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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannfutter,
welche ein Spannfutter, das an einer Hauptspindel eines Maschinenwerkzeugs
vorgesehen ist, mittels einer elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung öffnet und
schließt.
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Stand der Technik:
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Für Werkzeugmaschinen
wie Drehbänke und ähnliches
sind Maschinenwerkzeuge vom Öffnungs-Schließ-Typ mit
einem Spannfutter zum Greifen eines Werkstücks (zu bearbeitendes Werkstück), die
an der Spitze der Hauptspindel angebracht sind, bekannt. Da ein
herkömmliches
Maschinenwerkzeug vom Schließ-Öffnungs-Typ
für ein
Spannfutter das Spannfutter mittels eines hydraulischen Zylinders öffnet und
schließt,
hat ein Problem darin bestanden, dass nicht nur ein hydraulischer
Zylinder benötigt wird,
sondern dass auch Hydrauliköl
periodisch gewechselt werden muss. Zusätzlich gilt, da die Pumpe dauerhaft
betrieben werden muss, um einen Öldruck während der
Bearbeitung konstant zu halten, es ein Problem mit einem hohen Energieverbrauch
gibt. Zusätzlich
hat es insofern ein Problem gegeben, als dass die Temperatur aufgrund
der Wärme
ansteigt, die durch den Hydraulikzylinder erzeugt wird und welches
die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks verschlechtert. Weiterhin
kann im Falle der Bearbeitung dann, wenn die Spannfutterklemmkraft
während der
Drehung der Hauptspindel verändert
werden muss, wie dies der Fall ist bei einem dünnwandigen Werkstück, die
Drehung der Hauptspindel vorüber angehalten
werden und die Spannfutterklemmkraft muss verändert werden. Dies sorgt dafür, dass
der Betrieb nur unter Schwierigkeiten aufrecht erhalten werden kann
und lange Zeitspannen zur Bearbeitung erforderlich werden.
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Dementsprechend
gibt es, wie in Patentdokument 1 offenbart, eine elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter, welches mit einem Hilfsmotor ausgelegt ist, der bereitgestellt
wird zum Öffnen
und Schließen
des Spannfutters, unabhängig
vom Motor zum Drehen und Antreiben der Hauptspindel und bei dem
die Spannfutterklemmkraft während
der Drehung der Hauptspindel durch den Hauptmotor gesteuert werden
kann. Zusätzlich
kann, wie im Patentdokument 2 offenbart, eine elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
vorgesehen sein für
ein Spannfutter, welches einen Getriebemechanismus vorsieht zum Öffnen und Schließen des
Spannfutters über
eine Zugöhre, durch
welche die Innenseite der Hauptspindel eingeführt ist, sowie einer Kupplung,
welche die Getriebevorrichtung an den Hilfsmotor ankoppeln und von
diesem abkoppeln kann.
- [Patentdokument 1]: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 58-217204
- [Patentdokument 2]: Japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-246510
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Offenbarung der Erfindung:
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem.
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Da
jedoch die elektrisch angetriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter, welche in dem o. g. Patentdokument 1 offenbart ist,
den Öffnungs-Schließ-Hilfsmotor
für das
Spannfutter synchron konstant drehen muss, während die Hauptspindel gedreht
wird, gibt es ein Problem eines sehr großen Energieverbrauchs. Andererseits
gilt, da in der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter, welches im Patentdokument 2 offenbart ist, der Hilfsmotor
nur synchron dreht, wenn die Spannfutterklemmkraft geändert werden soll,
dass dort der Energieverbrauch gering ist. Da jedoch ein Kupplungsmechanismus
auf der Achsenlinie der Hauptspindel bereitgestellt werden muss, muss
die Hauptspindel so aufgebaut sein, dass sie lang ist und zur selben
Zeit muss der Hauptspindeldurchmesser unter dem Aspekt der Verringerung
der Ablenkung der Hauptspindel vergrößert werden, was insofern zu
einem Problem führt,
als dass die Werkzeugmaschine nicht mit einem kompakten Aufbau hergestellt werden
kann. Zusätzlich
vergrößert sich durch
das Gewicht der Hauptspindel und ähnlichem die Trägheit, was
nochmals zu einem weiteren Problem führt.
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Zusätzlich zeigen
die elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtungen
für ein
Spannfutter nach den Patentdokumenten 1 und 2 insofern ein Problem,
als dass eine verschlechterte Bearbeitungsgenauigkeit der Stirnseite
des Werkstücks
auftritt, da die Zentrifugalkraft der Klauen der Spannvorrichtung
sich aufgrund der Schwankungen der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel ändert, wenn
das Werkstück
maschinell bearbeitet wird, während
die Randgeschwindigkeit der Hauptspindel konstant gehalten wird
(so genannte Steuerung mit konstanter Randgeschwindigkeit).
