DE102018110282A1 - Linearly movable machine tool table with a ball-bearing guide - Google Patents
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Abstract
Bei einem linear verfahrbaren Werkzeugmaschinentisch mit einer kugelgelagerten Führung ist in der Rollenumlaufeinheit eine Ausnehmung 10 vorgesehen, die bis fast unmittelbar an die Laufrille der Kugeln 12 heranreicht.
Der Boden der Ausnehmung 10 bildet eine Membran 22, die beim Vorbeilaufen einzelner Kugeln ausgelenkt wird. Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Montage einer Sensorträgers mit der die Auslenkung der Membran einfach erfasst werden kann.
In a linearly movable machine tool table with a ball-bearing guide, a recess 10 is provided in the roller circulation unit, which extends almost to the groove 12 of the balls.
The bottom of the recess 10 forms a membrane 22, which is deflected when passing individual balls. The invention describes a method for mounting a sensor carrier with which the deflection of the membrane can be easily detected.
Description
Die Erfindung betrifft einen linear verfahrbaren Werkzeugmaschinentisch mit einer kugelgelagerten Führung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a linearly movable machine tool table with a ball-bearing guide according to the preamble of claim 1.
Bei Werkzeugmaschinen werden üblicherweise Kugelgewindetriebe oder Linearantriebe eingesetzt, um Werkzeugmaschinentische linear zu verfahren.In machine tools usually ball screws or linear drives are used to move machine tool tables linear.
Diese Antriebe werden eingesetzt, um Lasten schnell linear zu bewegen bzw. genau zu positionieren.These drives are used to quickly move loads linearly or to position accurately.
Bei Kugelgewindetrieben wird die Drehbewegung einer motorgetriebenen Spindel mittels einer Mutter in eine Linearbewegung z. B. eines Maschinentisches umgesetzt. In der Mutter werden die Kugeln in einer schraubenförmigen Laufbahn geführt.In ball screws, the rotational movement of a motor-driven spindle by means of a nut in a linear motion z. B. implemented a machine table. In the nut, the balls are guided in a helical track.
Es gibt Muttern die zweigeteilt sind, um über ein zwischengeschaltetes Federpaket oder ein nachstellbares Gewinde, eine Vorspannung zu erzielen. Diese Vorspannung ist in diesem Fall unabhängig von Fertigungstoleranzen und vom Verschleiß.There are nuts that are split in two to achieve a preload via an intermediate spring pack or adjustable thread. This bias is independent of manufacturing tolerances and wear in this case.
Zunehmend werden aber auch Einzelmuttern verwendet, bei denen die Vorspannung durch ein entsprechendes Übermaß der Kugeln von wenigen Mikrometern erzeugt wird. Da in dieser Ausführung die Kugeln an 4 Punkten anliegen (4-Punkt-Kontakt), werden diese im Betrieb zum Gleiten gezwungen, was natürlich zu einem gewissen Abrieb führt. Dadurch verringert sich die Vorspannung während der Lebensdauer. Die verringerte Vorspannung kann bei kritischen Bearbeitungsprozessen z. B. bei Einsatz in einer Werkzeugmaschine zu unzulässigen Arbeitsergebnissen an den Bearbeitungsoberflächen führen. Erwähnt sei hier das Schleifen von Zahnrädern, wo die Anforderung an die Genauigkeit und Oberfläche der Flanken extrem hoch ist.Increasingly, however, single nuts are used in which the bias is generated by a corresponding excess of balls of a few micrometers. Since in this design the balls are at 4 points (4-point contact), they are forced to slide in operation, which of course leads to a certain amount of abrasion. This reduces the preload during the lifetime. The reduced bias can be used in critical machining processes z. B. result in use in a machine tool inadmissible work results on the processing surfaces. Mention should be made here of the grinding of gears, where the requirement for the accuracy and surface of the flanks is extremely high.
Störend bei hochgenauen Bearbeitungsprozessen sind auch Fehlstellen wie Grübchen (Pitting) bzw. Rattermarken im Spindeltrieb, die durch Materialermüdung oder durch Überbeanspruchung entstehen können, da diese einen diskontinuierlichen Vorschub an der Werkzeugmaschine verursachen.Disturbances in high-precision machining processes are also defects such as dimples (pitting) or chatter marks in the spindle drive, which can be caused by material fatigue or overstress, since these cause a discontinuous feed on the machine tool.
