EP0479974A1

EP0479974A1 - Führungsvorrichtung mit messeinrichtung

Info

Publication number: EP0479974A1
Application number: EP19910907256
Authority: EP
Inventors: Hans-Martin Schneeberger
Original assignee: W SCHNEEBERGER AG MASCHINENFABRIK
Current assignee: W SCHNEEBERGER AG MASCHINENFABRIK
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1992-04-15
Also published as: JPH04506868A; WO1991016594A1; CH686322A5

Description

Führungsvorrichtung mit Messeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung mit paarweise in einer Führungsrichtung beweglich aneinander geführten Führungskörpern, von denen ein erster als Füh¬ rungsschiene für den zweiten ausgebildet ist, und mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Bewegung der Führungskörper zueinander in Führungsrichtung, wobei die Messeinrichtung zwei zusammenwirkende Messteile umfasst, ein erster dieser beiden Messteile als Massverkörperung ausgebildet und am ersten Führungskörper angeordnet ist, und der zweite Messteil als mit der Massverkörperung zu¬ sammenwirkender Messkopf ausgebildet ist. Führungsvorrichtungen mit Messeinrichtung sind an vielen Maschinen, beispielsweise an Werkzeugmaschinen vorgesehen. Beispiele davon sind unter anderem in DE-C- 2712421, DE-C-2900113, DE-3443399, DE-A-3613755, DE-C- 3722518, CH-A-309608 oder EP-A-0030047 zu finden. Bei dieser Art von Führungsvorrichtungen sind die Messteile von den Führungskörpern unabhängig und sie werden separat davon hergestellt. An der Maschine, beispielsweise am Maschinengestell und an einem beweglichen Schlitten der Maschine, werden die Führungskörper und die Messteile beim Maschinenbau getrennt montiert und ausgerichtet. Deshalb sind beim Maschinenbau und auf der Maschine be¬ sondere Massnahmen erforderlich, um die Führungskörper und die Messteile miteinander in Beziehung zu bringen. Insbesondere müssen an der Maschine, an den Mesεteilen und an den Führungskörpern besonders bearbeitete Montage¬ flächen sowie geeignete Justier- und Haltemittel vorgese¬ hen und eingestellt werden, was alles sehr aufwendig ist.

Eine Führungsvorrichtung mit Messeinrichtung, bei ' welcher einer der Messteile von einem der Führungskörper nicht unabhängig ist, ist beispielsweise aus AT-B-383212 bekannt. Bei dieser Führungsvorrichtung ist die Massver- körperung an einer Führungsschiene angeordnet.

In einer ersten Variante der Führungsvorrichtung nach AT-B-383212 ist die Massverkörperung in einem Gleit¬ belag eingebettet, der auf die Führungsschiene aufge- bracht ist. In einer zweiten Variante der Führungsvor¬ richtung nach AT-B-383212 ist die Massverkörperung zwi¬ schen der Führungsschiene und dem Gleitbelag eingebettet, also an der Führungsschiene angebracht und vom Gleitbelag überdeckt. Nachteilig ist bei dieser Lösung nach AT-B-383212 zunächst, dass sie die Präzision der Führungsvorrichtung rechtwinklig zur Führungsrichtung beeinträchtigt, weil zwischen den Führungskörpern ein Gleitbelag liegt, dessen Dicke nicht unerheblich ist und der aufgrund seines Mate- rials nicht so hochpräzis und formbeständig bearbeitbar ist wie die Führungskörper selbst.

Nachteilig ist bei dieser Lösung nach AT-B-383212 ausserdem, dass die Kraftübertragung zwischen den Füh¬ rungskörpern (beispielsweise bei der Abstützung eines Maschinenschlittens auf ein Maschinengestell über die

Führungsvorrichtung) über den Gleitbelag erfolgt, was zur Folge hat, dass der Gleitbelag durch Presswirkung und Verschleiss beansprucht wird, was die Präzision der Füh¬ rungsVorrichtung ebenfalls in Führungsrichtung beein- trächtigt.

Nachteilig ist bei dieser Lösung nach AT-B-383212 auch noch, dass der Gleitbelag nicht unabhängig vom be¬ treffenden Führungskörper bearbeitbar ist, d.h. die Kon¬ struktion, Herstellung und gegebenenfalls Nachbearbeitung der Massverkörperung ist von der Konstruktion, Herstel¬ lung und gegebenenfalls Nachbearbeitung der Führungs¬ schiene und insbesondere ihrer Gleitfläche nicht unabhän¬ gig.

