DE102013108389A1 - Motion machine with temperature-compensated linear axis and machine tool with the motion machine - Google Patents
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Abstract
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bewegungsautomaten vorzuschlagen, welcher eine Alternative zur Kompensierung von thermischen Verlagerungen umsetzt. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einem derartigen Bewegungsautomaten vorzuschlagen. Hierzu wird ein Bewegungsautomat 2 sowie eine Werkzeugmaschine 1 mit mindestens einer Linearachse 6 vorgeschlagen, wobei die Linearachse einen durch eine Armierungseinrichtung 16a, b temperaturkompensierten Schienentisch 8 aufweist.It is an object of the present invention to propose a motion machine, which implements an alternative to the compensation of thermal displacements. It is also an object of the invention to propose a machine tool with such a movement machine. For this purpose, a movement machine 2 and a machine tool 1 with at least one linear axis 6 is proposed, wherein the linear axis has a by a reinforcement 16a, b temperature-compensated rail table 8.
Description
Die Erfindung betrifft einen Bewegungsautomat für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Werkzeugmaschine mit dem Bewegungsautomaten.The invention relates to an automatic movement machine for a machine tool having the features of the preamble of
Zum Bewegen von Werkstücken oder Werkzeugen werden vielfach Industrieroboter eingesetzt. Diese sind als universell einsetzbare Bewegungsautomaten definiert, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge beziehungsweise Bewegungswegen frei programmierbar sind und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.For moving workpieces or tools industrial robots are often used. These are defined as universally applicable automatic actuators whose movements are freely programmable with respect to sequence of movements or movement paths and can perform handling and / or manufacturing tasks.
In Abhängigkeit der Bauweise des Industrieroboters werden Drehachsen, Linearachsen oder eine Mischung dieser Achsen eingesetzt. Insbesondere bei dem Einsatz von Linearachsen können sich thermische Verlagerungen bei Temperaturänderungen ergeben, wobei durch die Längenänderung von Bauteilen der Linearachsen innerhalb eine kinematischen Kette des Industrieroboters eine Verschiebung des von dem Industrieroboter geführten Manipulators erfolgt. Nachdem es gewünscht ist, die Bahngenauigkeit der Industrieroboter zu erhöhen, werden Wege gesucht, derartige thermische Verlagerungen auszuschließen.Depending on the construction of the industrial robot, rotary axes, linear axes or a mixture of these axes are used. In particular with the use of linear axes, thermal displacements may result in the event of temperature changes, wherein a displacement of the manipulator guided by the industrial robot is effected by the change in length of components of the linear axes within a kinematic chain of the industrial robot. After it is desired to increase the path accuracy of the industrial robots, ways are sought to eliminate such thermal dislocations.
Einen Lösungsweg zur Kompensierung einer temperaturabhängigen Lageveränderung an einer Werkzeugmaschine wird in der Offenlegungsschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bewegungsautomaten vorzuschlagen, welcher eine Alternative zur Kompensierung von thermischen Verlagerungen umsetzt. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einem derartigen Bewegungsautomaten vorzuschlagen.It is an object of the present invention to propose a motion machine, which implements an alternative to the compensation of thermal displacements. It is also an object of the invention to propose a machine tool with such a movement machine.
Diese Aufgabe wird durch einen Bewegungsautomaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a motion machine with the features of
Im Rahmen der Erfindung wird ein Bewegungsautomat vorgeschlagen, welcher besonders bevorzugt für eine Werkzeugmaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Der Bewegungsautomat umfasst mindestens eine Linearachse, vorzugsweise zwei, drei oder mehr als drei Linearachsen. Optional kann der Bewegungsautomat auch ergänzend Dreh- und/oder Schwenkachsen aufweisen. Der Bewegungsautomat ist vorzugsweise durch eine Steuereinrichtung steuerbar, sodass die mindestens eine Linearachse gegebenenfalls synchronisiert mit den weiteren Achsen angesteuert werden kann. Insbesondere ist der Bewegungsautomat als ein Industrieroboter, im Speziellen als ein kartesischer Roboter, ausgebildet.In the context of the invention, an automatic movement machine is proposed, which is particularly preferably suitable and / or designed for a machine tool. The automatic movement machine comprises at least one linear axis, preferably two, three or more than three linear axes. Optionally, the movement machine can also have additional rotary and / or pivot axes. The movement machine is preferably controllable by a control device, so that the at least one linear axis can optionally be controlled synchronized with the other axes. In particular, the motion machine is designed as an industrial robot, in particular as a Cartesian robot.
