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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-012003 , eingereicht am 26. Januar 2018.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Werkzeugmaschine, die eine erste Haltevorrichtung enthält, die konfiguriert ist, einen Gegenstand durch einen Einspannmechanismus zu halten, und die den Einspannzustand des Einspannmechanismus automatisch ändern kann.
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Hintergrundgebiet
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Automatisierung wurde für eine Werkzeugmaschine gefordert, um ihre Effizienz weiter zu verbessein. Die Werkzeugmaschine ist mit einer Haltevorrichtung versehen, die konfiguriert ist, einen Gegenstand durch einen universellen Einspannmechanismus zu halten. Der automatische Austausch eines Gegenstands, der durch eine derartige Haltevorrichtung gehalten wird, wurde zur weiteren Automatisierung der Werkzeugmaschine gefordert.
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Zum Beispiel wird bei einer Revolverdrehmaschine (Drehzentrum) ein Werkzeug durch einen Werkzeughalter gehalten, der einen eingebauten, universellen Einspannmechanismus enthält. Der automatische Austausch eines Werkzeugs, das an einem derartigen Halter angebracht ist, wurde zur weiteren Automatisierung der Werkzeugmaschine gefordert.
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Eine große Anzahl universeller Einspannmechanismen basiert auf der Annahme, dass ihr Einspannzustand durch einen Arbeiter manuell geändert wird. Zum Beispiel setzt im Fall eines Werkzeughalters, der einen eingebauten, universellen Einspannmechanismus enthält, ein Arbeiter einen Sechskantschlüssel in ein vorgegebenes, hexagonales Loch ein, das am Werkzeughalter bereitgestellt ist, und dreht den Sechskantschlüssel, um zwischen Einspannen und Freigeben eines Werkzeugs umzuschalten. Jedoch wurde wie oben beschrieben gewünscht, den Einspannzustand eines derartigen Einspannmechanismus automatisch zu ändern, um die Effizienz der Werkzeugmaschine weiter zu verbessern.
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In einigen offenbarten Technologien wird der Einspannzustand eines Einspannmechanismus automatisch geändert, und dementsprechend wird ein Werkzeug automatisch ausgetauscht. Zum Beispiel wird in einer Technologie, die in
JP 2016-144853 A offenbart ist, eine Werkzeugdrehkraftquelle, die in einem Revolver enthalten ist, verwendet, um den Einspannzustand eines Einspannmechanismus eines Werkzeughalters zu ändern, der mit dem Revolver gekoppelt ist. Gemäß der Technologie kann der Einspannzustand des Einspannmechanismus automatisch geändert werden. Jedoch ist es in der Technologie aus
JP 2016-144853 A notwendig, einen Werkzeughalter (Einspannmechanismus) zu verwenden, der eine spezielle Struktur aufweist, die das Koppeln mit einem Werkzeugdrehmotor ermöglicht, und ein manuell bedienbarer, universeller Werkzeughalter kann nicht verwendet werden.
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In einer Technologie, die in
JP 2016-55370 A offenbart ist, ist ein Mehrfachgelenkarmroboter in einer Produktionskammer einer Werkzeugmaschine bereitgestellt, und ein Werkzeug wird durch den Mehrfachgelenkarmroboter ausgetauscht. Der Mehrfachgelenkarmroboter enthält mehrere Rasteinheiten, die jeweils konfiguriert sind, ein Werkzeug an einem vorderen Ende zu greifen, und das Werkzeug kann gekoppelt und entkoppelt werden, indem der Mehrfachgelenkarmroboter bewegt wird, während das Werkzeug durch die Rasteinheiten gegriffen ist. Jedoch offenbart
JP 2016-55370 eine Technologie des Bewegens eines Werkzeugs, um das Werkzeug zu koppeln und zu entkoppeln, weist jedoch keine Beschreibung darüber auf, wie der Einspannzustand eines Einspannmechanismus geändert wird, der konfiguriert ist, das Werkzeug zu halten. Somit kann die Technologie aus
JP 2016-55370 A den Einspannzustand eines manuell bedienbaren, universellen Werkzeughalters nicht automatisch ändern.
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Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Werkzeugmaschine, die den Einspannzustand eines manuell bedienbaren, universellen Einspannmechanismus automatisch ändern kann.
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Zusammenfassung
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Eine Werkzeugmaschine, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart ist, enthält Folgendes: eine erste Haltevorrichtung, die konfiguriert ist, einen Gegenstand durch einen Einspannmechanismus zu halten; eine zweite Haltevorrichtung, die konfiguriert ist, ein Werkzeug oder ein Werkstück drehbar zu halten; eine Umschalteinheit, die konfiguriert ist, einen Einspannzustand des Einspannmechanismus unter Verwendung eines Drehungsdrehmoments der zweiten Haltevorrichtung zu ändern; und eine Bewegungsvorrichtung, die konfiguriert ist, die Umschalteinheit zu bewegen. Der Einspannmechanismus enthält eine Drehmomenteingangskomponente, auf die das Drehungsdrehmoment aufgebracht wird, um den Einspannzustand zu ändern. Die Umschalteinheit enthält ein Eingangselement, das mit der zweiten Haltevorrichtung gekoppelt ist und durch die zweite Haltevorrichtung gedreht wird, ein Ausgangselement, das mit der Drehmomenteingangskomponente des Einspannmechanismus gekoppelt ist und konfiguriert ist, ein Drehmoment an die Drehmomenteingangskomponente auszugeben, während das Eingangselement mit der zweiten Haltevorrichtung gekoppelt ist, und einen Übertragungsmechanismus, der konfiguriert ist, das Drehungsdrehmoment der zweiten Haltevorrichtung, das durch das Eingangselement eingegeben wird, an das Ausgangselement zu übertragen.
