DE19916710A1 - Werkzeugantriebseinrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Eine Werkzeugantriebseinrichtung, die insbesondere für Werkzeugmaschinen vorgesehen ist, weist einen internen Antrieb auf, der zum Antrieb eines Werkzeugs dient. Außerdem ist eine Steuereinrichtgung vorgesehen, die die Bewegung der Werkzeugantriebseinrichtungen erfasst und deren Antrieb entsprechend steuert. Die Steuerung der Werkzeugantriebseinrichtung kann somit unabhängig von der sonstigen Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugantriebseinrich­ tung, die insbesondere für den Einsatz in Werkzeugmaschi­ nen oder in Bearbeitungseinheiten von Bearbeitungszentren eingerichtet ist und die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen.

Insbesondere für Zerspanungsaufgaben werden Werkzeug­ maschinen bspw. zum Bohren, Drehen, Fräsen usw. verwendet.

Das Werkzeug wird in eine entsprechende Werkzeugaufnahme oder eingesetzt, die in der Arbeitsspindel der betreffen­ den Werkzeugmaschine befestigt wird. Es stehen unter­ schiedliche Werkzeugaufnahmen zur Verfügung.

Während des Bearbeitungsvorgangs werden die Arbeits­ spindeln von zugehörigen Antriebsvorrichtungen angetrie­ ben. Zur Steuerung der Spindelbewegung, insbesondere ihrer Drehung und/oder Verstellung, dienen Steuereinrichtungen, die erweiterte elektronische Schaltungen oder Ablaufpro­ gramme beinhalten können.

Die Drehzahl der Spindel wird von der Steuereinrich­ tung innerhalb eines Drehzahlbereichs festgelegt. Dieser ist naturgemäß begrenzt. Gelegentlich werden, bspw. für sehr kleine Werkzeugdurchmesser oder aus anderen Gründen, Drehzahlen gefordert, die außerhalb des Drehzahlbereichs der Spindel liegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugantriebs­ einrichtung zu schaffen, die den Anwendungsbereich einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungseinheit erweitert. Dies soll möglichst ohne Eingriff in die vorhandene Maschinen­ steuerung geschehen.

Diese Aufgabe wird mit einer Werkzeugantriebseinrich­ tung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf­ weist.

Die erfindungsgemäße Werkzeugantriebseinrichtung weist einen Spindeleinsatz auf, der in einer Maschinen­ spindel vorzugsweise drehfest eingespannt werden und ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken tragen kann. Der Befestigung des Spindeleinsatzes in der Maschinenspindel dient eine Kupplungseinrichtung. Zum Antreiben des Werk­ zeugs ist in dem Spindeleinsatz ein Antrieb vorgesehen, der von einer außerhalb des Spindeleinsatzes angeordneten Speisequelle gespeist und von einer Steuereinrichtung ge­ steuert werden kann. Die Speisung wird über ein mit den Zuleitungen des Antriebs verbindbares Koppelmittel bewerk­ stelligt. Die Steuerung des Antriebs erfolgt in Abhängig­ keit von der Bewegung der Maschinenspindel, zu deren Er­ fassung die Werkzeugantriebseinrichtung eine Erfassungs­ einrichtung aufweist.

Von der Bewegung der Spindel wird mittels der Erfas­ sungseinrichtung ein bspw. die Drehzahl kennzeichnendes Signal gewonnen, das als Eingangssignal für die Steuerein­ richtung verwendet wird, um den Antrieb des Werkzeugs und somit dessen Bewegung zu steuern. Die Erfassung der Dreh­ zahl erfordert keinerlei Zugriff auf die Maschinensteue­ rung, insbesondere werden keine von der Maschinensteuerung herrührenden Steuersignale benötigt. Die Steuereinrichtung ist von der sonstigen Maschinensteuerung getrennt, unab­ hängig und somit autark.

