DE4326194A1

DE4326194A1 - Lineares Führungssystem mit einstückig ausgebildeter Zahnstange

Info

Publication number: DE4326194A1
Application number: DE4326194A
Authority: DE
Inventors: Toru Tsukada
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1994-02-17
Also published as: JP2567928Y2; US5390557A; JPH0618727U

Description

Die Erfindung betrifft ein lineares Führungssystem mit einer einstückig ausgebildeten Zahnstange, in welchem die Zahn stange, die einen Zahnstangentrieb bildet, welcher als linearer Antriebsmechanismus dient, und ein lineares Füh rungssystem, das als linearer Führungsmechanismus dient, miteinander zusammengefaßt sind.

Herkömmlich werden eine Zahnstange, die einen Antriebsmecha nismus bildet, und ein lineares Führungssystem, das als Füh rungsmechanismus dient, getrennt hergestellt und dann zusam mengesetzt zu der oben erwähnten Art eines einstückig ausge bildeten linearen Führungssystems, welches in einem Roboter oder anderen Arten von Maschinen verwendet wird. Beim Zusam mensetzen der gesondert hergestellten Mechanismen ist jedoch eine gute Montagegenauigkeit schwer zu erzielen. Also kann die Zahnstange übermäßig eingreifen oder das Zahnstangenspiel kann zu groß werden, wodurch die Nutzungsdauer der Zahnstange verkürzt wird und ein Geräusch entsteht. Um diese Probleme zu lösen, wird in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung, Of fenlegungsnummer 2-43519, ein lineares Zahnstangenführungssy stem vorgeschlagen, bei welchem Zahnstangenzähne 4 einteilig ausgebildet sind an einer Fläche einer Führungsschiene, an welcher keine Nuten für Rollglieder ausgebildet sind, wie in Fig. 4 gezeigt.

In dem vorgeschlagenen System können jedoch Löcher für Befe stigungsschrauben nicht in vorbestimmten Abständen über die gesamte Länge in der Längsrichtung ausgebildet werden, wo durch die folgenden Probleme verursacht werden.

1) Wenn die Führungsschiene 1 an eine Maschinenbasis oder dergleichen angeschraubt werden muß, kann das System nicht verwendet werden.
2) Wenn Gleiter 2, welche mit der Führungsschiene 1 derart in Eingriff stehen, daß sie sich relativ zu ihr verschieben können, befestigt sind, um die Führungsschiene 1 bezüglich der Gleiter 2 linear anzutreiben, das heißt, wenn die Füh rungsschiene 1 nicht an der Maschinenbasis befestigt werden muß, wird ein Loch B₁ für eine Befestigungsschraube zum Befe stigen eines Werkstücks an der beweglichen Führungsschiene benötigt. In diesem Fall sollte eine Fläche 4A, in welcher das Loch für die Befestigungsschraube ausgearbeitet ist, an einem Ende der Zahnstangenzähne 4 vorgesehen werden, wodurch die Schiene länger wird und ihre Herstellung schwieriger wird und damit höhere Kosten entstehen.
3) Die Zahnstangenzähne 4 kämmen mit einem Ritzel 12, wobei ihre Stirnflächen auf die Oberseite oder die Unterseite auf gesetzt sind wegen der Möglichkeit zum Gestalten der Lagebe ziehung zwischen dem Ritzel, mit dem die Zahnstangenzähne 4 kämmen, und einem Drehantriebsmechanismus des Ritzels 12. Da her muß der Eingriff der Zahnstangenzähne 4 in das Ritzel 12 in der Vertikalrichtung eingestellt werden, was schwieriger ist als die Einstellung in der Horizontalrichtung. Außerdem fallen die Richtung der Biegung der Zahnstange, die durch ihr Eigengewicht verursacht wird, und die Richtung der Vibration, die durch die Bewegung der Zahnstange verursacht wird, welche mit dem Ritzel 12 in Eingriff steht, beide mit der Vertikal richtung zusammen, wodurch die Lebensdauer der Zahnstange verkürzt wird, ein Geräusch entsteht, sich das Positionieren schwieriger gestaltet und andere Probleme verursacht werden.

