DE69521049T2

DE69521049T2 - Linear drive with spindle supports

Info

Publication number: DE69521049T2
Application number: DE1995621049
Authority: DE
Inventors: Shigeru Sadotomo; Motohiro Senjo
Original assignee: IAI Corp
Current assignee: IAI Corp
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2015-11-11
Also published as: DE69521049D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb, der ein an einer mit einer Vorschubspindel in Eingriff stehenden Vorschubmutter befestigtes Gleitstück über diese Vorschubmutter bewegt, indem ein Drehantrieb veranlaßt wird, die Vorschubspindel in der geeigneten Richtung zu drehen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf einen Stellantrieb, der darauf abstellt, eine stabile Arbeitsweise an den Tag zu legen.The present invention relates to an actuator that moves a slider attached to a feed nut engaged with a feed screw over the feed nut by causing a rotary actuator to rotate the feed screw in the appropriate direction. In particular, this invention relates to an actuator that aims to exhibit stable operation.

Description of the relevant state of the art

Ein bekannter Stellantrieb hat einen Aufbau, wie er beispielsweise in Fig. 13 gezeigt ist. Der Stellantrieb hat eine Basis 201, auf der eine Kugelumlaufspindel 203 angeordnet ist. Die Kugelumlaufspindel 203 ist mit ihren beiden Enden drehbar von den Lagerteilen 205 und 207, die auf der Basis 201 plaziert sind, getragen. Die Kugelumlaufspindel 203 ist über einen Kupplungsmechanismus (nicht gezeigt) mit der Ausgangswelle eines Servomotors 209 gekuppelt.A known actuator has a structure as shown in Fig. 13, for example. The actuator has a base 201 on which a ball screw 203 is arranged. The ball screw 203 is rotatably supported at both ends by the bearing parts 205 and 207 placed on the base 201. The ball screw 203 is coupled to the output shaft of a servo motor 209 via a clutch mechanism (not shown).

Mit der Kugelumlaufspindel 203 steht eine Kugelmutter 211 in Eingriff, an der ein Gleitstück 213 befestigt ist. Das Gleitstück 213 umfaßt einen Gleitstückkörper 215 und einen Führungsblock 217, der an diesem Gleitstückkörper 215 befestigt ist. An der Basis 201 ist eine Schiene 219 vorgesehen, mit der der Führungsblock 217 in beweglicher Weise in Eingriff steht.A ball nut 211 is engaged with the ball screw 203 and a slider 213 is attached to it. The slider 213 comprises a slider body 215 and a guide block 217 which is attached to this slider body 215. A rail 219 is provided on the base 201 and the guide block 217 is movably engaged with it.

Bei der obigen Konstruktion dreht sich, wenn sich der Servomotor 209 in der gewünschten Richtung dreht, die Kugelumlaufspindel 203 in der gleichen Richtung. Die Drehung dieser Kugelumlaufspindel 203 läßt die Kugelmutter 211, deren Drehung eingeschränkt ist, sich in der gewünschten Richtung bewegen. Bei Bewegung der Kugelmutter 211 bewegt sich das Gleitstück 213 in der gleichen Richtung.In the above construction, when the servo motor 209 rotates in the desired direction, the ball screw 203 rotates in the same direction. The rotation of this ball screw 203 causes the ball nut 211, whose rotation is restricted, to move in the desired direction. When the ball nut 211 moves, the slider 213 moves in the same direction.

Der Stellantrieb mit vorstehendem Aufbau weist die folgenden Nachteile auf. Die Kugelumlaufspindel 203 dieses Stellantriebs, die die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt, hat eine Eigenfrequenz f. In dem Bereich, in dem die Drehzahl der Kugelumlaufspindel 203 mit der Eigenfrequenz f übereinstimmt, vibriert daher die Kugelumlaufspindel sehr stark. Diese Eigenfrequenz f ist durch Länge und Durchmesser der Kugelumlaufspindel 203, den Lagerzustand der Kugelumlaufspindel 203 an ihren Enden und dergleichen bestimmt. Es ist deshalb nötig, die Drehzahl so einzustellen, daß die Kugelumlaufspindel 203 nicht in Resonanz in bezug auf die Eigenfrequenz f der Kugelumlaufspindel 203 tritt.The actuator with the above structure has the following disadvantages. The ball screw 203 of this actuator, which converts the rotary motion into a linear motion, has a natural frequency f. In the range in which the rotational speed of the ball screw 203 coincides with the natural frequency f, the ball screw vibrates very strongly. This natural frequency f is determined by the length and diameter of the ball screw 203, the bearing condition of the ball screw 203 at its ends and the like. It is therefore necessary to adjust the speed so that the ball screw 203 does not resonate with respect to the natural frequency f of the ball screw 203.

Die Eigenfrequenz f der Welle erhält man allgemein aus der folgenden Gleichung (I). The natural frequency f of the shaft is generally obtained from the following equation (I).

worin darstellt:which represents:

L: Abstand zwischen LagerpunktenL: Distance between bearing points

E: vertikaler ElastizitätskoeffizientE: vertical elasticity coefficient

I: minimales Sekundärmoment des Querschnitts der SpindelwelleI: minimum secondary moment of the spindle shaft cross section

A: Querschnittsbereich der Spindelwelle, undA: cross-sectional area of the spindle shaft, and

ρ: Materialdichte.ρ: material density.

80% der aus Gleichung (I) erhaltenen Eigenfrequenz f wird als zulässige Umdrehungszahl n gesetzt. Diesem Punkt ist weitere Beachtung unter Bezugnahme auf den Zusammenbauzustand, wie er in Fig. 14 beispielhaft dargestellt ist, zu widmen.80% of the natural frequency f obtained from equation (I) is set as the permissible number of revolutions n. This point should be given further attention with reference to the assembly state as shown by way of example in Fig. 14.

Gleiche Bezugszeichen, wie sie für die Teile der Fig. 13 verwendet worden sind, sind auch jenen in Fig. 14 zugeteilt, die identisch mit den früheren Komponenten sind.The same reference numerals as used for the parts of Fig. 13 are also assigned to those in Fig. 14 that are identical to the previous components.

Im Zusammenbauzustand, wie er in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Eigenfrequenz f ein Minimum, wenn der Abstand B in der Darstellung ein Maximum wird. Die zulässige Drehzahl n wird zu diesem Zeitpunkt durch die folgende Gleichung (II) ausgedrückt: In the assembled state as shown in Fig. 14, the natural frequency f becomes a minimum when the distance B in the diagram becomes a maximum. The allowable rotation speed n at this time is expressed by the following equation (II):

worin ist: λ: 3.927where: λ: 3.927

α: 0,8.α: 0.8.

Die Resonanz-begründete Vibration kann unterdrückt werden, indem man die Zahl der Umdrehungen der Kugelumlaufspindel 203 auf einen Wert setzt, der im Hinblick auf die Eigenfrequenz f der Kugelumlaufspindel 203 keine Resonanz verursacht, oder auf einen Wert, der gleich oder kleiner als 80% der Eigenfrequenz f ist. Die Gleichungen (I) und (II) zeigen, daß die zulässige Zahl der Umdrehungen n auf 1/4 sinkt, wenn die Länge L der Kugelumlaufspindel 203 doppelt wird, während der Querschnittsbereich A der Spindelwelle der Kugelumlaufspindel 203 der gleiche bleibt. Dies ist ein Flaschenhals bei der Verbesserung der Maschinengeschwindigkeit.The resonance-based vibration can be suppressed by setting the number of revolutions of the ball screw 203 to a value that does not cause resonance with respect to the natural frequency f of the ball screw 203, or to a value which is equal to or less than 80% of the natural frequency f. Equations (I) and (II) show that when the length L of the ball screw 203 is doubled, the allowable number of revolutions n decreases to 1/4 while the cross-sectional area A of the screw shaft of the ball screw 203 remains the same. This is a bottleneck in improving the machine speed.

Ein möglicher Weg, diesem Problem zu begegnen, besteht darin, die zulässige Zahl der Umdrehungen zu erhöhen, indem Stützen zwischen der Kugelmutter 211 und dem Lagerteil 207 sowie zwischen der Kugelmutter 211 und dem Lagerteil 205 im zusammengebauten Zustand vorgesehen werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, und indem so die Eigenfrequenz f der Kugelumlaufspindel 203 selbst erhöht wird.One possible way to address this problem is to increase the allowable number of revolutions by providing supports between the ball nut 211 and the bearing part 207 and between the ball nut 211 and the bearing part 205 in the assembled state, as shown in Fig. 13, and thus increasing the natural frequency f of the ball screw 203 itself.

