DE3729649C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb für eine Werkzeugmaschine mit den im Oberbegriff des einzigen Anspruchs genannten Merkmalen.

Linearantriebe für Werkzeugmaschinen dienen dazu, beispielsweise ein Bearbeitungswerkzeug, einen Tisch, einen Schlitten o. dgl. linear in einer Richtung hin und her zu bewegen, meist, um die relative lage zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück einzustellen oder zu verändern. Insbesondere bei Portal- Graviermaschinen stellt sich diese Aufgabe des Linearantriebs in mehrfacher Weise für die einzelnen Raumrichtungen.

Die DE-OS 32 36 526 zeigt einen derartigen Linearantrieb für eine Werkzeugmaschine, bei der bereits eine Spindel starr und undrehbar, jedoch vorgespannt in einem Maschinenrahmen gelagert ist. Der Spindel sind zwei Muttern zugeordnet, die nahe beieinander gelagert sind, die durch Axiallager gegeneinander angestellt sind und die von einer Hülse umfaßt werden, auf die wiederum der Rotor des Motor aufgeschrumpft ist. Die Axiallager für die beiden Muttern sind an einem linear geführten Gehäuse vorgesehen. Diese Ausbildung ist zum Antrieb eines Werkzeugmaschinenschlittens geeignet und bestimmt, bei dem üblicherweise durchaus nennenswerte Kräfte übertragen werden müssen, so daß die Einheit vergleichsweise starr und massiv ausgebildet ist. Da der Rotor des Motors auf den Muttern und der Hülse angeordnet ist, also koaxial zur Spindel, wird durch die Masse des Motors die rotierende Masse in nachteiliger Weise unter Erhöhung des Rotations- Trägheitsmoments der Einrichtung vergrößert.

Auch gemäß der DE-OS 33 09 249 ist der dort vorgesehene Kurzschlußkäfigläufer des Motors auf der starr angeordneten Spindel und damit koaxial zur Achse der Spindel angeordnet.

Auch hier sind zwei Muttern der Spindel zugeordnet, die jedoch über einen separaten Antrieb gegeneinander drehbar gelagert sind, um axiales Spiel auszugleichen.

Die DE-OS 34 25 244 zeigt eine Vorschubeinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer undrehbar gelagerten Spindel und zwei Vorschubeinheiten, wobei jede Vorschubeinheit eine einzige Mutter und einen zugeordneten Motor aufweist, dessen Achse parallel zu der Achse der Spindel angeordnet ist, wobei der Drehantrieb über Zahnräder erfolgt.

Die DE-OS 25 07 800 zeigt eine Antriebseinrichtung, insbesondere für die Kugelumlaufspindel einer numerisch gesteuerten Drehmaschine. Um eine spielfreie Übertragung der Drehbewegung auf die Kugelumlaufspindel unter Anwendung einfacher Übertragungsmittel zu ermöglichen, sind das Abtriebszahnrad und das Antriebszahnrad mittels eines umlaufenden Zahnriemens gekoppelt, der über mindestens eine Spannrolle gehalten wird. Die Kugelumlaufspindel wirkt mit einer vorgespannten Doppelmutter zusammen, die an einem Kreuzschlitten befestigt ist. Durch Verdrehen der Kugelumlaufspindel erfolgt eine Translationsbewegung des Kreuzschlittens in einer Vorschubrichtung.

Aus der US-PS 44 49 988 ist ein Linearantrieb für eine translatorische Bewegung einer Kugelumlaufspindel bekannt, die mit einer einzigen rotierend über Zahnriemen angetriebenen, axial nicht verschieblichen Mutter zusammenarbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß bei geringer Antriebsleistung des eingesetzten Motors hohe Beschleunigungen und damit auch hohe Vorschubgeschwindigkeiten bei vergleichsweise geringen übertragenen Kräften erreichbar sind, wobei der Antrieb relativ einfachen Aufbau aufweisen und, insbesondere auch bei Drehrichtungsumkehr, spielfrei sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs.

