DE3401583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen XY-Kreuzschlitten, wie er im Ober­ begriff der unabhängigen Ansprüche beschrieben ist.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Ferritkern 1 eines Magnetkopfes. Bei der Herstellung eines Magnetkopfes unter Verwendung eines derarti­ gen Ferritkerns ist ein Maß an Schleifgenauigkeit und Quali­ tät erforderlich, das beträchtlich größer ist als bei anderen Anwendungsfällen. Dies kann auf folgende Faktoren zurückgeführt werden:

• 1. Die von den beiden, an die Spurfläche 2 angrenzenden, abge­ schrägten Flächen definierte Spurbreite ist sehr klein und muß mit sehr hoher Präzision bei sehr engen Toleran­ zen gefertigt werden.
• 2. Die zu bearbeitende Fläche besteht aus einem harten, sprö­ den Material wie Ferrit.
• 3. Die bearbeitete Fläche muß von hoher Qualität sein.

Diese Art der Bearbeitung wird im allgemeinen durch Schleifen oder Läppen durchgeführt. Wegen der Sprödigkeit des zu bearbei­ tenden Materials führt jedoch schon die geringste Vibration des Schleifwerkzeugs oder dergleichen zu einem Splittern der be­ arbeiteten Fläche. Es ist daher erforderlich, eine hohe Rota­ tionsgenauigkeit des Schleifwerkzeugs sicherzustellen und den Vorschub des Werkstücks mit größer Gleichmäßigkeit ohne jede Störung auf den Führungsflächen zu bewirken. Bei den bekannten XY-Kreuzschlitten werden Gleit- oder Rollenführungsflächen ver­ wendet. Bei Gleitflächen besteht die Neigung zu einem Stocken und Rucken (stick-slip) bei langsamem Vorschub, während Rollen dazu neigen, während der Bewegung kleine Vibrationen des Schlittens zu bewirken. Die Spindelmutter zum Eingriff mit der Leitspindel bei üblichen XY-Kreuzschlitten hat entweder ein Trapez- oder Kugelumlaufgewinde. Diese sind nachteilig, weil das Trapezgewinde einen großen Reibungswiderstand und das Ku­ gelumlaufgewinde schlechte Dämpfungseigenschaften und die Nei­ gung zur Erzeugung von kleinen Schwingungen hat. Bei den bisher verwendeten XY-Kreuzschlitten waren ein Absplittern des bear­ beiteten Materials und andere Fehler üblich.

Ein gattungsgemäßer XY-Kreuzschlitten ist aus der DE-OS 27 31 704 bekannt. Der Schlitten ist hierbei auf einem Luft­ film geführt, welcher über Öffnungen in den Lagerflächen ausge­ düst wird. Die Luftzuleitung vom feststehenden zum beweglichen Teil erfolgt über ein flexibles Rohr.

Ein weiterer XY-Kreuz­ schlitten ist in der DE-OS 31 27 584 beschrieben. Er weist einen feststehenden und einen beweglichen, über ein Luftkissen­ system abgestützten Tisch auf. Die Führung des beweglichen Ti­ sches in die XY-Richtung wird mit Hilfe eines Tragkreuzes er­ reicht, dessen einer Arm in dem feststehenden Tisch in einer ersten Richtung gleitet und dessen anderer Arm in dem beweg­ lichen Tisch in einer zu der ersten senkrechten Richtung ver­ schiebbar ist.

Außerdem ist in der DE-OS 21 12 676 eine Vorschub-Spindelmut­ ter beschrieben, deren Gewindeeinlagen mit Aussparungen für die Zuführung von Drucköl versehen sind.

