DE3534214C2

DE3534214C2 -

Info

Publication number: DE3534214C2
Application number: DE3534214A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio/Tokyo Jp Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1984-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1989-03-16
Also published as: GB8523068D0; JPH0426970B2; US4774442A; GB2165171A; GB2165171B; DE3534214A1; JPS6176239A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen X-Y-Tisch mit Linearmotor-Antrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Es ist ein X-Y-Tisch der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art bekannt (DE-OS 24 1 588), bei dem die Antriebsbewegungen mit Hilfe von Linearmotoren erzielt werden. Bei derartigen Linearmotoren ist jedoch eine sehr exakte Einstellung und Einhaltung des Luftspaltes zwischen den magne tischen Teilen erforderlich, was insbesondere bei X-Y-Tischen, auf die wechselnde Belastungen und Drehmomente um die jeweiligen Bewegungsachsen wirksam sind, nur sehr schwer zu erreichen ist. Bei dem bekannten X-Y-Tisch sind aus diesem Grunde an dem Zwischenschlitten Rollen angeordnet, die auf der Basis bzw. dem Tischkörper abrollen, und es sind zusätzlich mit Führungs schienen zusammenwirkende Linearlager an dem Zwischenschlitten angeordnet, um eine einwandfreie Führung und möglichst exakte Einhaltung des gewählten Luftspaltes zu erzielen. Die Ver wendung von zwei verschiedenen Lagertypen, nämlich einerseits Rollen zur Aufnahme des Gewichts und getrennten Führungs schienen und Lagereinheiten zur Führung des Zwischenschlittens bzw. des Tischkörpers ergibt jedoch einen relativ hohen Auswand und einen großen Raumbedarf, so daß nach wie vor eine hohe Massenträgheit auftritt und der Linearmotor erhebliche Antriebskräfte übertragen muß.

Es sind zwar bereits Linearlager bekannt (DE-OS 33 04 895) die in gewissem Ausmaß auf den Schlitten wirkende Belastungen bzw. Drehmomente um die Längsachse des Schlittens aufnehmen können, doch reicht die Führungsgenauigkeit bekannter Linearlager nicht aus, um bei Anwendung auf einen X-Y-Tisch mit Linearmotorantrieb die erforderlichen Luftspalte mit ausreichender Toleranz unter allen Umstände aufrechtzuerhalten, so daß der X-Y-Tisch mit relativ großen magnetischen Luftspalten ausgebildet werden müßte, was zu verringerten Antriebskräften oder zu erhöhtem Leistungsbedarf führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem durch Verbesserung der Genauigkeit der Linearführung der magnetische Luftspalt verkleinert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des X-Y-Tisches ist es möglich, die magnetischen Luftspalte zu verkleinern, so daß mit relativ leicht ausgebildeten Linearmotor-Antriebseinheiten aus reichende Antriebskräfte und eine hohe Genauigkeit des Antriebs erzielt werden kann. Durch die Verwendung einzelner Lagerblöcke anstelle einer durchgehenden Lagerung wird das Gewicht weiter verringert und gleichzeitig eine Möglichkeit zur exakten Ein stellung des Lagerspiels geschaffen, die in Verbindung mit einem Berührungswinkel zwischen den Kugeln und jeder der Kugelabroll nuten von ungefähr 45 Grad eine sehr hohe Belastbarkeit der Lagerung des X-Y-Tisches sowohl gegenüber vertikal wirkenden Lasten als auch in beliebigen Richtungen wirkenden Lasten und Drehmomenten ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die festen und beweglichen Bauteile des Linearmotors weiterhin so ausgebildet, daß selektiv ein Vorschub in einer Feinvorschub-Betriebsart und in einer Grobvorschub-Betriebsart möglich wird. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Bewegung des Tisches in X- und Y-Richtung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des X-Y-Tisches mit Linearmotor-Antrieb,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3A und 3B eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht auf ein Linearlager, das bei der Ausführungs form des Tisches nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3C eine Schnittansicht entlang der Linie C-C nach Fig. 3B,

Fig. 4A eine Draufsicht auf den Zwischenschlitten der Ausführungsform des Tisches nach Fig. 1,

Fig. 4B und 4C Schnittansichten entlang der Linie B-B bzw. C-C nach Fig. 4A,

Fig. 5A eine bruchstückhafte vergrößerte Unteransicht des Tischkörpers der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 5B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B nach Fig. 5A,

Fig. 6A eine vergrößerte Schnittansicht durch die be weglichen und festen Teile eines Impuls- Linearmotors, der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 6B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B nach Fig. 6A.

