DE102014012985A1

DE102014012985A1 - Gleitverschiebungsführungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014012985A1
Application number: DE102014012985.3A
Authority: DE
Inventors: c/o MITUTOYO CORPORATION Sakai Hisayoshi
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-03-05
Also published as: JP2015048908A; US9316472B2; CN104421332B; US20150063730A1; CN104421332A; JP6223752B2

Abstract

Eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung (1) beinhaltet: einen Führungskörper (2), der eine Bezugsführungsoberfläche (23) und eine Teilführungsoberfläche (24), die parallel zueinander sind, aufweist; einen Gleitverschieber (3), der eine Bezugsgleitverschiebungsunterlage (31), das zum Gleitverschieben an der Bezugsführungsoberfläche (23) ausgelegt ist, und eine Teilgleitverschiebungsunterlage (33), das zum Gleitverschieben an der Teilführungsoberfläche (24) ausgelegt ist, aufweist, wobei der Gleitverschieber (3) dafür ausgelegt ist, von einer Antriebseinheit (5) angetrieben zu werden, um sich entlang des Führungskörpers (2) zu bewegen. Die Teilgleitverschiebungsunterlage (33) beinhaltet eine Gleitverschiebungsoberfläche (Teilgleitverschiebungsoberfläche), die an der Teilführungsoberfläche (24) gleitverschieblich ist, und eine Lufttasche, die eine Last auf eine zu der Teilführungsoberfläche (24) kontaktfreie Weise aufnimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung. Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung, die bei einer Maschine zum hochgenauen Messen einer Kleinstversetzung verwendet wird, so beispielsweise einer Oberflächenrauheitsmessmaschine und einer Rundheitsmessmaschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Typische Maschinen zum hochgenauen Messen einer Kleinstversetzung (beispielsweise eine Oberflächenrauheitsmessmaschine und eine Rundheitsmessmaschine) erfordern einen hochgenauen Bewegungsmechanismus zum Bewegen eines zu messenden Objektes oder eines Messwerkzeuges. Entsprechend wird eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung, die zum Verbessern der Genauigkeit geeignet ist, für einen derartigen Bewegungsmechanismus verwendet.
Eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung kann die Positioniergenauigkeit eines Gleitverschiebers auf einer Bewegungsachsenlinie fördern sowie die Festigkeit und Schwingungsdämpfungsfähigkeit einer Führungsoberfläche angehen, indem eine Gleitverschiebungsbewegung zum Einsatz kommt, die mit einem Festkörperkontakt (beispielsweise einem Kontakt zwischen Festkörpern) einhergeht.
Um die Positioniergenauigkeit eines Gleitverschiebers entlang der Bewegungsachsenlinie der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung zu fördern, ist bevorzugt, dass ein Reibungswiderstand an der Gleitverschiebungsoberfläche klein und die Gleitverschiebungsbewegung glatt bzw. stetig ist. Entsprechend ist die Gleitverschiebungsführungsvorrichtung oftmals mit einer ölgeschmierten Gleitverschiebungsführungsvorrichtung versehen, bei der ein Paar von Gleitverschiebungsoberflächen zur Gleitverschiebung nicht wechselseitig festkörpergeschmiert sind, sondern an einer Grenzfläche dazwischen unter Verwendung eines Schmieröls geschmiert werden, wodurch der Reibungskoeffizient und infolgedessen der Reibungswiderstand verringert werden.
Man beachte, dass dann, wenn die Dicke eines Ölfilmes zwischen den sich relativ bewegenden Gleitverschiebungsoberflächen vergrößert wird, um den gegenseitigen Festkörperkontakt (das heißt die Fluidschmierung) zu beseitigen, der Reibungskoeffizient auf Null verringert werden kann. Gleichwohl weitet sich eine Fläche-zu-Fläche-Abmessung zwischen dem Paar von Gleitverschiebungsoberflächen in Entsprechung zu einer Zunahme der Dicke des Ölfilmes, sodass die Genauigkeit in der Richtung der Bewegungsachse (das heißt der Führungsrichtung) bei der Fluidschmierung verschlechtert wird. Wenn zudem die Dicke des Ölfilmes zunimmt, ist wahrscheinlich, dass die Dicke infolge der einwirkenden Last fluktuiert, wodurch die Festigkeit als Führung sinkt. Entsprechend ist die Fluidschmierung für eine Führungsvorrichtung nicht geeignet, die eine höhere Festigkeit und Dämpfungsfähigkeit erfordert.
Um eine hochgenaue Gleitverschiebungsführungsvorrichtung bereitzustellen, sind zusätzlich zu der vorbeschriebenen Verschlechterung der Positioniergenauigkeit infolge des Reibungswiderstandes an dem Gleitverschiebungsabschnitt das Moment, das an dem Gleitverschiebungsabschnitt infolge des Reibungswiderstandes erzeugt wird, und die damit einhergehende Änderung der Lage (Positionsfehler) untersucht worden.
So offenbaren beispielsweise Patentdruckschrift 1 ( JP-B-61-17613 ) oder Patentdruckschrift 2 ( JP-A-62-241629 ) eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung zum Bewegen eines Gleitverschiebers entlang eines Führungskörpers, wobei die Gleitverschiebungsführungsvorrichtung ein Paar von Gleitverschiebungsoberflächen bezugsrichtig an vorderen und hinteren Seiten des Führungskörpers und ein Paar von Gleitverschiebungsunterlagen, die an dem Gleitverschieber mit dem dazwischen angeordneten Führungskörper vorgesehen sind, beinhaltet, wobei das Paar von Gleitverschiebungsunterlagen an dem Paar von Gleitverschiebungsoberflächen gleitverschoben wird. Um den Gleitverschieber zu bewegen, wird eine Antriebseinheit, so beispielsweise eine Kugelschraubenwelle bzw. Spindel verwendet.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung ist bekannt, dass dann, wenn das Zentroid bzw. der Schwerpunkt des Gleitverschiebers gegenüber einer Mitte der Antriebskraft fehlausgerichtet ist, ein Moment an dem Gleitverschieber während der Beschleunigung oder Verlangsamung des Gleitverschiebers erzeugt wird.
Wenn darüber hinaus die resultierende Kraft des Reibungswiderstandes zwischen dem Paar von Oberflächen und dem Paar von Gleitverschiebungsunterlagen der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung gegenüber der Mitte der Antriebskraft fehlausgerichtet ist, wird das Moment nicht nur während der Beschleunigung/Verlangsamung des Gleitverschiebers, sondern auch während einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit erzeugt.
Bewirkt der Gleitverschieber eine Drehung, die durch das Moment des Gleitverschiebers beeinflusst wird, so tritt eine unnötige Versetzung an einem Messstück und dergleichen, das von dem Gleitverschieber gestützt wird, auf, sodass eine ausreichend hohe Genauigkeit sogar bei Verwendung der hochgenauen Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nicht erhalten werden kann.
Um das vorbeschriebene Problem zu lösen, verwendet Patentdruckschrift 1 ein dynamisches Druckgleitverschiebungssystem (das heißt eine Grenzzonenschmierung, wobei der Festkörperkontakt aufrecht erhalten bleibt, während Schmieröl zugeleitet wird) für eines von dem Paar von Gleitverschiebungsunterlagen und ein statisches Drucksystem (System, das den Druck durch einen Ölfilm aufnimmt) für das andere von dem Paar von Gleitverschiebungsunterlagen, wobei der hydraulische Druck der Gleitverschiebungsunterlage des statischen Drucksystems derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass er mit einem Kontaktflächendruck der Gleitverschiebungsunterlage des dynamischen Drucksystems in Balance ist, wodurch verhindert wird, dass das Moment an dem Gleitverschieber erzeugt wird. Sodann wird eine Führungsoberfläche, an der die Gleitverschiebungsunterlage des dynamischen Drucksystems gleitverschoben wird, als Bezugsführungsoberfläche definiert, um eine Führungsgenauigkeit sicherzustellen, um den Einfluss einer Fluktuation der Dicke des Ölfilmes zwischen der Gleitverschiebungsunterlage des statischen Drucksystems und der entsprechenden Führungsoberfläche zu vermeiden.
Darüber hinaus ist in Patentdruckschrift 2 eines von dem Paar von Gleitverschiebungsunterlagen durch das dynamische Drucksystem vorgesehen, während das andere von dem Paar von Gleitverschiebungsunterlagen durch das statische Drucksystem vorgesehen ist, wobei das Paar von Gleitverschiebungsunterlagen an beiden Enden in der Bewegungsrichtung des Gleitverschiebers vorgesehen ist, sodass ein Ausgleichsvorgang bzw. Ausgleichsbetrieb der Gleitverschiebungsunterlagen für die Änderung der Lage des Gleitverschiebers durch Steuerung bzw. Regelung der Gleitverschiebungsunterlage des statischen Drucksystems effektiv wirken kann.