Schliesslich wird in AT-B-383212 vorgeschlagen, den Messkopf an dem auf der Führungsschiene geführten Schlit¬ ten anzuordnen, was aber bedeutet, das der zur Massver- körperung passende Messkopf und der auf der Führungs¬ schiene gleitende Führungskörper voneinander unabhängig sind, worauf sich bezüglich des Messkopfes und des zwei¬ ten Führungskörpers die bereits erwähnten Nachteile des vorangehend zitierten Stands der Technik einstellen. Aus- serdem ist eine solche Anordnung in der Praxis nicht sinnvoll. Ueblicherweise wird bei Gleitführungen im Ma¬ schinenbau das längere Teil des Führungspaares (in AT-B- 383212 die Führungsschiene) aus hartem und verschleissfe- stem Werkstoff mit der erforderlichen Führungsgenauigkeit gefertigt, während das kürzere Teil des Führungspaares (in AT-B-383212 der Schlitten) aus dem weicheren Gleit¬ werkstoff gefertigt und bei Verschleiss nachgestellt wird. Nachteilig ist also bei der Lösung nach AT-B- 383212, dass der Gleitbelag auf der Führungsschiene an¬ geordnet ist: der Verschleiss des Gleitbelags ist, wegen der Länge dieses Teils des Führungspaares, nicht über diese ganze Länge gleichmässig, was das Nachstellen stark erschwert und für den Schlitten gegebenenfalls nur kurze Tischhübe zulässt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich vorteilhafte Führungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringem Auf¬ wand herstellbar, montierbar und somit im Maschinenbau verwendbar ist, ohne dass Zugeständnisse hinsichtlich der Präzision gemacht werden müssten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Führungsvorrich¬ tung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene eine Mehrzahl von Führungsflä- chen aufweist, von denen zumindest eine erste zur Abstüt¬ zung des zweiten Führungskörpers und eine zweite zur Auf¬ nahme der Massverkörperung bestimmt ist, und dass der Messkopf am zweiten Führungskörper angeordnet ist.

Die Massverkörperung kann unmittelbar auf die zweite Führungsfläche aufgebracht sein, oder sie kann auf oder in das Material eines länglichen Trägers und dieser Trä- ger auf die zweite Führungsfläche aufgebracht sein.

Die Führungsvorrichtung kann als Einschienen-Führung ausgebildet sein und mindestens einen auf dem ersten Füh¬ rungskörper geführten, als Wagen ausgebildeten zweiten Führungskörper umfassen. Beide Führungskörper können auch als aneinander geführte Führungsschienen ausgebildet sein.

Die Uebertragung von Signalen vom Messkopf zu einer Schaltungseinheit zum Auswerten dieser Signale kann op- tisch, und dabei entweder kabellos über den Luftraum oder über einen Lichtleiter, zwischen einem am Messkopf an¬ geordneten Sender und einem feststehenden, mit der Schal¬ tungseinheit elektrisch verbundenen Empfänger erfolgen. In der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung kann die Führungsrichtung ebensogut geradlinig wie kreisförmig sein. Es versteht sich, dass wenn die Führungsriehtung entlang einem Kreis liegt, die Führungsflächen rotations¬ symmetrisch sind und eine Symmetrieachse ausweisen, die rechtwinklig zu Ebene des Kreises liegt und durch dessen Zentrum geht.

Weil bei der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung die Massverkörperung an der Führungsschiene und der Mes¬ skopf am zweiten Führungskörper angeordnet ist, die bei¬ den Messteile also gewissermassen in der Führungsvorrich- tung integriert sind, braucht man an der Maschine beim Maschinenbau nur noch Bezugsflächen für die Führungskör¬ per vorzusehen. Ausserdem entfällt beim Maschinenbau die sonst mühsame gegenseitige Ausrichtung von Messteilen und Führungskörpern. Der dabei ersparte Aufwand ist überra- schenderweise sehr viel grösser, als zu erwarten war. Ein Grund dafür ist unter anderem, dass man dank der Erfin¬ dung in der Lage ist, die Führungskörper in grossen Stückzahlen aufeinander abgestimmt herzustellen, wobei auch die Integration der Messteile in die Führungskörper dank den grossen Stückzahlen rationalisierbar ist, was die Herstellung der erfindungsgemässen Führungsvorrich- tung um so wirtschaftlicher macht.

Weil andererseits bei der erfindungsgemässen Füh¬ rungsvorrichtung separate Führungsflächen zur Abstützung des zweiten Führungskörpers und zur Aufnahme der Maεsver- körperung verwendet werden, wird die Messeinrichtung von jeglicher Kraftübertragung entlastet. Die resultierende Trennung von Führungs- und Messfunktion führt zu einer bedeutenden Erhöhung der Präzision und der Verschleiss- festigkeit der Messeinrichtung. Ausserdem wird damit er- reicht, dass die Länge der messbaren Bewegungen nicht vom ihrem Prinzip her beschränkt wird.

