CN101168232A - 用于防止固定器移位的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于防止固定器在滚动导向件中移位的装置，利用固定器移动一半的移动物体的距离的性质来实现。防止导向装置(具有多个由固定器支撑的限定滚轴，且包括沿着底座或滑座的导向面引导机床的移动物体移动的导向机构，和用于进给移动物体的线性马达进给机构)中固定器移位的装置，包括：具有用于调节各固定器位置的阻挡件的移位调节器，调节器与移动物体的移动相关联地移动；用于驱动移动物体的线性马达的磁条线路，其是用于移动物体的线性马达进给机构的组成部分，且平行于导向表面设置；用于在相同于移动体方向的方向移动移位调节器的线性马达机构；和用于以移动物体速度一半的速度使移位调节器同时与移动物体移动的线性马达控制部件。

Description

用于防止固定器移位的装置

技术领域

本发明涉及一种应用于在机床(machine tool)中用于引导移动物体(诸如工作台)的滚动导向装置的技术，尤其是涉及应用于使用由固定器支撑的限定滚轴(finite roller)类型的导向装置的技术，并且这种技术能够有效地防止固定器(retainer)的移位。

背景技术

精密加工机床一般利用滚动导向件以引导移动物体，诸如工作台或滑座(saddle)。这种滚动导向件包括这样类型的导向件，其使用借助于固定器支撑在平坦或V形导向表面上的多个限定滚轴。

限定滚轴上的移动物体由滚珠丝杆(ball screw)所驱动。使用限定滚轴的滚动导向件被当作超精度进给的导向件使用，这是由于它们具有较小摩擦力和较高移动精度。

图3到5描述了观察到的，当物体在带有由固定器支撑的限定滚轴的滚动导向件上移动时，固定器相对于移动物体的相对位置变化。

尤其是，图3显示了当工作台3位于其行程中间位置时，导向装置中固定器1，2相对于工作台3(移动物体)的相对位置，并且也描述了固定器1，2相对于工作台3没有移位的情况。固定器1，2设置于底座(bed)4的导向表面5，6上，并且其在此刻相对于工作台3呈对称状态。

在滚珠丝杆7由伺服马达8旋转式驱动时，固定有图中未示出的滚珠丝杆螺母(ball screw nut)的工作台3移动到图中的右侧和左侧。固定器1，2具有移动一半的工作台3移动距离的性质(例如当工作台3向左侧移动200mm时，固定器1，2向左侧移动100mm)。

在工作台3的移动被重复时，因为由与限定滚轴的摩擦所引起的轻微滑动，固定器1，2逐渐地发生移位。工作台3的单次行程(one-stroke)移动将会产生例如大约若干微米的移位。图4描述了固定器1已经移位到了右侧的情况。

当工作台3的移动被重复时，这种移位会逐渐地增加，而在工作台3具有较长行程(long stroke)时，工作台3就可能会部分地滑出固定器1或2，这会导致意外的产生。而当工作台3较重时，就会发生固定器1，2不在底座4和工作台3之间滑动的情况，从而导致固定器1，2的弯曲和破损。固定器的修理需要相当长的时间。

因此，一般在实际中会在工作台3两侧设置传感器9a，9b，9c和9d，以用于检测工作台3从固定器1或2部分滑动出的情况，并对移位的固定器进行位置校正，如图5中所示。

图5是描述固定器1的位置校正的俯视图，这种位置校正通过把工作台3向右侧移动并使固定器1与阻挡件10接触而实现。如图5中所示，在工作台3向右侧移动时，移位的固定器1就接触设置在导向表面5右端处的阻挡件10。一共有四个阻挡件10设置在导向表面5，6的纵向端处。在工作台3被进一步移向右侧，而固定器1保持与阻挡件10的接触时，固定器1在工作台3上滑动，借此就可以校正移位。

涉及使移位的固定器1或2碰撞抵靠阻挡件10的移位校正方法可能会引起固定器的变形；因此会对机床的定位精度、平直度等产生不利影响。

进一步地，考虑到随着工作台3移动的重复而使固定器1，2的移位不断增加，一般在实际中需要周期性地对固定器1或2进行位置校正，这种位置校正通过使固定器与阻挡件10接触而实现，而这会引起不必要的时间浪费。另外，固定器1，2的移位也不发生在恒定方向。这就会使得用传感器9a，9b，9c和9d检测移位校正方向的操作变得困难，在移位的固定器1或2的位置校正中，如何决定工作台3的移动方向也就成了问题。

考虑到上面这些，申请人已经提出了一种能够防止固定器移位的技术，其通过利用当工作台移动时固定器移动一半的工作台移动距离的性质而实现(日本专利公开特许公报No.2004-116592)。该技术涉及使用除了进给工作台用的滚珠丝杆之外的滚珠丝杆，以把工作台进给滚珠丝杆的旋转速度降低到一半并把转矩传递到其它的滚珠丝杆，并且借助于减小速度的滚珠丝杆移动套壳(case)，用于防止固定器移位的阻挡件安装在该套壳上。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于防止固定器移位的新颖装置，其能够解决现有技术中的上述问题，通过利用固定器移动一半的工作台移动距离的性质而改善防止固定器移位的传统技术，并且能够安全地防止移动物体部分地滑动出固定器。

