DE102007061274A1

DE102007061274A1 - Spindeleinrichtung

Info

Publication number: DE102007061274A1
Application number: DE102007061274A
Authority: DE
Inventors: Kazuo El Macero Yamazaki; Makoto Yamatokoriyama Fujishima; Yoichi Yamatokoriyama Okamoto
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd; Intelligent Manufacturing Systems International Inc
Current assignee: DMG Mori Co Ltd; Intelligent Manufacturing Systems International Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-07-17
Also published as: JP5022695B2; US7488147B2; US20080152451A1; JP2008155313A

Abstract

Die Spindeleinrichtung 1 ist mit einem Gehäuse 10, das mit einer Lagerbohrung 10a ausgebildet ist; mit einer Spindel 12, die um eine Achse innerhalb der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 frei drehbar gelagert ist und an deren distalem Ende ein Werkzeug T befestigt ist; mit einem Antriebsmotor 20, um die Spindel 12 um die Achse umlaufen zu lassen, wobei der Antriebsmotor 20 aus einem Rotor 22, der zur freien Umlaufbewegung an der äußeren Umfangsfläche der Spindel 12 angeordnet ist, und aus einem Stator 23 gebildet ist, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 befestigt vorgesehen ist; mit einer elektromagnetischen Kupplung 30 zum intermittierenden Übertragen der Antriebskraft des Antriebsmotors 20 an die Spindel 12; und mit einer Steuerungseinrichtung 40 zum Steuern der Arbeit des Antriebsmotors und derjenigen der elektromagnetischen Kupplung 30 ausgestattet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindeleinrichtung, die mit einer Spindel, die um eine Achse frei drehbar angeordnet ist und an der ein Werkzeug befestigt ist, und mit Antriebsmotoren, um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen, ausgestattet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise ist als Spindeleinrichtung beispielsweise eine Spindeleinrichtung, die in der geprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldungs-Veröffentlichung Nr. 6-30325 offenbart ist, bekannt. Die Spindeleinrichtung ist gebildet aus: einer Spindel, die um eine Achse frei drehbar angeordnet ist und an deren distalem Ende ein Werkzeug befestigt ist; einem Abstützelement, das die Spindel um die Achse frei drehbar abstützt; einem Antriebsmotor, um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen, wobei der Antriebsmotor aus einem Rotor, der an der äußeren Umfangsfläche an der hinteren Stirnseite der Spindel frei drehbar angeordnet ist, und aus einem Stator gebildet ist, der in dem Abstützelement befestigt vorgesehen ist; einem Geschwindigkeitsänderungsmechanismus zur Übertragung der Drehkraft des Antriebsmotors direkt oder über ein Reduzierungsgetriebe an die Spindel; und anderen Bauteilen.
Der Geschwindigkeitsänderungsmechanismus ist gebildet aus; einem ringförmigen Antriebszahnrad, das an der Stirnfläche an der distalen Stirnseite der Spindel des Rotors befestigt vorgesehen ist; einem ringförmigen Kupplungselement, das an der äußeren Umfangsfläche der Spindel derart vorgesehen ist, dass es dem Antriebszahnrad zugewandt ist und das sich in der axialen Richtung der Spindel frei bewegen und frei drehen kann, dies zusammen mit der Spindel; einer Geschwindigkeitsänderungswelle, die parallel zu der Spindel angeordnet ist und so angeordnet ist, dass sie sich in axialer Richtung frei bewegt; einem Kopplungselement, das das Kupplungselement und die Geschwindigkeitsänderungswelle koppelt und das mit dem Kupplungselement und der Geschwindigkeitsänderungswelle derart verbunden ist, dass sich beide Bauteile um die Achse frei drehen; einem Antriebszylinder zum Bewegen der Geschwindigkeitsänderungswelle in axialer Richtung; einem ersten Reduzierungsgetriebe und einem zweiten Reduzierungsgetriebe, die derart befestigt vorgesehen sind, dass sie um einen Abstand in axialer Richtung der Geschwindigkeitsänderungswelle beabstandet gehalten sind; und einem angetriebenen Zahnrad, das an der äußeren Umfangsfläche der Spindel befestigt vorgesehen ist, um zusammen mit dem Antriebszahnrad das Kupplungselement sandwichartig anzuordnen.
Das Antriebszahnrad ist mit Zähnen sowohl an der äußeren als auch der inneren Umfangsfläche ausgebildet. Das Kupplungselement ist, an der äußeren Umfangsfläche an einer Seite des Antriebszahnrads, mit Zähnen ausgebildet, die mit denjenigen kämmen können, die an der inneren Umfangsfläche des Antriebszahnrads ausgebildet sind. Das erste Reduzierungsgetriebe ist im Durchmesser größer ausgebildet als das zweite Reduzierungsgetriebe und ist so gestaltet, dass es mit den an der äußeren Umfangsfläche des Antriebszahnrads ausgebildeten Zähnen kämmt. Das zweite Reduzierungsgetriebe ist so ausgebildet, dass es mit dem angetriebenen Zahnrad kämmt.
In dem Geschwindigkeitsänderungsmechanismus werden, wenn die Geschwindigkeitsänderungswelle in axialer Richtung durch den Antriebszylinder bewegt wird, die Geschwindigkeitsänderungswelle, das Kupplungselement, das Kopplungselement und das erste und das zweite Reduzierungsgetriebe gemeinsam zur hinteren Stirnseite der Spindel bewegt. Als Folge kämmen die Zähne des Kupplungselements und diejenigen an der inneren Umfangsfläche des Antriebszahnrads miteinander, wodurch ein Zustand erreicht ist, bei dem die Zähne an der äußeren Umfangsfläche des Antriebszahnrads und das erste Reduzierungsgetriebe nicht miteinander kämmen und das zweite Reduzierungsgetriebe und das angetriebene Zahnrad nicht miteinander kämmen. Daher wird, wenn sich der Antriebsmotor dann im Antriebszustand befindet, die Drehkraft des Rotors über das Antriebszahnrad und das Kupplungselement an die Spindel übertragen, wodurch die Spindel mit hoher Geschwindigkeit umläuft.
Andererseits werden, wenn die Geschwindigkeitsänderungswelle durch den Antriebszylinder in axialer Richtung bewegt wird, die Geschwindigkeitsänderungswelle, das Kupplungselement, das Kopplungselement und das erste und das zweite Reduzierungsgetriebe gemeinsam zu der distalen Stirnseite der Spindel bewegt. Als Folge kämmen die Zähne an der äußeren Umfangsfläche des Antriebszahnrads und das erste Reduzierungsgetriebe miteinander, und kämmen das zweite Reduzierungsgetriebe und das angetriebene Zahnrad miteinander, was zu einem Zustand führt, bei dem die Zähne des Kupplungselements und diejenigen an der inneren Umfangsfläche des Antriebszahnrads nicht miteinander kämmen. Daher wird, wenn sich der Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, die Drehkraft des Rotors über das Antriebszahnrad, das erste Reduzierungsgetriebe, die Geschwindigkeitsänderungswelle, das zweite Reduzierungsgetriebe und das angetriebene Zahnrad an die Spindel übertragen, wodurch die Spindel mit niedriger Geschwindigkeit umläuft.
Auf diese Weise ist es gemäß der Spindeleinrichtung, da der Geschwindigkeitsänderungsmechanismus gestattet, dass die Spindel in einer Weise zum Schalten zwischen einer hohen Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit umläuft, möglich, sowohl einem Schneiden mit hoher Geschwindigkeit und geringer Beanspruchung als auch einem Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung zu entsprechen.
Jedoch befinden sich bei der herkömmlichen Spindeleinrichtung der Rotor des Antriebsmotors und die Spindel in einem konstant gekoppelten Zustand über das Antriebszahnrad und das Kupplungselement, oder das Antriebszahnrad, das erste Reduzierungsgetriebe, die Geschwindigkeitsänderungswelle, das zweite Reduzierungsgetriebe und das angetriebene Zahnrad. Ferner wird die Antriebskraft (Drehkraft des Rotors) des Antriebsmotors ständig an die Spindel übertragen. Daher ist, wenn beispielsweise ein Werkzeug und ein Arbeitsstück aufeinander treffen, der Stoß groß, und kann ein ernsthafter Unfall auftreten. Ferner wird, wenn das Werkzeug und das Arbeitsstück aufeinander treffen oder wenn folglich vielleicht die Umlaufbewegung der Spindel angehalten wird, eine übermäßige Last auf den Antriebsmotor zur Einwirkung gebracht, und kann als Folge der Antriebsmotor beschädigt werden.
Das Drehmoment, das der Antriebskraft des Antriebsmotors ent spricht, wird auf die Spindel zur Einwirkung gebracht, und somit wird das an der Spindel zur Einwirkung gebrachte Drehmoment groß. In diesem Fall wird die Kraft, die an einem Lager zur Abstützung der Spindel zum freien Umlaufen zur Einwirkung gebracht wird, ebenfalls groß. Wenn die auf das Lager zur Einwirkung gebrachte Kraft groß ist, ist die Standzeit des Lagers verkürzt usw., was ein Problem ist.