Zur Verstellung bzw. Beseitigung des Axialspiels werden die beiden Muttern nicht mehr, wie im Stand der Technik, gegeneinander verdreht; die beiden Muttern sind über die Zahnriemenscheibe und die Nut-Feder-Verbindung zwischen diesen drei Teilen zu einer insgesamt starren, also nicht gegeneinander verdrehbaren Einheit verbunden. Diese Einheit wird durch die beiden in besonderer Weise nachstellbaren Axiallager axial zusammengedrückt. In Verbindung damit wird die Spindel durch ihre vorgespannte Lagerung auseinandergezogen. Damit wird die Spielfreiheit des Antriebs erreicht. Durch die starre Lagerung der Spindel wird diese gleichsam Bestandteil des Rahmens, d. h. sie kann Tragefunktion übernehmen und den Rahmen insgesamt aussteifen. Damit ergibt sich auch der besondere Vorteil, daß kritische Drehzahlen der Spindel keine Rolle mehr spielen und die Spindel somit nach anderen Kriterien dimensioniert werden kann. Da die Mutter über den Motor angetrieben wird und die Masse der Mutter im Vergleich zur Masse der Spindel wesentlich kleiner ist und auch entsprechend klein gestaltet werden kann, ergeben sich geringe Rotations-Trägheitsmomente, die sich vorteilhaft in einer hohen erreichbaren Beschleunigung und einer hohen Verfahrgeschwindigkeit äußern. Der Antrieb wird durch die starre Lagerung der Spindel sehr steif, was vorteilhaft ist. Es sind auch ohne weiteres höhere Beschleunigungsmomente möglich, also hohe Motordrehzahlen. Die kritische Drehzahl der Mutter liegt im Vergleich zur kritischen Drehzahl der Spindel weit höher und wird auch bei auf diese Weise erhöhten Motordrehzahlen nicht erreicht. Ganz erstaunlich aber ist es, daß es völlig ausreicht, eine relativ kleine Antriebsleistung zu installieren, die an sich lediglich ausreichen muß, um die Verdrehung der Mutter zu erreichen. Durch die starre Lagerung der Spindel entfällt die Toleranz des Drehlagers der Spindel im Stand der Technik und die hierauf zurückzuführenden Nachteile. Ein solcher relativ einfacher Linearantrieb läßt sich besonders preiswert bauen, und auch die Motorunterbringung bereitet infolge der Kleinheit des Motors kleinerlei Schwierigkeiten. Weiterhin tritt vorteilhaft eine Verminderung der Umkehrlose durch Wegfall der Lagerung der Spindel ein. Der neue Linearantrieb eignet sich somit in besonderer Weise für hohe Beschleunigungen und geringe zu übertragende Kräfte. Die Verwendung eines Zahnriementriebs ist vorteilhaft, weil er die unvermeidlichen Vibrationen des Motors dämpft, so daß diese nur teilweise in die anderen Elemente des Linearantriebs übertragen werden.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben. Die Figur zeigt die wesentlichen Einzelteile des Linearantriebs, teilweise geschnitten.

In der Figur sind Teile eines ortsfesten Rahmens 1 dargestellt, zwischen denen eine Spindel 2 angeordnet ist, die entlang ihrer Erstreckung mit einem nicht dargestellten Gewinde versehen ist. Die Spindel 2 ist in dem Rahmen 1 unter Vorspannung gelagert. Diese Vorspannung kann durch Schrauben 3 aufgebracht werden. Der Spindel 2 mit ihrem nicht dargestellten Gewinde sind zwei ähnlich oder identisch ausgebildete Muttern 4 und 5 zugeordnet, die unter geringem gegenseitigen Abstand 6 auf der Spindel 2 mit entsprechendem Gegengewinde angeordnet sind. Die beiden Muttern 4 und 5 werden über einen Teil ihrer axialen Länge von einer Zahnriemenscheibe 7 überdeckt, wobei eine Nut/ Feder-Verbindung 8 die beiden Muttern 4 und 5 sowie die Zahnriemenscheibe 7 zu einer gegeneinander nicht verdrehbaren Einheit zusammenfaßt. Beispielsweise können die beiden Muttern 4 und 5 in axialer Richtung auf ihrem Umfang eine durchgehende Nut 9 aufweisen, wobei auch die Zahnriemenscheibe 7 auf ihrem inneren Umfang eine entsprechende Nut aufweist. Ein durchgehender Keil ist dann in diese Nuten eingeschoben und verbindet die drei Teile untereinander. Durch eine solche Nut/Feder-Verbindung 8, die auch als Paßkeil ausgebildet sein kann, wird nicht nur die Relativdrehung der beiden Muttern 4 und 5 gegeneinander verhindert, sondern gleichzeitig auch der Drehantrieb über die Zahnriemenscheibe 7 auf die beiden Muttern 4 und 5 übertragen. Dieser Drehantrieb wird von einem Motor 10 abgeleitet, der auf einer Konsole sitzt, die an einem geführten Gehäuse 12 befestigt ist. Auf der Achse des Motors sitzt eine weitere Zahnriemenscheibe 13 und ein Zahnriemen 14 sorgt für die Übertragung des Drehantriebs auf die Zahnriemenscheibe 7. Das Gehäuse 12 ist linear in Richtung der Achse 15 der Spindel 2 geführt. Diese Führung ist hier nicht dargestellt.