Übrigens ist ein System, in welchem eine Führungsschiene eine Rollnute oder Rollnuten für Rollglieder in einer Seitenfläche und eine in der entgegengesetzten Seitenfläche einstückig ausgebildete Zahnstange aufweist, offenbart worden in der ja panischen Gebrauchsmusteranmeldung, Offenlegungsnummer 59- 103925. Dieses System ist jedoch dafür vorgesehen, ein Paar dieser Führungsschienen anzuwenden, und seine Anwendung ist beachtlich eingeschränkt. Also ist solch ein System verschie den von dem linearen Führungssystem der Erfindung, bei wel chem Gleiter die Führungsschiene überspreizen, um sich auf diese Weise relativ zu der Führungsschiene zu verschieben.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines linearen Füh rungssystems mit einer in einem Stück ausgebildeten Zahn stange, welches die oben erwähnten Probleme bei herkömmlichen und früheren Systemen lösen kann, und bei welchem Löcher für Befestigungsschrauben willkürlich über die Gesamtlänge einer Führungsschiene in der Längsrichtung ausgebildet werden kön nen.

Die Erfindung betrifft ein lineares Führungssystem, gekenn zeichnet durch eine Führungsschiene mit Rollnuten für Roll glieder, die sich in der Axialrichtung in beiden Seitenflä chen erstrecken, Gleiter, welche die Führungsschiene so über spreizen, daß sie darauf gleiten, und jeder von denen aus einem Gleiterkörper mit Rollnuten für die geladenen Roll glieder in den inneren Seitenflächen besteht, die zu den Rollnuten für die Rollglieder der Führungsschiene hinweisen, und mit Rückbahnen für die Rollglieder, die innerhalb der Gleiter parallel zu den entsprechenden Rollnuten für die geladenen Rollglieder vorgesehen sind, und Endkappen, die an beide Enden des Gleiterkörpers angefügt sind, welche halb kreisbogenförmige gekrümmte Bahnen aufweisen, um die Rück bahnen für die Rollglieder mit den Rollnuten für das geladene Rollglied in Verbindung zu setzen und damit endlose Umlauf bahnen zu bilden, sowie eine Vielzahl von Rollgliedern, wel che zwischen die Rollnuten für die Rollglieder und die Roll nuten für die geladenen Rollglieder eingesetzt sind und in den endlosen Umlaufbahnen umlaufen, wobei Zahnstangenzähne in der Axialrichtung einer Seitenfläche der Führungsschiene aus gebildet sind, welche parallel ist zu den Seitenflächen, an welchen die Rollnuten für die Rollglieder ausgebildet sind, und wobei die Richtung der Zahnspuren der Zahnstangenzähne senkrecht ist zu der Richtung der Rollnuten für die Rollglie der der Führungsschiene.

Da die Zahnstangenzähne, welche angetriebene Bauteile in dem linearen Antriebsmechanismus sind, direkt an der Seitenfläche der Führungsschiene des linearen Führungssystems ausgearbei tet sind, so daß die Richtung der Zahnspuren senkrecht ist zu der Richtung der Rollnuten für die Rollglieder der Führungs schiene, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.

