DE69200217T2

DE69200217T2 - Werkzeughalter für Werkzeugmaschinen.

Info

Publication number: DE69200217T2
Application number: DE69200217T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Mase; Hirotaka Nishikawa; Tetsuya Oketani; Yukihiro Sakakibara
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2012-01-30
Also published as: US5351039A; KR920014547A; EP0497312B1; TW201713B; EP0497312A2; DE69200217D1; EP0497312A3; KR950004664B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeughaltervorrichtung für Werkzeugmaschinen und insbesondere auf eine Werkzeughaltervorrichtung zum Erfassen einer Überlastaxialkraft, die auf das Werkzeug wirkt, etwa einen Bohrer oder Gewindeschneider, um eine Beschädigung des Werkzeugs zu verhindern.
Wenn das Abführen der Späne bei einem Schneidvorgang, etwa einem Bohrvorgang, nicht ausreichend durchgeführt wird, steigt bekanntermaßen das Schneiddrehmoment in einem solchen Maß an, daß das Schneidwerkzeug durch Verdrehen beschädigt wird. Darüber hinaus wird eine übermäßige Axialkraft erzeugt, wenn ein abgenutzter Bohrer mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wodurch ein Knicken des Bohrers verursacht wird.
Um ein solches übermäßiges Schneidmoment und eine Axialkraft während des Schneidvorgangs zu erfassen, ist ein Überlasterfassungssystem für eine Werkzeugmaschine in der europäischen Patentanmeldung Nr. 91102372.9 vorgeschlagen worden, die am 19. Februar 1991 eingereicht und am 28. August 1991 veröffentlicht wurde und somit gemäß Art. 54 (3) EPC einen Stand der Technik darstellt.
In diesem vorgeschlagenen Überlasterfassungssystem hat ein von der Antriebsspindel angetriebener Werkzeughalter oder Halterkörper einen angetriebenen Werkzeughalter, der vom Halterkörper so getragen wird, daß er relativ zum Halterkörper drehbar und axial verschieblich ist. Der angetriebene Werkzeughalter wird von einer eine Axialkraft ausübenden Feder nach vorn gedrückt. Der Antriebshalterkörper und der angetriebene Werkzeughalter weisen jeweils Verlagerungsmeßelemente oder -zähne auf, die in Umfangsrichtung davon in interdigitierender Weise angeordnet sind. Am Umfang benachbarte Verlagerungserfassungszähne der Antriebsseite und der angetriebenen Seite werden mittels einer Torsionsspiralfeder, die den angetriebenen Werkzeughalter mit dem Antriebshalterkörper verbindet, dazu gebracht, aneinanderzustoßen.
Diese Verlagerungserfassungszähne der Antriebs- und angetriebenen Seite haben miteinander zusammenwirkende, abgeschrägte Flächen an ihren aneinanderanstoßenden Seiten. Die abgeschrägten Flächen bilden einen relativ kleinen Winkel mit der Achsrichtung des Werkzeughalters. Wenn eine Überlastaxialkraft auf das Werkzeug und somit auf den angetriebenen Werkzeughalter ausgeübt wird, wirken die Verlagerungserfassungszähne des Werkzeughalters axial rückwärts auf die Verlagerungserfassungszähne des Antriebshalterkörpers an ihren abgeschrägten Flächen, so daß die Erfassungszähne des angetriebenen Werkzeughalters dazu veranlaßt werden, sich aufgrund der abgeschrägten Flächen in Umfangsrichtung zu verschieben. Dadurch wird die axial rückwärts gerichtete Verlagerung der Erfassungszähne übersetzt oder umgesetzt in eine Verlagerung in Umfangsrichtung, die eine relative Verlagerung in Umfangsrichtung zwischen den Verlagerungserfassungszähnen der Antriebs- und angetriebenen Seite hervorruft. Die auf diese Weise erhaltene Verlagerung in Umfangsrichtung wird zur Erfassung der axial rückwärts gerichteten Verlagerung des Werkzeugs und des Werkzeughalters verwendet.
In dem obenbeschriebenen Überlasterfassungssystem wird eine axiale Verlagerung des Werkzeugs und des Werkzeughalters mittels der abgeschrägten Flächen in eine Verlagerung in Umfangsrichtung umgewandelt. Dies läßt dahingehend ein Problem entstehen, daß die Größe der axialen Verlagerung des Werkzeughalters die Tiefe einer durch das Werkzeug zu schneidenden Bohrung beeinflußt. Wenn die Axialkraft so groß ist, daß ihre Größe einen voreingestellten Wert der Axialkrafteinstellfeder überschreitet, aber nicht so groß ist, daß sie eine zum Erzeugen einer erfaßbaren Phasenwinkeldifferenz ausreichende Umfangsverlagerung hervorruft, wird die Überlastkraft nicht erfaßt, und der Schneidvorgang geht normal weiter, um das Bohren einer Bohrung zu beenden. In diesem Fall hat die Bohrung eine Tiefe, die geringer ist als die regelmäßige Tiefe, und die erhaltene Tiefe befindet sich manchmal außerhalb der Toleranzgrenzen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Lösung des obenbeschriebenen Problems und die Schaffung einer Werkzeughaltervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, bei Vorhandensein einer axialen Überlast den Einfluß auf die Tiefe einer zu schneidenden Bohrung zu verringern, indem die Größe der axialen Verlagerung des Werkzeughalters so klein wie möglich gemacht wird.
Erfindungsgemäß wird eine Werkzeughaltervorrichtung für eine Werkzeugmaschine der Bauart mit einer Antriebsspindel zum Drehantreiben eines Schneidwerkzeugs geschaffen, wobei die besagte Werkzeughaltervorrichtung umfaßt: einen Halterkörper, der koaxial mit der Antriebsspindel für eine gemeinsame Drehung damit gekuppelt ist; einen angetriebenen Werkzeughalter, der mit dem Halterkörper so gekuppelt ist, daß er damit koaxial drehbar, jedoch axial relativ dazu bewegbar ist, wobei der Werkzeughalter Mittel zum koaxialen Halten des Schneidwerkzeuges aufweist; Federmittel, die zwischen dem Halterkörper und dem angetriebenen Werkzeughalter axial nachgiebig angeordnet sind, um den Werkzeughalter beim Überschreiten eines Sollwertes einer Axialkraft auf das Schneidwerkzeug axial relativ zum Halterkörper zu verlagern; einen Satz von Verlagerungsmeßelementen, die am Halterkörper im Umfangsabstand um eine Achse des Halterkörpers und des Werkzeughalters angeordnet sind; einen Satz von Verlagerungsmeßelementen, die am Werkzeughalter in Umfangsabständen um die genannte Achse und bezüglich der Verlagerungsmeßelemente des Halterkörpers interdigitierend mit Abständen dazwischen angeordnet sind; eine Verlagerungs-Wandelvorrichtung, welche in dem Werkzeughalter radial einwärts von den Verlagerungsmeßelementen angeordnet ist und eine Schrägflächenvorrichtung zum Wandeln einer axialen Verlagerung in eine Umfangsverlagerung des Werkzeughalters aufweist, um dadurch eine relative Phasenwinkel-Verlagerung der Verlagerungsmeßelemente des Werkzeughalters relativ zu den Verlagerungsmeßelementen des Halterkörpers zu erzeugen; Mittel zum Fühlen der Phasenwinkelverlagerung, um mindestens eine den Sollwert überschreitende Axialkraft zu erfassen.
