DE4225914A1 - Kugellaufvorrichtung fuer eine geradfuehrungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konstruktion von Ku­ gellaufrillen für eine Geradführungseinrichtung, welche Belastungen über eine Anzahl von Kugeln aufnimmt, welche endlos umlaufen und zugleich eine Abwälzbewegung in Ku­ gellaufrillen ausführen, welche auf beiden Seiten einer Führungsschiene und eines Schlittens gegenüberliegend aus­ gebildet sind, welcher frei darauf verfahrbar ist.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Konstruk­ tion von Kugellaufrillen für eine Geradführungseinrich­ tung, welche als eine Führungslagerung für das Hauptteil einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird, bei der der minu­ ziöse und genaue Arbeitsgänge ausgeführt werden sollen.

In der Geradführung sind zwei Reihen von Kugellaufrillen 3 auf jeder Seite der Führungsschiene 1 ausgebildet, wel­ che nach den Fig. 4 bis 6 in axialer Richtung verläuft, und eine Kugellaufrille 5 ist vorgesehen, die der vorste­ hend genannten Kugellaufrille 3 zugewandt ist. Eine Ku­ gelrücklaufbahn 7 ist parallel hierzu jeweils an beiden Hülsen des Schlittens 2 vorgesehen, welcher gleitbeweg­ lich auf der Führungsschiene 1 gelagert ist. Somit ist eine Mehrzahl von Kugeln B, welche in beiden Kugellaufril­ len 3 und 5 entsprechend der Bewegung des Schlittens 2 abrollen, in der Kugelrücklaufbahn 7 derart geführt, daß die Kugeln endlos umlaufen. Bei einer üblichen Geradfüh­ rungseinrichtung ist die Auslegung der Kugellaufrillen entweder auf die Vierpunktkontakt-Bauart oder die Zwei­ punktkontakt-Bauart beschränkt.

Die in Fig. 4 gezeigte Auslegung ist von der Vierpunkt­ kontakt-Bauart, bei der die Rillenoberflächen beider ge­ genüberliegender Kugellaufrillen 3 und 5 und die Kugeln B an vier Punkten jeweils in den oberen und unteren Rillen in Kontakt sind, und die Kontaktlinien, welche die Kon­ taktpunkte der beiden Kugellaufrillen 3 und 5 verbinden, schneiden sich rechtwinklig im Mittelteil der Hüllen.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Auslegung hingegen ist von der Zweipunktkontakt-Bauart, und in beiden Fällen sind die Rillenoberflächen beider gegenüberliegender Ku­ gellaufrillen 3 und 5 und die Kugeln B an zwei Punkten jeweils in den oberen und unteren Rillen in Kontakt.

Auch gibt es eine Auslegung, bei der der Zweipunktkon­ takt und der Vierpunktkontakt kombiniert sind, wie dies in der veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmel­ dung No. 64-53 622 beschrieben ist. Jedoch ist diese Aus­ legungsform von der Bauart mit drei Reihen, wobei ein Vierpunktkontakt in der Mitte und ein Zweipunktkontakt jeweils in der oberen Reihe und der unteren Reihe vorge­ sehen ist, um zu ermöglichen, daß die Kontaktwinkel sich schneiden. Die Auslegung mit drei Reihen führt zu einer dick bemessenen Vorrichtung (d. h. die Höhenabmessung wird groß). Ferner ist in der JP-A No. 3-31 934 eine Aus­ legung beschrieben, welche eine Abstandsstelleinrichtung 6 erforderlich macht, und bei der die untere Reihe von einer Vierkontakt-Bauart ist. Wenn folglich eine Belastung auf das Gleitteil wirkt, versuchen sich beide Schenkel des Gleitteils zu expandieren, wodurch bewirkt wird, daß der Vierpunktkontakt in der unteren Reihe wie ein Zwei­ punktkontakt wirkt. Somit kann man die Wirkung eines Vier­ punktkontaktes nicht erhalten.

Eine Auslegung einer solchen Bauart, bei der die Kugeln B an vier Punkten in allen Kugellaufrillen in den obe­ ren und unteren Reihen in Kontakt sind, bringt Vorteile hinsichtlich des Schwingungsdämpfungsvermögens, der Stei­ figkeit, der Belastungsaufnahme, der Stoßfestigkeit u. dgl. mit sich. Andererseits ist eine Schwierigkeit bei dieser Bauart dahingehend zu sehen, daß es ihr an einer Nachlaufempfindlichkeit fehlt, wenn eine äußerst feinfüh­ lige und präzise Bearbeitung erforderlich ist.

