CN102601692B - 具有可移位的拖板和线性引导件的装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括可移位的拖板(10)以及用于引导拖板的线性引导件，线性引导件包括用于形成第一滑道(13，31)的第一引导路径部分(31)和用于形成第二滑道(11a，12a，12b，32)的第二引导路径部分(32)。为了形成第一滑道(13，31)，拖板(10)包括至少一个凹道，凹道可以沿第一引导路径部分(31)滑动，并且润滑剂可以在压力下保持在凹道中以产生作用于拖板(10)的减压力。第二引导路径部分(32)包括岛形表面，以产生作用于拖板(10)的摩擦力，并且第二引导路径部分(32)设置成使得当压力介质容纳在至少一个凹道(13，14，15)中以产生减压力时，第一滑道(13，31)减轻第二滑道(11a，12a，12b，32)上的载荷(Fe)。

Description

具有可移位的拖板和线性引导件的装置
技术领域
本发明涉及一种包括可移位的拖板(carriage)和线性引导件的装置。
背景技术
存在有已知的以流体静力学方式运行的线性引导件。为此目的，设置有在压力下保持润滑剂的凹道。已经发现，这种引导件易于受到干扰的影响，因此将难于将拖板保持在特定位置。例如，如果拖板被用于加工工件，即使较小的地面振动都会使得难于将拖板保持在特定位置，这因此妨碍了精确加工。此外，在长引导件的情况下，可达到的路径精度是有限的。
DE3131566A1描述了一种线性引导件，该线性引导件包括流体动力导轨和流体静力导轨，该流体静力导轨设置成与流体动力导轨相对并因此向流体动力导轨施加载荷。对这些导轨的设计并不进行详细描述。
发明内容
本发明的目的是提出一种在技术领域部分中提到的装置类型，在所述装置中，拖板能够以改进的程度精确地移动以及定位。
本发明还描述了根据本发明的装置的优选的实施方式、一种磨床以及用于加工工件的用途。
根据本发明的装置包括：带有至少一个凹道的可移位拖板，润滑剂在压力下保持在所述凹道中；以及岛形表面，所述岛形表面用于产生作用于拖板的摩擦力。这使得能够提供流体动力滑道，对于该流体动力滑道而言，能够通过流体静力减压而调节摩擦力。通过此类型的引导件，拖板能够精确地移动和定位。
附图说明
在下文中，将参考附图，基于示例性实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的装置的立体图，其中该装置具有两个进给轴线X和Z；
图2示出图1中的装置的拖板的仰视图；
图3示出图2的细节图；
图4示出图1的线性引导件的一部分的立体图，其中以局部截面图示出拖板；
图5示出图4中的那一部分线性引导件的截面侧视图；以及
图6示出根据图1的装置的剖面侧视示意图。
具体实施方式
图1示出具有加工台1的装置，所述加工台1上设置有拖板10。所述拖板可以沿一个轴线——即，这里为Z轴——移动，拖板的移动路径由线性引导件20限定。在本示例中，线性引导件20实施为被自由地支承的引导件，即，它没有被包绕，例如呈如图2所示的V-平面引导件，如图2所示。也可设想其它的引导件，例如，仅为V形引导件或仅为平面引导件。
线性引导件20包括两个引导廓形21和22，该引导廓形21和引导廓形22沿移动轴线Z的方向延伸。各引导廓形21和22实施为例如使得所述引导廓形与加工台形成为整体，或以单独的轨道的形式附连于加工台。用于移动拖板10的拖板驱动器5和拖板驱动器6设置在引导廓形21和引导廓形22之间。在本示例中，拖板驱动器5和拖板驱动器6实施为线性马达的形式，该线性马达包括：主要部分5，该主要部分5安装在拖板10的下侧并包括电绕组；以及次要部分6，该次要部分6沿移动轴线Z的方向在引导廓形21和引导廓形22之间延伸并设置有永磁体。可以通过给主要部分5中的绕组提供适当的电流来产生移动场，从而由主要部分5在次要部分6上施加推力并因此引起拖板10的移动。为了有效地耗散线性马达5和线性马达6在其运行期间所产生的热，可以使用具有循环冷却流体的冷却系统，该冷却系统可以与主要部分5和/或次要部分6相接触。
作为线性马达5和线性马达6的替代物，也可以使用用于移动拖板10的其他驱动器——例如旋转驱动器，比如具有滚珠丝杠心轴的旋转驱动器。
