DE2756183A1

DE2756183A1 - Praezisions-vorschubtisch

Info

Publication number: DE2756183A1
Application number: DE19772756183
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Aikawa; Masashi Kamiya; Yoshinaga Moriwaki; Hirosuke Ohshio; Masaharu Terashima; Tameyasu Tsukada; Katsunobu Ueda
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-22
Also published as: JPS5912419B2; JPS5374881A; GB1554089A; DE2756183C2; US4199996A

Description

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.
Kawasaki-shi, Japan

16. Duz. 1977

Präzisions-Vorschubtisch

Die Erfindung betrifft eine Zustell- oder Vorschubtischvorrichtung, insbesondere zur genauen Ausrichtung bzw. Zustellung einer Probe oder eines Werkstücks.

Eine Zustell- oder Vorschubtischvorrichtung muß eine eine Probe bzw. ein Werkstück tragende XY-VorschubanOrdnung ohne Zickzackbewegung oder unregelmäßigen Vorschub genauestens in die vorgeschriebene Positionen zu bringen vermögen. Die XY-Vorschubanordnung umfaßt dabei im allgemeinen einen Y-Achsen-Tisch und einen X-Achsen-Tisch, von denen letzterer längs der Oberfläche des Y-Tisches geradlinig bewegbar ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle einer Antriebskraftquelle, etwa eines Elektromotors, wird hierbei durch einen Wandlermechanismus in eine geradlinige Hin- und Herbewegung umgewandelt, durch welche die XY-Vorschubanordnung längs einer X- oder Y-Achse verschiebbar ist.

Bei einer bisherigen Vorschubtischvorrichtung dieser Art ist jedoch der Elektromotor des X-Tisches auf dem Y-Tisch montiert, so daß seine Schwingungen auf die XY-Vorschubanordnung übertragen werden und infolgedessen die Probe bzw. das Werkstück mittels dieser Anordnung nicht genau positioniert werden kann. Weiterhin umfaßt diese bisherige Anordnung im allgemeinen ein Wälzlager, z.B. ein Rollenlager. Die zwischen dem Lager und dem gelagerten Teil auftretenden Reibungskräfte führen daher häufig zu einem Haftschlupf bzw. Vorspannen (stick slip) oder

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zu thermischer Verformung des Lagers, wodurch eine Zickzackbewegung der XY-Vorschubanordnung und eine unregelmäßige Zustellung der Probe bzw. des Werkstücks eingeführt werden. Infolgedessen wird es schwierig, die Probe bzw. das Werkstück mittels der XY-Vorschubanordnung genau auszurichten.

Es ist bereits ein derartiger Vorschubtisch vorgeschlagen worden, bei dem die Vorschubanordnung aus einem einzigen Tisch besteht, um auf diese Weise die Auswirkung der Schwingungen des Elektromotors auszuschalten. Bei diesen Vorrichtungen werden die X- und Y-Leitschlitten durch die entsprechenden Elektromotore geradlinig hin- und herbewegt. Die geradlinigen Bewegungen dieser Leitschlitten werden über entsprechende Leitschienen oder -stangen auf die XY-Vorschubanordnung übertragen. Bei dieser bisherigen Vorrichtung soll die Präzision, mit welcher eine Probe bzw. ein Werkstück ausrichtbar ist, durch Ausschaltung des Einflusses der Schwingungen des Elektromotors verbessert werden. Da jedoch die von der Verwendung eines Wälzlagers herrührende Verformung der Leitstange diese mehr beeinflußt, treten bezüglich der genauen Ausrichtung oder Positionierung einer Probe bzw. eines Werkstücks mittels der XY-Vorschubanordnung dieselben Schwierigkeiten wie vorher auf.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Zustelloder Vorschubtischvorrichtung, bei welcher das Auftreten von Haftschlupf bzw. Verspannung (stick slip) und die Verformung eines Lagers unterdrückt werden und die Auswirkung der Schwingungen einer Antriebskraftquelle, etwa eines Elektromotors, ausgeschaltet wird, so daß eine präzise Ausrichtung einer Probe bzw. eines Werkstücks gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorschubtischvorrichtung gemäß ein-er bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Teil-Vorderansicht des Hauptabschnitts einer ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung,

Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Längsschnittansicht einer Kupplungseinrichtung,

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gehaltene Teilansicht eines Y-Tisches,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine Teilseitenansicht einer XY-Vorschub(tisch)-anOrdnung,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7 und

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine gegenüber Fig. 4-abgewandelte Kupplungseinrichtung.