Ferner ist die herkömmliche Spindeleinrichtung derart gestaltet, dass durch Bewegen der Geschwindigkeitsänderungswelle in axialer Richtung durch den Antriebszylinder die Geschwindigkeitsänderungswelle, das Kupplungselement, das Kopplungselement und das erste und das zweite Reduzierungsgetriebe gemeinsam in axialer Richtung der Spindel bewegt werden, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel zwischen hoher Geschwindigkeit und niedriger Geschwindigkeit umgeschaltet wird. Dies führt zu dem weiteren Problem, dass die Struktur kompliziert ist und die Gestaltung der Einrichtung groß ist.
Noch weiter hängen die Zeit, die zur Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel auf eine zuvor eingestellte Umlaufgeschwindigkeit notwendig ist, oder die Zeit zum Anhalten der Umlaufbewegung der Spindel von der Leistung oder dergleichen des Antriebsmotors ab. Es wird bevorzugt, dass diese Zeit verkürzt ist.
Bei einer Spindeleinrichtung, die so gestaltet ist, dass ein Werkzeug direkt oder in geeigneter Weise über ein Werkzeugbefestigungselement oder dergleichen an der Spindel mittels einer Schraubverbindung befestigt wird, ist es, wenn das Werkzeug oder das Werkzeugbefestigungselement an der Spindel befestigt ist, schwierig, das Werkzeug oder das Werkzeugbefestigungselement zu lösen, wenn das Werkzeug von der Spindel abgebaut wird, was zu dem Problem führt, dass das Abbauen des Werkzeugs nicht leicht ist.
Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände geschaffen worden, und es ist eine Aufgabe, eine Spindeleinrichtung zur Verfügung zu stellen, die so gestaltet ist, dass sie einen Stoß, der als Folge eines Zusammentreffens zwischen einem Werkzeug und einem Arbeitsstück verursacht ist, abschwächt, um so zu verhindern, dass eine übermäßige Last an dem Antriebsmotor zur Einwirkung kommt, um den maximalen Wert des Drehmoments, das an der Spindel zur Einwirkung kommt, auf einen bestimmten Wert oder geringer zu begrenzen, und dass sie einfach und kompakt ist. Aufgabe ist es auch, eine Spindeleinrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Zeit, die zur Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel auf eine zuvor eingestellte Umlaufgeschwindigkeit oder zum Anhalten der Drehbewegung der Spindel notwendig ist, zu verkürzen, und in der Lage ist, das Anbauen und Abbauen des Werkzeugs leicht durchzuführen.
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung: eine Spindeleinrichtung, mit: einem Gehäuse, das mit einer Lagerbohrung ausgebildet ist; einer Spindel, die um eine Achse innerhalb der Lagerbohrung des Gehäuses frei drehbar gelagert ist und an der ein Werkzeug befestigt ist; einem ersten Antriebsmotor, um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen; und einem Steuerungsmittel zur Steuerung der Arbeit des ersten Antriebsmotors, wobei der erste Antriebsmotor aus einem ersten Rotor, der an der äußeren Umfangsfläche der Spindel frei drehbar angeordnet ist, und aus einem ersten Stator besteht, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung des Gehäuses derart befestigt vorgesehen ist, dass er um einen Abstand radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des ersten Rotors aus beabstandet ist,
wobei die Spindeleinrichtung ein Kopplungsmittel aufweist, das in Hinblick darauf gestaltet ist, einen Ankopplungsvorgang zum Ankoppeln der Spindel und des ersten Rotors und einen Abkopplungsvorgang zum Abkoppeln der Spindel und des ersten Rotors durchzuführen,
wobei das Steuerungsmittel die Arbeit des Kopplungsmittels steuert.
Erfindungsgemäß steht, wenn der erste Antriebsmotor durch das Steuerungsmittel in den Antriebszustand versetzt ist, der erste Rotor im Umlauf. Die Drehkraft des ersten Rotors wird über das Kopplungselement an die Spindel übertragen, wenn die Spindel und der erste Rotor durch den Ankopplungsvorgang des Kopplungsmittels gekoppelt sind, und die Drehkraft des ersten Rotors wird nicht an die Spindel übertragen, wenn die Spindel und der erste Rotor durch den Abkopplungsvorgang des Kopplungsmittels abgekuppelt sind.
Somit werden die Steuerung der Arbeit des ersten Antriebsmotors, die Steuerung des Ankopplungsvorgangs und diejenige des Abkopplungsvorgangs einzeln durchgeführt. Als Folge wird beispielsweise die Arbeit des ersten Antriebsmotors in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel gesteuert wird; wird die Arbeit des ersten Antriebsmotors in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, wodurch nur die Umlaufbewegung des ersten Rotors gesteuert wird; wird der Ankopplungsvorgang des Kopplungsmittels in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, und in einem Zustand, bei dem sich der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, um den ersten Rotor umlaufen zu lassen, wodurch Umlaufbewegung der Spindel gesteuert wird; wird der Abkopplungsvorgang des Kopplungsmittels in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankupplungsvorgang durchzuführen, und in einem Zustand, bei dem sich der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, um die Spindel umlaufen zu lassen, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel gesteuert wird.
Somit ist es bei der erfindungsgemäßen Spindeleinrichtung möglich, die Umlaufbewegung der Spindel nicht nur durch die Steuerung des ersten Antriebsmotors mittels des Steuerungsmittels, sondern auch durch die Steuerung des Kopplungsmittels zu steuern. Das Kopplungsmittel ist so gestaltet, dass es beispielsweise den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang auf der Grundlage eines Befehlsignals, der von dem Steuerungsmittel erhalten wird und den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang betrifft, ausführt.
Eine solche Spindeleinrichtung kann beispielsweise mit der unten beschriebenen Gestaltung ausgestattet sein, und mit einer solchen Gestaltung können die folgenden Wirkungen erreicht werden:
Das heißt, das Steuerungsmittel kann in Hinblick darauf gestaltet sein, dem ersten Rotor oder dem ersten Stator Strom zuzuführen, um den ersten Rotor in einem Zustand in Umlauf zu versetzen, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und um das Kopplungsmittel zu veranlassen, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, wenn der dem ersten Rotor oder dem ersten Stator zugeführte Strom größer als ein zuvor eingestellter Wert wird.
Auf diese Weise wird beispielsweise, während die Spindel durch den ersten Antriebsmotor in Umlauf versetzt ist, um ein Arbeitsstück zu bearbeiten, dann, wenn die Last des ersten Antriebsmotors in Folge eines Zusammentreffens zwischen dem Werkzeug und dem Arbeitsstück usw. groß wird, der dem ersten Rotor oder dem ersten Stator zugeführte Strom größer als der zuvor eingestellte Wert. Es wird daher durch das Steuerungsmittel bestimmt, dass das Werkzeug mit dem Arbeitsstück zusammengetroffen ist, und somit wird unter der Steuerung des Steuerungsmittels der Abkopplungsvorgang durch das Kopplungsmittel durchgeführt. Daher wird die Drehkraft des ersten Rotors nicht sofort nach dem Zusammentreffen an die Spindel übertragen, und wird es somit möglich, einen aus dem Zusammentreffen resultierenden Stoß abzuschwächen, wodurch ein ernster Unfall verhindert wird. Ferner ist es auch möglich zu verhindern, dass eine übermäßige Last auf den ersten Antriebsmotor zur Einwirkung gebracht wird und somit der erste Antriebsmotor beschädigt wird.
Das Kopplungsmittel kann mit einer Reibungskupplung ausgestattet sein und kann so gestaltet sein, dass es aufweist ein erstes Element und ein zweites Element, die zur Berührung miteinander gestaltet sind, wobei das erste Element mit dem ersten Rotor verbunden ist und das zweite Element mit der äußeren Umfangsfläche der Spindel verbunden ist; und einen Berührungsmechanismus, um das erste Element und das zweite Element mittels einer zuvor eingestellten Kraft zu dem Zeitpunkt des Ankopplungsvorgangs in Berührung zu bringen und um die zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgeübte Berührungskraft zu dem Zeitpunkt des Abkopplungsvorgangs aufzuheben.
Auf diese Weise wird, während die Spindel durch den ersten Antriebsmotor in Umlauf versetzt ist, auf die Spindel ein Drehmoment ausgeübt, das der Drehkraft des ersten Rotors entspricht. Wenn das auf die Spindel zur Einwirkung gebrachte Drehmoment groß wird, und als Folge dann, wenn das Drehmoment dasjenige übersteigt, das mittels der zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgeübten Reibungskraft übertragen werden kann, wird ein Durchdrehen zwischen dem ersten Element dem zweiten Element erzeugt, und wird es somit möglich, den maximalen Wert des an der Spindel zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder weniger zu begrenzen. Ferner kann dann, wenn der maximale Wert des an der Spindel zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt ist, die Kraft, die an einem Lager, das die Spindel so abstützt, dass sie frei umlaufen kann, zur Einwirkung gebracht wird, ebenfalls auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt sein. Als Folge ist es möglich, wirksam ein Problem, wie beispielsweise die Verkürzung der Standzeit des Lagers usw., zu verhindern.
