DE19824839C1

DE19824839C1 - Force exertion device for machine tool drive shaft

Info

Publication number: DE19824839C1
Application number: DE1998124839
Authority: DE
Inventors: Ludwig Probst
Original assignee: ALZMETALL WERKZEUGMASCH
Current assignee: ALZMETALL WERKZEUGMASCH
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-06-05

Abstract

The force exertion device provides an axial tension force acting on the machine tool drive shaft using at least one compression rod (7) extending parallel to the drive shaft (1), coupled the ends of the drive shaft via levers (5,5') or transverse elements, with a force actuator (8) acting on the levers for providing a tension force for the drive shaft and a compression force for the compression rod.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere bei Werkzeugmaschinen, aber auch anderen Antrieben in den verschiedensten Geräten einsetzbar ist.The invention relates to a device according to The preamble of claim 1, in particular for machine tools, but also other drives in can be used in a wide variety of devices.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere an Werkzeugmaschinen steigende Anforderungen bezüglich einer weiteren Verkürzung der Bearbeitungszeit, bei zumindest gleichbleibender bzw. ebenfalls verbesser ter Fertigungsgenauigkeit gestellt werden.It should be noted that in particular Machine tools increasing demands regarding a further reduction in processing time, at at least more consistent or also improve production accuracy.

Insbesondere bei den konventionellen Achsantrieben, z. B. Spindel-Mutter-Systemen wird unabhängig vom ei gentlich angetriebenen Element, an der Antriebswelle, die eine Gewindespindel ist, eine axiale Vorspannung zur Wirkung gebracht, um die axiale Steifigkeit zu erhöhen und demzufolge auch eine höhere Konturgenau igkeit, durch Erhöhung der ersten Biegeeigenfrequenz höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, sowie durch die Verringerung des rotativen Massenträgheitsmomen tes auch höhere Beschleunigungen zu ermöglichen.Especially with the conventional axle drives, e.g. B. spindle-nut systems is independent of the egg occasionally driven element, on the drive shaft, which is a lead screw, an axial preload brought to effect the axial stiffness too increase and consequently a higher contour accuracy by increasing the first natural bending frequency to achieve higher speeds as well the reduction of the rotating mass moment of inertia tes also enable higher accelerations.

Wird nun eine solche Antriebswelle mit einer Zugspan nung durch auf sie wirkende Zugkräfte beaufschlagt, müssen zu deren Kompensation bei herkömmlichen Maschinen die Druckspannungen bzw. Druckkräfte am eigentlichen Maschinengestell oder Gehäuse aufgenom men werden. Wegen der Anforderungen an mögliche An ordnungen solcher Antriebswellen von Gewindetrieben, die funktionsbedingt sind, können die Druckspannungen nicht im Schwerpunkt des Flächenträgheitsmomentes des umgebenden Maschinengestells eingebracht werden. Dem zufolge resultieren aus diesen Druckspannungen bzw. Druckkräften zusätzliche Biegespannungen, die sich in einer Verbiegung des linearen Führungssystems der Achse der Antriebswelle äußern. Dies führt zu zusätz lichen Fehlern der Linearität des Ablaufs entlang der Achse und es können demzufolge Geometriefehler wäh rend der Antriebsbewegung nicht vermieden werden.Now such a drive shaft with a tension chip applied by tensile forces acting on them, must be compensated for in conventional Machines the compressive stresses or compressive forces on actual machine frame or housing men. Because of the requirements for possible An orders of such drive shafts of screw drives, which are function-related, the compressive stresses not in the focus of the moment of inertia of the surrounding machine frame can be introduced. The according to these compressive stresses or Additional bending stresses that occur in a bending of the linear guidance system of the Express the axis of the drive shaft. This leads to additional errors in the linearity of the process along the Axis and therefore geometry errors can be selected cannot be avoided during the drive movement.

