DE102014109435A1

DE102014109435A1 - Spannvorrichtung und Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102014109435A1
Application number: DE102014109435.2A
Authority: DE
Inventors: c/o SMC Corp. Fujiwara Atsushi; c/o SMC Corp. Nishino Junji
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-01-15
Also published as: JP2015016525A; CN104275613B; JP6191292B2; KR20150009925A; KR102172656B1; CN104275613A; US9475126B2; US20150013145A1

Abstract

Bei einer Spannvorrichtung (10) und einem Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine (76), die ein Werkstück (12) greift, das als ein von der Werkzeugmaschine (76) zu bearbeitendes Zielobjekt dient, werden ein erster Zylinder (14) und ein zweiter Zylinder (16) auf der Basis der Position eines Kolbens (18) des ersten Zylinders (14), die von einem Längenmesssensor (34) erfasst wird, und der Position eines Kolbens (38) des zweiten Zylinders (16), die von einem Längenmesssensor (56) erfasst wird, gesteuert. Auf diese Weise wird das Werkstück (12) durch entsprechende Greifelemente (28, 48) an einer festgelegten Position, d. h. der axialen Mitte (80) eines Spanngrundkörpers (78) gegriffen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung und ein Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine zum Greifen eines Werkstücks als einem Zielobjekt, das mit der Werkzeugmaschine bearbeitet werden soll.
Beschreibung des Standes der Technik:
In einer Werkzeugmaschine, wie einer Laserbearbeitungsmaschine oder dergleichen, wird an einem Werkstück, das als ein zu bearbeitendes Zielobjekt dient, ein vorbestimmter Bearbeitungsprozess (beispielsweise Laserbearbeitung) in einem Zustand durchgeführt, in welchem das Werkstück mit einer Spannvorrichtung gehalten wird. In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-159606 ist beschrieben, dass mit Hilfe einer Spannvorrichtung, die mehrere Zylinder aufweist, ein Werkstück durch distale Enden der Kolbenstangen dieser Zylinder gehalten wird.
Weiterhin weisen, wie in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 05-024237 beschrieben ist, ein fester Block und ein Pneumatikzylinder ein Werkstück auf, das auf einer dazwischen angeordneten Basisplatte angeordnet ist. Eine Kolbenstange des Luftzylinders wird in einer Richtung zu dem festen Block verschoben, wodurch das Werkstück gehalten wird, indem es gegen den festen Block gepresst wird.
Zusammenfassung der Erfindung
In dem Fall, dass ein Werkstück gegriffen wird, indem es auf beiden Seiten des Werkstücks mit Hilfe von zwei Zylindern gepresst wird, besteht jedoch dann, wenn das Werkstück an seinen beiden Seiten mit dem gleichen Druck gepresst wird, die Befürchtung, dass eine Positionsverschiebung des Werkstücks in Abhängigkeit davon auftreten kann, wie der Druck auf das Werkstück aufgebracht wird.
Durch Anwenden der Technik der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 05-024237 kann somit vorgesehen werden, das Werkstück lediglich mit Hilfe eines der Zylinder zu positionieren und dann das Werkstück mit dem anderen Zylinder zu pressen und zu greifen. Da in diesem Fall mit der Werkzeugmaschine ein festgelegter Bearbeitungsprozess (beispielsweise ein Bearbeitungsprozess, der durchgeführt wird, während die Spannvorrichtung gedreht wird) in einem Zustand durchgeführt wird, in welchem das Werkstück gegriffen ist, ist es wünschenswert, dass das Werkstück in einem Zustand gegriffen wird, in dem die axiale Mitte eines Spanngrundkörpers der Spannvorrichtung mit der zentralen Position des Werkstücks übereinstimmt.
Wenn aber Veränderungen der Formen der Werkstücke auftreten oder wenn die mittige Position des Werkstücks gegenüber der axialen Mitte verschoben wird, kann das Werkstück an der axialen Mitte des Spanngrundkörpers nicht zuverlässig gegriffen werden.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Lösung der oben genannten Probleme und hat die Aufgabe, eine Spannvorrichtung und ein Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, welches in der Lage ist, ein Werkstück zu greifen, ohne eine Positionsverschiebung des Werkstücks zu bewirken.
Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung und ein Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, die in der Lage ist, ein Werkstück in einem Zustand zu greifen, in dem seine zentrale Position im Wesentlichen mit einer axialen Mitte eines Spanngrundkörpers übereinstimmt, auch wenn es zu Abweichungen bei der Form des Werkstücks kommt, oder wenn die zentrale Position des Werkstücks relativ zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung und ein Spannverfahren für eine Arbeitsmaschine zum Greifen eines Werkstücks, das als ein von der Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Zielobjekt dient.
Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden ersten bis sechszehnten Merkmale.
Im Einzelnen umfasst die Spannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Merkmal einen Spanngrundkörper, einen ersten Zylinder, einen zweiten Zylinder, einen ersten Positionserfassungssensor, einen zweiten Positionserfassungssensor und einen Steuermechanismus.
In diesem Fall ist der erste Zylinder an dem Spanngrundkörper angebracht, und das Werkstück wird durch Verschiebung einer ersten Kolbenstange, die mit einem ersten Kolben verbunden ist, in einer Richtung zu dem Werkstück positioniert. Außerdem ist der zweite Zylinder an dem Spanngrundkörper angebracht, und das positionierte Werkstück wird durch Verschiebung einer zweiten Kolbenstange, die mit einem zweiten Kolben verbunden ist, in einer Richtung zu dem Werkstück gepresst.
Der erste Positionserfassungssensor detektiert eine Position des ersten Kolbens. Der zweite Positionserfassungssensor detektiert eine Position des zweiten Kolbens. Außerdem steuert der Steuermechanismus den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis der Position des ersten Kolbens und der Position des zweiten Kolbens, die erfasst wurden, wodurch das Werkstück an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange gegriffen wird.
Gemäß dem ersten Merkmal wird das Werkstück durch den ersten Zylinder positioniert und durch Pressen des positionierten Werkstücks mit Hilfe des zweiten Zylinders wird das Werkstück, das in geeigneter Weise an dem Spanngrundkörper angeordnet wurde, gegriffen. Außerdem steuert der Steuermechanismus den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis des ersten Kolbens und der Position des zweiten Kolbens, die erfasst wurden, und das Werkstück wird an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange gegriffen.
Aufgrund dieser Merkmale kann das Werkstück gegriffen werden, ohne dass eine Positionsverschiebung des Werkstücks auftritt. Auch wenn Abweichungen bei der Form etc. der Werkstücke auftreten, oder wenn die zentrale Position des Werkstücks relativ zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben wird, kann das Werkstück in einem Zustand gegriffen werden, in welchem die zentrale Position des Werkstücks im Wesentlichen mit der axialen Mitte des Spanngrundkörpers zusammenfällt.
Gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der Steuermechanismus außerdem eine erste Zylindersteuerung, welche die erste Kolbenstange durch Steuerung des ersten Zylinders verschiebt, und eine zweite Zylindersteuerung, welche die zweite Kolbenstange durch Steuerung des zweiten Zylinders verschiebt.
In diesem Fall wird die erste Kolbenstange entsprechend einer Steuerung, die durch die erste Zylindersteuerung durchgeführt wird, zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben, um dadurch das Werkstück an einer festgelegten Position an dem Spanngrundkörper zu positionieren. Außerdem wird die zweite Kolbenstange entsprechend einer Steuerung, die durch die zweite Zylindersteuerung durchgeführt wird, zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben, um dadurch das Werkstück zu pressen.
Auf diese Weise verschiebt die erste Zylindersteuerung auf der Basis der erfassten Position des ersten Kolbens die erste Kolbenstange zu der axialen Mitte. Andererseits verschiebt die zweite Zylindersteuerung die zweite Kolbenstange auf der Basis der erfassten Position des zweiten Kolbens zu der axialen Mitte.
Dank dieser Merkmale kann das Werkstück an der axialen mittigen Position gegriffen werden, ohne dass eine Positionsverschiebung des Werkstücks auftritt. Auch wenn Abweichungen hinsichtlich der Formen etc. der Werkstücke vorliegen, oder wenn die zentrale Position des Werkstücks relativ zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben wird, kann außerdem das Werkstück in einer solchen Weise gegriffen werden, dass die zentrale Position des Werkstücks mit der axialen Mitte des Spanngrundkörpers zusammenfällt.
Gemäß dem dritten Merkmal umfasst der Steuermechanismus außerdem eine Positionsverschiebungsberechnungseinheit, welche die Größe der Positionsverschiebung zwischen der axialen Mitte und einer zentralen Position des Werkstücks, das von der ersten Kolbenstange und der zweiten Kolbenstange gegriffen wird, auf der Basis der Position des ersten Kolbens und der Position des zweiten Kolbens, die erfasst wurden, berechnet. In diesem Fall verschiebt die erste Zylindersteuerung die erste Kolbenstange auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung, und die zweite Zylindersteuerung verschiebt die zweite Kolbenstange auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung, wodurch die zentrale Position des Werkstücks auf die axiale Mitte korrigiert wird.