Die mindestens eine Linearachse weist einen Schienentisch auf, wobei der Schienentisch einen Schienentragkörper und mindestens eine Führungsschiene aufweist. Vorzugsweise umfasst der Schienentisch zwei Führungsschienen. Die Führungsschiene beziehungsweise Führungsschienen sind auf einer Führungsschienenseite des Schienentragkörpers befestigt. Insbesondere ist die Führungsschiene über mehrere Befestigungspunkte auf dem Schienentragkörper befestigt. Schienentragkörper und Führungsschiene sind miteinander in Längserstreckung des Schienentragkörpers und/oder der Führungsschiene kraft- und/oder formschlüssig und/oder flächig verbunden.The at least one linear axis has a rail table, wherein the rail table has a rail carrying body and at least one guide rail. Preferably, the rail table comprises two guide rails. The guide rail or guide rails are mounted on a guide rail side of the rail support body. In particular, the guide rail is fastened via a plurality of fastening points on the rail carrying body. Rail support body and guide rail are connected to each other in the longitudinal extension of the rail support member and / or the guide rail non-positively and / or positively and / or surface.
Der Schienentisch ist insbesondere aus Gründen des Leichtbaus aus einem Materialmix aufgebaut, wobei der Schienentragkörper aus einem Trägermaterial und die Führungsschiene aus Schienenmaterial gefertigt ist. Der Schienentragkörper ist insbesondere als ein Profil vorzugsweise mit einem konstanten Querschnitt in Längserstreckung ausgebildet. Somit bilden die mindestens eine Führungsschiene und der Schienentragkörper zusammen eine erste Bimaterialanordnung, wobei die zwei verwendeten Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.The rail table is constructed in particular for reasons of lightweight construction of a material mix, wherein the rail support body is made of a carrier material and the guide rail made of rail material. The rail support body is formed in particular as a profile, preferably with a constant cross section in the longitudinal direction. Thus, the at least one guide rail and the rail support body together form a first Bimaterialanordnung, wherein the two materials used have different thermal expansion coefficients.
Die Linearachse umfasst einen Wagen, wobei der Wagen auf der mindestens einen Führungsschiene in einem Verfahrbereich in einer linearen Richtung, welche der Längserstreckung des Schienentragkörpers und/oder der mindestens einen Führungsschiene entspricht, verfahrbar angeordnet ist. Optional ergänzend umfasst die Linearachse mindestens einen Aktor, insbesondere einen elektrischen Antrieb, zum Beispiel einen Spindelantrieb, welcher den Wagen mittels Fremdenergie gesteuert entlang der linearen Richtung auf dem Schienentisch verfährt.The linear axis comprises a carriage, wherein the carriage is movably arranged on the at least one guide rail in a travel range in a linear direction, which corresponds to the longitudinal extension of the rail carrying body and / or the at least one guide rail. Optionally additionally comprises the linear axis at least one actuator, in particular an electric drive, for example a Spindle drive, which moves the car controlled by external energy along the linear direction on the rail table.
Der Schienentisch umfasst einen Schnittstellenbereich, über den der Schienentisch in dem Bewegungsautomat angebunden ist. Insbesondere bildet der Schnittstellenbereich einen Übergang der kinematischen Kette des Bewegungsautomats. Der Schnittstellenbereich erstreckt sich in der linearen Richtung nur über einen Teilbereich der Gesamtlänge des Schienentischs und/oder der mindestens einen Führungsschiene. Beispielsweise erstreckt sich der Schnittstellenbereich auf weniger als 40%, vorzugsweise auf weniger als 30% und insbesondere auf weniger als 20% der Gesamtlänge des Schienentischs und/oder der mindestens einen Führungsschiene und/oder des Verfahrbereichs. Durch diese räumlich begrenzte Anbindung des Schienentischs in dem Bewegungsautomat ist – wenn der Schnittstellenbereich endseitig an dem Schienentisch angeordnet ist – der Schienentisch nur einseitig eingespannt und weist an der gegenüberliegenden Seite ein freies Ende auf. Für den Fall, dass der Schnittstellenbereich mittig angeordnet ist, so weist der Schienentisch zwei freie Enden auf. Der Abschnitt zwischen dem Schnittstellenbereich und dem freien Ende wird nachfolgend auch als freie Achslänge oder freie Länge bezeichnet.The rail table comprises an interface area, via which the rail table is connected in the motion machine. In particular, the interface area forms a transition of the kinematic chain of the movement machine. The interface region extends in the linear direction only over a partial region of the total length of the rail table and / or the at least one guide rail. For example, the interface area extends to less than 40%, preferably less than 30% and in particular less than 20% of the total length of the rail table and / or the at least one guide rail and / or the travel area. As a result of this spatially limited connection of the rail table in the movement machine, if the interface area is arranged on the rail table at the end, the rail table is clamped on only one side and has a free end on the opposite side. In the event that the interface area is arranged centrally, then the rail table has two free ends. The section between the interface area and the free end is hereinafter also referred to as free axis length or free length.