Im folgenden wird eine Ausführungsform des X-Y-Tisches unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 bis 6 Bezug genommen, die einen X-Y-Tisch mit Linearmotor-Antrieb gemäß einer Aus führungsform der Erfindung zeigen, wobei ein Tischkörper 3 über einen Zwischenschlitten 2 auf einer Basis 1 befe stigt ist.

Es sei angenommen, daß die Längsrichtung der Basis 1 die X-Achse darstellt und daß die Richtung, die parallel zur oberen Oberfläche der Basis 1 und senkrecht zur X-Achse verläuft, die Y-Achse darstellt. Zwei parallele Führungs schienen 4 sind auf der oberen Oberfläche der Basis 1 an geordnet, so daß sie sich in X-Achsen-Richtung erstrec ken. Diese Führungsschienen 4 werden durch vier Linear lager 5 eingeklemmt, die an der unteren Oberfläche des Zwischenschlittens 2 befestigt sind, so daß sich der Schlitten 2 in Axialrichtung der Führungsschienen 4 be wegen kann. Auf der oberen Oberfläche des Zwischen schlittens 2 ist ein weiterer Satz von vier Linearlagern 5 angeordnet, die Führungsschienen 6 einklemmen, die auf der unteren Oberfläche des Tischkörpers 3 entlang der Y-Achsen-Richtung angeordnet sind, so daß sich der Tisch körper 3 in der X-Achsen-Richtung gegenüber der Basis 1 bewegen kann.

Jedes der Linearlager 5 weist gemäß den Fig. 3A bis 3C einen Lagerblock 5 c mit zwei Kugelabrollnuten 5 a auf einer Seite und zwei darin ausgebildeten Kugelumlaufboh rungen 5 b, ein Halteteil 5 d, das zwei Stränge von Last kugeln festhält, und Endplatten 5 e auf, die jeweils eine Verbindung zwischen den Kugelabrollnuten 5 a und den ent sprechenden Kugelumlaufbohrungen 5 b herstellen, so daß die Kugeln 5 f durch die Kugelabrollnuten 5 a und die ent sprechenden Kugelrücklaufbohrungen 5 b umlaufen können. Der Berührungswinkel α zwischen jeder Kugelabrollnut 5 a und den Lastkugeln 5 f ist bei dieser Ausführungsform auf un gefähr 45° eingestellt, jedoch ist dieser Winkel α nicht notwendigerweise auf ungefähr 45° beschränkt, sondern er kann im Bereich von 30 bis 60° liegen. Das Spiel zwi schen den Führungsschienen 4, 4 und jedem der zugehörigen Linearlager 5, die zwischen der Basis 1 und dem Zwischen schlitten 2 angeordnet sind, sowie das Spiel zwischen den Führungsschienen 6, 6 und den jeweils zugehörigen Lagern 5, die zwischen dem Schlitten 2 und dem Tischkörper 3 an geordnet sind, wird mit Hilfe von Spieleinstellschrauben 7 eingestellt. Ein Festziehen der Schrauben 7 drückt die entsprechenden Lager 5 auf einer Seite in Richtung auf die entsprechenden Führungsschienen 4, 6. Gleichzeitig wirkt eine der von den Spieleinstellschrauben ausge übten Druckkraft entgegenwirkende Gegenkraft auf die Linearlager 5 auf der gegenüberliegenden Seite über den Zwischenschlitten 2, so daß diese Lager 5 in Richtung auf die zugehörigen Führungsschienen 4, 6 gedrückt werden und die Kugeln 5 f vorgespannt werden.

Linearmotoren sind zwischen dem Zwischenschlitten 2 und der Basis 1 bzw. zwischen dem Schlitten 2 und dem Tisch körper 3 eingefügt. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Linearmotor ein Impuls-Linearmotor, der durch eine Kombi nation von beweglichen Teilen 8 und einem festen Teil 9 gebildet ist. Der Linearmotor wird durch Zuführung von Impulsen von einem (nicht gezeigten) Impulsgenerator an die beweglichen Teile 8 betätigt.

