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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine. Insbesondere betrifft sie eine Verbesserung eines Spindelantriebsmechanismus, welcher für eine Werkzeugmaschine verwendet wird, deren Mechanismus zum Beispiel an einem Untergestell angeordnet ist und mit einem Spindelkopf zum bewegbaren Halten einer Spindel versehen ist.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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DE 43 41 166 A1 (siehe dort die sechste Ausführungsform) offenbart eine Vorschubvorrichtung, die aus einer Vorschubspindel und einem Mutternteil besteht. Die Vorschubspindel ist mit Hilfe von zwei Halteteilen an ihren beiden Enden fest an einem Seitenteil abgestützt, so dass die Vorschubspindel folglich nicht drehbewegbar ist. An einem beweglichen Wagen ist ein Lagergehäuse angebracht, in dem ein Fördermutternteil drehbar gelagert ist. Wenn das Fördermutternteil verdreht wird, dann kann mithin der bewegliche Wagen in Axialrichtung der Vorschubspindel bewegt werden. Das Fördermutternteil ist selbst als magnetisch anisotroper Rotor ausgebildet. Ferner ist ein Stator koaxial längs des Außenumfangs des magnetisch anisotropen Rotors fest abgestützt, d. h. in einer solchen Stellung, dass er den Rotor umschließt, so dass mit Hilfe des Rotors und des Stators ein synchroner Antriebsmotor für das Fördermutternteil gebildet wird.
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Es ist eine herkömmliche Werkzeugmaschine bekannt, umfassend ein Untergestell, einen Tisch, welcher an dem Untergestell angeordnet ist, um ein Werkstück darauf zu platzieren, eine Spindel, deren Achse in der horizontalen Richtung angeordnet ist und welche bereitgestellt ist, um um die Achse herum drehbar zu sein, um ein Werkzeug zu halten, und einen Zuführantrieb zum Bewegen des Tisches und der Spindel relativ zueinander in den orthogonalen Dreiachsenrichtungen (zum Beispiel sei auf Patentdokument 1 verwiesen).
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Zum Beispiel umfasst die herkömmliche Werkzeugmaschine, welche in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, insbesondere ein Untergestell mit einer Basis und zwei Seitenwänden, welche sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite der Basis montiert sind; ein erstes Gleitelement, welches vorgesehen ist, um in der vertikalen Richtung (Y-Achsenrichtung) bewegbar zu sein, und welches besteht aus einem rechteckförmigen und rahmenähnlichen Element, in dem der Längsseitenteil davon in der vertikalen Richtung vorgesehen ist und der Querseitenteil davon in der Rechts- und Linksrichtung vorgesehen ist und in dem beide Endteile davon in der Rechts- und Linksrichtung an den Rückseiten der Seitenwände abgestützt sind; ein zweites Gleitelement, welches ein Durchgangsloch aufweist, welches sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erstreckt, welches Gleitelement in dem Rahmen des ersten Gleitelements angeordnet ist und vorgesehen ist, um in der Rechts- und Linksrichtung (die X-Achsenrichtung) bewegbar zu sein; einen Spindelkopf, welcher angeordnet ist in dem Durchgangsloch des zweiten Gleitelements und welcher vorgesehen ist, um in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (die Z-Achsenrichtung) bewegbar zu sein; eine Spindel, welche durch den Spindelkopf gehalten ist, um um die Achse herum drehbewegbar zu sein, welche parallel ist zu der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, um ein Werkzeug zu halten; und einen Tisch, welcher an dem Untergestell angeordnet ist, um ein Werkstück darauf zu platzieren.
Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Offenlegungsnummer 2002-137128 (=
JP 2002 137128 A ).
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME, WELCHE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
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In dem technischen Gebiet der Werkzeugmaschinen dieser Art besteht das Verlangen, die Bewegungsgenauigkeit des Spindelkopfes, welcher vorgesehen ist, um in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (die Z-Achsenrichtung) bewegbar zu sein, zu erhöhen. Da der Spindelkopf sich bei der herkömmlichen Werkzeugmaschine in dem Durchgangsloch unter Bildung des oben beschriebenen Gleitkontakts bewegt, hat die herkömmliche Werkzeugmaschine mit solch einem Gleitkontaktteil jedoch eine strukturelle Begrenzung bezüglich der Erhöhung der Bewegungsgenauigkeit.