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Schienentisch eine Armierungseinrichtung aus einem Armierungsmaterial aufweist, welche auf der der Führungsschienenseite abgewandten Seite – nachfolgend Armierungsseite genannt – des Schienentragkörpers befestigt ist. Beispielsweise ist die Führungsschienenseite eine Oberseite und die Armierungsseite eine Unterseite des Schienentragkörpers. Die Armierungseinrichtung erstreckt sich in der linearen Richtung über den Schnittstellenbereich sowie über den Verfahrbereich des Wagens. Somit ist durch die Armierungseinrichtung ein Längenbereich auf dem Schienentisch abgestützt, welcher in Draufsicht sowohl mit dem Schnittstellenbereich als auch mit der Position des Wagens überlappt. Die Armierungseinrichtung ist mit dem Schienentragkörper in Längserstreckung und/oder in der linearen Richtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.In the context of the invention, it is proposed that the rail table has a reinforcing device made of a reinforcing material which is fastened on the side facing away from the guide rail side - referred to below as the reinforcing side - of the rail carrying body. For example, the guide rail side is an upper side and the reinforcement side is a lower side of the rail support body. The reinforcing device extends in the linear direction over the interface area and over the travel range of the carriage. Thus, a length region is supported on the rail table by the Armierungseinrichtung, which overlaps in plan view both with the interface area as well as with the position of the car. The reinforcing device is connected to the rail support body in the longitudinal direction and / or in the linear direction positively and / or non-positively.
Es wird vorgeschlagen, dass die Armierungseinrichtung derart ausgebildet ist, eine aus einer Temperaturänderung resultierende Krümmung der ersten Bimaterialanordnung aus dem Schienentragkörper und der mindestens einen Führungsschiene zu kompensieren. Insbesondere ist die Armierungseinrichtung ausgebildet, die resultierende Krümmung – definiert als 1/r – zu verkleinern. Dies wird dadurch erreicht, dass durch eine aus der gleichen Temperaturänderung resultierende Gegenkrümmung einer zweiten Bimaterialanordnung aus dem Schienentragkörper und der Armierungseinrichtung die Krümmung der ersten Bimaterialanordnung kompensiert, insbesondere aufgehoben wird.It is proposed that the reinforcing device is designed to compensate for a resulting from a change in temperature curvature of the first Bimaterialanordnung from the rail support body and the at least one guide rail. In particular, the arming device is designed to reduce the resulting curvature - defined as 1 / r -. This is achieved by compensating, in particular repealing, the curvature of the first bimaterial arrangement by a counterbending of a second bimaterial arrangement resulting from the same temperature change from the rail support body and the arming device.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch den Einsatz der Armierungseinrichtung ein temperaturkompensierter und somit temperaturtoleranter Schienentisch geschaffen ist. Es ist insbesondere ein Gedanke der Erfindung, dass durch die Armierungseinrichtung maßgeblich eine Krümmung des Schienentischs verhindert wird, eine Längenänderung des Schienentischs jedoch akzeptiert wird, da diese nur zu einfach zu kompensierenden Fehlern in dem Bewegungsautomat führt.The advantage of the invention is the fact that a temperature-compensated and thus temperature-tolerant rail table is created by the use of the reinforcing device. In particular, it is an idea of the invention that a substantial bending of the rail table is prevented by the arming device, but a change in length of the rail table is accepted, since this only leads to errors that are to be compensated easily in the movement machine.
Die Dimensionierung der Armierungseinrichtung kann z. B. zum einen über FEM-Simulationen in einfacher Weise ermittelt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Dimensionierung durch Versuche zu ermitteln, wobei unterschiedlich dimensionierte Armierungseinrichtungen montiert und das Temperaturverhalten des Schienentischs gemessen wird.The dimensioning of the reinforcement can z. B. be determined on the one hand via FEM simulations in a simple manner. Alternatively, it is also possible to determine the dimensioning by experiments, mounted differently sized Armierungseinrichtungen and the temperature behavior of the rail table is measured.