In diesem Fall kann der Berührungsmechanismus der Reibungskupplung in Hinblick darauf gestaltet sein, die Kraft, um das erste Element und das zweite Element in Berührung zu bringen, variabel zu machen, und kann das Steuerungsmittel in Hinblick darauf gestaltet sein, den Berührungsmechanismus der Reibungskupplung zu steuern, um die Reibungskraft zwischen dem ersten Elementen und dem zweiten Element zu verändern.
Auf diese Weise wird dann, wenn das Steuerungsmittel den Berührungsmechanismus der Reibungskupplung zur Änderung der Berührungsfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element steuert, die zwischen dem ersten Elementen und dem zweiten Element zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft groß gemacht, wenn die Berührungskraft groß gemacht wird, wodurch der maximale Wert des Drehmoments, der durch die Reibungskupplung übertragen werden kann, groß gemacht wird. Die zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft wird klein gemacht, wenn die Berührungsfläche klein gemacht wird, wodurch der maximale Wert des Drehmoments, das durch die Reibungskupplung übertragen werden kann, klein gemacht wird. Auf diese Weise können, wenn der maximale Wert des übertragbaren Drehmoments eingestellt ist, der maximale Wert des an der Spindel zur Einwirkung gebrachten Drehmoments und derjenige der an dem Lager zur Einwirkung gebrachten Kraft ohne weiteres eingestellt werden.
Die Spindel kann so gestaltet sein, dass das Werkzeug mittels einer Schraubenverbindung befestigt wird, und das Steuerungsmittel kann so gestaltet sein, dass sich in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, und danach das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Auf diese Weise bewirkt das Steuerungsmittel, dass der erste Antriebsmotor nur den ersten Rotor in Umlauf versetzt, und hiernach veranlasst es, dass das Kopplungsmittel den Ankopplungsvorgang durchführt, damit der erste Rotor und die Spindel gegenseitig gekoppelt werden. Als Folge kann die nicht umlaufende Spindel abrupt in Umlauf versetzt werden, und kann eine impulsive Kraft, die sich aus der abrupten Umlaufbewegung ergibt, an der nicht umlaufenden Spindel zur Einwirkung gebracht werden. Hierdurch kann sogar dann, wenn das Werkzeug an der Spindel verschraubt ist, das Werkzeug ohne weiteres gelöst werden, und kann das Werkzeug ferner an der Spindel ohne weiteres befestigt werden. Das Anbauen bzw. Befestigen und Abbauen des Werkzeugs kann ohne weiteres durchgeführt werden.
Die Spindeleinrichtung kann ferner einen zweiten Antriebsmotor aufweisen, um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen, wobei der zweite Antriebsmotor durch einen zweiten Rotor, der an der äußeren Umfangsfläche der Spindel in einer Weise angeordnet ist, dass er um einen Abstand in Axialrichtung der Spindel von der Anordnungsposition des ersten Rotors beabstandet gehalten ist, und dessen Masse kleiner als diejenige des ersten Rotors ist, und durch einen zweiten Stator gebildet ist, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung des Gehäuses in einer Weise befestigt vorgesehen ist, dass er um einen Abstand in Richtung radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des zweiten Rotors aus beabstandet gehalten ist, und das Steuerungsmittel kann ferner in Hinblick darauf gestaltet sein, die Arbeit des zweiten Antriebsmotors zu steuern.
Auf diese Weise werden die Steuerung der Arbeit des ersten Antriebsmotors, die Steuerung des Ankopplungsvorgangs und diejenige des Abkopplungsvorgangs des Kopplungsmittels und die Steuerung der Arbeit des zweiten Antriebsmotors einzeln durchgeführt. Als Folge wird beispielsweise die Arbeit des ersten Antriebsmotors oder des ersten Antriebsmotors und des zweiten Antriebsmotors in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel gesteuert wird; wird die Arbeit nur des zweiten Antriebsmotors in einem Zustand gesteuert, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel gesteuert wird; und wird der Abkopplungsvorgang des Kopplungsmittels in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und in einem Zustand gesteuert, bei dem sich der erste Antriebsmotor oder der erste Antriebsmotor und der zweite Antriebsmotor im Antriebszustand befindet bzw. befinden, um die Spindel in Umlauf zu versetzen, wodurch die Arbeit (die Umlaufbewegung der Spindel) des zweiten Antriebsmotors bzw. die Arbeit des ersten Antriebsmotors gesteuert wird, nachdem der Abkopplungsvorgang durchgeführt worden ist; und wird der Ankopplungsvorgang des Kopplungsmittels in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, und in einem Zustand gesteuert, bei dem sich der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, um den ersten Rotor in Umlauf zu versetzen, und ferner sich der zweite Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, um die Spindel in Umlauf zu versetzen, wodurch die Umlaufbewegung der Spindel durch den ersten Antriebsmotor oder den ersten Antriebsmotor und den zweiten Antriebsmotor gesteuert wird, nachdem der Ankopplungsvorgang durchgeführt worden ist.
Ferner schaltet das Kopplungsmittel zwischen einem Zustand, bei dem die Drehkraft an der Spindel durch den ersten Antriebsmotor oder den ersten Antriebsmotor und den zweiten Antriebsmotor zur Einwirkung gebracht wird, und demjenigen um, bei dem die Drehkraft an der Spindel durch den zweiten Antriebsmotor zur Einwirkung gebracht wird. Hierdurch kann dieses Schalten mittels einer einfachen und kompakten Struktur realisiert werden.
Das Steuerungsmittel kann in Hinblick darauf gestaltet sein, die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen, indem es zwischen dann, wenn sich mindestens der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und dann, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, umschaltet.
Auf diese Weise ist, wenn sich mindestens der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst wird, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, da die Masse des ersten Rotors des ersten Antriebsmotors größer als diejenige des zweiten Rotors des zweiten Antriebsmotors ist, die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel stabil usw. trotz einer Änderung der Last oder eines Stoßes, der sich aus einer unterbrochenen Schneidarbeit bei der Bearbeitung ergibt. Daher ist es möglich, eine Bearbeitung durchzuführen, die für eine Schneidarbeit bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung geeignet ist. Andererseits ist, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, da die Masse des zweiten Rotors des zweiten Antriebsmotors kleiner als diejenige des ersten Rotors des ersten Antriebsmotors ist, die Beschleunigung oder Verzögerung der Umlaufbewegung der Spindel schnell usw.. Somit ist es möglich, eine Bearbeitung durchzuführen, die für eine Schneidarbeit bei hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung geeignet ist. Daher ist es möglich, sowohl einer Schneidarbeit bei hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung als auch einer Schneidarbeit bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung zu entsprechen. Ferner ist zu dem Zeitpunkt einer Schneidarbeit mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung der erste Rotor des ersten Antriebsmotors, der eine große Masse besitzt, von der Spindel getrennt, und ist somit die Kraft, die auf das Lager zur Einwirkung gebracht wird, das die Spindel abstützt, um frei umzulaufen, klein gemacht. Als Folge kann die Standzeit des Lagers vergrößert sein.
Ferner kann das Steuerungsmittel in Hinblick darauf gestaltet sein, das Kopplungsmittel zu veranlassen, den Abkopplungsvorgang durchzuführen und danach zur Steuerung des zweiten Antriebsmotors die Umlaufbewegung der Spindel anzuhalten.
Auf diese Weise veranlasst in dem Fall, bei dem die Umlaufbewegung der Spindel angehalten wird, um beispielsweise ein Werkzeug auszutauschen, wenn die Spindel mindestens durch den ersten Antriebsmotor in Umlauf versetzt wird, das Steuerungsmittel, dass das Kopplungsmittel den Abkopplungsvorgang durchgeführt, und danach steuert es den zweiten Antriebsmotor, um die Umlaufbewegung der Spindel anzuhalten. Als Folge kann die Spindel schnell angehalten werden, wodurch die für den Austausch des Werkzeugs benötigte Zeit verkürzt wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass dann, wenn der erste Rotor, der eine große Masse besitzt, von der Spindel getrennt ist, die Umlaufbewegung des zweiten Rotors (der Spindel) schneller angehalten werden kann als in dem Fall, bei dem der erste Rotor über das Kopplungsmittel mit der Spindel gekoppelt ist.