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Zudem hat die herkömmliche Werkzeugmaschine das strukturelle Problem, dass, da das Gewicht des Spindelkopfes, welcher sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (die Z-Achsenrichtung) bewegt, schwer ist, eine Kraft in der Durchbiegungsrichtung aufgebracht wird, wenn der Spindelkopf in der Vorwärtsrichtung vorsteht, sodass es schwierig ist, einen Grad an geradliniger Vorwärtsbewegung sicherzustellen. Für die herkömmliche Werkzeugmaschine wurde jedoch keine Technik zur Erhöhung des Grades einer geradlinigen Vorwärtsbewegung vorgeschlagen.
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Außerdem besteht von dem Standpunkt der Erhöhung der oben beschriebenen Bewegungsgenauigkeit und des Grads an gradliniger Vorwärtsbewegung auch ein Bedarf hinsichtlich des Erhaltens eines Spindelkopfes, der kompakter und leichter ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht, und folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik bereitzustellen, welche im Stande ist, die Bewegungsgenauigkeit und den Grad an geradliniger Vorwärtsbewegung eines Spindelantriebsmechanismus zu erhöhen, welcher für eine Werkzeugmaschine verwendet wird, welcher Mechanismus mit einem Spindelkopf versehen ist, welcher sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (die Z-Achsenrichtung) bewegt.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Ein Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Schraubenwelle, welche in der Außenumfangsfläche davon mit einer spiralförmigen Gewindenut geformt ist und welche unbeweglich vorgesehen ist, um nicht drehbewegbar zu sein; eine Kugelschraubenmutter, welche in der Innenfläche davon entsprechend der Gewindenut mit einer spiralförmigen Mutternut versehen ist und welche mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern versehen ist, welche abrollbar in einem belasteten Wälzkörperabrollpfad angeordnet sind, welcher durch die Gewindenut und die Mutternut geformt ist, und welche konfiguriert ist, um eine Hin- und Herbewegung in der Achsenrichtung der Schraubenwelle durchzuführen mit der Rotationsbewegung bezüglich der Schraubenwelle um die Achse; einen Hohlmotor, aufweisend einen zylindrischen Innenrotor, welcher an der Außenumfangsfläche der Kugelschraubenmutter fixiert ist, um als eine Feldflusserzeugungsquelle zu dienen, und einen zylindrischen Außenstator, welcher derart angeordnet ist, dass er dem Innenrotor mit einem vorbestimmten Spalt, welcher zwischen dem zylindrischen Außenstator und der Außenumfangsfläche des Innenrotors vorgesehen ist, gegenüberliegt, um ein rotierendes Magnetfeld zum Aufbringen einer Rotationsantriebskraft auf den Innenrotor zu erzeugen; ein zylindrisches Gehäuse, an dessen einer Endseite der Außenstator fixiert ist und an dessen anderer Endseite eine Spindel für die Werkzeugmaschine fixiert ist; und einen Außenzylinder, welcher über eine Mehrzahl von Wälzkörpern an dem Gehäuse vorgesehen ist, welche abrollbar in einer linearen Wälzkörperabrollnut angeordnet sind, welche in der Außenumfangsfläche des Gehäuses geformt ist, um die Hin- und Herbewegung des Gehäuses in der Achsenrichtung zu führen. Die Schraubenwelle ist an einem Fixierarm fixiert, der an einem Sattel vorgesehen ist, und der Außenzylinder ist an dem Sattel fixiert.
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Der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass wenn eine imaginäre Achsenmittellinie, welche durch die Achsenmitte der Schraubenwelle verläuft, und eine imaginäre Achsenmittellinie, welche durch die Achsenmitte einer rotierenden Welle der Spindel verläuft, angenommen werden, die Achsenmittellinie der Schraubenwelle und die Achsenmittellinie der rotierenden Welle der Spindel deckungsgleich ausgebildet sind.
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Zudem kann in dem Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung der Außenzylinder in mehrfacher Anzahl für das Gehäuse vorgesehen sein.
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Ferner kann der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet sein, dass zumindest zwei Außenzylinder für das Gehäuse vorgesehen sind, wobei ein erster Außenzylinder, welcher an der Spindelfixierseite des Gehäuses angeordnet ist, eine axiale Länge hat, welche gleich oder größer ist als die axiale Länge eines zweiten Außenzylinders, welcher an der Außenstatorfixierseite des Gehäuses angeordnet ist.