Die Massverkörperung kann beispielsweise als op¬ tisch, magnetisch, elektrisch oder sonstwie ablesbarer Massstab erfolgen. Sehr gut eignet sich die erfindungsgemässe Führungs¬ vorrichtung zur Ausbildung als Einschienen-Führung. Bei dieser Ausbildung kann die einzige Führungsschiene mit mehreren Führungsflächen versehen sein und zu diesem Zweck einen beispielsweise polygonalen Querschnitt auf- weisen. Auf der Führungsschiene laufen ein oder mehrere Wagen, die an einer oder mehreren Führungsflächen der Führungsschiene beispielsweise über Rollkörper-Umlaufla¬ ger abgestützt sind. Als Rollkörper können beispielsweise Kugeln oder Kreuzrollen verwendet werden. Solche Ein- schienen-Führungen erlauben eine einwandfreie Führung der beiden Führungskörper aufeinander, ohne dass es weiterer Führungsteile bedürfte. Dadurch ergibt sich auch eine sehr enge Relation der Messteile zueinander, was die Prä- szsion der Messung verbessert. Ebenfalls sehr gut eignet sich die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung zur Ausbildung mit zwei aneinander geführten Führungsschienen, die beispielsweise über Roll¬ körper zusammenwirken.

Die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung läsεt sich aber auch bei anderen Kombinationen von Führungεkörpern erfolgreich einεetzen. Obschon es zur Zeit besonders vorteilhaft scheint, die Führungskörper über Rollkörper aufeinander abzustüt¬ zen, so sind aber auch andere reibungsver indernde Mass- nahmen wie Luftkissen, Magnetkissen und dergleichen ver- wendbar.

Durch die Verwendung einer optischen Uebertragung der Signale vom Messkopf zur Schaltungseinheit wird der Vorteil einer praktisch störungsfreien Uebertragung er¬ reicht, so dass der Aufwand erspart wird, der bei der Verwendung von elektrischen Kabeln nötig wäre, um die bekanntlich von Bewegungen der elektrischen Kabel erzeug¬ ten Störsignalε zu unterdrücken.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei als Beispiele angegebenen Ausführungsformen näher beschrie- ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise gebrochene, schematisch gezeichnete Perspektivdarstellung einer ersten Ausführungε- for der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung für einen Maschinentisch;

Fig. 2 eine schematisch gezeichnete Seitenansicht der Führungsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematisch gezeichnete Seitenansicht einer Führungsschiene und eines dazu benachbarten Teils eines Führungskörpers der Führungsvor¬ richtung nach Fig. 1, im Querεchnitt;

Fig. 4 eine schematisch gezeichnete Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung, ohne Vordergrund und ohne Hintergrund; und

Fig. 5 eine schematisch gezeichnete Seitenansicht der

Führungsvorrichtung nach Fig. 1 in Richtung des Pfeils V von Fig. 1, mit im Querschnitt dazuge- zeichnetem Vordergrund und Hintergrund.

In den Figuren 1 bis 3 bezeichnet M einige alterna- tiv mögliche Massverkörperungen an einer Führungsεchiene,

1 ein Maschinengestell, 2 eine Führungsschiene ohne Mass¬ verkörperung am Maschinengestell 1, 3 eine Führungsschie¬ ne mit einer Massverkörperung 30 am Maschinengestell 1, 4 je einen auf einer Führungsschiene 2 oder 3 geführten, als Wagen ausgebildeten Führungskörper ohne Messkopf, 5 einen auf der Führungsschiene 3 geführten, als Wagen aus¬ gebildeten Führungskörper mit einem Messkopf 50, 51 eini¬ ge Rollen in den Wagen 4 und 5, 6 einen mit den Wagen 4 und 5 auf den Führungsschienen 2 und 3 geführten Maschi- nentisch, 7 einen Spindelantrieb mit Motor 8 für den Ma¬ schinentisch 6, und 9 eine Schaltungseinheit zum Auswer¬ ten der Signale aus dem Messkopf 50 und zur Steuerung des Motors 8.

In den Figuren 4 und 5 bezeichnet 10 eine Führungs- εchiene an einem ersten Maschinenteil 11, 12 ein Kugel- Umlauflager, und 13 einen zweiten Maschinenteil, an dem das Kugel-Umlauflager 12 befestigt ist.