Das Steuerungsmittel kann in Hinblick darauf gestaltet sein, den ersten Antriebsmotor und den zweiten Antriebsmotor in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, sodass die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors bzw. diejenige des zweiten Rotors die zuvor eingestellte Umlaufgeschwindigkeit erreichen, einzeln zu steuern und danach das Kopplungsmittel zu veranlassen, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Auf diese Weise werden beispielsweise dann, wenn die Spindel durch mindestens den ersten Antriebsmotor in Umlauf versetzt wird, nachdem das Werkzeug ausgetauscht worden ist, der erste Antriebsmotor und der zweite Antriebsmotor in einem Zustand, bei dem das Steuerungsmittel veranlasst, dass das Kopplungsmittel den Abkopplungsvorgang durchführt, damit die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors bzw. diejenige des zweiten Rotors (der Spindel) die zuvor eingestellten Werte erreichen, einzeln gesteuert, und danach wird das Kopplungsmittel veranlasst, den Ankopplungsvorgang durchzuführen. Dies verkürzt die Zeit, die notwendig ist, damit die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel, die mindestens durch den ersten Motor angetrieben ist, eine vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit erreicht, nachdem das Werkzeug ausgetauscht worden ist, wodurch die Zeit bis zum Start der Bearbeitung, nachdem das Werkzeug ausgetauscht worden ist, verkürzt wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass der erste Rotor und der zweite Rotor (die Spindel) einzeln in Umlauf versetzt werden und dadurch die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors und diejenige des zweiten Rotors (der Spindel) schneller auf die vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit erhöht werden können als in einem Fall, bei dem der erste Rotor über das Kopplungsmittel an der Spindel angekoppelt ist. Es ist zu beachten, dass das Steuerungsmittel in Hinblick darauf gestaltet sein kann zu veranlassen, dass das Kopplungsmittel den Abkopplungsvorgang zu der Zeit des Austausches des Werkzeugs durchführt, und danach den ersten Antriebsmotor so zu steuern, dass die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors einen zuvor eingestellten Wert erreicht. Andererseits kann das Steuerungsmittel in Hinblick darauf gestaltet sein, den zweiten Antriebsmotor derart zu steuern, dass die Umlaufbewegung des zweiten Rotors (der Spindel) überhaupt angehalten wird und danach die Umlaufgeschwindigkeit des zweiten Rotors (der Spindel) eine zuvor eingestellte der Geschwindigkeit erreicht und anschließend das Kopplungsmittel veranlasst wird, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Wie oben beschrieben ist es mit der erfindungsgemäßen Spindeleinrichtung möglich, einen als Folge eines Zusammentreffens zwischen einem Werkzeug und einem Arbeitsstück verursachten Stoß abzuschwächen, wodurch ein ernster Unfall verhindert wird; zu verhindern, dass eine übermäßige Last an dem Antriebsmotor zur Einwirkung kommt und somit der Antriebsmotor beschädigt wird; den maximalen Wert des an der Spindel zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder geringer zu begrenzen, wodurch die an dem Lager zur Einwirkung gebrachte Kraft auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt wird um zu verhindern, dass die Standzeit des Lagers verkürzt wird; den maximalen Wert des an der Spindel zur Einwirkung gebrachten Drehmoments und den maximalen Wert der an dem Lager zur Einwirkung gebrachten Kraft ohne weiteres einzustellen; das Anbauen und Abbauen des Werkzeugs zu erleichtern; eine solche Gestaltung vorzusehen, dass die Einrichtung einfach und kompakt ist; sowohl einer Schneidarbeit mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung als auch einer Schneidarbeit mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung zu entsprechen; und die Zeit zu verkürzen, die zur Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel auf die zuvor eingestellte Geschwindigkeit und zum Anhalten der Umlaufbewegung der Spindel erforderlich ist, wodurch die Zeit, die für den Austausch eines Werkzeugs erforderlich ist, und die Zeit bis zum Start der Bearbeitung, nachdem das Werkzeug ausgetauscht worden ist, verkürzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung einer Spindeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung der Spindeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Schnitt bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils A-A in 1;
4 ist ein Schnitt bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils B-B in 1;
5 ist ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung der Spindeleinrichtung oder dergleichen gemäß der Ausführungsform;
6 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung einer Spindeleinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung der Spindeleinrichtung gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung einer Spindeleinrichtung gemäß einer werteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung der Spindeleinrichtung gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 und 2 sind Schnitte jeweils mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung einer Spindeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 ist ein Schnitt bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils A-A in 1; 4 ist ein Schnitt bei Betrachtung in der Richtung des Pfeils B-B in 1; und 5 ist ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer schematischen Gestaltung der Spindeleinrichtung oder dergleichen gemäß der Ausführungsform.
Wie in 1 bis 5 dargestellt ist, ist die Spindeleinrichtung 1 der Ausführungsform gebildet aus: einem Gehäuse 10, das mit einer Lagerbohrung 10a ausgebildet ist; einer Spindel 12, die um eine Achse über Lager 11 innerhalb der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 frei drehbar gelagert ist und an deren distalem Ende ein Werkzeug T befestigt ist; zwei Antriebsmotoren 20 und 25, um die Spindel 12 um die Achse umlaufen zu lassen, d. h. der erste Antriebsmotor 20 ist an der distalen Stirnseite der Spindel 12 angeordnet, und der zweite Antriebsmotor 25 ist an der hinteren Stirnseite derselben angeordnet; einer elektromagnetischen Kupplung 30, die zwischen dem ersten Antriebsmotor 20 und dem zweiten Antriebsmotor 25 angeordnet ist, zum Übertragen der Antriebskraft des ersten Antriebsmotors 20 unmittelbar an die Spindel 12; einer Steuerungseinrichtung 40 zur Steuerung des ersten Antriebsmotors 20, des zweiten Antriebsmotor 25 und der elektromagnetischen Kupplung 30; und anderen Bauteilen.
Beispielsweise ist die Spindeleinrichtung 1 in einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) angeordnet, die gebildet ist aus: einem Tisch (nicht dargestellt), an dem ein Arbeitsstück (nicht dargestellt) angebracht ist; einem Zuführungsmechanismus 18 zum Bewegen der Spindeleinrichtung 1 und des Tischs relativ zueinander in drei orthogonalen axialen Richtungen; einem Werkzeugwechsler 19 zum Austausch des Werkzeugs T, das an der Spindel 12 der Spindeleinrichtung 1 befestigt ist, gegen ein neues Werkzeug; und anderen Bauteilen.
Die Spindel 12 ist mit einer verjüngten Bohrung 12a ausgestattet, die an ihrer distalen Stirnfläche offen ist. Innerhalb der verjüngten Bohrung 12a sind eine Spannzwinge 13, eine Zugstange 14 etc. zum Halten und Befestigen des Werkzeugs T angeordnet, das in der verjüngten Bohrung 12a eingesetzt ist. Die Spannzwinge 13 ist derart gestaltet, dass ihr distales Ende das hintere Ende des Werkzeugs T festhalten kann. Die Zugstange 14 ist so angeordnet, dass sie mit der Spannzwinge 13 zum Eingriff kommt. Wenn die Spannzwinge 13 und die Zugstange 14 durch einen geeigneten Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) zur hinteren Stirnseite der Spindel 12 bewegt werden, wird das distale Ende der Spannzwinge 13 geschlossen, und wird das hintere Ende des Werkzeugs T durch die Spannzwinge 13 gehalten und zu der Innenseite der verjüngten Bohrung 12a gezogen. Dadurch ist das Werkzeug T an der Spindel 12 befestigt. Andererseits wird, wenn die Spannzwinge 13 und die Zugstange 14 durch einen geeigneten Antriebmechanismus (nicht dargestellt) zu der distalen Stirnseite der Spindel 12 bewegt werden, das distale Ende der Spannzwinge 13 geöffnet, was es möglich macht, das Werkzeug T von der Spindel 12 zu entfernen.
Der erste Antriebsmotor 20 ist gebildet aus: einem ersten Rotor 22, der an der äußeren Umfangsfläche der distalen Stirnseite der Spindel 12 über ein Lager 21 frei drehbar angeordnet ist; und einem ersten Stator 23, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 in einer Weise befestigt vorgesehen ist, dass er um einen bestimmten Abstand radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des ersten Rotors 22 aus derart beabstandet gehalten ist, dass er den ersten Rotor 22 umgibt. Der erste Antriebsmotor 20 ist derart gestaltet, dass dann, wenn dem ersten Stator 23 Strom zugeführt wird, der erste Rotor 22 in Umlauf versetzt ist. Der erste Rotor 22 ist derart gestaltet, dass in geeigneter Weise ein Gewicht an diesem befestigt ist, um seine Masse zu vergrößern. Des Weiteren wird die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors 22 mittels einer ersten Rotations-Codiereinrichtung 24 festgestellt.
Der zweite Antriebsmotor 25 ist gebildet aus: einem zweiten Rotor 26, der an der äußeren Umfangsfläche der hinteren Stirnseite der Spindel 12 befestigt vorgesehen ist und dessen Masse kleiner als diejenige des ersten Rotors 22 ist; und einem zweiten Stator 27, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 in einer Weise befestigt vorgesehen ist, dass er um einen bestimmten Abstand in Richtung radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des zweiten Rotors 26 aus derart beabstandet gehalten ist, dass er den zweiten Rotor 26 umgibt. Der zweite Antriebsmotor 25 ist derart gestaltet, dass dann, wenn dem zweiten Stator 27 Strom zugeführt wird, der zweite Rotor 26 in Umlauf versetzt ist. Die Umlaufgeschwindigkeit des zweiten Rotors 26 (d. h. der Spindel 12) wird mittels einer zweiten Rotations-Codiereinrichtung 28 festgestellt.
Die elektromagnetische Kupplung 30 ist gebildet aus: einem ringförmigen Läuferstern 31, der an einer Stirnfläche an einer zum zweiten Antriebsmotor in gelegenen Seite 25 des ersten Rotors 22 befestigt vorgesehen ist; einer Vielzahl von äußeren Scheiben 32, die ringförmig ausgebildet und durch den Läuferstern 31 gehalten sind; einem Rotor 33, der an der äußeren Umfangsfläche der Spindel befestigt vorgesehen ist und sich zusammen mit der Spindel 12 frei dreht; einem ringförmigen Anker 34, der durch den Rotor 32 gehalten ist; einer Vielzahl von inneren Scheiben 35, die ringförmig ausgebildet und durch den Rotor 33 gehalten sind; einem ringförmigen Stator 36, der eine Spule 36a zum Anziehen des Ankers 34 mittels einer vorbestimmten Anziehungskraft enthält, wenn ein Strom dort zugeführt wird. Der Läuferstern 31, die äußeren Scheiben 32, der Anker 34, die inneren Scheiben 35 und der Stator 36 sind koaxial zu der Spindel 12 angeordnet.
