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X-Y-TISCH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine X-Y-Tischvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf X-Y-Arbeitstische sowie
auf Verarbeitungsmaschinen, wie z.B. Einsetzvorrichtungen zum Einsetzen von Teilen
in Schaltungsplatten, die X-Y-Tische zum Zweck des Positionierens des Werkstücks
unter der Verarbeitungsmaschine besitzen.
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Ein häufig verwendeter Typ einer Montiermaschine besitzt einen koordinatenmäßig
bewegbaren X-Y-Tisch, wobei eine Verarbeitungsmaschine, wie z.B. eine Einsetzvorrichtung,
oberhalb der Oberfläche des Tisches positioniert ist. Maschinen dieses Typs werden
z.B. dazu verwendet, Anschlußstifte oder andere Teile an vorbestimmten Stellen in
Schaltungsplatten einzusetzen. Der X-Y-Tisch wird nach Maßgabe eines Computerprogramms
oder gemäß den Anweisungen von einem Mikroprozessor bewegt, um die für das einzusetzende
Teil erforderliche Stelle unterhalb der Verarbeitungsmaschine zu positionieren.
Danach wird die Maschine betätigt, um das Teil in das Werkstück einzutreiben.
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Eine herkömmliche X-Y-Tischvorrichtung, die bei solchen Maschinen
Verwendung findet, besitzt einen feststehenden Basisrahmen, an dem eine der Schrauben
bzw. Schraubspindeln (angenommen die Y-Achsen-Schraube bzw. -Schraubspindel) sowie
ein Antriebsmotor für die Y-Achsen-Schr#ube#anaebracht ist. Ein Y-Achsen-Tisch ist
über der Y-Achsen-Schraube angeordnet und besitzt an seiner Unterseite eine Mutter,
die auf die Y-Achsen-Schraube geschraubt ist.
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Außerdem sind an der feststehenden Basis Y-Achsen-Führungen, wie z.B.
Führungsleisten, vorgesehen. Wenn der Y-Achsen-Motor in Rotation vereetzt wird,
wird der Y-Achsen-Tisch von der Y-Achsen-Schraube bewegt, die eine Rotationsbewegung
jedoch
keine lineare Bewegung ausführt. Auf der oberen Oberfläche des Y-Achsen-Tisches
sind eine X-Achsen-Schraube und ein X-Achsen-Antriebsmotor gehaltert, und ein X-Achsen-Tisch
ist auf Führungsleisten oberhalb der X-Achsen-Schraube getragen. Eine X-Achsen-Mutter
ist auf die X-Achsen-Schraube geschraubt, so daß eine Rotationsbewegung der X-Achsen-Schraube
eine Bewegung des X-Achsen-Tisches in der X-Richtung hervorruft. Beide Motoren lassen
sich gleichzeitig betreiben, um eine Diagonalbewegung der oberen Oberfläche des
X-Achsen-Tisches hervorzurufen.
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X-Y-Montagemaschinen des vorstehend beschriebenen Typs sind im allgemeinen
zufriedenstellend, doch für manche Arten von Vorgängen sind sie relativ voluminös,
wie z.B. bei Vorgängen, wo Teile in eine relativ kleine Schaltungsplatte eingesetzt
werden, und die bekannten Maschinen sind somit für den Zweck, für den sie in vielen
Fällen verwendet werden, überdimensioniert. Aus diesem Grund nehmen die derzeit
zur Verfügung stehenden Maschinen eine relativ große Bodenfläche ein, und sie sind
gemessen an der von ihnen ausgeführten Arbeit relativ teuer.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung
einer relativ kompakten X-Y-Maschine mit vereinfachter Konstruktion, die insbesondere
für Vorgänge wie das Einsetzen von Teilen in eine Schaltungsplatte geeignet ist.