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter bereitzustellen, welches die Probleme der herkömmlichen Öffnungs-Schließvorrichtungen
für Spannfutter überwinden
kann, bei welchem die Spannfutterklemmkraft leicht angepasst werden
kann selbst während
der Drehung der Hauptspindel, bei der das Werkstück bei hoher Bearbeitungsgenauigkeit
mit hohem Wirkungsgrad bearbeitet werden kann, welches sogar einen
geringen Energieverbrauch erreicht und welches es weiterhin ermöglicht,
eine Werkzeugmaschine kompakt aufzubauen.
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In
der vorliegenden Erfindung umfasst diese in einem ersten Aspekt
eine Spannvorrichtung, die an einer Spitze einer Hauptspindel einer
Werkzeugmaschine bereitgestellt ist, um ein Werkstück mittels
einer Greifvorrichtung zu fassen; eine Umwandlungsvorrichtung, die
einen äußeren Umfang
aufweist, auf dem ein Steuerungszahnrad angebracht ist, welches auf
der Achse der Hauptspindel vorgesehen ist, um eine Drehbewegung
in eine lineare Bewegung in Richtung der Achse der Hauptspindel
umzuwandeln; eine Zughakenführung,
die bereitgestellt ist zwischen der Umwandlungsvorrichtung und der
Spannvorrichtung, um eine lineare Bewegung mittels der Umwandlungsvorrichtung
durchzuführen,
so dass die Greifvorrichtung der Spannvorrichtung so getrieben wird,
dass sie das Werkstück
hält und
los lässt;
ein Übertragungszahnrad,
welches an einem äußeren Umfang
der Hauptspindel angebracht ist; ein erstes Zahnrad, welches drehbar
bereitgestellt ist auf der zweiten Drehwelle, die parallel zur Hauptspindel
verläuft
und in das Steuerungszahnrad eingreift; ein zweites Zahnrad, welches
drehbar angebracht ist auf der zweiten Drehwelle und in das Übertragungszahnrad
eingreift; ein Hilfsmotor, welcher mit dem ersten Zahnrad sich dreht;
eine erste Kupplung, welche den Hilfsmotor und das erste Zahnrad
ankoppelt und entkoppelt; und eine zweite Kupplung, welche das erste Zahnrad
und das zweite Zahnrad ankoppelt und entkoppelt.
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Die
Erfindung gemäß einem
zweiten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass während der
Drehung der Hauptspindel der Hilfsmotor synchron gedreht wird mit
der zweiten Drehwelle, um die erste Kupplung anzukoppeln und die
zweite Kupplung zu entkoppeln, so dass ein Unterschied in der Drehgeschwindigkeit
bei der Drehbewegung zwischen der Hauptspindel und der Umwandlungsvorrichtung
erzeugt wird, was zu einer Änderung
in der Schließkraft der
Spannvorrichtung führt,
und wobei nachdem die Spannvorrichtung eine vorbestimmte Schließkraft erreicht
hat, die zweite Kupplung angekoppelt wird und die erste Kupplung
entkoppelt wird, so dass die Schließkraft der Spannvorrichtung
verändert
wird während
der Drehung der Hauptspindel in der Erfindung gemäß dem ersten
Aspekt.
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Die
Erfindung gemäß einem
dritten Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor bereitgestellt
wird, um einen Unterschied in der Drehgeschwindigkeit zwischen dem
Steuerungszahnrad der Umwandlungsvorrichtung und dem Übersetzungszahnrad
der Hauptspindel in der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt zu erfassen.
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Die
Erfindung gemäß einem
vierten Aspekt umfasst weiterhin ein Berechnungsmittel zum Berechnen
der Schwankung der Zentrifugalkraft der Klauen der Spannvorrichtung
durch Änderungen
der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel, wobei wenn die Hauptspindel
auf eine konstante Zahnkranzgeschwindigkeit geregelt wird, die elektrisch
betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannfutter
mit der Schwankung der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel synchronisiert
wird, dabei eine Schwankung der Zentrifugalkraft der Klauen, der
Spannvorrichtung durch die Berechnungsmittel berechnet und die Schwankung
verwendet, um eine Schließkraft
der Spannvorrichtung zu korrigieren und dadurch die Schließkraft der
Spannvorrichtung so steuert, dass diese in der Erfindung gemäß dem ersten
bis dritten Aspekt konstant ist.