Der Läuferstern 31 ist an seiner äußeren Umfangsseite mit einer Vielzahl von der Erfassungsbereichen 31a ausgebildet, die in Richtung zu einer Seite des zweiten Antriebsmotors 25 hin vorstehen. Die äußeren Scheiben 32 sind mit einer Vielzahl von Erfassungsbereichen 32a ausgestattet, die von der äußeren Umfangsseite aus zu der inneren Umfangsseite hin ausgespart sind und die jeweils mit den Erfassungsbereichen 31a des Läufersterns im Eingriff stehen und zur freien Bewegung in axialer Richtung der Spindel 12 angeordnet sind. Der Rotor 33 ist mit einem im Durchmesser kleinen Bereich 33a an einer Seite des ersten Antriebsmotors 20 und mit einem im Durchmesser großen Bereich 33b an einer Seite des zweiten Antriebsmotors 25 ausgestattet. Der Rotor 33 ist so angeordnet, dass der im Durchmesser kleine Bereich 33a und die Erfassungsbereiche 31a des Läufersterns 31 in radialer Richtung einander zugewandt sind. Der im Durchmesser kleine Bereich 33a ist an seiner äußeren Umfangsfläche mit einer Vielzahl von Zähnen 33c ausgebildet. Der im Durchmesser große Bereich 33b ist größer als der Innendurchmesser der äußeren Scheiben 32 ausgebildet.
Der Anker 34 und die inneren Scheiben 35 sind jeweils an ihrer inneren Umfangsfläche mit einer Vielzahl von Zähnen 34a und 35a ausgebildet, die jeweils mit dem Zähnen 33c des im Durchmesser kleinen Bereichs 33a des Rotors 33 kämmen und zur freien Bewegung in axialer Richtung der Spindel 12 angeordnet sind. Der Anker 34 ist so angeordnet, dass er der äußeren Scheibe 32 an der Stelle zugewandt ist, die einer Seite des Läufersterns 31 sehr eng benachbart ist. Die äußeren Scheiben 32 und inneren Scheiben 35 sind abwechselnd einander zugewandt angeordnet. Eine Stirnfläche an der inneren Umfangsseite der äußeren Scheibe 32, die an der Seite angeordnet ist, die dem im Durchmesser großen Bereich 33b des Rotors 33 sehr eng benachbart ist, steht mit der Stirnfläche des im Durchmesser großen Bereichs 33b in Berührung, und somit ist die Bewegung der äußeren Scheibe 32 in axialer Richtung der Spindel 12 eingeschränkt.
Der Stator 36 ist so angeordnet, dass er um einen bestimmten Abstand beabstandet angeordnet ist, um der äußeren Scheibe 32 zugewandt zu sein, die der Seite des im Durchmesser großen Bereichs 33b des Rotors 33 sehr eng benachbart ist. Zur Aufnahme der Drehbewegung der Spindel 12 ist der Stator 36 über das Lager 37 an der äußeren Umfangsfläche der Spindel 12 frei drehbar abgestützt. Der Stator 36 ist so gestaltet, dass er als Folge einer Eingriffsbeziehung zwischen einem Arretierungsarm 38, der am Stator 36 befestigt ist, und einem Arretierungsstift 39, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 befestigt ist, nicht umläuft.
In der elektromagnetischen Kupplung 30 wird, wenn Strom der Spule 36a des Stators 36 zugeführt wird, der Anker 34 zu einer Seite des Stators 36 durch eine vorbestimmte Anziehungskraft angezogen und somit in axialer Richtung der Spindel 12 bewegt. Hierdurch werden der Anker 34, die inneren Scheiben 35 und die äußeren Scheiben 32 durch eine vorbestimmte Berührungskraft miteinander in Berührung gebracht. Als Folge werden der erste Rotor 22 des ersten Antriebsmotors 20 und die Spindel 12 miteinander gekoppelt (siehe 2). Andererseits wird, wenn die Stromversorgung zu der Spule 36a aufgehoben wird, der Anker 34 nicht zu der Seite des Stators 36 angezogen, wodurch die zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 zur Einwirkung gebrachte Berührungskraft aufgehoben wird. Als Folge sind der erste Rotor 22 und die Spindel 12 abgekoppelt (siehe 1). Auf diese Weise werden der Ankopplungsvorgang zum Ankoppeln des ersten Rotors 22 und der Spindel 12 und der Abkopplungsvorgang zum Abkoppeln des ersten Rotors 22 und der Spindel 12 durchgeführt.
In einem Zustand, bei dem der Ankopplungsvorgang durchgeführt wird, wird die Drehkraft des ersten Rotors 22 durch die zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und der äußeren Scheiben 33 zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft über den Läuferstern 31, die äußeren Scheiben 32, den Anker 34, die inneren Scheiben 35 und den Rotor 33 an die Spindel 12 übertragen. In einem Zustand, bei dem der Abkopplungsvorgang durchgeführt wird, wird die Drehkraft des ersten Rotors 22 nicht an die Spindel 12 übertragen.
Zusätzlich zu der Arbeit des ersten Antriebsmotors 20, des zweiten Antriebsmotors 25 und der elektromagnetischen Kupplung 30 ist die Steuerungseinrichtung 40 in Hinblick darauf gestaltet, die Arbeit des Zuführungsmechanismus 18 und des Werkzeugwechslers 19 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 40 ist ausgestattet mit: einer Programmspeicherungssektion 41; einer Programmanalysierungssektion 42, einer Antriebssteuerungssektion 43; und einer Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung.
In der Programmspeicherungssektion 41 ist ein in geeigneter Weise vorab erzeugtes NC-Programm gespeichert. Die Programmanalysierungssektion 42 analysiert das in der Programmspeicherungssektion 41 gespeicherte NC-Programm, um Arbeitsbefehle betreffend die Bewegungsposition und die Zuführungsgeschwindigkeit des Tischs, die Bewegungsposition und die Zuführungsgeschwindigkeit der Spindeleinrichtung 1, die Umlaufbewegung der Spindel 12, die Umlaufbewegung des ersten Antriebsmotors 20, die Arbeit der elektromagnetischen Kupplung 30, den Austausch des Werkzeugs und dergleichen abzurufen.
Die Antriebssteuerungssektion 43 steuert die Arbeit des ersten Antriebsmotors 20, des zweiten Antriebsmotors 25, der elektromagnetischen Kupplung 30, des Zuführungsmechanismus 18 und des Werkzeugwechsler 19 auf der Grundlage des durch die Programmanalysierungssektion 42 abgerufenen Arbeitsbefehls.
Insbesondere in Hinblick auf die Umlaufbewegung der Spindel 12 wird der erste Antriebsmotor 20 auf der Grundlage der Umlaufgeschwindigkeit, die mittels der ersten Rotations-Codiereinrichtung 24 festgestellt wird, und des Arbeitsbefehls gesteuert; wird der zweite Antriebsmotor 25 auf der Grundlage der Umlaufgeschwindigkeit, die mittels der zweiten Rotations-Codiereinrichtung 28 festgestellt wird, und des Arbeitsbefehls gesteuert; und werden der erste Antriebsmotor 20 und der zweite Antriebsmotor 25 synchronisiert, um auf der Grundlage der Umlaufgeschwindigkeit, die mittels der zweiten Rotations-Codiereinrichtung 28 festgestellt, und des Arbeitsbefehls gesteuert zu werden. In Hinblick auf die Umlaufbewegung des ersten Antriebsmotors 20 (wenn die Spindel 12 und der erste Rotor 22 nicht gekoppelt sind und wenn nur der erste Rotor 22 umläuft) wird der erste Antriebsmotor 20 auf der Grundlage der Umlaufgeschwindigkeit, die mittels der ersten Rotations-Codiereinrichtung 24 festgestellt wird, und des Arbeitsbefehls gesteuert. In Hinblick auf die Arbeit der elektromagnetischen Kupplung 30 wird die Zuführung von Strom zu der Spule 36a des Stators 36 auf der Grundlage des Arbeitsbefehls betreffend den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang gesteuert, und hierdurch wird der Ankopplungsvorgang durchgeführt, wenn der Spule 36a Strom zugeführt wird, und wird der Abkopplungsvorgang durchgeführt, wenn die Zuführung von Strom zu der Spule 36a aufgehoben ist. In Hinblick auf den Austausch des Werkzeugs wird der Werkzeugwechsler 19 auf der Grundlage des Arbeitsbefehls, das Werkzeug T, das an der Spindel 12 befestigt ist, auszutauschen, gesteuert.
