DE3304463A1

DE3304463A1 - Kupplungseinrichtung fuer teile von maschinen, insbesondere werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3304463A1
Application number: DE19833304463
Authority: DE
Inventors: Shiro Ishikawa Shimada
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1983-08-18
Also published as: JPH0356858B2; FR2521049A1; GB2114478A; JPS58137542A; FR2521049B1; DE3304463C2; GB8303516D0; GB2114478B; CA1205305A

Description

Kupplungseinrichtung für Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen.

Die Maschinenteile können das Gestell oder der Rahmen der Maschine oder der Rahmen oder das Gestell von verschiedenen an der Maschine anzubringenden Teilen sein.

Bei einer Kombinationsdrehbank war bislang der Werkzeughalter am Werkzeughalte.rschlitten entweder befestigt oder drehbar um die Achse, die in Fig. 1 in Vertikalrichtung verläuft, angeordnet, und die Bewegung in einer Richtung (in Fig. 1 ist dies die Vertikalrichtung, die im folgenden als Y-Achsenrichtung bezeichnet wird), die einen rechten Winkel mit der Arbeitsspindel und der Werkzeugspindel bildet, war nicht möglich. Demzufolge, wenn beispielsweise mittels eines an der Werkzeugspindel befestigten Fräsers eine Keilnut herzustellen war, wurde die Breite der Keilnut durch den Außendurchmesser des Fräsers vorgegeben, und wenn der Fräser abgenutzt war, wurde die Keilnut in der Breite schmäler. Ebenso, wenn die Keilnut in der Breite etwas weiter gemacht werden sollte, war es notwendig, den Fräser jedesmal auszuwechseln.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kupplungseinrichtung für miteinander zu verbindende Maschinenteile, wie z. B. das Gestell oder der Rahmen der Maschine oder das Gestell oder der Rahmen von verschiedenen an der Maschine anzubringenden Teilen, wobei die betriebliche Genauigkeit der Maschine durch den Ausgleich von in Folge Wärmedehnung oder Abnützung der Maschine auftretenden Lagerfehlern auf rechterhalten werden soll, ohne daß die Steifigkeit der zu verbindenden Maschinenteile zerstört wird, und wobei auch die Maschine leistungsfähiger gemacht werden soll, indem eine gesteuerte MikroVerschiebung zwischen verschiedenen Maschinenteilen je nach Erfordernissen ermöglicht wird. Außerdem soll die MikroVerschiebung des Werkzeughalters in Y-Achsenrichtung ohne Zerstörung der Steifigkeit zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkzeughalterschlitten durch Verbinden des Werkzeughalters und des Werkzeughalterschlittens bei der Kombinationsdrehbank mittels der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung ermöglicht werden, und soll beim Herstellen einer Keilnut der Ausgleich des in Folge Abnutzung des Fräsers entstehenden Abmessungsfehlers der Keilnut ermöglicht werden, so daß die Keilnut mit einer exakten Breite hergestellt werden kann. Ferner soll die automatische Steuerung der Größe der Mikroverschiebung des Werkzeughalters in Y-Achsenrichtung durch Verbinden des Werkzeughalters und des Werkzeughalterschlittens bei der Kombinationsdrehbank mittels der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung und durch Schaffen einer Steuereinrichtung für die Größe der Verschiebung des Werkzeughalters ermöglicht werden und soll der automatische Ausgleich des Abmessungsfehlers der Keilnut, der durch die Abnutzung des Fräsers entsteht, bei der Herstellung

der Keilnut möglich sein. Weiterhin soll die spanabhebende Bearbeitung der Keilnut mit verschiedenen Anschlußmaßen durch einen Fräser ermöglicht werden, wodurch das mühevolle Auswechseln des Werkzeugs,

d. h. des Fräsers,vermieden werden soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungseinrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Druckkammer, ein säulenförmiges Teil, das in Folge des Flüssigkeitsdruckes in der Druckkammer in Axialrichtung gleich- mäßig auf Zug beansprucht wird, und einen Halter, der im wesentlichen aus einem steifen Material hergestellt, an der Spitze des säulenförmigen Teiles befestigt ist und mit dem unteren Teil des säulenförmigen Teiles in Eingriff steht, so daß er nur in Axialrichtung verschiebbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung in die Maschinenteile integriert ist, die jeweils mit dem unteren Teil des säulenförmigen Teiles und dem Halter verbunden sind, so daß der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer steuerbar ist.

Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung hat den Vorteil, daß sie in der Lage ist, eine Mikroverschiebung zu ermöglichen, die Lagefehler, die in Folge Wärmedehnung oder Abnützung zwischen den verbundenen Maschinenteilen der Werkzeugmaschine entstehen, berichtigt oder ausgleicht.

Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung eignet sich für Maschinenteile, die bislang fest miteinander verbunden waren, wie z. B. die Grundplatte und die Säule einer Bohrmaschine oder der Werkzeughalter oder der Reitstock und ihre jeweiligen Schlitten, wobei Lagefehler, die in Folge Wärmedehnung oder Abnützung der Maschine entstehen, berichtigt werden, ohne daß die Steifigkeit der verbundenen Teile zerstört wird,

und wobei die betriebliche Genauigkeit der Maschine aufrechterhalten werden kann und außerdem eine gesteuerte MikroVerschiebung der Maschinenteile entsprechend den Anforderungen stattfindet, um dadurch die Maschine leistungsfähiger zu machen.

Ausführungsbeispxele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Kombinationsdrehbank in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt einer Ausführungsform/ bei welcher die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung im Verbindungsbereich des Werkzeughalters und des Werkzeughalter-Schlittens der Kombinationsdrehbank ver

wendet wird,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung für die Größe der Verschiebung des Werkzeughalters, wobei die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung im Verbindungsbereich des Werk

zeughalters und des Werkzeughalterschlittens der Kombinationsdrehbank eingesetzt ist,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Bohrmaschine in schematischer Form, bei der die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung

im Verbindungsbereich der Säule und der Grundplatte verwendet wird und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Drehbank in schematischer Form, bei der die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung

im Verbindungsbereich des Reitstocks und

seines Schlittens und des Werkzeughalters und seines Schlittens eingesetzt ist.

In Fig. 1 ist die Kombinationsdrehbank mit dem Buchstaben W bezeichnet und von herkömmlicher Bauweise mit Ausnahme der Kupplungseinrichtung im Verbindungsbereich des Werkzeughalters 1 und des Werkzeughalterschlittens 2. Die Kombinationsdrehbank W hat ein Bett 3 und ein Spannfutter 4, das an der Arbeitsspindel angebracht ist. Der Bettschlitten 5 ist auf dem Bett 3 angeordnet, so daß er in Richtung der Spindel (das ist die im rechten Winkel zur Zeichnungsebene in Fig. 1 verlaufende Richtung)/ verschiebbar ist, und der Werkzeughalterschlitten 2, der mit dem Werkzeughalter 1 verbunden ist, ist auf dem Bettschlitten 5 angeordnet, so daß er nach rechts und nach links in Fig. 1 verschiebbar ist, wobei der Werkzeughalterschlitten 2 auf dem Bettschlitten 5 durch den Motor 6 verschoben wird. Der Werkzeughalter 1 hat eine Werkzeugspindel 7, und ein Fräser 8 ist an der Werkzeugspindel 7 angebracht, und die Werkzeugspindel 7 ist durch den Motor 9 drehantreibbar.

Der Werkzeughalter und der Werkzeughalterschlitten sind durch die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung, wie weiter unten im Detail beschrieben wird, miteinander verbunden.

In Fig. 2 ist die Kupplungseinrichtung zum gegenseitigen Verbinden der Maschinenteile 1 und 2 der Werkzeugmaschine, die der Werkzeughalter und der Werkzeughalterschlitten sind, im einzelnen dargestellt. Die Kupplungseinrichtung zum gegenseitigen Verbinden der Maschinenteile umfaßt eine Druckkammer 10,