Die Gleitverschiebungsführungsvorrichtungen entsprechend den vorbeschriebenen Patentdruckschriften 1 und 2 nutzen das dynamische Drucksystem und das statische Drucksystem für das Paar von Gleitverschiebungsunterlagen, damit verhindert werden kann, dass das Moment an dem Gleitverschieber infolge des Reibungswiderstandes der Gleitverschiebungsunterlagen erzeugt wird.
Bei den Gleitverschiebungsführungsvorrichtungen entsprechend Patentdruckschriften 1 und 2 muss jedoch der hydraulische Druck, der der Gleitverschiebungsunterlage des statischen Drucksystems zugeleitet wird, entsprechend einem Kontaktflächendruck der Gleitverschiebungsunterlage des dynamischen Drucksystems kompliziert angepasst und aufrechterhalten werden, und es ist zudem ein kompliziertes Rohrsystem von Nöten. Da darüber hinaus ein Abstand zu einer Führungsoberfläche zur Rückkopplungsregelung gemessen wird, um die Lage des Gleitverschiebers in Patentdruckschrift 2 zu halten, wird das Steuer- bzw. Regelsystem unnötig kompliziert.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird das Moment unvermeidlicherweise an dem Gleitverschieber der typischen Gleitverschiebungsführungsvorrichtungen infolge des Reibungswiderstandes erzeugt, wodurch gegebenenfalls die Genauigkeit sinkt. Um eine Lösung für die vorbeschriebenen Unzulänglichkeiten bereitzustellen, wird die Anordnung der Vorrichtung jedoch zwangsweise kompliziert.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Genauigkeitsverschlechterung im Zusammenhang mit einem Reibungswiderstand vermeiden kann und eine einfache Struktur aufweist, sodass Herstellung und Anpassung erleichtert werden können.
Eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung entsprechend einem Aspekt der Erfindung beinhaltet: einen Führungskörper, der eine Bezugsführungsoberfläche und eine Teilführungsoberfläche, die parallel zueinander sind, beinhaltet; einen Gleitverschieber, der eine Bezugsgleitverschiebungsunterlage, das zum Gleitverschieben an der Bezugsführungsoberfläche ausgelegt ist, und eine Teilgleitverschiebungsunterlage, das zum Gleitverschieben an der Teilführungsoberfläche ausgelegt ist, beinhaltet, wobei der Gleitverschieber dafür ausgelegt ist, von einer Antriebseinheit angetrieben zu werden, um sich entlang des Führungskörpers zu bewegen, wobei die Teilgleitverschiebungsunterlage beinhaltet: eine Teilgleitverschiebungsoberfläche, die zum Gleitverschieben an der Teilführungsoberfläche ausgelegt ist; und eine Hilfsdruckaufnahmeoberfläche, die zum Aufnehmen einer Last von der Teilführungsoberfläche auf eine zu der Teilführungsoberfläche kontaktfreie Weise ausgelegt ist.
Entsprechend dem vorbeschriebenen Aspekt der Erfindung kann die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche auf beliebige Weise angeordnet werden, solange nur die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche mit der Teilgleitverschiebungsoberfläche die Last zwischen der Teilgleitverschiebungsunterlage und der Teilführungsoberfläche teilen bzw. mitnutzen kann und keinen Gleitverschiebungswiderstand in der Führungsrichtung (das heißt der Bewegungsrichtung des Gleitverschiebers relativ zu dem Führungskörper) bereitstellt. Verwendet werden können beispielsweise eine Struktur, die ohne Festkörperkontakt aufnehmen kann, so beispielsweise eine Struktur zum Halten eines Fluides (Gas oder Flüssigkeit) zwischen der Teilgleitverschiebungsoberfläche und der Teilführungsoberfläche, und den Druck durch einen Druck des Fluides aufnehmen kann, und eine Struktur, die den Druck auf kontaktfreie Weise durch eine Abstoßungskraft von Magneten aufnehmen kann.
Bei dem vorbeschriebenen Aspekt der Erfindung wird der Gleitverschieber durch die Antriebseinheit angetrieben, während er von dem Führungskörper geführt wird. Die Führung des Gleitverschiebers durch den Führungskörper wird durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlage, das an der Bezugsführungsoberfläche gleitverschoben wird, und die Teilgleitverschiebungsunterlage, das an der Teilführungsoberfläche gleitverschoben wird, bewirkt.
Zu diesem Zeitpunkt erzeugen, wenn die Bedingungen (beispielsweise das Material) der Bezugsführungsoberfläche, der Teilführungsoberfläche, der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und der Teilgleitverschiebungsunterlage gleich sind, die Bezugsgleitverschiebungsunterlage und die Teilgleitverschiebungsunterlage, die wechselseitig entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend in einem Paar angeordnet sind, Kontaktkräfte derselben Größe, wodurch bewirkt wird, dass Reibungswiderstände derselben Größe entsprechend der Bewegung des Gleitverschiebers relativ zu dem Führungskörper bewirkt werden.
In der Teilgleitverschiebungsunterlage wird ein Teil der Kontaktkraft durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche geteilt bzw. mitgenutzt, sodass die Kontaktkraft, die von der Teilgleitverschiebungsoberfläche aufgenommen wird, kleiner als die Kontaktkraft wird, die an der Bezugsgleitverschiebungsunterlage ausgeübt wird. Im Ergebnis kann die resultierende Kraft des Reibungswiderstandes an der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und des Reibungswiderstandes an der Teilgleitverschiebungsunterlage hin zu der Bezugsgleitverschiebungsunterlage verschoben werden.
Wird die Mitte der Antriebskraft, die von der Antriebseinheit ausgeübt wird, hin zu der Bezugsführungsoberfläche relativ zu der Mitte des Führungskörpers verschoben, so kann die resultierende Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und der Teilgleitverschiebungsunterlage hin zu der Bezugsgleitverschiebungsunterlage durch Teilen bzw. Mitnutzen eines Teiles der Kontaktkraft durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche, wie vorstehend beschrieben worden ist, versetzt werden. Entsprechend kann durch Anpassen des Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnisses durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche die resultierende Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und der Teilgleitverschiebungsunterlage nahe an die Mitte der Antriebskraft herangebracht oder mit dieser ausgerichtet werden. Im Ergebnis können das Moment, das infolge des Reibungswiderstandes bewirkt wird, und die sich hieraus ergebende Verschlechterung der Genauigkeit vermieden werden.
Das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche in der Teilgleitverschiebungsunterlage kann strukturell während eines Konzeptionsprozesses angepasst werden, sodass es nicht notwendig ist, eine komplizierte Rückkopplungsregelung und dergleichen immer dann, wenn die Vorrichtung betrieben wird, durchzuführen.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann die Erfindung verhindern, dass das Moment erzeugt wird, und zudem eine Genauigkeitsverschlechterung infolge des Reibungswiderstandes vermeiden, wodurch die Struktur vereinfacht werden kann und Herstellung und Anpassung erleichtert werden können.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird vorgezogen, wenn die Gleitverschiebungsführungsvorrichtung des Weiteren einen Vorlastmechanismus beinhaltet, der zum Ausüben einer Vorlast zwischen der Bezugsführungsoberfläche und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage ausgelegt ist, wobei die Formel N'/N = a/b erfüllt ist, wobei a einen Abstand zwischen einer Antriebsachse der Antriebseinheit und der Bezugsführungsoberfläche bezeichnet; b einen Abstand zwischen der Antriebsachse und der Teilführungsoberfläche bezeichnet; N eine Kontaktkraft zwischen der Bezugsführungsoberfläche und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage bezeichnet; und N' eine Kontaktkraft zwischen der Teilführungsoberfläche und der Teilgleitverschiebungsoberfläche bezeichnet.
Entsprechend der vorbeschriebenen Anordnung ist die Kontaktkraft, die geteilt bzw. mitgenutzt wird, um von der Hilfsdruckaufnahmeoberfläche und der Teilgleitverschiebungsoberfläche aufgenommen zu werden, entsprechend der vorbestimmten Formel gewählt, sodass die resultierende Kraft der Reibungswiderstände durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlage und die Teilgleitverschiebungsunterlage mit der Mitte der Antriebskraft ausgerichtet werden können, sodass die Erzeugung des Momentes vermieden werden kann.
Man beachte, dass sogar dann, wenn die vorstehende Formel nicht vollständig erfüllt ist, eine relativ geeignete Balance sichergestellt werden kann, solange nur ein ähnlicher Wert erhalten wird, damit die Leistung der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung erwartungsgemäß verbessert werden kann.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird vorgezogen, wenn die Teilgleitverschiebungsoberfläche in Form eines Ringes vorgesehen ist, der die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche umgibt, und eine Lufttasche, der Druckluft von außen her zugeleitet wird, an der Hilfsdruckaufnahmeoberfläche ausgebildet ist.