Prinzipiell ist es möglich, dass das Trägermaterial und das Schienenmaterial beide als Nicht-Metalle ausgebildet sind. Allerdings treten die Ausdehnungseffekte besonders stark bei Metallen auf, so dass bei einer vorteilhaften Weiterbildung entweder das Trägermaterial oder das Schienenmaterial als ein Metall und das andere Material als ein Nichtmetall ausgebildet ist. Insbesondere weist das Nichtmetall einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Metall auf. Im speziellen ist das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 0,5, kleiner als 0,3 oder kleiner als 0,1. Für den Fall, dass das Trägermaterial als Metall ausgebildet ist, führt die Ausbildung der Führungsschiene aus Nichtmetall zu einer Krümmung des Schienentischs. Der gleiche Effekt mit einer Krümmung in Gegenrichtung erfolgt, wenn das Trägermaterial aus einem Nichtmetall und das Schienenmaterial aus einem Metall besteht. Als Nichtmetall kommt beispielsweise eine kohlenstoffbasiertes Leichtmaterial wie z. B. Karbon, CFK, CF/PEEK in Betracht.In principle, it is possible that the carrier material and the rail material are both formed as non-metals. However, the expansion effects are particularly pronounced for metals, so that in an advantageous development, either the carrier material or the rail material is formed as a metal and the other material as a non-metal. In particular, the non-metal has a smaller thermal expansion coefficient than the metal. In particular, the ratio of the coefficients of thermal expansion is less than 0.5, less than 0.3 or less than 0.1. In the event that the carrier material is formed as metal, the formation of the guide rail of non-metal leads to a curvature of the rail table. The same effect with a curvature in the opposite direction occurs when the carrier material of a non-metal and the rail material consists of a metal. As a non-metal, for example, a carbon-based light material such. As carbon, CFRP, CF / PEEK into consideration.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind das Trägermaterial und das Schienenmaterial jeweils als Metall ausgebildet, so dass die erste Bimaterialanordnung als eine Bimetallanordnung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind die Metalle von Trägermaterial und Schienenmaterial unterschiedliche ausgebildet. Im Speziellen weisen diese unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Vorzugsweise unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten mindestens um den Faktor 1,3, insbesondere mindestens um den Faktor 1.8. In dieser Weiterbildung tritt der Krümmungseffekt durch die erste Bimetallanordnung besonders stark auf, so dass die Kompensation durch die zweite Bimaterialanordnung bzw. Bimetallanordnung besonders wertvoll ist.In a preferred embodiment of the invention, the carrier material and the rail material are each formed as metal, so that the first Bimaterialanordnung is formed as a bimetallic arrangement. Particularly preferably, the metals of support material and rail material are formed differently. In particular, these have different thermal expansion coefficients. Preferably the thermal expansion coefficients differ by at least a factor of 1.3, in particular at least by a factor of 1.8. In this development, the curvature effect due to the first bimetal arrangement occurs particularly strongly, so that the compensation by the second bimaterial arrangement or bimetallic arrangement is particularly valuable.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Trägermaterial und das Armierungsmaterial jeweils als Metall ausgebildet sind, so dass die zweite Bimaterialanordnung als eine Bimetallanordnung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind die Metalle von Trägermaterial und Armierungsmaterial unterschiedliche ausgebildet. Im Speziellen weisen diese unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Vorzugsweise unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten mindestens um den Faktor 1,3, insbesondere mindestens um den Faktor 1.8. In dieser Weiterbildung wird der Krümmungseffekt durch die erste Bimetallanordnung besonders effektiv kompensiert.In an advantageous development, the carrier material and the reinforcing material are each formed as metal, so that the second Bimaterialanordnung is formed as a bimetallic arrangement. Particularly preferably, the metals of carrier material and reinforcing material are formed differently. In particular, these have different thermal expansion coefficients. Preferably, the thermal expansion coefficients differ by at least a factor of 1.3, in particular at least by a factor of 1.8. In this development, the curvature effect is compensated particularly effectively by the first bimetallic arrangement.
In einer praxisnahen und daher bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial als eine Aluminiumlegierung und das Schienenmaterial als Stahl ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Armierungsmaterial ebenfalls aus Stahl ausgebildet. Insbesondere ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumlegierung Ca. doppelt so groß wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des verwendeten Stahls.In a practical and therefore preferred embodiment, the carrier material is formed as an aluminum alloy and the rail material as steel. Particularly preferably, the reinforcing material is likewise formed from steel. In particular, the thermal expansion coefficient of the aluminum alloy is Ca. twice the thermal expansion coefficient of the steel used.
