DE19600801A1 - Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine

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DE19600801A1
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linear motor
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secondary linear
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DE19600801A
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Hiroshi Ira
Masayori Ito
Satoshi Kumamoto
Katsuji Gakuhari
Sanae Tashiro
Katsuhito Endo
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    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
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    • H02K5/10Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine und insbesondere eine Linearmotorvorrichtung mit einem primären Linearmotorteil und einem sekundären Linearmotorteil, wie z. B. einem Linearpulsmotor oder ähnlichem.
Allgemein gesprochen ist das sekundäre Linearmotorteil des Linearpulsmotors aus magnetischem Material hergestellt, wie z. B. Kohlenstoffstahl, und wie Kammzähne geformt, die aus mehreren vorspringenden Abschnitten zusammengesetzt sind. Die vorspringenden Abschnitte sind auf einer Fläche des sekundären Linearmotorteils in regelmäßigen Abständen, dem primären Linearmotorteil gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb werden die jeweiligen vorspringenden Abschnitte selektiv magnetischen Kraftlinien unterworfen, die von Primärwicklungen oder Permanentmagneten emittiert werden, die in dem primären Linearmotorteil vorgesehen sind. Konsequenterweise kann das zweite Linearmotorteil eine Schubkraft auf das primäre Linearmotorteil ausüben, wenn es als sekundärer Leiter arbeitet.
Im Falle der Anwendung der so aufgebauten Linearmotorvorrichtung als eine lineare Zuführeinheit für eine Werkzeugmaschine, wird das sekundäre Linearmotorteil auf einem Bett der Werkzeugmaschine, d. h. einem unbeweglichen Teil dieser befestigt, während das Linearmotorteil auf einer unteren Fläche auf einem Tisch der Werkzeugmaschine, d. h. einem beweglichen Teil befestigt ist. Es ist anzumerken, daß in dem sekundären Linearmotorteil eine "polare Fläche" in die jeder überstehende Pol hervorspringt, als eine obere Fläche des sekundären Linearmotorteils so angeordnet ist, um in Richtung des primären Linearmotorteils zu weisen.
In der Werkzeugmaschine mit dem oben erwähnten sekundären Linearmotorteil besteht jedoch das fundamentale Problem, daß Späne, fremde Substanzen oder ähnliches, die während des Schneidens eines herzustellenden Werkstückes erzeugt worden sind, in Vertiefungen zwischen den jeweiligen überstehenden Polen fallen würden.
Dann, wenn die Späne, die fremden Substanzen oder ähnliches sich in den Vertiefungen auf diese Weise gesammelt haben, können die benachbarten hervorspringenden Abschnitte magnetisch vermindert (beeinträchtigt) werden. In einem derartigen Fall würde der Wärmeerzeugungswert in dem sekundären Linearmotorteil ansteigen, wobei eine Vergrößerung des Energieverlustes verursacht würde, so daß die Arbeitsleistung des linearen Pulsmotors verringert wird.
Daher sollten die Späne und die fremden Substanzen etc. von den Vertiefungen des sekundären Linearmotorteils entfernt werden, bevor sie sich in den Vertiefungen sammeln, um derartige Probleme zu vermeiden. Da die Linearmotorvorrichtung von heute jedoch mit einer großen Anzahl von Vertiefungen vorgesehen ist, deren Breite jeweils wenige Millimeter klein ist, ist ein Reinigungsvorgang zum Entfernen der Späne aus den Vertiefungen so aufwendig, daß es Zeitverschwendung wäre. Dies ist eine erste Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll.
Des weiteren ist bei einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einer horizontalen Bohrmaschine vom planaren Typ, einer Fräsmaschine, einem Bearbeitungszentrum oder ähnlichem, ein bewegliches Teil (z. B. der obere Tisch, ein Spindelkopf, ein Sattel) der Werkzeugmaschine so angeordnet, um sich linear mit Bezug auf ein unbewegliches Teil (z. B. das obere Bett, eine Säule, einen Querträger) zu bewegen. Das bewegliche Teil wird durch eine Zuführeinheit angetrieben.
Bisher wird die Zuführeinheit im allgemeinen durch eine sogenannte Einheit vom Zuführschraubentyp gebildet, die eine Kugelumlaufspindel aufweist, eine Kugelmutter und einen Motor zum Drehen entweder der Kugelumlaufspindel oder der Kugelmutter.
In dieser Zuführeinheit vom Schraubentyp ist es unmöglich, Zuführfehler, die aus Spiel oder Gewindesteigungsfehlern zwischen Untersetzungszahnrädern des Motors (oder der Kugelumlaufspindel) und der Kugelmutter auszuschließen. Daher weist die Zuführeinheit vom Schraubentyp eine Anzahl von Zuführfehlerkomponenten auf, so daß es schwierig ist, deren Zunahme durch Durchführung einer Rückkopplungssteuerung zu optimieren.