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Der in Pig. 1 dargestellte Vorschubtisch 10 gemäß der Erfindung umfaßt eine Basis bzw. einen Sockel 12, eine erste Präzisions-Vorschubeinrichtung 14 zur Umwandlung einer Drehbewegung einer Antriebskraftquelle in eine geradlinige spielfreie bzw. Pein-Bewegung sowie eine XY-Vorschub(tisch)anordnung 18 mit einem X-Aufspanntisch bzw. einem in Richtung der X-Achse verschiebbaren Tisch 15 und einem Y-Aufspanntisch bzw. in Richtung der Y-Achse verschiebbaren Tisch 16. Letzterer ist durch die erste Präzisions-Vorschubeinrichtung 14 verschiebbar. Der X-Tisch 15 ist durch eine zweite Präzisions-Vorschubeinrichtung 20 längs einer X-Achse verschiebbar, d.h. senkrecht zur Y-Achse, längs welcher der Y-Tisch 16 verschiebbar ist. Die durch die erste Vorschubeinrichtung 14 bewirkte Verschiebung wird nicht unmittelbar auf den Y-Tisch 16 übertragen, vielmehr wird diese geradlinige Bewegung über eine Kupplungseinrichtung 22 indirekt auf den Y-Tisch 16 übertragen, um die Einflüsse verschiedener Faktoren, wie Schwingung, Torsionsbewegung und Biegemomente, der ersten Vorschubeinrichtung 14 auszuschalten.

Gemäß Fig. 1 weist die erste Präzisions-Vorschubeinrichtung 14 eine Antriebskraftquelle 24 z.B. in Form eines Servomotors, der mit Hilfe nicht dargestellter Schrauben mit zwischengefügtem Dämpfungsmaterial, wie Gummi, am Sockel 12 befestigt ist, sowie einen auf ähnliche Weise am Sockel 12 befestigten, U-förmigen Lagerblock 26 auf. Zwei waagerechte Tragstangen 30, 31 sind zwischen zwei einander zugewandten, lotrechten Wandteilen 28, 29 des Lagerblocke 26 befestigt, wobei sie zur Gleitführung eines im wesentlichen kreuzförmigen Leit-Schlittens 32 dienen. Eine Antriebswelle oder -spindel 34 des Servomotors 24 durchsetzt den Hittelteil des kreuzförmigen Schlittens 32, wobei das verlängerte bzw. äußere Ende dieser Welle 34 im Wandteil 29 drehbar gelagert ist. Diese Antriebswelle

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34 besteht vorzugsweise aus einer Kugel-Schraubspindel, die im Schlitten 32 mittels eines Kugelgehäuses 36 drehbar gelagert ist. Zwei waagerecht angeordnete Leit- oder Schubstangen 38, 39 sind mit dem einen Ende symmetrisch an oberem und unterem Abschnitt des Kugelgehäuses 36 angebracht und mit ihren anderen Enden durch den Wandteil 29 hindurchgeführt und mit einer Verbindungsplatte 40 (Fig. 4) der Kupplungseinrichtung 22 verbunden.

Die am Lagerblock 26 befestigten Tragstangen 30» 31 weisen mit hoher Präzision gefertigte Außenflächen auf. Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, tragen die Tragstangen 30» 31 den Leit-Schlitten 32 berührungsfrei mittels dritter Lager 42, 43 unter Verwendung eines Druckmediums, wie Druckluft. Das Druckmedium wird dabei von einer Versorgung 44 aus über eine Verteilerleitung 46 und Düsen 48 in den Spalt zwischen dem Lagerteil und der betreffenden waagerechten Tragstange 30, 31 eingeblasen, um in diesem Spalt eine statische Luftschicht zu bilden. Die Druckmittellager 42, 43 vermögen somit die Tragstangen 30, 31 berührungsfrei zu tragen.

Die Antriebswelle 34, die, wie erwähnt, die Form einer Kugel-Schraubspindel besitzt, ermöglicht eine präzise geradlinige Bewegung des Leit-Schlittens 32. Der Schlitten 32, der von den Tragstangen 30, 31 mittels der Druckmittellager 42, 43 berührungsfrei getragen wird, unterliegt weiterhin keinem Haftschlupf und keiner thermischen Verformung aufgrund von Reibungskräften. Bei der Drehbewegung übt die Kugel-Schraubspindel eine, wenn auch geringe, Torsionsbewegung auf den Schlitten 32 aus. Da dieses Torsionsmoment ungleichmäßig bzw. unausgeglichen ausgeübt wird, ist der Schlitten bestrebt, eine geringfügige, schwingende Verdrehung durchzuführen, die zu einem unregelmäßigen Vorschub oder einem Haftschlupf, d.h.

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Hängenbleiben (stick slip), einer Probe oder eines Werkstücks in Richtung der Y-Achse führen kann.

