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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Stellglied, das eine Größenreduktion und eine Energieeinsparung
erlaubt. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Stellgliedansteuerungsverfahren,
das das Stellglied unter den besten Bedingungen ansteuern kann,
sowie auf ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium mit einem Programm, das
einen Computer veranlasst, das darin aufgezeichnete Stellgliedansteuenangsverfahren
auszuführen.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine kompakte
Werkzeugmaschine, die das Stellglied verwendet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Derzeit gibt es verschiedene Typen
von Stellgliedern, die in verschiedenen industriellen Gebieten weit
verbreitet sind. Da ferner in den letzten Jahren die Notwendigkeit
zur Energieeinsparung und zur Raumeinsparung besteht, besteht starker
Bedarf an einem energieeinsparenden und kompakten Stellglied.
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Als energieeinsparendes und kompaktes Stellglied
gab es ein so genanntes Ministellglied. Dieses Ministellglied wird
hergestellt durch Anwenden eines ultrafeinen Schleifens auf eine
Innenseite einer Außenschiene,
die durch Ziehen ausgebildet wird, um eine Oberfläche zu schaffen,
auf der sich eine Kugel bewegt und rotiert, und ferner durch Anwenden einer
Hybridbearbeitungs-Kugelzirkulationsbearbeitung für einen
Innenblock derselben und einer Kugelzirkulationsbearbeitung für eine Kugelgewindemutter.
Die Höhe
eines Ministellgliedes, das wie oben beschrieben hergestellt wird,
beträgt
etwa 20 mm.
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Ein Servomotor ist für ein Stellglied
auf der Grundlage des gewöhnlichen
Typs eines Kugelgewindes, das das Ministellglied wie oben beschrieben enthält, unverzichtbar.
Um die Größe eines
Stellgliedes zu reduzieren, ist es ferner notwendig, den Servomotor
zu minimieren. Derzeit sind im Handel kompakte Servomotoren erhältlich,
die jeweils einen Durchmesser von etwa 20 mm aufweisen.
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Ferner gibt es verschiedene Typen
von Mikrostellgliedern, die wichtige Vorrichtungen für Mikromaschinen
sind, die große
Aufmerksamkeit von betreffenden Kreisen erhalten. Es gibt verschiedene Prinzipien
zum Ansteuern eines Mikrostellgliedes, einschließlich der statischen Elektrizität, eines
piezoelektrisches Elements, einer Formgedächtnislegierung und der thennischen
Ausdehnung. Die allgemeine Größe eines
Mikrostellgliedes liegt im Bereich von 10 μm bis etwa 1 mm.
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Ferner wurde in den letzten Jahren
als Mittel zum Minimieren eines bewegten Mechanismus ein Stellglied
auf der Grundlage eines Raupensystems vorgeschlagen. 18 ist eine Ansicht, die
eine obere Oberfläche
eines Stellgliedes auf der Grundlage des Raupensystems zeigt. In
dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 802 eine Führungsschiene.
Ein H-förmiger
beweglicher Körper 803 ist
zwischen den Führungsschienen 802, 802 vorgesehen.
Dieser bewegliche Körper 803 umfasst
zwei Halter 831, 832, die jeweils senkrecht zu
den Führungsschienen 802, 802 sind,
und einen Halterabschnitt 833 parallel zu den Führungsschienen 802, 802.
In die Halterabschnitte 831 bis 833 sind jeweils
piezoelektrische Elemente 834 bis 846 eingebettet.
Als piezoelektrische Elemente 834 bis 336 werden
piezoelektrische Keramiken auf PZT-Basis verwendet. Eine Seitenwand
jedes der Halterabschnitte 831 bis 833 ist dünn. Der
Grund hierfür
ist, dass ein Raum zwischen den Seitenwänden im Zusammenhang mit der
Ausdehnung der piezoelektrischen Elemente erweitert werden kann.
Der Tisch 804 ist auf einem oberen Abschnitt des beweglichen
Körpers 803 angebracht.
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Wenn das piezoelektrische Element 835 mit einer
Spannung beaufschlagt wird, dehnt sich das piezoelektrische Element 835 auf
Grund des piezoelektrischen Effekts aus. Wenn das piezoelektrische Element 835 sich
ausdehnt, dehnt sich der Halterabschnitt 332 aus und wird
zwischen den Führungsschienen 802, 802 fixiert.
In diesem Zustand wird das piezoelektrische Element 836 mit
einer Spannung beaufschlagt. Anschließend dehnt sich das piezoelektrische
Element 836 aus und der Halterabschnitt 833 dehnt
sich aus. Wenn sich der Halterabschnitt 833 ausdehnt, bewegt
sich der Halterabschnitt 331 zusammen mit dem piezoelektrischen
Element 834. Anschließend
wird das piezoelektrische Element 834 mit einer Spannung
beaufschlagt, um den Halterabschnitt 831 auszudehnen. Mit
diesem Vorgang wird der Halterabschnitt 831 zwischen dem
Führungsschienen 802, 802 fixiert.
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Wenn anschließend die Beaufschlagung des piezoelektrischen
Elements 835 mit Spannung beendet wird, schrumpft das piezoelektrische
Element 835 bis zu seiner ursprünglichen Größe. Hierdurch wird die Fixierung
durch den Halterabschnitt 832 gelöst. Wenn anschließend die
Beaufschlagung des piezoelektrischen Elements 836 mit einer
Spannung beendet wird, schrumpft das piezoelektrische Element 836 bis
zu seiner ursprünglichen
Größe, wobei der
Halterabschnitt 833 schrumpft. Mit dem Schrumpfen des Halterabschnitts 833 bewegt
sich der Halterabschnitt 832. In diesem Stellglied 800 auf der
Grundlage des Raupensystems wird der Tisch 804 durch schrittweises
Ausführen
der obenbeschriebenen Sequenz bewegt.
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US
5319257 beschreibt ein Mikrostellglied mit zwei piezoelektrischen
Klammer/Schieber-Anordnungen, die einen Schaft radial greifen. Durch
selektives Erregen der Klammer/Schieber-Anordnungen kann der Schaft
in seiner Axialrichtung in einer Bohrung in der Anordnung gezogen
oder geschoben werden.
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US
4777398 beschreibt einen piezoelektrischen Motor mit zwei
Klemmelementen und einem Schieberelement, die selektiv erregt werden,
um eine relative Bewegung zwischen einer Welle und einem Gehäuse des
Motors hervorzurufen.
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EP 0592030A beschreibt eine Verschiebungsvorrichtung
mit ersten und zweiten piezoelektrischen Klemmelementen und einem
piezoelektrischen Verschiebungselement zum Verschieben eines Elements
relativ zu einem Halter.
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Beispiele von verschiedenen Typen
von Stellgliedern wurden oben beschrieben, jedoch weist jedes dieser
Stellglieder Probleme auf, wie im Folgenden beschrieben wird. Erstens
ist im herkömmlichen
Typ von Stellglied auf der Grundlage des Kugelgewindesystems ein
Umlauf von Kugeln erforderlich, weshalb es auf Grund seiner Konstruktion
eine Grenze bei der Reduzierung der Größe gibt. Da ferner ein Servomotor
verwendet wird, ist der Energieverbrauch hoch. Gleichzeitig ist
das Mikrostellglied in seiner Abmessung zu klein, so dass es sehr
schwierig zu handhaben ist und für
allgemeine industrielle Zwecke praktisch nicht verwendet werden
kann.
