DE10105692A1 - Linearführungsapparat - Google Patents

Abstract

Ein Linearführungsapparat 1 besteht aus wenigstens einer Führungsschiene 3, die eine Abwälznut 8 für Wälzkörper und eine Reibschlusseinheit 6 aufweist, die auf die Führungsschiene 3 aufgebaut ist. Die Reibschlusseinheit 6 umfasst einen Hauptkörper 15, ein Bremsglied 16, einen Öldruckzylinder 17 und eine Plattenfeder 32. Das Bremsglied 16 ist so angeordnet, dass es der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 gegenüberliegt. Das Bremsglied 16 kann mit solchen Abschnitten der Seitenfläche 3a in Kontakt gebracht werden, in denen die Abwälznut 8 für die Wälznut gerade nicht geformt ist. Der Öldruckzylinder 17 enthält ein Kolbenglied 20, das so ausgebildet ist, dass es sich in einer positiven Richtung antreiben lässt, um in dieser Richtung das Bremsglied 16 gegen die Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 anzupressen. Ferner kann das Kolbenglied 20 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben werden zum Aufheben des Druckes zwischen dem Bremsglied und der Seitenfläche 3a (Fig. 3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearführungsapparat, wie er in einer Werkzeugmaschine oder einer industriellen Maschine verwendet wird.

Um einen Tisch einer Werkzeugmaschine oder einer industriellen Maschine zu führen, der durch eine Kugelspindel oder einen Linearmotor mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann, wird konventionell ein Linearführungsapparat 51 verwendet, wie er in Fig. 8 gezeigt ist.

Der in Fig. 8 gezeigte Linearführungsapparat 51, der nachstehend allgemein als Line­ arführung bezeichnet wird, umfasst als Führungsglieder dienende Führungsschienen 53, die sich in einer Richtung erstrecken, und Schieber 54, die auf die ihnen zugeordneten Führungsschienen 53 beweglich aufgesetzt sind. In der äußeren Oberfläche jeder Füh­ rungsschiene 53 ist eine Abwälznut 58 als eine Führungsfläche für Wälzkörper geformt. In jedem Schieber 54 ist als eine Lastführungsfläche eine Abwälznut für Lastwälzkörper derart geformt, dass sie der Abwälznut 58 für die Wälzkörper in der Führungsschiene 53 gegenüberliegt. Zwischen den Abwälznuten ist eine Vielzahl von Kugeln vorgesehen, die als Wälzkörper dienen. Dank dieser Wälzkörper kann der Schieber 54 entlang der Führungsschiene bewegt werden.

Als Führungsschienen 53 wird ein Paar Führungsschienen 53 verwendet, die zueinan­ der parallel verlaufen. Die Führungsschienen sind jeweils auf einem Bett 59 montiert, das im Allgemeinen auf einem Boden plaziert ist. Was die Schieber 54 betrifft, ist ein Paar Schieber 54 an jeder Führungsschiene 53 der Art angebaut, derart, dass die Schieber voneinander beabstandet sind und sich entlang der Längsrichtung der zuge­ ordneten Führungsschienen 53 verschieben lassen. Die Schieber 54 sind ihrerseits je­ weils an einem Tisch 52 angebracht.

Zum Antreiben des Tisches 52 wird ein Antriebsmechanismus 55 verwendet, der eine Schraubspindel 60 und eine Kugelmutter 61 umfasst. Auf der äußeren Oberfläche der Schraubspindel 60 ist eine Gewindenut geformt. Die Schraubspindel 60 ist an dem Bett 59 entlang der Führungsschienen 53 so montiert, dass sie sich um ihre eigene Achse drehen lässt. Die Kugelmutter 61 steht über eine Vielzahl von als die Abwälzkörper die­ nende Kugeln mit der Schraubspindel in Schraubeingriff. Die Kugelmutter 61 ist am Tisch 52 angebracht. Der Antriebsmechanismus 55 ist so strukturiert, dass er die Schraubspindel 60 drehen kann, um über die Kugelmutter 61 den Tisch 52 entlang der Führungsschienen 53 zu bewegen.

Ferner umfasst der Linearführungsapparat 51 eine nicht gezeigte Reibschlusseinheit, die verwendet wird, um den jeweiligen Schieber 54 an einer gegebenen Position der Führungsschiene 53 anzuhalten. Die Reibschlusseinheit umfasst ein Bremsglied, das der oberen Fläche oder einer Seitenfläche der Führungsschiene 53 oder der Abwälznut 58 der Wälzkörper gegenüberliegt, und eine Antriebsvorrichtung, die in der Lage ist, das Bremsglied gegen die Führungsschiene 53 anzupressen. Das Bremsglied ist so struktu­ riert, dass es eine Reibungskraft zu erzeugen vermag in einem Fall, indem es durch die Antriebseinrichtung gegen die Führungsschiene 53 gepresst wird und damit in Kontakt kommt.

Die Reibschlusseinheit drückt das Bremsglied an, wobei die Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer Reibkraft an dem Schieber 54 und dem Tisch 52 verwendet wird, um diese an ihren gegebenen Positionen der Führungsschiene 53 einzustellen. Durch Betä­ tigen der Reibschlusseinheit kann die Dämpfungscharakteristik für Vibrationen des Schiebers 54 und des Tisches 52 verbessert werden und lässt sich so die Steifigkeit des Schiebers 54 und des Tisches 52 erhöhen.

