DE10230287B3 - Feed device for machine tools - Google Patents

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Hanfried Dr.-Ing. Kerle
Mathias Dipl.-Ing. Krefft
Jürgen Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Hesselbach
Nicolae Prof. Dr.-Ing. Plitea
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine X-Y-Vorschubeinrichtung mit ebener paralleler Grundstruktur für Werkzeugmaschinen, mit zwei in Z-Richtung übereinander angeordneten, in Linearführungen (11, 12) innerhalb übereinander liegender Z-Ebenen verschiebbaren Schlitten (1, 2), die gemeinsam einen Werkzeughalter oder eine Arbeitsspindel (13) mit in Z-Richtung liegender Achse (E) an eine gewünschte Position innerhalb einer in einer Z-Ebene liegenden Arbeitsfläche (8) führen. Zur Verbesserung der Funktion in Verbindung mit einer Verringerung des Bauraumes wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die beiden Schlitten (1, 2) örtlich und zeitlich parallel zueinander angetrieben sind, und dass die Verschiebung des Werkzeughalters bzw. der Arbeitsspindel (13) über ein Schieberkreuz (3) erfolgt, das in Nutenführungen (F¶1¶, F¶2¶; K¶1¶, K¶2¶) der beiden Schlitten (1, 2) geführt ist.The invention relates to an XY feed device with a flat parallel basic structure for machine tools, with two slides (1, 2) arranged one above the other in the Z direction and displaceable in linear guides (11, 12) within Z planes lying one above the other, which together form a tool holder or a Guide the work spindle (13) with the axis (E) lying in the Z direction to a desired position within a working surface (8) lying in a Z plane. In order to improve the function in connection with a reduction in the installation space, the invention proposes that the two slides (1, 2) are driven parallel to one another in terms of location and time, and that the displacement of the tool holder or the work spindle (13) via a slide cross (3 ) takes place, which is guided in groove guides (F¶1¶, F¶2¶; K¶1¶, K¶2¶) of the two slides (1, 2).

Description

Die Erfindung betrifft eine X-Y-Vorschubeinrichtung mit ebener paralleler Grundstruktur für Werkzeugmaschinen, mit zwei in Z-Richtung übereinander angeordneten, in Linearführungen innerhalb übereinander liegender Z-Ebenen verschiebbaren Schlitten, die gemeinsam einen Werkzeughalter oder eine Arbeitsspindel mit in Z-Richtung liegender Achse an eine gewünschte Position innerhalb einer in einer Z-Ebene liegenden Arbeitsfläche führen.The invention relates to an X-Y feed mechanism with flat parallel basic structure for machine tools, with two one above the other in the Z direction arranged in linear guides within one another lying Z-level sliding carriage, which together form one Tool holder or a work spindle with one lying in the Z direction Axis to a desired one lead position within a lying in a Z-plane work surface.

Die Erfindung geht aus von einem zum Stand der Technik gehörenden kartesischen Vorschubantrieb, wie er in 1 in Draufsicht dargestellt ist. Eine solche Bauweise ist in DUBBEL-Taschenbuch für den Maschinenbau, 20. Auflage Berlin, Heidelberg, New York; Springer Verlag 2001, Seite T23 beschrieben. Es handelt sich um einen Vorschubantrieb für Werkzeugmaschinen für die Bewegung eines Werkzeughalters oder einer Arbeitsspindel 13 mit einem Werkzeug 14 in X- und Y-Richtung eines kartesischen X-Y-Z-Koordinatensystems. Die Arbeitsspindel 13 bzw. das Werkzeug 14 sind dabei vorzugsweise in Z-Richtung, d.h. senkrecht zur X-Y-Ebene ausgerichtet. 1 zeigt einen sogenannten X-Y-Tisch, wie er auch für Positionieraufgaben in der Handhabungstechnik oder Montage verwendet wird. Zwei Schlitten 1, 2, die auch als X- bzw. Y-Schlitten bezeichnet werden, dienen als Linearantriebe und treiben unmittelbar und unabhängig voneinander ein Schieberkreuz 3 an, das als Endeffektor mit der Z-Achse E bezeichnet ist.The invention is based on a Cartesian feed drive belonging to the prior art, as in 1 is shown in plan view. Such a construction is in DUBBEL paperback for mechanical engineering, 20th edition Berlin, Heidelberg, New York; Springer publishing house 2001 , Page T23. It is a feed drive for machine tools for moving a tool holder or a work spindle 13 with one tool 14 in the X and Y directions of a Cartesian XYZ coordinate system. The work spindle 13 or the tool 14 are preferably aligned in the Z direction, ie perpendicular to the XY plane. 1 shows a so-called XY table, as it is also used for positioning tasks in handling technology or assembly. Two sledges 1 . 2 , which are also referred to as X or Y slides, serve as linear drives and drive a slide cross directly and independently of one another 3 which is designated as the end effector with the Z axis E.