Auch wenn hinsichtlich der Formen etc. der Werkstücke Abweichungen auftreten, oder wenn die zentrale Position des Werkstücks relativ zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben wird, kann auf diese Weise das Werkstück zuverlässig an der axialen Mitte gegriffen werden, da die zentrale Position des Werkstücks automatisch so auf die axiale Mitte korrigiert werden kann, dass die Größe der Positionsverschiebung gleich null ist.
Gemäß dem vierten Merkmal der Erfindung umfasst der Steuermechanismus außerdem eine Endpositionsberechnungseinheit, welche die Position eines Endes der ersten Kolbenstange auf der Basis der erfassten Position des ersten Kolbens berechnet und welche die Position eines Endes der zweiten Kolbenstange auf der Basis der erfassten Position des zweiten Kolbens berechnet.
In diesem Fall verschiebt die erste Zylindersteuerung die erste Kolbenstange zu der axialen Mitte, bis die berechnete Position des Endes der ersten Kolbenstange eine erste Position erreicht, die dazu konfiguriert ist, das Werkstück zu positionieren. Andererseits verschiebt die zweite Zylindersteuerung die zweite Kolbenstange zu der axialen Mitte bis die berechnete Position des Endes der zweiten Kolbenstange eine zweite Position erreicht, die dazu konfiguriert ist, das Werkstück zu pressen.
Dementsprechend sind die erste Zylindersteuerung und die zweite Zylindersteuerung beispielsweise mit Hilfe einer Servosteuerung in der Lage, die erste Kolbenstange bzw. die zweite Kolbenstange so zu verschieben, dass sie an der ersten und der zweiten Position ankommen und das Werkstück an der axial zentralen Position zuverlässig greifen können. Außerdem können in dem Fall, dass die Größe des Werkstücks vorab bekannt ist und das Werkstück an der axial zentralen Position gegriffen werden soll, die erste Position und die zweite Position vorab anhand der Größe des Werkstücks und der Position der axialen Mitte spezifiziert werden. Als Folge hiervon kann die erste Kolbenstange einfach zu der ersten Position verschoben werden, und die zweite Kolbenstange kann einfach zu der zweiten Position verschoben werden.
Gemäß dem fünften Merkmal verschiebt die erste Zylindersteuerung die erste Kolbenstange zu der axialen Mitte, wobei eine Geschwindigkeit der ersten Kolbenstange auf der Basis der ersten Position und der Position des Endes der ersten Kolbenstange eingestellt wird. Außerdem verschiebt die zweite Zylindersteuerung die zweite Kolbenstange zu der axialen Mitte, wobei eine Geschwindigkeit der zweiten Kolbenstange auf der Basis der zweiten Position und der Position des Endes der zweiten Kolbenstange eingestellt wird.
Beispielsweise mit Hilfe einer Servosteuerung wird dementsprechend nach Verschieben der ersten Kolbenstange und der zweiten Kolbenstange mit hoher Geschwindigkeit zu entsprechenden Positionen in der Nähe des Werkstücks die Geschwindigkeit der ersten Kolbenstange und der zweiten Kolbenstange kurz vor dem Werkstück verringert, wodurch das Ende der ersten Kolbenstange und das Ende der zweiten Kolbenstange in einem Zustand in Kontakt mit dem Werkstück gebracht werden können, in welchem ihre Geschwindigkeit gleich null ist.
Hierdurch kann das Ende der ersten Kolbenstange und das Ende der zweiten Kolbenstange in leichten (sanften) Kontakt gegen das Werkstück gebracht werden, so dass Stöße auf das Werkstück vermieden werden können, wenn das Werkstück positioniert und gegriffen wird.
Gemäß dem sechsten Merkmal umfasst der Steuermechanismus außerdem eine Verriegelungseinheit, welche die erste Kolbenstange fixiert und hält, wenn die Position des Endes der ersten Kolbenstange die erste Position erreicht.
Wenn das Werkstück gegriffen wird, können somit unerwünschte Verschiebungen der ersten Kolbenstange durch die Presskraft verhindert werden, auch wenn von der zweiten Kolbenstange eine Presskraft über das Werkstück auf die erste Kolbenstange übertragen wird.
