DE2842014C3 - Vorrichtung zur Korrektur der Steigungsfehler der Leitspindel an einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Korrekturvorrichtung zur Korrektur der Steigungsfehler der Leitspindel an einer Präzisions-Werkzeugmaschine, die ein aus der Leitspindel und einer Spindelrrmtter bestehendes Schraubgetriebe zur axialen Verschiebung eines Schlittens aufweist, wobei die Spindelmutter unverdrehbar und begrenzt axial verschiebbar im Schlitten gelagert ist, und wobei eine mit einem einstellbaren, eine im wesentlichen ebene Abtastfläche aufweisenden Korrekturlineal in Berührung stehende Abtasteinrichtung über einen quer zur Leitspindelachse beweglichen, zwischen der Spindelmutter und dem Schlitten angeordneten Keil dem Schlitten eine zusätzliche Axialverschiebung erteilt.

Bei Präzisions-Werkzeugmaschinen mit Leitspindeln, z. B. bei Gewindeschleifmaschinen, wird eine höchstmögliche Genauigkeit des Werkstückes erstrebt Um dies zu erzielen, sind Korrekturvorrichtungen bekannt mit welchen sowohl die langwelligen, systematischen Steigungsfehler wie auch die variablen Tendenssteigungsfehler kompensiert werden können. Für die erste Art von Fehlern müssen Korrekturwerte fest in der Vorrichtung angebracht werden können, für die zweite Art von Fehlern muß die Vorrichtung innerhalb gewisser Grenzen einstellbar sein.

Bei einer bekannten Ausführung einer Korrekturvorrichtung (Kucer, I. M. Metallorezuscie Stanki — Osnovy Konstruirovanija i Rasceta / Werkzeugmaschinen —

is Grundlagen für die Konstruktion und Berechnung, 2. Auflage, 1969, Verlag: Masinostroenie, Leningrad/ UdSSR, Seiten 425, 426) erfolgt die Einstellung der erforderlichen oder beabsichtigten Größe der Steigungskorrektur durch die Schrägstellung eines Korrekturlineals in einer die Leitspindelachse enthaltenden Ebene. Die Abtastung des Korrekturlineals durch ein Abtastelement bewirkt über einen Verstellkeil eine axiale Relativverschiebung der Spindelmutter in bezug auf den Schlitten.

Der Einbau eines Korrekturlineals an einer Gewindeschleifmaschine ist in der DE-PS 10 70 522 dargestellt und beschrieben. Zur Einstellung der Korrektur des Tendenzsteigungsfehlers (variable Korrektur) wird das Lineal um einen festen Drehpunkt am Maschinenbett geschwenkt Zur festen Korrektur des systematischen Steigungsfehlers ist das Lineal mit einem entsprechenden Profil versehen, das empirisch ermittelt wird und insbesondere die Fertigungsgenauigkeiten der Maschine ausgleicht

Bei einer weiteren, aus der Zeitschrift Feingerätetechnik 6 (1957) 12, S. 555—557 bekannten Korrekturvorrichtung ist das Korrekturlineal aus kleinen Segmentstücken zusammengesetzt örtliche Korrekturen nach beiden Richtungen können jederzeit vorgenommen werden, indem an den entsprechenden Stellen die Segmentstücke nach innen oder nach außen verschoben werden. Nötigenfalls können die Abtastflächen der Segmente an die Rolle der Abtasteinrichtung angeglichen werden. Die Korrektur des Tendenzsteigungsfehlers der Leitspindel erfolgt durch Schwenken des Korrekturlineals um einen Schwenkpunkt

Aus nachfolgend erwähnten Gründen sind die bekannten Korrekturlineale unbefriedigend: Da ein solches Korrekturlineal aus Steifigkeitsgründen verhältnismäßig hoch ausgebildet sein muß, — man könnte eher von einer Korrekturschablone sprechen —, ist sein Einbau in eine Maschine oder in ein Gerät, z. B. in eine Gewindeschleifmaschine, nur mit großem Aufwand oder in gewissen Fällen gar nicht möglich. Dies darum, weil der für solche Korrekturschablonen erforderliche Raum bereits durch die Handantriebe für die Einstell- und Verstellorgane der Maschine belegt ist Eine Umführung dieser Antriebe, um den notwendigen Raum zu schaffen, ist meist zu kostspielig.

