DE2335132C3

DE2335132C3 - Vorrichtung zum wahlweisen Verstellen im Eilgang oder Schleichgang eines positionierbaren beweglichen Maschinen-teils, insbesondere eines Werkstückoder Werkzeugträgers an einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2335132C3
Application number: DE19732335132
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Cawi, Ingo, 1000 Berlin
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1977-12-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt sind Vorrichtungen der vorstehenden Art, bei denen das Verzweigungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Bei diesen Vorrichtungen werden für den Eilgang und den Schleichgang den einzelnen Getriebezweigen zugeordnete unterschiedliche Motoren verwendet, wobei der Schleichgangmotor als Schrittmotor und der Eilgangmotor als gewöhnlicher Bremsmotor ausgebildet ist, dessen Grobpositionierungsaufgabe durch eine z. B. Drehmelder (synchros) aufweisende Rückführung überwacht wird.

Die bekannten Vorrichtungen vermögen aus mehreren Gründen nicht voll zu befriedigen. Ein Grund besteht darin, daß der Konstruktionsaufwand im Hinblick auf das Erfordernis von zwei unterschiedlichen Motoren und einer Rückführeinrichtung vergleichsweise groß ist. Ein anderer Grund ist der, daß der vom beweglichen Maschinenteil tatsächlich zurückgelegte Weg verhältnismäßig stark von der Zahl der durchgeführten Schritte und von der auf das bewegliche Maschinenteil ausgeübten Last abhängt, weil das Haltemoment der Motoren begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die bei einfachem und möglichst kompakten Aufbau die Gewähr für eine hohe Positioniergenauigkeit bietet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 Erfaßte gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung bietet den Vorteil, daß mit ihrer Hilfe ohne großen Aufwand eine genaue digitale Einstellung eines beweglichen Maschinenteils in einem offenen Stellkreis möglich ist, und zwar durch die Kombination mindestens eines elektrischen Schrittmotors mit einer mechanischen Positioniereinheit. Dabei ist eine sehr kompakte und übersichtliche Bauweise ermöglicht, die zu einer gewichtsarmen Vorrichtung führt, die bei relativ hohem Wirkungsgrad große Drehmomente übertragen kann.

Als besonders zweckmäßig erweist es sich bei einem als Planetengetriebe ausgebildeten Verzweigungsgetriebe, daß zusätzlich zur Justierkupplung für den

., „antrieb eine weitere Kupplung vorhanden ist,

bei durch das Zusammenspiel beider Kupplungen

^W° Relativbewegung zwischen einem innenverzahnten

Rinteil und mindestens einem mit dessen Innenverzah-

■ Eingriff stehenden außenverzahnten Bauteil des piTifetengetriebes im Eilgang verhindert und im Srhleichg?ng ermöglicht wird.

Eine besonders kompakte Bauweise ist dadurch

k nnzeichnet, daß das außenverzahnte Bauteil des

P\ netengetriebes von einer zylindrischen Stahlbuchse

t flexibler Wand gebildet ist, die durch einen auf der Welle des Schrittmotors angeordneten, in die Stahlb -hse ragenden Nocken verformbar ist, um eine Relativbewegung zwischen der Stahlbuchse und dem nnenverzahnien Bauteil des Planetengetriebes hervor-

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weiicie Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

pie 1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g 2 eine bevorzugte zweite Ausführung.

