CN101198438A - 包括可沿横梁移动的机器元件的机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器，所述机器具有可沿横梁(1)移动的机器元件(5)和用于测量所述机器元件(5)的位置的测量元件(4)，其中，所述横梁(1)由第一支承元件(2)和第二支承元件(3)支承，其中，所述横梁(1)与所述第一支承元件(2)固定相连，与所述第二支承元件(3)可移动相连，且其连接方式使得所述横梁(1)和所述第二支承元件(3)可相对移动，所述测量元件(4)与所述第二支承元件(3)固定相连，与所述第一支承元件(2)可移动相连，且其连接方式使得所述测量元件(4)和所述第一支承元件(2)可相对移动。本发明借此提供一种机器，借助于这种机器可减小所述支承元件(2，3)的变形对所述机器元件(5)的位置测量精度的影响。

Description

包括可沿横梁移动的机器元件的机器
技术领域
本发明涉及一种机器，所述机器包括一可沿一横梁移动的机器元件和一用于测量所述机器元件位置的测量元件。
背景技术
尤其是在机床、专用机床和/或机器人中，当可移动机器元件移动时，会产生很大的加速力。
图1显示的是一种普通机床，其包括一可沿一横梁1移动的机器元件5，图1所示的机器元件5示例性地以直线电动机(Linearmotors)5的形式存在。横梁1的A侧端由第一支承元件2支承，B侧端由第二支承元件3支承。这种普通机床中的第一支承元件2和第二支承元件3是固定元件，也就是说，第一支承元件2和第二支承元件3通过焊接技术与横梁1尽可能牢固地连接在一起。因此，横梁1无法进行相对于第一支承元件2或第二支承元件3的相对运动。借助于安装在横梁1上的直线电动机5，用于驱动工具7(例如铣头)的旋转驱动装置6可在X方向上沿横梁移动。
为能测定直线电动机5的位置，直线电动机5上安装有一用于读入测量元件4的具体度量值的测量头10，其中，测量元件4与横梁1固定相连。通过这种方式可测定直线驱动装置5的位置，进而测定工具7沿横梁的位置。安装在横梁上的直线电动机5在其沿A轴进行动态移动时会产生加速力，这种加速力会在短时间内形成并又消失。由此产生的反作用力通过横梁1被传递到两个支承元件2和3上，从而导致两个支承元件2和3发生变形。
图2显示的是普通机床中的两个支承元件2和3所发生的变形情况。图2所用的参考符号与图1中的元件参考符号相一致。支承元件的变形导致横梁1发生移动(横向偏移)，由于位置测量系统的测量元件4与横梁固定相连(即不可移动地连接在一起)，因此，测量元件4会随横梁一起发生移动。由于这个原因，在工件加工过程中会产生(例如)在之前所进行的移动过程频率分析中未曾预计到的巨大误差。支承元件的刚度越小，支承元件在加工过程中的变形幅度就越大，上述误差就越明显。在实际操作中，这个问题会限制(例如)普通机床、专用机床和/或机器人的机器动力。
为避免这一问题的出现，迪特马尔·施多伊贝尔(Dietmar Stoiber)和马库斯.科诺尔(Markus Knorr)在其发表于出版物《(车间与运行、机械制造、设计与制造》(Werkstatt und Betrieb，Maschinebau，Konstruktion undFertigung)(Carl Hanser出版社，慕尼黑，合订本133(2000)6)上的名为《(无冲击》(Ruckfrei)的文章中提出了一种适用于固定式龙门吊车架的解决方案，其中，为测量系统的测量元件单独使用分立支架。这种分立支架在机器元件的移动过程中并不受到力的作用，因而不会发生相对于底座的偏移。这种布置的缺点在于测量元件所用的附加支架，如果横梁为可移动横梁，就需要设置额外的机轴。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器，借助于这种机器可减小支承元件的变形对机器元件位置测量精度的影响。