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Der herkömmliche Typ von Stellglied 800, der
auf dem Raupensystem beruht, ist im Vergleich zu einem Stellglied
auf der Grundlage eines Kugelgewindesystems kleiner. Da jedoch drei
piezoelektrische Elemente verwendet werden, ist eine weitere Reduktion
der Größe unmöglich, wobei
ein Verfahren zum Ansteuern des Stellgliedes 800 selbst
kompliziert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein kompaktes und energiesparendes Stellglied zu schalten,
das leicht angesteuert werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Stellgliedansteuerungsverfahren
zu schalten, das das obenbeschriebene Stellglied unter besten Bedingungen
ansteuern kann, und ferner ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium
mit einem Programm zu schaffen, das einen Computer veranlasst, das
darin aufgezeichnete Stellgliedansteuerungsverfahren auszuführen. Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Werkzeugmaschine
zu schaffen, die ein solches Stellglied verwendet.
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Um die obenerwähnten Aufgaben zu lösen, umfasst
in einem ersten Aspekt ein Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
eine erste Verschiebungseinheit, die eine Position desselben bezüglich einer
Führung
durch Verschieben fixieren oder ändern
kann; eine zweite Verschiebungseinheit, die mit der ersten Verschiebungseinheit
verbunden ist und in wenigstens einer Richtung verschiebt, die verschieden
ist von derjenigen, in der die erste Verschiebungseinheit verschiebt;
gekennzeichnet durch einen Halter, der die zweite Verschiebungseinheit
auf der Führung
mit einer Kraft hält,
die schwächer
ist als eine Kraft der ersten Verschiebungseinheit zum Fixieren
der ersten Verschiebungseinheit bezüglich der Führung, und der sich entsprechend
der Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit bewegt.
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In einem Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst die Führung
vorzugsweise zwei Führungsschienen,
die voneinander beabstandet sind, um eine Linearführung bereitzustellen,
wobei die zweite Verschiebungseinheit in einer Richtung senkrecht
zur Verschiebungsrichtung der ersten Verschiebungseinheit verschiebt;
und der Halter die zweite Verschiebungseinheit zwischen den Führungsschienen
mit einer Kraft hält,
die schwächer
ist als die von der ersten Verschiebungseinheit bereitgestellte
Kraft.
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Das Stellglied kann vorteilhaft eine
Zyklusverschiebung-Befehlseinheit, die einen zyklischen Verschiebungsbefehl
an die erste Verschiebungseinheit ausgibt und ferner einen zyklischen
Verschiebungsbefehl mit einer Phase, die sich von dem an die erste
Verschiebungseinheit ausgegebenen zyklischen Verschiebungsbefehl
unterscheidet, an die zweite Verschiebungseinheit ausgibt; und eine
Bewegungsratenauflösung-Änderungseinheit
umfassen zum Ändern
einer Auflösung
für eine
Bewegungsrate durch Ändern
der Phasendifferenz.
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Das Stellglied kann ferner umfassen:
eine Zyklusverschiebung-Befehlseinheit, die einen zyklischen Verschiebungsbefehl
an die erste Verschiebungseinheit ausgibt und ferner einen zyklischen Verschiebungsbefehl
mit einer Phase, die sich von dem an die erste Verschiebungseinheit
ausgegebenen zyklischen Verschiebungsbefehl unterscheidet, an die
zweite Verschiebungseinheit ausgibt; und eine Bewegungsgeschwindigkeit-Änderungseinheit
zum Ändern
einer Bewegungsgeschwindigkeit durch Ändern des Zyklus.
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Ein Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Haltekrafteinstellvorrichtung zum Einstellen
einer Haltekraft des Halters durch Einstellen eines Abstands zwischen
den Führungsschienen der
Linearführung
umfassen.
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Die Haltekrafteinstellvorrichtung
kann eine Haltekraft des Halters mittels eines elastischen Körpers einstellen,
der an wenigstens einer der Führungsschienen
vorgesehen ist, um eine Druckkraft auf die Führungsschiene auszuüben.
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Die Haltekrafteinstellvorrichtung
kann eine Haltekraft des Halters mittels einer Verschiebungseinheit
einstellen, die an wenigstens einer der Führungsschienen vorgesehen ist,
um eine Druckkraft auf die Führungsschienenverschiebung
dieser Verschiebungseinheit auszuüben.
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In einem zweiten Aspekt schafft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Stellgliedes,
das eine erste Verschiebungseinheit, die eine Position desselben
bezüglich
einer Führung durch
Verschieben fixieren oder ändern
kann, eine zweite Verschiebungseinheit, die mit der ersten Verschiebungseinheit
verbunden ist und in wenigstens einer Richtung verschiebt, die verschieden
ist von derjenigen, in der die erste Verschiebungseinheit verschiebt,
und einen Halter, der die zweite Verschiebungseinheit auf der Führung mit
einer Kraft hält,
die schwächer
ist als eine Kraft der ersten Verschiebungseinheit, um die erste
Verschiebungseinheit bezüglich
der Führung
zu fixieren, und der sich gemäß der Verschiebung
der zweiten Verschiebungseinheit bewegt, umfasst; wobei das Verfahren
gekennzeichnet ist durch die Schritte: Fixieren einer Position des Stellgliedes
bezüglich
der Führung
durch Verschieben der ersten Verschiebungseinheit; Verschieben der
zweiten Verschiebungseinheit und ferner Bewegen des Halters im Zusammenhang
mit der Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit; Zurücksetzen
der ersten Verschiebungseinheit in ihre Ausgangsposition; und Zurücksetzen
der zweiten Verschiebungseinheit in ihre Ausgangsposition und Bewegen
der ersten Verschiebungseinheit im Zusammenhang mit der Rücksetzbewegung
der zweiten Verschiebungseinheit.
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Das Verfahren kann die Verschiebung
der zweiten Verschiebungseinheit vor der Verschiebung der ersten
Verschiebungseinheit, um somit die erste Verschiebungseinheit im
Zusammenhang mit der Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit
zu bewegen, und das Zurücksetzen
der zweiten Verschiebungseinheit in ihre Ausgangsposition umfassen,
um somit den Halter im Zusammenhang mit der Rücksetzbewegung der zweiten
Verschiebungseinheit vor dem Zurücksetzen
der ersten Verschiebungseinheit in seine Ausgangsposition zu bewegen.
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Die zweite Verschiebungseinheit wird
vorzugsweise in einer Richtung verschoben, die die Verschiebungsrichtung
der ersten Verschiebungseinheit senkrecht kreuzt.
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In einem Stellgliedansteuerungsvertahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Phasendifferenz zwischen einem Zyklusverschiebungs-Befehl,
der die Verschiebung der ersten Verschiebungseinheit veranlasst,
und einem zweiten Zyklusverschiebungs-Befehl, der die Verschiebung
der zweiten Verschiebungseinheit veranlasst, verändert, um somit eine Änderung
der Auflösung
einer Bewegungsrate des Stellgliedes zu veranlassen.