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Ferner kann in dem Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Dichtelement zwischen dem Gehäuse und dem Außenzylinder vorgesehen sein.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Technik bereitgestellt werden, welche im Stande ist, die Bewegungsgenauigkeit und den Grad an geradliniger Vorwärtsbewegung eines Spindelkopfes, welcher sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (die Z-Achsenrichtung) bewegt, in einem Spindelantriebsmechanismus zu erhöhen, welcher für eine Werkzeugmaschine verwendet wird, wobei der Mechanismus zum Beispiel auf einem Untergestell angeordnet ist und versehen ist mit dem Spindelkopf zum bewegbaren Stützen einer Spindel. Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spindelantriebsmechanismus zur Umsetzung des Spindelkopfes für eine Werkzeugmaschine erhalten werden, welcher Spindelkopf kompakter ist und ein leichteres Gewicht hat als der des Stands der Technik.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Seitenansicht im teilweisen Längsschnitt eines Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Seitenansicht im Längsschnitt zur Erläuterung einer spezifischen Konstruktion einer Schraubenwelle und einer Kugelschraubenmutter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine erläuternde Ansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines Führungsmechanismusabschnitts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist 3(a) eine Frontansicht des Führungsmechanismusabschnitts im Längsschnitt, und 3(b) ist eine Seitenansicht des Führungsmechanismusabschnitts im teilweisen Längsschnitt.
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4 ist eine Seitenansicht, welche einen essentiellen Abschnitt eines Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist eine schematische Perspektivansicht, welche einen Zustand zeigt, in dem der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in 4 gezeigt ist, an einer Werkzeugmaschine angeordnet ist.
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BEZUGSZEICHEN
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- 5 ... Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine, 11 ... Schraubenwelle, 11a ... Gewindenut, 11b ... belasteter Wälzkörperabrollpfad, 12 ... Kugelschraubenmutter, 12a ... Mutternut, 12b ... Rückführpfad, 12c ... Endloszirkulationsdurchgang, 13 ... Kugel, 14 ... Fixierarm, 15 ... Kugelschraubenmechanismusabschnitt, 21 ... Hohlmotor, 22 ... Innenrotor, 23 ... Außenstator, 31 ... Gehäuse, 31a ... Wälzkörperabrollnut, 32 ... Kugel, 35 ... Führungsmechanismusabschnitt, 41 ... Außenzylinder, 41a ... belastete Wälzkörperabrollnut, 41b ... Wälzkörperrückführpfad, 51 ... Spindel, 61 ... erster Außenzylinder, 62 ... zweiter Außenzylinder, 101 ... Untergestell, 103 ... Sattel, α ... imaginäre Achsenmittellinie, welche durch die Achsenmitte der Schraubenwelle verläuft, β ... imaginäre Achsenmittellinie, welche durch die Achsenmitte der rotierenden Welle der Spindel verläuft.
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ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die unten beschriebenen Ausführungsformen beschränken die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung nicht, und alle Kombinationen der Merkmale, welche in den Ausführungsformen beschrieben sind, sind nicht notwendigerweise wesentliche Mittel zur Lösung der Erfindung.
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1 ist eine Seitenansicht eines Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform im teilweisen Längsschnitt. Der Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine gemäß dieser Ausführungsform ist versehen mit dem Spindelkopf, welcher im Stand der Technik beschrieben ist. Die detaillierte Erläuterung von anderen Elementen, welche die Werkzeugmaschine ausmachen, ist zur Vereinfachung der Beschreibung ausgelassen.
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Der Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15, welcher geformt ist durch eine Schraubenwelle 11 und eine Kugelschraubenmutter 12, einen Hohlmotor 20, welcher als eine Antriebsquelle für diesen Mechanismus dient, einen Führungsmechanismusabschnitt 35, welcher geformt ist durch ein Gehäuse 31 und einen Außenzylinder 41, und eine Spindel 51, welche Arbeit für das Äußere durchführt.
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Die Schraubenwelle 11 ist ein Element, welches an einem Fixierarm 14 fixiert ist, welcher an einem Sattel 103 vorgesehen ist, und ist in einer nicht drehbewegbaren Beschaffenheit ausgebildet. In der Außenumfangsfläche der Schraubenwelle 11 ist eine spiralförmige Gewindenut 11a geformt. Die Schraubenwelle 11 formt in Kooperation mit der Kugelschraubenmutter 12 den Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15.
