TWI571349B - 具有可移位的拖板及線性引導件的裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種包括可移位的拖板(carriage)和線性引導件的裝置。
存在有已知的以流體靜力學方式運行的線性引導件。為此目的,設置有在壓力下保持潤滑劑的凹道。已經發現,這種引導件易於受到干擾的影響,因此將難於將拖板保持在特定位置。例如,如果拖板被用於加工工件,即使較小的地面振動都會使得難於將拖板保持在特定位置,這因此妨礙了精確加工。此外,在長引導件的情況下,可達到的路徑精度是有限的。
DE 31 31 566 A1描述了一種線性引導件,該線性引導件包括流體動力導軌和流體靜力導軌,該流體靜力導軌設置成與流體動力導軌相對並因此向流體動力導軌施加載荷。對這些導軌的設計並不進行詳細描述。
本發明的目的是提出一種在技術領域部分中提到的裝置類型,在所述裝置中,拖板能夠以改進的程度精確地移動以及定位。
實現此目的裝置具有根據申請專利範圍第1項的所述
的特徵。其他的申請專利範圍描述了優選的實施方式、一種磨床以及加工工件的用途。
根據本發明的裝置包括:帶有至少一個凹道的可移位拖板,潤滑劑在壓力下保持在所述凹道中;以及島形表面,所述島形表面用於產生作用於拖板的摩擦力。這使得能夠提供流體動力滑道,對於該流體動力滑道而言,能夠通過流體靜力減壓而調節摩擦力。通過此類型的引導件,拖板能夠精確地移動和定位。
在下文中,將參考附圖,基於示例性實施方式更詳細地描述本發明,在附圖中:第1圖示出根據本發明的裝置的立體圖,其中該裝置具有兩個進給軸線X和Z;第2圖示出第1圖中的裝置的拖板的仰視圖;第3圖示出第2圖的細節圖;第4圖示出第1圖的線性引導件的一部分的立體圖,其中以局部截面圖示出拖板;第5圖示出第4圖中的那一部分線性引導件的截面側視圖;以及第6圖示出根據第1圖的裝置的剖面側視示意圖。
第1圖示出具有加工台1的裝置,所述加工台1上設置有拖板10。所述拖板可以沿一個軸線──即,這裡為Z軸──
移動,拖板的移動路徑由線性引導件20限定。在本示例中,線性引導件20實施為被自由地支承的引導件,即,它沒有被包繞,例如呈如第2圖所示的V-平面引導件,如第2圖所示。也可設想其它的引導件,例如,僅為V形引導件或僅為平面引導件。
線性引導件20包括兩個引導廓形21和22,該引導廓形21和引導廓形22沿移動軸線Z的方向延伸。各引導廓形21和22實施為例如使得所述引導廓形與加工台形成為整體,或以單獨的軌道的形式附連於加工台。用於移動拖板10的拖板驅動器設置在引導廓形21和引導廓形22之間。在本示例中,拖板驅動器實施為線性馬達的形式,該線性馬達包括:主要部分5,該主要部分5安裝在拖板10的下側並包括電繞組;以及次要部分6,該次要部分6沿移動軸線Z的方向在引導廓形21和引導廓形22之間延伸並設置有永磁體。可以通過給主要部分5中的繞組提供適當的電流來產生移動場,從而由主要部分5在次要部分6上施加推力並因此引起拖板10的移動。為了有效地耗散線性馬達在其運行期間所產生的熱,可以使用具有迴圈冷卻流體的冷卻系統,該冷卻系統可以與主要部分5和/或次要部分6相接觸。
作為線性馬達替代物,也可以使用用於移動拖板10的其他驅動器──例如旋轉驅動器,比如具有滾珠絲杠心軸的旋轉驅動器。
第2圖示出拖板10的下側,未示出拖板驅動器的主要部分5。拖板10具有兩個引導廓形11和12,引導廓形11和引導
廓形12突出於拖板10的下側並在移動時沿引導廓形21和引導廓形22滑動。第一引導廓形11具有滑動面11a,該滑動面11a中形成有凹槽(參見第3圖中的詳細視圖)。第一凹槽沿移動軸線Z延伸並用作凹道13以形成流體靜力減壓滑道。第二凹槽以“之”字形沿滑動面11a在凹道13和引導廓形11的內邊緣之間延伸。第二凹槽用作潤滑劑槽16,以形成流體動力滑道。
