DE60034882T2

DE60034882T2 - Werkzeugpositioniermethode, werkzeugpositioniervorrichtung und mechanische zuführeinrichtung zum positionieren eines werkzeuges

Info

Publication number: DE60034882T2
Application number: DE60034882T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Tokorozawa-shi KOKUBO; Takeshi Tokorozawa-shi OKABE; Masahiko Tokorozawa-shi WATANABE
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: EP1177846A4; EP1177846B1; ATE362411T1; EP1177846A1; US6636777B1; WO2000054913A1; JP4475824B2; EP1177846B8; TW457145B; DE60034882D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugpositionierverfahren und eine Werkzeugpositioniereinheit zum Positionieren der Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf die Mittelachse einer Stange. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromzuführeinrichtung zum Positionieren der Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf die Mittelachse einer Stange.
ZUGRUNDE LIEGENDE TECHNIK
Bei der spanabhebenden Bearbeitung einer äußeren Umfangsfläche eines stangenförmigen Werkstücks (im Folgenden als Stange bezeichnet) mit einer Drehmaschine beginnt die spanabhebende Bearbeitung für gewöhnlich erst, nachdem die Spitze eines auf einem Werkzeugschlitten eingespannten Werkzeugs, zum Beispiel die Spitze eines Drehmeißels, in Bezug auf eine Mittellinie oder Mittelachse der Stange positioniert wurde. Wenn zum Beispiel ein Werkzeugschlitten (im Folgenden als ebene Werkzeughalterung bezeichnet) zur Halterung einer Vielzahl von Werkzeugen in einer parallelen Anordnung auf einer Werkzeugmaschine, zum Beispiel auf einer numerisch gesteuerten (NC) Drehmaschine angebracht ist, die automatisch verschiedene spanabhebende Prozesse, darunter vor allem Drehen, ausführen kann, ist die ebene Werkzeughalterung üblicherweise so beschaffen, dass sie sich in zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen (z.B. in Richtung der x-Achse und der y-Achse) parallel zu einer Ebene bewegen kann, die senkrecht zur Mittelachse einer fest in einer Drehspindel eingespannten Stange steht. Bei dieser Anordnung wird die Zielposition oder der Weg der Spitze eines bestimmten Werkzeugs zur spanabhebenden Bearbeitung der Stange mittels dieses Werkzeugs in x-y-Koordinaten eingestellt, während die Lagekoordinaten der Mittelachse der Stange im x-y-Koordinatensystem auf dem Drehmaschinenbett als Bezugswert oder als Ursprung angesehen werden.
Beim Auswählen eines Werkzeugs wird die ebene Werkzeughalterung beispielsweise parallel oder in Richtung der y-Achse (entlang der parallelen Werkzeuganordnung) bis zu einer Stelle verschoben, an der sich die Spitzen der in der ebenen Werkzeughalterung eingespannten Werkzeuge nicht in Kontakt mit der Stange befinden. In dem Augenblick, da die Spitze des auszuwählenden gewünschten Werkzeugs auf die Mittelachse der Stange in Richtung der x-Achse ausgerichtet wurde, ist die Auswahl des Werkzeugs beendet. Von dieser Position aus wird die Werkzeughalterung parallel zur Richtung der x-Achse verschoben, bis die Spitze oder Schneidenspitze des ausgewählten Werkzeugs die Stange berührt, und die spanabhebende Bearbeitung kann beginnen. Wenn es sich bei dem ausgewählten Werkzeug beispielsweise um einen Drehmeißel handelt, wird die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeughalterung so gesteuert, dass der Drehmeißel sowohl eine bestimmte Schnitttiefe an der Stange als auch eine rückwärtige oder Warteposition der Schneidenspitze einnimmt, wenn der Drehmeißel gerade nicht genutzt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung unter dem Begriff „die Spitze eines Werkzeugs" oder „die Schneidenspitze eines Werkzeugs" ein Bereich des Werkzeugs zu verstehen ist, der zuerst in Kontakt mit der Stange gebracht wird, bevor mit der spanabhebenden Bearbeitung begonnen wird.
Die oben beschriebenen Vorschubbewegungen der Werkzeughalterung in Richtung der y-Achse (während der Auswahl des Werkzeugs) und in Richtung der x-Achse (während der spanabhebenden Bearbeitung) erfolgen in Übereinstimmung mit den vorgegebenen Koordinatendaten für die Position des an der ebenen Werkzeughalterung ausgewählten Werkzeugs und für die Zielposition der Spitze des ausgewählten Werkzeugs während der spanabhebenden Bearbeitung. Um eine hochgenaue spanabhebende Bearbeitung zu erreichen, müssen deshalb die Koordinatendaten für die Position des ausgewählten Werkzeugs unabhängig von der Art des ausgewählten Werkzeugs genau auf die Mitte der Stange als Bezugswert ausgerichtet werden. In Abhängigkeit von den Unterschieden zwischen den Formen der Schneidenspitzen und/oder vom Abnutzungsgrad der Schneidenspitzen der ausgewählten Werkzeuge kann die tatsächlich angefahrene Position der Schneidenspitze von den vorgegebenen Koordinaten abweichen, obwohl die ebene Werkzeughalterung in Übereinstimmung mit den vorgegebenen Daten richtig positioniert wurde. Zur Vermeidung solcher Nachteile müssen die vorgegebenen Koordinatendaten jedes Werkzeugs korrigiert werden, bevor mit der spanabhebenden Bearbeitung begonnen wird. In dieser Hinsicht ist in dieser Beschreibung unter dem Begriff „Positionierung" eine solche Korrektur der vorgegebenen Koordinatendaten zu verstehen.
Eine solche vorbereitende Positionieroperation der Werkzeuge wird üblicherweise bei jedem Werkzeugwechsel durchgeführt, was für den Fall typisch ist, dass zur spanabhebenden Bearbeitung einer Stange mehrere Werkzeuge verwendet werden. Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Positionieroperation im Laufe einer vorgegebenen Ablaufsteuerung als vorbereitender Schritt in einer Folge automatischer spanabhebender Bearbeitungsschritte in einer automatisch betriebenen Drehmaschine automatisch durchgeführt wird. In der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 8-118 103 ( JP-A-8-118 103 ) wird beispielsweise eine Einrichtung zum automatischen Durchführen der oben beschriebenen Positionieroperation für die Spitze eines Werkzeugs vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung beschrieben.
Diese bekannte Einrichtung beinhaltet Folgendes: ein Werkzeuganlegemittel, um einen Drehmeißel in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche einer Stange zu bringen, ein Kontaktpositions-Entscheidungsmittel zum Ermitteln einer Kontaktposition zwischen der Stange und dem Drehmeißel und ein Verarbeitungs- oder Steuerungsmittel zum Berechnen einer Position einer Mittelachse der Stange anhand der ermittelten Kontaktpositionsdaten. Das Werkzeuganlegemittel bringt die Schneidenspitze eines Drehmeißels nacheinander in Kontakt mit mindestens drei verschiedenen Positionen in axialen und Umfangsrichtungen auf der äußeren Umfangsfläche der rotierenden Stange, wobei das Kontaktpositions-Entscheidungsmittel bei jedem Kontakt eine Kontaktposition ermittelt. Dann ermittelt das Verarbeitungsmittel anhand von mindestens drei auf diese Weise ermittelten Kontaktpositionsdaten der Schneidenspitze des Drehmeißels eine Position der Mittelachse der Stange (d.h. einen berechneten Mittenwert). Der Drehmeißel wird zu einer Position gefahren, für welche dieser berechnete Mittenwert den Bezug bildet. Wenn der Drehmeißel ausgewechselt oder durch einen anderen ersetzt wird, wird nach der oben beschriebenen Prozedur für den nächsten Drehmeißel ein berechneter Mittenwert ermittelt und bei jedem Werkzeugwechsel der alte berechnete Mittenwert überschrieben.
Gemäß der obigen herkömmlichen Einrichtung zum Positionieren der Spitze eines Werkzeugs wird die Kontaktposition durch direktes Anlegen der Schneidenspitze des Drehmeißels an die äußere Umfangsfläche der rotierenden Stange festgestellt, um dadurch den berechneten Mittenwert der Stange zu ermitteln. Dadurch wird die äußere Umfangsfläche der Stange vor dem Beginn der spanabhebenden Bearbeitung leicht angeschnitten. Selbst bei nicht rotierender Stange besteht die Gefahr einer Beschädigung der äußeren Umfangsfläche der Stange durch die Schneidenspitze des Drehmeißels. Somit muss die Schneidenspitze an einer Position an die Stange angelegt werden, bei der es zum Anschneiden oder zur Beschädigung kommen kann, sodass der Wahl der Kontaktposition mit dem Werkzeug eine entscheidende Bedeutung zu kommt. Ferner besteht die Gefahr, dass die Schneidenspitze des Drehmeißels während der Positionierung einer Werkzeugspitze in einem vorbereitenden Schritt für die spanabhebende Bearbeitung abgenutzt oder beschädigt wird, wodurch die Standzeit des Drehmeißels für die eigentliche spanabhebende Bearbeitung verkürzt werden kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Werkzeugpositionierverfahren und eine Werkzeugpositioniereinheit bereitzustellen, mit deren Hilfe die Spitze eines Werkzeugs einfach und genau in Bezug auf die Mittelachse einer Stange positioniert werden kann, ohne die äußere Umfangsfläche der Stange und/oder des Werkzeugs selbst zu beschädigen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromzuführeinrichtung oder Steuereinrichtung zur Werkzeugpositionierung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Positionieroperation eines Werkzeugs durchgeführt und eine Beschädigung der äußeren Umfangsfläche einer Stange und/oder des Werkzeugs selbst verhindert werden kann.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung ein Werkzeugpositionierverfahren zur Positionierung einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines biegsamen Streifenbauteils mit einer leitfähigen Vorderseite und einer isolierenden Rückseite; festes Anbringen einer spanabhebend zu bearbeitenden Stange an einer Zerspanungsposition und Umschlingen einer äußeren Umfangsfläche der Stange mit dem Streifenbauteil derart, dass dessen Rückseite eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; Bringen eines zu positionierenden Werkzeugs in Kontakt mit der Vorderseite des Streifenbauteils; Ermitteln einer Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenbauteils zum Zeitpunkt eines gegenseitigen Kontakts, um eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug zu ermitteln; und Ermitteln einer Position einer Werkzeugspitze während einer spanabhebenden Bearbeitung anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug.
Bei diesem Werkzeugpositionierverfahren kann die Ermittlung einer Position einer Spitze des Werkzeugs einen Schritt zur Ermittlung einer Position einer Mittelachse der spanabhebend zu bearbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug und einen Schritt zur geeigneten Korrektur der vorgegebenen Positionsdaten des Werkzeugs zur spanabhebenden Bearbeitung gemäß der zuvor ermittelten Position der Mittelachse der Stange beinhalten.
Alternativ kann die Ermittlung einer Position einer Spitze des Werkzeugs einen Schritt zum mechanischen Positionieren der Spitze des Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse der spanabhebend zu bearbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug beinhalten.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Werkzeugpositioniereinheit zum Positionieren einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange bereit, wobei die Einheit Folgendes umfasst: ein biegsames Streifenbauteil mit einer leitfähigen Vorderseite und einer isolierenden Rückseite; einen Umschlingungsmechanismus zum Umschlingen einer äußeren Umfangsfläche der spanabhebend zu bearbeitenden Stange mit dem Streifenbauteil, wobei die Stange an einer Zerspanungsposition fest angebracht ist und die Rückseite des Streifenbauteils eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; einen Antriebsmechanismus, um ein zu positionierendes Werkzeug in Kontakt mit der Vorderseite des Streifenbauteils zu bringen; einen Stromzuführmechanismus, der bei einem gegenseitigen Kontakt zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenbauteils das Fließen eines elektrischen Stroms zwi schen beiden ermöglicht; einen Kontaktpositions-Entscheidungsbereich zum Erkennen einer durch den Stromzuführmechanismus verursachten Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenbauteils, um eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug zu ermitteln; und einen Korrekturverarbeitungsbereich zum Ermitteln einer Position einer Mittelachse der Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug und zum geeigneten Korrigieren der vorgegebenen Daten der Zerspanungsposition des Werkzeugs in Übereinstimmung mit der zuvor ermittelten Position der Mittelachse.
In dieser Werkzeugpositioniereinheit ist es von Vorteil, dass das Werkzeug auf einem Werkzeugschlitten einer automatisch betriebenen Drehmaschine eingespannt ist und der Antriebsmechanismus einen Antriebsmechanismus für den Werkzeugschlitten in der automatisch betriebenen Drehmaschine umfasst.