1) Die Zahnstangenzähne, welche einstückig ausgearbeitet sind, können hohe Präzision aufweisen. Das System rattert nicht im Betrieb. So kann die Nutzungsdauer der Zahnstange verlängert werden, und das Geräusch kann vermindert werden.
2) Da die Rollnuten für die Rollglieder und die Zahnstange an der gleichen Fläche ausgebildet sind, können Löcher zum Fixieren der Schiene in den anderen Flächen ausgebildet wer den. Dementsprechend kann die Schiene stabil an der Basis be festigt werden, und ein Zittern der Schiene, das durch Kämmen der Zahnstange mit dem Zahnrad verursacht wird, kann verhin dert werden, wodurch ein stabiles Betriebsverhalten selbst bei hoher Geschwindigkeit erzielt wird.
3) Die Fläche, an welcher die Zahnstange ausgebildet ist, braucht nicht verlängert zu werden, um das Loch oder die Lö cher zur Befestigung vorzusehen. Und die Länge der Schiene kann verkürzt werden, während die Länge der Zahnstangenzähne die gleiche bleibt. Dementsprechend wird weniger Raum zur Installation benötigt, und die Starrheit der Schiene wird größer.
4) Es ist leicht einzurichten, daß die Richtung der Biegung der Schiene mit ihrem Eigengewicht abweicht von der Richtung der Zahnspuren der Zahnstange mit dem Zahnrad. Dementspre chend kann das Kämmen der Zahnstange mit dem Zahnrad in den gesamten Hüben gleichförmig sein, wodurch die Nutzungsdauer verlängert wird, das Geräusch vermindert wird sowie die Prä zision der Positionierung verbessert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausfüh rungsform des linearen Führungssystems mit der ein stückig ausgebildeten Zahnstange gemäß der Erfin dung;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang der in Fig. 1 ge zeigten Linie II-II geschnitten ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausfüh rungsform gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines linearen Füh rungssystems mit einer einstückig ausgebildeten Zahnstange nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungs form des linearen Führungssystem mit der einstückig ausgebil deten Zahnstange gemäß der Erfindung. Fig. 2 ist eine Schnittansicht dieses Systems. Rollnuten 3 für Rollglieder, die bogenförmige Querschnitte aufweisen und sich in der Axi alrichtung einer Führungsschiene 1 erstrecken, die einen Querschnitt in Form eines umgekehrten T aufweist, sind symme trisch an den beiden Seitenflächen 1b der Führungsschiene 1 vorgesehen. In dem unteren Teil einer der Seitenflächen 1b (das heißt, in der Seitenkantenfläche eines Schienenbasisab schnitts 1B, der sich von dem umgekehrten T seitwärts er streckt, sind Zahnstangenzähne 4 in einem Stück im wesentli chen über die gesamte Länge der Schiene ausgebildet in der Weise, daß sie zu den Rollnuten 3 für die Rollglieder paral lel sind. Die Zahnstangenzähne 4 sind so ausgebildet, daß die Richtung ihrer Zahnspuren in der Vertikalrichtung liegt, das heißt, senkrecht zu der Richtung, in welcher sich die Rollnu ten 3 für die Rollglieder erstrecken. Und Löcher B1 für Befe stigungsschrauben zum Fixieren des Werkstücks (oder der Schiene), welche die Führungsschiene 1 von der oberen Fläche 1a zu der unteren Fläche 1c durchstechen, sind in vorbestimm ten Abständen ausgebildet.

Zwei Gleiter 2, deren Querschnitte U-förmig aussehen, stehen verschiebbar mit der Führungsschiene 1 in Eingriff, wobei diese zwei Gleiter 2 so eingestellt sind, daß sie auf der Führungsschiene 1 einander nahe sind. Jeder Gleiter 2 besteht aus einem Gleiterkörper 2A und Endkappen 2B, die an die vor deren und hinteren Enden des Gleiterkörpers 2A angefügt sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind Rollnuten 5 für die geladenen Rollglieder an den inneren Seitenflächen beider Verzweigungen des Gleiters 2 vorgesehen, welche die Führungsschiene 1 über spreizen, wobei die Rollnuten 5 für die geladenen Rollglieder so ausgebildet sind, daß die entsprechenden Rollnuten 3 für die Rollglieder der Führungsschiene 1 gegenüberliegen. Und innerhalb der Verzweigungen des Gleiterkörpers 2A sind Rück bahnen 6 für die Rollglieder, welche den Gleiterkörper 2A in der Axialrichtung durchdringen, parallel zu den Rollnuten 5 für die geladenen Rollglieder ausgebildet. Halbringförmige gekrümmte Bahnen 7, die in den entsprechenden Endkappen 2B ausgebildet sind, verbinden die Rollnuten 5 für die geladenen Rollglieder mit den Rückbahnen 6 für die Rollglieder, um end lose Umlaufbahnen für die Rollglieder zu bilden, in welchen eine Vielzahl von Kugeln 8, die als Rollglieder dienen, so geladen sind, daß sie darin rollen können.

Eine Platte 9 (zum Beispiel eine Grundplatte eines Roboterar mes) ist an die oberen Flächen der zwei Gleiter angefügt. Die Gleiter 2 sind an der Platte 9 befestigt. Eine Platte 10, an welcher ein Motor angebracht ist, steht von der Platte 9 über. Ein an der Platte 10 angebrachter Antriebsmotor 11 weist ein Ritzel 12 auf einer Ausgangswelle 11a auf, welches mit den Zahnstangenzähnen 4 an der Seitenfläche der Führungs schiene 1 kämmt. Die Löcher B1 für die Befestigungsschrauben können dazu verwendet werden, um zum Beispiel eine Mechanis museinheit eines (nicht gezeigten) Roboters vom Portaltyp an dem anderen Ende (bezüglich des Antriebsmotors 11) der Füh rungsschiene 1 zu befestigen.

