Drive device for moving the platform in a plane

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、 工作機械エンジニアリングで知られている２本の軸線Ｘ，ＹＺを含む平面のあらゆる方向に、プラットホームを駆動するための装置に関する。 このプラットホームは物体あるいは工作機械の場合には工具ホルダースピンドルまたは工作物スピンドルを運ぶことができる。
【従来の技術】
【０００３】
物理的要素でもよいし、また工作機械の場合には工具ホルダースピンドルまたは工作物スピンドルでもよい、このようなプラットホームの変位は一般的に、互いに直角である、交叉させて重ねられた２個の滑動路によって得られる。 この滑動路はそれぞれ一方または他方の方向に別々に駆動されるかまたは組み合わせた中間方向に同時に駆動される。
【０００４】
交叉した滑動路のこの公知の構造の主要な欠点は、重ねられた２個の滑動路にあり、この滑動路は機械の支持フレーム上の下側の滑動路の案内レールから比較的に離れた工具ホルダースピンドルまたは工作物スピンドルを生じる。 従って、この案内レールに対するスピンドルのねじれモーメントが重要である。 ２個の滑動路の重なりは上述の案内レールとスピンドルの間の構造体の剛性不足を生じる。 更に、或る程度の質量を有する上側の滑動路は、下側の滑動路が移動するときに常に一緒に駆動され、上側の滑動路が作用しないときにも一緒に駆動される。 これは下側の滑動路を駆動するモータの加速度、すなわち動力のを制限する。 ２個の滑動路の駆動手段の直交方向の配置は、機械の設計および構成を一層複雑にする。
【０００５】
特開昭６１−２３０８２９号公報は、２個の駆動モータが平行な軸線上に配置されている装置を示している。 ２個の滑動路の重ねに関する上述の主要な欠点が存在する。
【課題が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、公知の装置の欠点を備えていない、２つの直交軸線を含む平面のあらゆる方向にプラットホームを移動させるための装置を提供することである。
【０００７】
本発明の第２の目的は、設計および構造が簡単で、コンパクトで剛性のある、上述の装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は特に装置の形状に適合した、装置の駆動手段と装置の位置を制御する手段を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、上述の装置を備えた工具ホルダースピンドルまたは工作物スピンドルを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、上述の装置を有する少なくとも１個の工具ホルダースピンドルおよびまたは工作物スピンドルを備えたすべての種類の工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載した特徴を有する提供された装置によって達成される。 特別な実施形または変形は従属請求項に記載されている。 請求項２０〜２２には工作機械のスピンドルが記載されている。
【発明の実施の形態】
【００１２】
次に、添付の図を参照して、本発明による装置のいろいろな実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
図１，２には、支持フレーム１０を有する工作機械 １の一部が示してある。 この支持フレーム上には、２本の案内レール１１が直交軸線のＸ軸線に沿って平行に配置されている。 本発明による装置は第１のキャリッジ２と、第２のキャリッジ３と、プラットホーム４からなっている。 このプラットホームは両キャリッジ２，３上に部分的に重ねて設けられている。 このプラットホームについては後述する。 プラットホーム４はスピンドル５、本実施の形態では工具ホルダースピンドルを支持している。 しかし、このスピンドルは工作物スピンドルまたは他の物でもよい。
【００１４】
２個のキャリッジ２，３はスライダ２０，３０を備え、案内レール１１上をＸ軸線に沿って両方向に移動可能である。
【００１５】
プラットホーム４は第１のキャリッジ２に重なっているその下面の部分に、スライダ４０を備えている。 このスライダはキャリッジ２の上面に配置された滑動路２１と協働する。 図から判るように、プラットホーム４の安定性のために、スライダ４０は実際には 同じ滑動路２１上に配置された２個のスライダ４０Ａ，４０Ｂから構成されている。 同様に、第２のキャリッジ３に重ねて設けられたプラットホーム４の下面の部分は、キャリッジ３の上面に配置された滑動路３１と協働するスライダ４１を備えている。 このスライダ４１は同じ滑動路３１上に配置された２個のスライダ４１Ａ，４１Ｂから構成されている。