Bei der Führungsvorrichtung für einen Maschinen¬ tisch, auf welche sich die Figuren 1 bis 3 beziehen, sind auf dem Maschinengestell 1 zwei Führungsschienen 2 und 3 auf an sich bekannte Weise befestigt. Die Führungsschiene

2 hat nur eine Führungsfunktion und stützt über eine er¬ ste Führungsfläche 29 zwei einfachen Wagen 4 ab, die auch nur eine Führungsfunktion haben und von denen nur einer sichtbar ist. Auch die Führungsschiene 3 hat eine Füh¬ rungsfunktion und sie stützt über eine erste Führungsflä¬ che 39 einen einfachen Wagen 4 ab, der auch nur eine Füh¬ rungsfunktion hat, sowie einen besonderen Wagen 5 mit Messkopf 50, der weiter unten beschrieben wird. Die Führungsschiene 3 weist eine zweite Führungεflä- che 38 auf, die eine Maεεverkörperung 30 trägt. Die Wagen 4 und 5 sind auf diese zweite Führungsfläche 38 bzw. auf die Massverkörperung 30 nicht abgestützt.

Bis auf die Merkmale, die mit dem Messkopf 50 in Beziehung stehen, ist der besondere Wagen 5 gleich wie die einfachen Wagen 4 ausgebildet. Insbesondere sind in Fig. 3 die zwischen der Führungsschiene 3 und dem Wagen 5 angeordneten Rollen 51 sichtbar. Ebenfalls ist die Füh¬ rungsschiene 3 bis auf die Merkmale, die mit der Massver¬ körperung 30 in Beziehung stehen, gleich wie die Füh- rungsschiene 2 ausgebildet. Neben oder anstelle der Masε- verkörperung 30 wären auch Massverkörperungen M an den in Fig. 3 angegebenen Stellen möglich, wobei der Messkopf 50 dann entsprechend angeordnet werden müsste.

Die Wagen 4 und 5 tragen einen Maschinentisch 6, der über einen Spindelantrieb 7 von einem Motor 8 bewegbar ist (der Motor 8 ist nur in Fig. 2 sichtbar) . Die dabei hervorgerufene Bewegung wird vom Messkopf 50 auf der Massverkörperung 30 abgelesen, und das Resultat wird ei¬ ner Schaltungseinheit 9 zugeleitet, die ihrerseits den Motor 8 betätigt. Die Schaltungseinheit 9 kann in an sich bekannter Weise zu manuellen und/oder automatischen Steuerung eingerichtet sein, so dass der Vorschub des Maschinentisches 6 sicher und wie gewünscht gesteuert werden kann. Die Massverkörperung 30 kann beispielsweise unmit¬ telbar auf oder in das Material der Führungsschiene 3 bei der zweiten Führungsfläche 38 eingebracht sein, bei¬ spielsweise durch Aetzen, Aufprägen von Magnetzuständen und dergleichen. Die MassVerkörperung 30 kann aber auch in Form eines länglichen, beispielsweise bandförmigen Massstabs separat vorgesehen und dabei auf oder in daε Material eines läng¬ lichen Trägers aufgebracht sein. Dieser Träger wird dann bei der Herstellung der Führungsεchiene 3 auf deren zwei- te Führungsfläche 38 aufgebracht, beispielsweise kann der Träger durch Kleben mit dieser zweiten Führungεfläche 38 verbunden werden.

Der Messkopf 50 ist folgerichtig auf die Ausbildung der Massverkörperung 30 (optische Striche, magnetische Signale und dergleichen) abzustimmen. Die Uebertragung von Signalen vom Messkopf 50 zur Schaltungseinheit 9, in der diese Signale ausgewertet werden, kann optisch erfolgen. Dazu sind am Messkopf 50 ein Sender 52, beispielsweise eine Leuchtdiode, und an einem feststehenden Teil, beispielsweise am Maschinenge- stell 1, ein mit der Schaltungseinheit 9 elektrisch ver¬ bundener Empfänger 53, beispielsweise eine Fotodiode, vorgesehen. In einer ersten Variante erfolgt die Licht¬ übertragung zwischen dem Sender 52 und dem Empfänger 53 kabellos über den dazwischenliegenden Luftraum 54, in einer zweiten Variante erfolgt die Lichtübertragung zwi¬ schen dem Sender 52 und dem Empfänger 53 über einen Lichtleiter 54 (in Fig. 2 werden beide Varianten von dem mit 54 bezeichneten Pfeil symbolisiert) . Bekanntlich liegt ein grösser Vorteil der optischen Signalübertragung in deren Störungsfreiheit. Es wäre aber auch eine induk¬ tive Signalübertragung möglich.