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Die spezifische Konstruktion der Schraubenwelle 11 und der Kugelschraubenmutter 12, welche den Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15 darstellen, wird mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung der spezifischen Konstruktion der Schraubenwelle 11 und der Kugelschraubenmutter 12 gemäß dieser Ausführungsform im Längsschnitt und illustriert den endkappenähnlichen Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15.
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Wie oben beschrieben ist die Schraubenwelle 11 mit der spiralförmigen Gewindenut 11a in der Außenumfangsfläche davon versehen. Andererseits ist die Kugelschraubenmutter 12 mit einer spiralförmigen Mutternut 12a versehen, welche der Gewindenut 11a der Schraubenwelle 11 entspricht, und zwar in der Innenumfangsfläche davon. Durch das gegenüberliegende Anordnen der Gewindenut 11a und der Mutternut 12a wird ein belasteter Wälzkörperabrollpfad 11b geformt, welcher die Schraubenwelle 11 spiralförmig umgibt. Ferner sind beide Endabschnitte des belasteten Wälzkörperabrollpfads 11b, welcher die Schraubenwelle 11 spiralförmig umgibt, miteinander über einen Rückführpfad 12b verbunden, welcher in der Kugelschraubenmutter 12 vorgesehen ist, und ein Endloszirkulationsdurchgang 12c ist durch den belasteten Wälzkörperabrollpfad 11b und den Rückführpfad 12b geformt.
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In dem Endloszirkulationsdurchgang 12c ist eine Mehrzahl von Kugeln 13, welche als Wälzkörper dienen, in einem abrollbaren Zustand angeordnet, wodurch ein Eingriff der Kugelschraubenmutter 12 mit der Schraubenwelle 11 über die Kugeln 13 verwirklicht wird. Da die Schraubenwelle 11 nicht drehbewegbar an dem Fixierarm 14 fixiert ist, welcher an dem Sattel 103 vorgesehen ist, kann durch die Rotationsbewegung der Kugelschraubenmutter 12 um die Achse der Schraubenwelle 11 die lineare Hin- und Herbewegung der Kugelschraubenmutter 12 in der Achsenrichtung durchgeführt werden.
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Der Hohlmotor 21, welcher als eine Antriebsquelle für diesen Mechanismus dient, umfasst einen zylindrischen Innenrotor 22, welcher als eine Feldflusserzeugungsquelle dient und unbeweglich an der Außenumfangsfläche der Kugelschraubenmutter 12 vorgesehen ist, und einen zylindrischen Außenstator 23, welcher angeordnet ist, um dem Innenrotor 22 mit einer vorbestimmten Lücke gegenüber zu liegen, welche zwischen dem zylindrischen Außenstator 23 und der Außenumfangsfläche des Innenrotors 22 vorgesehen ist, um ein rotierendes Magnetfeld zum Aufbringen einer Rotationsantriebskraft auf den Innenrotor 22 zu erzeugen.
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Obgleich dies in 1 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist, umfasst der Innenrotor 22 dieser Ausführungsform einen Rotormagneten, bei dem N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsform magnetisiert sind, einen zylindrischen Innenrahmen zum Fixieren des Rotormagneten und ein Lager zum drehbewegbaren Stützen des Innenrahmens. Andererseits umfasst der Außenstator 23 dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von flachen Statorspulen, welche angeordnet sind, um dem Rotormagneten mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen gegenüber zu liegen, eine flexible Leiterplatte, in die die Statorspulen gelegt sind, und einen zylindrischen Außenrahmen zum Fixieren der Statorspulen und der flexiblen Leiterplatte an dem Lager.
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Der Innenrahmen des Innenrotors 22 ist an der Außenumfangsfläche der Kugelschraubennut 12 fixiert, und der Außenrahmen des Außenstators 23 ist an dem Gehäuse 31 fixiert, welches später beschrieben ist. Folglich rotiert die Kugelschraubenmutter 12 mit dem Rotationsantrieb des Innenrotors 22, wenn der Hohlmotor 21 angetrieben wird, und hierdurch wird die lineare Hin- und Herbewegung des Gehäuses 31 entlang der Achsenrichtung der Schraubwelle 11 verwirklicht.