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Gemäß einem Gesichtspunkt umfaßt die vorliegende Erfindung eine X-Y-Tischvorrichtung
mit einer X-Achsen-Schraube, einer X-Achsen-Mutter, einem X-Achsen-Antriebsmotor,
einer Y-Achsen-Schraube, einer Y-Achsen-Mutter, einem Y-Achsen-Antriebsmotor sowie
mit einem koordinatenmäßig bewegbaren Träger an der Vorrichtung, der ansprechend
auf eine Rotationsbewegung des X-Achsen-Antriebsmotors und des Y-Achsen-Antriebsmotors
in der X-Richtung und in der Y-Richtung bewegbar ist. Die erfindungsgemäße X-Y-Tischvorrichtung
zeichnet sich
dadurch aus, daß die Y-Achsen-Schraube an einem statischen
bzw. feststehenden Basisrahmen undrehbar und unbewegbar gehaltert ist. Ein Y-Achsen-Schlitten
ist an dem Basisrahmen derart gehaltert, daß er eine Bewegung parallel zu der Y-Achsen-Schraube
ausführen kann, und die Y-Achsen-Mutter ist an dem Y-Achsen-Schlitten drehbar besfestigt
und auf die Y-Achsen-Schraube aufgeschraubt. Ein X-Achsen-Rahmen ist an dem Y-Achsen-Schlitten
gleitend verschiebbar gehaltert, wobei die X-Achsen-Schraube an dem X-Achsen-Rahmen
nicht-drehbar gehaltert ist und die X-Achsen-Mutter an dem Y-Achsen-Schlitten drehbar
befestigt ist. Der X-Achsen-Antriebsmotor und der Y-Achsen-Antriebsmotor sind beide
an dem Y-Achsen-Schlitten befestigt und mit der X-Achsen-Schraube bzw. mit der Y-Achsen-Schraube
gekoppelt. Der koordinatenmäßig bewegbare Träger bzw. Tisch ist an dem X-Achsen-Rahmen
angebracht, so daß eine Rotationsbewegung der Y-Achsen-Mutter eine Bewegung des
X-Achsen-Schlittens und des X-Achsen-Rahmens in der Y-Richtung hervorruft.
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Eine Rotationsbewegung der X-Achsen-Mutter verursacht eine lineare
Bewegung der X-Achsen-Schraube und des X-Achsen-Rahmens in der X-Richtung. Der bewegbare
Träger wird dadurch in der X-Richtung und in der Y-Richtung bewegt.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die vorliegende Erfindung
eine Verarbeitungsmaschine, wie z.B. eine Einsetzvorrichtung zum Einsetzen von Teilen
in ein Werkstück, wie z.B. eine Schaltungsplatte, das bzw. die auf dem X-Y-Tisch
gehalten ist. Der X-Y-Mechanismus ist dabei so ausgebildet, wie dies vorstehend
beschrieben wurde.
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Gemäß diesem Gesichtspunkt ist der X-Achsen-Rahmen an dem Y-Achsen-Schlitten
gleitend verschiebbar gehaltert und weist einen Fortsatz auf, der jenseits des einen
Endes der Y-Achsen-Schraube wegsteht. Der X-Y- Tisch wird wiederum von diesem Fortsatz
getragen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein amboßartiger Block
unter dem X-Y-Tisch vorgesehen und zwischen einer aktiven Position, in der er eine
stützende Wirkung auf das Werkstück ausübt, und einer inaktiven Position bewegbar,
in der er sich unterhalb des Werkstücks sowie unterhalb der Auflagefläche des Tisches
befindet, so daß sich der X-Y-Tisch koordinatenmäßig bewegen läßt. Der amboßartige
Block wird von seiner inaktiven Position in seine aktive Position bewegt, wenn der
X-Y-Tisch zum Stillstand kommt und die Verarbeitungsmaschine einen Einsetzvorgang
oder einen anderen Vorgang ausführt.
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Die Erfindung schafft also eine Verarbeitungsmaschine, wie z.B.
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eine Einsetzvorrichtung zum Einsetzen von Teilen in eine Schaltungsplatte,
die einen X-Y-Tisch aufweist. Der Betätigungsmechanismus für den X-Y-Tisch umfaßt
eine X-Achsen-Schraube und eine Y-Achsen-Schraube sowie an der X- und Y-Achsen-Schraube
angebrachte Muttern. Die X-Achsen-Schraube und die Y-Achsen-Schraube sind nicht
drehbar, und die Y-Achsen-Schraube ist an einem feststehenden Rahmen befestigt.