Entsprechend der vorbeschriebenen Anordnung kann, da die Lufttasche als Hilfsdruckaufnahmeoberfläche verwendet wird, die Struktur der Hilfsdruckaufnahmeoberfläche vereinfacht werden. Da zudem eine Ausfließkomponente der Druckluft an die Atmosphäre freigesetzt werden kann, wird nur eine minimale Anzahl von zusätzlichen Bauteilen benötigt. Des Weiteren kann die ringförmige Teilgleitverschiebungsoberfläche, die die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche umgibt, zudem als Umfangskante der Lufttasche dienen, wodurch die Struktur vereinfacht wird.
Man beachte, dass es nicht mehr notwendig ist, die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche mit der ringförmigen Teilgleitverschiebungsoberfläche zu umgeben, sondern es können beispielsweise auch der Ausschnitt der Lufttasche und der Ausschnitt der Teilgleitverschiebungsoberfläche nebeneinander angeordnet werden. Des Weiteren ist es nicht notwendig, dass die Hilfsdruckaufnahmevorrichtung einen pneumatischen Druck wie die Lufttasche verwendet, sondern es kann die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche alternativ auch eine solche sein, die einen Fluiddruck verwendet, so beispielsweise eine Flüssigkeitstasche, der druckbeaufschlagtes Hydrauliköl zugeleitet wird.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird vorgezogen, wenn eine Öffnungsfläche S der Lufttasche entsprechend der Formel S = N[1 – (a/b)]/Ps gewählt ist, wobei a einen Abstand zwischen einer Antriebsachse der Antriebseinheit und der Bezugsführungsoberfläche bezeichnet; b einen Abstand zwischen der Antriebsachse und der Teilführungsoberfläche bezeichnet; N eine Kontaktkraft zwischen der Bezugsführungsoberfläche und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage bezeichnet; und Ps einen Druck der Druckluft bezeichnet.
Entsprechend der vorbeschriebenen Anordnung mit Verwendung der Lufttasche kann, wenn die Öffnungsfläche der Lufttasche entsprechend der vorbestimmten Formel gewählt ist, das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis der Kontaktkraft durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche geeignet angepasst werden, sodass die resultierende Kraft der Reibungswiderstände durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlage und die Teilgleitverschiebungsunterlage mit der Mitte der Antriebskraft ausgerichtet werden kann, sodass die Erzeugung des Momentes vermieden werden kann.
Man beachte, dass sogar dann, wenn die vorstehende Formel nicht vollständig erfüllt ist, eine relativ geeignete Balance sichergestellt werden kann, solange nur ein ähnlicher Wert erhalten wird, damit die Leistungsfähigkeit der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung erwartungsgemäß verbessert werden kann.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird vorgezogen, wenn die Teilgleitverschiebungsunterlage von dem Gleitverschieber auf vorrückbare und einziehbare Weise in einer Richtung senkrecht zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche gestützt wird, eine Vorlastkammer zwischen einer Seite der Teilgleitverschiebungsunterlage entgegengesetzt zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche und dem Gleitverschieber definiert ist und die Druckluft durch die Vorlastkammer der Lufttasche zugeleitet wird.
Um allgemein eine Vorlast zur Bereitstellung der Kontaktkraft zwischen der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und der Bezugsgleitverschiebungsoberfläche sowie zwischen der Teilgleitverschiebungsunterlage und der Teilgleitverschiebungsoberfläche in einer Gleitverschiebungsführungsvorrichtung auszuüben, wird die Bezugsgleitverschiebungsunterlage allgemein auf schwimmende Weise gestützt, wobei ein elastisches Element, so beispielsweise eine Schraubenfeder, an einer Hinterseite (das heißt an einer Seite entgegengesetzt zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche) der Bezugsgleitverschiebungsunterlage angeordnet ist, um das Bezugsgleitverschiebungsunterlage hin zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche vorzuspannen.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung kann die vorbeschriebene Vorlast durch die Vorlastkammer anstelle des elastischen Elementes ausgeübt werden. Da bei dieser Anordnung die von der Vorlastkammer ausgeübte Vorlast auf dem Druck der Druckluft, der der Lufttasche zugeleitet wird, beruht, kann sogar dann, wenn der Druck Ps der Druckluft fluktuiert, die Vorlast automatisch der Fluktuation folgen.
Entsprechend ist es nicht notwendig, die Vorlast anzupassen, und zwar unabhängig von der Fluktuation des Druckes Ps der Druckluft, sodass eine Anpassung zum Zeitpunkt der Herstellung oder des Betriebes vereinfacht werden kann.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung ist eine Öffnungsfläche S der Lufttasche entsprechend der Formel S = So·[1 – (a/b)] gewählt, wobei a einen Abstand zwischen einer Antriebsachse der Antriebseinheit und der Bezugsführungsoberfläche darstellt; b einen Abstand zwischen der Antriebsachse und der Teilführungsoberfläche darstellt; und So eine Druckaufnahmefläche der Teilgleitverschiebungsunterlage mit Orientierung zu der Vorlastkammer darstellt.
Entsprechend der vorbeschriebenen Anordnung unter Verwendung der Lufttasche und der Vorlastkammer kann, wenn die Beziehung zwischen der Öffnungsfläche der Lufttasche und der Druckaufnahmefläche der Vorlastkammer entsprechend der vorbeschriebenen Formel gewählt ist, das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis der Kontaktkraft durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche geeignet angepasst werden, sodass die resultierende Kraft der Reibungswiderstände durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlage und die Teilgleitverschiebungsunterlage mit der Mitte der Antriebskraft ausgerichtet werden kann, damit die Erzeugung des Momentes vermieden werden kann.
Man beachte, dass sogar dann, wenn die vorstehende Formel nicht vollständig erfüllt ist, eine relativ geeignete Balance sichergestellt werden kann, solange nur ein ähnlicher Wert erhalten wird, damit die Leistungsfähigkeit der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung erwartungsgemäß verbessert werden kann.
Entsprechend der Erfindung kann die Balance zwischen dem Reibungswiderstand der Bezugsgleitverschiebungsunterlage und dem Reibungswiderstand der Teilgleitverschiebungsunterlage angepasst werden, um die resultierende Kraft der Reibungswiderstände mit der Mitte der Antriebskraft auszurichten (oder nahe an diese zu bringen), wodurch das Moment, das infolge des Reibungswiderstandes bewirkt wird, vermieden wird. Entsprechend kann eine Genauigkeitsverschlechterung im Zusammenhang mit dem Reibungswiderstand vermieden werden, sodass die Struktur vereinfacht werden kann und Herstellung und Anpassung erleichtert werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Gleitverschiebungsführungsvorrichtung entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Querschnittsdraufsicht zur Darstellung der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform.
3 ist eine Vertikalquerschnittsansicht zur Darstellung der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4 ist eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht zur Darstellung einer Bezugsführungsoberfläche und einer Bezugsgleitverschiebungsunterlage entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform.
5 ist eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht zur Darstellung einer Teilführungsoberfläche und einer Teilgleitverschiebungsunterlage in einer X-Achsen-Richtung entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
6 ist eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht zur Darstellung der Teilführungsoberfläche und der Teilgleitverschiebungsunterlage in einer Y-Achsen-Richtung entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine vergrößerte Vorderaufrissansicht zur Darstellung einer Teilgleitverschiebungsoberfläche und einer Lufttasche entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform.
8 ist eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht zur Darstellung einer Teilführungsoberfläche und einer Teilgleitverschiebungsunterlage entsprechend einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine vergrößerte Vorderaufrissansicht zur Darstellung einer Teilgleitverschiebungsoberfläche und einer Lufttasche entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
10 ist eine vergrößerte Rückaufrissansicht zur Darstellung einer Seite der Teilgleitverschiebungsunterlage mit Orientierung zu einer Vorlastkammer entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsform(en)
Erste beispielhafte Ausführungsform
Eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand 1 bis 7 beschrieben.
Eine Gleitverschiebungsführungsvorrichtung 1 entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform mit Darstellung in 1 bis 3 ist eine Komponente eines hochgenauen Drei-Achsen-Bewegungsmechanismus mit Verwendung zum hochgenauen Führen eines Objektes unter Beibehaltung von Positionen in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung während einer Bewegung in einer Z-Achsen-Richtung beispielsweise in einer Oberflächenprofilmessmaschine und einer Koordinatenmessmaschine.
Die Gleitverschiebungsführungsvorrichtung 1 beinhaltet entsprechend einen vertikalen säulenförmigen Führungskörper 2, der sich in der Z-Achsen-Richtung erstreckt, und einen Gleitverschieber 3, der dafür ausgelegt ist, sich entlang des Führungskörpers 2 zu bewegen.
Ein X-Achsen-Bewegungsmechanismus 4 ist an dem Gleitverschieber 3 angebracht. Ein Messwerkzeug 41, so beispielsweise eine Kontaktsonde, ist an einem Ende des Gleitverschiebers 3 gehalten.
Das Messwerkzeug 41 wird in der X-Achsen-Richtung durch Vorrücken und Einfahren eines Armes 42 durch den X-Achsen-Bewegungsmechanismus 4 bewegt. Des Weiteren wird das Messwerkzeug 41 in der Z-Achsen-Richtung entsprechend der Bewegung des Gleitverschiebers 3 entlang des Führungskörpers 2 der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung 1 bewegt.