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Mit dieser Konfiguration kann der Einspannzustand eines universellen Einspannmechanismus zur manuellen Bedienung automatisch geändert werden.
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Die Umschalteinheit kann ferner einen Einsetz/Entnahme-Mechanismus enthalten, der konfiguriert ist, den Gegenstand aus dem Einspannmechanismus zu entnehmen oder den Gegenstand in den Einspannmechanismus einzusetzen, während das Ausgangselement mit der Drehmomenteingangskomponente verbunden ist.
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Mit dieser Konfiguration kann der Gegenstand automatisch ausgetauscht werden.
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In diesem Fall kann die Umschalteinheit zwei oder mehr Einsetz/Entnahme-Mechanismen enthalten, und der Gegenstand, der durch den Einspannmechanismus gehalten wird, kann austauschbar sein, ohne die Umschalteinheit zu bewegen.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen auszutauschenden Gegenstand zu entnehmen und einen neuen Gegenstand einzusetzen, während die Kopplung zwischen dem Ausgangselement und der Drehmomenteingangskomponente aufrechterhalten wird, wodurch ein effizienterer Austausch des Gegenstands ermöglicht wird.
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Die Umschalteinheit kann eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung enthalten, die konfiguriert ist, das Drehungsdrehmoment, das vom Ausgangselement ausgegeben wird, zu begrenzen. Alternativ kann die Werkzeugmaschine ferner eine Steuereinrichtung enthalten, die konfiguriert ist, eine Drehmomentbegrenzungssteuerung der zweiten Haltevorrichtung durchzuführen, derart, dass das Drehungsdrehmoment, das vom Ausgangselement ausgegeben wird, kleiner oder gleich einem oberen Grenzwert ist.
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Diese Konfiguration verhindert das Eingeben eines übermäßigen Drehmoments an den Einspannmechanismus.
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Der Gegenstand kann ein Werkzeug sein, die erste Haltevorrichtung kann ein Revolver sein, der konfiguriert ist, das Werkzeug durch einen Halter zu halten, der den Einspannmechanismus enthält, und die zweite Haltevorrichtung kann eine beliebige aus einer Werkstückhauptspindelvorrichtung, einem Reitstock, einer Werkzeughauptspindelvorrichtung und einem weiteren Revolver sein, die konfiguriert sind, ein Werkstück zu halten.
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Mit dieser Konfiguration kann der Einspannzustand eines universellen Halters automatisch geändert werden.
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Mit der Werkzeugmaschine, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart ist, kann der Einspannzustand eines universellen Einspannmechanismus zur manuellen Bedienung automatisch geändert werden.
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Figurenliste
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Eine Ausführungsform bzw. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:
- 1 ein Diagramm, das die Konfiguration einer Werkzeugmaschine veranschaulicht;
- 2 ein Diagramm, das die Konfiguration eines Werkzeughalters veranschaulicht;
- 3 ein Diagramm, das die Konfiguration einer Umschalteinheit veranschaulicht; und
- 4 ein Diagramm, das eine Werkzeugaustauschsituation veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Das Folgende beschreibt die Konfiguration einer Werkzeugmaschine 10 unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. 1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht. In der folgenden Beschreibung ist eine Richtung, die zu einer Drehachse Rw einer Werkstückhauptspindel 32 parallel ist, als eine Z-Achse bezeichnet, eine Richtung, die zur Bewegungsrichtung eines Werkzeugständers 18 parallel ist, die zur Z-Achse senkrecht ist, ist als eine X-Achse bezeichnet, und eine Richtung, die zur X-Achse und zur Z-Achse senkrecht ist, ist als eine Y-Achse bezeichnet.
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Die Werkzeugmaschine 10 produziert ein Werkstück 110, das durch die Werkstückhauptspindel 32 gehalten wird, mit einem Werkzeug 100, das durch den Werkzeugständer 18 gehalten wird. Genauer ist die Werkzeugmaschine 10 ein Drehzentrum, das NC-gesteuert ist, und enthält einen Revolver 19, der konfiguriert ist, mehrere Werkzeuge 100 zu halten. Eine Produktionskammer der Werkzeugmaschine 10 ist durch eine Abdeckung abgedeckt. Eine große Öffnung ist an einer Stirnfläche der Produktionskammer gebildet und wird durch eine Tür (in 1 nicht veranschaulicht) geöffnet und geschlossen. Eine Bedienperson greift auf jede Komponente in der Produktionskammer durch die Öffnung zu. Die Tür, die an der Öffnung bereitgestellt ist, ist während der Produktion geschlossen. Dies stellt z. B. Sicherheit und Umweltbedingungen sicher.
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Die Werkzeugmaschine 10 enthält eine Werkstückhauptspindelvorrichtung 31, die konfiguriert ist, ein Ende des Werkstücks 110 auf eine drehbare Weise zu halten, den Werkzeugständer 18, der konfiguriert ist, die Werkzeuge 100 zu halten, und einen Reitstock 16, der konfiguriert ist, das andere Ende des Werkstücks 110 zu tragen. Die Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 fungiert als eine zweite Haltevorrichtung, die konfiguriert ist, das Werkstück 110 drehbar zu halten, und enthält einen Spindelkasten (durch andere Elemente verdeckt), der einen eingebauten Antriebsmotor oder dergleichen enthält, und die Werkstückhauptspindel 32, die am Spindelkasten angebracht ist. Die Werkstückhauptspindel 32 enthält einen Spannkopf 33 oder eine Aufnahmeeinrichtung, der bzw. die konfiguriert ist, das Werkstück 110 auf eine abnehmbare Weise zu halten, derart, dass das Werkstück 110 nach Bedarf ausgetauscht werden kann. Die Werkstückhauptspindel 32 und der Spannkopf 33 drehen sich um die Arbeitsdrehachse Rw, die sich in der horizontalen Richtung (der Z-Achsen-Richtung in 1) erstreckt.