Zusätzlich weist die Zuführeinheit vom Schraubentyp, aufgrund eines Mechanismus der Zuführeinheit vom Schraubentyp bei dem Rotationskraft des Motors in eine lineare Bewegung durch die Kugelumlaufspindel und die Kugelmutter umgewandelt wird, eine komplexe Struktur auf, so daß der Reibungsverlust dieser groß ist.
Wegen der obengenannten Gründe wurde es in Betracht gezogen, das bewegliche Teil, wie z. B. einen linear beweglichen Tisch, durch eine Linearmotorvorrichtung direkt anzutreiben. Zum Beispiel sind in Falle eines Zuführtisches, der durch Linearführungen geführt wird, um sich in einer linearen Bewegung auf einem Bett durch die Linearmotorvorrichtung zu bewegen, ein einfaches primäres Linearmotorteil mit Primärwicklungen und ein einfaches sekundäres Linearmotorteil als ein sekundärer Leiter jeweils auf einer unteren Fläche des Tisches und einer oberen Fläche des Bettes angeordnet, um sich gegeneinander horizontal gegenüberzustehen. Alternativ ist das primäre Linearmotorteil auf einer vertikalen Fläche eines fallenden Abschnittes vorgesehen, der auf der unteren Seite des Tisches vorgesehen ist, während das sekundäre Linearmotorteil auf einer vertikalen Fläche auf dem Bett angeordnet ist, um dem primären Linearmotorteil gegenüberzustehen.
Die Linearmotorvorrichtung erzeugt nicht nur eine Schubkraft in der linearen Richtung, sondern auch vertikale magnetische Kräfte, rechtwinklig zu den gegenüberliegenden Flächen der primären und sekundären Linearmotorteile. Falls die sekundären Linearmotorteile durch magnetische Substanzen gebildet werden, wirkt die vertikale magnetische Kraft zwischen dem primären Linearmotorteil und dem sekundären Linearmotorteil als eine Anziehungskraft. Die Anziehungskraft ist so groß, daß sie zehnmal so groß ist, wie eine Nennschubkraft. Daher übt die Anziehungskraft große Last auf das Bett und den Tisch aus, auf denen die primären und sekundären Motorteile jeweils befestigt werden.
Daher wird der Tisch bei der oben erwähnten Anordnung, wo die primären und sekundären Linearmotorteile so angeordnet sind, daß sie sich gegeneinander horizontal gegenüberstehen, so deformiert, daß es nach innen sinkt, so daß ein Abflachen der oberen Fläche beeinflußt werden kann. Des weiteren müssen die linearen Führungen in diesem Fall die ganze Anziehungskraft aufnehmen, so daß die Tischtraglast, die auf die linearen Führungen aufgebracht wird, vergrößert wird.
Auf der anderen Seite werden Seitenwände des Bett es in der obigen Anordnung, wo die primären und sekundären Linearmotorteile so angeordnet sind, um sich gegeneinander vertikal gegenüberzustehen, nach innen deformiert, so daß Geradlinigkeit der linearen Führungen, die auf den oberen Flächen der Seitenwände angeordnet sind, verschlechtert wird, wobei die Genauigkeit beim Zuführen des Tisches verringert wird. Zusätzlich sollte erwähnt werden, daß, je größer eine Schubkraft ist, die in einer großen Werkzeugmaschine erforderlich ist, desto bemerkenswerter werden die obengenannten Probleme werden, so daß die Fertigungsgenauigkeit der Vorrichtung verringert würde. Dies ist eine zweite Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linearmotorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Späne, die fremden Substanzen oder ähnliches leicht zu entfernen, wenn sie auf die Fläche des sekundären Linearmotors fallen und des weiteren eine Linearmotorvorrichtung zu bieten, die in der Lage ist, die Fläche automatisch und stabil zu reinigen, wann immer die lineare Bewegung in der Vorrichtung ausgeführt wird.
Des weiteren ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Linearmotorvorrichtung zu bieten, deren Struktur, wie z. B. ein Bett, ein Tisch etc., in keinem Fall Gegenstand von Deformation ist, selbst wenn eine große Anziehungskraft aufgrund der vertikalen magnetischen Kraft der Linearmotorvorrichtung zwischen dem primären Linearmotorteil und dem sekundären Linearmotorteil aufgebracht wird und die nicht nur für eine Werkzeugmaschine anwendbar ist, die mit der konventionellen Zuführeinheit vom Schraubentyp ausgestattet ist, ohne große Konstruktionsänderungen zu erfordern, aber auch, daß die Vorrichtung in der Lage ist, die Strukturen der linearen Führungen des beweglichen Teiles zu vereinfachen.