Die Energieversorgung kann, sofern erwünscht, durch Anzapfung der Maschinensteuerung oder der Speisequelle der Werkzeugmaschine erfolgen. Es kann jedoch auch eine eigene Speisequelle zur Energieversorgung vorgesehen werden.

Mit der Werkzeugantriebseinrichtung ist es möglich, die Drehzahl der Maschinenspindeln über die Möglichkeiten der Maschinenspindel hinaus zu Vergrößern. Anders als bei einem passiven Vorsatzgetriebe kann hier durch die zusätz­ liche Leistungseinspeisung in dem Antrieb an dem Werkzeug insgesamt eine Leistung umgesetzt werden, die die Leistung der Maschinenspindel übersteigt. Das maximale Drehmoment kann vollständig erhalten werden, während die Drehzahl vergrößert wird.

Der Spindeleinsatz weist eine Kupplungseinrichtung, z. B. einen Steilkegelschaft, auf, der eine sichere, dreh­ feste und wieder lösbare Verbindung mit der Maschinenspin­ del ermöglicht. Außerdem weist er ein im Wesentlichen zy­ lindrisches, ein- oder mehrteiliges Gehäuse auf, in dessen Inneren der Antrieb angeordnet ist.

Sollen Zerspanungsoperationen mit drehendem Werkzeug ausgeführt werden, ist der Antrieb als Drehantrieb ausge­ bildet. Zum Antreiben des Werkzeugs dient dann ein Motor, z. B. ein Elektromotor. Es können Gleichstrommotoren Syn­ chronmotoren oder Asynchronmotoren für ein oder mehrphasi­ gen Wechselstrom Verwendung finden. Es können auch hydrau­ lische oder pneumatische Antriebe verwendet werden, mit denen Dreh- oder Axialbewegungen des Werkzeugs erzielt werden können. Die Motoren können direkt oder über ein Getriebe antriebsmäßig mit dem Werkzeug verbunden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Aufnahme des Werkzeugs eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen, die eine Werkzeugspindel aufweist, in die das Werkzeug drehfest eingespannt wird. Innen weist die Werk­ zeugspindel vorzugsweise die Form eines Konus auf. Die Werkzeugspindel wird dann durch eine drehbar gelagerte Welle gebildet und ragt aus dem Gehäuse hinaus. Die Welle ist mit einem umlaufenden Teil des Motors (Innen- oder Außenläufer) drehfest verbunden. Vorzugsweise sind die Welle und die Werkzeugspindel rotationssymmetrisch zu ei­ ner durch die Maschinenspindel festgelegten Drehachse aus­ gebildet. Die Werkzeugspindel kann jedoch auch ein Schnellspannelement, ein Spannfutter und dgl. tragen.

Zur Speisung des Elektromotors mit Energie ist minde­ stens ein Schleifring vorgesehen, der an der Außenseite des Gehäuses, von diesem elektrisch isoliert angebracht ist und mit einem zugehörigen Schleifkontakt des Koppel­ mittels in Eingriff gebracht werden kann. Bei der Drehbe­ wegung der Maschinenspindel schleifen die Schleifkontakte an den Schleifringen und stellen somit die Energiezufuhr zum Antrieb sicher. Statt Schleifkontakte können auch Rol­ len verwendet werden. Die Speisung kann auch berührungs­ los, bspw. transformatorisch erfolgen.

Die Schleifringe sind vorzugsweise an einem kegelför­ migen Teil des Gehäuses angeordnet, dessen Durchmesser von der Maschinenspindel weg zunimmt. Die Schleifringe haben deshalb unterschiedliche Durchmesser. Der kleinste Durch­ messer ist größer als derjenige eines beliebigen Teils der Kupplungseinrichtung. Dadurch kann der Spindeleinsatz in die Maschinenspindel eingeführt werden kann, ohne die Lage des Kontaktsatzes zu verändern. Dieser kann dann starr an der Werkzeugmaschine befestigt sein, wobei er vorzugsweise leicht gekippt, der Steigung des kegelförmigen Gehäuseteil entsprechend angeordnet ist. Beim Einführen des Spindel­ einsatzes wird der Kontakt zwischen den Schleifringen und den Schleifkontakten von selbst hergestellt. Der Kontakt­ satz kann auch verstellbar und oder separat gelagert sein.