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Das Gehäuse 31 ist ein Element, welches in einer im Wesentlichen zylindrischen Form geformt ist. Wie oben beschrieben ist der Außenstator 23 unbeweglich an einer Endseite des Gehäuses 31 vorgesehen, und andererseits ist die Spindel 51 für die Werkzeugmaschine unbeweglich an der anderen Endseite davon vorgesehen. Das Innere des Gehäuses 31 ist hohl, mit der Ausnahme, dass der Außenstator 23 und die Spindel 51 vorgesehen sind, sodass die Hubsicherheit und das leichte Gewicht der Schraubenwelle 11 gleichzeitig verwirklicht sind. Was das Material, die Form (Länge, Wanddicke etc.) und ähnliches des Gehäuses 31 angeht, sollten die optimalen Wert angemessen ausgewählt werden gemäß der Anwendung, der Spezifikationen und ähnlichem der Werkzeugmaschine.
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Ferner ist der Außenzylinder 41 an der Außenumfangsseite des Gehäuses 31 vorgesehen, und der Führungsmechanismusabschnitt 35 ist geformt durch das Gehäuse 31 und den Außenzylinder 41. Durch die Anwesenheit des Außenzylinders 41 wird eine stabile lineare Hin- und Herbewegung des Gehäuses 31 entlang der Achsenrichtung der Schraubenwelle 11 verwirklicht.
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Der detaillierte Aufbau des Führungsmechanismusabschnitts 35, welcher durch das Gehäuse 31 und den Außenzylinder 41 geformt ist, wird mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine erläuternde Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus des Führungsmechanismusabschnitts 35 gemäß dieser Ausführungsform. Insbesondere zeigt 3(a) die Front des Führungsmechanismusabschnitts 35 im Längsschnitt, und 3(b) zeigt die Seite des Führungsmechanismusabschnitts 35 im teilweisen Längsschnitt. In 3 ist zur Vereinfachung der Beschreibung die Illustration von anderen Elementen als dem Führungsmechanismusabschnitt 35 ausgelassen.
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Das Gehäuse 31, welches das Spurelement des Führungsmechanismusabschnitts 35 darstellt, ist versehen mit linearen Wälzkörperabrollnuten 31a in der Außenumfangsfläche davon. Jede der Wälzkörperabrollnuten 31a, welche als eine Spur für die Kugeln 32 dienen, nimmt ein Drehmoment in der Umfangsrichtung des Gehäuses 31 auf und steuert die Bewegungsrichtung des Gehäuses 31.
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Der Außenzylinder 41, welcher an dem Gehäuse 31 installiert ist, fungiert als ein Führungselement für den Führungsmechanismusabschnitt 35 und ist geformt mit belasteten Wälzkörperabrollnuten 41a, welche den Wälzkörperabrollnuten 31a entsprechen, und zwar in der Innenumfangsfläche davon. Durch die belastete Wälzkörperabrollnut 41a, welche an dem Außenzylinder geformt ist, und die Wälzkörperabrollnut 31a, welche an dem Gehäuse 31 geformt ist, wird ein belasteter Wälzkörperabrollpfad geformt. Ferner sind in dem Außenzylinder 41 Wälzkörperrückführpfade 41b geformt. Jeder der Wälzkörperrückführpfade 41b ist mit beiden Endabschnitten des belasteten Wälzkörperabrollpfads verbunden, um die Kugeln 32 aufzunehmen und zu zirkulieren, welche von der Last in dem belasteten Wälzkörperabrollpfad befreit sind, und die Kugeln 32 wieder in den belasteten Wälzkörperabrollpfad zurückzuführen. D. h., die Kugeln 32 sind abrollbar zwischen der belasteten Wälzkörperabrollnut 41a des Außenzylinders 41 und der Wälzkörperabrollnut 31a des Gehäuses 31 angeordnet, und zwar so, dass sie in einer endlosen Art zirkulieren und durch die Wälzkörperrückführpfade 41b laufen.
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Da der Führungsmechanismusabschnitt 35 dieser Ausführungsform die oben beschriebene Konfiguration aufweist, rotiert das Gehäuse 31 nicht in der Umfangsrichtung, sodass eine stabile lineare Hin- und Herbewegung des Gehäuses 31 entlang der Achsenrichtung der Schraubenwelle 11 verwirklicht wird.