Erfindungsgemäß ist die Verlagerung-Wandelvorrichtung radial innerhalb der Verlagerungsmeßelemente angeordnet, so daß eine gewandelte Verlagerung des Werkzeughalters in Umfangsrichtung an den radial außerhalb der Wandelvorrichtung angeordneten Verlagerungsmeßelementen multipliziert wird und die multiplizierte Verlagerung in Umfangsrichtung verläßlich erfaßt werden kann.
Die obengenannten und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, die Art und Weise ihrer Realisierung und die Erfindung selbst wird aus dem Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, welche einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Werkzeughaltervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine bruchstückhafte, vergrößerte Schnittansicht der Werkzeughaltervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 2;
Fig. 5 ist ein abgewickeltes Diagramm, das den gesamten Umfang der Verlagerungsmeßelemente und der Bezugsmeßelemente der Werkzeughaltervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Überlasterfassungseinheit;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Werkzeughaltervorrichtung einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 9;
Fig. 11 zeigt ein abgewickeltes Diagramm des gesamten Umfangs der Verlagerungsmeßelemente und der Bezugsverlagerungsmeßelemente der Werkzeughaltervorrichtung der vierten Ausführungsform;
Fig. 12 ist ein abgewickeltes Diagramm des gesamten Umfangs der Verlagerungs-Wandelelemente und der Bezugsverlagerung-Wandelelemente der Werkzeughaltervorrichtung der vierten Ausführungsform;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIV-XIV in fig. 13;
Fig. 15 ist ein abgewickeltes Diagramm des gesamten Umfangs der Verlagerungsmeßelemente und des Bezugsverlagerungsmeßelements der Werkzeughaltervorrichtung der fünften Ausführungsform;
Fig. 16 ist eine erläuternde Ansicht des Verlagerungs-Wandelmechanismus der fünften Ausführungsform; und
Fig. 17 zeigt eine Variante der fünften Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 und 2 zeigen eine Werkzeughaltervorrichtung 7 für Werkzeugmaschinen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Werkzeughaltervorrichtung 7 weist einen Halterkörper 2 auf, der lösbar an einer Antriebsspindel 1 einer Werkzeugmaschine befestigt ist, und einen angetriebenen Werkzeughalter 6, der an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Spannfutter 5 versehen ist, um ein Schneidwerkzeug 4 zu halten. Der Halterkörper 2 weist einen konischen Abschnitt 2a auf, einen einteilig mit dem konischen Abschnitt 2a ausgebildeten Spannabschnitt 2b, sowie eine Supportwelle 3, die vom Spannabschnitt 2b zentral nach von oder unten (wie in der Fig.) wegragt. Die Supportwelle 3 erstreckt sich in den angetriebenen Werkzeughalter 6, der ein Halterohr 9 aufweist, ein Verbindungsrohr 10, das integral auf die Außenseite des Halterohrs 9 geschraubt ist, sowie ein Supportrohr 11, das fest in einem durch die Rohre 9 und 10 festgelegten Hohlraum gehalten ist. Eine im Supportzylinder 11 ausgebildete Supportbohrung 11a und die Außenfläche der Supportwelle 3 sind mit Schrägführungsnuten oder Laufnuten 12 versehen, die einander gegenüberstehen und spiralförmig um die Drehachse der Werkzeughaltervorrichtung 7 verlaufen. Zwischen den beiden Führungsnuten 12 befinden sich eine Vielzahl von Stahlkugeln 13, um einen Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 zu bilden, der eine axiale Verlagerung des angetriebenen Werkzeughalters 6 relativ zum HaIterkörper 2 in eine Drehbewegung in Umfangsrichtung wandelt, wenn das Werkzeug 4 zumindest mit einer Überlast-Axialkraft beaufschlagt wird. Ein Umlaufdurchlaß 15 ist im Supportrohr 11 vorgesehen, damit die Kugeln 13 umlaufen.
Wie oben beschrieben, weist der Verlagerungs-Wandelmechanismus 14, der in der Werkzeughaltervorrichtung 7 ausgebildet ist, eine Kugel-Gewindestruktur auf, in der die Kugeln in Abrollkontakt mit der Supportwelle 3 und dem Supportzylinder 11 stehen, um die Reibungskraft zu reduzieren. Der Gewindewinkel der Gewindegänge beträgt näherungsweise 9º.
Eine Torsionsspiralfeder 16 zum Übertragen des Drehmoments ist mit einem Ende 16a mit dem Verbindungsrohr 11 des angetriebenen Werkzeughalters 6 und mit dem anderen Ende 16b mit dem Spannabschnitt 2b des Halterkörpers 2 verbunden, um auf diese Weise die Drehbewegung des Halterkörpers 2 während des Bearbeitungsvorgangs zum angetriebenen Werkzeughalter 6 zu übertragen. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist an einem Erfassungsring 19 ein Paar diametral gegenüberliegend angeordneter Eingreifzapfen 18 befestigt, die in eine Vielzahl Eingreifbohrungen 17 eingreifen oder daraus gelöst werden, welche im Verbindungsrohr 10 vorgesehen sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Erfassungsring 19 wird von einer Feder 20 (in Blickrichtung) nach unten gedrückt, die sich zwischen dem Erfassungsring 19 und dem Spannabschnitt 2b befindet, wodurch der Erfassungsring 19 am Verbindungsrohr 10 befestigt wird. Um die Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 16 einzustellen, wird daher der Erfassungsring 19 gegen die Kraft der Feder 20 zurückbewegt (in Fig. 2 nach oben), um die Zapfen 18 aus den Eingreiflöchern 17 zu lösen, und dann wird das Verbindungsrohr 10 in Umfangsrichtung gedreht, damit die Zapfen 18 erneut in andere Eingreiflöcher 17 des Erfassungsrings 19 eingreifen. Die Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 16 wird so festgelegt, daß sie kleiner ist als der kleinere Wert der maximal zulässigen Axialkraft und des maximal zulässigen Drehmoments, um sowohl der auf das Werkzeug 4 wirkenden Axialkraft als auch dem Drehmoment gewachsen zu sein.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind drei Verlagerungsmeßelemente 21 in gleichen Winkelabständen (in Intervallen eines Winkels θ (120º) wie in Fig. 5 gezeigt) entlang des Umfangs des Erfassungsrings 19 vorgesehen. Wie aus Fig. 5 deutlich wird, weist jedes Verlagerungsmeßelement 21 zwei Erfassungsabschnitte 22 und 23 auf, die bezüglich der Drehrichtung der Werkzeughaltervorrichtung auf zwei Seiten eines jeden Elements 21 angeordnet sind. Diese Erfassungsabschnitte arbeiten zum Beginn oder zur Vervollständigung der Erfassung mittels eines weiter unten beschriebenen Näherungsschalters 35.