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Die
elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter gemäß den ersten und
zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Spannfutterklemmkraft
während
der Drehung der Hauptspindel ändern
durch Umwandeln der Drehbewegung des unabhängig vom Hauptspindelantriebsmotor
bereitgestellten Hilfsmotors in eine lineare Bewegung mittels einer Umwandlungsvorrichtung
und Übertragen
der linearen Bewegung auf das Spannfutter über eine Zughakenführung. Dementsprechend
kann bei der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung für Spannfutter
gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt ein Werkstück
mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, ohne teure Spannfutter
zu verwenden.
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Zusätzlich kann,
da die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannfutter
gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt keine hydraulische Zylinder benötigt, auch
auf eine konstant betriebene Pumpe verzichtet werden, und sie weist
eine Kupplungsvorrichtung (erste Kupplung) auf, welche den Hilfsmotor
und ein erstes Zahnrad (Zahnrad, welches in ein Steuerungszahnrad
der Umwandlungsvorrichtung eingreift) koppelt und entkoppelt, wobei
man dabei den Spannfutteröffnungs-Schließhilfsmotor
nicht konstant synchron drehen muss, und es ist nur erforderlich,
elektrische Energie auf den Hilfsmotor zu geben, wenn die Spannfutterklemmkraft
verändert
wird, wodurch der Energieverbrauch, der mit der Veränderung
der Spannfutterklemmkraft einhergeht, gering ist.
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Weiterhin
gilt, da die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt einen Kupplungsmechanismus (erste Kupplung und
zweite Kupplung) auf einer zweiten Drehwelle aufweist, die parallel
zur Hauptspindel bereitgestellt ist, dass die Hauptspindel selbst
verkürzt
werden kann. Dementsprechend kann bei der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt ein Bearbeitungswerkzeug kompakt ausgelegt sein
und ist in der Lage, eine Situation zu vermeiden, in welcher sich
Trägheit
mit dem Hauptspindelgewicht erhöht.
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Da
die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter gemäß dem dritten
Aspekt mittels eines Sensors die Situation erfassen kann, wenn es
zu einer Abweichung kommt, die erzeugt wird zwischen der Drehgeschwindigkeit
des Steuerungszahnrads der Umwandlungsvorrichtung und der Drehgeschwindigkeit
des Transmissionsgetriebes, ist es möglich, eine Situation zu vermeiden,
in welcher das Spannfutter sich lockert, weil die Umwandlungsvorrichtung
unbeabsichtigterweise zu einem nicht beabsichtigten Zeitpunkt sich relativ
zur Hauptspindel dreht.
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Die
elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter gemäß dem vierten Aspekt
kann effektiv eine Situation vermeiden, in welcher das Werkstück sich
löst oder
die Werkstückbearbeitungsgenauigkeit
sich aufgrund von Änderungen
der Spannfutterklemmkraft verschlechtert, weil das Spannfutter eine
konstanter Klemmkraft in Übereinstimmung
mit einer Schwankung der Hauptspindel-Drehgeschwindigkeit einhält, selbst
wenn die Hauptspindel-Drehgeschwindigkeit
sich unbeabsichtigterweise zum Zeitpunkt einer konstanten Umfangsgeschwindigkeitssteuerung ändert, bei
welcher eine Bearbeitung durchgeführt wird mit konstanter Hauptspindel-Drehgeschwindigkeit.
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Kurze Figurenbeschreibung:
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1 ist
ein Querschnitt einer Werkzeugmaschine mit einer elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für ein
Spannfutter; und
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Steuerungsvorrichtung der Werkzeugmaschine zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform:
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Eine
Ausführungsform
der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannfutter gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden ausführlich
unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Werkzeugmaschine mit einer elektrisch
betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannfutter
und 2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Steuerungsmechanismus
der Werkzeugmaschine zeigt.
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In
einer Werkzeugmaschine 1 ist eine elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für ein Spannfutter
bereitgestellt, welche ein Spannfutter 2 umfasst, eine
Umwandlungsvorrichtung 4, die ein Steuerungsgetriebe 3 aufweist,
eine Zughakenführung 5,
ein Übersetzungsgetriebe 6,
eine zweite Drehwelle 7, ein erstes Zahnrad 8,
ein zweites Zahnrad 9, einen Hilfsmotor 10, eine
erste Kupplung 11 und eine zweite Kupplung 12.
