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Die
vorliegende Patentanmeldung beansprucht Priorität von der am 29. Juli 2003
eingereichten JP-A-2003-203168.
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Auf
die Offenbarung der am 29. Juli 2003 eingereichten JP-A-2003-203168
einschließlich
der Beschreibung, der Zeichnungen und der Zusammenfassung wird hierin
in ihrer Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen.
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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (Bearbeitungszentrum) zum
Bearbeiten eines Werkstücks
und insbesondere eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungswerkzeughalter,
der auf oder in einer Spindel auswechselbar montiert ist.
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Herkömmlich führt eine
Werkzeugmaschine verschiedenartige Bearbeitungen bezüglich Werkstücken aus,
z.B. bezüglich
Komponenten eines Automatikgetriebes ("A/T").
Diese Bearbeitungen weisen mindestens einen Prozeß auf, der
in einer schräg
zur Achse der Spindel einer Werkzeugmaschine verlaufenden Richtung
ausgeführt
wird.
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Für derartige
Werkzeugmaschinen, die Bearbeitungen schräg zur Spindel ausführen, wird
in der JP-A-2001-138176 eine numerische Steuerungs("NC")vorrichtung zum
Ausbilden eines schrägen
Lochs in einem Werkstück
vorgeschlagen. Die in dieser Veröffentlichung
vorgeschlagene NC-Vorrichtung erzeugt im Werkstück ein Loch schräg zur Spindel
unter Verwendung eines dreidimensionalen Vorschubmechanismus zum
Ausführen
einer Vorschubsteuerung der Werkzeugmaschine in der X-Achse, der Y-Achse
und der Z-Achse (Spindelrichtung).
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Unter
Verwendung der in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung dargestellten
NC-Werkzeugmaschine muß jedoch,
um das schräge
Loch im Werkstück
auszubilden, eine dreidimensionale Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs
in der X-Achse,
der Y-Achse und der Z-Achse (Spindelrichtung) ausgeführt werden.
Daher ist die Steuerung der Werkzeugmaschine kompliziert und schwierig,
und für
die Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs sind viele verschiedene
Programme erforderlich. Infolgedessen ist der Aufwand zum Erstellen
der Programme wesentlich. Außerdem
ist der Vorschubmechanismus kompliziert, weil eine Bewegung in drei
axialen Richtungen ausgeführt
werden muß, d.h.,
in den zwei axialen Richtungen (X- und Y-Achse), in denen ein Tisch
bewegt wird, und in der Spindelrichtung (Z-Achse).
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Hinsichtlich
des vorstehend beschriebenen Problems ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, wobei, während ein
Werkstück
bearbeitet wird, eine Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs
einfacher ausgeführt
werden kann, und einen Vorschubmechanismus für das Bearbeitungswerkzeug
mit einer weniger komplizierten Struktur. Diese Aufgabe wird durch
die Merkmale der Patentansprüche
gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist
eine Bearbeitungswerkzeughaltereinheit, einen Kraftübertragungsmechanismus
zum Übertragen
der Drehbewegung der Spindel zum Bearbeitungswerkzeug und einen
Vorschubmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs in der
axialen Richtung seiner Drehwelle auf. Dadurch muß keine
Vorschubsteuerung ausgeführt
werden, bei der das Bearbeitungswerkzeug in Richtung der Spindelachse (Z-Achse)
und in der X-Achse oder der Y-Achse
bewegt wird, sondern statt dessen kann die Vorschubsteuerung derart
ausgeführt
werden, daß,
wenn ein Werkstück
bearbeitet wird, das Bearbeitungswerkzeug selbst direkt eine Vorschubbewegung
in die Bearbeitungsrichtung ausführt.
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Daher
muß, insbesondere
wenn eine schräge
Bearbeitung ausgeführt
wird, nicht wie im herkömmlichen
Fall eine simultane dreidimensionale Steuerung ausgeführt werden,
d.h. eine Steuerung entlang drei Achsen (d.h. entlang der X-, Y-
und Z-Achse), so daß die
Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs vereinfacht werden kann.
Infolgedessen können
außerdem
die Programme für
die Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs einfacher strukturiert
sein, und die Softwarekos ten können
gesenkt werden, weil keine herkömmlich
verwendeten komplizierten Programme erforderlich sind.
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Außerdem kann,
weil keine Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs in drei Dimensionen
(d.h. in der X-, der Y- und der Z-Achse) erforderlich ist, wie vorstehend
beschrieben wurde, der Vorschubmechanismus des Bearbeitungswerkzeugs vereinfacht
werden. Daher muß für den Vorschubmechanismus
keine komplizierte und teure Vorrichtung verwendet werden, die das
Bearbeitungswerkzeug in drei (axialen) Dimensionen bewegen kann,
was herkömmlich
der Fall war. Infolgedessen können
auch die Hardwarekosten gesenkt werden.
