TW521023B - Method and apparatus for correcting positional deviation of finite linear rolling guide - Google Patents

Method and apparatus for correcting positional deviation of finite linear rolling guide Download PDF

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TW521023B
TW521023B TW091101685A TW91101685A TW521023B TW 521023 B TW521023 B TW 521023B TW 091101685 A TW091101685 A TW 091101685A TW 91101685 A TW91101685 A TW 91101685A TW 521023 B TW521023 B TW 521023B
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deviation
guide
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Kazushi Kawatsu
Yukio Serizawa
Katsuji Gakuhari
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Toshiba Machine Co Ltd
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Description

521023 A7 B7 五、發明説明(彳) 發明背景 發明領域 本發明相關於用來引導一可移動體例如工具機的機台 或鞍座的有限線性滾動導件。更明確地說,本發明相關於 甩來執行一較正操作的方法及設備,用來在可移動體對於 有限線性滾動導件的相對位置在可移動體繼續往復運動之 下逐漸改變而使有限式滾動導件從適當位置偏移時,使可 移動體與有限式滾動導件之間的相對位置關係回至常態位 置關係。 習知技術的敘述 用於可移動體例如工具機的機台及鞍座的導件包含滑 動線性導件,靜態空氣壓力線性導件,靜態油壓線性導 件,及有限線性滾動導件。在這些導件中,有限式滾動導 件可確保機器的剛性,並且有限線性滾動導件所需的輔助 設施的數量小於靜態壓力導件所需者,使得有限式滾動導 件對於機器的空間節省很有效,並且被有效地使用成爲超 精密機器元件。因此,有限線性滾動導件經常被使用成爲 小型超精密精加工機器的引導機器元件。
圖7顯示日本專利特許公開第2000-202727號中所揭示 的傳統有限線性滾動導件的例子。在圖7中,工具機的機 床1形成有V形凹槽2,並且滾動導件3被設置成爲分別沿 著V形凹槽2的傾斜表面延伸。在成爲可移動體4的機台4 的底部表面上,形成有滑動部分5,其每一個具有相應於V 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 4- 521023 A7 _B7___ 五、發明説明(2) 形凹槽2中的相應的一個的形狀。滑動部分5的每一個被 設計來接觸滾動導件3中相應的一個.。 此有限線性式滾動導件3的每一個包含由一扣持件及 一滾子的組合所構成的軸承。一般而言,滾動導件3的每 一個在不被固定之下只被支撐在V形凹槽2中相應的一個 上。 因此,如果機台4移動,則會造成滾動導件3於與機 台4的移動方向相反的方向成整體地逐漸移動的現象。如 果機台4的往復運動長時間繼續,則機台4與滾動導件3 之間的相對位置關係的偏差逐漸增加。如果不管此位置偏 差,則在某些情況中,機台4最後會從滾動導件3掉落。 爲防止滾動導件3的位置偏差,操作者監視機器的操 作,並且當滾動導件3的位置偏差增加至某一程度時,操 作者停止機器的操作,並且手動地移動及調整機台4,以使 滾動導件3與機台4之間的相對位置關係回至常態位置關 係。也已知有可調整滾動導件沿著V形凹槽的位置的機械 定位機構。 但是,如果操作者必須手動地調整滾動導件3的位置 偏差,則操作者必須始終待命來準備應付上述的問題。因 此,在需要大量時間來完成用於工件的製程的超精密機械 加工的情況中,有不可能實現無須人伴隨的操作的問題。 另外,在使用線性滾動導件的超精密精加工機器中, 可移動體例如機台的進給率在提高效率的要求下增加。近 年來,進給率一般爲大約l〇m/min (公尺/分鐘)。但是, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 521023 A7 B7 五、發明説明(3) 在可移動體的.往復運動中,可移動體於接近行程的移動率 高,而可移動體於退回行程的移動率低。