Zudem ist die Korrektur des langwelligen Verlaufes des systematischen Steigungsfehlers aufwendig. Entweder muß die Abtastfläche des Korrekturlineals als Kurvenschablone ausgebildet sein, was herstellungstechnisch mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, oder im Fall des aus mehreren Segmenten bestehenden Kurvenlineals ist das Einstellen, Justieren und Ausmessen dieser Segmente zeitraubend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Korrekturvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche ein Korrekturlineal aufweist, das einerseits im Betrieb die erforderliche Biegesteifigkeit bsi geringen Abmessungen besitzt und andererseits zur Korrektur der beiden Steigungsfehler einfach einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Korrekturlinealachse unter einem spitzen Winkel α eine Ebene durchsetzt, welche bestimmt ist durch die Leitspindelachse und die diese schneidende, senkreckΐ zu ihr stehende Abtastrichtung der Abtasteinrichtung, und daß das Korrekturlineal mehrfach in unterschiedlicher, den erforderlichen Korrekturbeträgen entsprechender Höhe abgestützt und um seine Achse verdrehb.ar ist

Durch die mehrfache Abstützung erhält das in der Maschine eingebaute Korrekturlineal trotz seiner kleinen Abmessungen im Betrieb die notwendige Steifigkeit

Die Korrektur des TendenzsteigungsL/hlers kann auf einfache Weise den jeweiligen Bearbeitungsverhältnissen angepaßt werden. In der Ausgangslage des Korrekturlineals, bei einem Drehwinkel von β = 0°, liegt die Abtastfläche parallel zur Leitspindelachse und die Abtastbahn der auf der Abtastfläche abrollenden Abtastvorrichtung liegt ebenfalls parallel zur Leitspindelachse. Der Verstellkeil wird durch die Abtastvorrichtung nicht bewegt Sobald nun das Korrekturlineal um einen Winkel von β ^0° aus der Ausgangslage verdreht wird, ist die Abtastfläche zur Leitspindel geneigt, so daß nun auch die Abtastbahn nicht mehr parallel zur Leitspindelachse verläuft Beim Abrollen der Abtastvorrichtung auf der Abtastfläche wird der Verstellkeil in Querrichtung bewegt, wodurch die Axialverschiebung des beweglichen Maschinenelementes korrigiert wird. Diese einstellbare Korrektur des Tendenzsteigungsfehlers ist proportional zur Gewindesteigung der Leitspindel.

Zur Kompensation des systematischen Steigungsfehlers wird die Höhe der einzelnen Stützen entsprechend angepaßt Es handelt sich hier um sehr kleine Korrekturen, meist in der Größenordnung von einigen hundertstel Millimetern, so daß die Korrekturlinealachse nur geringfügig gekrümmt wird und nach wie vor im wesentlichen gerade ist

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Aufriß des Korrekturlineals in seiner um den Winkel » gegenüber der Horizontalen nach unten geneigten Lage,

F i g. 2 eine Ansicht des Korrekturlineali; in Richtung des Pfeiles II gemäß Fig. 1 bei einer um den Winkel β nach rechts gedrehten Lage des Lineals,

F i g. 3 die gleiche Ansicht des Korrekturlineals wie in F i g. 2, wobei es in seiner Ausgangslage, d. h. bei β = 0°, dargestellt ist

F i g. 4 die gleiche Ansicht des Korrekturlineals wie in F i g. 2, wobei es in einer um den Winkel β nach links gedrehten Lage dargestellt ist,

Fig.5 einen vertikalen Längsschnitt nach der Linie V-V gemäß F i g. 6 durch die Leitspindelmutter,

F i g. 6 einen horizontalen Längsschnitt nach der Linie VI-VI gemäß F i g. 7 durch die Leitspindelmutter, den . Verstellkeil und das Korrekturlineal,

Fig.7 einen Querschnitt nach der Linie VIl-VIl

gemäß F i g. 6 durch die Leitspindelmutter, den Verstellkeil und das Korrekturlineal,

Fig.8 einen Querschnitt nach der linie VIII-VIII gemäß Fig.6 durch das Korrekturlineal und die Verstelleinrichtung für die Verdrehung des Korrekturlineclsund

