DE4225914A1 - Kugellaufvorrichtung fuer eine geradfuehrungseinrichtung - Google Patents
Kugellaufvorrichtung fuer eine geradfuehrungseinrichtungInfo
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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)
- 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.
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