In Fig. 1 i^{st lf ein} Schrittmotor, der eine Welle 12 schrittweise mit konstanter Schrittwinkelgröße antreibt. _Die Welle 12 stützt sich über zwei Kugellager 13, 14 in der gehäusefesten Kupplungshälfte 15 einer aus der aehäusefesten Kupplungshälfte 15 und einer beweglichen Kupplungshälfte 16 bestehenden Magnetkupplung ab Am Ende der Welle 12 ist diese über einen Keil 17 mit einer Buchse 18 verbunden, deren Flansch 19 über einen elastischen Ring 20 und eine Scheibe 21 mit einem elliptischen Nocken 22 in Verbindung steht, der sich über ein Kugellager 23 gegen die Innenseite der Wand 24 eines Bauteils 25 abstützt, das von einer Stahlbuchse gebildet wird, die an ihrem einen Ende einen Boden 26

^dl'ln dem von der Buchse 18 und dem Nocken 22 sowie dem Boden 26 begrenzten Innenraum 27 ist eine weitere aus zwei Kupplungshälften 28 und 29 bestehende Kupplung angeordnet. Die Kupplungshälfte 28 ist drehfest mit dem Bauteil 25 verbunden, während die Kupplungshäifte 29 über eine Membranfeder 30 drehfest mit der Buchse 18 bzw. der Welle 12 in Verbindung steht. Die Außenverzahnung 31 wirkt mit einer Innenverzahnung 32 eines zweiten Bauteils 33 zusammen. Die Zähnezahlen der Außenverzahnung und der innenverzahnung sind ungleich. Dun.li die Differenz der Zähnezahlen kann eine Abwälzbewegung zwischen dem Bauteil 25 und dem Bauteil 33 stattfinden, wenn sich der Nocken 22 bei festgehaltenem Bauteil 33 im Bauteil 25 dreht Das Bauteil 33 stützt sich über Kugellager 34,

35 auf der Welle 12 ab. Es steht über eine Membranfeder

36 mit der Kupplungshälfte 16 in Verbindung. 37 ist die Antriebswelle für ein nicht dargestelltes, bewegliches Maschinenteil, welches von einem Drehtisch gebildet werden kann.

Die Kupplungshälften 15 und 16 bzw. 28 und besitzen an ihren einander zugewandten Stirnflachen Zähne 38. durch die die beim Schrittmotorantrieb entstehenden Drehmonienlspitzen sicher beherrschbar sind und die im Fall der Kupplung 15, 16 eine )ustier-Ivw Korrekturfunktion zu erfüllen haben.

lieim im unteren I eil der Fig. I dargestellten hlganghetneb ist die Kupplung 15. 16 geöffnet und der Kraflfluß gelangt vom Schrittmotor Il über die Welle 12 dieMembraiifeder 30 und die Kupplung 28, 29 direkt /..r Antriebswelle 37. Am Ende des gewünschten Eilgangschritts sollte ein Zahn der Kupplungshälfte 16 einer Zahnlücke der Kupplungshälfte 15 gegenüberstehen. Unter dem Lastmoment, das an der Antriebswelle 37 angreift, kann die Welle 12 jedoch um einen gewissen Betrag von ihrer Sollage abweichen. Diese Abweichung wird durch Schließen der Kupplung 15,16 korrigiert, da das Richtmoment der Justierkupplung 15,16 wesentlich größer ist als das Halteinoment des Schrittmotors 11. Der lastabhängige Schrittwinkelfehler wird auf diese Weise mit hoher Genauigkeit ausgeglichen.

Beim Schleichgang, der in der oberen Hälfte der F i g. 1 dargestellt ist, wird über die Kupplung 15, 16 das Bauteil 33 festgehalten und die Kupplung 28, 29 geöffnet. Der Kraftfluß wird in diesem Fall vom Schrittmotor 11 über die Welle 12, die Buchse 18, den Flansch 19, den Ring 20, die Scheibe 21 und den Nocken 22, sowie das Kugellager 23 und das Bauteil 25 und die Kupplungshälfte 28 zur Antriebswelle 37 geleitet. Auch am Ende eines Schleichgangschritis ist eine Korrektur eines eventuellen Winkelfehlers durch Schließen der Kupplung 28, 29 möglich. Eine derartige Korrektur erübrigt sich jedoch regelmäßig, da die auftretenden Winkelfehler im Schleichgang vernachlässigbar klein sind. Verwendet man zwei Kupplungen, die in ihrer Ruhestellung geschlossen sind, so kann ein Schrittmotor ohne Selbsthaltemoment verwendet werden, da die beiden Kupplungen die Arretierung übernehmen können. F i g. 1 zeigt augenfällig, daß durch die gewählte Anordnung der einzelnen Elemente eine sehr kompakte und übersichtliche Bauweise sichergestellt ist. Hysteresccrseheinungen sind auf ein Minimum reduziert. Die gesamte Vorrichtung ist gewichtsarm und gestattet bei relativ hohem Wirkungsgrad die Übertragung großer Drehmomente. Die axial fluchtende Anordnung der Antriebswelle 12 und der Antriebswelle 37 bietet lür zahlreiche Anwendungsfälle erhebliche Vorteile.

