Harmonic Drive

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  • KonstruktionshandbuchDesigner's Handbook

    PrzisionPrecision

    Harmonic Drive AG

    Hoenbergstrae 14

    65555 Limburg / Lahn

    Telefon +49-64 31 - 50 08 - 0

    Telefax +49-64 31 - 50 08 - 18

    www.harmonicdrive.de

    info@harmonicdrive.de

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  • Herausgeber:Publisher: Harmonic Drive AG

    KonstruktionshandbuchDesigner's Handbook

  • 2Inhalt

    Inhalt 2Anwendungsbeispiele 4Das Unternehmen 6Die Bauteile/Das Funktionsprinzip 8Die Vorteile 10Terminologie 12An-und Abtriebsanordnungen 14Konstruktionshinweise 16

    Industrieroboter6-Achsen-Roboter: Primrachsen 18SCARA Roboter: Primrachsen 20Portalroboter: Handachsen 226-Achsen-Roboter: Schulterachse 246-Achsen-Roboter: Handachse 26SCARA Roboter: Knickarmachse 28

    WerkzeugmaschinenPortal-Frsmaschine: Frskopf 30Bearbeitungszentrum: NC-Rundtisch 32Portal-Frsmaschine: Werkstck-Lade-Roboter 34Portal-Frsmaschine: Werkzeugwechsler 36Sonder-Frsmaschine: Werkzeugrevolver 38Portal-Frsmaschine: Frskopf 40Portal-Frsmaschine:Mechanisch verspannter Frskopf 42Portal-Frsmaschine:Elektrisch verspannter Frskopf 445-Achs-Bearbeitungszentrum:A- und B-Achsenantrieb 46Werkzeugschleifmaschine: Indextisch 48Bearbeitungszentrum: Werkzeugkettenmagazin 50Bearbeitungszentrum: Palettenwechsler 52Mehrspindel-Drehautomat: Linearantriebfr Werkzeugverschleikompensation 54Bearbeitungszentrum: NC Dreh-Verschiebetisch 56Wasserstrahlschneidmaschine:Schnelle Linearachsen 58

    DruckmaschinenFalzapparat:Back-to-back Differentialantrieb 60Falzapparat: Schaufelradantrieb 62Falzapparat: Linearantrieb frZugwalzenverstellung 64Flexo-Druckmaschine: Registerantrieb 66

    DruckmaschinenWertpapierdruckmaschine: Phasenverstellung 68Verstellung mit Kraftregelungfr Farbauftragswalze 70

    HalbleiterfertigungKristallziehanlage: Schleich-Eilgang-Antrieb 72Beschichtungsmaschine: Drehtisch-Antrieb 74Wafer-Handling-Roboter: Primrachsen 76Wafer-Handling-Roboter: Primrachsen 78

    HolzbearbeitungsmaschinenBearbeitungszentrum: 2-Achs-Frskopf 80Bearbeitungszentrum: Sgeaggregat 82Bearbeitungszentrum: C-Achse frHochleistungs-Frskopf 84Bearbeitungszentrum: Tellermagazin 86

    Mess- und PrfmaschinenZweistufiger Sonder-Drehantrieb 88Optische Messmaschine: Indextisch 90Universal-Prfmaschine: Torsionsachse 92

    PapiermaschinenStreicheinheit: Linearantrieb 94Stoffauflauf: Ventilantrieb 96

    MedizintechnikRntgenanlage: C-Bogenantrieb 98Stereotaktischer Manipulator: Drehachse 100

    Luft- und RaumfahrtSatellit: Paddle-Antrieb 102Flugsimulator: Antrieb 104Militrflugzeug: Getriebebox 106Passagierflugzeug: Getriebebox 108

    SonderanwendungenWebmaschinen: Warenabzug 112Kamerakopf: Dreh-/Schwenkachsen 114Optisches Mikroskop: Fokussierantrieb 116Blistersiegelautomat: Folientransport 118

    MikrotechnikDie-Bonding Maschine 120Smart-Label: Bestckungsmaschine 122Mikroroboter 124Weltraumtaugliche Kamera 126

  • Contents

    3

    Contents 2Application Examples 4The Company 6The Components/ Principle of Operation 8The Advantages 10Terminology 12Driving Arrangements 14Design Guidelines 16

    Industrial Robots6-Axis Robot: Primary Axes 18SCARA Robot: Primary Axes 20Gantry Robot: Hand Axes 226-Axis Robot: Shoulder Axis 246-Axis Robot: Hand Axes 26SCARA Robot: Elbow Axis 28

    Machine ToolsMachine Tools: Gantry milling machine 30Machining Centre: NC Rotary Table 32Machining Centre: Workpiece Loading Robot 34Gantry Milling Machine: Tool Changer 36Special-purpose Milling Machine: Tool Revolver 38Gantry Milling Machine: Milling Head 40Gantry Milling MachineMechanically pre-loaded Milling Head 42Gantry Milling MachineElectrically pre-loaded Milling Head 445-Axis Machining CentreA- and B-Axis Drive 46Tool Grinding Machine: Indexing Axis 48Machining Centre: Chain-type Tool Magazine 50Machining Centre: Pallet Changer 52Multi-spindle Lathe: Linear Actuatorfor Tool Wear Compensation 54Machining Centre: NC Rotary Indexing Table 56Water-jet Cutting Machine:Fast Linear Axes 58

    Printing MachinesFolder:Back-to-back Differential Drive 60Folder: Collator Drive 62Folder:Linear Actuator for Drive Roll Adjustment 64Flexo-Printing Machine: Registering Drive 66

    Printing MachinesBank Note Printing Machine: Phase Control Drive 68Inking Cylinder Adjustment with Force Feedback 70