Hierzu sind Ausführungen über steigende Anforderungen an Vorschubantriebe hinsichtlich Drehzahl und Stei figkeit von J. Ebert in "Verbesserte Vorschubantrie be"; DE-Z, Der Konstrukteur; 1995, Seiten 12 bis 18 gemacht worden.Here are explanations of increasing requirements on feed drives with regard to speed and slope ability of J. Ebert in "Improved feed drive be "; DE-Z, Der Konstrukteur; 1995, pages 12 to 18 been made.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit vor zugeben, mit der solche Geometriefehler auch bei ho hen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen vermieden werden können.The object of the invention is to provide one possibility admit with such geometry errors even with ho hen speeds and accelerations avoided can be.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Nutzung der in den untergeordneten Ansprü chen enthaltenen Merkmale.According to the invention, this object is achieved with the features of claim 1 solved. Advantageous design tion forms and developments of the invention when using the subordinate claims characteristics included.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals und günstig möglich, eine axiale Vorspannung zu errei chen, ohne daß die bei den bekannten Lösungen auftre tenden Nachteile eine negative Wirkung zeigen können.It is the first time with the solution according to the invention and favorably possible to achieve an axial preload chen without appearing in the known solutions tendency disadvantages can have a negative effect.

Erfindungsgemäß wird hierzu mindestens eine Druck stange, die parallel zur Antriebswelle angeordnet ist, verwendet. Diese Druckstange(n) ist/sind in Los lagern gehalten, so daß im nicht vorgespannten Zustand der Antriebswelle theoretisch ein Verschieben der Druckstange(n) parallel zur Längsachse der An triebswelle möglich ist.According to the invention, at least one pressure is used for this rod, which is arranged parallel to the drive shaft is used. This push rod (s) is / are in lot store kept so that im not biased State of the drive shaft theoretically shifting the push rod (s) parallel to the longitudinal axis of the An drive shaft is possible.

An der/den Druckstange(n) sind Hebel oder Traversen so befestigt, daß unter Verwendung eines eine Zug kraft auf die Antriebswelle ausübenden Kraft-Aktua tors eine Zugkraft auf die Antriebswelle und demzu folge die gewünschte axiale Vorspannung erreichend, ausgeübt wird.There are levers or trusses on the push rod (s) attached so that using a train Power actuators exerting force on the drive shaft tors a tensile force on the drive shaft and accordingly follow the desired axial preload, is exercised.

Diese Lösung hat gegenüber den bekannten Lösungen, insbesondere den Vorteil, daß eine axiale Vorspannung einer solchen Antriebswelle erreicht werden kann, ohne Rücksicht auf die Geometrie, die Konstruktion des Gestells (Gehäuse), in dem eine solche Antriebs anordnung aufgenommen und gehalten ist. Außerdem wir ken durch die erzeugte axiale Vorspannung der An triebswelle keine zusätzlichen Kräfte und Momente auf das Maschinengestell, so daß dort auch keine entspre chenden Verformungen auftreten können.This solution has compared to the known solutions, in particular the advantage that an axial preload such a drive shaft can be achieved regardless of the geometry, the construction of the frame (housing) in which such a drive arrangement is recorded and kept. Besides, we ken by the generated axial preload of the An drive shaft no additional forces and moments the machine frame, so that none correspond there appropriate deformations can occur.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausfüh rungsbeispielen näher beschrieben werden.In the following, the invention is to be explained with reference to tion examples are described in more detail.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor richtung mit einer Druckstange und Hebeln und Fig. 1 shows an example of a device according to the invention with a push rod and levers and

Fig. 2 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung mit zwei parallel zur An triebswelle angeordneten Druckstangen. Fig. 2 shows a second example of an inventive device with two parallel to the drive shaft arranged push rods.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten ersten Beispiel ei ner erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Antriebs welle 1 als Gewindespindel für den Antrieb einer Mut ter 13 verwendet. Dabei ist die Antriebswelle 1 über eine Kupplung 3 mit einem Servomotor 4 verbunden. Die Antriebswelle 1 ist in Radial-Axiallagern 2 und 2' gehalten, wobei das Lager 2 ein Festlager und das Lager 2' ein Loslager ist.In the first example shown in FIG. 1 egg ner device according to the invention, a drive shaft 1 is used as a threaded spindle for driving a mut ter 13 . The drive shaft 1 is connected to a servo motor 4 via a coupling 3 . The drive shaft 1 is held in radial axial bearings 2 and 2 ', the bearing 2 being a fixed bearing and the bearing 2 ' being a floating bearing.