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Der Reitstock 16 ist der Werkstückhauptspindel 32 in der Z-Achsen-Richtung zugewandt angeordnet und trägt das andere Ende des Werkstücks 110, das durch die Werkstückhauptspindel 32 gehalten wird. Der Reitstock 16 ist an einer derartigen Position eingebaut, dass seine Mittenachse auf die Arbeitsdrehachse Rw ausgerichtet ist. Eine Reitstockspitze 120, die ein vorderes Ende aufweist, das in Form eines kreisförmigen Kegels zugespitzt ist, ist am Reitstock 16 angebracht, und während der Produktion befindet sich das vordere Ende der Reitstockspitze 120 mit dem Mittelpunkt des Werkstücks 110 in Kontakt. Der Reitstock 16 ist in der Z-Achsenrichtung beweglich oder vom Werkstück 110 entfernt.
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Der Werkzeugständer 18 hält die Werkzeuge 100. Die gehaltenen Werkzeuge 100 können Drehmaschinendrehwerkzeuge oder ein rotierendes Werkzeug (wie etwa ein Schaftfräser) sein. Der Werkzeugständer 18 ist einer Richtung parallel zur Z-Achse, mit anderen Worten, zur Achse des Werkstücks 110, beweglich. Der Werkzeugständer 18 ist auf einer Führungsschiene angeordnet, die sich in einer Richtung parallel zur X-Achse, mit anderen Worten, zur radialen Richtung des Werkstücks 110, erstreckt, und ist in der Richtung parallel zur X-Achse beweglich. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist die X-Achse bezogen auf die horizontale Richtung geneigt, wobei sie sich von der Öffnung der Produktionskammer betrachtet auf der Rückseite nach oben erstreckt.
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Der Revolver 19, der mehrere Werkzeuge 100 halten kann, ist an einer Endkomponente des Werkzeugständers 18 bereitgestellt. Der Revolver 19 fungiert als eine erste Haltevorrichtung, die konfiguriert ist, jedes Werkzeug 100 durch einen Einspannmechanismus 51, der in einen Werkzeughalter 50 (siehe 2) eingebaut ist, der später zu beschreiben ist, als einen Gegenstand zu halten. Der Revolver 19 ist im Wesentlichen zylindrisch und um eine Achse drehbar, die zur Z-Achse parallel ist. Mehrere Zentrieransatzlöcher 48 zum Anbringen der Werkzeughalter 50 sind auf einer Umfangsfläche des Revolvers 19 gebildet. Jeder Werkzeughalter 50 wird teilweise in das entsprechende Zentrieransatzloch 48 eingesetzt und durch einen Bolzen am Revolver 19 befestigt. Der Einspannmechanismus 51, der konfiguriert ist, ein Werkzeug 100 einzuspannen oder freizugeben, ist im Inneren jedes Werkzeughalters 50 bereitgestellt. Der Einspannmechanismus 51 ist ein universeller Einspannmechanismus, dessen Einspannzustand manuell geändert wird, wie später beschrieben wird. Durch den Einspannmechanismus 51 wird das Werkzeug 100 (genauer ein Werkzeugadapter 102, der das Werkzeug hält) durch den Werkzeughalter 50 abnehmbar gehalten. Im vorliegenden Beispiel wird jeder Einspannmechanismus 51 durch die Werkzeugmaschine 10 automatisch zwischen Einspannen und Freigeben umgeschaltet, wie später beschrieben wird.
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In jedem Fall hält der Revolver 19 durch die Werkzeughalter 50 mehrere Werkzeuge 100. Der Revolver 19 wird gedreht, um ein Werkzeug 100 geeignet zu wechseln, das verwendet wird, um das Werkstück 110 zu produzieren. Wenn der Werkzeugständer 18 in der Richtung parallel zur Z-Achse bewegt wird, werden die Werkzeuge 100, die durch den Revolver 19 gehalten werden, in der Richtung parallel zur Z-Achse bewegt. Wenn der Werkzeugständer 18 in der Richtung parallel zur X-Achse bewegt wird, werden die Werkzeuge 100, die durch den Revolver 19 gehalten werden, in der Richtung parallel zur X-Achse bewegt. Zum Beispiel kann der Fräsbetrag des Werkstücks 110 durch jedes Werkzeug 100 durch Bewegen des Werkzeugständers 18 in der Richtung parallel zur X-Achse geändert werden.
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Außerdem ist ein maschineninterner Roboter 20 in der Produktionskammer bereitgestellt. Der maschineninterne Roboter 20 fungiert als eine Bewegungsvorrichtung, die konfiguriert ist, eine Umschalteinheit 60 (siehe 3) zu bewegen, die später zu beschreiben ist. Im vorliegenden Beispiel ist der maschineninterne Roboter 20 ein Mehrfachgelenkarmroboter, der an einem vorderen Ende einen austauschbaren Endeffektor enthält. In 1 ist ein Handmechanismus 22 als der Endeffektor angebracht. Wenn der Einspannzustand des Einspannmechanismus 51 geändert werden soll, wird die später zu beschreibende Umschalteinheit 60 am vorderen Ende des maschineninternen Roboters 20 angebracht.