Man beachte, dass die Bewegung in der Y-Achsen-Richtung von einer Bewegung in der Y-Achsen-Richtung eines Tisches, an dem ein Werkstück, das von dem Messwerkzeug 41 zu vermessen ist, platziert ist, oder eines Y-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Führungskörpers 2, von denen keiner dargestellt ist, beeinflusst wird.
Eine Antriebseinheit 5 zum Bewegen des Gleitverschiebers 3 entlang des Führungskörpers 2 ist an dem Führungskörper 2 vorgesehen.
Die Antriebseinheit 5 beinhaltet eine Zuführschraube bzw. Spindel 51, die entlang des Führungskörpers 2 angeordnet ist, und einen Motor 52, der an einem oberen Ende des Führungskörpers 2 zum Drehen der Zuführschraube bzw. Spindel 51 vorgesehen ist.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Mutter 53 an dem Gleitverschieber 3 fixiert. Die Zuführschraube bzw. Spindel 51 ist an die Mutter 53 geschraubt.
Wie vorstehend erwähnt worden ist, führt die Gleitverschiebungsführungsvorrichtung 1 den Gleitverschieber 3 unter Aufrechterhaltung von Positionen in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung während einer Bewegung in der Z-Achsen-Richtung.
Entsprechend ist ein Gleitverschiebungsmechanismus zum hochgenauen Führen in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung zwischen dem Führungskörper 2 und dem Gleitverschieber 3 vorgesehen.
Der Führungskörper 2 verfügt über ein Paar von Seitenoberflächen senkrecht zu der X-Achsen-Richtung. Eine aus dem Paar von Seitenoberflächen mit Orientierung zu einer Minus-Koordinaten-Seite in der X-Achsen-Richtung ist als X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 definiert, während die andere aus dem Paar von Seitenoberflächen mit Orientierung zu einer Plus-Koordinaten-Seite in der X-Achsen-Richtung als X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 definiert ist. Die X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und die X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 sind bezugsrichtig parallel zu der Z-Achse und der Y-Achse.
Der Führungskörper 2 verfügt zudem über ein Paar von Seitenoberflächen senkrecht zu der Y-Achsen-Richtung. Eine aus dem Paar von Seitenoberflächen mit Orientierung zu einer Minus-Koordinaten-Seite (das heißt einer Seite, an der der X-Achsen-Bewegungsmechanismus 4 vorgesehen ist) in der Y-Achsen-Richtung ist als Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 definiert, während die andere aus dem Paar von Seitenoberflächen mit Orientierung zu einer Plus-Koordinaten-Seite in der Y-Achsen-Richtung als Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 definiert ist. Die Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und die Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 sind bezugsrichtig parallel zu der Z-Achse und der X-Achse.
Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31, die gleitverschieblich an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 beweglich sind, und Teilgleitverschiebungsunterlagen 32, 33, die gleitverschieblich an der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 beweglich sind, sind an dem Gleitverschieber 3 vorgesehen. Man beachte, dass, obwohl die Bezugsunterlagen 31, 32, 32 in mehreren (zwei oder vier, siehe 1 bis 3) jeweiligen Seiten des Gleitverschiebers 3 vorgesehen sind, die Anzahl der Unterlagen je nach Wunsch bestimmt werden kann, sodass auch eine einzelne Unterlage oder mehr als zwei Unterlagen für jede der Seiten des Gleitverschiebers 3 vorhanden sein kann.
Wie in 4 gezeigt ist, beinhaltet jede der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 eine Steckerunterlage (plug pad) 311, das an den Gleitverschieber 3 von einer Außenseite eines Öffnungsloches des Gleitverschiebers 3 angebolzt ist. Die Steckerunterlage 311 ist mit einer Oberfläche hiervon angeordnet, die an einer inneren Oberfläche des Gleitverschiebers 3 freiliegt.
Eine Gleitverschiebungsplatte 312 ist an der Oberfläche der Steckerunterlage 311 angebracht.
Die Gleitverschiebungsplatte 312 ist beispielhaft aus einer Fluorharzlage, so beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylenharz) mit einer Dicke von annähernd 1 mm, gebildet.
Wenigstens eine der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 mit Orientierung zu der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 ist gleitverschieblich an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 mit der Oberfläche (Gleitverschiebungsoberfläche 318) der Gleitverschiebungsplatte 312 beweglich. Des Weiteren wird, wie in 2 und 3 gezeigt ist, der Führungskörper 2 in der X-Achsen-Richtung zwischen der wenigstens einen der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31, die gleitverschieblich an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 beweglich sind, und der Teilgleitverschiebungsunterlage oder den Teilgleitverschiebungsunterlagen 32, die gleitverschieblich an der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 beweglich ist/sind, gehalten, wodurch die Position des Gleitverschiebers 3 in der X-Achsen-Richtung relativ zu dem Führungskörper 2 mit der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 ausgerichtet ist.
Wenigstens eine der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 mit Orientierung zu der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 ist gleitverschieblich an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 mit der Oberfläche (Gleitverschiebungsoberfläche 318) der Gleitverschiebungsplatte 312 beweglich. Des Weiteren wird, wie in 2 und 3 gezeigt ist, der Führungskörper 2 in der Y-Achsen-Richtung zwischen der wenigstens einen der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31, die gleitverschieblich an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 beweglich sind, und der Teilgleitverschiebungsunterlage oder den Teilgleitverschiebungsunterlagen 33, die gleitverschieblich an der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 beweglich sind, gehalten, wodurch die Position des Gleitverschiebers 3 in der Y-Achsen-Richtung relativ zu dem Führungskörper 2 mit der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 ausgerichtet ist.
Wie in 5 gezeigt ist, beinhaltet die Teilgleitverschiebungsunterlage oder beinhalten die Teilgleitverschiebungsunterlagen 32 eine scheibenförmige Scheibenunterlage 321. Die Scheibenunterlage 321 wird von einem Führungsblock 325 durch eine Führungsstange 323 gestützt, die an einer Hinterseite der Scheibenunterlage 321 fixiert ist.
Der Führungsblock 325 ist an dem Gleitverschieber 3 von einer Außenseite des Öffnungsloches des Gleitverschiebers 3 her angebolzt. Der Führungsblock 325 ist mit einer Oberfläche der Scheibenunterlage 321, das an der inneren Oberfläche des Gleitverschiebers 3 freiliegt, angeordnet.
Eine Gleitverschiebungsplatte 322 ist an der Oberfläche der Scheibenunterlage 321 angebracht.
Die Gleitverschiebungsplatte 322 wird durch eine Lage aus demselben Material und mit derselben Abmessung wie diejenigen bei der vorbeschriebenen Gleitverschiebungsplatte 312 bereitgestellt.
Die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 ist mit einer Vorlasteinheit zum Drücken der Gleitverschiebungsplatte 322 an der Oberfläche der Scheibenunterlage 321 hin zu der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 mit einer vorbestimmten Kontaktkraft vorgesehen.
Die Vorlasteinheit der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 ist in Form einer Mehrzahl von Vorlastfedern 324 an dem Führungsblock 325 um die Führungsstange 323 herum vorgesehen. Die Vorlastfedern 324 drücken eine Hinterseite der Scheibenunterlage 321 derart, dass die Oberfläche (Gleitverschiebungsoberfläche 328) der Gleitverschiebungsplatte 322 an der Vorderseite gegen die X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 mit der vorbestimmten Kontaktkraft gedrückt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, wird, wenn die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 gegen die X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 mit der vorbestimmten Kontaktkraft gedrückt wird, dieselbe Kontaktkraft als Reaktionskraft zwischen der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 mit gleitverschieblicher Beweglichkeit an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 erzeugt, wodurch die Vorlast in der X-Achsen-Richtung bewirkt wird.
Wie in 6 gezeigt ist, beinhaltet die Teilgleitverschiebungsunterlage oder beinhalten die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 eine scheibenförmige Scheibenunterlage 331. Die Scheibenunterlage 331 wird von einem Führungsblock 335 durch eine Führungsstange 333 gestützt, die an einer Hinterseite der Scheibenunterlage 331 fixiert ist.
Der Führungsblock 335 ist an den Gleitverschieber 3 von einer Außenseite des Öffnungsloches des Gleitverschiebers 3 her angebolzt. Der Führungsblock 335 ist mit einer Oberfläche der Scheibenunterlage 331, die an der inneren Oberfläche des Gleitverschiebers 3 freiliegt, angeordnet.
Eine Gleitverschiebungsplatte 332 ist an der Oberfläche der Scheibenunterlage 331 angebracht.
Die Gleitverschiebungsplatte 332 wird durch eine Lage aus demselben Material und mit derselben Abmessung wie diejenigen bei der vorbeschriebenen Gleitverschiebungsplatte 312 bereitgestellt.
