DD156625A1 - COMPENSATION DEVICE FOR A LEADSPINDEL GUIDANCE DRIVE - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine raumbewegliche Kompensationsvorrichtung fuer einen Leitspindel-Leitmutter-Antrieb. Sie kann verwendet werden an Positionierungsgruppen optischer und feinmechanischer Geraete zum Ausgleich fertigungstechnischer Ungenauigkeiten der Leitspindel. Ziel der Erfindung ist es, Fluchtungs-, Parallelitaets- und Rundlaufungenauigkeiten von Praezisionsspindeln durch eine Vorrichtung auszugleichen, die ohne grossen fertigungstechnischen Aufwand herstellbar ist, eine hohe Lebensdauer besitzt und die Bewegung eines Positionierungsschlittens mit der erforderlichen Genauigkeit gestattet. Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung anzugeben, die trotz Spindelfehler eine exakte und reproduzierbare Bewegung eines Positionierungsschlittens gewaehrleistet. Die Aufgabe wird durch ein zwischen Leitmutter und Positionierungsschlitten angeordnetes Kugelfuehrungssystem geloest. Es besteht aus Stahlplatten, zwischen denen in prismenfoermigen Kugelfuehrungsbahnen Stahlkugeln gelagert und von Kaefigen gehalten werden,und wird durch Zugfedern in sich spielfrei- kraftschluessig verspannt.Eine spielfrei-kraftschluessige Verspannung von Leitspindel und Leitmutter erfolgt durch ausserhalb des Kugelfuehrungssystems angeordnete Zugfedern.The invention relates to a space-movable compensation device for a lead screw Leitmutter drive. It can be used on positioning groups of optical and precision mechanical devices to compensate for production-related inaccuracies of the lead screw. The aim of the invention is to compensate for alignment, Parallelitaets- and concentricity inaccuracies of Praezisionsspindeln by a device that can be produced without much manufacturing effort, has a long life and allows the movement of a positioning carriage with the required accuracy. The object of the invention is to provide a device which, despite spindle errors, ensures an exact and reproducible movement of a positioning carriage. The task is solved by a ball guide system arranged between the guide nut and the positioning slide. It consists of steel plates between which steel balls are mounted in prism-shaped ball tracks and held by cages, and is tension-locked by tension springs. A backlash-free clamping of the leadscrew and the locknut takes place by means of tension springs arranged outside the ball guide system.

Description

Kompensationsvorrichtung für einen Leitspindel - Leitmutter - AntriebCompensation device for a lead screw - Lining nut - Drive

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine dreidimensional bewegliche Kompensationsvorrichtung für einen Leitspindel-Leitmutter« Antrieb hoher Präzision, Sie kann verwendet werden an Positionierungsgruppen optischer und feinmechanischer Geräte zum Ausgleich fertigungstechnischer Ungsnsuigkeiten der Leitspindel«The invention relates to a three-dimensionally movable compensation device for a lead screw guide nut "drive high precision, it can be used on positioning groups of optical and precision mechanical devices to compensate for manufacturing uncertainties of the lead screw"

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß zur Verschiebung eines Schlittens, Supports oder Tisches zu optischen Anlagen, feinmechanischen Geräten, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und zieheinrichtungen zur Züchtung von Einkristallen in Leitmuttern geführte spiel™ und schlagfreie Leitspindeln benötigt Werden«· Trotz eines sehr großen fertigungstechnischen Aufwandes zu ihrer Herstellung kommt es meistens zu technologisch bedängten Ausrichtungsfehlern, die erhebliche radiale Spannungen zur Folge haben und sowohl die Bewegungsgenauigkeit als auch die Lebensdauer der Antriebseinrichtung beeinträchtigen. Deshalb werden üblicherweise Ausgleichsyorrichtungen verwendet. In DE-AS 2310992 wird für Präzisionsbsvvegungen eine doppelseitig in Kardangelenken gefaßte Leitmutter vorgeschlagen, die federnd in einem speziell geschlitzten Gehäuse untergebracht ist und damit alle erforderlichen Frei- It is known that for the displacement of a carriage, support or table to optical equipment, precision mechanical equipment, numerically controlled machine tools and pulling devices for growing single crystals in Leitmuttern guided game ™ and impact-free lead screws are required «· Despite a very large manufacturing effort for their preparation In most cases, there are technologically biased alignment errors that result in significant radial stresses and affect both the motion accuracy and the life of the drive device. Therefore, compensation devices are commonly used. In DE-AS 2310992 a double-sided in cardan joints conceived guide nut is proposed for Präzisionsbsvvegungen, which is housed resiliently in a specially slotted housing and thus all necessary free

heitsgrade besitzt. Da keine axiale Verspannung vorgesehen ist, sind Materialermüdungen nicht zu vermeiden, was zwangsläufig ein Axialspiel nach sich zieht.has degrees of freedom. Since no axial tension is provided, material fatigue can not be avoided, which inevitably leads to axial play.

