DE1218251B - Werkzeugmaschine mit Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Temperaturdifferenz zwischen Maschinenteilen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 23 c

Deutsche Kl.: 49 b-4/07

Nummer: 1218 251

Aktenzeichen: C197711 b/49 b

Anmeldetag: 9. September 1959

Auslegetag: 2. Juni 1966

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine, die eine Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Temperaturdifferenz zwischen Maschinenteilen, die sich während des Arbeitens der Maschine erwärmen, und einen Maschinenteil besitzt, dessen Temperatur als Bezugstemperatur gilt.

Durch die Erfindung sollen Ungenauigkeiten, die sich beim Arbeiten von Werkzeugmaschinen durch die verschiedene Erwärmung temperaturbeeinflußter, verschiedener Maschinenteile ergeben, wie z. B. des Werkzeugträgers und des Werkstückträgers, verhindert werden. Dies soll erreicht werden durch Herstellen eines vorher bestimmten Verhältnisses zwischen den Schwankungen unterworfenen Temperaturen temperaturbeeinflußter Teile. Diese temperaturbeeinflußten Teile der Werkzeugmaschine sind so bemessen, daß die hergestellten Werkstücke dann genau werden, wenn dieses Temperaturverhältnis hergestellt worden ist.

Wenn die beiden Teile aus dem gleichen Werkstoff bestehen, so daß ein gleicher Anstieg der Temperatur der beiden Teile die gleiche Zunahme der Einspannlänge beider Teile zur Folge hat, werden die schwankenden Temperaturen der Teile derart geregelt, daß während des Betriebs der Maschine die Differenz zwischen den Temperaturen dieser Teile konstant bleibt. Wenn die Temperaturen beim Betrieb der Maschine schwanken, so schwanken sie dann im Einklang miteinander, und da die Änderungen der Abmessungen bei beiden temperaturbeeinfiußten Teilen die gleichen sein werden, werden diese Teile in der richtigen Lage zueinander bleiben.

Bisher ist bereits auf verschiedenem Wege versucht worden, unerwünschte Auswirkungen der bei Arbeitsvorgängen an Werkzeugmaschinen entstehenden Wärme auszuschalten. Das Werkzeug ist z. B. von Hand oder automatisch neu eingestellt worden, um die durch die Wärmedehnung verursachte Verlagerung zwischen Werkzeug und Werkstück auszugleichen. Auch wurde die Temperatur der Werkzeugmaschine geregelt, indem man ein Wärmeaustauschoder -übertragungsmittel durch die betreffenden Teile der Werkzeugmaschine hat zirkulieren lassen, um diese Teile in einem vorher bestimmten Temperaturverhältnis zueinander zu halten. Bei diesem Temperaturregelverfahren wurden alle Teile der Maschine, die auf einem zuvor festgesetzten Temperaturverhältnis zueinander gehalten werden sollten, durch das in allen diesen Teilen zirkulierende Mittel entweder erwärmt oder gekühlt. Die Wirksamkeit eines solchen umlaufenden Mittels hängt unter anderem auch von Werkzeugmaschine mit Regeleinrichtung
zur Konstanthaltung der Temperaturdifferenz
zwischen Maschinenteilen

Anmelder:

The Cincinnati Milling Machine Co.,

Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Peter Francis Olton, Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. Dezember 1958
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der Masse der durchströmten Teile ab, da große Massen sich verhältnismäßig langsam erwärmen bzw. abkühlen. Es wurden auch Wärmeaustauscher oder Wärmeübertrager dazu verwendet, Wärme einem flüssigen Umlaufsmittel zu entnehmen, das einen Teil einer Werkzeugmaschine durchströmt, um auf diese Weise die Temperatur dieses Maschinenteils auf einem vorher bestimmten Wert zu halten. Desgleichen stellt es auch ein bekanntes Mittel zur Lösung des obengenannten Problems dar, den Wärmeaustauscher durch einen Thermostaten regeln zu lassen. — Diese Temperaturregeleinrichtungen waren aber alle ziemlich teuer, so daß ihrer Anschaffung oft wirtschaftliche Bedenken entgegenstanden.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Vereinfachung und Verbilligung einer Werkzeugmaschine, insbesondere Fräsmaschine, mit einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Temperaturdifferenz zwischen Maschinenteilen, die sich während des Arbeitens der Maschine erwärmen, und einem Maschinenteil, dessen Temperatur als Bezugstemperatur gilt, die Temperatur eines solchen Maschinenteils zu wählen, das von der beim Arbeiten der Maschine entstehenden Wärme nur unwesentlich beeinflußbar ist. Zweckmäßigerweise wird jedem Maschinenteil, dessen Temperatur zu regeln ist, ein Wärmeaustauscher mit Flüssigkeitsdurchlauf zuge-