Nun wird die Arbeitsweise beschrieben.

Angenommen, die in Fig. 1 gezeigte Führungsschiene 1 wird als Roboterarm eines Portalroboters verwendet, bei welchem die Führungsschiene 1 nach vorne und hinten verschoben werden kann, das heißt, der Roboterarm ausgestreckt und zurückgezo gen werden kann über das Ritzel 12 und die Zahnstangenzähne 4 durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen des Antriebsmotors 11. Dabei ist ein lineares Verschieben der Führungsschiene 1 be merkenswert sanft und genau wegen der Rollführung, die durch die Kugeln der Gleiter 2 durchgeführt wird.

Da die Zahnstangenzähne 4 direkt in der Führungsschiene 1 ausgearbeitet sind, besteht das System aus weniger Komponen ten als das System, in welchem eine getrennt gefertigte Zahn stange an einer Führungsschiene verschraubt ist, und es kön nen Arbeitsstunden eingespart werden, da eine Montage oder Positionierung der Zahnstange nicht erforderlich ist.

Während bei dem System nach dem Stand der Technik die Zahn stangenzähne 4 in der oberen Fläche der Schiene ausgebildet sind, wie in Fig. 4 gezeigt, und also die Fläche 4A, an wel cher das Werkstück befestigt ist, an einem Ende der Zahnstan genzähne 4 ausgebildet sein sollte, benötigt die Ausführungs form keine solche Fläche zum Befestigen der Mechanismusein heit des Roboters an der Führungsschiene 1. Dementsprechend braucht die Schiene keine zusätzliche Länge für die Fläche aufzuweisen, an welcher das Werkstück befestigt wird, wodurch der Raum zur Installation weiter reduziert wird sowie die Herstellung zwecks Kostenverminderung erleichtert wird.

Da die an der Seitenfläche der Führungsschiene 1 ausgebilde ten Zahnstangenzähne 4 mit dem Ritzel 12 kämmen, ist ihre Montage leichter als bei dem System nach dem Stand der Tech nik, in welchem die an der oberen oder unteren Fläche ausge bildeten Zahnstangenzähne mit dem Ritzel kämmen. Da sich außerdem die Richtung der Biegung der Führungsschiene 1 mit ihrem Eigengewicht verschieden ist von der Richtung der Vi bration, die durch den Eingriff der angetriebenen Zahnstan genzähne 4 entsteht, wird den Zahnstangenzähnen 4 weniger Schaden zugefügt und damit die Nutzungsdauer der Zahnstange verlängert, das Geräusch ist vermindert, und die Genauigkeit bei der Positionierung ist verbessert.

Übrigens kann, obzwar in der oben erwähnten Ausführungsform die Führungsschiene 1 den T-förmigen Querschnitt aufweist, dessen Basisabschnitt 1B zur Seite vorragende Abschnitte auf beiden Seiten aufweist und die Zahnstangenzähne 4 entlang einer der Seitenkantenfläche der vorragenden Abschnitte des Basisabschnitts 1B vorgesehen sind, der Basisabschnitt 1B der Führungsschiene L-förmig sein, das heißt, er braucht nur einen vorragenden Abschnitt auf einer Seite aufzuweisen, so daß die Zahnstangenzähne 4 entlang der Seitenkantenfläche des vorragenden Abschnitts des Basisabschnitts vorgesehen sind.

Ferner können, obzwar in der oben erwähnten Ausführungsform zwei Rollnuten 3 für die Rollglieder in jeder Seitenfläche ausgebildet sind, entweder mehr Nuten oder auch nur eine Nute in jeder Seitenfläche ausgebildet sein.

Außerdem sind die Rollglieder nicht auf Kugeln beschränkt, sondern können Walzen sein.

Wie oben beschrieben, sind gemäß der Erfindung die Zahnstan genzähne, welche den Zahnstangentrieb bilden, einstückig an der Seitenfläche der Führungsschiene des linearen Führungssy stems ausgebildet, und die Richtung der Zahnspuren der Zahn stangenzähne ist senkrecht zu der Richtung, entlang welcher die Rollnuten für die Rollglieder der Führungsschiene ausge bildet sind. Daher kann dieses System eine höhere Genauigkeit erzielen als die herkömmlichen Systeme, bei welchen eine ge sondert hergestellte Zahnstange an eine Schiene angeschraubt ist.