【００１６】
滑動路２１とスライダ４０Ａ，４０ＢはＺ軸線に沿って、すなわちＸ軸線に対して垂直に配列されている。 一方、滑動路３１とスライダ４１Ａ，４１Ｂはそれぞれ、案内レール１１、すなわちＸ軸線に対して角度αの軸線に沿って配列されている。
【００１７】
上述の配置から理解されるように、両キャリッジ２，３がＸ軸線に沿って同じ速度で同じ方向に移動すると、プラットホーム４とスピンドルまたは物体５はＸ軸線に沿って同じように動く。 更に、案内レール１１上のキャリッジ２の動きを阻止し、Ｘ軸線に沿ってキャリッジ３を移動させると、プラットホーム４、スピンドルまたは物体５がそれぞれＺ軸線に沿って一方または他方の方向に移動する。 従って、一方または他方の方向へのＸ軸線に沿ったキャリッジ３の動きは、一方または他方の方向へのＺ軸線に沿ったプラットホーム４の動きに変換される。 これはスライダ４１Ａ，４１Ｂが角度αで滑動路３１上を滑動するからである。 角度αが好ましくは４５°であるので、Ｚ軸線に沿ったプラットホーム４の変位ｄＺは、Ｘ軸線に沿ったキャリッジ３の変位ｄＸと同じ変位および同じ速度で生じる。 装置の幾何学的形状からおよび４５°の角度αによって判るように、ｄＸだけ両キャリッジが互いに近接することにより、図１の上部にある機械の部分の方への変位ｄＺ＝ｄＸが得られる。 これに対して、両キャリッジをｄＸだけ離れる方向に動かすことにより、図１の下部にある機械の部分の方への変位ｄＺ＝ｄＸが得られる。
【００１８】
従って、本発明のこの第１の実施の形態の装置により、両キャリッジ２，３を同時に同じ速度で同じ方向に同じ距離だけ移動させることによって、Ｘ軸線に沿ったプラットホーム４、スピンドルまたは物体５の変位が得られる。 第１のキャリッジ２の移動を阻止し、第２のキャリッジ３を移動させることにより、Ｚ軸線に沿った変位が得られ、そして２個のキャリッジ２，３の異なる速度と異なる方向の移動を組み合わせることによって、Ｘ軸線とＺ軸線の間の中間方向の変位が得られる。
【００１９】
前述のように、変位ｄＸに一致する変位ｄＺを得るためには、角度αは４５°であることが好ましい。 しかしながら、或る用途にとっては、キャリッジ３の所定の変位のために、ｄＸと異なるプラットホーム４の変位ｄＺを有すると一層都合がよいかも知れない。 これは特に、プラットホーム４がＺ軸線に沿って非常に正確に位置決めされるときに達成される。 一般的にｔｇα＝ｄＺ／ｄＸであるので、例えば26.56 °の角度αのために変位ｄＺ＝ｄＸ／２が生じる。 すなわち、Ｚ軸線に沿った位置決めの精度はＸ軸線に沿った位置決めの精度の２倍である。 他方では、Ｚ軸線に沿ったプラットホーム４の速い移動のためには、４５°以上の角度αが選択される。 角度αの値は必要に応じて選択可能である。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態による装置の概略斜視図である図２は、案内手段１１上での２個のキャリッジ２，３の並んだ位置と、これらの２個のキャリッジ上に部分的に重ね合わせられたプラットホーム４を示している。
【００２１】
本発明による装置の第１の実施の形態を、左側に配置されたＸ軸線に対して垂直な滑動路を備えたキャリッジ２に基づいて説明したがしかし、対称構造も可能であることは明らかである。
【００２２】
２個のキャリッジを駆動し、その移動を制御するための手段について、次に説明する。
【００２３】
図３には、キャリッジ３′が本発明の第１の実施の形態のキャリッジ２の代わりに取付けられた、前記の装置に似た装置が示してある。 キャリッジ３′はＺ軸線に関してキャリッジ３と対称に構成および取付けられ、好ましくは４５°の角度α′で配置された滑動路３１′を備えている。 プラットホーム４はＺ軸線に関して対称であるという点で、第１の実施の形態と異なっている。 プラットホームは滑動路３１′に面する２個のスライダ４１Ａ′，４１Ｂ′を備えている。
【００２４】
Ｘ軸線に沿ったスピンドル５の変位は、２個のキャリッジの両駆動手段を同時に命令することによって得られる。 これに対して、Ｚ軸線に沿った変位は、２個のキャリッジ３，３′を同じ速度で同じ変位ｄＸだけ互いに近づくようにまたは互いに離れるように動かすことによって達成される。 上述のように、αとαふん４５°であるときには、２個のキャリッジをｄＸだけ互いに近づけることにより、スピンドル５は図の上部の機械部分の方に変位ｄＺ＝ｄＸだけ変位し一方、２個のキャリッジをｄＸだけ互いに離すことにより、スピンドル５は図の下部の機械部分の方に変位ｄＺ＝ｄＸだけ変位する。 角度αとα′の値について上記と同じことが言える。
