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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist aus der
Druckschrift
DE 19
836 624 C1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine Werkzeugmaschine
mit einer sogenannten Koppelführung.
Ein Träger
dieser Werkzeugmaschine zur Aufnahme eines Werkzeuges oder dergleichen
wird durch drei Linearverschiebungseinrichtungen in einem Arbeitsraum
bewegt und/oder positioniert. Dieser Träger ist über eine doppelte Viergelenkkette
und einen sogenannten Schwenkkörper
an der Maschine gelagert, wobei diese doppelte Viergelenkkette den Träger mit
dem Schwenkkörper
verbindet. Dieser Schwenkkörper,
die doppelte Viergelenkkette und der Träger sind im wesentlichen in
einer Ebene angeordnet. Der Schwenkkörper ist über einem Wellenabschnitt an
der Maschine gelagert, wobei sich eine Schwenkachse entlang des
Wellenabschnitts erstreckt. Diese Schwenkachse liegt in der vorgenannten
Ebene des Trägers,
der doppelten Viergelenkkette und des Schwenkkörpers derart, daß die genannte Ebene
um diese Schwenkachse schwenkbar ist. Somit sind bei der gezeigten
Werkzeugmaschine der Träger,
die doppelte Viergelenkkette und der Schwenkkörper gemeinsam um die Schwenkachse des
Schwenkkörpers
im Arbeitsraum schwenkbar. Die Viergelenkketteneinrichtung der gezeigten
Werkzeugmaschine ermöglicht
eine Verschiebung des Trägers
in der genannten Ebene, ohne daß eine Werkzeugachse
des Trägers
verschwenkt wird. Mit den Linearverschiebungseinrichtungen, die
direkt an dem Träger
der Werkzeugmaschine befestigt sind, kann der Träger durch die Beschränkung aufgrund der
Viergelenkketteneinrichtung um die Schwenkachse des Schwenkkörpers verschwenkt
und in der genannten Ebene verschoben werden.
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Aus
einem Artikel von Stuart, D.: "Platform with
six degrees of freedom" in:
Proceedings Institution of Mechanical Engineers 1965 bis 1966, Vol
180 Pt 1 No. 15, Seiten 371 bis 378 ist eine Plattform bekannt,
die an drei Punkten durch entsprechende Linearverschiebungseinrichtungen
gelagert und über diese
im Raum positioniert wird, bekannt. Jede dieser Linearverschiebungseinrichtungen
besteht im wesentlichen aus zwei Linearverschiebungszylindern, um
die Plattform entsprechend zu bewegen und zu positionie ren. Im Detail
beschäftigt
sich diese Druckschrift mit der kinematischen Analyse einer derartigen
Vorrichtung. Zur Veranschaulichung dieser kinematischen Analyse
ist ein kinematisches Ersatzmodell gezeigt. Dieses Ersatzmodell
zeigt ein im wesentlichen U-förmiges Rahmenelement
mit einer Drehachse. An diesem U-förmigen Rahmenelement ist ein
weiteres im wesentliehen dreieckiges Rahmenelement schwenkbar um
eine Schwenkachse gelagert. Weiterhin ist eine Plattform an dem
weiteren Rahmenelement schwenkbar um eine weitere Schwenkachse gelagert.
Die genannten Schwenkachsen sind jeweils zueinander senkrecht und schneiden
sich in einem Punkt. Die gezeigte Plattform in Verbindung mit den
Linearverschiebungselementen zeigt in generalisierter Weise eine
Vorrichtung, mit der eine derartige Plattform im wesentlichen frei
im Raum positioniert werden kann.
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Aus
der Druckschrift
DE
196 20 485 A1 ist eine Werkzeugeinheit für eine Fräsmaschine
bekannt. Diese Werkzeugeinheit weist ein Basisteil mit einem Zentrierkonus
und einem Zentrierzapfen auf, um mittels dieser an einer Werkzeugaufnahme
einer Fräsmaschine
angebracht zu werden. In dem Basisteil befindet sich ein Drehlager
und ein Stellantrieb, wobei ein flacher Antriebszapfen nach unten
heraustritt. An dem Antriebszapfen ist exzentrisch ein senkrecht
nach unten ragender Halter angebracht, an dem unter einem Winkel
von 30° ein
Antrieb für
ein Fräswerkzeug
angebracht ist. Das derart mit schräger Achse angeordnete Fräswerkzeug
ist entlang der Achse der Aufnahme der Fräsmaschine verschiebbar und
exzentrisch zu dieser schwenkbar, so daß der Fräskopf in entsprechender Weise
ausgerichtet werden kann und so eine Bearbeitung senkrechter Flächen bis
in große
Tiefen möglich
ist.