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Als die Spindel 51, welche an der anderen Endseite des Gehäuses 31 angeordnet ist, kann eine öffentlich bekannte Spindel von jeder Art verwendet werden, wie zum Beispiel eine aerostatische Spindel, welche im Stande ist, eine Hochgeschwindigkeitsrotation und hohe Leistung zu erzielen. Insbesondere hat die aerostatische Spindel den Vorteil, dass sie angemessen für ein Hochgeschwindigkeitsfräsen und ähnliches verwendet werden kann, da sie eine Konstruktion hat, bei der ein inhärentes Beschränkungselement als ein Beschränkungselement verwendet wird, welches geeignet ist für die Hochgeschwindigkeitsrotation, und ein Induktionsmotor ist montiert entsprechend der Hochgeschwindigkeitsrotation und der hohen Leistung.
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Das Obige ist eine Erläuterung der spezifischen Konfiguration des Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine dieser Ausführungsform. Der Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine dieser Ausführungsform verwirklicht einen Spindelkopf, welcher in der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung (die Z-Achsenrichtung) bewegbar ist, mit einer kompakten Struktur und mit gleicher oder größerer Steifigkeit als der konventionelle, da er den Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15 und den Führungsmechanismusabschnitt 35 aufweist, welche im Stande sind, stabile Führungsgenauigkeiten zu erzielen unter Verwendung von Wälzkörpern mit einer kompakten Struktur.
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Auch die Führungsgenauigkeit des Spindelkopfes wird erheblich erhöht durch den Einsatz des Kugelschraubenmechanismusabschnitts 15 und des Führungsmechanismusabschnitts 35. Insbesondere können sehr kleine Pulsationen, welche als Wellenbildung bezeichnet werden, bei einer Fluktuation von zum Beispiel 1,6 μm oder weniger gehalten werden. Daher kann eine Führungsgenauigkeit verwirklicht werden, welche durch den konventionellen Spindelkopf, einschließlich der Gleitbewegung, nicht erzielt werden konnte. Die Verbesserung bezüglich der Wellenerscheinung erzielt einen Effekt des Verbesserns des Grads an geradliniger Vorwärtsbewegung des Spindelkopfes.
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Außerdem kann in dem Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine dieser Ausführungsform die Schraubenwelle 11 in einer kompakten Art untergebracht werden mittels Formens des Gehäuses 31 in eine hohle zylindrische Form, und ferner wird durch die Anwesenheit des hohlen Elements ein leichtes Gewicht verwirklicht. Zudem verwirklicht die Anwesenheit des hohlen Elements des Gehäuses 31 eine Rotationskompaktheit des Mechanismus. Insbesondere, wenn eine imaginäre Achsenmittellinie α, welche durch die Achsenmitte der Schraubenwelle 11 verläuft, und eine imaginäre Achsenmittellinie β, welche durch die Achsenmitte einer Rotationswelle, welche die Spindel 51 aufweist, verläuft, angenommen werden, sind die Achsenmittellinie α der Schraubenwelle 11 und die Achsenmittellinie β der Rotationswelle, welche die Spindel 51 aufweist, derart konfiguriert, dass sie übereinander liegen. Diese Konfiguration erzielt den Effekt des Integrierens zweier komplizierter Mechanismen, nämlich des Kugelschraubenmechanismusabschnitts 15 und des Führungsmechanismusabschnitts 35, in einer kompakten Art. Durch Verwendung solch einer verschwendungsarmen Vorrichtungskonfiguration können anscheinend widersprüchliche Punkte – leichtes Gewicht und hohe Steifigkeit – zum ersten Mal simultan gelöst werden.
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Zwischen dem Gehäuse 31 und dem Außenzylinder 41 sowie zwischen der Schraubenwelle 11 und der Kugelschraubenmutter 12 ist vorzugsweise ein Dichtelement (nicht gezeigt) installiert, um Fremdstoffe fern zu halten, welche von außen eindringen, und um ein Schmiermittel darin zu halten. Durch die Installation des Dichtelements kann ein stabiler und langlebiger Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine erhalten werden. Da das Gehäuse 31 dieser Ausführungsform eine zylindrische Außengestalt hat, kann eine außerordentliche Dichtfähigkeit erreicht werden, wenn das Dichtelement installiert ist. Die Gestalt des Gehäuses 31 kann eine rohrförmige Gestalt sein, welche ein hohles Teil aufweist und an welcher der Außenzylinder 41 installiert werden kann. Neben der in dieser Ausführungsform beschriebenen zylindrischen Form kann eine polygonale rohrförmige Gestalt, eine elliptische rohrförmige Gestalt, eine gestreckte zylindrische Gestalt und ähnliches verwendet werden.
