DE3527491A1 - Waermeunempfindliche werkzeugmaschine - Google Patents

Waermeunempfindliche werkzeugmaschine

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DE3527491A1
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DE
Germany
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heat
machine tool
spindle
slide
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Ceased
Application number
DE19853527491
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English (en)
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Toshiaki Kurita
Takahiro Matsue
Akira Tamai
Toshiaki Hiroshima Tamaru
Katsuji Yamamoto
Hiroshi Yokimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Turning (AREA)

Description

  • Wärmeunempfindliche Werkzeugmaschine
  • Die Erfindung betrifft eine wärmeunempfindliche oder wärmeunabhängige Werkzeugmaschine, deren vorgesehener Bearbeitungs-Genauigkeitsgrad dadurch erhalten bleibt, daß eine ungleichmäßige thermische Verformung bzw.
  • ein Wärmeverzug eines Bauteils (einschließlich eines Schlittens und einer in diesem geradlinig bewegbar geführten Spindel), die bzw. der bei einer Temperaturänderung auftreten kann, unterbunden ist.
  • Eine solche Werkzeugmaschine ist allgemein mit einer Säule oder einem Ständer, einer Quer-Führung und einem Bauteil in Form eines Schlittens, der eine geradlinig verschiebbar darin geführte Spindel mit einem Haupt-Spindelkopf umschließt, ausgestattet, wobei alle diese Bauteile jeweils mit einer Führungsfläche versehen ist.
  • Wie beispielhaft in Fig. l(a) in Seitenansicht veranschaulicht, ist eine sog. Ständer-Werkzeugmaschine, z.B. eine Langtischfräsmaschine, ein typisches Beispiel für eine Werkzeugmaschine mit einem Schlitten, in welchem eine Spindel mit einem Haupt-Spindelkopf (geradlinig verschiebbar) geführt ist und der in einer Richtung orthogonal zur Verschiebungs- oder Hubrichtung der Spindel bewegbar ist.
  • Gemäß Fig. l(a) weist ein Ständer 13, der auf einem Bett 12 gegenüber einem Werkstück-Tisch 11 in der einen und anderen Richtung (gemäß Fig. l(a) nach rechts und links) verschiebbar ist, eine lotrecht längs des Ständers verschiebbare Quer-Führung (Querschiene) 14 auf, die einen längs ihrer waagerechten Achse (senkrecht zur Zeichnungsebene) verschiebbaren Schlitten (saddle) 15 trägt. Gemäß Fig. l(b), die einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. l(a) zeigt, ist an der Stirn- seite des Ständers 13 eine Führungsfläche 16 für die lotrechte Auf- und Abbewegung des Schlittens 14 längs des Ständers 13 angeformt. Der Fertigungsgenauigkeitsgrad der Führungsfläche 16 beeinflußt in großem Maß den Lagengenauigkeitsgrad eines nicht dargestellten Haupt-Spindelkopfes einer im Schlitten 15 lotrecht verschiebbar geführten Spindel (ram) 17. Zur Gewährleistung eines gewissen Steifheitsgrads muß daher der Bereich der Führungsfläche 16 dick ausgebildet sein.
  • Infolgedessen ist ein großer Dickenunterschied gegenüber dem von der Führungsfläche abgewandten Bereich des Ständers gegeben. Diese Eigenschaften gelten nicht nur für den Ständer 13, sondern auch für die Quer-Führung 14 und den Schlitten 15.
  • Je dünner das Plattenmaterial oder der Bauteil ist, um so stärker spricht es bzw. er im allgemeinen auf die Umgebungstemperatur an. Der Bauteil, z.B. der Ständer 13, mit unterschiedlichen Dicken in verschiedenen Bereichen zeigt demzufolge eine von den Tagestemperaturen abhängige Temperaturverteilung, die über den gesamten Bauteil hinweg nicht gleichmäßig ist.