因此’由於在接 近與退回行程中的移動率之間的大差異,滾動導件3的位 置偏差比在傳統機器中大。 另外,如果滾動導件3設置有位置調整機構’則此位 置調整機構必須有齒條,小齒輪,及動滑車,並且在定位 期間造成大振動,使得有此種位置調整機構不能被應用於 超精密精加工機器的問題。 發明槪說 因此,本發明的目的爲消除上述問題,並且提供一種 有限線性滾動導件偏差校正方法及設備,其可在如果相對 位置的偏差增加之下偵測滾動導件與可移動體之間的相對 位置關係,並且自動地執行校正操作來使相對位置關係回 至常態位置關係。 爲達成上述及其他目的,根據本發明的一方面,提供 一種校正方法,用來校正一有限線性滾動導件與由該有限 線性滾動導件引導的一可移動體之間的相對位置關係,該 有限線性滾動導件具有配置於該可移動體的往復運動方向 的一列多個滾動導件,該校正方法包含的步驟爲偵測該滾 動導件是否存留在於移動方向的該可移動體的兩端部的於 一向則方向的該可移動體的一端部的下方;當未測得任何 滾動導件時,判定該有限線性滾動導件的位置偏差增加; 將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向;及藉著將 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 6- 521023 A7 B7 五、發明説明(4) 該可移動體移.動至該可移動體的行程終端而校正該可移動 體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏差。 根據本發明的另一方面,提供一種校正設備,用來校 正一有限線性滾動導件與由該有限線性滾動導件引導的一 可移動體之間的相對位置關係,該設備被應用於具有一數 値控制單元及用於該可移動體的一進給機構的數値控制式 工具機,該校正設備包含一有限線性滾動導件,具有配置 於該可移動體的往復運動方向的一列多個滾動導件;偵測 機構,設置於於移動方向的該可移動體的兩端部,用來偵 測該滾動導件是否存留在於一向前方向的該可移動體的一 端部的下方;校正控制機構,用來在未測得任何滾動導件 時,判定該有限線性滾動導件的位置偏差增加,並且產生 一校正訊號來將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方 向,使得該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位 置的偏差被校正;及伺服控制機構,用來根據由該校正控 制機構提供的該校正訊號控制驅動該進給機構的一伺服馬 達。 圖式簡要敘述 從以下所給的詳細敘述及從本發明的較佳實施例的圖 式可更完全地瞭解本發明。但是,圖式並非要限制本發明 於特定的實施例,而只是爲了說明及瞭解用。 圖1爲應用根據本發明的有限式滾動導件偏差校正方 法及系統的工具機的例子的立體圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) «1
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521023 A7 B7 五、發明説明(5) 圖2爲設置有有限式滾動導件的機台的進給機構的 圖。 圖3爲圖2的機台的剖面圖。 圖4顯示機台與有限式滾動導件之間的相對位置關 係。 圖5顯示校正有限式滾動導件的位置的偏差的操作。 圖6爲顯示用來執行校正有限式滾動導件的位置偏差 的操作的程式例子的流程圖。. 圖7顯示傳統的有限式滾動導件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件對照表 1 機床 2 V形凹槽 3 滾動導件 4 機台(可移動體) 5 滑動部分 10 數値控制式精密直立精切削機 11 柱件 12 心軸頭部 13 主心軸 14 機台 15 鞍座 16 Y軸伺服馬達 17 球螺桿 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X29*7公釐) 、11 -8 - 521023 A7 —__B7 __ 五、發明説明(6) 18 球螺母 19a V形凹槽 19b V形凹槽 20 有限線性滾動導件,有限式滾動導件 21 滑動部分 22a 陡震吸收器 22b 陡震吸收器 23a 陡震吸收器 23b 陡震吸收器 24a 左端接近開關 24b 左端接近開關 25a 右端接近開關 25b 右端接近開關 26 偏差校正控制器 28 X軸伺服控制器 A 位置 S 機台行程 較佳實施例的敘述 參考圖式,以下敘述根據本發明的有限線性滾動導件 偏差校正方法及設備的較佳實施例。 圖1顯示應用本發明的數値控制式精密直立精切削機 10。