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Außerdem können gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung insbesondere sowohl das Bearbeitungswerkzeug als auch
der Vorschubmechanismus unter Verwendung ausschließlich einer
Drehbewegung der Spindel angetrieben werden. Eine derartige Konfiguration
ist z.B. im Fall eines rotierenden Bearbeitungswerkzeugs vorteilhaft,
das eine Vorschubbewegung entlang der Drehachse ausführt und
in Anwendungen verwendet wird (z.B. für eine Bohrbearbeitung, für die keine
exakte Vorschubgeschwindigkeitssteuerung erforderlich ist), die
z.B. von einem Lochausfräsprozeß verschieden sind,
bei dem die Innenumfangsfläche
eines bereits ausgebildeten Lochs abgefräst wird. Außerdem kann ausschließlich ein
Kegelradpaar-Getriebemechanismus mit einem antreibenden Kegelrad
und einem angetriebenen Kegelrad verwendet werden. Dadurch kann
die Anzahl von Komponenten vermindert und die Konfiguration vereinfacht
werden.
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Außerdem kann
in Ausführungsformen,
in denen sowohl das Bearbeitungswerkzeug als auch der Vorschubmechanismus
ausschließlich
durch die Drehbewegung der Spindel angetrieben werden, unter Verwendung
eines gepaarten ersten und zweiten Kegelgetriebemechanismus die
Drehzahldifferenz zwischen dem ersten angetriebenen Kegelrad und dem
zweiten angetriebenen Kegelrad fein eingestellt werden, indem die
jeweiligen Drehzahlverhältnisse des
ersten und des zweiten Kegelgetriebemechanismus geeignet eingestellt
werden. Dadurch kann unter Verwendung ausschließlich der mechanischen Elemente
der Werkzeugmaschine durch Steuern der Drehzahl des Bearbeitungswerkzeugs
und der vorstehend erwähnten
Drehzahldifferenz eine fein gesteuerte Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs
erhalten werden.
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Für alle bevorzugten
Ausführungsformen kann
ein Schraubenbewegungsumwandlungsmechanismus verwendet werden, so
daß die
Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs durch geeignetes Einstellen
der Gewindesteigung oder Ganghöhe
eines Schraubenabschnitts des Schraubenbewegungsumwandlungsmechanismus
optimal eingestellt werden kann.
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Nachstehend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine perspektivische,
teilweise schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
die für
ein Bearbeitungszentrum verwendet wird;
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2 zeigt einen Bearbeitungswerkzeughalter,
der auf einer Spindel befestigt ist, um im in 1 dargestellten Bearbeitungszentrum eine
schräge
Bearbeitung auszuführen;
und
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3 zeigt eine Querschnittsansicht
des Bearbeitungswerkzeughalters des Beispiels von 2.
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1 zeigt eine bevorzugte
Ausführungsform
der Werkzeugmaschine ("M/C") 1 mit
einem Körper 2,
einem Tisch 4, auf dem ein Werkstück 3 fest gehalten
wird, einer Spannvorrichtung 5, die das Werkstück 3 auf
dem Tisch 4 fest hält,
Werkzeughaltern 7 (die der erfindungsgemäßen "Bearbeitungswerkzeughaltereinheit" entsprechen) zum
Halten verschiedenartiger entfernbarer Werkzeuge 6, einer Spindel 8,
einer Werkzeugspeichereinheit 9 und einem automatischen
Werkzeugwechsler 10. Jeweilige Werkzeughalter 7 sind
an der Spindel 8 entfernbar befestigt, wobei die jeweiligen
Funktionen der Werkzeuge 6 durch Übertragen einer Drehbewegung
zu den Werkzeugen realisiert werden. Die Werkzeugspeichereinheit 9 speichert
die Werkzeughalter 7. Der automatische Werkzeugwechsler 10 entfernt
den auf der Spindel 8 montierten Werkzeughalter 7 zu
einem vorgegebenen Zeitpunkt automatisch und speichert ihn in der
Werkzeugspeichereinheit 9 und montiert dann auf der Spindel
automatisch einen anderen der Werkzeughalter 7 (der das
für den
nächsten
Prozeß erforderliche
Werkzeug 6 hält),
der von den in der Speichereinheit 9 gespeicherten Werkzeughaltern 7 ausgewählt wird. 1 zeigt außerdem ein Bedienungseinheit 30 für die Werkzeugmaschine (M/C) 1.