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In einem Stellgliedansteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Zyklus eines Zyklusverschiebungs-Befehls, der
die Verschiebung der ersten Verschiebungseinheit veranlasst, und
eines Zyklusverschiebungs-Befehls,
der die Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit veranlasst,
verändert,
um somit eine Änderung
einer Geschwindigkeit zu veranlassen, mit der das Stellglied relativ
zur Führung
bewegt wird.
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In einem dritten Aspekt schafft die
vorliegende Erfindung ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium,
das ein Programm umfasst, das dafür ausgelegt ist, einen Computer
so zu steuern, das ein Stellglied gemäß dem obigen ersten Aspekt
veranlasst wird, entsprechend einem Stellgliedansteuerungsverfahren
zu arbeiten, das entsprechend dem obigen zweiten Aspekt beschrieben
worden ist.
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In einem vierten Aspekt schafft die
vorliegende Erfindung eine kompakte Werkzeugmaschine, die ein Stellglied
gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.
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In der kompakten Werkzeugmaschine
ist das Stellglied vorzugsweise vorgesehen, um eine Bewegung einer
Spindeleinheit relativ zu einer Auflageschieneneinheit der Werkzeugmaschine
zu bewirken.
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Weitere Aufgaben und Merkmale dieser
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die das Stellglied gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A und 2B sind eine Draufsicht und
eine Seitenansicht, die jeweils das in 1 gezeigte Stellglied zeigen;
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3 ist
eine Draufsicht, die die Konstruktion des in 1 gezeigten beweglichen Körpers zeigt;
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3A bis 3E sind erläuternde
Ansichten, die einen Bewegungsmechanismus für den in 1 gezeigten bewegten Körper zeigen;
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5 ist
ein Graph, der eine Wellenform einer Spannung zeigt, mit der ein
piezoelektrisches Element beaufschlagt wird;
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6 ist
ein Graph, der eine Änderung
in einer Bewegungsrate in einem Fall zeigt, in welchem eine Phasendifferenz
verändert
wird;
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7 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Frequenz und einer
Bewegungsgeschwindigkeit zeigt;
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8 ist
ein Blockschaltbild, das eine Ansteuerungseinheit für das in 1 gezeigte Stellglied zeigt;
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9 ist
ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Ansteuern eines Stellgliedes
mit der in 8 gezeigten
Ansteuerungseinheit zeigt;
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10 ist
eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die jeweils das Stellglied
gemäß der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigen;
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11 ist
eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die jeweils das Stellglied
gemäß der Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigen;
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12 ist
ein Anordnungsdiagramm, das das in 11 gezeigte
Stellglied zeigt;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht, die die kompakte Drehbank gemäß der Ausführungsform 4
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14A und 14B sind eine Draufsicht
und eine Seitenansicht, die jeweils die in 13 gezeigte kompakte Drehbank zeigen;
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15 ist
eine Querschnittsansicht, die die Konstruktion der in 13 gezeigten Spindel zeigt;
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16 ist
ein Blockschaltbild, das eine Ansteuerungseinheit für die in 13 gezeigte kompakte Drehbank
zeigt;
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17A und 17B sind erläuternde
Ansichten für
einen Vergleich des Unterschieds einer Bodenfläche auf Grund des Unterschieds
der Anordnung der Komponenten in einer Drehbank; und
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18 ist
eine Draufsicht, die einen herkömmlichen
Typ von Stellglied auf der Grundlage eines Raupensystems zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es folgt eine genaue Beschreibung
der Ausführungsformen
des Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung, eines Verfahrens zum Ansteuern derselben, eines computerlesbaren
Aufzeichnungsmediums mit einem Programm, das einen Computer veranlasst,
das darin aufgezeichnete Ansteuerungsverfahren auszuführen, und
einer kompakten Werkzeugmaschine, die das Stellglied verwendet,
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Stellglied gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 2A und 2B sind eine
Draufsicht und eine Seitenansicht, die jeweils das in 1 gezeigte Stellglied zeigen.
Dieses Stellglied 100 umfasst ein Basissubstrat 1,
Führungsschienen 2a, 2b,
die an parallelen Positionen auf diesem Basissubstrat 1 vorgesehen
sind, einen beweglichen Körper 3,
der zwischen diesen Führungsschienen 2a, 2b gehalten
wird, und Positionseinstellschrauben 4, 4, die
jeweils zum Einstellen der Positionen der Führungsschienen 2a, 2b dienen.
Die Größe des Stellgliedes 100 mit
der obenbeschriebenen Konfiguration beträgt 22 mm (Länge) × 25 mm (Tiefe) × 8 mm (Höhe) oder
dergleichen.
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Auf den gegenüberliegenden Oberflächen der
Führungsschienen 2, 2 sind
V-förmige Nuten 21, 21 vorgesehen.
Die Führungsschiene 2a wird
mit Schrauben am Basissubstrat 1 befestigt. Die Führungsschiene 2b wird
mit einer Schraube befestigt, nachdem ein Raum zwischen den Führungsschienen 2a, 2b mit
den Positionseinstellschrauben 4, 4 eingestellt
worden ist. Die Positionseinstellschrauben 4, 4 werden
von der Seitenwand 1a des Basissubstrats 1 her
eingeschraubt. Ferner ist eine lineare Skala 5 an einer
Unterseite des beweglichen Körpers 3 angebracht.
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3 ist
eine Draufsicht, die die Konstruktion des in 1 gezeigten beweglichen Körpers zeigt.
Dieser bewegliche Körper 3 wird
hergestellt durch Anwenden einer Drahtentladungsbearbeitung auf
eine flache Platte mit den Gesamtabmessungen 20 mm mal 14 mm und
einer Dicke von 4 mm. Dieser bewegliche Körper 3 besitzt einen
gestuften Kerbenabschnitt 3c. Ferner besitzt der bewegliche
Körper 3 einen
Halterabschnitt 31, der in einer Richtung senkrecht zu
den Führungsschienen 2a, 2b langgestreckt ist,
und einen Halterabschnitt 32, der in horizontaler Richtung
parallel zu den Führungsschienen 2a, 2b langgestreckt
ist. In diese Halterabschnitte 31, 32 sind piezoelektrische
Elemente 33, 34 eingebettet.
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Die Längen dieser Halterabschnitte 31, 32 sind
etwas kürzer
als diejenigen der piezoelektrischen Elemente 33, 34,
so dass ein überschüssiger Druck
von etwa 10 N erzeugt wird, wenn die piezoelektrische Elemente 33, 34 darin
eingepresst werden. Die Breite der Unterstützungsabschnitte 35, 35,
die jeweils als Seitenwand des Halterabschnitts 31 dienen,
beträgt
0,2 mm. Das Bezugszeichen 36 bezeichnet einen Verbindungsabschnitt.
Die Breite dieses Verbindungsabschnitts 36 beträgt 0,4 mm.
Ein Abstand zwischen einem Kontaktabschnitt 37 und einem
Kontaktabschnitt 37 ist um 0,005 mm kürzer als ein Abstand zwischen
einem Kontaktabschnitt 38 und einem Kontaktabschnitt 38.
Hierbei ist definiert, dass die Seite des piezoelektrischen Elements 33 von
den Verbindungsabschnitten 36, 36 ein Schnitt A3a
innerhalb des beweglichen Körpers
ist und die Seite des piezoelektrischen Elements 34 ein
Schnitt B3b innerhalb des beweglichen Körpers ist. Der bewegliche Bereich
dieses beweglichen Körpers 3 beträgt etwa
4 mm.