Ein Beispiel eines solchen Schemas ist in Fig. 15 dargestellt. Der Aufbau in Fig. 15 umfaßt eine Zwischenstütze 221, die auf der Basis 201 zum Stützen der Kugelumlaufspindel 203 befestigt ist. Diese Zwischenstütze 221 kann die Bewegung der Kugelmutter 211, des Gleitstücks 213 usw., die sich bewegen, während sich die Kugelumlaufspindel 203 dreht, stören. In diesem Zusammenhang ist ein Grenzschalter 223, wie in Fig. 1 S dargestellt, vorgesehen, um das Annähern der Kugelmutter 211, des Gleitstückes 213 usw., die sich entsprechend der Bewegung der Kugelumlaufspindel 203 bewegen, festzustellen. Wenn eine solche Annäherung festgestellt wird, so wird daher die Zwischenstütze 221 in ihre Standby- oder Bereitschaftsposition zurückgezogen.An example of such a scheme is shown in Fig. 15. The structure in Fig. 15 includes an intermediate support 221 fixed on the base 201 for supporting the ball screw 203. This intermediate support 221 may interfere with the movement of the ball nut 211, the slider 213, etc., which move as the ball screw 203 rotates. In this connection, a limit switch 223, as shown in Fig. 15, is provided to detect the approach of the ball nut 211, the slider 213, etc., which move in accordance with the movement of the ball screw 203. Therefore, when such approach is detected, the intermediate support 221 is retracted to its standby or ready position.

Ein weiteres Beispiel ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 1-247862 entsprechend der deutschen Patentanmeldung Nr. DE P38 04 117.0 veröffentlicht. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Konstruktion weist einen Rezeß auf, der zuvor auf halbem Wege in der Basis ausgeformt worden ist, um das Stützteil so aufzunehmen, daß es dort mittels einer Feder positioniert ist. Wenn das Gleitstück gegen das Stützteil anschlägt, löst es das Stützteil aus seinem Eingriff mit der Feder und bewegt das Stützteil.Another example is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 1-247862 corresponding to German Patent Application No. DE P38 04 117.0. The construction described in this publication has a recess previously formed halfway in the base to receive the support member so that it is positioned there by means of a spring. When the slider strikes the support member, it releases the support member from its engagement with the spring and moves the support member.

Diese herkömmliche Konstruktion weist jedoch den folgenden Mangel auf. Der in Fig. 15 gezeigte Aufbau ist kompliziert und vergrößert den Stellantrieb unvermeidlich. Mit anderen Worten müßten bei diesem Aufbau die Zwischenstütze 221 und den Grenzschalter 223 beide auf der Basis 201 vorgesehen sein, und es müßte weiterhin ein Betätigungsglied auf dem Gleitstück 213 vorgesehen sein, um den Grenzschalter 223 zusätzlich zu dem Antriebsmechanismus für das Zurückziehen und das Hinausschieben der Zwischenstütze 221 zu aktivieren.However, this conventional construction has the following defect. The structure shown in Fig. 15 is complicated and inevitably increases the size of the actuator. In other words, in this structure, the intermediate support 221 and the limit switch 223 should both be provided on the base 201, and an actuator should further be provided on the slider 213 to actuate the limit switch 223 in addition to the drive mechanism. for retracting and extending the intermediate support 221.

Aufgrund der Verwendung der nachgiebigen Kraft der Feder benötigt der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 1-247862 beschriebene Aufbau weiterhin den Einsatz einer äußeren Kraft, um das Stützteil freizugeben. Die äußere Kraft wird durch die Bewegung des Gleitstückes in dem in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Hei 1-247862 beschriebenen Aufbau erzeugt. Wenn das Gleitstück sich in diesem Falle zu schnell bewegt, wird es wahrscheinlich, daß der Aufprall des bewegten Gleitstückes auf die Trag- oder Stützeinrichtung zum Zeitpunkt der Freigabe Lärm und Vibration erzeugt.Furthermore, due to the use of the yielding force of the spring, the structure described in Japanese Unexamined Patent Application No. Hei 1-247862 requires the use of an external force to release the support member. The external force is generated by the movement of the slider in the structure described in Japanese Unexamined Patent Application No. Hei 1-247862. In this case, if the slider moves too quickly, the impact of the moving slider on the support or support means at the time of release is likely to generate noise and vibration.

Die DE-4335092 beschreibt als nächstkommender Stand der Technik einen Stellantrieb, der einen Tisch aufweist, der auf Führungsbahnen läuft und entlang linearer Lagereinheiten unter Verwendung einer Leitspindel angetrieben ist. Auf den zwei Führungsbahnen laufen ebenfalls zwei Querträger, die durch einen Stab verbunden sind und drehbar gelagerte, im Eingriff mit der Leitspindel stehende Kugelumlaufmuttern aufweisen. Eine Hilfsleitspindel gleicher Steigung und in Eingriff mit einer auf dem Querträger am nächsten zu dem Antriebsmotor befestigten Mutter wird von der Leitspindel bei halber Geschwindigkeit durch ein Synchronband angetrieben. Da die Querbalkenmuttern drehbar gelagert sind, ist die Position der Träger entlang des Bettes nur durch die Drehung der Hilfsleitspindel bestimmt.DE-4335092 describes, as the closest prior art, an actuator having a table running on guideways and driven along linear bearing units using a lead screw. Also running on the two guideways are two crossbeams connected by a rod and having ball nuts mounted for rotation and engaging with the lead screw. An auxiliary lead screw of the same pitch and engaging with a nut mounted on the crossbeam closest to the drive motor is driven by the lead screw at half speed by a synchronous belt. Since the crossbeam nuts are mounted for rotation, the position of the beams along the bed is determined only by the rotation of the auxiliary lead screw.

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stellantrieb mit einem Zwischenstützmechanismus zu schaffen, der im Aufbau einfach und in den Abmessungen klein ist und keine Stöße bzw. Erschütterungen erzeugt.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an actuator having an intermediate support mechanism which is simple in structure and small in size and does not generate shocks.

Um das obige Ziel zu erreichen, umfaßt ein Stellantrieb gemäß dieser Erfindung eine Vorschubspindel, deren beide Enden jeweils drehbar von einem Paar auf einer Basis angeordneter Lagerteile getragen sind;To achieve the above object, an actuator according to this invention comprises a feed screw having both ends each rotatably supported by a pair of bearing members arranged on a base;

einen Drehantrieb zum drehbaren Antreiben der Vorschubspindel in geeigneter Richtung;a rotary drive for driving the feed spindle in a suitable direction;

eine Vorschubmutter, die mit der Vorschubspindel in Eingriff steht, wobei ihre Drehung durch die Vorschubspindel eingeschränkt ist, und die gemäß der Drehung der Vorschubspindel bewegbar ist;a feed nut engaged with the feed screw, rotation of which is restricted by the feed screw, and movable in accordance with rotation of the feed screw;

ein Gleitstück, das an der Vorschubmutter befestigt ist;a slider attached to the feed nut;

ein Paar Stütz- oder Tragteile zum Stützen der Vorschubspindel, die im Zwischenraum zwischen dem Gleitstück und den Lagerteilen zu beiden Seiten des Gleitstückes angeordnet und in Vorschubrichtung bewegbar sind, während die Stellungen der Stütz- oder Tragteile in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung eingeschränkt sind; unda pair of support members for supporting the feed screw, which are arranged in the space between the slide and the bearing members on both sides of the slide and are movable in the feed direction, while the positions of the support members are restricted in a direction perpendicular to the feed direction; and

Kupplungsmittel zum Koppeln der Basis, des Gleitstücks und des Paares Stütz- oder Tragteile derart, daß dann, wenn das Gleitstück sich bewegt, die Bewegungsgeschwindigkeit des Paares Stütz- oder Tragteile die Hälfte derjenigen des Gleitstücks annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsmittel erste Kupplungsmittel, die ein Paar erster Drehkörper, die drehbar an beiden Endabschnitten der Basis in Vorschubrichtung befestigt sind, und ein erstes Band- oder Fadenelement, das um das Paar erster Drehkörper herum angeordnet ist und dessen beide Enden mit dem Paar Stütz- oder Tragteile gekoppelt sind, einschließen, sowie zweite Kupplungsmittel umfaßt, die ein Paar zweiter Drehkörper, die drehbar an dem Paar Stütz- oder Tragteile befestigt sind, und ein zweites Band- oder Fadenelement einschließen, das um das Paar zweiter Drehkörper herum angeordnet ist und mit beiden Enden mit dem Gleitstück gekoppelt sowie mit seinem Mittelabschnitt an der Basis befestigt ist.Coupling means for coupling the base, the slider and the pair of supporting or supporting members such that, when the slider moves, the moving speed of the pair of supporting or supporting members becomes half that of the slider, characterized in that the coupling means comprises first coupling means including a pair of first rotary bodies rotatably attached to both end portions of the base in the feed direction and a first band or thread member arranged around the pair of first rotary bodies and having both ends coupled to the pair of supporting or supporting members, and second coupling means including a pair of second rotary bodies rotatably attached to the pair of supporting or supporting members and a second band or thread member arranged around the pair of second rotary bodies and having both ends coupled to the slider and having its central portion attached to the base.

