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Vorrichtung zum Anheben und Abstützen van beweglich gelagerten Maschinenteilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anheben und Abstützen von beweglich
gelagerten Teilen an Maschinen wie z.B. Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen,
bei der zwischen den gegeneinander bewegbaren Lagerflächen der Maschinenteile die
Bildung mindestens eine,s Druckmittelpolsters, insbesondere eines Druckluftpolsters,
vorgesehen ist.
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Es ist eine pneumatische Vorrichtung der erwähnten Art zum Anheben
und Abstützen eines Schleifspindelstockes an einer Flächenschleifmaschine bekannt.
Der Schlcifspindelstock ist hierbei mittels ctncs Druckluftpolsters zwischen seiner
im wesentii<'hen ebenen Unterseite und der ebenfalls ebenen Lagerfläche eines
Maschinentisches schwebend allseitig verschiebbar geführt, so daß die an einer seitlich
überhängenden Konsole des Schleifspindelstockes angeordnete Schleifscheibe mit konstantem
Abstand von der Lagerfläche des Maschinentirches über auf letzterem befindliche
Werkstuecke @hinweggeführt werden kann (Deutsche Patentschrift ..........
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Das Problem der reibungslosen bzw. reibungsarmen Verschiebung und
Führung besteht auch bei Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Schleirmaschinen, die
einen Untertisch und einen darauf beweglich, beispielsweise schwenkbar gelagerten
Obertisch aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn auf dem Obertisch ein Werkstückspindelstock
und ein Reitstock üblicher Art, d.h.
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vergleichsweise @ohen Gewichtes angeordnet ist. Bel üblicher Lagerung
des Obertisches auf dem Untertisch über eine flüssige
oder zähflüssige
Schmiermittelschicht wird letztere unter dem Gewicht des Obertisches mit Werkstüekspindelstock
und Reitstock sowie zusätzlich unter der Wirkung einer im allgemeinen vorhandenen
Klemmvorrichtung zum Eeestsetsen des Obertisches am Untertisch nach den oeiterl
verdrängt, so daß wenigstens abschnittsweise eine metallische Berührung der Lagerflächen
von Obertisch und lintertisch, d.h. eine beträchtliche Haftreibung auftritt. Die
Folge ist eine verklebungsähnliche Haftung zwischen Obertisch und Untertisch auch
nach dem Lösen der Klemmvorrichtung, so daß die erforderliche Verschiebung bzw.
Verschwenkung des Obertisches mit hohem Kraftaufwand und entsprechender Belastung
bzw. Verformung, insbesondere Verwindung, des Obertisches verbunden ist. Diese Haftung
tritt insbesondere an der den Werkstückspindelstock tragenden Seite des Obertisches
auf.
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Die zur Durchführung einer vorgegebenen Schwenkung des Obertisches
eingeleiteten Stellkräfte haben mit der erwähnten Verformung wegen der Haftung zwischen
Obertisch und Untertisch eine entsprechende Abweichung der tatsächlichen Lage der
Werkstückachse von der Soll-Stellung zur Folge. Dies ist insbesondere durch die
Verformung des Obertisches in der Horizontalen bedingt. Aber auch nach Überwindung
der Haftreibung bzw. Verklebung durch entsprechend hohe Stellkräfte nimmt der Obertisch
nicht seine Soll-Stellung ein, da die frei werdende, in der Tischverformung gespeicherte
Energie im allgemeinen eine über schießende Bewegung zur Folge hat tstick-slip Effekt).
Außerdem hat die erwähnte Haftung mit den entsprechend hohen Stellkräften eine starke
Belastung der Schwenklagerung des Obertisches zur Folge, so daß die Oenauigket dieser
Lagerung leidet bzw empfindliche, spielfreie Lagerungen nicht in Betracht kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher zunächst darin, die ilaftreibung
und nach Möglichkeit überhaupt eine unmittelbare
Berührung zwischen
den Lagerflächen von Obertisch und Untertisch einer Werkzeugmaschine der vorgenannten
Art bei der Tischverstclllmg zu vermcidcn und damit die angeführten Nachteile zu
überwinden. nie erfindungsgemäße Losung dieser Aufgabe kennzeichnet sich unter Verwendung
einer Vorrichtung zum Anheben und Abstützen von beweglich gelagerten Teilenan Werkzeugmaschinen,
insbesondere Schleifmaschinen, bei der zwischen den gegeneinander bewegbaren Lagerflächen
der Maschinenteile die Bildung mindestens eines Druckluftpolsters vorgesehen ist,
hauptsächlich dadurch, daß bei einer einen Untertisch und einen darauf beweglich,
insbesondere schwenkbar gelagerten. Obertisch aufweisenden Werkzeugmaschine zwischen
Obertisch und Untertisch wenigstens eine mit Druckluft beaufschlagbare Lagerflächenausnehmung
vorgesehen ist, Durch die erfindungsgemäße Anwendung der an sich bekannten Anhebung
und Abstützung mit Hilfe von Druckluftpolstern auf die Obertischlagerung von Werkzeugmaschinen
ergeben sich gerade hier besonders vorteilhafte Wirkungen hinsichtlich der Einstellgenauigkeit
und damit auch der Arbeitsgenauigkeit. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße
Verwendung von Lagorflächenausnehmungen entsprechender Ausdehnung die Erzeugung
der für das Anheben auch schwererer Maschinentische erforderlichen Kräfte.