Wenn jedoch bei dem auf diese Weise strukturierten Linearführungsapparat 51 das Bremsglied gegen die obere Fläche der Führungsschiene 53 angepresst ist, um auf die­ se Weise eine Reibkraft zu erzeugen, werden der Schieber 54 und der Tisch 52 nach oben gedrückt, sobald das Bremsglied gegen die Führungsschiene 53 anliegt, was die Positioniergenauigkeit für den Schieber 54 und den Tisch 52 verschlechtert.

Im Hinblick auf dieses Problem wird in der japanischen, ungeprüften Patentpublikation Hei. 7-54845 (JP-A-7-54845) ein Linearführungsapparat offenbart, bei welchem das Bremsglied in die Abwälznut 58 der Wälzkörper an einer Seitenfläche der Führungs­ schiene 53 eingepasst und durch einen Öldruckzylinder angepresst wird. Da in diesem Fall das Bremsglied in die Abwälznut 58 der Wälzkörper eingepasst ist, gibt es keine Möglichkeit, dass der Schieber 54 und der Tisch 52 beim Bremsen nach oben gedrückt werden. Da jedoch das Bremsglied gegen die Abwälznut 58 der Wälzkörper gepresst wird, um auf diese Weise eine Reibkraft zu erzeugen, entsteht die Tendenz, dass die Abwälznut 58 der Wälzkörper bis zu einem Ausmaß verschlissen wird, welches sich nicht mehr ignorieren lässt und schließlich erneut in einer Verschlechterung der Positio­ nierungsgenauigkeit des Schiebers 54 und des Tisches 52 resultiert.

Wenn in der vorerwähnten Publikation von JP-A-7-54845 die Bremsung gelöst wird, wird der Öldruck des Öldruckzylinders aufgehoben, um dadurch eine lastfreie Kondition her­ zustellen. Dann werden das Bremsglied und der Kolben des Öldruckzylinders mit der elastischen Kraft einer Spiralfeder zurückgestellt.

Bei einer solchen Struktur, bei der das Bremsglied und der Kolben des Öldruckzylinders mit der elastischen Kraft einer Spiralfeder zurückgestellt werden, wird die elastische Kraft der Spiral- oder Schraubenfeder verhältnismäßig groß eingestellt, damit die An­ sprechcharakteristik bzw. -geschwindigkeit für das Aufheben der Bremskondition hoch sein kann, um auf diese Weise die Reibkraft beim Bremsen mit hoher Präzision steuern zu können.

Wenn jedoch die elastische Kraft der Schraubenfeder groß gewählt werden muss, steigt automatisch auch die Last, die entsteht, wenn das Bremsglied durch den Öldruckzylin­ der gegen die elastische Kraft der Schraubenfeder verstellt werden muss, was automa­ tisch die Ansprechcharakteristik des Bremsgliedes verschlechtert, wenn dieses in seine Bremsstellung gedrückt werden muss.

In der Struktur der vorerwähnten Publikation JP-A-7-54845, in welcher ein Bremsglied (Bremsschuh) in eine Verschiebenut verschiebbar eingepasst ist, wobei die Verschiebe­ nut in einem Dämpfungsblock geformt ist, liegt zwischen der Verschiebenut und dem Bremsglied ein Spiel vor. Dieses Spiel bewirkt, dass der Schieber 54 in seiner Vor­ schubrichtung einen Leerhub auszuführen vermag. Dies begünstigt die verzögerte Ent­ stehung der Reibkraft, was es wiederum erschwert, die Reibkraft mit hoher Präzision zu steuern.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die vorerwähnten Nachteile konventio­ neller Linearführungsapparate zu eliminieren. Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, einen Linearführungsapparat anzugeben, bei welchem nicht nur die Positionierungsprä­ zision auf einem hohen Niveau gehalten wird, sondern bei dem auch die Ansprechcha­ rakteristik eines Bremsgliedes verbessert ist, so dass sich eine durch das Bremsglied generierte Reibkraft mit hoher Genauigkeit steuern lässt.

Zum Erreichen des oben genannten Ziels wird erfindungsgemäß ein Linearführungsap­ parat vorgeschlagen, der aufweist:

• - ein Führungsglied mit einer Führungsfläche, die an einer äußeren Oberfläche des Führungsgliedes geformt ist;
• - einen auf dem Führungsglied angeordneten Schieber, der in Längsrichtung des Führungsgliedes beweglich ist und eine Lastführungsfläche aufweist, die so geformt ist, dass sie der Führungsfläche des Führungsgliedes gegenüberliegt;
• - ein Bremsglied, das so angeordnet ist, dass es der Seitenfläche des Führungsglie­ des zugewandt und mit den anderen Abschnitten der Seitenfläche des Führungs­ gliedes in Kontakt bringbar sind, die nicht die Führungsfläche davon sind;
• - eine Antriebsvorrichtung mit einem Vorschub- und Rückzugsglied, das in Richtun­ gen bewegbar ist, in denen es mit der Seitenfläche des Führungsgliedes in Kontakt bringbar und von diesen lösbar ist, wobei die Antriebsvorrichtung ausgebildet zum Antreiben des Vorschub- und Rückzugsgliedes in einer Richtung, in der dieses der Seitenfläche des Führungsgliedes angenähert wird, um dabei das Bremsglied ge­ gen die Seitenfläche des Führungsgliedes anzupressen, und die auch ausgebildet ist zum Antreiben des Vorschub- und Rückzugsgliedes in einer Richtung, in der die­ ses von der Seitenfläche des Führungsgliedes entfernt wird, um auf diese Weise den Druck abzubauen, und
• - ein Supportglied zum Abstützen des Bremsgliedes mit hoher Steifigkeit in anderen Richtungen als in der Richtung, in der das Bremsglied mit der Seitenfläche des Füh­ rungsgliedes in Kontakt zu bringen und von diesem zu lösen ist.