Wie in Fig. 5 gezeigt, erstrecken sich vom Spannabschnitt 2b drei Bezugsmeßelemente 24 in die Zwischenräume, die zwischen benachbarten Verlagerungsmeßelementen 21 festgelegt sind, wobei jedes Element 24 einen zentralen Vorsprung 25 aufweist. Beide Seiten des zentralen Vorsprungs 25 bezüglich der Drehrichtung der Werkzeughaltervorrichtung arbeiten als ein Paar Erfassungsabschnitte 26 und 27 für den Beginn oder die Vervollständigung der Erfassung durch den Näherungsschalter 35, der weiter unten beschrieben wird. Innerhalb des Intervalls von θ (120º) in Drehrichtung sind ein Paar Erfassungszwischenräume 28 und 29 zum Erfassen einer Drehverlagerung zwischen den Erfassungsabschnitten 26 und 23 und zwischen den Erfassungsabschnitten 22 und 27 ausgebildet. Im Ergebnis sind drei Paare solcher Erfassungszwischenräume 28 und 29 entlang des Umfangs des Erfassungsrings 19 vorhanden. Der Näherungsschalter 35 wird ausgeschaltet, wenn er die Erfassungszwischenräume 28 und 29 fühlt. Eine Seite des Verlagerungsmeßelements 21, z. B. der Erfassungsabschnitt 22, stößt normalerweise aufgrund der Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 16 gegen eine Seite 30a eines Absatzes 30 des Bezugsmeßelements 24 an. In diesem Normalzustand befindet sich ein schmaler Spalt a (Fig. 5) in Umfangsrichtung zwischen der anderen Seite 30b eines gegenüberliegenden Absatzes 30 und dem zunächstliegenden Erfassungsabschnitt 23. Ein Impulszählwert, der dem Absolutwert 2a entspricht, wird größer als der nachfolgend zu beschreibende Einstellwert t festgelegt. Jeder der Erfassungszwischenräume 28 und 29, der zentrale Vorsprung 25 und das Verlagerungsmeßelement 21 haben die gleiche Abmessung L (30º) in Umfangsrichtung.
Es ist bei dieser Erfindung wichtig, daß, weil die Verlagerungsmeßelemente 21 und 24 radial außerhalb des Verlagerungs- Wandelmechanismus 14 angeordnet sind, eine gewandelte Umfangsverlagerung am Wandelmechanismus 14 in der Zone der Verlagerungsmeßelemente 21 und 24 multipliziert wird, wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der einzelne Näherungsschalter 35 zum Fühlen der Erfassungszwischenräume 28 und 29 durch einen Arm 37 befestigt, der fest an der Vorderseite eines Spindelkopfs 36 angebracht ist. Signale des Näherungsschalters 35 werden zu einem Überlasterfassungskreis 40 zur Beurteilung eines übermäßigen Drehmoments und/oder einer Axialkraft weitergeleitet, wie in Fig. 6 dargestellt.
Der Überlasterfassungskreis 40 beinhaltet einen Spindelimpulsgenerator 41, der hier als eine Reihenanordnung eines Frequenz/Spannungswandlers 42 und eines Spannungs/Frequenzwandlers 43 dargestellt ist. Der Näherungsschalter 35 ist direkt mit dem Wandler 52 verbunden. Der Spindelimpulsgenerator 41 mittelt und multipliziert die vom Näherungsschalter 35 erzeugten Impulse und gibt eine Reihe von Spindelimpulsen mit einer vorgeschriebenen Anzahl je Umdrehung der Antriebsspindel 1 aus.
Eine Torschaltung 44 hat einen Eingang, der direkt mit dem Näherungsschalter 35 verbunden ist, und einen anderen, der mit dem Spindelimpulsgenerator 41 verbunden ist. Die Torschaltung 44 ist immer dann offen, wenn der Näherungsschalter 35 ausgeschaltet ist, wodurch die Spindelimpulse hindurchgehen können.
Der Ausgang der Torschaltung 44 ist mit einem bidirektionalen Zähler 45 verbunden, dessen anderer Eingang über einen Additions/Subtraktionsschaltkreis 46 mit dem Näherungsschalter 35 verbunden ist. Dieser Schaltkreis 46 veranlaßt den Zähler 45 dazu, die hereinkommenden Spindelimpulse während der aufeinanderfolgenden An-Aus-Zyklen des Näherungsschalters 35 abwechseln zu addieren und zu subtrahieren.
Eine Vergleichsschaltung 47 hat drei Eingänge, die mit dem Zähler 45, dem Additions/Subtraktionsschaltkreis 46 und einer Einstellschaltung 48 verbunden sind. Der Additions/Subtraktionsschaltkreis 46 gibt einen Beurteilungsbefehl an die Vergleichsschaltung 47 ab, wenn der Näherungsschalter 35 eingeschaltet wird. Die Vergleichsschaltung 47 spricht auf den Beurteilungsbefehl an, indem sie beurteilt, ob der Zählwert des Zählers 45 größer ist als ein Bezugswert, der an der Einstellschaltung 48 voreingestellt ist. Eine Ausgangsschaltung 50 erzeugt ein Warnsignal, wenn der Zählerwert größer ist als der voreingestellte Bezugswert. Zwischen der Vergleichsschaltung 47 und dem Zähler 45 ist eine Rückstellschaltung 49 angeordnet, die so arbeitet, daß sie den Zähler jedesmal zurücksetzt, wenn die Vergleichsschaltung 47 die Beurteilung ausgeführt hat.
Der an der Einstellschaltung 48 voreinzustellende Bezugswert kann gleich der Differenz zwischen den Zählwerten des Zählers 45 plus einem zulässigen Bereich von Abweichungen sein, wenn der Näherungsschalter 35 den Zwischenräumen 28 und 29 (Fig. 5) gegenübersteht, wobei keine Last auf das Schneidwerkzeug 4 wirkt. Diese Differenz kann in dieser Ausführungsform 0 sein, so daß der Bezugswert nur einen zulässigen Bereich von Abweichungen für die aufeinanderfolgenden Impulszählungen darstellt, die der Zähler 45 während der Arbeit der Werkzeugmaschine ausführt.
Der Überlasterfassungskreis 40 nach Fig. 6 kann innerhalb der vorliegenden Lehre in vielfältiger Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die Spindelimpulse von der nicht gezeigten Codiereinrichtung erhalten werden, die dem ebenfalls nicht gezeigten Servormotor zugeordnet ist, der die Spindel 1 antreibt. Auch können anstelle der in der obenbeschriebenen Weise erzeugten Spindelimpulse andere Impulse mit einer konstanten Wiederholungsgeschwindigkeit von einer geeigneten Quelle solcher Impulse in den Zähler eingespeist werden, und es kann ein Überlasterfassungssignal erzeugt werden, wenn die Differenz zwischen den Impulszählungen an den Zwischenräumen 28 und 29 einen Bezugswert überschreitet. Der Bezugswert muß sich allerdings in diesem Fall mit der Drehgeschwindigkeit der Antriebsspindel 1 verändern, so daß er mit der Spindeldrehzahl berichtigt werden kann.