Eine Auslegung einer Bauart, bei der die Kugeln B an zwei Punkten in allen Kugellaufrillen in den oberen und unte­ ren Reihen in Kontakt sind, ist zum Einsatz bei Arbeits­ bedingungen mit keinen zu hohen Anforderungen geeignet, da die Rollreibungen der Kugeln klein sind; andererseits ergibt sich jedoch eine Schwierigkeit dahingehend, daß ei­ ne solche Auslegung ungünstig hinsichtlich des Schwingungs­ dämpfungsvermögens, der Steifigkeit, des Lastaufnahmever­ mögens, der Stoßfestigkeit u. dgl. ist.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Schwierig­ keiten im Zusammenhang mit den üblichen Zweipunktkontakt- und Vierpunktkontaktauslegungen wurde die Auslegung nach der Erfindung geschaffen. Die Erfindung zielt darauf ab, Kugellaufrillen für eine Geradführungseinrichtung bereit­ zustellen, welche die Fähigkeit haben, daß sie ausgewogene Eigenschaften sowohl im Hinblick auf das Schwingungsdämp­ fungsvermögen, die Steifigkeit, das Lastaufnahmevermögen, die Stoßfestigkeit u. dgl. als auch im Hinblick auf die Nachlaufempfindlichkeit im Zusammenhang mit minuziösen und genauen Bearbeitungen dadurch hat, daß man Kugellauf­ rillen mit einer kombinierten Konstruktion aus Vierpunkt­ kontakt und Zweipunktkontakt anordnet.

Eine Geradführungseinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine derartige Auslegung bereitge­ stellt wird, daß eine der Reihen der Kugellaufrillen in den oberen und unteren beiden Kugellaufrillen, welche auf den linken und rechten Seiten ein Paar bilden, von der Vierpunktkontaktbauart ist, und die andere hiervon als Zweipunktkontaktbauart ausgelegt ist.

Wenn man eine der Kugellaufrillen in den oberen und unteren beiden Reihen in Form einer Vierpunktkontaktbauart aus­ legt, ist es möglich, das Schwingungsdämpfungsvermögen, die Steifigkeit, das Lastaufnahmevermögen, die Stoßfestig­ keit und weitere Eigenschaften in günstigerer Weise als bei der üblichen Zweipunktkontaktbauart zu erhalten, wäh­ rend man dadurch, daß man die andere Kugellaufrille als Zweipunktkontaktbauart auslegt, es möglich ist, die aus­ gezeichnete Nachlaufempfindlichkeit im Vergleich zu der üblichen Vierpunktkontaktbauart zu erreichen. Hierdurch erhält man ausgewogene Verhältnisse hinsichtlich den Ei­ genschaften der Vorrichtung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von be­ vorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die bei­ gefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht zur Verdeutlichung einer Geradführungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Ansicht des Haupt­ teils der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer üblichen Gerad­ führungseinrichtung,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht einer weiteren übli­ chen Geradführungseinrichtung, und

Fig. 6 eine Teilschnittansicht einer weiteren üblichen Geradführungseinrichtung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt anschließend eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Gleiche oder ähnliche Teile wie bei den üblichen Auslegungsformen sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 bis 3 sind Ansichten zur Verdeutlichung einer be­ vorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, bei der ein Schlitten 2, welcher im Querschnitt im wesentlichen die Ge­ stalt eines gestürzten C () hat, auf einer Führungsschiene 1 relativ zu dieser gleitbeweglich angeordnet ist. Auf bei­ den Seiten der Führungsschiene 1 sind zwei Reihen von Ku­ gellaufrillen 3A und 3B ausgebildet, welche in axialer Richtung im oberen und unteren Bereich verlaufen. Die Ku­ gellaufrille 3A wird von zwei Kreisflächen gebildet, wel­ che ein und dieselbe Krümmung, aber unterschiedliche Mit­ telpunkte haben und die im Querschnitt die Gestalt eines Buchstabens "V" haben, d. h. es handelt sich um sogenannte Rillen bzw. Nuten der gotischen Bogenform. Die Kugellauf­ rille 3B ist mit einer einzigen Kreisfläche, der sogenann­ ten Kreisausnehmung ausgebildet. An jedem Bodenteil dieser Rillen schließen sich Freiausnehmungen 3a und 3b für einen Drahthalter in axialer Richtung an.