Da in dem auf diese Weise strukturierten Linearführungsapparat das Bremsglied mit den anderen Bereichen nur der Seitenfläche des Führungsgliedes als die Führungsfläche des Führungsgliedes in Kontakt gebracht wird, wird nicht nur verhindert, dass der Schieber nach oben gedrückt wird, sondern wird auch vermieden, dass die Führungsflä­ che durch das Bremsglied verschleißt. Demzufolge kann die Positionierungsgenauigkeit für den Schieber auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Die verwendete Antriebsvorrichtung benutzt zum Antreiben des Bremsgliedes ein Vor­ schub- und Rückzugsglied, das nur in Richtungen bewegt werden kann, in denen es mit der Seitenfläche des Führungsgliedes in Kontakt kommt oder von diesem gelöst wird. Ferner ist die Antriebsrichtung so ausgebildet, dass es das Vorschub- und Rückzugs­ glied in der Richtung anzutreiben vermag, in der dieses an die Seitenfläche des Füh­ rungsgliedes angenähert wird, um auf diese Weise das Bremsglied gegen die Seitenflä­ che des Führungsgliedes zu pressen, und auch das Vorschub- und Rückzugsglied in der entgegengesetzten Richtung anzutreiben vermag, um dieses von der Seitenfläche des Führungsgliedes zu entfernen und auf diese Weise Druck abzubauen. Ferner wird das Bremsglied mit hoher Steifigkeit in allen anderen Richtungen abgestützt, ausge­ nommen in den Richtungen, in denen es mit der Seitenfläche des Führungsgliedes in Kontakt gebracht oder von dieser gelöst wird. Dadurch lässt sich das Bremsglied in Be­ zug auf die Operation des Vorschub- und Rückzugsgliedes verzögerungsfrei betätigen, d. h., das Bremsglied kann rasch mit einer guten Ansprechcharakteristik betätigt werden, bezüglich der Operation des Vorschub- und Rückzugsgliedes, so dass sich die Reibkraft des Bremsgliedes mit hoher Genauigkeit steuern lässt.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearführungsapparates;

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Reibschlusseinheit, die bei dem Linearführungsappa­ rat benutzt wird;

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht der Reibschlusseinheit;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Reibschlusseinheit;

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Reibschlusseinheit, wie sie bei einer zweiten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Linearführungsapparates benutzt wird;

Fig. 6 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht der Reibschlusseinheit von Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Reibschlusseinheit von Fig. 5; und

Fig. 8 eine Perspektivansicht eines konventionellen Linearführungsapparates.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils eine erste Ausführungsform eines Linearführungsappa­ rats gemäß der Erfindung. Der Linearführungsapparat gemäß der ersten Ausführungs­ form wird benutzt, um die Bewegung eines Tisches 2 zu führen. Gemäß Fig. 1 umfasst der Linearführungsapparat wenigstens eine Führungsschiene 3, die als ein Führungs­ glied dient, einen Schieber 4, einen Antriebsmechanismus 5, eine Reibschlusseinheit 6, und eine Steuereinheit 7, die als Steuereinrichtung dient.

Von der Führungsschiene 3 gibt es ein Paar, die sich jeweils in einer Richtung erstre­ cken und zueinander parallel verlaufen. Die beiden Führungsschienen 3 sind jeweils auf einem Bett 9 montiert, das beispielsweise auf einem Boden zu installieren ist. In der äu­ ßeren Fläche jeder Führungsschiene 3 ist eine Abwälznut 8 für Wälzkörper geformt. Die Abwälznut 8 hat einen bogenförmigen Querschnitt und dient als eine Führungsfläche, die sich in Längsrichtung der Führungsschiene 3 erstreckt.

in der gezeigten Ausführungsform ist die Führungsschiene 3 so strukturiert, dass in Fig. 2 die Form ihres Querschnitts rechteckig ist. Sie weist zwei Abwälznuten 8 für Wälzkör­ per auf, von denen jeweils eine in Längsrichtung entlang einer der beiden Seitenflächen der Führungsschiene 3 verläuft.

Auch von dem Schieber 4 ist jeweils ein Paar so vorgesehen, dass diese voneinander beabstandet jeweils auf der ihnen zugeordneten Führungsschiene 3 reiten. Das Paar der Schieber 4 kann in Längsrichtung der Führungsschiene auf dieser bewegt werden. Die Schieber 4 sind jeweils an dem Tisch 2 montiert, der mit den Schiebern 4 mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann.

Jeder Schieber 4 umfasst Abwälznuten für Wälzkörper, die als Lastführungsflächen (nicht gezeigt) dienen und so geformt sind, dass sie den Abwälznuten 8 für Wälzkörper in den Führungsschienen 3 gegenüberliegen. Zwischen den Abwälznuten 8 der Wälz­ körper und den Abwälznuten für die Lastabwälzkörper ist eine große Anzahl von Kugeln eingesetzt, die aus Stahl oder Keramik bestehen und die Aufgabe der Wälzkörper über­ nehmen.

Diese Kugeln können frei in den jeweiligen Abwälznuten rollen. Wenn die Kugeln in den jeweiligen Nuten 8 und den anderen Abwälznuten rollen, können die Schieber 4 und der Tisch 2 frei entlang der Längsrichtung der Führungsschienen 3 bewegt werden.

