COMBINED LINEAR ROLLER AND SLIDE BEARING

Abstract: 1. A combined linear roller and slide bearing for a machine tool slide (11) suspended for horizontal motion from a cantilever member (5) or the like comprising a horizontally extending sliding surface (44, 45) provided on an upwardly facing side of said slide, said sliding surface cooperating with a sliding surface (46, 47) provided on the under side of said cantilever member (5) or the like and further comprising, disposed between said cantilever member (5) or the like and said slide, a roller guide arrangement (25-31) adapted to bias said sliding surfaces (44-47) through the application of vertically upwardly acting spring forces and adapted horizontally to guide said slide (11) subjected to biasing forces, characterized in that said slide (11), which is exclusively guided below said cantilever member or the like on said member has said sliding surfaces (44, 46 ; 45, 47) associated therewith in pairs which are arranged symmetrically in relation to the longitudinal axis of the slide, and that said roller guide arrangement (25, 31) comprises, symmetrically disposed in relation to the longitudinal axis of the slide an alongside said pairs of sliding surfaces (44, 46 ; 45, 47), pairs of guide rails (25, 27 ; 26, 28) provided with Vee-shaped ball guide grooves (29, 30) facing one another, there existing forces resulting from the vertically upwardly acting spring forces and acting in a horizontal direction transversely of the direction (10) of sliding motion of said slide (11), one rail (27, 28) of each pair being rigidly connected to said slide (11), the other rail (25, 26) of each pair being mounted on said cantilever member (5) or the like in such a way as to be vertically adjustable to the extent required for the application of said bias by means of springs (40).

Description: Kombinierte Wälz-/Gleitführung als Geradführung Die Erfindung betrifft eine kombinierte Wälz-/ Gleitführung als Geradführung für einen an der Unterseite eines Auslegers od. dgl. hängend angebrachten Schlitten einer Werkzeugmaschine, der in horizontaler Richtung verschiebbar ist. Im Werkzeugmaschinenbau sind Geradführungen üblich, die als reine Gleitführungen mit Schmierung im hydrodynamischen oder im Mischreibungs Bereich ausgeführt sind. Als Gleitflächen sind sowohl Metall-/Metall- als auch Met all-/Kunst- stoff-Paarungen anzutreffen. Solche Führungen zeichnen sich aus durch ein sehr gutes Dämpfungsverhalten; nachteilig sind der relativ hohe Reibwert und ein häufig zu beobachtendes stickslip-Verhalten. Diese Nachteile werden bei Geradführungen vermieden, die als öl- oder fettgeschmierte Wälzlagerungen ausgeführt sind. Derartige Wälzlagerungen weisen jedoch ein sehr geringes Dämpfungsverhalten auf. Vielfach werden heute kombinierte Wälz-/Gleitführungen angewendet, um die Vorteile der beiden Bauarten möglichst weitgehend auszunutzen ohne ihre Nachteile zu übernehmen. Bei den bekannten Ausführungen (vgl. E.Salje': Elemente der spanenden Werkzeugmaschinen, Carl Hanser Verlag München, 1968, 5.53/55) werden geradlinig bewegbare Schlitten oder Tische auf dem Maschinenbett geführt. Für eine hängende Anordnung eines geradlinig bewegbaren Schlittens sind diese Führungen nicht verwendbar, da sie mit Spiel behaftet sind und der Schlitten unter dem Bearbeitungs druck nach oben ausweichen würde. Neben diesen mit rein mechanischen Elementen arbeitenden Geradführungen werden im Werkzeugmaschinenbau mitunter auch aerostatische oder hydrostatische Führungen angewendet (DE-OS 2346633). Wollte man solche Führungen bei einer hängenden Anordnung eines geradlinig bewegbaren Schlittens vorsehen, so wäre eine völlig spiel freie Führung nur beim Betrieb der Maschine möglich, nicht aber bei abgeschalteter Pneumatik oder Hydraulik. Das Einstellen des Werkzeugs zum Werkstück wird dadurch erschwert. Daneben ist eine aerostatische oder hydrostatische Führung bei Feinbearbeitungsmaschinen, z.B. Schabmaschinen für die Zahnradfeinbearbeitung, vielfach unerwünscht, da bei einem Druckabfall während des Betriebes mit einer Zerstörung des teuren Werkzeuges gerechnet werden muss. Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Geradführung zu entwickeln, die trotz hängender Anordnung des zu führenden verschiebbaren Maschinenteiles nicht nur ständig absolut spielfrei sondern auch vorgespannt sein soll. Daneben soll die Führung keinen stick-slip-Effekt und eine hohe Dämpfung aufweisen. Die Aufgabe wird gelöst mit einer kombinierten Wälz-/Gleitführung, die die Merkmale des Hauptanspruches aufweist. Die spielfreie oder vorgespannte Einstellung des Schlittens kann mit dem Merkmal des Anspruchs 2 noch verbessert werden. Mit dem für sich bekannten Merkmal des Anspruchs 3 kann die Wirkung der erfindungsgemässen Anordnung weiter verbessert werden, insbesondere dann, wenn man noch das Merkmal des Anspruchs 4 gleichzeitig anwendet. Eine kombinierte Wä1z#/Gleitführung für einen an einem Ausleger hängenden, horizontal beweglichen Schlitten einer Werkzeugmaschine ist aus einer Druckschrift "FRORIEP-Berichte", Bericht 9, 2. Ausgabe, November 1964, veröffentlicht von der Maschinenfabrik Froriep GmbH in Rheydt, bekannt. Abgesehen davon, dass dort keine reine hängende Anordnung des Schlittens gegeben ist (der Schlitten umgreift z.T. den Ausleger), erfolgt die Abstützung auch nicht über zwischen Führungslei sten aufgenommene Kugeln, sondern es sind dort Stahlleisten mit horizontalen und vertikalen Rollen vorgesehen. Es fehlt weiter die paarweise Anordnung gleicher Elemente. Ein weiterer, ganz entscheidender Unterschied zur vorliegenden Wälz-/Gleitführung liegt in der Wirkung der die Vorspannung erzeugenden Federn: Bei der bekannten Anordnung erfolgt eine Vorspannung nur in vertikaler Richtung, bei der erfindungsgemässen Anordnung jedoch gleichzeitig in horizontaler Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens, und zwar dank der in den V-förmigen Nuten geführten Kugeln. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, das in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist. Es zeigen Figur 1 eine Maschine, bei der die Erfindung anwendbar ist, Figur 2 einen Querschnitt durch die erfindungs gemässe Geradführung, Figur 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie 111-111 in Figur 2, Figur 4 eine Einzelheit aus Figur 2 in grösserem Massstab. Als #Beispiel einer Werkzeugmaschine, auf der die Erfindung anwendbar ist, ist in Figur 1 eine Zahnradschabmaschine stark vereinfacht dargestellt, wie sie in dieser Ausführung noch nicht zum bekannten Stand der Technik gehört. Auf einem Maschinenbett 1 ist an einem Ende ein vertikaler Ständer 2 starr angebracht. An diesem Ständer 2 ist in einer zum freien Ende des Bettes 1 gerichteten senkrechten Geradführung 3 ein dieses Bett ende überragender Vertikalschlitten 4 höhen verstellbar und antreibbar angeordnet. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen sind, da sie für die Erfindung nicht von Bedeutung sind, nicht gezeichnet und brauchen nicht beschrieben zu werden. An seiner Unterseite trägt der Vertikalschlitten 4 einen sogenannten Einstellschlitten 5, der um eine vertikale Achse 6 schwenkbar ist. Der Einstellschlitten 5 ist unterteilt. Er besteht im wesentlichen aus einem beim Balligschaben um die Achse 6 schwenkbaren Oberteil 7, einem gegenüber diesem um eine horizontale Achse 8 schwenkbaren Unterteil 9. An letzterem hängt, gegenüber diesem in horizontaler Richtung 10 verschiebbar, ein Vorschubschlitten 11. Dieser Vorschubschlitten 11 ist mit einer erfindungs- gemässen Geradführung im Unterteil 9 geführt und gehalten, worauf noch eingegangen wird. Nicht eingegangen wird dagegen auf die Einrichtungen zum Drehen des Oberteiles 7 um die Achse 6 und auf die Einrichtung 19 zum Schwenken des Unterteiles 9 um die Achse 8, da sie für die Erfindung ohne Bedeutung sind. An der Unterseite des Vorschubschlittens ist - wiederum um die vertikale Achse 6 schwenkbar - ein Werkzeugkopf 13 mit einem darin drehend antreibbar aufgenommenen Werkzeug, einem Schabrad 14, angebracht. Der Werkzeugkopf 13 mit dem Schabrad 14 führt zusammen mit dem Vorschubschlitten 11 die Längsbewegung in Richtung 10 aus. Auf dem Maschinenbett 1 sind in einer bekannten Führung 15 verschiebbare Reitstöcke 16, 17 zur Aufnahme eines Werkstücks 18 vorhanden. Der Einstellschlitten 5 und insbesondere der Vorschubschlitten 11 sind in dsn Figuren 2 und 3 im einzelnen dargestellt. In einer mit Tellerfedern 21 vorgespannten Rundführung 20 ist das Oberteil 7 in einem mit dem Vertikalschlitten 4 verschraubten Zentrierring 22 um die Achse 6 drehbar aufgenommen. Am Oberteil 7 sind Bolzen 23 befestigt, an denen das Unterteil 9 um eine Achse 8 schwenkbar angebracht ist. Der Einstellschlitten 5 bildet gewissermassen einen vom Ständer 2 ausgehenden Ausleger, an dem der Vorschubschlitten 11 hängt. In einer Vertiefung an der Unterseite des Unterteiles 9 sind mit mehreren Schrauben 24 erste Führungsleisten 25, 26 parallel und mit Abstand zueinander angeschraubt. Zwischen diesen ersten Führungsleisten 25, 26 sind mit geringem Abstand und parallel zu diesen zweite Führungsleisten 27, 28 vorgesehen, die mit dem Vorschubschlitten 11 fest verschraubt sind. Sowohl die ersten als auch die zweiten Führungsleisten 25,26; 27,28 weisen auf den mit geringem Abstand einander zugewendeten Längsseiten V-förmige Nuten 29, 30 auf, an deren Nutflanken käfiggeführte Kugeln 31 anliegen. Zum ersten spielfreien Einstellen der Kugeln an den Nutflanken sind Stellschrauben 32 vorgesehen, mit denen die Führungsleisten in horizontaler Richtung gegen die Kugeln gedrückt werden. Mit diesen Stellschrauben werden ausserdem die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen der Führungselemente quer zur Bewegungsrichtung 10 ausgeglichen. In einer weiteren, mit Tellerfedern 36 vorgespann ten Rundführung 35 ist der Werkzeugkopf 13 im Vorschubschlitten 11 um die Achse 6 schwenkbar und mit Schrauben 37 und Muttern 38 in einer ringförmigen T-Nute 39 feststellbar aufgenommen. (zahn liche Mittel können auch zum Feststellen des Oberteiles 7 gegenüber dem Vertikalschlitten 4 verwendet werden.) Um ein durch die nach unten gerichtete Gewichtskraft von Vorschubschlitten 11, Werkzeugkopf 13 und aller damit verbundener Teile hervorgerufenes Spiel in den Kugelführungen 25,31,27; 26,31,28 auszuschalten, werden die Kugelführungen mit einer vertikal wirkenden Federkraft vorgespannt. Jede Schraube 24 der ersten Führungsleisten 25,26 liegt mit ihrem Kopf über einem Federteller 41 auf einem Federpaket 40 auf, das sich am Zwischenteil 9 abstützt. Ein das Federpaket 40 durchdringender, den Schaft der Schraube 24 teilweise umhüllender rohrförmiger Ansatz 42 des Federtellers 41 ist in seiner Länge so bemessen, dass er auf der ersten Führungsleiste 25,26 aufliegt und ein weiteres Vorspannen des Federpaketes 40 verhindert, wenn die Vorspannkraft aller Federpakete 40 gleich gross wie oder grösser als die besagte Gewichtskraft ist. Dadurch, dass die Federkraft auf die in den V-förmigen Nuten