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Aus
der Druckschrift
US 5,718,545 ist
ein Werkzeugaufsatz für
eine Werkzeugmaschine bekannt. Dieser Werkzeugaufsatz weist einen
Antriebsblock auf, der drehbar gelagert ist. Durch diesen Antriebsblock
erstreckt sich eine Antriebswelle, die koaxial mit einer Antriebswelle
der Werkzeugmaschine verbunden ist und sich in Richtung einer ersten
Drehachse erstreckt. An dem Antriebsblock ist ein Spindelblock schwenkbar
um eine Spindelachse gelagert, wobei die Spindelachse sich senkrecht
zu der Antriebswelle erstreckt. In dem Spindelblock ist eine angetriebene
Welle koaxial mit der ersten Drehachse vorgesehen, wobei die angetriebene
Welle ein Spannfutter für
ein Werkzeug aufweist. Der Spindelblock ist über eine Kegelradanordnung
schwenkbar in einer Ebene gelagert, wobei eine weitere Kegelradanordnung
vorgesehen ist, um die Antriebsbewegung der Antriebswelle auf die
angetriebene Welle in jeder Position des Spindelblocks zu übertragen. Durch
den drehbar gelagerten Antriebsblock ist der in einer Ebene schwenkbare
Spindelblock in einer Ebene senkrecht zu dieser schwenkbar.
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Aus
der Druckschrift
US 5,238,340 ist
eine Schwenkvorrichtung für
eine Werkzeugmaschine bekannt. Diese Schwenkvorrichtung ist verschiebbar
an einem Träger
der Werkzeugmaschine gelagert und in einer Ebene zu diesem schwenkbar.
In dieser Schwenkebene sind zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen,
um die Schwenkbewegung um eine Achse senkrecht zu dieser Schwenkebene
auszuführen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bewegungs- und/oder
Positioniervorrichtung zu schaffen, die bei einfachen und steifen
Aufbau eine Erweiterung der Bewegung eines Trägers ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mit den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs 1.
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Dadurch
wird ein zweiachsiges Bewegungsmodul bzw. eine Bewegungs- und/oder
Positioniervorrichtung geschaffen, das ein Achselement zur schwenkbaren
Lagerung eines Trägers
bzw. einer Trägerplattform
aufweist. Dieses Achselement mit den Wellenabschnitten ermöglicht einen
einfachen Aufbau, der sich durch eine hohe Steifigkeit und geringe
Massen- und Fehlersummierung auszeichnet.
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Die
Linearverschiebungseinrichtungen zum Verschwenken des Trägers gemäß der Bewegungs- und/oder
Positioniervorrichtung erlauben eine Schwenkbewegung mit hoher Dynamik
bei einfachen Aufbau und hoher Genauigkeit. Die erste Linearverschiebungseinrichtung
ist vorgesehen um das Achselement um die erste Schwenkachse zu verschwenken.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung
erstreckt sich der erste Wellenabschnitt entlang der ersten Schwenkachse,
und der zweite Wellenabschnitt entlang der zweiten Schwenkachse.
Dadurch bestimmen der erste und zweite Wellenabschnitt die jeweiligen
Schwenkachsen, so daß das
Achselement besonders einfach aufgebaut werden kann. Die Lagerung
dieses ersten Wellenabschnitts in einer Lagerbuchse an der Basis
ermöglicht
eine einfache und besonders steife Ausgestaltung.
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In
bevorzugter Weise ist die erste Schwenkachse senkrecht zu der zweiten
Schwenkachse angeordnet und der Träger in zwei aufeinander senkrecht
stehenden Ebene schwenkbar. Durch diese senkrechte Anordnung der
Schwenkachsen zueinander wird bei einem großen Arbeitsbereich eine einfache
Steuerung der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung möglich.
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Es
ist weiter bevorzugt, daß die
erste Schwenkachse die zweiten Schwenkachse schneidet. Dadurch tritt
kein Versatz zwischen den Schwenkachsen auf, so daß die Steuerung
weiter vereinfacht, und die Kraft- und Momentenübertragung bzw. -abstützung verbessert
ist.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist der erste und
der zweite Wellenabschnitt einstückig
miteinander ausgebildet. Durch diese einstückige bzw. integrale Bauweise
wird ein einfaches und besonders steifes Achselement geschaffen,
wobei die Anzahl der Bauteile und eine Fehlersummierung vermindert
wird.