Bei den aus der DE-OS 27 31 704 bekannten flexiblen Zuleitun­ gen kann als nachteilig bezeichnet werden, daß das flexible Material einerseits durch die mechanische Beanspruchung und andererseits durch Halterung porös werden kann. Des weiteren haben die flexiblen Zuleitungen den Nachteil, daß Druckverän­ derungen der Flüssigkeiten über eine Querschnittsveränderung ausgeglichen werden, so daß eine mit Ungenauigkeiten beim An­ steuern des Kreuzschlittens verbundene Hysterese entstehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen XY- Kreuzschlitten der eingangs genannten Art anzugeben, bei wel­ chem die Zuleitungen wartungsfreundlicher ausgestaltet und gleichzeitig die Positionsgenauigkeit erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 oder des Anspruchs 3 niedergelegten Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der XY-Kreuzschlitten eine Festigkeit und ein Dämpfungsvermögen hat, welche den bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte standhalten, da eine Posi­ tionierungsgenauigkeit von 0,1 µm erreichbar ist, und daß ein gleichmäßiger und stetiger Vorschub auch bei sehr geringen Vorschubgeschwindigkeiten möglich ist.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderischen Anordnung.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeich­ nung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkopfes für eine Magnetplatteneinheit als ein Beispiel eines Werk­ stückes, welches mit einer Maschine bearbeitet wurde, die den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdruck-XY-Kreuz­ schlitten verwendet;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus des er­ findungsgemäßen Flüssigkeitsdruck-XY-Kreuzschlittens, gemäß eine Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Flüssigkeitsdruck-XY-Kreuz­ schlitten;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 3 und

Fig. 6A und 6B eine Draufsicht bzw. eine Querschnitts­ ansicht einer besonderen Ausgestaltung einer erfin­ dungsgemäßen Flüssigkeitsdruckleitung, wobei Fig. 6B lediglich die wesentlichen Teile zeigt.

Ein erster Schlitten 20 ist auf einem Sockel 10 befestigt, welcher eine erste trapezförmige Ausnehmung derart aufweist, daß der Schlitten von den geneigten seitlichen Flächen 10 a, 10 b der ersten trapezförmigen Ausnehmung von den oberen Flächen 10 a, 10 d des Sockels 10 auf jeder Seite der ersten trapezförmigen Ausnehmung geführt wird. Der erste Schlitten 20 wird also von vier Flächen des Sockels 10 geführt. In den Eingriffsbereichen zwischen dem Sockel 10 und dem ersten Schlit­ ten 20 sind eine oder mehrere Reihen von Flüssigkeitsdruck- Taschen 20 a, 20 b, 20 c und 20 d vorgesehen. Eine von einer (nicht gezeigten) externen Flüssigkeitsdruck-Quelle gelieferte Flüssig­ keit läuft durch eine (nicht gezeigte) Flüssigkeitsdruck-Lei­ tung im Sockel 10, durch eine pantographenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruck-Leitung 11, die für eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung entsprechend dem des ersten Schlittens geeignet ist und durch eine Flüssigkeitsdruck-Leitung 20 e im Schlitten 20, um die Flüssigkeitsdruck-Taschen 20 a, 20 b, 20 c und 20 d zu versorgen. Auf diese Weise wird eine Flüssigkeits­ druck-Lagerkraft an jeder der Flächen 10 a, 10 b, 10 c und 10 d erzeugt.

Andererseits wird eine erste Leitspindel 18 von Flüssigkeits­ druck-Lagern 15, 16 und 17 im Sockel 10 getragen und von einem Motor 13 über einen Geschwindigkeits-Reduzierer 14 angetrieben. Über eine Flüssigkeitsdruck-Leitung im Sockel 10, eine panto­ graphenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruck-Leitung 12, eine Flüssigkeitsdruck-Leitung 21 f im ersten Schlitten 20 und eine Flüssigkeitsdruck-Leitung 21 a in einer ersten Hülse 21 werden die den Austrittsöffnungen gegenüberliegenden Spindelflanken der ersten Leitspindel 18 mit statischem Druck beaufschlagt. In der Hülse 21 sind Muttern 22, 23 vorgesehen, die Flüssigkeits­ druck-Leitungen 22 a bzw. 23 a aufweisen. Die Muttern 22, 23 stehen im Eingriff mit der ersten Leitspindel 18. Darüber hinaus ist ein Paar von Flüssigkeitsdruck-Muttern 22, 23 in der ersten Hülse 21 eingesetzt, und in dieser einander gegenüberliegend befestigt. Da die Spindeloberfläche durch Flüssigkeitsdruck durch diese mit Flüssigkeitsdruck gespeisten Einrichtung getragen wird, wird die Festigkeit und die Dämpfungsfähigkeit in der Vorschubrichtung verbessert. Weiter ist es möglich, eine gleich­ mäßige Vorschubbewegung auf den ersten Schlitten 20 ohne Reibung oder Spiel aufzubringen.