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Ein geschichteter Typ einer piezoelektrischen
Keramik auf PZT-Basis wird für
die piezoelektrischen Elemente 33, 34 verwendet.
Der geschichtete Typ von piezoelektrischen Keramiken auf PZT-Basis
wird verwendet, da er eine große
Verschiebungsrate aufweist und eine hervorragende Genauigkeit, Antwortgeschwindigkeit
und Antriebskraft aufweist. Die Abmessung des piezoelektrischen
Elements beträgt
3 mm × 3
mm × 8
mm. Es ist zu beachten, dass eine beliebige andere Komponente als
ein piezoelektrisches Element verwendet werden kann, sofern es verschiebbar
ist. Das Bezugszeichen 39 bezeichnet ein Befestigungsloch
für die
Verbindung zweier beweglicher Körper.
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Die 4A bis 4E sind erläuternde
Ansichten, die einen Bewegungsmechanismus für den beweglichen Körper 3 zeigen.
Wie in 4A gezeigt ist, wird
im Anfangszustand der bewegliche Körper 3 gehalten und
in einem statischen Zustand gehalten, auf Grund einer Reibungskraft
zwischen den Kontaktabschnitten 38a, 38b und den
Führungsschienen 2a, 2b.
Wie in 4B gezeigt ist,
wird anschließend dann,
wenn das piezoelektrische Element 33 mit einer Spannung
beaufschlagt wird, eine Ausdehnung im piezoelektrischen Element 33 erzeugt,
wobei der Abschnitt A3a innerhalb des beweglichen Körpers ausgedehnt
wird. Wenn der Abschnitt A3a innerhalb des beweglichen Körpers ausgedehnt
wird, werden die Kontaktabschnitte 37a, 37b an
die Führungsschienen 2a, 2b gepresst.
Hierdurch wird der Abschnitt A3a innerhalb des beweglichen Körpers zwischen
den Führungsschienen 2a, 2b fixiert.
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Wenn anschließend in dem Zustand, in den der
Abschnitt A 3a innerhalb des beweglichen Körpers fixiert ist, eine Spannung
angelegt wird, wird im piezoelektrischen Element 34 eine
Ausdehnung erzeugt. Eine durch die Ausdehnung dieses piezoelektrischen
Elements 34 hervorgerufene Kraft ist größer als eine Reibungskraft
zwischen den Kontaktabschnitten 38a, 38b und den
Führungsschienen 2a, 2b.
Die durch die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 34 hervorgerufene
Kraft ist kleiner als eine Reibungskraft zwischen den Kontaktabschnitten 37a, 37b und
den Führungsschienen 2a, 2b.
Wie in 4C gezeigt ist,
bewegt sich aus diesem Grund der Abschnitt B3b innerhalb des beweglichen
Körpers
in der Figur nach rechts.
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Wenn anschließend die Beaufschlagung des piezoelektrischen
Elements 33 mit einer Spannung beendet wird, wie in 4D gezeigt ist, werden die Kontaktabschnitte 37a, 37b von
den Führungsschienen 2a, 2b getrennt.
Wenn anschließend
die Beaufschlagung des piezoelektrischen Elements 34 mit
einer Spannung beendet wird, wie in 4E gezeigt ist,
schrumpft das piezoelektrische Element 34. Wenn das piezoelektrische
Element 34 schrumpft, bewegt sich der Abschnitt A3a innerhalb
des beweglichen Körpers
in der Figur nach rechts im Zusammenhang mit dem Schrumpfen des
piezoelektrischen Elements 34. Durch Wiederholen dieser
Serie von Operationen bewegt sich der bewegliche Körper 3 in einer
Richtung.
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Durch Schaffen einer Phasendifferenz
zwischen einer Spannung, die an das piezoelektrische Element 33 angelegt
wird, und einer Spannung, die an das piezoelektrische Element 34 angelegt
wird, wurde anschließend
eine Bewegungsrate des beweglichen Körpers 3 gemessen. 4 ist ein Graph, der Wellenformen
der Spannungen zeigt, die an die piezoelektrischen Elemente 33, 34 angelegt
werden. Die Wellenform A (in der Figur mit einer gestrichelten Linie
gezeigt) zeigt eine Spannung an, die an das piezoelektrische Element 33 angelegt
wird. Die Wellenform B (in der Figur mit einer durchgezogenen Linie gezeigt)
zeigt eine Spannung an, die an das piezoelektrische Element 34 angelegt
wird. Es ist zu beachten, dass die an die piezoelektrischen Elemente 33, 34 angelegte
Spannung gleich 60 V ist. Wie in der Figur gezeigt ist, bewegt sich
der bewegliche Körper 3, wenn
eine Spannung an die jeweiligen piezoelektrischen Elemente 33, 34 mit
einer Phasendifferenz C angelegt wird. Der Bewegungsmechanismus,
der in diesem Schritt eine Rolle spielt, wurde bereits oben beschrieben
(siehe 4A bis 4E). Als Ergebnis der Messung
ist eine Bewegungsrate für
einen Zyklus (einen Schritt) im Zusammenhang mit der Phasendifferenz
C verschieden, wobei er maximal etwa 2,7 μm betrug und minimal etwa 0,3 μm betrug.
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6 ist
ein Graph, der eine Änderung
der Bewegungsrate in einem Fall zeigt, in dem die Phasendifferenz
verändert
wird. Als Ergebnis der Messung betrug bei einer Phasendifferenz
von 90° die Bewegungsrate
2,7 μm,
was das Maximum war. Wenn ferner die Phasendifferenz 165° betrug,
war die Bewegungsrate gleich 0,3 μm,
was das Minimum war. Ferner wurde festgestellt, dass die Bewegungsrate
sich kontinuierlich ändert,
wenn sich die Phasendifferenz ändert.
Aus dieser Tatsache wurde ferner abgeleitet, dass eine kleine Bewegung
des beweglichen Körpers 3 durch Ändern der
Phasendifferenz gesteuert werden kann. Ferner wurde festgestellt, dass
eine Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 bei einer
Phasendifferenz von 180° als
Grenze umgekehrt wird.
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Anschließend wurde ein Messung für eine Korrelation
zwischen einer Frequenz und einer Bewegungsgeschwindigkeit ausgeführt. 7 ist ein Graph, der eine
Beziehung zwischen einer Frequenz und einer Bewegungsgeschwindigkeit
in einem Fall zeigt, in dem die Phasendifferenz gleich 101° ist und ein
Eingangsspannungswert gleich 60 V ist. Als Ergebnis der Messung
wurde festgestellt, dass dann, wenn eine Frequenz geändert wird,
eine Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Körpers 3 kontinuierlich
verändert
wird. Ferner wurde festgestellt, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Körpers 3 in
einem weiten Bereich von etwa 1 bis 35 μm/s eingestellt werden kann.
Es ist zu beachten, dass eine Steigung des Graphen sich bei der
Frequenz von etwa 10 Hz als Grenze ändert. Dieses Phänomen wird
hergerufen durch die Sanftheit des Gleitens des beweglichen Körpers 3.
