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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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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 .
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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
Spindeantriebsmechanismus 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 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.
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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 ausgebildet sind, um übereinander zu liegen.
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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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- 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
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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 ≥ 1,5
Y 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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Spindelantriebsmechanismus (5) für eine Werkzeugmaschine
umfasst eine Schraubenwelle (11), welche in der Außenumfangsfläche
davon mit einer spiralförmigen Gewindenut (11a)
ausgebildet ist; eine Kugelschraubenmutter (12), welche
in der Innenfläche davon entsprechend der Gewindenut (11a) mit
einer spiralförmigen Mutternut versehen ist und welche
ausgebildet ist, um mit der Rotationsbewegung der Schraubenwelle
(11) um die Achse eine Hin- und Herbewegung in der Achsenrichtung
der Schraubenwelle (11) durchzuführen; einen Hohlmotor
(21), umfassend einen zylindrischer Innenrotor (22),
welcher unbeweglich an der Außenumfangsfläche
der Kugelschraubenmutter (12) vorgesehen ist, um als eine
Feldflusserzeugungsquelle zu dienen, und einen zylindrischen Außenstator
(23) zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds zum Aufbringen einer
Rotationsantriebskraft auf den Innenrotor (22); ein zylindrisches
Gehäuse (31), an dessen einer Endseite der Außenstator
(23) unbeweglich vorgesehen ist und an dessen anderer Endseite
eine Spindel (51) für die Werkzeugmaschine unbeweglich
vorgesehen ist; und einen Außenzylinder (41) zum
Führen der Hin- und Herbewegung des Gehäuses 31 in
der Achsenrichtung. Mit dieser Anordnung kann ein verbesserter Spindelantriebsmechanismus
erhalten werden, welcher für eine Werkzeugmaschine verwendet
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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