Im vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Drehbewegung des Halterkörpers 2 bei normalem Bearbeiten mittels der Torsionsspiralfeder 16 zur Ausführung des Bearbeitungsvorgangs an den Werkzeughalter 6 weitergeleitet. AN- oder AUS-Signale werden wiederholt und abwechselnd vom Näherungsschalter 35 ausgegeben. Der Näherungsschalter 35 wird in der Zone des Erfassungszwischenraums 28 ausgeschaltet, wobei die Torschaltung 44 während dieser Zeit offen ist, um den Spindelwinkelimpuls Ps aufgrund eines durch den Additions/Subtraktionsschaltkreis 46 erzeugten Additionsbefehls zum Zähler 45 zu addieren. Darauffolgend wird der Näherungsschalter 35 aufgrund der Erfassung des zentralen Vorsprungs 25 eingeschaltet, und die Torschaltung 44 wird zum Umschalten in den Subtraktionsmodus geschlossen. Wenn der Näherungschalter 35 den Erfassungszwischenraum 29 fühlt und wiederum ausgeschaltet wird, wird der Spindelwinkelimpuls Ps von dem Impulszählwert subtrahiert, der das Ergebnis der Addition im vorangehenden Schritt darstellt. Dann fühlt der Näherungsschalter 35 das Verlagerungsmeßelement 21 und wird eingeschaltet, so daß das Beurteilungsbefehlssignal ausgegeben wird, um den Zählwert mit dem Einstellwert t zu vergleichen. Im Falle normaler Bearbeitung befindet sich eine Seite eines jeden Verlagerungsmeßelements 21 aufgrund der Kraft der Torsionsspiralfeder 16 und des Wandelmechanismus 14 in Kontakt mit einer Seite 30a jedes Absatzes 30 des Bezugserfassungselements 24, und daher werden die Erfassungszwischenräume 28 und 29 auf der gleichen Abmessung L gehalten. Auf diese Weise wird der Zählwert im Zähler 45 null, und die Ausgangssignale für ein übermäßiges oder Überlastdrehmoment werden nicht erzeugt.
Es folgt die Beschreibung des Falls, in dem lediglich eine übermäßige Axialkraft auf das Werkzeug 4 aufgrund Abnutzung des Werkzeugs wirkt. Die Spiraltorsionsfeder 16 wird nicht verdreht, bis eine die Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 16 überschreitende, übermäßige Axialkraft auf das Werkzeug 4 wirkt, und demgemäß werden die Verlagerungsmeßelemente 21 hinsichtlich der Bezugselemente 24 so positioniert, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn eine übermäßige oder Überlastaxialkraft auf das Werkzeug 4 wirkt, wird der Werkzeughalter 6 relativ zum Halterkörper 2 zurückgezogen, und die axiale Verlagerung wird mit Hilfe des Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 in eine Umfangsoder Drehverlagerung umgewandelt, deren Richtung der Drehrichtung entgegengesetzt ist, was zu einer relativen Drehung der Bezugsmeßelemente 24 um einen Winkelbetrag führt, der den in Fig. 5 gezeigten Abständen a entspricht, wodurch die Seitenfläche 30b eines jeden Absatzes 30 gegen den seitlichen Erfassungsabschnitt 23 anstoßen kann. Diese relative Drehung vermindert die Umfangsabmessung des Erfassungszwischenraums 28 auf (L-a) und vergrößert die des Erfassungszwischenraums 29 auf (L+a). Folglich wird das durch Addieren in der Zone des Erfassungszwischenraums 28 und durch Subtrahieren in der Zone des Erfassungszwischenraums 29 erhaltene Ergebnis -2a, und der Absolut-wert 2a ist größer als der voreingestellte Wert t, wodurch Ausgangssignale einer übermäßigen Axialkraft vom Ausgangskreis 50 abgegeben werden. Gemäß den Ausgangssignalen einer übermäßigen Axialkraft wird ein Stop- oder Rückschrittbefehl an den Spindelmotor ausgegeben. Darüberhinaus können die Ausgangssignale in einem Lebensdauerzähler gezählt werden, um das Werkzeug durch ein neues, identisches Werkzeug zu ersetzen, auch während des Bearbeitens, wenn der Zählwert im Zähler eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.
Es ist wichtig, da der Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 innerhalb des Werkzeughalters 7 angeordnet ist, daß eine axiale Verlagerung des Werkzeughalters 6 durch den Wandelmechanismus 14 in eine Winkelverlagerung in Umfangsrichtung gewandelt wird, die durch den Neigungs- oder Schrägungswinkel der Führungsnut 12 an der Stelle der Führungsnut 12 des Mechanismus 14 festgelegt wird. Diese Winkelverlagerung in Umfangsrichtung, die vom Wandelmechanismus 14 erzeugt wird, wird dann an der Stelle der Außenseite multipliziert, die vom Verhältnis des Radius vom Rotationszentrum der Werkzeughaltervorrichtung 7 bis zur Führungsnut 12 zum Radius vom Zentrum bis zu den Meßelementen 21 und 24 abhängt. Daher wird die Größe der axialen Verlagerung des Werkzeughalters 6, die für die Umfangsverlagerung erforderlich ist, welche den Abständen a der Meßelemente 21 und 24 entspricht, im Verhältnis mit einem herkömmlichen Fall auf den Reziprokwert des oben angesprochenen Verhältnisses reduziert. Da der Kugel-Gewindemechanismus, der als Wandelmechanismus wirkt, einen kleinen Steigungswinkel aufweist, wird darüberhinaus die axiale Verlagerung aufgrund des geringen Steigungswinkels noch weiter vermindert. Dies verringert den Einfluß der axial rückwärts gerichteten Verlagerung des Werkzeughalters 6 auf die Tiefe der Bohrung. Es sei bemerkt, daß die gleiche Arbeitsweise wie oben beschrieben in dem Fall auftritt, wenn das Werkzeug lediglich einem übermäßigen Drehmoment ausgesetzt ist, das größer ist als die Kraft der Torsionsspiralfeder 16, oder gleichzeitig einem übermäßigen Drehmoment und einer übermäßigen Axialkraft.
Eine Werkzeughaltervorrichtung 51 gemäß der zweiten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Der Werkzeughalter 51 umfaßt einen Halterkörper 2, eine mit dem Halterkörper 2 einstückige Supportwelle 3, einen angetriebenen Werkzeughalter 6 mit einem Halterohr 9, einem Verbindungsrohr 10 und einem an den Rohren 9 und 10 fixierten Supportzylinder 11. Der Werkzeughalter 6 ist um die Supportwelle 3 herumgefügt. In gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform sind Führungsnuten 12 um den oberen (wie in der Figur) Abschnitt der Supportwelle 3 und in den Supportbohrungen 11a des Supportzylinders 11 vorgesehen, die eine axiale Abmessung aufweisen, die dem oberen Abschnitt der Supportwelle 3 entspricht. Kugeln 13 sind zwischen die Führungsnuten 12 eingefügt, um einen Kugel-Gewinde-Verlagerungswandelmechanismus 14 zu bilden. Darüberhinaus ist ein Kugellager zwischen den unteren (wie in der Figur) Abschnitt der Supportwelle 3 und die Innenbohrung des Halterohrs 9 eingefügt. Der den Werkzeughalter 6 der Werkzeughaltervorrichtung 51 bildende Supportzylinder 11 hat eine kleinere axiale Abmessung als der Supportzylinder 11 der Werkzeughaltervorrichtung 7 nach der ersten Ausführungsform, was zu einer relativ kleinen Masse des Werkzeughalters 6 und somit zu einer Verringerung der Trägheitskraft bei Drehung und Anhalten der Antriebsspindel führt.
Das Paar Führungsnuten 12, das den Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 des Werkzeughalters 51 bildet, hat die Form von Führungsnuten, aber alternativ kann eine Anzahl von Nockennuten entlang der Bahnen der Führungsnuten vorgesehen sein, um im Ganzen Führungsnuten zu bilden.
