JP3532525B2 - 六脚工作機械 - Google Patents

六脚工作機械

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、キャリヤと、キャ
リヤを長手方向に移動可能に支持するキャリヤハウジン
グと、キャリヤおよびキャリヤハウジング上に設けられ
てキャリヤおよびキャリヤハウジング間を相対移動させ
るために使用される駆動部材とを備えた線形駆動装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】 このような線形駆動装置は、主に工具お
よび加工物間の送り移動を行うために工作機械で使用さ
れる。特に、このような線形駆動装置は、平行構造体を
有する工作機械のまだ初期の場で使用される。最近で
は、特に六脚工作機械が知られるようになっており、こ
れでは実際の加工モジュールが長さ調節可能な６本のス
トラットによって機枠上に支持されている。ストラット
の長さを目的に合わせて変更することによって、加工物
への工具の送り移動を６つの空間自由度すべてで、すな
わち３つの並進自由度および３つの回転自由度で実現す
ることができる。この形式の工作機械は、たとえば米国
特許第５，４０１，１２８号から周知であり、この特許
はストラット用の冒頭に述べた形式の線形駆動装置を開
示している。
【０００３】他の六脚構造が、本出願の出願人のドイツ
特許出願第Ｐ１９６ ３６ １００．１号および第Ｐ１
９６ ３６ ０９９．４号から周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 今日の最新の工作機械
は、力吸収能力、送りおよび生産正確性および動特性に
関する高い要求を達成しなければならない。高速加工処
理または複雑な三次元形状の製造などの新しい加工戦略
を実現するのに適した効率的な制御手段は、最適利用を
行うために、従来の駆動部材では限定的にしか実現でき
ない新しい駆動概念を必要としている。
【０００５】線形駆動装置の分野では、たとえば長らく
スピンドル駆動装置が知られてきたが、回転移動を線形
移動に変換することによってそれの性能が限定されてい
る。今日まで工作機械テーブルまたはキャリッジを移動
させるために使用されてきた直接線形駆動装置は、かさ
ばる構造設計のため、上記加工戦略には限定的に使用で
きるだけである。
【０００６】米国特許第５，４０１，１２８号から周知
であり、そこで長さが調節可能な六脚工作機械ストラッ
トとして使用されている電気線形モータも、特にそれの
動特性に関して改良の必要がある。
【０００７】したがって、本発明の目的は、小型で剛直
なストラット構造と、ストラット用の相対長さ調節力と
を備え、特に高速工作機械として使用するのに適した六
脚工作機械を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 冒頭に述べた六脚工作機
械の場合、本発明の目的は請求項１の特徴によって達成
される。これによって、特に軽量であるが剛直であり、
質量が小さいために高速の加速および減速が可能であ
り、したがってこれまでに知られている六脚工作機械と
比較して最大可能生産速度および生産正確度を増加させ
る構造を実現することができる。
【０００９】また、それぞれの線形駆動装置を備えたス
トラットの長さ調節構造体を非常に細い構成部材として
与えることができるので、複数の線形駆動装置を配置す
るための設計自由度を高めることができ、このことは、
特に比較的小型の六脚工作機械の場合に加工モジュール
の領域で重要である。
【００１０】線形駆動装置の駆動部材、すなわちそれぞ
れの磁石およびコイルは、キャリヤ側では特に空間を節
約できるようにしてキャリヤの内側表面上に設けられ
る。
【００１１】駆動部材のためにキャリヤに作用する力お
よびモーメントを最適に補償するために、またハウジン
グ上の支持部内でのキャリヤの走行特性を改善するため
に、キャリヤの駆動部材が対にして設けられて、キャリ
ヤのそれぞれの対向表面上に配置されている。
【００１２】駆動部材、すなわちキャリヤハウジングの
それぞれのコイルおよび磁石をキャリヤの断面輪郭の開
放領域内に配置して、それらが断面輪郭の残留自由空間
のほぼ全体を満たすようにした時、特に小型化した実施
形態を得ることができ、これらの駆動部材の一部分を限
定的にキャリヤを超えて延出させてもよい。このこと
は、キャリヤハウジングの駆動部材の一部分がキャリヤ
の断面輪郭の開放領域内へ突出した構造設計にも当ては
まる。
【００１３】特に軽量であるが非常に剛直なキャリヤ構