In den Figuren 4 und 5 ist eine Führungsschiene 10 an einem ersten Maschinenteil 11 angebracht (dieser Ma¬ schinenteil 11 ist nur in Fig. 5 sichtbar) . Die Führungε- schiene 10 stützt sich über eine erste Führungsfläche 19 an einem Kugel-Umlauflager 12 ab, das an einem zweiten Maschinenteil 13 befestigt ist. Somit kann der Maschinen¬ teil 11 mitsamt der Führungsschiene 10 gegenüber dem Ku¬ gel-Umlauflager 12 in Längsrichtung der Führungsschiene ιo verschoben werden.

Die (nur in Fig. 5 sichtbare) Massverkörperung 100 ist an einer zweiten Führungsfläche 99 der Führungsschie¬ ne 10 angebracht, wobei diese zweite Führungsfläche 99 am Kugel-Umlauflager 12 nicht abgestützt ist. Die Massver- körperung 100 kann vom Meεskopf 14 gelesen werden, wobei dieser Messkopf 14 am Kugel-Umlauflager 12 angebracht ist. Die Zusammenwirkung des Messkopfes 14 mit der Masε- verkörperung 100 erfolgt dabei analog zu dem vorangehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Zusammenwirken des Messkopfes 50 mit der Massverkörperung 30. Statt das Kugel-Umlauflager 12 am Maschinenteil 13 zu befestigen, könnte auch eine zweite Führungsschiene der gleichen Art wie die Führungsschiene 10 vorgesehen sein, die den Messkopf 14 tragen würde und am Maschinen¬ teil 13 befestigt wäre, wobei das Kugel-Umlauflager 12 zwischen den beiden Führungsschienen angeordnet wäre. Dank der Erfindung braucht der Maschinenbauer nur mehr die entsprechenden Führungskörper 3 und 5 bzw. 10 und 12 mitsamt den daran montierten Messteilen 50 und 30 bzw. 100 und 14 einzubauen, somit braucht er nur noch die zu diesen Führungskörpern passenden Montagestellen vorzu¬ sehen. Die richtige Lage der Messteile zueinander ergibt sich dank der Erfindung von selbst und mit der benötigten Genauigkeit.

Claims

Patentansprüche

1. Führungsvorrichtung mit paarweise in einer Führungε- richtung beweglich aneinander geführten Führungskörpern

(2,3,4,5; 10,12), von denen ein erster als Führungsschie¬ ne (2,3;10) für den zweiten (4,5;12) ausgebildet ist, und mit einer Messeinrichtung (30,50,9;100,14) zur Bestimmung der Bewegung der Führungskörper zueinander in Führungs- richtung, wobei die Messeinrichtung zwei zusammenwirkende Messteile umfasst, ein erster dieser beiden Messteile als Maεsverkörperung (30;100) ausgebildet und am ersten Füh¬ rungskörper (3;10) angeordnet ist, und der zweite Mes¬ steil (50;14) als mit der Massverkörperung zusammenwir- kender Messkopf ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (2,3;10) eine Mehrzahl von Führungsflächen aufweist, von denen zumindest eine erste (29,39;19) zur Abstützung des zweiten Führungskörpers (4,5;12) und eine zweite (38;99) zur Aufnahme der Massverkörperung (30;100) bestimmt ist, und dass der Messkopf (50;14) am zweiten Führungskörper (4,5;12) angeordnet ist.

2. Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Massverkörperung unmittelbar auf die zweite Führungsfläche aufgebracht ist.

3. Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Massverkörperung auf oder in das Mate- rial eines länglichen Trägers und dieser Träger auf die zweite Führungsfläche aufgebracht ist.

4. Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Einschienen-Füh- rung ausgebildet ist und mindestens einen auf dem ersten Führungskörper (3) geführten, als Wagen ausgebildeten zweiten Führungskörper (5) umfasst.

5. Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskörper beide als aneinander geführte Führungsschienen ausgebildet sind.

6. Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebertragung von Sig- nalen vom Messkopf (50) zu einer Schaltungseinheit (9) zum Auswerten dieser Signale optisch und kabellos über den Luftraum (54) zwischen einem am Messkopf angeordneten Sender (52) und einem feststehenden, mit der Schaltungs¬ einheit elektrisch verbundenen Empfänger (53) erfolgt.

7. Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebertragung von Sig¬ nalen vom Messkopf (50) zu einer Schaltungseinheit (9) zum Auswerten dieser Signale optisch über einen Lichtlei- ter (54) zwischen einem am Messkopf angeordneten Sender (52) und einem feststehenden, mit der Schaltungseinheit elektrisch verbundenen Empfänger (53) erfolgt.