Eine Sanftheit beim Gleiten des beweglichen Körpers 3 kann erhalten
werden durch Einstellen der Haltekraft für den beweglichen Körper 3 (eine
Reibungskraft mit der Führungsschiene 2).
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8 ist
ein Blockschaltbild, das eine Ansteuerungseinheit 150 für dieses
Stellglied zeigt. Diese Ansteuerungseinheit 150 bewegt
den beweglichen Körper 3 durch
Beaufschlagen jedes der piezoelektrischen Elemente 33, 34 jeweils
mit einer bestimmten Frequenz mit einer verschiedenen Phase, um eine
Sequenzsteuerung für
das Stellglied 100 zu schaffen, und umfasst einen Personalcomputer 160, der
eine geschlossene Schleife mit einer linearen Skala 5 bildet,
um Regelungen zu bewirken, und einen Ansteuerungsabschnitt 170 für ein piezoelektrisches
Element, der die Signale vom Personalcomputer 160 verstärkt.
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Der Personalcomputer 160 besitzt
einen Positionsregelungsabschnitt zum Regeln einer Position des
beweglichen Körpers 3 und
einen Geschwindigkeitsregelungsabschnitt 162 zum Regeln
der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegten Körpers 3. Der Positionsregelungsabschnitt 161 besitzt
einen Phasendifferenzeinstellabschnitt 1611 zum Setzen
einer Phasendifferenz zwischen den Spannungen, die an die piezoelektrischen
Elemente 33, 34 angelegt werden. Der Geschwindigkeitsregelungsabschnitt 162 besitzt
einen Frequenzeinstellabschnitt 1621 zum Setzen einer Frequenz
für jede
der Spannungen, die an die piezoelektrischen Elemente 33, 34 angelegt werden.
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9 ist
ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zur Ansteuerung des Stellgliedes 100 unter Verwendung
der in 8 gezeigten Ansteuerungseinheit 150 zeigt.
Im Schritt S901 wird ein Befehl zur Bewegung vom Personalcomputer 160 ausgegeben. Im
Schritt S902 wird eine Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen
Körpers 3 entsprechend
einem Befehl für
die Bewegung vom Personalcomputer 160 gesetzt. Eine Bewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Körpers 3 wird
gesetzt durch Ändern
einer Frequenz einer Spannung, die an die jeweiligen piezoelektrischen
Elemente 33, 34 angelegt wird. Das Setzen einer
Frequenz wird ausgeführt
vom Frequenzeinstellabschnitt 1621.
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Im Schritt S903 wird eine Bewegungsrichtung
des beweglichen Körpers 3 festgelegt.
Die Bewegungsrichtung wird festgelegt mit Bezug auf eine Anfangsposition
des bewegten Körpers 3 als
Referenz. Da die Bewegungsrichtung bei der Phasendifferenz 180° als Grenze
umgekehrt wird, wird die Bewegungsrichtung festgelegt, indem die
Phasendifferenz größer oder
kleiner als 180° gemacht
wird (Schritt S903 bis S905). In dem in den 4A–4E gezeigten Fall wird in
einem Fall, in dem die Bewegungsrichtung nach rechts gerichtet ist,
eine Phasendifferenz auf einem Wert kleiner als 180° gesetzt
(Schritt S904). In einem Fall, in dem die Bewegungsrichtung nach
links gerichtet ist, wird die Phasendifferenz auf einen Wert größer als
180° gesetzt
(Schritt S905).
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Im Schritt S906 wird eine Regelung
mittels einer geschlossenen Schleifenschaltung durchgeführt, die
die lineare Skala 5 umfasst.
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Im Schritt S907 wird ermittelt, ob
eine Auflösung
für die
Positionierung des beweglichen Körpers 3 an
der Grenze ist, oder nicht. Die Auflösung für die Positionierung wird entsprechend
der Phasendifferenz festgelegt. Aus diesem Grund wird eine Phasendifferenz
geändert,
um die Positionsregelung weiter zu verfeinern (Schritt S908). In
diesem Stellglied 100 wird die Auflösung am höchsten, wenn die Phasendifferenz
gleich 165° ist.
Wenn die Phasendifferenz gleich 165° ist, ist die Bewegungsrate
in einem Schritt gleich 0,3 μm.
Das Setzen der Phasendifferenz wird vom Phasendifterenzsetzabschnitt 1611 ausgeführt. Es
ist zu beachten, dass die obenbeschriebene Verarbeitungssequenz
in einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, das vom Personalcomputer 160 gelesen
werden kann (wie z. B. eine Diskette oder eine optische Platte).
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10 ist
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht, die jeweils ein Stellglied
gemäß der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigen. Dieses Stellglied 200 ist
dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder 201 anstelle der
Positionseinstellschrauben 4, 4 für das Stellglied 100 verwendet
wird. Die anderen Abschnitte dieser Konfiguration sind die gleichen
wie diejenigen in der Ausführungsform
1.
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Für
die Feder 201 wird eine gebogene Blattfeder verwendet.
Diese Feder 201 ist zwischen die Führungsschiene 2b und
die Seitenwand 1a des Basissubstrats 1 eingebaut.
Eine Reibungskraft zwischen den Führungsschienen 2a, 2b und
dem bewegten Körper 3 kann
durch Ändern
der Härte
der Feder 201 geändert
werden. Diese Feder 201 kann leicht angesetzt oder abgenommen
werden.
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Wenn eine gewünschte Reibungskraft durch Einstellen
der Feder 201 erhalten worden ist, wird die Führungsschiene 2b mittels
Schrauben am Basissubstrat 1 fixiert. Ferner kann eine
Einstellschraube an einem Abschnitt
1a' vorgesehen sein, an dem die Feder 201 die
Seitenwand 1a des Basissubstrats 1 berührt. Eine
Druckkraft der Feder 201 kann eingestellt werden durch
Schrauben dieser Einstellschraube bis zu einem gewünschten
Maß. Ferner
kann ein piezoelektrisches Element anstelle der Feder 201 eingebaut
sein. Es ist möglich,
eine Reibungskraft zwischen den Führungsschienen 2a, 2b und
dem beweglichen Körper 3 unmittelbar
zu ändern
durch Beaufschlagen des piezoelektrischen Elements mit einer Spannung.
Wenn das piezoelektrische Element angeregt gehalten wird, ist eine
Fixierung mit Schrauben nicht erforderlich.
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11 ist
eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die jeweils ein Stellglied
gemäß der Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigen. Dieses Stellglied 300 wird
erhalten durch Ändern
der Konstruktion des Stellgliedes 100 gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung in eine rotierende Konstruktion.
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Ein Basissubstrat 301 weist
eine scheibenförmige
Form auf. Die Führungsschienen 302a, 302b sind
an einer oberen Oberfläche
des Basissubstrats 301 angebracht. Die Führungsschienen 302a, 302b sind
an einer Höhe
des Scheitels der V-förmigen
Nuten 321a, 321b unterteilt. Ein beweglicher Körper 301,
der in dieser Ausführungsform
verwendet wird, ist im Wesentlichen der gleiche wie derjenige, der
in der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Krümmung jedes
der Kontaktabschnitte 337a, 337b des beweglichen
Körpers 303 stimmt
mit einer Krümmung
der Führungsschienen 302a, 302b überein.