Die parallel zur Antriebswelle 1 ausgerichtete und angeordnete Druckstange 7 hat in etwa die gleiche Länge wie die Antriebswelle 1. An ihren äußeren Stirnseiten sind jeweils zwei Hebel 5 und 5' mit den Gelenken 6 und 6' mit der Druckstange 7 verbunden. Jeweils einer der Hebelarme der Hebel 5 und 5' greift an den Außenringen der Lager 2 und 2' an und der je weils andere Hebelarm der Hebel 5 und 5' ist mit ei ner ebenfalls parallel zur Antriebswelle 1 ausgerich teten Zugstange 12, ebenfalls gelenkig verbunden. In die Zugstange 12 ist ein eine Zugkraft bewirkender Aktuator 8 aufgenommen. Bei Aktivierung des Aktuators 8 wird die entsprechende Zugkraft über die Hebel 5 und 5' auch auf die Antriebswelle 1 übertragen und diese auf Zug entsprechend axial vorgespannt.The push rod 7 aligned and arranged parallel to the drive shaft 1 has approximately the same length as the drive shaft 1 . On their outer end faces, two levers 5 and 5 'are connected to the joints 6 and 6 ' with the push rod 7 . Each one of the lever arms of the levers 5 and 5 'engages on the outer rings of the bearings 2 and 2 ' and the respective other lever arm of the levers 5 and 5 'is also articulated with egg ner also parallel to the drive shaft 1 aligned pull rod 12 . An actuator 8 which causes a tensile force is accommodated in the pull rod 12 . When the actuator 8 is activated, the corresponding tensile force is also transmitted to the drive shaft 1 via the levers 5 and 5 ′ and this is axially preloaded accordingly.

Dabei können die Hebelarmlängen der Hebel 5 und 5' unter Berücksichtigung der aufzubringenden axialen Vorspannung und den Möglichkeiten, d. h. der mit dem Aktuator 8 aufbringbaren Zugkraft, verschieden ge wählt werden, so daß auch eine entsprechende Überset zung ausgenutzt und berücksichtigt werden kann.The lever arm lengths of the levers 5 and 5 ', taking into account the axial preload to be applied and the possibilities, ie the tractive force which can be applied with the actuator 8 , can be selected differently so that a corresponding ratio can also be used and taken into account.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel ist außer dem ein an der Druckstange 7 angeordneter Spannungs sensor 9 dargestellt. Als Spannungssensor 9 können z. B. herkömmliche Dehnmeßstreifen verwendet werden. Die gemessene Druckspannung im Druckstab 7 kann dazu verwendet werden, daß die auf die Antriebswelle 1 wirkende Zugspannung unabhängig von äußeren Einflüs sen, wie z. B. Temperatur und äußeren Kräften, kon stant gehalten werden kann. Selbstverständlich kann das mit dem Spannungssensor 9 gemessene Signal auch zur Einstellung der axialen Vorspannung der Antriebs welle 1 unter Berücksichtigung anderer Einflußgrößen variabel eingestellt werden, wobei solche Einflußgrö ßen beispielsweise die momentan erforderlichen An triebsgeschwindigkeiten und Beschleunigungen sein können.In the example shown in FIG. 1, a voltage sensor 9 arranged on the push rod 7 is shown. As a voltage sensor 9 z. B. conventional strain gauges can be used. The measured compressive stress in the compression rod 7 can be used to ensure that the tensile stress acting on the drive shaft 1 is independent of external influences, such as, for. B. temperature and external forces, can be kept constant. Of course, the signal measured with the voltage sensor 9 can also be set variably to adjust the axial preload of the drive shaft 1 , taking into account other influencing variables, such influencing variables being, for example, the currently required drive speeds and accelerations.