Mit dieser Leitspindelvorrichtung ist eine reproduzierbare Nullpunktfixierung nicht mögliche Ihr Aufbau erfordert eine große Zahl unterschiedlichster Bauteile sowie einen beträchtlichen Montageaufwand, Sie ist in der Hauptsache für extrem lange Leitspindeln geeignet.With this lead screw device, a reproducible zero point fixing is not possible Your structure requires a large number of different components and a considerable installation effort, it is mainly suitable for extremely long lead screws.

Dem gleichen Zweck dient eine Konstruktion (DE-OS 2825423), bei der eine Leitmutter in Verbindung mit einem Speziallagerring für Pendelausgleichsbewegungen und einem eingeschliffenen Konvex-Konkav-System für Kippbewegungen verwendet wird. Als nachteilig erweisen sich hierbei die mit der Herstellung des Konvex-Konkav-Systems verbundenen Fertigungsschwierigkeiten sowie die auftretenden großen Reibungskräfte,The same purpose is a construction (DE-OS 2825423), in which a guide nut is used in conjunction with a special bearing ring for pendulum compensation movements and a ground concave-concave system for tilting movements. The disadvantage here is the production difficulties associated with the production of the convex-concave system, as well as the large frictional forces which occur.

Zur Züchtung von Einkristallen ist es ebenso erforderlich, die Führungsgenauigkeit der Ziehspindel reproduzierbar zu gewährleisten. Als Lösung wird in DD-WP 143525 eine Anordnung mit einem Wälzschraubtrieb für den axialen Antrieb der Ziehspindel beschrieben. Allerdings lassen sich hiermit geringfügige radiale Auslenkungsn der Ziehspindel nicht vermeiden, so daß, wie im Falle der DE-AS 2310992, nur mittlere Genauigkeiten realisiert werden können.For the growth of single crystals, it is also necessary to ensure reproducible guidance accuracy of the pulling spindle. As a solution is described in DD-WP 143525 an arrangement with a Wälzschraubtrieb for the axial drive of the pulling spindle. However, this little radial Auslenkungsn the pulling spindle can not be avoided, so that, as in the case of DE-AS 2310992, only average accuracies can be realized.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Fluchtungs-, Parallelitäts- und Rundlaufungenauigkeiten von Präzisionsspindeln durch ei,ne Vorrichtung auszugleichen, die ohne großen fertigungstechnischen Aufwand herzustellen ist, eine hohe Lebensdauer besitzt und die Bewegung eines Positionierungsschlittens mit der erforderlichen Genauigkeit gestattet,The aim of the invention is to compensate for misalignment, parallelism and concentricity inaccuracies of precision spindles by means of a device which can be produced without great manufacturing effort, has a long service life and allows the movement of a positioning carriage with the required accuracy,

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine exakte und reproduzierbare Bewegung eines Positionie™The object of the invention is to provide a device which provides an accurate and reproducible movement of a Positionie ™

