CN102802868A - 反作用力机构及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及反作用力机构，其布置成在物体上施加力，以将所述物体保持在期望位置。该机构包括从动本体（12、62、94）、用于使从动本体运动的驱动器（20、60、92）以及用于将从动本体联接到物体的一部分上的回弹性联接结构（26、70、88）。控制结构布置成将驱动信号输出到从动本体驱动器，以便使从动本体运动到一位置，在位置处从动本体经由联接结构在物体上施加力，使得力抵消作用在物体上的相反的力，并且反作用力机构将物体的部分保持在期望位置。本发明还涉及结合有这种反作用力机构的机加工轴和机加工工具，以及它们的操作方法。
Description
技术领域
本发明涉及反作用力机构，其用于在物体上施加力，以将该物体保持在期望位置。在一种实施方式中，本发明涉及机加工轴，该机加工轴包括用于抵消作用在机加工轴的运动部件上的力的装置。根据另一个方面，其能够应用于机加工工具的支撑件。
背景技术
机加工工具可以包括机加工轴，所述机加工轴布置成使得工具和工件能够相对于彼此平移。这种平移可以沿竖直方向、沿具有水平分量和竖直分离的倾斜方向、水平方向或带有沿旋转方向的相对运动而发生。工具或工件可以由轴承载。有时，机加工轴可能受到施加到其上的恒定载荷。例如，用于促动其行进方向具有竖直分量的线性轴的驱动器除了克服摩擦之外，还将处理克服作用在其上的重力所需的力等。相似地，旋转轴可以经受来自例如恒定连续工艺摩擦的恒定载荷。
术语“机加工轴”用来表示这样的装置组件，即其中一个部件相对于另一个被驱动，与诸如运动轴的概念基准轴相对。
机加工工具的线性轴上的进给驱动器在传统上结合有高响应伺服马达，该伺服马达联接到螺杆致动器，以驱动竖直轴和水平轴。通常，螺纹具有低螺旋角，这使得驱动器具有高机械性优点。这减小了马达克服摩擦和重力效果所需要的努力。此外，多个螺杆驱动器，尤其是滑动轴承设计（与滚珠螺杆相对）的那些，具有足够的内部摩擦，使得它们是“不可逆的”。也就是，向线性轴施加力不会引起螺杆旋转。这种情况下的优点可在于，当移除驱动马达的动力时，线性轴保持其位置。在螺杆可逆的情况下，通常采用安装在螺杆或马达上的制动器。由于机构中的高机械性优点，所以仅仅需要低的夹持力来将轴保持静止。
就机加工工具上的旋转轴而言，驱动器在传统上结合有类似的高响应伺服马达，该伺服马达联接到某些形式的扭矩增大装置，例如蜗轮蜗杆、齿轮组或带驱动器，以提供所需的高机械性优点。这些系统中的许多也是“不可逆的”，但是在它们不是的情况下，与扭矩增大装置的驱动侧联接的制动器将仍需要低的扭矩来夹持该轴。
最近，直接马达驱动器的使用已经提高了线性和旋转机器驱动器的精度。这避免了否则可能在传动系中遇到的共振机械接口。它们还可以通过其较宽的带宽伺服系统来提供改进的动态定位能力，以克服非线性效应，例如“粘附-滑动运动”或滞后。
然而，直接马达驱动器不具有螺杆驱动器所呈现的不可逆特性，并且具有零机械性优点。直接马达驱动器必须被持续地激发，以克服作用在机加工轴上的力。所得的直接马达驱动器中的抵抗损失引起在工作循环中任何时间都不会回收的加热和能量消耗。当移除驱动动力时，如果要克服这样的力将机加工轴保持就位，那么需要额外的措施。
存在多种已知的措施来抵消竖直轴上加载的重力。一个实例是提供平衡滑架，以向竖直轴施加反作用运行力。这可以包括第二竖直轴，带有质量与主轴滑架类似的滑架，通过缆线或链连接到主滑架，该缆线或链在机器的顶部处延伸过带轮系统。
当仅仅需要低速度和加速度时，这样的结构能够令人满意地运行，但是在更多的动态应用中会遇到明显的问题。
US5,518,550公开了用于制造半导体装置的台架设备。其包括恒定张力弹簧，以用于消除施加在可竖直运动的台架上的重力。然而，这样的弹簧易于金属疲劳，并且由于弹簧机构中非阻尼共振频率的激发而可能产生动态问题。
在一些机加工工具中还通过气动或液压缸提供反向平衡力。然而，来自于气缸密封件的粘附-滑动摩擦，以及由保持气缸内恒定压力的流量控制阀所引起的流量和滞后问题，可能会妨碍准确的控制。另外，当以较高的滑架速度操作时，大量的空气流需求可能也存在问题。
本发明所涉及的机加工工具的另一个方面是提供用于机加工工具自身的回弹性支撑件。机加工工具通常支撑在振动隔绝足部上，以防止来自地面的振动干扰机器的加工能力，或者反之防止机器产生的震动引起地板振动。用于实现这种隔绝的已知机构涵盖了从柔顺材料的单体到复杂弹簧-阻尼器系统。在这些系统通常提供良好隔绝的同时，它们将具有很小的或不具有支撑刚度，在运动部件移动机器的重心使其倾斜的情况下，这可能会产生问题。
在另一种已知形式的隔绝系统中，支撑件设置为气动加压腔室的形式。感测任何高度变化，并且调节腔室内的压力，以在发生整体运动时保持机器位置。然而，已经发现这样的系统性能是不够的，导致残留倾斜和高度变化。
发明内容
本发明提供反作用力机构，其用于在物体上施加力，以将该物体保持在期望位置，其包括：
从动本体；
驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；
回弹性联接结构，所述回弹性联接结构用于将所述从动本体联接到物体的一部分；以及