Die beiden Dnickmittellager 42, 43, die gegenüber der Antriebswelle 34 symmetrisch angeordnet sind, machen letztere ausreichend unempfindlich gegenüber Schwingung, so daß der genannte Nachteil der Kugel-Schraubspindel vollständig vermieden wird und der Schlitten 32 somit in kleinsten Zustellschritten spielfrei (minutely) und mit hoher Präzision verschoben werden kann. Jede Düse 48 der Druckmittellager 42, 43 besitzt eine sich konisch erweiternde öffnung zur Herabsetzung der Kraft, mit welcher die Druckluft ausgeblasen wird.

Gemäß Fig. 4 ist das eine Ende einer Verbindungsstange 52 an der Verbindungsplatte 40 der Kupplungseinrichtung 22 befestigt. Am anderen Ende der Verbindungsstange 52 ist ein Flansch 54 angeformt, der an beiden Seiten und an der Umfangsfläche mit hoher Präzision bearbeitet ist und der durch ein Druckmittellager 58 in einem inneren Gehäuse 56 gelagert ist, das seinerseits bewegbar in ein äußeres Gehäuse 60 eingesetzt ist. Das Druckmittellager 58 umfaßt zwei Schublager 62, 63, welche den Stirnflächen des Flansches 5^ zugewandt sind, sowie ein die Umfangsflache des Flansches 54 umschließendes Radiallager 64. Das innere Gehäuse 56 besteht aus zwei Gehäuseteilen 65« 66, die luftdicht miteinander verbunden sind. Am einen Gehäuseteil 65 ist eine Ausgangs- oder Abtriebswelle 68 angeschraubt. Das äußere Gehäuse 60 besteht aus zwei Gehäuseteilen 70, 71, die luftdicht miteinander verbunden und am Sockel 12 montiert sind. Das äußere Gehäuse 60 enthält zwei Schublager 72, 73» welche den Stirnflächen des inneren Gehäuses 56 zugewandt sind, sowie ein der Umfangsflache des inneren Gehäuses 56 zugewandtes Radiallager 74. Die Lager 72 - 74 bilden gemeinsam ein Druckmittellager 76 zur berührungsfreien Lagerung des inneren Gehäuses 56. Die

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gemeinsam das Druckmittellager 58 bildenden Lager 62 - 64- sind mit mehreren, einander zugewandten Düsen 78 versehen. Ebenso sind die das Druckmittellager 76 bildenden Lager 72 .-74- mit mehreren, einander zugewandten Düsen 79 versehen. Die Düsen 78, 79 werden jeweils über nicht dargestellte Verteiler- bzw. Speiseleitungen mit Druckluft von der Versorgung 4A aus beschickt. Die aus den Düsen 78, 79 ausgeblasene Druckluft bildet eine statische Luftschicht zur berührungsfreien, d.h. "schwimmenden" Lagerung des Flansches 5^- der Verbindungsstange 52 und des inneren Gehäuses 56. Außerdem bildet die Druckluft, die durch die Spalten zwischen den Umfangsflachen der Verbindungsstange 52 und der Abtriebswelle 68 einerseits sowie den Gehäusen 56, 60 andererseits zur Außenluft ausströmt, eine zusätzliche statische Luftschicht zur unmittelbaren berührungsfreien Lagerung von Verbindungsstange 52 und Abtriebswelle 68. Zudem sind in den Gehäusen 56, 60 zahlreiche O-Ringe zur Verhinderung eines Austritts der Druckluft angeordnet.

Wie erwähnt, wird die Verbindungsstange 52 durch das Druckmittellager 58 berührungsfrei getragen. Das das Druckmittellager 58 enthaltende innere Gehäuse 56 ist im feststehenden äußeren Gehäuse 60 in Axialrichtung verschiebbar geführt und außerdem durch das Druckmittellager 76 berührungsfrei gelagert. Die Abtriebswelle bzw. der Ausgangsschaft 68 ist am inneren Gehäuse 56 befestigt. Infolgedessen wird die genaue Verschiebungsbewegung der Verbindungsstange 52 über eine auf beiden Seiten des Flansches 5^ gebildete statische Luftschicht ruckfrei und genau auf das innere Gehäuse, nämlich auf die Abtriebswelle 68 übertragen. Die Abtriebswelle 68 ist über die Kupplungseinrichtung 22 in Form eines berührungsfrei arbeitenden Doppel-Lagersystems mit den Druckmittellagern 58, 76 indirekt mit der Verbindungsstange 52 verbunden. Infolgedessen werden Schwingungen, Torsionsbewegungen oder Biegemomente, die in der Verbindungsstange 52 entstehen, von den

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Druckmittellagern 58, 76 absorbiert und somit überhaupt nicht auf die Abtriebswelle 68 übertragen.