Im Einzelnen wirkt die Presskraft als eine äußere Kraft (Störung), wenn die erste Kolbenstange das Werkstück positioniert. Dadurch, dass die Verriegelungseinheit die erste Kolbenstange fixiert und hält, kann somit der Einfluss einer solchen Störung vermieden werden.
Gemäß dem siebten Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die erste Zylindersteuerung die Position des Endes der ersten Kolbenstange an der ersten Position halten, nachdem die Position des Endes die erste Position erreicht hat.
Im Einzelnen kann in dem Fall, dass zusammen mit dem ersten Zylinder keine Verriegelungseinheit vorgesehen wird, durch Halten der Position des Endes der ersten Kolbenstange über eine Servosteuerung an der ersten Position der positionierte Zustand des Werkstücks durch den ersten Zylinder gehalten werden.
Gemäß dem achten Merkmal ist ein Greifkrafterfassungssensor vorgesehen, welcher eine Greifkraft erfasst, die durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange auf das Werkstück aufgebracht wird, an einem Ende der Kolbenstange, welches das Werkstück berührt, und/oder an einem Ende der zweiten Kolbenstange, welches das Werkstück berührt.
Durch direktes Erfassen der Greifkraft auf das Werkstück kann dementsprechend der Grad, mit welchem die Greifkraft auf das Werkstück aufgebracht wird, mit hoher Präzision detektiert werden. Mit dem Steuermechanismus kann dementsprechend durch die erste Zylindersteuereinheit und die zweite Zylindersteuereinheit, welche den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis der erfassten Greifkraft steuern, das Werkstück mit einer passenden Greifkraft gegriffen werden. Als Greifkrafterfassungssensor kann beispielsweise ein Drucksensor, wie eine Lastzelle, eingesetzt werden.
Gemäß dem neunten Merkmal sind der erste Zylinder und der zweite Zylinder vorzugsweise Fluiddruckzylinder. Dementsprechend kann die erste Zylindersteuerung eine Druckfluidzufuhrvorrichtung aufweisen, welche die erste Kolbenstange verschiebt, indem dem ersten Zylinder ein Druckfluid zugeführt wird. Außerdem kann die zweite Zylindersteuerung eine Druckfluidzufuhrvorrichtung aufweisen, welche die zweite Kolbenstange verschiebt, indem dem zweiten Zylinder ein Druckfluid zugeführt wird.
Gemäß dem zehnten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind im Inneren des ersten Zylinders eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer, welche durch den ersten Kolben voneinander getrennt werden, ausgebildet, und eine dritte Druckkammer und eine vierte Druckkammer, welche durch den zweiten Kolben voneinander getrennt werden, sind im Inneren des zweiten Zylinders ausgebildet. In diesem Fall umfasst die Spannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine außerdem einen ersten Drucksensor, welcher einen ersten Druck der ersten Druckkammer erfasst, einen zweiten Drucksensor, welcher einen zweiten Druck der zweiten Druckkammer erfasst, einen dritten Drucksensor, welcher einen dritten Druck der dritten Druckkammer erfasst, und einen vierten Drucksensor, welcher einen vierten Druck der vierten Druckkammer erfasst.
Außerdem kann der Steuermechanismus eine Greifkraftberechnungseinheit aufweisen, welche eine durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange auf das Werkstück aufgebrachte Greifkraft auf der Basis des detektierten ersten Druckes und des detektierten zweiten Druckes und/oder des detektierten dritten Druckes und des detektierten vierten Druckes berechnet.
Im Einzelnen kann in dem Fall, dass im Hinblick auf die Greifkraft keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, die Greifkraft auf der Basis des ersten Druckes und des zweiten Druckes und/oder des dritten Druckes und des vierten Druckes abgeschätzt werden. Auch in diesem Fall kann mit dem Steuermechanismus durch die erste Zylindersteuereinheit und die zweite Zylindersteuereinheit, welche den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis der abgeschätzten Greifkraft steuern, das Werkstück mit einer passenden Greifkraft gegriffen werden.
Gemäß dem elften Merkmal kann die Greifkraftberechnungseinheit eine Greifkraft entsprechend einem Gewicht des Werkstücks als einen Greifkraftzielwert berechnen. In diesem Fall kann die erste Zylindersteuerung den ersten Druck und den zweiten Druck so steuern, dass die berechnete Greifkraft den Greifkraftzielwert erreicht. Außerdem kann die zweite Zylindersteuerung den dritten Druck und den vierten Druck so steuern, dass die berechnete Greifkraft den Greifkraftzielwert erreicht.
