DE3625193A1 - Maschinentisch - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen X-Y-Maschinentisch, z. B. für das genaue Ausrichten eines Werkstückes und eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschine, und insbesondere einen solchen X-Y-Maschinentisch, der als Antriebsquelle einen Linearmotor verwendet.

Ein typischer herkömmlicher X-Y-Maschinentisch ist so ausgebildet, daß eine Tischplatte auf einem Grundkörper mittels Zwischenschlitten angebracht ist, so daß die Tischplatte in rechtwinkligen Koordinaten sowohl in X- als auch in Y-Richtung verschiebbar ist. Der Führungsmechanismus des X-Y-Maschinentisches wurde durch eine Kombination von Kugelauflaufspindeln mit zugehörigen Schraubennuten und Drehantrieben, wie z. B. Servomotoren oder Schrittmotoren erreicht.

Die Kugelumlaufspindel ist auf der Oberseite des Grundkörpers angeordnet, so daß sie in X-Richtung weist. Eine Kugelnut, welche über die Kugelumlaufspindel geschraubt ist, ist an dem Zwischenschlitten befestigt. Ein Ende der Kugelumlaufspindel ist mit einem Drehantrieb antriebsverbunden, so daß der Zwischenschlitten durch Drehen des Antriebes entlang der Kugelumlaufspindel in X-Richtung bewegt werden kann. In ähnlicher Weise ist auf der Oberseite des Zwischenschlittens eine Kugelumlaufspindel angeordnet, die sich in Y-richtung senkrecht zur Längsachse der ersten Kugelumlaufspindel erstreckt. Eine auf der zweiten Kugelumlaufspindel geschraubte Kugelnut ist auf der Unterseite der Tischplatte befestigt. Ein Ende der Kugelumlaufspindel ist derart mit einem Drehantrieb antriebsverbunden, daß die Tischplatte durch Drehung des entsprechenden Antriebes, bezogen auf den Zwischenschlitten in Y-Achse bewegt werden kann.

Bei dem obenbeschriebenen, bekannten X-Y-Maschinentisch kann die Tischplatte ziemlich genau bewegt werden, wenn die Schraubensteigung der Kugelumlaufspindel gering gehalten wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches wird dann jedoch unvermeidlich langsam. Auf der anderen Seite kann die Tischplatte mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kugelumlaufspindeln erhöht wird. Die hohe Drehzahl der Kugelumlaufspindel birgt aber insoweit ein Problem in sich, als die Drehgeschwindigkeit jeder einzelnen Kugelumlaufspindel unterhalb einer bestimmten gefährlichen Höhe liegen sollte. Das ist dann der Fall, wenn die Kugelumlaufspindel aufgrund des Drehmomentes des Drehantriebes verdrillt ist oder wenn zwischen der Kugelumlaufspindel und der Kugelnut Spiel auftritt. Dadurch werden mechanische Fehler hervorgerufen, woraus eine unerwünscht niedrige Genauigkeit beim Positionieren der Tischplatte resultiert.

Der herkömmliche Maschinentisch weist noch weitere Nachteile auf, die im folgenden beschrieben werden.

Die Anordnung der Drehantriebe, Kugelumlaufspindeln, Kugelnuten usw. auf einem bewegbaren Teil, wie dem Zwischenschlitten oder der Tischplatte erhöht das Gewicht der bewegbaren Teile und vergrößert somit deren Trägheitskräfte. Jedesmal, wenn die Tischplatte gestoppt wird, verschiebt sich somit die Stoplage unter dem Einfluß dieser Trägheitskraft, so daß sich die Genauigkeit der Lage graduell verschlechtert. Da die Tischplatte und andere Teile auf dem Zwischenschlitten angeordnet sind, hat der Schlitten während der Stellbewegung eine größere Last als die der Tischplatte zu tragen. Daraus folgt, daß die Genauigkeit der Stellbewegung in X-Richtung, verglichen in der zur Y-Richtung allein aufgrund der Tatsache niedrig ist, daß der Einfluß der Trägheitskraft größer wird, wenn der Zwischenschlitten bewegt wird, als wenn die Tischplatte bewegt wird.

Das Erfordernis des Vorsehens eines Freiraumes zum Anbringen des Zwischenschlittens od. dgl. zwischen dem Grundkörper und der Tischplatte läßt die Höhe des Maschinentischs insgesamt ansteigen. Somit wird der Schwerpunkt nach oben verschoben, wodurch wiederum die Stabilität der Führung beeinträchtigt wird. Darüberhinaus ragen die Drehantriebe teilweise seitlich aus dem Maschinentisch heraus, wodurch die Gesamtgröße des Tisches ebenfalls wächst.