Das innere Gehäuse 56 ist unter berührungsfreier Lagerung durch das Druckmittellager 76 in das äußere Gehäuse 60 eingesetzt. Eine durch das Druckmittellager gebildete statische Luftschicht wirkt als Dämpfer zur Gewährleistung einer ruckfreien Verschiebung des inneren Gehäuses 56 bzw. der Abtriebswelle bzw. des Ausgangsschafts 68. Die Düsen 78, 79 weisen sich konisch erweiternde öffnungen auf, um die Kraft der ausströmenden Druckluft zu vermindern.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird der Y-Tisch 16 der XY-Vorschubanordnung 18 von zwei Tragstangen 82, 83 verschiebbar getragen, die zwischen zwei einander gegenüberstehenden, lotrechten Blocken 80, 81 verspannt sind. Die beiden Anordnungen zur Führung des Y-Tisches 16 mittels der Tragstangen 82, 83 besitzen jeweils denselben Aufbau, so daß im folgenden nur die Trag- bzw. Lageranordnung der Tragstange 83 beschrieben ist.

Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist im Y-Tisch 16 ein Ringkanal 84 ausgebildet, von dem in Radialrichtung mehrere Düsen 86 abgehen. Diese Düsen 86 sind einander zugewandt, so daß der Y-Tisch 16 durch die Tragstange 83 in vollkommen paralleler Lage dazu geführt wird. An den Y-Tisch 16 sind zwei Schlauchleitungen 88 zur Zufuhr von Druckluft in den Ringkanal 84 angeschlossen. Die vom Vorrat 44 über die Schlauchleitungen 88 in den Ringkanal 84 eingeführte Druckluft wird somit über die Düsen 86 gegen die Tragstange 83 ausgeblasen, so daß zwischen der Tragstange 83 und dem Y-Tisch 16 eine statische Luftschicht gebildet wird. Der Y-Tisch 16 wird durch dieses Druckmittellager berührungsfrei bzw. "schwimmend" getragen. Die statische Luftschicht besitzt in Axialrichtung der Tragstange 83 eine gleichmäßige Dicke, obgleich ihre Dicke in Radialrichtung der Tragstange 83 ungleichmäßg sein kann. Infolgedessen wird der Y-Tisch

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in Axialrichtung genau waagerecht und ohne jede Verkantung geführt.

Der auf der Tragstange 83 berührungsfrei gelagerte Y-Tisch nimmt ersichtlicherweise keine konzentrische Lage gegenüber der Tragstange 83 ein. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Kraft, durch welche der Y-Tisch 16 in "Schwebe" gehalten wird, durch Faktoren, wie den Druck der Druckluft und die auf den Y-Tisch 16 einwirkende Belastung, bestimmt wird und daß der untere Teil der statischen Luftschicht, in Radialrichtung der Tragstange 83 gemessen, eine größere Dicke besitzt als ihr oberer Teil. Wenn die statische Luftschicht eine bestimmte Dicke erreicht, wird der Y-Tisch 16 im stabilsten Zustand gehalten. Die statische Luftschicht, deren oberer Bereich, in Radialrichtung der Tragstange 83 gemessen, eine geringere Dicke besitzt, gewährleistet eine beträchtliche Stabilität, d.h. eine große Steifheit bzw. einen großen Widerstand gegenüber einer Belastung, durch welche der Y-Tisch 16 nach unten gedrückt wird. Da in der Dickenverteilung dieser statischen Luftschicht nur geringe Änderungen auftreten, ist der Y-Tisch 16 kaum bestrebt, sich in Abwärtsrichtung zu verschieben. Dennoch ist der Y-Tisch 16 ursprünglich bestrebt, sich konzentrisch zur Tragstange 83 auszurichten. Die statische Luftschicht bietet daher einen geringen Widerstand gegenüber einer Last, durch welche der Y-Tisch 16 nach oben verlagert wird, so daß er leicht nach oben verschiebbar ist.

Da der eine Probe oder ein Werkstück tragende X-Tisch 15 auf dem Y-Tisch 16 montiert ist, wird auf letzteren ein Biegemoment ausgeübt. Wenn ein Biegemoment M in die in Pig. durch die Pfeile angedeuteten Richtungen wirkt, ist der Y-Tisch 16 bestrebt, sich an der rechten Seite nach unten und an der linken Seite nach oben zu verkanten. Da hierbei jedoch

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die statische Luftschicht aus den genannten Gründen einer an der rechten Seite des Y-Tisches 16 in Abwärtsrichtung wirkenden Last oder Belastung einen großen Widerstand entgegensetzt, kann der T-Tisch 16 an der rechten Seite kaum nach unten kippen. Andererseits bietet die statische Luftschicht für eine in Aufwärtsrichtung wirkende Last nur einen geringen Widerstand, so daß der T-Tisch 16 an der linken Seite nach oben gedrückt wird. Infolgedessen gelangt der Y-Tisch 16 als Ganzes in eine geneigte bzw. verkantete Lage.