In ähnlicher
Weise stimmt die Krümmung
der Kontaktabschnitte 338a, 338b des beweglichen
Körpers 303 mit
der Krümmung
der Führungsschienen 302a, 302b überein.
Das piezoelektrische Element 333 ist in Radialrichtung
angeordnet. Das piezoelektrische Element 334 ist in einer Richtung
senkrecht zur Radialrichtung angeordnet.
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Es werden drei Stücke des beweglichen Körpers 303 verwendet.
Die beweglichen Körper 303 sind
in einem Winkel von 120° zueinander
positioniert. Das Bezugszeichen 360 bezeichnet einen Tisch.
Ein unterer Abschnitt 360a dieses Tisches 360 ist
mit einem oberen Abschnitt 303a der jeweiligen beweglichen
Körper 303 verbunden.
Ein zentraler Schaft 361 des Tisches 360 ist durch
ein Schublager 362 unterstützt.
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12 ist
eine Anordnungsansicht, die das in 11 gezeigte
Stellglied 300 zeigt. Zuerst wird der bewegliche Körper 303 auf
dem Basissubstrat 301 platziert. Anschließend wird
die Führungsschiene 302a am
Basissubstrat 301 angebracht. In ähnlicher Weise wird die Führungsschiene 302b am
Basissubstrat 301 angebracht. Wenn die Führungsschienen 302a, 302b daran
angebracht worden sind, wird der bewegliche Körper 303 durch die
V-förmigen Nuten 321a, 321b unterstützt. Anschließend wird
das Schublager 362 in den Lagerabschnitt 301a des
Basissubstrats 301 eingebettet. Danach wird der zentrale
Schaft 361 des Tisches 360 in dieses Schublager 362 eingebettet.
Schließlich
wird eine untere Oberfläche 360a des
Tisches 360 mit einer oberen Oberfläche 303a der jeweiligen
beweglichen Körper 303 verbunden.
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Dieses Stellglied 300 kann
durch die Ansteuerungseinheit 150 ähnlich derjenigen in Ausführungsform
1 angesteuert werden. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der beweglichen
Körper
nicht immer auf drei beschränkt
ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine kompakte Drehbank gemäß der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 14A und 14B sind
eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die jeweils die in 13 gezeigte kompakte Drehbank
zeigen. In dieser kompakten Drehbank 1000 sind die Stellglieder 100 gemäß der Ausführungsform 1
in Richtungen senkrecht zueinander positioniert, um die Z-X-Achsen
zu bilden. Ferner wird nicht eine Auflageschienenseite, sondern
die Spindelseite für dessen
Bewegung gesteuert.
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Zuerst wird auf dem Bett 1001 ein
Stellglied 100a für
die Bewegung in Z-Achsen-Richtung
montiert. Zuerst werden die Führungsschienen 2a, 2b auf dem
Bett 1001 an einander gegenüberliegenden Positionen angebracht.
Die Führungsschiene 2a wird am
Bett 1001 mit Schrauben befestigt. Die Führungsschiene 2b wird
daran vorübergehend
befestigt. Anschließend
wird der bewegliche Körper 3 zwischen die
Führungsschienen 2a, 2b gehalten.
Wenn der bewegliche Körper
zwischen die Führungsschienen 2a und 2b gehalten
wird, wird die Positionseinstellschraube 4 von der Seitenwand 1001a des
Bettes 1001 eingeschraubt, um die Führungsschiene 2b anzuregen.
Ein Raum zwischen den Führungsschienen 2a und 2b wird
mit dieser Positionseinstellschraube 4 eingestellt. Wenn
die Einstellung beendet ist, wird die Führungsschiene 2b mit
Schrauben am Bett 1001 fixiert. Ferner ist die lineare
Skala 5 unter dem beweglichen Körper 3 vorgesehen.
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Anschließend wird das Stellglied 100b für die Bewegung
in X-Achsen-Richtung
vertikal mit dem Stellglied 100a verbunden. Das Bezugszeichen 1002 bezeichnet
ein Verbindungssubstrat. Dieses Verbindungssubstrat 1002 verbindet
den beweglichen Körper 3 für das Stellglied 100a mit
dem Stellglied 100b. Dieses Stellglied 100b besitzt
eine Einheitsform. Ein Raum zwischen den Führungsschienen (nicht gezeigt),
der in dieser Stellgliedeinheit eingebaut ist, wird im voraus eingestellt.
Die (nicht gezeigte) lineare Skala ist im Inneren der Einheit vorgesehen.
Ferner liegt der (nicht gezeigte) bewegliche Körper von einer oberen Oberfläche des
Stellgliedes 100b nach außen frei.
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Anschließend wird eine Spindeleinheit 1100 an
einem oberen Abschnitt des beweglichen Körpers des Stellgliedes 100b für die Bewegung
in X-Achsen-Richtung
angebracht. In der Spindeleinheit 1100 sind ein Mikromotor 1200 und
eine Spindel 1300 parallel zueinander angeordnet und mit
einem Halteblock 1100a aneinander befestigt. Eine Riemenscheibe 1201 ist
an einer Welle des Mikromotors 1200 angebracht. Ferner
ist eine Riemenscheibe 1301 am Spindelschaft angebracht.
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Ein Riemen 1102 ist zwischen
der am Mikromotor 1200 angebrachten Riemenscheibe 1201 und der
an der Spindel 1300 angebrachten Riemenscheiben 1301 gespannt.
Eine Drehzahl der Spindel 1300 kann erhöht oder gesenkt werden durch Ändern eines
Durchmessers der Riemenscheibe 1201 für den Mikromotor 1200.
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Die Drehzahl des Mikromotors 1200 beträgt 15.000
min–1.
Die Nennleistung beträgt
etwa 1,5 W.
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15 ist
eine Querschnittsansicht, die die Konstruktion der Spindel 1300 zeigt.
Das Bezugszeichen 1302 zeigt ein Spannfutter. Das Spannfutter 1302 umfasst
vier Stücke
einer Spaltklaue 1303 und eine Halteschraube 1304.
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Dieses Spannfutter 1302 kann
ein Werkstück W
mit einem Durchmesser von bis zu 2 mm halten. Eine Hülse 1305 der
Spindel 1300 ist durch Miniaturkugellager 1306, 1306 (mit
einem Innendurchmesser von 4,0 mm und einem Außendurchmesser von 8,0 mm)
unterstützt
und innerhalb eines Gehäuses 1307 aufgenommen.
Um ferner Beschränkungen
bezüglich
der Länge
eines Werkstücks
zu eliminieren, ist die Seite der Riemenscheibe 1301 nach
außen
vorgestreckt.
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Ferner ist auf dem Bett 1001 eine
Auflageschienenbasis 1400 vorgesehen. Ein Bit 1401 ist
an der Auflageschienenbasis 1400 mit einer Schraube befestigt.
Dieses Bit 1401 ist aus verschiedenen Materialien gefertigt,
wie z. B. einer ultraharten Legierung, Diamant oder einem Hochgeschwindigkeitsstahl.
Eine Spitze des Bits 1401 befindet sich in der gleichen
Höhe wie
das Drehzentrum der Spindel 1300.