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Die Einbauposition und Konfiguration des maschineninternen Roboters 20 sind nicht insbesondere eingeschränkt, solange der Roboter die Umschalteinheit 60 an eine gewünschte Position bewegen kann. Somit ist der maschineninterne Roboter 20 nicht auf den Mehrfachgelenkarmroboter eingeschränkt, sondern kann z. B. ein Roboter sein, der eine Kranbahnschiene oder ein paralleles Bindeglied enthält. Außerdem kann eine andere Bewegungsvorrichtung, die die Umschalteinheit 60 bewegen kann, wie etwa ein Fördermechanismus, der mit einem linearen Bewegungsmechanismus kombiniert ist, oder dergleichen, anstelle des maschineninternen Roboters 20 vorgesehen sein.
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Eine Steuereinrichtung 34 steuert den Antrieb jeder Komponente der Werkzeugmaschine 10 in Übereinstimmung mit einer Anweisung von der Bedienperson. Die Steuereinrichtung 34 enthält z. B. eine CPU, die konfiguriert ist, diverse Arten von Rechenvorgängen durchzuführen, und einen Speicher, der konfiguriert ist, diverse Arten von Steuerprogrammen und Steuerparametern zu speichern. Die Steuereinrichtung 34 weist eine Kommunikationsfunktion auf und kann eine Kommunikation mit diversen Arten von Daten wie etwa NC-Programmdaten oder dergleichen mit einer weiteren Vorrichtung durchführen. Die Steuereinrichtung 34 kann eine Zahlenwertsteuereinrichtung enthalten, die konfiguriert ist, z. B. die Positionen jedes Werkzeugs 100 und des Werkstücks 110 nach Bedarf zu berechnen. Die Steuereinrichtung 34 kann eine einzige Vorrichtung oder eine Kombination von mehreren Arithmetikvorrichtungen sein.
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Das Folgende beschreibt jeden Werkzeughalter 50, der den Einspannmechanismus 51 enthält, unter Bezugnahme auf 2. Der Werkzeughalter 50 ist konfiguriert, ein Werkzeug 100 zu halten, wie oben beschrieben ist, und enthält den eingebauten Einspannmechanismus 51 zur manuellen Bedienung. Der Einspannmechanismus 51 kann diverse Konfigurationen aufweisen, jedoch enthält der Einspannmechanismus 51 in dem Beispiel, das in 2 veranschaulicht ist, eine Zugstange 52, die durch eine Feder (nicht veranschaulicht) in eine Richtung gedrückt wird, und ein Einspannrastelement 54, das konfiguriert ist, in Übereinstimmung mit einer Bewegung der Zugstange 62 zu schwenken. Die Zugstange 52 weist eine Abschrägungsoberfläche auf, die sich mit einer Komponente des Einspannrastelements 54 in Kontakt befindet. Die Abschrägungsoberfläche drückt das Einspannrastelement 54 oder gibt es frei, während die Zugstange 52 sich bewegt, derart, dass das Einspannrastelement 54 in der radialen Richtung schwenkt. Das Schwenken des Einspannrastelements 54 in der radialen Richtung ergibt einen Eingriff oder eine Trennung zwischen dem Einspannrastelement 54 und dem Werkzeugadapter 102 und somit ein Umschalten zwischen Einspannen und Freigeben des Einspannmechanismus 51.
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Der Werkzeugadapter 102 ist konfiguriert, ein Werkzeug 100 zu halten, und weist ein Grundende auf, das in ein Werkzeugeinsetzloch (nicht veranschaulicht) eingesetzt ist, das im Werkzeughalter 50 bereitgestellt ist. Das Grundende des Werkzeugadapters 102 weist eine Form gemäß diversen Normen auf und ist mit einer Rille oder einem Vorsprung versehen, die bzw. der sich mit dem Einspannrastelement 54 in Eingriff befinden soll. Wenn sich das Einspannrastelement 54 mit der Rille oder dem Vorsprung des Werkzeugadapters 102 in Eingriff befindet, ist das Werkzeug 100 am Werkzeughalter 50 eingespannt. Wenn die Rille oder der Vorsprung des Werkzeugadapters 102 und das Einspannrastelement 54 getrennt werden, wird das Werkzeug 100 (der Werkzeugadapter 102) freigegeben, um Einsetzen und Entnehmen zu ermöglichen.
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Der Werkzeughalter 50 ist außerdem mit einem Drehkörper 56 versehen. Der Drehkörper 56 enthält ein Drehmomenteingangsloch 58, das von außen zugreifbar ist. Das Drehmomenteingangsloch 58 ist ein hexagonales Loch, in das ein Sechskantschlüssel eingesetzt werden kann. Der Drehkörper 56 wird um eine Achse At des Drehmomenteingangslochs 58 gedreht, indem der Sechskantschlüssel gedreht wird, der in das Drehmomenteingangsloch 58 eingesetzt ist.
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Die Drehung des Drehkörpers 56 wird direkt oder durch einen Übertragungsmechanismus wie etwa einen Nocken oder eine Schraube als eine gerade Bewegung auf die Zugstange 52 übertragen. Dementsprechend wird die Zugstange 52 bewegt, um den Einspannzustand des Einspannmechanismus 51 zu ändern.