Das Schieberkreuz 3 besteht aus zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Nutensteinen 3a, 3b und ist so konstruiert, dass im Punkt E der Werkzeughalter bzw. die Arbeitsspindel 13 am Nutenstein 3a oder 3b montiert werden kann. Dabei kann bei präziser Fertigung das Schieberkreuz 3 der Nutensteine aus einem Stück bestehen. Die Nutensteine bewegen sich in passenden Hohlführungen auf den Schlitten 1, 2, die ihrerseits über doppelt ausgeführte, parallele Linearführungen 11, 12 im Gestellrahmen (dargestellt durch Schrägschraffur) gelagert sind. Die Linearführungen 11, 12 befinden sich vorzugsweise in verschiedenen, durch eine Z-Koordinate definierten Ebenen (Z-Ebenen) parallel zur X-Y-Ebene. Die erreichbare rechteckige Arbeitsfläche 8 des Werkzeugs 14 (repräsentiert durch den Punkt E) wird durch mechanische Anschläge für das Schieberkreuz 3 in den Nutensteinführungen der Schlitten 1, 2 begrenzt. Die Eckpunkte der Arbeitsfläche 8 sind mit E1 (obere Anfangsposition), E2 (untere Anfangsposition), 3 (obere Endposition) und E4 (untere Endposition) bezeichnet. Innerhalb der Arbeitsfläche 8, die eine Länge a und eine Breite b aufweist, kann der Punkt E mit den Koordinaten XE und YE beliebig positioniert werden.The spider cross 3 consists of two vertically aligned sliding blocks 3a . 3b and is constructed in such a way that at point E the tool holder or the work spindle 13 on the sliding block 3a or 3b can be assembled. In this case, with precise manufacturing the slide Cross 3 the sliding blocks consist of one piece. The sliding blocks move in matching hollow guides on the slide 1 . 2 Which in turn is fitted with double, parallel linear guides 11 . 12 are stored in the frame (represented by oblique hatching). The linear guides 11 . 12 are preferably in different planes defined by a Z coordinate (Z planes) parallel to the XY plane. The achievable rectangular work surface 8th of the tool 14 (represented by point E) is represented by mechanical stops for the cross 3 in the Nutensteinführungen the carriage 1 . 2 limited. The corner points of the work surface 8th are labeled E1 (upper start position), E2 (lower start position), 3 (upper end position) and E4 (lower end position). Inside the work area 8th , which has a length a and a width b, the point E with the coordinates X E and Y E can be positioned as desired.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen in einer X-Y-Ebene eines kartesischen X-Y-Z-Koordinatensystems zu entwickeln, die dem einfachen mechanischen Grundprinzip des X-Y-Tisches gemäß 1 folgt und somit von vornherein eine hohe Struktursteifigkeit aufweist. Gegenüber der vorbekannten Ausführungsform gemäß 1 wird jedoch eine nochmals verbesserte Struktursteifigkeit sowie die Möglichkeit angestrebt, die Länge der Arbeitsfläche sehr viel größer auszulegen als deren Breite, um die Vorschubeinrichtung insbesondere für Werkzeugmaschinen zum Fräsen langer Teile oder für entsprechende Holzbearbeitungsmaschinen einsetzen zu können.The invention has for its object to develop a feed device for machine tools in an XY plane of a Cartesian XYZ coordinate system, which according to the simple basic mechanical principle of the XY table 1 follows, and therefore has a high structural rigidity from the outset. Compared to the previously known embodiment according to 1 However, a further improved structural rigidity and the ability is desired to design the length of the working area much greater than its width to be able to use the feeding device in particular for machine tools for milling or for long parts corresponding woodworking machines.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die beiden Schlitten örtlich und zeitlich parallel zueinander angetrieben sind, und dass die Verschiebung des Werkzeughalters bzw. der Arbeitsspindel über ein Schieberkreuz erfolgt, das in Nutenführungen der beiden Schlitten geführt ist.This object is achieved according to the invention solved by that the two sledges are local and are driven temporally in parallel to each other, and that the Movement of the tool holder or the work spindle via Slider cross is made in the groove guides of the two slides is led.

Die zugeordneten Linearführungen für die beiden Schlitten werden wiederum in verschiedenen Z-Ebenen parallel zur X-Y-Ebene angeordnet, so dass die beiden Schlitten übereinander fahren können. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die beiden jeweils rechteckig ausgebildeten Schlitten gleiche Breite aufweisen. Der Vorschubantrieb für jeden der beiden Schlitten ist vorzugsweise ein Linearantrieb, der als direkter Linearantrieb oder aber in herkömmlicher Weise in Form einer Antriebsspindel ausgebildet sein kann.The assigned linear guides for both Carriages are parallel turn in different Z-levels to X-Y plane arranged so that the two slides are on top of each other can drive. It is useful if the two carriages are each formed rectangular same width exhibit. The feed drive for each of the two slides is preferably a linear drive, which as direct linear drive or in the conventional way in the form of a Drive spindle may be formed.

Um dem Werkzeug verschiedene Bewegungen auferlegen zu können, ist es zweckmäßig, wenn auf zumindest einem der beiden Schlitten zumindest ein Drehantrieb angeordnet ist, dessen Antriebsbewegungen durch mechanische Übertragungselemente auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel übertragen werden. Vorzugsweise können auf jedem der beiden Schlitten zwei Drehantriebe montiert sein, wobei dann beispielsweise ein erster Drehantrieb zur Drehung der Werkzeugspindel, ein zweiter Drehantrieb zum Kippen des Werkzeugs um die X-Achse, ein dritter Drehantrieb zum Kippen des Werkzeugs um die Y-Achse und ein vierter Drehantrieb, in Verbindung mit einer Dreh-Schub-Übersetzungsstufe, zur Linearverschiebung der Werkzeugspindel in R-Richtung dienen.Different movements around the tool to be able to impose it is useful if on at least one rotary drive is arranged in at least one of the two slides is whose drive movements by mechanical transmission elements be transferred to the tool holder or the tool spindle. Preferably can on each of the two slides, two rotary drives must be mounted, whereby then, for example, a first rotary drive for rotating the tool spindle, a second rotary drive for tilting the tool about the X axis, a third rotary drive for tilting the tool about the Y-axis and a fourth rotary actuator, in conjunction with a rotary-push transmission stage, to the linear displacement the tool spindle in the R direction.