Die Sicherheit des Werkzeugantriebseinrichtung wird erhöht, wenn nur während des Bearbeitungsvorgangs Spannung an den Schleifkontakten anliegt. Werden mit der Erfas­ sungseinrichtung Umdrehungszahlen detektiert, die minde­ stens so groß sind wie ein definierter Schwellwert, vor­ zugsweise 30 U/min. wird bspw. durch automatisches Schlie­ ßen eines Schalters die Stromzufuhr zu den Schleifkontak­ ten ermöglicht. Bei Drehzahlen unterhalb des Schwellwertes wird der Stromkreis geöffnet.

Zur Drehzahlerfassung werden berührungslose, magneti­ sche oder optische Methoden bevorzugt. Es kann z. B. ein mit dem Spindeleinsatz oder der Maschinenspindel drehbar verbundenes Metallteil dazu dienen, bei jeder Umdrehung einen kurzen Spannungsimpuls in einer feststehenden Spule zu induzieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Erfassungseinrichtung einen Signalgeber, insbesondere eine Lichtquelle, und einen Signalaufnehmer, insbesondere einen Lichtsensor, auf. Die Erfassungseinrichtung wird vorzugs­ weise an der Werkzeugmaschine, bspw. an dem die Maschinen­ spindel führenden Spindelstock, oder dem Kontaktsatzträger zur Justierung verstellbar angebracht. An der Werkzeug­ kupplung oder an der Maschinenspindel wird eine Markierung, bspw. ein schmales Metallplättchen, befestigt, das von der Lichtquelle ausgesandtes Licht reflektiert. Ein dadurch erzeugtes, die Drehzahl der Maschinenspindel kennzeichnendes Signal, bspw. ein dazu proportionales Im­ pulssignal, wird dann zur Steuereinrichtung gesendet.

Als Markierung kann ein kreisringförmiger Klemmkörper dienen, der andere optische Eigenschaften aufweist, als das die Stelle, an der er zu befestigen ist. Der Klemm­ körper kann eine Unterbrechung oder Ausnehmung aufweisen.

Der Durchgang der Unterbrechung oder Ausnehmung vor dem Sensor erzeugt das Signal.

Es können außerdem Markierungen vorgesehen werden, die bei jeder Umdrehung mehrere Sensorsignale verursachen. Die Markierungen können im einfachsten Fall gleichmäßig beabstandet und bspw. an einem Klebeband vorgesehen sein.

Die Steuereinrichtung nutzt die von der erfassungs­ einrichtung ankommenden Signale, um ein entsprechendes Speisesignal für den Antrieb zu generieren. So kann der Drehzahlbereich des Werkzeugs mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erweitert werden. Vorhandene Werkzeugmaschinen werden damit ohne Eingriff in deren Mechanik oder Elek­ tronik vielseitiger verwendbar gemacht.

Die Steuereinrichtung kann in den Spindeleinsatz in­ tegriert werden oder separat untergebracht werden. Sie kann ferner mittels entsprechender auf einem Rechner ab­ laufenden Programme gesteuert werden. Für den Benutzer kann eine Bedienoberfläche vorgesehen werden.

Vorzugsweise ist zur Kühlung des Werkzeugs in der Werkzeugantriebseinrichtung mindestens eine Zufuhrleitung für Kühlflüssigkeit oder Druckluft sowie eine nach außen führende vorzugsweise schwenkbar angeordnete Düse, bspw. aus Kunststoff, vorgesehen. Außerdem kann dadurch auch gleichzeitig die Wärme aus der Werkzeugantriebseinrichtung abgeleitet werden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungs­ formen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung und/oder der zugehörigen Beschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Ge­ genstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugantriebseinrich­ tung in einer teilweise schematisierten Vorderansicht,