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Herkömmlicherweise ist eine derartige Änderung des Einspannzustands, mit anderen Worten, die Drehung des Drehkörpers 56 unter Verwendung eines Sechskantschlüssels, manuell durchgeführt worden. Jedoch muss in diesem Fall eine Bedienperson die Arbeit bei jedem Werkzeugaustausch durchführen, was die Verbesserung der Effizienz der Werkzeugmaschine 10 und ihre Automatisierung verhindert hat. Einige offenbarte, automatisierte Einspannmechanismen ändern den Einspannzustand automatisch unter Verwendung eines Motors oder eines Hydraulikdruckmechanismus. Wenn ein derartiger automatischer Einspannmechanismus verwendet wird, kann der Werkzeugaustausch automatisch durchgeführt werden. Jedoch ist ein Werkzeughalter, der den automatischen Einspannmechanismus enthält, teuer und es mangelt ihm somit an Anpassungsfähigkeit, was eine weitere Problemstellung gewesen ist.
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In der vorliegenden Beschreibung ist die Umschalteinheit 60, die konfiguriert ist, den Einspannzustand jedes Einspannmechanismus 51 zu ändern, am vorderen Ende des maschineninternen Roboters 20 angebracht, um das automatische Wechseln des Einspannzustands des Einspannmechanismus 51 durchzuführen. Dies wird unten unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
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3 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Umschalteinheit 60 veranschaulicht. Die Umschalteinheit 60 enthält eine Eingangswelle 62, eine Ausgangswelle 64, einen Übertragungsmechanismus 70, der konfiguriert ist, eine Bewegung der Eingangswelle 62 auf die Ausgangswelle 64 zu übertragen, und einen Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72, der konfiguriert ist, ein Werkzeug 100 einzusetzen und zu entnehmen. Die Eingangswelle 62 ist ein Wellenelement, das ein Ende aufweist, das nach außen vorsteht, und wird durch ein Lager 66 auf eine drehbare Weise drehgelenkig getragen. Das eine Ende der Eingangswelle 62 kann mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 (zweite Haltevorrichtung) gekoppelt sein; mit andern Worten, kann durch den Spannkopf 33 gegriffen sein. Da die Eingangswelle 62 mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 gekoppelt ist, kann die Eingangswelle 62 durch die Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 gedreht werden.
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Die Ausgangswelle 64 ist ein Wellenelement, das sich in einer Richtung erstreckt, die die Eingangswelle 62 im Wesentlichen mit 90° kreuzt, und weist ein Ende auf, das nach außen vorsteht. Die Ausgangswelle 64 ist ein Wellenelement, das mit dem Drehmomenteingangsloch 58 des Werkzeughalters 50 gekoppelt ist und eine Form, die jener des Drehmomenteingangslochs 58 entspricht, mit anderen Worten, ein hexagonales Profil, aufweist. Die Ausgangswelle 64 wird durch ein Lager 68 auf eine drehbare Weise drehgelenkig getragen.
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Der Übertragungsmechanismus 70 kann diverse Arten von Konfigurationen aufweisen, jedoch enthält der Übertragungsmechanismus 70 im vorliegenden Beispiel ein Paar Kegelräder 70a und 70b, die am anderen Ende der Eingangswelle 62 und am anderen Ende der Ausgangswelle 64 bereitgestellt sind und ineinandergreifen. Die Drehbewegung der Eingangswelle 62 wird durch das Paar Kegelräder 70a und 70b einer Winkelumsetzung um 90° unterworfen und auf die Ausgangswelle 64 übertragen. Die oben beschriebene Konfiguration des Übertragungsmechanismus 70 ist lediglich beispielhaft, und der Übertragungsmechanismus 70 kann eine andere Konfiguration aufweisen, mit der die Bewegung der Eingangswelle 62 in eine gewünschte Form umgesetzt und zur Ausgangswelle 64 übertragen werden kann.
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Der Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72 ist ein Mechanismus, der konfiguriert ist, ein Werkzeug 100 (einschließlich des Werkzeugadapters 102) im freigegebenen Zustand aus dem Werkzeughalter 50 zu entnehmen oder das Werkzeug 100 in den Werkzeughalter 50 einzusetzen. Der Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72 kann diverse Konfigurationen aufweisen, jedoch enthält der Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72 im vorliegenden Beispiel einen Greifer 74, der konfiguriert ist, den Werkzeugadapter 102 zu greifen, und einen gesteuerten Luftzylinder 76, der konfiguriert ist, den Greifer 74 zu bewegen. In diesem Fall wird der Greifer 74 in einer Richtung bewegt, die sich vom Werkzeughalter 50 entfernt, während der Werkzeugadapter 102 durch den Greifer 74 gegriffen ist, wenn das Werkzeug 100 aus dem Werkzeughalter 50 entnommen werden soll. Wenn das Werkzeug 100 in den Werkzeughalter 50 eingesetzt werden soll, wird der Greifer 74 in einer Richtung bewegt, die sich dem Werkzeughalter 50 annähert, während der Werkzeugadapter 102 durch den Greifer 74 gegriffen ist.