Die erste oben beschriebene Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch eine Linearmotorvorrichtung erzielt werden, die folgendes aufweist:
ein primäres Linearmotorteil zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; und ein sekundäres Linearmotorteil, das so angeordnet ist, um dem primären Linearmotorteil gegenüber zu stehen, wobei das sekundäre Linearmotorteil aus Kammzähnen geformt ist und mehrere vorspringende Abschnitte aufweist, die auf einer Fläche des sekundären Linearmotorteils in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, wobei die Fläche des sekundären Linearmotorteils in Richtung des primären Linearmotorteils weist; wobei Vertiefungen, die zwischen den vorspringenden Abschnitten definiert sind, mit Füllteilen, die aus Material mit niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt sind, gefüllt sind, wobei die Fläche als Ganzes, dort wo die vorspringenden Abschnitte angeordnet sind, abgeflacht ist.
Mit der oben beschriebenen Anordnung kann die gesamte Fläche des sekundären Linearmotorteils, die in Richtung des primären Linearmotorteils weist, abgeflacht werden, da die Vertiefungen zwischen den jeweiligen vorspringenden Abschnitten mit den Füllteilen aufgefüllt werden. Des weiteren ist es, infolge der abgeflachten Fläche des sekundären Linearmotorteils, im Falle der Benutzung eines Blattypwischers, Abstreifers oder ähnlichem möglich, die Späne von der Fläche auf einen Schlag leicht und sicher mit der hohen Bearbeitbarkeit zu entfernen. Da die Füllteile aus Material niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt sind, kann die magnetische Abschirmung zwischen den benachbarten vorspringenden Abschnitten stabil durch die Füllteile, die dazwischengesetzt sind, aufrecht erhalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Füllteile vorzugsweise durch Kunstharz, das in die Vertiefungen gegossen wird, gebildet. In einem derartigen Fall würde bei dem Einfüllvorgang ein Herstellen des sekundären Linearmotorteils vereinfacht.
Noch bevorzugter ist das primäre Linearmotorteil mit einem Reinigungswischer, der aus elastischem Material hergestellt ist, vorgesehen, der derart angeordnet ist, um mit den polaren Flächen des sekundären Linearmotors in Reibberührung zu stehen. In diesem Fall kann, wann immer die Linearvorrichtung aktiviert ist, ein Reinigen an den Polflächen des sekundären Linearmotorteils automatisch in einer Wischart durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, um die zweite Aufgabe zu lösen, auch eine Linearmotorvorrichtung für Werkzeugmaschinen zum Bewegen eines beweglichen Teiles vorgesehen, das linear in Richtung eines unbeweglichen Teiles weist, wobei die Linearmotorvorrichtung folgendes aufweist:
ein stabförmiges sekundäres Linearmotorteil, das an beiden Enden durch das unbewegliche Teil gestützt wird, um sich in die Richtung der linearen Bewegung des beweglichen Teils zu erstrecken; und
ein zylindrisches primäres Linearmotorteil, das an dem beweglichen Teil befestigt ist und das an einen äußeren Umfang des sekundären Linearmotorteils durch Spiel (Spalt) gepaßt ist, um es in einer axialen Richtung, die auf das sekundäre Linearmotorteil weist, zu versetzen, wobei das primäre Linearmotorteil zylindrische elektrische Primärwicklungen aufweist, die den ganzen Umfang des sekundären Linearmotorteils umgeben.
Bei der oben erwähnten Anordnung wirkt eine Anziehungskraft, die durch eine vertikale magnetische Kraft des Linearmotors verursacht wird, um zwischen dem primären Linearmotorteil und dem sekundären Linearmotorteil über einen ganzen Umfang um eine Kernachse des sekundären Linearmotorteils gleichförmig oder beide Seiten der Kernachse gleichförmig als radiale Kräfte zu wirken, so daß sie sich gegenseitig aufheben.