Aus der
Linearantriebe werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die dynamischen Leistungsdaten mit herkömmlichen Kugelgewindetrieben nicht mehr erreicht werden können. Linearantriebe sind besonders dann vorteilhaft, wenn gleichzeitig hohe Geschwindigkeit, Beschleunigung, Dynamik und Genauigkeit gefordert sind. Bei Linearantrieben ist die Laufbahn für die Kugeln des Wälzlagers linear ausgeführt.Linear drives are used in particular when the dynamic performance data can not be achieved with conventional ball screws. Linear drives are particularly advantageous when high speed, acceleration, dynamics and accuracy are required at the same time. For linear drives, the raceway for the balls of the rolling bearing is linear.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Überwachung des Liearantriebes anzugeben, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, die insbesondere erlaubt, störende Einflüsse, die die Präzision des Bearbeitungsprozesses beeinträchtigen, rechtzeitig zu erkennen.The object of the invention is to provide a monitoring of the Liearantriebes, which does not have the disadvantages mentioned above, which in particular allows to detect disturbing influences that affect the precision of the machining process, in a timely manner.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, an der Rollenumlaufeinheit eine Ausnehmung vorzusehen, die nahe an die Laufrille der Kugeln heranreicht. Die dadurch gebildete Membran wird durch Kräfte, die vorbeilaufende Kugeln im Betrieb des Linearantriebs verursachen, ausgelenkt. Die Auslenkung der Membran kann mit Sensoren erfasst werden.The essential idea of the invention is to provide on the roller circulation unit a recess which reaches close to the track of the balls. The membrane thus formed is deflected by forces caused by passing balls in the operation of the linear drive. The deflection of the membrane can be detected by sensors.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung, wird die Auslenkung der Membran mittels Dehnungsmesssteifen erfasst.In an advantageous development of the invention, the deflection of the membrane is detected by means of strain gauges.
In einer vorteilhaften alternativen Weiterentwicklung der Erfindung, wird die Auslenkung der Membran mittels piezoresistiver Sensorelemente erfasst.In an advantageous alternative development of the invention, the deflection of the membrane is detected by means of piezoresistive sensor elements.
Die Auslenkung der Membran kann durch ein Übermaß der Kugeln verursacht werden.The deflection of the membrane can be caused by an oversize of the balls.
Die Auslenkung der Membran kann auch durch eine Belastung des Linearantriebs verursacht werden. Die Membran wird dabei asymmetrisch ausgelenkt. In diesem Fall ist es vorteilhaft zwei außermittig angeordnete Sensoren vorgesehen.The deflection of the membrane can also be caused by a load on the linear drive. The membrane is deflected asymmetrically. In this case, it is advantageous to provide two eccentrically arranged sensors.
Die Membranauslenkung kann je nach räumlicher Anordnung des Sensorelements oder der Sensorelemente durch das Übermaß einer Kugel und/oder durch Kugelkräfte hervorgerufen werden.Depending on the spatial arrangement of the sensor element or the sensor elements, the diaphragm deflection can be caused by the excess of a ball and / or by ball forces.
Mit der Erfindung ist es möglich, ohne großen Aufwand eine einfache effektive Zustandsüberwachung eines Lineartriebs im Betrieb zu realisieren.With the invention it is possible to realize a simple effective condition monitoring of a linear drive during operation without much effort.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Kugelgewindetriebs näher erläutert. Die Übertragung auf einen Linearantrieb ist evident.The invention is explained in more detail with reference to a ball screw shown in the drawing. The transfer to a linear drive is evident.
Es zeigen:
-
1 Längsschnitt einer herkömmlichen Kugelgewindetrieb mit Spindel und Mutter -
2 Querschnitt eines Kugelgewindetrieb gemäß der Erfindung im Bereich der Mutter -
3 Perspektivischer Schnitt einerMutter 6 gemäß2 ohne Verbindungskabel -
4 Perspektivischen Schnitt einerMutter 6 gemäß2 mit Verbindungskabel -
5 Perspektivischen Schnitt einerMutter 6 gemäß3 mit einer alternativen Anordnung eines Dehnungsmessstreifens -
6 Aufsicht auf einen Dehnungsmessstreifen
-
1 Longitudinal section of a conventional ball screw with spindle and nut -
2 Cross-section of a ball screw according to the invention in the area of the nut -
3 Perspective section of amother 6 according to2 without connection cable -
4 Perspective section of amother 6 according to2 with connection cable -
5 Perspective section of amother 6 according to3 with an alternative arrangement of a strain gauge -
6 Top view of a strain gauge
In
Durch die Drehbewegung der Spindel
In
Dehnungsmessstreifen reichen aufgrund ihrer Sensitivität im Sub-Mikrometerbereich für Messungen der Membranauslenkung durch vorbeilaufenden Kugeln aus.Due to their sensitivity in the sub-micron range, strain gauges are sufficient for measurements of diaphragm deflection by passing balls.