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Das Folgende beschreibt den Prozess des Werkzeugaustauschs unter Verwendung der Umschalteinheit 60 unter Bezugnahme auf 4. 4 ist ein Diagramm, das eine Situation des Werkzeugaustauschs unter Verwendung der Umschalteinheit 60 veranschaulicht. Wenn der Werkzeugaustausch durchgeführt wird, treibt die Steuereinrichtung 34 zuerst den maschineninternen Roboter 20 derart an, dass die Eingangswelle 62 der Umschalteinheit 60 mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 gekoppelt wird. Insbesondere befördert die Steuereinrichtung 34 die Eingangswelle 62 in die Umgebung des Spannkopfs 33 und treibt anschließend den Spannkopf 33 derart an, dass er die Eingangswelle 62 hält. In diesem Fall treibt die Steuereinrichtung 34 den maschineninternen Roboter 20 derart an, dass die Stellung der Umschalteinheit 60 eingestellt wird, derart, dass eine Achse Ain der Eingangswelle 62 auf die Arbeitsdrehachse Rw ausgerichtet ist und eine Achse Aout der Ausgangswelle 64 zur X-Achse parallel wird. Sobald die Eingangswelle 62 mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 gekoppelt ist, koppelt die Steuereinrichtung 34 anschließend die Ausgangswelle 64 mit einem Drehmomenteingangsloch 58. Insbesondere dreht die Steuereinrichtung 34 zuerst den Revolver 19, derart, dass die Achse At des Drehmomenteingangslochs 58, das einem Austauschzielwerkzeug 100 entspricht, zur X-Achse parallel, mit anderen Worten, parallel zur Achse Aout der Ausgangswelle 64, wird. Anschließend bewegt die Steuereinrichtung 34 den Werkzeugständer 18 in der Z-Richtung an eine Position, in der die Achse At des Drehmomenteingangslochs 58 und die Achse Aout der Ausgangswelle 64 in der X-Richtung in einer Linie angeordnet sind. Sobald das Drehmomenteingangsloch 58 und die Ausgangswelle 64 in der X-Richtung in einer Linie angeordnet sind, bewegt die Steuereinrichtung 34 anschließend den Werkzeugständer 18 in der X-Richtung, derart, dass die Ausgangswelle 64 in das Drehmomenteingangsloch 58 eingesetzt wird.
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Da die Ausgangswelle 64 im vorliegenden Beispiel ein hexagonales Profil aufweist und das Drehmomenteingangsloch 58 ein hexagonales Loch ist, kann die Ausgangswelle 64 nicht in das Drehmomenteingangsloch 58 eingesetzt werden, wenn die Drehphasen der Ausgangswelle 64 und des Drehmomenteingangslochs 58 nicht miteinander abgestimmt sind. Somit dreht die Steuereinrichtung 34 die Ausgangswelle 64, wie es notwendig ist, um die Phase der Ausgangswelle 64 mit der Phase des Drehmomenteingangslochs 58 abzustimmen, bevor die Ausgangswelle 64 in das Drehmomenteingangsloch 58 eingesetzt wird. Insbesondere treibt die Steuereinrichtung 34 die Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 derart an, dass die Eingangswelle 62 gedreht wird. Die Drehung der Eingangswelle 62 wird durch die Kegelräder 70a und 70b auf die Ausgangswelle 64 übertragen, derart, dass die Ausgangswelle 64 gedreht wird, derart, dass ihre Phase mit jener des Drehmomenteingangslochs 58 abgestimmt ist. Daraufhin kann die Ausgangswelle 64 dementsprechend mit dem Drehmomenteingangsloch 58 gekoppelt werden.
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Sobald die Eingangswelle 62 mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 gekoppelt ist und die Ausgangswelle 64 mit dem Drehmomenteingangsloch 58 gekoppelt ist, treibt die Steuereinrichtung 34 anschließend die Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 derart an, dass die Eingangswelle 62 in einer vorgegebenen Richtung gedreht wird. Die Drehung der Eingangswelle 62 wird durch die Kegelräder 70a und 70b auf die Ausgangswelle 64 übertragen, wie oben beschrieben ist, und dementsprechend dreht sich die Ausgangswelle 64. Wenn sich die Ausgangswelle 64 dreht, wird das Drehungsdrehmoment durch das Drehmomenteingangsloch 58 auf den Drehkörper 56 übertragen. Mit anderen Worten, der Drehkörper 56 dreht sich in gleicher Weise wie bei der manuellen Bedienung unter Verwendung eines Sechskantschlüssels. Dementsprechend bewegt sich die Zugstange 52, derart, dass der Einspannmechanismus 51 in den freigegebenen Zustand umgeschaltet wird.
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Üblicherweise ist im Werkzeughalter 50 ein Anschlagelement (nicht veranschaulicht) vorgesehen, um den Grad der Drehung des Drehkörpers 56 zu regulieren. Um ein Zusammenbrechen des Anschlagelements zu verhindern, enthält die Umschalteinheit 60 wünschenswerterweise eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung, die konfiguriert ist, das Ausgangsdrehmoment von der Ausgangswelle 64 zu begrenzen. Insbesondere ist es wünschenswert, einen Mechanismus vorzusehen, der konfiguriert ist, das Drehmoment, das von der Ausgangswelle 64 ausgegeben wird, zu neutralisieren, wenn die Drehung des Drehkörpers 56 durch das Anschlagelement reguliert wird und die Rückstoßkraft vom Drehkörper 56 erhöht wird. Alternativ kann die Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 eine Drehmomentbegrenzungssteuerung durchführen, anstatt die Drehmomentbegrenzungseinrichtung bereitzustellen. Zum Beispiel ist das Drehmoment, das von einem Motor ausgegeben wird, üblicherweise zum Strom proportional, und somit kann der Strom, der an einen Antriebsmotor angelegt wird, begrenzt werden, derart, dass das Drehmoment, das von der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 ausgegeben wird, kleiner oder gleich einem Grenzwert wird.