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Die
Werkzeugspeichereinheit 9 weist beispielsweise eine kreisförmige Werkzeugspeicherplatte
auf, die die Werkzeughalter 7 speichert. Die Werkzeugspeichereinheit 9 weist
außerdem
einen Werkzeugentnahme-/-speicherpunkt 11 auf, der sowohl
die Entnahme der jeweiligen Werkzeughalter 7 von der Werkzeugspeicherplatte
als auch die Rückführung und
Halterung der Werkzeughalter 7 darin ermöglicht,
wobei diese Operationen durch den Werkzeugwechsler 10 ausgeführt werden
können. Außerdem kann
die Werkzeugspeicherplatte so gedreht werden, daß der Werkzeughalter 7,
auf dem das benötigte
Werkzeug 6 befestigt ist, am Werkzeugentnahme-/-speicherpunkt 11 positioniert
wird und jeweilige Haltereinheiten der Werkzeugspeicherplatte (die
die von der Spindel 8 entfernten jeweiligen Werkzeughalter 7 aufnehmen
und halten) am Werkzeugentnahme-/-speicherpunkt 11 positioniert
werden.
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Verschiedenartige
in der Werkzeugspeichereinheit 9 gespeicherte Werkzeuge 6 sind
beispielsweise Bohrer zum Bohren von Löchern im Werkstück 3,
Bearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise Schneidwerkzeuge zum Schneiden
des Werkstücks 3,
und Spannwerkzeuge, die die Spannvorrichtung 5 derart betätigen, daß das Werkzeug 3 am
Tisch 4 fixiert oder davon entfernt wird.
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Das
Bearbeitungswerkzeug 12 ist als eines der Bearbeitungswerkzeuge
dargestellt, die im entsprechenden Werkzeughalter 7 (wie
in den nachstehend beschriebenen 2 und 3 dargestellt) entfernbar
befestigt werden können.
Das Bearbeitungswerkzeug 12 bearbeitet das Werkstück 3 und
kann beispielsweise ein Bohrer zum Bohren eines Lochs im Werkstück 3 oder
ein Gewindeschneider zum Schneiden eines Gewindes in der Innenumfangsfläche eines
zuvor gebohrten Lochs sein.
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Wie
in 2 dargestellt ist,
ist das Bearbeitungswerkzeug 12 am Werkzeughalter 7 befestigt, wobei
die Drehachse (die in der vorliegenden Erfindung einer schrägen Achse
entspricht) β einer
Drehwelle 18 des Bearbeitungswerkzeugs 12 unter
einem vorgegebenen Winkel θ schräg zu einer
Achse α einer
Drehwelle der Spindel 8 ausgerichtet ist. Nachstehend wird
der Werkzeughalter 7, an dem das (unter den Werkzeugen 6 ausgewählte) Bearbeitungswerkzeug 12 befestigt
ist, als Bearbeitungswerkzeughalter 7' bezeichnet. Daher ist die Werkzeugmaschine
derart konfiguriert, daß das
am Bearbeitungswerkzeughalter 7' befestigte Bearbeitungswerkzeug 12 eine
schräge
Bearbeitung bezüglich
des Werkstücks 3 ausführt.
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Wie
in 3 dargestellt ist,
weist der Bearbeitungswerkzeughalter 7' ein Befestigungselement 13 auf,
das in die Spindel 8 lösbar
eingesetzt werden kann, ein erstes und ein zweites antreibendes
Kegelrad 14 und 15, die in Serie und koaxial mit
der Spindel 8 angeordnet sind, ein erstes und ein zweites
angetriebenes Kegelrad 16 und 17, die in Serie
und koaxial mit der Drehwelle 18 des Bearbeitungswerkzeugs 12 angeordnet
sind und mit dem ersten und dem zweiten antreibenden Kegelrad 14 bzw. 15 kämmen, und
die Drehwelle 18. Durch das erste antreibende Kegelrad 14 und
das erste angetriebene Kegelrad 16 wird ein erster Kegelgetriebemechanismus
gebildet, und durch das zweite antreibende Kegelrad 15 und das
zweite angetriebene Kegelrad 17 wird ein zweiter Kegelgetriebemechanismus
gebildet.