Andererseits sind auf den inneren Seiten beider Hülsen 4 des Hauptkörpers 2A des Schlittens 2 die Kugellaufrille 5A, welche der oberen Kugellaufrille 3A zugewandt ist, und die Kugellaufrille 5B, welche der unteren Kugellaufrille 3B zugewandt ist, jeweils ausgebildet, und diese oberen und unteren beiden Reihen von zugewandten Rillen bilden selbst die Kugellaufrillen 6A und 5B. Auf beiden Hülsen 4 des Hauptkörpers 2A des Schlittens sind ferner eine Kugelrück­ laufbahn 7A, welche einen Kreisquerschnitt hat und paral­ lel zur Kugellaufrille 6A angeordnet ist, und eine Kugel­ rücklaufbahn 7B, welche ebenfalls parallel zur Kugellauf­ rille 6B angeordnet ist, in der Hülse in axialer Richtung ausgebildet.

Nunmehr sind in den Endkappen 8, welche jeweils mit den beiden vorderen und hinteren Enden des Schlittenhauptkör­ pers 2a hierzu verbunden sind, die Kugelumlaufausnehmungen 9A und 9B mit einer Halbschalenform in den oberen und un­ teren Bereichen ausgebildet. Die obere Kugelumlaufausneh­ mung 9A verbindet die Kugellaufrille 6A und die Kugelrück­ laufbahn 7A, während die untere Kugelumlaufausnehmung 9B die Kugellaufrille 6B und die Kugelrücklaufbahn 7B ver­ bindet. Eine Anzahl von Kugeln B ist in der jeweiligen endlosen Kugelumlaufbahn angeordnet, welche von den je­ weiligen Kugellaufrillen 6A und 6B, den zugeordneten Ku­ gelumlaufausnehmungen 9A und 9B sowie den Kugelrücklauf­ bahnen 7A und 7B gebildet werden.

Nachstehend erfolgt die nähere Beschreibung der Auslegung der vorstehend genannten Kugellaufrillen 6A und 6B, wel­ che zwischen der Führungsschiene 1 und dem Schlitten 2 ausgebildet sind. Die Beschreibung erfolgt im Zusammen­ hang mit Fig. 3.

In der oberen Kugellaufrille 6A ist der Rillenmittelpunkt der Kugellaufrille 5A für den Schlitten geringfügig nach oben bezüglich der Rillenmitte der Kugellaufrille 3A für die Führungsschiene versetzt angeordnet. Somit sind die Kugeln B in der Kugellaufrille 6A in Kontakt mit der Ril­ lenoberfläche der Kugellaufrille 5A auf der Schlittensei­ te an den Punkten T1 und T3, und zugleich sind sie in Kon­ takt mit der Rillenoberfläche der Kugellaufrille 3A auf der Führungsschienenseite an den Punkten T2 und T4. So­ mit sind die Kugeln mit der Rillenoberfläche der Kugel­ laufrille 6A an vier Punkten in Kontakt. Die Kontaktlinie L1, welche die Kontaktpunkte T1 und T2 verbindet, und die Kontaktlinie L2, welche die Kontaktpunkte T3 und T4 ver­ bindet, sind in der Mittelposition der Kugellaufrille 6A orthogonal.

Andererseits ist in der unteren Kugellaufrille 8B die Ku­ gellaufrille 5B für den Schlitten nach unten (γ) ver­ setzt angeordnet, und zwar stärker versetzt als die Ver­ setzung der oberen Kugellaufrille bezüglich der Kugel­ laufrille 3B für die Führungsschiene. Die Kugeln B in der Kugellaufrille 6B sind in Kontakt mit der Rillenebene der Kugellaufrille 5B auf der Schlittenseite an dem Punkt T5 und sind auch in Kontakt mit der Rillenebene der Ku­ gellaufrille 3B an dem Punkt T6. Somit sind die Kugeln in Kontakt mit der Rillenebene der Kugellaufrille 6B an zwei Punkten. Die Kontaktlinie L3, welche die Kontakt­ punkte T5 und T6 in der Kugellaufrille 6B verbindet, ist parallel zu der Kontaktlinie L1 in der Kugellaufrille 6A.