Wie in 7 gezeigt ist, ist eine Oberfläche der Gleitverschiebungsplatte 332 konzentrisch in einen äußeren Ausschnitt und einen inneren Ausschnitt unterteilt. Eine ringförmige Gleitverschiebungsoberfläche 338 ist an dem äußeren Ausschnitt ausgebildet, während eine dünne zurückgenommene Lufttasche 337 in dem inneren Ausschnitt ausgebildet ist.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform definiert die Gleitverschiebungsoberfläche 338 eine Teilgleitverschiebungsoberfläche der Erfindung, die lediglich an der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 gleitverschoben wird. Die Lufttasche 337 definiert eine Hilfsdruckaufnahmeoberfläche der Erfindung, die einen geteilten bzw. mitgenutzten Abschnitt einer Last von der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 auf eine zu der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 kontaktfreie Weise aufnimmt.
Wie in 6 gezeigt ist, bildet die Lufttasche 337 ein statisches Druckluftlager mit der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 durch Druckluft, die aus einer externen Druckluftquelle (beispielsweise einem Kompressor und einem Akkumulator, nicht gezeigt) zugeleitet wird, wodurch die Last auf kontaktfreie Weise geteilt bzw. mitgenutzt wird.
Entsprechend ist ein Luftdurchlass 336, der durch eine Mittelachse der Führungsstange 333 hindurchgeht, vorgesehen.
Ein Ende des Luftdurchlasses 336 entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Lufttasche 337 ist zu einer Endoberfläche der Führungsstange 333 hin offen. Ein Luftrohr 63 aus der vorbeschriebenen nichtdargestellten Druckluftquelle ist mit der Öffnung durch eine Rohrfügestelle 62 verbunden, wodurch die Druckluft in den Luftdurchlass 336 geleitet wird.
Das andere Ende des Luftdurchlasses 336 ist offen und in Verbindung mit der Lufttasche 337.
Die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 ist mit einer Vorlasteinheit zum Drücken der Gleitverschiebungsplatte 332 an der Oberfläche der Scheibenunterlage 331 hin zu der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 mit der vorbestimmten Kontaktkraft versehen.
Eine Vorlastfeder 334 ähnlich zu der Vorlastfeder 324 der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 wird für die Vorlasteinheit für die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 verwendet.
Insbesondere ist der Führungsblock 335 mit einer Mehrzahl von Vorlastfedern 334 um die Führungsstange 333 herum versehen. Die Vorlastfedern 334 drücken gegen eine Hinterseite der Scheibenunterlage 331 derart, dass die Oberfläche (Gleitverschiebungsoberflache 338) der Gleitverschiebungsplatte 332 an der Vorderseite gegen die Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 mit der vorbestimmten Kontaktkraft gedrückt wird.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, wird, wenn die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 gegen die Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 mit der vorbestimmten Kontaktkraft gedrückt wird, dieselbe Kontaktkraft als Reaktionskraft zwischen der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und jeder der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31, die gleitverschieblich an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 beweglich sind, erzeugt, wodurch die Vorbelastung in der Y-Achsen-Richtung bewirkt wird.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform halten die vorbeschriebenen Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und die X-Achsen- und Y-Achsen-Teilgleitverschiebungsunterlagen 32, 32 bezugsrichtig den Führungskörper 2 in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, wodurch akkurat der Gleitverschieber 3 in der Z-Achsen-Richtung entlang des Führungskörpers 2 geführt wird.
Vorstehend ist die Zuführschraube bzw. Spindel 51 der Antriebseinheit 5 in der Mitte des Führungskörpers 2 in der X-Achsen-Richtung angeordnet, und es sind die Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 symmetrisch relativ zu einer Mitte C der Antriebsachse der Antriebseinheit 5 (beispielsweise Zuführschraube bzw. Spindel 51) in der X-Achsen-Richtung, wie in 2 gezeigt ist, angeordnet.
Sogar dann, wenn der Gleitverschieber 3 durch die Antriebseinheit 5 bewegt wird, erfolgt eine Ausrichtung einer resultierenden Kraft des Reibungswiderstandes, der von der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 erzeugt wird, und des Reibungswiderstandes, der von der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 erzeugt wird, mit der Mitte C, sodass die Bewegung infolge des Reibungswiderstandes, der von der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 erzeugt wird, und des Reibungswiderstandes, der von der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 erzeugt wird, nicht an dem Gleitverschieber 3 erzeugt wird.
Im Gegensatz hierzu ist in Bezug auf die Y-Achsen-Richtung, wie in 2 gezeigt ist, die Zuführschraube bzw. Spindel 51 der Antriebseinheit 5 nahe an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und entfernt von der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 auf einer Plus-Koordinaten-Seite in der Y-Achsen-Richtung befindlich. Da jedoch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 bezugsrichtig an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 gleitverschoben werden, ist eine Mitte G einer resultierenden Kraft der Reibungswiderstände, die von den Gleitverschiebungsunterlagen erzeugt werden, wenn der Gleitverschieber 3 bewegt wird, in der Mitte des Führungskörpers 2 und nicht in Ausrichtung mit der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51. Unter dieser Bedingung wird das Moment, das von den Reibungswiderständen durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 erzeugt wird, an dem Gleitverschieber 3 erzeugt.
Da jedoch bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die Last, die auf jede der Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 von der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 ausgeübt wird, geteilt bzw. mitgenutzt wird, um von der äußeren Gleitverschiebungsoberfläche 338 und der inneren Lufttasche 337 aufgenommen zu werden, kann die Mitte G der resultierenden Kraft der Reibungswiderstände durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 mit der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51 (Antriebsachse) ausgerichtet werden.
Um die Teilung bzw. Mitnutzung der Last zu erreichen, wird die Lufttasche 337 eine jeden der Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 derart definiert, dass eine Öffnungsfläche S der Lufttasche 337 die Beziehung S = N[1 – (a/b)]/Ps erfüllt, wobei a einen Abstand zwischen der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51 und der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 bezeichnet; b einen Abstand von der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51 und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche bezeichnet; N eine Kontaktkraft bezeichnet, die zwischen der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und jeder der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 ausgeübt wird; und Ps einen Druck der Druckluft bezeichnet, die aus einer äußeren Quelle der Lufttasche 337 zugeleitet wird.
Die Grundlage der vorstehenden Gestaltung ist folgende.
Unter der Annahme, dass die Kontaktkraft gleich N ist und der Reibungskoeffizient zwischen der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und jeder der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 gleich μ ist, ist die Reibungskraft F entsprechend der Bewegung des Gleitverschiebers 3 durch F = μN definiert.
Da dieselbe Gleitverschiebungsplatte 332 verwendet wird, ist der Reibungskoeffizient μ gleich demjenigen zwischen der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und einer jeden der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31. Da jedoch die Kontaktkraft N (Normalkraft) als Ergebnis einer Teilung bzw. Mitnutzung, die von der Lufttasche 337 und der Gleitverschiebungsoberfläche 338 aufgenommen wird, zu N' wird, ist der Reibungswiderstand entsprechend der Bewegung des Gleitverschiebers 3 durch F' = μN' zwischen der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 und jeder der Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 definiert.
Zur Ausrichtung der Mitte G der resultierenden Kraft der Reibungswiderstände F, F' mit der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51 ist es notwendig, dass das Verhältnis zwischen den Reibungswiderständen zu F'/F = a/b wird, weshalb es als Folge notwendig wird, dass das Verhältnis der Last, die von der Gleitverschiebungsoberfläche 338 aufgenommen wird, relativ zu der Last, die von der Gesamtheit der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 aufgenommen wird, zu N'/N = a/b wird.
Obwohl bei dieser Anordnung kein Reibungswiderstand an der Lufttasche 337 erzeugt wird, teilt bzw. mitnutzt die Lufttasche 337 einen Abschnitt (N – N') der Kontaktkraft N mit Ausübung auf die Gesamtheit der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 unter Subtraktion der Last N', die von der Gleitverschiebungsoberfläche 338 aufgenommen wird. Die geteilte bzw. mitgenutzte Last ist eine Funktion eines Produktes (Ps·S) des Druckes Ps der Druckluft, die der Lufttasche 337 zugeleitet wird, und der Öffnungsfläche S der Lufttasche 337.
Entsprechend wird die Formel N – N' = Ps·S aufgestellt, die zu S = N – N'/Ps = N[1 – (a/b)]/Ps umgewandelt werden kann.
Mit anderen Worten, zur Ausrichtung der Mitte G der resultierenden Kraft der Reibungswiderstände F, F' mit der Mitte C der Zuführschraube bzw. Spindel 51 ist lediglich notwendig, dass die Öffnungsfläche S der Lufttasche 337 an der Position (a, b) der Zuführschraube bzw. Spindel 51 und des Druckes Ps der zugeleiteten Druckluft definiert wird.