第二引導廓形12具有兩個滑動面12a和12b,所述滑動面12a和滑動面12b設置成按照引導廓形22的V形以一定角度傾斜,並且滑動面12a和滑動面12b類似於滑動面11a而各設置呈凹道14、15及潤滑劑槽17之形式的凹槽。形成在滑動面12a和滑動面12b中的凹道14和凹道15沿移動軸線Z延伸,使得凹槽14和凹槽15成直線排列,並且凹槽14和凹槽15用於形成類似於第一引導廓形11上的凹道13的流體靜力凹道。形成在滑動面12a和滑動面12b中的潤滑劑槽17具有沿滑動面12a和滑動面12b“之”字形路徑並與第一引導廓形11上的潤滑劑槽16相似的潤滑劑槽。
第4圖示出拖板10的詳細視圖,其中拖板10擱置於設置在台座25上的引導廓形21上。廓形21具有基本沿水平方向延伸的引導路徑,並包括第一引導路徑部分31、第二引導路徑部分32和第三引導路徑部分33。
引導路徑部分31-33設計成基本為平的並具有以不同方式構造的滑動路徑表面。
第一引導路徑部分31用作拖板10上的凹道13的封閉
物,如第5圖所示,其中第一引導路徑部分31設計成封閉的並沿台座25的邊緣以連續的形式延伸。潤滑劑可以通過拖板10中的適當的孔以及進給管線引入凹道13並可以在壓力下安置於凹道13中。
第二引導路徑部分32設計成被島形部構造中斷。島形部32也可以具有不同於在本文中示出的小塊的形狀。例如可以設想單個的島形部或全部島形部32可以連接到第一引導路徑部分31和/或連接到第三引導路徑部分33。島形部32由用於接收潤滑劑的凹槽32a所圍繞(參見第5圖)。第二引導路徑部分32用作用於滑動面11a的內部延伸有潤滑劑槽16的部分的封閉物。
第三引導路徑部分33設計成封閉的並沿台座25的邊緣以連續的方式延伸。兩個引導路徑部分31和33形成側部封閉物,使得潤滑劑不會在側部處漏出。
V形引導廓形22按照第4圖中示出的引導廓形21來設計,其中引導廓形22的兩個側面各具有呈引導路徑部分31和引導路徑部分33形式的兩個引導路徑部分,並且在所述兩個引導路徑部分之間設置有呈引導路徑部分32形式的結構性引導路徑部分。
引導路徑分31-33由耐磨材料──例如塑膠──製成。凹道13-15及潤滑劑槽16、17可以在製造拖板10時例如通過銑削和/或模制來形成。
下面,在下文中,將基於第5和6圖的示意圖對以上描述的線性引導件20的功能進行描述。由於兩個導軌11、21
和12、22以相同的方式起作用,為了簡單起見,這裡將只對一個導軌11、21的功能進行描述。
對引導件11和引導件21的法向力Fn作用於拖板10上。力Fn從以下方面獲得的:即源自拖板10的質量的重力和從附加地作用於拖板的載荷Q以及從附加的預載荷。在本示例中,此附加的預載荷由設計成線性馬達的拖板驅動器的吸引力產生。也可以由其他裝置提供附加的預載荷,例如通過設置沿重力方向作用的附加流體靜力凹道來提供附加的預載荷。
在拖板10的運行期間,凹道13填充有被置於壓力下的流體潤滑劑,例如潤滑油。這使得產生了減壓力Fe(relieving force),該減壓力Fe反作用於法向力Fn並減輕拖板10上的載荷。因此表面壓力被最小化。凹道13和引導路徑部分31因此形成以流體靜力方式減壓的滑道。當移位拖板10時,在此引導區域中,僅在潤滑劑中產生摩擦力。相應的摩擦力Fr’是可忽略的,即,Fr’0。
在兩個引導路徑部分31和33之間也加有流體潤滑劑。拖板10通過滑動面11a與第二引導路徑部分32接觸。當移位元拖板10時,在引導路徑部分32的凹槽32a中的潤滑劑的分佈由潤滑劑槽16支持。大體上,滑動面11a和引導路徑部分32形成流體動力滑道。在此引導區域中,摩擦主要在剛性表面11a和剛性表面32之間產生。相應的摩擦力Fr由法向力Fn和減壓力Fe之間的差值給出:Fr=μ.(Fn-Fe),其中μ是摩擦係數。
大體上,由於流體靜力的和以流體動力方式支承的滑道11a、13、31、33,總摩擦力F──即,F=Fr’+Frμ.(Fn-Fe)──作用於拖板10上。