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Durch
den symmetrischen Aufbau des zweite Wellenabschnitt zu der ersten
Schwenkachse, gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung
läßt sich
die Steuerung der Bewegung des Trägers weiter vereinfachen, und
eine gleichmäßige Kraft-
und Momentenübertragung
bzw. -abstützung
erreichen.
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Durch
die T-förmige
Ausbildung des Achselements gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist das Achselement einfach herstellbar und erlaubt eine flächige Abstützung der
Kräfte
und Momente in der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist eine zweite Linearverschiebungseinrichtung vorgesehen
um den Träger
um die zweite Schwenkachse des Achselements zu verschwenken.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist die erste Linearverschiebungseinrichtung
beabstandet zu der ersten Schwenkachse mit dem Achselement verbunden
ist, um das Achselement zusammen mit dem Träger um die erste Schwenkachse zu
verschwenken, und die zweite Linearverschiebungseinrichtung beabstandet
zu der zweiten Schwenkachse mit dem Träger verbunden ist, um den Träger um die
zweite Schwenkachse zu verschwenken. Dadurch werden auf einfache
Weise die entsprechenden Schwenkmomente bei hoher Positioniergenauigkeit
erzeugt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist die erste Linearverschiebungseinrichtung
mit einem ersten Gelenk verbunden, das an einem Endabschnitt des
zweiten Wellenabschnitts ausgebildet ist, und die zweite Linearverschiebungseinrichtung mit
einem zweiten Gelenk verbunden, das an dem Träger vorgesehen ist. Durch die
Ausbildung des ersten Gelenks an dem zweiten Wellenabschnitt wird
die Anzahl der Bauteile und die Fehlersummierung weiter vermindert
und eine steife Struktur geschaffen.
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Die
Gelenkachse des ersten Gelenks gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist senkrecht zu
der zweiten Schwenkachse angeordnet, so daß die Steuerung der Bewegung
einfach ist und das Gelenk eine zuverlässige Bewegung ermöglicht.
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Dieses
erste Gelenk gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist nur einen rotatorischen Freiheitsgrad auf, so daß auf einen
komplizierten Aufbau räumlicher
Gelenke verzichtet werden kann. Dadurch lassen sich sowohl die Kosten,
als auch die Fehlersummen vermindern und die Zuverlässigkeit
verbessern.
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In
bevorzugter Weise sind die erste und zweite Linearverschiebungseinrichtung
jeweils mit einem Linearschlitten ausgebildet, der an der Basis
gelagert ist, und weisen jeweils eine Koppelstange auf, die gelenkig
mit dem Linearschlitten verbunden ist, wobei die Koppelstange der
ersten Linearverschiebungseinrichtung mit dem ersten Gelenk verbunden ist,
und die Koppelstange der zweite Linearverschiebungseinrichtung mit
dem zweiten Gelenk verbunden ist. Durch diese starren Koppelstangen
ist eine einfache, steife und Bewegungsübertragung bei hoher Dynamik
möglich.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist der Linearschlitten
der ersten Linearverschiebungseinrichtung senkrecht zu der ersten
Schwenkachse verschiebbar ist, wobei die erste Linearverschiebungseinrichtung
im wesentlichen in einer Ebene mit der zweiten Schwenkachse bewegbar
ist, und die zweite Linearverschiebungseinrichtung im wesentlichen
in einer Ebene mit der ersten Schwenkachse bewegbar ist. Durch diese
Anordnung der ersten Linearverschiebungseinrichtung in der Ebene
der zweiten Schwenkachse und senkrecht zu der ersten Schwenkachse
ist eine einfache Steuerung möglich und
die Kraft- und Momentenübertragung
bzw. -abstützung
verbessert. Durch die Anordnung der zweite Linearverschiebungseinrichtung
in einer Ebene mit der ersten Schwenkachse laßt sich auch für die zugehörige Schwenkbewegung
eine einfache Steuerung und Kraft- und Momentenübertragung bzw. -abstützung erreichen.
In bevorzugter Weise sind die ersten Linearverschiebungseinrichtungen
paarweise angeordnet, wobei die ersten Gelenke jeweils an auskragenden
Endabschnitten des zweiten Wellenabschnitts ausgebildet sind.
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Bei
der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist der zweite Wellenabschnitt zwischen den zwei ersten Gelenken
zwei Lagerbereiche zur Lagerung des Trägers auf. Dadurch wird ein
einfacher und steifer Aufbau geschaffen, wobei eine Bewegung mit hoher
Genauigkeit bei hoher Dynamik möglich
wird.