Ferner können der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich und der Korrekturverarbeitungsbereich einen Steuerbereich in einer automatisch betriebenen Drehmaschine beinhalten.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Werkzeugpositioniereinheit zum Positionieren einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange bereit, wobei die Einheit Folgendes umfasst: ein biegsames Streifenbauteil mit einer leitfähigen Vorderseite und einer isolierenden Rückseite; einen Umschlingungsmechanismus zum Umschlingen einer äußeren Umfangsfläche der spanabhebend zu bearbeitenden Stange mit dem Streifenbauteil, wobei die Stange an einer Zerspanungsposition fest angebracht ist und die Rückseite des Streifenbauteils eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; einen Antriebsmechanismus, um ein zu positionierendes Werkzeug in Kontakt mit der Vorderseite des Streifenbauteils zu bringen; einen Stromzuführmechanismus, der bei einem gegenseitigen Kontakt zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenbauteils das Fließen eines elektrischen Stroms zwi schen beiden ermöglicht; einen Kontaktpositions-Entscheidungsbereich zum Erkennen einer durch den Stromzuführmechanismus verursachten Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenbauteils, um eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug zu ermitteln; und ein Positionierbauteil zum mechanischen Positionieren einer Spitze des Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse der spanabhebend zu bearbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug.
In dieser Werkzeugpositioniereinheit ist es von Vorteil, dass das Werkzeug in einen Werkzeugschlitten einer automatisch betriebenen Drehmaschine eingespannt ist und der Antriebsmechanismus einen Antriebsmechanismus für den Werkzeugschlitten in der automatisch betriebenen Drehmaschine umfasst.
Ferner kann der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich einen Steuerbereich in einer automatisch betriebenen Drehmaschine beinhalten.
Ferner kann das Positionierbauteil eine Halterung zum festen Einspannen des Werkzeugs und einen an der Halterung befestigten Abstandshalter zum Ermitteln einer Position des Werkzeugs umfassen.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Stromzuführeinrichtung zum Positionieren der Werkzeugs, zum Positionieren einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange bereit, wobei die Zuführeinrichtung Folgendes umfasst: ein biegsames Streifenbauteil mit einer leitfähigen Vorderseite und einer isolierenden Rückseite; einen Umschlingungsmechanismus zum Umschlingen einer äußeren Umfangsfläche einer Stange mit dem Streifenbauteil, wobei die Rückseite des Streifenbauteils eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; und einen Stromzuführmechanismus, der mit der Vorderseite des Streifenbauteils elektrisch verbunden ist.
Bei dieser Stromzuführeinrichtung weist das Streifenbauteil vorzugsweise eine ringförmige Gestalt auf.
Ferner ist es von Vorteil, dass der Umschlingungsmechanismus vorzugsweise eine Spanneinheit beinhaltet, um eine Zugspannung auf das Streifenbauteil auszuüben.
Ferner ist es von Vorteil, dass der Umschlingungsmechanismus vorzugsweise eine Führungseinheit beinhaltet, damit das Streifenbauteil über einen Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr eng an einem Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange anliegt.
Alternativ kann der Umschlingungsmechanismus einen Klebstoff beinhalten, damit die Rückseite des Streifenbauteils lösbar an der äußeren Umfangsfläche der Stange haften kann.
Die Stromzuführeinrichtung kann lösbar auf einem Spindelstock einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebracht werden.
Bei dieser Anordnung beinhaltet der Stromzuführmechanismus vorzugsweise ein Elektrodenbauteil, welches in Kontakt mit der Vorderseite des Streifenbauteils steht und gegen den Spindelstock isoliert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar, wobei:
1 eine Vorderansicht einer Stromzuführeinrichtung zum Positionieren eines Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine seitliche Teilquerschnittsansicht der in 1 gezeigten Stromzuführeinrichtung ist;
3A eine Querschnittsansicht eines in der in 1 gezeigten Stromzuführeinrichtung verwendeten Streifenbauteils ist;
3B eine perspektivische Ansicht des Streifenbauteils ist;
4 eine Vorderansicht einer Werkzeugpositioniereinheit gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung teilweise in Form eines Blockschaubildes zusammen mit einer Stange und einer ebenen Werkzeughalterung ist;
5 eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit teilweise in Form eines Blockschaubildes zusammen mit der Stange und der ebenen Werkzeughalterung ist;
6 ein Ablaufplan einer Werkzeugpositionierprozedur unter Verwendung der in 4 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit ist;
7A eine schematische Darstellung des Prinzips des Zweipunkt-Kontaktverfahrens mit einem Drehmeißel zur Erläuterung des Werkzeuganlegeschritts im Positionierungsablauf von 6 ist;
7B eine schematische Darstellung des Prinzips des Zweipunkt-Kontaktverfahrens mit einem Bohrer zur Erläuterung des Werkzeuganlegeschritts ist;
7C eine schematische Darstellung des Prinzips des Dreipunkt-Kontaktverfahrens mit einem Bohrer zur Erläuterung des Werkzeuganlegeschritts ist;
8 eine Vorderansicht einer Stromzuführeinrichtung zur Werkzeugpositionierung gemäß der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine seitliche Teilquerschnittsansicht der in 8 gezeigten Stromzuführeinrichtung ist;
10 eine Vorderansicht einer Stromzuführeinrichtung zur Werkzeugpositionierung gemäß der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine seitliche Teilquerschnittsansicht der in 10 gezeigten Stromzuführeinrichtung ist;
12 eine Querschnittsansicht ist, welche eine Variante eines in der Stromzuführeinrichtung verwendeten Streifenbauteils zeigt;
13 eine Vorderansicht einer Werkzeugpositioniereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsart der vorliegenden Erfindung teilweise in Form eines Blockschaubildes zusammen mit einer Stange und einem Revolverkopf ist;
14 eine Seitenansicht der in 13 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit teilweise in Form eines Blockschaubildes zusammen mit der Stange und dem Revolverkopf ist;
15 ein Ablaufplan einer Werkzeugpositionieroperation unter Verwendung der in 13 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit ist;
16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Werkzeuganlegeschritts in der in 13 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit ist; und
17 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zusätzlichen Werkzeuganlegeschritts in der in 13 gezeigten Werkzeugpositioniereinheit ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die 1 und 2 stellen eine Stromzuführeinrichtung 10 zur Werkzeugpositionierung gemäß der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die 3A und 3B ein in der Stromzuführeinrichtung 10 verwendetes Streifenbauteil 12 und die 4 und 5 eine mit der Stromzuführeinrichtung 10 ausgestattete Werkzeugpositioniereinheit 14 gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dar. In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Komponenten durch dieselben Bezugsnummern bezeichnet. Die Positioniereinheit 14 gemäß der dargestellten Ausführungsart ist in Verbindung mit einer ebenen Werkzeughalterung 16 eingebaut, die auf einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebracht ist. Die Positioniereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann auch in Verbindung mit anderen Werkzeughalterungen verwendet werden, zum Beispiel mit einem Revolverkopf.
Gemäß den 1 und 2 beinhaltet die Stromzuführeinrichtung bzw. Steuereinrichtung 10 Folgendes: ein biegsames Streifenbauteil 12 mit einer elektrisch leitfähigen Vorderseite 12a und einer elektrisch isolierenden Rückseite 12b; einen Umschlingungsmechanismus oder eine Spanneinheit 20, damit die äußere Umfangsfläche einer spanabhebend zu bearbeitenden Stange 18, die an einer Zerspanungsposition fest eingespannt ist, von dem Streifenbauteil 12 umschlungen bleibt, wobei die Rückseite 12b eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; und einen Stromzuführmechanismus oder eine Zuführeinrichtung 22, die elektrisch mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 verbunden ist. Die Stromzuführeinrichtung 10 beinhaltet auch eine lösbar an einem Spindelstock 24 einer automatisch betriebenen Drehmaschine montierte Auf lage 26, die um einen Endteil der spanabhebend zu bearbeitenden Stange 18 herum angebracht ist, welche fest in einer (nicht gezeigten) Drehspindel als Teil des Spindelstocks 24 eingespannt ist. Wie die folgende Beschreibung zeigt, trägt die Auflage die Hauptkomponenten der Stromzuführeinrichtung 10. Gemäß den Zeichnungen wird die Stange 18 entweder in einer Spannzange 28 der Drehspindel oder wahlweise in eine Gleitbuchse 28 eingespannt, die vor der Drehspindel angeordnet ist.
Das Streifenbauteil 12 weist eine Laminatstruktur auf, die aus einer vorderen Schicht 30, welche die Vorderseite 12a aus einer elektrisch leitfähigen Metallschicht wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium bildet, und einer hinteren Schicht 32 besteht, die aus einer elektrisch isolierenden Schicht aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polyimid besteht, wobei beide Schichten z.B. durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind (3A). Das Streifenbauteil 12 weist eine ringförmige Gestalt auf, die durch das feste Verbinden einer Fläche in Längsrichtung am Ende der Vorderseite 12a durch ein Befestigungsbauteil 34 wie beispielsweise doppelseitiges Klebeband (3B) mit der Fläche in Längsrichtung am anderen Ende der Rückseite 12b gebildet wird.
Der Umschlingungsmechanismus 20 beinhaltet eine Zugspannungseinheit zum Ausüben einer Zugspannung auf das um die Stange 18 gewickelte Streifenbauteil 12. Die Zugspannungseinheit beinhaltet Folgendes: einen Schwenkrahmen, der durch einen Zapfen mit der Auflage 26 verbunden ist und ein Paar Arme 38 aufweist, die einen U-förmigen Querschnitt definieren; eine am Rahmen 40 von den Armen 38 an deren freien Enden gehalterte Rolle 42; und ein elastisches Bauteil 44, um den Schwenkrahmen 40 entgegen der Uhrzeigerrichtung in 1 (Pfeil α) um den Zapfen 36 zu drücken. Der Zapfen 36 ist an einem Ende z.B. durch einen Klebstoff fest in der Auflage 26 verankert und haltert auf einer aus der Auflage 26 ragenden Länge drehbar den Schwenkrahmen 40. Am anderen Ende des Zapfens 36 ist ein Sprengring 46 angebracht, damit der Schwenkrahmen 40 nicht vom Zapfen abfallen kann. Die Rolle 42 wird mit einer Schraube 48 drehbar zwischen dem Paar Arme 38 gehaltert, die in die freien Enden der Arme 38 geschraubt ist. Das elastische Bauteil 44 wird z.B. durch eine Torsionsfeder gebildet, die in der Auflage 26 steckt und dort den Zapfen 36 umgibt und die oben beschriebene Spannkraft auf den Schwenkrahmen 40 ausübt, die dessen Drehwinkel entspricht.
Die Auflage 26 weist eine gekrümmte Form auf, die sich in einem Bogen über einen Mittenwinkel von etwa 90 Grad erstreckt, und ist in Längsrichtung an einem Ende mit einer Befestigungsschraube 50 am Spindelstock 24 befestigt. Auf diese Weise befindet sich eine bogenförmige Innenfläche 26a der Auflage 26 in engem Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche eines zylindrischen Teils 24a des Spindelstocks 24, sodass die Auflage 26 fest an einer vorgegebenen Position am Spindelstock 24 angeordnet ist. In diesem Zustand verlaufen die Drehachsen 40a und 42a des Schwenkrahmens 40 bzw. der Rolle 42 annähernd parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a der Stange 18.
Das ringförmige Streifenbauteil 12 ist derart zwischen der Stange 18 und der Rolle 42 gespannt, dass sich die Rückseite 12b in Kontakt mit den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 42 befindet, und wird durch die Spannkraft des elastischen Bauteils 44 so vorgespannt, dass die Rückseite 12b eng an den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 42 anliegt. Wenn die Befestigungsschraube 50 gelöst wird, um die Auflage 26 vom Spindelstock 24 abzunehmen, und das Streifenbauteil 12 von der Stange 18 abgenommen wird, wird dieses durch das Paar Arme 38 und die Rolle 42 gehaltert, sodass es nicht vom Schwenkrahmen 40 abfallen kann.
Der Umschlingungsmechanismus 20 beinhaltet auch eine Führungseinheit zum Führen des um die Stange 18 geschlungenen Streifenbauteils 12 und zum engen Anlegen des Streifenbauteils 12 an den Teil der äu ßeren Umfangsfläche der Stange 18, der einen Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsart besteht die Führungseinheit aus einem Elektrodenstift 52, der an dem der Befestigungsschraube 50 gegenüberliegenden Ende der Auflage 26 befestigt ist und aus dieser herausragt. Der Elektrodenstift 52 ist zylinderförmig und an einem Ende durch einen Klebstoff oder Ähnliches mit der Auflage 26 verbunden. Über einen Teil des Elektrodenstifts 52, der aus der Auflage 26 herausragt, gleitet die Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12.
Wenn die Auflage 26 in einer bestimmten Position am Spindelstock 24 befestigt wurde, erstreckt sich der Elektrodenstift 52 im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a der Stange 18, und liegt seitlich einer geraden Linie, welche die Mitte der Stange 18 und die Mitte der Rolle 42 der Spanneinheit miteinander verbindet. Deshalb kann in diesem Zustand das zwischen der Stange 18 und der Rolle 42 gespannte Streifenbauteil 12 so um den Elektrodenstift 52 geführt werden, dass sich die Vorderseite 12a des Streifenbauteils in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenstifts 52 befindet. In diesem Zustand ist das ringförmige Streifenbauteil 12 durch die Spannkraft des elastischen Bauteils 44 mit einer Spannung beaufschlagt und so gespannt, dass es in der gezeigten Weise über den Elektrodenstift 52 verläuft und die Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 eng an dem Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 anliegt, die einen Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr umfasst.