Es folgt die Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figur 8. Die Werkzeughaltervorrichtung 55 weist einen Halterkörper 2 mit einem Halterohr 56, einem Supportzylinder 11, einem Lagerrohr 58 und einem Werkzeughalter 6 auf, welcher ein integral um den unteren Umfang einer Supportwelle 3 geschraubtes Erfassungsrohr 59 umfaßt. Das Halterohr 56 hat einen kegelförmigen Abschnitt 56a, der in dessen oberem Abschnitt ausgebildet ist, einen mit dem kegelförmigen Abschnitt 56a einstückigen Spannabschnitt 56b und einen rohrförmigen Abschnitt 56c, der vom Spannabschnitt 56b nach unten verläuft. Beim Zusammenbau wird der Supportzylinder 11 anfangs in eine Einschubbohrung 60 des rohrförmigen Abschnitts 56c eingefügt, und dann wird die Außenseite des Lagerrohrs 58 von unten integral in die Einschubbohrung 60 geschraubt, um den Halterkörper 2 zu bilden. Der obere Abschnitt der Supportwelle 3 des Werkzeughalters 6 wird in eine innerhalb des Supportzylinders 11 vorhandene Supportbohrung 11a eingepaßt. Die Supportbohrung 11a und ein oberer Außenabschnitt der Supportwelle 3 sind entsprechend in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform mit Führungsnuten 12 versehen. Kugeln 13 werden zur Bildung des Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 zwischen die Führungsnuten 12 eingefügt. Ein Kugellager 52 wird zwischen das Lagerrohr-58 und einem dazwischenliegenden Außenbereich der Supportwelle 3 eingefügt.
Innerhalb des kegelförmigen Abschnitts 56a des Halterkörpers 2 ist eine zentrale Bohrung 62 vorhanden, die in die Einschubbohrung 60 mündet. Die zentrale Bohrung 62 hat an ihrem Grund einen Absatz 62a zum Anstoßen gegen einen Flansch 63a eines zylindrischen Blocks 63, der in die zentrale Bohrung 23 eingefügt wird. Die untere Endfläche des zylindrischen Blocks 63 und die obere Endfläche der Supportwelle 3 haben Aussparungen 63b und 3a, die jeweils zusammenwirken, um eine Stahlkugel 66 dazwischen aufzunehmen. Zusätzlich wird der zylindrische Block 63 durch eine Axialkrafteinstellfeder 67 nach unten in die Bohrung 62 gedrückt. Auf diese Weise wird ein Supportmechanismus 68 gebildet. Aufgrund der Druckkraft, die zwischen dem zylindrischen Block 63 und der Stahlkugel 66 des Supportmechanismus 68 und zwischen der oberen Endfläche der Supportwelle 3 und der Stahlkugel 66 wirkt, wird die Drehbeweegung des Halterkörpers 2 zum Werkzeughalter 6 weitergeleitet. Die Druckkraft der Feder 67, die der übermäßigen Axialkraf t oder einem Drehmoment im Werkzeug ausgesetzt ist, kann durch Entfernen eines Zugzapfens 69 eingestellt werden, indem die Feder 67 durch eine Feder mit anderer Druckkraft ersetzt wird.
Ein Bezugsmeßelement 24, das integral um die Außenseite des den Halterkörper 2 bildenden Halterohrs 56 geschraubt ist, und ein Verlagerungsmeßelement 21, das auf der Außenseite des den Werkzeughalter 6 bildenden Erfassungsrohrs 59 vorgesehen ist, sind im wesentlichen in Form und Anordnung so wie in der ersten Ausführungsform. Ein Überlasterfassungskreis 40 zum Erfassen eines übermäßigen Drehmoments (oder Axialkraft) ist gleichwertig mit dem der ersten Ausführungsform.
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, daß das Werkzeug lediglich einer übermäßigen Axialkraft unterworfen ist (das gleiche gilt in dem Fall, wenn das Werkzeug lediglich einem übermäßigen Drehmoment oder gleichzeitig einem übermäßigen Drehmoment und übermäßiger Axialkraft ausgesetzt ist). Die Drehbewegung des Halterkörpers 2 wird bei normalem Betrieb über den Supportmechanismus 68 an den Werkzeughalter 6 weitergeleitet, außer wenn das Werkzeug einer übermäßigen Axialkraft unterworfen ist, die größer ist als die maximale Druckkraft der Feder bei einem Bohrvorgang. Bei normalem Betrieb veranlassen der Supportmechanismus 68 und der Verlagerungs-Wandelmechanismus 14 eine Seite 22 des Verlagerungsmeßelements 21 dazu, in Kontakt mit einer Seite 30a des Absatzes 30 des Bezugsmeßelements 24 zu kommen, wie in Fig. 5 gezeigt, und demgemäß wird das Ausgangssignal für übermäßige Axialkraft nicht erzeugt. Wenn eine übermäßige Axialkraft auf das Werkzeug wirkt, tritt ein Gleiten am Berührungsdruckpunkt zwischen der Stahlkugel 66 und dem zylindrischen Block 63 auf, während eine nach hinten gerichtete Kompression der Feder 67 im Supportmechanismus 68 auftritt. Im Ergebnis wird der Werkzeughalter 6 relativ zum Halterkörper 2 zurückgezogen. Diese rückwärtsgerichtete axiale Verlagerung wird mittels des Bewegungswandelmechanismus 14 in eine Drehung in Umfangsrichtung gewandelt, und das Verlagerungsmeßelement 21 wird um einen vorbestimmten Winkel (der den Abständen a der vorliegenden Ausführungsform entspricht) entgegengesetzt zur Drehrichtung hinsichtlich der Bezugsmeßelemente 24 verdreht. Diese Drehbewegung führt zu einem Unterschied in der Impulsanzahl, die zwischen den Erfassungszwischenräumen 28 und 29 zu zählen sind, was eine Ausgabe von Erfassungssignalen bezüglich der übermäßigen Axialkraft ergibt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9, 10, 11 und 12 eine Werkzeughaltervorrichtung 70 einer vierten Ausführungsform beschrieben. Ein Halterkörper 2 weist in seinem oberen Teil einen kegelförmigen Abschnitt 71 auf, einen mit dem kegelförmigen Abschnitt 71 einteiligen Spannabschnitt 73, eine axialverschieblich in die Mitte des kegelförmigen Abschnitts 71 eingesetzte Supportwelle 74 und eine Axialkrafteinstellfeder 75, um die Supportwelle 74 nach unten (wie in Fig. 9) vorzuspannen. Die Feder 75 ist der Axialkraft unterworfen, die auf das vom Werkzeughalter 6 gehaltene Werkzeug, etwa einen Bohrer, wirkt, und ist so ausgelegt, daß sie sich nicht axial nach hinten bewegt, bis die Axialkraft einen vorbestimmten Einstellwert überschreitet. Die Supportwelle 74 hat eine kegelförmige, vordere Endfläche 76, und eine Hülse 77 ist verschieblich auf die Welle 74 aufgepaßt. Die Hülse 77 hat eine kegelförmige, hintere Endfläche 78. Zapfenkugellager 79 und 80 großen und kleinen Durchmessers sind zum Lagern der konischen Endflächen 76 und 78 in ein Halterohr 81 des Werkzeughalters 6 eingesetzt. Zwischen einem Federrückhalteteil 82, das auf der Supportwelle 74 so befestigt ist, daß es in axialer Richtung nicht nach vorn verschieblich ist, und einem Flansch 77a der Hülse 77 ist eine Feder 83 eingesetzt, deren Federkraft den Zapfenkugellagern über die beiden konischen Flächen 76 und 78 eine Vorspannkraft verleiht. Die Federkraft ist so eingestellt, daß sie eine Vorspannung schafft, die das durch die beiden Zapfenkugellager 79 und 80 verursachte Reibmoment minimiert. Ein Spannfutter zum Halten des Werkzeugs ist am vorderen Ende des Halterohrs 81 befestigt. Anstelle der Zapfenkugellager könnten Kugellager mit tief eingeschnittenen Nuten verwendet werden.