Wahlweise können die Kupplungsmittel ein erstes Kupplungsmittel, das ein Stangenteil zum Kuppeln des Paares Stütz- oder Tragteile (im folgenden kurz: Tragteile) und ein zweites Kupplungsmittel umfaßt, das ein Paar Drehkörper, die drehbar an dem Paar Tragteile befestigt sind, und ein Band- oder Fadenelement einschließt, das um das Paar Drehkörper herum angeordnet ist und mit beiden Enden mit dem Gleitstück gekoppelt sowie einem Mittelabschnitt an der Basis befestigt ist.Optionally, the coupling means may comprise a first coupling means including a rod member for coupling the pair of support members (hereinafter referred to as support members) and a second coupling means including a pair of rotary bodies rotatably secured to the pair of support members and a band or thread member disposed around the pair of rotary bodies and coupled at both ends to the slider and a central portion secured to the base.

Jedes der Tragteile kann einen Tragteilkörper, einen an dem Tragteilkörper befestigten und mit einer auf die Basis aufgelegten Schiene bewegbar in Eingriff befindlichen Führungsabschnitt sowie einen an dem Tragteilkörper befestigten Vorschubspindelträger umfassen, wobei die Vorschubspindel den Vorschubspindelträger durchgreift.Each of the support parts can comprise a support part body, a guide section fastened to the support part body and movably engaged with a rail placed on the base, and a feed spindle carrier fastened to the support part body, wherein the feed spindle passes through the feed spindle carrier.

Jedes der Tragteile kann einen Tragteilkörper, einen an dem Tragteilkörper befestigten und bewegbar mit einer auf die Basis aufgelegten Schiene in Eingriff befindlichen Führungsabschnitt sowie einen Vorschubspindelträger umfassen, der an dem Tragteilkörper derart befestigt ist, daß er in axialer Richtung, und zwar relativ zu dem Tragteilkörper innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, bewegbar ist, wobei die Vorschubspindel den Vorschubspindelträger durchgreift; und die Lagerteile und das Gleitstück können über die Vorschubspindelträger der Tragteile an sich bewegenden Enden gegeneinander stoßen, während die Tragteilkörper weder die Lagerteile noch das Gleitstück berühren.Each of the support members may comprise a support member body, a guide portion secured to the support member body and movably engaged with a rail placed on the base, and a feed screw carrier secured to the support member body such that it is movable in the axial direction relative to the support member body within a predetermined range, the feed screw passing through the feed screw carrier; and the bearing members and the slider may be supported via the feed screw carriers. the supporting parts abut against each other at moving ends, while the supporting part bodies do not touch the bearing parts or the sliding piece.

Jeder der Vorschubspindelträger kann an einer Endseite einen Flansch und auf der anderen Endseite einen Sperr- oder Anschlagring aufweisen, wobei unter der Voraussetzung, daß die Abstände zwischen den Flanschen und den Anschlagringen J und die axialen Längen der Tragteilkörper H betragen, J = H + α erfüllt wird, und wobei die Tragteilkörper und die Vorschubspindelträger relativ zueinander innerhalb des Bereiches von α bewegbar sind.Each of the feed screw supports may have a flange on one end and a locking or stop ring on the other end, whereby J = H + α is satisfied under the assumption that the distances between the flanges and the stop rings are J and the axial lengths of the support bodies are H, and whereby the support bodies and the feed screw supports are movable relative to each other within the range of α.

Die Längen der Band- oder Fadenelemente der ersten Kupplungsmittel und der zweiten Kupplungsmittel können derart bestimmt sein, daß der Abstand zwischen den Tragteilkörpern und den Flanschen und der Abstand zwischen den Tragteilkörpern und den Anschlagringen 1 /2α wird.The lengths of the band or thread elements of the first coupling means and the second coupling means can be determined such that the distance between the support bodies and the flanges and the distance between the support bodies and the stop rings becomes 1/2α.

Gemäß dem Stellantrieb dieser Erfindung kann man den Tragmechanismus mit einfachem Aufbau für die Vorschubspindel ohne Komplizieren der Struktur des Stellantriebs oder Vergrößern desselben erreichen. Die Eigenfrequenz der Förderspindel kann erhöht werden, wodurch sich die zulässige Drehzahl der Förderspindel erhöht. Diese Konstruktion kann dazu beitragen, in einfacher Weise die Maschinengeschwindigkeit zu verbessern.According to the actuator of this invention, the support mechanism of a simple structure for the feed screw can be achieved without complicating the structure of the actuator or increasing the size of the actuator. The natural frequency of the feed screw can be increased, thereby increasing the allowable rotation speed of the feed screw. This structure can help to easily improve the machine speed.

Da das Paar Tragteile bei der halben Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes bewegt wird, können die Tragteile die Förderspindel über den gesamten Bewegungsbereich des Gleitstückes ohne Berührung desselben wirksam tragen.Since the pair of support members is moved at half the movement speed of the slide, the support members can effectively support the feed screw over the entire movement range of the slide without touching it.

In dem Fall, in dem die Tragteile mit den Vorschubspindelträgern versehen sind, die in axialer Richtung der Stütz- oder Tragteile bewegbar sind, kann selbst dann, wenn ein geringfügiger Fehler bei der Positionsausrichtung zwischen Gleitstück, den Tragteilen und den Lagerteilen auftritt, dieser Fehler durch die Bewegung der Förderspindelträger kompensiert werden, was die Arbeit hinsichtlich der Positionseinstellung erleichtert.In the case where the support members are provided with the feed screw supports which are movable in the axial direction of the support or supporting members, even if a slight error occurs in the positional alignment between the slider, the support members and the bearing members, this error can be compensated by the movement of the feed screw supports, facilitating the position adjustment work.

Short description of the drawings

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines Stellantriebs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;Fig. 1 is a perspective view showing the general structure of an actuator according to a first embodiment of the present invention;

Fig. 2 ist eine Darstellung, die beispielhaft den Aufbau eines Teils des Stellantriebs gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;Fig. 2 is a diagram exemplifying the structure of a part of the actuator according to the first embodiment of this invention;

Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung der ersten Ausführungsform und des Prinzips, die Bewegungsgeschwindigkeit der Stütz- oder Tragteile auf die Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit eines Gleitstückes zu bringen;Fig. 3 is a diagram for explaining the first embodiment and the principle of making the moving speed of the supporting or support members half the moving speed of a slider;

Fig. 4 ist eine Darstellung zur Erläuterung der ersten Ausführungsform und des Prinzips, die Bewegungsgeschwindigkeit der Tragteile auf die Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes zu bringen;Fig. 4 is a diagram for explaining the first embodiment and the principle of making the moving speed of the support members half the moving speed of the slider;

Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der ersten Ausführungsform und des Prinzips, die Bewegungsgeschwindigkeit der Tragteile auf die Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes zu bringen;Fig. 5 is a diagram for explaining the first embodiment and the principle of making the moving speed of the support members half the moving speed of the slider;

Fig. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung und des Zustandes, in dem Stütz- oder Tragkonsolen an dem Gleitstück, aber nicht an Lagerteilen der ersten Ausführungsform anstoßen;Fig. 6 is a diagram for explaining a second embodiment of this invention and the state in which support brackets abut against the slider but not against bearing parts of the first embodiment;