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In gewissem -Ausmaß treten die vorangehend erörterten Probleme der
Haftreibung bzw. Verklebung zwischen Lagerflächen von nur gelegentlich bei einer
Verstellbewegung relativ zueinander zu verschiebenden Maschinenteilen auch zwischen
dem Werkstückspindelstock und dem Reitstock einer entsprechenden Werkzeugmaschine,
insbesondere einer Schleifmaschine, und den zugehörigen Führungsbahnen des Maschinenbettes
oder auch eines Obertisches in Erscheinung. Eine Weiterführung der Erfindungsaufgabe
richtet sich daher darauf, auch hier die Haftreibung und den slip-stick Effekt mit
entsprechender Beanspruchung und Verformung des .Sptndelsl;ockt bzw. Reitstocks
zu bescitien und die erforderlichen Stellkräfte zu verminiern. Die erfindungsgemäße
Lösung
dieses Aufgabe kennzeichnet sich dadurch, daß bei einer einen
Werks Uckspindelstock und einen Reitstock mit zugehöriger Verstel -Lagerung aufweisenden
Werkzeugmaschine zwischen Werkstü spindelstock und/oder Reitstock einerseits und
zugehöriger Lagerung andererseits wenigstens eine mit Druckluft beaursc lagbare
Lagerflächenausnehmung vorgesehen ist.
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zahlreichen Maschinenkonstruktionen mit beweglich gelagerten lementen
stellt sich das Problem, wechselweise eine möglichst reibungsarme Bewegungslagerung
und eine sichere, kraftschlüssige Arretierung des betreffenden Maschinenteiles zu
verwirklichen. Eine Weiterbildung der Erfindungsaufgabe richtet sich auf die Schaffung
einer Vorrichtung, mittels deren die beiden vorgenannten, zueinander komplementären
Funktionen ebenso einfach. wie auch mit geringem Bauaufwand ausgeführt werden können.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich beiveiner
Vorrichtung der eingangs erwähnten Art hauptsächlich dadurch, daß eine Klemmvorrichtung
zum Festsetzen eines beweglich gelagerten Maschinenteils mit einem durch Federkraft
beaufschlagten Druckglied vorgesehen ist und daß sowohl zwischen einer Lagerfläche
des bewegbaren Maschinenteils und einer zugehörigen Gegenlagerfläche wie auch zwischen
einer Lagerfläche cles Druckgliedes und einer zugehörigen Gegenlagerfläche die Isildung
mindestens eines die Jeweils einander zugeordneten Lagerflächen und aegenlagerflächen
unter Freigabe des bewegbaren Maschinent'eils trennenden Druckmittclpolsters vorgesehen
ist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß die Trennung der
Lagerflächen des zu bewegenden Maschinenteils in seiner Bewegungsführung ebenso
wie die Lagerflächen des Maschinenteils im Bereich der Klemmvorrichtung mit Hilfe
eines einzigen Druckpolster- und Druckmittelsystems, vor allem auch mit Hilfe der
gleichen Steuervorrichtung bzw.
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Ventilanordnung entlastet und von jeglicher Reibung befreit, d.h.
vollkommen leichtgängig verstellbar gemacht werden können.
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Andercrsclt. lit das Maschinenteil im Arretierzustand unabvon scla@m
mehr oder weniger großen Elgengewicht durch
die Klemmvorrichtung
kraftschlüssig in der vorgesehenen Stellung festgelegt. Die konstruktive Einfachheit
der Einrichtung infolge der Ausnutzung eines einzigen Druckmittelsystems für das
Anheben und Abstützen eines Maschinenteils einerseits sowie für das unmittelbare
Lüften einer-Klemmvorrichtung bei gleichzeitiger Ausschaltung jeglicher Haftreibung
auch an dem Druckglied dieser Klemmvorrichtung stellt einen weiteren wesentlichen
Vorteil der Erfindungsmerkmale dar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Hierin zeigt Figur
1: die Vorderansicht einer Rundschleifmaschine mit schwenkbarem Obertisch und erfindungsgemäßem
Druckmittelsystem, Figur 2: eine Draufsicht der Schleifmaschine gemäß Fig.1, Figur
3: einen Vertikalschnitt der Schleifmaschine gem.