Im einzelnen sind die ersten und zweiten festen Teile 9 a und 9 b jeweils durch ein flaches plattenförmiges Magnet bauteil gebildet und auf der Basis 1 so angeordnet, daß sie sich in der X-Achsen-Richtung parallel zu den Füh rungsschienen 4 erstrecken. Andererseits sind zwei Paare von beweglichen Teilen 8 an der unteren Oberfläche des Zwischenschlittens 2 derart befestigt, daß sie auf das erste bzw. zweite feste Bauteil 9 a bzw. 9 b gerichtet sind. Jedes bewegliche Bauteil 8 ist durch einen Perma nentmagneten 8 a und zwei Magnetkerne gebildet, die auf einander über den Magneten 8 a gerichtet sind. Einer der Magnetkerne ist so gebildet, daß er erste und zweite Magnetpole 8 b und 8 c aufweist, die mit einer N-Polarität durch den Magneten 8 a magnetisiert sind, während der andere Kern so ausgebildet ist, daß er dritte und vierte Magnetpole 8 d und 8 e aufweist, die durch den Magneten 8 a auf S-Polarität magnetisiert sind.

Jedes der ersten und zweiten festen Teile 9 a und 9 b ist gemäß Fig. 6 mit Zähnen 10 mit rechteckigem Querschnitt versehen, die sich in Y-Achsen-Richtung erstrecken, wobei die Zähne 10 voneinander einen Abstand mit einer konstan ten Zahnteilung P über im wesentlichen die gesamte Länge jedes festen Bauteils aufweisen. Jeder der Magnetpole 8 b, 8 c, 8 d und 8 e ist ebenfalls so ausgebildet, daß er Pol zähne mit der gleichen Zahnteilung aufweist, wie die der ersten und zweiten festen Bauteile 9 a und 9 b.

Erste und zweite Wicklungen 11 a und 11 b sind jeweils um die ersten und zweiten Magnetpole 8 b und 8 c auf der N-Pol-Seite gewickelt und derart in Serie geschaltet, daß dann, wenn ein Strom durch die Wicklungen 11 a und 11 b fließt, sich in entgegengesetzten Richtungen erstreckende Magnetflüsse erzeugt werden. Die ersten und zweiten Wick lungen 11 a und 11 b sind elektrisch mit einem (nicht ge zeigten) Impulsgenerator verbunden. In ähnlicher Weise sind die dritten und vierten in Serie geschalteten Wicklungen 11 c und 11 d jeweils um die dritten bzw. vierten Magnet pole 8 d und 8 e auf der S-Pol-Seite gewickelt und mit dem Impulsgenerator verbunden.

Impuls-Linearmotoren sind weiterhin zwischen dem Zwi schenschlitten 2 und dem Tischkörper 3 in der folgenden Weise vorgesehen. Dritte und vierte feste Bauteile 9 c und 9 d sind auf der Unterseite des Tischkörpers derart ange ordnet, daß sie sich in der Y-Achsen-Richtung parallel zu den Führungsschienen 6 erstrecken, und bewegliche Bau teile 8 sind auf der Oberseite des Zwischenschlittens 2 befestigt. Jedes der beweglichen Bauteile 8 weist erste und zweite Magnetpole 8 b und 8 c, die durch einen Permanentmagneten 8 a derart magnetisiert sind, daß sie als N-Pole wirken, und dritte und vierte Magnetpole 8 d und 8 e auf, die durch den Magneten 8 a so magnetisiert werden, daß sie als S-Pole wirken, und zwar ähnlich zu den beweglichen Bauteilen 8, die weiter oben beschrieben wurden. Erste bis vierte Wicklungen 11 a bis 11 d sind je weils um die ersten bis vierten Magnetpole 8 b bis 8e ge wickelt. Die ersten bis vierten Wicklungen 11 a bis 11 d sind elektrisch mit dem Impulsgenerator derart verbunden, daß der Tischkörper 3 in Y-Achsen-Richtung gegenüber dem Zwischenschlitten 2 mit Hilfe von Impulsen bewegt wird, die von dem Impulsgenerator geliefert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Bezugsziffer 13 in Fig. 6B einen Spulenkörper bezeichnet.