Zur Erfassung von Pitting muss eine Auswertung verwendet werden, die eine hohe Bandbreite von bis zu 20kHz ermöglicht. Neuerdings sind auch piezoresistive Sensoren auf dem Markt, mit den bekannten Vorteilen eines größeren Signalhubes und Nachteilen insbesondere im Hinblick auf Temperatureinflüsse, die für den jeweiligen Einsatz abzuwägen sind.For the detection of pitting an evaluation must be used, which allows a high bandwidth of up to 20kHz. Recently, piezoresistive sensors are on the market, with the known advantages of a larger signal swing and disadvantages, in particular with regard to temperature influences, which are to be weighed for the respective use.
In die Ausnehmung
Das Verbindungskabel
Der besseren Übersichtlichkeit ist die Elektronikplatine nicht dargestellt.For better clarity, the electronic board is not shown.
Das Verfahren zur Herstellung eines Kugelgewindetriebs/Linearantriebs mit einer Sensoranordnung umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Aufbringen eines Klebstoffs
KS auf denGrund der Ausnehmung 10 - - Einclipsen des Sensorträgers
ST indie Ausnehmung 10 - - Aushärten des Klebstoffs
- - Einziehen eines mit einem Einbaustecker vorkonfektionierten Kabels die Bohrung
B , die zur der Ausnehmung10 führt und Einschrauben des Einbausteckers das GewindeG - - Verbindung der Litzen mit der Elektronikplatine
EP des SensorträgersST - -
Vergießen der Ausnehmung 10
- - Applying an adhesive
KS to the bottom of therecess 10 - - Clip in the sensor carrier
ST into therecess 10 - - curing of the adhesive
- - Inserting a cable prefabricated with a built-in plug drills the hole
B leading to therecess 10 leads and screwing the socket connector the threadG - - Connection of the strands to the electronic board
EP of the sensor carrierST - - Potting the
recess 10
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile.The method according to the invention offers the following advantages.
Das Verfahren ist auch bei bestehenden Kugelgewindetrieben/Linearantrieben einfach realisierbar. Hierzu muss nur in die Mutter die Ausnehmung
Der Sensorträger lässt sich leicht herstellen.The sensor carrier is easy to make.
Die komplette Ausnehmung oberhalb der Elektronikplatine incl. dem Ende des Verbindungskabels
Der Verguss bietet einen mechanischen Schutz und verhindert das Eindringen von Kühlschmierstoffen etc.in den Membranbereich. Durch die Viskosität des Vergussmaterials und die verbleibenden Spaltweiten wird sichergestellt, dass das Vergussmaterial nicht zum Boden der Ausnehmung vordringen und damit die Messwerte beeinflussen kann.The encapsulation provides mechanical protection and prevents the penetration of cooling lubricants etc. into the membrane area. The viscosity of the potting material and the remaining gap widths ensure that the potting material can not penetrate to the bottom of the recess and thus influence the measured values.
Die Erfindung ist anhand eines Kugelgewindetriebs erläutert, sie ist entsprechend auch bei Linearantrieben also bei linear verfahrbaren Werkzeugmaschinentischen mit kugelgelagerten Führungen einsetzbar.The invention is explained with reference to a ball screw, it is accordingly also used in linear actuators so in linearly movable machine tool tables with ball-bearing guides.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013225467 [0008]DE 102013225467 [0008]
Claims (2)
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DE102018110282.8A DE102018110282A1 (en) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | Linearly movable machine tool table with a ball-bearing guide |
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DE102018110282A1 true DE102018110282A1 (en) | 2019-10-31 |
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2018
- 2018-04-27 DE DE102018110282.8A patent/DE102018110282A1/en active Pending
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