控制结构，所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述物体上施加力，使得所述力抵消作用在所述物体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述物体的所述部分保持在所述期望位置。
利用这种机构，可以经由回弹性联接结构施加可变修正力，以控制物体的位置，同时避免从动本体（其还可以称为推动器）和物体之间的任何刚性联接。通过在从动本体的定位精度中提供一定程度的公差，在某些应用中，用于施加反作用力的回弹性联接的存在可能是有利的。其还有利的是，减少了物体与其周围环境之间的振动传递。
在优选的实施例中，所述反作用力机构能够被构造为在所述物体的所述部分上施加力，以使得所述部分被保持在支撑表面上方预定高度处。例如，回弹性联接结构可以抵靠基部的一部分或机加工工具的床。
可以设置传感器，以用于检测所述物体的所述部分从所述期望位置的位移，并且响应于所述位移将信号输出到所述控制结构，从而反作用力机构能够通过调节所施加的反作用力而进行响应，以使所述物体返回到其期望位置。
本发明还提供用于机加工工具的机加工轴，其包括：
支撑件，所述支撑件用于支撑工具或工件；
支撑件驱动器，所述支撑件驱动器用于使所述支撑件运动；以及
如本文所限定的反作用力机构，所述联接结构将所述支撑件与所述从动本体彼此联接，使得所述从动本体能够根据所述支撑件的位置通过所述从动本体驱动器而运动就位，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力，并且由此将所述支撑件保持在期望位置。
在这种构造中，支撑件的位置由相关的驱动器指示。从动本体定位成经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力。从而，即使当从其驱动器移除动力时，支撑件也保持在期望位置。
回弹性联接结构的特征可以选择成使得通过从动本体施加在支撑件上的力不会改变到超过与第二驱动器相关的定位公差的不可接受的程度。与上述已知的反作用平衡结构相比，这方便了以精确的方式将反作用力施加到支撑件上，而不会增大支撑件的惯量。此外，以可靠和稳健的方式施加该力，而不会显著地影响由第一驱动器确定的支撑件的位置。
所述支撑件的运动轴可以线性的或旋转的。
优选地，第一驱动器是线性的或旋转的马达驱动器。这在支撑件的定位中提供了高精度水平。联接结构的回弹性意味着，在从动本体采用较低精度驱动器的情况下，从动本体定位的不精确性可以不会对支撑件的位置产生实质性程度的影响。
回弹性联接结构可以包括盘簧、某些形式的挠曲件或气体弹簧，或者由物理压缩或张紧提供力的任何其它装置。
可以设有阻尼机构，以用于控制或降低支撑件和从动本体的相对速度。
在优选实施例中，机加工轴包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距减小到小于最小阈值和/或该间距增大到超过最大阈值。例如，当达到阈值时，支撑件和从动本体中的一个可以接合由另一个支撑的支座。这样的机构可以在例如联接结构故障的情况下提供故障保护装置。
可以设有制动机构，当移除由所述第一驱动器施加的驱动力时，所述制动机构用于阻止所述支撑件的运动。考虑到与支撑件相关的本文所述的反作用平衡机构的存在，将比否则需要的动力小的动力制动机构可能是足够的，原因是其不需要抵抗作用在支撑件上的全部重力。
优选地，从动本体能够沿着与支撑件相同的方向运动。例如两者均可以沿着竖直方向延伸。在一种特定结构中，所述支撑件和从动本体能够沿着共同的引导部运动。或者，从动本体可以具有一个或多个专门的引导部。
根据另一个实施例，从动本体可以位于支撑件内。从而，从动本体可以基本上或整体容纳在支撑件的尺寸中，以提供更加紧凑的构造。
联接结构可以例如仅仅由将力直接施加在支撑件上的回弹性部件构成。在另一个构造中，联接结构包括与回弹性部件串联联接的连接器。在一种实施方式中，所述连接器延伸过带轮。其可以为例如缆线或链的形式。
与从动本体相关的第二驱动器可以为以下的形式：螺杆驱动器；齿条和小齿轮驱动器；摩擦驱动器；绞盘驱动器；气动驱动器；或液压驱动器。比第一驱动器的定位精度低的驱动器可能是合适的，原因是支撑件由于联接结构的回弹性而与从动本体的任何定位不精确性基本上无关。
根据另一个方面，本发明提供操作如本文所述的反作用力机构的方法，所述方法包括以下步骤：
将驱动信号从所述控制结构输出到所述从动本体驱动器，以便使得所述驱动器使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述物体上施加力，使得所述力抵消作用在所述物体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述物体的所述部分保持在所述期望位置。
所述方法还可以包括以下步骤：响应于所述物体从所述期望位置的位移而生成输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。
作为另外一种选择或除此之外，所述方法可以包括以下步骤：生成表示所述物体的期望位置的输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。输入信号中表示的该期望位置可以例如是由使用者限定的位置，或者是由例如机加工工具执行的控制程序所限定的位置。