Besondere Beispiele der Steuerung auf der Grundlage des Arbeitsbefehls umfassen beispielsweise die folgenden Modi das heißt, die Antriebssteuerungssektion 43 lässt die Spindel 12 um die Achse umlaufen, indem sie zwischen dann, wenn sich der erste Antriebsmotor 20 oder der erste Antriebsmotor 20 und der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand bei einem Zustand befindet oder befinden, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und dann umschaltet, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand bei einem Zustand befindet, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen; in dem Fall, bei dem die Umlaufbewegung der Spindel 12 angehalten ist, um das Werkzeug auszutauschen, wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 in Umlauf versetzt ist, wird die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, und danach wird der zweite Antriebsmotor 25 gesteuert, um die Umlaufbewegung der Spindel 12 anzuhalten, und wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und der zweiten Antriebsmotor 25 nach dem Austausch des Werkzeugs in Umlauf versetzt ist, wird die elektromagnetischen Kupplung 30 veranlasst, den Abkopplungsvorgang zu der Zeit des Austauschs des Werkzeugs durchzuführen, und danach wird der erste Antriebsmotor 20 derart gesteuert, dass die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors 22 eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht, und andererseits wird der zweite Antriebsmotor 25 derart gesteuert, dass die Umlaufbewegung des zweiten Rotors 26 (der Spindel 12) einmal angehalten wird, um das Werkzeug T auszutauschen, und danach erreicht die Umlaufgeschwindigkeit des zweiten Antriebsmotors 25 (der Spindel 12) eine vorbestimmte Geschwindigkeit, und anschließend wird die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Es ist zu beachten, dass in Hinblick auf den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 die Antriebssteuerungssektion 43 den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 steuert, indem sie den sowohl dem ersten Stator 23 als auch dem zweiten Stator 27 zugeführten Strom steuert. Das heißt, die Antriebssteuerungssektion 43 steuert die Umlaufbewegung des ersten Rotors 22 und diejenige des zweiten Rotors 26. In dem Fall, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang in einem Zustand durchzuführen, bei dem der erste Rotor 22 und der zweite Rotor 26 umlaufen, wird überhaupt keine Schwierigkeit hervorgerufen, wenn der Unterschied zwischen der Umlaufgeschwindigkeit, die durch die erste Rotations-Codiereinrichtung 24 festgestellt wird, und derjenigen, die durch die zweite Rotations-Codiereinrichtung 28 festgestellt wird, innerhalb eines bestimmten Bereichs verbleibt.
Des Weiteren ist die Antriebssteuerungssektion 43 in Hinblick darauf gestaltet, die Steuerung ähnlich denjenigen bei den besonderen Beispielen mittels eines Eingabesignals durchzuführen, das von der Eingabesektion 45 aus eingegeben wird. Ferner stellt auf der Grundlage eines die Antriebskraft einstellenden Signals, das von der Eingabesektion 45 aus eingegeben wird, die Antriebssteuerungssektion 43 den der Spule 36a des Stators 36 zugeführten Strom derart ein, dass die Anziehungskraft das erreicht, was dem Einstellungssignal für die Anziehungskraft entspricht, wodurch die Berührungskraft eingestellt wird. Beim Empfang eines Abkopplungssignals von der Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung veranlasst die Antriebssteuerungssektion 43, dass die elektromagnetische Kupplung 30 den Abkopplungsvorgang durchführt.
Die Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung überwacht den Strom, der durch die Antriebssteuerungssektion 43 dem ersten Stator 23 zugeführt wird, und, wenn der zugeführte Strom größer als ein zuvor eingestellter Wert wird, übermittelt die Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung das Abkopplungssignal an die Antriebssteuerungssektion 43. Wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 zur Bearbeitung eines Werkstücks in Umlauf versetzt wird und wenn die Last des ersten Antriebsmotors 20 beispielsweise infolge eines Zusammentreffens zwischen dem Werkzeug T und dem Arbeitsstück groß wird, wird der dem ersten Stator 23 zugeführte Strom größer als der zuvor eingestellte Wert. Auf diese Weise stellt die Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung das Zusammentreffen zwischen dem Werkzeug T und dem Arbeitsstück durch Überwachung des dem ersten Stator 23 zugeführten Strom fest.
Wie oben im Detail beschrieben worden ist, ist entsprechend der Spindeleinrichtung 1 der Ausführungsform unter der Steuerung der Steuerungseinrichtung 40 die Spindel 12 geeignet, sich um die Achse zu drehen, indem zwischen dann, wenn sich der erste Antriebsmotor 20 oder der erste Antriebsmotor 20 und der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand befindet bzw. befinden in einem Zustand, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und dann umgeschaltet wird, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand befindet in einem Zustand, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen. Daher ist, wenn sich der erste Antriebsmotor 20 oder der erste Antriebsmotor 20 und der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand befindet bzw. befinden in einem Zustand, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, da die Masse des ersten Rotors 22 des ersten Antriebsmotors 20 größer ist als diejenige des zweiten Rotors 26 des zweiten Antriebsmotor 25 ist, die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel stabil usw. trotz einer Änderung der Last oder eines Stoßes, der sich aus einer unterbrochenen Schneidarbeit bei der Bearbeitung ergibt. Daher ist es möglich, eine Bearbeitung durchzuführen, die für eine Schneidarbeit bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung geeignet ist. Andererseits ist dann, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor 25 im Antriebszustand befindet in einem Zustand, bei dem die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, da die Masse des zweiten Rotors 26 des zweiten Antriebsmotors 25 kleiner als diejenige des ersten Rotors 22 des ersten Antriebsmotors 20 ist, ist die Beschleunigung oder Verzögerung der Umlaufbewegung der Spindel 12 schnell usw., wodurch eine Bearbeitung, die für eine Schneidarbeit bei hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung geeignet ist, durchgeführt wird. Daher ist es möglich, sowohl einer Schneidarbeit bei hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung als auch einer Schneidarbeit bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Beanspruchung zu entsprechen. Ferner ist zu dem Zeitpunkt einer Schneidarbeit mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Beanspruchung der erste Rotor 22, der eine große Masse besitzt, von der Spindel 12 getrennt, und ist somit die Kraft, die auf das Lager 11 zur Einwirkung gebracht wird, klein. Als Folge kann die Standzeit des Lagers 11 vergrößert sein.
Ferner ist in dem Fall, bei dem die Spindel 12 angehalten wird, um das Werkzeug auszutauschen, wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 in Umlauf versetzt ist, die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, und danach wird der zweite Antriebsmotor 25 dahingehend gesteuert, die Umlaufbewegung der Spindel 12 anzuhalten. Daher kann die Spindel 12 schnell angehalten werden, wodurch die für den Austausch des Werkzeugs benötigte Zeit verkürzt wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass dann, wenn der erste Rotor 22, der eine große Masse besitzt, von der Spindel 12 getrennt ist, die Umlaufbewegung des zweiten Rotors 26 (der Spindel 12) schneller angehalten werden kann als in dem Fall, bei dem der erste Rotor 22 über die elektromagnetische Kupplung 30 an der Spindel 12 angekuppelt ist.
Ferner wird, wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 nach dem Austausch des Werkzeugs in Umlauf versetzt ist, die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Abkopplungsvorgang zu der Zeit des Austauschs des Werkzeugs durchzuführen, und danach wird der erste Antriebsmotor 20 derart gesteuert, dass die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors 22 eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht. Andererseits wird der zweite Antriebsmotor 25 derart gesteuert, dass die Umlaufbewegung des zweiten Rotors 26 (der Spindel 12) einmal angehalten wird, um das Werkzeug T auszutauschen, und danach erreicht die Umlaufgeschwindigkeit des zweiten Antriebsmotors 25 (der Spindel 12) eine vorbestimmte Geschwindigkeit, und anschließend wird die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Ankopplungsvorgang durchzuführen. Daher kann die Zeit, die notwendig ist, damit die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel 12, die durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 angetrieben ist, eine vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit nach dem Austausch des Werkzeugs erreicht, verkürzt werden, wodurch die Zeit bis zum Start der Bearbeitung nach dem Austausch des Werkzeugs verkürzt wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass der erste Rotor 22 und der zweite Rotor 26 (die Spindel 12) einzeln in Umlauf versetzt werden, und dadurch die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors 22 und diejenige des zweiten Rotors 26 (der Spindel 12) schneller auf die vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit erhöht werden können als in einem Fall, bei dem der erste Rotor 22 über die elektromagnetische Kupplung 30 mit der Spindel 12 gekoppelt ist.
Ferner überwacht die Überwachungssektion 44 für die Stromzuführung den Strom, der durch die Antriebssteuerungssektion 43 dem ersten Rotor 22 zugeführt wird, und, wenn der zugeführte Strom größer als ein zuvor bestimmter Wert wird, wird das Abkopplungssignal an die Antriebssteuerungssektion 43 übermittelt. Die Antriebssteuerungssektion 43, die das Abkopplungssignal empfängt, veranlasst die elektromagnetische Kupplung 30, den Abkopplungsvorgang durchzuführen. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die Drehkraft des ersten Rotors 22 nicht sofort nach einem Zusammentreffen zwischen dem Werkzeug T und dem Arbeitsstück an die Spindel 12 übertragen wird, wodurch der aus dem Zusammentreffen resultierende Stoß abgeschwächt wird. Folglich kann der maximale Wert des durch die elektromagnetische Kupplung 30 übertragbaren Drehmoments klein gemacht werden. Als Folge ist es möglich, einen ernsten Unfall zu verhindern. Ferner ist es möglich zu verhindern, dass eine übermäßige Last an dem ersten Antriebsmotor 20 zur Einwirkung kommt und somit der erste Antriebsmotor 20 beschädigt wird.