geführten Kugeln 31 wirkt, erfolgt eine spielfreie Einstellung des Schlittens sowohl in vertikaler Richtung als auch quer zur Bewegungsrichtung. Mit der Vorspannung der Federpakete 40 wird gleichzeitig eine spielfreie und/oder vorgespannte Anlage der Gleitflächen 44,45 des Vorschubschlittens 11 an den Gegenflächen 46,47 des Zwischenteiles 9 erreicht. Dabei gehören zur Verringerung der Reibung die Gleitflächen 44,45 zu Kunststoffstreifen 48,49, die in entsprechenden Ausnehmungen des Vorschubschlittens 11 eingelegt sind. Statt der Kunststoffstreifen 48,49 können auch aufgespritzte Kunststoffbeläge verwendet werden. Mit der Gleitflächen-Paarung Kunststoff/ Eisenwerkstoff kann auf eine Schmierung der Gleitflächen verzichtet werden. Dadurch sind die sonst im Mischreibungsbereich auftretenden stickslip-Effekte ausgeschaltet, es erfolgt praktisch in allen Betriebszuständen ein gleichmässiges, ruckfreies Gleiten. Wie der durch die Federvorspannung erzeugte Kraftverlauf erfolgt ist in Figur 4 in grösserem Massstab dargestellt und mit 50 bezeichnet. Ein wichtiges Detail ist ebenfalls in Figur 4 dargestellt. Beim Anziehen der Schrauben 24 gegen die Federkraft müssen sich die Führungsleisten 25,26 bzw. ihre Nuten 29 entsprechend den Toleranzabweichungen der Teile 9,11,25,26,27,28,48,49 in vertikaler Richtung einstellen können. Die Führungsleiste 25 liegt deshalb seitlich nur an einem schmalen, schneidenartigen Vorsprung 51 des Zwischenteiles 9 an. Nach oben erfolgt eine Anlage über eine ebenfalls schmale Fläche 52 einerseits und die Federteller-Ansätze 42 andererseits. Das erwähnte selbständige Einstellen erfolgt gewissermassen durch ein Kippen um eine etwa im schneidenartigen Vorsprung 51 verlaufende Achse. Bei der Führungsleiste 26 erfolgt das Einstellen in ähnlicher Weise, nur ist hier der Vorsprung 51 ersetzt durch Kuppen 33 od. dgl. der Stellschrauben 32. Die Möglichkeit des selbständigen Einstellens der ersten Führungsleisten 25,26 verbietet die Verwendung von Rollen, z.B. in Kreuzrollenketten, zwischen den ersten und den zweiten Führungsleisten, da die einander gegenüberliegenden Nutflanken nicht die erforderliche Parallelität aufweisen. Statt der erwähnten käfiggeführten Kugeln 31 in einem Flachkäfig 54 können auch andere Kugelführungen Anwendung finden. So können beispielsweise die zweiten Führungsleisten 27,28 als Kugelumlaufschuhe ausgeführt werden, wie einer in Fig. 3 in der rechten Hälfte dargestellt und mit 55 bezeichnet ist. Dabei sind die Kugeln 31 in der Führungsleiste in einer in sich geschlossenen Umlaufbahn 56 geführt. An der der ersten Führungsbahn zugewendeten Seite ragen die Kugeln so weit aus der hier offenen Umlaufbahn heraus, dass sie an den Nutflanken der ersten Führungsbahn anliegen. Obwohl sie für die Erfindung nicht von Bedeutung ist, ist in den Figuren 2 und 3 der Vollständig¯ keit halber die Einrichtung zum Längsverschieben des Vorschubschlittens 11 dargestellt. Am Zwischenteil 9 ist ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder 60 befestigt. Sein zwischen den beiden Zylinderkammern 61,62 sitzender Kolben 63 bewegt über die mit ihm fest verbundene Kolbenstange 64 und ein an dieser befestigtes Verbindungsstück 65 den Vor schubschlitten nach links oder nach rechts, je nachdem, ob die Zylinderkammer 62 oder 61 mit Druck beaufschlagt wird. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Anwendungsbeispiel beschränkt sondern ist auch bei anderen vergleichbaren Anordnungen von Schlitten od. dgl. anwendbar. Die Erfindung ist weiter nicht beschränkt auf die beschriebene Ausführung. Sie soll auch alle vergleichbaren unter die Schutzansprüche fallenden Möglichkeiten mit einschliessen.