Die Y-Achsen-Mutter ist in Bezug auf die Y-Achsen-Schraube drehbar und in einem
Y-Achsen-Schlitten getragen. Es ist ein X-Achsen-Rahmen vorgesehen, durch den sich
die X-Achsen-Schraube frei hindurcherstreckt und der an dem Y-Achsen-Schlitten gleitend
verschiebbar ist. Die X-Achsen-Mutter ist ebenfalls in dem Schlitten angebracht,
und der X-Achsen-Motor wird von dem Y-Achsen-Schlitten getragen. Der X-Achsen-Rahmen
besitzt Fortsätze, die jenseits des einen Endes der Y-Achsen-Schraube wegstehen
und den X-Y-Tisch tragen. Die Einsetzvorrichtung ist oberhalb der Oberfläches des
Tisches montiert. Es ist ein amboßartiger Block vorgesehen, der das Werkstück abstützt,
wenn ein Einsetzvorgang oder ein anderer Vorgang ausgeführt wird.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand der schematischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsmaschine,
speziell einer Einsetzvorrichtung zum Einsetzen von Teilen in eine Schaltungsplatte;
Fig. 2 eine fragmentarische Perspektivansicht, in der der X-Y-Betätigungsmechanismus
für die in Fig. 1 aezeigte Maschine sowie die Art und Weise veranschaulicht sind,
in der der X-Y-Tisch mit dem Betätigungsmechanismus verbunden ist; Fig. 3 eine Seitenansicht
des Betätigungsmechanismus, in der Bereiche der Verarbeitungsmaschine gezeigt sind
und in der der Werkstückstützblock in seiner inaktiven Stellung dargestellt ist;
und Fig. 4 eine teilweise geschnittene, fragmentarische Seitenansicht entlang der
Linien 4-4, gesehen in der Richtung der Pfeile 4-4 der Fig. 2.
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Eine erfindungsgemäße Verarbeitungsmaschine 2 umfaßt eine Einsetzvorrichtung
oder dergleichen, die in einem Gehäuse 12 enthalten ist, das oberhalb einer Auflagefläche
10 eines X-Y-Tisches 8 positioniert ist. Bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel
liegt das Werkstück 6 in Form einer gedruckten Schaltungsplatte vor, und bei der
Einsetzvorrichtung kann es sich um eine des Typs handeln, der zum Einsetzen von
in einem Trägerstreifen 4 aus Kunststoff getragenden Anschlußstiften in die Schaltungsplatte
6 dient.
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Die gesamte Vorrichtung ist auf einer Maschinenbasis 14 gehalten,
die eine in Fig. 2 gezeigte obere Fläche 16 aufweist, über der der X-Y-Betätigungsmechanismus
und der X-Y-Tisch positioniert sind.
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Der X-Y-Mechanismus 18 besitzt eine Y-Achsen-Schraube 20, die zwischen
Y-Achsen-Führungsstangen 22 positioniert ist.
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Das erste Ende 24 der Y-Achsen-Schraube und die entsprechenden Enden
der Führungsstangen 22 sind in einer ersten senkrechten Rahmenplatte 26 gehaltert,
die sich von der Fläche 16 wegerstreckt. Das zweite Ende 28 der Y-Achsen-Schraube
und die entsprechenden Enden der Führungsstangen 22 sind in ähnlicher Weise in einer
zweiten Rahmenplatte 30 befestigt. Die Rahmenplatten 26, 30 und die Führungsstangen
22 dienen als statischer bzw. feststehender Basisrahmen 29 für einen Y-Achsen-Schlitten
32, der in der Y-Richtung zwischen den Enden 24 und 28 der Y-Achsen-Schraube bewegbar
ist. Die Schraube erstreckt sich frei durch den Schlitten 32 hindurch, und der Schlitten
ist durch die Führungsstangen 22 geführt und auf diesen gleitend verschiebbar.
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Eine Y-Achsen-Mutter 34 ist auf der Y-Achsen-Schraube 20 gehaltert
und in einer Ausnehmung in dem Y-Achsen-Schlitten 32 drehbar befestigt. Die Art,
in der die Mutter in dem Schlitten montiert ist,wird im folgenden unter Bezugnahme
auf Fig. 4 sowie unter Bezugnahme auf eine X-Achsen-Schraube 50 beschrieben. Die
Mutter wird mittels eines Riemens 36 verdreht, der sich zu einem Y-Achsen-Motor
38 erstreckt, der in einer Platte 40 gehaltert ist, die mittels Trägern 42 an dem
Schlitten 32 befestigt ist. Es ist offensichtlich, daß bei einer Rotationsbewegung
des Motors die Y-Achsen-Mutter 34 relativ zu der nicht drehbaren Schraube gedreht
wird und der Schlitten sich somit in der Y-Richtung bewegt.