Die beiden Muttern 4 und 5 sind in dem geführten Gehäuse 12 und gegenüber diesem verdrehbar gelagert. Hierzu dienen Axiallager 16 und 17, die symmetrisch angeordnet und ausgebildet sein können. In dem Gehäuse 12 sind Gewindescheiben 18, 19, 20 in Gewindestücken drehbar und damit axial verstellbar gelagert, so daß durch die Relativverdrehung der Gewindescheiben 18, 19, 20 gegeneinander das axiale Spiel der Muttern 4 und 5 hinwegverstellt und auch auf diese Art und Weise das Umkehrspiel des Lineartriebs beseitigt werden kann. auch zu Nachstellzwecken bei aufgetretenem Verschleiß können die Gewindescheiben entsprechend verdreht werden. Das geführte Gehäuse 12 weist eine Öffnung 21 für den Durchtritt des Zahnriemens 14 auf.

Mit dem geführten Gehäuse 12 kann z. B. eine gestrichelt dargestellte Konsole 22 verbunden sein, die eine ebenfalls gestrichelt dargestellte Gravierspindel 23 trägt, die wiederum einen eigenen Motor für deren Drehantrieb aufweist. Am Ende der Gravierspindel ist dann ein entsprechendes Gravierwerkzeug eingespannt, so daß erkennbar ist, daß der Linearantrieb in der X-Richtung entsprechend dem Doppelpfeil 24 eingesetzt werden kann.

Der dargestellte Linearantrieb kann jedoch auch für die Y- Richtung an Portal-Graviermaschinen eingesetzt werden. In diesem Fall ist sodann mit dem geführten Gehäuse 12 eine Tischplatte 25 verbunden, die in strichpunktierter Darstellung angedeutet ist. Es versteht sich, daß auf diese Art und Weise der Linearantrieb bei einer Portal- Graviermaschine zweimal Verwendung finden kann. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind ohne weiteres denkbar.

Wenn der Motor 10 angesteuert wird, um eine Drehbewegung auszuführen, dann überträgt er diese Drehbewegung zunächst auf die Zahnriemenscheibe 13 und über den Zahnriemen 14 auf die Zahnriemenscheibe 7 und damit auf die beiden Muttern 4 und 5. Die Muttern 4 und 5 rotieren auf der stillstehenden Spindel 2 und bewirken damit eine Axialbewegung in Richtung des Doppelpfeils 24, so daß das Gehäuse 12 mitsamt der Konsole 11, dem Motor 10 und beispielsweise der Tischplatte 25 in der entsprechenden Richtung verfahren wird. Man erkennt, daß die Rotations- Trägheitsmomente sehr klein sind, weil die Massen der beiden Muttern 4 und 5 sowie der Zahnriemenscheibe 7 relativ klein sind. Dabei können vorteilhaft hohe Beschleunigungen und somit auch hohe Verfahrgeschwindigkeiten erreicht werden.

Claims (1)

1. Linearbetrieb für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Portal-Graviermaschine, mit einem Rahmen, einer am Rahmen starr und damit undrehbar, jedoch vorgespannt gelagerten und ein Gewinde aufweisenden Spindel und einer der Spindel bzw. dem Gewinde zugeordneten zweigeteilten Mutter, die in einem linear geführten, schlittenartigen Gehäuse drehbar gelagert ist, sowie mit einem Motor für die Relativverdrehung zwischen Mutter und Spindel, wobei die die zweigeteilte Mutter bildenden zwei Muttern nahe beieinander gelagert sind und beide Muttern über Axiallager gegeneinander angestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) mit seiner Achse parallel zu der Achse (15) der Spindel (2) auf dem geführten Gehäuse (12) angeordnet ist, daß im Bereich der beiden Muttern (4, 5) eine Zahnriemenscheibe (7) angeordnet ist, wobei die Zahnriemenscheibe (7) mit beiden Muttern (4, 5) über eine Nut/Feder-Verbindung (8), einen Paßkeil o. dgl. zu einer verdrehgesicherten Einheit verbunden ist, daß der Motor (10) ebenfalls eine Zahnriemenscheibe (13) aufweist, daß ein die beiden Zahnriemenscheiben (7, 13) verbindender Zahnriemen (14) vorgesehen ist und daß zum Nachstellen der Axiallager (16, 17) der Muttern (4, 5) eine oder mehrere Gewindescheiben (18, 19, 20) vorgesehen sind, die im geführten Gehäuse (12) in einem Gewinde drehbar gelagert sind.