Der Antriebsmechanismus 5 umfasst eine Schraubspindel 10 und einen als Antriebvor­ richtung dienenden Motor 12. Die Schraubspindel 10 weist eine in ihre äußere Oberflä­ che eingeformte Schraubennut auf und ist so auf dem Beil 9 montiert, dass sie sich um ihre eigene Achse drehen kann. Eine Kugelmutter 11 ist an dem Tisch 2 montiert, derart, dass die Kugelmutter über eine große Anzahl von Kugeln, die als Abwälzkörper dienen, in Verschraubeingriff mit der Schraubspindel 10 ist.

Der Motor 12 ist so auf dem Bett 9 montiert, dass seine Ausgangswelle mit der Schraubspindel 10 verbunden ist. Der Motor 12 dient dazu, die Schraubspindel 10 um ihre Achse zu drehen. Das heißt, der Motor 12 kann den Tisch 2 entlang der Führungs­ schienen 3 über die Kugelmutter 11 bewegen, wenn er die Schraubspindel 10 dreht.

Jede Reibschlusseinheit 6 ist auf die ihr zugeordnete Führungsschiene 3 zwischen den Paar der Schieber 4, die ebenfalls auf die Führungsschiene 3 aufgesetzt sind, so aufge­ baut, dass sie auf der Führungsschiene 3 reitet. Die Reibschlusseinheiten 6 sind jeweils an dem Tisch 2 montiert und lassen sich zusammen mit den ihnen zugeordneten Schie­ bern 4 in Längsrichtung ihrer zugeordneten Führungsschienen 3 bewegen.

Jede Reibschlusseinheit 6 umfasst (Fig. 2 bis 4) einen Hauptkörper 15, ein Bremsglied 16, und einen als Antriebsvorrichtung dienenden Öldruckzylinder 17. Der Hauptkörper 15 ist an der Führungsschiene 3 so montiert, dass er auf dem Führungsglied 3 reitet und sich in dessen Längsrichtung entlang der Führungsschiene 3 bewegen lässt. Der Hauptkörper 15 ist fest mit dem Tisch 2 verbunden.

Der Hauptkörper 15 weist zwei Schürzenabschnitte 15a auf, die den beiden Seitenflä­ chen 3a der Führungsschiene 3 zugewandt, voneinander beabstandet und einander zugewandt sind. In den inneren Abschnitten der beiden Schürzenabschnitte 15 sind zwei Bremsglieder 16 durch jeweilige zugeordnete Halter 16a vorgesehen. Die beiden Bremsglieder 16 sind so angeordnet, dass sie den beiden Seitenflächen 3a der Füh­ rungsschiene 3 gegenüberliegen, und werden so abgestützt, dass sie zusammen mit den Haltern 16a zu den Seitenflächen 3a der Führungsschiene bewegt werden können. Sie können mit Abschnitten der beiden Seitenflächen der Führungsschiene 3 in Kontakt gebracht werden, die außerhalb der Abwälznuten 8 für die Wälzkörper liegen.

Die Öldruckzylinder 17 sind jeweils an den beiden Schürzenabschnitten 15a des Haupt­ körpers 15 so angeordnet, dass sie ihre zugeordneten Bremsglieder 16 gegen diese anderen Flächenbereiche der beiden Seitenflächen 3a der Führungsschiene 3 anpres­ sen können, d. h. nicht gegen die Abwälznuten 8 der Abwälzkörper.

Jeder Öldruckzylinder 17 enthält ein Zylinderglied 18, das so angeordnet ist, dass es den Schürzenabschnitt 15a des Hauptkörpers 15 durchsetzt. Ferner ist ein Abdeckglied 19 vorgesehen, das die außenseitige Öffnung des Zylindergliedes 18 dicht verschließt. In das Zylinderglied 18 ist ein Kolbenglied 20 verschiebbar eingepasst, das als ein Vor­ schub- und Rückzugsglied dient.

Zwischen dem Kolbenglied 20 und dem Abdeckglied 19 wird eine erste Ölkammer 21a geformt. Zwischen dem Kolbenglied 20 und der einen endseitigen Endwand des Zylin­ dergliedes 18 wird eine zweite Ölkammer 21b geformt. Von einer in Fig. 1 gezeigten Öldruckquelle 23 kann wahlweise Öl in diese ersten und zweiten Ölkammern 21a und 21b gedrückt werden.

Sobald Öl unter Druck in die erste Ölkammer 21a eingebracht wird, bewirkt der Öldruck eine Bewegung des Kolbengliedes 20, bei der sich dieses in einer Richtung bewegt zur Annäherung an die Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3. Wird Öl unter Druck in die zweite Ölkammer 21b eingeführt, dann bewirkt der Öldruck, dass sich das Kolbenglied 20 in einer Richtung bewegt, in der es sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschie­ ne 3 entfernt.

Der eine endseitige Endabschnitt des Kolbengliedes 20 steht von dem Zylinderglied 18 vor. An der vorstehenden Endfläche des Kolbengliedes 20 ist ein Gehäuse 24 montiert, das einen plattenförmigen Querschnitt besitzt und als Druckdetektierabschnitt dient. An der Öffnung des Gehäuses 24 ist mit einem Bolzen 26 ein viereckig geformter Träger 25 montiert. An der inneren Oberfläche des Trägers 25 ist ein Dehnungsmessstreifen 27 angebracht, der als eine Detektiervorrichtung dient. An dem Bremsglied 16 ist einstückig eine Schraubenwelle 30 montiert. Die Schraubenwelle 30 durchdringt einen Halter 16a. Eine Mutter 31 ist auf das durchgehende Ende der Schraubenwelle 30 aufgeschraubt. Durch Anziehen der Mutter 31 werden das Bremsglied 16 und der Halter 16a als inte­ graler Körper miteinander verbunden. An der Endfläche der Schraubenwelle 30 ist ein vorstehender Abschnitt 30 vorgesehen. Die äußere Oberfläche des Trägers 25 steht in Kontakt mit dem vorstehenden Abschnitt 30a.