Der in den Zeichnungen dargestellte Abstandhalter 124 dient zum Einstellen des Spaltes zwischen den Flanken der Leitspindel 18 und den Muttern 22, 23. Von den erwähnten Eingriffsbereichen austretende Flüssigkeit läuft durch Austrittskanäle 10 e usw., wird in der ersten trapezförmigen Ausnehmung im Sockel 10 zu­ nächst gesammelt und tritt sodann aus dem Sockel 10 aus.

Die Zuverlässigkeit des ersten Schlittens ist weiter durch eine vollständig geschlossene Kreis-Servo-Einheit vergrößert, wobei ein von einer optischen Skala 101 angezeigtes Signal vom Detektor 102 erfaßt und nach einer elektrischen Verarbeitung zurück auf den Motor 13 geführt wird.

In ähnlicher Weise wird eine auf dem ersten Schlitten 20 gela­ gerte zweite Leitspindel 29 von einem zweiten Motor 24 über einen Geschwindigkeits-Reduzierer 25 angetrieben. Die zweite Leitspindel 29 ist auf dem ersten Schlitten 20 in Flüssigkeits­ druck-Lagern 26, 27, 28 gehalten. Über die pantographenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruck-Leitung 12, eine pantographen­ artig ausgebildete Flüssigkeitsdruck-Leitung 30, eine Flüssig­ keitsdruck-Leitung 32 f im zweiten Schlitten 32, eine Flüssig­ keitsdruck-Leitung 33 a in einer zweiten Hülse 33 und Flüssig­ keitsdruck-Leitungen 34 a, 35 a werden die den Austrittsöffnungen gegenüberliegenden Spindelflanken der zweiten Leitspindel 29 mit statischem Druck beaufschlagt. Ein Paar von Muttern 34, 35 ist in der zweiten Hülse 33 eingesetzt und in dieser einander gegenüberliegend befestigt. Ein Abstandhalter 36 ist zwischen der Mutter 35 und der zweiten Hülse 33 vorgesehen. Auf diese Weise wird die Spindeloberfläche ebenso durch Flüssigkeitsdruck von der zweiten Flüssigkeitsdruck-Mutter getragen.

Der erste Schlitten 20 ist auch mit einer trapezförmigen Aus­ nehmung versehen. Der zweite Schlitten 32 ist auf dem ersten Schlitten 20 derart befestigt, daß er von den geneigten seit­ lichen Flächen 20 g, 20 h dieser zweiten trapezförmigen Ausnehmung und von den oberen Flächen 20 i, 20 j des zweiten Schlittens 32 geführt wird, die auf beiden Seiten der zweiten trapezförmigen Ausnehmung angeordnet sind.

Der zweite Schlitten 32 wird also von vier Flächen des ersten Schlittens 20 geführt. In jedem der Eingriffsbereiche zwischen dem ersten Schlitten 20 und dem zweiten Schlitten 32 ist eine oder sind mehrere Reihen von Flüssigkeitsdruck-Taschen 32 a, 32 b, 32 c, 32 d vorgesehen. Eine unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch die pantographenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruckleitung 11, eine pantographenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruck-Leitung 31 und eine Flüssigkeitsdruck-Leitung 32 e in dem zweiten Schlitten 32 zur Versorgung der Flüssigkeitsdruck-Taschen 32 a, 32 b, 32 c und 32 d geführt. Auf diese Weise wird eine Flüssigkeitsdruck-Lagerkraft an jeder der Oberflächen 20 g, 20 h, 20 i und 20 j erzeugt.