Nebenbei sei bemerkt, dass bei Verwendung in der Praxis die Lufttasche 337 unter der Annahme ausgestaltet ist, dass der Druck Ps der Nenndruck oder Standarddruck des Zuleitdruckes der Zuleitquelle der Druckluft ist, wobei dann, wenn die Teilgleitverschiebungsunterlage 33, das dafür ausgestaltet ist, die Lufttasche 337 der Öffnungsfläche S aufzuweisen, tatsächlich verwendet wird, der Zuleitdruck der Druckluftquelle geeignet derart eingestellt wird, dass der Zuleitdruck zu dem Druck Ps wird, auf den beim Konzipieren der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 abgestellt war. Bei der vorbeschriebenen Anpassung wird das vorbeschriebene Verhältnis der Last, die auf die Gleitverschiebungsoberfläche 338 der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 ausgeübt wird, gleich N'/N = a/b, wodurch verhindert wird, dass das Moment in der Y-Achsen-Richtung in dem Gleitverschieber 3 auftritt.
Wirkung(en) der ersten beispielhaften Ausführungsform
Die vorbeschriebene erste beispielhafte Ausführungsform zeigt die folgenden Wirkungen.
Entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform wird der Gleitverschieber 3 durch die Antriebseinheit 5 angetrieben, um in der Z-Achsen-Richtung entlang des Führungskörpers 2 geführt zu werden. Beeinflusst wird Führung des Gleitverschiebers 3 durch den Führungskörper 2 von den Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 mit Gleitverschiebung an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und den Teilgleitverschiebungsunterlagen 32, 33 mit Gleitverschiebung an der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24.
Der Führungskörper 2 erstreckt sich in der Z-Achsen-Richtung (das heißt vertikalen Richtung). Da der Führungskörper 2 in der X-Achsen-Richtung durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 mit Gleitverschiebbarkeit an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 mit Gleitverschiebbarkeit an der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 gehalten wird und in der Y-Achsen-Richtung durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 mit Gleitverschiebbarkeit an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 mit Gleitverschiebbarkeit an der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 gehalten wird, wird verhindert, dass der Gleitverschieber 3 von dem Führungskörper 2 gelöst wird.
Des Weiteren kann unabhängig von der Position in der Z-Achsen-Richtung die Positioniergenauigkeit in der X-Achsen-Richtung durch die X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und eines der Bezugsgleitverschiebungsunterlageer 31 mit Gleitverschiebbarkeit an der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 sichergestellt werden. Zudem kann unabhängig von der Position in der Z-Achsen-Richtung die Positioniergenauigkeit in der Y-Achsen-Richtung durch die Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 23 mit Gleitverschiebbarkeit an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 sichergestellt werden.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Zuführschraube bzw. Spindel 51 der Antriebseinheit 5 in der Mitte des Führungskörpers 2 in der X-Achsen-Richtung angeordnet. Entsprechend ist die Antriebskraft mit der resultierenden Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 und der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 gegenüberliegend zu der X-Achsen-Richtung ausgerichtet, sodass das Moment nicht an dem Gleitverschieber 3 erzeugt wird, wenn der Gleitverschieber 3 bewegt wird.
Im Gegensatz hierzu ist die Zuführschraube bzw. Spindel 51 nahe an der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 des Führungskörpers 2 in der Y-Achsen-Richtung angeordnet. Entsprechend richtet sich die Antriebskraft nicht mit der resultierenden Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und der Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 entgegengesetzt in der Y-Richtung aus, sodass das Moment an dem Gleitverschieber 3 erzeugt wird, wenn der Gleitverschieber 3 bewegt wird, wenn die Fehlausrichtung nicht angepasst wird.
Da jedoch bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die Balance bzw. das Gleichgewicht des Reibungswiderstandes durch die Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 angepasst wird, ist die resultierende Kraft der Reibungswiderstände, die von den Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und den Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 entgegengesetzt in der Y-Richtung bewirkt wird, derart versetzt, dass eine Ausrichtung mit der Antriebskraft der Zuführschraube bzw. Spindel 51 gegeben ist.
In jeder der Teilgleitverschiebungsunterlagenr 33 wird ein Teil der Kontaktkraft N geteilt bzw. mitgenutzt, um von der Lufttasche 337 (Hilfsdruckaufnahmeoberfläche) aufgenommen zu werden, sodass die Kontaktkraft N', die von der Gleitverschiebungsoberfläche 338 (Teilgleitverschiebungsoberfläche) aufgenommen wird, kleiner als die Kontaktkraft N wird, die auf die Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 ausgeübt wird. Im Ergebnis kann die resultierende Kraft des Reibungswiderstandes F = μN an den Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und des Reibungswiderstandes F' = μN' an den Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 hin zu der Bezugsgleitverschiebungsunterlage versetzt werden.
Insbesondere unter der Annahme, dass der Abstand zwischen der Zuführschraube bzw. Spindel 51 (Antriebsachse der Antriebseinheit 5) und der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 gleich a ist, der Abstand zwischen der Zuführschraube bzw. Spindel 51 und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 gleich b ist, der Druck der Druckluft, die der Lufttasche 337 zugeleitet wird, gleich Ps ist, und die Öffnungsfläche der Lufttasche 337 gleich S ist, gilt die Beziehung S = N[1 – (a/b)]/Ps.
Entsprechend wird in jeder der Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 die Kontaktkraft an der Gleitverschiebungsoberfläche 338 zu N' und die Normalkraft, die geteilt bzw. mitgenutzt wird, um von der Lufttasche 337 aufgenommen zu werden, wird zu Ps·S = N[1 – (a/b)]. Da die Kontaktkraft der Gesamtheit der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 gleich N ist, gilt N = N' + Ps·S und daher N' = N(a/b). Mit anderen Worten, es gilt die Beziehung N'/N = a/b.
Entsprechend wird bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Kontaktkraft N geteilt bzw. mitgenutzt, um von der Lufttasche 337 (Hilfsdruckaufnahmeoberfläche) und der Gleitverschiebungsoberfläche 338 (Teilgleitverschiebungsoberfläche) aufgenommen zu werden, sodass die resultierende Kraft der Reibungswiderstände durch die Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 mit der Mitte der Antriebskraft ausgerichtet werden kann, wodurch die Erzeugung des Momentes vermieden wird.
Man beachte, dass sogar dann, wenn die vorstehende Formel nicht vollständig erfüllt ist, eine relativ geeignete Balance sichergestellt werden kann, solange ein ähnlicher Wert erhalten wird, damit die Leistungsfähigkeit der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung erwartungsgemäß verbessert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform das Moment infolge der Reibungskraft, die von dem Gleitverschieber 3 verursacht wird, der sich entlang des Führungskörpers 2 bewegt, beseitigt oder eingegrenzt werden. Entsprechend kann eine Genauigkeitsverschlechterung in Zusammenhang mit dem Reibungswiderstand vermieden werden, sodass die Struktur vereinfacht werden kann und die Herstellung und Anpassung erleichtert werden können.
Des Weiteren kann das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis der Kontaktkraft in den Teilgleitverschiebungsunterlagen 33 strukturell während eines Konzeptionsprozesses angepasst werden, sodass es nicht notwendig ist, eine komplizierte Rückkopplungsregelung immer dann, wenn die Vorrichtung betrieben wird, durchzuführen.
Da bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die Öffnungsfläche S der Lufttasche 337 als S = N[1 – (a/b)]Ps auf Grundlage des Druckes Ps der Druckluft definiert ist, kann das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis der Kontaktkraft durch die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche geeignet angepasst werden.
Da bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die Lufttasche 337, der Druckluft zugeleitet wird, als Hilfsdruckaufnahmeoberfläche verwendet wird, kann eine Hilfsdruckaufnahmeoberfläche, die keinen Reibungswiderstand erzeugt, mit einer einfachen Struktur bereitgestellt werden. Da des Weiteren eine Ausfließkomponente der Druckluft in die Atmosphäre freigegeben werden kann, ist nur eine minimale Anzahl von zusätzlichen Komponenten erforderlich.
Da des Weiteren die ringförmige Gleitverschiebungsoberfläche 338 (Teilgleitverschiebungsoberfläche) derart vorgesehen ist, dass sie die Lufttasche 337 umgibt, kann die Gleitverschiebungsoberfläche 338 auch als Umfangskante der Lufttasche dienen, sodass die Struktur weiter vereinfacht werden kann.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand 8 bis 10 beschrieben.
Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird anstelle der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 (siehe 6) in der Y-Achsen-Richtung der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung 1 entsprechend der vorbeschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform eine Teilgleitverschiebungsunterlage 34 (siehe 8) mit anderer Struktur eingesetzt. Entsprechend werden dieselben Komponenten wie diejenigen bei der ersten beispielhaften Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um eine doppelte Erläuterung zu vermeiden. Im Folgenden wird die abweichende Komponente, das heißt die Teilgleitverschiebungsunterlage 34, beschrieben.
Während die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 (siehe 6) bei der vorbeschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform die Vorlastfedern 334 als Vorlasteinheit einsetzt, verwendet die Teilgleitverschiebungsunterlage 34 (siehe 8) der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Vorlastkammer 334, in der die Druckluft fließt.