Zusätzlich ist auch eine Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Bewegen eines beweglichen Teiles, das linear in Richtung eines unbeweglichen Teiles weist, vorgesehen, wobei die Linearmotorvorrichtung folgendes aufweist:
ein stabartiges sekundäres Linearmotorteil, das durch das unbewegliche Teil in vorbestimmten Abständen durch entweder einen einzelnen Lagerbock, der in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils kontinuierlich angeordnet ist, oder mehrere Lagerböcke, die in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils periodisch angeordnet sind, gelagert ist, wobei das sekundäre Linearmotorteil sich in die Richtung der linearen Bewegung des beweglichen Teiles erstreckt; und
ein zylindrisches primäres Linearmotorteil, das an dem beweglichen Teil befestigt ist und auf einem äußeren Umfang des sekundären Linearmotorteils durch Spiel gepaßt ist, um es in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils zu versetzen;
wobei das primäre Linearmotorteil einen Abschnitt aufweist, der mit dem Lagerbock zusammenwirkt, wobei der Abschnitt einen C-förmigen Querschnitt aufweist, der mit einer Öffnung versehen ist, die es den Lagerböcken erlaubt, dort hindurchzugehen; und
wobei das primäre Linearmotorteil des weiteren elektrische Primärwicklungen aufweist, die auf beiden Seiten einer Kernachse des sekundären Linearmotorteils symmetrisch angeordnet sind. In diesem Fall kann, da das sekundäre Linearmotorteil durch das unbewegliche Teil in vorbestimmten Abständen durch die Lagerböcke getragen wird, eine Steifigkeit über den ganzen Abschnitt des sekundären Linearmotorteils in axialer Richtung vergrößert werden.
Bei der obigen Erfindung ist das primären Linearmotorteil vorzugsweise mit Linearkugellagern vorgesehen, die mit dem sekundären Linearmotorteil ineinandergreifen. In diesem Fall dient das sekundäre Linearmotorteil als Einrichtung zum Führen der linearen Bewegung des beweglichen Teils, so daß es sich linear bewegen kann, wobei es durch das sekundäres Linearmotorteil geführt wird.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden völlig anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Linearmotorvorrichtung gemäß einer primären Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Linearmotorvorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht, die eine Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einer sekundären Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 zeigt einen Schnitt der Linearmotorvorrichtung, entlang einer Linie IV-IV aus Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht, die eine Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht, die einen Teil der Linearmotorvorrichtung aus Fig. 5 darstellt.
Eine Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Linearmotorvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Linearmotorvorrichtung weist primäre Linearmotorteile 3 auf, die in einem Tisch 1 eingebettet sind, und sekundäre Linearmotorteile 7, die auf einem Bett 5 fest montiert sind.
Die primären Linearmotorteile 3 sind auf einer Bodenfläche und einer vertikalen Fläche des Tisches 1 angeordnet, um den sekundären Linearmotorteilen 7 jeweils durch vorbestimmte Spalte entgegenzustehen.
Jedes der sekundären Linearmotorteile 7, das aus magnetischem Material, wie z. B. Kohlenstoffstahl, hergestellt ist, ist auf einer Fläche vorgesehen, die entgegengesetzt zu jedem primären Linearmotorteil 3 mit mehreren vorspringenden Abschnitten 9 ist, die in regelmäßigen Abständen in einer Bewegungsrichtung des Linearmotors angeordnet sind, die eine Kammzähneanordnung zur Verfügung stellt.
Zwischen dem jeweiligen vorspringenden Abschnitt 9 des sekundären Linearmotorteils 7 sind mehrere Vertiefungen 11 gebildet, jede davon ist mit einem Füllteil 13 aus niedriger magnetischer Permeabilität aufgefüllt, das eine Fläche des sekundären Linearmotorteils 7 mit einer ebenen Fläche als ein Ganzes bietet.
Als Materialien niedriger magnetischer Permeabilität, die das Füllmaterial 13 darstellen, können thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. Vinylchlorid, Polyethylen, Polystyren, AS-Harz, Polyamid, Polycarbonat, Polysulfon, Polyacrylat, Polyimid, Fluorkunststoffe, etc., aushärtende Kunststoffe, wie z. B. Phenolharz, und Keramik angewendet werden.
Vorzugsweise kann das Material, das das Füllteil 13 bildet, aus einem Material gewählt werden, dessen magnetische Permeabilität nahe derjenigen von Luft ist und welches hohe Fähigkeiten in Bezug auf mechanische Festigkeit und Verschleiß/Abbruchwiderstand mit niedrigem Reibungskoeffizienten ausübt. Zum Beispiel würde Fluorkunststoff für das Material, das derartige Bedingungen erfüllt, anwendbar sein.
Es ist anzumerken, daß im Falle der Bildung des Füllteils 13 dieses, neben den obigen Materialien, mit verschiedenem funktionalem Material, wie z. B. Fluorharz oder ähnlichem beschichtet werden kann.
