DE3309249C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorschubantrieb für eine transla­ torisch relativ zu einem ortsfesten Teil, beispielsweise dem Bett der Werkzeugmaschine, beweglichen Teil einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einen Schlitten, mit einer Leitspindel, die einen einzigen Gewindegang aufweist und an dem ortsfesten Teil starr und undrehbar angebracht ist, mit einer dem beweglichen Teil zugeordneten Mutter, die sich im Kämmeingriff mit der Leitspindel befindet, und mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden Elektromotor für den Drehantrieb der Mutter.

Bei bekannten Vorschubantrieben der genannten Art (DE-Z. "Werk­ statt und Betrieb", 1978, Heft 2, S. 71, rechte Spalte, Abs. 4 und DE-Z. "Industrie Anzeiger", Nr. 60 vom 28. 07. 1967, S. 1329, Bild 8 unten und rechte Spalte, Abs. 1) ist der Elektromotor an einem die Mutter aufnehmenden Gehäuse angeordnet und treibt die Mutter über ein Zahnradgetriebe an. Eine solche Ausführung hat in radialer und axialer Richtung vergleichsweise großen Raum­ bedarf. Weiterhin ist diese Ausführung baulich relativ aufwendig und damit relativ teuer, wobei zusätzliche Mittel zum Verbinden des Mutter­ gehäuses mit dem beweglichen Teil der Werkzeugmaschine erfor­ derlich sind. Schließlich kann mit einer solchen Ausführung wegen des unvermeidbaren Spiels des Zahnradgetriebes eine besonders hohe Ein­ stellgenauigkeit nicht erhalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vorschubantrieb der genannten Art derart auszuführen, daß mit einer einfachen und kompakten Ausführung eine sehr hohe Einstellgenauigkeit erhalten werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gemäß der Erfindung dadurch, daß der Stator des Elektromotors an dem beweglichen Teil undrehbar be­ festigt ist und eine mittlere Bohrung aufweist, in welcher der Rotor konzentrisch angeordnet ist, der seinerseits eine mittlere axiale Öffnung aufweist, in welcher die Mutter konzentrisch für eine Drehung zusammen mit dem Rotor angeordnet ist.

Ein Vorschubantrieb gemäß der Erfindung hat sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung vergleichsweise kleine Abmessungen, wobei der Stator und der Rotor des Elektromotors gleichzeitig die Mittel zur Verbindung mit dem beweglichen Teil der Werkzeugmaschine und der Mutter darstellen. Weiterhin wird die Drehung des Rotors vollkommen spielfrei auf die Mutter über­ tragen, wodurch sich eine sehr hohe Einstellgenauigkeit ergibt. Hierdurch ist ein Vorschubantrieb gemäß der Erfindung zur Ver­ wendung mit einer numerischen Steuerung gut geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung beispiels­ weise erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht des Vorschubantriebs gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine teilweise gebrochene Stirnansicht des Vorschub­ antriebs gemäß Fig. 1.

Der Vorschubantrieb 10 dient dazu, einen beweglichen Teil 12, beispielsweise einen Schlitten einer Werkzeugmaschine, an einem ortsfesten Teil einzustellen bzw. zu positionieren, beispielsweise an dem Bett 14 einer Werkzeugmaschine, wobei der bewegliche Teil 12 ent­ lang einer geradlinigen Bahn bewegt wird. Der Vorschubantrieb 10 umfaßt eine Leitspindel 16, die beispielsweise Trapezgewinde hat und die an dem Bett 14 der Werkzeugmaschine mittels zweier Befestigungselemente 18 (von denen nur eines dargestellt ist) derart starr befestigt ist, daß sie sich parallel zu der gewünschten Bewegungsbahn des Schlit­ tens 12 an dem Bett 14 erstreckt. Die Leitspindel 16 ist an dem Bett 14 derart befestigt, daß sie undrehbar ist.