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rungsschlittens auch dann gewährleistet, wenn zwischen Le it™ spindel und Schlitten Abweichungen in der Parallelität und der gemeinsamen Fluchtungsebene sowie Rundlaufungenauigkoiten der Spindel vorhanden sind* Ebenso sollen kombiniert wirkende Abweichungen von Parallelität, Fluchtungsebene und Rundlauf, sog«, Pondelbewcgungen der Spindel ausgeglichen worden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgab© durch ein dreidimensional bewegliches Kugelführungssystem gelöst,-welches zwischen Leitmutter und dem zu verschiebenden Geräteteil angeordnet ist, Es besteht aus drei gehärteten Stahlplatten mit je einer zentralen Bohrung zur Aufnahme der Leitspindel und eingeschliffenen, in ihrer Fluchtlinie durch den Boh« rungsmittelpunkt gehenden prismenförmigen Führungsbahnen, in denen jeweils zwei Kugeln - beide getrennt durch die Bohrung «· zwischen der starr mit dem Positionierungsschlitten verbundenen schlittenseitigen und mittleren sowie zwischen der mittleren und der an der Spindelrautter angeschraubten mutterseitigen Platte gelagert und von Käfigen in ihrer Position gehalten werden. Dabei ist der Durchmesser der Bohrungen so dimensioniert, daß ein genügend großes Spiel zwischen Bohrung und Leitspindel vorhanden ist.approximately sled also guaranteed when between Le it ™ spindle and sledge deviations in the parallelism and the common alignment level and Rundlaufungenauigkoiten the spindle are available * Also should combine acting deviations from parallelism, alignment plane and concentricity, so-called, "were compensated Pondelbewcgungen the spindle. According to the invention, this object is achieved by a three-dimensionally movable ball guide system which is arranged between the guide nut and the device part to be displaced. It consists of three hardened steel plates, each with a central bore for receiving the lead screw and ground in its alignment line through the drilling center walking prism-shaped guideways, in each of which two balls - both separated by the bore «·. Between the rigidly connected to the positioning slide carriage side and middle and between the middle and screwed to the spindle nut mother side plate and held by cages in position. The diameter of the holes is dimensioned so that a sufficiently large clearance between the bore and lead screw is present.

Die beiden äußeren Platten sind nur auf einer Seite 'mit einer Führungsbahn versehen, in die mittlere Platte ist auf jeder Seite eine solche eingeschliffen, die beide im rechten Winkel zueinander stehen«, Zusammengehalten wird das gesamte Kugelführungssystem durch vier durch die mittlere Platte und die Käfige hindurchgehende, zwischen der mutterseitigen und der schlittenseitigen Platte gespannte Zugfedern»The two outer plates are 'provided with a guideway only on one side, in the middle plate is ground on each side of such, both of which are at right angles to each other, is held together the entire ball guide system by four through the middle plate and the cages passing, tensioned between the nut side and the carriage-side plate tension springs »

Wild nun die an ihren beiden Enden gelagerte Leitspindel gedreht, so führt dies im Extremfall einer Rundlaufungensuigkeit bei gleichzeitig auftretenden Fluchtungs·» und Parallelitätsfehlern durch die spezielle Anordnung der Führungsbahnen zu einer Verkippung und Verschiebung zwischen der schlittenseitigen und mittleren Platte und zu einer hierzu senkrecht "erfolgenden Verkippung und Verschiebung zwischen der mittlerenIf the leadscrew mounted at both ends is rotated, this leads in the extreme case of concentricity with simultaneous misalignment and parallelism errors due to the special arrangement of the guideways to a tilting and displacement between the carriage-side and middle plate and to a perpendicular thereto Tilting and displacement between the middle

und der rnutterseitigen Platte«. Durch diese Bewegungen werden die Spindelfehler kompensiert und nicht auf die Leitmutter und den Schlitten übertragen.and the motherboard ". These movements compensate the spindle errors and do not transfer them to the guide nut and slide.

Diese Kompensationsvorrichtung ist einfach in ihrer Herstellung, erfordert einen geringen Montageaufwand, unterliegt nur geringen Verschleißerscheinungen und besitzt daher eine hohe Lebensdauer, Trotz ihres relativ einfachen Aufbaus gestaitet sie eine reproduzierbare Nullpunktfixierung und genügt den an PräzisxonsbevTjegungen verschiebbarer Geräteteile gestellten Genauigkeitsanforderungen,,This compensation device is simple in their production, requires little installation effort, is subject to only minor signs of wear and therefore has a long service life, Despite their relatively simple structure gestaitet them a reproducible zero point fixation and meets the precision requirements placed on PräzisxonsbevTjegungen slidable device parts,

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläuterte Die zugehörige Zeichnung Fig. i zeigt in auseinandsrgezogoner perspektivischer Darstellung die er» findungsgemäße Vorrichtung.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawing FIG. 1 shows a perspective view of the device according to the invention in a cross-sectional perspective view.