Bei der dargestellten Ausführungsart ist der Stromzuführmechanismus 22 mit dem oben beschriebenen Elektrodenstift 52 ausgestattet. Der Elektrodenstift 52 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material. Am dem aus der Auflage 26 herausragenden Ende des Elektrodenstifts 52 ist ein Anschluss 52a für eine externe Stromquelle 54 (4) gebildet. Wenn die Auflage 26 in einer vorgegebenen Position am Spindelstock 24 befestigt worden ist, dient der Elektrodenstift 52 als Führungseinheit und gleichzeitig als leitfähiger Kontakt zur Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12, um die Vorderseite 12a elektrisch mit der externen Stromquelle 54 zu verbinden.
Außerdem ist der Elektrodenstift 52 gegenüber dem Spindelstock 24 elektrisch isoliert, an dem die Auflage 26 befestigt wurde. Das Streifenbauteil 12 ist durch dessen Rückseite 12b auch gegenüber der Stange 18 elektrisch isoliert. Dadurch ist bei einer später beschriebenen Werkzeugpositionieroperation sichergestellt, dass zwischen einem Werkzeug und dem Streifenbauteil 12 kein elektrischer Strom fließt, solange sie nicht in Kontakt miteinander gebracht werden oder einander berühren, und dass in dem Augenblick, da beide in Kontakt miteinander gebracht werden oder einander berühren, eine elektrische Leitfähigkeit oder ein elektrischer Stromfluss nachgewiesen werden kann. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel die Auflage 26 aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt oder zwischen die Auflage 26 und dem Elektrodenstift 52 ein isolierendes Material gebracht werden.
Bei dieser und den später beschriebenen anderen Ausführungsarten ist der fest auf der Auflage der Stromzuführeinrichtung stehende Elektrodenstift so gebaut, dass er als Führungseinheit sowohl für den Umschlingungsmechanismus als auch für den Stromzuführmechanismus dienen kann. Die Struktur des Elektrodenstifts ist jedoch nicht darauf beschränkt, und unabhängig von der Funktion des Elektrodenstifts für den Stromzuführmechanismus kann ein anderes stiftförmiges Bauteil als Führungseinheit bereitgestellt werden, das aus der Auflage der Stromzuführeinrichtung herausragt. In diesem Fall können andere elektrische Verbindungsmittel wie beispielsweise eine Klemme als Stromzuführmechanismus verwendet werden.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 4 und 5 in Verbindung mit der an der automatisch betriebenen Drehmaschine angebrachten ebenen Werkzeughalterung der Aufbau der Positioniereinrichtung 14 erläutert, welche die Stromzuführeinrichtung beinhaltet. Die Positioniereinrichtung 14 beinhaltet ferner Folgendes: einen Antriebsmechanismus 60, der eines aus einer Vielzahl verschiedener zu positionierender Werkzeuge 56 oder 58, wie beispielsweise in der ebenen Werkzeughalterung 16 eingespannte Drehmeißel 56 oder Bohrer 58, in Kontakt oder in Berührung mit der Vorderseite 12a des um die Stange 18 geschlungenen Streifenbauteils 12 bringt; einen Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 zum Erkennen einer durch die Stromzuführeinrichtung 10 bedingten Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug 56 oder 58 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12, wenn diese in Kontakt miteinander gebracht werden, um eine Kontaktposition des Werkzeugs 56, 58 zu entscheiden oder zu ermitteln; und einen Korrekturverarbeitungsbereich 64 zum Ermitteln der Position einer Mittelachse 18a der Stange 18 anhand der ermittelten Kontaktposition des Werkzeugs 56 oder 58 und zum ordnungsgemäßen Korrigieren der vorgegebenen Daten für die Zerspanungsposition des Werkzeugs 56, 58 in Übereinstimmung mit der ermittelten Position der Mittelachse 18a. Der Stromzuführmechanismus 22 oder die Stromzuführeinrichtung 10 wirken mit der externen Stromquelle 54 in der Weise zusammen, dass sie eine Potenzialdifferenz zwischen dem zu positionierenden Werkzeug 56, 58 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 erzeugen, wenn sich das Werkzeug und die Vorderseite nicht in Kontakt miteinander befinden, und dass zwischen dem Werkzeug 56, 58 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 ein elektrischer Strom fließt, wenn sie in Kontakt miteinander gebracht werden.
Der Antriebsmechanismus 60 verschiebt oder bewegt die ebene Werkzeughalterung 16 parallel in zwei rechtwinklig aufeinander stehenden Achsrichtungen (z.B. in den Richtungen der x-Achse und der y-Achse in einem rechtwinkligen dreiachsigen Koordinatensystem, das durch das Bett der Drehmaschine vorgegeben ist) innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur Mittelachse 18a der fest in der Drehspindel der automatisch betriebenen Drehmaschine eingespannten Stange 18 steht. In diesem Fall ist es von Vorteil, dass der Antriebsmechanismus 60 aus einem Antriebsmechanismus der automatisch betriebenen Drehmaschine (zum Beispiel in Form von achsbezogenen Servomotoren und Vorschubspindeleinheiten) zum Befördern der ebenen Werkzeughalterung 16 während der spanabhebenden Bearbeitung besteht. Die ebene Werkzeughalterung 16 beinhaltet eine Vielzahl von Werkzeug-Einspannbereichen 66, 68 zur lösbaren Halterung der verschiedenen Drehmeißel 56 und Bohrer 58 in einer parallelen Anordnung und eine Auflageplatte 70 zur gemeinsamen Halterung der Werkzeug-Einspannbereiche 66, 68. Die ebene Werkzeughalterung 16 ist auf dem Drehmaschinenbett in der Nähe des Spindelstocks 24 der automatisch betriebenen Drehmaschine angebracht.
Während des Auswählens eines zu positionierenden Werkzeugs verschiebt oder bewegt der Antriebsmechanismus 60 die ebene Werkzeughalterung 16 parallel in Richtung der y-Achse (entlang der parallelen Anordnung der Drehmeißel 56 und der Bohrer 58) zu einer Stelle, wo die Schneidenspitzen 56a der Drehmeißel 56 und die Schneidenspitzen 58a der Bohrer 58 nicht in Kontakt mit der Stange 18 stehen. In dem Augenblick, da der zu positionierende Drehmeißel 56 oder der Bohrer 58 im Wesentlichen auf die Mittelachse 18a der Stange 18 in Richtung der x-Achse ausgerichtet worden ist, ist die Werkzeugauswahl abgeschlossen. Von dieser Position aus verschiebt der Antriebsmechanismus 60 die ebene Werkzeughalterung 16 parallel in Richtung der x-Achse und bringt den ausgewählten Drehmeißel 56 oder den Bohrer 58 in der unten beschriebenen Weise in Kontakt mit der Stange 18.
In den Werkzeug-Einspannbereichen 66 der ebenen Werkzeughalterung 16 können verschiedene Drehmeißel 56 zur spanabhebenden Profilbearbeitung der Stange 18, zum Beispiel zum Längsdrehen oder zum Abtrennen, eingespannt werden. In diesem Fall ist es wichtig, dass die Drehmeißel 56 zum Zeitpunkt der abgeschlossenen Werkzeugauswahl so eingespannt sind, dass sich deren Schneidenspitzen 56a immer an einer Position befinden, die im Allgemeinen gleich weit von der Mittelachse 18a der Stange 18 entfernt ist. Somit ist es von Vorteil, dass die Schneidenspitzen der in der ebenen Werkzeughalterung 16 eingespannten Drehmeißel 56 vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung im Wesentlichen in einer gemeinsamen Bezugsebene (d.h. einer x-z-Ebene) angeordnet sind, die sowohl zu einer zur Mittelachse 18a der Stange 18 parallelen z-Achse als auch zur oben beschriebenen y-Achse parallel ist. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ist unter „der Schneidenspitze des Drehmeißels" im Wesentlichen eine Ecke eines Schneidenteils zu verstehen. Ferner können in den Werkzeug-Einspannbereichen 68 der ebenen Werkzeughalterung 16 verschiedene Bohrer 58 zum Bohren der Seitenfläche der Stange 18 durch eine Antriebsoperation einer (nicht gezeigten) gesonderten rotierenden Antriebsquelle eingespannt sein.
Wenn zur spanabhebenden Bearbeitung einer Stange 18 zum Beispiel eine Vielzahl von Drehmeißeln 56 und Bohrern 58 verwendet werden, wird die vorbereitende Positionieroperation des Drehmeißels 56 oder des Bohrers 58 in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 normalerweise jedes Mal dann ausgeführt, wenn die Werkzeuge untereinander gewechselt werden. Selbst wenn zum Beispiel immer derselbe Drehmeißel 56 verwendet wird, muss die vorbereitende Positionieroperation periodisch wiederholt werden, wenn für ein spanabhebend hergestelltes Produkt eine hohe Maßgenauigkeit gefordert wird, da sich die relative Positionierung zwischen der Schneidenspitze 56a und der Mittelachse 18a der Stange 18 infolge Abnutzung der Schneidenspitze 56a während des Drehvorgangs ändert. Deshalb ist es von Vorteil, dass die vorbereitende Positionieroperation während einer vorgegebenen Ablaufsteuerung als vorbereitender Schritt in einer Folge automatischer spanabhebender Arbeitsschritte auf der automatisch betriebenen Drehmaschine automatisch ausgeführt wird. Die Positioniereinrichtung 14 führt die Positionieroperation für die verschiedenen Werkzeuge 56, 58 automatisch aus, indem sie in der unten beschriebenen Weise den Antriebsmecha nismus 60, den Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 und den Korrekturverarbeitungsbereich 64 in Verbindung mit einem Steuerbereich 72 (z.B. einem NC-Steuerbereich) der automatisch betriebenen Drehmaschine betätigt.
Der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 besteht aus Folgendem: einer Leitung 74 zum elektrischen Verbinden des Elektrodenstifts 52 der Stromzuführeinrichtung 10 mit der externen Stromquelle 54 und der Auflageplatte 70 der ebenen Werkzeughalterung 16; einem Leitfähigkeitssensor (z.B. ein Amperemeter) 76 in der Leitung 74; und einem Steuerbereich 72 der automatisch betriebenen Drehmaschine, der mit dem Leitfähigkeitssensor 76 verbunden ist. Wenn das zu positionierende Werkzeug 56 oder 58 durch die Antriebsoperation des Antriebsmechanismus 60 in Kontakt mit der Vorderseite 12a des die Stange 18 umschlingenden Streifenbauteils 12 gebracht wird oder diese berührt, während die externe Stromquelle 54 mit dem Elektrodenstift 52 der Stromzuführeinrichtung 10 und der ebenen Werkzeughalterung 16 verbunden ist, wird das Werkzeug 56 oder 58 mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 elektrisch verbunden, sodass der Leitfähigkeitssensor 76 einen in der Leitung 74 fließenden elektrischen Strom erkennt. Der Steuerbereich 72 verarbeitet ein Stromerkennungssignal des Leitfähigkeitssensors 76 und ermittelt eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug 56 oder 58 in Form von Koordinatendaten im x-y-Koordinatensystem des Drehmaschinenbetts.
Der Korrekturverarbeitungsbereich 64 besteht aus dem Steuerbereich 72 der automatisch betriebenen Drehmaschine und einem mit dem Steuerbereich 72 verbundenen Arbeitsbereich 78. Der Arbeitsbereich 78 führt auf der Grundlage der Koordinatendaten der Position des durch den Steuerabschnitt 72 ermittelten Kontaktpunkts mit dem Werkzeug 56 oder 58 eine vorgegebene Operation aus, um die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 in Form von Koordinatendaten im x-y-Koordinatensystem des Drehmaschinenbetts zu ermitteln. Der Steuerbe reich 72 korrigiert vorgegebene Daten der Zerspanungsposition (einer Position der Schneidenspitze nach Beendigung der Auswahl, eine Schnitttiefe während der spanabhebenden Bearbeitung, eine rückwärtige oder Warteposition während des Wartens auf die spanabhebende Bearbeitung und so weiter) für die einzelnen Werkzeuge 56 oder 58, die zuvor in den Speicherbereich des Steuerbereichs eingegeben wurden, anhand der durch den Arbeitsbereich 78 ermittelten Koordinatendaten der Mittelachse 18a der Stange 18 (im Fall der NC-gesteuerten Drehmaschine wird ein Speicherbereich der Korrekturdaten überschrieben). Auf diese Weise wird die für die spanabhebende Bearbeitung benötigte tatsächliche Position der Spitze oder der Schneidenspitze jedes Werkzeugs 56 oder 58 in Übereinstimmung mit der Position der Mittelachse 18a der Stange 18 ermittelt. Dann steuert der Steuerbereich 72 anhand der auf diese Weise korrigierten Daten der Zerspanungsposition den Antriebsmechanismus 60, um die ebene Werkzeughalterung 16 zu verschieben, und führt die spanabhebende Bearbeitung an der Stange 18 mit dem gewünschten Werkzeug 56 oder 58 aus, das durch die oben beschriebene Werkzeugauswahloperation ausgewählt wurde.
Der Arbeitsablauf einer vorbereitenden Positionieroperation für das Werkzeug durch die Positioniereinheit 14 wird im Folgenden unter Bezug auf die 6 bis 7C ausführlicher erläutert.