图2示出拖板10的下侧，未示出拖板驱动器的主要部分5。拖板10具有两个引导廓形11和12，引导廓形11和引导廓形12突出于拖板10的下侧并在移动时沿引导廓形21和引导廓形22滑动。第一引导廓形11具有滑动面11a，该滑动面11a中形成有凹槽13和凹槽16(参见图3中的详细视图)。第一凹槽13沿移动轴线Z延伸并用作凹道以形成流体静力减压滑道。第二凹槽16以“之”字形沿滑动面11a在凹道13和引导廓形11的内边缘之间延伸。第二凹槽16用作润滑剂槽，以形成流体动力滑道。
第二引导廓形12具有两个滑动面12a和12b，所述滑动面12a和滑动面12b设置成按照引导廓形22的V形以一定角度倾斜，并且滑动面12a和滑动面12b类似于滑动面11a而各设置有凹槽14、15、17。形成在滑动面12a和滑动面12b中的凹槽14和凹槽15沿移动轴线Z延伸，使得凹槽14和凹槽15成直线排列，并且凹槽14和凹槽15用于形成类似于第一引导廓形11上的凹道13的流体静力凹道。形成在滑动面12a和滑动面12b中的凹槽17具有沿滑动面12a和滑动面12b“之”字形路径并与第一引导廓形11上的润滑剂槽16相似的润滑剂槽。
图4示出拖板10的详细视图，其中拖板10搁置于设置在台座25上的引导廓形21上。廓形21具有基本沿水平方向延伸的引导路径，并包括第一引导路径部分31、第二引导路径部分32和第三引导路径部分33。
引导路径部分31-33设计成基本为平的并具有以不同方式构造的滑动路径表面。
第一引导路径部分31用作拖板10上的凹道13的封闭物，如图5所示，其中第一引导路径部分31设计成封闭的并沿台座25的边缘以连续的形式延伸。润滑剂可以通过拖板10中的适当的孔以及进给管线引入凹道13并可以在压力下安置于凹道13中。
第二引导路径部分32设计成被岛形部构造中断。岛形部32也可以具有不同于在本文中示出的小块的形状。例如可以设想单个的岛形部或全部岛形部32可以连接到第一引导路径部分31和/或连接到第三引导路径部分33。岛形部32由用于接收润滑剂的凹槽32a所围绕(参见图5)。第二引导路径部分32用作用于滑动面11a的内部延伸有润滑剂槽16的部分的封闭物。
第三引导路径部分33设计成封闭的并沿台座25的边缘以连续的方式延伸。两个引导路径部分31和33形成侧部封闭物，使得润滑剂不会在侧部处漏出。
V形引导廓形22按照图4中示出的引导廓形21来设计，其中引导廓形22的两个侧面各具有呈引导路径部分31和引导路径部分33形式的两个引导路径部分，并且在所述两个引导路径部分之间设置有呈引导路径部分32形式的结构性引导路径部分。
引导路径分31-33由耐磨材料——例如塑料——制成。凹槽13-17可以在制造拖板10时例如通过铣削和/或模制来形成。
下面，在下文中，将基于图5和图6的示意图对以上描述的线性引导件20的功能进行描述。由于两个导轨11、21和12、22以相同的方式起作用，为了简单起见，这里将只对一个导轨11、21的功能进行描述。
对引导件11和引导件21的法向力Fn作用于拖板10上。力Fn从以下方面获得的：即源自拖板10的质量的重力和从附加地作用于拖板的载荷Q以及从附加的预载荷。在本示例中，此附加的预载荷由设计成线性马达的拖板驱动器5和拖板驱动器6的吸引力产生。也可以由其他装置提供附加的预载荷，例如通过设置沿重力方向作用的附加流体静力凹道来提供附加的预载荷。
在拖板10的运行期间，凹道13填充有被置于压力下的流体润滑剂，例如润滑油。这使得产生了减压力Fe(relievingforce)，该减压力Fe反作用于法向力Fn并减轻拖板10上的载荷。因此表面压力被最小化。凹道13和引导路径部分31因此形成以流体静力方式减压的滑道。当移位拖板10时，在此引导区域中，仅在润滑剂中产生摩擦力。相应的摩擦力Fr′是可忽略的，即，Fr′≈0。
在两个引导路径部分31和33之间也加有流体润滑剂。拖板10通过滑动面11a与第二引导路径部分32接触。当移位拖板10时，在引导路径部分32的凹槽32a中的润滑剂的分布由润滑剂槽16支持。大体上，滑动面11a和引导路径部分32形成流体动力滑道。在此引导区域中，摩擦主要在刚性表面11a和刚性表面32之间产生。相应的摩擦力Fr由法向力Fn和减压力Fe之间的差值给出：Fr＝μ·(Fn-Fe)，其中μ是摩擦系数。