Die Füllteile 13 können durch Passen der Teile in die Vertiefung 11 vorgesehen werden, wobei jedes dieser im voraus geformt worden ist, um mit der Form der Vertiefung 11 übereinzustimmen. Im Falle des Formens der Teile 13 durch Kunstharz, wie z. B. thermoplastischem Material, können diese jedoch durch Fließen des Materials in seinem flüssigen Zustand in die Vertiefung 11 vorgesehen werden, in Form des sogenannten "Einsatzformens" (insert molding). So ist es verständlich, daß in der Beschreibung der Begriff "Füllung" nicht nur den obengenannten Füllvorgang des flüssigen Materials in die Vertiefung 11 meint, sondern auch den Einpaßvorgang des vorher geformten Füllteils 13 in die Vertiefung 11.
Die bemerkenswerteste Eigenschaft der Ausführungsform besteht darin, daß die Füllteile 13 in einer Ebene mit den vorspringenden Abschnitten 9 angeordnet sind. Falls es gefordert ist, daß die Füllteile 13 und die vorspringenden Abschnitte 9 in einer exakteren Ebene angeordnet sind, können die sekundären Linearmotorteile 7 durch Oberflächenschleifen nach dem Auffüllen der Vertiefungen 11 mit den Füllteilen 13 hergestellt werden. Es ist festzustellen, daß auf die resultierenden flachen Flächen der sekundären Linearmotorteile 7, wo die Füllteile 13 und die vorspringenden Abschnitte 11 abwechselnd angeordnet sind hierauf, als "Polarflächen" Bezug genommen wird.
Auf dem Tisch 1 ist ein elastischer Reinigungswischer 15 befestigt, um mit den vorspringenden Flächen in Reibkontakt zu stehen. Der Reinigungswischer 15 ist aus gummielastischen Materialien, wie z. B. Isopropylgummi, Nitrylbutadiengummi vielen Schwefelgummis, Silikongummi, thermoplastischen Elastomeren etc. Noch bevorzugter ist er aus gummielastischem Material mit hoher Ölresistenz, um nicht durch Schmieröl zerstört zu werden, und hohem Verschleiß und Abrasionswiderstand, wie z. B. Silikongummi, thermoplastischem Elastomer oder ähnlichem hergestellt.
Wie oben erwähnt, kann die ganze Polarfläche jedes sekundären Linearmotorteils 7, das in Richtung des primären Linearmotorteils 3 weist, abgeflacht werden, da die Vertiefungen 11 zwischen den jeweiligen vorspringenden Abschnitten mit den Füllteilen 13 aufgefüllt werden, wobei es möglich ist, Späne vom Fallen in die Vertiefungen 11 zu bewahren.
Des weiteren ist es aufgrund der abgeflachten Polarflächen der sekundären Linearmotorteile 7 möglich, die Späne von den Flächen leicht und sicher mit hoher Handhabungsfreundlichkeit durch die Benutzung eines Wischers vom Blattyp, Abstreifer oder ähnlichem zu entfernen.
Da die Füllteile 13 aus Material niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt sind, wie z. B. Kunstharz, kann magnetische Isolierung zwischen den benachbarten hervorspringenden Abschnitten durch das Füllteil 13 stabil aufrecht erhalten werden, so daß ein Vorsehen der Füllteile 13 nicht die Leistung der Linearmotorvorrichtung verringert.
Gemäß der Ausführungsform gleitet der Reinigungswischer 15 jedesmal, wenn die Linearmotorvorrichtung ihre lineare Bewegung durchführt, d. h. wenn der Tisch 1 bewegt wird, auf den flachen Flächen der sekundären Linearmotorteile 7 automatisch, wodurch sie in wischender Weise gereinigt werden. So werden die Späne, selbst wenn sie auf die Polarflächen fallen, davon sofort entfernt werden. Des weiteren ist es aufgrund der Wischfunktion des Wischers 15 möglich, die Späne vom Eintreten in die primären Linearnotorteile 3 zu bewahren, wodurch die Betriebsstabilität und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden kann.
Wir beschreiben nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 3 und 4. In diesen Figuren bezeichnet Referenznummer 21 ein Bett als ein unbewegliches Teil und 23 einen Tisch als bewegliches Teil. Der Tisch 23, der durch linke und rechte lineare Führungsteile 25, die auf dem Tisch 21 montiert sind, gefüllt wird, wird angepaßt, um sich nach rechts und nach links der Fig. 3 in einer linearen Bewegung zu bewegen.
Auf dem Bett 21 befindet sich ein durch Tragarme 27, 29 befestigtes zylindrisches sekundäres (Linearmotor) Teil 31, das einen sekundären Leiter der Linearmotorvorrichtung bildet. Im Detail ist das sekundäre Linearmotorteil 31 der Ausführungsform durch einen hohlen Wellenkörper gebildet, dessen beide Enden durch die Tragarme 27, 29 getragen werden, um sich in einer linearen Bewegungsrichtung des Tischs 23 zu erstrecken.