Der Vorteil der Ausführungsform ist, dass der Schienentisch aufgrund des Schienentragkörpers aus der Aluminiumlegierung immer noch als eine Leichtbaukomponente bezeichnet werden kann und aufgrund der Schienen aus Stahl hoch belastbar ist. Insbesondere ist der Schienentisch in der beschriebenen Sandwich-Bauweise leichter als ein vergleichbarer Schienentisch, welcher ausschließlich aus Stahl gefertigt ist.The advantage of the embodiment is that the rail table can still be referred to as a lightweight component due to the rail support of the aluminum alloy and is highly resilient due to the rails made of steel. In particular, the rail table in the described sandwich construction is lighter than a comparable rail table, which is made exclusively of steel.
Prinzipiell ist es möglich, dass die Armierungseinrichtung eine beliebige Form aufweist, solange sich die Armierungseinrichtung über die beschriebenen Bereiche in der linearen Richtung erstreckt. Besonders einfache und daher bevorzugte Ausführungsformen der Armierungseinrichtung werden nachfolgend noch diskutiert.In principle, it is possible for the reinforcing device to have any shape, as long as the reinforcing device extends over the described regions in the linear direction. Particularly simple and therefore preferred embodiments of the reinforcing device will be discussed below.
Anders betrachtet werden durch die Temperaturänderungen Schubspannungen in den Schienentisch eingebracht. Die Armierungseinrichtung ist so auszulegen, dass die Schubspannungen, welche aufgrund der Temperaturänderungen der Kombination des Schienentragkörpers und der mindestens einen Führungsschiene hervorgerufen werden, durch die Schubspannungen, welche aufgrund der Temperaturänderungen der Kombination des Schienentragkörpers und der Arretierungseinrichtung hervorgerufen werden, kompensiert werden, so dass das resultierende Biegemoment für den Schienentragkörper neutralisiert ist.Viewed differently, shear stresses are introduced into the rail table by the temperature changes. The reinforcing means is to be designed so that the shear stresses caused due to the temperature changes of the combination of the rail supporting body and the at least one guide rail are compensated by the shear stresses caused by the temperature changes of the combination of the rail supporting body and the locking means, so that resulting bending moment is neutralized for the rail support body.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Armierungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die durch die Temperaturänderung entstehende maximale Abweichung d in mm des Schienentischs zwischen der Position des Schnittstellenbereichs und einer beliebigen Position des Wagens in dem Verfahrbereich oder dem freien Ende des Schienentischs oder entlang der freien Achslänge oder freie Länge in Abhängigkeit der Temperaturänderung delta_T in Kelvin und der freien Länge L in Meter zwischen den beiden Positionen der folgenden Ungleichung genügt: mit c < 0,005, vorzugsweise c < 0,003.It is particularly preferred that the reinforcing device is designed such that the maximum deviation d in mm of the rail table caused by the temperature change between the position of the interface region and any position of the carriage in the travel range or the free end of the rail table or along the free axis length or free length depending on the temperature change delta_T in Kelvin and the free length L in meters between the two positions satisfies the following inequality: with c <0.005, preferably c <0.003.
Die maximale Abweichung delta_d oder die Abweichung d wird auch als orthogonale Auslenkung bezeichnet.The maximum deviation delta_d or the deviation d is also referred to as orthogonal deflection.
Die maximale Abweichung d wird gemessen, indem eine der Positionen des Schienentischs, insbesondere auf der Führungsschienenseite oder der Armierungsseite, eine Ebene definiert und an der anderen Position die maximale Abweichung des Schienentischs von der Ebene gemessen wird. Bei einer Temperaturänderung von 20 Grad Celsius auf 40 Grad Celsius (delta_T = 20 K) und einem Abstand von 1 Meter (L = 1 m) beträgt somit die Abweichung weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,06 mm.The maximum deviation d is measured by defining one of the positions of the rail table, in particular on the guide rail side or the armouring side, one plane and at the other position the maximum deviation of the rail table from the plane is measured. At a temperature change of 20 degrees Celsius to 40 degrees Celsius (delta_T = 20 K) and a distance of 1 meter (L = 1 m) is thus the deviation less than 0.1 mm, preferably less than 0.06 mm.
Besonders bevorzugt ist der Bewegungsautomat für einen Temperaturbereich zwischen 0 Grad Celsius und 60 Grad Celsius ausgelegt, sodass die Kompensationswirkung in diesem Temperaturbereich getestet wird.Particularly preferably, the movement machine is designed for a temperature range between 0 degrees Celsius and 60 degrees Celsius, so that the compensation effect is tested in this temperature range.