Ein Verbindungsrohr 84 ist integral auf die Außenseite des Halterohrs 81 geschraubt. Eine Torsionsspiralfeder 85 zur Drehmomentübertragung ist mit einem Ende mit dem Verbindungsrohr 84 und mit dem anderen Ende mit dem Spannabschnitt 73 verbunden. Auf dem Verbindungsrohr 84 sind ein Paar Eingreifzapfen 86 vorgesehen, die in zwei von einer Anzahl von Eingreiflöchern 87 eines Erfassungsrings 88 eingreifen. Der Erfassungsring 88 wird durch eine Feder 89 nach vorn vorgespannt, die zwischen dem Ring 88 und dem Spannabschnitt 73 sitzt. Dementsprechend wird zur Einstellung der Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 85 der Erfassungsring 88 zuerst nach oben gegen die Federkraft verlagert, um die Eingreiflöcher 87 von den Eingreifzapfen 86 zu lösen. Dann wird das Halterohr 81 und das Verbindungsrohr 84 in Umfangsrichtung gedreht, bevor andere Eingreiflöcher 87 des Erfassungsrings 88 mit den Eingreifzapfen 86 in Eingriff gebracht werden.
Der obere Abschnitt des Erfassungsrings 88 ist mit rohrförmigen Abschnitten 90 und 91 mit relativ großem und kleinem Durchmesser ausgebildet, die, wie in Fig. 10 gezeigt, eine Anzahl von (jeweils 3 in Fig. 10) Aussparungen 92 und 93 aufweisen. In den Aussparungen 92 und 93 sind drei Verlagerungsmeßelemente 94 und drei Verlagerungswandelelemente 95 vohanden, die in Umfangsrichtung um einen gleichen Winkel versetzt sind (in Intervallen mit Winkel θ (120º wie in Fig. 11 und 12 dargestellt). Wie Fig. 9 und 10 zeigen, ragen drei Bezugsmeßelemente 96 vom Spannabschnitt 73 in die drei Aussparungen 92 des rohrförmigen Abschnitts 90 mit großem Durchmesser vor, während, wie Fig. 12 zeigt, drei Bezugsverlagerungs-Wandelelemente 97 vom Spannabschnitt 73 in die drei Aussparungen 92 des rohrf örmigen Abschnitts 91 kleinen Durchmessers hineinragen. Wie Fig. 11 zeigt, dienen die Seiten der Verlagerungsmeßelemente 94 und der Bezugsmeßelemente 96 hinsichtlich der Drehrichtung zum Beginn und zur Beendigung der Messung durch einen Näherungsschalter 35 in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Ein Paar Erfassungszwischenräume 102 und 103 zur Drehverlagerung sind zwischen einem Paar der Seiten 99 und 100 und zwischen den Seiten 98 und 101 ausgebildet. Somit sind drei Paare Erfassungszwischenräume entlang des Umfangs vorhanden. Beim Erfassen dieser Erfassungszwischenräume 102 und 103 wird der Näherungsschalter 35 ausgeschaltet.
Wie Fig. 12 deutlich zeigt, hat jedes Bezugsverlagerungs-Wandelelement 97 an einer Seite eine geneigte Fläche 105, die so ausgelegt ist, daß sie mit einer geneigten Fläche 104 zusammenwirkt, die auf einer Seite des Verlagerungswandelelements 95 angebracht ist. Die geneigte Fläche 104 wird durch die Torsionskraft der Torsionsspiralfeder 85 mit der geneigten Fläche 105 in Kontakt gebracht, um einen Verlagerungswandelmechanismus zu bilden, durch den eine axiale Bewegung des Werkzeughalters 6 in eine Drehbewegung in Umfangsrichtung umgewandelt wird, wenn das Werkzeug einer übermäßigen Axialkraft ausgesetzt ist. Wenn sich die geneigten Flächen 104 und 105 in Kontakt miteinander befinden, liegen kleine Spalte (in Fig. 11 und 12 mit a bezeichnet) in Umfangsrichtung zwischen den anderen Seitenflächen des Bezugswandelelements 97 und einer Seitenfläche des benachbarten Verlagerungswandelelements 95 in Drehrichtung. Darüberhinaus haben das Paar Erfassungszwischenräume 102 und 103, das Bezugsmeßelement 96, das Verlagerungsmeßelement 94 und das Verlagerungswandelelement 95 alle die gleiche Abmessung L (30º) in Umfangsrichtung, während die Aussparungen 92 und 93 der rohrförmigen Abschnitte 90 und 91 und das Bezugswandelelement 97 alle die gleiche Abmessung 3L (90º) in Umfangsrichtung haben. Weiterhin ist ein Überlasterfassungskreis 40 zum Erfassen einer übermäßigen Axialkraft (oder eines übermäßigen Drehmoments) gleichwertig mit dem, der in der ersten Ausführungsform verwendet ist.
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem das Werkzeug lediglich einer übermäßigen Axialkraft ausgesetzt ist. Die Drehbewegung des Halterkörpers 2 wird normalerweise zum Werkzeughalter 6 zum Bearbeiten weitergeleitet, außer wenn eine übermäßige axiale Kraft während des Bearbeitungsvorgangs auf das Werkzeug wirkt, die eine Einstellaxialkraft der Feder 75 überschreitet. Bei diesem normalen Betrieb sind die geneigten Flächen 104 und 105 des Verlagerungswandelelements 95 und des Bezugsverlagerungs-Wandelelements 97 jeweils aufgrund der Kraft der Torsionsspiralfeder 85 in Kontakt miteinander, und somit wird ein Ausgangssignal bezüglich übermäßiger Axialkraft nicht erzeugt. Wenn das Werkzeug einer übermäßigen Axialkraft ausgesetzt ist, wird die Feder 75 rückwärts bewegt, um den Werkzeughalter 6 bezüglich des Halterkörpers 2 zurückzuziehen. Als Ergebnis veranlaßt das verschiebliche Zusammenwirken der geneigten Fläche 104 mit der geneigten Fläche 105 das Verlagerungswandelelement 95 dazu, um einen vorbestimmten Winkel (entsprechend den Abständen a) relativ zum Bezugsverlagerungs- Wandelelement 97 in einer zur Drehrichtung entgegengesetzten Richtung verdreht zu werden. Diese Drehbewegung bringt einen Nachlauf oder einen Winkel (entsprechend den Abständen a in Umfangsrichtung) mit sich, der zu dem Unterschied in der zwischen den Erfassungszwischenräumen 102 und 103 zu zählenden Impulsanzahl führt, wodurch ein Erfassungssignal bezüglich übermäßiger Axialkraft ausgegeben wird.
In dieser Werkzeughaltervorrichtung 70 sind die auf der Außenseite der Werkzeughaltervorrichtung 70 vorhandenen Verlagerungsmeßelemente 94 in Umfangsrichtung vollständig von den zugehörigen Bezugsmeßelementen 96 getrennt. Daher wird verhindert, daß sich diese Elemente 94 und 97 berühren, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, in der eine Seite des Verlagerungsmeßelements 21 aufgrund der Drehbewegung in Umfangsrichtung mit vorbestimmter Größe (Abstände a) des Verlagerungsmeßelements 21 gegen eine Seite des Bezugsmeßelements 24 anstößt. Aus diesem Grund kann die Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen den Meßelementen 94 und 96 ohne Beeintächtigung durch äußere Einflüsse durch Bearbeitungsflüssigkeit oder Staub vonstatten gehen.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis 16 beschrieben. Eine Werkzeughaltervorrichtung 200 weist einen Halterkörper 2 mit einem Spannabschnitt 2b auf; einen rohrförmigen Abschnitt 201, der vom Spannabschnitt 2b nach vorn vorsteht und in seinem Zentrum mit einer Supportbohrung 202 versehen ist; und einen Werkzeughalter 6 mit einer Supportwelle 203, die der Supportbohrung 202 mit dem Kugellager 204 drehbar gehalten ist. Ein Druckkontaktblock 206 ist axial beweglich in eine zentrale, innerhalb des Halterkörpers 2 anschließend an die Supportbohrung 202 befindliche Bohrung 205 eingesetzt. Zwischen dem Druckkontaktblock 206 und einem in das hintere Ende des Halterkörpers 2 eingeschraubten Zugzapfen 207 ist eine Druckfeder 208 zur Drehmomentübertragung angeordnet, die auf den Druckkontaktblock 206 wirkt, um die Supportwelle 203 mittels einer Stahlkugel 209 nach vorn vorzuspannen. Aufgrund der Druckkraft der Stahlkugel 209 kann die Drehbewegung des Halterkörpers 2 zum Werkzeughalter 6 weitergeleitet werden. Die Federkraft der Druckfeder 208 ist so ausgelegt, daß sie geringer ist als der kleinere Wert der maximal zulässigen Axialkraft und des maximal zulässigen Drehmoments, so daß sowohl die auf das Werkzeug ausgeübte Axialkraft als auch das Drehmoment gehandhabt werden kann.