Wie in 8 gezeigt ist, beinhaltet die Teilgleitverschiebungsunterlage oder beinhalten die Teilgleitverschiebungsunterlagen 34 eine scheibenfarbige Scheibenunterlage 341. Die Scheibenunterlage 341 wird von einem Führungsblock 345 durch eine Führungsstange 343 gestützt, die an einer Hinterseite der Scheibenunterlage 341 fixiert ist.
Der Führungsblock 345 ist an den Gleitverschieber 3 von einer Außenseite des Öffnungsloches des Gleitverschiebers 3 her angebolzt. Der Führungsblock 345 ist mit einer Oberfläche der Scheibenunterlage 341 angeordnet, die an der inneren Oberfläche des Gleitverschiebers 3 freiliegt.
Eine Gleitverschiebungsplatte 342 ist an der Oberfläche der Scheibenunterlage 341 angebracht.
Die Gleitverschiebungsplatte 342 ist aus einer Lage aus demselben Material und mit derselben Abmessung wie diejenigen bei der vorbeschriebenen Gleitverschiebungsplatte 312 gebildet.
Wie in 9 gezeigt ist, ist eine Oberfläche der Gleitverschiebungsplatte 342 konzentrisch in einen äußeren Ausschnitt und einen inneren Ausschnitt unterteilt. Eine ringförmige Gleitverschiebungsoberfläche 348 ist an dem äußeren Ausschnitt ausgebildet, während eine dünne zurückgenommene Lufttasche 347 an dem inneren Ausschnitt gebildet ist.
Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform definiert die Gleitverschiebungsoberfläche 348 eine Teilgleitverschiebungsoberfläche der Erfindung, die nur an der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 gleitverschoben wird. Die Lufttasche 347 definiert eine Hilfsdruckaufnahmeoberfläche der Erfindung, die einen geteilten bzw. mitgenutzten Abschnitt einer Last von der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 auf eine zu der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 kontaktfreie Weise aufnimmt.
Wie in 8 gezeigt ist, bildet die Lufttasche 347 ein statisches Druckluftlager mit der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 durch Druckluft, die aus einer externen Druckluftquelle (beispielsweise einem Kompressor und einem Akkumulator, nicht gezeigt) zugeleitet wird, wodurch die Last auf kontaktfreie Weise geteilt bzw. mitgenutzt wird.
In der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 (siehe 6) bei der vorbeschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform wird der Luftdurchlass 336, der durch die Mittelachse der Führungsstange 333 hindurchgeht, verwendet, um die Druckluft in die Lufttasche 337 einzuleiten. Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich jedoch der Einleitungsweg der Druckluft von demjenigen bei der ersten beispielhaften Ausführungsform, und die Druckluft fließt durch die vorbeschriebene Vorlastkammer 344.
Die Vorlastkammer 344 ist ein flacher, scheibenförmiger Raum, der zwischen einer Hinterseite (Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Lufttasche 347) der Scheibenunterlage 341 und dem Führungsblock 345 definiert ist.
Ein O-Ring 65 ist an einem Umfang der Scheibenunterlage 341 angeordnet, um eine hermetische Dichtung zwischen der Scheibenunterlage 341 und dem Führungsblock 345 bereitzustellen. Des Weiteren ist ein O-Ring 64 an einem Umfang der Führungsstange 343 angeordnet, um eine hermetische Dichtung zwischen der Führungsstange 343 und dem Führungsblock 345 bereitzustellen. Diese hermetischen Dichtungen dichten hermetisch die Vorlastkammer 344 von außen her ab.
Wie ebenfalls in 10 gezeigt ist, ist die Scheibenunterlage 341 mit einem Kommunikationsloch 346 versehen, das eine Innenseite der Lufttasche 347 und eine Innenseite der Vorlastkammer 344 miteinander kommunizieren lässt. Des Weiteren ist der Führungsblock 345 mit einem Kommunikationsloch 349 versehen, das die Innenseite der Vorlastkammer 344 und eine Hinterseite des Führungsblockes 345 miteinander kommunizieren lässt.
Wie in 8 gezeigt ist, ist ein Luftrohr 63 aus einer Druckluftzuleitquelle (nicht gezeigt) mit einer Öffnung des Kommunikationsloches 349 an der Hinterseite des Führungsblockes 345 durch die Rohrfügestelle 62 verbunden.
Damit wird Druckluft aus der Druckluftzuleitquelle aus dem Luftrohr 63 durch die Rohrfügestelle 62 und das Kommunikationsloch 349 in die Vorlastkammer 344 eingeleitet und des Weiteren durch das Kommunikationsloch 346 in die Lufttasche 347 eingeleitet.
Die Vorlastkammer 344 drückt die Scheibenunterlage 341 durch die zugeleitete Druckluft hin zu der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24, sodass die Oberfläche (Gleitverschiebungsoberfläche 348) der Gleitverschiebungsplatte 342 an der vorderen Seite gegen die Y-Achsen-Teilführungsoberfläche 24 mit einer vorbestimmten Kontaktkraft gedrückt wird. Entsprechend bietet bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Druckluft, die der Vorlastkammer 344 zugeleitet wird, eine Funktion ähnlich derjenigen der Vorlastfeder oder Vorlastfedern 324 bei der vorbeschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform.
Um bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform die vorbeschriebene Balance zwischen den Reibungswiderständen, das heißt die Beziehung N'/N = a/b zu erreichen, sind die Vorlastkammer 344 und die Lufttasche 347 auf vorbestimmte Weise ausgestaltet.
Insbesondere gilt die Beziehung S = So·[1 – (a/b)], wobei a einen Abstand zwischen der Mitte C (siehe 2) der Zuführschraube bzw. Spindel 51 (das heißt Antriebsachse der Antriebseinheit 5) und der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 bezeichnet; b einen Abstand zwischen der Mitte C (das heißt Antriebsachse) und der Y-Achsen-Teilführungsoberfläche bezeichnet; N die Kontaktkraft zwischen der Y-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 23 und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 bezeichnet; So eine Druckaufnahmefläche auf der Hinterseite der Scheibenunterlage 341 mit Orientierung zu der Vorlastkammer 344 bezeichnet; und S eine Öffnungsfläche der Lufttasche 347 bezeichnet.
Entsprechend der Teilgleitverschiebungsunterlage 34 der zweiten beispielhaften Ausführungsform erhält man die Kontaktkraft in der Y-Achsen-Richtung unter Verwendung der Vorlastkammer 344, der die Druckluft zugeleitet wird, und es kann die Kontaktkraft von der Lufttasche 347, der dieselbe Druckluft zugeleitet wird, geteilt bzw. mitgenutzt werden.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind die Druckaufnahmefläche So auf der Hinterseite der Scheibenunterlage 341 mit Orientierung zu der Vorlastkammer 344 und die Öffnungsfläche S der Lufttasche 347 derart definiert, dass die Beziehung S = So·[1 – (a/b)] gilt. Wenn beide Seiten der Formel mit dem Druck Ps der Druckluft multipliziert werden, ändert sich die Formel zu Ps·S = Ps·So·[1 – (a/b)]. Ps·S stellt die Kontaktkraft (N – N') dar, die von der Lufttasche 347 geteilt bzw. mitgenutzt wird. Ps·So stellt eine Vorlast dar, das heißt die Kontaktkraft N. Entsprechend gilt (N – N') = N[1 – (a/b)], das zu N' = N(a/b) umgewandelt werden kann, womit die Beziehung N'/N = a/b erfüllt ist.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform durch Wählen der Druckaufnahmefläche der Scheibenunterlage 341 in der Vorlastkammer 344 und der Öffnungsfläche der Lufttasche 347 entsprechend der vorstehenden Formel das Teilungs- bzw. Mitnutzungsverhältnis der Kontaktkraft durch die Lufttasche 347 (Hilfsdruckaufnahmeoberfläche) geeignet angepasst werden, sodass die resultierende Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und der Teilgleitverschiebungsunterlagen 34 mit der Mitte der Antriebskraft durch die Zuführschraube bzw. Spindel 51 ausgerichtet werden kann, wodurch die Erzeugung des Momentes vermieden wird.
Man beachte, dass sogar dann, wenn die vorstehende Formel nicht vollständig erfüllt ist, eine relativ geeignete Balance sichergestellt werden kann, solange nur ein ähnlicher Wert erhalten wird, damit die Leistungsfähigkeit der Gleitverschiebungsführungsvorrichtung erwartungsgemäß verbessert werden kann.
Des Weiteren kann bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Vorlast, die die Kontaktkraft N sein soll, durch die Vorlastkammer 344 zwischen den Bezugsgleitverschiebungsunterlagen 31 und den Teilgleitverschiebungsunterlagen 34 ausgeübt werden. Da bei dieser Anordnung die Vorlast, die von der Vorlastkammer 344 ausgeübt wird, auf dem Druck Ps der Druckluft, die der Lufttasche 347 zugeleitet wird, beruht, kann sogar dann, wenn der Druck Ps der Druckluft fluktuiert, die Druckluft automatisch der Fluktuation folgen.