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16 ist
ein Blockschaltbild, das eine Ansteuerungseinheit 1500 für die kompakte
Drehbank 1000 zeigt. Diese Ansteuerungseinheit 1500 umfasst hauptsächlich einen
Personalcomputer 1501 zum Bereitstellen von NC-Regelungen und PC-Regelungen über die
kompakte Drehbank 1000, einen Ansteuerungsabschnitt 1502 für ein piezoelektrisches Element,
und einen Gleichstromversorgungsabschnitt 1503. Das Verfahren
zum Ansteuern der Stellglieder 100a und 100b ist
das gleiche wie in Ausführungsform
1. Das heißt,
ein Signal vom Personalcomputer 1501 wird vom Ansteuerungsabschnitt 1502 für das piezoelektrische
Element verstärkt,
um die Stellglieder 100a, 100b anzusteuern. Der
Personalcomputer 1501 sorgt für Positionsregelungen entsprechend
einem Rückkopplungssignal
von der auf der Z-X-Achse
vorgesehenen linearen Skala.
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Der Gleichstromversorgungsabschnitt 1503 liefert
Strom zum Mikromotor 1200. Der Personalcomputer 1501 führt Leistung
zu oder schaltet diese ab. Es ist zu beachten, dass eine zu diesem
Zweck verwendete Stromquelle vier Stücke von einzelnen 3-V-Zellen
umfassen kann.
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Mit der kompakten Drehbank 1000,
die die obenbeschriebene Konfiguration aufweist, wurde eine Messung
durchgeführt,
wobei die Größe 32 mm (Länge) × 25 mm
(Tiefe) × 30,5
mm (Höhe)
betrug. Das Gewicht betrug etwa 100 g. Im Vergleich zu einer Universaldrehbank
beträgt
die Abmessung etwa 1/50, wobei das Gewicht etwa 115000 bis 1/10000 beträgt, wobei
eine wesentliche Reduktion des Gewichts sowie der Größe verwirklicht
wurde.
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Ferner war auch die spezifische Anordnung der
Spindel 1100 bei der Größenreduktion
effektiv. 17A ist eine
erläuternde
Ansicht, die die allgemeine Anordnung der Komponenten (Spindeleinheit 1100,
Z-X-Achsen-Stellglied 100,
und Auflageschienenbasis 1400) der kompakten Drehbank 1000 zeigt. 17B ist eine erläuternde
Ansicht, die die allgemeine Anordnung einer Drehbank auf der Grundlage eines
Systems zeigt, in welchem eine Auflageschienenbasis bewegt wird.
In dieser kompakten Drehbank 1000 ist die Spindel 1100 auf
dem Z-X-Achsen-Stellglied 100 montiert, so dass in einem
Fall, in dem jede der Komponenten eine identische Größe aufweist,
die Bodenfläche
wesentlich reduziert werden kann im Vergleich zu dem in 17B gezeigten Fall.
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Anschließend wurde ein Messingmaterial
mit einem Außendurchmesser
von 2 mm auf dieser Kompaktdrehbank 1000 befestigt, wobei
eine Schneidoperation unter den Bedingungen einer Drehzahl der Spindel
von etwa 10.000 min–1, einer Vorschubgeschwindigkeit
von etwa 10 μm/s
und einer Schneidrate von etwa 30 μm durchgeführt wurde. Anschließend wurde
die Rauheit einer Schnittfläche
gemessen, wobei festgestellt wurde, dass die maximale Flächenrauheit
etwa 1,5 μm
betrug. Nach der Bearbeitung wurde keine große Schwellung in einem Bereich
von etwa 1,8 mm erkannt. Ferner wurde die Kreisförmigkeit des Schnittabschnitts
gemessen, wobei festgestellt wurde, dass die Kreisförmigkeit
etwa 2,5 μm
betrug. Diese numerischen Werte zeigen, dass diese kompakte Drehbank
eine Bearbeitungsgenauigkeit äquivalent
zu derjenigen einer Universaldrehbank aufweist.
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Ferner wurde das Schneiden unter
den gleichen Bearbeitungsbedingungen wiederholt, wobei eine Nadel
mit einem Durchmesser von 60 μm
bearbeitet werden konnte. Der Leistungsverbrauch betrug etwa 1,6
W, selbst für
eine Schnittrate von 200 μm. Im
Gegensatz hierzu liegt der Nennleistungsverbrauch eines Motors,
der allgemein für
eine Universaldrehbank verwendet wird, in einem Bereich von 735
W bis 1.470 W. Aus den obenbeschriebenen Gründen wird deutlich, dass der
Leistungsverbrauch dieser kompakten Drehbank 1000 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Bereich von etwa 1/500 bis 1/1000 desjenigen
der Universaldrehbank liegt.
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Es ist zu beachten, dass, obwohl
das Stellglied 100 gemäß der Ausführungsform
1 in der Ausführungsform
4 verwendet wurde, diese Ausführungsform
nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel kann
das in Ausführungsform
3 beschriebene rotierende Stellglied 300 verwendet werden,
um einen Trennungstisch zu bilden. Auch diese kompakte Drehbank
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann nicht nur in industriellen Maschinen wie z. B. einem
Bearbeitungszentrum oder einem Roboter verwendet werden, sondern
auch in elektrischen Haushaltsgeräten.
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Wie oben beschrieben worden ist,
umfasst das Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung eine erste Verschiebungseinheit, die eine Position desselben
bezüglich
einer Führung
durch Verschieben fixieren oder ändern
kann; eine zweite Verschiebungseinheit, die mit der ersten Verschiebungseinheit
verbunden ist und in wenigstens einer Richtung verschiebt, die verschieden
ist von derjenigen, in der die erste Verschiebungseinheit verschiebt;
gekennzeichnet durch einen Halter, der die zweite Verschiebungseinheit
auf der Führung
mit einer Kraft hält,
die schwächer
ist als eine Kraft der ersten Verschiebungseinheit zum Fixieren
der ersten Verschiebungseinheit bezüglich der Führung, und der sich entsprechend
der Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit bewegt, so dass
der Halter durch Verschieben der zweiten Verschiebungseinheit in dem
Zustand, in dem die erste Verschiebungseinheit fixiert ist, bewegt
werden kann. Nachdem der Halter bewegt worden ist, kann die erste
Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition zurückgestellt werden, woraufhin
die zweite Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition zurückgestellt
wird. Aus diesem Grund ist eine Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten
möglich.
Ferner kann das Stellglied leicht konstruiert werden, so dass es
leicht in seine Größe reduziert
werden kann, wobei das Ansteuerungsverfahren ebenfalls einfach ist.
Ferner sind nur zwei Verschiebungseinheiten erforderlich, so dass
eine für
die Verschiebung benötigte
Energiemenge klein ist.
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Das Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Führung,
in der zwei Führungsschienen
in einem gewissen Abstand voneinander vorgesehen sind; eine erste
Verschiebungseinheit, die zwischen den Führungsschienen dieser Linearführung vorgesehen
ist und zwischen den Führungsschienen
durch Verschiebung fixiert wird; eine zweite Verschiebungseinheit,
die in einer Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung dieser
ersten Verschiebungseinheit verschiebt; und einen Halter, der die
erste Verschiebungseinheit mit der zweiten Verschiebungseinheit
verbindet, die zweite Verschiebungseinheit zwischen den Führungsschienen
mit einer Kraft hält,
die schwächer
ist als eine Kraft der ersten Verschiebungseinheit zum Fixieren,
und sich gemäß der Verschiebung
der zweiten Verschiebungseinheit bewegt, so dass der Halter durch
Verschieben der zweiten Verschiebungseinheit in dem Zustand, in dem
die erste Verschiebungseinheit fixiert ist, bewegt werden kann.