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In
bevorzugter Weise sind der zweite Wellenabschnitt, die zwei ersten
Gelenke und die Lagerbereiche im wesentlichen symmetrisch zu einer
Ebene der ersten Schwenkachse ausgebildet. Durch diese symmetrische
Ausgestaltung, insbesondere der zwei ersten Linearverschiebungseinrichtung
symmetrisch zu einer Ebene der ersten Schwenkachse, wird die Steuerung
und die Kraft- und Momentenübertragung bzw.
-abstützung
erheblich vereinfacht. Dieses Paar erster Linearverschiebungseinrichtungen
ist in Abhängigkeit
voneinander steuerbar.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Träger
im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene der ersten Schwenkachse
ausgebildet. Eine Halteeinrichtung, insbesondere zum Halten eines
Werkzeugs, ist an dem Träger
vorgesehen. Eine Hauptachse der Halteeinrichtung schneidet die erste Schwenkachse.
Dadurch wird verhindert, daß ein Moment
um die erste Schwenkachse, das beispielsweise durch ein Werkzeug
während
einer Bearbeitung erzeugt wird, abgestützt werden muß.
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In
bevorzugter Weise ist die Hauptachse der Halteeinrichtung senkrecht
zu der zweiten Schwenkachse angeordnet ist. Dadurch läßt sich
die Position der Hauptachse in einfacher Weise bestimmen und steuern.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Halteeinrichtung integral mit dem Träger ausgebildet, so daß ein einfaches
und steifes Bauteil entsteht, das mit einer geringen Anzahl von
Teilen eine Fehlersummierung weiter verringert.
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In
bevorzugter Weise ist die Halteeinrichtung zum Halten des Werkzeugs,
insbesondere einer Frässpindel
und eine Antriebseinrichtung für
das Werkzeug vorgesehen, wobei die Halteeinrichtung und/oder der
Träger
Anschlüsse
zur Energieversorgung und/oder Steuerung der Antriebseinrichtung und/oder
des Werkzeugs aufweist.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die
beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
Diese Zeichnung (1) zeigt in perspektivischer
Darstellung eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, die
an einem Schlittengestell angebracht ist.
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1 zeigt
eine Basis ZG, an der die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung
angebracht bzw. anbringbar ist. Nachfolgend wird die Bewegungs-
und/oder Positioniervorrichtung als „Bipod" bezeichnet. Die genannte Basis ZG ist
ein Schlittengestell einer Werkzeugmaschine.
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Wie
in 1 gezeigt, weist dieses Schlittengestell zwei
seriell angeordnete lineare Bewegungsachsen auf, so daß das Schlittengestell
ZG in die Richtungen B und C bewegbar ist. Das gezeigte Schlittengestell
ist in einer weiteren Richtung (nicht gezeigt) bewegbar, die senkrecht
zu den gezeigten Richtungen B und C ist. Das Schlittengestell ist
somit Teil seriellen dreiachsigen Werkzeugmaschine.
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Alternativ
(nicht gezeigt) kann auch ein Schlittengestell mit einem parallel
strukturiertem Aufbau, wie beispielsweise einer Einfach-Scherenvorrichtung,
beispielsweise für
eine Werkzeugmaschine in verbindung mit dem Bipod verwendet werden.
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Die
Bewegungsvorrichtung oder „Bipod" weist einen Träger (Trägerplattform)
TP auf, der schwenkbar in zwei Ebenen an der Basis ZG gelagert ist.
An diesem Träger
TP ist eine Halteeinrichtung HE vorgesehen bzw. integral mit diesem
ausgebildet, um ein Werkzeug W, wie beispielsweise eine Frässpindel,
zu lagern.
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An
der Basis ZG ist eine Lagerbuchse LB vorgesehen, die sich senkrecht
zu den Bewegungsrichtungen B und C des Schlittengestells erstreckt.
In dieser Lagerbuchse ist ein erster Wellenabschnitt AE1 eines Achselements
AE drehbar aufgenommen. Dieser erste Wellenabschnitt AE1 ist als
durchgehender zylinderförmiger
Lagerabschnitt ausgebildet. Entlang der Mittellinie des ersten Wellenabschnitts
AE1 erstreckt sich eine erste Schwenkachse A1. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
bildet dieser erste Wellenabschnitt AE1 und die Lagerbuchse LB ein
langgestrecktes Gleitlager. Alternativ dazu kann die Lagerung des
ersten Wellenabschnitts in der Lagerbuchse auch über eines oder mehrere Wälzlagereinrichtungen
erfolgen.