ein säulenförmiges Teil 11, das durch den Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 10 auf gleichmäßigen Zug in axialer Richtung beansprucht wird, und einen Halter 15, der im wesentlichen aus einem steifen Material hergestellt, an der Spitze 12 des säulenförmigen Teiles 11 befestigt ist und mit dem unteren Teil 13 des säulenförmigen Teiles 11 in Eingriff steht, so daß er nur in Axialrichtung verschiebbar ist, und in die Maschinenteile 1 und 2 integriert ist, die der Werkzeughalter und der Werkzeughalterschlitten sind, die gegenseitig mit dem unteren Ende 14 des säulenförmigen Teiles 11 und dem Halter 15 verbunden sind, wodurch die gegenseitige Mikroverstellung der miteinander verbundenen Maschinenteile 1 und 2 durch die Verwendung der elastischen Deformation des säulenförmigen Teiles 11 mit dem Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 10 ermöglicht wird. Da der untere Teil 13 des säulenförmigen Teiles 11 und der Halter 15 durch einen unterlegscheibenähnlichen Federteller 16 oder einen Gleitteil 16a in Eingriff steht, um nur in Axialrichtung verschiebbar zu sein, wird die Schneidreaktionskraft, die rechtwinklig zur Y-Achse angreift, auf den Werkzeughalterschlitten 2 in dem in Eingriff stehenden Teil übertragen und treten keine Biegespannungen an dem säulenförmigen Teil 11 auf, so daß infolgedessen die Steifigkeit in dem Verbindungsbereich sichergestellt ist und auch eine genaue Linearität zwischen dem Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 10 und der Verschiebungsgröße des Maschinenteiles 1 in Y-Achsenrichtung aufrechterhalten werden kann.

Als nächstes wird die Erfindung durch Bezugnahme auf die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen beschrieben.

Das säulenförmige Teil 11 gemäß Fig. 2 ist so ausgebildet, daß das untere Ende 14 mit dem Werkzeughalterschlitten 2 durch eine nicht gezeigte Schraube befestigt ist und die Spitze 12 mit dem Werkzeughalter 1 mittels des Kopfteiles 17 befestigt ist. Das Halteteil 15 ist mit dem Werkzeughalter 1 einstückig ausgebildet, und ein zylindrisches Loch, das konzentrisch um das säulenförmige Teil 11 angeordnet ist, ist in dem Werkzeughalter 1 ausgebildet, und

IQ die Hülse 18 ist in das zylindrische Loch eingepaßt, um die Druckkammer 10 zu bilden. Die Hülse 18 ist so angeordnet, daß der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 10 nicht direkt an dem Werkzeughalter, der ein Gußteil ist, angreift und ist infolgedessen ein integrales Teil des Halters 15 und ihr unterer Endabschnitt ist auf dem unteren Teil 13 des säulenförmigen Teiles 11 gleitbar. Der untere Teil 13 des säulenförmigen Teiles 11 und der Halter 15 stehen nur Axialrichtung des säulenförmigen Teiles 11 ver-

2Q schiebbar in Eingriff mittels des Gleitteiles 16a, um aber die Steifigkeit des in Eingriff stehenden Teiles zu erhöhen, sind der Halter 15 und der untere Teil 13 des säulenförmigen Teiles 11 durch den unterlegscheibenähnlichen Federteller 16 miteinander verbunden. Der innere Umfangsteil des Federtellers 16 ist zwischen dem unteren Ende 14 des säulenförmigen Teiles 11 und dem Werkzeughalterschlitten 2 eingeklemmt und ist an der Seite des Werkzeughalterschlittens 2 befestigt,und sein äußerer Umfangsteil ist zwischen

3Q dem unteren Endteil des Halters 15 und dem Halteteil 19 eingeklemmt und ist an der Seite des Halters 15 befestigt. Mit den Bezugsziffern 20, 21, 22 sind Druckölversorgungsbohrungen in dem Werkzeughalterschlitten 2 und dem säulenförmigen Teil 11 bezeichnet und mit den Bezugsziffern 23 und 24 sind

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Flüssigkeitsdichtungen bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 25 ist ein gestrichelt dargestelltes Werkstück bezeichent.

Wenn bei dem beschriebenen Aufbau Betriebsöl mit hohem Druck der Druckkammer 10 zugeführt wird, erzeugt der Druck eine gleichmäßige Zugkraft in axialer Richtung in dem säulenförmigen Teil 11 und der Werkzeughalter 1 verschiebt sich infolgedessen nach oben in Fig. 2 um einen winzigen Betrag aufgrund der sich ergebenden elastischen Verformung des säulenförmigen Teiles 11, so daß die Werkzeugspindel 7 einen winzigen Vorschub in Y-Achsenrichtung erhält.