Weil eine solche Gestaltung vorgesehen ist, dass der Anker 34 und die inneren Scheiben 35 und die äußeren Scheiben 32 durch eine vorbestimmte Berührungskraft miteinander in Berührung gebracht werden, wird dadurch die Drehkraft des ersten Rotors 23 an die Spindel 12 übertragen. Daher kann der maximale Wert des an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt werden. Der Grund hierfür besteht darin, dass dann, wenn die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 in Umlauf versetzt wird, an der Spindel 12 ein Drehmoment zur Einwirkung gebracht wird, das der Drehkraft des ersten Rotors 22 entspricht, und dann, wenn das an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachte Drehmoment groß wird, das übertragbare Drehmoment durch eine zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft überschritten wird und folglich ein Durchdrehen zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 hervorgerufen wird. In diesem Fall kann, wenn der maximale Wert des an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt wird, die an dem Lager 11 zur Einwirkung gebrachte Kraft ebenfalls auf einen bestimmten Wert oder weniger begrenzt werden. Als Folge ist es möglich, wirksam ein Problem, wie beispielsweise die Verkürzung der Standzeit des Lagers 11 usw., zu verhindern.
Ferner kann dann, wenn das die Anziehungskraft einstellende Signal von der Eingabesektion 45 aus eingegeben wird, die Anziehungskraft, mittels der die Spule 36a des Stators 36 den Anker 34 anzieht, das heißt, die zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 zur Einwirkung gebrachte Berührungskraft, eingestellt werden. Somit wird, wenn die Berührungskraft groß gemacht wird, die zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft groß. Als Folge kann der maximale Wert des durch die elektromagnetische Kupplung 30 übertragbaren Drehmoments groß gemacht werden. Wenn die Berührungskraft klein gemacht wird, wird die zwischen dem Anker 34 und den inneren Scheiben 35 und den äußeren Scheiben 32 zur Einwirkung gebrachte Reibungskraft klein. Folglich kann der maximale Wert des durch die elektromagnetische Kupplung 30 übertragbaren Drehmoments klein gemacht werden. Auf diese Weise können, wenn der maximale Wert des übertragbaren Drehmoments eingestellt wird, der maximale Wert des an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachten Drehmoments und derjenige der an dem Lager 11 zur Einwirkung gebrachten Kraft leicht eingestellt werden.
Ferner werden mittels der elektromagnetischen Kupplung 30 der Zustand, bei dem die Drehkraft auf die Spindel 12 durch den ersten Antriebsmotor 20 oder den ersten Antriebsmotor 20 und den zweiten Antriebsmotor 25 zur Einwirkung gebracht wird, und der Zustand, bei dem die Drehkraft auf die Spindel 12 durch den zweiten Antriebsmotor 25 zur Einwirkung gebracht wird, umgeschaltet, und somit kann ein solcher Schalter mittels einer einfachen und kompakten Struktur realisiert werden.
Somit ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden. Jedoch sind die besonderen Modi, in denen die vorliegende Erfindung realisiert werden kann, nicht hierauf beschränkt.
Beispielsweise kann anstelle der elektromagnetischen Kupplung 30 ein in 6 und 7 dargestellter Kopplungsmechanismus zur Intermittierenden Übertragung der Antriebskraft des ersten Antriebsmotors 20 an die Spindel 12 verwendet werden. Wie in 6 und 7 dargestellt ist, ist der Kopplungsmechanismus 50 gebildet aus: einem ersten Kopplungselement 51, das aus einem inneren Ringelement gebildet ist, das an einer Stirnfläche an einer Seite des zweiten Antriebsmotors 25 des ersten Rotors 22 des ersten Antriebsmotors 20 befestigt vorgesehen ist und dessen innere Umfangsfläche mit einer Vielzahl von Zähnen 51a ausgebildet ist; einem zweiten Kopplungselement 52, das an der äußeren Umfangsfläche der Spindel 12 zwischen dem ersten Antriebsmotor 20 und dem zweiten Antriebsmotor 25 angeordnet ist, um zusammen mit der Spindel 12 umzulaufen und sich frei in axialer Richtung der Spindel 12 zu bewegen, und das an der äußeren Umfangsfläche an der distalen Stirnseite der Spindel 12 mit einer Vielzahl von Zähnen 52a ausgebildet ist, die mit den Zähnen 51a des ersten Kopplungselements 51 kämmen; einem Abstützelement 54, das das zweite Kopplungselement 52 über ein Lager 53 frei drehbar abstützt; und einem Antriebszylinder 56, der über eine Konsole 55 an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung 10a des Gehäuses 10 befestigt ist und der das Abstützelement 54 in axialer Richtung der Spindel 12 bewegt, um das zweite Kopplungselement 52 in der gleichen Richtung zu bewegen. Das zweite Kopplungselement ist so gestaltet, dass es zusammen mit der Spindel 12 über einen Keil 57 umläuft.
Bei dem so gestalteten Kopplungsmechanismus 50 wird, wenn das Abstützelement 54 durch den Antriebszylinder 56 in Richtung zu der distalen Stirnseite der Spindel 12 bewegt wird, das zweite Kopplungselement 52 in der gleichen Richtung bewegt. In diesem Fall kämmen die Zähnen 52a des zweiten Kopplungselements 52 und die Zähne 51a des ersten Kopplungselements 51 miteinander, wodurch der erste Rotor 22 des ersten Antriebsmotors 20 und die Spindel 12, wie in 7 dargestellt ist, miteinander gekoppelt sind. Andererseits wird, wenn das Abstützelement 54 zu der hinteren Stirnseite der Spindel 12 durch den Antriebszylinder 56 bewegt wird, das zweite Kopplungselement 52 in der gleichen Richtung bewegt. In diesem Fall ist das Kämmen der Zähne 52a des zweiten Kopplungselements 52 und der Zähne 51a des ersten Kopplungselements 51 aufgehoben, wodurch der erste Rotor 22 und die Spindel 12, wie in 6 dargestellt ist, entgekoppelt sind. Auf diese Weise werden ein Ankopplungsvorgang zum Ankoppeln des ersten Rotors 22 und der Spindel 12 und ein Abkopplungsvorgang zum Abkoppeln des ersten Rotors 22 und der Spindel 12 durchgeführt.
in einem Zustand, bei dem der Ankopplungsvorgang durchgeführt ist, wird die Drehkraft des ersten Rotors 22 über das erste Kopplungselement 51 und das zweite Kopplungselement 52 an die Spindel 12 übertragen. In einem Zustand, bei dem der Abkopplungsvorgang durchgeführt ist, wird die Drehkraft des ersten Rotors 22 nicht an die Spindel 12 übertragen.
Die Antriebssteuerungssektion 43 steuert die Arbeit des Antriebszylinders 56 auf der Grundlage eines Arbeitsbefehls betreffend den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang, um den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang zu steuern. Die Antriebssteuerungssektion 43 steuert ferner den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang auf der Grundlage der Umlaufgeschwindigkeit und der Umlaufwinkelposition des ersten Rotors 22, die durch die erste Rotations-Codiereinrichtung 24 festgestellt wird, und der Umlaufgeschwindigkeit und der Umlaufwinkelposition des zweiten Rotors 26, die durch die zweite Rotations-Codiereinrichtung 28 festgestellt wird.
Beispielsweise kann die Spindeleinrichtung 1 eine Spindeleinrichtung 2 sein, die mit einer Spindel 60 ausgestattet ist, an der das Werkzeug T mittels einer Schraubenverbindung befestigt ist, wie in 8 dargestellt ist. Wie in 8 dargestellt ist, ist die Spindel 60 an ihrem distalen Ende mit einer Schraubennut 60a und einer eingezogenen Fläche 60b ausgestattet. Die Schraubennut 60a ist durch Verschrauben mit einem ringförmigen Werkzeugbefestigungselement 61 zusammengefügt, das mit einer Schraubennut 61a an seiner inneren Umfangsfläche ausgebildet ist und das mit einem Erfassungsbereich 61b ausgestattet ist, der mit der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endes des Werkzeugs T in dem inneren Umfangsbereich eines unteren Endes im Eingriff steht. Die eingezogene Fläche 60b steht mit dem hinteren Ende des Werkzeugs T in Berührung. Das Werkzeug T ist an der Spindel 60 befestigt, wenn das Werkzeugbefestigungselement 61 durch Verschrauben mit der Schraubennut 60a an dem distalen Ende der Spindel 60 zusammengefügt ist. Es ist zu beachten, dass die Spindel 60 nicht auf die in 8 dargestellte Art beschränkt ist und so gestaltet sein kann, dass das Werkzeug T mittels einer Schraubenverbindung direkt ohne das Werkzeugbefestigungselement 61 befestigt wird.