Entsprechend ist es nicht notwendig, die Vorlast anzupassen, und zwar unabhängig von der Fluktuation des Druckes Ps der Druckluft, sodass eine Anpassung zum Zeitpunkt der Herstellung oder des Betriebes vereinfacht werden kann.
Man beachte zudem, dass bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform, obwohl das Moment infolge der Reibungswiderstände unabhängig vom Wert des Druckes Ps der Druckluft vermieden werden kann, wenn beispielsweise der Druck Ps übermäßig groß wird, auch die Kontaktkraft N = Ps·So übermäßig groß wird, sodass die Gleitverschiebungsbewegung der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 an der Gleitverschiebungsoberflache 318 oder der Teilgleitverschiebungsunterlage 34 an der Gleitverschiebungsoberfläche 348, einhergehend mit einem Festkörperkontakt, stark und nachteilig beeinflusst wird. Wenn entsprechend Druckluft zugeleitet wird, wird bevorzugt, dass der Druck Ps je nach Bedarf angepasst wird, sodass die Gleitverschiebungsbedingung der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 an der Gleitverschiebungsoberfläche 318 oder die Gleitverschiebungsbedingung der Teilgleitverschiebungsunterlage 34 an der Gleitverschiebungsoberfläche 348 passen wird.
Abwandlung(en)
Es sollte einsichtig sein, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorbeschriebene beispielhafte Ausführungsform oder die vorbeschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Abwandlungen und dergleichen beinhaltet, solange nur die Abwandlungen und dergleichen mit der Erfindung verträglich sind.
Bei den vorbeschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche (Lufttaschen 337, 347) durch die ringförmige Teilgleitverschiebungsoberfläche (Gleitverschiebungsoberflächen 338, 348) umgeben. Eine derartige konzentrische Anordnung ist jedoch nicht Voraussetzung für die Erfindung. Der Ausschnitt für die Lufttasche 337 (347) kann beispielsweise neben den Ausschnitt der Teilgleitverschiebungsoberfläche gesetzt sein.
Des Weiteren ist nicht notwendig, dass die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche einen pneumatischen Druck wie die Lufttaschen 337, 347 verwendet, sondern es kann die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche alternativ auch eine solche sein, die einen Fluiddruck, so beispielsweise eine Flüssigkeitsdruck verwendet, bei dem ein druckbeaufschlagtes Hydrauliköl zugeleitet wird.
Des Weiteren kann die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche auf beliebige Weise angeordnet werden, solange nur die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche die Last zwischen der Teilgleitverschiebungsunterlage und der Teilführungsoberfläche mit der Teilgleitverschiebungsoberfläche teilt bzw. mitnutzt und keinen Gleitverschiebungswiderstand in der Führungsrichtung (das heißt der Bewegungsrichtung des Gleitverschiebers relativ zu dem Führungskörper) bereitstellt. Verwendet werden kann eine andere Struktur, die beispielsweise den Druck aufnimmt, ohne einen Festkörperkontakt zu verursachen, so beispielsweise eine Struktur, die den Druck auf kontaktfreie Weise durch eine abstoßende Kraft von Magneten aufnehmen kann.
Bei den vorbeschriebenen beispielhaften Ausführungsformen werden die Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 und die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 verwendet, um den Führungskörper 2 in der X-Achsen-Richtung zu halten, wobei die Teilgleitverschiebungsunterlage 32 keine bei der Erfindung beschriebene Hilfsdruckaufnahmeoberfläche aufweist. Dies rührt daher, dass die Zuführschraube bzw. Spindel 51 (Antriebsachse) derart konzipiert ist, dass sie in der Mitte in der X-Achsen-Richtung befindlich ist, weshalb die resultierende Kraft der Reibungswiderstände der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 und der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 mit der Antriebsachse ausgerichtet ist.
Wenn jedoch die Zuführschraube bzw. Spindel 51 nahe an der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 befindlich ist, kann die Teilgleitverschiebungsunterlage 33 (34) der Erfindung anstelle der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 verwendet werden, wodurch dem Moment des Gleitverschiebers 3 durch Ausbalancieren der vorbeschriebenen Reibungswiderstände in der Y-Achsen-Errichtung entgegengewirkt wird.
Man beachte, dass dann, wenn die Zuführschraube bzw. Spindel 51 nahe an der Teilgleitverschiebungsunterlage 32 angeordnet ist, da die Anpassung durch Teilen bzw. Mitnutzen der Kontaktkraft durch Bereitstellen der Hilfsdruckaufnahmeoberfläche nicht effektiv ist, die Orte der X-Achsen-Bezugsführungsoberfläche 21 und der X-Achsen-Teilführungsoberfläche 22 und die Orte der Bezugsgleitverschiebungsunterlage 31 und der Teilgleitverschiebungsunterlage 33 (34) ausgetauscht werden können, um die Anpassung zu bewirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 61-17613 B [0007]
JP 62-241629 A [0007]

Claims

Gleitverschiebungsführungsvorrichtung (1), umfassend: einen Führungskörper (2), der eine Bezugsführungsoberfläche (23) und eine Teilführungsoberfläche (24), die parallel zueinander sind, umfasst; einen Gleitverschieber (3), der eine Bezugsgleitverschiebungsunterlage (31), das zum Gleitverschieben an der Bezugsführungsoberfläche (23) ausgelegt ist, und eine Teilgleitverschiebungsunterlage (33, 34), das zum Gleitverschieben an der Teilführungsoberfläche (24) ausgelegt ist, umfasst, wobei der Gleitverschieber (3) dafür ausgelegt ist, von einer Antriebseinheit (5) angetrieben zu werden, um sich entlang des Führungskörpers (2) zu bewegen, wobei die Teilgleitverschiebungsunterlage (33, 34) umfasst: eine Teilgleitverschiebungsoberfläche (338, 348), die zum Gleitverschieben an der Teilführungsoberfläche (24) ausgelegt ist; und eine Hilfsdruckaufnahmeoberfläche (337, 347), die zum Aufnehmen einer Last von der Teilführungsoberfläche (24) auf eine zu der Teilführungsoberfläche (24) kontaktfreie Weise ausgelegt ist.
Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: einen Vorlastmechanismus (334, 344), der zum Ausüben einer Vorlast zwischen der Bezugsführungsoberfläche (23) und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage (31) ausgelegt ist, wobei die Formel N'/N = a/b erfüllt ist, wobei a einen Abstand zwischen einer Antriebsachse (C) der Antriebseinheit (5) und der Bezugsführungsoberfläche (23) bezeichnet; b einen Abstand zwischen der Antriebsachse (C) und der Teilführungsoberfläche (24) bezeichnet; N eine Kontaktkraft zwischen der Bezugsführungsoberfläche (23) und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage (31) bezeichnet; und N' eine Kontaktkraft zwischen der Teilführungsoberfläche (24) und der Teilgleitverschiebungsoberfläche (338) bezeichnet.
Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Teilgleitverschiebungsoberfläche (338, 348) in Form eines Ringes vorgesehen ist, der die Hilfsdruckaufnahmeoberfläche (337, 347) umgibt, und eine Lufttasche (337, 347), der Druckluft von außen her zugeleitet wird, an der Hilfsdruckaufnahmeoberfläche (337, 347) ausgebildet ist.
Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Öffnungsfläche S der Lufttasche (337) entsprechend der Formel S = N[1 – (a/b)]/Ps gewählt ist, wobei a den Abstand zwischen der Antriebsachse (C) der Antriebseinheit (5) und der Bezugsführungsoberfläche (23) bezeichnet; b den Abstand zwischen der Antriebsachse (C) und der Teilführungsoberfläche (24) bezeichnet; N die Kontaktkraft zwischen der Bezugsführungsoberfläche (23) und der Bezugsgleitverschiebungsunterlage (31) bezeichnet; und Ps einen Druck der Druckluft bezeichnet.
Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Teilgleitverschiebungsunterlage (34) von dem Gleitverschieber (3) auf vorrückbare und einfahrbare Weise in einer Richtung senkrecht zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche (348) gestützt wird, eine Vorlastkammer (344) zwischen einer Seite der Teilgleitverschiebungsunterlage (34) entgegengesetzt zu der Teilgleitverschiebungsoberfläche (348) und dem Gleitverschieber (3) definiert ist, und die Druckluft durch die Vorlastkammer (344) der Lufttasche (347) zugeleitet wird.
Gleitverschiebungsführungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Öffnungsfläche S der Lufttasche (347) entsprechend der Formel S = So·[1 – (a/b)] gewählt ist, wobei a den Abstand zwischen der Antriebsachse (C) der Antriebseinheit (5) und der Bezugsführungsoberfläche (23) darstellt; b den Abstand zwischen der Antriebsachse (C) und der Teilführungsoberfläche (24) darstellt; und So eine Druckaufnahmefläche der Teilgleitverschiebungsunterlage (34) mit Orientierung zu der Vorlastkammer (344) darstellt.