Zur Verhinderung der Verkantung des Y-Tisches 16 sind gemäß Fig. 5 zu beiden Seiten des Y-Tisches 16 Anschlußstücke 90, angebracht. Da diese Anschlußstücke 90, 91 im waagerechten Schnitt symmetrische Form besitzen, braucht im folgenden nur das Anschlußstück 90 beschrieben zu werden. Gemäß Fig. 6 besteht das Anschlußstück 90 aus einem kreissegmentförmigen Ring. Im untersten Teil der Innenumfangswand des Anschlußstücks 90 ist eine Öffnung bzw. Düse 92 vorgesehen, deren oberes Ende stark aufgeweitet ist. Das Anschlußstück 90 vermag den vorgesehenen Zweck gut zu erfüllen, vorausgesetzt, daß es so ausgebildet ist, daß die über die Düse 92 ausströmende Druckluft eine die Tragstange 83 nach oben zu drücken trachtende Kraft ausübt. Position und Zahl der Düsen 92 sowie Form des Anschlußstücks 90 selbst sind keineswegs auf die Ausgestaltung gemäß Fig. 6 beschränkt. Die vom Vorrat 44 aus über eine Speiseleitung 94 in das Anschlußstück 90 eingeführte Druckluft wird über die Düse 92 gegen die Unterseite der Umfangsflache der Tragstange 83 ausgeblasen, um dann über den ausgesparten Abschnitt (des Anschlußstücks 90) auszuströmen und dabei auch längs der Tragstange 83 zu fließen. Da die Tragstange 83 starr an den lotrechten Blöcken 80, 81 befestigt ist, wird das Anschlußstück 90 durch die Gegenwirkkraft der die Unterseite der Umfangsfläche der Tragstange 83 beaufschlagenden Druckluftströme nach unten ge-

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drückt. Die Kraft des nach unten gedrückten, linken Anschlußstücks 90, welches die linke Seite des Y-Tisches 16 nach unten zu verlagern bestrebt ist, gleicht somit das auf die linke Seite des Y-Tisches einwirkende, aufwärts gerichtete Biegeoder Kippmoment aus. Infolgedessen wird der Y-Tisch 16 nicht verkantet, selbst wenn das genannte Biegemoment auf seine linke Seite einwirkt. Wenn das Biegemoment in die entgegengesetzte Richtung wirkt, wird das an der rechten Seite vorgesehene Anschlußstück nach unten gedrückt, wodurch eine Verkantung oder Schrägstellung des Y-Tisches 16 auf dieselbe Weise, wie vorstehend beschrieben, verhindert wird.

Der Präzisionsvorschub des Leit-Schlittens 32 wird somit durch die Abtriebswelle bzw. den Ausgangsschaft 68 über die Tragstangen 38, 39 bewirkt. Eine Kraft zur Hervorbringung des Präzisionsvorschubs des Schlittens 32 wird von der Abtriebswelle 68 über die Tragstangen 38, 39 übertragen. Eine Verkantung des Y-Tisches 16 der XY-Vorschubanordnung 18 auf den Tragstangen 82, 83 wird durch die Wirkung der Anschlußstücke 90» 91 verhindert. Infolgedessen kann eine Probe bzw. ein Werkstück mittels der Anordnung 18 präzise positioniert werden.

Der auf dem Y-Tisch 16 verschieblich geführte X-Tisch 15 wird durch die zweite Präzisions-Vorschubeinrichtung 20 positioniert. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist diese zweite Vorschubeinrichtung 20 eine Antriebskraftquelle 100, beispielsweise in Form eines Servo-Motors auf, der mittels einer L-förmigen Anbauplatte 98 am Sockel 12 befestigt ist. Der Abtrieb des Servo-Motors 100 wird mittels einer Antriebswelle 102 zu einem auf dem Y-Tisch 16 angeordneten Wandlermechanismus 104 übertragen.

Der Wandlermechanismus 104 besteht aus einer Schneckenradanordnung, die Drehungen in kleinsten Schritten durchzuführen vermag. Eine die genaue bzw. spielfreie Drehung des Wandler-

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mechanismus 104 abnehmende Abtriebswelle 106 ist am einen Ende mit dem X-Tisch 15 verbunden, um diesen auf dem Y-Tisch 16 verschieben zu können. Vorzugsweise besteht die Abtriebswelle 106 aus einer Kugel-Schraubspindel zur Gewährleistung eines Präzisionsvorschubs des X-Tisches 15. Der Wandlermechanismus 104 wird zusammen mit dem Y-Tisch 16 in Richtung der eingezeichneten Y-Achse verschoben. Die Antriebswelle ist mit dem Wandlermechanismus 104 über eine Kugelführung verbunden, so daß sie unabhängig von ihrer Positionsänderung die Drehbewegung auf den Wandlermechanismus 104 zu übertragen vermag.