Die Antriebswelle 1 bildet demzufolge gemeinsam mit Druckstab 7 und Hebeln 5, 5' ein geschlossenes Kraft system, das keinen Einfluß auf andere Komponenten des Antriebes oder der Maschine hat.The drive shaft 1 therefore forms together with the pressure rod 7 and levers 5 , 5 'a closed force system, which has no influence on other components of the drive or the machine.

Bei dem in der Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungs beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei parallel und symmetrisch zur Antriebswelle 1 angeordnete und, wie die Druckstange 7 beim Beispiel nach Fig. 1, gelagerte Druckstangen 10 und 10' ver wendet. Die beiden Druckstangen 10 und 10' sind an ihren äußeren Enden mit Traversen 11 und 11', starr oder gelenkig, verbunden.In the second embodiment shown in FIG. 2, for example, the device according to the invention, two parallel and symmetrical to the drive shaft 1 and, like the push rod 7 in the example of FIG. 1, stored push rods 10 and 10 'are used ver. The two push rods 10 and 10 'are connected at their outer ends with cross members 11 and 11 ', rigid or articulated.

Die an einem äußeren Ende der Antriebswelle 1 ange ordnete Traverse 11' ist wieder mit dem Außenring des Lagers 2 verbunden. Die am anderen Ende angeordnete Traverse 11 ist mit einem eine Zugkraft aufbringende Aktuator 8 und dieser wiederum mit dem Außenring des Lagers 2' verbunden. Wird nunmehr der Aktuator 8 ak tiviert, wirkt die gewünschte Zugspannung auf die Antriebswelle 1.The arranged at an outer end of the drive shaft 1 traverse 11 'is again connected to the outer ring of the bearing 2 . The traverse 11 arranged at the other end is connected to an actuator 8 which applies a tensile force and which is in turn connected to the outer ring of the bearing 2 '. If the actuator 8 is now activated, the desired tension acts on the drive shaft 1 .

Auch bei diesem Beispiel bilden wieder Druckstäbe 10, 10', Traversen 11, 11' und Antriebswelle 1 ein in sich geschlossenes Kraftsystem, wie Antriebswelle 1, Hebel 5, 5', Druckstab 7 und Zugstange 12 beim Bei spiel nach Fig. 1.Also in this example, pressure rods 10 , 10 ', crossbeams 11 , 11 ' and drive shaft 1 form a self-contained force system, such as drive shaft 1 , levers 5 , 5 ', pressure rod 7 and tie rod 12 in the case of the example according to FIG. 1.

Im übrigen sind in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, um die gleichen Komponenten, wie in Fig. 1, zu bezeichnen.Otherwise, the same reference numerals have been used in FIG. 2 to denote the same components as in FIG. 1.

Als Kraft-Aktuatoren können die jeweiligen Möglich keiten und erforderlichen Kräfte berücksichtigend, hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch wir kende Aktuatoren verwendet werden.The respective possibilities can be used as force actuators considering the necessary forces and forces, hydraulic, pneumatic or electromechanical kende actuators are used.