Fig. 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung und des Zustandes, in dem Tragkonsolen an den Lagerteilen, aber nicht an dem Gleitstück der ersten Ausführungsform anstoßen;Fig. 7 is a diagram for explaining a second embodiment of this invention and the state in which support brackets abut against the bearing members but not against the slider of the first embodiment;

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Stütz- oder Tragkonsolen bei der zweiten Ausführungsform zeigt;Fig. 8 is a perspective view showing the structure of the support brackets in the second embodiment;

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau der Stütz- oder Tragkonsolen bei der zweiten Ausführungsform zeigt;Fig. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the support brackets in the second embodiment;

Fig. 10 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform und des Zustandes, in dem das Gleitstück und die Lagerteile gegeneinander über Stütz- oder Tragmuffen anschlagen und auf die Stütz- oder Tragkonsolen keine Axialrichtungskraft aufgebracht wird;Fig. 10 is a diagram for explaining the second embodiment and the state in which the slider and the bearing parts abut against each other via support sleeves and no axial direction force is applied to the support sleeves;

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines Antriebs gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt; Fig. 12 ist eine Darstellung, die beispielhaft den Aufbau eines Teils des Stellantriebs der Fig. 11 zeigt;Fig. 11 is a perspective view showing the general structure of an actuator according to a comparative example; Fig. 12 is a diagram showing an example structure of a part of the actuator of Fig. 11;

Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines Stellantriebs gemäß dem Stand der Technik zeigt;Fig. 13 is a perspective view showing the general structure of an actuator according to the prior art;

Fig. 14 ist eine Darstellung, die den allgemeinen Aufbau des Stellantriebs gemäß dem Stand der Technik zur Erläuterung der Eigenfrequenz zeigt; undFig. 14 is a diagram showing the general structure of the actuator according to the prior art for explaining the natural frequency; and

Fig. 15 ist eine Darstellung, die einen Aufbau zum Stützen einer Kugelumlaufspindel mittels einer Zwischenstütze gemäß dem Stand der Technik zeigt.Fig. 15 is a diagram showing a structure for supporting a ball screw by means of an intermediate support according to the prior art.

First embodiment

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 beschrieben.The first embodiment of the present invention will now be described with reference to Figs. 1 to 5.

Bei dieser Ausführungsform ist die Erfindung auf einen Stellantrieb abgestellt, der eine Kugelumlaufspindel und eine Kugelmutter als Spindel bzw. Vorschubmutter verwendet.In this embodiment, the invention is directed to an actuator that uses a ball screw and a ball nut as the spindle and feed nut, respectively.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Stellantrieb eine Basis 1 auf, auf der eine Kugelumlaufspindel 3 (im folgenden kurz: Kugelspindel 3) als Vorschubspindel gelagert ist. Die beiden Enden der Kugelspindel 3 sind drehbar durch Lagerteile 5 und 7 getragen. Die Kugelspindel 3 ist über einen Kupplungsmechanismus (nicht gezeigt) mit der Ausgangswelle eines Servomotors 9 als Drehantrieb gekuppelt. Eine Kugelmutter 11, an der ein Gleitstück 13 befestigt ist, steht mit der Kugelspindel 3 in Eingriff. Dieses Gleitstück 13 umfaßt einen Gleitstückkörper 15 und einen Führungsblock 17, der an dem Gleitstückkörper 15 befestigt ist.As shown in Fig. 1, the actuator has a base 1 on which a ball screw 3 (hereinafter referred to as ball screw 3) is mounted as a feed screw. The two ends of the ball screw 3 are rotatably supported by bearing parts 5 and 7. The ball screw 3 is coupled to the output shaft of a servo motor 9 as a rotary drive via a clutch mechanism (not shown). A ball nut 11 to which a slider 13 is attached is engaged with the ball screw 3. This slider 13 comprises a slider body 15 and a guide block 17 which is attached to the slider body 15.

Auf der Basis 1 ist eine Schiene 19 verlegt, mit der der Führungsblock 17 in beweglicher Weise in Eingriff steht. Wenn sich der Servormotor 9 in der geeigneten Richtung dreht, so dreht sich die Kugelspindel 3 in der gleichen Richtung. In Übereinstimmung mit der Drehung dieser Kugelspindel 3 bewegt sich die Kugelmutter 1 l, deren Drehung begrenzt ist, in der gewünschten Richtung. Bei Bewegung der Kugelmutter 11 bewegt sich das Gleitstück 13 in der gleichen Richtung.On the base 1, a rail 19 is laid, with which the guide block 17 is movably engaged. When the servo motor 9 rotates in the appropriate direction, the ball screw 3 rotates in the same direction. In accordance with the rotation of this ball screw 3, the ball nut 11, whose rotation is limited, moves in the desired direction. When the ball nut 11 moves, the slider 13 moves in the same direction.

Stütz- oder Tragkonsolen oder -auflagen 21 und 23 sind als Stütz- oder Tragteile jeweils auf beiden Seiten des Gleitstücks 13 vorgesehen. Die Auflage 21 umfaßt einen Konsolenkörper 25 und einen Führungsblock 27, der an dem Konsolenkörper 25 befestigt ist. Die Kugelspindel 3 durchdringt den Konsolenkörper 25. Der Führungsblock 27 steht in beweglichem Eingriff mit der Schiene 19 auf der Basis 1. Eine Stütz- oder Tragmuffe oder -buchse 29 ist an demjenigen Abschnitt des Konsolenkörpers 25 vorgesehen, an dem die Kugelspindel 3 hindurchtritt. Diese Tragbuchse 29 hat einen geringfügig größer ausgeführten Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Kugelspindel 3.Support brackets or supports 21 and 23 are provided as support members on both sides of the slider 13. The support 21 comprises a bracket body 25 and a guide block 27 which is secured to the bracket body 25. The ball screw 3 penetrates the bracket body 25. The guide block 27 is in movable engagement with the rail 19 on the base 1. A support sleeve or bushing 29 is provided on the portion of the bracket body 25 through which the ball screw 3 passes. This support bushing 29 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the ball screw 3.

Der gleiche Aufbau wird auf der Seite der Tragkonsole 23 eingesetzt. Die Tragkonsole 23 umfaßt einen Konsolenkörper 31 und einen Führungsblock 33, der am Konsolenkörper 31 befestigt ist. Die Schraubspindel 3 durchdringt den Konsolenkörper 31. Der Führungsblock 33 steht mit der Schiene 19 auf der Basis 1 in beweglichem Eingriff. Eine Stütz- oder Tragmuffe oder -buchse 35 ist an demjenigen Teil des Konsolenkörpers 31 vorgesehen, an dem die Kugelspindel 3 hindurchtritt. Diese Tragbuchse 35 hat einen Innnendurchmesser, der geringfügig größer ausgeführt ist als der Außendurchmesser der Kugelspindel 3.The same structure is used on the side of the support bracket 23. The support bracket 23 comprises a bracket body 31 and a guide block 33 which is attached to the bracket body 31. The screw spindle 3 penetrates the bracket body 31. The guide block 33 is in movable engagement with the rail 19 on the base 1. A support or bearing sleeve or bushing 35 is provided on that part of the bracket body 31 where the ball screw 3 passes through. This bearing bushing 35 has an inner diameter which is slightly larger than the outer diameter of the ball screw 3.

Die Tragkonsole 21 ist im Bereich zwischen dem Lagerteil 5 und dem Gleitstück 13 angeordnet. Die Stützkonsole 23 ist in gleicher Weise mittig zwischen dem Lagerteil 7 und dem Gleitstück 13 angeordnet.The support bracket 21 is arranged in the area between the bearing part 5 and the sliding piece 13. The support bracket 23 is arranged in the same way centrally between the bearing part 7 and the sliding piece 13.

Eine Band- oder Fadenscheibe 51 (kurz: Scheibe 51) ist als Drehkörper drehbar an dem Lagerteil 5 befestigt, und gleichermaßen ist eine Band- oder Fadenscheibe 53 (kurz: Scheibe 53) drehbar als Drehkörper an dem Lagerteil 7 befestigt. Ein Zugkraftorgan/Band 55 (kurz: Band 55) ist als Band- oder Fadenelement um die Scheiben 51 und 53 herumgeführt, und seine beiden Enden sind jeweils mit dem Konsolenkörper 25 der Tragkonsole 21 und dem Konsolenkörper 31 der Tragkonsole 23 gekuppelt. Die Scheiben 51 und 53 und das Band 55 bilden die ersten Kupplungsmittel.A band or thread disc 51 (in short: disc 51) is rotatably attached to the bearing part 5 as a rotating body, and likewise a band or thread disc 53 (in short: disc 53) is rotatably attached to the bearing part 7 as a rotating body. A traction force element/band 55 (short: band 55) is guided as a band or thread element around the disks 51 and 53, and its two ends are respectively coupled to the console body 25 of the support console 21 and the console body 31 of the support console 23. The disks 51 and 53 and the band 55 form the first coupling means.