Fig. 2 die Vorderansicht der Werkzeugantriebseinrich­ tung aus Fig. 1 in einer teilweise aufgeschnittenen und teilweise schematisierten Darstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des in der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung aus Fig. 1 und 2 verwendeten Koppelmittels in einer teilweise schematisierten Darstellung,

Fig. 4 eine Draufsicht des Koppelmittels aus Fig. 1 bis 3 in einer teilweise schematisierten Darstellung, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Arbeitsprin­ zips der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Eine Werkzeugantriebseinrichtung 1 weist, wie sie schematisch und in Gesamtansicht in Fig. 1 veranschaulicht ist, ein Gehäuse 2 auf, das eine im Wesentlichen etwa zy­ lindrische Grundform aufweist. An einem Ende ist an dem Gehäuse 2 ein Steilkegelschaft 3 ausgebildet, der zur Auf­ nahme in einem entsprechenden, nicht weiter veranschau­ lichten Futter einer Maschinenspindel vorgesehen ist. An den Steilkegelschaft 3 schließt sich eine Greifscheibe 4 an. Ein kurzer zylindrischer Abschnitt 5, der sich unmit­ telbar an die Greifscheibe 4 anschließt, jedoch einen ge­ ringeren Durchmesser als diese aufweist, dient als Träger für Marken 6, deren Beschaffenheit und Bedeutung an späte­ rer Stelle erläutert wird.

An den zylindrischen Abschnitt 5 anschließend ist ein konischer Anschlussabschnitt 7 ausgebildet, dessen gering­ ster Durchmesser an den zylindrischen Abschnitt 5 an­ schließt. Der Durchmesser ist hier jedoch bereits größer als der der Greifscheibe. Der konische Anschlussabschnitt 7 weist einen oder mehrere, im vorliegenden Beispiel drei Schleifringe 8 (8a, 8b, 8c) auf, die der Stromversorgung eines in dem Gehäuse 2 untergebrachten, aus Fig. 2 er­ sichtlichen Antriebs 9 dienen. Den Schleifringen 8 und der Markierung 6 ist ein Anschlusskopf 11 zugeordnet, der ei­ nen Kontaktträger 12 und eine Sensoreinheit 14 trägt. Der Anschlusskopf 11 ist vorzugsweise fest an der Werkzeug­ maschine zu montieren, an der die Werkzeugantriebseinrich­ tung 1 zu verwenden ist. Alternativ kann der Anschlusskopf 11 auf einem Träger montiert sein, der eine Radialbewegung des Anschlusskopfes 11 zulässt und diesen nur in Anschluss­ position bringt, wenn die Werkzeugantriebseinheit 1 an der Maschinenspindel zu befestigen ist. Sollen andere Werkzeuge benutzt werden, kann der Anschlusskopf 11 dann aus dem Wege gefahren werden. Dies ist jedoch in den meis­ ten Fällen nicht erforderlich.

Die Werkzeugantriebseinheit 1 weist im Anschluss an den konischen Anschlussabschnitt 7 einen zylindrischen Gehäuseteil 15 auf, dessen von dem Steilkegel 3 abliegen­ des Ende mit einem Deckel 16 verschlossen ist. Dieser weit eine Zentralöffnung auf, durch die eine drehbar gelagerte Spindel 17 ragt. Diese ist zur Aufnahme von Werkzeugen eingerichtet und weist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, dazu einen Innenkonus 18 auf. Der Spindel 17 benachbart ist eine vorzugsweise beweglich gelagerte Düse 19 angeordnet, die mit einem Kanal 21 in Verbindung steht, der der Zufüh­ rung von Kühlschmiermittel dienen kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist in dem Innenraum des Gehäuses 2, vorzugsweise im Wesentlichen in einem von dem Gehäuseteil 15 umschlossenen Innenraum der Antrieb 9 in Form eines Elektromotors 22 angeordnet. Die Spindel 17 bildet die Motorwelle und ist an beiden Enden des Elektro­ motors 22 durch Kugellager 23, 24 drehbar gelagert. Der Elektromotor 22 kann ein Servomotor, ein Schrittmotor, ein Drehstromasynchronmotor, ein Synchronmotor oder ein ander­ weitiger geeigneter Elektromotor sein. Er kann als Schei­ ben- oder Glockenläufermotor aufgebaut sein, wenn geringe Trägheitsmomente erforderlich sind. Außerdem kann zwischen dem Elektromotor 22 und der durch den Innenkonus 18 gebil­ deten Kupplung zum Ankuppeln eines Werkzeugs ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, vorgesehen sein, um die Drehzahl zu verändern, insbesondere zu erhöhen oder um zusätzliche Bewegungen, wie beispielsweise Axialbewegun­ gen, zu erzeugen. Bedarfsweise kann dies auch mit weiteren Antrieben erfolgen.