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Linie III-III in Fig. 2, und zwar in größerem Maßstab, Figur 4: eine
Draufsicht des Obertisches in bezüglich Fig. 2 verschwenkter Lage auf dem Untertisch,
Figur 5: einen Vertikalschnitt von Obertisch und Untertisch' gem. Linie V-V in Fig.
4, Figur 6: einen Teil-Vertikalschnitt einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Bereich eines Obertischendes mit hier angeordneter Klemmvorrichtung,
und zwar in größerem Maßstab, Figur 7: einen bezUglich Fig. 6 rechtwinkligen Vertikalschnitt
in der dort angegebenen Schnittebene Vil-Vil.
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Auf dem Bett 1 der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schleirmaschiene
ist in üblicher Weise ein Untertisch 2 und darauf in der
Horizontalen
schwenkbar ein Obertisch-3 angeordnet. Der Obertisch 3 trägt an der einen Seite
einen Werkstückspindelstock 5, an der anderen Seite einen Reitstock 6. Eine noch
näher zu beschreibende Klemmvorrichtung 4 greift am Ende des Obertisches 3 an und
arretiert diesen durch vertikale Anpressung gegen den Untertisch 2. Ebenfalls ist
ein in üblicher Weise angeordneter Schleifspindelstock 7 mit Schleifscheibe 8 vorgesehen.
Von einer nicht dargestellten Druckluftquelle führen Schlauchleitungen 9 und 10
zum Werkstückspindelstock 5 bzw. zu einer Verteilerleitung 11, welch letztere entlang
dem Obertisch 3 verläuft und über Abzweigungen mit einem System -von Bohrungen 12
des Obertisches verbunden ist (siehe Fig.3).
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Die Schlauchleitung 9 mündet. in eine Bohrung 23 im Werkstückspindelstock
5, von der ein Verteilersystem mit Bohrungen 24 abzweigt. Von den Bohrungen 12 zweigen
wiederum Stichbohrungen 15 ab, und zwar in Richtung zu der auf einer Gegenlagerfläche
17 aufliegenden Lagerfläche 22 des Obertisches 3 bzw. in Richtung zu einer ebenfalls
am Obertisch vorgesehenen Lagerfläche 29. Von den Bohrungen 24 im erkstückspindelstock
zweigen Stichbohrungen 25 in Richtung zu der auf dem Obertisch 3 aufliegenden Lagerfläche
26 des WerkstUckspindelstocks. Zur Vergrößerung der wirksamen Druckrlgshe für die
Druckmittelpolster in den Zonen um die Mündungen der dic Druckmittel?.uführung bildenden
Stichbohrungen 15. und 25 innerhalb der Lagerflächen 26 bzw. 22 bzw. 29 sind flache
Lagerflächenausnehmungen 26 a bzw. 16 bzw. 16 a, 16 b vorgesehen.
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Zur Erzielung einer spielfreien Schwenkbewegung des Obertisches um
einen Lagerbolzen 13 ist dieser auf einer Seite mit einer Nut 14 versehen, die über
eine Stichbohrung 14 a von einer der Bohrungen 12 aus mit dem Druckmittel, im Beispielsfall
also mit Druckluft, beaufschlagt werden kann.
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Im Bereich der Klemmvorrichtung 4 sind die bereits erwähnten Lagerflächen
22 mit den zugehörigen Lagerflächenausnehmungen 16 bzw. 16 a bzw. 16 b in der aus
Fig. 7 ersichtlichen Weise paarweise zueinander entgegengesetzt angeordnet.
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In diesen Lagerflächenausnehmungen bilden sich somit paarweise zueinander
entgegengesetzt wirkende, hinsichtlich ihrer resultierenden Wirkungslinien im wesentlichen
fluchtende Druckmittelpolster. Außerdem sind in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise
noch innerhalb der unteren Lagerfläche 22 des Obertisches einzeln, d.h. nicht mit
entgegengesetzt angeordneten Druckmittelpolstern zusammenwirkende Lagerfachenausnehmungen
16 angeordnet. Sämtliche Druckmittelpolster, die sich in den Lagerflächenausnehmungen
16 an der Unterseite des Obertisches 3 bilden, bewirken das Anheben des Obertisches
für die berührungs- und haftreibungsfreie Schwenkbewegung.
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Durch die paarweise zueinander entgegengesetzte Anordnung von Druckmittelpolstern
wird der besondere Vorteil erreicht, daß sich keine wesentlichen Dreh- bzw. Biegemomente
um entsprechende Horizontalachsen am Obertisch ergeben. Die Bedeutung dieses Merkmals
hängt im Einzelfall von den Anforderungen an die genaue Horizontalführung des Obertisches
sowie von der Biegesteifheit dieses Maschinenteils bzw. von der zulässigen Verformung
ab. Die paarweise angeordneten Lagerflächenausnehmungen sind ferner jeweils an die
gleiche Druckmittelquelle, d.h. an die gleichen Druckluftleitungen, angeschlossen,
so daß die entsprechenden Druckmittelpolster gleichzeitig aufgebaut und wieder abgebaut
werden können.