Außerdem verursacht das Erfordernis eines Mechanismus, der in der Lage ist, eine Drehbewegung des Drehantriebes in eine Linearbewegung umzuwandeln, insoweit Probleme, als die Anzahl der benötigten Teile und damit die Komplexizität des Aufbaus und die Störanfälligkeit wächst. Wenn der Tisch häufig betätigt wird, erwärmt sich die Kugelumlaufspindel mit den Umlaufnuten, wodurch die Genauigkeit jeder Kugelumlaufspindel unter dem Einfluß der thermischen Ausdehnung vermindert wird.

Es ist dementsprechend ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen durch einen Linearmotor angetriebenen X-Y-Maschinentisch zu schaffen, bei dem die Tischplatte direkt, bezogen auf ein feststehendes Maschinenbett in X- und Y-Richtung bewegt werden kann, und zwar durch einen Linearmotor, der mit einem feststehenden Teil versehen ist, welches gitterähnlich angeordnete, feststehende Zähne als Antriebsquelle aufweist, wodurch ein Positionieren des Tisches mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzisision ermöglicht wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, einen linearmotorgetriebenen X-Y-Maschinentisch bei einfachem Aufbau schlank und kompakt auszubilden.

Um diese Ziele zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein X-Y-Maschinentisch mit einem feststehenden Maschinenbett und einer auf dem Maschinenbett in X- und Y-Richtung entlang einer Führungsvorrichtung in rechtwinkligen Koordinaten bewegbar angeordneten Tischplatte vorgesehen, wobei zwischen dem feststehenden Bett und der Tischplatte ein Linearmotor angeordnet ist zum Antreiben der Tischplatte gegenüber dem stationären Bett, und wobei der Linearmotor ein entweder auf der Oberseite des stationären Bettes oder der Unterseite der Tischplatte angeordnetes festes Teil aufweist, welches mit in derselben Ebene angeordneten festen Zähnen versehen ist, ein erstes und ein zweites bewegbares Teil, welches wirkungsverbunden mit dem festen Teil entweder auf der Unterseite der Tischplatte oder der Oberseite des feststehenden Maschinenbettes angeordnet ist und eine magnetische Vorrichtung zum Bewegen des ersten und des zweiten bewegbaren Teiles in rechtwinkligen Koordinaten in X- und Y-Richtung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearmotorgetriebenen Maschinentisches mit einigen wesentlichen Teilen im Inneren (gestrichelte Linien), welche normalerweise von außen nicht sichtbar sind,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eines der Linearlager darstellt, die an dem in Fig. 1 dargestellten X-Y-Maschinentisch angebracht sind,

Fig. 5 einen teilweise aufgebrochenen Aufriß eines der in Fig. 1 gezeigten Linearlager,

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab eine schematische Schnittansicht der wesentlichen Teile eines in dem in Fig. 1 gezeigten X-Y-Maschinentisch eingebauten Linearmotors,

Fig. 7A eine vergrößerte perspektifische Ansicht eines Teils des gitterförmig ausgebildeten feststehenden Teiles, das in dem in Fig. 1 gezeigten X-Y-Maschinentisch eingebaut ist,

Fig. 7B ebenfalls eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines mit mehreren Blöcken ausgebildeten feststehenden Teiles, welches ähnlich dem in Fig. 7A gezeigten ist,

Fig. 7C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus Fig. 7A,

Fig. 7D eine Schnittansicht entlang der Linie C-C aus Fig. 7A,

Fig. 8A bis 8D schematische Vorderansichten des Linearmotors, die dessen Arbeitsprinzip darstellen,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearmotorgetriebenen X-Y-Maschinentisches,