本发明还提供操作如本文所述的机加工轴的方法，所述方法包括以下步骤：
利用所述支撑件驱动器使所述支撑件运动到第一预定位置；
根据所述第一预定位置利用所述从动本体驱动器使所述从动本体运动到第二预定位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力。
这些步骤可以连续地执行，或者可以重叠到一定程度。优选地，它们基本上同时进行。
主驱动器可能不能充分可靠地将支撑件（以及安装在其上的任何工具或工件）单独保持就位。从而，从动本体可以布置成和/或控制成经由联接结构在所有时间在支撑件上施加反作用平衡力。优选地，反作用平衡力的大小保持基本上不变。联接结构可以在机加工轴的整个执行过程中联接在从动本体和支撑件之间。
经由联接结构施加在支撑件驱动器上的力可以部分地或基本上全部地等同于作用在支撑件上的力。这可能取决于例如支撑件驱动器中存在的摩擦力。
本发明还涉及用于机加工工具的机加工轴，其包括：
主要引导本体（例如主滑架），以用于支撑和引导工具或工件；
第一驱动器，以用于使所述主要引导本体运动；
辅助引导本体（例如从动本体或推动器或辅助滑架）；
第二驱动器，以用于使辅助引导本体运动；
回弹性联接结构，以用于将主要引导本体与第二引导本体彼此联接，使得第二引导本体能够根据主要引导本体的位置而运动就位，从而经由联接结构在主要引导本体上施加力，以抵消主要引导本体上的力。
在线性应用中，主和辅助引导本体例如为由支承轨道引导的滑架，而对于旋转应用，引导本体将包括由某种类型的旋转轴承支撑的轴或心轴。
在旋转应用中，所述支撑件在使用中能够绕一轴旋转，并且所述从动本体能够绕一轴旋转至根据所述支撑件的角度位置而定的角度位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的扭转力。所述支撑件和从动本体能够绕共同的旋转轴旋转。第二驱动器可以选自：蜗轮蜗杆、齿轮组或带驱动器。
在以下的描述中，首先描述竖直线性实例，其中重力将被抵消。然而，本发明可以应用于线性或旋转轴构造，其中将被抵抗的线性力（或旋转扭矩）来自于任何源。
附图说明
现在将参考附图，借助实例描述本发明的实施例，其中：
图1为实施本发明的机加工工具的竖直轴的前透视图；
图2为形成图1所示竖直轴的一部分的从动本体的放大透视图；
图3和4为图1的机加工轴的前透视图，其中支撑件和从动本体分别单独地安装在轴上；
图5为根据本发明另一个实施例的机加工轴的上部部分的放大透视图；
图6为根据本发明另一个实施例的机加工轴的上部部分的放大局部剖视侧视图；
图7为根据本发明的机加工工具的水平轴的前透视图；
图8和9分别为根据本发明另一个实施例的机加工工具的旋转轴的前透视图和横截面图；
图10和11分别为图8和9所示机加工轴的回弹性联接结构的前透视图和横截面图；
图12为根据本发明另一个实施例的机加工基部支撑单元的侧透视图；
图13为图12所示形式的四个单元上的机加工工具支撑件的侧透视图；以及
图14为图12所示形式的两个单元与四个主支撑弹簧结合所支撑的机加工工具的侧透视图。
具体实施方式
相同的附图标记在修改的和不同的实施例中通常在附图中用来表示对应的或类似的特征。
在图1至4所示的竖直轴2中，为主滑架4形式的支撑件能够沿着由支撑柱1承载的一对引导部或引导轨道6运动。安装座8设置在滑架的前表面上，以用于附接工具或工件。主滑架沿着引导部由线性马达10驱动。
从动本体或辅助滑架12设置成用于沿着与主轴的引导部平行的方向运动。其沿着设置在支撑柱1的竖直表面上的相应的线性引导部14运动。辅助滑架由螺杆驱动器驱动。
用于辅助滑架的螺杆驱动器包括竖直螺杆16，该竖直螺杆由支撑块18支撑，并且由伺服马达20驱动。直接联接的角度编码器22装配到伺服马达20，以提供对机加工控制器有关辅助滑架的位置的反馈。在所示的实施例中，伺服驱动器相对于螺杆轴垂直地定向，但是应当理解，也可以采用其它构造。
螺杆16与安装在辅助滑架12上的螺母24接合。从而，伺服马达20引起的螺杆的旋转使辅助滑架沿竖直方向移动。
为了图示的目的，支撑柱1在图3和4中示出为分别仅仅具有主和辅助滑架及其相关的驱动器和引导部中的一者。
如图1和2所示，为盘簧26形式的回弹性部件定位成其轴向相对的两端分别与主和辅助滑架接合。这在两个滑架之间提供了回弹性联接结构，并且辅助滑架能够经由该联接结构在主滑架上施加向上的力，以抵消作用在主滑架上的重力。来自回弹性部件的力优选地通过主滑架的质量重心施加到主滑架。盘簧的下端部由辅助滑架上的安装座28支撑并且附接到该安装座。
在主和辅助滑架之间设有阻尼机构30，以用于在滑架彼此靠近时减小施加在每个滑架上的脉冲。其下端部由辅助滑架上的安装座30支撑。
在图1至4所示的竖直轴的操作中，在控制器的控制下，主滑架4由线性马达10以较高的精度驱动到期望位置，该控制器包含在机加工工具中，轴形成该机加工工具的一部分（例如CNC控制系统）。同时，在控制器的控制下，辅助滑架12由较低成本的滚珠螺杆驱动器以较低的但是足够的定位精度驱动到主滑架下方与主滑架相邻的位置。盘簧26与主滑架4的下侧保持接合，从而向竖直轴主滑架施加竖直轴向力。