Auf diese Weise kann unter der Annahme, dass erste bis vierte Drücke auf der Basis des Gewichts des Werkstücks gesteuert werden und die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange verschoben werden, das Aufbringen einer übermäßigen Greifkraft auf ein Werkstück mit geringem Gewicht oder das Aufbringen einer nicht ausreichenden Greifkraft auf ein schweres Werkstück vermieden werden.
Gemäß dem zwölften Merkmal der vorliegenden Erfindung sind der erste Zylinder und der zweite Zylinder vorzugsweise an dem Spanngrundkörper derart befestigt, dass eine Richtung einer Positionierungskraft, die von der ersten Kolbenstange auf das Werkstück wirkt, und eine Richtung einer Presskraft, die von der zweiten Kolbenstange auf das Werkstück wirkt, im Wesentlichen auf der gleichen Achse liegen.
Da die Positionierungskraft und die Presskraft entlang der gleichen einzigen Achse auf das Werkstück aufgebracht werden, wird dementsprechend eine Positionsverschiebung des Werkstücks verhindert, wobei das Werkstück auch sehr effizient gegriffen werden kann.
Gemäß dem dreizehnten Merkmal sind der erste Zylinder und der zweite Zylinder an dem Spanngrundkörper so angebracht, dass sie einander gegenüber liegen, wobei die axiale Mitte dazwischen angeordnet ist. Dementsprechend wird eine Positionsverschiebung des Werkstücks vermieden, wobei das Werkstück zuverlässig an der Position der axialen Mitte gegriffen werden kann.
In dem Fall, dass ein erster Zylinder und ein zweiter Zylinder, die einander gegenüber liegen, wobei die axiale Mitte dazwischen vorgesehen ist, ein Paar bilden, sind gemäß dem vierzehnten Merkmal mehrere Paare der Zylinder an dem Spanngrundkörper in einem festgelegten Winkelabstand in radialer Weise um die axiale Mitte angebracht.
Dementsprechend wird eine Positionsverschiebung des Werkstücks zuverlässig verhindert, wobei das Werkstück zuverlässig an der Position der axialen Mitte gegriffen werden kann.
Gemäß dem fünfzehnten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind in dem Fall, dass wenigstens drei der ersten Zylinder und der zweiten Zylinder insgesamt in einem festgelegten Winkelabstand in radialer Ausrichtung relativ zu der axialen Mitte angebracht sind, die ersten Zylinder und die zweiten Zylinder an dem Spanngrundkörper derart angebracht, dass die Richtung einer kombinierten Positionierungskraft und die Richtung einer kombinierten Presskraft im Wesentlichen auf der gleichen Achse liegen.
Auch wenn der erste Zylinder und der zweite Zylinder nicht einander gegenüber liegend mit dazwischen angeordneter axialer Mitte angeordnet sind, kann eine Positionsverschiebung des Werkstücks verhindert werden, solange die Richtungen der kombinierten Positionierungskraft und der kombinierten Presskraft im Wesentlichen auf der gleichen einzigen Achse liegen, und das Werkstück kann an der Position der axialen Mitte gegriffen werden.
Gemäß dem sechzehnten Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst ein Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt.
In dem ersten Schritt wird eine erste Kolbenstange, die mit einem ersten Kolben eines ersten Zylinders verbunden ist, der an einem Spanngrundkörper angebracht ist, in einem Zustand, in dem das Werkstück auf dem Spanngrundkörper platziert ist, in einer Richtung zu dem Werkstück verschoben, um dadurch das Werkstück zu positionieren.
In dem zweiten Schritt wird eine zweite Kolbenstange, die mit einem zweiten Kolben eines zweiten Zylinders, der an dem Spanngrundkörper angebracht ist, verbunden ist, in einer Richtung zu dem Werkstück verschoben, um dadurch das positionierte Werkstück zu pressen.
Außerdem steuert in dem zweiten Schritt ein Steuermechanismus den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis der Position des ersten Kolbens, die durch einen ersten Positionserfassungssensor detektiert wird, und der Position des zweiten Kolbens, die durch einen zweiten Positionserfassungssensor detektiert wird, so dass das Werkstück an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange gegriffen wird.