Jeder Drehantrieb kann einen E-Motor mit einer in Z-Richtung ortsfest auf einem Schlitten positionierten Antriebsachse umfassen. Sind auf einem Schlitten zwei Drehantriebe angeordnet, so können diese übereinander angeordnet werden, wobei ihre beiden Antriebsachsen miteinander fluchten müssen. Es ist aber auch möglich, die beiden Antriebsachsen in Form einer Hohlwelle konzentrisch zueinander anzuordnen.Each rotary drive can an electric motor with a stationarily positioned on a slide in the Z direction Include drive axle. Are on a sled Two actuators arranged one above the other so they can are arranged with their two drive axles to each other have to swear. It is also possible the two drive axles are concentric with each other in the form of a hollow shaft to arrange.

In einer ersten Ausführungsform können die Nutenführungen geradlinig ausgebildet sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die beiden Nutenführungen jeweils durch den Mittelpunkt des ihnen zugeordneten Schlittens geführt und zur X- Achse unter einem Winkel α1 bzw. α2 = 180 ° – α1 geneigt sind und somit symmetrisch zu einer durch den Kreuzungspunkt der beiden Nutenführungen bzw. das Schieberkreuz gedachten Mittellinie parallel zur Y-Achse liegen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das Schieberkreuz, das je einen in einer der beiden Nutenführungen geführten Nutenstein umfasst, einstöckig ausgebildet sein. Die mechanischen Übertragungselemente zur Übertragung der Antriebsbewegungen von einem Drehantrieb auf das Werkzeug bzw. die Werkzeugspindel müssen Zweischläge bilden, da sich der Abstand zwischen der ortsfest positionierten Antriebsachse eines Drehantriebs und dem Schieberkreuz bei dessen Verschiebung innerhalb der geradlinigen Nutenführungen verändert. Dabei erfolgt die Übertragung der Drehbewegung der Drehantriebe vorzugsweise über Zugmittel wie Seile, Ketten, Riemen, Bänder oder dergl., die über Umlenkrollen geführt sind; möglich sind auch passende Zahnradsätze. Die Zweischläge ermöglichen unterbrechungsfreie Drehbewegungen während der Positionierung des Schieberkreuzes in der Arbeitsfläche durch Parallelverschiebung der beiden Schlitten.In a first embodiment, the groove guides can be rectilinear. It is advantageous if the two groove guides each guided through the center of their associated carriage and to the X axis at an angle α 1 or α 2 = 180 ° - α is inclined 1 and thus symmetrically with respect to a through the crossing point of the two Groove guides or the slider cross imaginary center line are parallel to the Y axis. In such an embodiment, the slide cross, which each comprises a slot nut guided in one of the two slot guides, can be formed in one piece. The mechanical transmission elements for transmitting the driving movement by a rotary drive to the tool or the tool spindle must form two strokes, since the distance between the stationary positioned drive shaft of a rotary drive and the slide cross at its displacement varied within the linear groove guides. The rotary movement of the rotary drives is preferably transmitted via traction means such as ropes, chains, belts, belts or the like, which are guided over deflection rollers; possible are also suitable gear sets. The two strokes enable uninterrupted rotary movements during the positioning of the cross on the work surface by parallel displacement of the two slides.

In einer abgewandelten Ausführungsform können die Nutenführungen kreisbogenförmig ausgebildet sein; das Schieberkreuz ist dann als Schieberbogenkreuz ausgebildet und umfasst zwei gekrümmte Nutensteine, die relativ zueinander um die Z-Achse der Arbeitsspindel verdrehbar sein müssen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die beiden kreisbogenförmigen Nutenführungen gleichen Radius aufweisen.In an alternate embodiment, the can groove guides circular arc be educated; the slide is then cross as a slide sheet Cross formed and includes two curved sliding blocks that are relatively must be rotatable relative to each other about the Z axis of the work spindle. there it is useful if the two circular-arc groove guides have the same radius.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform liegen die Antriebsachsen der Drehantriebe vorzugsweise im Kreismittelpunkt der zugeordneten Nutenführung; sie weisen dann einen sich auch bei Verschiebung des Schieberkreuzes nicht ändernden Abstand vom Schieberkreuz auf, so dass die Antriebs- bzw. Drehbewegung eines Drehantriebs unmittelbar auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel übertragen werden kann.In this modification are the drive axes of the rotary drives preferably in the center of the circle the associated slot guide; they then show themselves even when the cross is moved not changing Distance to cross the slide, so that the drive or rotational movement a rotary drive transmitted directly to the tool holder or the tool spindle can be.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.Other features of the invention are Subject of the subclaims and are used in conjunction with further advantages of the invention based on embodiments explained in more detail.