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Das
Befestigungselement 13 kann ein beliebiges bekanntes Befestigungselement
sein, insofern es sich mit der Spindel integral drehen kann und
in oder auf der Spindel entfernbar montierbar ist. Außerdem sollte
das Befestigungselement in der Lage sein, eine von der Spindel 8 übertragene
Drehbewegung aufzunehmen. Eine ausführliche Erläuterung des Befestigungselements 13 wird
hierin weggelassen. Das zweite antreibende Kegelrad 15 ist
auf eine integral drehbare Weise an der Drehwelle 19 befestigt,
die sich vom Befestigungselement 13 erstreckt und damit
koaxial ausgebildet ist. Außer dem
ist das erste antreibende Kegelrad 14 derart befestigt,
daß es
durch einen rohrförmigen
Wellenabschnitt 15a des zweiten antreibenden Kegelrades 15 gehalten
wird und sich mit dem zweiten antreibenden Kegelrad 15 integral
drehen kann. D.h., das erste antreibende Kegelrad 14 ist
derart befestigt, daß es
sich mit der Drehwelle 19 integral drehen kann.
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Das
mit dem ersten antreibenden Kegelrad 14 kämmende erste
angetriebene Kegelrad 16 weist einen rohrförmigen Wellenabschnitt 16a auf.
Ein Außengewindeelement 20 mit
einem Außengewinde 20a ist
für eine
integrale Drehbewegung mit dem ersten angetriebenen Kegelrad 16 im
rohrförmigen
Wellenabschnitt 16a befestigt (eingeschraubt). Außerdem weist
auch das mit dem zweiten antreibenden Kegelrad 15 kämmende zweite
angetriebene Kegelrad 17 eine rohrförmige Verlängerung und einen auf einem
Außenumfangsabschnitt
davon ausgebildeten Gewindeabschnitt 17a auf. Eine Keilnut 17b ist
in der Innenumfangsfläche
des Gewindeabschnitts 17a ausgebildet.
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Die
Drehwelle 18 erstreckt sich durch das rohrförmige zweite
angetriebene Kegelrad 17 und ragt in den rohrförmigen Wellenabschnitt 16a des ersten
angetriebenen Kegelrades 16 hinein. Ein nach innen hervorstehender
rohrförmiger
Abschnitt 18a der Drehwelle 18 erstreckt sich
in den rohrförmigen Wellenabschnitt 16a und
weist ein auf seiner Innenumfangsfläche ausgebildetes Innengewinde
auf, mit dem das Außengewinde 20a der
Außengewindeelements 20 in
Gewindeeingriff steht. Außerdem
weist die Außenfläche des
rohrförmigen
Abschnitts 18a Keilnutabschnitte 18b auf, durch
die eine Keilverzahnung mit den Keilnuten 17b des zweiten
angetriebenen Kegelrades 17 bereitgestellt wird. Als Ergebnis dieser
Keilverzahnung wird die Drehwelle 18 durch das zweite angetriebene
Kegelrad für
eine integrale Drehbewegung damit und für eine axiale Bewegung bezüglich des
zweiten angetriebenen Kegelrades 17 gehalten.
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Die
Drehwelle 19 und das erste und das zweite angetriebene
Kegelrad 16 und 17 werden innerhalb eines Gehäuses 21 des
Bearbeitungswerkzeughalters 7' durch jeweilige Lager 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28 drehbar
gehalten. Außerdem
erstreckt sich ein hervorspringender Endabschnitt eines rohrförmigen Wellenabschnitts 18b,
der an dem Ende der Drehwelle 18 ausgebildet ist, das dem
nach innen hineinragenden Abschnitt 18a entgegengesetzt
ist, vom Gehäuse 21 nach
außen.
Das Bearbeitungswerkzeug 12 kann auf diesem hervorspringenden Endabschnitt
der Drehwelle 18 lösbar
befestigt werden.
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Außerdem sind
das Befestigungselement 13, die Drehwelle 19 und
das erste und das zweite antreibende Kegelrad 14 und 15 jeweils
auf der Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 angeordnet und damit ausgerichtet.
Außerdem
sind das erste und das zweite angetriebene Kegelrad 16 und 17,
die Drehwelle 18 und das Außengewindeelement 20 auf
der Achse β der
Drehwelle 18 des Bearbeitungswerkzeugs 12 angeordnet
und damit ausgerichtet, die bezüglich
der Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 unter einem vorgegebenen Winkel θ schräg ausgerichtet
ist.