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ordnet, dessen Durchflußmenge von der Regeleinrich- der Drehzahl des Schneidwerkzeugs und der dadurch rung beeinflußbar ist. Die genannte Bezugstempera- entstehenden Belastung ab und würde, wenn sie nicht tür ist zwar ähnlichen Schwankungen wie die Tem- abgeführt würde, im Spindelstock eine schwankende peratur des Raumes, in dem die Werkzeugmaschine Temperatur hervorbringen. Die Tische 19 und die steht, unterworfen, ist jedoch ziemlich stabil und stellt 5 Unterlagsplatte 20 werden gleichfalls einer Wärmeeinen bequemen Bezugswert für das Arbeiten von beanspruchung unterworfen, und zwar hauptsächlich Thermostateneinrichtungen dar, die für die Einhai- durch die heißen, auf sie herabfallenden Späne, so tung der zuvor festgesetzten Temperaturdifferenz daß auch die Temperatur dieser Teile, würde man die zwischen den temperaturbeeinflußten Werkzeug- Wärme nicht ableiten, während des Arbeitsvorganges maschinenteilen und dem die Bezugstemperatur auf- io zu Schwankungen neigen würde. Wie nachstehend weisenden Maschinenteil sorgen. — Als Bezugs- noch beschrieben ist, wird die Temperatur der die temperatur kann die Temperatur eines Teils des Werkstücke tragenden Tische 19 und der Unterlags-Maschinengestells verwendet werden, da diese vom platte 20 auf derselben Höhe gehalten wie eine Be-Arbeiten der Maschine verhältnismäßig unbeeinflußt zugstemperatur, die am besten die Temperatur eines bleibt und hauptsächlich allein durch die Raumtem- 15 Teils 62 des Bettes der Maschine ist, der von den peratur beeinflußt wird. Es werden also keine zusatz- sich beim Betrieb 'der Maschine erwärmenden Malichen Einrichtungen benötigt, um die Bezugstempe- schinenteilen entfernt ist. Diese Bezugstemperatur ratur konstant zu halten. Die Regelung der Tempe- wird in der Hauptsache nur durch die Raumtemperatur der temperaturbeeinflußten Teile der Werkzeug- ratur beeinflußt, und obwohl sie bei Änderungen der maschine erfolgt durch Wärmeübertragungsvorrich- 20 letzteren gleichfalls schwanken wird, werden diese tungen, die für die Einhaltung des obengenannten Temperaturschwankungen der Masse der Maschine Temperaturverhältnisses.sorgen. wegen keine plötzlichen sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Die Temperatur des Spindelstockes 29 wird auf

Erfindungsgegenstandes dargestellt. einer Höhe gehalten, die in einem vorher bestimmten

Die vorliegende Erfindung wird an dem Beispiel 25 Verhältnis zur Bezugstemperatur steht,
einer fühlergesteuerten Vierspindelfräsmaschine 10 Da die Temperatur der Tische 19 und der Untererläutert, wie sie in der Zeichnung wiedergegeben lagsplatte 20 auf derselben Temperatur wie die Beist, mit der sich vier gleiche Werkstücke 11 nach zugstemperatur gehalten wird und da die Temperatur einer Schablone 12 herstellen lassen. Die Maschine des die Schneidwerkzeuge tragenden Teils in einem besitzt ein Gestell 13 mit einem Bett 14, einem senk- 30 vorher bestimmten Verhältnis zur Bezugstemperatur rechten Ständer 15 und einem über diesem angeord- gehalten wird, müssen diese temperaturbeeinflußten neten Querhaupt 16. Ein Reitstock 17 ist auf senk- Teile so entworfen werden, daß sie dann richtig zurechten Führungen 18, die zwischen Querhaupt und einander eingestellt sind, wenn diese vorher bestimm-Bett verlaufen, angeordnet und kann auf ihnen mittels ten Verhältnisse bestehen. Der Abstand A zwischen einer (nicht dargestellten) Spindel mit Kraftantrieb 35 den Spindeln 22 des Reitstockes, der Abstand B eingestellt werden. Erste temperaturbeeinflußte Ma- zwischen den Spindelkästen 21 auf dem Maschinenschinenteile, die Tische 19, sind auf einem vom Bett teil 19 und der Abstand C der Mitten der Schneid-14 getragenen, gleichfalls temperaturbeeinflußten werkzeuge müssen gleiche Werte haben.
Maschinenteil, der Unterlagsplatte 20, befestigt, sie Bei der hier beschriebenen Maschine ist der Reitbesitzen je eine motorgetriebene Einspannspindel 21 40 stock 17 weit genug von der Spanabnahmestelle weg, zum Einspannen der Werkstücke 11 und der Original- um von der dadurch erzeugten Wärme nicht merkschablone 12. Die oberen Enden der Werkstücke 11 lieh beeinflußt zu werden. Infolgedessen hat die Reit- und der Schablone 12 werden von Spindeln 22 auf- Stocktemperatur die Neigung, bei ihren Schwankungenommen, die im Reitstock angeordnet sind und mit gen die gleichen Temperaturwerte aufzuweisen wie Handgriffen 23 eingestellt werden können. 45 Teil 62 des Maschinenbettes, und man braucht keine