造を提供するために、キャリヤは、底面が互いに向き合
うように配置された２つのＵ字異形材ボディを有する。
これらの底面の間で、軽量の支持部材がキャリヤの中央
領域に、すなわち、最小面積慣性モーメントの領域に配
置されており、この軽量支持部材には穴または開口によ
って複数の空スペースが設けられている。
【００１４】さらなる好適な実施形態が従属請求項に開
示されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】 本発明を説明するために、図面に
示された実施形態に基づいて本発明の例を以下に説明す
る。
【００１６】図１は、それぞれが電気線形駆動装置とし
て与えられている長さ調節可能な６本のストラットを有
する六脚工作機械を示している。ストラット１の各々
は、３つの回転自由度すべてで移動可能な第１ジョイン
ト２を介して外側機枠に結合されている。また、各スト
ラットは、やはり３つの空間自由度すべてで回転可能な
第２ジョイント３を介して加工モジュールに関節式連結
されており、この加工モジュールは、たとえば回転、フ
ライス加工およびドリル加工に適した回転スピンドルを
備えたユニットである。ストラット１の関節式連結は、
スピンドルの軸線に関して互いに間隔を置いた２平面上
で行われて、加工モジュールのスピンドル軸に大きい剛
性を与えるようにしている。これによって、個々のスト
ラット間の衝突の可能性も低減するであろう。
【００１７】以下に、線形駆動装置として与えられてい
るこれらのストラットの１つの構造設計を図２〜図４に
基づいて詳細に説明する。
【００１８】線形駆動装置は、キャリヤ４と、このキャ
リヤをその長手方向に沿って移動可能に支持する対応の
キャリヤハウジング５とで構成されている。キャリヤハ
ウジング５は、ロッド状のキャリヤを包囲するほぼスリ
ーブ状の細長い形状であり、実質的に六角形の断面外形
を有する。内部への接近を容易にするために、キャリヤ
ハウジング５は、柱状断面輪郭を有してキャリヤハウジ
ング５の長手方向に沿って延出した全部で４枚のプレー
トで構成され、個々のプレートは互いにねじ留めされて
いる。
【００１９】可動キャリヤ４は二重Ｔ字断面輪郭を有
し、これは図５に概略的に示されている。特に図４から
わかるように、このキャリヤ４は複数のサブ構成部材で
構成されて、一方では加工モジュールに発生する力を吸
収して不都合な変形を伴わない十分に剛直な構造を実現
し、他方では、移動すべき質量を小さくしておくことが
できるように軽量の構造を提供し、また、線形駆動装置
の良好な動特性を保証することができるようにしてい
る。このために、図４に示されているキャリヤは、キャ
リヤの長手方向軸線に沿って延在する２つのＵ字ロッド
状異形材ボディを含み、この長手方向軸線は図４に直交
する方向に延在している。これらの異形材ボディの底側
の間に軽量支持部材７が配置されており、これはそれぞ
れのウェブ間に複数の開口を有し、これらの開口は特に
図３に示されている。軽量部材の長手方向延在縁部はも
っと堅牢なストリップの形をとっている。
【００２０】また、キャリヤ４の外表面に取り付けられ
て、適当なガイド部分を備えたガイド部材８の突出部分
が、底側の間の空間内へ突出しており、キャリヤはこれ
らのガイド部分を介してキャリヤハウジング５上に載置
されている。ガイド部材８は、直接的に薄壁の格子状軽
量支持部材７の縁部ストリップ上に設けることもでき、
この場合には、締結手段によって取り付けられた個別の
ガイドレールと比較して高精度を達成することができ
る。
【００２１】あるいは、ガイド部材をＵ字異形材ボディ
に一体化された別体部品として提供することもできる。
【００２２】それぞれのＵ字輪郭の脚部は長さがわずか
に異なっている。図４ではそれぞれの下側脚部がわずか
に長く、ハウジング内壁に設けられた長手方向溝にはま
っている。
【００２３】図２〜図４の実施形態では、ガイド部材８
が二重Ｔ字断面の２つの両外側表面に配置されており、
一方のガイド部材はキャリヤおよびキャリヤハウジング
間の固定軸受け内に一体化されており、この固定軸受け
にはキャリヤハウジング５に固定されたローラ用の走行
表面が設けられている。ローラの代わりに、転がり部材
を備えるか、備えていない他の線形ガイド手段を設ける
こともできる。しかし、反対側に配置された軸受けを可
動軸受け形ガイド手段として提供することによって、ガ
イド部材内の過剰決定力によって発生する応力を避ける
ことができる。図４に示されている実施形態では、この
可動軸受けが異形材滑りレールの形をとっている。両側