施加与作用在主滑架（和安装在其上的任何部件）上的重力相等且相反的反作用平衡力所需的主和辅助滑架之间的间距可以通过断开用于主滑架的驱动器且允许其重量仅仅由辅助滑架产生来确定。这将表示期望间距，然后该期望间距可以记录在机加工控制器中，以用于在接下来的机加工过程中进行参考。当主驱动器及其承载的任何对象的总质量改变时，该过程可以用来复位正确间距的大小。
由盘簧提供的回弹性联接件布置成具有较低的弹簧速率（或为其它形式的回弹性部件的等效特征），使得由于辅助滑架定位的任何误差所导致的施加在主滑架上的力的变化低得能够被接受。
例如，可以通过假定辅助滑架的位置远离其要求将不超过0.1mm来估计可能的反作用平衡力的误差，因此通过弹簧施加到主滑架的力在整个该变化过程中应当基本上恒定不变。以图示的方式，当支撑500kg的滑架时，外径为50mm、自由长度为150mm的冲模弹簧将压缩大约20mm。因此，辅助滑架的+或-0.1mm的可能的定位误差使得反作用平衡力的变化小至25N（+或-0.5%）。对于较高质量的主滑架，可以使用多个弹簧（或其它联接件）来提供所需的力。
机加工轴从机加工工具的控制器接收控制信号。为了实现安装在轴上的工具或工件的运动，控制器将信号发送到用于主和辅助滑架的驱动器，从而指示它们中的每一个进行相同的运动。从而，辅助滑架有效地模仿主滑架所进行的运动，以连续地提供反作用平衡力。
如果适当的话，通过提供测量装置来监测主和辅助滑架之间的间距，可以对反作用平衡力的整个量级进行较大程度的控制。机加工控制器可以布置成在需要时根据测量装置的输出信号调节辅助滑架的位置，以便保持恒定的间距并且由此保持恒定的反作用平衡力。或者，可以调节辅助滑架的位置，以便最小化通过机加工控制器进行测量时主驱动器的电流需求。
应当理解，本发明涵盖了对图1至4以实例方式示出的构造的多种修改或变型。
在图1至4所示的结构中，辅助滑架定位在主滑架下方，由压缩弹簧26提供载荷支撑件。或者，辅助滑架可以定位在主滑架上方，由张紧弹簧（或其它处于张紧的回弹性部件）提供载荷支撑件。图5中示出了这样的结构，其中主滑架附接到张紧弹簧26'的下端部。辅助滑架从螺杆驱动器悬置，而不是由螺杆驱动器支撑。
在其它构造中，这种辅助滑架可以定位在主滑架的侧面、后面或前面。其还可以至少部分地容纳在主滑架的尺寸中。在图6的实施例中，辅助滑架12位于主滑架4的本体内，以提供更加紧凑的构造。盘簧26抵靠本体的内壁。
在其它结构中，辅助滑架及其引导部14可以设置在支撑柱1的背部或内侧，并且经由延伸过带轮的缆线或链向滑架施加预加载力，其中辅助滑架沿相反的方向延伸到主滑架。在这种结构中，主和辅助滑架之间的联接结构包括与诸如盘簧26的回弹性部件串联连接的缆线或链。
与辅助滑架相关的螺杆驱动器的螺杆16可以是普通螺纹类型，或滚动元件类型，例如滚珠螺杆或滚动螺杆。第二驱动器的运动平滑度或定位精度较低，原因是通过联接结构，这些效果将基本上与主滑架无关。
螺杆16可以具有较细小的螺距（即低螺旋角），使得驱动器通过其有效载荷（即主和辅助滑架）将是不可逆的。或者，螺杆可以具有较粗糙的螺距，其中高比率的或蜗轮/蜗杆齿轮箱结合到驱动系统中，使得该驱动系统仍是不可逆的。这样，辅助滑架以及由此主滑架将在从其相应的驱动器移除动力时保持其位置。
在另一个构造中，可以设有制动器，以便当要求停止条件时防止螺杆16或其伺服马达20旋转。
其它类型的驱动器的范围可以形成辅助驱动器，该辅助驱动器可以满足辅助滑架驱动器所要求的较低定位精度。例如，其可以为具有定位能力的齿条和小齿轮驱动器、摩擦驱动器、绞盘驱动器、或者气动或液压缸。
辅助滑架可以用来执行额外的功能。例如，通过辅助滑架可以获得与主滑架的连接件。由于机加工轴运动时改变它们施加的力，所以缆线和管道路由器可以是分布和定位误差的源。这些管道可以联接到辅助滑架，辅助滑架具有壁主滑架低的定位精度要求。然后，可以采用一个或多个短的、柔性的且较轻的连接件来将服务从辅助滑架传递到主滑架。
图7中示出了另一个实施例。主滑架（或支撑件）和辅助滑架（或从动本体）的结构与图1所示的类似。然而，在图7中，滑架安装在水平地延伸的引导部上。在这种构造中，辅助滑架能够克服恒定的相反的力而精确地保持主滑架的位置。引导部安装在机加工基部40上。
现在将参考图8至11描述涉及旋转机加工轴的本发明另一个实施例。如上所述，存在与上述线性应用等效的角度。现在利用示例性旋转机加工轴描述这种变型，其中轴或心轴作为主要引导本体，辅助旋转元件形成辅助引导本体或从动本体，在它们之间具有适形联接件。壳体50容纳为精确旋转马达驱动器形式的第一驱动器，该第一驱动器布置成使支撑件运动，该支撑件由轴52构成。轴52支撑在轴承51和53上。驱动器具有附接到壳体50的直接驱动马达定子55以及附接到轴52的直接驱动马达转子57。附图标记54表示安装在支撑件一个端部上的工件、卡盘或其它工具。支撑件的另一个端部经由回弹性联接件58连接到较低精度的第二驱动器60。在所示的实例中，该驱动器包括蜗杆59和齿轮61驱动器。和前述实施例一样，应当理解，驱动器类型的范围可以适用于具有足够机械优点的这个目的，并且如果可能，那么具有足够的内部摩擦，以提供所需的不可逆特性。