此數値控制式精密直立精切削機10爲被用於零件例如 精密金屬模,光學零件,及電子零件的超精密精切削製程 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 521023 A7 _B7_ 五、發明説明(7) 的工具機。參考數字11標示柱件,並且參考數字12標示 安裝在柱件11上的心軸頭部。參考數字13標示主心軸。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖1所示,在底座座標系統中,機台14的控制軸線 爲X軸,鞍座15的控制軸線爲Y.軸,並且心軸頭部12的 控制軸線爲Z軸。在此數値控制式精密直立精切削機丄〇 中,有限式線性滾動導件被採用成爲用來進給機台14的X 軸導件及用來進給鞍座15的Y軸導件。 圖2顯示機台14的進給機構及有限式滾動導件。 在圖2中,參考數字16標示X軸伺服馬達。球螺桿17 連接於X軸伺服馬達1 6。如圖3所示,球螺桿17嚙合固定 於機台14的底部的球螺母1 8。因此,X軸伺服馬達1 6的 旋轉藉著球螺桿17及球螺母18而轉變成爲進給線性運動 而被傳送至機台14。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在鞍座15的頂部表面上,二V形凹槽19a及19b平行 延伸。V形凹槽19a及19b的每一個設置有包含一列滾子軸 承的一有限線性滾動導件20。此有限線性滾動導件20包含 多個圓柱形滾子,其由於V形凹槽19a及19b中的相應的 一個的縱向延伸的扣持件扣持。有限式滾動導件20大致上 具有與傳統的有限式滾動導件相同的構造。另外,如圖3 所示,機台14的底部形成有滑動部分27,其每一個具有相 應於V形凹槽19a及19b中相應的一個的形狀。滑動部分 2 1的每一個被設計來接觸滾動導件20中相應的一個。 在圖2中,機台行程S爲機台14的往復運動行程。在 機台14的頂部表面上,一對陡震吸收器22a及23a ( 22b及 本紙張尺度適用中.國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -10- 521023 A7 _B7___ 五、發明説明(8) 23b)對於有限線性滾動導件20的每一個被設置在機台行 程的右及左端部的附近。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於機台14的往復運動方向的右及左端部,分別設置有 左端接近開關24a及24b以及右端接近開關25a及25b。在 此較佳實施例中,這些接近開關的每一個被設計成爲偵測 滾動導件20中的相應的一個是否存留在機台14的右及左 端部的下方。如果V形凹槽19a及19b被彼此區別而被分 別界定成爲前及後V形凹槽,則左端接近開關24a及24b 可被彼此區別而被分別界定成爲前左接近開關及後左接近 開關,並且右端接近開關25a及25b可被彼此區別而被分別 界定成爲前右接近開關及後右接近開關。來自接近開關 24a,24b,25a,及25b的輸出訊號被進給至使用程式控制 器的偏差校正控制器26。 在圖2中,參考數字27標示數値控制單元,並且參考 數字28標示根據從數値控制單元27所給的位置命令控制X 軸伺服馬達1 6的X軸伺服控制器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4顯示機台14與有限線性滾動導件20之間的相對位 置關係爲常態的情況。圖4 ( a )顯示機台14位在往復行程 S的中心位置處的狀態,並且圖4 ( b )顯示機台14已經移 動至往復行程S的右端部分的狀態。當機台1 4與有限式滾 動導件20之間的相對位置關係爲常態時,亦即當機台14 被適當地放置在成列的有限線性滾動導件20上時,左端接 近開關24a,24b及右端接近開關25a ’ 25b被打開,因爲滾 動導件20始終被配置在這些接近開關的下方。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X297公釐) -11 - 521023 A7 ____B7_ 五、發明説明(9) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面.,圖5 ( a )顯示機台14與有限線性滾動導件 20之間的相對位置關係不正常的情況。亦即,圖5 ( a )所 顯示的狀態爲在隨著機台14重複地往復運動而使有限線性 滾動導件20的位置偏差增加之後.,機台14過度靠近滾動 導件20的右端。在此狀態中,滾動導件20不存在於右端 接近開關25a及25b的下方,使得右端接近開關25a及25b 關閉。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如果右端接近開關25a及.25b如此地被關閉,並且如果 偏差校正控制器26偵測到滾動導件20的位置偏差變大, 則偏差校正控制器26使機台14快速地移動至由圖5 ( b ) 中的虛線所示的位置A,然後改變進給率至一降低的進給 率,以將機台14從位置A進一步移動至行程的左端。