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X aus Fig. 9 und

Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI aus Fig. 9.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearmotorgetriebenen X-Y-Maschinentisches. Dieser Maschinentisch besitzt eine Tischplatte 2, welche in Draufsicht im wesentlichen quadratisch ausgebildet und über einem stationären Maschinenbett 1 in der Weise angeordnet ist, daß die Tischplatte 2 durch einen zwischen dem Maschinenbett 1 und der Tischplatte 2 angeordneten Zwischenträger 21 von dem Maschinenbett 1 getrennt ist und diesem gegenüberliegt. Die Tischplatte 2 kann in rechtwinkligen X-Y-Koordinaten, die senkrecht aufeinanderstehen, bewegt werden. Auf beiden Seiten der Oberseite des feststehenden Bettes 1 sind Führungsschienen 4 angeordnet, die sich in Y-Richtung erstrecken. Andererseits weist die Tischplatte 2 Führungsschienen 6 auf, die sich in X-Richtung erstrecken und die mit ihren beiden Enden auf den in Y-Richtung verlaufenden Führungsschienen 4 mittels Linearlagern 5 gelagert sind. Die Tischplatte 2 ist daher in der Lage, sowohl entlang der in X-Richtung verlaufenden Schienen 6 in die X-Richtung als auch entlang der in Y-Richtung verlaufenden Führungsschienen 4 in Y-Richtung verschoben zu werden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt jedes der Linearlager 5 ein Paar von Lagerabschnitten 5 a und 5 b, welche rechtwinklig zueinander auf der Ober- und der Unterseite eines Lagerblockes 8 angeordnet sind. Wenn die Tischplatte 2 in X-Richtung bewegt wird, werden die in X-Richtung verlaufenden Führungsschienen 8 durch die oberen Lagerabschnitte 5 b des Linearlagers 5 geführt. Wenn andererseits die Tischplatte 2 in Y-Richtung bewegt wird, verschieben sich die die in X-Richtung verlaufenden Führungsschienen 6 tragenden Lager 5 auf den in Y-Richtung verlaufenden Führungsschienen 4.

Die Linearlager 5 werden im folgenden insbesonere anhand des unteren Lagerabschnittes 5 a beschrieben, wobei auf die Fig. 5 Bezug genommen wird, die eines der Linearlager 5 in einer teilweise aufgebrochenen Darstellung zeigt.

Auf der in Y-Richtung verlaufenden Führungsschiene 4 wird mittels belasteter Kugeln 10 als Rollenteile ein Lagerkörper 9 mit einem Querschnitt in Form eines im wesentlichen umgekehrten U's derart getragen, daß der Körper 9 entlang der in Y-Richtung liegenden Führungsschiene 4 verschoben werden kann. An den Innenseiten des Lagerkörpers 9 sind Kugelrollennuten 11 und 12 ausgebildet, ebenso wie auf beiden Seitenflächen der in Y-Richtung verlaufen Führungsschiene 4. Die Nuten 11 und 12 erstrecken sich in Längsrichtung der Führungsschiene 4 und liegen einander gegenüber. Der Lagerkörper 9 weist Kragenteile 13 auf, welche für die Kugeln mit Rückführungsbohrungen 14 versehen sind, welche sich in Längsrichtung erstrecken, so daß sie jeweils mit den Paaren der Kugelrollennuten 11, 12 verbunden sind. An den Längsenden der Lagerkörper 9 sind ein Paar Abschlußplatten 15 angeordnet, damit eine Verbindung zwischen den Paaren der Kugelrollennuten 11, 12 und der zugehörigen Kugelrückführungsbohrungen 14 hergestellt wird. Wenn die Lager 5 auf der in Y-Richtung verlaufenden Führungsschiene 4 verschoben werden, rollen die belasteten Kugeln 10 durch den Spalt zwischen den Kugelrollbahnen 11 und 12 und laufen durch die Kugelrückführungsbohrungen 14 um. Der Lagerkörper 9 ist mit Haltern 16 zum Führen der belasteten Kugeln 10 versehen, die zudem das Herausfallen der Kugeln verhindern. Der Berührungswinkel α zwischen der jeweiligen Kugelrollennut 11, 12 und den belasteten Kugeln 10 liegt bei dieser Ausführungsform bei ungefähr 45°. Der Winkel α ist jedoch nicht notwendigerweise auf diesen Wert beschränkt und kann in einem Bereich von 30 bis 60° gewählt werden.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist zwischen der Tischplatte 2 und dem stationären Maschinenbett 1 ein Linearmotor 20 angeordnet. Genauer gesagt ist unterhalb der Tischplatte 2 ein erstes und ein zweites bewegbares Teil 22, 22′ angeordnet, wobei der Zwischenträger 21 zwischen den Teilen 22, 22′ und der Platte 2 angebracht ist, so daß sich die bewegbaren Teile in X- bzw. Y-Richtung erstrecken.

Das feststehende Maschinenbett 1 besitzt auf seiner Oberseite als Stator ein feststehendes Teil 23 mit festen Zähnen 23 a, welche in derselben Ebene in Form eines Gitters angebracht und gegenüber dem ersten und dem zweiten bewegbaren Teil 22, 22′ angeordnet sind.