Zwischen dem Schürzenabschnitt 15a des Hauptkörpers 15 und dem das Bremsglied 16 festlegenden Halter 16a ist eine Plattenfeder 32 eingesetzt, die als eine Supportvorrich­ tung dient, d. h., die Plattenfeder 32 hält das Bremsglied 16 zusammen mit dem Halter 16a an dem Schürzenabschnitt 15a des Hauptkörpers 15.

Ferner werden der Halter 16a und das Bremsglied 16 elastisch durch die Plattenfeder 32 in einer Richtung beaufschlagt, in der sie sich von der Seitenfläche 3a der Führungs­ schiene 3 wegbewegen. Die Plattenoberfläche der Plattenfeder 32 ist so ausgebildet, dass sie sich fast parallel zur Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 erstreckt, wohin­ gegen der Halter 16a und das Bremsglied 16 durch die Plattenfeder 32 so abgestützt werden, dass sie hohe Steifigkeit in anderen Richtungen als die Richtung haben, in der sie sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 wegbewegen. Dies bedeutet, dass sie abgestützt sind in den Längs- und Vertikalrichtungen der Führungsschiene 3.

Im Hauptkörper ist ein Paar erster und zweiter Ölzuführanschlüsse 35a und 35b ge­ formt. Mit diesen Ölzuführanschlüssen 35a und 35b sind gemäß Fig. 1 Öldruckleitungen 23a und 23b verbunden, die jeweils aus der Öldruck-Zuführvorrichtung 23 herausgeführt sind.

Sobald die Öldruck-Zuführvorrichtung 23 unter Druck gesetztes Öl in die erste Ölkam­ mer 21a des Öldruckzylinders 17 durch eine Öldruckleitung 23a zuführt, dann wird das Kolbenglied 20 zur Folge des Öldrucks des zugeführten Drucköls in einer Richtung vor­ wärts bewegt, in der er sich an die Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 annähert. Wird hingegen Drucköl zugeführt in die zweite Kammer 21b, und zwar durch die andere Öldruckleitung 23b, dann wird das Kolbenglied 20 vom Öldruck zu einer Vorschubbewe­ gung in einer Richtung gebracht, in der sich das Kolbenglied 20 von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 wegbewegt.

Sobald Drucköl in die erste Kammer 21a eingeleitet wird, wird das Öl aus der zweiten Ölkammer 21b durch eine nicht gezeigte Ablasspassage herausgedrückt. Wird hingegen Drucköl in die zweite Ölkammer 21b zugeführt, dann wird in der ersten Ölkammer 21a befindliches Öl durch eine nicht gezeigte Ablasspassage herausgedrückt.

Eine Steuereinheit 7, die einen Prozessor enthält, steuert den Motor 12 des Antriebsme­ chanismus 5, um auf diese Weise die Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches zu steu­ ern. Die Steuereinheit 7 steuert auch die Drucköl-Zuführvorrichtung 23, um die Bewe­ gung des Kolbengliedes 20 des Öldruckzylinders 17 zu steuern.

Nachstehend wird die Operation des vorerwähnten Linearführungsapparats 1 beschrie­ ben. Während sich das Kolbenglied 20 des Öldruckzylinders 27 in der Richtung zurück­ bewegt, in der es von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 entfernt wird, wird das Bremsglied 16 unter der elastischen Kraft der Plattenfeder 32 in einem Status gehalten, in dem es sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 wegbewegt. In diesem Status kann die Anspruchcharakteristik der Bewegung des Schieber 4, der angetrieben wird durch die Antriebsvorrichtung 5, in einer guten Kondition gehalten werden.

Wenn in diesem Status Drucköl aus der Öldruck-Versorgungsvorrichtung 23 in die erste Ölkammer 2la des Öldruckzylinders 17 durch eine Öldruckleitung 23a eingeführt wird, dann bewirkt der Druck des zugeführten Öls, dass das Kolbenglied veranlasst wird, sich in der Richtung zur Annäherung an die Seitenfläche 3a der Führungsschiene vorwärts zu bewegen. Unter Ansprechen auf die Vorschubbewegung des Kolbenglieds 20 wird das Bremsglied 16 durch den Träger 25 gegen die elastische Kraft der Plattenfeder 32 verschoben. Mit dieser Druckkraft wird das Bremsglied 16 gegen die Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 gepresst. Zwischen diesen beiden gegeneinander gepressten Flä­ chen wird eine Reibkraft produziert. Diese Reibungskraft verbessert die Dämpfungscha­ rakteristik und Steifigkeit des Linearführungsapparats 1. Das Ausmaß der Reibkraft des Bremsgliedes 16 kann eingestellt werden durch Steuern der Drucköl-Zuführvorrichtung 23 über die Steuereinheit 7.

Wird das Bremsglied 16 durch den Träger 25 angepresst, dann wird in dem Träger 25 eine Spannung erzeugt, die mit dem Druck korrespondiert. Das Niveau dieser Spannung wird durch den Dehnungsmessstreifen 27 detektiert. Von dem Dehnungsmesselement 27 wird ein Detektionssignal ausgegeben und an die Steuereinheit 7 übermittelt.