In diesem Fall ist die Antriebssteuerungssektion 43 so gestaltet, dass auf der Grundlage des Arbeitsbefehls in dem NC-Programm oder des Eingabesignals, das von der Eingabesektion 45 aus eingegeben wird, die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und In diesem Zustand befindet sich der erste Antriebsmotor 20 im Antriebszustand, um ausschließlich den ersten Rotor 22 in Umlauf zu versetzen, und danach wird die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Auf diese Weise befindet sich der erste Antriebsmotor 20 im Antriebszustand, um nur den ersten Rotor 22 in Umlauf zu versetzen, und danach wird die elektromagnetische Kupplung 30 veranlasst, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, um den ersten Rotor 22 und die Spindel 60 zu koppeln. Als Folge kann die nicht-umlaufende Spindel 60 abrupt in Umlauf versetzt werden, und kann eine sich aus der abrupten Umlaufbewegung ergebende impulsive Kraft an der nicht-umlaufenden Spindel 60 zur Einwirkung gebracht werden. Hierdurch kann das Werkzeug T, sogar dann, wenn das Werkzeug T an der Spindel 60 befestigt ist, leicht gelöst werden, und kann des Weiteren das Werkzeug T an der Spindel 60 leicht befestigt werden. Wenn die Spindel 60 umläuft, ist ein Stift (nicht dargestellt) in geeigneter Weise in einen konkaven Bereich 61c, der an der äußeren Umfangsfläche des Werkzeugbefestigungselements 61 ausgebildet ist, eingesetzt und so weiter. Auf diese Weise ist das Werkzeugbefestigungselement 61 in einer nicht-umlaufenden Weise gehalten.
Die Spindeleinrichtung 1 kann eine Spindeleinrichtung 3 sein, bei der der zweite Antriebsmotor 25 weggelassen ist, wie in 9 dargestellt ist. Mit einer solchen Spindeleinrichtung 3 kann die Drehkraft des ersten Rotors 22 an die Spindel 12 nicht sofort nach dem Zusammentreffen zwischen dem Werkzeug T und dem Arbeitsstück übertragen werden; ist verhindert, dass eine übermäßige Last an dem ersten Antriebsmotor 20 zur Einwirkung kommt und somit der erste Antriebsmotor 20 beschädigt wird; ist der maximale Wert des an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachten Drehmoments auf einen bestimmten Wert oder geringer begrenzt, und kann somit die an dem Lager 11 zur Einwirkung gebrachte Kraft auf einen bestimmten Wert oder geringer begrenzt sein; wird der maximale Wert des mittels der elektromagnetischen Kupplung 30 übertragbaren Drehmoments eingestellt, um den maximalen Wert des an der Spindel 12 zur Einwirkung gebrachten Drehmoments und den maximalen Wert der an dem Lager 11 zur Einwirkung gebrachten Kraft ohne weiteres einzustellen; und können beispielsweise das Anbauen und Abbauen des Werkzeugs T leicht durchgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der erste Antriebsmotor 20, der mit dem ersten Rotor 22, der eine große Masse besitzt, ausgestattet ist, an der distalen Stirnseite der Spindel 12 angeordnet, und ist der zweite Antriebsmotor 25, der mit dem zweiten Rotor 26, der eine kleine Masse besitzt, ausgestattet ist, an ihrer hinteren Stirnseite angeordnet. Jedoch kann der erste Antriebsmotor 20 an der hinteren Stirnseite der Spindel 12 angeordnet sein, und kann der zweite Antriebsmotor 25 kann ihrer distalen Stirnseite angeordnet sein. In Hinblick auf die Genauigkeit der Bearbeitung wird es bevorzugt, dass der erste Antriebsmotor 20 an der distalen Stirnseite der Spindel 12 angeordnet ist und der zweite Antriebsmotor 25 an ihrer hinteren Stirnseite angeordnet ist.
Die besonderen Steuerungsbeispiele mittels der Antriebssteuerungssektion 43 sind nicht auf die oben beschriebenen Modi beschränkt. Ferner ist die oben beschriebene Ausführungsform derart gestaltet, dass die Antriebssteuerungssektion 43 die Umlaufbewegung der Spindel 12, diejenige des ersten Antriebsmotors 20 und den Ankopplungsvorgang und den Abkopplungsvorgang der elektromagnetischen Kupplung 30 auf der Grundlage des Arbeitsbefehls in dem NC-Programm steuert. Jedoch ist die Gestaltung nicht hierauf beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 6-30325 [0002]

Claims

Spindeleinrichtung (1), mit: einem Gehäuse (10), das mit einer Lagerbohrung (l0a) ausgebildet ist; einer Spindel (12), die um eine Achse innerhalb der Lagerbohrung des Gehäuses frei drehbar gelagert ist und an der ein Werkzeug (T) befestigt ist; einem ersten Antriebsmotor (20), um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen; und einem Steuerungsmittel (40) zur Steuerung des Betriebs des ersten Antriebsmotors, wobei der erste Antriebsmotor einen ersten Rotor (22), der an der äußeren Umfangsfläche der Spindel frei drehbar angeordnet ist, und einen ersten Stator (23) aufweist, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung des Gehäuses derart befestigt vorgesehen ist, dass er um einen Abstand radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des ersten Rotors aus beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinrichtung ein Kopplungsmittel (30, 50) aufweist, das in Hinblick darauf gestaltet ist, einen Ankopplungsvorgang zum Ankoppeln der Spindel und des ersten Rotors und einen Abkopplungsvorgang zum Abkoppeln der Spindel und des ersten Rotors durchzuführen, wobei das Steuerungsmittel den Betrieb des Kopplungsmittels steuert.
Spindeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, das Steuerungsmittel Strom dem ersten Rotor oder dem ersten Stator zuführt, um den ersten Rotor umlaufen zu lassen, und das Kopplungsmittel veranlasst, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, wenn der dem ersten Rotor oder dem ersten Stator zugeführte Strom größer als ein zuvor eingestellter Wert wird.
Spindeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kopplungsmittel durch eine Reibungskupplung (30) gebildet ist, und die Reibungskupplung aufweist: ein erstes Element (31, 32) und ein zweites Element (33, 34, 36), die so gestaltet sind, dass sie miteinander in Berührung stehen, wobei das erste Element mit dem ersten Rotor verbunden ist und das zweite Element mit der äußeren Umfangsfläche der Spindel verbunden ist; einen Berührungsmechanismus (36), um das erste Element und das zweite Element durch eine zuvor eingestellte Kraft zu dem Zeitpunkt des Ankopplungsvorgangs miteinander in Berührung zu bringen und um die zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zur Einwirkung gebrachte Kraft zu dem Zeitpunkt des Abkopplungsvorgangs aufzuheben.
Spindeleinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Berührungsmechanismus der Reibungskupplung in Hinblick darauf gestaltet ist, die Kraft, um das erste Element und das zweite Element miteinander in Berührung zu bringen, variabel zu machen, und das Steuerungsmittel in Hinblick darauf konfiguriert ist, den Berührungsmechanismus der Reibungskupplung zur Änderung der Kraft zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu steuern.
Spindeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spindel zur Befestigung des Werkzeugs mittels einer Schraubenverbindung gestaltet ist, und das Steuerungsmittel derart gestaltet ist, dass in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, sich der erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet und danach das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen.
Spindeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter mit einem zweiten Antriebsmotor (25), um die Spindel um die Achse umlaufen zu lassen, wobei der zweite Antriebsmotor aus einem zweiten Rotor (26), der an der äußeren Umfangsfläche der Spindel derart angeordnet ist dass er um einen Abstand in axialer Richtung der Spindel von der Anordnungsposition des ersten Rotors aus beabstandet ist, und dessen Masse kleiner als diejenige des ersten Rotors ist, und aus einem zweiten Stator (27) besteht, der an der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung des Gehäuses derart befestigt vorgesehen ist, dass er um einen Abstand in Richtung radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des zweiten Rotors aus beabstandet ist, und das Steuerungsmittel ferner in Hinblick darauf konfiguriert ist, die Arbeit des zweiten Antriebsmotors zu steuern.
Spindeleinrichtung nach Anspruch 6, wobei das Steuerungsmittel in Hinblick darauf gestaltet ist, die Spindel um die Achse durch Schalten zwischen dann, wenn sich mindestens erste Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Ankopplungsvorgang durchzuführen, und dann, wenn sich nur der zweite Antriebsmotor im Antriebszustand befindet, in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, umlaufen zu lassen.
Spindeleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuerungsmittel in Hinblick darauf konfiguriert ist zu veranlassen, dass das Kopplungsmittel den Abkopplungsvorgang durchführt, und danach den zweiten Antriebsmotor zu steuern, um die Umlaufbewegung der Spindel anzuhalten.
Spindeleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Steuerungsmittel in Hinblick darauf konfiguriert ist, den ersten Antriebsmotor und den zweiten Antriebsmotor einzeln zu steuern in einem Zustand, bei dem das Kopplungsmittel veranlasst ist, den Abkopplungsvorgang durchzuführen, damit die Umlaufgeschwindigkeit des ersten Rotors bzw. diejenige des zweiten Rotors vorab eingestellte Umlaufgeschwindigkeiten erreichen, und danach zu veranlassen, dass das Kopplungsmittel den Ankopplungsvorgang durchführt.