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Das Übersetzungsverhältnis des
ersten antreibenden Kegelrades 14 und des ersten angetriebenen
Kegelrades 16 ("erstes Übersetzungsverhältnis") ist derart eingestellt,
daß die
Drehzahl des ersten angetriebenen Kegelrades 16 kleiner
ist als die Drehzahl des ersten antreibenden Kegelrades 14. Außerdem ist
das Übersetzungsverhältnis des
zweiten antreibenden Kegelrades 15 und des zweiten angetriebenen
Kegelrades 17 ("zweites Übersetzungsverhältnis") derart eingestellt,
daß die
jeweiligen Drehzahlen der Kegelräder 15 und 17 gleich
sind. D.h., das erste und das zweite Übersetzungsverhältnis sind
verschieden. Aufgrund dieser Drehzahlverhältnisdifferenz besteht ein
Unterschied zwischen den Drehzahlen des ersten angetriebenen Kegelrades 16 und
des zweiten angetriebenen Kegelrades 17, d.h. eine Drehzahldifferenz
zwischen der Drehzahl des Außengewindeelements 20 und
der Drehzahl der Drehwelle 18.
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Diese
Drehzahldifferenz erzeugt eine Umkehr der Schraubenbewegung, wodurch
die durch das Außengewindeelement 20a und
das Innengewindeelement 18 erzeugte Drehbewegung umgekehrt
wird. Dadurch wird veranlaßt,
daß die
Drehwelle 18 sich bezüglich
des angetriebenen Kegelrades 17 oder mit anderen Worten
bezüglich
des Gehäuses 21 axial
bewegt.
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Wenn
die Spindel 8 sich in Vorwärtsrichtung dreht (d.h. das
Bearbeitungswerkzeug 12 dreht sich in die Richtung, in
der es das Werkstück 3 bearbeitet),
dreht sich die Drehwelle 18, während sie sich entlang der
Achse β bewegt,
so daß sie
sich vom Gehäuse 21 weg
bewegt (was nachstehend als "Ausfahrrichtung" bezeichnet wird).
Alternativ bewegt sich die Spindel 8, wenn sie sich in
Rückwärtsrichtung dreht,
entlang der Achse α in
eine Richtung, in der sich die Drehwelle 18 in das Gehäuse 21 zurückzieht (nachstehend
als "Rückzugrichtung" bezeichnet).
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D.h.,
das Befestigungselement 13, die Drehwelle 19,
das zweite antreibende Kegelrad 15, das zweite angetriebene
Kegelrad 17 und die Drehwelle 18 bilden zusammen
einen Kraftübertragungsmechanismus,
der die Drehbewegung der Spindel 8 zum Bearbeitungswerkzeug 12 überträgt. Außerdem bilden
das Befestigungselement 13, die Drehwelle 19,
das erste und das zweite antreibende Kegelrad 14 und 15,
das erste und das zweite angetriebene Kegelrad 16 und 17,
das Außengewindeelement 20 und
die Drehwelle 18 zusammen einen Vorschubmechanismus, der
das Bearbeitungswerkzeug 12 entlang der Achse β vorwärtsbewegt.
Daher weist der Bearbeitungswerkzeughalter 7' einen Kraftübertragungsmechanismus zum Übertragen
einer Kraft zum Bearbeitungswerkzeug 12 und einen Vorschubmechanismus
zum Vorwärtsbewegen
des Bearbeitungswerkzeugs 12 auf.
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Weder
das erste noch das zweite Übersetzungsverhältnis sind
auf das vorstehend dargestellte Beispiel beschränkt. So lange die Bearbeitungsfunktion
des Bearbeitungswerkzeugs 12 geeignet bereitgestellt wird
(durch Bereitstellen einer Differenz zwischen den Drehzahlen des
ersten und des zweiten angetriebenen Kegelrades 16 und 17,
die, wenn die Spindel 8 sich in Vorwärtsrichtung dreht, veranlaßt, daß die Drehwelle 18 sich
aus dem Gehäuse 21 herausbewegt),
können
verschiedene Übersetzungsverhältnisse
verwendet werden.
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Nachstehend
wird die Arbeitsweise der Werkzeugmaschine (M/C) 1 für einen
Fall beschrieben, in dem das Bearbeitungs werkzeug 12 das Werkstück 3 schräg bearbeitet,
wie in 2 dargestellt
ist.
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Zunächst wird
das Werkstück 3 an
einer vorgegebenen Position auf dem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1 angeordnet.
Dann wird der Werkzeugwechsler 10 betätigt, um den in der Werkzeugspeichereinheit 9 gespeicherten
Werkzeughalter 7 zu entnehmen, auf dem das Spannwerkzeug 6 befestigt ist.