Zuerst werden gewünschte Arten von Drehmeißeln 56 und Bohrern 58, die für die spanabhebende Bearbeitung erforderlich sind, in die ebene Werkzeughalterung 16 eingespannt und die spanabhebend zu bearbeitende Stange 18 fest in die Drehspindel eingespannt, um das vordere Ende der Stange an einer Zerspanungsposition anzuordnen, indem das vordere Ende um eine geeignete Länge aus dem Spannfutter oder der Gleitbuchse 28 herausragt (Schritt S1). In diesem Schritt werden die Schneidenspitzen 56a der Drehmeißel 56 im Wesentlichen in der gemeinsamen Bezugsebene (der x-z-Ebene), die sowohl zur y-Achse als auch der z-Achse auf dem Drehmaschinenbett parallel ist, vorzugsweise unter Verwendung einer speziellen Lehre oder einer Ausrichtungseinheit für Schneidenspitzen angeordnet.
Im nächsten Schritt wird die Auflage 26 der Stromzuführeinrichtung 10 an einer vorgegebenen Position am Spindelstock 24 angebracht und das Streifenbauteil 12 zwischen der Rolle 42 und der Stange 18 gespannt, während die Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 in Kontakt mit dem Elektrodenstift 52 gebracht wird (Schritt S2). Hierbei steht der Elektrodenstift 52 von dem zu positionierenden Drehmeißel 56 oder Bohrer 58 aus jenseits der Stange 18, sodass das Streifenbauteil 12 im Wesentlichen symmetrisch zur x-Achse des Drehmaschinenbetts am Elektrodenstift 52 zusammenläuft (4). Die externe Stromquelle 54 wird über die Leitung 74 mit dem Elektrodenstift 52 verbunden, die am anderen Ende wiederum mit der Auflageplatte 70 der ebenen Werkzeughalterung 16 verbunden ist. Durch das elastische Bauelement 44 wird auf das Streifenbauteil 12 eine Zugspannung ausgeübt, sodass dessen Vorderseite 12a am Elektrodenstift 52 und die Rückseite 12b an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr eng anliegt (1).
Dann wird entweder ein erstes oder ein zweite Programm ausgewählt; im ersten Programm wird nur der Drehmeißel 56 oder der Bohrer 58, der aus den verschiedenen in der ebenen Werkzeughalterung 16 eingespannten Drehmeißel 56 oder Bohrern 58 zum Durchführen der spanabhebenden Bearbeitung ausgewählt wurde, bei jeder Auswahl des Werkzeugs vorpositioniert, und im zweiten Programm werden alle Drehmeißel 56 vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung nacheinander vorpositioniert (Schritt S3). Zu beachten ist, dass die Bohrer 58 nur gemäß dem ersten Programm vorpositioniert werden können. Nicht dargestellt ist, dass die Positioniereinheit 14 bei einem Revolverkopf, der sowohl in Richtung der x-Achse als auch in Richtung der y-Achse verschoben werden kann, die Vorpositionierung der im Revolverkopf eingespannten Werkzeuge wie bei der ebenen Werkzeughalterung 16 vor nehmen kann, indem sie den Revolverkopf nach der Auswahl eines Werkzeug durch eine Teilkreisdrehung des Revolverkopfs in Richtung der x-Achse und in Richtung der y-Achse verschiebt. Auch in diesem Fall wird entweder das erste Programm zum Positionieren nur des ausgewählten Werkzeugs bei jeder Auswahl des Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung oder das zweite Programm zum Positionieren aller Werkzeuge nacheinander vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung ausgewählt.
Gesteuert durch den Steuerbereich 72 bewegt dann in Schritt S4 der Antriebsmechanismus 60 die ebene Werkzeughalterung 16, um den zu positionierenden Drehmeißel 56 oder den Bohrer 58 auszuwählen und die Schneidenspitze 56a des Drehmeißels 56 oder die Spitze 58a des Bohrers 58 nacheinander in Kontakt oder Berührung mit z.B. zwei gewünschten Positionen an der Vorderseite 12a eines eng an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 anliegenden Bereichs des Streifenbauteils 12 zu bringen (7A und 7B). Dann ermittelt der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 in der oben beschriebenen Weise nacheinander in Form von Daten der x-y-Koordinaten die zwei Kontaktpositionen zwischen der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 und der Schneidenspitze 56a des Drehmeißels 56 oder der Spitze 58a des Bohrers 58 (Schritt S5). Anschließend führt der Korrekturverarbeitungsbereich 64 anhand der ermittelten Koordinatendaten der beiden Kontaktpositionen einen vorgegebenen Arbeitsgang aus und ermittelt eine Position der Mittelachse 18a der Stange 18 in den x-y-Koordinaten (Schritt S6).
Während der oben beschriebenen Schritte S4 bis S6 können der Antriebsmechanismus 60, der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 und der Korrekturverarbeitungsbereich 64 unter der Annahme, dass die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 den Ursprung (0, 0) des x-y-Koordinatensystem darstellt (siehe 7A und 7B), die ebene Werkzeughalterung 16 bewegen, die Koordinatendaten der Kontaktpositionen ermitteln bzw. die Mittenkoordinaten der Stange ermitteln. Hierbei bewegt der Antriebsmechanismus 60 zuerst in Schritt S4 die ebene Werkzeughalterung 16 in Übereinstimmung mit einem y-Koordinatenwert (y1) parallel in Richtung der y-Achse, wobei die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 als Ursprung (0, 0) des Koordinatensystems angenommen wird, um das Werkzeug 56 oder 58 an einer gewünschten Position zu positionieren, die in Richtung der x-Achse im Wesentlichen auf die Stange 18 ausgerichtet ist. Die Position der ebenen Werkzeughalterung 16 zum Zeitpunkt der Beendigung der Werkzeugauswahl wird als Ausgangsposition bezeichnet. Dann wird die ebene Werkzeughalterung 16 aus der Ausgangsposition parallel in Richtung der x-Achse verschoben, sodass die Schneidenspitze 56a des somit ausgewählten Drehmeißels 56 oder die Spitze 58a des Bohrers 58 in Berührung mit der Vorderseite 12a des die Stange 18 umschlingenden Streifenbauteils 12 gebracht wird.
Im folgenden Schritt S5 erkennt der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 eine durch die Stromzuführeinrichtung 10 bedingte elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Drehmeißel 56 oder dem Bohrer 58 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 und berechnet einen x-Koordinatenwert (x1) des Kontaktpunkts mit dem Drehmeißel 56 oder dem Bohrer 58. Dabei sind die Koordinaten der Ausgangsposition der ebenen Werkzeughalterung 16 sowie der Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Spitze 56a, 58a des ausgewählten Werkzeugs 56, 58 auf der in der Ausgangsposition befindlichen ebenen Werkzeughalterung in Richtung der x-Achse in Form vorgegebener Werte im Speicherbereich des Steuerbereichs 72 gespeichert, sodass der x-Koordinatenwert des Kontaktpunkts ausgehend von der Verschiebungsstrecke der ebenen Werkzeughalterung 16 in Richtung der x-Achse bis zum Erreichen des Werkzeugkontakts berechnet wird und demzufolge die Koordinatendaten (x1, y1) eines Kontaktpunkts ermittelt werden. Anschließend wird der oben beschriebene Arbeitsgang für einen anderen y-Koordinatenwert (y2) ausgeführt, sodass auch die Koordinatendaten (x2, y2) einer anderen Kontaktposition ermittelt werden.
Im nächsten Schritt S6 berechnet der Korrekturverarbeitungsbereich 64 aus den Koordinatendaten (x1, y1) und x2, y2) der beiden Kontaktpositionen die Positionskoordinaten (x0, y0) der Mittelachse 18a der Stange 18, die der tatsächlichen Werkzeugspitze 56a, 58a entsprechen. Hierzu müssen zuvor die Daten für den Durchmesser D der Stange 18 und die Dicke T des Streifenbauteils 12 in den Speicherbereich des Steuerbereichs 72 eingegeben werden. In diesem Fall kann die Dicke T des Streifenbauteils 12 als Vorgabewert eingegeben werden, während der Durchmesser D der Stange 18 bei jedem Wechsel der Stange 18 in Mikrometer eingegeben wird. Alternativ kann die Abmessung des Außendurchmessers (D + T) eines mit dem Streifenbauteil 12 umschlungenen Bereichs in Mikrometer oder einem ähnlichen Maß eingegeben werden, wenn die Stange 18 vom Streifenbauteil 12 umschlungen ist. Der Korrekturverarbeitungsbereich 64 führt im Verarbeitungsbereich 78 eine Verarbeitung unter Verwendung trigonometrischer Funktionen durch, um aus den Koordinatendaten der beiden durch den Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 ermittelten Kontaktpositionen und den Daten des Außendurchmessers des Umschlingungsbereichs des Streifenbauteils 12 die Positionskoordinaten (x0, y0) zu ermitteln.
In Schritt S7 des Ablaufplans von 6 korrigiert der Steuerbereich 72 die vorgegebenen Daten der Zerspanungsposition (Position der Werkzeugspitze nach Beendigung der Werkzeugauswahl, Schnitttiefe während der spanabhebenden Bearbeitung, rückwärtige oder Warteposition während des Wartens auf die spanabhebende Bearbeitung und so weiter) für den zu positionierenden Drehmeißel 56 oder den Bohrer 58, die zuvor im Speicherbereich des Steuerbereichs gespeichert wurden, anhand der Koordinatendaten der in der oben beschriebenen Weise durch den Arbeitsbereich 78 ermittelten Koordinatendaten der Mittelachse 18a der Stange 18 (wobei von einem Punkt (x0, y0) als Ursprungskoordinate ausgegangen wird). Damit ist die Positionieroperation des gewünschten Werkzeugs 56, 58 beendet. Zum Schluss wird die Stromzuführeinrichtung 10 vom Spindelstock 24 abgenommen (Schritt S8). Anschließend steuert der Steuerbereich 72 anhand der korrigierten Daten zur Zerspanungsposition den Antriebsmechanismus 60 zum Bewegen der ebenen Werkzeughalterung 16, um die Stange 18 in einem Zustand spanabhebend zu bearbeiten, in welchem der Drehmeißel 56 oder der Bohrer 58 automatisch in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 positioniert wurde.
Anzumerken ist, dass nach Auswahl des ersten Programms in Schritt S3 die nachfolgenden Schritte S4 bis S7 nur für einen Drehmeißel 56 oder einen Bohrer 58 ausgeführt werden, der für eine unmittelbar anschließende spanabhebende Bearbeitung eingesetzt wird, und die Daten der Zerspanungsposition für das betreffende Werkzeug korrigiert werden. Wird in Schritt S3 hingegen das zweite Programm ausgewählt, werden die nachfolgenden Schritte S4 bis S7 für alle in der ebenen Werkzeughalterung 16 eingespannten Drehmeißel 56 ausgeführt und die Korrektur der Daten der Zerspanungsposition aller Drehmeißel 56 im Voraus abgeschlossen. Jedes Mal, wenn in diesem Fall einer der Drehmeißel 56 während der spanabhebenden Bearbeitung der Stange 18 ausgewählt wird, bearbeitet der ausgewählte Drehmeißel 56 die Stange auf der Grundlage der Daten der Zerspanungsposition, die während der oben beschriebenen Prozedur automatisch korrigiert oder in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 positioniert wurden.
Wenn es sich nun bei dem zu positionierenden Werkzeug um den Drehmeißel 56 handelt, kann die äußere Umfangsfläche der Stange 18 mit dem betreffenden Drehmeißel 56 auch vorher behelfsmäßig ungefähr kreisrund gedreht werden, bevor die Stromzuführeinrichtung 10 in Schritt S2 am Spindelstock 24 angebracht wird, um die folgenden Schritte mit dem vorher behelfsmäßig gedrehten Teil auszuführen. Mit dieser Anordnung kann die Positionieroperation mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden.
Wenn in Schritt S3 das erste Programm gewählt wird und es sich bei dem zu positionierenden Werkzeug um den Bohrer 58 handelt, ist es mit dem oben beschriebenen Arbeitsgang durch das Anlegen an zwei Punkten übrigens manchmal nicht möglich, die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 in Bezug auf die tatsächliche Spitze 58a des Bohrers zu ermitteln. Das liegt daran, dass je nach Kontaktposition eine Flanke 58c (7C) an der Spitze 58a des Bohrers 58 in Kontakt mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht werden kann.
Zur Vorpositionierung des Bohrers 58 wird gemäß 7C vorzugsweise eine seitliche Fläche 58b des Bohrers 58 zuerst innerhalb des Bereichs, in dem das Streifenbauteil 12 eng an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 anliegt, nacheinander mit zwei Punkten der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 in Berührung oder Kontakt gebracht, an denen dieses einander in Richtung der y-Achse gegenüber liegen. Dann werden die Positionskoordinaten der Mittelachse 18a der Stange 18 zunächst aus den Koordinatendaten (x1, y1) und (x2, y2) der beiden durch den Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 ermittelten Kontaktpositionen sowie aus den Daten des Außendurchmessers des Bohrers 58 und der Daten des Außendurchmessers (D + T) des Umschlingungsbereichs des Streifenbauteils 12 ermittelt, die zuvor im Steuerbereich 72 gespeichert wurden. Die so vorläufig ermittelten Positionskoordinaten der Mittelachse 18a beinhalten keine Abweichung in Bezug auf die Spitze 58a des Bohrers 58 in Richtung der x-Achse. Deshalb wird die Spitze 58a des Bohrers 58 als Nächstes in Richtung der x-Achse an einer Position direkt oberhalb der behelfsmäßig ermittelten Mittelachse 18a der Stange 18 in Kontakt oder Berührung mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht. Dann können aus den Koordinatendaten (x3, y3) der Kontaktposition und den Daten des Außendurchmessers des vom Streifenbauteil 12 umwundenen Bereichs die Positionskoordinaten (x0, y0) der Mittelachse 18a der Stange 18 ermittelt werden.