In den 2–6 sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen

  • 2 in Draufsicht eine X-Y-Vorschubeinrichtung mit geradlinig ausgebildeten Nutenführungen für ein Schieberkreuz;
  • 3 die Ausführungsformen gemäß 2 mit vier zusätzlich vorgesehenen Drehantrieben für das Werkzeug;
  • 4 in einer Darstellung gemäß 3 eine abgewandelte Ausführungsform mit kreisbogenförmig ausgebildeten Nutenführungen;
  • 5 in einer Darstellung gemäß 4 eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform mit vergrößerter Arbeitsfläche und
  • 6 in schaubildlicher Darstellung ein Modell einer Vorschubeinrichtung für eine Werkzeugmaschine in einer Ausführungsform gemäß 5.
In the 2 - 6 For example, embodiments of the invention are shown. Show it
  • 2 in plan view an XY feed device with straight groove guides for a spider;
  • 3 the embodiments according to 2 Four additionally provided rotary drives for the tool;
  • 4 in a representation according to 3 a modified embodiment with a circular arc-shaped groove guides;
  • 5 in a representation according to 4 a further modified embodiment with an enlarged working surface and
  • 6 a diagram of a model of a feed device for a machine tool in one embodiment according to 5 ,

Die in 2 dargestellte X-Y-Vorschubeinrichtung umfasst zwei örtlich und zeitlich parallel zueinander angetriebene Schlitten 1, 2, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beide in X-Richtung verschiebbar und in verschiedenen Z-Ebenen parallel zur X-Y-Ebene übereinander angeordnet sind, so dass die Schlitten 1, 2 übereinander fahren können. Dabei erfolgt die Verschiebung des Schlittens 1 auf Linearführungen 11 und die des Schlittens 2 auf Linearführungen 12.In the 2 The XY feed device shown comprises two carriages which are driven in parallel and at different times 1 . 2 , which in the illustrated embodiment can both be moved in the X direction and are arranged one above the other in different Z planes parallel to the XY plane, so that the carriages 1 . 2 can drive over each other. The displacement takes place of the carriage 1 on linear guides 11 and that of the sled 2 on linear guides 12 ,

Die Bewegungen der Schlitten 1, 2 in X-Richtung sind mechanisch durch Anschläge 9, 10 begrenzt, die die Länge der Arbeitsfläche 8 bestimmen.The movements of the sled 1 . 2 in the X direction are mechanical by stops 9 . 10 which limits the length of the work surface 8th determine.

Die beiden jeweils rechteckig ausgebildeten Schlitten 1, 2 weisen gleiche Breite c auf. Der Vorschubantrieb für jeden der beiden Schlitten 1, 2 ist ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter Linearantrieb.The two carriages are each rectangular shaped 1 . 2 have the same width c. The feed drive for each of the two slides 1 . 2 is not shown in the drawing linear drive.

Die beiden Schlitten 1, 2 weisen jeweils eine Nutenführung F1, F2 auf, die geradlinig ausgebildet, jeweils durch den Mittelpunkt C1, C2 des ihnen zugeordneten Schlittens 1, 2 geführt und zur X-Achse unter einem Winkel α1 bzw. α2 = 180° – α1 geneigt sind. Dadurch liegen die beiden Nutenführungen F1, F2 symmetrisch zu einer durch den Kreuzungspunkt der beiden Nutenführungen bzw. ein in diesen Nutenführungen F1, F2 geführtes Schieberkreuz 3 gedachten Mittellinie parallel zur Y-Achse.The two sledges 1 . 2 each have a groove guide F 1 , F 2 , which is rectilinear, each through the center point C 1 , C 2 of the slide assigned to them 1 . 2 guided and inclined to the X axis at an angle α 1 or α 2 = 180 ° - α 1 . As a result, the two groove guides F 1 , F 2 lie symmetrically with respect to a slide cross guided in the groove guides F 1 , F 2 and through the crossing point of the two groove guides 3 imaginary center line parallel to the Y axis.

Das Schieberkreuz 3 ist einstöckig ausgebildet und umfasst je einen in einer der beiden Nutenführungen F1, F2 geführten Nutenstein 3a, 3b. Das Schieberkreuz 3 ist mit einer Arbeitsspindel 13 bestückt, die ein Werkzeug 14 trägt. Innerhalb der ausnutzbaren Länge d der Nutenführungen F1, F2 kann sich das Schieberkreuz 3 bzw. der Punkt E (Endeffektor), der die Achse der Arbeitsspindel 13 markiert, mit dem Werkzeughalter oder der Arbeitsspindel 13 relativ bewegen. Absolut gesehen wird der Punkt E mit den Koordinaten XE und YE in der Arbeitsfläche 8 positioniert, die eine Länge a und eine Breite b aufweist, und deren Lage und Größe durch die Eckpunkte E1–E4 gekennzeichnet ist. Dabei wird die Breite b der Arbeitsfläche 8 durch die ausnutzbare Länge d der Nutenführungen F1, F2 und den Neigungswinkel α festgelegt.The spider cross 3 is formed in one storey and comprises a slot nut guided in one of the two slot guides F 1 , F 2 3a . 3b , The spider cross 3 is with a work spindle 13 which is a tool 14 wearing. The slide cross can be located within the usable length d of the groove guides F 1 , F 2 3 and the point E (end effector), the axis of the work spindle 13 marked with the tool holder or the main spindle 13 move relatively. In absolute terms, the point E with the coordinates X E and Y E is in the working area 8th positioned, which has a length a and a width b, and whose location and size is characterized by the corner points E1-E4. The width b of the work surface 8th determined by the usable length d of the groove guides F 1 , F 2 and the angle of inclination α.