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Das
Achselement AE weist weiterhin einen zweiten Wellenabschnitt AE2
auf. Dieser zweite Wellenabschnitt AE2 erstreckt sich senkrecht
zu dem ersten Wellenabschnitt AE1 und ist einstückig bzw. integral mit diesem
ausgebildet. Dieser zweite Wellenabschnitt AE2 ist als durchgehender
zylinderförmiger
Lagerabschnitt ausgebildet. Entlang der Mittellinie des zweiten
Wellenabschnitts AE2 erstreckt sich eine zweite Schwenkachse A2.
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Das
Achselement AE mit dem ersten und zweiten Wellenabschnitt AE1, AE2
ist T-förmig,
d.h. symmetrisch zu dem ersten Wellenabschnitt ausgebildet. Durch
diese einfache Ausgestaltung weist das genannte Achselement AE eine
hohe Steifigkeit auf. Das Achselement AE ist schwenkbar in der Lagerbuchse
LB an der Basis ZG gelagert. Der zweite Wellenabschnitt AE2 ist
somit schwenkbar in einer Ebene bezüglich der Basis ZG gelagert.
Der Träger
TP ist schwenkbar an dem zweiten Wellenabschnitt AE2 gelagert.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist der Träger
TP im wesentlichen dreiecksförmig
ausgebildet, wobei sich der zweite Wellenabschnitt AE2 durch zwei
Lagerbuchsen an dem Träger
TP erstreckt, die jeweils in Eckabschnitten des dreiecksförmigen Trägers TP
vorgesehen sind. Die Lagerbuchsen des Trägers TP und die jeweiligen
Endabschnitte des zweiten Wellenabschnitts AE2 bilden jeweils ein Gleitlager.
Alternativ dazu kann der Träger
TP auch über
zwei Wälzlagereinrichtungen
an dem zweiten Wellenabschnitt gelagert werden. Entlang der Mittellinie
des zweiten Wellenabschnitts AE2 erstreckt sich die zweite Schwenkachse
A2, so daß der
Träger
TP schwenkbar um die zweite Schwenkachse A2 an dem zweiten Wellenabschnitt
AE2 gelagert ist.
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Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist
die erste Schwenkachse A1 senkrecht zu der zweiten Schwenkachse
A2 angeordnet, so daß der Träger TP in
zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen schwenkbar ist. Das
Achselement AE ist derart ausgebildet, daß sich die erste und zweite Schwenkachse
A1, A2 schneiden.
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Der
Träger
TP ist in jeder der aufeinander senkrechtstehenden Ebenen in einem
Bereich von ca. 90° schwenkbar.
Ausgehend von der in 1 gezeigten Mittel- oder Ausgangsstellung
ist der Träger um
ca. ± 45° um die erste
Schwenkachse A1 und um ca. ± 45° um die zweite
Schwenkachse A2 schwenkbar bzw. kippbar.
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Wie
in 1 gezeigt, sind an auskragenden Endabschnitten
des zweiten Wellenabschnitts jeweils Gelenke G1, G2 (erste Gelenke)
vorgesehen. Diese Gelenke G1, G2 verbinden den jeweiligen Endabschnitt
des zweiten Wellenabschnitts AE2 mit einer zugehörigen Linearverschiebungseinrichtung LE1,
LE2 (erste Linearverschiebungseinrichtung). An dem Endbereich des
Trägers
TP, der dem zweiten Wellenabschnitt AE2 gegenüberliegt ist ein weiteres Gelenk
G3 (zweites Gelenk) vorgesehen. Dieses zweite Gelenk G3 verbindet
den Träger
TP mit einer weiteren Linearverschiebungseinrichtung LE3 (zweite
Linearverschiebungseinrichtung).
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Zwei
Linearverschiebungseinrichtungen LE1, LE2 vom ersten Typ sind im
wesentlichen gleich und symmetrisch zu der Ebene der ersten Schwenkachse
A1 ausgebildet. Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind die ersten Gelenke G1, G2, der zweite Wellenabschnitt AE2 und
die jeweiligen Lagerbereiche für
den Träger
TP symmetrisch zu der ersten Schwenkachse angeordnet. Weiterhin
ist der Träger
TP ebenfalls im wesentlichen symmetrisch zu der Ebene der ersten
Schwenkachse A1 ausgebildet. Durch diese symmetrische Ausgestaltung
des Bipod lassen sich die auftretenden Kräfte und Momente einfach Abstützen, und
eventuelle elastische Verformungen werden minimiert.