Der Werkzeugwechsler 10 montiert dann diesen Werkzeughalter 7 auf
der Spindel 8. Anschließend werden die Spindel 8 und
der Werkzeughalter 7 in der Z-Achse (in 1 vertikal) abgesenkt, so daß das Spannwerkzeug 6 in
Kontakt mit der Spannvorrichtung 5 angeordnet wird. Gleichzeitig
wird die Spindel 8 betätigt,
wobei durch ihre Antriebskraft veranlaßt wird, daß die Spannvorrichtung 5 durch
das Spannwerkzeug 6 aktiviert wird. Dadurch spannt die
Spannvorrichtung 5 das Werkstück 3 an einer vorgegebenen
Position auf dem Tisch 4 fest.
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Anschließend werden
die Spindel 8 und der Werkzeughalter 7 angehoben
und zu ihren in 1 dargestellten
Ausgangspositionen zurückgestellt. Dann
wird der Werkzeugwechsler 10 betätigt, um den Werkzeughalter 7 von
der Spindel 8 zu entfernen und in einem geeigneten Halter
der Werkzeugspeicherplatte der Werkzeugspeichereinheit 9 anzuordnen.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Halter, der den Werkzeughalter 7 aufnimmt,
am Werkzeugentnahme-/-speicherpunkt 11 angeordnet. Dann
wird die Werkzeugspeicherplatte so gedreht, daß der zum Ausführen der
schrägen
Bearbeitung des Werkstücks 3 erforderliche
Bearbeitungswerkzeughalter 7' am
Werkzeugentnahme-/-speicherpunkt 11 angeordnet
ist. Daraufhin wird der Werkzeugwechsler 10 betätigt, um
den Bearbeitungswerkzeughalter 7' von der Werkzeugspeicherplatte
zu entnehmen und das Befestigungselement 13 auf der Spindel 8 zu
montieren, wie in 2 dargestellt
ist.
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Anschließend werden
die Spindel 8 und der Bearbeitungswerkzeughalter 7' abgesenkt,
bis eine Schneidkante 12a des Bearbeitungswerkzeugs 12 an
einer Bearbeitungsstartposition auf der oberen Fläche des
Werkstücks 3 angeordnet
ist. Dann wird die Spindel 8 in Vorwärtsrichtung gedreht. Dadurch wird die
Drehbewegung der Spindel 8 durch den vorstehend beschriebenen
Kraftübertragungsmechanismus
zum Bearbeitungswerkzeug 12 übertragen, und das Bearbeitungswerkzeug 12 wird
gedreht. Außerdem
werden, wenn das erste und das zweite angetriebene Kegelrad 16 und 17 durch
die Spindel 8 drehbar angetrieben werden, die vorstehend
erwähnten
verschiedenen Drehzahlen erzeugt, die durch den vorstehend beschriebenen
Vorschubmechanismus genutzt werden, so daß das Bearbeitungswerkzeug 12 sich
dreht, während
es einer Vorschubsteuerung unterzogen wird. Auf diese Weise führt das
Bearbeitungswerkzeug 12 eine schräge Bearbeitung bezüglich des
Werkstücks 3 unter
einem vorgegebenen Neigungswinkel θ bezüglich der Achse α der Drehwelle
der Spindel 8 aus (z.B. eine Lochbohrbearbeitung, falls
das Bearbeitungswerkzeug 12 ein Bohrer ist, oder eine Gewindeschneidbearbeitung, falls
das Bearbeitungswerkzeug 12 ein Gewindeschneider ist).
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Wenn
die schräge
Bearbeitung des Bearbeitungswerkzeugs 12 abgeschlossen
ist, wird die Spindel 8 in Rückwärtsrichtung gedreht, wodurch
das Bearbeitungswerkzeug 12 entlang der Achse β der Drehwelle 18 in
die Rückzugrichtung
bewegt wird, während
es sich in Rückwärtsrichtung
dreht. Dadurch kommt die Schneidkante 12a des Bearbeitungswerkzeugs 12 vom
Werkstück 3 frei.
Wenn das Bearbeitungswerkzeug 12 auf seine Anfangsposition zurückgekehrt
ist, wird die Drehbewegung der Spindel 8 gestoppt. Dadurch
wird die schräge
Bearbeitung des Werkstücks 3 durch
das Bearbeitungswerkzeug 12 abgeschlossen.