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In jedem Fall kann in gleicher Weise wie in einem Fall einer manuellen Bedienung der Einspannzustand des Werkzeughalters 50 geändert werden, indem die Drehung der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 durch die Eingangswelle 62, den Übertragungsmechanismus 70 und die Ausgangswelle 64 auf den Drehkörper 56 des Werkzeughalters 50 übertragen wird.
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Sobald der Werkzeughalter 50 in den freigegebenen Zustand umgeschaltet ist, treibt die Steuereinrichtung 34 anschließend den Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72 derart an, dass das Werkzeug 100 aus dem Werkzeughalter 50 entnommen wird. Insbesondere treibt die Steuereinrichtung 34 den gesteuerten Luftzylinder 76 und den Greifer 74 derart an, dass bewirkt wird, dass der Greifer 74 den Werkzeugadapter 102 greift. Daraufhin treibt die Steuereinrichtung 34 den gesteuerten Luftzylinder 76 derart an, dass der Greifer 74, der den Werkzeugadapter 102 greift, in der Richtung bewegt wird, die sich vom Werkzeughalter 50 entfernt. Als ein Ergebnis wird das Werkzeug 100 aus dem Werkzeughalter 50 entnommen, wie in 4 veranschaulicht ist. Der Betrag der Bewegung des Greifers 74 liegt üblicherweise näherungsweise im Bereich von einigen mm bis einigen zehn mm, was abhängig von der Form des Werkzeugadapters 102 ausreichend ist.
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Sobald das Werkzeug 100 aus dem Werkzeughalter 50 entfernt ist, bewegt die Steuereinrichtung 34 anschließend den Werkzeugständer 18 derart, dass das Drehmomenteingangsloch 58 von der Ausgangswelle 64 entkoppelt wird, und gibt ferner den Spannkopf 33 frei, derart, dass die Eingangswelle 62 von der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 entkoppelt wird. Daraufhin treibt die Steuereinrichtung 34 den maschineninternen Roboter 20 derart an, dass das Werkzeug 100, das durch den Greifer 74 gegriffen ist, zu einer vorgegebenen Werkzeugaufnahmeeinheit (nicht veranschaulicht) befördert wird. Die Werkzeugaufnahmeeinheit kann innerhalb oder außerhalb der Produktionskammer bereitgestellt sein.
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Sobald die Entnahme des Werkzeugs 100 abgeschlossen ist, beginnt die Steuereinrichtung 34 anschließend das Montieren eines neuen Werkzeugs 100. Insbesondere treibt die Steuereinrichtung 34 den maschineninternen Roboter 20 und den Greifer 74 derart an, dass bewirkt wird, dass der Greifer 74 das neue Werkzeug 100 greift. Anschließend koppelt die Steuereinrichtung 34 durch die oben beschriebene Prozedur die Eingangswelle 62 mit der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 und koppelt die Ausgangswelle 64 mit dem Drehmomenteingangsloch 58. Daraufhin treibt die Steuereinrichtung 34 den gesteuerten Luftzylinder 76 derart an, dass das Werkzeug 100, das durch den Greifer 74 gegriffen ist, in das Werkzeugeinsetzloch des Werkzeughalter 50 eingesetzt wird, während dieser Zustand gehalten wird.
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In diesem Zustand treibt die Steuereinrichtung 34 die Werkstückhauptspindel 31 derart an, dass die Eingangswelle 62 in einer Richtung gedreht wird, in der das Einspannen durchgeführt wird. Die Drehung der Eingangswelle 62 wird durch den Übertragungsmechanismus 70 und die Ausgangswelle 64 auf den Drehkörper 56 übertragen, derart, dass der Einspannmechanismus 51 des Werkzeughalters in den eingespannten Zustand umgeschaltet wird. Im eingespannten Zustand gibt die Steuereinrichtung 34 den Greifer 74 frei, derart, dass der Werkzeugadapter 102 freigegeben wird. Anschließend entkoppelt die Steuereinrichtung 34 nacheinander die Ausgangswelle 64 vom Drehmomenteingangsloch 58 und entkoppelt die Eingangswelle 62 von der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31. Schließlich treibt die Steuereinrichtung 34 den maschineninternen Roboter 20 derart an, dass die Umschalteinheit 60 an eine vorgegebene, zurückgezogene Position zurückgezogen wird, was den Werkzeugaustausch beendet.
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Wie aus der obigen Beschreibung zu verstehen ist, kann im vorliegenden Beispiel der Einspannzustand des Einspannmechanismus 51 automatisch geändert werden, indem die Ausgangswelle 64 gedreht wird, die mit dem Drehmomenteingangsloch 58 gekoppelt sein kann. Mit anderen Worten, es ist möglich, den Zustand des Einspannmechanismus 51 automatisch zu ändern, indem der kostengünstige und universelle Werkzeughalter 50 verwendet wird, der den eingebauten Einspannmechanismus 51 enthält, und folglich den Werkzeugaustausch durchzuführen. Als ein Ergebnis wird die Effizienz der Werkzeugmaschine 10 weiter verbessert.
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Im vorliegenden Beispiel wird das Drehmoment, das von der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 ausgegeben wird, als das Drehmoment verwendet, das zum Ändern des Zustands des Einspannmechanismus 51 notwendig ist. Dies beseitigt die Notwendigkeit, eine speziell dafür vorgesehene Antriebsquelle bereitzustellen, um den Zustand des Einspannmechanismus 51 zu ändern, was zu einer Größenverminderung der Umschalteinheit 60 führt. Mit einer Umschalteinheit 60 mit verminderter Größe wird lediglich ein kleiner Ausgang vom maschineninternen Roboter 20 zum Bewegen der Umschalteinheit 60 benötigt, was zu einer Größenverminderung und Kostenverringerung des maschineninternen Roboters 20 führt.