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Wie
in 1 gezeigt, weist die erste Linearverschiebungseinrichtung
LE1 einen Linearschlitten S1 auf, der an der Basis ZG verschiebbar
gelagert ist. Mit diesem Linearschlitten S1 ist eine starre Koppelstange
K1 gelenkig verbunden. Diese Koppelstange K1 ist weiterhin mit dem
Gelenk G1 an dem zweiten Wellenabschnitt AE2 verbunden. Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist der Linearschlitten S1, die Koppelstange K1 und der zweite Wellenabschnitt
AE2 im wesentlichen in einer Ebene der zweiten Schwenkachse angeordnet.
Das heißt,
die genannten Elemente sind symmetrisch zu dieser Ebene ausgebildet.
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Das
erste Gelenk G1 weist nur einen rotatorischen Freiheitsgrad auf,
so daß eine
Schwenkbewegung des zweiten Wellenabschnitts AE2 zu der Koppelstange
K1 nur um eine Gelenkachse des ersten Gelenks G1 möglich ist.
Diese Gelenkachse des ersten Gelenks ist senkrecht zu der zweiten Schwenkachse
angeordnet und schneidet diese. Das Gelenk zwischen dem Linearschlitten
S1 und der Koppelstange K1 weist ebenfalls nur einen rotatorischen
Freiheitsgrad auf, wobei die Gelenkachse dieses Gelenks parallel
zu der Gelenkachse des ersten Gelenks G1 vorgesehen ist.
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Aufgrund
der symmetrischen Ausgestaltung ist das gegenüberliegende erste Gelenk G2
ebenso wie das beschriebene Gelenk G1 ausgebildet. Die weitere erste
Linearverschiebungseinrichtung LE2 mit einem entsprechenden Linearschlitten
S2 und einer Koppelstange K2 ist ebenfalls symmetrisch zu einer
Ebene der ersten Schwenkachse A1 ausgebildet, und zum einen an der
Basis ZG befestigt und zum anderen mit dem weiteren ersten Gelenk
G2 verbunden.
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Durch
die Ausgestaltung der genannten Gelenke mit nur einem rotatorischen
Freiheitsgrad können
diese einfach aufgebaut werden. Derartige Gelenke können relativ
hohe Belastungen aufnehmen und sind mit geringen Fehlertolleranzen
kostengünstig
herstellbar.
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Durch
diese ersten Linearverschiebungseinrichtungen LE1, LE2 ist das Achselement
AE und der daran gelagerte Träger
TP um die erste Schwenkachse A1 schwenkbar. Zur Verschwenkung des
Trägers
TP werden die Linearschlitten S1, S2 entsprechend bewegt und diese
Bewegung über
die Koppelstangen K1, K2 auf den zweiten Wellenabschnitt AE2 übertragen.
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Eine
zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3 ist ebenfalls an der Basis
ZG vorgesehen. Diese zweite Linearverschiebungseinrichtung weist
einen Linearschlitten S3 auf, der verschiebbar an der Basis gelagert
ist. Eine Koppelstange K3 ist gelenkig mit diesem Linearschlitten
S3 verbunden. Diese Koppelstange ist weiterhin mit dem zweiten Gelenk
G3 des Trägers
TP verbunden. Diese zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3 ist
im wesentlichen in der Ebene der ersten Schwenkachse A1 ausgebildet.
Das heißt,
die jeweiligen Elemente sind symmetrisch zu dieser. Das zweite Gelenk
G3 weist zwei rotatorische Freiheitsgrade auf. Dabei ist eine erste
Gelenkachse des zweiten Gelenks G3 parallel zu der zweiten Schwenkachse
A2 angeordnet. Die zweite Gelenkachse des zweiten Gelenks G3 ist
senkrecht zu dessen erster Gelenkachse vorgesehen.
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Die
Linearverschiebungseinrichtungen LE1, LE2, LE3 bzw. deren Linearschlitten
S1, S2, S3 sind in eine Richtung, d.h. parallel zueinander und senkrecht
zu der ersten Schwenkachse A1 verschiebbar.
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Eine
Werkzeugmaschine mit dem Bipod gemäß dem Ausführungsbeispiel lagert ein Werkzeug W,
um eine komplexe Bearbeitung eines Werkstücks (nicht gezeigt) auch bei
großvolumigen
Werkstücken zu
ermöglichen.