Der Vorschubantrieb für die beiden Schlitten 1, 2 besitzt zwei Bewegungsfreiheiten; die Antriebskoordinaten lauten q1 und q2 und sind passend zu koppeln, um den Punkt E in der Arbeitsfläche 8 zu steuern. Eine YE-Bewegung resultiert wegen der Zwangskopplung über den für beide Schlitten 1, 2 gültigen Neigungs winkel α aus einer Differenzbewegung zwischen q1 und q2. Die maximale Differenzbewegung beträgt 2 × h = b × cot(α). Jede Lage YE = b/2 kennzeichnet eine Decklage beider Schlitten 1, 2, in der der Punkt E mit den Mittelpunkten C, und C2 zusammenfällt ("Homeposition"). Diese besondere Decklage, in der die linken Schlittenkanten außerdem mit der Y-Achse zusammenfallen, sind in 2 zusätzlich markiert; es gilt hier XE = c/2.The feed drive for the two carriages 1 . 2 has two freedom of movement; the drive coordinates are q 1 and q 2 and are to be coupled appropriately to the point E in the work surface 8th to Taxes. A Y E movement results because of the positive coupling over that for both slides 1 . 2 valid inclination angle α from a differential movement between q 1 and q 2 . The maximum differential movement is 2 × h = b × cot (α). Each ply Y E = b / 2 denotes a cover layer both carriages 1 . 2 , in which the point E coincides with the center points C, and C 2 ("home position"). This special top layer, in which the left carriage edges also coincide with the Y axis, is in 2 additionally marked; it is here X e = c / 2.

Eine in E angreifende Lastkraft mit den Bearbeitungsrichtungen der X- und Y-Achse verteilt sich nach den Regeln der Kräftegeometrie stets auf beide Schlitten; bei gleicher konstruktiver Auslegung wie bei der zum Stand der Technik in 1 dargestellten Ausführungsform sind die normal zu den Nutenführungen F1, F2 wirkenden Kräfte geringer, d.h. die Struktursteifigkeit ist größer geworden. Durch die nur noch in X-Richtung (Hauptbearbeitungsrichtung) laufenden Schlitten hat sich die Ausdehnung des Bauraumes in Y-Richtung verringert.A load force acting in E with the machining directions of the X and Y axes is always distributed to both slides according to the rules of the force geometry; with the same structural design as in the prior art in 1 In the illustrated embodiment, the forces acting normally to the groove guides F 1 , F 2 are lower, ie the structural rigidity has become greater. Due to the sled running only in the X direction (main machining direction), the expansion of the installation space in the Y direction has been reduced.

3 zeigt eine um vier Drehantriebe 4, 5, 6, 7 erweiterte Ausführungsform gemäß 2. Dabei sind auf dem Schlitten 2 zwei Drehantriebe 4, 6 und auf dem Schlitten 1 zwei Drehantriebe 5, 7 angeordnet. Jeder dieser Drehantriebe umfasst einen in der Zeichnung nicht dargestellten E-Motor mit einer in Z-Richtung ortsfest auf einem Schlitten 1, 2 positionierten Antriebsachse A1, A2, wobei die beiden Drehantriebe 4, 6 bzw. 5, 7 jeweils übereinander angeordnet sein können, so dass ihre Antriebsachsen miteinander fluchten; oder aber es ist für die beiden Drehantriebe bzw. für deren Antriebsachsen eine Hohlwellenkonstruktion vorgesehen. 3 shows one by four rotary drives 4 . 5 . 6 . 7 extended embodiment according to 2 , Are on the sled 2 two rotary drives 4 . 6 and on the sled 1 two rotary drives 5 . 7 arranged. Each of these rotary drives comprises an electric motor, not shown in the drawing, with a stationary on a slide in the Z direction 1 . 2 positioned drive axis A 1 , A 2 , the two rotary drives 4 . 6 respectively. 5 . 7 can each be arranged one above the other so that their drive axes are aligned with one another; or a hollow shaft construction is provided for the two rotary drives or for their drive axes.