In F i g. 2 isl 41 ein Schrittmotor, der eine Welle 42 mit einem Keil 43 antreibt, die an ihrem F.nde ein Ritzel trägt, das mit mehreren Bauteilen 45 in Eingriff sieht, die von außenverzahnten Rädern gebildet werden. Die Bauteile bzw. Zahnräder 45 sind auf Achsen 46 gelagert. welche von einer mit der Antriebswelle 47 für den beweglichen Maschinenteil verbundenen Platte gehalten werden. Zur Lagerung der Antriebswelle dienen zwei Kugellager 49, 50. Zwei weitere Kugellager 51 und 52 stützen ein Bauteil 53 ab. das mit einer Innenverzahnung versehen ist, die mit der Außemerzahnung der Bauteile 45 kämmt. Übet eine Membranfeder 54 ist das Bauteil 53 drehfest mit einer aus zwei Kupplungshälften 55 und 56 bestehenden Kupplung verbunden. Außerdem steht es über eine Membranfeder 57 mit einer aus zwei Kupplungshälften 58 und bestehenden Kupplung in Verbindung. Die Kupplungshälfte 59 der Kupplung 58, 59 ist drehfest über den Keil 53 mit der Welle 42 verbunden. Sämtliche Kupplungshälften besitzen an ihren einander zugewandten Stirnseiten Zähne 60, die vorzugsweise eine llirthverzahnung bilden und in der Lage sind, die Kupplungshälften zueinander zu justieren.

Die Kupplung 55, 56 dient auch bei diesem Ausführungsbeispiel zur Korrektur von lastabhängigen Lageabweichungen der Antriebswelle 42 von ihrer Soilage.

Der KiahfliiLS bei Lilgangbelrieh im in der unteren Hälfte der F i g. 2 dargestellt. Man ei kennt, dall bei Hilganghclrieb die Kupplungshälften W und 59 miteinander veibuiulen sind. Das Bauteil 53 wird also mit ilc gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Platte 48 und

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folglich wie die Antriebswelle 47 des beweglichen Maschinenteils um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht. Unter dem an der Antriebswelle 47 angreifenden Lastmoment weicht die Welle 42 am Ende eines Eilgangschritts von ihrer Sollagc etwas ab. Diese Lageabweiehung wird durch Schließen der Justier- bzw. Korrekturkupplung 55, 56 korrigiert, indem die Zähne der Kupplungshälfte 56 in die Zahnlücken der Kupplungshälfte 55 hereingezogen werden.

Der Schleichgangbetrieb der Vorrichtung gemäß F i g. 2 ist in der oberen Hälfte der F i g. 2 dargestellt. Im Schleichgangbetrieb sind die Kupplungshälften 58 und 59 voneinander getrennt, und das Bauteil 53 wird über die Membranfeder 44 durch die geschlossene Kupplung

55,56 in der Ruhelage gehalten. Durch das angetriebene Ritzel 44 werden die von Zahnrädern gebildeten Bauteile 45 an der Innenverzahnung des Bauteils 53 abgerollt. Hierdurch wird auf die Platte 43 eine Drehbewegung übertragen, die der Drehbewegung der Antriebswelle 47 des beweglichen Maschinenteil' entspricht.