Die Fig. 7A, 7C und 7D zeigen in vergrößerter Ansicht einen Teil des feststehenden Teiles 23, welches mehrere Züge feststehender Zähne 23 a umfaßt, die mit einem vorbestimmten Abstand (P) in X- oder Y-Richtung angeordnet sind. Die beiden Gruppen der Züge kreuzen einander rechtwinklig in Form eines Gitters. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die obenbeschriebene Anordnung zwischen dem festen Teil 23 und dem ersten und dem zweiten bewegbaren Teil 22, 22′. Das feststehende Teil 23 kann alternativ an der Tischplatte 2 angebracht sein, wobei das erste und das zweite bewegbare Teil 22, 22′ an dem feststehenden Bett 1 vorgesehen sind.

Der prinzipielle Aufbau des Linearmotors 20 wird im folgenden unter Bezugnahme auf das erste bewegbare Teil 22 und das feststehende Teil 23 in Verbindung mit Fig. 6 erläutert.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt sowohl das erste als auch das zweite bewegliche Teil 22, 22′ einen zentralen Dauermagneten 24 und rechts und links davon Magnetkerne 25, 26, die den zentralen Dauermagneten 24 zwischen sich einschließend sich einander gegenüberliegen. Der Magnetkern 25 (in Fig. 6 auf der linken Seite) besitzt einen ersten und einen zweiten Magnetpol 27, 28, welche durch den zentralen Dauermagneten 24 in Nordpolung magnetisiert sind. Der Magnetkern 26 (in Fig. 6 auf der rechten Seite) besitzt einen dritten und einen vierten Magnetpol, welche durch den zentralen Dauermagneten 24 als Südpol magnetisiert sind.

Wie in Fig. 6 dargestellt, wird eine Vielzahl von feststehenden Zähnen 23 a über die gesamte Länge des feststehenden Teiles 23 unter Einhaltung konstanter Abstände P ausgebildet, wobei jeder Zahn 23 a einen rechteckigen Querschnitt besitzt und sich im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des feststehenden Teiles 23 a erstreckt. Die ersten bis vierten Magnetpole 27 bis 30 sind mit Polzähnen 27 a bis 30 a versehen, die an derselben Stelle wie die Zähne des feststehenden Teiles 23 angeordnet sind.

Um den ersten bzw. zweiten Magnetpol 27 bzw. 28 mit Nordpolung sind eine erste bzw. zweite Spule 31 bzw. 32 herumgewickelt. Diese Spulen 31 und 32 sind in Serie geschaltet, so daß sie einen gegensinnigen magnetischen Fluß erzeugen, wenn elektrische Strompulse von einem mit diesen Spulen elektrisch verbundenen, nicht dargestellten Pulsgenerator auf diese Spulen aufgebracht wird.

In ähnlicher Weise ist um den dritten und vierten Magnetpols 29 bzw. 30 mit Südpolung jeweils eine dritte und vierte Spule 33 und 34 herumgewickelt. Diese Spulen 33 und 34 sind in Serie geschaltet, so daß sie einen gegensinnigen Magnetfluß erzeugen, wenn elektrische Strompulse auf diese Spulen von einem nicht dargestellten, mit den Spulen 33 und 34 verbundenen Pulsgenerator aufgebracht werden. Um die Erklärungen zu vereinfachen wird angenommen, daß die Phase der Polzahn 28 a des zweiten Magnetpoles 28 um einen halben Rasterabstand, d. h. P/2 von der Phase des Pozahnes 27 a des ersten Magnetpoles 27 phasenverschoben ist. Es wird weiterhin angenommen, daß die Phase des Polzahnes 29 a des dritten Magnetpoles 29 bezüglich der Phase des Polzahnes 30 a des vierten Magnetpoles 30 um einen Betrag, der einem halben Rasterabstand, d. h. P/2 phasenverschoben ist. Schließlich wird noch angenommen, daß die Polzähne 29 a und 30 a des dritten und vierten Magnetpoles 29 und 30 mit Südpolung von den Polzähnen 27 a und 28 a des ersten und zweiten Magnetpoles 27 und 28 mit Nordpolung um einen einem Viertel Rasterabstand entsprechenden Betrag, d. h. P/4 phasenverschoben sind.

Die Wirkungsweise des Linearpulsmotors entsprechend dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8D erklärt, welche schematisch die Arbeitsweise des Linearpulsmotors darstellen.