Die Erfindung wird bevorzugt eingesetzt, wenn die maximale Abweichung gemessen als orthogonale Auslenkung des Schienentischs ohne die Armierungseinrichtung der folgenden Ungleichung genügt: mit c > 0,05, vorzugsweise c > 0,1. D. h., dass bei dem obigen Beispiel die maximale Abweichung d mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 2 mm betragen würde. The invention is preferably used when the maximum deviation measured as orthogonal deflection of the rail table without the arming device satisfies the following inequality: with c> 0.05, preferably c> 0.1. That is, in the above example, the maximum deviation d would be more than 1 mm, preferably more than 2 mm.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Armierungseinrichtung aus dem gleichen Material wie die mindestens eine Führungsschiene aufgebaut und/oder weist das Material der Armierungseinrichtung den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder das gleiche Elastizitätsmodul wie die mindestens eine Führungsschiene auf. Durch diese Ausgestaltung ist es besonders einfach zu erreichen, dass Krümmung und Gegenkrümmung den gleichen Effekt auf den Schienentragtisch haben.In a particular embodiment of the invention, the reinforcing device is constructed from the same material as the at least one guide rail and / or the material of the reinforcing device has the same thermal expansion coefficient and / or the same modulus of elasticity as the at least one guide rail. This configuration makes it particularly easy to achieve that curvature and counterbending have the same effect on the rail support table.
In einer weiteren Ausgestaltung oder Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Querschnittsfläche der Armierungseinrichtung senkrecht zu der linearen Richtung derart dimensioniert ist, dass bei der Temperaturänderung die gleiche Zugkraft wie durch die mindestens eine Führungsschiene gebildet ist. Anders ausgedrückt soll durch die Gesamtheit der Führungsschienen und durch die Armierungseinrichtung die gleiche Zugkraft, jedoch auf zwei unterschiedlichen Seiten, auf dem Schienentragkörper aufgebracht werden, um eine Krümmung des Schienentragkörpers zu verhindern. Besonders bevorzugt sind die Zugkräfte in Draufsicht auf den Schienentisch parallel und deckungsgleich zueinander angeordnet.In a further refinement or development of the invention, it is preferred that the cross-sectional area of the reinforcing device is dimensioned perpendicular to the linear direction such that the same tensile force as in the case of the temperature change is formed by the at least one guide rail. In other words, the same tensile force, but on two different sides, should be applied to the rail support body through the entirety of the guide rails and through the arming device in order to prevent curvature of the rail support body. Particularly preferably, the tensile forces are arranged in a plan view of the rail table parallel and congruent to each other.
In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung umfasst die Armierungseinrichtung wenigstens eine Armierungsleiste, wobei jeder der mindestens einen Führungsschienen einer der Armierungsleisten zugeordnet ist. Besonders bevorzugt sind die Armierungsleisten in Draufsicht auf den Schienentisch deckungsgleich zu den Führungsschienen angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass Subsysteme aufgebaut werden, welche jeweils aus einer Führungsschiene und einer deckungsgleich dazu angeordneten Armierungsleiste bestehen und welche so dimensioniert sind, dass sich deren Krümmungsneigung gegenseitig kompensieren. Besonders bevorzugt sind Führungsschiene und Armierungsleiste eines Subsystems aus dem gleichen Material oder aus einem Material mit gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet. Optional weisen diese zudem den gleichen Flächenquerschnitt auf.In one possible structural embodiment, the reinforcing device comprises at least one reinforcing strip, wherein each of the at least one guide rails is assigned to one of the reinforcing strips. Particularly preferably, the reinforcing bars are arranged in a plan view of the rail table congruent to the guide rails. This ensures that subsystems are constructed, which each consist of a guide rail and a reinforcing strip arranged congruently thereto and which are dimensioned such that their tendency to curvature compensate each other. Particularly preferred guide rail and reinforcing strip of a subsystem of the same material or of a material with the same coefficient of thermal expansion are formed. Optionally, these also have the same area cross-section.
