DE202008015110U1 - Hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums - Google Patents

Abstract

Hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken, bestehend aus am Maschinenbett (1) angeordneten Stütz-/Führungsflächen (4; 5) und im Abstand parallel gegenüberliegenden Trag-/Gleitflächen (6; 7) am Schlitten (2), wobei sich die Trag-/Gleitfläche (7) an einer am Schlitten (2) befestigbaren Umgriffleiste (12) befindet, in beiden Trag-/Gleitflächen (6; 7) je eine Lagertasche (8; 10) angeordnet ist, die durch Bohrungen (9; 11) und Ölleitungen (16) zur unabhängigen Ölversorgung und zum notwendigen Druckaufbau für einen zu bildenden Führungsspalt (3) mit je einer Pumpe oder einem druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregelventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung der Lagertaschen (8; 10) von einem zentralen Ölaggregat (15) aus mit je einem viskositätsabhängigen Stromregelventil (13; 14) erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken.
• Aus dem Stand der Technik sind bereits Führungen von Schlitten unterschiedlicher technischer Funktionalität bekannt, die die Arbeitsgenauigkeit und das Leistungsvermögen einer Werkzeugmaschine verbessern. So werden Eigenschaften, wie eine geringe Reibung und eine stick-slip freie Bewegung des Schlittens auf den Führungsschienen zur exakten Positionierung mit geringen Verstellkräften und guter Dämpfung, ein geringer Verschleiß der Führungsschienen zur Gewährleistung der Arbeitsgenauigkeit sowie eine hohe Steifigkeit und Spielfreiheit mit geringen Lageänderungen bei Belastung gefordert. Diese Führungen sind nach ihrer technischen Funktionalität vorrangig in werkstoffabhängige Linearführungen, hybridische Führungsmechanismen und hydrostatische Linearführungen einzuordnen. Für die werkstoffabhängigen Linearführungen ist kennzeichnend, dass die Führungsbahnen einen schwingungsdämpfenden und/oder verschleißfesten Gleitbelag mit teilweise auch oberflächenstrukturiertem Aufbau für das Schmiermittel aufweisen, wobei der Gleitbelag z. B. aus einem kalthärtenden Epoxidharz ( EP 0 536 494 A1 ), einem Kunststoff-Gleitkissen ( EP 0 411 430 A2 ) oder einem Keramikmaterial ( EP 0 201 821 B1 ) bestehen kann. Hybridische Führungsmechanismen sind beispielsweise durch DE 103 04 560 B4 , JP 2003 326 429 A und JP 2004 082 278 A bekannt. Hier gleitet der Schlitten nicht auf einem flüssigen oder pastösen Schmiermittel, sondern auf Lagerkissen eines Druckmediums, insbesondere Luft. Der entscheidende Nachteil der werkstoffabhängigen Linearführungen und der hybridischen Führungsmechanismen besteht darin, dass die spanende Bearbeitung von großen Werkstücken nur mit einem hohen anlagentechnischen Aufwand qualitätsgerecht durchführbar ist. Der Gleitbelag an den Führungsbahnen der werkstoffabhängigen Linearführungen ist unter Berücksichtigung des Werkstückgewichtes zu dimensionieren, wodurch ein größerer Platzbedarf besteht. Hybridische Führungsmechanismen erfordern zum Aufbau des Lagerkissens die Erzeugung eines hohen Druckes und damit ebenfalls einen höheren anlagentechnischen Aufwand. Für hydrostatische Linearführungen eines Schlittens am Maschinenbett einer Werkzeugmaschine ist bekanntermaßen kennzeichnend, dass die Berührungsflächen zweier zueinander gleitender Flächen, wie Führungsflächen des Maschinenbettes und Gleitflächen der Tragführung eines Schlittens, durch einen Ölfilm voneinander getrennt sind. In den Tragführungen des Schlittens sind zu dem sogenannte Lagertaschen angeordnet. Mehrere Lagertaschen sind insbesondere dann erforderlich, wenn vom Schlitten außermittig Lasten aufgenommen werden. Der notwendige Öldruck wird durch ein außerhalb des Maschinenbettes angeordnetes Ölversorgungssystem erzeugt. So bauen sich in den einzelnen Lagertaschen Drücke entsprechend ihrer Belastung auf. Dabei muss die Ölversorgung der Lagertaschen voneinander unabhängig erfolgen. Dies ist entweder durch eine gemeinsame Pumpe mit konstantem Pumpendruck über Vordrosseln, wie beispielsweise als Vorwiderstände eingesetzte Kapillardrosseln möglich, oder es wird eine Pumpe pro Lagertasche eingesetzt. Beide Ölversorgungssysteme haben aber Nachteile. Die Drosselvariante ist von der Viskosität des Öles abhängig und garantiert bei sich ändernden Belastungen keinen annähernd konstanten Ölspalt. Das System „Pumpe pro Lagertasche" ist durch die Verwendung von Mehrkreiszahnradpumpen aufwendig. Kostengünstiger ist der alternative Einsatz von druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregel ventilen. Diese Stromregelventile