Eine Band- oder Fadenscheibe 57 (kurz: Scheibe 57) ist als Drehkörper drehbar an dem Konsolenkörper 25 der Tragkonsole 21 befestigt. Eine Band- oder Fadenscheibe 59 (kurz: Scheibe 59) ist gleichermaßen als Drehkörper drehbar an dem Konsolenkörper 31 der Tragkonsole 23 befestigt. Ein Zugkraftorgan/Band 61 ist als Band- oder Fadenelement um die Scheiben 57 und 59 herumgeführt, und seine beiden Enden sind mit dem Gleitkörper 15 des Gleitstücks 13 gekuppelt. Der mittlere Abschnitt des Bands 61 ist an der Basis 1 befestigt. Der Befestigungsabschnitt ist durch Bezugszeichen "62" in Fig. 1 und 2 angedeutet. Verfügbare Methoden des Befestigens des Bands 61 an der Basis 1 umfassen eine Maßnahme des Befestigens des Bands 61 gegenüber der Basis 1 mittels eines nicht dargestellten Metallanschlusses (mit einer in der Basis 1 zu befestigenden Anschlagschraube) und eine Maßnahme des Trennens des Bands 61 an den Befestigungsabschnitt und Befestigen der Endabschnitte der getrennten Abschnitte des Bands 61 gegenüber der Basis 1 mittels Metallanschlüssen (mit in der Basis 1 zu befestigenden Anschlagschrauben). Die Scheiben 57 und 59 und das Band 61 bilden die zweiten Kupplungsmittel.A band or thread disc 57 (in short: disc 57) is rotatably attached as a rotating body to the console body 25 of the support console 21. A band or thread disc 59 (in short: disc 59) is likewise rotatably attached as a rotating body to the console body 31 of the support console 23. A traction force element/band 61 is guided as a band or thread element around the discs 57 and 59, and its two ends are coupled to the sliding body 15 of the sliding piece 13. The middle section of the band 61 is attached to the base 1. The attachment section is indicated by reference numeral "62" in Fig. 1 and 2. Available methods of fixing the band 61 to the base 1 include a means of fixing the band 61 to the base 1 by means of a not-shown metal terminal (with a stop screw to be fixed in the base 1) and a means of separating the band 61 to the fixing portion and fixing the end portions of the separated portions of the band 61 to the base 1 by means of metal terminals (with stop screws to be fixed in the base 1). The disks 57 and 59 and the band 61 constitute the second coupling means.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den Aufbau der Scheiben 51, 53, 57 und 59 sowie der Bänder 55 und 61.Fig. 2 shows an example of the structure of the discs 51, 53, 57 and 59 as well as the bands 55 and 61.

Bei dieser Konstruktion wird die Spannung auf dem Band 61 zum Begrenzen der Trennung, wie in Fig. 2 gezeigt, erzeugt, wenn sich die Tragkonsolen 21 und 23 voneinander fortbewegen. Wenn sich die Konsolen 21 und 23 enger aufeinanderzu bewegen, wird Spannung auf das Band 55 zur Begrenzung dieser Annäherung, wie in Fig. 2 gezeigt, erzeugt. Folglich können die Stützkonsolen 21 und 23 zwischen sich einen vorgegebenen Abstand erhalten.In this construction, tension is generated on the separation limiting band 61 as shown in Fig. 2 when the support brackets 21 and 23 move away from each other. When the brackets 21 and 23 move closer to each other, tension is generated on the approach limiting band 55 as shown in Fig. 2. Consequently, the support brackets 21 and 23 can be kept at a predetermined distance between them.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 5 im Prinzip erläutert, wie die Bewegungsgeschwindigkeit auf die Hälfte gebracht wird. Es sei angenommen, daß der Anfangszustand der wie in Fig. 3 gezeigte ist. Man stelle sich vor, daß sich das Gleitstück 13 in Fig. 4 um 100 mm aus dem Anfangszustand nach links bewegt hat. Da die Länge des Bandes 61 in der Erstreckung zwischen dem Gleitstück 13 und der Basis 1 konstant ist, wird die Länge des Bandes 61 zwischen dem Gleitstück 13 und der Scheibe 59 auf der rechten Seite des Gleitstückes 13 (L + 50) mm, und die Länge des Bandes 61 zwischen der Scheibe 59 und dem Befestigungsabschnitt 62 der Basis 1 wird (L - 50) mm, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Das heißt, daß die Scheibe 59 und die Stützkonsole 23 sich in der Darstellung um 50 mm nach links bewegt haben.Now, referring to Figs. 3 to 5, the principle of how the speed of movement is reduced to half is explained. It is assumed that the initial state is as shown in Fig. 3. Imagine that the slider 13 in Fig. 4 has moved 100 mm to the left from the initial state. Since the length of the belt 61 in the extension between the slider 13 and the base 1 is constant, the length of the band 61 between the slider 13 and the disk 59 on the right side of the slider 13 becomes (L + 50) mm, and the length of the band 61 between the disk 59 and the fixing portion 62 of the base 1 becomes (L - 50) mm, as shown in Fig. 4. That is, the disk 59 and the support bracket 23 have moved 50 mm to the left in the illustration.

Unter Bezugnahme auf die linke Seite des Gleitstücks 13 wird die Länge des Bandes 61 zwischen der Scheibe 57 und dem Gleitstück 13 (L' - 50) mm, während die Länge des Bandes 61 zwischen der Scheibe 57 und der Basis 1 (L' + 50) mm wird, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Das heißt, die Scheibe 57 und Stützkonsole 21 haben sich in der Darstellung um 50 mm nach links bewegt.Referring to the left side of the slider 13, the length of the band 61 between the disk 57 and the slider 13 becomes (L' - 50) mm, while the length of the band 61 between the disk 57 and the base 1 becomes (L' + 50) mm, as shown in Fig. 5. That is, the disk 57 and support bracket 21 have moved to the left by 50 mm in the illustration.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Struktur beschrieben. Es sei angenommen, daß sich der Servomotor 9 in der gewünschten Richtung gedreht hat, um das Gleitstück 13 in Fig. 1 nach links zu bewegen. Bei Bewegung des Gleitstücks 13 bewegen sich die Stützkonsolen 21 und 23 in der gleichen Richtung, und zwar bei der Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes 13 durch die vorbeschriebenen Tätigkeiten der Scheiben 51 und 53, des Bandes 55, der Scheiben 57 und 59 und des Bandes 61.The operation of the above-described structure will now be described. Assume that the servo motor 9 has rotated in the desired direction to move the slider 13 to the left in Fig. 1. When the slider 13 moves, the support brackets 21 and 23 move in the same direction at half the moving speed of the slider 13 by the above-described actions of the disks 51 and 53, the belt 55, the disks 57 and 59, and the belt 61.

Das gleiche trifft für den Fall zu, in dem der Servomotor 9 in umgekehrter Richtung dreht, um das Gleitstück 13 in Fig. 1 nach rechts zu bewegen. In diesem Falle bewegen sich die Stützkonsolen 21 und 23 in der gleichen Richtung, und zwar bei der Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes 13 durch die Wirkung der Scheiben 51 und 53, des Bandes 55, der Scheiben 57 und 59 und des Bandes 61.The same applies to the case where the servomotor 9 rotates in the reverse direction to move the slider 13 to the right in Fig. 1. In this case, the support brackets 21 and 23 move in the same direction at half the speed of movement of the slider 13 by the action of the disks 51 and 53, the belt 55, the disks 57 and 59 and the belt 61.

Der oben erläuterte Betrieb wird wiederholt. Da die Kugelspindel 3 durch das Paar Stützkonsolen 21 und 23 gestützt ist, wird die Eigenfrequenz f der Kugelspindel 3 höher, so daß die zulässige Anzahl Umdrehungen n der Kugelspindel 3 erhöht werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, die Maschinengeschwindigkeit zu verbessern.The above operation is repeated. Since the ball screw 3 is supported by the pair of support brackets 21 and 23, the natural frequency f of the ball screw 3 becomes higher, so that the allowable number of revolutions n of the ball screw 3 can be increased. In other words, it is possible to improve the machine speed.