Der Tisch 23 ist auf einer unteren Fläche dieses mit einem herabhängenden Abschnitt 33 vorgesehen, an dem ein zylindrisches primäres (Linearmotor) Teil 35 befestigt ist. Das primäre Linearmotorteil 35 ist koaxial zu dem sekundären Linearmotorteil 31 durch einen vorbestimmten Spalt angeordnet, um sich in der axialen Richtung des Teils 31 frei zu versetzen. Des weiteren weist das primäre Linearmotorteil 35 zylindrische elektrische Primärwicklungen 37 auf, die einen ganzen Umfang des sekundären Linearmotorteils 31 koaxial umgeben.
Mit der oben erwähnten Anordnung wird durch Stromversorgung der elektrischen Primärwicklungen 37 Schub in der axialen Richtung zwischen dem primären Linearmotorteil und dem sekundären Linearmotorteil 31 erzeugt, so daß der Tisch 23 sich über dem Bett 21 in die linken und rechten Richtungen der Fig. 3 linear bewegt.
Mit dieser Schuberzeugung wird auch eine magnetische vertikale Kraft zwischen dem primären Linearmotorteil 35 und dem sekundären Linearmotorteil 31 erzeugt, wobei eine Anziehungskraft dazwischen aktiv ist. Da die Primärwindungen 37 zylindrisch angeordnet sind, um den ganzen Umfang des sekundären Linearmotorteils 31 koaxial zu umgeben, wirkt die Anziehungskraft auf das zylindrische sekundäre Teil 31 einheitlich als radiale Kräfte, so daß sie sich gegenseitig aufheben.
Konsequenterweise besteht keine Möglichkeit, selbst wenn die große Anziehungskraft, die zwischen dem primären Linearmotor 35 und dem sekundären Linearmotorteil 31 durch die magnetische Vertikalkraft auf die Linearmotorvorrichtung aufgebracht wird, daß eine große Last auf den Tisch 23 auf die linearen Führungsteile 25 ausgeübt wird, oder daß eine exzentrische Last auf das sekundäre Linearmotorteil 31 ausgeübt wird. Des weiteren kann eine Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß eine Last auf derartige Strukturen der Werkzeugmaschine, wie das Bett 21, den Tisch 23 oder ähnliche ausgeübt werden, wodurch die Strukturen davor bewahrt werden, deformiert zu werden.
Gemäß der Ausführungsform kann die Linearmotorvorrichtung der Erfindung leicht an Werkzeugmaschinen, die mit der Zuführschraubenvorrichtung ausgerüstet sind, angebracht werden, ohne eine wesentliche Änderung in der Konstruktion zu erfordern, da das sekundäre Linearmotorteil 31 einfach auf dem Bett 21 vorgesehen ist, anstelle einer Zuführschraubenwelle in einer Zuführschraubenvorrichtung, während das primäre Linearmotorteil 35 in dem Tisch 23 eingebettet ist, anstatt einer Zuführmutter der Vorrichtung.
Zusätzlich kann ein Gewicht des Teiles an sich reduziert werden, wodurch die Biegung, die durch das Eigengewicht des Teiles verursacht wird, verringert wird, da das sekundäre Linearmotorteil 31 aus einer zylindrischen Hohlwelle besteht. Ein hohler Durchgang 39 des sekundären Linearmotorteils 31 ist mit einer nicht gezeigten Quelle zur Versorgung mit Kühlflüssigkeit verbunden, so daß die Linearmotorvorrichtung durch die Kühlflüssigkeit, die durch den Durchgang 39 fließt, heruntergekühlt wird.
Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Linearmotorvorrichtung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform als eine Modifikation der oben erwähnten Ausführungsform. Es ist anzumerken, daß in den Figuren ähnliche Elemente zu denen der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 mit gleichen Referenznummern und Beschreibungen der Elemente eliminiert werden.
Gemäß der Ausführungsform sind zwei sekundären Linearmotorteile 31 an den linken und rechten Seiten des Bettes 21 an jeweiligen Positionen dieses angeordnet, wo die linearen Führungsteile 25 in der vorangegangenen Ausführungsform angeordnet sind. Dieses sekundäre Linearmotorteil 31 besteht aus einem Hohlwellenkörper 31a, der sich in einer Richtung rechtwinklig zu einer Ebene der Zeichnung erstreckt und einen Lagerbock 31b, der einstückig mit dem Körper 31a geformt ist, der einen Schlüssellochförmigen Querschnitt entlang der axialen Richtung des Körpers 31a vorsieht. Der Lagerbock 31b ist an Bett 21 durch Bolzen oder ähnliches (nicht gezeigt) in vorbestimmten Abständen entlang der axialen Richtung des hohlen Wellenkörpers 31a befestigt. So werden die sekundären Linearmotorteile 31 durch das Bett 21 durch dazwischenliegende Lagerböcke 31b in vorbestimmten Intervallen gestützt, so daß die Steifigkeit gleichförmig über die sekundären Linearmotorteile 31 in der axialen Richtung vergrößert werden kann.