Weiter ist auch der zweite Schlitten 32 mit einer vollständig geschlossenen Kreis-Servo-Einheit versehen, wobei eine optische Skala 201 vorgesehen ist und das Ausgangssignal eines Detektors 202 auf den Motor 24 zurückgeführt wird. Der zweite Schlitten 32 kann so mit derselben hohen Genauigkeit und Festigkeit ge­ führt werden wie der erste Schlitten 20. Wenn der erfindungs­ gemäße Flüssigkeitsdruck-XY-Kreuzschlitten bei einer Werkzeug­ maschine verwendet wird, wird es möglich, eine deutliche Ver­ besserung in der dimensionalen und positionellen Genauigkeit sowie in der Qualität der erzeugten Oberflächen zu bewirken, wie beim Schleifen von Köpfen von Magnetplatten, bei denen eine Maßtoleranz von ±1 µm bei den jeweiligen Verarbeitungsschritten eingehalten werden muß. Entsprechendes gilt für das Schleifen und Polieren von Prägeformen für Kunststoff, bei denen sehr große Genauigkeitsanforderungen bezüglich der Formgenauigkeit und der Rauhigkeit der Oberfläche eingehalten werden müssen, sowie bei der Herstellung von Präzisions-Teilscheiben und optischen Verbindungsgliedern, bei denen eine extrem hohe Ab­ standsgenauigkeit erforderlich ist.

Fig. 3 verdeutlicht, daß der erfindungsgemäße Flüssigkeitsdruck- XY-Kreuzschlitten nach der in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsform vier pantographenartig ausgebildete Flüssigkeits­ druck-Leitungen als in der Längserstreckung veränderbare Ein­ richtungen zur Flüssigkeitsdruckversorgung aufweist. Diese vier pantographenartig ausgebildeten Flüssigkeitsdruck-Leitungen sind alle gleichartig aufgebaut, die Beschreibung wird hier auf die mit der Bezugsziffer 11 angegebene, in Fig. 6 in der Gesamt- Draufsicht und in Fig. 6B in einem Vertikalschnitt der wichtigen Teile dargestellte Leitung beschränkt.

Eine unter Druck von einer (nicht gezeigten) Flüssigkeitsdruck- Quelle angelieferte Flüssigkeit läuft durch ine Flüssigkeits­ druck-Leitung im Sockel 10 und erreicht einen Einlaßkanal 40 a, der in einem säulenartigen Bauteil 40 ausgebildet ist. Das säulenartige Bauteil 40 ist zu seiner Befestigung an dem Sockel 10 mit einem Schraubenabschnitt 40 b und einem hexogonalen Mutter­ abschnitt 40 c versehen und mittels dieser Abschnitte fest in eine in dem Sockel 10 vorgesehene Gewindebohrung eingeschraubt, um jede Leckage von Flüssigkeit auszuschließen.

Ein Ring 41 weist ein Rohr 43 auf, welches an diesem durch Schweißen o. dgl. befestigt ist. Ein Ring ist über einen Ab­ schnitt des säulenartigen Bauteils 40 aufgesetzt, so daß er um diesen frei drehen kann. Ein Dichtungselement 42 ist zur Verhinderung von Leckagen der Flüssigkeit bei Drehen des Ringes 41 auf dem säulenartigen Bauteil 40 vorgesehen.