Diese Ausführungsform hat die folgenden Vorteile. Zunächst einmal kann man die gewünschte Trag- oder Stützfunktion erreichen, ohne die Konstruktion des Stellantriebs komplizierter zu machen oder den Stellantrieb zu vergrößern. Die Stützfunktion kann einfach dadurch erreicht werden, daß man die Stützkonsolen 21 und 23 auf beiden Seiten des Gleitstückes anordnet und diese Stützkonsolen 21 und 23 über die Scheiben 51, 53, 57 und 59 und die Bänder 55 und 61 kuppelt.This embodiment has the following advantages. First of all, the desired support function can be achieved without making the design of the actuator more complicated or increasing the size of the actuator. The support function can be easily This can be achieved by arranging the support brackets 21 and 23 on both sides of the slider and coupling these support brackets 21 and 23 via the discs 51, 53, 57 and 59 and the bands 55 and 61.

Zusätzlich erfordert im Gegensatz zum Stand der Technik diese Ausführungsform keine Strukturen zum Zurückziehen und Vorschieben der Zwischenstütze.In addition, in contrast to the prior art, this embodiment does not require structures for retracting and advancing the intermediate support.

Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gleitstück 13 so konstruiert, daß es nicht gegen die Stützkonsolen 21 und 23 anschlägt, um sie zu bewegen, und die Stützkonsolen 21 und 23 bewegen sich bei der Hälfte der Beschleunigung/Verzögerung des Gleitstücks 13 synchron mit der Beschleunigung/Verzögerung des Gleitstücks 13. Demgemäß arbeitet der Stellantrieb weich und unterliegt keiner Vibration und keinem Lärm, die sonst durch das Auftreffen des schnell sich bewegenden Gleitstückes auf die Stützteile des Standes der Technik erzeugt würden. Die Stützkonsolen 21 und 23 sind so eingestellt, daß sie jeweils zwischen dem Lagerteil 5 und dem Gleitstück 13 sowie zwischen dem Lagerteil 7 und dem Gleitstück 13 positioniert sind, während das Gleitstück 13 sich gerade mitten zwischen den Lagerteilen 5 und 7 befindet. Wenn sich das Gleitstück 13 in die Position bewegt, in der der Abstand B zwischen Befestigungspunkten in Fig. 14, die verwendet worden ist, um den Stand der Technik zu erläutern, ein Maximum wird, befinden sich die Stützkonsolen in der Position, in der ihre Amplituden groß (B/2) wären, wenn ihre Mittelabschnitte nicht gestützt würden. Jedoch ist tatsächlich die Welle der Kugelspindel 3 in dieser Position gestützt, und die Primärvibration der Welle wird wirksam unterdrückt, so daß die zulässige Zahl der Umdrehungen der Kugelspindel 3 erhöht werden kann.According to this embodiment, the slider 13 is designed not to hit the support brackets 21 and 23 to move them, and the support brackets 21 and 23 move at half the acceleration/deceleration of the slider 13 synchronously with the acceleration/deceleration of the slider 13. Accordingly, the actuator operates smoothly and is not subject to vibration and noise which would otherwise be generated by the impact of the rapidly moving slider on the support members of the prior art. The support brackets 21 and 23 are set to be positioned between the bearing member 5 and the slider 13 and between the bearing member 7 and the slider 13, respectively, while the slider 13 is just in the middle of the bearing members 5 and 7. When the slider 13 moves to the position where the distance B between fixing points in Fig. 14, which has been used to explain the prior art, becomes a maximum, the support brackets are in the position where their amplitudes would be large (B/2) if their central portions were not supported. However, actually, the shaft of the ball screw 3 is supported in this position, and the primary vibration of the shaft is effectively suppressed, so that the allowable number of revolutions of the ball screw 3 can be increased.

Second embodiment

Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 10 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen, wie sie für die Teile der ersten Ausführungsform verwendet wurden, werden ebenfalls den entsprechenden oder identischen Teilen der zweiten Ausführungsform zugeordnet, so daß die Wiederholung deren Beschreibung hier unterbleiben kann.The second embodiment of this invention will now be described with reference to Figs. 6 to 10. The same reference numerals as those used for the parts of the first embodiment are also assigned to the corresponding or identical parts of the second embodiment, so that the repetition of the description thereof can be omitted here.

Die erste Ausführungsform ist so aufgebaut, daß sie in geeigneter Weise arbeitet, wenn das Gleitstück 13 und die Stützkonsolen 21 und 23 sich in dem Bereich befinden, in dem das Gleitstück 13 die Stützkonsolen 21 und 23 nicht berührt und die Stützkonsolen 21 und 23 die Lagerteile 5 und 7 nicht berühren. Es sei dieser Mechanismus für den Fall angenommen, in dem das Gleitstück 13 versucht, sich weiter voranzubewegen.The first embodiment is designed to operate properly when the slider 13 and the support brackets 21 and 23 are located in the area in which in which the slider 13 does not touch the support brackets 21 and 23 and the support brackets 21 and 23 do not touch the bearing parts 5 and 7. This mechanism is assumed for the case in which the slider 13 attempts to move further forward.

In dem Fall, in dem sich das Gleitstück 13 in Fig. 6 nach links bewegt und sich zuerst die Stützkonsole 21 und das Gleitstück 13 berühren, wenn das Gleitstück 13 versucht, sich weiter zu bewegen, wirkt eine ungewöhnlich starke Kraft auf den Teil des Bandes 61 zwischen dem Punkt auf der rechten Seite des Gleitstückes 13 in Fig. 6 und dem Befestigungsabschnitt 62, weil das Band 61 an diesem Befestigungspunkt festgemacht ist. In dem Fall, in dem das Lagerteil 5 und die Stützkonsole 21 einander zuerst, wie in Fig. 7 gezeigt, berühren, wird im Gegensatz zu dem obigen Fall selbst dann, wenn das Gleitstück 13 versucht, sich weiter nach links zu bewegen, die Bewegung der Stützkonsole 23 durch das Band 55 eingeschränkt, das mit der Stützkonsole 21 gekuppelt ist, die bereits das Lagerteil 5 berührt hat und gestoppt worden ist. Die der Bewegungskraft des Gleitstückes 13 äquivalente Spannung wirkt auf den Teil des Bandes 61 zwischen dem Punkt auf der rechten Seite des Gleitstückes 13 in Fig. 7 und dem Befestigungsteil 62. Weiterhin wirkt die Belastung der zweifachen der Bewegungskraft des Gleitstückes 13 als Spannung auf das Band 55.In the case where the slider 13 moves to the left in Fig. 6 and the support bracket 21 and the slider 13 first contact each other, when the slider 13 tries to move further, an unusually strong force acts on the part of the band 61 between the point on the right side of the slider 13 in Fig. 6 and the fastening portion 62 because the band 61 is fastened to this fastening point. In the case where the bearing part 5 and the support bracket 21 first contact each other as shown in Fig. 7, unlike the above case, even if the slider 13 tries to move further to the left, the movement of the support bracket 23 is restricted by the band 55 coupled to the support bracket 21, which has already touched the bearing part 5 and has been stopped. The tension equivalent to the moving force of the slider 13 acts on the part of the band 61 between the point on the right side of the slider 13 in Fig. 7 and the fastening part 62. Furthermore, the load of twice the moving force of the slider 13 acts as tension on the band 55.