Von dem Stator 25 des Elektromotors 22 ausgehend füh­ ren Leitungen 26 zu den Schleifringen 8, die ununterbro­ chen und konzentrisch zu einer Drehachse 27 angeordnet sind. Ebenfalls konzentrisch zu dieser Drehachse 27 sind der Steilkegelschaft 3, das Gehäuse 2 und die Spindel 17 angeordnet.

Der Anschlusskopf 11 ist in den Fig. 3 und 4 geson­ dert veranschaulicht. An seiner der Werkzeugantriebsein­ richtung 1 zugewandten Seite 31 sind Schleifkontakte 32 (32a, 32b, 32c) angeordnet, die durch Federn 33 radial in Richtung eines in Fig. 4 angedeuteten Pfeiles 34 auf die Drehachse 27 zu vorgespannt sind. Die Schleifkontakte 32 sind über Leitungen 35 an eine Ansteuereinheit 36 ange­ schlossen. Die Ansteuereinheit 36 erzeugt Ansteuersignale für den Antrieb 9, der in Fig. 5 als Block dargestellt ist.

Die Ansteuereinheit 36 ist außerdem an den Sensorkopf 14 angeschlossen und erhält von diesem Signale, die der Drehzahl der Maschinenspindel entsprechen. Dazu sind die Markierungen 6 vorgesehen (Fig. 1 und 2), die mit dem Sen­ sorkopf 14 zusammenwirken. Die Markierungen können bei­ spielsweise Ausnehmungen oder Vorsprünge an dem Abschnitt 5 der Werkzeugantriebseinheit 1 sein. Der Sensorkopf 14 enthält dann eine entsprechende Erfassungseinrichtung für diese Ausnehmungen oder Vorsprünge, beispielsweise eine magnetische Erfassungseinrichtung. Im vorliegenden Fall basiert der Sensorkopf 14 jedoch auf optischem Prinzip. Eine Lichtquelle 37 beleuchtet den Abschnitt 5 und das reflektierte Licht wird von einem Sensor 38 registriert. Die Markierung 6 weist ein gegenüber dem sonstigen Ab­ schnitt 5 abweichendes Reflexionsverhalten auf. Beispiels­ weise kann die Markierung 6 durch einen geschlitzten Kunststoffring gebildet werden, der den Abschnitt 5 teil­ weise umgreift und zwischen seinen beiden, einander gegen­ überliegenden freien Enden einen kleineren Abschnitt frei lässt, dessen Durchgang von dem Sensorkopf 14 erfasst wird. Damit wird bei jeder Umdrehung der Maschinenspindel und somit mit jeder Umdrehung der Werkzeugantriebseinrich­ tung 1 an dem Sensor 14 ein Signal erzeugt. Alternativ können mehrere Marken vorgesehen werden, die dann mehrere Signale erzeugen. Als Markierungen 6 können an Stelle des Kunststoffrings bedarfsweise anderweitige Einrichtungen, wie beispielsweise einfarbiges oder mit Markierungen ver­ sehenes Klebeband, verwendet werden.