Obwohl diese Ausführungsform einen Impuls-Linearmotor verwendet, ist die Verwendung von Impuls-Linear motoren nicht notwendigerweise ausschließlich zu sehen. Es können auch andere Arten von Motoren verwendet werden, wie beispielsweise lineare Gleichstrommotortypen oder lineare Synchronmotortypen.

Claims

1. X-Y-Tisch mit Linearmotor-Antrieb, mit einer Basis, mit einem auf der Basis über erste Lagereinrichtungen befestigten Zwischenschlitten, der geradlinig in einer X-Achsen-Richtung hin- und herbeweglich ist, mit einem Tischkörper, der auf dem Zwischenschlitten über zweite Lagereinrichtungen derart befestigt ist, daß er in einer Y-Achsen-Richtung senkrecht zur X-Achsen-Richtung beweglich ist, mit einem ersten Linearmotor, der zwischen dem Zwischenschlitten und der Basis angeordnet ist, um den Zwischenschlitten geradlinig gegenüber der Basis anzutreiben, und mit einem zweiten Linearmotor, der zwischen dem Tischkörper und dem Zwischenschlitten angeordnet ist, um den Tischkörper geradlinig gegenüber dem Zwischenschlitten anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Lagereinrichtungen durch Linearlager gebildet sind, die Paare von Führunsschienen (4), die auf dem Zwischenschlitten (2) oder der Basis (1) befestigt sind und auf einer Seite zumindestens eine Kugelabrollnut aufweisen, und auf jeder Führungsschiene abrollende Lagerblöcke (5 c), die auf der Basis (1) oder dem Zwischenschlitten (2) befestigt sind und zumindestens eine Kugelabrollnut (5 a) aufweisen, sowie Kugeln (5 f) umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Kugelabrollnuten der Lagerblöcke (5 c) und den Führungsschienen (4) eingefügt sind, daß die zweiten Lagereinrichtungen durch Linearlager gebildet sind, die Paare von Führungsschienen (6), die auf dem Tischkörper (3) oder dem Zwischenschlitten (2) befestigt sind und auf einer Seite zumindestens eine Kugelabrollnut aufweisen, und auf jeder Führungsschiene (6) abrollende Lagerblöcke (5 c), die auf dem Zwischenschlitten (2) oder dem Tischkörper (3) befestigt sind und zumindestens eine Kugelabrollnut (5 a) aufweisen, sowie Kugeln (5 f) umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Kugelabrollnuten der Lagerblöcke (5 c) und der Führungsschienen (6) angeordnet sind, daß der Berührungswinkel zwischen den Kugeln (5 f) und jeder der Kugelabrollnuten in den ersten und zweiten Linearlagern auf ungefähr 45 Grad eingestellt ist, und daß Spieleinstelleinrich tungen (7) zur Einstellung des Spiels der Linearlager der ersten und der zweiten Lagereinrichtungen vorgesehen sind.

2. X-Y-Tisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Linearmotor jeweils eine Anzahl von festen Bauteilen (9 a, 9 b) aufweisen, die parallel zueinander derart angeordnet sind, daß Zähne (10) jedes der festen Bauteile (9 a, 9 b) gegenüber Zähnen der benachbarten festen Bauteile phasenverschoben sind, und daß der erste und der zweite Linearmotor weiterhin jeweils eine Anzahl von beweglichen Bauteilen (8) aufweisen, die parallel zueinander derart angeordnet sind, daß sie auf die Anzahl der festen Bauteile (9 a bzw. 9 b) gerichtet sind.

3. X-Y-Tisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lagerblock (5 c) zwei Kugelabrollnuten (5 a) auf der einen Seite und zwei in dem Lagerblock (5 c) ausgebildeten Kugelumlaufbohrungen (5 b) aufweist, daß die auf den Kugelabrollnuten (5 a) abrollenden Kugeln durch ein Halteteil (5 d) an dem Lagerblock (5 c) festgehalten werden und daß an jedem Ende des Lagerblockes (5 c) Endplatten (5 e) angeordnet sind, die jeweils eine Verbindung zwischen den Kugelabrollnuten (5 a) und den entsprechenden Kugelumlaufbohrungen (5 b) herstellen, so daß die Kugeln (5 f) durch die Kugelabrollnuten (5 a) und die entsprechenden Kugelumlaufbohrungen (5 b) umlaufen können.