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Eine X-Achsen-Schraube 44 erstreckt sich frei durch den Schlitten
32 hindurch, und X-Achsen-Führungen 46 erstrecken sich derart durch den Schlitten,
daß dieser gleitend verschiebbar ist. X-Achsen-Rahmenplatten 48 sind an den Enden
der Führungsstangen 46 und der Schraube 44 befestigt, so daß die Führungsstangen
und die Rahmenplatten mittels einer X-Achsen-Mutter 50 relativ zu dem Schlitten
32 bewegbar sind. Die Mutter 50 besitzt eine einstückig mit
dieser
ausgebildete Hülse 52, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist; die Hülse 52 erstreckt sich
in eine Ausnehmung in dem Schlitten 32 und ist mittels Kugellageranordnungen 54
drehbar gelagert.
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Die Mutter 50 ist mittels eines Riemens 56 mit einem X-Achsen-Motor
58 gekoppelt, der mittels einer Halteplatte oder eines Befestigungsarms 60 unterhalb
des Schlittens 32 gehaltert ist.
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Eine Rotationsbewegung des Motors 58 veranlaßt somit die X-Achsen-Schraube
44 zu einer Bewegung relativ zu dem Schlitten 32 in der X-Richtung.
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Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, erstreckt sich zwischen den X-Achsen-Rahmenplatten
48 eine querverlaufende Rahmenplatte 62, die an ihren Enden an den Rahmenplatten
48 befestigt ist. Der X-Y-Tisch 64 ist vor dieser konsolenartigen Konstruktion bzw.
in Bezug auf Fig. 2 links von dieser konsolenartigen Konstruktion positioniert und
mittels einer Stange 68 von der Platte 62 getragen. Der X-Y-Tisch 64 besitzt Ansätze
66, durch die sich die Stange 68 hindurcherstreckt, und die Enden der Stange sind
in äußeren Endbereichen 70 der Rahmenplatten 48 schwenkbar gelagert. Hebel oder
Arme 72 sind an den Enden der Stange 66 festgekeilt, und es sind Federn 74 vorgesehen,
die die Stange in Bezug auf Fig. 2 im Uhrzeigersinn vorspannen. Die exakte Position
der Stange 68 wird durch einstellbare Anschläge bestimmt, die durch die Platte 62
geschraubt sind und die gegen Arme 76 drücken, die an der Stange 68 festgekeilt
oder in einer anderen Weise an dieser befestigt sind.
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Die Anschlagschrauben 77 sind derart eingestellt, daß der X-Y-Tisch
64 in einer horizontalen Ebene liegt und seine Oberfläche senkrecht zu dem Werkzeug
90 an der im folgenden beschriebenen Einsetzvorrichtung 88 verläuft. Die schwenkbare
Befestigung des X-Y-Tisches 64 ist aus dem Grund vorgesehen, daß er dann, falls
eine Kraft auf ihn ausgeübt werden sollte, lediglich über einen sehr geringen Kreisbogenbereich
nach unten geschwenkt wird, bis er gegen die Oberfläche 16 des Basisrahmens stößt.
Diese Anordnung verhindert somit eine
Beschädigung des X-Y-Tisches
für den Fall, daß eine solche Kraft auf den X-Y-Tisch ausgeübt wird.
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Es ist wünschenswert, eine Abstützung für das Werkstück vorzusehen,
wenn der Montagevorgang, wie z.B. der Stifteinsetzvorgang, mittels des an dem Ende
einer Ramme 88 der Verarbeitungsmaschine 12 vorgesehenen Werkzeugs 90 ausgeführt
wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein amboßartiger Block 80 vorgesehen, der sich
unmittelbar unterhalb des Werkzeugs 90 befindet und der unter dem Einfluß eines
Steuerflächenglieds 84, das an einer Rolle 82 an dem unteren Ende des amboßartigen
Blocks angreift, aus der in Fig. 3 gezeigten Position in Richtung nach oben bewegbar
ist.
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Das Steuerflächenglied 84 wird dabei mittels einer pneumatischen Kolben-
und Zylinderanordnung 86 aus der gezeigten Position in Richtung nach links bewegt.
Da der X-Y-Tisch in Form eines offenen rechteckigen Gestells vorgesehen ist, stört
der amboßartige Block die X-Y-Bewgung des Tisches nicht, wenn er sich in seiner
unteren oder inaktiven Position gemäß Fig. 3 befindet.