Das Dehnungsmesselement 27 stellt das Niveau des Drucks fest, der auf das Brems­ glied 16 aufgebracht wird, und auch mit hoher Genauigkeit das Timing der Anpressope­ ration. Daten zu der detektierten Information werden an die Steuereinheit 7 rückübertra­ gen. Dies erlaubt es, die Reibkraft des Bremsgliedes 16 mit hoher Genauigkeit zu steu­ ern. Es kann im übrigen als eine Abtastvorrichtung zum Detektieren des Bremsgliedes 16 ein anderes Element anstelle eines Dehnmesselementes verwendet werden, z. B. eine Lastzelle.

Wird hingegen Drucköl in die zweite Ölkammer 21b zugeführt, und zwar über die andere Drückölleitung 23b, dann bewirkt der Druck des zugeführten Öls, dass sich das Kolben­ glied 20 in der Richtung zurückzieht, in der es sich von der Seitenfläche 3a der Füh­ rungsschiene 3 entfernt. Unter Ansprechen auf diese Rückzugsbewegung des Kolben­ gliedes 20 wird auch der Druck aufgehoben, der auf das Bremsglied 16 ausgeübt wor­ den ist. Mit dem Abbau des Drucks wird das Bremsglied 16 dazu gebracht, sich in der Richtung zurückzuziehen, in der es sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 entfernt, und zwar unter der Einwirkung der elastischen Kraft der Plattenfeder 32. Als Folge der Rückzugsbewegung des Bremsgliedes 16 die zunächst noch zwischen dem Bremsglied 16 und der Führungsschiene 3 wirkende Reibkraft zur Verwinden gebracht, so dass die Ansprechcharakteristik für die Bewegung des Schiebers 4 bis zu einem sehr großen Ausmaß verbessert werden kann.

Im vorerwähnten Fall wird das Kolbenglied 20 nicht unter der elastischen Kraft der Plat­ tenfeder 32 zurückgezogen, sondern das Kolbenglied 20 wird zurückgezogen durch den Druck des Drucköls, das in die zweite Ölkammer 21b eingeführt worden ist. Das heißt, die Plattenfeder 32 hat nur die Aufgabe, das Bremsglied 16 zurückzuziehen. Dabei kann das Bremsglied 16 die elastische kraft der Plattenfeder wirksam aufnehmen und sich korrekt bewegen. Dies verbessert die Ansprechcharakteristik (Geschwindigkeit) bei der Bewegung des Bremsgliedes 16.

Da die elastische Kraft der Plattenfeder 32 auf das Bremsglied 16 sehr effektiv ausgeübt werden kann, gibt es keine Notwendigkeit, die elastische Kraft der Plattenfeder 32 spe­ ziell zu steigern, d. h., die elastische Kraft der Plattenfeder 32 kann klein gewählt wer­ den. Dies kann dazu beitragen, die Last zu reduzieren, die notwendig ist, um das Bremsglied 16 gegen die elastische Kraft der Plattenfeder 32 zu verschieben. Dies er­ möglicht es, die Ansprechcharakteristik des Bremsgliedes 16 zu verbessern, wenn die­ ses gegen die Federkraft zu verschieben ist.

Wie oben erwähnt, können die Verschiebeoperation und die Druckabbauoperation an dem Bremsglied rasch ausgeführt werden, so dass die Reibkraft, die zwischen dem Bremsglied 16 und der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 zu erzeugen ist, mit ho­ her Genauigkeit gesteuert werden kann.

Da das Bremsglied bei der Abstützung durch den Halter 16a auch durch die Plattenfeder 32 mit nennenswerter Steifigkeit in Längs- und Vertikalrichtungen der Führungsschiene 3 abgestützt ist, lässt sich die Reibungskraft mit hoher Präzision kontrollieren, die zwi­ schen dem Bremsglied 16 und der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 zu erzeugen ist.

In dem beschriebenen Linearführungsapparat 1 wird nicht nur verhindert, dass der Schieber 4 nach oben gedrückt wird, sondern auch dafür gesorgt, dass die Abwälznut 8 für die Wälzkörper gegen Verschleiß geschützt bleibt, und zwar da das Bremsglied 16 nur andere Abschnitte der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 kontaktiert als die dort vorgesehene Abwälznut 8 für die Wälzkörper. Dadurch lässt sich die Positionie­ rungsgenauigkeit der Schieber 4 und des Tisches 2 auf einem hohen Niveau halten.

Als Antriebsvorrichtung lässt sich im übrigen nicht nur ein Öldruckzylinder 17, z. B. wie bei der beschriebenen Ausführungsform, verwenden, sondern es können auch andere Vorrichtungen dem selben Zweck dienen wie ein Piezoaktuator, ein Pneumatikzylinder oder ein Magnet.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linear­ führungsapparats. Bei der zweiten Ausführungsform sind das Bremsglied 16 und der Halter 16a mit dem Kolbenglied 20 des Öldruckzylinders 17 verbunden. Dies bedeutet, dass das Bremsglied 16 und der Halter 16a zusammen mit dem Kolbenglied 20 integral in den Richtungen bewegt werden können, in denen das Bremsglied mit der Seitenflä­ che 3a der Führungsschiene 3 in Kontakt bringbar oder von dieser lösbar ist.