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Anschließend werden
die Spindel 8 und der Bearbeitungswerkzeughalter 7' angehoben und
zu ihren in 1 dargestellten
Ausgangspositionen zurückgestellt,
und dann wird ihre Drehbewegung gestoppt. Daraufhin entfernt der
Werkzeugwechsler 10, wie vorstehend beschrieben wurde,
den Bearbeitungswerkzeughalter 7' von der Spindel 8 und
speichert ihn im geeigneten Halter der Werkzeugspeicherplatte der
Werkzeugspeichereinheit 9. Dann wird der Werkzeughalter 7,
an dem das Spannwerkzeug 6 befestigt ist, erneut entnommen
und auf der Spindel 8 montiert. Dann werden die Spindel 8 und der
Werkzeughalter 7 abgesenkt, und die Spannvorrichtung 5 wird
durch das Spannwerkzeug 6 unter Ausnutzung der Antriebskraft
der Spindel 8 aktiviert. Dadurch wird das Werkstück 3 unter
Verwendung der Spannvorrichtung 5 eingespannt.
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Unter
Verwendung dieses Beispiels einer Werkzeugmaschine (M/C) 1 kann
sowohl das Bearbeitungswerkzeug 12 als auch der Vorschubmechanismus
durch die Drehbewegung nur der Spindel 8 angetrieben werden.
Außerdem
ist die Achse des Bearbeitungswerkzeugs 12 mit der Achse β der Drehwelle 18 ausgerichtet,
die bezüglich
der Achse α der Drehwelle
der Spindel 8 der Werkzeugmaschine 1 unter einem
vorgegebenen Winkel θ schräg ausgerichtet
ist; das Bearbeitungswerkzeug 12 wird durch die Drehbewegung
der Spindel 8 angetrieben, die durch den Kraftübertragungsmechanismus
des Werkzeughalters 7' zum
Bearbeitungswerkzeug 12 übertragen wird; und das Bearbeitungswerkzeug 12 wird
durch den durch die Drehbewegung der Spindel 8 angetriebenen
Vorschubmechanismus des Werkzeughalters 7' axial vorwärtsbewegt. Dadurch kann das
Werkstück 3 bezüglich der
Achse a der Drehwelle der Spindel 8 unter Verwendung des
Bearbeitungswerkzeugs 12 schräg bearbeitet werden. Auf diese Weise
kann eine Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs 12 durch
Steuern der Drehbewegung der Spindel 8 leicht ausgeführt werden.
Dadurch kann die Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs 12 leicht
gesteuert werden, weil anders als bei einer herkömmlichen schrägen Bearbeitung
keine gleichzeitige Steuerung der Bewegung in drei Achsen (X-, Y-
und Z-Achse) erforderlich ist. Außerdem können Softwarekosten gesenkt
werden, weil das Programm für
die Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs 12 einfach
ist und nicht die herkömmlich
verwendeten komplizierten Programme erforderlich sind. Außerdem kann
unter Verwendung ausschließlich
der mechanischen Elemente der Werkzeugmaschine 1 eine stabile
Antriebs- und Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs 12 realisiert
werden, ohne daß eine
Programmsteuerung durch eine elektronische Steuerungseinheit verwendet
wird.
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Außerdem kann,
weil keine Vorschubsteuerung des Bearbeitungswerkzeugs 12 in
drei Dimensionen (in der X-, Y- und Z-Achse) erforderlich ist, der Vorschubmechanismus
des Bearbeitungswerkzeugs 12 vereinfacht werden. Daher
muß für den Vorschubmechanismus
keine komplizierte und teuere Vorrichtung verwendet werden, die
das Bearbeitungswerkzeug 12 in drei Achse bewegen kann,
was herkömmlich
der Fall war. Dadurch können
auch die Hardwarekosten gesenkt werden.
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Außerdem können durch
zwei Kegelgetriebemechanismen (d.h., das erste antreibende Kegelrad 14 und
das erste angetriebene Kegelrad 16; und das zweite antreibende
Kegelrad 15 und das zweite angetriebene Kegelrad 17)
verschiedene Vorschubbewegungen fein eingestellt werden.
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In
der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Werkzeugmaschine 1 sind die
Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 und die Achse β der Drehwelle 18 des
Bearbeitungswerkzeugs 12 unter dem vorgegebenen Winkel θ ausgerichtet. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die
Achse β der
Drehwelle 18 des Bearbeitungswerkzeugs 12 kann
derart eingestellt sein, daß sie
mit der Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 koaxial ausgerichtet ist, oder
alternativ kann die Achse β der
Drehwelle 18 des Bearbeitungswerkzeugs 12 derart
eingestellt sein, daß sie
parallel zur Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 ausgerichtet ist. In diesem Fall
kann das Bearbeitungswerkzeug 12 unter Verwendung andersartiger
Zahnräder,
z.B. von Stirnrädern,
an Stelle von Kegelrädern
eine axiale Bearbeitung des Werkstücks 3 ausführen.