联接件58用作线性回弹性联接件26的旋转等同形式。其包括两个平行的间隔开的盘62和64。一组八个楔形构件在两个盘之间设置在沿圆周间隔开的位置处。这些构件中的四个构件66安装在盘62上，同时另外四个构件68安装在另一个盘64上。盘簧70设置在各个构件之间。一个盘相对于另一个盘沿一个方向的旋转将压缩四个弹簧，而沿另一个方向的旋转将压缩另外四个弹簧。在这个实施例中，盘62和相关的楔形构件66有效地用作本文所述的从动本体，其经由回弹性联接结构58联接到支撑件52。
联接件58示出为合适的回弹性旋转连接件的一个实例。其它合适的结构对于本领域技术人员而言将是明显的。
已经参考在机加工轴承载工具或工件来描述了本发明的实施例，同时应当理解，本发明适用于要求精确定位控制的较宽范围应用中的机加工轴。例如，其可以用于磨削、车削和抛光，和平板印刷操作，以及机加工的部件的检测。
图12至14涉及本发明的实施例，其中采用本文所公开的形式的反作用力机构来提供用于机加工工具的回弹性支撑件，同时保持其基部处于期望定向。图13中示出了机加工工具80，其安装在四个基部支撑单元82上。图12中示出了支撑单元之一的放大视图。
该机加工工具包括机加工基部或基座84，其中安装有大质量的滑架86，以用于沿着基座进行线性运动。滑架从基座的一端运动到另一端使得施加在支撑单元82上力发生显著的变化。
每个支撑单元都包括为弹簧88形式的回弹性或适形联接件。这提供了用于机加工质量的支撑件，同时允许机加工基部和地板之间的相对运动处于某些频率范围内（这些频率是需要装置避开的范围）。该支撑单元还可以包括某些形式的阻尼件，由阻尼单元90表示，以防止机器在弹簧88上不受控制的回弹。每个弹簧都安装在高度调节装置92上。每个装置都包括马达驱动的驱动器，以用于改变为平台94形式的从动本体的高度。
每个支撑单元都布置成使得当相应的弹簧88由于单元上竖直力的变化（例如由滑架86的运动所导致的）而被压缩时，支撑单元调节平台94的高度，以改变弹簧88施加的反作用力，从而保持地板上方期望的机加工基部高度。
可以利用设置成与机加工基部接合的位移传感器96来监测机加工基部在地板上方的高度。这响应于相应的支撑单元附近的机加工基部的高度的变化而生成信号，以表示需要进行高度调节，该信号被供给到支撑单元或机加工工具的控制结构。因此，以闭环方式保持在每个支撑单元位置处的机加工高度的控制。
图14示出了另一个机加工支撑件的实施方式。该支撑单元82的构造对应于图12和13所示的单元。然而，机加工工具的重量基本上来自于四个主弹簧98。与支撑单元相关的辅助弹簧88能够在机加工基部上施加与待支撑的载荷变化相对应的力。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于机加工工具的机加工轴，其包括：
支撑件，所述支撑件用于支撑工具或工件；
支撑件驱动器，所述支撑件驱动器用于使所述支撑件运动；以及
反作用力机构，所述反作用力机构包括：
从动本体，所述从动本体能够沿着至少一个引导部运动；
驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；以及
控制结构，其中联接结构将所述支撑件与所述从动本体彼此联接，并且所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，使得所述力抵消作用在所述支撑件上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述支撑件保持在期望位置。
2.根据权利要求1所述的机加工轴，其中所述反作用力机构能够被构造为在所述支撑件上施加力，以使得所述支撑件被保持在支撑表面上方预定高度处。
3.根据权利要求1或2所述的机加工轴，其中所述支撑件的运动轴是线性的。
4.根据权利要求3所述的机加工轴，其中所述支撑件驱动器是线性马达直接驱动器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述支撑件和从动本体能够沿着共同的引导部运动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述联接结构包括与回弹性部件串联联接的连接器，所述连接器延伸过带轮。
7.一种用于机加工工具的机加工轴，其包括：
支撑件，所述支撑件用于支撑工具或工件；
支撑件驱动器，所述支撑件驱动器用于使所述支撑件运动；以及
反作用力机构，所述反作用力机构包括：
从动本体；
驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；
回弹性联接结构；以及
控制结构，其中所述联接结构将所述支撑件与所述从动本体彼此联接，并且所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，使得所述力抵消作用在所述支撑件上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述支撑件保持在期望位置，并且其中所述支撑件的运动轴是旋转的。
8.根据权利要求7所述的机加工轴，其中所述支撑件驱动件是旋转马达直接驱动器。
9.根据权利要求7或8所述的机加工轴，其中所述支撑件在使用中能够绕一轴旋转，并且所述从动本体能够绕一轴旋转至根据所述支撑件的角度位置而定的角度位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的扭转力。