成列 的有限線性滾動導件20跟隨機台14的快速及減速的進給 而移至左側,並且其一端接觸陡震吸收器22a及22b而平滑 地停止。然後,藉著減速進給將機台14移動至行程終端, 機台1 4與有限線性滾動導件20之間的相對位置關係可回 至常態狀態。因爲滾動導件20的位置偏差可只是藉著如此 地移動機台1 4而被校正,所以與傳統系統不同,不須提供 任何機械機構來修正滾動導件20的位置,並且可合適地將 有限線性滾動導件20應用於此較佳實施例的超精密精加工 機。 並且,如果機台14過度接近成列的滾動導件20的左 端,則偏差校正操作相同,除了機台的進給方向相反之 外。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公楚) ~" -12- 521023 A7 B7 五、發明説明(1(] 圖6顯示巨程式的例子,其中校正位置偏差的上述操 作成爲命令被結合在N C程式內。如果校正位置偏差的操作 的命令被放置在NC程式的適當區塊中,則當加工持續預定 時間時,機台14與滾動導件20之間的相對位置的偏差可 如下所述地被自動修正。 首先,如果校正位置偏差的操作的命令被執行,則判 定滾動導件20是否偏移成爲不存留在左端接近開關24a, 24b及右端接近開關25a,25b的任何開關的下方(步驟 S10 )。如果所有的開關維持打開(在步驟 S10處爲 「否」),則判定「沒有任何」滾動導件20存在未被建 立,使得判定並未造成位置偏差。然後,校正位置偏差的 操作結束。 另一方面,例如,如果前右接近開關25a及後右接近開 關25b由於成列的滾動導件20如圖5 ( a )所示地過度移動 至左側的事實所造成的結果而被關閉,則常式從步驟S 1 1 進至步驟S12且從步驟S13進至步驟S14,使得右偏差指示 暫存器被設定成爲具有1的値。然後,被偵測到滾動導件 20有位置偏差的機台14的位置被儲存(步驟S19)。 隨後,在步驟S20處,因爲右偏差指示暫存器的値爲 1,所以偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28,以藉著快速進給而將機台14移動至由虛線顯示的位置 A。然後,偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28,以將進給率改變成爲低速率,並且將機台_ 14從位置A 移動至行程的左端。在成列的滾動導件20與機台14之間 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨«· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 521023 A7 _B7_ 五、發明説明(彳) 的相對位置關.係如此地被修正爲常態狀態之後,機台14回 至如圖5 ( a )所示的修正位置偏差的操作之前的位置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 類似地,如果前左接近開關24a及後左接近開關24b由 於成列的滾動導件過度移動至左側的事實所造成的結果而 被關閉,則常式從步驟S15進至步驟S16且從步驟S17進 至步驟S 1 8,使得左偏差指示暫存器被設定成爲具有1的 値。然後,被偵測到滾動導件20有位置偏差的機台14的 位置被儲存(步驟S19)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隨後,在步驟S23處,因爲左偏差指示暫存器的値爲 1,所以偏差校正控制器26提供訊號給X軸伺服控制器 28,以藉著快速進給而將機台14移動至行程右端的前方。 然後,偏差校正控制器26產生訊號來將進給率改變成爲低 速率,並且將機台14移動至行程的左端。如此,成列的滾 動導件20與機台1 4之間的相對位置關係被修正爲常態狀 態。另外,根據上述的程式,例如,即使是只有前右接近 開關由於只有在前V形凹槽1 9a中的成列滾動導件20偏移 的事實所造成的結果而被關閉,修正位置偏差的操作被設 計成爲被類似地執行。 如果修正位置偏差的操作如此地成爲命令被結合在工 作程式內,則當造成位置偏差時,回至常態位置關係的修 正操作在不須操作者的監視之下被自動地執行。因此,甚 至是在需要大量時間來加工工件的超精密加工的情況中, 也可在不憂慮滾動導件的位置偏差之下執行不須有人伴隨 的自動加工。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -14- 521023 A7 B7 五、發明説明(^ 如上所述,根據本發明,如果滾動導件與可移動體之 間的相對位置的偏差增加,則此可被測得而自動地執行使 相對位置關係回至常態位置關係的校正操作。 雖然已經就較佳實施例來敘述本發明以方便對其有更 加的瞭解,但是應瞭解在不離開本發明的原理之下可以各 種不同的方式來實施本發明。因此,本發明應被暸解成包 含可在不離開由附隨的申請專利範圍所界定的本發明的原 理之下實施本發明的所有可能的實施例以及對所示實施例 的修正。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) -15-

Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 第09 1 1 0 1 685號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年11月T 日修正 k 一種用來校正有限線性滾動導件與由其所引導的可移 動體之間的相對位置關係之校正方法,該有限線性滾動導 件具有配置於該可移動體的往復運動方向的一列多個滾動 導件,該校正方法包含以下步驟: 偵測該滾動導件是否存留在於移動方向的該可移動體 的兩u而部的於一*向則方向的該可移動體的一'端部的下方, 當未測得任何滾動導件時,判定該有限線性滾動導件 的位置偏差增加; 將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向;及 藉著將該可移動體移動至該可移動體的行程終端而校 正該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏 差。 2.如申請專利範圍第1項所述的校正方法,其中該可移 動體是在強制地限制在該行程終端的附近的末端列的滾動 導件於與該可移動體相同的方向移動之下被移動。 3 .如申請專利範圍第1項所述的校正方法,其中該可移 動體是以一*局進給率移動以到達一*預定速率改變點處,然 後以一低進給率移動至該行程終端。 4. 一種用來校正有限線性滾動導件與由其所引導的可移 動體之間的相對位置關係之校正設備,該設備被應用於具 有一數値控制單元及用於該可移動體的一進給機構的數値 本紙張尺度適用中關家標準(CNS )八4驗(21GX297公釐) ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I ------訂------.Aw L%! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521023 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 控制式工具機,該校正設備包含: (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 一有限線性滾動導件,具有配置於該可移動體的往復 運動方向的一列多個滾動導件; 偵測機構,設置於於移動方向的該可移動體的兩端 部,用來偵測該滾動導件是否存留在於一向前方向的該可 移動體的一端部的下方; 校正控制機構,用來在未測得任何滾動導件時,判定 該有限線性滾動導件的位置偏差增加,並且產生一校正訊 號來將該可移動體的移動方向改變成爲於向後方向,使得 該可移動體與該有限線性滾動導件之間的相對位置的偏差 被校正;及 伺服控制機構,用來根據由該校正控制機構提供的該 校正訊號控制驅動該進給機構的一伺服馬達。 5. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備,另外包含一 陡震吸收器,用來強制地限制在行程終端的附近的末端列 的滾動導件於與該可移動體相同的方向移動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備,其中該校正 控制機構產生指示該可移動體以一高進給率移動以到達一 預定改變點處且然後以一低進給率移動至行程終端的訊 號。 7. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備,其中該校正 控制機構儲存在該滾動導件不存在於該可移動體的該一端 部的下方的位置上的資訊,並且在校正完成時產生指示該 可移動體回至偵測位置的訊號。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X297公釐) -2 - 521023 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備,其中界定用 來校正該有限線性滾動導件的位置偏差的程序的一巨指令 被結合在由該數値控制單元執行的一 NC程式內。 9. 如申請專利範圍第4項所述的校正設備,其中該可移 動體爲數値控制式精密工具機的機台或鞍座。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -3-
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