Durch Vorsehen der Rollnuten für die Rollglieder und die Zahnstangenzähne an der gleichen Seitenfläche der Führungs schiene können die Löcher für die Befestigungsschrauben über die gesamte Länge der Flächen der Führungsschiene ausgebildet sein, an welcher die Zahnstangenzähne nicht ausgebildet sind. Infolgedessen wird die Befestigung der Führungsschiene ver stärkt, so daß die Führungsschiene bei Eingriff der Zahnstan genzähne und des Ritzelrades nicht zittert, wodurch ein sta biles Betriebsverhalten bei hoher Geschwindigkeit realisiert wird.

Wenn die Gleiter befestigt sind und die Führungsschiene ge rade entlang den Gleitern verschoben wird, braucht die Fläche zum Befestigen des Werkstücks an der sich bewegenden Füh rungsschiene nicht an dem Ende der Zahnstangenzähne vorgese hen zu werden. Dementsprechend kann die Länge der Schiene verkürzt werden. Infolgedessen kann die Starrheit der Schiene vergrößert werden und der Raum für die Installation kann ver mindert werden.

Da die Richtung der Zahnspuren der Zahnstangenzähne mit den Ritzel verschieden ist von der Richtung der Biegung der Schiene mit ihrem Eigengewicht, kann außerdem der Eingriff in den gesamten Hüben gleichförmig gemacht werden. Infolgedessen kann das System die lange Lebensdauer, niedriges Geräusch und hohe Präzision beim Positionieren verwirklichen.

Claims

1. Lineares Führungssystem mit einer einstückig ausgebilde ten Zahnstange, gekennzeichnet durch,
eine Führungsschiene (1) mit Rollnuten (3) für Rollglieder (8), welche in den beiden Seiten der Führungsschiene (1) aus gebildet sind und sich in ihrer Längsrichtung erstrecken, Gleiter (2), welche an der Führungsschiene (1) derart an gebracht sind, daß sie in der Lage sind, entlang der Füh rungsschiene (1) zu gleiten, und jeder von denen aus einem Gleiterkörper (2A) mit Rollnuten (5) für die geladenen Roll glieder (8) in den Innenflächen seines Rücksprungabschnitts entsprechend den Rollnuten (3) für die Rollglieder (8) der Führungsschiene (1) sowie Rückbahnen (6) für die Rollglieder (8) besteht, die innen als durchdringende Löcher parallel zu den Rollnuten (5) für die geladenen Rollglieder (8) vorgese hen sind, und Endkappen (2B), die an beide Längsenden des Gleiterkörpers (2A) angefügt sind, welche halbkreisbogenför mige gekrümmte Bahnen (7) aufweisen, um die Bahnen für die geladenen Rollglieder (8), die gebildet werden durch die Rollnuten (3) für die Rollglieder (8) und die Nuten (5) für die geladenen Rollglieder (8), in Verbindung zu setzen mit den Rückbahnen (6) für die Rollglieder (8), um endlose Um laufbahnen zu bilden,
und eine Vielzahl von Rollgliedern (8), welche geladen und gerollt werden in den Bahnen für die geladenen Rollglieder (8), wenn sie geladen sind, wenn die Gleiter (2) in der Längsrichtung gleiten, um auf diese Weise die Reibung zwi schen der Führungsschiene (1) und den Gleitern (2) zu vermin dern sowie durch die Rückbahnen (6) für die Rollglieder (8) und die gekrümmten Bahnen (7) zu umzulaufen,
wobei die Führungsschiene (1) eine Seitenfläche aufweist par allel zu einer Seitenfläche, an welcher die Rollnuten (3) für die Rollglieder (8) ausgebildet sind, sowie Zahnstangenzähne (4), welche entlang der Seitenfläche (1b) so ausgerichtet sind, daß die Zahnspuren der Zahnstangenzähne (4) senkrecht sind zu den Rollnuten (3) für die Rollglieder (8) der Füh rungsschiene (1).

2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (1) den Querschnitt eines umgekehrten T aufweist.

3. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (1) einen L-förmigen Querschnitt auf weist.