Der Träger
TP, der durch die Bewegung der Linearverschiebungseinrichtungen schwenkbar
bzw. kippbar ist, weist die Halteeinrichtung HE auf, um das Werkzeug
W, wie beispielsweise eine Frässpindel,
zu lagern. Eine Hauptachse A3 der Halteeinrichtung HE schneidet
die erste Schwenkachse A1.
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Dadurch
wird verhindert, daß ein
Moment um die erste Schwenkachse A1, das durch ein Werkzeug während einer
Bearbeitung erzeugt wird, abgestützt werden
muß. Die
Hauptachse A3 der Halteeinrichtung HE senkrecht zu der zweiten Schwenkachse
angeordnet ist. Dadurch läßt sich
die Position der Hauptachse A3 in einfacher Weise bestimmen und steuern.
Die Halteeinrichtung HE ist integral mit dem Träger TP als ein einfaches und
steifes Bauteil ausgebildet. Die Halteeinrichtung HE und/oder der
Träger
TP weisen Anschlüsse
(nicht gezeigt) zur Energieversorgung und/oder Steuerung einer Antriebseinrichtung
(nicht gezeigt) und/oder des Werkzeugs W auf.
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Nachfolgend
wird die Steuerung bzw. die Bewegung des Bipod gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
näher beschrieben.
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Ausgehend
von der in 1 gezeigten Mittelstellung des
Bipod bzw. des Trägers
TP kann dieser durch das Schlittengestell positioniert werden.
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Durch
eine betragsgleiche, jedoch gegenläufige Verschiebung der beiden
ersten Linearverschiebungseinrichtung LE1 und LE2 bzw. der Linearschlitten
S1 und S2 wird das Achselement AE und der daran gelagerte Träger um einen
vorgegebenen Winkel um die erste Schwenkachse A1 geschwenkt. Diese Schwenkbewegung
erfolgt zwischen den Endstellungen der ersten Linearverschiebungseinrichtungen LE1
und LE2. Dabei verschwenkt der Träger TP bezüglich der Koppelstange K3 der
zweiten Linearverschiebungseinrichtung LE3 in dem zweiten Gelenk G3.
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Durch
die Verschiebung des Linearschlittens S3 der zweiten Linearverschiebungseinrichtung
LE3 verschwenkt der Träger
TP um die zweite Schwenkachse A2. Diese Schwenkbewegung erfolgt
zwischen den Endstellungen des zweiten Linearschlittens S3.
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Durch
die Überlagerung
der Verschiebung der ersten Linearverschiebungseinrichtungen LE1 und
LE2 mit der Verschiebung der Linearverschiebungseinrichtung LE3
wird die Ebene des Trägers
TP entsprechend positioniert, so daß das Werkzeug, wie beispielsweise
eine Frässpindel,
in eine Arbeitsposition gebracht werden kann. In dieser Arbeitsposition kann
das Werkzeug dann durch die Bewegung des Schlittengestells entlang
eines Arbeitspfades bewegt werden.
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Alternativ
dazu kann durch die Überlagerung der
Verschiebung der ersten Linearschlitteneinrichtungen LE1 und LE2
mit der Verschiebung der Linearverschiebungseinrichtung LE3 die
Ebene des Trägers
TP mit dem Werkzeug entlang des Arbeitspfades bewegt werden.
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Weiterhin
ist auch eine Überlagerung
der Bewegung des Schlittengestells mit der Bewegung des Bipod möglich um
das Werkzeug entlang des Arbeitspfades zu bewegen.
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Die
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung bzw. der Bipod gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist an einem Schlittengestell einer mehrachsigen, insbesondere 3-achsigen
Werkzeugmaschine anbringbar, um eine mehrachsigen, insbesondere 5-achsige
Bewegung des Träger
TP zu ermöglichen. Der
Bipod weist das Achselement AE mit einem ersten Wellenabschnitt
AE1 und einen zweiten Wellenabschnitt AE2 auf. Der ersten Wellenabschnitt
AE1 ist schwenkbar um die erste Schwenkachse A1 an dem Schlittengestell
gelagert. Der Träger
TP ist schwenkbar um die zweite Schwenkachse A2 an dem zweiten Wellenabschnitt
AE2 des Achselement AE gelagert.
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Der
erste Wellenabschnitt AE1 bestimmt die erste Schwenkachse A1. Der
zweite Wellenabschnitt AE2 bestimmt die zweite Schwenkachse A2.