Es ist möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur einstufig, sondern auch mehrstufig auszubil

ίο den. Als Getriebeabstufung wählt man einen Wert vor /i//2 = a". wobei a eine Zahl ist, die dem programmeige nen Maßsystem entspricht. Bei metrischen Systemen isi a beispielsweise tO, bei Winkelsystemen 60. Dci Exponent π kann eine beliebige natürliche Zahl sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum wahlweisen Verstellen im Eilgang oder Schleichgang eines positionierbaren beweglichen Maschinenteils, insbesondere eines Werkstück- oder Werkzeugträgers an einer Werkzeugmaschine mit einem Verzweigungsgetriebe, das einen Zweig zur Übertragung der Eilgangsbewegung und einen Zweig zur Übertragung der Schleichgangbewegung besitzt und bei dem bei eingeschaltetem Schleichgang mindestens ein Glied eines der beiden Zweige blockiert i<,t, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für den Eilgangantrieb als auch für den Schleichgangantrieb '5 Schrittmotoren (11, 41) vorgesehen sind und daß zur Kompensation der Abweichung der durch den Eilgangantrieb bewirkten Iststellung des beweglichen Maschinenteils (37, 47) von der jeweils gewünschten Sollstellung eine Justierkupplung (15, 16; 55,56) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verzweigungsgetriebe von einem Planetengetriebe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur justierkupplung (15, 16; 55, 56) für den Eilgangantrieb eine weitere Kupplung (28,29; 58,59) vorhanden ist, wobei durch das Zusammenspiel beider Kupplungen eine Relativbewegung zwischen einem innenverzahnten Bauteil (33, 53) und mindestens einem mit dessen Innenverzahnung in Eingriff stehenden außenverzahnten Bauteil (25; 45) des Planetengetriebes im Eilgang verhindert und im Schleichgang ermöglicht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eilgang und den Schleichgang gemeinsam ein Schrittmotor (11; 41) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierkupplung (15, 16; 55, 56) für den Eilgangantrieb zwei Kuppliingshälften (55, 56) aufweist, von denen die erste (15; 55) mit einem stationären Teil der Vorrichtung und die zweite (16; 56) mit einem Glied in einem der Zweige des Verzweigungsgetriebes verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplungshälfte (16; 56)dcr Justierkupplung (15, 16; 55,56) mit dem innenverzahnten Bauteil (33; 53) des Planelengetriebes verbunden ist.

b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierkupplung (15,16; 55,56) als Zahnkupplung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung der Justierkupplung (15, 16; 55, 56) von einer Hirthverzahnung gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kupplung (28, 29; 58, 59) mit einer Justierverzahnung versehen ist. <><>

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (15, 16; 28, 29; 55, 56; 58, 59) der Teilung des Schrittmotors (II; 41) entsprechende Zähnezahlen aufweisen. <>5

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kupplung (28, 29) zwei Kupplungshälften (2S₁ 29) aufweist, von denen die erste (29) mit der Antriebswelle (12) des Schrittmotors (11) und die zweite (28) mit dem außenverzahnten Bauteil (25) des Planetengetriebes verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kupplung (58, 59) zwei Kuppiungshälften (58, 59) aufweist, von denen die erste (59) mit der Welle (42) des Schrittmotors (41) und die zweite (58) mit dem innenverzahnten Bauteil (53) des Planetengetriebes verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das außenverzahnte Bauteil (25) des Planetengetriebes von einer zylindrischen Stahlbuchse mit flexibler Wand (24) gebildet ist, die durch einen auf der Welle (12) des Schrittmotors (11) angeordneten, in die Stahlbuchse ragenden Nocken (22) verformbar ist, um eine Relativbewegung zwischen der Stahlbuchse und dem innenverzahnten Bauteil (33) des Planetengetriebes hervorzurufen.