这个目的通过一种机器而达成，所述机器包括一可沿一横梁移动的机器元件和一用于测量所述机器元件位置的测量元件，其中，所述横梁由第一支承元件和第二支承元件支承，所述横梁与第一支承元件固定相连，与第二支承元件可移动地相连，且其连接方式使得所述横梁和第二支承元件可相对移动；测量元件与第二支承元件固定相连，与第一支承元件可移动相连，且其连接方式使得测量元件和第一支承元件可相对移动。
事实证明，将所述机器元件建构为驱动装置是有利的。将机器元件建构为驱动装置是一种常见的实施方式。
在此情况下，事实证明，将所述驱动装置建构为直线驱动装置是有利的。在包括一横梁的机器中，将驱动装置建构为直线驱动装置是一种常见的实施方式。
此外，事实证明，所述测量元件通过第一轴承与第一支承元件可移动相连，是有利的。借助轴承可以简单的方式实现可移动连接。
此外，事实证明，所述横梁通过第二轴承与第二支承元件可移动相连，是有利的。借助轴承可以简单的方式实现可移动连接。
此外，事实证明，将第一轴承和/或第二轴承建构为滑动轴承、磁轴承、滚动轴承或柔性轴承(Verformungslager)是有利的。将第一轴承和/或第二轴承建构为滑动轴承、磁轴承或滚动轴承是常见的轴承实施方式。特别有利的是将轴承建构为柔性轴承。通过将轴承建构为柔性轴承，一方面可确保相关元件在X方向上的相对移动，另一方面可确保较高的横向刚度(Quersteifigkeit)(Y方向上的刚度)。如果机器还有一个可允许机器元件在Y方向(即垂直于X轴的、水平面上的方向)上移动的机轴，就可借助柔性轴承保证装置在Y方向上所需的刚度。
在此情况下，事实证明，将柔性轴承建构为金属片形式的柔性轴承是有利的。通过将柔性轴承建构为金属片(特别是软金属片)，可以特别简单的方式实现一种柔性轴承，这种柔性轴承既能允许元件在X方向上的相对运动，同时又能通过其较高的刚度避免相关元件在Y方向上发生移动。
将机器建构为机床、专用机床和/或机器人是本发明的一种常见建构方式。当然，本发明也可应用于其他类型的机器。
附图说明
下面借助附图对本发明的两个实施例进行详细说明，其中：
图1为现有技术中的机床；
图2为现有技术中的机床，其中支撑元件发生了变形；
图3为本发明的机器的第一实施例；以及
图4为本发明的机器的第二实施例。
具体实施方式
图3显示的是本发明的机床形式的机器的第一实施例。图3所示的本发明的实施方式在基本结构方面与前文借助图1和图2加以说明的实施方式基本相同。因此，相同元件在图3中用与图1或图2相同的参考符号表示。图3所示的本发明的实施方式与图1和图2所示的普通实施方式之间的区别主要在于：横梁1与第一支承元件2固定相连，与第二支承元件3可移动相连，且其连接方式使得横梁1和第二支承元件3可相对移动；测量元件4与第二支承元件3固定相连，与第一支承元件2可移动相连，且其连接方式使得测量元件4和第一支承元件2可相对移动。也就是说，相对于图1和图2所示的普通实施方式而言，横梁1不再与两个支承元件2和3尽可能牢固地连接在一起，而是可在特定范围内进行相对于第二支承元件3的移动。其中，横梁1与第二支承元件3之间的相对运动通常在微米范围和/或根据机器的具体实施方式在毫米范围内进行。因此，横梁1只是与第一支承元件2尽可能牢固地连接在一起(即刚性连接)。
此外，与图1和图2所示的普通实施方式不同的是，本发明的机器中的测量元件4也不再与横梁1固定相连，而是采取可相对于横梁1进行移动的布置方式，其实现方式为：测量元件4与第二支承元件3固定相连，与第一支承元件2可移动相连，且其连接方式使得测量元件4和第一支承元件2可相对移动。
其中，测量元件4优选地通过第一轴承8与第一支承元件2可移动相连，横梁1优选地通过第二轴承9与第二支承元件3可移动相连。其中，所述轴承可建构为滑动轴承、磁轴承或滚动轴承。