Gemäß dem sechzehnten Merkmal wird das Werkstück in der gleichen Weise wie bei dem ersten Merkmal durch den Zylinder positioniert, und durch Pressen des positionierten Werkstücks mit Hilfe des zweiten Zylinders wird das Werkstück, das in geeigneter Weise auf dem Spanngrundkörper platziert wurde, gegriffen. Außerdem steuert der Steuermechanismus den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder auf der Basis der Position des ersten Kolbens und der Position des zweiten Kolbens, die erfasst wurden, und das Werkstück wird an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers durch die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange gegriffen.
Als Folge hiervon kann das Werkstück ohne Positionsverschiebung des Werkstücks gegriffen werden. Auch wenn Abweichungen hinsichtlich der Formen etc. der Werkstücke vorliegen, oder wenn die zentrale Position des Werkstücks relativ zu der axialen Mitte des Spanngrundkörpers verschoben wird, kann außerdem das Werkstück in einem Zustand gegriffen werden, in welchem die zentrale Position des Werkstücks im Wesentlichen mit der axialen Mitte des Spanngrundkörpers zusammenfällt.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan einer Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung, die ein erstes Beispiel der Spannvorrichtung gemäß 1 zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung, die ein zweites Beispiel der Spannvorrichtung gemäß 1 zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, die ein drittes Beispiel der Spannvorrichtung gemäß 1 zeigt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das Operationen der Spannvorrichtung gemäß 1 zeigt;
6 ist ein Fließdiagramm, das Operationen der Spannvorrichtung gemäß 1 zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein Greifvorgang an einem Werkstück dargestellt ist;
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Korrektur der Positionsverschiebung eines Werkstücks in dem Fall darstellt, dass eine Positionsverschiebung zwischen der axialen Mitte des Spanngrundkörpers und der zentralen Position des Werkstücks auftritt; und
9 ist ein Schaltdiagramm einer Spannvorrichtung gemäß einer Modifikation.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Spannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Hinblick auf ein Spannverfahren für die Werkzeugmaschine mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
[Aufbau der Spannvorrichtung für eine Werkzeugmaschine]
Wie in 1 gezeigt ist, dient eine Spannvorrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform (nachfolgend als eine Spannvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet) dazu, mit Hilfe eines ersten Zylinders 14 und eines zweiten Zylinders 16, die an linken und rechten Seiten (in der X1-Richtung und der X2-Richtung in 1) des Werkstückes 12 sind, angeordnet ein Werkstück 12, zu greifen, das ein Zielobjekt ist, das mit einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Laserbearbeitungsmaschine oder dergleichen, bearbeitet werden soll.
Im Einzelnen ist das Innere des ersten Zylinders 14, der ein Fluiddruckzylinder, wie ein Pneumatikzylinder oder dergleichen ist, durch einen Kolben (erster Kolben) 18 in eine erste Druckkammer 20 an einer Seite in der Richtung des Pfeils X1 und eine zweite Druckkammer 22 an einer Seite in der Richtung des Pfeils X2 unterteilt. Wenn der ersten Druckkammer 20 von einem Druckfluidzufuhrmechanismus (erste Zylindersteuerung, Druckfluidzufuhrvorrichtung) 24 Druckfluid zugeführt wird und Druck von der zweiten Druckkammer 22 durch den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 nach außen abgeführt wird, werden in diesem Fall der Kolben 18 und eine mit dem Kolben 18 verbundene Kolbenstange (erste Kolbenstange) 26 in Richtung des Pfeils X2 verschoben. Ein kissenförmiges Greifelement 28 ist an einem Ende in der Richtung des Pfeils X2 der Kolbenstange 26 vorgesehen. Das Werkstück 12 wird dadurch positioniert, dass das Greifelement 28 in Kontakt mit dem Werkstück 12 tritt. Ein erster Druck P1 der ersten Druckkammer 20 wird durch einen Drucksensor (erster Drucksensor) 30 erfasst. Ein zweiter Druck P2 der zweiten Druckkammer 22 wird durch einen Drucksensor (zweiter Drucksensor) 32 erfasst. Die Position des Kolbens 18 entlang der X-Richtung wird durch einen Längenmesssensor (erster Positionserfassungssensor) 34 erfasst.
Der Längenmesssensor 34 kann, beispielsweise durch Anwendung der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-184844 beschriebenen Technologie, einen magnetischen Fluss von einem nicht dargestellten Magneten, der an dem Kolben 18 vorgesehen ist, erfassen und ein Signal (ein Signal, das auf die aktuelle Position des Kolbens 18 reagiert) entsprechend dem detektierten magnetischen Fluss ausgeben. Alternativ kann durch Anwendung der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-249025 beschriebenen Technologie eine nicht dargestellte Kolbenstange vorgesehen sein, die sich von dem Kolben 18 in die erste Druckkammer 20 erstreckt, und die Position des Kolbens 18 kann indirekt durch Erfassen der Position der Kolbenstange detektiert werden.