Auf dem Schlitten 20 sind ein säulenartiges Bauteil 50 sowie weitere Bauteile vorgesehen, die im Aufbau denen der eben besprochenen Teile entsprechen, so daß sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt. Die den an den Ringen 41 bzw. 51 befestigten Endabschnitten der Rohre 43 und 49 gegenüberliegen­ den Endabschnitte sind mittels Schweißen o. dgl. an Ringen 45, 46 befestigt. Die Ringe 45, 46 sind über eine Achse 44 gesteckt, die mit einem Flüssigkeitsdruck-Kanal 44 a ausgebildet ist, der­ art, daß sie sich frei um die Achse drehen können. Dichtungen 47, 48 sind zur Bildung eines lecksicheren Kupplungsgliedes für die Durchleitung von Flüssigkeit vorgesehen.

Die beschriebene Ausgestaltung der pantographenartig ausgebildeten Flüssigkeitsdruck-Leitung macht es möglich, wirksam den Abstand zwischen der Säule 10 und dem ersten Gleittisch 20 zu verändern; es wird so, wie mit dem Flüssigkeitsdruck-XY-Kreuzschlitten dieses Ausführungsbeispiels gezeigt, eine sehr kompakte Einheit gebildet.

Die voranstehend beschriebene Anordnung ist weiter aus prak­ tischen Gesichtspunkten sehr vorteilhaft, weil die Flüssig­ keitsdruck-Leitungen nicht gegeneinander schlagen oder die Bewegungen anderer Bauteile behindern. Sie behindern auch nicht die Bewegung der Schlitten, so daß es möglich ist, jede Schädigung der Flüssigkeitsdruck-Führungsfläche zu verhindern, die auftreten könnte, wenn eine der Flüssigkeitsleitungen beschädigt würde.

Bei Verwendung der sich verlängernden und verkürzenden Flüssig­ keitsdruck-Leitungen der vorgenannten Art für den Flüssigkeits­ druck-XY-Kreuzschlitten und deren gemeinsame Anwendung auf eine Werkzeugmaschine wird es möglich, die Schlitten stabil mit einer Positionsgenauigkeit von 0,1 µm zu führen und einen gleichmäßigen und stetigen Vorschub selbst bei extrem langsamen Geschwindig­ keiten zu bewirken. Im Ergebnis ist es daher möglich, eine wesent­ liche Verbesserung in der dimensionalen und positionalen Genauig­ keit als auch in der Qualität der hergestellten Oberflächen zu bewirken, wie beim Schleifen von Köpfen von Magnetplatten, bei denen eine Maßtoleranz von ±1 µm bei den entsprechenden Verar­ beitungsschritten beachtet werden muß. Entsprechendes gilt für das Schleifen und Polieren von Halbleiter-Plättchen, wo bzgl. Maßgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit strenge Genauigkeits­ anforderungen eingehalten werden müssen, für das Schleifen und Polieren von Prägeformen für optische Komponenten aus Plastik und für das Herstellen von Präzisions-Teilscheiben und opti­ schen Verbindungsgliedern, wo höchste Abstandsgenauigkeit er­ forderlich ist.

Claims (4)