Claims

1. Vorrichtung zur Ausübung und/oder Einstellung einer Kraft auf eine Antriebswelle, mit der eine axiale Vorspannung der Antriebswelle erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Druckstange (7, 10, 10') parallel zur Antriebswelle (1) in Loslagern ge halten, angeordnet ist und an der/den Druckstan ge(n) (7, 10, 10') Hebel (5, 5') oder Traversen (11, 11') gelenkig und zusätzlich mit der An triebswelle (1) an deren axial äußeren Enden befestigt sind, wobei an den Hebeln (5 und 5') oder zumindest einer der Traversen (11, 11') ein eine Zugkraft auf die Antriebswelle (1) sowie eine Druckkraft auf die Druckstange (7, 10, 10') ausübender Kraft-Aktuator (8) angreift. 1. Device for exercising and / or adjusting a force on a drive shaft, with which an axial preload of the drive shaft can be achieved, characterized in that at least one push rod ( 7 , 10 , 10 ') parallel to the drive shaft ( 1 ) hold ge in floating bearings , is arranged and on the / the Druckstan ge (n) ( 7 , 10 , 10 ') lever ( 5 , 5 ') or trusses ( 11 , 11 ') articulated and additionally with the drive shaft ( 1 ) on the axially outer Ends are attached, with a force exerting a tensile force on the drive shaft ( 1 ) and a compressive force on the push rod ( 7 , 10 , 10 ') on the levers ( 5 and 5 ') or at least one of the cross members ( 11 , 11 ') Actuator ( 8 ) attacks.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (5, 5') im jeweils stirnseitigen Bereich von Druckstange (7) und Antriebswelle (1) befestigt sind und die Hebel (5, 5') über eine Zugstange (12), in der ein eine Zugkraft bewirkender Aktuator (8) inte griert ist, an den Hebelarmen, die entgegenge setzt zu den Hebelarmen der Hebel (5, 5'), die mit der Antriebswelle (1) verbunden sind, an der Zugstange (12) gelenkig befestigt sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the levers ( 5 , 5 ') in the respective end area of the push rod ( 7 ) and drive shaft ( 1 ) are attached and the lever ( 5 , 5 ') via a pull rod ( 12 ) , in which an actuator ( 8 ) causing a pulling force is integrated on the lever arms, which opposes the lever arms of the levers ( 5 , 5 '), which are connected to the drive shaft ( 1 ), on the pull rod ( 12 ) are articulated.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelarme der Hebel (5, 5') unterschiedliche effektiv wirkende Längen haben. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lever arms of the levers ( 5 , 5 ') have different effective lengths.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelarme der Hebel (5, 5') an den Außenringen von Lagern (2, 2'), in denen die Antriebswelle (1) gelagert ist, angreifen.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lever arms of the levers ( 5 , 5 ') on the outer rings of bearings ( 2 , 2 '), in which the drive shaft ( 1 ) is mounted, attack.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite der An triebswelle (1) mit einer Traverse (11) und dem eine Zugkraft bewirkenden Aktuator (8) und die andere Seite der Antriebswelle (1) mit einer zweiten Traverse (11') verbunden ist.5. The device according to claim 1, characterized in that one side of the drive shaft ( 1 ) with a cross member ( 11 ) and the pulling actuator ( 8 ) and the other side of the drive shaft ( 1 ) with a second cross member ( 11 ' ) connected is.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstangen (10, 10') symmetrisch zur Antriebswelle (1) an geordnet und gelagert sind.6. The device according to claim 1 or 5, characterized in that the push rods ( 10 , 10 ') are arranged symmetrically to the drive shaft ( 1 ) and stored.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der/den Druck stange(n) (7, 10, 10') jeweils mindestens ein Spannungssensor (9) angeordnet ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the / the pressure rod (s) ( 7 , 10 , 10 ') in each case at least one voltage sensor ( 9 ) is arranged.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) eine Gewindespindel einer Spindel eines Spindel-Mutter-Systems ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive shaft ( 1 ) is a threaded spindle of a spindle of a spindle-nut system.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktuaktoren (8) hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch wirkende Aktuatoren einsetzbar sind. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that hydraulically, pneumatically or electromechanically acting actuators can be used as actuator actuators ( 8 ).

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungssenso ren (9) Dehnmeßstreifen verwendbar sind.10. The device according to claim 7, characterized in that strain gauges can be used as tension sensors ( 9 ).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) starr gelagert ist.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the drive shaft ( 1 ) is rigidly mounted.