Somit sind die Zuordnungen der Größen der Kontaktkräfte (Vorbelastungen) S, welche auf die jeweils vorstehend ge­ nannten Kontaktpunkte T1 bis T6 aufzubringen sind, der­ art definiert, daß die Summe der Kontaktkräfte, welche die gleiche Wirkrichtung haben, gleich der Summe der Kon­ taktkräfte in einer Richtung senkrecht hierzu ist. Somit sind die Belastungsverteilungen in den unterschiedlichen Kontaktrichtungen ausgeglichen.

In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß, wenn die Kontaktkraft am Kontaktpunkt T1 S1 ist, die Kontakt­ kraft an dem Kontaktpunkt T2 S2 ist, die Kontaktkraft am Kontaktpunkt T3 S3 ist und die Kontaktkraft an dem Kontakt­ punkt T4 S4 in der oberen Kugellaufrille 6A ist, und die Kontaktkraft an dem Kontaktpunkt T5 S5 und die Kontakt­ kraft an dem Kontaktpunkt T6 S6 in der unteren Kugellauf­ rille 6B ist, und wenn man annimmt, daß S1, S2, S5 und S6, deren Wirklinien parallel sind und in die gleiche Richtung zeigen, sich auf 1 belaufen, so werden S3 und S4 S2, wel­ che senkrecht hierzu gerichtet sind. Diese Abstimmung der Kontaktkräfte läßt sich mit einer hohen Genauigkeit mittels einer Schleifbearbeitung der jeweiligen Krümmung der Laufrillen und durch die Abstände zwischen der Führungs­ schiene und den Mittelpunkten der vorstehend genannten Krüm­ mungen des Schlittens vornehmen. Auch wird dies durch die Wahl der Abmessungen der eingeschlossenen Kugeln gegebenen­ falls beeinflußt.

Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Drahthalter bezeichnet, wel­ cher die Kugeln B, welche in die Kugellaufrillen 5A und 5B eingeführt sind, welche auf den inneren Seiten des Haupt­ körpers 2A des Schlittens 2 ausgebildet sind, festhalten, und mit 21 ist eine Durchgangsöffnung für eine Schraube be­ zeichnet, welche dazu genutzt wird, die Führungsschiene 1 mit der Basis u. dgl. (nicht gezeigt) zu verbinden, wenn die Linearführungseinrichtung ihrem bestimmungsgemäßen Einsatzzweck zugeführt wird. Mit 22 ist eine Gewindeöffnung für eine Schraube zur Fixierung des Schlittens 2 an einem getriebenen Körper, wie einem Tisch, bezeichnet. Mit 23 ist eine Abstreifdichtung bezeichnet, welche aus einem synthe­ tischen Kautschuk hergestellt ist, und die an der Endkappe 8 mit Hilfe von Schrauben 24 angebracht ist, um die Kugel­ laufrillen 3A und 3B für die Führungsschiene 1 zu über­ streichen und das Eindringen von Fremdstoffen zu verhindern. Mit 25 ist eine Gewindeöffnung für die Schraube 24 bezeich­ net.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der zuvor erläuterten be­ vorzugten Ausführungsformen näher beschrieben.

Wenn der Schlitten 2 fest auf einem Tisch angebracht ist und sich in axialer Richtung auf der Führungsschiene 1 be­ wegen kann, welche fest mit einem Maschinengrundgestell bei­ spielsweise verbunden ist, wälzen sich die Kugeln B, wel­ che in die Kugellaufrille 6A (6B) eingebracht sind, zusam­ men mit der Bewegung des Schlittens 2 ab und sie können sich bezüglich des Schlittens 2 in Gegenrichtung zur Bewe­ gungsrichtung des Schlittens 2 bewegen. Am Ende des Schlit­ tens 2 werden sie dann in das muldenförmig nach oben aus­ gebildete Teil 26 geführt, welches an der Endkappe 8 vor­ gesehen ist, um ihre Bewegungsrichtungen zu ändern, und sie laufen dann durch eine U-förmige Bahn längs den Kugel­ umlaufbahnen 9A (9B). In Fortsetzung ihrer Bewegungen ge­ hen sie durch die Kugelrücklaufbahn 7A des Hauptkörpers 2A des Schlittens und kehren zu der Kugellaufrille 6A (6B) zurück, nachdem sie nochmals eine Richtungsumkehr in Form einer U-förmigen Bahn mit Hilfe der Kugelumlaufbahn 9A (9B) an der gegenüberliegenden Seite der Endkappe 8 er­ fahren haben. Unter fortgesetzter Abwälzbewegung wieder­ holen somit die Kugeln ihre Umlaufbewegung. Auf diese Wei­ se ist es möglich, daß sich der Tisch ruckfrei auf der Führungsschiene über den Schlitten 2 bewegen kann.