  • Wie beispielsweise aus Fig. 2 hervorgeht, die eine Auslenkung (back-and-forth deviation) eines bestimmten, 7 m über dem Bett 12 gelegenen Punkts am Ständer 13 in Abhängigkeit von den Tagestemperaturänderungen zeigt, erfährt der Ständer 13 eine Rückwärtsauslenkung (nach rechts gemäß Fig. l(a)) bei einer Temperaturabnahme, während er bei einer Temperaturzunahme zu einer Neigung nach vorn neigt; die Größe dieser Auslenkung ist aber, speziell bei einer Werkzeugmaschine großer Abmessungen, nicht vernachlässigbar. Da mithin das Ausmaß der thermischen Verformung, d.h. des Wärmeverzugs, an der Seite der Führungsfläche 16 stets kleiner ist als an der gegenüberliegenden Seite, nimmt die Führungsfläche 16 unweigerlich einen gekrümmten Zustand an.
  • Im Hinblick auf die geschilderten Mängel des Stands der Technik liegt der Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei welcher Gegenmaßnahmen für den Wärmeeinfluß getroffen sind, durch welche die Entstehung eines ungleichmäßigen Wärmeverzugs von Anfang an verhindert wird, so daß die sich beispielsweise aus der Aufstellung der gesamten Werkzeugmaschine in einem Raum konstanter Temperatur ergebenden, erheblich erhöhten Installationskosten vermieden werden.
  • Die Erfindung bezweckt damit auch die Schaffung eines Schlittens (saddle) bei einer Werkzeugmaschine, bei dem der Entstehung eines ungleichmäßigen Wärmeverzugs vorgebeugt ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer wärmeunempfindlichen Werkzeugmaschine der angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem Abschnitt der Fläche eines mit einer Führungsfläche versehenen Werkzeugmaschinen-Bauteils ein Wärmeisolator oder -schutzmittel zur Vergleichmäßigung des Wärmeverzugs (der thermischen Verformung) des Bauteils angebracht ist.
  • Erfindungsgemäß ist ein dünner(er) Bereich des Bauteils von einem Wärmeisolator oder -schutzmittel umschlossen, derart, daß die Temperaturänderungskennlinie des dünneren Bereichs in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturänderung derjenigen eines dicken oder dickeren Bereichs des Bauteils gleich ist. Der Wärmeverzugsgrad ist somit über den gesamten Bauteil hinweg vergleichmäßigt, so daß sich dessen Führungsfläche nicht bogenförmig krümmen oder verziehen kann und eine Minderung der Bearbeitungsgenauigkeit auch dann vermieden wird, wenn die Werkzeugmaschine nicht in einem Konstanttemperaturraum aufgestellt ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Schlitten einer Werkzeugmaschine, welcher eine geradlinig bewegbar in ihm geführte Spindel umschließt und orthogonal zur Verschiebungsrichtung der Spindel bewegbar ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß an einem Abschnitt der Fläche des Schlittens ein Wärmeisolator oder -schutzmittel zur Vergleichmäßigung des Wärmeverzugs von Schlitten und Spindel angebracht ist.
  • Erfindungsgemäß ist ein dünner(er) Bereich des Schlittens von einem Wärmeisolator oder -schutzmittel umschlossen, derart, daß die Temperaturänderungskennlinie des dünneren Bereichs in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturänderung derjenigen eines dicken oder dickeren Bereichs des Schlittens gleich ist. Der Wärmeverzugsgrad ist somit über den gesamten Schlitten hinweg vergleichmäßigt, so daß die Verschiebungsrichtung der Spindel relativ zum Schlitten keine bogenförmige Krümmung erfährt und eine Minderung der Bearbeitungsgenauigkeit auch dann vermieden wird, wenn die Werkzeugmaschine nicht in einem Konstanttemperaturraum aufgestellt ist.
  • Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. l(a) eine Seitenansicht eines Beispiels für eine Werkzeugmaschine, auf welche die Erfindung anwendbar ist, Fig. l(b) einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. l(a), Fig. 2 eine graphische Darstellung der Größe des Wärmeverzugs am Ständer einer bisherigen Werkzeugmaschine, Fig. 3 einen Fig. l(b) entsprechenden Querschnitt einer Ausführungsform eines Ständerteils einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine graphische Darstellung der Größe des Wärmeverzugs beim Ständer gemäß Fig. 3, Fig. 5(a) eine Seitenansicht eines anderen Beispiels für eine Werkzeugmaschine, auf welche die Erfindung anwendbar ist, Fig. 5(b) einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 5(a) und Fig. 6 einen Fig. 5(b) entsprechenden Querschnitt einer Ausführungsform eines Schlittenteils einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung.
  • Im folgenden ist eine wärmeunempfindliche Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung speziell in einer Ausführungsform eines Ständerteils der in Fig. l(a) dargestellten Ständer-Werkzeugmaschine, auf welche die Erfindung angewandt ist, anhand der Schnittansicht von Fig. 3 und von Fig. 4, welche eine Auslenkung eines bestimmten, 7 m über einem Bett 12 gelegenen Punkts am Ständer in Abhängigkeit von den Tagestemperaturänderungen zeigt, im einzelnen beschrieben.
  • Obgleich bei dieser Ausführungsform der Ständer als der Bauteil gewählt ist, auf den die Erfindung angewandt ist, ist die Erfindung gleichermaßen auf die Quer-Führung, den Schlitten und dgl. anwendbar.
  • Gemäß Fig. 3 ist an den beiden Seitenflächen und an der von einer Führungsfläche 16 abgewandten Fläche (Rückseite) eines Ständers 13 ein Wärmeisolator oder -schutzmittel 18 in Form von Glaswolle, Steinwolle, aufschäumbarem Polyurethan oder aufschäumbarem Polystyrol angebracht. Obgleich bei dieser Ausführungsform das Wärmeschutzmittel 18 auch an den Seitenflächen des Ständers 13 angebracht ist, braucht das Wärmeschutzmittel nur in einem solchen Ausmaß am Ständer angebracht zu sein, daß es eine gleichmäßige Temperaturänderung am Außenumfang des Ständers 13 unter dem Einfluß von Umgebungstemperaturänderungen gewährleistet. Zur Erzielung der angestrebten Wirkung ist es jedoch offensichtlich nötig, eine bestimmte Anbringungsart zu entwickeln, beispielsweise mehrere Wärmeschutzmittel 18 schicht- oder lagenweise zu kombinieren oder die Dicke des Wärmeschutzmittels 18 in Abhängigkeit von den jeweiligen Bereichen zu ändern.
  • Abgesehen von den genannten, an sich bekannten Werkstoffen braucht zudem das Wärmeschutzmittel 18 nur aus einem Werkstoff zu bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als diejenige des Werkstoffs des Ständers 13. Bevorzugt wird hierfür ein leichtes, nicht sperriges Material.
  • Für die Anbringung des Wärmeschutzmittels 18 am Bauteil können beliebige bekannte Befestigungsmittel, wie Klebmittel oder Schrauben, benutzt werden. Die Form des Ständers 13 selbst beeinflußt in keiner Weise die erfindungsgemäß erzielte Wirkung, auch wenn sie von der dargestellten Form verschieden ist. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann das Ausmaß des Wärmeverzugs (der thermischen Verformung) des Ständers 13 in Abhängigkeit von Änderungen der Umgebungstemperatur sehr gering gehalten werden.
  • Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen Schlitten einer in Fig. 5(a) dargestellten Ständer-Werkzeugmaschine anhand von Fig. 5(b) und Fig. 6, die einen Fig. 5(b) entsprechenden Schnitt zeigt, beschrieben.