sichern, dass unabhängig von der Belastung (Druckänderung) eine nahezu konstante Ölmenge zur Lagertasche fließt und damit nur unwesentliche Spaltänderungen auftreten. Bekannt ist ebenfalls, dass die Viskosität der eingesetzten Hydrauliköle einen entscheidenden Einfluss auf die Funktion der hydrostatischen Linearführung hat. Mit steigender Temperatur des Hydrauliköles nimmt die Viskosität ab. Deswegen ist die Temperatur des Öles konstant zu halten. Hierzu ist ebenfalls ein zusätzlicher Aufwand erforderlich. Die Öltemperatur darf nicht wesentlich von der Maschinentemperatur abweichen, um nachteilige Wärmedehnungen auf die spanende Bearbeitung zu vermeiden. Dies gelingt nur bedingt, da sich die Umgebungstemperaturen der Maschine oft ändern. Durch den Einsatz von Hydraulikölen mit einem hohen Viskositätsindex kann aber der Einfluss der Temperaturempfindlichkeit verringert werden. Diese Hydrauliköle haben dennoch den Nachteil, dass sich bei Umgebungstemperaturen von minus 5 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius die Viskosität ändert und der damit verbundene Druckanstieg bei konstanter Ölfördermenge von der hydrostatischen Linearführung somit nicht mehr zu bewältigen ist. Die Funktion der hydrostatischen Linearführung kann in diesen Fällen entweder nur durch den Einsatz einer Pumpe für jede Lagertasche mit Variation der Ölfördermenge je Lagertasche mittels druckabhängig gesteuerter Pumpendrehzahl oder durch einen Wechsel der Ölsorte entsprechend der Umgebungstemperatur gewährleistet werden. Nachteilig sind der hierfür erforderliche hohe anlagentechnische und materielle Aufwand zur Sicherung der Funktion der hydrostatischen Linearführung.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums vorzuschlagen, die mit einem geringen anlagentechnischen und materiellen Aufwand bei Umge bungstemperaturen von minus 5 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius funktionssicher arbeitet und so eine qualitätsgerechte spanende Bearbeitung von großen Werkstücken garantiert. Erreicht wird dies durch die Merkmale des Schutzanspruchs. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch den Einsatz von viskositätsabhängigen Stromregelventilen für die hydrostatische Linearführung das aufwendige Ölversorgungssystem „eine Pumpe für jede Lagerasche" entfällt, damit der steuerungstechnische Aufwand und der Platzbedarf geringer sind und die Betriebssicherheit des Großbearbeitungszentrums durch eine ständige elektrotechnische Überwachung der hydraulischen Linearführung verbessert wird. Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung die hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums in der Seitenansicht im Schnitt mit einer schematischen Darstellung des Ölversorgungssystems. Erkennbar ist, dass zwei Stütz-/Führungsflächen 4; 5 am Maschinenbett 1 und im Abstand parallel gegenüberliegend zwei Trag-/Gleitflächen 6; 7 am Schlitten 2 angeordnet sind. Eine einfachere Montage der hydrostatischen Linearführung ist möglich, in dem am Schlitten 2 eine Umgriffleiste 12 mit der Trag-/Gleitfläche 7 durch nicht dargestellte Verbindungselemente befestigt wird. Eine derartige Montagetechnologie der Umgriffleiste 12 ist bereits durch DD 129361 für ein Verfahren zur Herstellung von hydrostatischen Gerad- und Drehführungen bekannt. Die in den Trag-/Gleitflächen 6; 7 angeordneten Lagertaschen 8; 10 werden über Bohrungen 9; 11 und Ölleitungen 16 von viskositätsabhängigen Stromregelventilen 13; 14 mit Hydrauliköl, das von einem zentralen Ölaggregat 16 unter Druck abgegeben wird, versorgt. Die Stromregelventile 13; 14 regeln ihr Durchflussvermögen viskositätsabhängig, wodurch die hydrostatische Führung immer im sicheren Betriebs bereich arbeitet. Dies bedeutet, dass der Druck in den Lagertaschen 8; 10 trotz Temperaturschwankungen des Hydrauliköls nahezu konstant bleibt und damit konstante Aushebungen h1; h2 des Führungsspaltes 3 realisiert werden. Die Stromregelventile 13; 14 sind funktionssicher, wenn die Druckdifferenz zwischen Ventileingang und -ausgang mindestens 5 bar beträgt und der verfügbare Volumenstrom mindestens 10 Prozent größer als der erforderliche Ist-Volumenstrom ist. Wenn der Volumenstrom durch das Ventil einen bestimmten Wert des geforderten Volumenstroms unter- oder überschreitet, wird dies von einem integrierten Signalgeber der Maschinensteuerung gemeldet. Die Steuerung erhält vom Ventil ständig eine Rückmeldung über den Funktionsstatus. Die Erfindung ist auch in einer hydrostatischen Rundführung einer Spindel oder einer Planscheibe anwendbar.