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Das Obige ist eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt auf den Umfang, welcher in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben ist. Die oben beschriebene Ausführungsform kann verschiedenartig geändert oder verbessert werden.
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Zum Beispiel wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform die Konfiguration beschrieben, bei der ein Außenzylinder 41 für das Gehäuse 31 angeordnet ist. Jedoch ist die Anzahl von Außenzylindern 41, welche an dem Gehäuse 31 installiert sind, nicht auf eins beschränkt, und eine Mehrzahl von Außenzylindern 41 kann installiert sein.
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Mit Bezug auf die 4 und 5 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei der zwei Außenzylinder an dem Gehäuse 31 installiert sind. 4 ist eine Seitenansicht, welche einen wesentlichen Abschnitt eines Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ferner ist 5 eine schematische perspektivische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in dem der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in 4 gezeigt ist, an einer Werkzeugmaschine angeordnet ist. In den 4 und 5 ist zur Vereinfachung der Beschreibung die Illustration der Schraubenwelle 11 und ähnlichem ausgelassen, und dieselben Bezugszeichen sind für Elemente verwendet, welche dieselben oder ähnliche Elemente sind, welche bereits beschrieben wurden, und die Erläuterung dieser Elemente ist ausgelassen.
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In dem Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform, welche in den 4 und 5 gezeigt ist, sind zwei Außenzylinder 61 und 62 an dem Gehäuse 31 installiert. In der folgenden Beschreibung wird ein Außenzylinder, welcher an der Spindelfixierseite des Gehäuses 31 angeordnet ist, als der erste Außenzylinder 61 bezeichnet, und ein Außenzylinder, welcher an der Außenstatorfixierseite des Gehäuses 31 angeordnet ist, wird als der zweite Außenzylinder 62 bezeichnet.
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Ein vorteilhafter Punkt des Installierens von zwei Außenzylindern – der erste und der zweite Außenzylinder 61 und 62 – ist, dass die relative Positionsanpassung des Gehäuses 31 leicht vorgenommen werden kann. D. h., wenn das Gehäuse 31 vorragt, wirkt aufgrund des Gewichts des Gehäuses 31 eine Durchbiegungskraft, was einen ungünstigen Einfluss auf den Grad der geradlinigen Vorwärtsbewegung des Spindelkopfes hat. Daher wird der Installationswinkel des Gehäuses 31 angepasst unter Verwendung der Außenzylinder 61 und 62, welche in zwei Teile geteilt sind, wodurch der Grad an geradliniger Vorwärtsbewegung leicht erhöht werden kann. Insbesondere wird ein Höhenanpassungselement, wie zum Beispiel ein Abstandshalterstück, eingebracht, zum Beispiel zwischen die Kontaktflächen des ersten Außenzylinders 61 und des Sattels 103, welcher den ersten Außenzylinder 61 stützt, wodurch der Installationswinkel des Gehäuses 31 eingestellt werden kann.
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Zudem können für den ersten und den zweiten Außenzylinder 61 und 62 solche Außenzylinder verwendet werden, welche einfach die gleiche Größe aufweisen. Jedoch erfolgt die Konfiguration vorzugsweise derart, dass der erste Außenzylinder 61 eine axiale Länge hat, welche länger ist als die des zweiten Außenzylinders 62, wie in den 4 und 5 gezeigt ist. Gemäß dieser Konfiguration wird der erste Außenzylinder 61 mit der längeren axialen Länge hauptsächlich einer Torsionssteifigkeit und einer Last, wie z. B. das Eigengewicht und die Arbeitsreaktion, ausgesetzt, und der zweite Außenzylinder 62 mit der kürzen axialen Länge kann verwendet werden, um die Genauigkeit anzupassen, wie den Grad an gradliniger Vorwärtsbewegung. Durch Teilen der Funktion der zwei Außenzylinder 61 und 62 kann eine effizientere Vorrichtungskonfiguration eingesetzt werden, sodass eine Gesamtkompaktheit des Mechanismus umgesetzt werden kann.
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Als die Konfigurationsbedingung der zwei Außenzylinder 61 und 62 kann, wenn die axiale Länge des ersten Außenzylinders 61 als X und die axiale Länge des zweiten Außenzylinders 62 als Y angenommen wird, die Konfiguration zum Beispiel derart sein, dass X = Y gilt, oder die Konfiguration kann derart sein, dass eine Formel von X > Y gilt.