Wenn bei dem oben beschriebenen Kontaktschritt des Bohrers 58 die Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 nicht eng an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 anliegt, während die Seitenfläche 58b des Bohrers 58 in Kontakt mit den beiden in Richtung der y-Achse einander gegenüber liegenden Punkten an der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht wird, können die Positionskoordinaten der Mittelachse 18a der Stange 18 nicht genau ermittelt werden. Daher kann die Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 äußerst wirksam über den Mittenwinkel von 180 Grad hinweg oder mehr eng an den Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 angelegt werden, indem das die Stange 18 umschlingende Streifenbauteil 12 im Wesentlichen symmetrisch zur x-Achse des Drehmaschinenbetts am Elektrodenstift 52 zusammengeführt wird, wobei diese als Führungseinheit für den oben beschriebenen Umschlingungsmechanismus 20 dient.
Die Positioniereinheit und das Positionierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schränken die Anzahl der Kontaktpositionen mit einem Werkzeug zur Berechnung der Position der Mittelachse der Stange nicht ein. Somit kann z.B. die Schneidenspitze 56a des zu positionierenden Drehmeißels 56 nacheinander auch mit den gewünschten drei oder mehr Punkten an der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 in Kontakt oder Berührung gebracht werden. In diesem Fall kann der Außendurchmesser des Umschlingungsbereichs des Streifenbauteils 12 aus den Koordinatendaten von mindestens drei Kontaktpositionen berechnet werden, sodass zuvor keine Daten des Durchmessers der Stange 18 und der Dicke des Streifenbauteils 12 in den Speicherbereich des Steuerbereichs 72 eingegeben werden müssen. Wenn die Schneidenspitze 56a des Drehmeißels 56 nur in Richtung der x-Achse positioniert wird, ohne die Abweichung der Schneidenspitze 56a in Richtung der y-Achse in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 zu korrigieren, kann ferner unter Berücksichtigung des zuvor gespeicherten y-Koordinatenwertes der Mittelachse 18a der Stange 18 ein Verfahren angewendet werden, bei dem die Schneidenspitze 56a des Drehmeißels 56 nur einen Punkt in einem oberen Bereich der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 berührt. Vorausgesetzt, die Abweichung der Schneidenspitze 56 in Richtung der y-Achse ist gering, kann durch ein solches relativ einfaches Korrekturverfahren zum Beispiel beim Längsdrehen der Stange 18 mit dem Drehmeißel 56 eine bestimmte Bearbeitungsgenauigkeit sichergestellt werden.
Nicht gezeigt ist ferner, dass ein Werkzeug, zum Beispiel ein parallel zur Mittelachse 18a der Stange 18 gegenüber der Drehspindel angeordneter Bohrer, zur spanabhebenden Bearbeitung der Endfläche einer Stange automatisch positioniert werden kann, indem gemäß der oben beschriebenen Anordnung die Werkzeugspitze an den gewünschten drei oder mehr Punkten in Kontakt mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht und daraus die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 berechnet wird.
Gemäß der obigen Beschreibung ist die Positioniereinheit 14 einschließlich der Stromzuführeinrichtung 10 so aufgebaut, dass sie zur Ermittlung der Koordinatendaten eines gewünschten Punktes an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18, die zur Berechnung der Position der Mittelachse 18a der Stange 18 erforderlich sind, die der tatsächlichen Lage der Werkzeugspitze bezüglich des Drehmaschinenbetts entspricht, die folgenden Schritte ausführt: Umschlingen der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 mit dem Streifenbauteil 12; Bringen des Werkzeugs 56, 58 in Kontakt oder Berührung mit einem gewünschten Punkt an der leitfähigen Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12; und Ermitteln einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Streifenbauteil 12 und dem Werkzeug 56, 58, um die Koordinaten der Kontaktposition zu ermitteln. Demzufolge gelangt das Werkzeug 56, 58 nicht direkt in Kontakt mit der Stange 18, sodass die Spitze 56a, 58a des Werkzeugs 56, 58 vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung einfach und genau in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 positioniert werden kann, ohne die äußere Umfangsfläche der spanabhebend zu bearbeitenden Stange 18 und/oder das zur spanabhebenden Bearbeitung zu verwendende Werkzeug 56, 58 zu beschädigen.
Die 8 und 9 stellen Vorder- bzw. Seitenansichten dar, die jeweils eine Stromzuführeinrichtung 80 gemäß einer zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Stromzuführeinrichtung 80 weist im Wesentlichen denselben Aufbau wie die oben beschriebene Stromzuführeinrichtung 10 auf und unterscheidet sich von dieser nur durch eine an einem Spindelstock 24 einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebrachte Auflage 82 und eine Zugspannungseinheit im Umschlingungsmechanismus 84, die dafür sorgen, dass ein die äußere Umfangsfläche einer Stange 18 umschlingendes Streifenbauteil 12 mit einer Rückseite 12b in engem Kontakt mit der äußeren Fläche steht. Deshalb werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit denselben Bezugsnummern bezeichnet und deren Beschreibung nicht wiederholt. Die Stromzuführeinrichtung 80 kann ähnlich wie bei der Stromzuführeinrichtung 10 zur Anwendung in die beschriebene Positioniereinheit 14 integriert sein.
Die Auflage 82 der Stromzuführeinrichtung 80 ist mit einem scheibenförmigen Auflageteil 82a, einem aus einer Fläche des Auflageteils 82a herausragenden Schraubenteil 82b und einem aus der anderen Fläche des Auflageteils 82a herausragenden Zapfenteil 82c ausgestattet. Die Auflage 82 ist durch den Schraubenteil 82b fest mit dem Spindelstock 24 verbunden. Der Zapfenteil 82c der Auflage 82 erstreckt sich im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a der Stange 18.
Der Umschlingungsmechanismus 84 der Stromzuführeinrichtung 80 beinhaltet als Zugspannungseinheit zum Ausüben einer Zugspannung auf das Streifenbauteil 12 einen Schwenkarm 86, der lösbar mit dem Zapfenteil 82c der Auflage 82 verbunden ist, eine Rolle 90, die in einer elliptisch geformten Führungsnut 88 im Schwenkarm 86 läuft, und ein elasti sches Bauteil 92, um den der Schwenkarm 86 in 8 um den Zapfenteil 82c der Auflage 82 herum entgegen dem (durch einen Pfeil β gezeigten) Uhrzeigersinn auszulenken. Der Schwenkarm 86 weist eine gekrümmte Form auf, die sich in einem kreisförmigen Bogen über einen Bereich des Mittenwinkels von etwa 90 Grad erstreckt. Der Schwenkarm 86 nimmt den in eine Bohrung 87 gesteckten Zapfenteil 82c der Auflage 82 auf, wobei die Bohrung so an einem Längsende des Schwenkarms gebildet ist, dass dieser drehbar durch den Zapfenteil 82c gelagert ist. In diesem Zustand sind die Drehachsen 86a und 90a des Schwenkarms 86 und der Rolle 90 im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. der Mittelachse 18a der Stange 18, angeordnet.
Die Rolle 90 ist an ihren axial entgegengesetzten Enden mit Flanschteilen 90b ausgestattet. Die Rolle ist an einem Schaft 94a einer Rändelschraube 94 gelagert, wobei ein Flanschteil 90b gleitend an einer Vorderfläche 86b des Schwenkarms 86 anliegt. Der Schaft 94a der Rändelschraube 94 ragt durch die Rolle 90 und wird durch die Führungsnut 88 des Schwenkarms 86 aufgenommen. Auf den Endteil des Schaftes 94a ist eine Feststellmutter 96 aufgeschraubt. Die Führungsnut 88 des Schwenkarms 86 ist wie ein abgestufter Kanal geformt, der einen kleineren Teil 88a zum Aufnehmen des Schaftes 94a der Griffschraube 94 und einen größeren Teil 88b zum Aufnehmen der Feststellmutter 96 beinhaltet, die auf den Endteil des Schaftes 94a aufgeschraubt ist.
Wenn die Rändelschraube 94 fest mit der Feststellmutter 96 verschraubt ist, wird die Feststellmutter 96 gegen die zwischen dem kleineren Teil 88a und dem größeren Teil 88b der Führungsnut 88 definierte Schulterfläche 88c gedrückt, sodass die Rändelschraube 94 in einer aufrechten Position am Schwenkarm 86 befestigt ist. Wenn die Schraubverbindung zwischen der Rändelschraube 94 und der Feststellmutter 96 gelockert wird, kann die Rändelschraube 94 entlang der Führungsnut 88 parallel am Schwenkarm 86 entlang gleiten, während die Rolle 90 auf dem Schaft 94a gelagert bleibt. Zwischen dem Paar Flanschteile 90b der Rol le erstreckt sich ein Stift 98, der das Abfallen des Streifenbauteils 12 von der Rolle 90 verhindert.
Das elastische Bauteil 92 ist z.B. aus einer Schraubenfeder gebildet und befindet sich in einer abgestuften Durchgangsbohrung 100 im Schwenkarm 86 in einer Richtung, die im Allgemeinen rechtwinklig zum Schaft 94a der Rändelschraube 94 ist. Die abgestufte Durchgangsbohrung 100 beinhaltet einen Öffnungsteil mit kleinerem Durchmesser in der bogenförmigen Innenfläche 86c des Schwenkarms 86 und nimmt gleitend und arretierbar einen Stößel 102 auf. Der Stößel 102 ist so gehaltert, dass dessen äußeres Ende durch die Zugspannung des elastischen Bauteils 92 um eine vorgegebene Strecke aus der Innenfläche 86c des Schwenkarms 86 herausragt. Das elastische Bauteil 92 wird durch eine Halteschraube 104 in der Durchgangsbohrung 100 zusammengedrückt, die in einen Teil der abgestuften Durchgangsbohrung 100, eine Öffnung in der bogenförmigen Außenfläche 86d des Schwenkarms 86 eingeschraubt ist. Wenn der Schwenkarm 86 auf den Zapfenteil 82c der Auflage 82 aufgesetzt ist, erstreckt sich die abgestufte Durchgangsbohrung 100 im Wesentlichen in einer radialen Richtung der Stange 18, und das äußere Ende des Stößels 102 liegt am zylindrischen Teil 24a des Spindelstocks 24 an.
Wenn der Schwenkarm 86 auf dem Zapfenteil 82c der Auflage aufsitzt, ist das ringförmige Streifenbauteil 12 zwischen der Stange 18 und der Rolle 90 gespannt, wobei sich die Rückseite 12b in Kontakt mit den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 90 befindet. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Stößel 102 durch die Zugspannung des elastischen Bauteils 92 am zylindrischen Teil 24a des Spindelstocks 24 an, um den Schwenkarm 86 in einer durch einen Pfeil β gezeigten Richtung zu spannen. Dadurch wird das Streifenbauteil 12 mit einer Zugspannung beaufschlagt, damit seine Rückseite 12b eng an den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 90 anliegt. Wenn der Schwenkarm 86 vom Zapfenteil 82c der Auflage 82 abgenommen und das Streifenbauteil 12 von der Stange 18 gelöst wird, wird das Streifenbauteil 12 noch durch die Rolle 90 und den Stift 98 gehalten, sodass er nicht vom Schwenkarm 86 abfallen kann.
Bei der Zugspannungseinheit des Umschlingungsmechanismus 84 mit der obigen Struktur ist die durch den Stößel 102 zugelassene Auslenkung des Schwenkarms 86 relativ gering. Wenn sich der Durchmesser der Stange 18 stark ändert, kann die auf das Streifenbauteil 12 einwirkende Zugspannung mitunter nicht ausreichen, sodass das Streifenbauteil 12 durchhängen kann. In diesem Fall kann die richtige Zugspannung auf das Streifenbauteil 12 wiederhergestellt werden, indem die Rändelschraube 94 betätigt wird, um die Rolle 90 parallel zum Schwenkarm 86 entlang der Führungsnut 88 zu verschieben.
Der Umschlingungsmechanismus 84 der Stromzuführeinrichtung 80 ist auch mit einer Führungseinheit ausgestattet, um das um die Stange 18 geschlungene Streifenbauteil 12 eng an den Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr anzulegen. Die Führungseinheit besteht aus einem Elektrodenstift 52, der der Auflage 82 gegenüber am anderen Ende des Schwenkarms 86 fest und aufrecht mit dem Schwenkarm 86 verbunden ist. Der Elektrodenstift 52 ist an dessen einem Ende durch einen Klebstoff oder Ähnliches mit dem Schwenkarm 86 verbunden. Ein aus dem Schwenkarm 86 herausragender Teil des Elektrodenstifts 52 haltert gleitend die Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12.