Gemäß den *ig. 7 und 8 ist der X-Tisch 15 auf dem Y-Tisch 16 mit Hilfe eines Druckmittellagers berührungsfrei bzw. "schwimmend" gelagert. Beide Seiten des Y-Tisches 16 sind jeweils mit einer in Richtung der X-Achse verlaufenden, langgestreckten Nut versehen, in welcher der X-Tisch 15 geführt ist. Letzterer weist auf beiden Seiten je einen mit Spiel in die Nut 110 eingesetzten Planschteil 112 auf. Weiterhin ist der X-Tisch 15 mit zwei Paaren von lotrecht verlaufenden Düsenbohrungen 114,von denen nur ein Paar eingezeichnet ist, versehen. In jedem Planschteil 112 des X-Tisches 15 sind waagerechte Düsenbohrungen 116 vorgesehen, deren Öffnungen 116a den Öffnungen bzw. den Mündungen der Düsen 114 zugewandt sind. Weiterhin weisen die Düsenbohrungen 116 einander zugewandte bzw. gegenüberstehende Öffnungen 116b auf. Die Mündungen dieser Düsenbohrungen 114, 116 sind jeweils konisch erweitert. Die von der Druckluftversorgung 44 über die Düsenbohrungen 114, 116 zugeführte Druckluft wird zwischen X-Tisch 15 und Y-Tisch 16 eingeleitet, so daß sie zwischen diesen beiden Tischen eine statische Luftschicht bildet. Durch diese statische Luftschicht ist der X-Tisch 15 berührungsfrei auf dem Y-Tisch 16 gelagert, so daß er über dem Y-Tisch 16 ohne Zickzackbewegung oder Verklemmung verschiebbar ist. Die aus einer Präzisionsschraubspindel ^stehende Abtriebswelle 106 wird durch den

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Wandlermechanismus 104 mit Schneckenradanordnung spielfrei in Drehung versetzt. Infolgedessen kann der mit dem einen Ende der Abtriebswelle 106 verbundene X-Tisch 15 genauestens positioniert werden. Selbst wenn infolge der Drehung der Abtriebswelle 106 ein Biegemoment entsteht, erfahren weder der X-Tisch 15, der mittels des Druckmittellagers berührungsfrei auf dem Y-Tisch gelagert ist,noch der mit dem vorher beschriebenen Anschlußstücken 90, 91 auf beiden Seiten versehene Y-Tisch 16 eine Verkantung.

Im folgenden ist anhand von Fig. 9 eine andere, gegenüber der Kupplungseinrichtung 22 gemäß Fig. 4 abgewandelte Kupplungseinrichtung beschrieben. Die Kupplungseinrichtung 122 gemäß Fig. 9 besitzt weitgehend den gleichen Aufbau wie diejenige gemäß Fig. 4, weshalb in Fig. 9 die den Teilen von Fig. 4 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind. Bei der Kupplungseinrichtung 122 besitzt der freie Endabschnitt der Verbindungsstange 52 einen vergrößerten Durchmesser. Am Zentrum des erweiterten Abschnitts der Verbindungsstange 52 ist ein Flansch 54- angebracht. Das innere Gehäuse 56 enthält eine Druckmittellageranordnung 58 niit vier Schub- bzw. Radiallagern 110, die im wesentlichen T-förmige Düsenbohrungen 78 aufweisen, welche einerseits an den Seitenflächen des Flansches 5^ und andererseits an der Umfangsflache der Verbindungsstange 52 münden. Weiterhin weist die Druckmittellageranordnung 58 ein die Umfangsflache des Flansches 5^ umschließendes Radiallager 64 auf. Bei der Abwandlung gemäß Fig. 9 ist das in Fig. 4 am äußeren Gehäuse 60 vorgesehene Druckmittellager 76 in das innere Gehäuse 56 einbezogen. Das äußere Gehäuse 60 gemäß Fig. 9 besitzt eine beidseitig offene zylindrische Form. Das Druckmittellager 76 gemäß Fig. 9 enthält keine Schublager 72, 73· Die von der Versorgung 44 zugeführte Druckluft tritt über eine Speise-

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leitung 112 in den Hingraum 114 des inneren Gehäuses 56 ein. Ein Teil der den Ringraum 114 verlassenden Druckluft wird über die Düsenbohrungen 78 der Druckmittellageranordnung 58 an den Seitenflächen des Flansches 54 und an der Umfangsfläche der Verbindungsstange 52 ausgeblasen, um eine statische Luftschicht zu bilden. Ein Teil der Druckluft wird unmittelbar nach der Strömung über die Umfangsfläche der Verbindungsstange 52 zur Außenluft entlassen, und zwar über einen Auslaßkanal 117 im Innengehäuse 56 sowie über kleine, radial verlaufende Bohrungen 115 in der Verbindungsstange 52, axial verlaufende Bohrungen 116 und den Auslaßkanal 117. Die Druckluft bildet dabei auch an der Umfangsfläche des Flansches 54 eine statische Luftschicht. Ein Teil der aus dem Ringraum 114 austretenden Druckluft wird über Düsenbohrungen 79 des Druckmittellagers 76 in das äußere Gehäuse 60 ausgeblasen, um zwischen dessen Innenfläche und der Außenfläche des inneren Gehäuses 56 eine statische Luftschicht zu bilden.