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Die
Werkzeugmaschine 1 besteht aus einem so genannten Typ mit
eingebautem Motor und einem Hauptspindelmotor 13, welcher
eine Hauptspindel 15 dreht und antreibt, die auf einem
Spindelstock 14 innerhalb des Gehäuses 16 untergebracht
ist. An der Rückseite
eines Hauptspindelmotors 13 erfasst ein erster Sensor 20 die
Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel 15 und der erste Sensor 20 ist
mit einer Steuerung 22 verbunden, die unabhängig vom
Körper
der Werkzeugmaschine 1 bereitgestellt ist. Zusätzlich ist der
Hauptspindelmotor 13 mit der Steuerung 22 verbunden
(mit der CPU 27 der Steuerung über eine Schnittstelle 26 verbunden).
Zusätzlich
ist an der Spitze der Hauptspindel 15 das Spannfutter 2 bereitgestellt,
um ein Bearbeitungswerkstück
zu greifen.
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Andererseits
ist an der Rückseite
der Hauptspindel 15 ein externes Zylinderelement 17 fest
angebracht, so dass sich das externe Zylinderelement einstückig mit
der Hauptspindel 15 dreht. Dann ist auf dem Außenumfang
der Spitze des externen Zylinderelements 17 das Übersetzungsgetriebe 6 bereitgestellt.
Zusätzlich
ist an der Rückseite
des externen Zylinderelements 17 die Umwandlungsvorrichtung 4 (Kugelgewinde)
bereitgestellt, welche eine Drehbewegung in eine Linearbewegung
umsetzt und welche drehbar bereitgestellt ist. Auf dem Außenumfang
des rückwärtigen Endes
der Umwandlungsvorrichtung 4 ist das Steuerungszahnrad 3 vorgesehen,
welches dieselbe Anzahl von Zähnen
aufweist wie das Übersetzungszahnrad 6 des äußeren Zylinderelements 17.
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Zusätzlich verläuft innerhalb
der Hauptspindel 15 eine längliche Zughakenführung 5 und
der proximale Endbereich der Zughakenführung 5 erstreckt sich
zur Rückseite
der Umwandlungsvorrichtung 4. Auf dem äußeren Umfang an der proximalen
Endseite der Zughakenführung 5 ist
eine mit einem Gewinde versehene Nut (nicht gezeigt) vorgesehen,
und diese greift in eine mit einem Gewinde versehene Nut (nicht gezeigt)
ein, die an der Innenseite der Umwandlungsvorrichtung 4 vorgesehen
ist. Die Umwandlungsvorrichtung 4 ist in der Lage, eine
Drehbewegung des Steuerzahnrads 3 in eine lineare Bewegung
der Zughakenführung 5 umzusetzen
(lineare Bewegung in x-Richtung in 1).
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Zusätzlich greift
die Spitze der Zughakenführung 5 in
das Spannfutter 2 ein. Das Spannfutter 2 ist in
der Lage, eine lineare Bewegung längs der x-Richtung der Zughakenführung 5 umzusetzen
in eine Zugriffs- und Loslassbewegung für das zu bearbeitende Werkstück (diese
Zugriffs- und Loslassbewegung für das
Werkstück
erfolgt durch nicht dargestellte Klauen). Man beachte, dass für einen
solchen Spannfuttermechanismus eine bereits bekannte Vorrichtung vorhanden
ist, die auf geeignete Weise angepasst werden kann. Andererseits
gilt, dass wenn das proximale Ende der Zughakenführung 5, welche sich
zur Rückseite
der Umwandlungsvorrichtung 4 erstreckt, eine Tellerfeder 18 angekoppelt
ist, welche die Zughakenführung 5 in
Richtung der das Bearbeitungsstück
haltenden Spannvorrichtung drückt.
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Andererseits
gilt, dass auf der Seite des Hauptspindelhauptteils, welcher oben
beschrieben worden ist, eine Hilfsantriebsvorrichtung 23 zum
Antreiben der Umwandlungsvorrichtung 4 während der Drehung
der Hauptspindel vorgesehen ist. Auf der Vorderseite der Hilfsantriebsvorrichtung 23 ist
die zweite Drehwelle 7 drehbar vorgesehen mit einer Drehwelle,
die parallel zur Hauptspindel ausgerichtet ist, welche in der Mitte
eingesetzt ist. Um die zweite Drehwelle 7 sind die zweite
Kupplung 12, das Zahnrad 9 und das erste Zahnrad 8 bereitgestellt.
Und das zweite Zahnrad 9 und das erste Zahnrad 8 greifen
in das Übertragungszahnrad 6 auf
dem äußeren Zylinderelement 17 beziehungsweise
das Steuerungszahnrad 3 auf der Umwandlungsvorrichtung 4 ein. Das
erste Zahnrad 8 und das zweite Zahnrad 9 sind Zahnräder mit
dem selben Untersetzungsverhältnis (Zahnräder mit
derselben Anzahl von Zähnen).