Wenn der Schwenkarm 86 auf dem Zapfenteil 82c der Auflage 82 aufsitzt, erstreckt sich der Elektrodenstift 52 im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a der Stange 18, und befindet sich seitlich einer geraden Verbindungslinie zwischen der Stange 18 und der Rolle 90 der Zugspannungseinheit. In diesem Zustand kann deshalb das zwischen der Stange 18 und der Rolle 90 gespannte Streifenbauteil 12 so um den Elektrodenstift 52 gelegt werden, dass sich dessen Vorderseite 12a in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenstifts 52 befindet. In diesem Zustand ist das ringförmige Streifenbauteil 12 durch die Spannkraft des elastischen Bauteils 92 der Zugspannungseinheit so gespannt, dass es in der dargestellten Weise am Elektrodenstift 52 zusammentrifft, damit die Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 an dem Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr eng anliegt.
Bei der dargestellten Ausführungsart ist die in 4 gezeigte ebene Werkzeughalterung 16 einer seitlichen Sehnenfläche 24b des Spindelstocks 24 gegenüber angebracht. Wenn der Schwenkarm 86 der Stromzuführeinrichtung 80 auf den Zapfenteil 82c der Auflage 82 aufgesteckt ist und das Streifenbauteil 12 zwischen der Rolle 90 und der Stange 18 gespannt ist, wobei sich die Vorderseite 12a in Kontakt mit dem Elektrodenstift 52 befindet, befindet sich der Elektrodenstift 52 deshalb vom zu positionierenden Drehmeißel 56 oder vom Bohrer 58 (4) aus gesehen jenseits der Stange 18. Demzufolge trifft das Streifenbauteil 12 auch im Wesentlichen symmetrisch zur x-Achse des Drehmaschinenbetts am Elektrodenstift 52 zusammen.
Der Elektrodenstift 52 fungiert ähnlich der Stromzuführeinrichtung 10 auch als Stromzuführmechanismus der Stromzuführeinrichtung 80. Somit muss der Elektrodenstift 52 elektrisch gegenüber dem Spindelstock 24 isoliert werden, an welchem die Auflage 82 befestigt ist. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel die Auflage 82 und/oder der Schwenkarm 86 aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt sein oder zwischen die Auflage 82 und den Elektrodenstift 52 ein isolierendes Material eingefügt werden.
Es ist klar, dass die Stromzuführeinrichtung 80 mit der obigen Struktur ähnlich funktioniert wie die in 1 gezeigte Stromzuführeinrichtung 10. Insbesondere kann die Stromzuführeinrichtung 80 an einer vorgegebenen Position des Spindelstocks 24 angebracht werden, indem einfach der Schwenkarm 86 auf den Zapfenteil 82c der Auflage 82 aufgesteckt wird, sodass die Stromzuführeinrichtung 80 einfach und schnell angebracht und abgenommen werden kann. Dieser Aufbau ist besonders dann von Vorteil, wenn die Daten der Zerspanungsposition oft korrigiert und Probezerspanungen durchgeführt werden, um eine möglichst hohe Zerspanungsgenauigkeit zu erreichen, und kann somit in der Präzisionsbearbeitung eingesetzt werden.
Die 10 und 11 sind Vorder- bzw. Seitenansichten, die jeweils eine Stromzuführeinrichtung 110 gemäß einer dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Stromzuführeinrichtung 110 weist im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die oben beschriebene Stromzuführeinrichtung 10 und eine Zugspannungseinheit in einem Umschlingungsmechanismus 114 zum Umschlingen der äußeren Umfangsfläche einer Stange 18 mit einem Streifenbauteil 12 auf, deren Rückseite 12b in engem Kontakt mit der Außenfläche steht, und unterscheidet sich von dieser nur durch eine am Spindelstock 24 einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebrachte Auflage 112. Deshalb werden gleiche oder ähnliche Komponenten durch dieselben Bezugsnummern bezeichnet und deren Beschreibung nicht wiederholt. Die Stromzuführeinrichtung 110 kann in der beschriebenen Weise ähnlich wie bei der Stromzuführeinrichtung 10 in die Positioniereinheit 14 integriert werden.
Die Auflage 112 der Stromzuführeinrichtung 110 weist eine gekrümmte Form auf, die sich in einem kreisförmigen Bogen über einen Bereich des Mittenwinkels von etwa 70 Grad erstreckt, und ist an einem Längsende durch eine Befestigungsschraube 116 am Spindelstock 24 befestigt. Dadurch steht eine bogenförmige Innenfläche 112a der Auflage 112 in engem Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche eines zylindrischen Teils 24a des Spindelstocks 24, sodass die Auflage 112 an einer vorgegebenen Position fest am Spindelstock 24 angebracht ist. Die Auflage 112 ist mit einem Aufhängungsstift 118, der in der Nähe der Befestigungsschraube 116 aufrecht herausragt, und einem Zapfen 120 ausgestattet, welcher der Befestigungsschraube 116 entgegengesetzt am anderen Endbereich aufrecht herausragt. Der Aufhängungsstift 118 ist z.B. durch einen Klebstoff an einem Ende mit der Auflage 112 verbunden. Auch der Zapfen 120 ist z.B. durch einen Klebstoff an einem Ende mit der Auflage 112 verbunden.
Der Umschlingungsmechanismus 114 der Stromzuführeinrichtung 110 beinhaltet als Zugspannungseinheit zum Ausüben einer Zugspannung auf ein Streifenbauteil 12 einen Schwenkarm 122, der lösbar auf den aus der Auflage 112 herausragenden Zapfen 120 gesteckt ist, eine an einem Ende des Schwenkarms 122 gehalterte Rolle 124 und ein elastisches Bauteil 126 zum Ausüben einer Zugspannung auf den Schwenkarm 122 in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung (Pfeil γ) um den Zapfen 120 in 10. Der Schwenkarm 122 weist im Allgemeinen eine 1-Form auf und nimmt den in eine Bohrung 123 gesteckten Zapfen 120 auf, wobei die Bohrung im Allgemeinen in der Mitte eines längeren Hebelabschnitts gebildet ist, damit der Schwenkarm durch den Zapfen 120 drehbar gelagert wird. Wenn die Auflage 112 am Spindelstock 24 an einer vorgegebenen Position angebracht und der Schwenkarm 122 auf den Zapfen 120 gesteckt ist, liegen die Drehachsen 122a und 124a des Schwenkarms 122 bzw. der Rolle 124 im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. der Mittelachse 18a der Stange 18.
Die Rolle 124 ist an ihren axial entgegengesetzten Enden mit Flanschteilen 124b ausgestattet und durch eine Schraube 128 an einem freien Endbereich eines kürzeren Hebelabschnitts des Schwenkarms 122 befestigt. Ein Stift 130 zwischen den beiden Flanschteilen 124b der Rolle 124 dient dazu, dass das Streifenbauteil 12 nicht von der Rolle 124 abfallen kann. Das elastische Bauteil 126 ist zum Beispiel aus einem Gummiband gebildet und zwischen einem Aufhängungsstift 132, der im freien Endbereich des längeren Hebelabschnitts des Schwenkarms 122 aufrecht herausragt, und dem Aufhängungsstift 118 gespannt, der aus der Auflage 112 herausragt. Das elastische Bauteil 126 kann auch aus einem anderen bekannten elastischen Bauelement gebildet sein, zum Beispiel aus einer Zugfeder.
Wenn der Schwenkarm 122 auf den Zapfen 120 auf der Auflage 112 gesteckt ist, ist das ringförmige Streifenbauteil 12 zwischen der Stange 18 und der Rolle 124 gespannt, wobei dessen Rückseite 12b in engem Kontakt mit den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 124 steht. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Zustand erreicht, bei dem die Rückseite 12b durch die Zugspannung des elastischen Bauteils 126 eng an den entsprechenden äußeren Umfangsflächen der Stange 18 und der Rolle 124 anliegt. Wenn der Schwenkarm 122 vom Zapfen 120 gelöst und das Streifenbauteil 12 von der Stange 18 abgenommen wird, bleibt es durch die Rolle 124 und den Stift 130 gehaltert und kann nicht vom Schwenkarm 122 abfallen.
Der Umschlingungsmechanismus 114 der Stromzuführeinrichtung 110 ist auch mit einer Führungseinheit ausgestattet, damit das um die Stange 18 geschlungene Streifenbauteil 12 an dem Bereich der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr eng anliegt. Die Führungseinheit besteht aus einem Elektrodenstift 52, der an einer Ecke zwischen dem längeren und dem kürzeren Hebelarm des Schwenkarms 122 aufrecht angebracht ist. Der Elektrodenstift 52 ist an einem Ende mit einem Klebstoff oder Ähnlichem am Schwenkarm 122 befestigt. Ein aus dem Schwenkarm 122 herausragender Teil des Elektrodenstifts 52 nimmt die Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gleitend auf.
Wenn der Schwenkarm 122 auf den Zapfen 120 der Auflage 112 gesteckt ist, erstreckt sich der Elektrodenstift 52 im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a der Stange 18, und befindet sich seitlich einer geraden Linie, welche die Stange 18 mit der Rolle 124 der Zugspannungseinheit verbindet. In diesem Zustand kann deshalb das zwischen der Stange 18 und der Rolle 124 gespannte Streifenbauteil 12 so um den Elektrodenstift 52 gelegt werden, dass sich die Vorderseite 12a des Streifenbauteils in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Elektrodenstifts 52 befindet. In diesem Zustand ist das ringförmige Streifenbauteil 12 durch die Zugspannung des elastischen Bauteils 126 der Zugspannungseinheit so gespannt, dass es in der gezeigten Weise am Elektrodenstift 52 zusammentrifft und die Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 am Bereich der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr eng anliegt.
Bei der dargestellten Ausführungsart ist die in 4 gezeigte ebene Werkzeughalterung 16 gegenüber einer seitlichen Sehnenfläche 24b des Spindelstocks 24 angebracht. Wenn der Schwenkarm 122 der Stromzuführeinrichtung 110 auf den Zapfen 120 der Auflage 112 gesteckt und das Streifenbauteil 12 zwischen der Rolle 124 und der Stange 18 gespannt ist, wobei sich die Vorderseite 12a in Kontakt mit dem Elektrodenstift 52 befindet, befindet sich deshalb der Elektrodenstift 52, vom zu positionierenden Drehmeißel 56 oder vom Bohrer 58 aus (4) gesehen, jenseits der Stange 18. Demzufolge trifft das Streifenbauteil 12 auch im Wesentlichen symmetrisch zur x-Achse des Drehmaschinenbetts am Elektrodenstift 52 zusammen.
Der Elektrodenstift 52 fungiert ähnlich wie bei der Stromzuführeinrichtung 10 auch als Stromzuführmechanismus der Stromzuführeinrichtung 110. Deshalb muss der Elektrodenstift 52 elektrisch vom Spindelstock 24 isoliert werden, auf dem die Auflage 112 angebracht ist. Zu diesem Zweck kann die Auflage 112 und/oder der Schwenkarm 122 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt oder zwischen die Auflage 112 und den Elektrodenstift 52 ein isolierendes Material eingefügt werden.
Es ist klar, dass die Stromzuführeinrichtung 110 mit der obigen Struktur ähnlich wie die in 1 gezeigte Stromzuführeinrichtung 10 betrieben werden kann. Insbesondere kann die Stromzuführeinrichtung 110 an einer vorgegebenen Position des Spindelstocks 24 angebracht werden, indem einfach der Schwenkarm 122 auf den Zapfen 120 der Auflage 112 gesteckt wird, sodass die Stromzuführeinrichtung 110 einfach und schnell angebracht und abgenommen werden kann. Diese Struktur ist besonders dann von Vorteil, wenn die Daten der Zerspanungsposition oft korrigiert und Probezerspanungen durchgeführt werden, um eine möglichst hohe Zerspanungsgenauigkeit zu erreichen, und kann somit in der Präzisionsbearbeitung eingesetzt werden. Im Gegensatz zur der in 8 gezeigten Stromzuführeinrichtung kann außerdem eine ausreichend große Auslenkung des Schwenkarms 122 bereitgestellt werden, sodass bei einer starken Änderung des Durchmessers der Stange 18 eine ausreichend starke Zugspannung auf das Streifenbauteil 12 ausgeübt werden kann. Nach Beendigung der Präzisionspositionierung durch wiederholtes Korrigieren der Daten der Zerspanungsposition und der Probezerspanungen kann die Stromzuführeinrichtung 110 einfach durch Entfernen der Befestigungsschraube 116 abgenommen werden, während der Schwenkarm 122 noch auf der Auflage 112 montiert bleibt.
Obwohl oben verschiedene bevorzugte Ausführungsarten einer Stromzuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsarten beschränkt. Zum Beispiel kann als Umschlingungsmechanismus zum Umschlingen der Stange mit dem Streifenbauteil mit eng an der äußeren Umfangsfläche anliegender Rückseite ein Klebstoff zum lösbaren Anbringen der Rückseite des Streifenbauteil an der äußeren Umfangsfläche der Stange verwendet werden. In diesem Fall wird vorteilhafterweise gemäß der Darstellung in 12 an der Rückseite 12b des Streifenbauteils 12 eine Klebstoffschicht 140 angebracht. Alternativ kann die hintere Schicht 32 des Streifenbauteils 12 aus einem elektrisch isolierenden Klebstoff bestehen. Gemäß dieser Struktur kann das Streifenbauteil 12 unabhängig vom Durchmesser der Stange und ohne Verwendung der Zugspannungseinheit und der Führungseinheit der Umschlingungsmechanismen 20, 84 bzw. 114 in den obigen Ausführungsarten leicht und eng an den Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange über den Mittenwinkel von 180 Grad oder mehr angelegt werden.