  • Ein Schlitten (saddle) 15, der zusammen mit einer Klemmplatte 19 eine in ihm geführte Spindel 20 haltert, ist an der von der Klemmplatte 19 abgewandten Seite mit einer Führungsfläche 21 versehen, die orthogonal bzw. senkrecht zur Verschiebungsrichtung der Spindel 20 verläuft. Der mit der Führungsfläche 21 versehene Bereich des Schlittens 15 ist im Vergleich zur Dicke der Klemmplatte 19 ziemlich dick ausgebildet. Innerhalb einer rahmenartigen, die Klemmplatte 19 und beide Seitenflächen des Schlittens 15 umschließenden Abdeckung 22 ist ein Wärmeisolator oder -schutzmittel 23 aus z.B. Glaswolle, Steinwolle, aufschäumbarem Polyurethan oder aufschäumbarem Polystyrol angeordnet (Fig. 6). Während bei dieser Ausführungsform das Wärmeschutzmittel 23 auch an den Seitenflächen des Schlittens 15 angebracht ist, braucht es - wie für Fig. 3 erläutert - nur so weit angebracht zu sein, daß es eine gleichmäßige Temperaturänderung am Außenumfang der Spindel 20 in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperaturänderung gewährleistet. Zur Erzielung der angestrebten Wirkung ist es auch hierbei nötig, eine bestimmte Anbringungsart zu entwickeln, z.B.
  • mehrere Wärmeschutzmittel 23 schicht- oder lagenweise zu kombinieren oder die Dicke des Wärmeschutzmittels 23 in Abhängigkeit von den jeweiligen Bereichen zu andern. Das Wärmeschutzmittel 23 braucht lediglich aus einem Werkstoff zu bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als diejenige des Werkstoffs der Klemmplatte 19 und der Spindel 15. Bevorzugt wird ein leichtes, nicht sperriges Material.
  • Es ist nicht unbedingt notwendig, die Abdeckung 22 vorzusehen, vielmehr kann auch das Wärmeschutzmittel 23 allein an Klemmplatte 19 und Schlitten 15 ange- bracht sein. Für seine Anbringung bieten sich Klebmittel oder Schrauben an. Die Form des Schlittens 15 selbst hat keinen Einfluß auf die erfindungsgemäß erzielbare Wirkung, auch wenn sie von der dargestellten Form verschieden ist. Offensichtlich ist die Erfindung auch auf eine Werkzeugmaschine ohne Klemmplatte 19 anwendbar.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Wärmeunempfindliche Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Abschnitt der Fläche eines mit einer Führungsfläche versehenen Werkzeugmaschinen-Bauteils- ein Wärmeisolator oder -schutzmittel (18) zur Vergleichmäßigung des Wärmeverzugs (der thermischen) Verformung des Bauteils angebracht ist.
  2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeschutzmittel aus Glaswolle, Steinwolle, aufschäumbarem Polyurethan oder aufschäumbarem Polystyrol geformt ist.
  3. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeschutzmittel aus einem geschichteten Wärmeisoliermaterial geformt ist.
  4. 4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil ein Ständer oder eine Säule ist.
  5. 5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil eine Quer-Führung ist.
  6. 6. Schlitten einer Werkzeugmaschine, welcher eine geradlinig bewegbar in ihm geführte Spindel umschließt und orthogonal zur Verschiebungsrichtung der Spindel bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Abschnitt der Fläche des Schlittens ein Wärmeisolator oder -schutzmittel (23) zur Vergleichmäßigung des Wärmeverzugs von Schlitten und Spindel angebracht ist.
  7. 7. Schlitten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das Wärmeschutzmittel aus Glaswolle, Steinwolle, aufschäumbarem Polyurethan oder auf schäumbarem Polystyrol geformt ist.
  8. 8. Schlitten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Führungsfläche versehen ist und an der von der Führungsfläche abgewandten Seite eine Klemmplatte für die Spindel aufweist und daß das Wärmeschutzmittel an der Klemmplatte und an den beiden nicht mit der Führungsfläche versehenen Seitenflächen angebracht ist.
  9. 9. Schlitten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit Ausnahme der Führungsfläche von einer Abdeckung umschlossen ist.
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JP16093084A JPS6138832A (ja) 1984-07-31 1984-07-31 熱対策工作機械
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