10.根据权利要求9所述的机加工轴，其中所述支撑件和从动本体能够绕共同的旋转轴旋转。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其包括传感器，所述传感器用于检测所述支撑件从所述期望位置的位移，并且响应于所述位移将信号输出到所述控制结构。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其包括阻尼机构，所述阻尼机构用于使所述支撑件和所述从动本体中的一个相对于另一个减速。
13.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距减小至小于最小阈值。
14.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距增大至超过最大阈值。
15.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其包括制动机构，当移除由所述支撑件驱动器施加的驱动力时，所述制动机构用于阻止所述支撑件的运动。
16.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体能够相对于与所述支撑件相同的运动轴进行运动。
17.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体位于所述支撑件内。
18.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述控制结构被构造为依据所述支撑件驱动器的动力需求而调节所述从动本体的位置。
19.根据权利要求18所述的机加工轴，其中所述控制结构被构造为调节所述从动本体的位置，以便最小化所述支撑件驱动器的动力需求。
20.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述联接结构包括盘簧、挠曲件和气体弹簧中的一种。
21.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体驱动器能够在不需要电能的情况将所述从动本体保持就位。
22.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体驱动器选自：螺杆驱动器；齿条和小齿轮驱动器；摩擦驱动器；绞盘驱动器；气动驱动器；液压驱动器；蜗轮蜗杆驱动器；以及带驱动器。
23.一种机加工工具，其包括根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴。
24.一种机加工工具，其包括至少一个反作用力机构，其中所述反作用力机构包括：
从动本体；
驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；
回弹性联接结构，所述回弹性联接结构联接在所述从动本体与所述机加工工具的本体的一部分之间；以及
控制结构，所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述机加工工具的本体上施加力，使得所述力抵消作用在所述机加工工具的本体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述机加工工具的本体的所述部分保持在支撑表面上方预定高度处。
25.根据权利要求24所述的机加工工具，其中与所述反作用力机构并行地设置有至少一个回弹性支撑结构，以帮助将所述部分维持在支撑表面上方预定高度处。
26.一种操作根据权利要求1至22中任一项所述的机加工轴的方法，其包括以下步骤：
将驱动信号从所述控制结构输出到所述从动本体驱动器，以便使得所述驱动器使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，使得所述力抵消作用在所述支撑件上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述支撑件保持在所述期望位置。
27.根据权利要求26所述的方法，包括以下步骤：响应于所述支撑件从所述期望位置的位移而生成输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。
28.根据权利要求26或27所述的方法，包括以下步骤：生成表示所述支撑件的期望位置的输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。
29.一种操作根据权利要求1至22中任一项所述的机加工轴的方法，其包括以下步骤：
利用所述支撑件驱动器使所述支撑件运动到第一预定位置；以及
根据所述第一预定位置利用所述从动本体驱动器使所述从动本体运动到第二预定位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力。
30.根据权利要求29所述的方法，其中根据所述第一预定位置利用所述从动本体驱动器使所述从动本体运动到第二预定位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的重力。