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Als das Resultat einer ernsthaften Anstrengung des Erfinders hat sich bestätigt, dass eine Konfiguration von zum Beispiel X ≥ 1,5Y bevorzugt ist. In diesem Fall ist es bezüglich der Anzahl von Kugeln 32, welche in jedem Außenzylinder angeordnet sind, bevorzugt, dass in dem ersten Außenzylinder 61 so viele Kugeln 32 angeordnet sind wie es der Raum zulässt und in dem zweiten Außenzylinder 62 weniger Kugeln 32 als in dem ersten Außenzylinder 61 angeordnet sind. Der Grund für die Erhöhung der Anzahl von Kugeln in dem ersten Außenzylinder 61 ist, dass der erste Außenzylinder 61 eine höhere Last aufnimmt, und der Grund für die Reduzierung der Anzahl von Kugeln in dem zweiten Außenzylinder 62 ist, dass der zweite Außenzylinder 62 hauptsächlich die Bewegungsgenauigkeit und den Grad an geradliniger Vorwärtsbewegung erhöht, während die Aufnahme der Last dem ersten Außenzylinder 61 anvertraut ist. Durch Verwendung dieser Konfiguration kann die Funktion effizient zwischen den zwei Außenzylindern 61 und 62 aufgeteilt werden.
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Selbstverständlich ist auch bei den zwei Außenzylindern 61 und 62 bevorzugt ein Dichtelement zwischen den Außenzylindern 61 und 62 und dem Gehäuse 31 installiert, und die Stabilität und Lebensdauer des Mechanismus werden durch die Wirkung des Dichtelements erhöht.
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Ferner wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform der endkappenartige Kugelschraubenmechanismusabschnitt 15 erläutert. Jedoch ist der Kugelschraubenmechanismusabschnitt, auf den die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, nicht beschränkt auf den endkappenartigen. Ein rohrartiger Kugelschraubenmechanismusabschnitt, welcher eine Rückführröhre verwendet, oder ein deflektorartiger Kugelschraubenmechanismusabschnitt, welcher einen Deflektor verwendet, können ebenso verwendet werden.
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Ferner wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform eine Art von Führungsmechanismusabschnitt 35 beschrieben, bei der die Kugeln 32 in einer endlosen Art zirkulieren. Jedoch kann auch ein Führungsmechanismusabschnitt verwendet werden, der von einer solchen Art ist, dass die Kugeln 32 endlich zirkulieren gemäß dem Betriebsbereich, der von der Spindel 51 benötigt wird.
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Ferner kann in dem Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Querschnittsform und die Anzahl von endlosen Zirkulationsdurchgängen des Kugelschraubenmechanismusabschnitts 15 und des Führungsmechanismusabschnitts 35, welche in der oben beschriebenen Ausführungsform illustriert sind, zweckmäßig geändert werden gemäß der Betriebsumgebung, der Betriebsbedingungen und ähnlichem.
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Ferner wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Spindelantriebsmechanismus 5 vom so genannten Horizontaltyp für eine Werkzeugmaschine, bei der die Z-Achse in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gesetzt ist, beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf eine vertikalartige Werkzeugmaschine angewandt werden, bei der die Z-Achse in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung gesetzt ist.
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Außerdem wurde für den Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform zur Vereinfachung der Erläuterung der Fall beschrieben, wo lediglich der Spindelantriebsmechanismus 5 für eine Werkzeugmaschine an dem Sattel 103 der Werkzeugmaschine angeordnet ist. Jedoch kann der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auch an einer Werkzeugmaschine angeordnet sein, welche versehen ist mit einer ersten Gleitbewegung und einer zweiten Gleitbewegung in der vertikalen Richtung (die Y-Achsenrichtung) und der Rechts- und Linksbewegung (die X-Achsenrichtung), oder einer Multispindelwerkzeugmaschine, welche versehen ist mit Spindeln von drei oder mehr Achsen. Ferner ist das Element, an dem der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine installiert ist, nicht auf den oben beschriebenen Sattel 103 beschränkt. Der Spindelantriebsmechanismus für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann an jedem beliebigen Element angeordnet sein, wenn der Spindelantriebsmechanismus seinen Betrieb durchführen kann.
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Aus den Ansprüchen ist ersichtlich, dass eine Ausführungsform, bei der die oben beschriebenen Änderungen und Verbesserungen vorgenommen sind, auch von dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sein kann.