Die erste und zweite Spule 31, 32 empfängt Pulse über Anschlüsse a, während die dritte und vierte Spule 33, 34 Pulse über Anschlüsse b erhält. In Fig. 8A wird der Pulsstrom den Anschlüssen a in einer Richtung zugeführt, daß der erste Magnetpol 27 erregt wird (Zustand (1)). Wie in Fig. 8B dargestellt ist, wird der Pulsstrom den Anschlüssen b in einer solchen Richtung zugeführt, daß der vierte Magnetpol 30 erregt wird (Zustand (2)). Fig. 8C zeigt einen Zustand, bei dem der Pulsstrom den Anschlüssen a in einer solchen Richtung zugeführt wird, daß der zweite Magnetpol 28 erregt wird (Zustand (3)). Schließlich zeigt Fig. 8D einen Zustand, bei dem der Pulsstrom den Anschlüssen b in einer Richtung zugeführt wird, daß der dritte Magnetpol 29 erregt wird (Zustand (4)). Die Tabelle 1 zeigt die Zustände der magnetischen Kräfte, wie sie durch jeden Magnetpol in den Zuständen 1 bis 4 erzeugt wird.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, übersteigt der Zustand (1) der Magnetpol 27 mit Nordpolung die stärkste magnetische Kraft, so daß das erste bewegliche Teil 22 in einem stabilen Zustand durch die magnetische Anziehungskraft gehalten wird, die zwischen dem ersten Magnetpol 27 und dem korrespondierenden Zahn 23 a des festen Teiles 23 wirkt. Andererseits sind der dritte und vierte Magnetpol 29, 30 mit Südpolung um ein Viertel Rasterabstand von den angrenzenden Zähnen 23 a des feststehenden Teiles 23 phasenverschoben.

Im Zustand (2) erzeugt der magnetische Pol 27 keine Kraft mehr. Anstattdessen erzeugt der vierte Magnetpol 30 mit Südpolung die größte Kraft, so daß das erste bewegbare Teil 22 über eine Distanz, welche einem Viertel Rastermaß, d. h. P/4 entspricht, bewegt wird, so daß der vierte Magnetpol 30 in Phasenübereinstimmung mit dem angrenzenden Zahn 23 a des feststehendes Teiles 23 gerät. In der Zwischenzeit sind der erste und der zweite Magnetpol 27, 28 der Nordpolung von den angrenzenden Zähnen 23 a des feststehenden Teiles 23 um einen Abstand phasenverschoben, der einem Viertel Rasterabstand, d. h. P/4 entspricht.

Im Zustand (3) erzeugt der Magnetpol 28 der Nordpolung die größte Magnetkraft, so daß das erste bewegbare Teil 22 über eine Entfernung relativ bewegt wird, welche einem Viertel Rasterabstand, d. h. P/4, entspricht. Dabei kommt der zweite Magnetpol 28 in übereinstimmende Phase mit dem angrenzenden Zahn 23 a des feststehenden Teiles 23. Auf der anderen Seite werden der dritte und vierte Magnetpol 29, 30 der Südpolung von den angrenzenden Zähnen 23 a des feststehenden Teiles 23 über eine einem Viertel Rasterabstand, d. h. P/4, entsprechende Entfernung, verschoben.

Beim Zustand (4) erzeugt der dritte Magnetpol 29 mit Südpolung die größte Kraft, so daß das erste bewegbare Teil weiter relativ um eine Distanz bewegt wird, die einem Viertel Rasterabstand, d. h. P/4, entspricht. Nun liegt der Magnetpol 29 phasengleich mit dem angrenzenden Zahn 23 a des feststehenden Teiles 23.

Danach folgt wieder Zustand 1, so daß der erste Magnetpol 27 der Nordpolung die größte Kraft erzeugt. Daraus resultiert, daß das erste bewegbare Teil 22 weiter um eine Distanz bewegt wird, die einem Viertel Rasterabstand, d. h. P/4, bewegt wird und somit den in Fig. 8A gezeigten Zustand einnimmt. Auf diese Weise bewegt sich das erste bewegbare Teil 22 mit jedem Pulszyklus der schrittweisen Wiederholung der Zustände 1 bis 4 um eine Distanz, die einem Viertel Rasterabstand entspricht. Die obenbeschriebene Arbeitsweise wird bei der Bewegung des zweiten bewegbaren Teiles 22′ genauso angewandt.

Die obigen Ausführungen betreffen eine Einphasenerregung. Der beim Gegenstand dieser Erfindung eingebaute Linearmotor kann jedoch durch eine Einrichtung mit einem Zweiphasenerregungssystem betrieben werden, welches konsequenterweise durch einen Zweiphasenstrom erregt wird. Alternativ kann auch ein Ein- bis Zweiphasenerregungssystem angepaßt werden, bei dem abwechselnd Ein- und Zweiphasenströme aufgegeben werden können, um die Erregung zu bewirken.