31.根据权利要求1至22中任一项所述的机加工轴，根据权利要求23所述的机加工工具，或根据权利要求26至30所述的方法，其中经由所述联接结构施加在所述支撑件上的力与作用在所述支撑件上的所述相反的力基本上相等且相反。
32.一种用于机加工工具的机加工轴，其包括：
主滑架，所述主滑架用于支撑工具或工件，所述主滑架在使用时能够沿着包括竖直分量的方向运动；
第一驱动器，所述第一驱动器用于使所述主滑架运动；
辅助滑架，所述辅助滑架能够沿着至少一个引导部运动；
第二驱动器，所述第二驱动器用于使所述辅助滑架运动；以及
联接结构，所述联接结构用于将所述主滑架和辅助滑架彼此联接，其中所述联接结构包括回弹性部件，
从而，所述辅助滑架能够根据所述主滑架的位置而运动就位，以便经由所述联接结构在所述主滑架上施加力，由此抵消作用在所述主滑架上的重力。
33.一种参考附图基本上如本文所述的机加工轴。
34.一种参考附图基本上如本文所述的机加工工具。
35.一种参考附图基本上如本文所述的操作机加工轴的方法。
Claims (39)
1.一种反作用力机构，其用于在物体上施加力，以将所述物体保持在期望位置，所述反作用力机构包括：
从动本体；
驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；
回弹性联接结构，所述回弹性联接结构用于将所述从动本体联接到物体的一部分；以及
控制结构，所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述物体上施加力，使得所述力抵消作用在所述物体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述物体的所述部分保持在所述期望位置。
2.根据权利要求1所述的反作用力机构，其中所述反作用力机构能够被构造为在所述物体的所述部分上施加力，以使得所述部分被保持在支撑表面上方预定高度处。
3.根据权利要求1或2所述的反作用力机构，其包括传感器，所述传感器用于检测所述物体的所述部分从所述期望位置的位移，并且响应于所述位于将信号输出到所述控制结构。
4.一种用于机加工工具的机加工轴，其包括：
支撑件，所述支撑件用于支撑工具或工件；
支撑件驱动器，所述支撑件驱动器用于使所述支撑件运动；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，其中所述联接结构将所述支撑件与所述从动本体彼此联接，使得所述从动本体能够根据所述支撑件的位置通过所述从动本体驱动器而运动就位，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力，并且由此将所述支撑件保持在期望位置。
5.根据权利要求4所述的机加工轴，其中所述支撑件的运动轴是线性的。
6.根据权利要求5所述的机加工轴，其中所述支撑件驱动器是线性马达直接驱动器。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的机加工轴，其中所述支撑件在使用中能够沿着包括竖直分量的方向运动，并且所述从动本体能够根据所述支撑件的位置而运动就位，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的重力。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的机加工轴，其中所述支撑件和从动本体能够沿着共同的引导部运动。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，或根据权利要求4至8中任一项所述的机加工轴，其中所述联接结构包括与回弹性部件串联联接的连接器，所述连接器延伸过带轮。
10.根据权利要求4所述的机加工轴，其中所述支撑件的运动轴是旋转的。
11.根据权利要求10所述的机加工轴，其中所述支撑件驱动器是旋转马达直接驱动器。
12.根据权利要求10或11所述的机加工轴，其中所述支撑件在使用中能够绕一轴旋转，并且所述从动本体能够绕一轴旋转至根据所述支撑件的角度位置而定的角度位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的扭转力。
13.根据权利要求12所述的机加工轴，其中所述支撑件和从动本体能够绕共同的旋转轴旋转。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的机加工轴，其包括阻尼机构，所述阻尼机构用于使所述支撑件和所述从动本体中的一个相对于另一个减速。
15.根据权利要求4至14中任一项所述的机加工轴，其包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距减小至小于最小阈值。
16.根据权利要求4至15中任一项所述的机加工轴，其包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距增大至超过最大阈值。
17.根据权利要求4至16中任一项所述的机加工轴，其包括制动机构，当移除由所述支撑件驱动器施加的驱动力时，所述制动机构用于阻止所述支撑件的运动。