Es ist eine mo­ torisierte Mutter 20, 22 vorgesehen, die eine Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors 20 auf­ weist, der an dem Schlitten 12 befestigt ist, um zwei Muttern 22 a und 22 b mit Trapezgewinde anzutreiben, die in einem Abstand voneinander im Gewindeeingriff mit der Leitspindel 16 stehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Antriebseinrichtung einen Induktionsmotor 20, dessen Ge­ häuse aus einer linken Endkappe 24 a und einer rechten End­ kappe 24 b besteht, deren jede an dem Schlitten 12 mittels eines getrennten Bolzens 25 befestigt ist derart, daß sie sich an dem Bett 14 gemeinsam mit dem Schlitten 12 bewegen. Die End­ kappen 24 a, 24 b, deren jede eine Bohrung aufweist für die Aufnahme der Leitspindel 16, sind mittels eines Paares von langen Bol­ zen 26 a und zugehörigen Muttern 26 b aneinander befestigt. Der Induktionsmotor 20 weist einen gewickelten Mehrphasenstator 27, der zwischen den Endkappen 24 a und 24 b befestigt ist, und als Rotor einen Kurzschlußkäfigläufer 28 mit mittlerer axialer Öffnung auf, der an jeder der Endkappen 24 a und 24 b mittels eines Lagers 30 b bzw. 30 a gelagert ist derart, daß der Läufer 28 um die Leitspindel 16 herum gleichachsig angeordnet ist. Wenn der Stator 27 des Induktionsmotors mit Wechselstrom erregt wird, erzeugt der Stator 27 ein sich drehendes Magnetfeld, welches bewirkt, daß ein entgegengesetzt gepoltes Magnetfeld in den Läufer 28 in­ duziert wird. Das Zusammenwirken zwischen dem sich drehenden Magnetfeld des Stators 27 und dem in den Läufer 28 induzierten Magnetfeld bewirkt, daß der Läufer 28 sich innerhalb des Sta­ tors 27 dreht. Jede Mutter 22 a und 22 b ist an einem der beiden sich gegenüberliegenden Enden des Läufers 28 innerhalb dessen axialer Öffnung derart befestigt, daß sie gemeinsam entlang der Leitspindel 16 geschraubt wer­ den, wenn der Läufer 28 sich beim Ansprechen auf eine elektrische Erregung des Stators 27 innerhalb von diesem dreht.

Genaues Einstellen bzw. genaues Positionieren des Schlittens 12 an dem Bett 14, d. h. das Anordnen des Schlittens 12 an einer genau bestimmten Stelle an dem Bett 14, wird erhalten durch Steuern der Erregung des Stators 27 in Übereinstimmung mit dem Unterschied zwischen der gewünschten Stellung (Soll­ stellung) und der tatsächlichen Stellung (Iststellung) des Schlittens 12. Hierfür ist ein Istwertgeber (Rückkopplungswandler) 32 vorge­ sehen, der bei der gegenwärtigen Ausführungsform einen Dreh­ melder aufweist, der am Gehäuse des Induktionsmotors 20 befestigt ist, und zwar beispielsweise an der Endkappe 24 b, so daß ein Zahn­ rad 34 auf der Welle des Drehmelders 32 mit einem komplemen­ tären Zahnrad 36 im Eingriff steht, welches an der außenlie­ genden Stirnfläche der Mutter 22 a mittels Bolzen 37 befestigt ist. Wenn somit der Läufer 28 und die Muttern 22 a und 22 b sich beim Ansprechen auf die elektrische Erregung des Stators 27 drehen, wird das Zahnrad 34 von dem Zahnrad 36 gedreht und dreht seinerseits die Welle des Drehmelders 32, so daß der Drehmelder 32 ein elektrisches Signal liefert, welches sich in Übereinstimmung mit der Orientierung der Welle des Drehmelders 32 und demgemäß in Übereinstimmung mit der Winkel­ ausrichtung des Läufers 28 ändert.