Außerdem ist an dem ersten Zylinder 14 ein Verriegelungsmechanismus (Verriegelungseinheit) 36 vorgesehen, welcher die Kolbenstange 26 fixiert und hält, wenn das Greifelement 28 in Kontakt mit dem Werkstück 12 tritt und das Werkstück 12 positioniert. Der Verriegelungsmechanismus 36 kann, beispielsweise durch Anwenden der in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 03-041124 beschriebenen Technologie, die Kolbenstange 26 dadurch fixieren und halten, dass ein Druckfluid von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 24 zugeführt wird.
In dem Fall, dass das Werkstück 12 aus dem positionierten Zustand freigegeben werden soll, können außerdem der Kolben 18, die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 gemeinsam und integral durch Druckfluid, das von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 24 der zweiten Druckkammer 22 zugeführt wird, und Druckfluid, das von der ersten Druckkammer 20 durch den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 nach außen abgeführt wird, in der Richtung des Pfeils X1 verschoben werden.
Andererseits hat der zweite Zylinder 16, der ein Fluiddruckzylinder, beispielsweise ein Pneumatikzylinder oder dergleichen ist, im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der erste Zylinder 14. Das Innere des zweiten Zylinders 16 wird durch einen Kolben (zweiter Kolben) 38 in eine dritte Druckkammer 40 an einer Seite in der Richtung des Pfeils X2 und eine vierte Druckkammer 42 an einer Seite in der Richtung des Pfeils X1 unterteilt. Wenn in diesem Fall Druckfluid von einem Druckfluidzufuhrmechanismus (zweite Zylindersteuerung, Druckfluidzufuhrvorrichtung) 44 der dritten Druckkammer 40 zugeführt wird und der Druck aus der vierten Druckkammer 42 durch den Druckfluidzufuhrmechanismus 44 nach außen abgeführt wird, werden ein Kolben 38 und eine Kolbenstange (zweite Kolbenstange) 46, die mit dem Kolben 38 verbunden ist, in der Richtung des Pfeils X1 verschoben.
Ein kissenförmiges Greifelement 48 ist an einem Ende in der Richtung des Pfeils X1 der Kolbenstange 46 angebracht. Unter der Annahme, dass das Werkstück 12 durch das Greifelement 28 positioniert wurde, tritt in diesem Fall das andere Greifelement 48 in Kontakt mit dem Werkstück 12 und presst das Werkstück 12 in der Richtung des Pfeils X1, wodurch das Werkstück durch die Greifelemente 28, 48 gegriffen werden kann.
Außerdem ist eine Lastzelle (Greifkrafterfassungssensor) 50, die als ein Drucksensor dient, an dem Greifelement 48 gegenüber dem Werkstück 12 angebracht. Wenn das Greifelement 48 in Kontakt mit dem Werkstück 12 tritt und in der Richtung des Pfeils X1 gegen dieses gepresst wird, erfasst die Lastzelle 50 die auf das Werkstück 12 von dem Greifelement 48 in der Richtung des Pfeils X1 aufgebrachte Druckkraft, oder erfasst anders ausgedrückt die Druckkraft, die von den Greifelementen 28, 48 auf das Werkstück 12 aufgebracht wird. Die Lastzelle 50 kann an dem Greifelement 28 angeordnet sein. In diesem Fall erfasst die Lastzelle 50, die an dem Greifelement 28 vorgesehen ist, die Druckkraft, die durch das Werkstück 12 von dem Greifelement 48 erfasst wird, als eine Greifkraft.
Ein dritter Druck P3 der dritten Druckkammer 40 wird durch einen Drucksensor (dritter Drucksensor) 52 erfasst. Ein vierter Druck P4 der vierten Druckkammer 42 wird durch einen Drucksensor (vierter Drucksensor) 54 erfasst. Die Position des Kolbens 38 entlang der X-Richtung wird durch einen Längenmesssensor (zweiter Positionserfassungssensor) 56 erfasst. Der Längenmesssensor 56 erfasst ähnlich dem Längenmesssensor 34 beispielsweise einen magnetischen Fluss von einem nicht dargestellten Magneten, der an dem Kolben 38 vorgesehen ist, und gibt ein Signal (ein Signal, das auf die aktuelle Position des Kolbens 38 reagiert) entsprechend dem erfassten magnetischen Fluss aus.