为了实现这些目的，本发明在导向装置中提供了用于防止固定器移位的装置，其中导向装置带有由固定器支撑的多个限定滚轴，并包括导向机构，其用于引导机床的移动物体沿着底座或滑座的导向面的移动，还包括线性马达进给机构，其用于进给移动物体。该防止固定器移位的装置包括：具有阻挡件的移位调节器，其用于调节各固定器的位置，所述调节器能够和移动物体的移动相关联地移动；用于驱动移动物体的线性马达的磁条(magnet plate)线路，所述磁条线路是用于移动物体的线性马达进给机构的组成部分，并且设置成平行于导向面；线性马达机构，其用于在移动物体的相同移动方向移动调节器；和线性马达控制部件，其用于和移动物体的移动同时移动移位调节器，其速度为移动物体速度的一半。

在本发明优选的实施例中，移位调节器包括用来接触设置在各导向面上的各固定器的前端和后端的阻挡件、支撑阻挡件的阻挡件支撑构件、和把阻挡件之间的距离保持成近似与固定器长度相同并维持所有阻挡件对称的结构。

根据本发明，移位调节器能够以一半的移动物体(诸如工作台)的速度移动。这使得可以把固定器维持在相对于移动物体恒定的相对位置，而由阻挡件调节固定器的位置，因此能够安全地防止固定器移位。

附图说明

图1是根据本发明实施例的，用于防止固定器移位的装置的平面图；

图2是显示图1装置应用于其上的导向表面的示图；

图3是显示工作台相对于固定器的相对位置的示图，其中描述了固定器没有移位的情况；

图4是显示工作台相对于固定器的相对位置的示图，其中描述了其中一个固定器已经发生了移位的情况；和

图5是显示工作台相对于固定器的相对位置的示图，其中描述了用于校正已经发生移位的固定器的操作。

具体实施方式

现在来参考附图介绍本发明优选的实施例。

图1是根据本发明实施例的、用于防止固定器移位的装置的平面图，其中该装置应用于机床工作台的进给导向装置。

在图1中，附图标号4表示底座，而附图标号11表示工作台。底座4具有导向表面12，13，以用于引导工作台11在底座4纵向的移动。固定器14(滚动导向件的组成部分)放置于导向表面12上，而固定器15则放置于导向表面13上。

如图2中所示，在这个实施例中，每个导向表面12，13都具有V形凹槽的形状，并且每个凹槽的两个斜面都用作为滚轴-滚动表面，大量滚轴16在滚轴-滚动表面上滚动。固定器14，15是各自把滚轴16支撑在与V形凹槽一致的V形线路中的支撑件。

工作台11承载在由固定器14，15支撑的滚轴16上，并且在滚轴16上移动，滚轴16在V形凹槽的滚轴-滚动表面上滚动。在这种情况下，在与工作台11移动方向相同的方向，固定器14，15各自移动工作台11移动距离的一半。

虽然在这个实施例中，各导向表面12，13都具有V形凹槽的形状，但是它们也可以是平坦表面，或具有倒V形的突起形状。优选地，导向表面12，13的滚轴-滚动表面是经过抛光(lapping)或刮擦(scraping)处理的。

现在来描述用于进给工作台11的线性马达进给机构。

来参照图1，在底座4的纵向，磁条20设置在位于底座4上表面中心的线上，磁条20的线路(line)组成了线性马达的定子。线性马达的动子21安装在工作台11的下表面中。

在图1中，附图标号22a至22d表示用于调节固定器14，15位置的阻挡件。阻挡件22a至22d安装到移位调节器24上，移位调节器24与工作台11同时移动。

在这个实施例中，移位调节器24包括前可移动板25和后可移动板26，其分别设置在工作台11的前部和后部。前可移动板25借助细长联接构件27a，27b联接到后可移动板26。

前可移动板25和后可移动板26由联接构件27a，27b保持彼此平行，并且板25，26之间的距离近似地与固定器14，15的长度相同。阻挡件22a，22b通过托架28a，28b安装到前可移动板25的左侧和右侧表面。通过与固定器14，15的前端接触，阻挡件22a，22b能够调节固定器的移动。相似地，通过托架28c，28d，阻挡件22c，22d安装到后可移动板26的左侧和右侧表面。通过与固定器14，15的后端接触，阻挡件22c，22d能够调节固定器的移动。

这种移位调节器24由线性导向件29a，29b引导，线性导向件29a，29b平行于用于工作台11的导向表面12，13延伸。线性马达机构用于驱动移位调节器24的移动。作为线性马达的定子，磁条20的线路是与工作台11共用的，磁条20的线路构成用于驱动工作台11的线性马达的定子。用于驱动移位调节器24的线性马达机构的动子30安装在前可移动板25的下表面中。