大体上，由于流体静力的和以流体动力方式支承的滑道11a、13、31、33，总摩擦力F——即，F＝Fr'+Fr≈μ·(Fn-Fe)——作用于拖板10上。
为了确保凹道13-15的精确地空气流通，可以设想在拖板10上设置喷嘴和/或节流阀，以允许润滑剂连续地流动通过凹道13-15。因此，由于较长停留时间而在凹道13-15中的空气例如可以被排出。要对喷嘴和/或节流阀进行选择，使得所述流能够尽可能的小并使得可以在凹道13-15中形成足够大的润滑剂压力。
图6示例性示出凹道13，该凹道13以流体连接的方式(fluidically)一方面连接到进给管线45，另一方面连接到排泄管46。进给管线45连接到用于产生润滑剂压力的外部装置。
总体上，可以得出以下结论：在本文中描述的线性引导件20按照具有流体静力减压的流体动力引导件的原理起作用。由于作用于减压凹道13-15的压力，降低了法向力Fn并因此降低了拖板10与引导路径部分32之间的摩擦力Fr。
线性引导件20可以设计成静态系统，使得减压值一旦被设定就保持恒定。减压力Fe的大小根据所提供的最小载荷Q来设计，最小载荷Q设置成使得引导性能(guidequalities)和所需的硬度值得到保持。如果引导件20设计成如在本示例中的被自由支承的引导件，则尤其需要确保拖板10即使在最小载荷Q下仍牢固地停留在引导廓形21和引导廓形22上。
减压量(measure)可以由多种参数来限定，这些参数例如为凹道13-15的数量、长度和宽度、凹道13-15在拖板10上的位置以及凹道13-15中的润滑剂压力。可以根据这些参数的选择以不同方式对区域进行减压。这在例如载荷分布Q是不对称的情况下是必须的，所述的情况与图6中所示的情况相反，在图6中，箭头Q表示恒定载荷分布。
在本文中描述的线性引导件20提供以下优势：拖板10可以精确移动到特定位置并保持在那里。已经确定的是：基于线性引导件20产生的摩擦力Fr对干扰因素具有缓解作用。这些会例如通过拖板10上的载荷随时间的变化而在内部引起，或者例如由于地面振动而在外部引起。由于阻尼，这些干扰因素对拖板10位置的变化没有影响。因此就更易于调节所述装置，以此方式使得拖板10保持在特定的位置。
将线性引导件设置为流体动力引导件和流体静力引导件的结合物具有以下优势：线性引导件具有改进的硬度以及改进的路径精度，特别是当引导长度很长时是这样。
如果将线性引导件5和线性引导件6设置成拖板驱动器，则由线性引导件20确保这两部分5和6之间的精确距离，并且能够精确定位拖板10。另外，可以借助于线性马达5和线性马达6产生高速度和加速度，并且因此拖板10能够迅速地移动。
线性引导件20可以用于多种用途，特别是在被设计用于加工——例如通过磨削——工件的机器上使用。例如，在根据图1的示例中，具有工件主轴箱和尾架的工件夹具例如可以安装在拖板10上。图1示出可以沿X轴线移动的另一个拖板10′，其中引导件20′设计成类似于线性引导件20。例如，设计成类似于线性马达5和线性马达6的线性马达5′和线性马达6′用作驱动器。例如，可转动的研磨(砂)盘可以安装在第二拖板10′上。根据图1的装置因此适合于在磨床——特别是在外圆磨床——上使用，使得能够精确地加工工件。
本领域的技术人员可以在不超出由权利要求限定的本发明的范围的情况下在前述描述的基础上进行各种修改。
例如，线性引导件20和线性引导件20′的确切几何形状的实施方式可以被调整。例如，作为本文中示出的V平面引导件的替代物，引导件也可以实施为单纯的V引导件、单纯的平引导件或也可以实施为具有不同几何形状的引导件。
另外，可以设想在拖板10上设置岛形引导路径部分32，并且可以将两个引导路径部分31和33设计成滑动面11a的形式。形式为润滑剂槽16的润滑剂槽可以设置在此滑动面内。

Claims (17)

1.一种具有可移位的拖板(10；10′)和线性引导件(20；20′)的装置，其中：
所述线性引导件(20；20′)用于引导所述拖板(10；10′)，所述线性引导件(20；20′)包括第一引导路径部分(31)和用于形成第二滑道的第二引导路径部分(32)，其中，