Jeder hohle Wellenkörper 31a ist auf einer äußeren Umfangsfläche dieses mit vier halbkreisförmigen Rillen 41 versehen, die sich in der axialen Richtung gerade erstrecken. Die Rillen 41 sind auf den hohlen Wellenkörper 31 in der Umfangsrichtung in Abständen von einem Winkel von 90° geformt.
Der hohle Wellenkörper 31a hat mehrere sekundäre leitende Teile 43, die zwischen den halbkreisförmigen Rillen 41 außer einem Verbindungsteil des Körpers 31a mit dem Lagerbock 31b geformt sind. In der Ausführungsform ist das sekundäre Linearmotorteil 31 mit drei sekundären leitenden Teilen 43 vorgesehen: eines ist an einem Zentrum eines oberen Flächenabschnittes des hohlen Wellenkörpers 31a und die anderen sind symmetrisch auf beiden Seiten des Körpers 31a.
Der Tisch 23 hat linke und rechte primäre Linearmotorteile 35, die an der unteren Fläche an jeweiligen Seiten dieser befestigt sind. Jedes Primärlinearmotorteil 35 ist so geformt, einen C-förmigen Querschnitt, der mit einer Öffnung versehen ist, die den Lagerböcken erlaubt, hindurchzugehen, aufweist. Der primäre Linearmotor 35 ist so angeordnet, um dem sekundären Linearmotor 31 durch einen regelmäßigen Spalt gegenüber zu liegen, so daß das Teil 35 sich in axialer Richtung des primären Linearmotorteils 31 koaxial bewegen kann. Die elektrischen Primärwicklungen 37 des primären Linearmotorteils 35 sind mit den Sekundärleiterteilen 23 jeweils korrespondierend angeordnet. Daher sind die elektrischen Primärwicklungen 37 auf beiden Seiten einer Kernachse des sekundären Linearmotorteils 31 symmetrisch miteinander angeordnet.
Das primäre Linearmotorteil 35 ist mit linearen Kugel lagern 45 vom periodischen Typ vorgesehen, die mit den Rillen 41 jeweils in Eingriff stehen. Konsequenterweise wird der Tisch 23 durch die Kugellager 45 durch die Hohlwellenkörper 31a als "lineare Führung" der sekundären Linearmotorteile 31 getragen, um sich linear mit Bezug auf das Bett 21 zu bewege.
Auch in der Ausführungsform wird durch Stromversorgung der elektrischen Primärwicklungen 37 jedes primären Linearmotorteils 35 Schub in axialer Richtung zwischen dem primären Linearmotorteil 35 und dem sekundären Leiterteil 23 des sekundären Linearmotorteil 31 erzeugt, so daß der Tisch 23 sich über dem Bett 21 in die linken und rechten Richtungen von Fig. 3 linear bewegt, wobei er durch die hohlen Wellenkörper 31a geführt wird.
Mit dieser Erzeugung von Schub wird auch eine magnetische Vertikal kraft zwischen dem primären Linearmotorteil 35 und dem sekundären Linearmotorteil 31 erzeugt, wobei eine Anziehungskraft dazwischen wirkt. Da die elektrischen Primärwicklungen 37 auf beiden Seiten der Kernachse jedes sekundären Linearmotorteils 31 symmetrisch angeordnet sind, wirkt die Anziehungskraft auf beiden Seiten der Mittellinie des hohlen Wellenkörpers 31a einheitlich als die radiale Kraft, so daß diese voneinander aufgehoben werden.
Konsequenterweise besteht keine Möglichkeit, daß eine exzentrische Kraft auf das sekundäre Linearmotorteil 31 ausgeübt wird, selbst wenn die große Anziehungskraft zwischen dem primären Linearmotor 35 und dem sekundären Linearmotor 31 durch die magnetische Vertikalkraft der Linearmotorvorrichtung ausgeübt wird. Des weiteren kann eine Möglichkeit der Ausübung einer Last auf derartige Strukturen der Werkzeugmaschine, wie das Bett 21, den Tisch 23 oder ähnliches ausgeschlossen werden, wodurch die Strukturen davor bewahrt werden, deformiert zu werden.
Des weiteren ist es möglich, die Genauigkeit der Zuführung des Tisches 23 zu verbessern, da die Steifigkeit gleichförmig durch die sekundären Linearmotorteile 31 in axialer Richtung vergrößert werden kann.