Zusätzlich
ist an dem proximalen Ende der zweiten Drehwelle 7 der
Hilfsmotor 10 an die erste Kupplung 11 angekoppelt.
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Das
erste Zahnrad 8 ist fest verbunden mit der zweiten Drehwelle 7 und
dreht sich konstant zusammen mit der zweiten Drehwelle 7.
Zusätzlich
können
durch die erste Kupplung 11 der Hilfsmotor 10 und
die zweite Drehwelle 7 (zweites Zahnrad 9) angekoppelt
und abgekoppelt werden und mittels der zweiten Kupplung 12,
können
das zweite Zahnrad 9 und die zweite Drehwelle 7 angekoppelt
und abgekoppelt werden. Weiterhin ist an der Spitze der zweiten
Drehwelle 7 ein zweiter Sensor 24 vorgesehen, welcher
die Drehgeschwindigkeit der zweiten Drehwelle 7 erfasst
und der zweite Sensor 24 ist, wie in 2 gezeigt,
mit der Steuerung 22 verbunden. Zusätzlich ist der Hilfsmotor 10 auch
mit der Steuerung 22 verbunden.
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Die
wie oben beschrieben konfigurierte Bearbeitungsmaschine 1 wird
in den Zustand gebracht, welcher einen Drehantrieb mittels des ersten
Zahnrads 8 durch den Hilfsmotor 10 ermöglicht durch
Verbinden der ersten Kupplung 11 auf dem Gehäuse, so dass
die Spannvorrichtung 2 geöffnet wird, um das Werkstück zu greifen,
wenn die Drehung der Hauptspindel 15 gestoppt wird. Weiterhin
kann durch Lösen
der Kopplung der zweiten Kupplung 12 es dem Steuerungszahnrad 3 der
Umwandlungsvorrichtung 4 ermöglicht werden, sich unabhängig von
der Hauptspindel 15 zu drehen. Unter dieser Bedingung wird der
Hilfsmotor 10 in eine vorbestimmte Richtung gedreht (im
Folgenden als erste Richtung bezeichnet) und das erste Zahnrad 8 wird
gedreht. Dann wird das in das erste Zahnrad 8 eingreifende
Steuerungszahnrad 3 gedreht und die Zughakenführung 5 mit der
Umwandlungsvorrichtung mittels der mit einem Gewinde versehenen
Vorrichtung gekoppelt und zu der zur Spitze hin orientierten Seite
längs der x-Achsenrichtung
bewegt. Dann werden die Klauen (nicht gezeigt) des Spannfutters 2 geöffnet, wodurch
das Spannfutter in einen Zustand gebracht wird, welcher es ermöglicht,
ein Werkstück
zu greifen. Man beachte, dass wenn der Hilfsmotor 10 gedreht
und antrieben wird, der Hauptspindelmotor 13 blockiert
wird, um ihn daran zu hindern, sich zu drehen, so dass die Hauptspindel 15 nicht
durch die Reaktionskräfte
des Hilfsmotors 10 gedreht wird. Zusätzlich kann also ein Verfahren
zum Öffnen
der Klauen der Spannvorrichtung 2 an der vorbestimmten
Position es zum Beispiel möglich
sein, ein Verfahren anzuwenden, welches die Drehgeschwindigkeit
des Hilfsmotors 2 berechnet, die notwendig ist, um die
Klauen des Spannfutters 2 zu der vorbestimmten Position
mittels eines Programms zu öffnen
und die Drehung des Hilfsmotors 10 auf der Basis des berechneten
Werts zu steuern. Nachdem die Klauen der Spannvorrichtung 2 in der
vorbestimmten Position geöffnet
worden sind, wird das Werkstück
zwischen die Klauen der Spannvorrichtung eingeführt, der Hilfsmotor 10 wird
in die zweite Richtung gegenüberliegend
der ersten Richtung gedreht und das erste Zahnrad 8 wird
gedreht, um das Steuerungszahnrad frei zu drehen; die Zughakenführung 5 wird
zu den am proximalen Ende gelegenen Seiten längs der x-Achsenrichtung verschoben,
um die Spannvorrichtung zu schließen, wobei die Klauen der Spannvorrichtung 2 geschlossen
werden, und das Werkstück
wird mit einer vorbestimmten Kraft erfasst. Es sei angemerkt, dass
als ein Verfahren zum Festhalten eines Werkstücks mittels der Klauen der
Spannvorrichtung 2 mit einer bestimmten Kraft es z. B.
möglich
ist, ein Verfahren anzuwenden, welches den Zusammenhang zwischen
der Schließkraft
des Werkstücks
und dem auf dem Hilfsmotor 10 angewandten Drehmoment im
vorhinein feststellt, den Hilfsmotor 10 mittels eines Programms
dreht, bis ein vorbestimmtes Drehmoment angewandt wird und dadurch
das Werkstück
mit einer vorbestimmten Kraft gefasst wird.