にガイド手段を設ける代わりに、一方側にガイド手段を
設けることも可能である。
【００２４】キャリヤハウジング５の両側に延出するこ
とができるキャリヤ４を移動させるために、キャリヤお
よびキャリヤハウジングにモータ部材６，１１などの駆
動部材が設けられており、これらは直接電気駆動を可能
にするコイルまたは磁石である。これらの駆動部材６，
１１の構造の様々な実施形態が、第５ａ図〜第５ｃ図に
示されている。最初に、図４を参照しながら第５ｃ図に
従った実施例を詳細に説明する。キャリヤ側の駆動部材
６は、二重Ｔ字断面の中央ウェブの部分に、正確に言え
ばＵ字異形材ボディ９の底側のそれぞれのリセス内に配
置されている。キャリヤにその案内方向に作用するトル
クを避けるために、２つの駆動部材６が互いに向き合わ
せて配置されている。全体では、多数のそのような対の
駆動部材６がキャリヤ４上に長手方向に沿って設けられ
ている（二重室配置）。ハウジング側の駆動部材１１
は、キャリヤ側の駆動部材６と向き合う関係に配置され
るようにしてハウジング５に取り付けられていると共
に、ハウジング側の駆動部材１１は向き合った対の形の
規則的な配置モードで配置されているため、長手方向軸
線に対して対称性が得られる。ハウジング側の駆動部材
１１は、キャリヤ４の断面輪郭の開放領域全体を満たす
ように設けられているため、特に小型化した構造設計が
得られる。また、ハウジング側のこれらの駆動部材に関
する限りでは、複数の駆動部材が長手方向軸線に沿って
それぞれのハウジングプレートの内壁にねじ留めされて
いるため、それらのプレートを取り外した時、ハウジン
グ側の駆動部材１１も同時に取り外すことができる。
【００２５】第５ｂ図に示されているさらなる実施形態
の場合、キャリヤ側の駆動部材６が二重Ｔ字断面輪郭の
外側脚部の内側に配置されている。この場合にはまた、
ハウジング側のそれぞれの対向駆動部材１１が断面の開
放領域内へ、すなわち二重Ｔ字断面の脚部の間に突出し
ている。第５ｂ図による実施形態では、キャリヤ４を図
４の場合と同様にしてハウジング５で案内することがで
きる。
【００２６】第３実施形態では、キャリヤ側の駆動部材
６がそれぞれ対向した対として二重Ｔ字断面の外側脚部
の外側に配置されている。この場合、キャリヤ用のガイ
ド手段を二重Ｔ字断面の開放領域内に設けることによっ
て、特に小型化された構造設計を実現することができ
る。
【００２７】線形駆動装置を目的に合わせて長手方向調
節するために、ハウジング５に対するキャリヤ４の位置
を検出しなければならない。このために、線形測定シス
テムが設けられており、これは、ハウジング５に取り付
けられて好ましくはハウジングの一端部に配置された測
定ヘッド１３を有している。また、線形測定システム
は、キャリヤ上にマーキング手段を有しており、これは
ガイドレール内に一体化されており、好ましくはそのガ
イドレールは線形駆動装置の設置時に上側ガイドレール
になる。さらに、キャリヤ４がハウジング５から完全に
抜け落ちることを防止する***材が設けられている。
これらの***材は、機械式であると共に電気式にする
こともできる。図示の実施形態では、***材としてハ
ウジングの一端部にリミットスイッチ１４が示されてい
る一方、キャリヤ４が抜け落ちないようにする手段とし
て、無電流作動式安全手段１５がハウジングの他端部に
設けられている。
【００２８】以上に記載した線形駆動装置は、様々な駆
動目的に使用することができるが、主に六脚構造などの
平行構造体の駆動軸に使用するのに適している。 ［図面の簡単な説明］
【図１】６つの線形駆動装置を有する六脚工作機械を示
している。
【図２】実際のキャリヤを伴わない線形駆動装置の外面
図である。
【図３】図２に示されている線形駆動装置のキャリヤの
破断図である。
【図４】図２に示されている線形駆動装置の長手方向軸
線に直交する、線形駆動装置のキャリヤを通る断面を示
している。
【図５】キャリヤ駆動部材およびキャリヤハウジング側
の駆動部材の配置を含む、キャリヤの断面の３種類の実
施形態を示している。
【符号の説明】
４ キャリヤ ５ キャリヤハウジング ６ 駆動部材 １１ 駆動部材 １２ 線形測定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィーランド・フランク ドイツ国、デー09113 シェムニッツ、 ロウシュトラーセ 18 (56)参考文献 特開 平９−234638（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−88481（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−199761（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4831290（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 41/02 B23Q 5/26