1. XY-Kreuzschlitten mit einem Sockel (10), einer an dem Sockel (10) mittels Lagern (15, 16, 17) gehaltenen ersten Leitspindel (18), einem an dem Sockel (10) befestigten ersten Motor (13) zum Antrieb der ersten Leitspindel (18), einem an dem Sockel (10) montierten ersten Schlitten (20) zur Gleitbe­ wegung in der X-Richtung, wobei der erste Schlitten (20) eine erste Spindelmutter zum Eingriff mit der ersten Leit­ spindel (18) aufweist, einer an dem ersten Schlitten (20) mittels Lagern (26, 27, 28) gehaltenen zweiten Leitspindel (29) einem an dem ersten Schlitten (20) befestigten zweiten Motor (24) zum Antrieb der zweiten Leitspindel (29), und einem an dem ersten Schlitten (20) montierten zweiten Schlitten (32) für eine Gleitbewegung in der Y-Richtung, wobei der zweite Schlitten (32) eine zweite Spindelmut­ ter zum Eingriff mit der zweiten Leitspindel (29) auf­ weist, mit Flüssigkeitsdruckführungen in dem Sockel (10) zur Beaufschlagung der Eingriffsflächen des ersten Schlit­ tens (20) und des Sockels (10), mit weiteren Flüssigkeits­ druckführungen in dem ersten Schlitten (20) und mit Flüs­ sigkeitsdruckleitungen (20 e, 20 f, 32 f) zur Versorgung der Eingriffsflächen des ersten Schlittens (20) und des zwei­ ten Schlittens (32) mit Flüssigkeitsdruck von einer ex­ ternen Flüssigkeitsdruckquelle, wobei die Flüssigkeits­ druckleitungen (20 e, 20 f, 32 f) innerhalb des Gebiets des Sockels (10), von oben gesehen, und innerhalb des Raums zwischen dem Sockel (10) und dem ersten Schlitten (20) bzw. zwischen dem ersten Schlitten (20) und dem zweiten Schlitten (32) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Flüssigkeitsdruckleitungen (20 e, 20 f, 32 f) mit der externen Flüssigkeitsdruckquelle über eine panto­ graphenartig ausgebildete Flüssigkeitsdruckleitung (11, 12, 30, 31) verbunden ist, bestehend aus einem ersten dreh­ baren Bauteil (40), welches auf dem Sockel (10) oder dem ersten Schlitten (20) angeordnet ist, und zwar auf dem­ jenigen dieser beiden Teile, welches jeweils die statio­ näre Seite bildet, aus einem zweiten drehbaren Bauteil (50), das auf dem ersten Schlitten (20) bzw. dem zweiten Schlitten (32) befestigt ist, und zwar auf demjenigen dieser beiden Teile, welches jeweils die bewegliche Seite bildet, und aus einer mit einem Flüssigkeitskanal zur Verbindung des ersten Bauteils (40) mit dem zweiten Bau­ teil (50) versehenen drehbaren Kupplung.

2. XY-Kreuzschlitten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsflächen (20 a, 20 b) des ersten Schlittens (20) gegenüber den geneigten Seitenwänden (10 a, 10 b) einer ersten trapezförmigen Ausnehmung und gegenüber den oberen Flächen (10 c, 10 d) des Sockels (10) auf beiden Seiten der ersten trapezförmigen Ausnehmung und die Eingriffsflächen (32 a, 32 b) des zweiten Schlittens (32) gegenüber den ge­ neigten Seitenwänden (20 g, 20 h) einer zweiten trapezför­ migen Ausnehmung und gegenüber den oberen Flächen (20 i, 20 j) des ersten Schlittens (20) auf beiden Seiten der zweiten trapezförmigen Ausnehmung jeweils mit einer oder mit mehreren Reihen von Flüssigkeitsdrucktaschen (20 a, 20 b, 20 c, 20 d; 32 a, 32 b, 32 c, 32 d) versehen sind.

3. XY-Kreuzschlitten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die erste Spindelmutter und die zweite Spindelmutter jeweils eine Hülse (21, 33) und jeweils zwei Muttern (22, 23; 34, 35) aufweisen, die in der Hülse (21, 33) einander gegenüberliegend eingesetzt und darin befestigt sind, wobei die Hülse (21, 33) und die Muttern (22, 23; 34, 35) mit Flüssigkeitsdruckleitungen (21 a, 22 a, 33 a, 35 a) ver­ sehen sind, durch die Flüssigkeitsdruck auf die beiden Spindelflanken der zugehörigen Leitspindel (18, 29) gelie­ fert wird und zwar durch eine Mutter (22, 34) zu der einen Spindelflanke und durch die andere Mutter (23, 35) zu der anderen Spindelflanke.

4. XY-Kreuzschlitten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandshalter (36, 124) zwischen wenigstens einer der Muttern (22, 35) und der Hülse (21, 33) zur Einstellung des Gewindeflankenspaltes zwischen der Mutter (22, 35) und der Leitspindel (18, 19) vorgesehen ist.