Bei der Kupplungseinrichtung 122 gemäß Fig. 9 werden somit zwangsläufig statische Luftschichten symmetrisch zu beiden Seiten des Flansches 54 sowie längs der Umfangsfläche der Verbindungsstange 52 gebildet. Infolgedessen besitzt die Druckmittellageranordnung 58 eine größere Steifheit bzw. einen höheren Widerstand gegenüber einer auf die X- und Y-Tische 15 bzw. 16 einwirkenden Last, so daß beispielsweise die Übertragung der Schwingungen der Verbindungsstange 52 auf die Abtriebswelle bzw. den Ausgangsschaft 68 vollständig verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird die in eine genaue geradlinige Bewegung umgewandelte Drehbewegung eines Servo-Motors für den T-Tisch durch die vorzugsweise mit einem Druckmittellager versehene Kupplungseinrichtung indirekt auf den Y-Tisch übertragen. Infolgedessen entstehen im Y-Tisch keine Verspannungen oder Schwingungen. Außerdem ergibt sich bei den für die Präzisiona-

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Vorschubtischvorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Druckmittellagemkeineswegs die bei den bisher verwendeten Lagern zu beobachtende thermische Verformung.

Beim bisherigen Vorschub- bzw. Zustelltisch ergaben sich Schwierigkeiten bezüglich der Gewährleistung einer präzisen Vorschubbewegung unter Begrenzung der waagerechten und lotrechten Versetzungen einer Probe oder eines Werkstücks auf weniger als 1 /um pro zehn Zentimeter Vorschubweg. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermag dagegen der X-Tisch eine Probe oder ein Werkstück mit einer so hohen Vorschubpräzision zu positionieren, daß die waagerechte und lotrechte Versetzung der Probe bzw. des Werkstücks auf - 0,25 A¹¹¹¹ bzw. - 0,30 /um pro 80 cm Vorschubweg begrenzt wird.

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Leerse ite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. D-8000München80

Kawasaki-shi, Japan Tel · 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkId Telegramme: ellipsoid

'16.Dc;. I'--

Patentansprüche

M.jPräzisions-Vorschubtisch, gekennzeichnet durch einen Sockel (12), eine erste Präzisions-Vorschubeinrichtung (14) mit einer Antriebswelle (54), einer ersten Antriebskraftquelle (24) und einem ersten Wandlermechanismus (32, 56) zur Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle in eine präzise geradlinige Bewegung, durch eine XY-Vorschub(tisch)-anordnung (18) mit einem Y-Tisch (16), der in dieselbe Richtung verschiebbar ist wie die geradlinig verschiebbare Einrichtung der ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung, und einem auf dem Y-Tisch geführten X-Tisch (15)» der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Y-Tisches bewegbar ist, durch eine Kupplungseinrichtung (22) zur Übertragung der geradlinigen Bewegung der geradlinig verschiebbaren Einrichtung der ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung (14) auf den Y-Tisch der XY-Vorschubanordnung, und durch eine zweite Präzisions-Vorschubeinrichtung (20) mit einer zweiten Antriebskraftquelle (100), die mit einer Antriebswelle (102) versehen und am Sockel (12) montiert ist, mit einer auf dem

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Y-Tisch angeordneten zweiten Wandlereinrichtungvzur Umwandlung der Drehbewegung einer drehbaren Welle in eine spielfreie (minute) Drehbewegung bzw. Winkelbewegung und