Besonders bevorzugt ist sogar vorgesehen, dass die Armierungsleisten als Armierungsschienen ausgebildet sind, wobei im Speziellen vorgesehen ist, dass die Armierungsschienen baugleich zu den Führungsschienen realisiert sind. Wenn die baugleichen Armierungsschienen in Draufsicht auf den Schienentisch deckungsgleich angeordnet werden, so ist sichergestellt, dass sich Krümmung und Gegenkrümmung in dem Schienentisch weitgehend kompensieren oder sogar vollständig aufheben. In dieser Ausgestaltung ist die Erfindung besonders einfach ohne zusätzliche Versuche oder FEM-Simulationen zu realisieren.Particularly preferably, it is even provided that the reinforcing bars are designed as reinforcing bars, wherein it is provided in particular that the reinforcing bars are realized identical to the guide rails. If the structurally identical reinforcement rails are arranged congruently in plan view of the rail table, then it is ensured that curvature and countercurve in the rail table largely compensate or even cancel completely. In this embodiment, the invention is particularly easy to implement without additional experiments or FEM simulations.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Bewegungsautomat ein Kupplungsbauteil und einen Lagerwagen, wobei der Lagerwagen in der linearen Richtung verschiebbar auf den Armierungsschienen angeordnet ist. Das Kupplungsbauteil besteht aus einer Aluminiumlegierung und ist in dem Schnittstellenbereich über eine Fest-Los-Lagerung mit dem Schienentisch verbunden. Die Festlagerung wird durch eine feste Kopplung des Kupplungsbauteils mit dem Schienentisch und/oder den Armierungsschienen umgesetzt. Die Loslagerung wird durch eine Kopplung mit dem Lagerwagen realisiert. Somit bildet der Lagerwagen ein Loslager in Bezug auf die lineare Richtung. In dieser Weiterbildung haben die zu der Armierungseinrichtung gehörenden Armierungsschienen eine Doppelfunktion. Zum einen dienen sie zur Kompensation von temperaturbegründeten Verlagerungen, insbesondere Krümmungen. Zum anderen sind sie Teil eines Kupplungssystems mit dem Kupplungsbauteil, wobei auch bei dem Kupplungsbauteil und der Armierungsschiene wieder die Problematik der gemischten Werkstoffe vorliegt. Diese Problematik wird dadurch gelöst, dass das Kupplungsbauteil zwar im Schnittstellenbereich durch eine Festlagerung und damit in linearer Richtung starr auf dem Schienentisch oder auf den Armierungsschienen befestigt wird, ein von der Festlagerung beabstandeter Teil des Kupplungsbauteils jedoch über die Armierungsschienen mittels einer Loslagerung an dem Schienentisch befestigt wird. Auf diese Weise können durch das Kupplungsbauteil keine Spannungen in den Schienentisch eingebracht werden, sodass Schienentisch und Kupplungsbauteil sich gegeneinander verspannen, insbesondere verkrümmen würden. Vorzugsweise ist der Schnittstellenbereich auf die Festlagerung begrenzt.In a possible development of the invention, the movement machine comprises a coupling component and a storage cart, wherein the storage cart is arranged displaceably in the linear direction on the reinforcing bars. The coupling component consists of an aluminum alloy and is connected in the interface area via a fixed-lot storage with the rail table. The fixed bearing is implemented by a fixed coupling of the coupling component with the rail table and / or the reinforcing rails. The floating bearing is realized by a coupling with the storage cart. Thus, the storage cart forms a floating bearing with respect to the linear direction. In this development, the reinforcing rails belonging to the reinforcing device have a double function. On the one hand, they serve to compensate temperature-based displacements, in particular curvatures. On the other hand, they are part of a coupling system with the coupling component, whereby also in the coupling component and the reinforcing rail again the problem of mixed materials is present. This problem is solved in that the coupling component is indeed fixed in the interface area by a fixed bearing and thus in a linear direction rigidly on the rail table or on the Armierungsschienen, but a fixed spaced from the fixed bearing part of the coupling member via the Armierungsschienen secured by a movable bearing on the rail table becomes. In this way, no stresses can be introduced into the rail table by the coupling component, so that rail table and coupling component would brace against each other, in particular would warp. Preferably, the interface area is limited to the fixed storage.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist der Bewegungsautomat mindestens eine weitere Linearachse mit einem weiteren Wagen auf, wobei die Linearachsen durch Kopplung der Wagen miteinander verbunden sind und eine kinematische Kette bilden. Insbesondere ist auf dem Schienentisch der Linearachse über das Kupplungsbauteil ein Manipulator oder ein Werkzeug aufgesetzt, sodass der Schienentisch als ein bewegter Schienentisch in dem Bewegungsautomaten ausgebildet ist. In a preferred constructional realization of the invention, the movement machine has at least one further linear axis with a further carriage, wherein the linear axes are connected to one another by coupling the carriages and form a kinematic chain. In particular, a manipulator or a tool is placed on the rail table of the linear axis via the coupling component, so that the rail table is formed as a moving rail table in the automatic movement machine.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Laseranlage, mit einem Bewegungsautomaten zur Manipulation des Werkzeugs, wobei der Bewegungsautomat ausgebildet ist, wie dieser zuvor beschrieben wurde.Another object of the invention relates to a machine tool, in particular a laser system, with a movement machine for manipulating the tool, wherein the movement machine is formed, as has been previously described.