Die Drehbewegung der Drehantriebe 4–7 wird durch mechanische Übertragungselemente 15 auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel übertragen und zwar vorzugsweise über Zugmittel, wie Seile, Ketten, Riemen, Bänder oder dergl. über Umlenkrollen 4', 6' bzw. 5', 7'. Für diese Bewegungsübertragung sind zwischen der Antriebsachse A, und dem Punkt E sowie zwischen der Antriebsachse A2 und dem Punkt E sogenannte Zweischläge A1B1E und A2B2E vor gesehen, die unterbrechungsfreie Drehbewegungen während der Positionierung des Punktes E durch Parallelverschiebung der Schlitten 1, 2 in der Arbeitsfläche 8 ermöglichen. Im Punkt E werden alle Drehbewegungen konstruktiv passend zusammengeführt, wobei sich mit maximal sechs Bewegungsachsen alle denkbaren räumlichen Bewegungen des Werkzeugs als Linear- und Drehbewegungen in und um die Achsen X, Y und Z realisieren lassen.The rotational movement of the rotary drives 4 - 7 by mechanical transmission elements 15 transferred to the tool holder or the tool spindle, preferably via traction means such as ropes, chains, belts, belts or the like. via deflection rollers 4 ' . 6 ' respectively. 5 ' . 7 ' , For this movement transmission are provided between the drive axis A and the point E, and between the drive axis A 2 and the point E so-called two strokes A 1 B 1 E, and A 2 B 2 E seen, the uninterruptible rotational movements during the positioning of the point E by parallel displacement the sled 1 . 2 in the work area 8th enable. At point E all rotations are constructively combined appropriately, with a maximum of six axes of movement can all possible spatial movements of the tool as the linear and rotary movements realize in and around the axes X, Y and Z.

In 3 ist links die mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnete Decklage des Vorschubantriebs in der "Homeposition" und rechts die Lage des Schlittens 2 am rechten mechanischen Anschlag 10 skizziert; diese Lage bedeutet für den Punkt E das Erreichen der unteren Endposition E4.In 3 is the left by the reference numeral 16 marked top position of the feed drive in the "home position" and on the right the position of the slide 2 on the right mechanical stop 10 outlines; for the point E this location means that reaching the lower end position E4.

Bei der Ausführungsform gemäß 4 sind kreisbogenförmig ausgebildete Nutenführungen K1, K2 vorgesehen. Das Schieberkreuz 3 ist hier als Schieberbogenkreuz ausgebildet, das zwei gekrümmte Nutensteine 3a, 3b umfasst, die relativ zueinander um die mit dem Bezugszeichen E gekennzeichnete Z-Achse verdrehbar sind (siehe hierzu auch die Detaildarstellung in 6). Die beiden kreisbogenförmigen Nutenführungen K1, K2 weisen gleichen Radius R auf. Auf jedem der beiden Schlitten 1, 2 sind zwei Drehantriebe 5, 7 bzw. 4, 6 montiert, deren Antriebsachsen A1 bzw. A2 im Kreismittelpunkt der zugeordneten Nutenführung K1, K2 liegt, und deren Antriebsbewegung unmittelbar über mechanische Übertragungselemente 15 auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel übertragen wird.In the embodiment according to 4 groove guides K 1 , K 2 are provided in the form of a circular arc. The spider cross 3 is designed here as a slide cross, the two curved sliding blocks 3a . 3b which can be rotated relative to one another about the Z axis identified by the reference symbol E (see also the detailed illustration in FIG 6 ). The two arcuate groove guides K 1 , K 2 have the same radius R. On each of the two sledges 1 . 2 are two rotary actuators 5 . 7 respectively. 4 . 6 mounted, whose drive axes A 1 or A 2 lies in the center of the circle of the associated groove guide K 1 , K 2 , and their drive movement directly via mechanical transmission elements 15 is transmitted to the tool holder or the tool spindle.

Die gleichen Radien R sorgen für einen symmetrischen Aufbau der Vorschubeinrichtung. Ein Vorteil gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 ist darin zu sehen, dass die Drehantriebe 4–7 ihre Drehbewegungen ohne Zweischläge und Umlenkrollen auf die Mehrfach-Drehachsen in E übertragen können.The same radii R ensure a symmetrical structure of the feeder. An advantage over the embodiment according to 3 can be seen in the fact that the rotary drives 4 - 7 can transfer their rotary movements to the multiple rotary axes in E without two strokes and pulleys.

In 4 ist links der Schlitten 2 in seiner linken Anschlagslage am Anschlag 9 und rechts derselbe Schlitten 2 in seiner rechten Anschlagslage am Anschlag 10 skizziert; das entspricht einer Positionierung des Punktes E in der oberen Anfangsposition E1 bzw. in der unteren Endposition E4.In 4 is the sledge on the left 2 in its left stop position at the stop 9 and the same sledge on the right 2 in its right stop position at the stop 10 outlines; this corresponds to a positioning of point E in the upper start position E1 or in the lower end position E4.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß 5 erstreckt sich jede der beiden Nutenführungen K1, K2 über mehr als 180°, wobei die beiden Enden jeder Nutenführung auf je einer X-Achse liegen, die spiegelbildlich zur Längsmittellinie der Arbeitsfläche 8 liegen. Hierdurch wird eine gegenüber der Ausführungsform gemäß 4 größere Arbeitsfläche erzielt und zwar durch zusätzliche Kreisflächenstücke, die links und rechts die rechteckige Hauptarbeitsfläche a × b erweitern. Diese Erweiterung entsteht dadurch, dass in den Lagen, in denen ein Kreismittelpunkt, gekennzeichnet durch die Antriebsachse A1 bzw. A2, links auf die Gerade durch E1 und E2 und rechts auf die Gerade durch E3 und E4 zu liegen kommt, dieser Kreismittelpunkt über den Schlitten 1 bzw. 2 nicht mehr bewegt wird, sondern eine Ruhepause einlegt, während der Punkt E mit dem Drehgelenk für die beiden Nutensteine 3a, 3b nach E5 links bzw. nach E6 rechts aus den oberen oder unteren Endlagen E1–E4 vom anderen Schlitten allein bewegt wird. An den Punkten E5 bzw. E6 erfolgt dann die "Übergabe der Ruhepause" an den jeweils anderen Schlitten.In the modified embodiment according to 5 each of the two groove guides K 1, K 2 extending over more than 180 °, wherein the two ends of each slot guide located on either X-axis mirror image to the longitudinal centerline of the working surface 8th lie. As a result, one is compared to the embodiment according to 4 larger working area is achieved by additional circular areas that expand the rectangular main working area a × b on the left and right. This enhancement results from the fact that in the situations in which a center of the circle, characterized by the drive axis A 1 and A 2, left on the straight line through E1 and E2 and right on which comes to lie precisely by E3 and E4, this center of the circle on the sledge 1 or 2 is no longer moved, but takes a break, while point E with the swivel joint for the two sliding blocks 3a . 3b after E5 left or E6 right from the upper or lower end positions E1-E4 is moved by the other slide alone. At points E5 and E6, the "handing over of the rest break" to the other sledge takes place.