Das elektrische Ausgangssignal des Drehmelders 32, welches sich in Übereinstimmung mit der Winkelausrichtung des Induk­ tionsmotors und demgemäß in Übereinstimmung mit der tatsäch­ lichen Stellung oder Iststellung des Schlittens 12 an dem Bett 14 ändert, wird an einen numerischen Steuerstromkreis 38 geliefert, der von bekannter Ausführung sein kann. Der numerische Steuerstromkreis 38 (N/C-Steuerstromkreis) spricht auf numerische Steuerbefehle an, die von einem Band­ ablesegerät od. dgl. erzeugt werden und die die Sollstellung des Schlittens 12 festlegen. Der numerische Steuerstromkreis 38 erzeugt, wenn solche numerischen Steuerbefehle an ihn geliefert werden, ein Ausgangssignal zum Steuern der Erregung des Stators 27 in Übereinstimmung mit dem Unterschied zwi­ schen der Sollstellung und der Iststellung des Schlittens 12, bestimmt aus dem Unterschied zwischen der Schlittenstellung, wie sie spezifiziert ist durch numerische Steuerbefehle, die von dem numerischen Steuerstromkreis 38 empfangen werden, und der Iststellung des Schlittens 12, erfaßt durch das Aus­ gangssignal des Drehmelders 32.

Vorstehend wurde ein Vorschubantrieb beschrie­ ben, der eine starr befestigte Leitspindel 16 und eine motori­ sierte Mutter 20, 22 aufweist, die sich im Gewindeeingriff mit der Leitspindel 16 befindet. Die motori­ sierte Mutter 20, 22 ist an dem beweglichen Teil 12 befestigt, um diesen entlang des ortsfesten Teiles 14 parallel zur Achse der Leitspindel 16 zu verschieben. Da der Abstand zwischen den Muttern 22 a, 22 b, die gleichachsig zu dem Läufer 28 des Motors 20 angeordnet sind und vom Läufer bzw. Rotor 28 direkt angetrieben werden, vor dem Beginn eines Arbeitsvorganges ge­ ändert werden kann, hat die motorisierte Mutter 20, 22 praktisch kein Spiel. Weiterhin ist durch die starre Anbringung der Leitspindel 16 an dem orts­ festen Teil 14 eine starre Kupplung zwischen dieser und dem beweg­ lichen Teil 12 gewährleistet.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung 20 anstelle durch den dargestellten Induktionsmotor 20 durch einen Hydrau­ likmotor gebildet sein. Weiterhin könnte ein Linearstellungs­ wandler, beispielsweise ein Digitalcodiergerät, oder ein op­ tischer Stellungswandler anstelle des sich drehenden Istwertgebers (Rückkopp­ lungswandlers) vorgesehen werden, der als Drehmelder 32 darge­ stellt ist. Obwohl die Leit­ spindel 16 und die Muttern 22 a, 22 b mit Trapezgewinde dargestellt und beschrieben sind, können natürlich andere Arten von Kombinationen aus Leitspindel und Mutter verwendet werden, beispielsweise die bekannte Kombination aus Kugelmutter und Kugelspindel.

Claims (1)

1. Vorschubantrieb für einen translatorisch relativ zu einem ortsfesten Teil, beispielsweise dem Bett (14) der Werkzeugma­ schine, beweglichen Teil (12) einer Werkzeugmaschine, beispiels­ weise einen Schlitten, mit einer Leitspindel (16), die einen ein­ zigen Gewindegang aufweist und an dem ortsfesten Teil starr und undrehbar angebracht ist, mit einer dem beweglichen Teil (12) zugeordneten Mutter (22 a, 22 b), die sich im Kämmeingriff mit der Leitspindel befindet, und mit einem einen Stator (27) und einen Rotor (28) aufweisenden Elektromotor (20) für den Drehantrieb der Mutter, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (27) des Elektromotors (20) an dem beweglichen Teil (12) undrehbar befestigt ist und eine mittlere Bohrung auf­ weist, in welcher der Rotor (28) konzentrisch angeordnet ist, der seinerseits eine mittlere axiale Öffnung aufweist, in welcher die Mutter (22 a, 22 b) konzentrisch für eine Drehung zusammen mit dem Rotor (28) angeordnet ist.