為了確保凹道13-15的精確地空氣流通,可以設想在拖板10上設置噴嘴和/或節流閥,以允許潤滑劑連續地流動通過凹道13-15。因此,由於較長停留時間而在凹道13-15中的空氣例如可以被排出。要對噴嘴和/或節流閥進行選擇,使得所述流能夠盡可能的小並使得可以在凹道13-15中形成足夠大的潤滑劑壓力。
第6圖示例性示出凹道13,該凹道13以流體連接的方式(fluidically)一方面連接到進給管線45,另一方面連接到排泄管46。進給管線45連接到用於產生潤滑劑壓力的外部裝置。
總體上,可以得出以下結論:在本文中描述的線性引導件20按照具有流體靜力減壓的流體動力引導件的原理起作用。由於作用於減壓凹道13-15的壓力,降低了法向力Fn並因此降低了拖板10與引導路徑部分32之間的摩擦力Fr。
線性引導件20可以設計成靜態系統,使得減壓值一旦被設定就保持恒定。減壓力Fe的大小根據所提供的最小載荷Q來設計,最小載荷Q設置成使得引導性能(guide qualities)和所需的硬度值得到保持。如果引導件20設計成如在本示例中的被自由支承的引導件,則尤其需要確保拖板10即使在最小載荷Q下仍牢固地停留在引導廓形21和引導廓形22上。
減壓量(measure)可以由多種參數來限定,這些參數例如為凹道13-15的數量、長度和寬度、凹道13-15在拖板10上的位置以及凹道13-15中的潤滑劑壓力。可以根據這些參數的選擇以不同方式對區域進行減壓。這在例如載荷分佈Q是不對稱的情況下是必須的,所述的情況與第6圖中所示的情況相反,在第6圖中,箭頭Q表示恒定載荷分佈。
在本文中描述的線性引導件20提供以下優勢:拖板10可以精確移動到特定位置並保持在那裡。已經確定的是:基於線性引導件20產生的摩擦力Fr對干擾因素具有緩解作用。這些會例如通過拖板10上的載荷隨時間的變化而在內部引起,或者例如由於地面振動而在外部引起。由於阻尼,這些干擾因素對拖板10位置的變化沒有影響。因此就更易於調節所述裝置,以此方式使得拖板10保持在特定的位置。
將線性引導件設置為流體動力引導件和流體靜力引導件的結合物具有以下優勢:線性引導件具有改進的硬度以及改進的路徑精度,特別是當引導長度很長時是這樣。
如果將線性引導件設置成拖板驅動器,則由線性引導件20確保這兩部分5和6之間的精確距離,並且能夠精確定位拖板10。另外,可以借助於線性馬達產生高速度和加速度,並且因此拖板10能夠迅速地移動。
線性引導件20可以用於多種用途,特別是在被設計用於加工──例如通過磨削──工件的機器上使用。例如,在根據第1圖的示例中,具有工件主軸箱和尾架的工件夾具例如可以安裝在拖板10上。第1圖示出可以沿X軸線移動的
另一個拖板10’,其中引導件20’設計成類似於線性引導件20。例如,設計成類似於具有主要部分5和次要部分6的線性馬達的線性馬達5’和線性馬達6’用作驅動器。例如,可轉動的研磨(砂)盤可以安裝在第二拖板10’上。根據第1圖的裝置因此適合於在磨床──特別是在外圓磨床──上使用,使得能夠精確地加工工件。
本領域的技術人員可以在不超出由申請專利範圍限定的本發明的範圍的情況下在前述描述的基礎上進行各種修改。
例如,線性引導件20和線性引導件20’的確切幾何形狀的實施方式可以被調整。例如,作為本文中示出的V平面引導件的替代物,引導件也可以實施為單純的V引導件、單純的平引導件或也可以實施為具有不同幾何形狀的引導件。
另外,可以設想在拖板10上設置島型引導路徑部分32,並且可以將兩個引導路徑部分31和33設計成滑動面11a的形式。形式為潤滑劑槽16的潤滑劑槽可以設置在此滑動面內。
1‧‧‧加工台
5‧‧‧主要部分
5’‧‧‧線性馬達
6‧‧‧次要部分
6’‧‧‧線性馬達
10‧‧‧拖板
10’‧‧‧拖板
11‧‧‧第一引導廓形
11a‧‧‧滑動面
11a、12a、12b、32‧‧‧第二滑道
12‧‧‧第二引導廓形
12a、12b‧‧‧滑動面
31‧‧‧第一滑道
13-15‧‧‧凹道
16、17‧‧‧潤滑劑槽
20、20’‧‧‧線性引導件
21、22‧‧‧引導廓形
25‧‧‧台座
31‧‧‧第一引導路徑部分