6 zeigt ein Modell für eine Vorschubeinrichtung gemäß 5. Die eingekreiste Detaildarstellung zeigt die relativ gegeneinander um die mit E gekennzeichnete Z-Achse verdrehbaren gekrümmten Nutensteine 3a und 3b, wobei Letzterer das Werkzeug 14 trägt. 6 shows a model for a feed device according to 5 , The circled detail view shows the curved slot nuts that can be rotated relative to each other about the Z axis marked E 3a and 3b , the latter being the tool 14 wearing.

Claims (17)

X-Y-Vorschubeinrichtung mit ebener paralleler Grundstruktur für Werkzeugmaschinen, mit zwei in Z-Richtung übereinander angeordneten, in Linearführungen (11, 12) innerhalb übereinander liegender Z-Ebenen verschiebbaren Schlitten (1, 2), die gemeinsam einen Werkzeughalter oder eine Arbeitsspindel (13) mit in Z-Richtung liegender Achse (E) an eine gewünschte Position innerhalb einer in einer Z-Ebene liegenden Arbeitsfläche (8) führen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schlitten (1, 2) örtlich und zeitlich parallel zueinander angetrieben sind, und dass die Verschiebung des Werkzeughalters bzw. der Arbeitsspindel (13) über ein Schieberkreuz (3) erfolgt, das in Nutenführungen (F1, F2; K1, K2) der beiden Schlitten (1, 2) geführt ist.XY feed device with flat parallel basic structure for machine tools, with two arranged one above the other in the Z direction, in linear guides ( 11 . 12 slidably) within superposed planes Z-carriage ( 1 . 2 ), Which together form a tool holder or a work spindle ( 13 ) with the axis (E) lying in the Z direction to a desired position within a working surface lying in a Z plane ( 8th ), Lead characterized in that the two carriages ( 1 . 2 ) are driven parallel to each other in terms of location and time, and that the displacement of the tool holder or the work spindle ( 13 ) via a slide cross ( 3 ) takes place in the groove guides (F 1 , F 2 ; K 1 , K 2 ) of the two slides ( 1 . 2 ) is performed. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden jeweils rechteckig ausgebildeten Schlitten (1, 2) gleiche Breite (c) aufweisen.Feed device according to claim 1, characterized in that the two rectangular slides ( 1 . 2 ) have the same width (c). Vorschubeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der beiden Schlitten (1, 2) in X-Richtung mechanisch durch Anschläge (9, 10) begrenzt sind.Feed device according to claim 1 or 2, characterized in that the movements of the two slides ( 1 . 2 ) in the X direction mechanically by stops ( 9 . 10 ) are limited. Vorschubeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb für jeden der beiden Schlitten (1, 2) ein Linearantrieb ist.Feed device according to one of the preceding claims, characterized in that the feed drive for each of the two slides ( 1 . 2 ) is a linear actuator. Vorschubeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einem der beiden Schlitten (1, 2) zumindest ein Drehantrieb (4, 5, 6, 7) angeordnet ist, dessen Antriebsbewegungen durch mechanische Übertragungselemente (15) auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel (13) übertragen werden. (3)Feed device according to one of the preceding claims, characterized in that on at least one of the two slides ( 1 . 2 ) at least one rotary drive ( 4 . 5 . 6 . 7 is arranged), the drive movements by mechanical transmission elements ( 15 ) on the tool holder or the tool spindle ( 13 ) be transmitted. ( 3 ) Vorschubeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem der beiden Schlitten (1, 2) zwei Drehantriebe (4, 5, 6, 7) montiert sind.Feed device according to claim 5, characterized in that on each of the two slides ( 1 . 2 ) two rotary drives ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are mounted. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drehantrieb (4) zur Drehung der Werkzeugspindel (13), ein zweiter Drehantrieb (5) zum Kippen des Werkzeugs (14) um die X-Achse, ein dritter Drehantrieb (6) zum Kippen des Werkzeuges (14) um die Y-Achse und ein vierter Drehantrieb (7), in Verbindung mit einer Dreh-Schub-Übersetzungsstufe, zur Linearverschiebung der Werkzeugspindel (13) in Z-Richtung dienen.Feed device according to claim 6, characterized in that a first rotary drive ( 4 ) For rotation of the tool spindle ( 13 ), a second rotary drive ( 5 ) For tilting the tool ( 14 ) About the X-axis, a third rotary drive ( 6 ) For tilting the tool ( 14 ) Around the Y-axis and a fourth rotational drive ( 7 ), in conjunction with a rotary-thrust ratio, for linear displacement of the tool spindle ( 13 ) serve in the Z direction. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drehantrieb (4, 5, 6, 7) einen E-Motor mit einer in Z-Richtung ortsfest auf einem Schlitten (1, 2) positionierten Antriebsachse (A1, A2) umfasst.Feed device according to claim 5, 6 or 7, characterized in that each rotary drive ( 4 . 