Claims: Patentansprüche 1. Kombinierte Wälz-/Gleitführung für einen an einem Ausleger od. dgl. hängend und horizon tal beweglich angeordneten Schlitten einer Werkzeugmaschine, mit horizontal verlaufen der Gleitflächenanordnung an einer Schlitten oberseite, die mit einer Gleitflächenanord nung an der Unterseite des Auslegers oder dgl. zusammenwirkt, sowie mit einer zwischen dem Ausleger od. dgl. und dem Schlitten vor gesehenen Wälzführungsanordnung, bei der durch Einwirkung von vertikal nach oben wir kenden Federkräften die Gleitführung anstell bar bzw. vorspannbar und der Schlitten unter Vorspannung horizontal führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für einen ausschliesslich unterhalb des Auslegers od. dgl. an diesem zu führenden Schlitten, beispielsweise für einen den Schabradkopf einer Zahnradschab maschine tragenden Schlitten (11), die Gleit¯ führungsflächen (Ä4,46; ;45147) paarweise sym metrisch zur Schlittenlängsachse angeordnet sind, und dass die Wälzführungen aus symmetrisch zur Schlittenlängsachse und neben den Gleitfüh rungspaaren (44,46;45,47) angeordneten Führungen leistenpaaren (25,27;26,28) mit einander zuge wandten V-förmigen Kugelführungsnuten (29,30) bestehen, wobei horizontal, quer zur Verschiebe¯ richtung (10) des Schlittens wirkende, aus den vertikal nach oben wirkenden Federkräften resul tierende Kräfte vorhanden sind und wobei jeweils die eine Leiste (27,28) mit dem Schlitten (11) fest verbunden ist und die jeweils andere Leiste (25,26) am Ausleger od. dgl. (5), in einem für die Anstellung bzw. Vorspannung durch die Federn (40) notwendigen Mass vertikal einstellbar befe stigt ist. 2. Kombinierte Wälz#/Gleitführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine (26) der beiden am Ausleger od. dgl. (5) befestigten Leisten von aussen horizontal quer zur Verschiebe richtung (10) des Schlittens (11) über die Wälz führung (29,30,31) spielfrei oder vorgespannt gegen die am Schlitten befestigte Leiste (28) einstellbar ist, beispielsweise über seitlich anliegende Schrauben (32). 3. Kombinierte Wälz-/Gleitführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zusammen wirkenden Gleitführungsflächen die Werkstoffpaarung Kunststoff/Eisenwerkstoff ha ben. 4. Kombinierte Wälz-/Gleitführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführungs paare (44,46;45,47) trocken, d.h. ohne Schmier mittel, arbeiten.

Inventors: FISCHER, HEINRICH, PIEKENBRINK, ROLF, DR., SPENSBERGER, JOHANN
Applicants: CARL HURTH MASCHINEN- UND ZAHNRADFABRIK GMBH & CO
Application year: 1980
Main classification: B23Q1
IPC codes: F16C29, B23Q1