Ein Bettschlitten 27 kann durch einen (nicht dar- Vorrichtung zur Regelung der Reitstocktemperatur gestellten) Flüssigkeitsmotor auf Führungen 28 des vorzusehen. Die Temperaturen, die an den Tischen Ständers 15 in Vertikalrichtung bewegt werden. An 19 und der Unterlagsplatte 20 herrschen, werden diesem ist ein zweiter temperaturbeeinflußter Ma- mit Hilfe eines wärmeaustauschenden Mediums geschinenteil, der Spindelstock 29, von dem die Fräs- 50 regelt, zu dem man die Schneidflüssigkeit benutzen werkzeuge 31 tragende Wellen 30 aufgenommen wer- kann, die während des Schneidvorganges darüber den, angeordnet. Er ist über eine Welle, die zwischen zirkulieren gelassen wird. Wie in der Zeichnung dardem Lager 33 und Lager 26 angeordnet ist, schwenk- gestellt, wird die Schneidflüssigkeit aus einem für sie bar. Mit dem Spindelstock 29 ist eine Fühlvorrich- vorgesehenen Sumpf 63 durch die Pumpe 65 in die tung 38 verbunden, die die Originalschablone 12 be- 55 Leitung 64 gepumpt. Der Druck in Leitung 64 wird rührt, wenn die Fräswerkzeuge die Werkstücke 11 durch das Entlastungsventil 66 aufgebaut. Leitung 64 berühren. Die Fühlvorrichtung steuert die Bewe- geht durch den Wärmeübertrager 67 durch und endet gung der (nicht dargestellten) Spindelkastenmotore neben den Schneidwerkzeugen 31. Die Schneidflüssig- und die Schwenkbewegung des Spindelstockes, wäh- keit wird nach den Werkstücken und Schneidwerkrend der Vertikalvorschubmotor derart geregelt wird, 60 zeugen hingelenkt, fließt auf die Tische 19 und die daß er bei jeder Umdrehung der Spindelkästen den Unterlagsplatte 20 und dann in einen im Unter-Bettschlitten um einen zuvor bestimmten Betrag in gestell befindlichen Trog. Die Schneidflüssigkeit wird Vertikalrichtung verschiebt. aus dem Trog über die Leitung 70 wieder dem Sumpf

Während des Arbeitsvorganges wird der Spindel- zugeführt.

stock 29 der Wärme ausgesetzt sein, die bei der 65 Das wärmeaustauschende bzw. -übertragende Me-

Drehung des Schneidwerkzeugs durch die Vorrich- dium, das dazu dient, die Temperatur des Spindel-

tung entsteht, durch die das Werkzeug gedreht wird. stocks 29 auf ihrem richtigen Wert im Verhältnis zu

Die erzeugte Wärmemenge hängt in erster Linie von der Bezugstemperatur zu halten, kann das Hydraulik-

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öl sein, das zur Betätigung der hydraulischen Vor- kühlen läßt, daß die Temperatur der Tische auf den

richtungen der Maschine benutzt wird. Dieses Öl gleichen Wert wie die des Teils 62 am Untergestell

wird in dem Ölsumpf 75 durch eine vom Thermo- der Maschine, die die Bezugstemperatur darstellt,

statenschalter 77 gesteuerte elektrische Beheizungs- gebracht wird.