Es ist anzumerken, daß in einer Modifikation der zweiten und dritten Ausführungsform das zweite Linearmotorteil 31 als ein festes Stabteil aufgebaut sein kann. Des weiteren können die Lagerböcke 31b der dritten Ausführungsform aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein, die in der axialen Richtung des hohlen Wellenkörpers 31a in regelmäßigen Abständen und ähnlichen angeordnet sind, wobei der Lagerbock 31b durch einen Teil, der nicht einstückig mit dem hohlen Wellenkörper 31a gebildet ist, aufgebaut sein kann.
Schließlich wird es vom Fachmann verstanden werden, daß die vorangegangene Beschreibung eine bevorzugte Ausführungsform des offenbarten Verbindungsgehäuses darstellt und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Umfang dieser abzuweichen.

Claims (6)

1. Linearmotorvorrichtung, die folgendes aufweist:
ein primäres Linearmotorteil zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; und
ein sekundäres Linearmotorteil, das so angeordnet ist, um dem primären Linearmotorteil gegenüber zu stehen, wobei das sekundäre Linearmotorteil aus Kammzähnen geformt ist und mehrere vorspringende Abschnitte aufweist, die auf einer Fläche des sekundären Linearmotorteils in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, wobei die Fläche des sekundären Linearmotorteils in Richtung des primären Linearmotorteils weist;
wobei Vertiefungen, die zwischen den vorspringenden Abschnitten definiert sind, mit Füllteilen, die aus Material mit niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt sind, gefüllt sind, wobei die Fläche als Ganzes, dort wo die vorspringenden Abschnitte angeordnet sind, abgeflacht ist.
2. Linearmotorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Füllteile aus Kunstharz bestehen, das in die Vertiefungen gegossen ist.
3. Linearmotorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das primäre Linearmotorteil mit einem aus elastischem Material hergestellten Reinigungswischer vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, um in Reibkontakt mit der Fläche des sekundären Linearmotorteils zu stehen.
4. Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum linearen Bewegen eines beweglichen Teiles, das auf ein unbewegliches Teil weist, wobei die Linearmotorvorrichtung folgendes aufweist:
ein zylindrisches oder stabförmiges sekundäres Linearmotorteil, das an beiden Enden durch das unbewegliche Teil gestützt wird, um sich in die Richtung der linearen Bewegung des beweglichen Teils zu erstrecken; und
ein zylindrisches primäres Linearmotorteil, das an dem beweglichen Teil befestigt ist und das an einen äußeren Umfang des sekundären Linearmotorteils durch Spiel gepaßt ist, um es in einer axialen Richtung, die auf das sekundäre Linearmotorteil weist, zu versetzen, wobei das primäre Linearmotorteil zylindrische elektrische Primärwicklungen aufweist, die den ganzen Umfang des sekundären Linearmotorteils umgeben.
5. Linearmotorvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum linearen Bewegen eines beweglichen Teiles, das auf ein unbewegliches Teil weist, wobei die Linearmotorvorrichtung folgendes aufweist:
ein zylindrisches oder stabartiges sekundäres Linearmotorteil, das an seinem Zwischenabschnitt durch das unbewegliche Teil in vorbestimmten Abständen durch entweder einen Lagerbock, der in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils kontinuierlich angeordnet ist, oder mehrere Lagerböcke, die in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils periodisch angeordnet sind, gelagert ist, wobei das sekundäre Linearmotorteil sich in die Richtung der linearen Bewegung des beweglichen Teiles erstreckt; und
ein zylindrisches primäres Linearmotorteil, das an dem beweglichen Teil befestigt ist und auf einem äußeren Umfang dem sekundären Linearmotorteils durch Spiel gepaßt ist, um es in der axialen Richtung des sekundären Linearmotorteils zu versetzen;
wobei das primäre Linearmotorteil einen Abschnitt aufweist, der mit dem Lagerbock zusammenwirkt, wobei der Abschnitt einen C-förmigen Querschnitt aufweist, der mit einer Öffnung versehen ist, die es den Lagerböcken erlaubt, dort hindurchzugehen;
wobei das primäre Linearmotorteil des weiteren elektrische Primärwicklungen aufweist, die auf beiden Seiten einer Kernachse des sekundären Linearmotorteils symmetrisch angeordnet sind.
6. Linearmotorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das primäre Linearmotorteil mit Linearkugellagern vorgesehen ist, die mit dem sekundären Linearmotorteil ineinandergreifen, wobei das sekundäre Linearmotorteil auch als Mittel zur Führung der linearen Bewegung des beweglichen Teiles dient.
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