所述拖板(10；10′)包括至少一个凹道(13，14，15)，所述至少一个凹道(13，14，15)和所述第一引导路径部分(31)形成第一滑道，所述凹道能够沿所述第一引导路径部分(31)滑动，并且润滑剂能够在压力下保持在所述凹道中，以产生作用于所述拖板(10；10′)上的减压力(Fe)，并且其中，
所述第二引导路径部分(32)包括岛形表面，以形成作用于所述拖板(10；10′)上的摩擦力(Fr)，并且所述第二引导路径部分(32)设置成使得当所述润滑剂保持在所述至少一个凹道(13，14，15)中以产生所述减压力(Fe)时，所述第一滑道减轻所述第二滑道上的载荷。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括拖板驱动器(5，6；5′，6′)，除了由所述拖板(10；10′)产生的重力外，还能够借助于所述拖板驱动器(5，6；5′，6′)在所述线性引导件(20；20′)上产生预载荷。
3.根据权利要求2所述的装置，所述拖板驱动器(5，6；5′，6′)包括用于使所述拖板(10；10′)移位的线性马达。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二引导路径部分(32)沿包括封闭表面的所述第一引导路径部分(31)延伸，和/或沿包括封闭表面的第三引导路径部分(33)延伸。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述拖板(10，10′)包括滑动面(11a，12a，12b)，以与所述第二引导路径部分(32)形成所述第二滑道，所述滑动面设置成与所述第二引导路径部分(32)相对并包括至少一个润滑剂槽(16，17)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述润滑剂槽(16，17)以“之”字形沿所述滑动面(11a，12a，12b)延伸。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一引导路径部分(31)和所述第二引导路径部分(32)设置成彼此平行，并且/或者设置成能够相对于彼此移动。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一引导路径部分(31)和所述第二引导路径部分(32)设置成在同一平面内。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述岛形表面设计成小块的形式。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述拖板(10；10′)包括排放孔(46)，润滑剂能够从所述至少一个凹道(13，14，15)通过所述排放孔(46)流出。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述拖板(10；10′)包括两个引导廓形(11，12)，所述两个引导廓形(11，12)中的每一个引导廓形包括所述至少一个凹道(13，14，15)。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述拖板(10；10′)能够沿水平方向(X；Z)移动。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述线性引导件(20；20′)是被自由支承的引导件，并且/或所述线性引导件(20；20′)包括两个引导廓形(21，22)，所述线性引导件的所述两个引导廓形(21，22)中的每一个引导廓形设计成平的引导件(21)或V形引导件(22)。
14.一种磨床，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。
15.根据权利要求14所述的磨床，所述磨床是外圆磨床。
16.根据权利要求1-13中任一项所述的装置用于加工工件的用途。
17.根据权利要求14或15所述的磨床用于加工工件的用途。
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