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Wie
oben beschrieben wird, nachdem das Werkstück mit einer vorbestimmten
Schließkraft
erfasst worden ist, die zweite Kupplung 12 angekoppelt und
zur selben Zeit wird die erste Kupplung 11 entkoppelt.
Danach wird durch Drehen des Hauptspindelmotors 15 die
Hauptspindel 15 gedreht und das Werkstück wird bearbeitet. Es sei
angemerkt, dass die Werkzeugmaschine 1 eine Abweichung
zwischen dem ersten Zahnrad 8 und dem zweien Zahnrad 9 mittels
des ersten Sensors 20, der auf der Hauptspindel angebracht
ist, und des zweiten Sensors 24, der auf der zweiten Drehwelle 7 angebracht
ist, erfassen kann, sowie die Abweichung zwischen dem Steuerungszahnrad 3 und
dem Übertragungszahnrad 6. Und
wenn irgendeine Abweichung in einem jeden Satz von Zahnrädern erzeugt
wird, wird die Situation, in welcher die Spannvorrichtung 2 aufgrund
einer unbeabsichtigten Relativdrehung der Umwandlungsvorrichtung 4 relativ
zur Hauptspindel 15 nachgibt, durch ein automatisches Stoppen
der Hauptspindel verhindert.
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Zusätzlich wird
der Hilfsmotor 10 synchron mit der zweiten Drehwelle 7,
die sich mit der Drehung der Hauptspindel 15 dreht, unter
einer solchen Bedingung gedreht, dass die erste Kupplung 11 eingekoppelt
wird, wenn die Greifkraft der Spannvorrichtung 2 geändert wird
während
der Drehung der Hauptspindel 15; dadurch wird der Drehantrieb
des ersten Zahnrads mittels des Hilfsmotors 10 ermöglicht. Durch
synchrones Drehen des Hilfsmotors 10 und der zweiten Drehwelle 7 auf
solch eine Weise, kann die mechanische Einwirkung in dem Zustand,
wo die erste Kupplung 11 eingekoppelt ist, reduziert werden. Danach
kann es durch Entkoppeln der zweiten Kupplung 12 dem Steuerzahnrad 3 ermöglicht werden, sich
unabhängig
von der Hauptspindel 15 zu drehen. Und ein Abbremsen oder
Beschleunigen des Hilfsmotors 10 unter solchen Umständen ermöglicht es dem
Steuerzahnrad 3, welches in das erste Zahnrad 8 eingreift,
eine Relativdrehung hinsichtlich der Hauptspindel 15 durchzuführen. Wird
die Zughakenführung 5 zu
dem der Spitze zugewandten Ende längs der x-Achsenrichtung oder
zum proximalen Ende durch eine Relativdrehung des Steuerzahnrades 3 verschoben,
so wird die Greifkraft, welche durch die Spannvorrichtung 2 auf
das zu bearbeitende Werkstück
einwirkt, kontrolliert.
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Nachdem
die Spannvorrichtung 2 so gesteuert worden ist, dass sie
eine vorbestimmte Schließkraft
einstellt, wird die zweite Kupplung 12 angekoppelt und
die Umwandlungsvorrichtung 4 wird daran gehindert, eine
Relativdrehung relativ zur Hauptspindel 15 durchzuführen und
zur selben Zeit wird die erste Kupplung 11 entkoppelt.
Danach wird der Hilfsmotor 10 angehalten. Durch eine Reihe
solcher Abläufe,
und zwar selbst während
der Drehung der Hauptspindel, kann die Schließkraft, die durch die Spannvorrichtung 2 auf
das Werkstück
ausgeübt wird,
gesteuert werden.
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Innerhalb
der Steuervorrichtung 2 sind Berechnungsmittel 25 bereitgestellt,
welche die Abweichung der Zentrifugalkraft der Klauen der Spannvorrichtung 2 berechnen,
die verursacht wird durch Änderungen
der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel 15 (verbunden
mit der CPU 27 der Steuerungsvorrichtung 22).
Dann wird bei einer Steuerung mit konstanter Zahnkranzgeschwindigkeit,
welche die Umfangsgeschwindigkeit der Hauptspindel 15 so
steuert, dass diese konstant ist, während sich die Drehgeschwindigkeit
der Hauptspindel verändert,
die Schwankung der Zentrifugalkraft, die in Zusammenhang steht mit
den Schwankungen der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel 15,
durch die Berechnungsmittel 25 berechnet und mit der Schwankung der
Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel 15 synchronisiert,
der Vorschub der Zughakenführung 5 (dem
Schub längs
der x-Achsenrichtung) vergrößert und
verkleinert in Übereinstimmung
mit einer Variation der berechneten Zentrifugalkraft, und die Schließkraft der
Spannvorrichtung 2 wird dadurch so kontrolliert, dass sie
konstant bleibt.