vorrichtung 76 auf einer bestimmten Temperatur ge- 5 Ein weiterer Thermostat 111 ist mit einer Kugel

halten. Das Öl wird durch die Pumpe 78 in die Lei- 112 versehen, die im Spindelstock 29 ruht, um die in

tung 79 gefördert. Der Druck in dieser Leitung wird letzterem herrschende Temperatur fühlen zu können,

durch das nach dem Sumpf auslassende Druck- Der Thermostat 111 ist mit der Druckluft zuführen-

begrenzungsventil 80 bestimmt. Die Leitung 79 geht den Leitung 104 und der Steuerdruckluftleitung 102

durch den Wärmeübertrager 81 und durch einen io verbunden, um einen Auslaßdruck herstellen zu kön-

Schlauch 82 zu den durch den Spindelstock ver- nen, der eine Funktion des Steuerdruckes (und damit

laufenden Röhren 83, 84, 85. Von dort gelangt das der Bezugstemperatur) und der Temperatur im

Öl zu allen Teilen des Spindelstockes. Spindelstock ist. Der Druck dieser Luft, die der

Der Rücklauf des Hydrauliköls erfolgt durch Lei- Regelleitung 113 zugeführt wird, fällt ab, wenn die

tung 99. 15 Temperatur im Spindelstock der Bezugstemperatur

Nimmt man einen solchen Kreislauf der Schneid- gegenüber sinkt, und steigt, wenn die Spindelstockflüssigkeit und des Hydrauliköls an, so werden, wie temperatur in bezug auf die Bezugstemperatur anman sieht, die Temperaturen der die Werkstücke steigt. Der Druck in Regelleitung 113 versetzt das tragenden Tische 19 und des die Schneidwerkzeuge druckbetätigte, für gewöhnlich geschlossene Ventil tragenden Spindelstockes 29 auf die Temperaturen 20 114 in Leitung 148 in eine Stellung, in der es die des durch diese hindurchzirkulierenden jeweiligen Umlaufmenge des den Wärmeübertrager durchwärmeübertragenden Mediums gebracht. Die Tempe- fließenden Wassers verringert, wenn der Druck in raturen der Schneidflüssigkeit und des Hydrauliköls Leitung 113 abfällt und diese Umlaufmenge verwerden von den Wärmeübertragern 67 bzw. 81 be- größert, wenn der Druck in dieser Leitung ansteigt, stimmt, die durch pneumatisch betätigte Thermosta- 25 Dadurch wird die Temperatur des den Spindelstock ten geregelt werden. Eine Kühlmediumquelle 145, 29 durchströmenden Hydrauliköls so geregelt, daß die Wasser oder irgendein sonstiges Kühlmittel liefert, die Spindelstocktemperatur auf einem vorher beist durch Leitung 146 mit den Wärmeübertragern stimmten Verhältnis zur Bezugstemperatur gehalten verbunden. Das Ablassen des Kühlmittels aus dem wird.

Wärmeübertrager 67 erfolgt durch Leitung 147 und 30 Der Schalter 115 einer Anzeigevorrichtung wird

aus dem Wärmeübertrager 81 durch die Leitung 148. bei Änderungen des Druckes in Leitung 109 betätigt

Handbetätigte, in Leitung 147 und 148 liegende Ven- und besitzt Klemmen 116, die miteinander verbun-

tile 149 bleiben während des Arbeitens der Maschine den sind, wenn der Druck in dieser Leitung zwischen