【００２５】
上述の本発明による装置の第１の実施の形態と比べて、第２の実施の形態はプラットホーム４と案内レール１１の間で力を一層対称的に分配することできる。 一方、この装置の必要スペースは、キャリッジ３′がＸ方向においてキャリッジ２よりも長いので大きくなる。
【００２６】
本発明による装置の第３の実施の形態は図４に示すように、キャリッジ３，３′の必要スペースを大幅に減少することができる。
【００２７】
本発明による装置のこの第３の実施の形態では、２個のキャリッジ６，６′がＺ軸線に関して互いに対称である。 キャリッジはそれぞれ、２個の滑動路６０，６１と６０′，６１′を備えている。 この滑動路は並べてかつ互いに平行に配置されている。 キャリッジの２個の滑動路はＸ軸線に対して角度αまたはα′をなして傾斜している。 好ましくは上述のように、α＝α′＝４５°である。 従って、プラットホーム４は滑動路６０，６１に面してこの滑動路と協働するスライダ４３Ａ，４３Ｂと、滑動路６０′，６１′に面してこの滑動路と協働するスライダ４３Ａ′，４３Ｂ′を備えている。 図４を図３と比較するときに、滑動路３１，３１′上に配列されたスライダ４１Ａ，４１Ｂと４１Ａ′，４１Ｂ′をそれぞれ、平行な２個の滑動路６０，６１と６０′，６１′上に並べて配置された２個のスライダ４３Ａ，４３Ｂと４３Ａ′，４３Ｂ′によって置き換えることにより、キャリッジ６，６′とプラットホーム４のＸ軸線方向に必要スペースが著しく減少する。 この実施の形態は剛性があり、コンパクトで、スピンドル５と案内手段１１の間の作用力の分配が上述よりも一層良好である装置を提供する。 角度αとα′の値に関する上述と同じことがここでも言える。
【００２８】
本発明のこの第３の実施の形態の変形として、各々のキャリッジは２本以上の平行な滑動路を備え、プラットホームがこれに対応するスライダを備えることができる。
【００２９】
本発明による装置の第４の実施の形態について説明する。 この第４の実施の形態では、装置は第１の実施の形態のキャリッジ２と同じ第１のキャリッジと、図４に示した第３の実施の形態のキャリッジ６と同じ第２のキャリッジを備えている。
【００３０】
従って、Ｘ軸線またはＺ軸線に沿ってあるいは中間の軸線に沿ってプラットホーム４またはスピンドル５を移動させるためには、上述の本発明による装置のすべての実施の形態における案内レール１１上で、すなわちＸ軸線だけに沿って、両キャリッジを個別的にまたは同時に駆動するだけでよい。 この構造は、駆動装置が簡単化されるという利点がある。 というのは、２つの移動が同じ軸線に沿って生じるからでる。
【００３１】
図５（この図および次の図には、滑動路、プラットホームおよび物体は図示していない）に示した２個のキャリッジを駆動する手段の第１の実施の形態に従って、モータの二次側（静的部分）を形成する平らなアーマチュア７０を備えたリニアモータ７は、２本の案内レール１１に対して平行に、すなわちＸ軸線に沿って配置されている。 各々のキャリッジはモータの一次側（静的部分）を形成する平らなインダクタ７１，７１′を含んでいる。 このインダクタは、アーマチュア７０とインダクタ７１，７１′の間に狭い隙間を形成するように、キャリッジに面するアーマチュア７０の下方に配置されている。 制御ユニット８は各々のキャリッジを別々にまたは同時に一方向または他の方向に駆動するように、各々のインダクタ７１，７１′を別々にまたは同時に一方向または他の方向に命令する。 従って、プラットホームと工具ホルダースピンドルまたは工作物スピンドルは前述のようにＸ軸線とＺ軸線に沿ってあるいは中間軸線に沿って移動する。
【００３２】
スピンドル５の変位を制御するためには、案内レール１１上での各々のキャリッジの位置を正確に知ることが必要である。 従って、Ｘ軸線に沿ったキャリッジの位置を測定するための装置が必要である。 そのためには特に光学式測定装置が適している。 この光学式測定装置はＸ軸線に沿って配置されたスケール８０を備えている。 このスケールは並べて設けられた多数の基準模様８１を有する。 各々のキャリッジは光学センサ８２，８２′を備えている。 この光学センサはスケール８０に向き合ったキャリッジの下方に配置され、スケールとセンサの間の隙間は狭くなっている。 各々のセンサは、案内レール１１上における各々のキャリッジの正確な位置を示す信号を制御ユニット８に送信する。 更に、他の位置測定手段、例えば容量性、誘導性等の位置測定手段を設けることができる。