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In
der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform weist der Vorschubmechanismus
für das
Bearbeitungswerkzeug 12 die zwei Sätze von Kegelgetriebemechanismen
(Kegelräder 14 und 16;
Kegelräder 15 und 17)
auf, wobei die Drehzahldifferenz dazwischen für die Vorschubsteuerung des
Bearbeitungswerkzeugs 12 genutzt wird. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf eine derartige Struktur beschränkt, sondern die Vorschubsteuerung
des Bearbeitungswerkzeugs 12 kann auch unter Verwendung eines
Fluiddrucks, d.h. eines Hydraulik- oder Luftdrucks, oder durch elektromagnetische
Kraft realisiert werden. Bei Verwendung der letztgenannten Vorschubsteuerungen
können
das erste antreibende Kegelrad 14 und das erste angetriebene
Kegelrad 16 und das Außengewindeelement 20 weggelassen werden.
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Außerdem kann
an Stelle der vorstehend beschriebenen zwei Sätze von Kegelgetriebemechanismen
eine Struktur verwendet werden, in der das erste antreibende Kegelrad 14 und
das erste angetriebene Kegelrad 16 weggelassen werden.
In diesem Fall ist das Außengewindeelement 20 am
Gehäuse 21 fixiert,
so daß seine
Drehbewegung blockiert wird. Auch durch diese Konfiguration können sowohl
das Bearbeitungswerkzeug 12 als auch der Vorschubmechanismus
ausschließlich
durch eine Drehbewegung der Spindel 8 angetrieben werden.
Eine solche Konfiguration ist beispielsweise im Fall eines rotierenden Bearbeitungswerkzeugs
vorteilhaft, das eine Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse
ausführt und
beispielsweise zum Fräsen
der Innenumfangsfläche
eines bereits ausgebildeten Lochs verwendet wird. Außerdem wird
in diesem Fall nur der zweite Kegelgetriebemechanismus, d.h. das
zweite antreibende Kegelrad 15 und das zweite angetriebene
Kegelrad 17, verwendet. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten
reduziert und die Konfiguration vereinfacht werden.
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Außerdem ist
in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Winkel θ zwischen
der Achse α der
Drehwelle der Spindel 8 und der Achse β der Drehwelle 18 des
Bearbeitungswerkzeugs 12 auf einen konstanten Wert gesetzt
worden. Daher muß die
Bearbeitung immer bezüglich
der Spindel 8 in der festen Richtung des schrägen Winkels θ ausgeführt werden.
Es kann jedoch beispielsweise eine Winkeleinstelleinrichtung für die Spindel 8 zwischen
dem Werkzeugmaschinenkörper 2 und
der Spindel 8 bereitgestellt werden, so daß der Neigungswinkel
der Spindel 8 bezüglich
der Achse β der Drehwelle 18 während eines
Normalbetriebs selektiv wählbar
ist. Alternativ kann die Winkeleinstelleinheit zwischen dem Tisch 4 und
dem Werkzeugmaschinenkörper 2 bereitgestellt
werden, so daß die
Neigung des Tischs 4 bezüglich des Werkzeugmaschinenkörpers 2 selektiv
wählbar
ist. Mit einer solchen Konfiguration kann der schräge Winkel,
unter dem das Werkstück 3 bearbeitet
wird, selektiv gewählt werden,
d.h., es sind vom vorgegebenen Winkel Θ verschiedene Winkel selektiv
einstellbar. Außerdem können, indem
im voraus verschiedene Werkzeughalter 7 mit verschiedenen
vorgegebenen Winkeln θ bereitgestellt
werden, verschiedene gewünschte Winkel
zum schrägen
Bearbeiten des Werkstücks 3 bereitgestellt
werden.
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Außerdem kann,
obwohl die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform
als Werkzeugmaschine für
ein Bearbeitungszentrum beschrieben worden ist, die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
als universelle oder Mehrzweckmaschine oder als Spezialzweckmaschine
verwendet werden. Außerdem
ist die Erfindung insbesondere für
ein Bearbeitungswerkzeug für
eine universelle Maschine geeignet, die eine Werkzeugwechselfunktion
sowie einen Werkzeugwechsler für
diese Werkzeugwechselfunktion aufweist.
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Die
Erfindung kann innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung
durch andere spezifische Ausführungsnormen
realisiert werden. Die in der vorstehenden Beschreibung dargestellten
Ausführungsformen
dienen daher lediglich zur Erläuterung
und sollen die Erfindung nicht einschränken, sondern innerhalb des
durch die beigefügten
Patentansprüche
definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Änderungen
und Modifikationen und äquivalente
Ausführungsformen
möglich.