Der X-Y-Maschinentisch gemäß der obenbeschriebenen Konstruktion wird in folgender Weise angetrieben.

Wenn die Tischplatte 2 in X-Richtung bewegt werden soll, wird das erste bewegbare Teil 22 mit einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen aus einem nicht dargestellten Pulsgenerator beaufschlagt. Zwischen dem ersten bewegbaren Teil 22 und den entsprechenden feststehenden Zähnen 23 a, die einen sich in X-Richtung erstreckenden Zähnezug aufweisen und die zusammen in Form eines Gitters auf dem feststehenden Teil 23 ausgebildet sind, wirkt eine magnetische Anziehungskraft, die die Tischplatte 2 in eine vorbestimmte Lage bewegt. Wenn andererseits die Tischplatte in Y-Richtung geführt werden soll, wird das zweite bewegbare Teil 22 mit eine vorbestimmten Anzahl von Pulsen eines nicht dargestellten Pulsgenerators beaufschlagt. Zwischen dem zweiten bewegbaren Teil 22′ und den entsprechenden feststehenden Zähnen 23 a, die einen sich in Y-Richtung erstreckenden Zähnezug bilden und zusammen in Form eines Gitters auf dem feststehenden Teil 23 angeordnet sind, wirkt eine magnetische Anziehungskraft, die die Tischplatte 2 in eine vorbestimmte Lage führt. Wenn die Tischplatte 2 in eine vorbestimmte Lage in dem X-Y-Koordinatensystem bewegt werden soll, können das erste und das zweite bewegbare Teil 22 und 22′ auch gleichzeitig mit einer bestimmten Anzahl von Pulsen beaufschlagt werden, die der zurückzulegenden Strecke jedes der Teile 22 und 22′ entsprechen. Dadurch wird ermöglicht, daß sich die Tischplatte 2 in diagonaler Richtung bewegen kann.

Da das Gesamtgewicht der Tischplatte 2 vermindert ist, ist auch die Trägheitskraft klein, wenn die Tischplatte 2 zu bewegen ist. Das Start- und Stopverhalten wird somit verbessert. Es ist deshalb möglich, die Tischplatte 2 schnell zu positionieren und mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen, wenn die Pulsfrequenz ansteigt. Wenn die Tischplatte 2 gestoppt werden soll, wird der von der Trägheitskraft auf die Tischplatte ausgeübte Einfluß gesteuert und so auf einem niedrigen Niveau gehalten, wodurch eine genaue Positionierung der Tischplatte ermöglicht wird. Die Tischplatte 2 wird somit präzise durch die zwischen dem ersten bzw. zweiten bewegbaren Teil 22 bzw. 22′ und dem festen Teil 23 wirkende Magnetkraft gehalten.

Da die Tischplatte 2 mittels der Linearlager 5 verschiebbar getragen ist, kann sie aufgrund der geringen Reibungswiderstände sanft und leicht bewegt werden. Der Freiraum zwischen der Tischplatte 2 und dem feststehenden Maschinenbett 1 wird bei einem konstanten Wert gehalten, so daß es möglich ist, die Bildung von Störungen zwischen der Tischplatte 2 und dem stationären Maschinenbett 1 zu verhindern. Der Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten bewegbaren Teil 22, 22′ und dem feststehenden Teil 23, welches zwischen dem stationären Maschinenbett 1 und der Tischplatte 2 angeordnet ist, wird ebenfalls auf einem konstanten Wert gehalten, so daß auch die Vortriebskraft stets auf einem konstanten Niveau bleibt, wodurch in der Verstellbewegung eine gewisse Stabilität erreicht werden kann. Wenn der Spalt zwischen dem ersten und zweiten bewegbaren Teil 22, 22′ und dem festen Teil 1 ebenso auf einem festen Wert gehalten werden kann, wird es zusätzlich möglich, die Spaltweite zu verringern, um somit eine große Vortriebskraft und eine große Kraft zum Anhalten der Tischplatte 2 und zum Festhalten derselben in einem stationären Zustand zu erhalten. Darüberinaus wird auf die belasteten Kugeln 10 jeden Linearlagers 5 eine Vorlast aufgegeben, welche die Steifigkeit der Lager verbessert. Somit kann eine große Belastung durch den X-Y-Maschinentisch erreicht werden, wodurch die Tischplatte 2 im wesentlichen frei von Deformationen auch dann ist, wenn eine Stoßbelastung aufgegeben wird, so daß es möglich wird, den Spalt zwischen dem ersten und zweiten bewegbaren Teil 22, 22′ und dem festen Teil 23 weiter zu verringern und dabei eine noch größere Vortriebskraft, verglichen mit dem herkömmlichen X-Y-Maschinentisch zu erreichen.