Fig.9 eine vereinfachte Darstellung der Aufspannung des Korrekturlineals zur Korrektur von langweiligen systematischen Fehlern.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Gewindeschleifmaschine mit einer im Bett der Maschine drehbar gelagerten, axial festgelegten Leitspindel, die in bekannter Weise die Axialverschiebung eines Werkzeugschlittens bewirkt Dazu greift die Leitspindel in eine Spindelmutter ein, welche unverdrehbar am Werkzeugschlitten angeordnet ist In Axialrichtung ist jedoch die Spindelmutter relativ zum Werkzeugschlitten begrenzt verschiebbar. Das Korrekturlineal ist ortsfest und dreheinstellbar am Maschinenbett befestigt Ober eine Abtasteinrichtung wird durch das Lineal eine Hubbewegung eines Verstellkeiles ausgelöst Der Keil wirkt derart mi* dem Schlitten und der Spindelmutter zusammen, daß diese beiden Teile während der gemeinsamen Axialverschiebung noch um einen bestimmten Betrag relativ zueinander in einer der beiden Richtungen axial verschoben werden, um die gewünschte Fehlerkompensation zu erzielen.

In den F i g. 1 bis 4 ist das an einer Gewindeschleifmaschine angeordnete Korrekturlineal 1 schematisch dargestellt Es hat die Form eines in Längsrichtung halbierten Zylinders, dessen Achsschnittfläche eine Abtastfläche 2 für die noch im Detail zu beschreibende Abtasteinrichtung bildet Seine zylindrische Mantelfläche dient zur drehbaren Lagerung in entsprechend geformten Stützlagern 3.

Um eine Wirkung auf die Abtasteinrichtung bzw. auf den Verstellmechanismus zur Ausübung einer axialen Korrekturverschiebung C (F i g. 6) der Spindelmutter ausüben zu können, muß das Korrekturlineal 1 so in der Maschine eingebaut sein, daß seine Achse 5 die Verschieberichtung der Spindelmutter 4, welche mit der Richtung der Leitspindelachse 6 identisch ist, unter einem bestimmten Winkel « kreuzt Die Größe des Winkels α ergibt sich aus dem geforderten Hub D der Abtasteinrichtung, welche im vorliegenden Fall durch eine Abtastrolle 7 verkörpert wird. Der geforderte Hub D seinerseits bestimmt sich aus dem gewünschten Bereich der axialen Korrekturverschiebung C der Spindelmutter 4 und des Keilwinkels des Verstellkeils 8 (F ig. 6).

Da die Verschieberichtung der Spindelmutter 4 horizontal ist, muß das Korrekturlineal 1 am Bett 9 der Maschine eine zur Horizontalen um den Neigungswinkel Oi nach unten geneigte Lage einnehmen.

Die Abtastfläche 2 des Korrekturlineals 1, welche, wie schon erwähnt, durch die Achsschnittfläche eines Zylinders dargestellt wird, nimmt in ihrer Ausgangslage (F i g. 3), weiche durch einen Drehwinkel von β = 0° definiert ist, eine vertikale Lage ein. Da das Korrekturlineal 1 unter dem Winkel« zur Horizontalen geneigt ist, verläuft die Berührungslinie 10, auf welcher die horizontal sich verschiebende Abtastrolle 7 auf der Abtastfläche 2 abrollt, horizontal geradlinig vom Punkt A zum Punkt B, d. h. sie kreuzt die Achse 5 des Korrekturlineals 1. In der erwähnten Ausgangslage des Korrekturlineals 1, d. h. bei β = 0°, ist die Abtastfläche 2 genau parallel zur Leitspindelachse 6. Demzufolge verläuft auch die Berührungslinie 10 genau parallel zur

Leitspindelachse 6. Die Abtastrolle 7 führt in diesem Falle keine Hubbewegung Daus.

Wird das Korrekturlineal 1 um seine Achse nach links {ß < 0°) (Fig.4) oder nach rechts (ß > 0°) (Fig.2) verdreht, so ist die Ebene der Abtastfläche 2 nicht mehr parallel zur Leitspindelachse 6, wodurch auch die Berührungslinie 10 nicht mehr parallel zur Leitspindelachse 6 verläuft Die Verlängerungen der Berührungslinie 10 und der Leitspindelachse 6 schneiden sich in einem weit entfernten Punkt Die Abtastrolle 7 führt in diesem Falle, je nach Größe und Richtung des Drehwinkels β und je nach Richtung der Verschiebung der Spindelmutter 4 bzw. des sich mit ihr verschiebenden Schlittens 11, eine gegen die Leitspindelachse 6 gerichtete oder eine von ihr wegführende Hubbewegung D aus. Diese Hubbewegung D wird nun für die Verschiebung eines Verstellkeils 8 benützt welcher in an sich bekannter Art und Weise eine axiale Korrekturverschiebung C der Spindelmutter 4 bezüglich des von ihr zu verschiebenden Schlittens 11 bewirkt