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Die
elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für Spannvorrichtungen
umfasst die Spannvorrichtung 2, welche Werkstücke ergreift,
die Umwandlungsvorrichtung 4 mit dem Steuerungszahnrad 3,
welches auf dem äußeren Umfang
angebracht ist, die Zughakenführung 5,
welche die Umwandlungsvorrichtung 4 an die Spannvorrichtung 2 angekoppelt,
das Übersetzungszahnrad 6,
welches auf der Hauptspindel 15 angebracht ist, die zweite Drehwelle 7,
die drehbar parallel zur Hauptspindel 15 geschwenkt wird,
das erste Zahnrad 8, welches drehbar angebracht ist auf
der zweiten Drehwelle 7, das zweite Zahnrad 9,
welches drehbar angebracht ist auf der zweiten Drehwelle 8,
einen Hilfsmotor 10, welcher das erste Zahnrad 8 antreibt,
die erste Kupplung 11, welche den Hilfsmotor 10 und
die zweite Drehwelle 11 ankoppeln und entkoppeln kann,
und die zweite Kupplung 12, welche die zweite Drehwelle 11 und
das zweite Zahnrad 9 ankoppeln und entkoppeln können. Dann
wird, während
die Hauptspindel 15 gedreht wird, der Hilfsmotor 10 synchron
gedreht mit der zweiten Drehwelle 7, um die erste Kupplung 11 anzukoppeln
und zur selben Zeit wird die zweite Kupplung 12 entkoppelt,
so dass eine Drehdifferenz relativ zur Hauptspindel 15 erzeugt
wird und die Schließkraft
der Spannvorrichtung 2 sich ändert, und nachdem die Spannvorrichtung 2 eine
vorbestimmte Schließkraft
erhalten hat, wird die zweite Kupplung 12 angekoppelt und
zur selben Zeit die erste Kupplung 11 entkoppelt, und der
Hilfsmotor 10 wird angehalten, wodurch die Schließkraft der
Spannvorrichtung 2 verändert
werden kann. Dementsprechend kann mittels der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für ein Spannfutter
ein Werkstück
mit hoher Genauigkeit ohne die Verwendung teurer Spannvorrichtungen
bearbeitet werden.
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Zusätzlich gilt,
da die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für Spannvorrichtungen
keinen hydraulischen Zylinder benötigt, dass keine Notwendigkeit
besteht, die Pumpe konstant zu betreiben. Zusätzlich gilt, da die elektrisch
betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 mit
Spannvorrichtung die Kupplungsvorrichtung (erste Kupplung 11) aufweist,
welche den Hilfsmotor 10 und das erste Zahnrad 8 ankoppelt
und entkoppelt (ein Zahnrad, welches in das Steuerungszahnrad 3 der
Umwandlungsvorrichtung 4 eingreift), dass es nicht notwendig ist,
den Hilfsmotor 10 zum Öffnen
und Schließen
der Spannvorrichtung 2 permanent synchron zu drehen. Die
Vorrichtung muss nur dann elektrische Leistung auf den Hilfsmotor 10 zuführen, wenn
die Schließkraft
der Spannvorrichtung 2 verändert wird. Deshalb wird ein
geringer Energieverbrauch erreicht, der mit der Änderung der Schließkraft der
Spannvorrichtung 2 in Zusammenhang steht.
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Weiterhin
gilt, da die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für Spannvorrichtungen
Kupplungsvorrichtungen (erste Kupplung 11 und zwei Kupplung 12)
auf der zweiten Drehwelle 7 aufweist, die parallel zur
Hauptspindel 15 bereitgestellt ist, dass die Hauptspindel 15 als
solche verkürzt
werden kann. Dementsprechend gilt bei der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für Spannvorrichtungen,
dass die Werkzeugmaschine kompakt aufgebaut sein kann und dass eine
Situation, in welcher Trägheit
das Gewicht der Hauptspindel vergrößert, vermieden werden kann.