Der Berührungswinkel zwischen den Kugelrollnuten 11, 12 und den belasteten Kugeln wird zu ungefähr 45° gesetzt, so daß jede vertikal oder seitlich auf die Linearlage aufgebrachte Last im wesentlichen gleichmäßig getragen wird.

Obwohl in dem obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel das feste Teil 23 die festen Zähne 23 a in einer gitterförmigen Anordnung in derselben Ebene umfaßt, können die festen Zähne 23 a, wie in einer Alternative in Fig. 7B gezeigt ist, aus mehreren Reihen oder Zügen von Teilen bestehen, welche im wesentlichen die Gestalt eines rechteckförmigen Quaders aufweisen. Die alternative Ausführungsform erreicht natürlich im wesentlichen die gleichen Wirkungen wie die obenbeschriebenen, gitterförmig angeordneten Zähne und hat Vorteile in der einfachen Herstellung und der genauen Positionierung der Tischplatte 2, sogar dann, wenn große Lasten aufgebracht werden. Dies ist auf die Verbesserung einer Haltekraft zwischen den bewegbaren Teilen 22, 22′ und dem festen Teil 23 zurückzuführen.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 9 bis 11 beschrieben, in welchen der Einfachheit halber für gleiche oder entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten in den folgenden Punkten. Die Tischplatte 2 ist in der Weise ausgebildet, daß sie in Y-Richtung länger ist als die der ersten Ausführungsform wodurch die Oberfläche der Tischplatte entsprechend größer wird. Es sind drei in X-Richtung verlaufende Führungsschienen 6 vorgesehen, und zusätzlich ein Paar von ersten bewegbaren Teilen 22 zum Antreiben der Tischplatte 2 in X-Richtung. Die bewegbaren Teile 22 sind parallel zueinander in der gleichen Richtung angeordnet. Es ist daher möglich, die Kräfte zu verdoppeln, die zum Antrieb der Tischplatte 2 in X-Richtung und zum Anhalten und festhalten derselben in einer vorbestimmten Lage verwendet werden. Da die anderen Merkmale und Vorteile der zweiten Ausführungsform im wesentlichen dieselben sind wie die der ersten Ausführungsform, wird auf weitere Erläuterungen der Einfachheit halber verzichtet.