Wenn die Lagerteile 5 und 7, die Stützkonsolen 21 und 23 und das Gleitstück 13 einander gleichzeitig berühren, kann die obige Situation vermieden werden. Während dieses Phänomen rein geometrisch möglich ist, ist es tatsächlich kaum möglich, solch einen gleichzeitigen Kontakt hervorzurufen. Beispielsweise können die ursprünglichen Positionen des Stellantriebs durch den Mechanismus festgestellt werden, was es dem Gleitstück 13 erlaubt, gegen die Lagerteile 5 und 7 über die entsprechenden Stützkonsolen 21 und 23 an den jeweiligen Enden in seinem Bewegungsbereich gedrückt zu werden, und es werden die Enden (die ursprünglichen Positionen des Stellantriebs) festgestellt, wenn das Gleitstück angehalten wird. In diesem Fall kann nicht erwartet werden, daß die Lagerteile 5 und 7, die Stützkonsolen 21 und 23 und das Gleitstück 13 einander gleichzeitig berühren, wie dies oben erwähnt wurde. Deshalb wirkt unvermeidbar eine bestimmte Spannung auf das Band 55.If the bearing members 5 and 7, the support brackets 21 and 23 and the slider 13 contact each other simultaneously, the above situation can be avoided. While this phenomenon is geometrically possible, it is actually hardly possible to cause such simultaneous contact. For example, the original positions of the actuator can be detected by the mechanism, allowing the slider 13 to be pressed against the bearing members 5 and 7 via the corresponding support brackets 21 and 23 at the respective ends in its range of motion, and the ends (the original positions of the actuator) are detected when the slider is stopped. In this case, the bearing members 5 and 7, the support brackets 21 and 23 and the slider 13 cannot be expected to contact each other simultaneously as mentioned above. Therefore, a certain tension inevitably acts on the band 55.

Gemäß der ersten Ausführungsform sollte deshalb, um den vorerwähnten gleichzeitigen Kontakt zu vermeiden, der Bewegungsbereich des Gleitstückes 13 eingeschränkt werden, und die Anschlagblöcke (nicht gezeigt) sollten beispielsweise an dem Gleitstück 13 und der Basis 1 vorgesehen werden, um die Verwendung des Stellantriebs innerhalb des Bereiches zu erlauben, in dem die Stützkonsolen 21 und 23 nicht das Gleitstück 13 und die Lagerteile S und 7 berühren.According to the first embodiment, therefore, in order to avoid the aforementioned simultaneous contact, the range of movement of the slider 13 should be restricted, and the stopper blocks (not shown) should be provided, for example, on the slider 13 and the base 1 to enable the use of the actuator within the range. in which the support brackets 21 and 23 do not touch the sliding piece 13 and the bearing parts S and 7.

Die zweite Ausführungsform ist so ausgeführt, daß verhindert wird, daß die Stützkonsolen 21 und 23 gegen die Lagerteile 5 und 7 und das Gleitstück 13 anschlagen, und daß vermieden wird, daß auf die Bänder 55 und 61 eine neue Spannung ausgeübt wird.The second embodiment is designed to prevent the support brackets 21 and 23 from striking the bearing parts 5 and 7 and the slider 13 and to avoid new tension being exerted on the bands 55 and 61.

Gemäß dieser Ausführungsform sind, wie in Fig. 8 bis 10 gezeigt, Stütz- oder Tragmuffen oder -buchsen 129 und 131, die in axialer Richtung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bewegbar sind, anstelle der Tragbuchsen 29 und 35 vorgesehen, die als Vorschubspindelstützen an den Stützkonsolen 21 und 23 in der ersten Ausführungsform befestigt sind, wobei Anschlagringe 130 und 132 die Bewegungsbereiche der Stützbuchsen 129 und 131 einschränken. Die Stützbuchsen 129 und 131 sind frei in dem geeigneten Bereich (der variiert, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Mechanismus, aber normalerweise von einigen Millimetern bis ungefähr 10 mm reicht) in Vorschubrichtung zu den Stützkonsolenkörpern 25 und 31 bewegbar und stützen die Spindelwelle. Die Stützbuchsen 129 und 131 haben Flansche 126 bzw. 128.According to this embodiment, as shown in Figs. 8 to 10, support sleeves 129 and 131 movable in the axial direction within a predetermined range are provided in place of the support sleeves 29 and 35 fixed as feed screw supports to the support brackets 21 and 23 in the first embodiment, with stop rings 130 and 132 restricting the ranges of movement of the support sleeves 129 and 131. The support sleeves 129 and 131 are freely movable in the appropriate range (which varies depending on the size of the mechanism, but normally ranges from several millimeters to about 10 mm) in the feed direction toward the support bracket bodies 25 and 31 and support the spindle shaft. The support bushings 129 and 131 have flanges 126 and 128 respectively.

Da der Mechanismus zur Bewegung der Stützkonsolen mit der Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstückes der gleiche wie der der ersten Ausführungsform ist, wird die Beschreibung weggelassen.Since the mechanism for moving the support brackets at half the moving speed of the slider is the same as that of the first embodiment, the description is omitted.

Das Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß, wie in Fig. 10 gezeigt, das Lagerteil 5 das Gleitstück (in diesem Falle einen Anschlagflansch 133, der an dem Gleitstück 13 befestigt ist) über die Stützbuchse 129 an einem sich bewegenden Ende berührt, und die Axialrichtungslänge H des Konsolenkörpers 25 der Stützkonsole 21 und die effektive Axialbewegungsdistanz J der Stützbuchse 129 (Abstand zwischen dem Flansch 126 und dem Anschlagring 130) die Beziehung erfüllen, die durch die folgende Gleichung (III) ausgedrückt ist:The feature of this embodiment is that, as shown in Fig. 10, the bearing part 5 contacts the slider (in this case, a stopper flange 133 fixed to the slider 13) via the support bushing 129 at a moving end, and the axial direction length H of the bracket body 25 of the support bracket 21 and the effective axial movement distance J of the support bushing 129 (distance between the flange 126 and the stop ring 130) satisfy the relationship expressed by the following equation (III):

J = H+ α ...(III).J = H+ α ...(III).

Werden die Längen der Bänder 55 und 61 in solcher Weise eingestellt, daß ein Intervall von ungefähr α/2 zwischen der Stützbuchse 129 und dem Konsolenkörper 25 der Stützkonsole 21 in axialer Richtung erhalten wird, so wird, wenn der Servomotor 9 in dieser Situation weiter zu drehen versucht, das heißt, wenn das Gleitstück 13 sich weiter zu bewegen versucht, keine neue Belastung auf die Bänder ausgeübt, was ungleich der ersten Ausführungsform ist. Das gleiche trifft für die Seite der anderen Stützkonsole 23 zu. Deshalb wird es leichter, die Positionseinstellung zwischen Gleitstück 13, Stützkonsolen 21 und 23 sowie den Lagerteilen 5 und 7 herzustellen. Wenn die Positionseinstellung so vorgenommen wird, daß das Gleitstück 13, die Stützkonsolen 21 und 23 und die Lagerteile 5 und 7 einander zur gleichen Zeit berühren können, kann selbst ein geringer Fehler bei ihrer Positionseinstellung durch die axiale Bewegung der Stützbuchsen 129 und 131 ausgeglichen werden.If the lengths of the bands 55 and 61 are adjusted in such a way that an interval of approximately α/2 is obtained between the support bushing 129 and the bracket body 25 of the support bracket 21 in the axial direction, when the servo motor 9 tries to continue rotating in this situation, that is, when the slider 13 tries to continue moving, no new load is applied to the bands, which is unlike the first embodiment. The same applies to the side of the other support bracket 23. Therefore, it becomes easier to make the position adjustment between the slider 13, support brackets 21 and 23 and the bearing parts 5 and 7. If the position adjustment is made so that the slider 13, the support brackets 21 and 23 and the bearing parts 5 and 7 can contact each other at the same time, even a small error in their position adjustment can be compensated by the axial movement of the support bushings 129 and 131.

Comparison example

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 und 12 wird nunmehr das Vergleichsbeispiel beschrieben. Gleiche oder dieselben Bezugszeichen, wie sie für die Komponenten der ersten Ausführungsform verwendet wurden, werden ebenfalls entsprechenden oder identischen Komponenten zuerteilt, so daß die Wiederholung ihrer Beschreibung vermieden werden kann.The comparative example will now be described with reference to Figs. 11 and 12. The same or identical reference numerals as those used for the components of the first embodiment are also given to corresponding or identical components so that the repetition of their description can be avoided.