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In Übereinstimmung mit bekannten Konstruktionsprinzipien für X-Y-Tische
handelt es sich bei den Motoren 38, 58 vorzugsweise um Motoren mit gedruckten Schaltungen
oder Schrittmotoren, wobei diese Motoren von einem Microprozessor oder einer ähnlichen
Informationsquelle gesteuert werden.
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Somit kann der Mikroprozessor derart programmiert werden, daß er dem
Werkzeug 90 verschiedene Stellen des Werkstücks sequentiell präsentiert, so daß
die Teile an diesen Stellen an der Schaltungsplatte montiert werden.
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Im Betrieb werden die Motoren 38, 58 derart aktiviert, daß sie die
Y-Achsen-Mutter 34 und die X-Achsen-Mutter 50 in einem derartigen Ausmaß drehen,
daß der Schlitten zu einer Stelle bewegt wird, in der der gewünschte Teil oder Bereich
des Werkstücks unmittelbar unterhalb des Werkzeugs 90 der Ramme 88 positioniert
ist. Da beide der Motoren von dem
Schlitten 32 getragen sind, kann
man beide Muttern gleichzeitig in Rotationsbewegung versetzen, so daß sich der Schlitten
in der Y-Richtung bewegen kann, während sich der X-Achsen-Rahmen und somit der X-Y-Tisch
64 in der X-Richtung bewegen.
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In der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen ist man willkürlich
von der Annahme ausgegangen, daß es sich bei der Schraube 20, die an dem Basisrahmen
gehaltert ist und an der der Schlitten 32 angebracht ist, um die Y-Achsen-Schraube
handelt, und zwar aus dem Grund, daß diese Schraube tatsächlich die Y-Achsen-Schraube
ist, wenn ein Betrachter vor der Maschine steht. Dieselbe Schraube 20 würde zu der
X-Achsen-Schraube werden, wenn ein Betrachter die Maschine von einer ihrer Seiten
ansehen würde. Von diesen Annahmen ging man im Interesse der Klarheit und Einfachheit
aus, und es ist nicht beabsichtigt, daß diese Annahmen zu einer Einschränkung des
Umfangs der Ansprüche führen. Mit anderen Worten heißt das, daß sich der Betrachter
einer erfindungsgemäßen Maschine immer in eine deratige Position stellen kann, daß
die feststehend gehalterte Schraube 20 die Y-Achsen-Schraube darstellt.
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Eine X-Y-Tischvorrichtung sowie eine X-V-Verarbeitungsmaschine des
vorstehend beschriebenen Typs beinhalten mehrere Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen
Tischbewegungsmechanismen und Verarbeitungsgeräten, und zwar bezüglich der Größe
und der Masse der Teile sowie bezüglich der Kosten, die bei der Herstellung entstehen.
Der maximale Betriebsbereich, d.h.
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der maximale Flächenbereich, innerhalb dessen das Werkzeug 90 positioniert
werden kann, ist definiert durch die Länge der X-Achsen-Schraube und der Y-Achsen-Schraube
abzüglich der Abmessungen des Y-Achsen-Schlittens. Mit anderen Worten heißt das,
daß der Tisch 64 über eine Bewegungsstrecke bewegt werden kann, die der Länge der
X-Achsen-Schraube 20 abzüglich der Breite des Schlittens 32 gemessen in Längsrichtung
der Y-Achse gleich ist. In ähnlicher Weise kann der Tisch 64
in
der X-Richtung über eine Bewegungsstrecke bewegt werden, die der Länge der X-Achsen-Schraube
44 abzüglich der in der X-Richtung gemessenen Länge des Schlittens 32 gleich ist.
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Die Y-Achsen-Führungen 22 und die X-Achsen-Führungen 46 brauchen nicht
länger zu sein als die entsprechenden Schrauben bzw. Schraubspindeln 20, 44. Das
Volumen der erfindungsgemäßen Maschine ist im Vergleich zu einem herkömmlichen X-Y-Tisch
beträchtlich reduziert, da es bei der erfindungsgemäßen Maschine nicht notwendig
ist, einen separaten Halter für die X-Achsen-Schraube oder für die Y-Achsen-Schraube
vorzusehen, und zwar unabhängig von der Tatsache, welche der beiden Schrauben in
der vorstehend beschriebenen Maschine diejenige Schraube ist, die an einer feststehenden
Halterung gehaltert ist.