    Semiconductor Manufacturing EquipmentCrystal Pulling MachineTwo-speed Range Actuator 72Coating Machine: Rotary Table Drive 74Wafer-handling Robot: Primary axes 76Wafer-loading Robot: Primary axes 78

    Woodworking MachinesMachining Centre: Two-Axis Milling Head 80Machining Centre: Sawing Attachment 82Machining Centre:C-axis for heavy Duty Milling Head 84Machining Centre: Disc-type Tool Magazine 86

    Measuring and Testing MachinesSpecial Double Reduction Stage Actuator 88Optical Measuring Machine: Indexing Table 90Universal Testing Machine: Torsion Axis 92

    Paper MachinesCoating Unit: Linear Actuator 94Headbox: Valve Actuator 96

    Medical EquipmentX-Ray Machine: C-Beam Drive 98Stereotactic Manipulator: Rotary Axis 100

    AerospaceSatellite: Paddle Drive 102Flight Simulator: Actuator 104Military Aircraft: Gearbox 106Passenger Aircraft: Gearbox 108

    Special ApplicationsWeaving Machine: Fabric Take-Up Drive 112Camera Head: Pan and Tilt Axes 114Optical Microscope: Focusing Drive 116Blister Packaging Machine: Foil Transport Drive 118

    MicrotechnologyDie Bonding Machine 120Smart Label Assembly Machine 122Micro-robot 124Space-qualified Camera 126

  • In manchen Anwendungen sind besonders kompakte Lsungengefragt, in anderen spielt das Gewicht eine wichtige Rolleund in der nchsten werden Przision, Dynamik oder hoheUntersetzungen gefordert. Wenn es um die richtigeAntriebstechnik geht, werden Konstrukteure immer wiedervor neue Anforderungen gestellt. Seit mehr als 35 Jahrenwerden Harmonic Drive Getriebe und antriebe in denunterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Daherverfgen wir ber ein fundiertes Anwendungs-Know-how undeinen breiten Erfahrungsschatz bei der Getriebeauslegung beides geben wir gerne an unsere Kunden weiter.

    Diese Druckschrift enthlt Konstruktionsbeispiele frverschiedene Maschinen aus den unterschiedlichstenAnwendungsbereichen. Alle haben eines gemeinsam:Przisionsgetriebe. Deshalb stehen auch die antriebstechnischenFragen wie z. B. der geeignete Getriebetyp, konstruktiveBesonderheiten, Lagerung und Schmierung im Mittelpunktder Beschreibungen.

    Mit den hier zusammengefassten Anwendungsbeispielenwollen wir sowohl Konstrukteuren als auch Studierendenunsere Erfahrungen beim Einsatz von Harmonic Drive Getriebenbertragen und Anregungen fr die Lsung vonAntriebsaufgaben vermitteln.

    Alle ausgewhlten Konstruktionsbeispiele haben sich in derPraxis bewhrt. Wir danken an dieser Stelle den Firmen, diedurch berlassung ihrer Unterlagen die Herausgabe desHarmonic Drive Konstruktionshandbuches ermglichen.

    Fr die Lsung Ihres speziellen Antriebsproblems stehenIhnen unsere Ingenieure mit ihrer langjhrigen Erfahrung zureingehenden technischen Beratung und Ausarbeitung vonAntriebskonzepten gerne zur Verfgung.

    Anwendungsbeispiele fr Przisionsgetriebe

    4

  • Application Examples

    Some applications necessitate especially compact solutions,for others low gear weight is most important and the nextapplication requires high dynamics or high reduction ratiosfrom the gear. To choose the right drive technology still isa real challenge for designers. Since more than 35 yearsHarmonic Drive gears and actuators have been used for awide range of diverse applications. That is why we can relyon a comprehensive application know-how and many yearsof experience in the dimensioning of gears and actuators we want to share both with our customers.

    This booklet contains application examples of differentmachine types for a wide range of applications. All of themhave one thing in common: precision gears. Therefore, theaccompanying description of each example concentrates ondetails such as the suitable gearing type, special designdetails, bearing arrangements and lubrication.

    With the application examples shown in this booklet we wishto share our experience in the solution of motion controlproblems with Harmonic Drive gears. As such, this documentshould assist design engineers and student engineers alike.

    All application examples gathered in this booklet are provendesigns in the field. At this point we would liketo thank the companies which releasedtheir material to enable us to publishthe Harmonic Drive DesignersHandbook.

    Harmonic Drive engineers arealways at your disposal todiscuss the solution to yourmotion control problems and toprovide detailed technical adviceand recommendations for yourspecific application.

    5

  • Im Jahr 1970 wurde in Langen bei Frank-furt/Main die Harmonic Drive System GmbHgegrndet. Die Expansion des Unternehmensfhrte 1988 zur Verlegung des Firmensitzesnach Limburg/Lahn. Umfangreiche Investiti-onen in Gebude, modernste CNC-Maschinen

    folgten. Die Produktion kundenspezifischerAntriebssysteme begann.

    1998 wurden weitere erhebliche Investitionen frden Ausbau der Getriebefertigung vorgenommen.

    Im Jahr 2000 wurde aus der Harmonic Drive AntriebstechnikGmbH die Harmonic Drive AG.Das einzigartige Funktionsprinzip der Harmonic Drive Getriebeerffnet uns insbesondere aufgrund unserer langjhrigenErfahrung umfangreiche Anwendungsmglichkeiten in denverschiedensten Bereichen der Technik. In unseren Getriebenund Antrieben steckt die Erfahrung, die wir bei der Fertigungund dem Einsatz von Millionen von Przisionsgetrieben imLaufe von mehr als 35 Jahren gewonnen haben. Heute bieten

    Das Unternehmen

    wir ein breit gefc

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