5 . 6 . 7 ) an electric motor with a stationary in the Z direction on a slide ( 1 . 2 ) Positioned drive axis (A 1, A comprises 2). Vorschubeinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei auf einem Schlitten (1, 2) angeordneten Drehantrieben (4, 6; 5, 7) deren beiden Antriebsachsen miteinander fluchten bzw. konzentrisch zueinander angeordnet sind.Feed device according to claim 6, 7 or 8, characterized in that in two on a carriage ( 1 . 2 ) arranged rotary drives ( 4 . 6 ; 5 . 7 ) whose two drive axles are aligned with one another or are arranged concentrically to one another. Vorschubeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutenführungen (F1, F2) geradlinig ausgebildet sind.Feed device according to one of the preceding claims, characterized in that the groove guides (F 1 , F 2 ) are rectilinear. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nutenführungen (F1, F2) jeweils durch den Mittelpunkt (C1, C2) des ihnen zugeordneten Schlittens (1, 2) geführt und zur X-Achse unter einem Winkel α1 bzw. α2 = 180° – α1 geneigt sind und somit symmetrisch zu einer durch den Kreuzungspunkt der beiden Nutenführungen (F1, F2) bzw. das Schieberkreuz (3) gedachten Mittellinie parallel zur Y-Achse liegen. (2)Feed device according to claim 10, characterized in that the two groove guides (F 1 , F 2 ) each through the center point (C 1 , C 2 ) of the slide assigned to them ( 1 . 2 ) And guided to the X-axis at an angle α 1 or α 2 = 180 ° - α 1 are inclined and thus symmetrically with respect to a through the intersection of the two groove guides (F 1, F 2) or the slide cross ( 3 ) Imaginary center line are parallel to the Y axis. ( 2 ) Vorschubeinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberkreuz (3) einstöckig ausgebildet ist und je einen in einer der beiden Nutenführungen (F1, F2) geführten Nutenstein (3a, 3b) umfasst.Feed device according to claim 10 or 11, characterized in that the shifter cross ( 3 ) is one-story and each has a sliding block guided in one of the two slot guides (F 1 , F 2 ) ( 3a . 3b ) includes. Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 5–12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Übertragungselemente (15) Zweischläge (A1B1E, A2B2E) bilden.Feed device according to one of claims 5-12, characterized in that the mechanical transmission elements ( 15 ) Form two strokes (A 1 B 1 E, A 2 B 2 E). Vorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutenführungen (K1, K2) kreisbogenförmig ausgebildet sind, und dass das Schieberkreuz (3) als Schieberbogenkreuz ausgebildet ist, das zwei gekrümmte Nutensteine (3a, 3b) umfasst, die relativ zueinander um die Z-Achse (E) der Arbeitsspindel (13) verdrehbar sind. (4 und 5)Feed device according to one of claims 1-9, characterized in that the groove guides (K 1 , K 2 ) are designed in the shape of a circular arc, and that the slide cross ( 3 ) is designed as a slide cross, which has two curved sliding blocks ( 3a . 3b ), which is relative to each other around the Z axis (E) of the work spindle ( 13 ) can be rotated. ( 4 and 5 ) Vorschubeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden kreisbogenförmigen Nutenführungen (K1, K2) gleichen Radius (R) aufweisen.Feed device according to claim 14, characterized in that the two arcuate groove guides (K 1 , K 2 ) have the same radius (R). Vorschubeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem der beiden Schlitten (1, 2) ein oder zwei Drehantriebe (4–7) montiert sind, deren Antriebsachsen (A1, A2) im Kreismittelpunkt der zugeordneten Nutenführung (K1, K2) liegt, und deren Antriebsbewegung unmittelbar auf den Werkzeughalter bzw. die Werkzeugspindel (13) übertragen wird.Feed device according to claim 14 or 15, characterized in that on each of the two slides ( 1 . 2 ) One or two rotary drives ( 4 - 7 Are mounted) whose driving axles (A 1, A 2) is located at the circle center of the associated slot guide (K 1, K 2) and their drive motion directly on the tool holder or the tool spindle ( 13 ) is transmitted. Vorschubeinrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Nutenführung (K1, K2) über mehr als 180° erstreckt, wobei die beiden Enden jeder Nutenführung (K1, K2) auf je einer X-Achse liegen, die spiegelbildlich zur Längsmittellinie der Arbeitsfläche (8) liegen.Feed device according to claim 14, 15 or 16, characterized in that to each slot guide (K 1, K 2) extends over more than 180 °, wherein the two ends of each slot guide (K 1, K 2) are located on each of an X axis, the mirror image to the longitudinal center line of the Work surface ( 8th ) lie.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Title
Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 20. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag 2001, S. T23 *

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