Die Ansteuereinheit 36 erzeugt an ihrem Ausgang 41 Signale, die der Frequenz der an ihrem Eingang 42 empfan­ genen Signale entsprechen. Die Entsprechung kann über ein Bedienterminal 43 festgelegt werden, mit dem dann bei­ spielweise festlegbar ist, welche Eingangsdrehzahl (Ein­ gang 42), welche Ausgangsdrehzahl (Ausgang 41) erzeugt. Alternativ kann die Entsprechung fest eingestellt oder über eine Datenschnittstelle mit einem Computer einstell­ bar sein.

Die insoweit beschriebene Werkzeugantriebseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:

Die Werkzeugantriebseinrichtung 1 kann in dem Magazin einer Werkzeugmaschine oder in einer gesonderten Aufbewah­ rungseinrichtung vorgehalten werden. Beispielsweise kann es mit einem Werkzeug vorbestückt sein, das mit seinem Schaft in dem Innenkonus 8 der Spindel 17 aufgenommen ist. Zur Einrichtung auf den Betrieb mit der erfindungsgemäßen Werkzeugantriebseinrichtung 1 ist an der Werkzeugmaschine in der Nähe der Spindel an geeigneter Stelle der An­ schlusskopf 11 zu montieren. Dieser verbleibt in oder an der Werkzeugmaschine. Der Anschlusskopf 11 ist dabei in einer Entfernung von der Arbeitsspindel angeordnet, die einen freien Durchgang einer Greifscheibe 4 gestattet, so dass der Anschlusskopf 11 das Wechseln eines herkömmlichen Werkzeugs nicht behindert.

Außerdem wird in oder an der Werkzeugmaschine die Steuereinrichtung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 mon­ tiert. Zu dieser Steuereinrichtung gehören die Ansteuer­ einheit 36 und eine eventuell vorhandene Bedieneinheit 43. Es soll nun die Werkzeugantriebseinheit 1 betrieben wer­ den, wird diese wie ein herkömmliches Werkzeug in die Ma­ schinenspindel eingesetzt, d. h. an diese angekoppelt. Dies erfolgt im Wesentlichen durch eine Axialbewegung in Rich­ tung der Drehachse 27. Die Greifscheibe 4 geht dabei an dem Kontaktkopf 12 vorbei, ohne diesen zu berühren. Wäh­ rend der Steilkegelschaft 3 in eine entsprechende Aufnahme findet, kommen die Kontakte 32 des Kontaktkopfs 12 mit den Schleifringen 8 in Berührung. Außerdem kommt die Markie­ rung 6 in das Gesichtsfeld des Sensorkopfs 14.

An der Bedieneinheit 43 wird nun oder zuvor einge­ stellt, wie der Antrieb 9, ausgehend von Ansteuerimpulsen, angesteuert werden soll, die von dem Sensorkopf 14 gelie­ fert werden. Beispielsweise kann ein festes Drehzahlver­ hältnis eingestellt werden. Wird das Drehzahlverhältnis beispielsweise auf den Faktor 5 eingestellt, veranlasst eine Drehung der Maschinenspindel mit 100 U/min die Steu­ ereinheit 36, Impulse für 500 U/min abzugeben, so dass der Antrieb 9 entsprechend angesteuert wird. Die Drehzahlen addieren sich dann, so dass die Spindel 17 mit 600 U/min läuft. Wird die Drehzahl der Maschinenspindel beispiels­ weise auf 5000 U/min erhöht, wird der Antrieb 9 mit der fünffachen Drehzahl, d. h. mit 25 000 U/min angesteuert. Diese addieren sich zu der Spindeldrehzahl, so dass die Spindel 17 letztendlich mit 30 000 U/min läuft.

Auf diese Weise lassen sich Drehzahlen erreichen, die der Maschinenspindel sonst nicht zugänglich wären. Außer­ dem kann durch die Bedieneinheit 43 bedarfsweise eine stu­ fenlose Änderung der Drehzahl der Spindel 17 herbeigeführt werden.