Nach der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist eine der beiden oberen und unteren Kugellaufrillen von der Vierpunktkontakt-Bauart und hat ein größeres Auf­ nahmevermögen als die übliche Zweipunktkontakt-Bauart hinsichtlich des Schwingungsdämpfungsvermögens, der Stei­ figkeit, der Belastungsaufnahmefähigkeit, der Stoßfestig­ keit u. dgl., und die andere Kugellaufrille ist von der Zweipunktkontakt-Bauart, so daß sie eine ausgezeichnete Nachlaufempfindlichkeit für minuziöse und genaue Bearbei­ tungen im Vergleich zu der üblichen Vierpunktkontakt-Bau­ art hat. Als Folge hiervon ist es möglich, daß man eine solche Auslegung erhält, welche eine ausgezeichnete Aus­ gewogenheit hinsichtlich der Eigenschaften in sich ver­ einigt.

Ferner wird noch der Effekt erzielt, daß die beiden Reihen eine Belastung gleichmäßig bezüglich der Änderungen bei der Belastung im Einsatzzustand dadurch aufnehmen, daß die Verhältnisse zwischen den Kontaktkräften, die auf die Kon­ taktpunkte der zugeordneten Kugelwälzebenen der oberen und unteren Reihen und der Kugeln ausgeübt werden, der­ art gewählt sind, daß die jeweiligen Kontaktkräfte in Bearbeitungsrichtung in dieselbe Richtung in den oberen und unteren beiden Reihen weisen und im wesentlichen mit­ einander übereinstimmen.

Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung ersehen läßt, sind bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfin­ dung die oberen Kugellaufrillen in zwei Reihen gemäß der Vierpunktkontaktauslegung vorgesehen, während die unteren gemäß der Zweipunktkontaktkonstruktion ausgelegt sind. Daher ist es möglich, wesentliche Verbesserungen bei ei­ ner Geradführungseinrichtung zu haben, welche eine hohe Steifigkeit gegenüber einwirkenden Belastungen und ein ausgezeichnetes Schwingungsdämpfungsvermögen, ein Be­ lastungsaufnahmevermögen, eine Stoßfestigkeit und anderen Funktionen hat, sowie eine ausgezeichnete Nachlaufempfind­ lichkeit insbesondere für minuziöse und genaue leichte Be­ arbeitungen hat.

Claims (1)

1. Kugellaufeinrichtung für eine Geradführungseinrich­ tung, gekennzeichnet durch:
   eine Führungsschiene (1), welche zwei Linien von Kugellaufrillen (3A, 3B) jeweils an beiden Seiten hiervon hat;
   einen Schlitten (2), welcher Kugellaufrillen (5A, 5B) hat, die den beiden Kugellaufrillen (3A, 3B) jeweils zuge­ ordnet sind, und der auf der Führungsschiene (1) in axia­ ler Richtung bewegbar ist, und
   zwei obere und untere Laufrillenreihen, welche mit­ einander von Kugeln (B) zwischen der Führungsschiene (1) und den Kugellaufrillen (5A, 5B) für den Schlitten (2) ver­ sehen sind, wobei
   die obere Reihe einen Vierpunktkontakt und die un­ tere Reihe einen Zweipunktkontakt hat,
   die Verhältnisse zwischen den Vorbelastungskontakt­ kräften (S), welche auf die Kontaktpunkte (T1 . . .) der jeweiligen Kugellaufrillenoberflächen der Kugeln (B) wirken, derart beschaffen sind, daß die Vorbelastungskontaktkraft in den Zweipunktkontaktrillen und die Vorbelastungskontaktkraft in den Vierpunktkontaktrillen in dieselbe Richtung wie die Arbeitsrichtung weisen, die auf die Zweipunktkontaktrillen gerichtet sind, und daß diese Kontaktkräfte etwa gleich sind, und
   die Auslegung derart getroffen ist, daß der jewei­ lige Wert der Vorbelastungskontaktkräfte in ein und der­ selben Richtung etwa die Hälfte der Vorbelastungskontakt­ kraft in den Kontaktausnehmungen in der Richtung ist, wel­ che die Arbeitsrichtung in den Vierpunktkontaktrillen schneidet.