现在来介绍用于与工作台11的移动同时移动移位调节器24的控制单元。

在图1中，附图标号40表示线性马达的控制部分。工作台11设有线性编码器41，以用于检测工作台11的位置。当来自NC装置(未示出)的位置指令信号被输入控制部分40时，由线性编码器41输出的位置检测信号也被导入控制部分40。控制部分40对比位置指令信号和来自线性编码器41的反馈信号，并把指令(其将信号间的误差变成零)输出到用于工作台11的第一伺服放大器42，以用于控制驱动工作台11的线性马达的动子21。

另一方面，移位调节器24设有线性编码器44，并且由线性编码器44输出的位置检测信号被导入控制部分40。对于驱动用于移位调节器24的线性马达的第二伺服放大器43而言，控制部分40实现对工作台11线性马达的控制和同步，这通过设定参数使移位调节器24的速度变为工作台11速度的一半(为了使移位调节器24的移动距离变为工作台11移动距离的一半)而实现。因此，在工作台11移动的同时，移位调节器24能够以工作台11速度一半的速度恒定移动，并且从而能够移动一半的工作台11的移动距离。

现在来介绍具有上述构造的固定器移位防止装置的操作。

由线性马达驱动的工作台11移动到图1中右侧和左侧。在工作台11移动时，借助由固定器14，15支撑的滚动滚轴16的移动，固定器14，15移动工作台11的移动距离的一半。

在工作台11移动方向的相同方向，移位调节器24以工作台11速度一半的速度与工作台11同时移动，并且从而移动工作台11的移动距离的一半。

因此，在调节固定器14，15的前端位置时，通过托架28a，28b安装到移位调节器24的前可移动板25的阻挡件22a，22b，以和固定器14，15相同的速度、相同的方向移动。因此，阻挡件22a，22b相对于固定器14，15的相对位置保持不变。相似地，安装到后可移动板26的阻挡件22c，22d相对于固定器14，15的相对位置也保持不变。

有了恒定的相对位置，阻挡件22a，22c能够通过用支撑固定器14的前端和后端的方式调节固定器14的位置，而阻挡件22b，22d也能够通过支撑固定器15前端和后端的方式调节固定器15的位置。因此，固定器14，15关于工作台11的相对位置保持恒定，也就是说，固定器14，15将不会发生移位。这可以省去对阻挡操作和对固定器位置进行校正的必要，而按照惯例这些都是需要的。在工作台11单次行程移动期间，固定器14，15只经历相应于几微米移位的阻力，因此不会发生变形。

进一步，根据这个实施例，线性马达用于驱动工作台11的进给，另外，线性马达用于驱动机构，驱动机构以工作台11速度一半的速度进给移位调节器24。相对于使用由伺服马达驱动的滚珠丝杆进给机构的传统装置，这就提供了不再需要减速机构的优点，另外还有如下优点：

在滚珠丝杆进给机构中，滚珠丝杆会形成降低工作台移动精度的弹性系统。相反，线性马达的使用则能实现较高的移动精度。这就使得能够在较高精度下实现上述的控制，这种控制使得移位调节器24的移动距离为工作台11的移动距离的一半。

进一步地，滚珠丝杆机构需要使用润滑油。润滑油可能会分散到滚轴-滚动导向表面并会超出需求地粘附到表面，从而形成可能会降低移动精度的厚油膜。相反，根据本发明，随着线性马达的使用，就不需要担心由于润滑油附着到滚轴-滚动导向面12，13的表面而使移动精度降低的问题。和借助导向表面12，13的抛光或刮擦处理而产生的移动精度的提高相结合，这能够提供最适于超精度处理机床的限定滚轴型滚动导向件。

进一步根据此实施例，磁条线路能够作为用于工作台11和移位调节器24的线性马达的共同定子使用，从而实现较小的安装空间并降低装置的成本。

虽然已经参考使用工作台作为移动物体的优选实施例对本发明作了介绍，本发明还能应用于在工作台上移动的滑座用的导向装置。

Claims (6)

1.一种用于防止导向装置中固定器移位的装置，所述导向装置具有由固定器支撑的多个限定滚轴，并包括用于沿着底座或滑座的导向面引导机床的移动物体移动的导向机构，和用于进给所述移动物体的线性马达进给机构，所述防止固定器移位的装置包括：

具有阻挡件的移位调节器，其用于调节各固定器的位置，所述调节器能够与所述移动物体的移动相关联地移动；

用于驱动所述移动物体的线性马达的磁条线路，所述磁条线路是用于所述移动物体的线性马达进给机构的组成部分，并且其平行于所述导向面设置；

线性马达机构，其用于和所述移动物体的移动方向同向地移动所述移位调节器；及

线性马达控制部件，其用于以所述移动物体速度一半的速度在所述移动物体移动的同时移动所述移位调节器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性马达机构和用于驱动所述移动物体的所述线性马达共用所述磁条线路。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移位调节器包括：所述阻挡件，其用于与设置于各导向面上的各固定器的前端和后端接触；阻挡件支撑构件，其支撑所述阻挡件；以及用于使所述阻挡件之间的距离保持与所述固定器长度近似相同并维持所有所述阻挡件对称的结构。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于平行于所述导向表面引导所述移位调节器的线性导向件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向面为平坦表面或具有V形凹槽形状或具有倒V形的突起形状。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导向表面经过抛光或刮擦处理。

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