An dem mit dera Positionierungsschlitten 5 fest verbundenen Winkel 1 ist die schlittenseitige Platte 2 angeschraubt, in die eine prismenförmige Führungsbahn für zv^ei Lagerkugeln 12 eingeschliffen ist, die zwischen ihr und aer mittleren Platte 3 sowohl eine Verschiebung als auch eine Verkippung ermöglichen. Diese Kugeln werden von einem Käfig 7 in der Führungsbahn gehalten. Auf der Rückseite der mittleren Platte befindet sich eine gleichgsstaltete, jedoch um 90° zur vorderen versetzte Führungsbahn,' die eine entsprechend um 90 versetzte Verschiebung und Verkippung zur rnutterseitigen Platte 4 gestattet« Sie ist am Mutterhalter 3 angeschraubt. Um ein Auseinandertreiben der Platten zu verhindern, werden sie durch vier Zugfedern Il spielfrei- kraftschlüssig zusammengehalten» Eine Spielfreiheit zwischen Leitmutter und Leitspindel 9 wird durch zviei außerhalb des Kugelführungssystems angebrachte Zugfedern 10 erreicht, die am Winkel und am Rahmen 6, in dem der Positionierungsschlitten seine Vor- und Rückwärtsbewegung vollführt, befestigt sind. Durch die Kugelführung und die innere Federverspannung ist das gesamte System starr gegen Verdrehungen, eine raumbewegliche Verdrehungs-sicherung ist also nicht erforderlich.At the firmly connected to dera positioning carriage 5 angle 1, the carriage-side plate 2 is screwed, in which a prismatic guideway for zv ^ ei bearing balls 12 is ground, which allow both her and aer middle plate 3 both a displacement and a tilt. These balls are held by a cage 7 in the guideway. On the back of the middle plate there is a gleichgsstaltete, but at 90 ° to the front staggered guideway, 'which allows a corresponding offset by 90 offset displacement and tilt to rnutterseitigen plate 4. It is screwed to the nut holder 3. In order to prevent the plates from sliding apart, they are held together in a frictionally locking manner by means of four tension springs. A play clearance between the guide nut and the guide spindle 9 is attained by tension springs 10 mounted outside the ball guidance system, which at the angle and on the frame 6, in which the positioning slide Forward and backward movement performs, are fixed. Due to the ball guide and the inner spring tension, the entire system is rigid against torsions, a space-movable anti-rotation protection is therefore not required.

Claims (3)

- 5 - *? ? 7 ^ Q R R Erfindungsanspruch- 5 - *? ? 7 ^ Q R R claim for invention 1, Kompensationsvorrichtung für einen Leitspindel-Leitmutter-Antrieb,, ä^enjizei^hjTjt^ds^j^r^cJi, daß ein dreidimensional bewegliches Kugelführungssystem zwischen der Leitrautter und dera zu bewegenden Geräteteil angeordnet ist,1, compensation device for a lead screw-driving-nut drive ,, a ^ enjizei ^ hjTjt ^ ds ^ j ^ r ^ cJi that a three-dimensionally movable ball guide system between the Leitrautter and dera to be moved device part is arranged 2„ Kompensationsvorrichtung nach Punkt 1, 2^1\SIlSi£SJ^?'2?JLJiü" djjrchs daß das Kugelführungssystem aus drei gehärteten Stahlplatten rait eingeschliffenen prisrnenförraigen Kugelführungsbahnen und einer zentralen Bohrung, zwei Käfigen und vier Stahlkugeln besteht, von denen jeweils zwei zwischen der ersten und zweiten (mittleren) sowie aer zweiten und dritten Platte, deren Führungsbahnen im rechten Winkel zueinander stehen gelagert sind und durch die Käfige in ihrer Position gehalten werden, und das gesamte sich aus diesen Bauelementen zusammensetzende Kugelführungssystem durch vier Zugfedern in sich.spielfrei» kraftschlüssig verspannt ist,2 "Compensation device according to item 1, 2 ^ 1 \ SIlSi £ SJ ^? '2? The ball guide system consists of three hardened steel plates with ground prismatic spherical guideways and a central bore, two cages and four steel balls, two each between the first and second (middle) and aer second and third plates whose guideways are at right angles are mutually supported and held by the cages in their position, and the whole of these components composed ball guide system is tensioned by four tension springs in .spielfrei »non-positively, 3, Kompensationsvorrichtung nach Punkt 1, ^.^ejTJT^e^chneJ^ dsdu^rjch, daß Leitspindel und Leitmutter durch außerhalb des Kugelführungssystems angeordnete Zugfedern spielfrei- kraftschlüssig verspannt sind,3, compensating device according to point 1, 1, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 5, 5, 5, 5, 8, 8, 8, 8, 8 that the lead screw and the guide nut are clamped in a frictional engagement manner by means of tension springs arranged outside the ball guidance system. HSspzu 1 SeiteHSspzu 1 page