18.根据权利要求4至17中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体能够相对于与所述支撑件相同的运动轴进行运动。
19.根据前述权利要求中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体位于所述支撑件内。
20.根据权利要求4至19中任一项所述的机加工轴，其中所述控制结构被构造为依据所述支撑件驱动器的动力需求而调节所述从动本体的位置。
21.根据权利要求20所述的机加工轴，其中所述控制结构被构造为调节所述从动本体的位置，以便最小化所述支撑件驱动器的动力需求。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，或根据权利要求4至21中任一项所述的机加工轴，其中所述联接结构包括盘簧、挠曲件和气体弹簧中的一种。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，或根据权利要求4至22中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体驱动器能够在不需要电能的情况将所述从动本体保持就位。
24.根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，或根据权利要求4至23中任一项所述的机加工轴，其中所述从动本体驱动器选自：螺杆驱动器；齿条和小齿轮驱动器；摩擦驱动器；绞盘驱动器；气动驱动器；液压驱动器；蜗轮蜗杆驱动器；以及带驱动器。
25.一种机加工工具，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，或根据权利要求4至24中任一项所述的机加工轴。
26.一种机加工工具，其包括至少一个根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，其中所述反作用力机构布置成在所述机加工工具的本体的一部分上施加力，以将所述部分保持在支撑表面上方预定高度处。
27.根据权利要求26所述的机加工工具，其中与所述反作用力机构并行地设置有至少一个回弹性支撑结构，以帮助将所述部分维持在支撑表面上方预定高度处。
28.一种操作根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构的方法，其包括以下步骤：
将驱动信号从所述控制结构输出到所述从动本体驱动器，以便使得所述驱动器使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述物体上施加力，使得所述力抵消作用在所述物体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述物体的所述部分保持在所述期望位置。
29.根据权利要求28所述的方法，包括以下步骤：响应于所述物体从所述期望位置的位移而生成输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。
30.根据权利要求28或29所述的方法，包括以下步骤：生成表示所述物体的期望位置的输入信号，并且将所述输入信号发送到所述控制结构。
31.一种操作根据权利要求4至24中任一项所述的机加工轴的方法，其包括以下步骤：
利用所述支撑件驱动器使所述支撑件运动到第一预定位置；以及
根据所述第一预定位置利用所述从动本体驱动器使所述从动本体运动到第二预定位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力。
32.根据权利要求31所述的方法，其中根据所述第一预定位置利用所述从动本体驱动器使所述从动本体运动到第二预定位置，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的重力。
33.根据权利要求1至3中任一项所述的反作用力机构，根据权利要求4至24中任一项所述的机加工轴，根据权利要求25至27中任一项所述的机加工工具，或根据权利要求28至32中任一项所述的方法，其中经由所述联接结构施加在所述物体或支撑件上的力与作用在所述物体或支撑件上的所述相反的力基本上相等且相反。
34.一种用于机加工工具的机加工轴，其包括：
主滑架，所述主滑架用于支撑工具或工件，所述主滑架在使用时能够沿着包括竖直分量的方向运动；
第一驱动器，所述第一驱动器用于使所述主滑架运动；
辅助滑架；
第二驱动器，所述第二驱动器用于使所述辅助滑架运动；以及
联接结构，所述联接结构用于将所述主滑架和辅助滑架彼此联接，其中所述联接结构包括回弹性部件，
从而，所述辅助滑架能够根据所述主滑架的位置而运动就位，以便经由所述联接结构在所述主滑架上施加力，由此抵消作用在所述主滑架上的重力。
35.一种参考附图基本上如本文所述的反作用力机构。
36.一种参考附图基本上如本文所述的机加工轴。
37.一种参考附图基本上如本文所述的机加工工具。
38.一种参考附图基本上如本文所述的操作反作用力机构的方法。
39.一种参考附图基本上如本文所述的操作机加工轴的方法。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121128 |