In der Ausbildung als Laseranlage ist das Werkzeug als eine Lasereinrichtung ausgebildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass ein Laserstrahl der Lasereinrichtung parallel zu der linearen Richtung der Linearachse ausgerichtet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass etwaig verbleibende Änderungen in der linearen Richtung des Schienentischs nicht stark in das Gewicht fallen, da aufgrund von langen Brennweiten der Optik der Lasereinrichtung der Abstand zwischen Lasereinrichtung und Werkstück oder Messobjekt nicht toleranzempfindlich sind, sodass dieser temperaturbasierte Änderung vernachlässigt werden kann.In the training as a laser system, the tool is designed as a laser device, wherein it is preferably provided that a laser beam of the laser device is aligned parallel to the linear direction of the linear axis. This embodiment has the advantage that any remaining changes in the linear direction of the rail table do not fall heavily into the weight, because due to long focal lengths of the optics of the laser device, the distance between laser device and workpiece or measurement object are not sensitive to tolerance, so that this temperature-based change are neglected can.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying figures. Showing:
Die
Die Werkzeugmaschine
Der Bewegungsautomat
Der Laserstrahl
Die weitere Linearachse
In der
Die Linearachse
Die weitere Linearachse
Die Linearachse
Somit wird bei einem Verfahren der Linearachse
In der
Auf dem Schienentisch
Auf der der Führungsschienenseite F gegenüberliegenden Armierungsseite A sind zwei Armierungsschienen
Die Funktion sowie die genaue Anordnung der Armierungsschienen
Die
Aufgrund des Materialmixes des Stahls der Führungsschienen
In der
Betrachtet man den Aufbau in der
Die Krümmung der ersten Bimetallanordnung
In der
Durch die Armierungsschienen
In der
Auf diese Weise ist es somit möglich, mit einem geringen konstruktiven Aufwand eine temperaturkompensierte Linearachse
Es ist in diesem Zusammenhang nochmal zu unterstreichen, dass durch die Armierungsschienen
Die in den Figuren gezeigte Armierungseinrichtung aus Armierungsschienen
In der
In der
Ferner ist das Kupplungsbauteil
Die
In der
Die thermische Krümmung der Bimetallanordnung berechnet sich allgemein zu
Der orthogonale Abstand d, nämlich der Abstand des freien Endes oder distalen Punkts A der erwärmten Bimetallanordnung
Die Krümmung K definiert als reziproker Wert von Radius R in (1) eingesetzt ergibt: d =
Gemäß der Kleinwinkelnäherung gilt: According to the small angle approximation:
Die orthogonale Auslenkung d bei dem Schienentisch
In der in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Werkzeugmaschinemachine tool
- 22
- Bewegungsautomatmotion Machine
- 33
- Lasereinrichtunglaser device
- 44
- Laserstrahllaser beam
- 55
- LichtwellenleiterkupplungOptical fiber coupling
- 66
- Linearachselinear axis
- 77
- Linearachselinear axis
- 88th
- Schienentischrail table
- 99
- Wagendare
- 1010
- Spindelantriebspindle drive
- 1111
- Schienentischrail table
- 1212
- Wagendare
- 1313
- Spindelantriebspindle drive
- 14a, b14a, b
- Führungsschienenguide rails
- 1515
- SchienentragkörperRail support body
- 16a, b16a, b
- ArmierungsschienenArmierungsschienen
- 1717
- fehltis missing
- 18a, b18a, b
- Randabschnitteedge sections
- 1919
- Mittelabschnittmidsection
- 2020
- Bimetallanordnungbimetal
- 2121
- Bimetallanordnungbimetal
- 2222
- Kupplungsbauteilcoupling member
- 2323
- Festlagerungfixed bearing
- 2424
- Schraubenscrew
- 2525
- Loslagerungloose mounting
- 2626
- Lagerwagenstorage trolley
- 27a, b27a, b
- Bimetallanordnungbimetal
- AA
- ArmierungsseiteArmierungsseite
- FF
- FührungsschienenseiteGuide rail side
- VV
- Verschiebebereichdisplacement range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |