DE69230137T2

DE69230137T2 - Vorschubvorrichtung mit einer schraube und mit einer feineinstellung

Info

Publication number: DE69230137T2
Application number: DE69230137T
Authority: DE
Inventors: Yotaro Hatamura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2012-11-14
Also published as: WO1993009911A1; EP0569595A4; EP0569595A1; DE69230137D1; US5644951A; EP0569595B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel-Vorschubvorrichtung, und ein Präzisions-Positionier- und Feinvorschubsystem, welches in großem Umfang bei Vorrichtungen eingesetzt wird, bei denen ein Feinvorschub und eine exakte Positionierung gefordert werden, so zum Beispiel bei Werkzeugmaschinen, Robotern, Meßvorrichtungen und dergleichen.
In der jüngeren Zeit ist es zum Beispiel auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie erforderlich geworden, Feinarbeiten mit hoher Leistungsfähigkeit und nach Maßgabe der Entwicklung der Technologie der numerischen Steuerung (NC) durchzuführen, wobei die Bearbeitungsgenauigkeit oder -leistung sich durch die Technologie der Positioniersteuerung deutlich entwickelt hat. Um eine solche Positioniersteuerung mit hoher Genauigkeit vornehmen zu können, ist im Stand der Technik viel Energie darauf verwandt worden, die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine zu steigern.
Beispielsweise wird bei einer Spindel-Vorschubvorrichtung, die als Linearführungseinheit einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird, die Steifigkeit dadurch gesteigert, daß man auf die Kugeln zwischen einer Mutter und einer Vorschub-Gewindespindel eine geeignete Vorspannung aufbringt, um die in axialer Richtung gemessene Lücke zu Null zu machen und eine elastische Verformung gegenüber der axialen Belastung gering zu halten und so die Positioniergenauigkeit zu verbessern.
Die Steigerung der Steifigkeit der Werkzeugmaschine selbst hat jedoch ihre Grenzen, und es wurde schwierig, die für die Feinbearbeitung erforderliche Arbeitsgenauigkeit in der letzten Zeit zu erreichen.
Bei der materialabhebenden Bearbeitung ist es notwendig, ein Verformungsmaß der Maschine, eines Werkzeugs und eines Werkstücks zu erfassen, wozu man die Leistung mißt, um auf diesem Weg die Arbeitsgenauigkeit des Werkstücks und eine Abnormalität zu erfassen und so eine Störung zu erkennen, damit das Aufbringen übermäßig großer Leistung auf das Werkstück oder Werkzeug verhindert wird, wobei außerdem die Bearbeitungseffizienz berücksichtigt wird. Die Bearbeitungsbedingung oder der Bearbeitungszustand läßt sich durch Überwachen der Leistung zuverlässig erfassen.
Derzeit, da es Verbesserungen in der Automatisierungstechnik gibt, gibt es ungeachtet des beträchtlichen Fortschritts des unbemannten Betriebs und des arbeitseinsparenden Betriebs nur selten den Fall, daß tatsächlich über 24 Stunden hinweg ein vollständig unbemannter Betrieb abläuft.
Zurückzuführen ist dies auf den Umstand, daß im tatsächlichen Arbeitsprozeß keine wirksamen Mittel zum Nachweisen abnormaler Bedingungen gibt, die zum Beispiel darin bestehen, daß ein Werkzeug unerwartet zu Bruch geht oder sich eine Einstellbedingung aufgrund einer Umgebungsveränderung ändert. Außerdem wurde bisher für eine Spindel- Vorschubvorrichtung, die für eine existierende Werkzeugmaschine eingesetzt wird, noch keine Methode gegeben, um die während des Arbeitsvorgangs auf das Werkzeug aufgebrachte Leistung durch die Erfahrung eines Experten zu ermitteln, um zur Durchführung der präzisen Bearbeitung eine feine und sichere Einstellung des Werkstücks vorzunehmen.
Hinsichtlich dieses Umstands war es erforderlich, die einen wichtigen Faktor darstellende Kraft für die Bearbeitung zu ermitteln, da dies bei der konventionellen Stellungsregelung beim Regeln der Werkzeugmaschine durch Informationsrückführung bezüglich der Leistung nicht möglich war; folglich ist es erforderlich, eine Spindel-Vorschubvorrichtung in Kombination mit einem axialen Spannungsdetektorfühler zum exakten Erfassen der axialen Spannung zu entwickeln. Bei der herkömmlichen Technologie ist eine Spindel-Vorschubvorrichtung hoher Kompaktheit und hoher Genauigkeit in den industriellen Gebieten der Halbleitertechnik und Biotechnologie erforderlich gewesen, allerdings ist das Erfordernis hoher Präzision, beispielsweise in der Größenordnung von Mikrometern, auch beim Betrieb allgemeiner Werkzeugmaschinen entstanden.
Bei konventionellen Spindel-Vorschubvorrichtungen, die Präzisionspositionierungen ausführen, sind Kugelumlaufspindel-Vorrichtungen in großem Umfang eingesetzt worden. Dabei wird eine Gewindespindel mit Hilfe eines Impulsmotors drehend angetrieben, um dadurch eine auf der Gewindespindel sitzende Mutter linear zu bewegen, wodurch der Vorschub eines mit der Mutter verbundenen Tischs gesteuert werden kann.
Allerdings hängt das Auflösungsvermögen des konventionellen Kugelumlaufspindel-Systems von der Führung der Gewindespindel und von dem Auflösungsvermögen (Anzahl von Impulsen pro Umdrehungszahl) eines die Gewindespindel drehenden Motors ab, und um das Auflösungsvermögen der Vorschubvorrichtung zu steigern, ist es notwendig, eine Kugelumlaufspindel mit kleiner Steigung und einen Motor mit hohem Auflösungsvermögen zu verwenden.
Allerdings wird der Einfluß des Bearbeitungsfehlers dann groß, wenn man die Steigung der Gewindespindel reduziert, und folglich ist es schwierig, die Steigung der Gewindespindel zu reduzieren. Um außerdem das hohe Auflösungsvermögen des Motors zu erreichen, muß man einen verwendeten Kodierer mit hoher Genauigkeit ausführen. Um allerdings den Kodierer mit hoher Genauigkeit herzustellen und hohe Auflösung zu erzielen, müssen die Schlitze des Kodierers mechanisch feingeschnitten werden, was die Arbeitseffizienz beschränkt.
Um das Auflösungsvermögen zu steigern, kann man von einem Mikroschrittverfahren Gebrauch machen, bei dem der Antrieb dadurch gesteuert wird, daß man ein harmonisches Getriebe einsetzt oder einen Steuerstrom elektrisch fein unterteilt, wobei allerdings bei diesem Verfahren das Auflösungsvermögen seine Grenze im Mikrometer- oder Submikrometerbereich findet.
Um das hohe Auflösungsvermögen auf elektrischem Weg zu erreichen, muß man das Problem des Anordnens eines Befehlsgebers mit hoher Übertragungsfrequenz lösen.
Es gibt eine Vorschubvorrichtung unter Verwendung einer Feinverlagerungseinrichtung, beispielsweise eines piezoelektrischen oder elektrostriktiven Elements, um eine Positionierung im Nanometerbereich auszuführen. Da allerdings der maximale Verlagerungshub beim piezoelektrischen Element oder dergleichen nur sehr gering ist, ist der Hub einer solchen Einrichtung extrem gering, was ein großes Problem darstellt.
Um den Hub der Feinverlagerungseinrichtung zu steigern, wurde ein Mechanismus entwickelt, der als Feinschritt-Schneckenmechanismus (inch-worm-mechanism) bezeichnet wird, und der in Fig. 40(a) dargestellt ist, wonach ein Gerät mit einem Feinbewegungstisch 1101 unter Verwendung eines solchen Feinschritt-Schneckenmechanismus 1100 auf einem Grobbewegungstisch 1103, der von einer Kugelumlaufspindel- Vorrichtung 1102 Gebrauch macht, angeordnet ist, um dadurch mit Hilfe der Kugelumlaufspindel-Vorrichtung 1102 eine Grobpositionierung und mit Hilfe des Feinschritt-Schneckenmechanismus 1100 eine Feinpositionierung vorzunehmen.
Gemäß Fig. 40(b) besteht der Feinschritt-Schneckenmechanismus 1100 aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten piezoelektrischen Zylinder 1105, 1106 und 1107, die an einer Welle 1104 gelagert sind. Bei diesem Aufbau wird eine Spannung an den ersten piezoelektrischen Zylinder 1105 gelegt, um die Welle 1104 festzuklemmen, und in diesem Zustand wird der zweite piezoelektrische Zylinder 1106 verlängert, um dadurch den dritten piezoelektrischen Zylinder 1107 gemäß Darstellung um ein vorbestimmtes Stück nach rechts zu fahren. Beim nächsten Schritt wird der erste piezoelektrische Zylinder 1105 gelöst, damit er die Klemmkraft freigibt, es wird eine vorbestimmte Spannung an den dritten piezoelektrischen Zylinder 1107 gelegt, um die Welle 1104 festzuklemmen, und anschließend wird der zweite piezoelektrische Zylinder 1106 zusammengezogen, um dadurch den ersten piezoelektrischen Zylinder 1105 gemäß Darstellung nach rechts zu bewegen. Wie oben erwähnt, wird der Feinschritt-Schneckenmechanismus 1100 dadurch linear bewegt, daß diese Operationen des ersten, des zweiten und des dritten piezoelektrischen Zylinders 1105, 1106 bzw. 1107 wiederholt werden.
Allerdings ist es bei der Vorschubvorrichtung mit diesem Aufbau schwierig, die fein und grob beweglichen Tische 1101 und 1103 zusam menzubauen, da der feinbewegliche Tisch 1101 mit dem Feinschritt- Schneckenmechanismus 1100 an dem grob bewegbaren Tisch 1103 unter Verwendung des Kugelumlaufspindel-Systems 1102 gelagert werden muß.
Da außerdem der fein bewegliche Tisch 1101 mit dem Feinschritt- Schneckenmechanismus 1100 auf dem grob bewegbaren Tisch 1103 mit dem Kugelumlaufspindel-System 1102 gelagert wird, wird die Bauhöhe der gesamten Anordnung beträchtlich, die Struktur ist folglich nicht kompakt. Diese Probleme stellen schwerwiegende Nachteile beim Aufbau eines Mehrspindeltisches dar.
Da außerdem die axiale Lage des fein beweglichen Tisches 1101 mit dem Feinschritt-Schneckenmechanismus 1100 gehalten wird durch die Klemmwirkung des ersten und des dritten piezoelektrischen Zylinders 1105 und 1107, ist die Abstützung einer axialen Last schwierig, und da die Gesamthöhe des Aufbaus beträchtlich ist, kann man keine gute Lagerungsqualität erzielen, was ein Problem darstellt.
Was die präzise Positionierung angeht, so ergibt sich bei der herkömmlichen Vorschubvorrichtung das Problem feiner Vibrationen zur Zeit der Positionierung. Es handelt sich hier um ein Phänomen der Erzeugung von Feinschwingungen an dem Tisch aufgrund der Trägheitskraft im Zuge der Hochgeschwindigkeitspositionierung. Wenn es zu solchen feinen Schwingungen kommt, wird beträchtliche Zeit benötigt, um die Positionierung des Tisches abzuschließen, die Ansprechempfindlichkeit verschlechtert sich also.
Wenn außerdem bei der herkömmlichen Technologie die Positionierung mit hoher Genauigkeit durch die Vorschubspindelvorrichtung vorgenommen wird, wird auf die Vorschubspindelvorrichtung eine Vorbelastung ausgeübt, um dadurch den axialen Spalt im wesentlichen zu beseitigen und so durch Erhöhung der Steifigkeit eine elastische Verlagerung bezüglich der axialen Belastung gering zu machen.
Als ein Verfahren zum Aufbringen einer solchen Vorbelastung gibt es ein Verfahren, bei dem zwischen zwei auf eine Gewindespindel aufgeschraubte Muttern eine Beilagscheibe eingefügt wird, um zwischen den Muttern die Vorbelastung aufzubringen.
Allerdings ändert sich bei einer Spindelvorschubvorrichtung, die die Vorbelastung mittels Beilagscheibe erzeugt, der Zustand der Vorbelastung durch beispielsweise Verschleiß der Gewinde oder dergleichen, oder durch Arbeitsfehler in der Steigung der Spindel oder aufgrund von Temperaturänderungen.
Außerdem wurde eine Spindelvorschubvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Vorspannung dadurch eingestellt werden kann, daß man den Spalt zwischen den Muttern ändert, indem man die Beilagscheibe in axialer Richtung ausdehnt und zusammenzieht, wie dies zum Beispiel in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) 61-65958 offenbart ist.
Diese Spindelvorschubvorrichtung wurde im Hinblick auf den Umstand vorgeschlagen, daß eine Änderung des Drehmoments verursacht wird, um die Gewindespindel durch die Änderung des Zustands der Vorspannung, wobei in dieser Spindelvorschubvorrichtung das auf die Gewinde spindel einwirkende Moment erfaßt wird, um die Vorspannung durch Ausweiten oder Zusammenziehen der Beilagscheibe um einen bestimmten Wert einzustellen und dadurch das gewünschte Drehmoment zu erhalten. Außer dem oben Gesagten wurde ein Verfahren zum Einstellen der Vorspannung durch Expandieren oder Zusammenziehen der Beilagscheibe in Abhängigkeit einer Umdrehungszahl der Spindelvorschubvorrichtung im Hinblick auf den Umstand vorgeschlagen, daß ein Anfangsdrehmoment bei der Anfangsdrehung der Spindelvorschubvorrichtung im Vergleich zum stationären Drehmoment groß ist (verwiesen wird auf die japanische Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) 64-64747).
Wenn allerdings bei der eine Beilagscheibe verwendenden bekannten Vorspannungs-Aufbringmethode beide Muttern relativ zueinander drehen, ändert sich die Vorspannung, so daß es notwendig ist, eine Drehsperre vorzusehen, um die relative Drehung zu beschränken, hingegen den relativen Versatz in axialer Richtung der Gewindespindeln für beide Muttern zuzulassen. Die herkömmlichen Drehsperren sind folgende:
1) Die relative Drehung wird dadurch verhindert, daß eine Parallel- Feder in Axialnuten eingesetzt wird, die auf Außenflächen beider Muttern ausgebildet sind;
2) Die relative Drehung wird dadurch verhindert, daß die äußere Konfiguration jeder der beiden Muttern derart ausgebildet wird, daß sie einen anderen als einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, daß Hülsen mit Formen erstellt werden, die den Muttern entsprechen, und das anschließend nach Anbringung der Hülsen an den Muttern die Hülsen an einer der Muttern fixiert werden.
Allerdings werden bei diesen Drehsperren mit Hilfe von Federn oder Hülsen die Federn bzw. Hülsen zwischen die Muttern eingesetzt, damit sie keinen Totgang hervorrufen, allerdings kommt es zu beträchtlichem Reibungswiderstand und einer unempfindlichen Zone, in der die Muttern sich nicht eher zu bewegen beginnen, als bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine den Reibungswiderstand überwindende Kraft bei der Einstellung der Dicke der Beilagscheibe hervorgerufen wird, was allerdings zu einer schlechteren Empfindlichkeit der Vorspannungs-Einstellung und zu Betriebsfehlern führen kann, was ein Problem darstellt.
Außerdem erfassen die konventionellen Vorspannungs-Aufbringverfahren mit Hilfe der Beilagscheibe nicht auf direktem Weg den Zustand der Vorspannung der Vorschub-Gewindespindel, sondern der Zustand der Vorspannung wird indirekt aus der Änderung des Drehmoments geschlußfolgert, so daß der Vorspannzustand nicht exakt ermittelt werden kann.
Aus diesem Grund ist es selbst dann, wenn die Beilagscheibe zum Einstellen der Vorspannung in axialer Richtung aufgeweitet oder zusammengezogen wird, nicht klar, ob die Beilagscheibe tatsächlich wirksam ist oder nicht, und da außerdem der Betrag der geänderten Vorspannung nicht direkt erfaßt werden kann, läßt sich die Vorspannung nicht exakt steuern.
Die Erfindung wurde konzipiert, um die obigen im Stand der Technik anzutreffenden Probleme zu lösen, und sie zielt ab auf die Schaffung einer Spindel-Vorschubvorrichtung, die in der Lage ist, durch Anordnen eines elastischen Glieds an einem Teil, an dem eine Kraft der Spindel- Vorschubvorrichtung übertragen wird, wobei die übertragene Kraft auf einem vorbestimmten Betrag verbleibt, eine aus einer Verformungsgröße des elastischen Glieds ermittelte Kraft detektiert wird, und durch Anlegen einer Kraft hingegen eine Verlagerung hervorgerufen wird.
Das Ziel besteht also darin, eine Spindel-Vorschubvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, die im Inneren einer Maschine hervorgerufene Kraft und die extern aufgebrachte Kraft auf einem vorbestimmten Wert zu halten und die axiale Kraft oder Spannung mit hoher Genauigkeit nachzuweisen, um dadurch Information über die Kraft zu überwachen.
Ein weiteres Ziel besteht in der Realisierung einer Spindel-Vorschubvorrichtung und eines Systems, die in der Lage sind, eine präzise Positionierung sowie einen Feinvorschub mit extrem genauer Auflösung und mit großem Hub auch bei kompaktem Aufbau zu erreichen.
Außerdem ist es ein Ziel, eine Spindel-Vorschubvorrichtung und ein System zu schaffen, die in der Lage sind, eine präzise Positionierung und einen Feinvorschub auszuführen, und in der Lage sind, das Problem der feinen Schwingungen zu lösen und dadurch die Positionier-Beendigungszeit deutlich zu verkürzen.
Darüber hinaus ist es ein Ziel, eine Spindel-Vorschubvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, hohe Empfindlichkeit für die Vorspannungs-Einstellung zu erreichen und den Betrieb zu stabilisieren. Außerdem ist es ein Ziel, eine Spindel-Vorschubvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, einen aktuellen Vorspannungszustand direkt nachzuweisen, um dadurch die Vorspannung noch genauer zu steuern.
Die JP-A-61-214941 zeigt eine Spindel-Vorschubvorrichtung, umfassend: ein festes Teil; eine Vorschub-Gewindespindel, die drehbar an dem festen Teil gelagert ist; eine Mutter, die an der Vorschub-Gewindespindel gelagert ist; ein an der Mutter angebrachtes vorzuschiebendes Teil, wobei von dem festen Teil über die Vorschub-Gewindespindel und die Mutter eine Kraft auf das vorzuschiebende Teil übertragen wird; und ein elastisches Teil, das in axialer Richtung elastisch verformbar an einem Abschnitt vorgesehen ist, über den die Kraft übertragen wird. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung gekennzeichnet durch ein Kraftermittlungsmittel zum Ermitteln der Kraft durch direkte Ermittlung einer Größe elastischer Deformation des elastischen Teils, wobei das Kraftermittlungsmittel ein Verlagerungs- oder Deformationsermittlungsmittel umfaßt und die Verlagerung oder Deformation des elastischen Teils in ein elektrisches Signal umzuwandeln ausgebildet ist, das als Verlagerung oder Deformation des elastischen Teils ermittelt wird, sowie Mittel zur Bestimmung der Kraft aus dem elektrischen Signal.
Gemäß diesem Aufbau wird das elastische Teil entsprechend dem Betrag der Kraft verformt, wenn die Kraft wirkt, und die im Inneren einer Maschine erzeugte Kraft oder eine von außen aufgebrachte Kraft läßt sich so einstellen, daß sie einen vorbestimmten Betrag besitzt, wobei außerdem der Betrag der Kraft anhand des Ausmaßes der elastischen Verformung erkannt werden kann. Außerdem läßt sich eine Verlagerung dadurch veranlassen, daß man auf das elastische Teil eine Kraft ausübt.
Es ist bevorzugt, wenn das elastische Teil in Drehrichtung starr ist und in einer Richtung rechtwinklig zu der Vorschub-Gewindespindel starr ist. Vorzugsweise ist das elastische Teil mit einem Abschnitt geringer Stärke ausgebildet, der in axialer Richtung elastisch verformbar ist.
Vorzugsweise ist das elastische Teil mit einem Abschnitt einer Struktur ausgebildet, durch die die Kraft der Spindel-Vorschubvorrichtung als integrale Struktur übertragen werden kann, um einen elastisch verformbaren Abschnitt in axialer Richtung zu schaffen.
Bevorzugt ist das elastische Teil als unabhängige Struktur von derjenigen Struktur ausgebildet, durch die die Kraft der Spindel-Vorschubvorrichtung übertragen wird und ist damit verbunden.
Vorzugsweise befindet sich das elastische Teil zwischen dem festen Teil, der Vorschub-Gewindespindel, der Mutter und dem vorzuschiebenden Teil.
Außerdem ist bevorzugt, wenn mit dem Abschnitt geringer Stärke ein Dehnungsmesser verbunden ist.
Außerdem ist bevorzugt, wenn parallel zu dem elastischen Teil ein Verlagerungserzeugungsmittel zur Bildung eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts zum axialen Verformen des elastischen Teils angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, wenn ein Grobvorschub des vorzuschiebenden Teils durch die Vorschub-Gewindespindel erfolgt, und dessen Feinvorschub durch den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt erfolgt. Es ist bevorzugt, wenn der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt mit einem elastischen Teil ausgestattet ist, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ist, und welches in Drehrichtung starr ist, ferner mit einer Verlagerungserzeugungseinrichtung, die in axialer Richtung ausdehnbar und zusammenziehbar ist, und einer Feinvorschub- Detektoreinrichtung zum Erfassen des Feinvorschub-Hubs in Bezug auf den Mutterabschnitt, wobei außerdem bevorzugt ist, wenn das Ausmaß der Ausdehnung oder Zusammenziehung der Feinverlagerungseinrichtung nach Maßgabe eines Werts gesteuert wird, der von der Feinvorschub- Hub-Detektoreinrichtung erfaßt wird.
Die Verlagerungserzeugungseinrichtung ist eine Einrichtung, die sich in axialer Richtung im Verhältnis zu dem angewiesenen Wert verlagert, wenn dieser Wert gegeben wird, und die beispielsweise piezoelektrische Elemente, elektrostriktive Elemente, durch Fluiddruck oder thermische Ausdehnung expandierbare und zusammenziehbare Aktuatoren, Schwingspulen oder verschiedene Aktuatoren unter Ausnutzung der magnetostriktiven Elemente aufweist.
Für den Fall, daß ein beweglicher Tisch als vorzuschiebendes Teil verwendet wird, wird bevorzugt, wenn der bewegliche Tisch an dem Mutterabschnitt befestigt ist, wobei der bewegliche Tisch über einen Linearbewegungs-Führungsmechanismus beweglich gelagert und geführt wird, und die Vorschub-Gewindespindel durch die Drehantriebseinrichtung gedreht wird, um dadurch die Grobvorschub-Bewegung zu erreichen.
Es ist bevorzugt, wenn der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt für die Vorschub-Gewindespindel derart vorgesehen ist, daß er in der Lage ist, die Lagerungssteifigkeit des festen Teils zu justieren. Es ist außerdem bevorzugt, wenn das feste Teil die Vorschub-Gewindespindel über ein Wälzlager abstützt, welches die Vorspannung eines Wälzelements des Wälzlagers einstellen kann.
Außerdem wird bevorzugt, wenn eine dynamische Starrheit der gesamten Vorschub-Spindelvorrichtung dadurch eingestellt wird, daß man die Vorspannung des Wälzelements einstellt.
Außerdem wird bevorzugt, wenn der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt für das feste Teil vorgesehen ist, um dadurch die gesamte Stellung der Spindel-Vorschubvorrichtung zu justieren.
Es wird bevorzugt, wenn das System außerdem eine Grobvorschub-Detektoreinrichtung aufweist, um einen Grobvorschub-Hub der Mutter gegenüber der Vorschub-Gewindespindel nachzuweisen, ferner eine Grobvorschub-Steuereinrichtung zum Steuern der Drehantriebseinrichtung in Abhängigkeit eines Ausgangssignals der Grobvorschub-Hub- Detektoreinrichtung und eines vorbestimmten Grobvorschubsteuerungs- Sollsignals.
Außerdem wird bevorzugt, daß ein Wandler zum Umwandeln des Feinvorschubsteuerungs-Sollsignals, das von der Befehlseinrichtung an die Feinvorschubsteuereinrichtung gegeben wird, aus einem Digitalsignal in ein Analogsignal vorgesehen ist, wobei eine Steuerung der Drehantriebseinrichtung durch das digitale Signal erfolgt und die Steuerung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts durch das Analogsignal erfolgt.
Gemäß dem Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem mit dem oben beschriebenen Aufbau wird der Mutterabschnitt um einen vorbestimmten Hub durch drehendes Antreiben der Vorschub-Gewindespindel linear bewegt, wodurch ein Grobvorschub des an dem Mutterabschnitt befestigten beweglichen Teils über den axial ausdehnbaren und zusam menziehbaren Abschnitt erfolgt. Durch Antreiben des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts wird außerdem das vorzuschiebende Teil mit einer Feinbewegung gegenüber dem Mutterabschnitt bewegt, so daß es mit einer äußerst genauen Auflösung bewegt wird. Wie oben ausgeführt, läßt sich selbst dann, wenn der Hub des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts nur ein kurzer Hub ist, die genaue Positionierung zwischen dem langen Hub bei hohem Auflösungsvermögen erreichen durch die Kombination der Vorschub-Gewindespindel und des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts.
Da außerdem der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt für den Mutterabschnitt vorgesehen ist, ist der Aufbau äußerst kompakt im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau, bei dem der Tisch nach Art eines Stapels aufgebaut ist.
Da außerdem die Positionierung und die Lagerung mit Hilfe der Vorschub-Gewindespindel und des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts erfolgt, anders als bei dem zum Stand der Technik gehörigen Feinschritt-Schneckenmechanismus, bei dem die axiale Stellung durch Festklemmen der Welle gehalten wird, läßt sich eine rohe axiale Last abstützen, größer als bei dem herkömmlichen Feinschritt- Schneckenmechanismus, und da die Höhe des Systems gering gehalten werden kann, läßt sich die Festigkeit gegenüber einer Momentenbelastung auf einem hohen Wert halten.
Außerdem läßt sich eine Feinvibration zur Zeit der Positionierung dadurch vermeiden, daß man den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt betreibt, um die Schwingung durch Anlegen eines Wechselstroms an den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Ab schnitt unterdrückt, was insgesamt die Zeit zur Beendigung des Positioniervorgangs spürbar verringert.
Außerdem wird die Möglichkeit geschaffen, die Analogsteuerung und die Digitalsteuerung durch eine einzige Befehlseinrichtung durchzuführen, indem ein Wandler zum Umwandeln des Feinvorschubsteuerungs-Sollsignals, das von der Befehlseinrichtung an die Feinvorschub-Steuereinrichtung ausgegeben wird, aus einem Digitalsignal in ein Analogsignal vorgesehen wird, und eine Steuerung der Drehantriebseinrichtung durch das digitale Signal durchgeführt wird, während die Steuerung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts von dem Analogsignal vorgenommen wird.
Da außerdem die Feinvorschubsteuerung durch die Analogsteuerung erfolgt, ist es nicht notwendig, eine Hochfrequenzgeneratorschaltung für die Feinvorschubsteuerung bei der Befehlseinrichtung vorzusehen, so daß der Schaltungsaufbau kompakt gehalten werden kann.
Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt besteht aus einem elastischen Glied, welches vorzugsweise in Drehrichtung starr ist, und der Feinverlagerungseinrichtung zum axialen Ausdehnen oder Zusammenziehen des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts.
Wenngleich bevorzugt wird, daß der Mutterabschnitt und das elastische Teil des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts eine integrale Struktur bilden, so können dennoch der Mutterabschnitt und das elastische Teil des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts mit separater Struktur ausgebildet werden.
Außerdem wird bevorzugt, wenn eine Vorspannungs-Detektoreinrichtung zum Erfassen der axialen Vorspannung zwischen Mutterabschnitt und Vorschub-Gewindespindel vorgesehen ist.
Außerdem wird bevorzugt, wenn der Hub der Ausdehnung oder Zusammenziehung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts ansprechend auf einen ermittelten Wert von der Vorspannungs-Detektoreinrichtung gesteuert wird, um dadurch die Vorspannung einstellbar zu machen.
Es kann möglich sein, daß die Vorspannungs-Detektoreinrichtung die Vorspannung aus der axialen Verlagerung zwischen den Mutterabschnitten oder aus der axialen Vorspannung ermittelt, die an den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt gelegt wird.
Bevorzugt wird, die axiale Verlagerung zwischen den Mutterabschnitten aus der Dehnung des elastischen Glieds zu ermitteln.
Als Verlagerungserzeugungseinrichtung werden piezoelektrische Elemente, elektrostriktive Elemente, durch Einsatz von Fluiddruck oder Wärmeausdehnung expandierbare oder kontrahierbare Aktuatoren, Schwingspulen oder verschiedene Aktuatoren unter Einsatz magnetostriktiver Elemente vorgeschlagen, die sich in axialer Richtung abhängig von einem gegebenen Befehlswert verlagern.
Bei der Spindel-Vorschubvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau kann die Vorspannung dadurch auf einen geeigneten Wert einjustiert werden, daß man den zwischen den Mutterabschnitten befindlichen axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt um einen geeigneten Wert ausdehnt.
Durch Ausgestaltung des elastischen Glieds des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts und des Mutterabschnitts zur Schaffung einer integralen Struktur erübrigt sich das Verbinden der Mutterabschnitte und des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts, so daß die Entstehung eines Zusammenfügungs-Fehlers am Verbindungsbereich ebenso wie die Änderung der Vorspannungs-Charakteristik durch den Verbindungszustand nicht auftritt, so daß man die Entwurfs-Charakteristika erzielt. Außerdem läßt sich die Spindelverschiebung zwischen den Mutterabschnitten und der axialen Neigung der Mutterabschnitte vermeiden.
Die Fertigung der separaten Struktur kann in einfacher Weise stattfinden.
Durch die Struktur in Kombination mit dem elastischen Glied des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts und der Feinverlagerungseinrichtung sowie durch die Struktur des elastischen Glieds, welches in axialer Richtung verformbar und in Drehrichtung starr ist, erzielt man außerdem die Funktion, daß die Drehung zwischen den Mutterabschnitten verhindert wird. Folglich ist es nicht notwendig, eine Teilfeder oder dergleichen mit hohem Reibungswiderstand wie bei dem herkömmlichen Aufbau zu verwenden, und dementsprechend gibt es keine unempfindliche Zone, so daß das Ansprechverhalten bei der Einstellung der Vorspannung verbessert wird.
Durch Anordnen der Vorspannungs-Detektoreinrichtung zwischen den Mutterabschnitten läßt sich die aktuelle Vorspannung direkt nachweisen. Wenn man Ausdehnung oder Zusammenziehung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts ansprechend auf diesen nachgewiesenen Wert steuert, läßt sich die Vorspannung zwischen den Mutterabschnitten stets auf dem passenden Wert halten.
In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1(a) eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Spindel-Vorschubvorrichtung, Fig. 1(b) eine Ansicht einer Federkennlinie eines elastischen Glieds, Fig. 1(c) eine Schnittansicht eines Beispiels des elastischen Glieds, und Fig. 1 (d) eine Draufsicht auf das elastische Glied;
Fig. 2(a)-(f) Ansichten von Modifizierungen des elastischen Glieds;
Fig. 3 eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus einer ersten Ausführungsform einer Spindel-Vorschubvorrichtung, ausgestattet mit einer Axialspannungs-Detektoreinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus einer zweiten Ausführungsform einer Spindel-Vorschubvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 5 eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus einer dritten Ausführungsform einer Spindel-Vorschubvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 6 eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus einer vierten Ausführungsform einer Spindel-Vorschubvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 7 eine Ansicht eines Weiteren konzeptionellen Aufbaus der vierten Ausführungsform einer Spindel-Vorschubvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer modellierten Grundstruktur der Axialspannungs-Detektoreinrichtung der Spindel-Vorschubvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 9(a)-(e) schematische Schnittansichten verschiedener Modifizierungen der in Fig. 3 gezeigten Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 10(a) eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels eines elastischen Glieds der Axialspannungs-Detektoreinrichtung, Fig. 10(b)-(f) Draufsichten auf verschiedene Modifizierungen eines dünnen Ringelements, welches das elastische Glied bilden, und Fig. 10(g) und (h) Schnittansichten, die weitere Gestalten des elastischen Glieds zeigen;
Fig. 11 (a) eine Schnittansicht, die deutlicher die erste Ausführungsform nach Fig. 3 veranschaulicht, und Fig. 11 (b) und (c) vergrößerte Schnittansichten der Axialspannungs-Detektoreinrichtung;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer in Fig. 11 dargestellten aufgeteilten Struktur;
Fig. 13 eine Schnittansicht, die konkreter die zweite Ausführungsform nach Fig. 4 veranschaulicht;
Fig. 14 eine Schnittansicht, die konkreter die vierte Ausführungsform nach Fig. 6 zeigt;
Fig. 15(a) eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus eines Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystems gemäß der Erfindung, Fig. 15(b) eine Ansicht eines konzeptionellen Aufbaus eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts des Systems nach Fig. 15(a) und
Fig. 15(c) und (d) Ansichten von Strukturen des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts unter Verwendung eines Fluiddruck- Aktuators als Feinverlagerungseinrichtung;
Fig. 16(a)-(e) Ansichten von Strukturen verschiedener Modifizierungen der Verlagerungsdetektoreinrichtung des in Fig. 15 gezeigten axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts;
Fig. 17 ein Systemdiagramm des erfindungsgemäßen Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystems:
Fig. 18 eine Ansicht einer konkreten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystems, wobei Fig. 18(a) eine seitliche Schnittansicht der Gesamtstruktur, Fig. 18(b) und (c) Schnittansichten wesentlicher Teile für die Erläuterung des Betriebszustands des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts sind;
Fig. 19(a)-(c) Draufsichten verschiedener Modifizierungen des elastischen Glieds des in Fig. 18 gezeigten axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts;
Fig. 20(a)-(c) Ansichten verschiedener Ausgestaltungen des elastischen Glieds und der Feinverlagerungseinrichtung des in Fig. 18 gezeigten axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts;
Fig. 21(a) und (b) Schnittansichten wesentlicher Teile einer modifizierten Ausführungsform des elastischen Glieds des in Fig. 18 gezeigten axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts;
Fig. 22 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystems, wobei Fig. 22(a) eine seitliche Schnittansicht der Gesamtstruktur des Systems, Fig. 22(b) eine seitliche Schnittansicht des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts und Fig. 22(c) eine vergrößerte Schnittansicht eines notwendigen Teils eines verformten Zustands des elastischen Glieds des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts ist;
Fig. 23(a) eine seitliche Schnittansicht eines Grundaufbaus der erfindungsgemäßen Spindel-Vorschubvorrichtung, Fig. 23(b) eine seitliche Schnittansicht eines Zug-Vorspannungszustands, und Fig. 23(c) eine seitliche Schnittansicht eines Druck-Vorspannungszustands;
Fig. 24(a) eine Ansicht eines Teils in der Nähe des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts für den Fall, daß die Verlagerungsdetektoreinrichtung als Vorspannungsdetektoreinrichtung gemäß Fig. 23 verwendet wird, und Fig. 24(b) eine Ansicht eines Teils in der Nähe des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts für den Fall, daß eine Kraftdetektoreinrichtung als Vorspannungsdetektoreinrichtung eingesetzt wird;
Fig. 25(a)-(g) Ansichten modellierter Strukturen verschiedener Arten der Verlagerungsdetektoreinrichtung;
Fig. 26(a) eine Ansicht eines Grundaufbaus des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts nach Fig. 23 und Fig. 26(b) eine Ansicht des Aufbaus des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts unter Verwendung einer Sitzhülse;
Fig. 27(a) und (b) Ansichten des schematischen Aufbaus, bei dem ein Fluiddruckzylinder als Feinverlagerungseinrichtung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts verwendet wird;
Fig. 28(a) und (b) Schnittansichten eines Beispiels für das elastische Glied, Fig. 28(c)-(e) Draufsichten auf das elastische Glied, Fig. 28(f)-(h) verschiedene Anordnungen des elastischen Glieds und des Feinverlagerungsglieds, Fig. 28(i) und (j) Schnittansichten des benötigten Abschnitts einer Änderung des elastischen Glieds;
Fig. 29(a) eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels für eine Spindel- Vorschubvorrichtung vom Zug-Vorspannungs/Verlagerungsdetektortyp, und Fig. 29(b) und (c) vergrößerte Schnittansichten eines verformten Zustands des elastischen Glieds;
Fig. 30 einen Steuerblock der Vorrichtung nach Fig. 29;
Fig. 31 eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels unter Verwendung der Sitzhülse einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom Zug-Vorspannungs/ Verlagerungsdetektortyp;
Fig. 32 eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels unter Verwendung der Sitzhülse einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom Druck-Vorspannungs/ Verlagerungsdetektortyp;
Fig. 33(a) eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels unter Verwendung der Sitzhülse einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom Zug-Vorspannungs/Kraftdetektortyp und Fig. 33(b) und (c) vergrößerte Schnittansichten eines wesentlichen Teils des verformten Zustands des axial ausnehmbaren und zusammenziehbaren Abschnitts und der Kraftdetektoreinrichtung;
Fig. 34 eine seitliche Schnittansicht eines Beispiels einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom Druck-Vorspannungs/Kraftdetektortyp;
Fig. 35 eine seitliche Schnittansicht einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom geteilten Zug-Vorspannungs/Verlagerungsdetektortyp;
Fig. 36 eine seitliche Schnittansicht einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom geteilten Zug-Vorspannungs/Verlagerungsdetektortyp;
Fig. 37 eine seitliche Schnittansicht einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom geteilten Zug-Vorspannungs/ Verlagerungsdetektortyp;
Fig. 38 eine seitliche Schnittansicht einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom aufgeteilten Zug-Vorspannungs/Kraftdetektortyp;
Fig. 39 eine seitliche Schnittansicht einer Spindel-Vorschubvorrichtung vom aufgeteilten Druck-Vorspannungs/Kraftdetektortyp;
Fig. 40(a) eine schematische perspektivische Ansicht einer konventionellen Vorschubvorrichtung, und Fig. 40(b) eine schematische Schnittansicht eines Feinschritt-Schneckenmechanismus der Vorrichtung nach Fig. 40(a);
Fig. 41 eine Ansicht verschiedener Modifizierungen für den Fall, daß ein elastisches Glied für eine Vorschub-Gewindespindel vorgesehen ist.
Fig. 1(a) zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Spindel-Vorschubvorrichtung. Die Spindel-Vorschubvorrichtung 1 enthält feste Teile 2, eine Vorschub-Gewindespindel 3, die von den festen Teilen 2 drehbar gelagert wird, eine an der Vorschub-Gewindespindel 3 gelagerte Mutter 4 und ein vorzugschiebendes Teil 5, das an der Mutter 4 befestigt ist. Kraft wird auf das vorzuschiebende Teil 5 von den festen Teilen über die Vorschub-Gewindespindel 3 und die Mutter 4 übertragen.
Ein elastisches Teil, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ist, befindet sich an einem Bereich, über den die Kraft der Spindel-Vorschubvorrichtung 1 verläuft, und dementsprechend wird die Kraft nachgewiesen anhand des Verformungszustands des elastischen Teils, oder das elastische Teil wird elastisch von einem Aktuator verformt, der das elastische Teil verlagert oder versetzt.
Bevorzugt wird das elastische Teil um mehrere um mit 100 kp verformt und weist eine Federkennlinie gemäß Fig. 1 (b) auf, wonach die Last und der Versatz in einem linearen Zusammenhang stehen.
Es besteht die Möglichkeit, das elastische Teil, welches in Fig. 1 (b) eingekreist ist, an den festen Teilen 2, der Mutter 4, der Vorschub-Gewindespindel 3 oder einem Teil zwischen der Mutter 4 und dem vorzuschiebenden Teil 5 anzuordnen.
Die Fig. 1(c) und (d) zeigen ein Beispiel für das elastische Teil 6. Das elastische Teil 6 ist eine Plattenfeder, gebildet durch ein ringförmiges, flaches und dünnes Glied senkrecht zu der axialen Richtung, wobei ein Paar von Ringelementen 7 und 8 einstückig mit dem elastischen Teil 6 an dessen Innen- bzw. Außendurchmesserabschnitten angeformt sind, damit es in axialer Richtung elastisch verformbar ist und gleichzeitig in Drehrichtung eine starre Struktur bildet.
Fig. 2(a) bis (d) zeigen Draufsichten auf verschiedene elastische Teile 6, die mit Löchern unterschiedlicher Gestalt ausgebildet sind.
Außerdem ist es nicht notwendig, daß das elastische Teil 6 die kreisförmige flache Form gemäß Fig. 1(c) hat, es kann eine Struktur haben, die einer dünnen Zylinderform parallel zur Axialrichtung entspricht, wie dies in Fig. 2(e) gezeigt ist, oder eine Struktur mit einer konischen Neigung bezüglich der Achsenrichtung, wie dies in Fig. 2(f) gezeigt ist, wobei es in jedem Fall wünschenswert ist, daß die Struktur in axialer Richtung elastisch verformbar ist.
Als nächstes soll im folgenden eine Spindel-Vorschubvorrichtung mit einem Axialspannungs-Detektorfühler als Einrichtung zum Erfassen von Spannung gemäß der Erfindung erläutert werden.
Fig. 3, 4, 5 und 6 zeigen schematische Anordnungen einer Linearführungsvorrichtung, die mit einem Axialspannungsdetektor gemäß einer ersten, einer zweiten, einer dritten bzw. einer vierten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist, wobei Fig. 7 eine modifizierte Ausführungsform der vierten Ausführungsform darstellt.
Diese erste, zweite, dritte und vierte Ausführungsform haben einen gemeinsamen Grundaufbau, was die Spindel-Vorschubvorrichtung angeht. Die Spindel-Vorschubvorrichtung ist nämlich mit einer Vorschub- Gewindespindel 101, einer auf der Vorschub-Gewindespindel 101 über eine Reihe von Kugeln 102 gelagerten Mutter 103 und einem als vorzuschiebendes Teil an der Mutter 3 befestigten beweglichen Tisch 104 ausgestattet. Die Vorschub-Gewindespindel 101 ist an ihren beiden Enden drehbar, jedoch in axialer Richtung unbeweglich durch ein erstes und ein zweites Lagerschild 105 bzw. 106 über Haltelager 151 bzw. 161 gehaltert, wobei ein Ende an der Seite des zweiten Lagerschilds 106 der dargestellten Ausführungsform der Vorschub-Gewindespindel 101 betrieblich über ein Verbindungsglied 107 mit einem Motor 108 gekoppelt ist.
Ein Axialspanungsdetektor 110 ist ausgebildet für einen Axialspannungsverlauf T der Linearführungsvorrichtung. Die Axialspannung wird auf die Vorschub-Gewindespindel über den beweglichen Tisch 104 und die Mutter 103, dann über das erste und zweite Lagerschild 105 und 106 über die beidseitig angeordneten Lager 151 und 161, die die Vorschub- Gewindespindel 101 haltern, übertragen. Der Axialspannungsdetektor ist für einen passenden Bereich des Axialspannungsverlaufs T ausgebildet; auf den diese Axialspannung einwirkt.
Bei der ersten, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Axialspannungsdetektor 110 zwischen der Mutter 103 und dem beweglichen Tisch 104.
Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die Mutter 103 aus zwei Mutterkörpern 131 und 132 sowie einer Zwischenscheibe 133 zwischen den beiden Mutterkörpern, wobei die Scheibe dazu dient, eine Vorspannung aufzubringen, und der Axialspannungsdetektor für die Zwischenscheibe 133 vorgesehen ist.
Bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 5 dient der Axialspannungsdetektor 110 für die Vorschub-Gewindespindel selbst.
Bei den vierten Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 ist der Axialspannungsdetektor 110 für die bilateralen Haltelager 151 und 161 vorgesehen, das heißt bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist der Axialspannungsdetektor 110 für das Haltelager 151 des ersten Lagerschilds 105 und bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist der Axialspannungsdetektor 110 für das Haltelager 161 des zweiten Lagerschilds 106 ausgebildet.
Gemeinsam für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Ausführungsform wird ein von jedem Axialspannungsdetektor 110 erfaßtes elektrisches Signal von einem Dehnungsverstärker 401 verstärkt und dann von einem A/D-Wandler 402 in ein digitales Signal umgesetzt. Das digitale Signal wird dann in einer Steuereinheit 403 verarbeitet und als Axialspannungsinformation ausgewertet. Die Axialspannungsinformation wird in der Steuereinheit 403 abgespeichert, indem zum Beispiel ein Rechner verwendet wird, wodurch die Arbeitsbedingung unter Verwen dung empirisch erlangter Kenntnisse bezüglich des Arbeitsvorgangs modelliert werden kann, um dann durch Erwartungswerte oder eine Vorhersage eine Korrektur vorzunehmen.
Wenn man nämlich die Kraft in axialer Richtung der Vorschub-Gewindespindel 401 erfaßt, wird es möglich, eine Formänderung eines Werkzeugs festzustellen, eine Abnormalität nachzuweisen, eine Konfiguration des Werkstücks zu erkennen und außerdem Gegenmaßnahmen zu einem Zeitpunkt zu ergreifen, zu dem eine über einen Vorgabewert hinausgehende Kraft auf das Werkstück oder das Werkzeug einwirkt. Beispielsweise kann dann, wenn eine Linearführungsvorrichtung mit diesem Axialspannungsdetektor für eine Z-Achse in einer spanabhebenden Anlage wird, ein Bruch eines Bohrers dadurch verhindert werden, daß man die Werkstück-Reaktionskraft erfaßt, die auf den Bohrer aufzubringen ist.
Außerdem wird es ermöglicht, ein durch die Bearbeitungskraft modifiziertes Modell eines Werkstücks anzufertigen, indem man die auf das Werkstück aufzubringende Kraft als Information einsetzt.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Modells, welches den Grundaufbau des Axialspannungsdetektors veranschaulicht. Der Axialspannungsdetektor 110 enthält ein in axialer Richtung elastisch verformbares elastisches Teil 110, eine Detektiereinrichtung 112 zum Umsetzen der axialen Verlagerung oder der Dehnung in ein elektrisches Signal, um das Signal dann zu erfassen. Das elastische Teil 111 befindet sich zwischen einem festen Ringteil 113 und einem beweglichen Ringteil 114, die koaxial angeordnet und miteinander gekoppelt sind. Das elastische Teil wird entsprechend der Änderung der Axialspannung verformt, und die Dehnung oder die Verlagerung dieses elastischen Teils 110 wird von der Detektoreinrichtung 112 in ein elektrisches Signal umgewandelt, um die Axialspannung zu erfassen.
Fig. 9(a)-(e) zeigen Modifizierungen der Detektoreinrichtung 112 des oben erläuterten Axialspannungsdetektors 110.
Bei der modifizierten Version der Fig. 9(a) wird die Dehnung oder Stauchung des elastischen Teils 111 dadurch erfaßt, daß ein Spannungsfühler 112b, z. B. ein Dehnungsmesser, verwendet wird. Bei der in Fig. 9(b) gezeigten Version wird die Versetzung des elastischen Teils 111 mit einem Spannungssensor 112b erfaßt, zum Beispiel wird eine Verlagerung als Spannungsänderung mit Hilfe einer Detektoreinrichtung wie einem piezoelektrischen oder einem elektrostriktiven Element erfaßt.
Bei der modifizierten Version nach Fig. 9(c) wird die Dehnung des elastischen Teils 111 unter Verwendung eines elektromagnetischen Induktionsfühlers 112c erfaßt, beispielsweise eines Differenz-Transformators oder eines Wirbelstromfühlers als Detektoreinrichtung.
Bei der modifizierten Version nach Fig. 9(d) wird die Verlagerung des elastischen Teils 111 dadurch erfaßt, daß die Verlagerung umgesetzt wird in eine elektrische Kapazität, indem ein elektrostatischer Kapazitäts- Spaltfühler 112d als Detektoreinrichtung eingesetzt wird.
Bei der modifizierten Version nach Fig. 9(e) wird die Verlagerung des elastischen Teils 111 unter Verwendung eines optischen Fasersensors 112e vom Lichtinterferenztyp als Detektoreinrichtung erfaßt.
Verschiedene Typen von Sensoren können dazu eingesetzt werden, die Verlagerung des elastischen Teils nachzuweisen, ohne daß die oben erläuterten Modifikationen beschränkend wären.
Fig. 10 zeigt verschiedene Abwandlungen des elastischen Teils 111 des Axialspannungsdetektors 110 gemäß der Erfindung.
Bei der Version nach Fig. 10(a) ist das elastische Teil 11A eine Tellerfeder, bestehend aus einem dünnen Abschnitt einer ringförmigen flachen Platte senkrecht zu der axialen Richtung, deren Gestalt in axialer Richtung elastisch verformbar und in Drehrichtung fest ist. Ein Widerstandssensor 12a dient als Verlagerungs-Detektoreinrichtung. Der Widerstandssensor 12a ist an dem festen Ringteil 13, welches die höchste Spannung aufweist, oder an einem Bereich in der Nähe eines Bindebereichs des beweglichen Ringteils 14 befestigt.
Fig. 10(b)-(f) zeigen Draufsichten auf das elastische Teil 11A, wobei das elastische Teil 11A derart geformt sein kann, daß es eine Ringplattenform gemäß Fig. 10(b) oder unterschiedliche Formen mit Löchern 11B gemäß Fig. 10(c) bis (f) aufweist.
Darüber hinaus ist die Gestalt des elastischen Teils 11A nicht beschränkt auf die Ringplatte senkrecht zur axialen Richtung gemäß Fig. 10(a), die Gestalt kann zum Beispiel auch einer dünnen Zylinderform parallel zur Axialrichtung entsprechen, wie in Fig. 10(g) gezeigt ist, oder kann eine konische Form bezüglich der axialen Richtung haben. Falls gewünscht, kann das elastische Teil 11A eine elastisch verformbare Gestalt in axialer Richtung aufweisen.
Fig. 11 zeigt eine Linearführungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in detaillierterer Form. Diese Linearführungsvorrichtung besitzt einen Aufbau grundsätzlich ähnlich demjenigen nach Fig. 3, wobei das eine dünne flache plattenähnhiche Ringform aufweisende elastische Teil 111A gemäß Fig. 10(a) für den Axialspannungsdetektor 110 vorgesehen ist und einstückig mit der Mutter 103 ausgebildet ist.
Wie in den Fig. 11(b) und (c) gezeigt ist, wird das elastische Teil verformt gemäß einer axialen Belastung, und der Widerstand des Widerstandssensors 112a ändert sich ansprechend auf diese Verformung, um dadurch die Axialspannung aufgrund dieser Widerstandsänderung zu erfassen.
Bei dieser modifizierten Ausführungsform ist der Axialspannungsdetektor 110 einstückig mit der Mutter 103 ausgebildet, der Axialspannungsdetektor 110 kann aber auch getrennt von der Mutter 103 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform sitzt die Mutter 103 am Innenumfang eines Lagerlochs 141a eines festen Gehäuses 141 des beweglichen Tisches 104, und der Axialspannungsdetektor 110 befindet sich zwischen einem Befestigungsflansch 134 und einer Stirnseite des festen Gehäuses.
Der Axialspannungsdetektor 110 setzt sich zusammen aus dem festen Ringteil 113, dem beweglichen Ringteil 114, koaxial bezüglich dem festen Ringteil 113 angeordnet, dem elastischen Teil 111A, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ist und den festen mit dem beweg lichen Ringteil 113 bzw. 114 koppelt, und dem Widerstandssensor als Detektoreinrichtung, die an dem elastischen Teil 111A gelagert ist.
Dieser Axialspannungsdetektor 110 hat im wesentlichen eine zylindrische Struktur, in der andere Teile oder Elemente aufgenommen werden können. Detektoreinrichtung 110 wird einer Zugkraft oder Zusammenziehungskraft ausgesetzt, so daß das feste Ringteil 113 und das bewegliche Ringteil 114, die beide Endelemente bilden, über die Spindel gekoppelt sind. Die Kraftaufnahmefläche davon besitzt zwei rechtwinklige Flachseiten bezüglich der axialen Richtung.
Fig. 13 ist eine Ansicht, die den detaillierten Aufbau der in Fig. 4 gezeigten Detektoreinrichtung 110 im Verein mit der Mutter 103 und der Zwischenscheibe 116 zeigt.
Die Mutter 103 besitzt zwei Mutterkörper 131 und 132, zwischen denen sich die Zwischenscheibe 116 befindet, wobei der eine Mutterkörper 131 an dem festen Gehäuse 141 fixiert ist. Die Zwischenscheibe 116 besteht aus dem festen Ringteil 113, welches mit dem anderen Mutterkörper 132 fest verbunden ist, dem beweglichen Ringteil 114, das an dem einen Mutterkörper 131 fixiert ist, dem dünnen elastischen Teil 111A, welches das feste und das bewegliche Ringteil 113 bzw. 114 miteinander koppelt, und dem Widerstandssensor 112a als Dehnungsmesser, der den axialen Versatz oder die Dehnung des elastischen Teils 111A erfaßt. Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird die auf die Vorschub-Gewindespindel 101 einwirkende axiale Last über die Kugeln 102 auf die Mutterkörper 131 und 132 übertragen. Da der Mutterkörper 131 an dem feststehenden Gehäuse 141 fixiert ist, wird der auf der beweglichen Seite befindliche Mutterkörper 132 in axialer Richtung verlagert, und demzu folge wird das elastische Teil 111A elastisch verformt. Die auf die Vorschub-Gewindespindel 101 einwirkende Axialspannung läßt sich nachweisen, indem man die axiale Dehnung oder Stauchung des elastischen Teils 111A mit Hilfe des Widerstandssensors 112a erfaßt.
Fig. 14 zeigt einen Aufbau im Verein mit dem in Fig. 6 gezeigten Axialspannungsdetektor an dem Haltelager 151, welches die Gewindespindel drehbar abstützt.
Das Haltelager 151 hat einen Winkelkontakt-Aufbau und ist an dem Lagerschild über den Axialspannungsdetektor 110 angebracht. Der Axialspannungsdetektor 110 besteht aus dem tellerfederartigen elastischen Teil 111A, welches ein Lagergehäuse 152 am Außenumfang des Haltelagers 151 mit dem Lagerschild 105 koppelt, und dem Widerstandssensor 112a, der an das elastische Teil 111A angebondet ist, welches seinerseits in axialer Richtung verformbar und in Umfangsrichtung starr ist.
Wie oben erläutert, kann dadurch, daß der Axialspannungsdetektor an dem Axialspannungsverlauf angebracht ist, an dem die Axialspannung tatsächlich auf die Linearführungsvorrichtung einwirkt, die Axialspannung direkt ermittelt werden.
Indem man die Verlagerung oder die Dehnung des elastischen Teils, welches ansprechend auf die Axialspannung elastisch verformt wird, erfaßt, läßt sich die Axialspannung mit hoher Genauigkeit erfassen.
Falls sowohl die Axialspannung als auch das Drehmoment gemeinsam wirksam sind, wie es bei der Spindel-Vorschubvorrichtung der Fall ist, so ist es absolut notwendig, eine Drehsperre vorzusehen, die die Wir kung hat, eine Drehung des elastischen Teils zu verhindern, indem dieses derart ausgebildet wird, daß es bezüglich der Drehrichtung einen starren Aufbau besitzt.
Fig. 15(a) zeigt einen schematischen Aufbau, bei dem die Präzisionspositionier- und Feinvorschubvorrichtung gemäß der Erfindung angepaßt ist an eine Tischbewegungsvorrichtung, beispielsweise eine Werkzeugmaschine.
Die Präzisionspositionier- und Feinvorschubvorrichtung 201 ist dazu ausgebildet, einen beweglichen Tisch 202 als vorzuschiebendes Teil linear zu bewegen, und sie ist ausgestattet mit einer Vorschub-Gewindespindel 203, einem Mutterabschnitt 205, der auf die Vorschub-Gewindespindel 203 über Kugeln 204 aufgeschraubt ist, und einem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206, der in axialer Richtung gegenüber dem Mutterabschnitt 205 ausdehnbar und zusammenziehbar ist. Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 206 ist integriert mit einer Stirnfläche des Mutterteils 205 ausgebildet, und der bewegliche Tisch 202 ist an diesem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206 befestigt.
Wird die Vorschub-Gewindespindel 203 gedreht, so wird der Mutterabschnitt 205 um einen vorbestimmten Hub in axialer Richtung verschoben, und der Tisch wird zusammen mit dem Mutterabschnitt 205 über den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206 um einen vorbestimmten Hub grob bewegt. Außerdem kann der Tisch durch Ausdehnen oder Zusammenziehen des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206 in axialer Richtung einem Feinvorschub und einer exakten Positionierung unterzogen werden.
Fig. 15(b) zeigt den schematischen Aufbau des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206, der mit einem elastischen Teil 207, das in axialer Richtung elastisch verformbar und in Drehrichtung starr ist, einer Feinverlagerungseinrichtung 208, beispielsweise einem piezoelektrischen oder elektrostriktiven Element, das in axialer Richtung ausdehnbar und zusammenziehbar ist, und einer Verlagerungsdetektoreinrichtung 209 zum Erfassen des axial ausgedehnten oder zusammengezogenen Hubs, das heißt des Betrags des Feinvorschubs, des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206 ausgestattet ist, so daß der Hub der Feinverlagerungseinrichtung 208 gemäß einem von der Verlagerungsdetektoreinrichtung 209 erfaßten Wert gesteuert werden kann.
Als Feinverlagerungseinrichtung kann man auch ein anderes Element als das piezoelektrische Element oder das elektrostriktive Element verwenden, nämlich verschiedene Aktuatoren wie zum Beispiel einen thermischen Aktuator zum Ausdehnen oder Zusammenziehen des ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts unter Ausnutzung einer Wärmeausdehnung eines Gegenstands, einen Aktuator zum Ausdehnen oder Zusammenziehen mittels Fluiddruck, wie dies in den Fig. 15(c) und (d) gezeigt ist, eine Schwingspule und ein magnetostriktives Element. In anderen Worten: man kann verschiedene Aktuatoren einsetzen, die im Verhältnis zu einem Vorgabe- oder Befehlswert ausdehnbar oder zusammenziehbar sind.
Außerdem werden als Verlagerungsdetektoreinrichtung ein Widerstandssensor, beispielsweise ein in Fig. 16(a) gezeigter Dehnungsmeßstreifen, ein die Verlagerung als Spannungsänderung unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements gemäß Fig. 16(b) detektierender Sensor, ein elektromagnetischer Induktionssensor 209c, beispielsweise ein Differential-Tranformator oder ein Wirbelstromsensor gemäß Fig. 16(c), ein elektrostatischer Kapazitätssensor gemäß Fig. 16(d), ein Lichtinterferenz-Sensor mit optischer Faser gemäß Fig. 16(e) sowie weitere verschiedene Sensoren verwendet, die in der Lage sind, die Feinverschiebung zu erfassen.
Fig. 17 zeigt eine Steueranordnung für das erfindungsgemäße Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem.
Der vorzuschiebende Tisch 202 wird linear von einem Linearbewegungs- Führungsmechanismus 217 geführt, wobei letzterer eine Führungsschiene 217a und einen Führungsmechanismuskörper 217c, der über ein Rollelement 217b verschieblich an der Führungsschiene 217a sitzt, aufweist. Ein Steuersystem enthält allgemein ein Grobvorschub-Steuersystem zum Antreiben und Steuern der Vorschub-Gewindespindel 203 und ein Feinvorschub-Steuersystem zum Steuern des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206.
Das Grobvorschub-Steuersystem besteht aus einer linearen Skala 210 zum Erfassen der Position des beweglichen Tisches 202, einen Motor 211 als Dreh- und Antriebseinrichtung zum Drehen und Antreiben der Vorschub-Gewindespindel 203, einen Motortreiber 212 zum Treiben des Motors 211 und eine Befehlseinrichtung 213, die ein Befehlssignal an den Motortreiber 212 als Grobsteuerungsobjekt gibt.
Andererseits besteht das Feinvorschub-Steuersystem aus einem Feinverlagerungstreiber 214 zum Treiben der Feinverlagerungseinrichtung 208, einer Verlagerungsdetektoreinrichtung 209 zum Erfassen des Axialhubs der Feinverlagerungseinrichtung 208, und eine Feinvorschub-Steuereinrichtung 215 zum Steuern des Vorschubs oder der Bewegung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206. Das digitale Befehlssignal als Feinsteuerobjekt bezüglich der Befehlseinrichtung 313 wird über einen D/A-Wandler 216 in ein analoges Signal umgewandelt und dann in die Feinvorschub-Steuereinrichtung 215 eingegeben.
In dem Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem mit dem oben erläuterten Aufbau wird in die Befehlsvorrichtung 213 als erstes ein Bewegungshub als Objekt oder Zielgröße eingegeben.
Ein Befehlssignal als Grobvorschub-Steuerobjekt wird an den Motortreiber 212 nach Maßgabe dieses angepeilten Bewegungshubs übertragen, und ansprechend auf dieses Befehlssignal wird der Motor 211 drehend angetrieben. Gemäß dem Antrieb des Motors 211 wird die Vorschub- Gewindespindel 203 gedreht, die Mutter 205 bewegt sich ansprechend auf die Drehung der Vorschub-Gewindespindel 202 linear, und der bewegliche Tisch 202 wird dann in die vorbestimmte Position grob bewegt und dort angehalten.
Die Grobvorschubsteuerung kann als geschlossene Regelschleife ausgebildet werden, um die Stellung des beweglichen Tisches 202 zurückzukoppeln, so daß die Stellung des Tisches stets überwacht wird und die Rückkopplung an den Motortreiber unter Verwendung der linearen Skala 210 als Grobvorschub-Hubdetektoreinrichtung zurückgeführt wird, um die Abweichung der Sollstellung über die Funktion oder den Betrieb des Motortreibers 212 als Grobvorschub-Steuereinrichtung zu korrigieren.
Nach dem Anhalten der Vorschub-Gewindespindel 203 wird der Feinvorschub für den beweglichen Tisch 202 mit Hilfe des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206 durchgeführt. Dieser Feinvorschub erfolgt mit einem Auflösungsvermögen, welches präziser ist als der Grobvorschub der Vorschub-Gewindespindel 203, wobei die Bewegungsstrecke zum Beispiel kürzer als eine Mikrometer-Einheit ist und von dem axial expandierbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206 ausgeführt wird.
Das von der Steuervorrichtung 213 kommende Befehlssignal als Feinsteuerobjekt wird von dem D/A-Wandler 216 in ein analoges Signal umgewandelt und dann in die Feinvorschub-Steuereinrichtung 215 eingegeben. An den Feinverlagerungstreiber 214 wird ansprechend auf dieses Befehlssignal ein Treibersignal übertragen, um dadurch die Feinverlagerungseinrichtung 208, beispielsweise in Gestalt eines piezoelektrischen Elements, auszudehnen oder zusammenzuziehen. Der Hub der Feinverlagerungseinrichtung 208 wird stets von der Verlagerungsdetektoreinrichtung 209 erfaßt und dann an die Feinvorschub-Steuereinrichtung 215 zurückgeführt, um dadurch den beweglichen Tisch 202 exakt zu positionieren. Durch den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206 ist es möglich geworden, die Auflösung bereitzustellen, die sich eignet zum Durchführen eines nanometergenauen Vorschubs, der wesentlich präziser ist als derjenige einer Kugelumlaufspindel-Vorschubeinrichtung.
Selbst wenn der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 206 nur einen geringen Hub aufweist, kann er mit hoher Geschwindigkeit zwischen einem langen Hub mittels der Vorschub-Gewindespindel 203 bewegt werden.
Beim tatsächlichen Arbeitsablauf gibt es einen Fehler gegenüber der eingegebenen Sollstellung aufgrund eines Bearbeitungsfehlers in der Steigung der Vorschub-Gewindespindel 203 und aufgrund der Wärmeausdehnung der Gewindespindel 203 bei Temperaturänderungen, allerdings wird dieser Fehler korrigiert durch Betreiben des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 206, wodurch es möglich wird, den beweglichen Tisch exakt zu positionieren.
Dies geschieht nämlich in der Weise, daß zunächst Daten bezüglich des Bearbeitungsfehlers der Steigung der Vorschub-Gewindespindel und bezüglich der axialen Wärmeausdehnung der Gewindespindel aufgrund von Temperaturänderungen eingegeben und ein Korrekturbetrag aus diesen Daten sowie den Daten bezüglich des von der Befehlsvorrichtung 213 ausgegebenen Objekts berechnet wird. Der berechnete und korrigierte Betrag wird dann in den Feinverlagerungstreiber 214 eingegeben, und durch Betreiben der Feinverlagerungseinrichtung, beispielsweise in Form eines piezoelektrischen Elements, als Sollwert kann der bewegliche Tisch 202 exakt an der Sollstelle positioniert werden.
Der Treibermotor 211 der Vorschub-Gewindespindel 203 wird impulsgesteuert, und der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 206 läßt sich durch zwei verschiedene Steuersysteme steuern, die ihrerseits durch unterschiedliche analoge Befehls- oder Sollwerte gesteuert werden, so daß es nicht notwendig ist, die Befehlsvorrichtung 213 zu verwenden, die mit hohem Auflösungsvermögen, jedoch nicht mit hoher Frequenz arbeitet, so daß der Schaltungsaufbau kompakt und mithin effektiv gestaltet werden kann.
Außerdem gibt es ein Problem der Feinschwingungen zur Zeit der Positionierung, wenn der bewegliche Tisch präzise positioniert werden soll. Dies beruht auf dem Umstand, daß der bewegliche Tisch 202 oder dergleichen aufgrund einer Trägheitskraft in feine Schwingungen versetzt wird. Dieses Problem der Feinschwingung läßt sich lösen, indem man den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 206 in der Weise betreibt, daß diese Schwingung unterdrückt wird, so daß die Positionier-Gesamtzeit äußerst kurz wird.
Fig. 18 ist eine konkretere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystems.
Das System nach dieser Ausführungsform setzt sich zusammen aus einer Vorschub-Gewindespindel 232, einem Mutterabschnitt 225, der mit der Vorschub-Gewindespindel 232 verschraubt ist, einem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 226 und einem Flanschabschnitt 225a, an dem der bewegliche Tisch 202 gelagert ist, wobei der Mutterabschnitt 225, der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 226 und der Flanschabschnitt 225a einen integralen Aufbau haben. Mehrere Kugeln 204 befinden sich in einer Nut, die zwischen dem Mutterabschnitt 225 und der Vorschub-Gewindespindel 203 ausgebildet ist, wobei die Kugeln rollfähig sind.
Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 226 besteht aus einem elastischen Teil 227, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ist, und welches in Drehrichtung starr ist, einer Feinverlagerungseinrichtung 228, beispielsweise in Form eines piezoelektrischen Elements, angeordnet zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen des Mutterabschnitts 225 und des Flanschabschnitts 225a, und einer Verlagerungsdetektoreinrichtung 229 zum Erfassen der axialen Verlagerung.
Das elastische Teil 227 ist eine Tellerfeder, gebildet durch einen dünnen Abschnitt eines ringförmigen plattenähnlichen Teils senkrecht zur axialen Richtung und elastisch verformbar in der axialen Richtung sowie in Drehrichtung starr. Das äußere Ende des elastischen Teils 227 steht einstückig mit dem Mutterteil 225 in Verbindung, sein inneres Ende ist einstückig an dem Flanschabschnitt 225a angeformt.
Als Verlagerungsdetektoreinrichtung 229 wird ein Dehnungsmeßstreifen verwendet, der auf die Oberfläche des elastischen Teils 227 aufgebondet ist und einen Dehnungshub des elastischen Teils 227 ermittelt, welches entsprechend der Verlagerung verformbar ist. Die Verlagerungsdetektoreinrichtung 229 ist auf einen Bereich aufgebondet, an welchem die Dehnung des elastischen Teils maximal ist, wie in den Fig. 18(b) und (c) gezeigt ist, das heißt in der Darstellung innerhalb einer Zone nahe dem Verbindungsende des elastischen Teils 227.
Das elastische Teil 227 kann so ausgebildet sein, daß es die Form einer ringförmigen flachen Platte hat, wie in Fig. 19(a) gezeigt ist, oder daß es die Form mit einem passenden Loch 227a hat, wie in Fig. 19(b) oder (c) gezeigt ist.
Fig. 20(a) bis (c) zeigen Strukturen einer Anordnung der Feinverlagerungseinrichtung und des elastischen Teils.
In Fig. 20(a) sind das elastische Teil 227 und die Feinverlagerungseinrichtung 228 beide in Ringform ausgebildet und sind koaxial angeordnet.
In Fig. 20(b) enthält die Struktur eine stabförmige Feinverlagerungseinrichtung 228 und ein ringförmiges elastisches Teil 227, wobei in der dargestellten Ausführungsform drei stabähnliche Feinverlagerungseinrichtungen vorhanden sind.
In Fig. 20(c) wird die stabähnliche Feinverlagerungseinrichtung 228a verwendet, wobei ein elastisches Teil 227b über den Umfang aufgetrennt ist, um die stabähnlichen Feinverlagerungseinrichtungen 228a stehenzulassen.
Außerdem ist es nicht notwendig, daß das elastische Teil die Form der dünnen kreisförmigen flachen Platte senkrecht zur Axialrichtung hat, wie es oben beschrieben wurde. Beispielsweise kann man gemäß Fig. 21(a) von einer bezüglich der Axialrichtung konisch geneigten Struktur Gebrauch machen. Darüber hinaus zeigt Fig. 21(b) das elastische Teil in Form einer dünnen zylindrischen Struktur parallel zu der Axialrichtung. Kurz gesagt, für das elastische Teil kann man eine Struktur verwenden, die in axialer Richtung elastisch verformbar und in Drehrichtung starr ist.
Obschon die oben beschriebenen Ausführungsformen Strukturen zeigen, in denen jeweils der Mutterabschnitt und der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt einstückig ausgebildet sind, kann man je nach Bedarf auch eine getrennte Struktur verwenden, wie sie in Fig. 22 gezeigt ist.
Dort sind ein elastisches Teil 237 und eine Feinverlagerungseinrichtung 238, zum Beispiel in Form eines piezoelektrischen Elements eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 236 zwischen einem ringförmigen ersten und einem ringförmigen zweiten Halter 236a und 236b angeordnet, die parallel zueinander gegenüberstehen. Das elastische Teil 237 besteht aus einer Tellerfeder, gebildet durch den dünnen Abschnitt des ringplattenförmigen Teils ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 18, und das innere Ende des elastischen Teils ist mit dem ersten Halter 236a gekoppelt, während sein Außenende mit dem zweiten Halter 236b gekoppelt ist, wodurch eine integrale Struktur gebildet wird. Außerdem wird ein Widerstandssensor, beispielsweise in Form eines Dehnungsmeßstreifens, als Verlagerungsdetektorelement 239 verwendet und ist hierzu auf die Oberfläche des elastischen Teils 237 aufgebondet.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein stabähnliches Teil als Feinverlagerungseinrichtung 238 verwendet, und das elastische Teil 237 ist teilweise ausgeschnitten, um ein ausgeschnittenes Loch 237a zu bilden, in welchem die Feinverlagerungseinrichtung 238 gelagert ist.
Dieser axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 236 ist an der Außenumfangsseite des Mutterabschnitts 235 angeordnet, der erste Halter 236a ist an dem Flanschteil 235a des Mutterabschnitts 235 angebracht, und der zweite Halter 236a ist anschließend an dem Tisch 202 befestigt.
Gemäß einem anderen Aspekt weist der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 236 eine im wesentlichen zylindrische Struktur auf, die in der Lage ist, in sich andere Teile aufzunehmen, und die Zug- und Druckkräften ausgesetzt ist, so daß der erste und der zweite Halter 236a und 236b als Endstücke mit den Schrauben in Eingriff stehen. Eine die Kraft aufnehmende Fläche besteht aus zwei Flachseiten rechtwinklig bezüglich der Achse des elastischen Teils.
Bei einer solchen aufgetrennten Struktur ist, da ein Fehler an dem Verbindungsteil des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 236 mit dem Mutterabschnitt 235 hervorgerufen wird, eine Justierung erforderlich, wobei sich die Kennwerte wahrscheinlich entsprechend dem Verbindungszustand ändern. Diesbezüglich ist die einstückige Struktur ohne Verbindungsabschnitt, und die entwurfsmäßigen Kennwerte lassen sich erreichen, was von Vorteil ist. Bei der aufgetrennten Struktur hingegen ist die Fertigung relativ einfach, was auch Vorteile hat. Man kann also sagen, daß die Wahlmöglichkeit besteht, ob man die einstückige Struktur oder die aufgetrennte Struktur verwendet. Es sollte natürlich verstanden werden, daß die Gestalt des elastischen Teils gemäß Fig. 19, die Anordnung des elastischen Teils und der Feinverlagerungseinrichtung nach Fig. 20 und die Abwandlungen des elastischen Teils gemäß Fig. 21 auch Anwendung bei der Ausführungsform mit der aufgetrennten Struktur finden.
Wie oben beschrieben, läßt sich durch die vorliegende Erfindung ein Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem mit hohem Auflösungsvermögen und großem Hub realisieren, weil der Grobvorschub mit Hilfe der Vorschub-Gewindespindel erfolgt und der Mutterabschnitt sowie der Feinvorschub durch den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt gebildet werden.
Da außerdem der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt für den Mutterabschnitt vorgesehen ist, läßt sich die Struktur kompakt ausge stalten, verglichen mit der herkömmlichen Struktur, bei der der Tisch stapelförmig gestaltet ist.
Da außerdem die axiale Stellung nicht von einer Klemmeinrichtung gehalten wird, wie es bei dem herkömmlichen Feinschritt-Schneckenmechanismus der Fall ist, und die Stellung durch die Feinverlagerungseinrichtung und die Vorschub-Gewindespindel festgelegt und gehalten wird, läßt sich eine hohe axiale Belastung halten. Da die Höhe des Systems selbst gering ist, läßt sich ein Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem realisieren, welches stabil gegenüber Momentenbelastungen ist.
Da außerdem das Problem der Feinschwingungen zur Zeit der Positionierung dadurch gelöst wird, daß man den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt einsetzt, um die Schwingungen zu beseitigen, wird eine Positionierung innerhalb kurzer Zeit ermöglicht.
Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem die präzise Positionierung und der exakte Vorschub ruckfrei und sicher ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann die Befehlsverwaltung für die Feinvorschubsteuerung und die Grobvorschubsteuerung von einer Befehlsvorrichtung ausgeführt werden, indem ein Wandler vorgesehen wird, der das Feinsteuer- Sollsignal, das von der Befehlsvorrichtung an die Feinvorschub-Steuereinrichtung gegeben wird, umgewandelt wird aus einem digitalen Signal in ein analoges Signal.
Indem die Feinvorschubsteuerung in Form der Analogsteuerung erfolgt, besteht keine Notwendigkeit, daß für die Befehlsvorrichtung eine Hoch frequenz-Erzeugerschaltung für die Feinvorschubsteuerung vorgesehen wird, so daß der Schaltungsaufbau sich vereinfacht und die Fertigungskosten gesenkt werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt zwischen der Mutter und dem beweglichen Tisch angeordnet, allerdings kann der Abschnitt auch dadurch gebildet werden, daß man eine Aktuator, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, parallel zu dem elastischen Teil 111 an dem festen Teil gemäß Fig. 14 anbringt, so daß man die gesamte Stellung der Vorschub-Gewindespindel einstellen und das vorzuschiebende (nicht gezeigte) Teil fein ändern kann.
Fig. 23(a) zeigt einen grundlegenden Aufbau eines Spindel-Vorschubsystems, das mit einem Vorspannungs-Einstellmechanismus gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Das Bezugszeichen 301 bezeichnet das gesamte Spindel-Vorschubsystem, das mit einer Gewindespindel 302, einem ersten und einem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305, aufgeschraubt auf die Gewindespindel 302 über Kugeln 300, und einem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306 zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 ausgestattet ist.
Dieser axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 ist in axialer Richtung ausdehnbar und zusammenziehbar, wobei eine Vorspannungs-Einstellung dadurch erfolgen kann, daß man die Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 variabel einstellt. Eine Vorspannungsdetektoreinrichtung 307 befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 zum Erfassen der Vorspannung, wobei der Hub oder das Ausmaß der Ausdehnung oder Zusammenziehung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306 gemäß dem detektierten Wert gesteuert werden kann.
Die oben erläuterten Verfahren zum Aufbringen einer Vorspannung umfassen ein Vorspannungs-Aufbringverfahren vom Zug-Typ, dargestellt in Fig. 23(b), wobei der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 um ein Stück ausgedehnt wird, welches der Vorspannung entspricht, damit die erste und die zweite Mutter 304 und 305 in axialer Richtung voneinander abgerückt werden und somit eine Zugbelastung auf die Gewindespindel 302 aufbringen, außerdem ein Vorspannungs-Aufbringverfahren vom Druck-Typ, dargestellt in Fig. 23(c), bei dem der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 um ein Stück zusammengezogen wird, welches der Vorspannung entspricht, um dadurch die Druckbelastung auf die Gewindespindel 302 aufzubringen.
Als Vorspannungs-Detektoreinrichtung 307 wird gemäß Fig. 24(a) eine Verlagerungsdetektoreinrichtung 308 zum Erfassen der axialen Verlagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 verwendet, um die Vorspannung aus der axialen Verlagerung zu ermitteln, die der Vorspannung entspricht, wie in Fig. 24(b) dargestellt ist, bzw. eine Kraftdetektoreinrichtung 309 zum Erfassen der axialen Belastung, die auf den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306 aufgebracht wird, um die Vorspannung aus der axialen Belastung entsprechend der Vorspannung abzuleiten.
Als Verlagerungsdetektoreinrichtung 308 stehen verschiedene bekannte Sensoren zur Verfügung, die im Stande sind, eine geringfügige Verlagerung nachzuweisen, so zum Beispiel ein Widerstandssensor 308a in Form eines Dehnungsmeßstreifens gemäß Fig. 25(a), ein Spannungsfühler 308b zum Erfassen der Verlagerung in Form einer Spannungsänderung durch Verwendung eines piezoelektrischen Elements oder eines elektrostriktiven Elements gemäß Fig. 25(b), ein elektromagnetischer Induktionssensor 308c, beispielsweise in Form eines Übertragers oder eines Wirbelstromfühlers gemäß Fig. 25(c), eines kapazitiven Sensors 308d gemäß Fig. 25(d), oder eines Lichtinterferenz-Sensors 308e unter Verwendung einer optischen Faser, wie in Fig. 25(e) gezeigt.
Fig. 25(f) und (g) zeigen Beispiele für die Kraftdetektoreinrichtung 309. Das Beispiel nach Fig. 25(f) besteht aus einem elastischen Teil 309b, welches in axialer Richtung entsprechend der axialen Belastung verformbar ist, und einem Dehnungsmesser 309a, der den Dehnungs- Hub des elastischen Teils 309b erfaßt, wobei die axiale Belastung nachgewiesen wird anhand des ermittelten Werts des Dehnungs-Hubs des elastischen Teils 309b.
Andererseits besteht das Beispiel nach Fig. 25(g) aus dem elastischen Teil 309b und einem piezoelektrischen Element 309c, welches parallel zu dem elastischen Teil 309b angeordnet ist.
Natürlich ist es möglich, andere Formen von Detektoreinrichtungen als die dargestellten Beispiele zu verwenden.
Fig. 26(a) und (b) zeigen grundlegende Strukturen für den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306, wobei jede Struktur mit einem elastischen Teil 310 ausgestattet ist, welches in axialer Richtung elastisch verformbar und in Drehrichtung starr ist, ferner mit einer Feinverlagerungseinrichtung 311 zum Ausdehnen oder zum Zusammenziehen des elastischen Teils 310 in axialer Richtung.
Bei dem Beispiel nach Fig. 26(a) befinden sich das elastische Teil 310 und die Feinverlagerungseinrichtung 311 Seite an Seite zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305.
Bei dem Beispiel nach Fig. 26(b) befindet sich nur das elastische Teil 310 zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305, und es wird eine Sitzhülse 312 verwendet, die mit einem ersten und einem zweiten Flanschabschnitt 304a und 305a zusammenwirkt, die an einander gegenüberstehenden Bereichen des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305 ausgebildet sind. Die erste Sitzhülse 312 ist so angeordnet, daß sie den ersten und den zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 umgibt und ist mit einem ersten und einem zweiten Sitzabschnitt 312a und 312b ausgestattet, die nach Innen vorstehen, so daß sie dem ersten und dem zweiten Flanschabschnitt 304a und 305a des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305 gegenüberstehen. Einer von dem ersten und dem zweiten Sitzabschnitt 312a und 312b, in der Darstellung der zweite Sitzabschnitt 312b, ist an dem zweiten Flanschabschnitt 305a fixiert, und die Feinverlagerungseinrichtung 311 befindet sich zwischen dem ersten Sitzabschnitt 312a und dem ersten Flanschabschnitt 304a. Natürlich ist es möglich, die Feinverlagerungseinrichtung 311 zwischen dem zweiten Sitzabschnitt 312b und dem zweiten Flanschabschnitt 305a anzuordnen.
Die Feinverlagerungseinrichtung 311 ist eine Einrichtung zum Bewirken einer Ausdehnung oder Zusammenziehung im Verhältnis zu einem Befehls oder Sollwert. Beispielsweise kann man als Feinverlagerungseinrichtung außer dem piezoelektrischen oder elektrostriktiven Element einen Wärmeaktuator verwenden, der durch thermische Ausdehnung eines Objekts ausgedehnt oder zusammengezogen wird, ein Aktuator 311a gemäß Fig. 27(a) oder (b), der durch Fluiddruck ausgedehnt oder zusammengezogen wird, oder andere Aktuatoren unter Verwendung von Schwingspulen oder einem magnetostriktiven Element. Das heißt, es sind verschiedene Arten von Aktuatoren für die Ausgestaltung der Feinverlagerungseinrichtung möglich, die sich im Verhältnis zu einem Vorgabewert ausdehnen oder zusammenziehen.
Fig. 28(a) zeigt ein Beispiel für das elastische Teil, wobei dieses elastische Teil 310a sich aus einer Blattfeder zusammensetzt, die aus einem dünnen Teil eines ringförmigen flachen plattenähnlichen Teils senkrecht zu der axialen Richtung gebildet wird und eine Struktur aufweist, die in axialer Richtung elastisch verformbar und in ihrer Drehrichtung starr ist. Bei dem dargestellten Beispiel sind die inneren und äußeren Umfangsbereiche eines einstückig mit dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 ausgebildeten zylindrischen Materials ausgeschnitten, um das dünne elastische Teil 310A zu bilden, und an den beiden axialen Enden des dünnen elastischen Teils 310A sind Nuten 310a mit jeweils rechteckigem Querschnitt ausgebildet, wobei allerdings gemäß Fig. 28(b) auch Nuten 310b mit dreieckigem Querschnitt an den beiden axialen Enden dieses elastischen Teils 310A ausgebildet sein können.
Fig. 28(c) bis (e) sind Ansichten von Grundrissen des elastischen Teils 310A, und wie aus Fig. 28(c) hervorgeht, kann es sich um eine ringförmige flache Plattenform handeln, oder es kann sich gemäß Fig. 28(d) und (e) um eine Form mit Löchern 310c handeln.
Fig. 28(f) bis (h) zeigen Ausgestaltungen der Feinverlagerungseinrichtung 311 und des elastischen Teils 310A.
Fig. 28(f) ist ein Beispiel dafür, daß das elastische Teil 310A und die Feinverlagerungseinrichtung 311 beide in Ringform ausgebildet und koaxial angeordnet sind.
Fig. 28(g) ist ein Beispiel dafür, daß die stabförmig ausgebildete Feinverlagerungseinrichtung 311 und ein ringförmiges elastisches Teil 310a verwendet werden und drei stabförmige Verlagerungseinrichtungen 311 vorhanden sind.
Fig. 28(h) ist ein Beispiel dafür, daß eine stabförmige Feinverlagerungseinrichtung 311 und ein elastisches Teil 310b verwendet werden, und das elastische Teil 310B über den Umfang verteilt ist, um Plätze für die stabförmigen Feinverlagerungsteile 311 zu belassen. Es ist nicht absolut notwendig, daß das elastische Teil 310A eine dünne ringförmige Form ähnlich einer flachen Platte senkrecht zur Axialrichtung gemäß Fig. 28(a) und (b) hat, beispielsweise kann gemäß Fig. 28(i) das elastische Teil 310A eine konisch bezüglich der axialen Richtung geneigte Struktur oder eine Struktur haben, die einer dünnen axialen Zylinderform entspricht. Das heißt: es ist lediglich notwendig, daß das elastische Teil eine Struktur besitzt, die in axialer Richtung elastisch verformbar und in Umfangsrichtung starr ist.
Konkretere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spindel-Vorschubvorrichtung werden im folgenden beschrieben.
Die erfindungsgemäße Spindel-Vorschubvorrichtung mit variabler Vorspannung umfaßt vier Typen, nämlich 1) einen Verlagerungsdetektortyp mit Zug-Vorspannung, 2) einen Verlagerungsdetektortyp mit Druck- Vorspannung, 3) einen Kraftdetektortyp mit Zug-Vorspannung und 4) einen Kraftdetektortyp mit Druck-Vorspannung. Die einzelnen Typen werden im folgenden näher erläutert.

1) [Verlagerungsdetektortyp mit Zug-Vorspannung]

Fig. 29 zeigt ein Beispiel für die Spindel-Vorschubvorrichtung vom Verlagerungsdetektortyp mit Zug-Vorspannung, der sich grundsätzlich zusammensetzt aus einer Gewindespindel 302, einem ersten und einem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305, die auf diese Gewindespindel 302 aufgeschraubt sind, um einen axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 befindet.
Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt besitzt die in Fig. 28(a) dargestellte Struktur und besteht aus dem elastischen Teil 310A und der Feinverlagerungseinrichtung 311.
Eine Vorspannungs-Aufbringeinrichtung befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305, beim dargestellten Beispiel handelt es sich um den Widerstandssensor in Form eines Dehnungsmessers, der den Dehnungs-Hub des elastischen Teils 310A entsprechend der Vorspannung umsetzt in einen elektrischen Widerstandswert, der variabel ist, wobei dieser Wert dann erfaßt wird. Der Widerstandssensor 308a ist an dem elastischen Teil 310A angebondet, und die Dehnung des elastischen Teils entsprechend der Änderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 wird erfaßt, um damit den Wert der Vorspannung zu erfassen.
Der Widerstandssensor 308a ist gemäß Fig. 7(a) und (b) zum Verbessern seines Ansprechverhaltens an einem Bereich angebondet, der die größte Dehnung des elastischen Teils 310A aufweist, beim dargestellten Beispiel an einer Stelle in der Nähe des Verbindungsabschnitts des elastischen Teils 310A.
Fig. 30 ist ein Steuerblock der Vorrichtung nach Fig. 29. Der Steuerblock enthält einen D/A-Wandler 500 zum Umwandeln des Sollwerts in ein Analogsignal zum Betreiben der Feinverlagerungseinrichtung 311, beispielsweise in Form eines piezoelektrischen Elements, einen Treiberverstärker 501 zum Verstärken dieses Signals, einen Dehnungsverstärker zum Lesen des Widerstandswerts des Widerstandssensors 308a an dem elastischen Teil 310A, einem A/D-Wandler 503 zum Umwandeln eines von dem Dehnungsverstärker 502 ausgegebenen Analog-Detektorwerts in ein digitales Signal, und eine Betriebsschaltung 504 zum Verarbeiten und Steuern des digitalen Signals. Der durch den Widerstandsfühler 308a erfaßte Vorspannungszustand wird ständig erfaßt und anschließend zu der Betriebsschaltung 504 zurückgeführt, um dann der Feinverlagerungseinrichtung 311 zugeleitet zu werden, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, so daß dieses so gesteuert wird, daß der passende Vorspannungszustand erreicht wird und dieser Vorspannungszustand kontinuierlich justiert wird.
Gemäß der obigen Prozedur wird, wenn die Starrheit gefordert ist, auf die Spindel-Vorschubvorrichtung die Vorspannung aufgebracht, und im gegenteiligen Fall wird durch Verringern der Starrheit nicht benötigtes Drehmoment reduziert, wodurch das Spindel-Vorschubsystem bei hoher Geschwindigkeit betrieben und mit hoher Genauigkeit positioniert werden kann, während unnötiges Drehmoment reduziert wird, was die Lebens dauer erhöht, und außerdem die Wärmeentstehung wirksam unterdrückt wird.
Außerdem wird die zum Zeitpunkt der Positionierung entstehende feine Schwingung dadurch vermieden, daß man die Starrheit des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306 und damit die Resonanzfrequenz der Vorrichtung ändert, so daß die Beendigungszeit für die Positionierung verkürzt wird.
Da der erste und der zweite Mutterabschnitt 304 und 305 und das elastische Teil 310A des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306 integral ausgebildet sind, ist es nicht notwendig, den ersten und den zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 mit dem elastischen Teil 310A zu verbinden. Demzufolge wird durch das Verbinden und das Ändern der Vorspannungs-Kennlinie aufgrund des Verbindungszustands kein Fehler erzeugt, so daß die entwurfsmäßigen Kennwerte erreicht werden. Darüber hinaus lassen sich auch das Verschieben der Achsen zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 und die Neigungen der Achsen des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305 vermeiden. Fig. 31 zeigt eine zweite Ausführungsform entsprechend dem Zug-Vorspannungs/Verlagerungs-Detektortyp, bei dem die Sitzhülse 312 für den in Fig. 26(b) dargestellten axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt verwendet wird, und die in Fig. 28(a) gezeigte Tellerfeder für das elastische Teil 310A ausgebildet ist, um dadurch den ersten und den zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 und das elastische Teil 310A als einheitliche Struktur auszubilden.

2) [Verlagerungsdetektor vom Druck-Vorspannungstyp]

Fig. 32 zeigt ein Spindel-Vorschubsystem vom Druck-Vorspannungs/Verlagerungs-Detektortyp.
Diese Ausführungsform hat einen Grundaufbau, der ganz der gleiche ist wie der nach Fig. 31, wobei in dieser Ausführungsform die Feinverlagerungseinrichtung 311 um ein Stück expandiert wird, welches dem Vorspannungs-Hub in axialer Richtung entspricht, um dadurch die erste und die zweite Mutter 304 und 305 so zu verlagern, daß der Abstand zwischen ihnen kleiner wird und dadurch die Vorspannung aufgebracht wird.

3) [Zug-Vorspannungs/Kraftdetektortyp]

Fig. 33(a) zeigt eine Spindel-Vorschubvorrichtung vom Zug-Vorspannungs/Kraftdetektortyp.
Bei dieser Ausführungsform ist die Kraftdetektoreinrichtung 309 in Reihe zu dem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306 angeordnet, um dadurch die auf den Abschnitt 306 wirkende axiale Last zu erfassen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Dehnung des entsprechend der Last verformten elastischen Teils gemäß Fig. 25(f) durch den Widerstandssensor 309a als Kraftdetektoreinrichtung 309 erfaßt. Eine Blattfeder mit einem dünnen, flachen ringförmigen Plattenaufbau wird als elastisches Teil 309b ähnlich dem elastischen Teil 310A des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306 verwendet, welches in axialer Rich tung elastisch verformbar und in Drehrichtung starr ist, wobei das elastische Teil 309b eine Struktur einstückig mit dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 und dem axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306 hat. Wie in Fig. 33(b) und (c) gezeigt ist, erhöht sich, wenn der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 um ein vorbestimmtes Stück ausgedehnt wird, der Betrag der Vorspannung um einen Betrag, der dem Ausdehnungs-Hub entspricht, und das elastische Teil 309b der Kraftdetektoreinrichtung 309 wird entsprechend dem erhöhten Wert der Vorspannung erfaßt. Der Dehnungsbetrag wird erfaßt in Form der elektrischen Widerstandsänderung mit Hilfe des Widerstandssensors 309a.

4) [Druck-Vorspannungs/Kraftdetektortyp]

Fig. 34 zeigt eine Spindel-Vorschubvorrichtung vom Druck-Vorspannungs/ Kraftdetektortyp.
Diese Ausführungsform enthält den axial expandierbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 306, im wesentlichen unter Verwendung der Sitzhülse 312 und der Kraftdetektoreinrichtung 309 in Reihen-Anordnung bezüglich dieses axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306. Die Kraftdetektoreinrichtung hat eine ganz ähnliche Struktur wie diejenige in Fig. 33.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind sämtlich repräsentativ für Fälle, bei denen der erste und der zweite Mutterabschnitt 304 und 305 und der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 einstückig ausgebildet sind, allerdings können diese Bereiche auch als separate Struktur ohne einstückige Ausbildung gestaltet sein.
Beispiele für die separate Struktur werden im folgenden erläutert, die Beispiele nach den Fig. 35, 36 und 37 entsprechen der Spindel-Vorschubvorrichtung vom Zug-Vorspannungs/Verlagerungs-Detektortyp in getrennter Bauweise.
Bei jedem der Beispiele besteht ein axial ausdehnbarer und zusammenziehbarer Abschnitt 306' aus einem elastischen Teil 310A und einer Feinverlagerungseinrichtung 311 zum Ausdehnen und Zusammenziehen des elastischen Teils 310 in axialer Richtung. Dieses elastische Teil 310A und die Feinverlagerungseinrichtung 311 sind zwischen einem ersten und einem zweiten Ringabschnitt 361 und 362 angeordnet. Das elastische Teil 310A hat die Form einer dünnen ringförmigen Platte, wobei ein äußeres Ende der Platte mit dem zweiten Ringabschnitt 362 und ein inneres Ende der Platte mit dem ersten Ringabschnitt 361 verbunden ist. Dieser erste und zweite Ringabschnitt 361 und 362 sind mit dem ersten bzw. dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 verbunden.
Das in Fig. 35 gezeigte Beispiel ist repräsentativ für den Grundaufbau der getrennten Struktur, wobei der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306 sich zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 befindet. Bei diesem Aufbau besteht die Notwendigkeit, einen Mechanismus vorzusehen, der die Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 verhindert. Bei dem Beispiel nach Fig. 36 kann dieser Mechanismus aus einer Keilfeder 313 bestehen, die die Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 verhindert.
Bei dem Beispiel nach Fig. 37 sind der erste und der zweite Ringabschnitt 361 und 362 des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306' mit Federabschnitten 314 und 315 versehen, die in Nuten 314a und 315a des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305 sitzen. Bei diesem Beispiel sind die Federabschnitte 314 und 315 nicht vorgesehen, um die Drehrichtung der Muttern 304 und 305 zu regulieren, dies geschieht durch die Umfangssteifigkeit des elastischen Teils 310A. Die relative Bewegung in axialer Richtung erfolgt ebenfalls nach Maßgabe der elastischen Verformung des elastischen Teils 310A in axialer Richtung.
Das in Fig. 38 dargestellte Beispiel steht für eine getrennte Struktur unter Verwendung der Sitzhülse 312 entsprechend der in Fig. 31 gezeigten Spindel-Vorschubvorrichtung vom [Zug-Vorspannungs/Verlagerungs-Detektortyp]. Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306' ist derart ausgebildet, daß die separate Struktur gebildet wird, und der Abschnitt liegt zwischen den Flanschabschnitten 304a und 305a des ersten und des zweiten Mutterabschnitts 304 und 305.
Ein in Fig. 39 gezeigtes Beispiel steht für eine getrennte Struktur entsprechend der in Fig. 33 gezeigten Spindel-Vorschubvorrichtung des [Druck-Vorspannungs/Kraftdetektortyps).
Der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 306' und eine Kraftdetektoreinrichtung 309' sind als integrale Struktur ausgebildet, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Mutterabschnitt 304 und 305 befindet.
Bei den Beispielen nach den Fig. 33 und 39 sind der axial ausdehnbare Abschnitt und die Kraftdetektoreinrichtung 309 in Reihe angeordnet, und durch Deformieren des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts 306 entsprechend dem Verformungshub der Kraftdetektoreinrichtung 309 läßt sich der Verlagerungsbetrag zu Null machen, und er kann dazu verwendet werden, als Sensor zum Nachweisen der Kraft zu fungieren, ohne daß überhaupt irgendeine Verlagerung stattfindet.
Außerdem ist bei diesem Beispiel eine Struktur zum Anlegen der Vorspannung an die Mutter vorhanden, indem aber der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt an der (nicht gezeigten) Vorschub- Gewindespindel angeordnet wird, läßt sich die Vorspannung auf ein Rollelement eines Wälzlagers eines die Vorschub-Gewindespindel abstützenden feststehenden Teils anbringen. Insbesondere ist dies wirksam bei einem Fall, bei dem die Vorschub-Gewindespindel höchstens zweimal gedreht wird.
Wie oben ausgeführt wurde, läßt sich bei dieser Erfindung, da der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt zwischen den Mutterabschnitten dehnbar und zusammenziehbar ausgebildet ist, die Vorspannung auf einen gewünschten Wert einstellen, ohne daß irgendeine Zwischenscheibe wie in dem herkömmlichen System verwendet wird.
Darüber hinaus kann bei der kombinierten Struktur des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Teils und der Feinverlagerungseinrichtung sowie der Struktur des in axialer Richtung ausdehnbaren und zusammenziehbaren elastischen Teils bei Starrheit in Drehrichtung der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt als Drehsperre zwischen den Mutterabschnitten verwenden, was eine eigene Drehsperre, beispielsweise in Form einer Teilfeder mit hohem Reibungswiderstand gemäß Stand der Technik erübrigt, so daß die sogenannte unempfindliche Zone aufgrund der Reibung nicht vorhanden ist und das Ansprechverhalten auf die Vorspannungs-Einstellung spürbar verbessert werden kann. Außerdem kommt es aufgrund der integralen Struktur des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts und der Mutterabschnitte nicht zu dem Fehler beim Zusammenfügen des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts mit den Mutterabschnitten aufgrund der Änderung des Verbindungszustands, so daß die Kennwerte so erreicht werden, wie sie der Entwurf vorsieht.
Es ist dabei möglich, die Vorspannungs-Detektoreinrichtung derart anzuordnen, daß sie die Vorspannung direkt erfaßt, und es ist möglich, den Vorspannungszustand dadurch präzise zu steuern, daß die Vorspannung über die Ausdehnung und Kontraktion des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts eingestellt wird.