Die Stützkonsolen 21 und 23 sind durch ein Stangenteil 71 als erstes Kupplungsmittel miteinander gekuppelt. Eine Faden- oder Bandscheibe 81 ist an dem Konsolenkörper 25 der Stützkonsole 21 befestigt, und eine Faden- oder Bandscheide 83 ist an dem Konsolenkörper 31 der Stützkonsole 23 befestigt. Ein Band 85 ist um diese Scheiben 81 und 83 herumgelegt. Die beiden Enden dieses Bandes 85 sind an den Gleitstückkörper 15 des Gleitstücks 13 gekuppelt, während der zentrale Abschnitt des Bandes an der Basis 1 befestigt ist. Das Befestigungsteil ist durch Bezugszeichen "86" in Fig. 11 und 12 bezeichnet. Das Befestigungsverfahren ist das gleiche, wie es bereits in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform erläutert worden ist.The support brackets 21 and 23 are coupled to each other by a rod member 71 as a first coupling means. A thread or band disk 81 is attached to the bracket body 25 of the support bracket 21, and a thread or band sheath 83 is attached to the bracket body 31 of the support bracket 23. A band 85 is wound around these disks 81 and 83. The two ends of this band 85 are coupled to the slider body 15 of the slider 13, while the central portion of the band is attached to the base 1. The attachment member is designated by reference numeral "86" in Figs. 11 and 12. The attachment method is the same as that already explained in the section of the first embodiment.

Der Betrieb der oben beschriebenen Struktur wird nunmehr beschrieben. Es sei angenommen; daß der Servomotor 9 sich in der geeigneten Richtung gedreht hat, um das Gleitstück 13 in Fig. 10 nach links zu bewegen. Bei Bewegung des Gleitstücks 13 nach links in Fig. 10 bewegen sich die Stützkonsolen 21 und 23 in der gleichen Richtung, und zwar mit der halben Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitstücks 13 durch Wirkung der Scheiben 81 und 83 sowie des Bandes 85. Da die Stützkonsolen 21 und 23 über das Stangenteil 71 gekuppelt sind, bewegen sich beide Stützkonsolen 21 und 23 mit dem gleichen, immer dazwischen erhaltenen Intervall.The operation of the above-described structure will now be described. It is assumed that the servo motor 9 has rotated in the appropriate direction to move the slider 13 to the left in Fig. 10. When the slider 13 moves to the left in Fig. 10, the support brackets 21 and 23 move in the same direction at half the speed of movement of the slider 13 by the action of the disks 81. and 83 as well as the band 85. Since the support brackets 21 and 23 are coupled via the rod part 71, both support brackets 21 and 23 move with the same interval, always maintained between them.

Das gleiche trifft für den Fall zu, in dem der Servomotor 9 in der umgekehrten Richtung zur Bewegung des Gleitstücks 13 nach rechts in Fig. 10 gedreht wird.The same applies to the case where the servo motor 9 is rotated in the opposite direction to the movement of the slider 13 to the right in Fig. 10.

Das Beispiel weist daher die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.The example therefore has the same advantages as the first embodiment.

Da die Stützkonsolen 21 und 23 über das Stangenteil 71 gekuppelt sind, ergibt dieses Beispiel eine sicherere Betriebssynchronisation als die erste Ausführungsform.Since the support brackets 21 and 23 are coupled via the rod part 71, this example results in a safer operational synchronization than the first embodiment.

In dem Vergleichsbeispiel können wie in der zweiten Ausführungsform die Stützbuchsen 29 und 35 so ausgeführt sein, daß sie in axialer Richtung bewegbar sind, um zu verhindern, daß eine neue Belastung an den Bewegungsenden auf das Band einwirkt.In the comparative example, as in the second embodiment, the support bushings 29 and 35 may be designed to be movable in the axial direction to prevent a new load from acting on the belt at the ends of movement.

Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist der Aufbau der Kupplungsmittel, die die ersten Kupplungsmittel und die zweiten Kupplungsmittel umfassen, nicht auf den der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Obwohl eine Kugelspindel als Vorschubspindel und eine Kugelmutter als Vorschubmutter bei den individuellen Ausführungsformen verwendet wird, müssen die Vorschubspindel und die Vorschubmutter nicht notwendigerweise auf die dargestellten Typen beschränkt sein. Beispielsweise ist die Erfindung ebenfalls wirksam, wenn eine Vierkantspindel, eine Trapezspindel oder dergleichen verwendet werden. Das gleiche trifft zu bezüglich der Form der Stützteile. Der Aufbau der Kupplungsmittel, die die ersten Kupplungsmittel und die zweiten Kupplungsmittel umfassen, ist nicht auf den der ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt; beispielsweise können Kettenräder und Ketten anstelle der Scheiben und Bänder/Zugkraftorgane verwendet werden. Obwohl die Scheiben 51 und 53 als Drehkörper jeweils an einem Paar Lagerteilen 5 und 7 in den ersten und zweiten Ausführungsformen befestigt sind, können sie an der Basis 1 befestigt sein, oder sie können auch an anderen Teilen (nicht gezeigt) befestigt sein, die an der Basis 1 zu befestigen sind.This invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the structure of the coupling means comprising the first coupling means and the second coupling means is not limited to that of the above-described embodiments. Although a ball screw is used as the feed screw and a ball nut as the feed nut in the individual embodiments, the feed screw and the feed nut are not necessarily limited to the illustrated types. For example, the invention is also effective when a square screw, a trapezoidal screw or the like is used. The same applies to the shape of the support members. The structure of the coupling means comprising the first coupling means and the second coupling means is not limited to that of the first and second embodiments; for example, sprockets and chains may be used instead of the disks and belts/traction members. Although the disks 51 and 53 as rotating bodies are respectively fixed to a pair of bearing members 5 and 7 in the first and second embodiments, they may be fixed to the base 1, or they may be fixed to other members (not shown) to be fixed to the base 1.

Claims

1. An actuator comprising:

a feed screw (3), both ends of which are each rotatably supported by a pair of bearing parts (5, 7) arranged on a base (I);

a rotary drive (9) for rotatably driving the feed spindle (3) in a suitable direction;

a feed nut (11) which is engaged with the feed screw (3), its rotation being restricted by the feed screw (3), and which is movable according to the rotation of the feed screw (3);

a slider (13) fixed to the feed nut (11);

a pair of support or bearing members (21, 23) for supporting the feed screw (3), which are arranged in the sliding space between the slide (13) and the bearing members (5, 7) on both sides of the slide and are movable in the feed direction, while the position of the bearing members (21, 23) is restricted in a direction perpendicular to the feed direction; and

Coupling means for coupling the base (1), the slider (13) and the pair of supporting parts (21, 23) such that when the slider (13) moves, the moving speed of the pair of supporting parts (21, 23) becomes half that of the slider (13),

characterized in that

the coupling means comprises first coupling means including a pair of first rotary bodies (51, 53) rotatably attached to both end portions of the base (1) in the feed direction, and a first band or thread member (55) arranged around the pair of first rotary bodies (51, 53) and having both ends coupled to the pair of support members (21, 23), and second coupling means including a pair of second rotary bodies (57, 59) rotatably attached to the pair of support members (21, 23), and a second band or thread member (61) arranged around the pair of second rotary bodies (57, 59) and having both ends coupled to the slider (13) and having its central portion attached to the base (1).

2. An actuator according to claim 1, wherein each of the support parts (21, 23) comprises a support part body (25, 31), a guide section (27, 33) fastened to the support part body (25, 31) and movably engaged with a rail (19) laid on the base (1), and a feed spindle carrier (29, 35) fastened to the support part body (25, 31), wherein the feed spindle (3) passes through the feed spindle carrier (29, 35).

3. An actuator according to claim 1, wherein each of the support parts (21, 23) comprises a support part body (25, 31), a guide section (27, 33) fastened to the support part body (25, 31) and movably engaged with a rail (19) laid on the base, and a feed screw carrier (129, 131) which is fastened to the support part body (25, 31) in such a way that it is movable in the axial direction, namely relative to the support part body (25, 31) within a predetermined range, wherein the feed screw (3) passes through the feed screw carrier (129, 131); and wherein the bearing parts (5, 7) and the sliding piece (13) abut against each other via the feed spindle supports (129, 131) of the support parts (21, 23) at moving ends, while the support part bodies (25, 31) do not touch either the bearing parts (5, 7) or the sliding piece (13).

4. An actuator according to claim 3, wherein each of the feed screw supports (129, 131) has a flange on one end side and a locking or stop ring (130, 132) on the other end side, whereby under the assumption that the distances between the flanges and the stop rings (130, 132) are J and the axial lengths of the support members (25, 31) are H, J = H + α is satisfied, and wherein the support members (25, 31) and the feed screw supports (129, 131) are movable relative to each other within the range of α.

5. An actuator according to claim 4, wherein the lengths of the band or thread elements (55, 61) of the first coupling means and the second coupling means are determined such that the distance between the support members (25, 31) and the flanges and the distance between the support members (25, 31) and the stop rings (130, 132) becomes 1/2α.