Die Druckölversorgungseinrichtung für die Druckkammer 10 und das Steuersystem sind in Fig. 3 gezeigt, wobei mit der Bezugsziffer 26 ein Zylinder der Druckölver- ' sorgungseinrichtung, mit der Bezugsziffer 27 ein in dem Zylinder 26 sich vorwärts und rückwärts bewegender Tauchkolben, mit der Bezugsziffer 28 eine einstückig mit dem Tauchkolben 27 ausgebildete Schraube, mit der Bezugsziffer 29 ein mit der Schraube 28 in Eingriff stehendes Zahnrad, mit der Bezugsziffer 30 ein mit dem Zahnrad 29 in Eingriff stehendes Zahnrad, mit der Bezugsziffer 31 ein Gleichstrommotor für den Antrieb des Zahnrades 30 und mit der Bezugsziffer 32 eine Öldruckleitung bezeichnet ist. Der Gleichstrommotor 31 wird durch die Servosteuerung gedreht, die durch die später noch zu beschreibende Steuereinrichtung betrieben wird, und dreht das Zahnrad 29 das an dem nicht gezeigten Rahmen mittels des Lagers 33 gelagert ist und bewirkt, daß der nicht drehbare Tauchkolben 27 vor-und zurückbewegt wird, um den Druck des der Druckkammer 10 zugeführten Betriebsöles zu ändern und die Größe der Verschiebung

- 11 des Werkzeughalters 1 in Y-Achsenrichtung zu ändern.

Die Größe der Verschiebung des Werkzeughalters 1 wird von dem Differentialtransformator 34 abgenommen und durch den isolierten Verstärker 35 dem Differenzverstärker 36 zugeführt, und andererseits werden die Instruktionsdaten, die von der NC-Vorrichtung oder einer anderen Instruktionsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, zugeführt werden, über den D-A-Wandler dem Differenzverstärker 36 zugeführt und steuert der Hilfsverstärker den Gleichstrommotor 31 mit dem Differenzsignal. Wenn das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 36 innerhalb eines festen zulässigen Wertes liegt, wird das Koinzidenzsignal des !Comparators 37 an die Instruktionsvorrichtung ausgegeben und die Lage des Werkzeughalters 1 auf der Y-Achse, d. h. des Werkzeugs 8, entspricht der eingegebenen Lage.

Wie zuvor beschrieben, wird der Werkzeughalter 1 in seiner Lage in Y-Achsenrichtung richtiggestellt oder verschoben und der durch Wärmedehnung des eingespannten Werkstücks 25 entstehende Bearbeitungsfehler oder der durch die Abnützung des Werkzeugs 8 entstehende Bearbeitungsfehler wird berichtigt oder die genaue Bearbeitung entsprechend dem Unterschied verschiedener Anschlußmaße, wie z. B. bei einer Keilnut, kann durch die Verschiebung des Werkzeughalters 1 in Y-Achsenrichtung erzielt werden, .da aber die gleichmäßige Zugbeanspruchung bei dem zuvor genannten Aufbau nur auf das säulenförmige Teil 11 angewandt wird, wird eine genaue lineare Beziehung zwischen dem Druck des Drucköles, das der Druckkammer 10 zuzuführen ist, und der Verschiebung des Werkzeughalters 1 sichergestellt, wodurch die Steuerung

der Größe der Verschiebung mit Leichtigkeit und mit äußerster Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die vorstehende Ausführungsform wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung als die Y-Achsenausgleichseinrichtung des Werkzeughalters 1 der Kombinationsdrehbank W erhalten, wobei die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung die hohe Steifigkeit im Verbindungsbereich sicherstellt und die Funktion und Wirkung hat, daß die gegenseitige Lagebeziehung der Maschinenteile sehr fein mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, so daß sie als die Kupplungseinrichtung für Maschinenteile bei Ma- · schinen eingesetzt werden kann, welche hohe Steifigkeit und Genauigkeit erfordern. Die Bohrmaschine B, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist z. B. so ausgebildet, daß die Säule 38 und das Unterteil 39 durch die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 40 miteinander verbunden sind und der Winkel der Säule 38 kann sehr fein und genau durch die selektive Zufuhr von Drucköl zu den jeweiligen Kupplungseinrichtungen 40 ... 40 eingestellt werden. Auch bei der Drehbank T, die in Fig. 5 gezeigt ist, kann für den Fall, daß der Reitstock 41 und der Reitstockschlitten 42 durch Verwendung der Kupplungseinrichtungen 40...40 gemäß der Erfindung in Horizontalrichtung miteinander verbunden sind, das zwischen die Arbeitsspindel 43 und den Reitstock 41 eingespannte Werkstück 25 um einen kleinen Winkel in der Horizontalebene verschoben werden, um den Ausgleich der Verjüngung des Werkstücks 25 oder des Grades der zylindrischen Form herbeizuführen und außerdem wenn der Werkzeughalter 44 und der Werkzeughalterschlitten 45 durch Verwendung der Kupplungseinrichtungen 40...40 gemäß der Erfindung in der Horizontalrichtung miteinander

verbunden sind, kann das Schneidwerkzeug 46 statisch oder dynamisch vor- und zurückbewegt werden, um · den Abmessungsunterschied des Außendurchmessers des Werkstücks 25 oder den Schlag auszugleichen.