【００３３】
案内レール１１上の各々のキャリッジの位置を示すセンサ８２，８２′によって送信された信号から、制御ユニット８は、スピンドルまたはこのスピンドルが支持する工作物または工具が位置決めされる座標Ｘ0 ，Ｚ0 を計算することができる。 スピンドルを運ぶべき座標Ｘ1 ，Ｙ1 が知られていると、制御ユニット８は本実施の形態による角度αと角度α′の値を考慮して、キャリッジの必要な変位を計算および命令することができる。
【００３４】
Ｘ軸線に沿ったキャリッジの位置を知ることによって、Ｚ軸線に沿ったプラットホームの位置を正確に測定することができるが、制御のために、プラットホームと一方または他方のキャリッジがＺ軸線に沿ったプラットホームの位置を制御するための装置を備えていると便利である。 図示していないこの手段は好ましくは、一方のキャリッジ上にＺ軸線と平行に配置された、スケール８０に似たスケールと、プラットホームに取付けられた、センサ８２，８２′に似たセンサとからなっている。
【００３５】
２個のキャリッジを駆動する手段の第２の変形が図６に示してある。 この場合、案内レール１１に対して平行に親ねじ９が設けられている。 この親ねじ９は回転不可能である。 各々のキャリッジは電動機またはサーボモータ９０，９０′を備えている。 このモータはキャリッジに取付けられたステータ９１，９１′と、縦方向穴を有するロータ９２，９２′からなっている。 この穴は親ねじ９おねじに一致するめねじを有する。 従って、ロータが回転すると、キャリッジを移動させることになり、ロータは制御ユニット８によって命令される方向に、親ねじ９上でねじによって往復運動する。 キャリッジの変位の精度を改善するために、おおび使用に応じて、モータまたはサーボモータはステッピングタイプのものでもよい。
【００３６】
キャリッジの位置を測定するための装置は図６に示していないが、上述のように装置を取付け可能であることは明らかである。
【００３７】
プラットホーム４の駆動装置のいろいろな実施の形態について、その運動の観点からのみ説明および描写し、当業者に簡単に入手可能な構造的な細部については説明しなかった。 滑動路とスライダの公知の普通の潤滑方法や、公知の普通のバックラッシュ除去手段を、この装置に適用可能である。 この装置は、滑動路とスライダを備えているものとして説明した。 これらの滑動路とスライダの一方または他方あるいは複数を、説明した以外の公知の滑り手段、例えば管上を滑るスリーブ、レール上のベアリング手段、入れ子式のボールベアリングトラベラ等と、非接触滑り手段、例えば静液圧式、空気圧式、電磁式手段等によって置き換え可能である。
【００３８】
キャリッジを駆動する手段の変形については２つだけ説明した。 この２つの変形は特に、１つの軸線に沿った駆動手段の配置が構造をかなり簡単にするということを示している。 計画された使用に従ってキャリッジの他の駆動手段、例えば機械式、電気式、空気圧式または液圧式駆動手段を用いることができる。
【００３９】
案内レール上に、すなわち１つの平面上に並べて配置されたプラットホームの変位を支配する両キャリッジを有することにより、工具または工作物とガイドレール１１との間の差が非常に小さくなり、それに伴い、構造のコンパクト性と剛性が改善される。 更に、作用しないキャリッジが他のキャリッジによって一緒に駆動されないので、駆動質量が小さくなり、従ってモータの所定の動力の場合、工具または工作物を移動させる加速が速くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態による装置を備えた機械の一部を概略的に示す平面図である。
【図２】 図１の装置の斜視図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態による装置を備えた機械の一部を概略的に示す平面図である。
【図４】 本発明の第３の実施の形態による装置を備えた機械の一部を概略的に示す平面図である。
【図５】 キャリッジの駆動手段の第１の実施の形態を概略的に示す図である。
【図６】 キャリッジの駆動手段の第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
２，３′，６′ 第１のキャリッジ３，６ 第２のキャリッジ４ プラットホーム５ スピンドル７，９ モータ付き手段８ 制御ユニット２１，４０ 滑り手段３１，６０，６１ 滑動路４１Ａ，４１Ｂ，４３，４３′ スライダ７１，７１′，９０，９０′ モータ付き手段８０，８２，８２′ 測定手段９１，９１′ ステータ９２，９２′ ロータＸ 第１の直交軸線Ｚ 第２の直交軸線ｄＸ，ｄＺ 変位α，α′ 角度