Das Korrekturlineal 1 wird aus Steifigkeitsgründen auf einer Vielzahl von Stützlagern 3, welche mit Schrauben 29 am Maschinenbett 9 befestigt sind, abgestützt (Fig.9), wobei die Anpreßkraft mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl von Zugfedern 12, welche mittels Gewindebolzen 13 und 14 im Korrekturlineal 1 und im Bett 9 der Maschine verankert sind, aufgebracht wird. Für die Abstützung des Lineals in Längsrichtung dienen die beiden Anschläge 15, welche mit der Schraube 30 am Bett 9 festgeklemmt werden.

Die Einstellung des Drehwinkels β erfolgt mittels einer im Bett 9 angeordneten Mikrometerschraube 16 (Fig.6, 8). Sie ist in einem Körper 17, welcher das dazugehörige Muttergewinde aufweist angeordnet Dieser Körper 17 ist im Bett 9 der Maschine mittels der Paßfeder 18 verdrehsicher aufgenommen und mit Hilfe einer Ringmutter 19 festgeklemmt Die dem Rändelrad gegenüberliegende Verlängerung der Mikrometerschraube 16 berührt einen Hebel 20, welcher mittels einer Schraube 21 am Korrekturlineal 1 befestigt ist Mit Hilfe der Mikrometerschraube 16 kann nun der Hebel 20 verschwenkt werden, was zu einer Verdrehung des Korrekturlineals 1 um den gewünschten Drehwinkel β führt Die Zugfeder 31, welche mittels Bolzen 32 und Schraube 33 im Hebel 20 bzw. im Bett 9 verankert ist drückt den Hebel 20 ständig gegen das freie Ende der Mikrometerschraube 16.

Ist nun das Korrekturlineal 1 aus der Ausgangslage gemäß Fig.3 in eine der Verdrehlagen gemäß Fig.2 oder 4 verschwenkt worden, so führt, bei einer Längsverschiebung der Spindelmutter 4 bzw. des von ihr angetriebenen Schlittens U, die Abtastrolle 7 eine entsprechende Hubbewegung D aus. Die Abtastroiie 7 ist am Verstellkeil 8 auf einer Achse 22 drehbar gelagert und mittels der auf den Verstellkeil 8 wirkenden Druckfedern 23 gegen die Abtastfläche 2 des Korrekturlineals 1 gedruckt Die Druckfedern 23 stützen sich auf das Winkelstück 24 ab, welches mittels Schrauben 25 am Schlitten 11 befestigt ist Die Hubbewegung D des Verstellkeils 8 bewirkt infolge seiner Keilflächen eine axiale Verschiebung C der Spindelmutter 4 relativ zum Schlitten 11. Währenddem sich der Schlitten und die Spindelmutter gemeinsam verschieben, bewirkt die Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen eine stetige Bewegungskorrektur des Schlittens 11. Je nach Richtung der Verdrehlage des Korrekturlineals 1 um den Winkel β verschiebt sich die Spindelmutter etwas rascher bzw. etwas langsamer im Vergleich zum Schlitten 11. Auf diese Weise können Tendenzsteigungsfehler von umlaufenden Leitspindeln entsprechend korrigiert werden.
Bei der Relativbewegung gleitet die Spindelmutter 4

to mit ihrer Fläche Eauf der Gegenfläche Farn Schlitten 11. Die Flächen E, F berühren einander spielfrei und sichern die Spindelmutter gegen Verdrehung. Der zwischen dem Schlitten und der Spindelmutter angeordnete Verstellkeil wirkt mit seiner Keilfläche G auf die entsprechende Schrägfläche Wan der Spindelmutter 4 ein, um die Relativbewegung zu erzeugen.

Führt der Verstellkeil 8 nun einen vom Korrekturlineal 1 über die Abtastrolle 7 bewirkten Hub D quer zur Leitspindelachse 6 aus, so wird der Spindelmutter 4 während ihrer durch die rotierende Leitspindel 26 verursachten Längsverschiebung eine in bezug auf den Schlitten 11 zusätzliche Verschiebung in gleicher oder entgegengesetzter Richtung mitgeteilt Damit die notwendige Steifigkeit der Verbindung Spindelmutter 4 und Schlitten 11 gewährleistet ist muß der Verstellkeil 8 mit Hilfe von verhältnismäßig starken Druckfedern 27 spielfrei zwischen der Spindelmutter 4 und dem Schlitten 11 in Wirkverbindung gehalten werden. Die Druckfedern 27 stützen sich am Schlitten 11 ab und wirken auf einen mit der Spindelmutter 4 in Verbindung stehenden Ring 28.