Mit der Bezugsziffer 47 in Fig. 4 ist übrigens die Stützplatte bezeichnet, und die Säule 38 ist an der Stützplatte 47 befestigt und die Stüztplatte 4 7 und das Unterteil 39 sind durch die Kupplungseinrichtungen 40...40 miteinander verbunden, und mit der Bezugsziffer 48 in Fig. 5 ist das Bett bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 49 ist das Gestell bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 50 ist der Schloßkasten bezeichnet, in welchem die Spindelantriebseinrichtung eingebaut ist.

Das säulenförmige Teil 11 bei der Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung hat eine hohe Steifigkeit in Axialrichtung und die mögliche Größe der Verschiebung der miteinander verbundenen Maschinenteile beträgt weniger als 1 mm. Die Steuerung der Verschiebungsgröße wird möglicherweise mit der Genauigkeit in der Größenordnung eines Mikrons ausgeführt und der Flüssigkeitsdruck, der der Druckkammer 10 zugeführt wird, wird praktisch auf Hochdruck von ungefähr 500 bis 700 kg/cm² eingestellt. Bei dieser Hochdruckflüssigkeit, die zuvor erwähnt ist, wird die kompressible Eigenschaft der in die Flüssigkeit eingemischten Luft zu einem Hauptfaktor bei der Verschlechterung der Steuerungsgenauigkeit der Verschiebungsgröße., insbesondere der dynamischen Steuergenauigkeit. Um die Verschlechterung der Steuergenauigkeit durch die zugemischte Luft zu vermeiden, ist es wirkungsvoll, wenn das Volumen der Druckkammer 10 so klein wie möglich gemacht wird und die Hülse 18 wird in die Druckkammer 10 eingeführt,

um das Volumen der Druckkammer 10 zu reduzieren, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist.

Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung für die Maschine in der Lage, die relative Lage der miteinander verbundenen Maschinenteile mit einer sehr hohen Genauigkeit fein einzustellen, und es ist möglich, den Lagefehler zwischen den Maschinenteilen, der in Folge verschiedener Ursachen auftritt, mit hoher Genauigkeit zu berichtigen, und die hohe Steifigkeit des Verbindungsbereiches ist sichergestellt, so daß die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung als Kupplungseinrichtung von Maschinenteilen von Maschinen, die eine hohe Steifigkeit und Genauigkeit erfordern, äußerst nützlich ist.

Claims

F ü N E R E- B B I ·Ν -β- Η Λ- U- · S FINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÜNCHEN 95 9. Februar 1983 DEAC-30637.6 NAKAMURA-TOME PRECISION INDUSTRY CO., LTD. Kupplungseinrichtung für Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen Patentansprüche

1. Kupplungseinrichtung für Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, gekennzeichnet, durch eine Druckkammer (10), ein säulenförmiges Teil (11), das in Folge des Flüssigkeitsdruckes in der Druckkammer (10) in Axialrichtung gleichmäßig auf Zug beansprucht wird, und einen Halter (15), der im wesentlichen aus einem steifen Material hergestellt, an der Spitze (12) des säulenförmigen Teiles (11) befestigt ist und mit dem unteren Teil (13) des säulenförmigen Teiles (11) in Eingriff steht, so daß er nur in Axialrichtung verschiebbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung in die Maschinenteile (1, 2) integriert ist, die jeweils mit dem unteren Teil

(13) des säulenförmigen Teiles (1-1) und dem Halter (15) verbunden sind, so daß der Flüssigkeitsdruck

in der Druckkammer (10) steuerbar ist.

2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß ein unterlegscheibenähnlicher Federteller (16) zwischen dem unteren Teil (13) des säulenförmigen Teiles (11) und dem Halter (15) angeordnet ist.

3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Maschinenteile einer Werkzeugmaschine der Werkzeughalter (1) und der Werkzeughalterschlitten (2) sind.