Die Anzahl der ersten und zweiten bewegbaren Teile kann ebenso wie die Anzahl der in Y-Richtung verlaufenden Schienen 4 je nach gegebenen Forderungen gewählt werden. Der linearmotorgetriebene X-Y-Maschinentisch entsprechend der vorliegenden Erfindung, dessen Merkmale und Betriebsweise oben beschrieben ist, bietet die folgenden Vorteile. Die Tischplatte wird in X- und Y-Richtung in rechtwinkligen Koordinaten durch den Linearmotor bewegt, welcher die ersten und zweiten bewegbaren Teile und das feste Teil umfaßt. Das feste Teil weist feststehende Zähne auf, die in Form eines Gitters in derselben Ebene angeordnet sind. Diese Teile sind zwischen dem stationären Maschinenbett und der Tischplatte angeordnet. Es gibt daher, anders als beim bekannten X-Y-Maschinentisch keine Beschränkung hinsichtlich der Geschwindigkeit einer Kugelumlaufspindel od. dgl. Es ist somit möglich, die Tischplatte bei hoher Geschwindigkeit, durch Erhöhung der auf den Linearmotor wirkenden Pulsfrequenz zu bewegen. Da keine Notwendigkeit besteht, einen Bewegungsumkehrmechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, wie er beim Stand der Technik erforderlich war, vorzusehen, ist der erfindungsgemäße X-Y-Maschinentisch frei von mechanischen Fehlern, wie sie durch Verdrillen der Kugelumlaufspindeln erzeugt werden können. Somit ist die Positioniergenauigkeit weiter verbessert. Da auch keine Notwendigkeit besteht, die Kugelumlaufspindel an den bewegbaren Teilen anzubringen, kann die Gesamthöhe weiter verringert werden, woraus eine Verringerung des Trägheitseinflusses und dadurch die Möglichkeit zum Hochpräzisionspositionieren resultiert. Die vorliegende Erfindung benutzt keinen Zwischenschlitten, wie er bei dem herkömmlichen Maschinentisch eingebaut ist, sondern verwendet das obenerwähnte feststehende Teil mit den feststehenden Zähnen, die in einer Ebene in Form eines Gitters angeordnet sind, wobei die Tischplatte in ihrer X- und Y-Richtung relativ zum stationären Maschinenbett bewegt werden kann. Folglich wird sowohl in X- wie auch in Y-Richtung auf die Tischplatte die gleiche Bewegungskraft aufgebracht, so daß die Tischplatte bei Bewegungen sowohl in X- als auch in Y-Richtung Trägheitskräften in gleicher Höhe unterliegt. Der bekannte Maschinentisch besaß den Nachteil, daß ein gewisser gradueller Unterschied in dem Grad der Genauigkeit der Positionierung in X-Richtung und in Y-Richtung unter dem Einfluß der unterschiedlichen Trägheitskraft auftrat, welche den Lastungerschieden während des Bewegens der Tischplatte in X- bzw. Y-Richtung zuzuordnen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch, wie oben beschrieben, in der Lage, Positionierbewegungen in X- und Y-Richtung mit der gleichen Genauigkeit durchzuführen. Da es nicht notwendig ist, einen Zwischenschlitten, eine Kugelumlaufspindel od. dgl. vorzusehen, kann zusätzlich die Gesamthöhe des X-Y-Maschinentisches gemäß der Erfindung niedriger als beim Stand der Technik gehalten werden. Die Zwischenschaltung des Linearmotors zwischen der Tischplatte und dem feststehenden Maschinenbett ermöglicht einen schlanken und kompakten X-Y-Maschinentisch mit einem niedrigen Schwerpunkt und somit einer stabilen Lage. Da der erfindungsgemäße X-Y-Maschinentisch einen einfachen Aufbau hat, in welchem der Linearmotor in den Freiraum zwischen der Tischplatte und dem stationären Bett eingebaut ist, besitzt die Erfindung darüberhinaus eine Reihe von Vorteilen dadurch, daß der gesamte Aufbau einfach gehalten sein kann und die Anzahl der Teile stark reduziert ist.

Claims (5)

1. Maschinentisch mit einem feststehenden Maschinenbett und einer auf dem feststehenden Maschinenbett angeordneten, in rechtwinkligen Koordinaten in X- und Y-Richtung auf Führungsschienen zu bewegender Tischplatte, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem feststehenden Bett (1) und der Tischplatte (2) ein Linearmotor zum Antreiben der Tischplatte, bezogen auf das feststehende Maschinenbett angeordnet ist, daß der Linearmotor ein entweder auf der Oberseite des feststehenden Maschinenbettes (1) oder der Unterseite der Tischplatte (2) angeordnetes feststehendes Teil (23) umfaßt, das mit in derselben Ebene angeordneten feststehenden Zähnen (23 a) versehen ist, daß der Linearmotor ferner umfaßt erste und zweite bewegbare Teile (22, 23′), die wirkungsverbunden mit dem feststehenden Teil (23) entweder auf der Unterseite der Tischplatte (2) oder der Oberseite des feststehenden Maschinenbettes (1) angeordnet sind, und eine Magneteinrichtung (24 bis 34) zum Bewegen der ersten und zweiten bewegbaren Teile (22, 22′) in rechtwinkligen Koordinaten in X- und Y-Richtung.

2. Maschinentisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Zähne (23 a) des feststehenden Teiles (23) gitterförmig mit den gleichen Rasterabständen in X- und Y-Richtung ausgebildet sind.

3. Maschinentisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Zähne (23 a) des feststehenden Teils (23) aus mehreren Reihen rechtwinkliger Quader mit denselben Rasterabständen in X- und Y-Richtung ausgebildet sind.

4. Maschinentisch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung mehrere Magnetpole (27, 28, 29, 30), um die jeweiligen Pole gewickelten Spulen (31, 32, 33, 34) und einen mit den Spulen elektrisch verbundenen Pulsgenerator umfaßt.

5. Maschinentisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung erste Führungsschienen (4) umfaßt, die auf einer Oberseite des feststehenden Maschinenbettes (1) befestigt sind und sich in Y-Richtung erstrecken und weiterhin zweite Führungsschienen (6) umfaßt, die sich in X-Richtung erstrecken, entlang welcher die Tischplatte (2) bewegbar ist und wobei erste und zweite führungsschinen (4 und 6) mittels Linearlageneinrichtungen (5) miteinander wirkungsverbunden sind.