Die Supportwelle 203 hat ein hinteres Ende, das mit seitlich verlaufenden Nockennuten 211 versehen ist, wie in Fig. 14 gezeigt. Die Nockennuten 211 sind so gestaltet, daß sie axial rückwärts verlaufen, wie in Fig. 16 gezeigt. Der rohrförmige Abschnitt 201 des Halterkörpers 2 hat Führungszapfen 210, deren innere Endabschnitte verschieblich in die Nockennuten 211 eingefügt sind. Dementsprechend kann gemeinsam mit den Führungszapfen 210 und den Nockennuten 211 ein Verlagerungswandelmechanismus 214 gebildet werden, bei dem eine axiale Rückzugsbewegung des Werkzeughalters 6 die Führungszapfen 210 dazu veranlaßt, die Nockennuten 211 so zu führen, daß der Werkzeughalter 6 in Umfangsrichtung um einen Winkel bewegt wird.
Auf der Außenseite des hinteren Endes eines Erfassungsrohrs 215, das zusammen mit der Supportwelle 203 den Werkzeughalter 6 bildet, sind Verlagerungsmeßelemente 216 angeorndet, die in Winkelintervallen von 120º auf dem Umfang verteilt sind. Bezugsverlagerungsmeßelemente 217 ragen vom Spannabschnitt 2b des Halterkörpers 2 auf Umfangsintervallen von 120º nach vorn, so daß sie Zwischenräumen zwischen den Verlagerungsmeßelementen 216 gegenüberstehen. Das Bezugsmeßelement 217 beinhaltet einen Absatz 217a und einen Vorsprung 217b. Der Absatz 217a, der Vorsprung 217b und das Verlagerungsmeßelement 216 haben jeweils eine Umfangsabmessung von 30º. Ohne übermäßige Axialkraft oder übermäßiges Drehmoment wird das Erfassungsrohr 215 durch den Verlagerungswandelmechanismus 214 aufgrund der Kraft der Druckfeder 208 in der in Fig. 15 gezeigten Richtung Z (gleich der Drehrichtung) vorgespannt, wodurch ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem sich der Absatz 217a mit den Verlagerungsmeßelementen 216 in Kontakt befindet. Zu dieser Zeit sind die Führungszapfen 120 hinsichtlich der Nockennuten so positioniert, wie es in Fig. 16 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist.
Bei dieser Werkzeughaltervorrichtung 200 werden die Verlagerungsmeßelemente 216 und die Bezugsmeßelemente 217 zum Bearbeiten gedreht, während die gegenseitige Lage erhalten bleibt, wie in Fig. 15 gezeigt, außer wenn eine übermäßige Axialkraft und/oder übermäßiges Drehmoment auf das Werkzeug 4 wirkt. In diesem Zustand ist der Abstand zwischen dem Punkt, an dem der Näherungsschalter 35 beispielsweise am Erfassungsabschnitt 216c des Verlagerungsmeßelements 216 eingeschaltet wird, und dem Punkt, an dem er am Erfassungsabschnitt 217c des nächsten Bezugsmeßelements 217 wieder eingeschaltet wird, unverändert und beträgt 60º, wobei ein Überlastsignal nicht erzeugt wird. Wenn das Werkzeug allerdings einer übermäßigen Axialkraft ausgesetzt ist, drückt die Stahlkugel 209 die Druckfeder 208 durch den Druckkontaktblock 206 zusammen, um den Werkzeughalter 6 zurückzuziehen, und die Führungsnuten 211 werden durch die Führungszapfen 210 mit Hilfe des Verlagerungswandelmechanismus geführt, mit dem Ergebnis, daß die Verlagerungsmeßelemente 216 beim Zurückziehen in der zur Richtung Z entgegengesetzten Richtung gedreht werden. Zu dieser Zeit tritt ein Gleiten zwischen der Kugel 209 und dem Druckkontaktblock 206 auf. Auf diese Weise verändert die Drehung der Verlagerungsmeßelemente 216 die Intervalle zwischen dem Erfassungsabschnitt 216c und 217c, so daß die veränderten Intervalle mit dem Wert (60º wie oben beschrieben) im Normalzustand verglichen werden. Außerhalb eines eingestellten, zulässigen Werts wird ein Überlastsignal erzeugt.
Darüberhinaus wird der Werkzeughalter 6 beim Auftreten des Überlastdrehmoments relativ zum Halterkörper 2 verdreht, und damit können sich die Verlagerungsmeßelemente 216 während der Drehung zurückziehen. Im übrigen kann bei der vorliegenden Erfindung der Druckkontaktblock 206 und die Stahlkugel 209 entfernt werden und eine Torsionsspiralfeder zur Drehmomentübertragung kann stattdessen zwischen dem hinteren Ende der Supportwelle 203 und dem Zugzapfen 207 angeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben. In Fig. 17 sind Führungszapfen 221 auf einem Werkzeughalter 6 angeordnet, der auf einer Supportwelle 220 drehbar gehalten ist, die vom Zentrum des Halterkörpers 2 nach vorn vorsteht. Nockennuten 222 sind auf dem Umfang der Supportwelle 220 angebracht, um den Führungszapfen 221 gegenüberzustehen, wodurch ein Verlagerungswandelmechanismus 223 gebildet wird. Der Werkzeughalter 6 wird mittels einer Druckfeder 208, einem verschieblichen Zapfen 224 und einer Stahlkugel 225 nach vorn vorgespannt. Ein Erfassungsring 226 ist integral am hinteren Ende des Werkzeughalters 6 befestigt. Auf dem Erfassungsring 226 ausgebildete Verlagerungsmeßelemente 216 und Bezugsmeßelemente 217 des Halterkörpers 2 sind die gleichen wie in Fig. 5.
Wie oben im einzelnen beschrieben, verwendet die Werkzeughaltervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Verlagerungswandelmechanismus, bei dem geneigte Flächen eingesetzt werden, die in der Werkzeughaltervorrichtung angeordnet sind, um eine axiale Verlagerung des Werkzeughalters in eine Drehbewegung in Umfangsrichtung umzusetzen. Auf diese Weise kann die Größe der axialen Verlagerung des Werkzeughalters, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte Größe einer Winkelbewegung zu erhalten, um zumindest eine übermäßige Axialkraft zu erfassen, reduziert werden. Demgemäß kann bei einer Werkzeughaltervorrichtung, bei der der Werkzeughalter zur Erfassung einer axialen Kraft axial bewegt wird, der Einfluß der Axialverlagerung auf die Tiefe einer hergestellten Bohrung verringert werden.