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Zusätzlich gilt,
da die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 mit
Spannvorrichtung mit dem ersten Sensor 20 zum Erfassen
der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel und dem zweiten Detektor 24 zum
Erfassen der Drehgeschwindigkeit der zweiten Drehwelle 7 bereitgestellt wird,
dass, wenn eine Abweichung erzeugt wird zwischen der Drehgeschwindigkeit
des Steuerungszahnrades 3 der Umwandlungsvorrichtung 4 und
der Drehgeschwindigkeit des Übersetzungszahnrads 6 der
Hauptspindel, eine solche Situation sofort durch den ersten Sensor 20 und
den zweiten Sensor 24 erfasst werden kann. Deshalb kann
eine Situation, in welcher die Spannvorrichtung 2 sich
wegen der Umwandlungsvorrichtung 4 lockert, welche unbeabsichtigterweise
eine Relativbewegung relativ zur Hauptspindel 15 zu einem
nicht beabsichtigten Zeitpunkt durchführt, vermieden werden.
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Weiterhin
hat die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung 21 für Spannvorrichtungen Berechnungsmittel 25,
welche die Schwankungen der Zentrifugalkraft hinsichtlich der Klauen
der Spannvorrichtung 2 aufgrund der Änderung der Drehgeschwindigkeit
der Hauptspindel 15 berechnen, und wenn die Zahnkranzgeschwindigkeit
der Hauptspindel 15 so kontrolliert wird, dass sie synchron
ist in Übereinstimmung
mit der Änderung
der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel 15, berechnet die
elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannvorrichtungen
die Schwankung der Zentrifugalkraft der Klauen der Spannvorrichtung 2 mit
Hilfe der Berechnungsmittel 25, korrigiert die Änderung
der Schließkraft
der Spannvorrichtung 2 auf Grundlage dieser Schwankung
und steuert die Schließkraft
der Spannvorrichtung 2 so, dass diese konstant ist. Dem
zufolge hält
die Spannvorrichtung 2 selbst dann, wenn die Drehgeschwindigkeit
der Hauptspindel 15 sich unbeabsichtigterweise während der
Steuerung auf konstante Zahnkranzgeschwindigkeit ändert, eine
konstante Schließkraft
in Antwort auf die Schwankung der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel
ein, und eine Situation, in welcher ein Bearbeitungswerkstück sich
löst oder
die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks sich aufgrund der Änderung
der Schließkraft
der Spannvorrichtung 2 verschlechtert, kann effektiv verhindert werden.
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Es
sei angemerkt, dass der Aufbau der elektrisch betriebenen Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht beschränkt
ist durch die Form der oben erläuterten
Ausführungsformen
und dass der Aufbau von Firmen, Aufbauweisen und ähnlichem
der Spannvorrichtung, der Übertragungsvorrichtung,
der Zughakenführung,
des Steuerungszahnrads, des Übertragungszahnrads,
der zweiten Drehwelle, des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads,
des Hilfsmotors, der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung und ähnlichem
auf geeignete Weise geändert
werden können,
ohne vom Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zum
Beispiel ist die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
mit Spannvorrichtung nicht darauf beschränkt, dass die Hilfsantriebsvorrichtung
auf der Seite des Hauptspindelkörpers
vorgesehen ist, und die Hilfsantriebsvorrichtung kann stattdessen
oberhalb oder unterhalb des Hauptspindelkörpers angebracht werden. Zusätzlich ist
die elektrisch angetriebene Öffnungs-Schließvorrichtung für Spannvorrichtungen
nicht beschränk
auf die Umwandlungsvorrichtung welche ein Zahnrad aufweist, bei
dem die Anzahl von Zähnen
dieselbe ist wie bei dem Zahnrad der Hauptspindel, oder dass bei
dem ersten Zahnrad die Anzahl von Zähnen dieselbe ist wie bei dem
zweiten Zahnrad, und insoweit, als die Drehung des Hilfsmotors exakt
mit der Drehung der Hauptspindel auf der Basis des Untersetzungsverhältnisses
und ähnlichem
des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads synchronisiert wird,
kann die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung für Spannvorrichtungen
eine Anzahl von Zähnen
der Umwandlungsvorrichtung aufweisen, welche sich von der Anzahl
von Zähnen
der Hauptspindel unterscheidet, oder die Anzahl der Zähne im ersten
Zahnrad kann sich von der Anzahl der Zähne im zweiten Zahnrad unterscheiden.
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Da
die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
für Spannvorrichtungen, wie
oben beschrieben, herausragende Wirkungen erzielt, kann bei verschiedenen
Arten von Werkzeugmaschinen mit einer Spannvorrichtung, die an der Spitze
der Hauptspindel angebracht ist, die elektrisch betriebene Öffnungs-Schließvorrichtung
in besonderem Maße
als Mechanismus verwendet werden, welcher die Schließkraft der
Spannvorrichtung ändert, während sich
die Hauptspindel dreht.