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加工モジュールによって相互連結されて
    おり、線形駆動装置として与えられた長さ調節手段を備
    えた長さ調節可能なストラットを有する六脚工作機械で
    あって、前記線形駆動装置は、開放断面輪郭を有してキ
    ャリヤハウジング（５）内を長手方向に変位可能なキャ
    リヤ（４）と、前記キャリヤ（４）の外側のマーキング
    手段と、前記マーキング手段の反対側で前記キャリヤハ
    ウジング（５）の一端部に配置された測定ヘッドとを備
    えていることを特徴とする六脚工作機械。
  2. 【請求項２】 前記キャリヤ（４）上に設けられた駆動
    部材（６）は、前記キャリヤ（４）の内側表面上に設け
    られていることを特徴とする請求項１記載の六脚工作機
    械。
  3. 【請求項３】 前記駆動部材（６）は対にして設けら
    れ、前記キャリヤ（４）のそれぞれの対向表面上に配置
    されていることを特徴とする請求項２記載の六脚工作機
    械。
  4. 【請求項４】 前記キャリヤハウジング（５）上に設け
    られた駆動部材は、前記キャリヤ（４）の断面輪郭の開
    放領域内に配置されているか、前記キャリヤ（４）の前
    記開放領域内へ突出していることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれか一項記載の六脚工作機械。
  5. 【請求項５】 前記キャリヤ（４）は、二重Ｔ字断面輪
    郭を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一
    項記載の六脚工作機械。
  6. 【請求項６】 前記キャリヤ（４）は、底側が互いに向
    き合うように配置された２つのＵ字異形材ボディ（９）
    と共に、前記底側の間に配置された軽量支持部材（７）
    を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
    一項記載の六脚工作機械。
  7. 【請求項７】 前記軽量支持部材（７）は、複数の開口
    および／または空スペースを有することを特徴とする請
    求項６記載の六脚工作機械。
  8. 【請求項８】 前記キャリヤ（４）の外側に、前記キャ
    リヤ（４）を前記ハウジング（５）上に支持するガイド
    部分が設けられており、前記支持は、前記キャリヤの一
    方側の固定軸受けおよび前記キャリヤの他方側の可動軸
    受けであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一
    項記載の六脚工作機械。
  9. 【請求項９】 前記ガイド部分は、前記キャリヤ（４）
    の外側に設けられた異形材レール（８）として与えられ
    ていることを特徴とする請求項８記載の六脚工作機械。
  10. 【請求項１０】 前記異形材レール（８）は、前記キャ
    リヤ（４）上に別体として形成されていることを特徴と
    する請求項９記載の六脚工作機械。
  11. 【請求項１１】 前記線形測定手段（１２）は、前記キ
    ャリヤの外側のガイド部分の１つに一体化されており、
    前記測定ヘッド（１３）は、前記キャリヤおよび前記キ
    ャリヤハウジング（５）間の相対移動を検出するために
    前記キャリヤハウジング（５）に設けられていることを
    特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項記載の六脚工
    作機械。
  12. 【請求項１２】 前記キャリヤハウジング（５）の外側
    断面形状は、ほぼ正多角形、好ましくは六角形または八
    角形であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか
    一項記載の六脚工作機械。
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