur Schwingungsdämpfung in einer Werkzeugmaschine mit zumindest einer zumindest eine Tasche (1) aufweisenden hydrostatischen Führung (8) zur Lagerung eines ersten Bauteils (9) an einem zweiten Bauteil (10), durch welche ein Ölstrom mit vorgegebenem Volumenstrom und vorgegebenem Druck durchgeleitet wird und durch zumindest einen Spalt (3) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den auftretenden Belastungen zur Erzielung einer konstanten Breite des Spalts (3) der Ölstrom durch den Spalt (3) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölstrom in der Tasche (1) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölvolumen in der Tasche (1) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße der Öldruck in der Tasche (1) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Breite des Spaltes (3) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße Beschleunigungen von Bauteilen (9, 10) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungen der hydrostatischen Führung auf der Grundlage der aus den Bewegungen von Bauteilen und/oder Werkstücken resultierenden Beschleunigungen vorberechnet werden und dass in Abhängigkeit dieser Werte der zur Verhinderung von Änderungen der Spaltbreite benötigte Öldruck und/oder der Ölstrom durch den Spalt (3) vorberechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsverhalten der Werkzeugmaschine selbst berücksichtigt wird, indem der Öldruck in der Tasche (1) bzw. der Ölstrom durch den Spalt (3) zur Verhinderung von Änderungen der Spaltbreite vorbestimmt und entsprechend geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck bzw. die Breite des Spalts (3) mehrerer Taschen (1) mehrerer hydrostatischer Führungen mittels einer einzigen Regelung geregelt werden, um Bauteile und/oder Werkstücke hochsteif zu lagern.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Öldrucks bzw. der Breite des Spalts (3) zeitgleich mit einer Regelung zur Abarbeitung von Bearbeitungsprogrammen der Werkzeugmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Öldrucks bzw. der Breite des Spaltes (3) auftretende Verformungen von Bauteilen der Werkzeugmaschine kompensiert.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer mit der Tasche (1) verbundenen Zuführleitung (6), gekennzeichnet durch ein in der Zuführleitung (6) angeordnetes Regelventil (4).
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen dem Regelventil (4) stromauf vorgeordneten Druckspeicher (5).
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer mit der Tasche (1) verbundenen Zuführleitung (6), gekennzeichnet durch im Bereich der Tasche (1) angeordnete Mittel zur Volumenänderung der Tasche (1).
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Kolben-Zylinder-Einheit umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zumindest ein Piezoelement (19) umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck und/oder der Ölstrom und/oder das Ölvolumen mehrerer Taschen (1) mehrerer hydrostatischer Führungen (8) einer Werkzeugmaschine mittels einer gemeinsamen Regelung geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung die einzelnen Taschen (1) unabhängig voneinander regelt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung zur aktiven Schwingungsdämpfung von Bauteilen der Werkzeugmaschine als Eingangsgrößen auftretende Schwingungen der Bauteile und/oder von Werkstücken verarbeitet.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Bauteile von außerhalb der Bauteile angeregte Schwingungen sind.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Bauteile deren Eigenschwingungen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretenden Schwingungen gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretenden Schwingungen berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung als Eingangsgrößen Maßabweichungen der Führungen (8) verarbeitet und diese kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßabweichungen gemessen und die Messwerte der Regelung zugeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßabweichungen vorab gemessen, in einem Speicher abgelegt und die Messwerte während des Betriebs der Werkzeugmaschine der Regelung zugeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßabweichungen berechnet werden.