Gemäß der obigen Beschreibung kann die Positioniereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem in Verbindung mit einer anderen Art von Werkzeughalterung, zum Beispiel mit einem Revolverkopf, eingebaut werden. Die 13 und 14 sind Vorder- bzw. Seitenansichten, die jeweils eine in Verbindung mit einem Revolverkopf 150 eingebaute Positioniereinheit 152 gemäß der anderen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Positioniereinheit 152 weist im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die oben beschriebene Positioniereinheit 14 auf, bei der sich lediglich die Strukturen eines Antriebsmechanismus und eines Korrekturverarbeitungsbereichs unterscheiden. Deshalb werden die gleichen oder ähnliche Komponenten mit denselben Bezugsnummern bezeichnet und deren Beschreibung nicht wiederholt.
Der Revolverkopf 150 beinhaltet einen Halterungskörper 154, der in der Nähe eines Spindelstocks 24 auf einem Drehmaschinenbett einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebracht ist, und einen auf dem Halterungskörper 154 ruhenden Revolver 156. Der Halterungskörper 154 ist so angeordnet, dass er sowohl in Richtung einer zur Achse einer nicht gezeigten Drehspindel, d.h. zur Mittelachse 18a einer Stange 18 parallelen z-Achse als auch in Richtung einer zur Mittelachse 18a senkrechten x-Achse in einem vorgegebenen rechtwinkligen dreiachsigen Koordinatensystem auf dem Drehmaschinenbett verschoben werden kann. Der Revolver 156 kann in einer Richtung θ um eine Achse 156a gedreht werden, die parallel zur z-Achse auf dem Halterungskörper 154 verläuft. Die Achse 156a des Revolvers 156 und die Mittelachse 18a der Stange 18 verlaufen beide in Richtung der x-Achse.
Der Revolver 156 ist an seinem äußeren Umfangsbereich in bestimmten Teilkreisabständen um die Drehachse 156a des Revolvers 156 mit einer Vielzahl (in 13: acht) Werkzeugaufnahmen 158 ausgestattet. In den Werkzeugaufnahmen 158 sind durch Werkzeughalterungen 162 verschiedene Arten von Werkzeugen 160, zum Beispiel Drehmeißel, eingespannt. Der Revolverkopf 150 wählt durch eine Teilkreisdrehung des Revolvers 156 auf dem Halterungskörper 154 in der Richtung θ automatisch ein in einer gewünschten Werkzeugaufnahme 158 eingespanntes Werkzeug 160, um dieses an einer der Stange 18 gegenüberliegenden Teilkreisposition anzuordnen.
Gemäß der obigen Erläuterung führt der Revolverkopf 150, für den die Positioniereinheit 152 eingesetzt wird, eine der Teilkreisdrehung des Revolvers 156 auf dem Halterungskörper 154 entsprechende Werkzeugauswahl durch, sodass sich der Halterungskörper 154 selbst im Gegensatz zu der beschriebenen ebenen Werkzeughalterung 16 nicht in Richtung der y-Achse auf dem Drehmaschinenbett bewegen kann. Um die Spitze des Werkzeugs 160 in Bezug auf die Mittelachse 18a der fest in einer Drehspindel eingespannten Stange 18 zu positionieren, steuert die Positioniereinheit 152 deshalb nicht die Vorschubgeschwindigkeit des Revolverkopfs 150 in Richtung der y-Achse, sondern verwendet eine Struktur zum mechanischen Positionieren des Werkzeugs 160 an einer gewünschten Position in der Werkzeugaufnahme 158 des Revolvers 156.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Komponenten der Stromzuführeinrichtung 10 beinhaltet die Positioniereinheit 152 somit ferner Folgendes: einen Antriebsmechanismus 164, um ein zu positionierendes Werkzeug 160, das zusammen mit mehreren anderen Werkzeugen im Revolverkopf 150 eingespannt ist, in Kontakt oder Berührung mit der Vorderseite 12a des um die Stange 18 geschlungenen Streifenbauteils 12 zu bringen; einen Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 zum Erkennen einer durch die Stromzuführeinrichtung 10 zwischen dem Werkzeug 160 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 bedingten Leitfähigkeit, wenn diese in Kontakt miteinander gebracht werden, um eine Kontaktposition mit dem Werkzeug 160 zu entscheiden oder zu ermitteln; und ein Positionierbauteil zum mechanischen Positionieren der Spitze 160a des Werkzeugs 160 in Bezug auf die Mittelachse 18a der spanabhebend zu bearbeitenden Stange 18 anhand der ermittelten Kontaktposition mit dem Werkzeug 160.
Bei der dargestellten Ausführungsart besteht das Positionierbauteil aus den oben beschriebenen Werkzeughalterungen 162 zum festen Einspannen der Werkzeuge 160 und in den Werkzeughalterungen 162 eingespannten Abstandshaltern 166 zum Festlegen der Positionen der Werkzeuge 160. Ferner wirkt ein Stromzuführmechanismus 22 der Stromzuführeinrichtung 10 mit einer externen Stromquelle 54 zusammen, um zwischen dem zu positionierenden Werkzeug 160 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 eine Potentialdifferenz zu erzeugen, wenn sich das Werkzeug und die Vorderseite nicht in Kontakt miteinander befinden, sowie zwischen dem Werkzeug 160 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 einen elektrischen Strom fließen zu lassen, wenn beide in Kontakt oder Berührung miteinander gelangen.
Der Antriebsmechanismus 164 führt gleichzeitig oder voneinander unabhängig eine Linearbewegung, um den Revolverkopf 150 parallel in Richtung der x-Achse und senkrecht zur Mittelachse 18a der fest in der Drehspindel eingespannten Stange 18 zu verschieben oder zu bewegen, und eine Drehbewegung des Revolvers 156 am Halterungskörper 154 in der Richtung θ um die parallel zur Mittelachse 18a verlaufende Achse 156a aus. Deshalb ist es von Vorteil, dass als Antriebsmechanismus 164 ein Antriebsmechanismus der automatisch betriebenen Drehmaschine (zum Beispiel Servomotoren und Vorschubspindeln für die entsprechenden Achsen) zum Antreiben des Revolverkopfs 150 während der spanabhebenden Bearbeitung dient.
Beim Auswählen eines zu positionierenden Werkzeugs dreht der Antriebsmechanismus 164 den Revolver 156 in der Richtung θ um Teilkreisbeträge zu einer Stelle, an der die Spitzen 160a des Werkzeugs 160 nicht in Kontakt mit der Stange 18 stehen. Dadurch wird ein zu posi tionierendes Werkzeug 160 an eine Teilkreisposition gebracht, und die Spitze 160a dieses Werkzeugs 160 und die Mittelachse 18a der Stange 18 sind in Richtung der x-Achse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Von dieser Position aus bewegt der Antriebsmechanismus 164 den Revolverkopf 150 in der unten beschriebenen Weise parallel in Richtung der x-Achse so weit, bis das ausgewählte Werkzeug 160 die Stange 18 berührt.
Die Positioniereinheit 152 steuert den Antriebsmechanismus 164 und den Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 in Verbindung mit einem Steuerbereich 72 (z.B. einem NC-Steuerbereich) der automatisch betriebenen Drehmaschine ähnlich wie die beschriebene Positioniereinheit 14. Der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 besteht aus Folgendem: einer Leitung 74 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Elektrodenstift 52 der Stromzuführeinrichtung 10, der externen Stromquelle 54 und dem Revolver des Revolverkopfs 150; einem Leitfähigkeitssensor (z.B. einem Amperemeter) 76 in der Leitung 74; und dem Steuerbereich 72 der automatisch betriebenen Drehmaschine, der mit dem Leitfähigkeitssensor 76 verbunden ist. Wenn das zu positionierende Werkzeug 160 durch die Antriebsoperation des Antriebsmechanismus 164 in Kontakt mit der Vorderseite 12a des um die Stange 18 geschlungenen Streifenbauteils 12 gebracht wird, während die externe Stromquelle 54 mit dem Elektrodenstift 52 der Stromzuführeinrichtung 10 und dem Revolver 156 verbunden ist, wird das Werkzeug 160 elektrisch mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 verbunden, sodass der Leitfähigkeitssensor 76 in der Leitung 74 einen elektrischen Strom erkennt. Der Steuerbereich 72 verarbeitet ein vom Leitfähigkeitssensor 76 abgegebenes Stromerkennungssignal und ermittelt eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug 160 in Form von Koordinatendaten im x-y-Koordinatensystem auf dem Drehmaschinenbett.
Jede Werkzeughalterung 162 besteht aus einem Paar Halterungsbauteilen 168, die lösbar mit der Werkzeugaufnahme 158 des Revolvers 156 verbunden sind, und Befestigungsschrauben 169 zum Einspannen des Werkzeugs 160 und des Abstandshalters 166 zwischen den Halterungsbauteilen 168 durch eine Andruckkraft. Die Befestigungsschrauben 169 sind in Gewindebohrungen eingeschraubt, die in einem der Halterungsbauteile 168 gebildet sind. Der in die Werkzeughalterung 162 eingespannte Abstandshalter 166 besteht aus einem dünnen Blech, das am Werkzeug 160 anliegt und zusammen mit diesem zwischen den beiden Halterungsbauteilen 168 in der dargestellten Werkzeughalterung 162 eingespannt ist, und dient dazu, das Werkzeug 160 im Wesentlichen parallel zur x-Achse zu verschieben. Durch geeignetes Auswählen eines Abstandshalters 166 aus mehreren Abstandshaltern mit verschiedener Dicke und Einspannen des ausgewählten Abstandshalters 166 in einem Austauschschritt in die Werkzeughalterung 162 kann das Werkzeug 160 in der Werkzeugaufnahme 158 des Revolvers 156 in einer seitlichen Richtung (einer Richtung der y-Achse an der Teilkreisposition) verschoben oder bewegt und die Position der Spitze 160a des Werkzeugs 160 eingestellt werden.
Nach dem Ermitteln der Daten für die x-y-Koordinaten des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug 160 durch den Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 wird anhand eines y-Koordinatenwertes der Koordinatendaten ein Abweichungswert der Spitze 160a dieses Werkzeugs 160 in Richtung der y-Achse in Bezug auf die Mittelachse 18a der spanabhebend zu bearbeitenden Stange 18 (d.h. in Bezug auf eine die Mittelachse 18a beinhaltende x-z-Ebene) ermittelt. Dann wird ein diesem Abweichungswert entsprechender Abstandshalter 166 ausgewählt und in die Werkzeughalterung 162 eingespannt, wodurch die Spitze 160a des Werkzeugs 160 in der die Mittelachse 18a beinhaltenden x-z-Ebene positioniert werden kann.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 15 und 16 der Ablauf einer vorbereitenden Positionieroperation für das Werkzeug durch die Positioniereinheit 152 näher beschrieben.
Zuerst werden gewünschte Arten von Werkzeugen 160 in den Revolverkopf 150 eingespannt, die zur spanabhebenden Bearbeitung erforderlich sind, und die spanabhebend zu bearbeitende Stange 18 so in die Drehspindel fest eingespannt, dass das vordere Ende der Stange an einer Zerspanungsposition um eine geeignete Länge über das Spannfutter oder die Führungsbuchse 28 hinausragt (Schritt P1). In diesem Schritt wird jedes Werkzeug 160 unter Verwendung eines Abstandshalters 166 bekannter Dicke fest in die Werkzeughalterung 162 jeder Werkzeugaufnahme 158 eingespannt.
Im nächsten Schritt wird die Auflage 26 der Stromzuführeinrichtung 10 in einer vorgegebenen Position am Spindelstock 24 angebracht und das Streifenbauteil 12 so zwischen der Rolle 42 und der Stange 18 gespannt, dass die Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 in Kontakt mit dem Elektrodenstift 52 steht (Schritt P2). Dabei liegt der Elektrodenstift 52 vom zu positionierenden Werkzeug aus gesehen jenseits der Stange 18, wodurch das Streifenbauteil 12 im Wesentlichen symmetrisch zur x-Achse des Drehmaschinenbetts (13) am Elektrodenstift 52 zusammentrifft. Die externe Stromquelle 54 ist mit dem Elektrodenstift 52 durch die Leitung 74 und diese wiederum am anderen Ende mit dem Revolver 156 des Revolverkopfs 150 verbunden.
Dann wird entweder ein erstes oder ein zweites Programm ausgewählt; mit dem ersten Programm wird bei jeder Werkzeugauswahl nur das zum Ausführen der spanabhebenden Bearbeitung aus der Vielzahl der im Revolverkopf 150 eingespannten Werkzeuge 160 vorpositioniert, während mit dem zweiten Programm alle Werkzeuge 160 vor Beginn der spanabhebenden Bearbeitung der Reihe nach oder nacheinander vorpositioniert werden (Schritt P3).