Die erste Schwenkachse A1 ist senkrecht zu der zweiten Schwenkachse
A2 angeordnet, wobei die erste Schwenkachse AE1 die zweiten Schwenkachse
AE2 schneidet. Der erste Wellenabschnitt AE1 ist in der Lagerbuchse
LB an dem Schlittengestell gelagert.
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Der
erste und der zweite Wellenabschnitt AE1 und AE2 ist einstückig miteinander
ausgebildet. Durch den symmetrischen Aufbau des zweite Wellenabschnitt
AE2 zu der ersten Schwenkachse A1 ist das Achselement AE T-förmige ausgebildet.
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Die
Linearverschiebungseinrichtungen zum Verschwenken des Trägers TP
umfassen zumindest eine erste Linearverschiebungseinrichtung LE1,
LE2, um das Achselement AE um die erste Schwenkachse A1 zu verschwenken,
und eine zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3, um den Träger TP um die
zweite Schwenkachse A2 des Achselements AE zu verschwenken.
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Die
erste Linearverschiebungseinrichtung LE1, LE2 ist beabstandet zu
der ersten Schwenkachse A1 mit dem Achselement AE verbunden, um
das Achselement AE zusammen mit dem Träger TP um die erste Schwenkachse
A1 zu verschwenken. Die zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3
ist beabstandet zu der zweiten Schwenkachse A2 mit dem Träger TP verbunden
ist, um den Träger
TP um die zweite Schwenkachse A2 zu verschwenken.
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Die
erste Linearverschiebungseinrichtung LE1, LE2 ist mit dem ersten
Gelenk G1, G2 verbunden. Das erste Gelenk G1, G2 ist an einem Endabschnitt
des zweiten Wellenabschnitts AE2 ausgebildet. Dieses erste Gelenk
G1, G2 weist nur einen rotatorischen Freiheitsgrad (Gelenk in einer
Ebene) auf. Die Gelenkachse des ersten Gelenks G1, G2 ist senkrecht
zu der zweiten Schwenkachse A2 angeordnet. Die zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3
ist mit dem zweiten Gelenk G3 verbunden, das an dem Träger TP vorgesehen
ist. Das zweite Gelenk G3 ist ein räumliches Gelenk mit zumindest
zwei rotatorischen Freiheitsgraden.
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Die
erste und zweite Linearverschiebungseinrichtung LE1, LE2, LE3 weisen
jeweils einen Linearschlitten S1, S2, S3 auf, der an dem Schlittengestell
gelagert ist. Weiterhin ist jeweils eine Koppelstange K1, K2, K3
vorgesehen, die gelenkig mit dem Linearschlitten S 1, S2, S3 verbunden
ist. Die Koppelstange K1, K2 der ersten Linearverschiebungseinrichtung
LE1, LE2 ist mit dem ersten Gelenk G1, G2 verbunden. Die Koppelstange
K3 der zweite Linearverschiebungseinrichtung LE3 ist mit dem zweiten Gelenk
G3 verbunden.
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Der
Linearschlitten S1, S2 der ersten Linearverschiebungseinrichtung
LE1, LE2 ist senkrecht zu der ersten Schwenkachse A1 verschiebbar.
Die erste Linearverschiebungseinrichtung LE1, LE2 ist im wesentlichen
in einer Ebene mit der zweiten Schwenkachse A2 bewegbar. Die zweite
Linearverschiebungseinrichtung LE3 ist im wesentlichen in einer Ebene
mit der ersten Schwenkachse A1 bewegbar.
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Die
Linearverschiebungseinrichtungen vom ersten Typ LE1, LE2 sind paarweise
und symmetrisch zu der Ebene der ersten Schwenkachse A1 angeordnet.
Dieses Paar erster Linearverschiebungseinrichtungen LE1, LE2 ist
in Abhängigkeit
voneinander steuerbar. Die ersten Gelenke G1, G2 sind jeweils an
auskragenden Endabschnitten des zweiten Wellenabschnitts AE2 ausgebildet.
Der zweite Wellenabschnitt AE2 weist zwischen den zwei ersten Gelenken
G1, G2 zwei Lagerbereiche zur Lagerung des Trägers TP auf. Der zweite Wellenabschnitt
AE2, die zwei ersten Gelenke G1, G2 und die Lagerbereiche sind im
wesentlichen symmetrisch zu der Ebene der ersten Schwenkachse A1
ausgebildet. Der Träger
TP ist im wesentlichen symmetrisch zu der Ebene der ersten Schwenkachse
A1 ausgebildet.