Für die feste Korrektur der langwelligen Abweichungen, d. h. eines kurvenförmigen Verlaufes des systematischen Steigungsfehlers, können die Stützlager 3, aufgrund einer Ausmessung des Steigungsfehlerverlaufes innerhalb der nutzbaren Länge des Korrekturlineals 1 in der Höhe so korrigiert werden (F i g. 9), daß eine Glättung des Steigungsfehlerverlaufes, bzw. ein nahezu geradliniger Verlauf des systematischen Steigungsfehlers erreicht wird. Die Auflagehöhen der Stützlager 3 sind in diesem Fall nicht mehr gleich; sie werden in der Zeichnung mit ACi, K₂ ... bezeichnet Eine Beeinträchtigung der Einstellbarkeit des Korrekturlineals 1 durch die Drehung um den Winkel β Findet dabei nicht statt, da die Verbiegung des Lineals sehr gering ist

Das Korrekturlineal muß nicht unbedingt, wie vorstehend beschrieben, aus einem längshalbierten Zylinder bestehen. Wichtig ist daß es eine im wesentlichen ebene Abtastfläche aufweist die um die geneigte Längsachse des Lineals verdrehbar ist Das

Lineal könnte z. B. aus einem Stab mit rechteckigem Querschnitt bestehen und nur an den Stützstellen Drehiagerfiachen aufweisen. Die Korrektur-Vorrichtung läßt sich nicht nur bei

Gewindeschleifmaschinen, sondern auch bei anderen Präzisionsmaschinen mit Leitspindeln verwenden. Auch die Anordnung der verschiedenen Teile (Leitspindel, Spindelmutter, Schlitten) zueinander kann unterschiedlich sein.

Dementsprechend kann das Koirekturlineal entweder, wie im Ausführungsbeispiel, am Bett oder aber am Schlitten befestigt sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Korrekturvorrichtung zur Korrektur der Steigungsfehler der Leitspindel an einer Präzisions-Werkzeugmaschine, die ein aus der Leitspindel und einer Spindelmutter bestehendes Schraubgetriebe zur axialen Verschiebung eines Schlittens aufweist, wobei die Spindelmuttet unverdrehbar und begrenzt axial verschiebbar im Schlitten gelagert ist, und wobei eine mit einem einstellbaren, eine im wesentlichen ebene Abtastfläche aufweisenden Korrekturlineal in Berührung stehende Abtasteinrichtung über einen quer zur Leitspindelachse beweglichen, zwischen der Spindelmutter und dem Schlitten angeordneten Keil dem Schlitten eine zusätzliche Axialverschiebung erteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinealachse (S) unter einem spitzen Winkel («) eine Ebene durchsetzt, welche bestimmt ist durch die Leitspindelachse (6) und die diese schneidende, senkrecht zu ihr stehende Abtastrichtung der Abtasteinrichtung (7), und daß das Korrekturlineal (1) mehrfach in unterschiedlicher, den erforderlichen Korrekturbeträgen entsprechender Höhe abgestützt und um seine Achse (5) verdrehbar ist

2. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung aus Stützlagern (3) besteht, die entweder an einem unbeweglichen Maschinenteil (9) oder am Schlitten (11) angeordnet sind.

3. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturlineal (1) in Form einer halbzylindrischen Stange ausgebildet ist, wobei die Achsschnittebene die Abtastfläche (2) ist

4. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 3 und/ oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturlineal (t) mittels über seine Länge verteilt angeordneter Federn (12) gegen die Stützlager (3) gepreßt ist

5. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehung des Korrekturlineals (1) um seine Achse (5) eine manuell betätigbare Verstelleinrichtung (16,31,20) vorgesehen ist.

6. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung eine Mikrometerschraube (16) aufweist, deren Ende auf einen am Korrekturlineal (1) befestigten Hebel (20) einwirkt, und daß der Hebel (20) mittels einer Feder (31) ständig gegen das Ende der Mikrometerschraube (16) gepreßt ist