Möglichkeiten der industriellen Anwendung

Wie oben ausgeführt, hat die Spindel-Vorschubvorrichtung sowie das Präzisionspositionier- und Feinvorschubsystem gemäß der Erfindung die Wirkungsweise eines Vorschubsystems für beispielsweise eine Werkzeugmaschine, einen Roboter, eine Meßvorrichtung und dergleichen.
Fig. 41 zeigt ein Beispiel, bei dem ein elastisches Teil für eine Vorschub-Gewindespindel 600 vorgesehen ist.
In Fig. 41(a) ist die Vorschub-Gewindespindel 600 aufgeteilt in einen ersten und einen zweiten Gewindespindelabschnitt 601 und 602 mit Spindel-Endabschnitten, an denen dünne elastische Teile 603 und 604 gelagert sind, die sich in Richtungen senkrecht zur Mittelachse der Spindelabschnitte erstrecken, wobei Verbindungsabschnitte 605 und 606 integral an die Außendurchmesser-Endabschnitte der elastischen Teile 603 bzw. 604 angekoppelt und fixiert sind.
Dehnungsmesser 607 und 607 sind an die Wurzelbereiche der inneren und äußeren Durchmesser-Grundabschnitte dieser elastischen Teile 603 und 604 angebondet.
Bei dem Beispiel nach Fig. 41(b) ist die Gewindespindel ebenfalls in einen ersten und einen zweiten Spindelabschnitt 601 und 602 mit axialen Endabschnitten aufgeteilt, die miteinander gekoppelt und fixiert sind. Bei diesem Beispiel ist ein dünnes zylindrisches elastisches Element 608 an dem Spindel-Endabschnitt des ersten Gewindespindelabschnitts 601 gelagert, und an dem Mittelabschnitt der Außenfläche des elastischen Teils 608 ist ein Dehnungsmesser 607 angebondet.
Bei dem Beispiel nach Fig. 41(c) ist die Gewindespindel 600 nicht unterteilt, und es sind Nuten 610 und 610 in der Spindel 600 in deren Verlauf ausgehend von einander abgewandten Seiten vorhanden, um einen Abschnitt zwischen den Teilen in Form eines dünnen elastischen Teils 611 zu bilden, das sich in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse der Spindel erstreckt. Dehnungsmesser 607 und 607 sind an den Wurzelabschnitten der beiden Enden des elastischen Teils 611 angebondet.
Bei dem Beispiel nach den Fig. 41(d) und 41(e) sind Rundlöcher 612 und 612 auf der Strecke der Gewindespindel 600 zwischen den einander abgewandten Richtungen ausgebildet. Der Zwischenabschnitt zwischen den Böden dieser Rundlöcher 612 und 612 ist als dünner Abschnitt ausgebildet, der ein kreisförmiges elastisches Teil 613 bildet. Bei diesem Beispiel ist ein Dehnungsmesser 614 an dem mittleren Bereich des elasti schen Teils 613 mit zwei Teilen in Kreuzform angebondet, wobei sich ein Teil in axialer Richtung der Gewindespindel 600 erstreckt, der andere in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung.
Bei dem Beispiel der Fig. 41(f) ist ähnlich wie in Fig. 41(b) ein Zwischenabschnitt der Gewindespindel 600 gebildet, bei diesem Beispiel jedoch ist das elastische Teil 615 derart ausgebildet, daß es einen kleineren Durchmesser hat als die Gewindespindel 600, und außerdem ist der äußere axiale Mittelabschnitt des elastischen Teils 615 angeschwollen, um eine winklige Querschnittsform zu bilden, so daß das elastische Teil 615 einen Durchmesser aufweist, der sich von der geschwollenen oberen Stelle ausgehend zu den beiden axialen Endabschnitten allmählich reduziert. Bei diesem Beispiel sind Dehnungsmesser 607, 607 und 607 an einem axialen Zwischenbereich einer inneren Umfangsfläche des elastischen Teils 615 und an den Wurzelabschnitten von dessen axialen Enden angebondet.

Claims

1. Spindel-Vorschubvorrichtung (1), umfassend: ein festes Teil (2); eine Vorschub-Gewindespindel (3), die drehbar an dem festen Teil gelagert ist; eine Mutter (4), die an der Vorschub-Gewindespindel gelagert ist; ein an der Mutter angebrachtes vorzuschiebendes Teil (5), wobei von dem festen Teil über die Vorschub-Gewindespindel und die Mutter eine Kraft auf das vorzuschiebende Teil übertragen wird; und ein elastisches Teil (6), das in axialer Richtung elastisch verformbar an einem Abschnitt vorgesehen ist, über den die Kraft übertragen wird; gekennzeichnet durch ein Kraftermittlungsmittel (110) zum Ermitteln der Kraft durch direkte Ermittlung einer Größe elastischer Deformation des elastischen Teils (6), wobei das Kraftermittlungsmittel ein Verlagerungs- oder Deformationsermittlungsmittel (112) umfaßt und die Verlagerung oder Deformation des elastischen Teils (6) in ein elektrisches Signal umzuwandeln ausgebildet ist, das als Verlagerung oder Deformation des elastischen Teils ermittelt wird, sowie Mittel (403) zur Bestimmung der Kraft aus dem elektrischen Signal.

2. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das elastische Teil (6) in Drehrichtung und in einer Richtung senkrecht zur Vorschub-Gewindespindel (3) starr ist.

3. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das elastische Teil (6) mit einem Abschnitt geringer Stärke, der in axialer Richtung elastisch verformbar ist, ausgebildet ist.

4. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das elastische Teil (6) mit einem Abschnitt einer Struktur ausgebildet ist, durch die die Kraft der Spindel-Vorschubvorrichtung als integrale Struktur übertragen wird, um einen elastisch verformbaren Abschnitt in axialer Richtung zu schaffen.

5. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das elastische Teil (6) als unabhängige Struktur von der Struktur, durch die die Kraft der Spindel-Vorschubvorrichtung (1) übertragen wird, ausgebildet und damit verbunden ist.

6. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das elastische Teil (6) für das feste Teil (2) vorgesehen ist.

7. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das elastische Teil (6) für die Vorschub-Gewindespindel (3) vorgesehen ist.

8. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das elastische Teil (6) für die Mutter (4) vorgesehen ist.

9. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das elastische Teil (6) zwischen dem vorzuschiebenden Teil (5) und der Mutter (4) vorgesehen ist.

10. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der ein Dehnungsmesser (112a) mit dem Abschnitt geringer Stärke verbunden ist.

11. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der weiterhin parallel zu dem elastischen Teil (6) ein Verlagerungserzeugungsmittel (208) zur Bildung eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) und Mittel zur Messung einer Verlagerung (112) des Verlagerungserzeugungsmittels entsprechend dem elektrischen Signal von dem Krafterfassungsmittel (110) vorgesehen sind.

12. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 11, bei der der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt (206) zwischen der Mutter (4) und dem vorzuschiebenden Teil (5) zum Einstellen der Position des Teils angeordnet ist.

13. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 11, bei der der axial ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt (206) für das feste Teil (2) vorgesehen ist, um eine Position der Gesamtstruktur der Vorschub-Gewindespindel (3) einzustellen.

14. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der ein grober Vorschub des vorzuschiebenden Teils (5) durch die Vorschub-Gewindespindel (3) durchgeführt und ein Feinvorschub davon durch den axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt (206) ausgeführt wird.

15. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der der Betrag der Verlagerungserzeugung des Verlagerungserzeugungsmittels (208) des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) entsprechend dem ermittelten Wert des Verlagerungserfassungsmittels (112) gesteuert wird.

16. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) ein Mittel zum Ausführen der Verlagerung in axialer Richtung relativ zu einem gegebenenfalls erteilten Steuerbefehlswert ist.

17. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Mutter (103) in zwei Abschnitte (131, 132) geteilt ist, das elastische Teil (116) zwischen den Mutterabschnitten angeordnet ist und weiterhin ein Verlagerungserzeugungsmittel (208), das parallel zu dem elastischen Teil (101) zur Bildung eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) angeordnet ist, und Mittel zum Erfassen einer axialen Vorbelastung (307) vorgesehen sind, die zwischen den beiden Mutterabschnitten (131, 132) entsprechend dem elektrischen Signal von den Krafterfassungsmitteln (110) aufgebracht wird.

18. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 17, bei der die Größe der Ausdehnung oder Kontraktion des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) entsprechend dem ermittelten Wert der Vorbelastungsermittlungsmittel (307) gesteuert wird, um dadurch die Vorbelastung einzustellen.

19. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) entsprechend Anspruch 17 oder 18, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) ein Mittel zur Ausführung einer axialen Verlagerung entsprechend dem (Steuer-)Befehlswert ist.

20. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das elastische Teil (6) an einem Tragabschnitt (151), der die Vorschub-Gewindespindel (3) stützt, angeordnet ist und weiter ein Verlagerungserzeugungsmittel (208) parallel zu dem elastischen Teil zur Bildung eines axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) sowie Mittel zur Ermittlung einer axialen Vorbelastung (307) als eine auf den Tragabschnitt entsprechend dem elektrischen Signal von den Erfassungsmitteln (110) aufgebrachte Kraft vorgesehen sind.

21. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 20, bei der das feste Teil (2) die Vorschub-Gewindespindel (3) über ein Wälzlager (151) drehbar trägt, wobei die Vorbelastung der Wälzelemente des Wälzlagers eingestellt werden kann.

22. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 21, bei der die dynamische Starrheit der gesamten Spindel-Vorschubvorrichtung durch Einstellen der Vorbelastung des Wälzteils eingestellt wird.

23. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) aus einem piezoelektrischen Element oder einem elektrostriktiven Element aufgebaut ist.

24. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) ein unter Verwendung eines Fluiddrucks ausdehnbares und zusammenziehbares Stellorgan ist.

25. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das Verlagerungserzeugungsteil (208) ein unter Verwendung von Wärmeausdehnung ausdehnbares und zusammenziehbares Stellorgan ist.

26. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) ein eine Schwingspule verwendendes Stellorgan ist.

27. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das Verlagerungserzeugungsmittel (208) ein ein magnetostsriktives Element verwendendes Stellorgan ist.

28. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 16, die weiter eine einen Steuerbefehl abgebende Einrichtung (213) zur Übertragung des Grobvorschubsteuerungs-Sollsignals an ein Drehantriebsmittel (211) und eines Feinvorschubsteuerungs-Sollsignals an das Verlagerungserzeugungsmittel (208) umfaßt.

29. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 28, die weiterhin ein Grobvorschub-Ermittlungsmittel zur Ermittlung des Hubs des Grobvorschubs der Mutter (4) im Verhältnis zu der Vorschub-Gewindespindel (3) und eine Grobvorschub-Steuereinrichtung (212) zur Steuerung der Drehantriebsmittel (211) auf einen Ausgang der Grobvorschub-Hubermittlungsmittel und auf ein vorbestimmtes Grobvorschubsteuerungs- Sollsignal hin umfaßt.

30. Spindel-Vorschubvorrichtung (1) nach Anspruch 28, bei der ein Konverter (216) zum Umwandeln des von der Steuerbefehlseinrichtung an die Feinvorschub-Steuereinrichtung abgegebenen Feinvorschubsteuerungs-Sollsignals von einem digitalen Signal in ein analoges Signal um faßt, eine Steuerung der Drehantriebsmittel (211) von dem digitalen Signal ausgeführt und die Steuerung des axial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitts (206) von dem Analogsignal durchgeführt wird.