In der detaillierten Struktur der zweiten Ausführungsform ist in einem im Kolbenglied 20 geformten Druck-Detektierabschnitt im Mittelbereich eines Trägers 25 ein Supportstück 25b mittels eines Gelenkabschnittes 25a integral mit dem Träger 25 ausgebildet. Das Bremsglied 16 und der Halter 16a sind jeweils an dem Supportstück 25b mittels Bolzen 37 montiert. Selbst in einem Fall, in welchem Dimensionsfehler und/oder Montierabwei­ chungen beim Bremsglied 16 und Halter 16a vorliegen sollten, wird als Folge dieser Gelenks- oder Scharnierstruktur der Scharnierabschnitt 25a elastisch deformiert, wenn sich das Kolbenglied 20 der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 hinbewegt wird und schließlich diese kontaktiert. Durch die elastische Deformation werden solche Dimensi­ onsfehler und/oder Montierabweichungen absorbiert, so dass das Bremsglied 16 insge­ samt sogar vollflächig in Kontakt mit der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 bring­ bar ist, und zwar im Wesentlichen gleichförmig.

Da bei der zweiten Ausführungsform das Bremsglied 16 und der Halter 16a so struktu­ riert sind, dass sie integral mit dem Kolbenglied 20 bewegt werden können, lässt sich die Plattenfeder wie bei der vorhergehenden Ausführungsform zum Rückstellen des Bremsgliedes vermeiden. Das Bremsglied 16 und der Halter 16a werden durch eine geradlinige Führung 38 an dem Schürzenabschnitt 15a des Hauptkörpers 15 abgestützt. Diese geradlinige Führung 38 ist eine Supportvorrichtung, die die Plattenfeder der vor­ hergehenden Ausführungsform ersetzt.

Die geradlinige Führung 38 setzt sich zusammen aus einer Führungsschiene 39 und einem Lager 40. Die Führungsschiene 39 ist an dem Schürzenabschnitt 15a des Haupt­ körpers 15 montiert, während das Lager 40 am Halter 16a angebracht ist. Die Füh­ rungsschiene 39 erstreckt sich in einer Richtung unter rechten Winkeln gegenüber der Längsrichtung der Führungsschiene 3, wobei der Halter 16a entlang der Führungs­ schiene 39 bewegt werden kann. Auf die geradlinige Führung 38 und den Halter 16a ausgeübter Druck kann mit hoher Steifigkeit in all den Richtungen aufgenommen wer­ den, die nicht mit der Bewegungsrichtung davon übereinstimmen, d. h. in den Längs- und Vertikalrichtungen der Führungsschiene 3.

Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist auch bei dem Linearführungsapparat 1 der zweiten Ausführungsform das Bremsglied 16 in einem Status gehalten, in welchem es von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 separiert ist, wenn sich das Kolben­ glied des Öldruckzylinders 17 in der Richtung zurückzieht, in der es sich von der Seiten­ fläche 3a der Führungsschiene 3 entfernt. Deshalb kann in diesem Status die Ansprech­ charakteristik der Bewegung des Schiebers 4, der mittels der Antriebsvorrichtung 5 an­ zutreiben ist, in einer guten Kondition gehalten werden.

Wenn Drucköl von der Drucköl-Zuführvorrichtung 23 in die erste Ölkammer 21a des Öl­ druckzylinders 17 eingeführt wird, dann bewirkt der Druck des Drucköls, dass sich das mit dem Bremsglied 16 integrale Kolbenglied 20 in einer Richtung vorwärts bewegt, in der es sich der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 nähert. Durch die Vorschubbe­ wegung des Kolbenglieds 20 kommt das Bremsglied in Druckkontakt mit der Seitenflä­ che 3a der Führungsschiene 3. Zwischen diesen Teilen wird eine Reibungskraft produ­ ziert. Mit dieser Reibungskraft wird erreicht, dass sich die Dämpfungscharakteristik und die Steifigkeit des Linearführungsapparats 1 verbessern lassen. Das Ausmaß der Rei­ bungskraft des Bremsgliedes 1 kann eingestellt werden durch Steuern der Drucköl- Zuführvorrichtung 23 über die Steuereinheit 7.

Sobald das Bremsglied 16 durch den Träger 25 angedrückt wird, entsteht im Träger 25 eine Spannung, die mit dem Druck korrespondiert. Das Niveau dieser Spannung wird durch den Dehnungsmessstreifen 27 detektiert. Von dem Messstreifen 27 wird ein Ab­ tastsignal abgegeben und an die Steuereinheit 7 übermittelt. Sobald Drucköl in die zweite Ölkammer 21b des Öldruckzylinders 17 von der Drucköl-Zuführvorrichtung 23 zugeführt wird, dann bewirkt der Druck des Drucköls, dass sich das Kolbenglied 20 in einer Richtung zurückzieht, in der es sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 entfernt.

Da das Bremsglied 16 integral mit dem Kolbenglied 20 verbunden ist, wird bei der Rück­ zugsbewegung des Kolbengliedes 20 auch das Bremsglied 16 integral mit dem Kolben­ glied 20 in derselben Richtung zurückgezogen, in der es sich von der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 entfernt. Als Folge der Rückzugsbewegung des Bremsgliedes 16 wird die Reibkraft zwischen dem Bremsglied 16 und der Seitenfläche 3a der Füh­ rungsschiene 3 zum Verschwinden gebracht. Dies ermöglicht es, die Ansprechcharakte­ ristik bei der Bewegung des Schiebers 4 zu verbessern.

Wie beschrieben, ist das Bremsglied 16 so strukturiert, dass es sich mit dem Kolben­ glied 20 integral bewegt. Demzufolge kann das Bremsglied 16 schnell und ohne Verzö­ gerung in Bezug auf die Betätigung des Kolbengliedes 20 betätigt werden, d. h., mit einer guten Ansprechcharakteristik synchron mit der Betätigung des Kolbengliedes 20.