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Wie aus Fig. 7 ferner ersichtlich ist, haben die in den Lagerflächenausnehmungen
16 a und 16 b an der Oberseite des Obertisches 3 gebildeten Druckmittelpolster unterschiedliche
Funktionen. Die in den Lagerflächenausnehmungen 16 b gebildeten Druckmittelpolster
dienen unmittelbar zum Anheben eines als Klemmschiene 28 ausgebildeten Druckgliedes
28 der Klemmvorrichtung 4. Bei abgeschaltetem Druckmittel liegt die Klemmschiene
28 unter der Wirkung einer Druckfeder 27 mit seiner Gegenlarrcrfläche 31 auf der
oberen Lagerfläche 29 des Obertisches 3 ur und preßt letzteren unter entsprechender
lTa£treibung,arretierung gegen den Untertisch.
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Das den Lagerflächenausnchmungen 16 a zugeführte Druckmittel führt
dagegen zunächst zum Aufbau von Druckmittelpolstcrn an der Unterseite von hierfür
vorgesehenen, scheibenförmigen Stauelementen 30, die mit Spiel in entsprechende
Ausnehmungen der Klemmschiene 28 eingelassen und mit Hilfe von Bolzen 30 a am Gehäuse
der Klemmvorrichtung 4 gestellfest angebracht sind.
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Die Bolzen 30 a der Stauglieder durchgreifen entsprechende Bohrungen
der Klemmschiene 28, so daß die Klemmschiene vertikal an den Bolzen gleiten kann.
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Die Druckmittelpolster zwischen den Lagerflächenausnehmungen 16 a
und den Stauelementen 30 wirken als Begrenzungswiderlager für die Hubbewegung des
Obertisches 3. Hierbei stellt sich infolge der gegensinnigen Erweiterung bzw. Verengung
der Austrittspalte für das Druckmittei an der Oberseite und Unterseite des Tisches
3 bei dessen Anheben und Absenken ein Gleichgewichtszustand mit einer bestimmten
Höhenstellung des Tisches ein. In diesem Gleichgewichtszustand schwimmt der Obertisch
3 zwischen den gegensinnig wirkenden Druckmittelpolstern an seiner Unterseite und
an seiner Oberseite im Bereich der Stauelemente 30.
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Außerdem tritt die von den Lagerflächenausnehmungen 16 a abströmende
Druckluft über das bereits erwähnte Spiel zwischen den Stauelementen 30 und der
Klemmschiene 28 in die den einzelnen Stauelementen zugeordneten Ausnehmungen der
Klemmschiene ein und hat eine entsprechende, nach oben gerichtete Druckbeaufschlagung
der Flächen 32 zur Folge. Diese Druckbeaufschlagung bewirkt also zusammen mit den
Druckmittelpolstern in den Lagerflächenausnehmungen 16 b das Anheben der Klemmschiene
28 vom Obertisch 3. Das Maß der Anhebung der Klemmschiene ist hierbei unkritisch,
da die Hubstellung des Obertisches selbst durch die in ihrer Höhenlage entsprechend
justierten Stauelemente 30 definiert ist. Der innerhalb der Klemmvorrichtung 4 an
der Oberseite der Klcmmschiene 28 gebildete Hohlraum int durch eine mit der Außenluft;
in Verbindung steiird < Bohrung 40 entlftet.
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Bei entsprechend weitgehender Verschwenkung des Obertisches 3 können
die äußersten Ausnehmungen 16 bzw. 16 a oder 16 b in den Lagerflächen des Obertisches
unter Umständen von ihren Gegenlagerflächen freikommen. Hierbei muß ein freies Ausströmen
des Druckmittels zur Aufrechterhaltung der Druckmittelpolster in den benachbarten,
noch verschlossenen Lagerflächenausnehmungen vermieden werden. Es sind daher zumindest
in den Mündungen der äußeren Stichbohrungen 15 den entsprechenden Lagerflächenausnehmungen
vorgeschaltete Drosselorgane 18 bzw. 19 vorgesehen. Diese Drosselorgane sind als
Einsätze der betreffenden Bohrungen ausgebildet und weisen als Durchströmkanäle
Randkerben 20 (Drosselorgane 18) oder feine Bohrungen 21 (Drosselorgane 19) auf.
Eine derartige Ausführung bietet den Vorteil konstruktiver Einfachheit und ermöglicht
durch entsprechende Bemessung des.Durchströmquerschnitts eine entsprechende Begrenzung
der Rückwirkung eines Druckabfalls auf die benachbarten Druckmittelpolster.