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Die oben beschriebene Konfiguration ist lediglich beispielhaft und kann angemessen in eine weitere Konfiguration geändert werden, die die Umschalteinheit 60 enthält, die mindestens Folgendes enthält: die Ausgangswelle 64, die mit dem Drehmomenteingangsloch 58 des Einspannmechanismus 51 gekoppelt werden kann, der an der ersten Haltevorrichtung angebracht ist; die Eingangswelle 62, die mit der zweiten Haltevorrichtung gekoppelt werden kann; und den Übertragungsmechanismus 70, der die Bewegung der Eingangswelle 62 auf die Ausgangswelle 64 übertragen kann. Zum Beispiel enthält die Umschalteinheit 60 in der obigen Beschreibung den einzigen Einsetz/Entnahme-Mechanismus 72, jedoch kann die einzige Umschalteinheit 60 mehrere Einsetz/Entnahme-Mechanismen 72 enthalten. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen Gegenstand (im oben beschriebenen Beispiel ein Werkzeug 100) auszutauschen, der durch die erste Haltevorrichtung gehalten wird, ohne die Umschalteinheit 60 zwei Mal hin und her zu bewegen.
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In der obigen Beschreibung wird der Zustand des Einspannmechanismus 51 unter Verwendung des Drehungsdrehmoments der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 geändert, jedoch kann das verwendete Drehmoment ein Ausgangsdrehmoment von einer anderen Vorrichtung sein. Zum Beispiel enthalten einige Mehrzweckmaschinen wie etwa die Werkzeugmaschine 10 eine Hauptspindelvorrichtung für ein rotierendes Produktionswerkzeug zusätzlich zum Werkzeugständer 18 und zum Revolver 19. In einer derartigen Mehrzweckmaschine kann der Einspannzustand des Einspannmechanismus 51 unter Verwendung des Drehungsdrehmoments der Werkzeughauptspindelvorrichtung geändert werden. Insbesondere kann die Eingangswelle 62 der Umschalteinheit 60 anstelle eines rotierenden Werkzeugs durch die Werkzeughauptspindelvorrichtung gehalten werden (damit gekoppelt sein), und in diesem Fall fungiert die Werkzeughauptspindelvorrichtung als die zweite Haltevorrichtung. In einer weiteren Konfiguration enthalten einige Werkzeugmaschinen 10 zwei oder mehr Revolver und eine gegenüberliegende Hauptspindelvorrichtung, die derart bereitgestellt ist, dass sie der Werkstückhauptspindelvorrichtung 31 zugewandt ist. In einer derartigen Werkzeugmaschine kann der Zustand des Einspannmechanismus 51 unter Verwendung des Drehungsdrehmoments von jedem Revolver und des Drehungsdrehmoments der gegenüberliegenden Hauptspindelvorrichtung geändert werden. Mit anderen Worten, die Eingangswelle 62 der Umschalteinheit 60 kann mit dem Revolver und der gegenüberliegenden Hauptspindel gekoppelt sein.
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Obwohl die obige Beschreibung anhand des Beispiels des Änderns des Einspannzustands des Einspannmechanismus 51, der am Revolver 19 angebracht ist, vorgenommen wird, ist die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technologie ebenso auf das Ändern des Zustands eines anderen, manuell bedienbaren Einspannmechanismus 51 anwendbar. Zum Beispiel hält der Reitstock 16 die Reitstockspitze durch einen manuell bedienbaren Einspannmechanismus. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technologie ist ebenfalls auf das Wechseln des Einspannzustands des Einspannmechanismus des Reitstocks 16 anwendbar. Insbesondere fungiert in diesem Fall der Reitstock 16 als die erste Haltevorrichtung. An einem Bearbeitungszentrum wird das Werkstück 100 durch mehrere Spannvorrichtungen (Einspannmechanismen) eingespannt, während es auf einem Arbeitstisch angeordnet wird. Üblicherweise wird der Einspannzustand jeder Spannvorrichtung durch manuelle Bedienung z. B. unter Verwendung eines Sechskantschlüssels geändert. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Umschalteinheit 60 kann verwendet werden, um den Einspannzustand von jeder Spannvorrichtung (jedem Einspannmechanismus) zu ändern, die konfiguriert ist, ein Werkstück zu halten. Insbesondere fungiert in diesem Fall der Arbeitstisch als die erste Haltevorrichtung.
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Bezugszeichenliste
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10 Werkzeugmaschine, 16 Reitstock, 18 Werkzeugständer, 19 Revolver, 20 maschineninterner Roboter, 22 Handmechanismus, 32 Werkstückhauptspindel, 33 Spannkopf, 34 Steuereinrichtung, 48 Zentrieransatzloch, 50 Werkzeughalter, 51 Einspannmechanismus, 52 Zugstange, 54 Einspannrastelement, 56 Drehkörper, 58 Drehmomenteingangsloch, 60 Umschalteinheit, 62 Eingangswelle, 64 Ausgangswelle, 66, 68 Lager, 70 Übertragungsmechanismus, 72 Einsetz/Entnahme-Mechanismus, 74 Greifer, 76 gesteuerter Luftzylinder, 100 Werkzeug, 102 Werkzeugadapter, 110 Werkstück, 120 Reitstockspitze.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018012003 [0001]
- JP 2016144853 A [0006]
- JP 2016055370 A [0007]
- JP 2016055370 [0007]