Claims

1. Werkzeughaltervorrichtung für eine Werkzeugmaschine der Bauart mit einer Antriebsspindel zum Drehantreiben eines Schneidwerkzeuges, umfassend:

(a) einen Halterkörper (2), der koaxial mit der Antriebsspindel (1) für eine gemeinsame Drehung damit gekuppelt ist;

(b) einen angetriebenen Werkzeughalter (6), der mit den Halterkörper (2) so gekuppelt ist, daß er damit koaxial drehbar, jedoch axial relativ dazu bewegbar ist, wobei der Werkzeughalter (6) Mittel (5) zum koaxialen Halten des Schneidwerkzeuges (4) aufweist;

(c) Federmittel (20; 67; 75; 208), die zwischen dem Halterkörper (2) und dem angetriebenen Werkzeughalter (6) axial nachgiebig angeordnet sind, um den Werkzeughalter beim Überschreiten eines Sollwertes einer Axialkraft auf das Schneidwerkzeug axial relativ zum Halterkörper zu verlagern;

(d) einen Satz von Verlagerungsmeßelementen (24; 96; 217), die am Halterkörper (2) in Umfangsabstand um eine Achse des Halterkörpers und des Werkzeughalters angeordnet sind;

(e) einen Satz von Verlagerungsmeßelementen (21; 94; 216), die am Werkzeughalter (6) in Umfangsabständen um die genannte Achse und bezüglich der Verlagerungsmeßelemente (24; 96; 217) des Halterkörpers interdigitierend mit Abständen (a) dazwischen angeordnet sind;

(f) eine Verlagerungs-Wandelvorrichtung (14; 106; 214), welche in dem Werkzeughalter radial einwärts von dem Verlagerungsmeßelementen (24; 21; 96, 94; 217; 216) angeordnet ist und eine Schrägflächenvorrichtung (12, 13; 104; 105; 210; 211; 221, 222) zum Wandeln einer axialen Verlagerung in eine Umfangsverlagerung des Werkzeughalters (6) aufweist, um dadurch eine relative Phasenwinkel-Verlagerung der Verlagerungsmeßelemente (21; 94; 216) des Werkzeughalters relativ zu den Verlagerungsmeßelementen (24; 96; 217) des Halterkörpers zu erzeugen;

(g) Mittel (40) zum Fühlen der Phasenwinkelverlagerung, um mindestens eine den Sollwert überschreitende Axialkraft zu erfassen.

2. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlagerungs-Wandelvorrichtung (14) eine Supportwelle (3) aufweist, die axial vom Halterkörper (2) oder den Werkzeughalter (6) wegragt, sowie einen Supportzylinder (11), der an dem Werkzeughalter oder dem Halterkörper so befestigt ist, daß er die Supportwelle (3) umgibt, wobei die Schrägflächenvbrrichtung (12, 13) zwischen der Supportwelle (3) und einer Innenbohrung (11a) des Supportzylinders (11) angeordnet ist.

3. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Schrägflächenvorrichtung miteinander zusammenwirkende Schrägführungsmittel (12) aufweist, welche einander gegenüber an der Supportwelle (3) und dem Supportzylinder (11) vorgesehen sind.

4. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Schrägführungsmittel eine Schraubenführungsnut (12) an der Supportwelle (3), eine entprechende Schraubenführungsnut (12) an der Innenbohrung (11a) des Supportzylinders (11) und zwischen diesen Führungsnuten angeordnete Kugeln (13) aufweist, welche in den beiden Schraubenführungsnuten (12) laufen.

5. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 4, umfassend eine Torsionsfeder (20), welche zwischen dem Halterkörper (2) und dem Werkzeughalter (6) zu deren Verbindung angeordnet ist.

6. Werkzeughaltervorrichtung nach Anpruch 2, bei der die Verlagerungsmeßelemente (24, 21, 96, 94; 217, 216) des Halterkörpers (2) und der Werkzeughalter (6) an äußeren Umfangsabschnitten des Halterkörpers und des Werkzeughalters angeordnet sind.

7. Werkzeughaltervorrichtung nach Anpruch 2, bei der die Supportwelle (3; 203) von den Werkzeughalter (6) weg in den Halterkörper (2) hineinragt und darin mit einem Ende abschließt, und die Federmittel (67; 208) dieses Ende beaufschlagen.

8. Werkzeughaltervorrichtung nach Anpruch 2, bei der die Supportwelle (3; 74; 220) vom Halterkörper (2) weg in den Werkzeughalter (6) hineinragt, um in ein Ende auszulaufen.

9. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 7, umfassend eine Kugel (66; 209), welche an einem Ende der Supportwelle plaziert ist, und einen axial beweglichen Block (63; 209), der zwischen den Federmitteln und der Kugel angeordnet ist.

10. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlagerungs-Wandelvorrichtung (106) erste Verlagerungswandelelemente (95) aufweist, welche an dem Werkzeughalter (6) in Umfangsabständen angeordnet sind, sowie zweite Verlagerungswandelelemente (97), die an dem Halterkörper (2) in Umfangsabständen angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Verlagerungswandelelemente (95; 97) erste und zweite geneigte Flächen (104; 105) aufweisen, wobei die ersten geneigten Flächen (104) in Gleiteingriff mit entsprechenden geneigten Gegenflächen (105) stehen, wodurch die geneigten Flächen (104; 105) die axiale Verlagerung der ersten Verlagerungswandelelemente (95) in eine Umfangsverlagerung der ersten Verlagerungswandelelemente (95) und damit des Werkzeughalters (6) umwandeln.

11. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlagerungs-Wandelvorrichtung (214) eine Supportwelle (203) aufweist, die axial von dem Werkzeughalter (6) weg und in den Halterkörper (2) hineinragt, und die Schrägflächenvorrichtung geneigte Nockennuten (211) aufweist, welche in einer Außenfläche der Supportwelle (203) eingeformt sind, wobei Führungsstifte (210) aus dem Halterkörper (2) vorragen und in die Nockennuten (211) eingreifen.

12. Werkzeughaltervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlagerungs-Wandelvorrichtung (223) eine Supportwelle (220) aufweist, welche sich axial von dem Halterkörper (2) weg in den Werkzeughalter (6) hineinerstreckt, wobei die Schrägflächenvorrichtung geneigte Nockennuten (222) aufweist, die in eine Außenfläche der Supportwelle (220) eingeformt sind, und wobei Führungsstifte (221) von dem Werkzeughalter (6) wegragen und in die entprechenden Nockennuten (222) eingreifen.