Da das vom Halter 16a gestützte Bremsglied 16 auch durch die geradlinige Führung mit hoher Steifigkeit in den Längs- und Vertikalrichtungen der Führungsschiene 3 abgestützt wird, lässt sich die Reibkraft mit hoher Genauigkeit steuern, die zwischen dem Brems­ glied 16 und der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 zu erzeugen ist.

Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist auch in dem Linearführungsapparat 1 der zweiten Ausführungsform nicht nur sichergestellt, dass der Schieber 4 nicht nach oben gedrückt wird, sondern dass auch die Abwälznut 8 für die Wälzkörper gegen Ver­ schleiß geschützt bleibt, weil das Bremsglied 16 nur mit solchen Abschnitten an der Seitenfläche 3a der Führungsschiene 3 in Kontakt gebracht wird, die nicht die Abwälznut 8 für die Wälzkörper sind. Dies lässt es zu, die Positionierungsgenauigkeit für den Schieber 4 und den Tisch 2 auf einem hohen Niveau zu halten.

Die Erfindung soll nicht beschränkt sein auf einen Linearführungsapparat eines Typs mit abwälzenden Führungselementen und einer Vielzahl von Wälzkörpern zwischen einem Führungsglied und einem Schieber, sondern kann auch angewandt werden bei einem Linearführungsapparat eines reinen Schiebetyps, d. h. mit weitgehend direkt anliegenden Schiebeführungsflächen.

Erfindungsgemäß und wie zuvor beschrieben, wird nicht nur ein Hochdrücken des Schiebers vermieden, sondern auch ein Verschleiß der Führungsoberfläche ausge­ schlossen, da das Bremsglied nur andere Abschnitte an der Seitenfläche des Führungs­ gliedes kontaktiert als die eigentliche Führungsfläche, um zwischen diesen eine Rei­ bungskraft zu produzieren. Als Folge dieser Auslegung kann die Positionierungsgenau­ igkeit für den Schieber auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Ferner enthält die Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Bremsgliedes ein Vorschub- und Rückzugsglied, das in Richtungen bewegbar ist, in denen es mit der Seitenfläche des Führungsgliedes in Kontakt bringbar oder von dieser lösbar ist. Das Vorschub- und Rückzugsglied lässt sich antreiben in Richtung, um sich einerseits der Seitenfläche des Führungsgliedes anzunähern und das Bremsglied gegen die Seitenfläche des Füh­ rungsgliedes anzupressen, und andererseits in einer Richtung, in der es sich von der Seitenfläche des Führungsgliedes entfernt und dadurch den Druck des Bremsgliedes an der Seitenfläche des Führungsgliedes abbaut. Das Bremsglied wird mit hoher Steifigkeit in anderen Richtungen abgestützt als in den Richtungen, in denen es mit der Seitenflä­ che des Führungsgliedes in Kontakt bringbar oder von dieser lösbar ist. Daraus ergibt sich, dass das Bremsglied bezüglich des Betätigens des Vorschub- und Rückzugsglie­ des ohne Verzögerung verstellbar ist, d. h., schnell und mit einer guten Ansprechcha­ rakteristik betätigbar ist in Bezug auf die Operation des Vorschub- und Rückzugsgliedes. Dadurch lässt sich auch die Reibkraft des Bremsgliedes mit hoher Genauigkeit steuern.

Claims (4)

1. Linearführungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
ein Führungsglied (3) mit einer Führungsfläche (8), die in einer äußeren Fläche (3a) des Führungsgliedes (3) geformt ist;
wenigstens einen auf dem Führungsglied (3) angeordneten Schieber (4), der in Längsrichtung des Führungsgliedes bewegbar ist und eine Lastführungsfläche umfasst, die so geformt ist, dass sie der Führungsfläche (8) an dem Führungsglied (3) gegenüberliegt;
ein der Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) gegenüberliegendes Bremsglied (16), das mit anderen nicht die Führungsfläche (8) darstellenden Abschnitten der Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) in Kontakt bringbar ist;
eine Antriebsvorrichtung mit einem Vorschub- und Rückzugsglied (20), das in ent­ gegengesetzten Richtungen bewegbar ist, in denen es in Kontakt mit der Seiten­ fläche (3a) des Führungsgliedes (3) bringbar und aus diesen Kontakt separierbar ist, wobei die Antriebsvorrichtung ausgebildet ist zum Antreiben des Vorschub- und Rückzugsgliedes (20) in Richtungen, in denen das Vorschub- und Rückzugs­ glied (20) an die Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) annäherbar ist, um da­ durch das Bremsglied (16) gegen die Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) anzupressen, und um sich von der Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) wegzubewegen und den Druck des Bremsgliedes (16) aufzuheben; und
ein Supportglied (32, 38) zum Abstützen des Bremsgliedes (16) mit hoher Steifig­ keit in allen anderen Richtungen als in den Richtungen, in denen das Bremsglied (16) mit der Seitenfläche (3a) des Führungsgliedes (3) in Kontakt bringbar oder von diesem separierbar ist.

2. Linearführungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Supportglied (32) eine Plattenfeder ist.

3. Linearführungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Supportglied (38) eine geradlinige Führung ist.

4. Linearführungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschub- und Rückzugsglied (20) eine Detektions-Einheit (27) aufweist, mit der der Anpressdruck des Bremsgliedes (16) detektierbar ist.