offen. zuvor festgelegten Werten liegt. Der Schalter 115

Aus der Zeichnung ist ferner zu entnehmen, daß 35 kann zwei druckbetätigte, mit der Leitung 109 verLuft von konstantem Druck durch eine Druckluft- bundene Schaltelemente mit Kontakten haben, die quelle 103 der Zuleitung 104 zugeführt wird, an die zwischen den Klemmen 116 in Reihe miteinander ein erster Thermostat 105 angeschlossen ist, dessen liegen. Ein Satz Kontakte nimmt für gewöhnlich die Temperaturfühler 106 im Untergestell der Maschine Offenstellung ein und wird geschlossen, wenn der an Teil 62 anliegt, um die Temperatur desselben füh- 40 Druck in Leitung 109 eine vorher bestimmte Höhe len zu können. Der am Ausgang des Thermostaten erreicht; der andere Kontaktsatz ist für gewöhnlich herrschende Druck ist eine Funktion der Unter- geschlossen und wird erst geöffnet, wenn der Druck gestelltemperatur und variiert mit dieser. Die aus eine andere, zuvor bestimmte Höhe erreicht, die dem Thermostaten'105 austretende Druckluft wird über dem den ersten Kontaktsatz betätigenden Druck einer Steuerleitung 102 zugeführt. Ein zweiter Ther- 45 liegt. Mithin werden beide Kontaktsätze geschlossen mostat 107 steht mit der Zuleitung 104 und der und die Klemmen 116 miteinander verbunden sein, Steuerdruckluftleitung 102 in Verbindung und liegt wenn der in Leitung 109 herrschende Druck zwischen mit einer Kugel 108, die gleichfalls einen Temperatur- vorher bestimmten Grenzen liegt; und einer oder der fühler darstellt, an der Unterlagsplatte 20 an, um die andere Kontaktsatz wird offen und die Klemmen 116 Temperatur, die an dieser Platte 20 und den das 50 werden voneinander getrennt sein, wenn dieser Werkstück tragenden Tischen 19 herrscht, fühlen zu Druck ober- oder unterhalb dieser Grenzen liegt. Da können. Der Druck am Auslaß des Thermostaten 107 der Druck in Leitung 109 eine Funktion der Temist sowohl eine Funktion der Temperatur an der peratur des Spindelstockes 29 und der an der Stelle Unterlagsplatte als auch des Steuerdrucks in Leitung 62 herrschenden Bezugstemperatur ist, werden die 102, der eine Funktion der Bezugstemperatur ist. 55 Kontakte des Schalters 115 so eingestellt, daß die Wenn die von der Thermostatenkugel 108 gefühlte Klemmen 116 miteinander verbunden werden, wenn Temperatur gegenüber der Bezugstemperatur sinkt, das gewünschte, zuvor festgelegte Verhältnis zwiso sinkt auch der Auslaßdruck der der Regeldruck- sehen Spindelstocktemperatur- und Bezugstemperatur leitung 109 zugeführten Druckluft. Hierdurch wird erreicht ist. Ein ähnlicher Schalter 117 der Anzeigedas druckbetätigte, für gewöhnlich geschlossene Ven- 60 vorrichtung mit Klemmen 118 ist mit Regelleitung til 110 in der wasserführenden Leitung 147 so ge- 113 verbunden und wird durch Druckänderungen in stellt, daß es den den Wärmeübertrager 67 durch- dieser Leitung betätigt. Ist die Temperatur der fließenden Wasserstrom drosselt. Umgekehrt nimmt, Tische dieselbe wie die Bezugstemperatur, so stehen wenn die Temperatur an den temperaturbeeinfiußten die Klemmen 118 miteinander in Verbindung, und Maschinenteilen 19 der Bezugstemperatur gegenüber 65 wenn eine Temperaturdifferenz auftritt, die jenseits steigt, der Auslaßdruck am Thermostaten 107 zu und der Grenzen liegt, auf die die Kontakte eingestellt wird Ventil 110 so gestellt, daß es den Wasserstrom worden sind, so werden die Klemmen 118 voneinso ansteigen und die Schneidflüssigkeit sich so ab- ander getrennt. Eine Signallampe 119 liegt mit einer

elektrischen Stromquelle 120 und den Klemmen 116 und 118 in Reihe, so daß sie brennt, wenn sowohl die Temperatur im Spindelstock 29 als auch die Temperatur an den die Werkstücke tragenden Tischen 19 das richtige, vorher bestimmte Verhältnis zu der an der Stelle 62 herrschenden Bezugstemperatur haben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine, insbesondere Fräsmaschine, mit einer Regeleinrichtung zum Konstanthalten der Temperaturdifferenz zwischen Maschinenteilen, die sich während des Arbeitens der Maschine erwärmen, und einem Maschinenteil, dessen Temperatur als Bezugstemperatur gilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugstemperatur die Temperatur eines Maschinenteils ist, der von der beim Arbeiten der Maschine entstehenden Wärme nur unwesentlich beeinflußbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Maschinenteil (19; 20/29), dessen Temperatur zu regeln ist, ein Wärmeaustauscher (67; 81) mit Flüssigkeitsdurchlauf zugeordnet ist, dessen Durchflußmenge von der Regeleinrichtung beeinflußbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 1036 095, 1010 802, 112, 761 562, 367 008;

USA.-Patentschriften Nr. 2 430127, 2 257 849;

»Der Maschinenmarkt«, Nr. 19, vom 7. 3.1958, S. 15 und 16;

»Werkstatt und Betrieb«, 90. Jahrgang, H.

3, März 1957, S. 165 bis 171.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1077 560,1 058 396.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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