Im nächsten Schritt P4 bewegt der Antriebsmechanismus gesteuert durch den Steuerbereich 72 den Revolverkopf 150 so, dass das zu positionierende Werkzeug 160 ausgewählt wird, und bringt die Spitze 160a des Werkzeugs 160 in Kontakt oder Berührung mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 in einem Bereich, wo das Streifenbauteil eng an der äußeren Umfangsfläche der Stange 18 anliegt (16). Dann ermittelt gemäß der obigen Beschreibung der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 in Form von x-y-Koordinatendaten die Kontaktposition zwischen der Spitze 160a des Werkzeugs 160 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 (Schritt P5).
Im nächsten Schritt wird anhand der ermittelten Koordinatendaten der Kontaktposition ein Abweichungswert Δy der Spitze 160a des Werkzeugs 160 in Richtung der x-Achse ermittelt, ein Abstandshalter 166 mit einer diesem Abweichungswert Δy entsprechenden Dicke ausgewählt und der Abstandshalter 166 mit der bekannten Dicke durch den Abstandshalter 166 mit der Dicke Δy ersetzt (Schritt P6).
In den oben beschriebenen Schritten P4 bis P6 können der Antriebsmechanismus 164 und der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 den Revolverkopf 150 in Bewegung setzen und die Koordinatendaten der Kontaktposition ermitteln, indem die Position der Mittelachse 18a der Stange 18 als Ursprung (0, 0) des x-y-Koordinatensystems angenommen wird. Dabei versetzt der Antriebsmechanismus 164 in Schritt P4 zuerst den Revolverkopf 150 in eine Teilkreisdrehung in Richtung θ, um das zu positionierende Werkzeug 160 an einer Teilkreisposition zu positionieren, die im Wesentlichen in Richtung der x-Achse auf die Stange 18 ausgerichtet ist. Die Position der Revolverachse 156a des Revolverkopfs 150 zum Zeitpunkt der Beendigung der Werkzeugauswahl wird als Ausgangsposition bezeichnet. Dann wird der Revolverkopf 150 von der Ausgangsposition parallel so in Richtung der x-Achse verschoben, dass die Schneidenspitze 160a des ausgewählten Werkzeugs 160 in Kontakt mit der Vorderseite 12a des um die Stange 18 geschlungenen Streifenbauteils 12 gebracht wird.
Im nächsten Schritt P5 erkennt der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich 62 eine durch die Stromzuführeinrichtung 10 bedingte elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug 160 und der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 und berechnet einen Koordinatenwert x (x1) und einen Koordinatenwert y (y1) des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug 160. Dabei werden die Koordinaten der Ausgangsposition des Revolverkopfs 150 und die Strecke zwischen der Revolverachse 156a des Revolverkopfs 150 und der Spitze 160a des zu positionierenden Werkzeugs 160 in Richtung der x-Achse als Vorgabewerte im Speicherbereich des Steuerbereichs 72 gespeichert, sodass der x-Koordinatenwert des Kontaktpunkts anhand der Verschiebungsstrecke des Revolverkopfs 150 in Richtung der x-Achse bis zum Werkzeugkontakt berechnet wird. Ferner zuvor Daten für den Radius R (ein tatsächlicher Messwert) der Stange 18 und für die Dicke T des Streifenbauteils 12 in den Speicherbereich des Steuerbereichs 72 eingegeben, sodass der y-Koordinatenwert des Kontaktpunkts als Punkt auf dem Kreis mit dem Radius (R + T) berechnet wird. Somit liegen die Koordinatendaten (x1, y1) für den Kontaktpunkt fest.
Im nächsten Schritt P6 wird der Abweichungswert Δy = |y1| der Spitze 160a des Werkzeugs 160 in Richtung der y-Achse ermittelt, ein Abstandhalter 166 mit einer Dicke y1 ausgewählt und der zuvor in die Werkzeughalterung 162 eingespannte Abstandshalter 166 mit der bekannten Dicke durch den Abstandshalter 166 mit der Dicke y1 ersetzt. Damit ist die Positionierung des Werkzeugs 160 beendet. Zum Schluss wird die Auflage 26 der Stromzuführeinrichtung 10 vom Spindelstock 24 abgenommen (Schritt P7). Anschließend steuert der Steuerbereich 72 den Antriebsmechanismus 164, um den Revolverkopf 150 so zu bewegen, dass das Werkzeug 160 bei der spanabhebenden Bearbeitung der Stange 18 in Bezug auf die Mittelachse 18a der Stange 18 positioniert ist.
Anzumerken ist, dass bei Auswahl des ersten Programms in Schritt P3 die nachfolgenden Schritte P4 bis P6 nur für ein Werkzeug ausgeführt werden, das unmittelbar danach zur spanabhebenden Bearbeitung eingesetzt werden soll, und die Position der Spitze des betreffenden Werkzeugs korrigiert wird. Wird hingegen in Schritt P3 das zweite Programm ausgewählt, werden die nachfolgenden Schritte P4 und P5 für alle Werkzeuge 160 im Revolverkopf 150 ausgeführt und anschließend in Schritt P6 die Positionen der Spitzen aller Werkzeuge 160 anhand der entsprechenden Δy-Werte der jeweiligen Werkzeuge 160 vorkorrigiert.
Mitunter kann im obigen Schritt P5 der Abstand in Richtung der x-Achse von der Revolverachse 156a des Revolverkopfs 150 zur Spitze 160a des zu positionierenden Werkzeugs 160 nicht als Vorgabewert ermittelt werden. In diesem Fall wird in Schritt P4 die Spitze 160a des in die Teilkreisposition verbrachten Werkzeugs 160 in Kontakt mit der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht, der Revolverkopf 150 zur Ausgangsposition zurückgefahren und der Revolver 156 leicht um einen gewünschten kleinen Winkel Δθ gedreht. In dieser Stellung wird die Spitze 160a des Werkzeugs 160 noch einmal in Kontakt oder Berührung mit einem anderen Punkt an der Vorderseite 12a des Streifenbauteils 12 gebracht (siehe 17). Dann werden die Laufstrecken des Revolverkopfs 150 in Richtung der x-Achse während dieser beiden Kontaktschritte sowie der kleine Drehwinkel Δθ des Revolvers 156 als Vorgabewerte genommen, um ein Gleichungssystem zu lösen. Dadurch kann der Abstand in Richtung der x-Achse von der Revolverachse 156a des Revolverkopfs 150 bis zur Spitze 160a des zu positionierenden Werkzeugs ermittelt werden. Auf diese Weise können die Koordinatendaten (x1, y1) der ersten Kontaktposition festgelegt und somit der Abweichungswert Δy = |y1| der Spitze 160a des Werkzeugs 160 in Richtung der y-Achse ermittelt werden.
Es ist klar, dass die Positioniereinheit 152 mit der obigen Struktur ein ähnliches Arbeitsergebnis wie die bereits beschriebene Positioniereinheit 14 liefern kann.
Obwohl oben mehrere bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsarten beschränkt, und im Rahmen der dargelegten Ansprüche können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
INDUSTRIELLE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugpositionierverfahren und eine Werkzeugpositioniereinheit, welche einfach und genau die Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf die Mittelachse einer Stange positionieren können, ohne die äußere Umfangsfläche der Stange und/oder des Werkzeugs selbst vor Beginn einer spanabhebenden Bearbeitung zu beschädigen. Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Stromzuführeinrichtung bereit, die für eine solche Werkzeugpositionieroperation eingesetzt werden kann und die Beschädigung der äußeren Umfangsfläche einer Stange und/oder des Werkzeugs selbst vor Beginn einer spanabhebenden Bearbeitung verhindern kann. Wenn das Werkzeugpositionierverfahren, die Werkzeugpositioniereinheit und die Stromzuführeinrichtung in Verbindung mit einer automatisch betriebenen Drehmaschine eingesetzt werden, kann ein Werkstück mit hoher Genauigkeit spanabhebend bearbeitet werden.

Claims

Werkzeugpositionierverfahren zum Positionieren einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange, wobei das Werkzeugpositionierverfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines flexiblen Streifenelements (12) mit einer leitfähigen Vorderseite (12a) und einer isolierenden Rückseite (12b); festes Anbringen einer spanabhebend zu bearbeitenden Stange (18) an einer Zerspanungsposition und Umschlingen einer äußeren Umfangsfläche der Stange mit dem Streifenelement derart, dass die Rückseite eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; Inkontaktbringen eines zu positionierenden Werkzeugs (56, 58) mit der Vorderseite des Streifenelements; Ermitteln einer leitfähigen Verbindung zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenelements zum Zeitpunkt eines gegenseitigen Kontakts, um eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug zu ermitteln; und Ermitteln einer Position einer Werkzeugspitze (56a, 58a) des Werkzeugs während einer spanabhebenden Bearbeitung anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug.
Werkzeugpositionierverfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung einer Position einer Spitze des Werkzeugs einen Arbeitsschritt zur Ermittlung einer Position einer Mittelachse der spanabhebend zu bearbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug und einen Arbeits schritt zur geeigneten Korrektur vorgegebener Daten zur Zerspanungsposition des Werkzeugs in Übereinstimmung mit der zuvor ermittelten Position der Mittelachse der Stange beinhaltet.
Werkzeugpositionierverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ermittlung einer Position einer Spitze des Werkzeugs einen Arbeitsschritt zur mechanischen Positionierung der Spitze des Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse der spanabhebend zu verarbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunktes mit dem Werkzeug beinhaltet.
Leistungszuführeinrichtung zur Werkzeugpositionierung, um eine Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer Stange (18) zu positionieren, gekennzeichnet durch: ein flexibles Streifenelement (12) mit einer leitfähigen Vorderseite (12a) und einer isolierenden Rückseite (12b); einen Umschlingungsmechanismus (12) zum Halten des Streifenelements im umschlungenen Zustand auf einer äußeren Umfangsfläche der Stange derart, dass die Rückseite des Streifenelements eng an der äußeren Umfangsfläche anliegt; und einen Leistungszuführmechanismus (20), der elektrisch mit der Vorderseite des Streifenelements verbunden ist.
Leistungszuführeinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Streifenelement ringförmig ist.
Leistungszuführeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Umschlingungsmechanismus eine Spanneinheit (40, 42, 44) zum Ausüben einer Zugspannung auf das Streifenelement beinhaltet.
Leistungszuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Umschlingungsmechanismus eine Führungseinheit (52) zum engen Aufbringen des Streifenelements auf einen Teil der äußeren Umfangsfläche der Stange über einen Mittelwinkel von 180 Grad oder mehr beinhaltet.
Leistungszuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Umschlingungsmechanismus einen Klebstoff zum lösbaren Ankleben der Rückseite des Streifenelements auf die äußere Umfangsfläche der Stange beinhaltet.
Leistungszuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Umschlingungsmechanismus und/oder der Leistungszuführmechanismus dafür ausgelegt ist, abnehmbar auf einem Spindelstock (24) einer automatisch betriebenen Drehmaschine angebracht zu werden.
Leistungszuführeinrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Leistungszuführmechanismus ein Elektrodenelement (52) beinhaltet, das die Vorderseite des Streifenelements kontaktiert und gegen den Spindelstock isoliert ist.
Werkzeugpositioniervorrichtung zum Positionieren einer Spitze eines Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse einer spanabhebend zu bearbeitenden Stange (18), wobei die Stange fest an einer Zerspanungsposition angebracht ist, gekennzeichnet durch: eine Leistungszuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10; und einen Antriebsmechanismus (60), um ein zu positionierendes Werkzeug (56, 58) in Kontakt mit der Vorderseite des Streifenelements zu bringen; wobei der Leistungszuführmechanismus das Fließen eines elektrischen Stroms zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenelements zum Zeitpunkt eines gegenseitigen Kontakts ermöglicht.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach Anspruch 11, die ferner einen Kontaktpositions-Entscheidungsbereich zum Erkennen einer durch den Leistungszuführmechanismus verursachten Leitfähigkeit zwischen dem Werkzeug und der Vorderseite des Streifenelements umfasst, um eine Position eines Kontaktpunkts mit dem Werkzeug festzustellen.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach Anspruch 12, die ferner einen Korrekturverarbeitungsbereich zum Ermitteln einer Position einer Mittelachse der Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug und zum geeigneten Korrigieren vorgegebener Zerspanungspositionsdaten des Werkzeugs in Übereinstimmung mit der zuvor ermittelten Position der Mittelachse der Stange umfasst.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Werkzeug auf einer Werkzeugaufnahme einer automatisch betriebenen Drehmaschine montiert ist und der Antriebsmechanismus einen Werkzeugaufnahme-Antriebsmechanismus in der automatisch betriebenen Drehmaschine umfasst.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Kontaktpositions-Entscheidungsbereich einen Steuerbereich in einer automatisch betriebenen Drehmaschine beinhaltet.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Korrekturverarbeitungsbereich einen Steuerbereich in einer automatisch betriebenen Drehmaschine beinhaltet.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, die ferner ein Positionierelement zum mechanischen Positionieren einer Spitze des Werkzeugs in Bezug auf eine Mittelachse der spanabhebend zu bearbeitenden Stange anhand der zuvor ermittelten Position des Kontaktpunkts mit dem Werkzeug umfasst.
Werkzeugpositioniervorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Positionierelement einen Halter zur festen Halterung des Werkzeugs und einen auf dem Halter montierten Abstandshalter zum Ermitteln einer Position des Werkzeugs umfasst.