32‧‧‧第二引導路徑部分
32‧‧‧島形部
32a‧‧‧凹槽
33‧‧‧第三引導路徑部分
45‧‧‧進給管線
F‧‧‧總摩擦力
Fe‧‧‧減壓力
Fr’‧‧‧摩擦力
Fn‧‧‧法向力
Q‧‧‧載荷
Z‧‧‧移動軸線
第1圖示出根據本發明的裝置的立體圖,其中該裝置具有兩個進給軸線X和Z;第2圖示出第1圖中的裝置的拖板的仰視圖;第3圖示出第2圖的細節圖;第4圖示出第1圖的線性引導件的一部分的立體圖,其中以局部截面圖示出拖板;
第5圖示出第4圖中的那一部分線性引導件的截面側視圖;以及第6圖示出根據第1圖的裝置的剖面側視示意圖。
10‧‧‧拖板
13‧‧‧凹道
21‧‧‧引導廓形
25‧‧‧台座
31‧‧‧第一引導路徑部分
32‧‧‧第二引導路徑部分
33‧‧‧第三引導路徑部分
Claims (15)
- 一種線性引導裝置,包括:可移位的拖板;以及用於引導所述拖板的線性引導件,所述線性引導件包括用於形成第一滑道的第一引導路徑部分和用於形成第二滑道的第二引導路徑部分,其中,所述拖板包括至少一個凹道,以形成所述第一滑道,所述凹道能夠沿所述第一引導路徑部分滑動,並且潤滑劑能夠在壓力下保持在所述凹道中,以產生作用於所述拖板上的減壓力,並且其中,所述第二引導路徑部分包括島型表面,以形成作用於所述拖板上的摩擦力,並且所述第二引導路徑部分設置成使得當潤滑劑保持在所述至少一個凹道中以產生所述減壓力時,所述第一滑道減輕所述第二滑道上的載荷。
- 根據申請專利範圍第1項所述的裝置,還包括預載荷裝置,除了由所述拖板產生的重力外,還能夠借助於所述預載荷裝置在所述線性引導件上產生預載荷。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,還包括線性馬達,作為用於使所述拖板移位的驅動器。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述第二引導路徑部分沿包括封閉表面的所述第一引導路徑部分延伸,和/或沿包括封閉表面的第三引導路徑部分延伸。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述線性引導件包括滑動面,以形成所述第二滑道,所述滑動面設置成與所述第二引導路徑部分相對。
- 根據申請專利範圍第5項所述的裝置,其中所述滑動面包括至少一個潤滑劑槽。
- 根據申請專利範圍第6項所述的裝置,其中所述潤滑劑槽以“之”字形沿所述滑動面延伸。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述第一引導路徑部分和所述第二引導路徑部分設置成彼此平行及/或者設置成能夠相對於彼此移動。
- 根據申請專利範圍第8項所述的裝置,其中所述第一引導路徑部分和所述第二引導路徑部分設置在同一平面內。
- 根據申請專利範圍第1項所述的裝置,其中所述島形表面設計成小塊的形式。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述拖板包括排泄管,潤滑劑能夠從所述至少一個凹道通過所述排泄管流出。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述拖板包括兩個引導廓形,所述兩個引導廓形中的每一個包括至少一個凹道。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述拖板能夠沿水平方向移動。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的裝置,其中所述線性 引導件是被自由支承的引導件,並且/或所述線性引導件包括兩個引導廓形,所述兩個引導廓形中的每一個設計成平的引導件或V形引導件。
- 一種磨床,包括根據申請專利範圍第1項所述的裝置。
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