Nachdem der Halter bewegt worden ist, kann die erste Verschiebungseinheit
in die Ausgangsposition zurückgestellt
werden, woraufhin die zweite Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition zurückgestellt
wird. Aus diesem Grund ist eine Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten
möglich. Ferner
kann das Stellglied leicht konstruiert werden, so dass es leicht
in seine Größe reduziert
werden kann, wobei das Ansteuerungsverfahren ebenfalls einfach ist.
Ferner sind nur zwei Verschiebungseinheiten erforderlich, so dass
eine für
die Verschiebung benötigte
Energiemenge klein ist.
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Im Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Haltekraft des Halters eingestellt durch Einstellen eines
Raumes zwischen den Führungsschienen
der Linearführung.
Diese Haltekraft bewirkt die Bewegung, so dass die Bewegungscharakteristiken
des Stellgliedes frei eingestellt werden können.
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Im Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein elastischer Körper
auf wenigstens einer der Führungsschienen
vorgesehen, um die Führungsschiene
mit einer Druckkraft zu beaufschlagen. Mit dieser Konfiguration
kann die Haltekraft des Halters leicht eingestellt werden.
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Im Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Verschiebungseinheit auf wenigstens einer der Führungsschienen
vorgesehen, um auf die Führungsschiene
durch Verschiebung dieser Verschiebungseinheit eine Druckkraft auszuüben. Da sich
die Verschiebungseinheit unmittelbar ver schieben kann, kann eine
Haltekraft des Halters unmittelbar eingestellt werden.
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Das Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Zyklusverschiebungs-Befehlseinheit zum Ausgeben
eines zyklischen Verschiebungsbefehls an die erste Verschiebungseinheit
und ferner zum Ausgeben eines zyklischen Verschiebungsbefehls mit
einer Phasen, die verschieden ist vom zyklischen Verschiebungsbefehl
für die
erste Verschiebungseinheit, an die zweite Verschiebungseinheit; und
eine Bewegungsratenauflösungs-Änderungseinheit zum Ändern einer
Auflösung
für eine
Bewegungsrate durch Ändern
der Phasendifferenz, so dass eine feine Verschiebungssteuerung mit
einer beliebigen Auflösung
durchgeführt
werden kann.
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Das Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Zyklusverschiebungs-Befehlseinheit zum Ausgeben
eines zyklischen Verschiebungsbefehls an die erste Verschiebungseinheit
und ferner zum Ausgeben eines zyklischen Verschiebungsbefehls mit
einer Phasen, die verschieden ist vom zyklischen Verschiebungsbefehl
für die
erste Verschiebungseinheit, an die zweite Verschiebungseinheit; und
eine Bewegungsgeschwindigkeits-Änderungseinheit
zum Ändern
einer Bewegungsgeschwindigkeit durch Ändern des Zyklus, so dass leicht
eine beliebige Bewegungsgeschwindigkeit erhalten werden kann.
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Das Verfahren zum Ansteuern eines
Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schritt zum Fixieren einer Position desselben gegenüber einer
Führungsschiene
durch Verschieben der ersten Verschiebungseinheit; einen Schritt des
Verschiebens der zweiten Verschiebungseinheit und ferner des Bewegens
des Halters im Zusammenhang mit der Verschiebung der zweiten Verschiebungseinheit;
einen Schritt des Zurückstellens
der ersten Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition; und einen
Schritt des Zurückstellens
der zweiten Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition und des
Bewegens der ersten Verschiebungseinheit im Zusammenhang mit der
Rückkehrbewegung
der zweiten Verschiebungseinheit. Mit dieser Konfiguration ist eine
Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten möglich. Ferner ist das Ansteuerungsverfahren
sehr einfach.
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Das Verfahren zum Ansteuern eines
Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schritt des Verschiebens der zweiten Verschiebungseinheit
und ferner des Bewegens der ersten Verschiebungseinheit im Zusammenhang
mit der Verschiebung; einen Schritt des Fixierens einer Position
derselben gegenüber
den Führungsschienen durch
Verschieben der ersten Verschiebungseinheit; einen Schritt des Zurückstellens
der zweiten Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition und ferner
des Bewegens des Halters im Zusammenhang mit der Rückkehrbewegung
der zweiten Verschiebungseinheit; und einen Schritt des Zurückstellens der
ersten Verschiebungseinheit in die Ausgangsposition. Mit dieser
Konfiguration ist eine Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten
möglich.
Ferner ist das Ansteuerungsverfahren sehr einfach.
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Das Verfahren zur Ansteuerung eines
Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schritt des Ausgebens eines zyklischen Verschiebungsbefehls
an die erste Verschiebungseinheit; und einen Schritt des Ausgebens
eines zyklischen Verschiebungsbefehls mit einer Phasendifferenz
gegenüber
dem zyklischen Verschiebungsbefehls, der an die erste Verschiebungseinheit
ausgegeben wird, an die zweite Verschiebungseinheit. Mit dieser
Konfiguration ist eine Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten
möglich.
Ferner ist das Ansteuerungsverfahren sehr einfach.
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Das Verfahren zur Ansteuerung eines
Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schritt des Änderns einer Auflösung für eine Bewegungsrate
durch Ändern
der Phasendifferenz. Mit dieser Konfiguration kann eine feine Verschiebungssteuerung
mit einer beliebigen Auflösung durchgeführt werden.
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Das Verfahren zur Ansteuerung eines
Stellgliedes gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schritt der Änderung einer Bewegungsgeschwindigkeit
durch Ändern
des Zyklus. Mit diesem Schritt kann eine beliebige Bewegungsgeschwindigkeit
einfach erhalten werden.
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Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeichnet ein Programm auf, das einen Computer veranlasst,
ein Stellgliedansteuerungsverfahren wie oben beschrieben auszuführen. Wenn ein
Stellglied mit dem obenbeschriebenen Programm angesteuert wird,
ist eine Bewegung durch zwei Verschiebungseinheiten möglich. Ferner
ist das Ansteuerungsverfahren einfach. Außerdem kann eine feine Verschiebungssteuerung mit
einer beliebigen Auflösung
bewerkstelligt werden, wobei eine beliebige Bewegungsgeschwindigkeit leicht
erreicht werden kann.
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Die kompakte Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet das Stellglied, wie oben beschrieben worden
ist, als Bewegungseinheit, so dass die Größe der gesamten Werkzeugmaschine
reduziert werden kann.
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Die kompakte Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet ein Stellglied, wie oben beschrieben worden
ist, als Bewegungseinheit, um wenigstens die Spindelseite mit der
Bewegungseinheit zu bewegen, wobei die Auflageschienenseite fixiert
ist. Mit dieser Konfiguration kann die Bodenfläche kleiner gemacht werden
im Vergleich zu derjenigen einer Werkzeugmaschine, in der die Auflageschienenseite
bewegt wird.
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Die vorangehende Beschreibung ist
lediglich beispielhaft, wobei für
Fachleute klar ist, dass Modifikationen vorgenommen werden können, ohne
vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.