本发明通过抑制支承元件的自行运动来解决前文所述的问题。如图3中的示范性图示所示，由于横梁1只与第一支承元件2固定相连，因而当直线电动机5在X方向上进行移动时，直线电动机5加速时所产生的力在X方向上只会被传递到第一支承元件2上，第一支承元件2就会如图3所示在力的作用下发生变形。由于横梁1采取了可相对于第二支承元件进行移动的布置方式，因此，第二支承元件3保持静止，并不发生变形。由于标尺只与未发生变形的第二支承元件3固定相连，而与第二支承元件2可移动地相连，因此，第一支承元件2的变形也不会被传递到测量元件4、进而被传递到位置测量系统上。由于在将位置测量信号反馈给直线电动机5的移动导引控制装置的过程中，横梁4的自行运动不再是一个干扰量，因而借此可大幅提高加工精度和机器动力。
图4显示的是本发明的机器的另一实施方式。图5所示的实施方式在基本结构方面与上文借助图4加以说明的实施方式基本相同。因此，相同元件在图4中用与图3相同的参考符号表示。两种实施方式的主要区别仅在于：在图4所示的实施方式中，第一轴承8和第二轴承9并非建构为滑动轴承、磁轴承或滚动轴承，而是实现为柔性轴承，在图4所示的实施例中建构为金属片形式的柔性轴承。在图4所示的实施例中，横梁1通过垂直布置的多个金属片9与第二支承元件3相连。测量元件4也同样通过垂直布置的多个金属片8与第一支承元件2相连。通过金属片9的这种布置方式可确保横梁1在第二支承元件3不发生变形的情况下就能实现相对于第二支承元件3的移动，因为X方向上只需很小的力就能使金属片发生弯曲。同样地，通过金属片8也能实现测量元件4与第一支承元件2之间的相对运动。但由于金属片在水平的Y方向(参见图4)上具有较高的刚度，因此，通过将轴承建构为柔性轴承，特别是建构为本发明所建议的金属片形式的柔性轴承，还可实现装置(特别是横梁1)在Y方向(即从外向内垂直于图示的水平方向)上的较高刚度。借助于金属片可以特别简单的方式实现柔性轴承。
当然，建构柔性轴承并非一定需要设置几个金属片，只通过单独一个金属片也可建构柔性轴承。
此外，也可将两个轴承中的其中一者建构为柔性轴承，将另一个轴承建构为滑动轴承、磁轴承或滚动轴承。

Claims (8)

1.一种机器，所述机器包括一可沿一横梁(1)移动的机器元件(5)和一用于测量所述机器元件(5)的位置的测量元件(4)，其中，所述横梁(1)由第一支承元件(2)和第二支承元件(3)支承，其中，所述横梁(1)与所述第一支承元件(2)固定相连，与所述第二支承元件(3)可移动地相连，且其连接方式使得所述横梁(1)和所述第二支承元件(3)可相对移动，所述测量元件(4)与所述第二支承元件(3)固定相连，与所述第一支承元件(2)可移动地相连，且其连接方式使得所述测量元件(4)和所述第一支承元件(2)可相对移动。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，
所述机器元件(5)建构为驱动装置。
3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，
所述驱动装置建构为直线驱动装置。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的机器，其特征在于，
所述测量元件(4)通过第一轴承(8)与所述第一支承元件(2)可移动地相连。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的机器，其特征在于，
所述横梁(1)通过第二轴承(9)与第二支承元件(3)可移动地相连。
6.根据权利要求4或5所述的机器，其特征在于，
所述第一轴承(8)和/或所述第二轴承(9)建构为滑动轴承、磁轴承、滚动轴承或柔性轴承。
7.根据权利要求6所述的机器，其特征在于，
所述柔性轴承建构为金属片。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的机器，其特征在于，
所述机器建构为机床、专用机床和/或机器人。
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