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ORIGINAL INSPBCTED

mit einer drehbaren Abtriebswelle (106), deren Enden einerseits mit dem zweiten Wandlermechanismus und andererseits mit dem X-Tisch (15) verbunden sind und welche den X-Tisch mit einer Kraft zur Gewährleistung eines präzisen Vorschubs desselben beaufschlagt.
2. Vorschubtisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die geradlinig verschiebbare Einrichtung der ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung eine Verbindungsstange aufweist, deren freies Ende mit einem Flansch versehen ist, und daß die Kupplungseinrichtungen ein um den Flansch der Verbindungsstange herum angeordnetes erstes Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung der Verbindungsstange, ein inneres Gehäuse, in welchem das Druckmittellager angeordnet ist, ein das innere Gehäuse unter Ermöglichung einer Verschiebung desselben in Axialrichtung der Verbindungsstange aufnehmendes äußeres Gehäuse, ein zweites Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des inneren Gehäuses gegenüber dem äußeren Gehäuse und eine Abtriebswelle bzw. einen Ausgangsschaft aufweist, die bzw. der am einen Ende mit dem bewegbaren inneren Gehäuse und am anderen Ende mit dem Y-Tisch verbunden ist und dabei eine präzise Vorschub- bzw. Zustellbewegung des Y-Tisches durch die erste Präzisions-Vorschubeinrichtung ermöglicht.
3. Vorschubtisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Gehäuse einerseits sowie den beiden Stirnseiten und der Umfangsfläche des Flansches andererseits und auch zwischen Umfangsfläche der Verbindungsstange und dem inneren Gehäuse eine Druckmittelschicht gebildet ist, wobei ein Teil des Druckmittels längs der Verbindungsstange nach außen strömt.

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4. Vorschubtisch nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß an der Umfangsfläche der Verbindungsstange an beiden Stirnseiten des Flansches jeweils über praktisch dieselbe Länge hinweg eine Druckmittelschicht gebildet ist.
5. Vorschubtisch nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Druckmittellager eine zur Umfangsfläche der Verbindungsstange hin offene Düsenbohrung aufweist.
6. Vorschubtisch nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Trageinrichtung für die XY-Vorschub(tisch)anordnung mit mindestens zwei parallelen Tragstangen zur gleitfähigen bzw. verschiebbaren Führung des Y-Tisches dieser Anordnung und mit einem Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des Y-Tisches auf den Tragstangen vorgesehen ist.
7· Vorschubtisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Trageinrichtung weiterhin zwei an den senkrecht zur Y-Achse des Y-Tisches stehenden Seiten des Y-Tisches angeordnete Anschlußstücke aufweist, die jeweils mit einer an der Unterseite der Umfangsfläche der Tragstange mündenden Düsenbohrung zum Ausstoßen von Druckmittel gegen diese Umfangsfläche versehen sind.
8. Vorschubtisch nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung weiterhin ein Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des X-Tisches gegenüber dem Y-Tisch aufweist.
9. Vorschubtisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittellager für den X-Tisch mindestens zwei Paare von Düsenbohrungen aufweist, deren Mündungen über einen Teil des Y-Tisches hinweg einander zugewandt sind und daß ein Paar der Düsenbohrungen relativ zur Y-Achse zum anderen Paar symmetrisch angeordnet ist.

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10. Vorschubtisch nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandlermechanismus der zweiten Präzisions-Vorschubeinrichtung eine Schneckenradanordnung aufweist und daß die Abtriebswelle dieser Vorschubeinrichtung die Form einer Kugel-Schraubspindel besitzt.
11. Vorschubtisch nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle der ersten Antriebskraftquelle der ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung die Form einer Kugel-Schraubspindel besitzt, daß der erste Wandlermechanismus dieser Vorschubeinrichtung mit einem Leit-Schlitten versehen ist, der ein Kugelgehäuse zur drehbaren Lagerung der Abtriebswelle aufweist, und daß die geradlinig verschiebbare Einrichtung der ersten Präzisions-Vorschubeinrichtung eine an der Verbindungsstange angebrachte Verbindungsplatte sowie zwei Leitstangen aufweist, die jeweils am einen Ende mit der Verbindungsplatte und am anderen Ende mit dem Leit-Schlitten verbunden sind.
12. Vorschubtisch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Präzisions-Vorschubeinrichtung einen ersten Wandlermechanismus mit zwei Tragstangen zur verschiebbaren Führung des Leit-Schlittens sowie an letzterem vorgesehene Durckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des Schlittens gegenüber den Tragstangen aufweist.

13· Vorschubtisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung für die XY-Vorschub(tisch)anOrdnung mindestens zwei parallele Tragstangen zur verschiebbaren Führung des Y-Tisches dieser Anordnung und ein Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des Y-Tisches auf den Tragstangen aufweist.

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Vorschubtisch nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Trageinrichtung weiterhin zwei an den senkrecht zur Y-Achse stehenden Seiten des Y-Tisches
angeordnete Anschlußstücke aufweist, die jeweils mit
einer sich zur Unterseite der Umfangsfläche der Tragstange öffnenden Düsenbohrung zum Ausstoßen eines Druckmittels gegen diese Umfangsfläche versehen sind.

Vorschubtisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die XY-Vorschub(tisch)anordnung weiterhin ein Druckmittellager zur berührungsfreien Lagerung des X-Tisches gegenüber dem Y-Tisch aufweist.

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