Abweichend von der vorbeschriebenen Ausführungsform ist es ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen mög­ lich, die Ansteuereinheit 36 und die Bedieneinheit 40 in die Werkzeugantriebseinheit 1 zu integrieren. Die Markie­ rung 6 ist dann ortsfest außerhalb der Werkzeugantriebs­ einrichtung 1 anzubringen. Anstelle der Markierung 6 ist an der Werkzeugantriebseinrichtung 1 ein entsprechender Lesekopf vorzusehen. Die Einstellung der Ansteuereinheit 36 erfolgt dann beispielsweise durch Vorprogrammierung, wenn die Werkzeugantriebseinrichtung 1 von der Werkzeug­ maschine getrennt ist. Es können Bedienelemente an der Werkzeugantriebseinheit oder eine Schnittstelle zum An­ schluss eines Computers oder einer sonstigen Bedieneinheit vorgesehen werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Energiezufuhr, wie aus Fig. 1 oder 2 ersichtlich, von au­ ßen erfolgen.

Die vorbeschriebenen Ausführungsformen haben den Vor­ zug, dass auch nicht ganzzahlige Drehzahlverhältnisse durch entsprechende Programmierung der Ansteuereinheit 36 einstellbar sind. Bedarfsweise kann jedoch auf diese Programmierbarkeit verzichtet werden. Bei einer verein­ fachten Ausführungsform ist es dann beispielsweise auch möglich, eine Drehzahländerung lediglich durch Änderung der Anzahl der auf dem Abschnitt 5 vorhandenen Marken 6 zu erreichen. Hierzu kann geeignetes mit Marken versehenes Klebeband verwendet werden. Auch können die Marken selbst durch Klebeband dargestellt werden. In allen Fällen wird die Steuerung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 ohne Ein­ griff in die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine er­ reicht.

Eine Werkzeugantriebseinrichtung 1, die insbesondere für Werkzeugmaschinen vorgesehen ist, weist einen internen Antrieb 9 auf, der zum Antrieb eines Werkzeugs dient.

Außerdem ist eine Steuereinrichtung 36 vorgesehen, die die Bewegung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 erfasst und deren Antrieb 9 entsprechend steuert. Die Steuerung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 kann somit unabhängig von der sonstigen Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgen.

Claims (20)

1. Werkzeugantriebseinrichtung (1), insbesondere für Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungseinheiten in Bearbei­ tungszentren, die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen,
mit einem Spindeleinsatz (2), der eine Kupplungsein­ richtung (3), die mit der Maschinenspindel verbindbar ist, einen steuerbaren Antrieb (9) zum Antreiben eines Werk­ zeugs, der dazu eingerichtet ist, seine Speiseenergie in mechanische Energie umzuwandeln, sowie mindestens eine Zuleitung (8) aufweist, die zur Übertragung der Speisee­ nergie zu dem Antrieb (9) dient,
mit einem Koppelmittel (11), mit dem eine Energie übertragende Verbindung zwischen einer Speisequelle und dem Antrieb (9) herstellbar und auflösbar ist,
mit einer Erfassungseinrichtung (14), die zur Erfas­ sung der Bewegung der Maschinenspindel dient, und
mit einer Steuereinrichtung (36), die dazu eingerich­ tet ist, den Antrieb (9) in Abhängigkeit von der Bewegung der Maschinenspindel zu steuern.

2. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Maschinenspin­ del eine Drehbewegung ist.

3. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) ausschließlich von der Bewegung der Maschinenspindel ge­ steuert ist.

4. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (3) ein Kegelschaft ist, der in eine Maschinenspindel ein­ spannbar ist, und dass im Anschluss an eine sich anschlie­ ßende Greifscheibe (4) mit einer für automatischen Werk­ zeugwechsel ausgelegten Greiferrille ein Zylinderabschnitt (5) als Träger für eine Markierung (6) vorgesehen ist.

5. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass der Antrieb (9) ein als Dreh­ antrieb dienender Elektromotor (22), vorzugsweise ein Gleichstrommotor oder ein Ein- oder Mehrphasen-Synchron- oder Asynchronmotor, ist.

6. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass der Antrieb (9) mit einer Auf­ nahmevorrichtung (18) für ein Werkzeug antriebsmäßig verbunden ist.

7. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (18) für das Werkzeug an der der Kupplungseinrichtung (3) ge­ genüberliegenden Seite an einer Spindel (17) aus dem Ge­ häuse (2) hinausragt und vorzugsweise als Innenkonus aus­ gebildet ist.

8. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Spindel (17) rotationssymme­ trisch zu einer durch die Maschinenspindel festgelegten Drehachse (27) ausgebildet ist.

9. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (8) ein oder meh­ rere Schleifringe (8) enthält, die an der Außenseite des Gehäuses (2) angebracht und von diesem elektrisch isoliert sind.

10. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, dass der Schleifring oder die Schleifringe (8) an einem kegelförmigen Teil (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist bzw. sind, wobei der Durch­ messer des kleinsten Schleifrings (8) mindestens so groß ist wie der größte Durchmesser, den die Werkzeugkupplung (3) oder eine sich anschließende Greifscheibe (4) auf­ weist.

11. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (11) im Wesentlichen einen Kontaktsatz (32) aufweist, zu dem ein oder mehrere Schleifkontakte (32a, 32b, 32c), vor­ zugsweise der Anzahl der Schleifringe (8) entsprechend, gehören, die vorzugsweise in Form von Schleifkohlen oder Bürsten oder Rollen ausgeführt sind und über Versorgungs­ leitung an eine Speisequelle und/oder Steuereinrichtung (36) anschließbar sind.

12. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktsatz (32) beweg­ lich und vorzugsweise an der Werkzeugmaschine, bspw. an einem die Maschinenspindel tragenden Spindelstock, ange­ bracht ist.

13. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 11 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schleifkontakten (32a, 32b, 32c) erst dann Spannung anliegt, wenn mit der Erfassungseinrichtung (12) eine Drehbewegung der Maschi­ nenspindel mit einer Mindestumdrehungszahl von vorzugs­ weise 30 U/min detektiert wird.

14. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Drehbewegung berührungslos und vorzugsweise optisch oder magnetisch erfolgt.

15. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (12) einen Signalgeber (37) zum Aussenden eines Signals und einen Signalaufnehmer (38) zum Detektieren desselben aufweist.

16. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (37) eine Lichtquelle und der Signalaufnehmer (38) ein Lichtsensor ist.

17. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Signalgeber (37) und den Signalaufnehmer (38) gebildete Erfassungsein­ richtung (12) vorzugsweise an der Werkzeugmaschine, bspw. an dem die Maschinenspindel führenden Spindelstock, in Bezug auf ihre Höhe und Lage verstellbar angebracht ist.

18. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Maschinenspindel oder an der Werkzeugantriebseinrichtung (1), ein Reflexions­ mittel (6), bspw. ein Plättchen oder eine Folie, an­ gebracht und derart ausgerichtet ist, dass es das von der Lichtquelle ausgesandte Licht zu dem Sensor reflektiert.

19. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugantriebsein­ richtung (1), vorzugsweise an einem zylindrischen Ab­ schnitt (5), ein im Wesentlichen kreisringförmiger, be­ darfsweise mit einer Unterbrechung oder Ausnehmung verse­ hener Klemmkörper anbringbar ist, der eine Oberfläche auf­ weist, die andere Reflexionseigenschaften aufweist als die Fläche, auf oder an der er gelagert und gehalten ist.

20. Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Zufuhrlei­ tung (21), die vorzugsweise innerhalb des Gehäuses (2) und im Wesentlichen parallel seiner Drehachse (27) angeordnet ist, und eine nach außen führende vorzugsweise schwenkbar angeordnete Düse (19), bspw. aus Kunststoff, aufweist, die zum Zuführen von Kühlflüssigkeit, Druckluft oder ähnlichem Medium zu dem Werkzeug dienen.