1

Maschinenbett

2

Schlitten

3

Führungsspalt

4

Stütz-/Führungsfläche

5

Stütz-/Führungsfläche

6

Trag-/Gleitfläche

7

Trag-/Gleitfläche

8

Lagertasche

9

Bohrung

10

Lagertasche

11

Bohrung

12

Umgriffleiste

13

Stromregelventil, viskositätsabhängig

14

Stromregelventil, viskositätsabhängig

15

zentrales Ölaggregat

16

Ölleitung

h1

Aushebung

h2

Aushebung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - EP 0536494 A1 [0002]
• - EP 0411430 A2 [0002]
• - EP 0201821 B1 [0002]
• - DE 10304560 B4 [0002]
• - JP 2003326429 A [0002]
• - JP 2004082278 A [0002]
• - DD 129361 [0003]

Claims (1)

1. Hydrostatische Linearführung eines Schlittens am Maschinenbett eines Großbearbeitungszentrums zur qualitätsgerechten spanenden Bearbeitung von großen Werkstücken, bestehend aus am Maschinenbett (1) angeordneten Stütz-/Führungsflächen (4; 5) und im Abstand parallel gegenüberliegenden Trag-/Gleitflächen (6; 7) am Schlitten (2), wobei sich die Trag-/Gleitfläche (7) an einer am Schlitten (2) befestigbaren Umgriffleiste (12) befindet, in beiden Trag-/Gleitflächen (6; 7) je eine Lagertasche (8; 10) angeordnet ist, die durch Bohrungen (9; 11) und Ölleitungen (16) zur unabhängigen Ölversorgung und zum notwendigen Druckaufbau für einen zu bildenden Führungsspalt (3) mit je einer Pumpe oder einem druckkompensierten, viskositätsunabhängigen Stromregelventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung der Lagertaschen (8; 10) von einem zentralen Ölaggregat (15) aus mit je einem viskositätsabhängigen Stromregelventil (13; 14) erfolgt.