In dem Fall, dass das Werkstück 12 aus dem gepressten Zustand freigegeben werden soll, können außerdem der Kolben 38, die Kolbenstange 46, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 dadurch gemeinsam in der Richtung des Pfeils X2 verschoben werden, dass Druckfluid von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 44 der vierten Druckkammer 42 zugeführt wird und dass Druckfluid von der dritten Druckkammer 40 durch den Druckfluidzufuhrmechanismus 44 nach außen abgeführt wird.
Obwohl in 1 ein Fall dargestellt wurde, bei dem der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 Fluiddruckzylinder sind, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau haben, können der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 auch einen voneinander unterschiedlichen Aufbau aufweisen.
Die Spannvorrichtung 10 umfasst außerdem eine Steuerung 58. Die Steuerung 58 steuert den ersten Zylinder 14 und den zweiten Zylinder 16 oder steuert die Aktivierung und Deaktivierung des Verriegelungsmechanismus 36 durch Zufuhr festgelegter Steuersignale zu den Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 auf der Basis der aktuellen Positionen der Kolben 18, 38, die durch die Längenmesssensoren 34, 56 erfasst werden, der Greifkraft, die durch die Lastzelle 50 erfasst wird, und/oder den ersten bis vierten Drücken P1 bis P4, die durch die jeweiligen Drucksensoren 30, 32, 52, 54 erfasst werden.
Die Steuerung 58 umfasst eine Greifkraftberechnungseinheit 60, eine Haltepositionsberechnungseinheit (Endpositionsberechnungseinheit) 62, einen Steuerungsprozessor 64, eine Betriebseingabeeinheit 66, eine Speichereinheit 68, eine Positionsverschiebungsberechnungseinheit 70 und eine Anzeigevorrichtung 72. Die Funktionen der Steuerung 58 werden später im Detail erläutert. Außerdem ist ein Steuermechanismus 74 so aufgebaut, dass der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 durch die Steuerung 58 und die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 auf der Basis von Eingaben von jedem der Sensoren 30, 32, 34, 52, 54, 56 und der Lastzelle 50 gesteuert werden, und das Werkstück 12 durch die Greifelemente 28, 48 gegriffen wird.
Die 2 bis 4 sind schematische Darstellungen, die den detaillierten Aufbau (erste bis dritte Beispiele) eines Falles zeigen, in welchem die Spannvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei einer Werkzeugmaschine 76 eingesetzt wird.
Bei dem ersten Beispiel gemäß 2 umfasst die Spannvorrichtung 10 einen zylindrischen Spanngrundkörper 78. In diesem Fall sind der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 an dem Spanngrundkörper 78 auf einer axialen Linie 82 entlang der X-Achse, die durch ein axiales Zentrum (axiale Mitte) 80 des Spanngrundkörpers 78 tritt, angebracht, so dass der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 einander gegenüberliegen (symmetrisch zu dem axialen Zentrum 80 angeordnet sind), wobei sie das axiale Zentrum 80 zwischen sich aufnehmen. Außerdem ist das Werkstück 12 so an dem Spanngrundkörper 78 angebracht, dass eine zentrale Position 86 des Werkstücks 12 mit der Position des axialen Zentrums 80 zusammenfällt.
Wenn bei dem ersten Beispiel gemäß 2 die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 entlang der Achse 82 in der X2 Richtung zu dem axialen Zentrum 80 und der zentralen Position 86 verschoben werden, berührt daher das Greifelement 28 die Seitenfläche des Werkstücks 12 in der X1 Richtung und ist in der Lage, das Werkstück 12 zu positionieren.
Wenn andererseits die Kolbenstange 46, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 entlang der Achse 82 in der X1-Richtung zu dem axialen Zentrum 80 und der zentralen Position 86 verschoben werden, treten das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in Kontakt mit der Seitenfläche des Werkstücks 12 in der X2-Richtung und sind in der Lage, das Werkstück 12 zu pressen. Durch Betätigung der Greifelemente 28, 48 wird hierdurch eine Greifkraft in der X-Richtung auf das Werkstück 12 aufgebracht, so dass das Werkstück 12 an der Position des axialen Zentrums 80 gegriffen werden kann.
Das zweite Beispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dahingehen, dass in dem Fall, dass ein erster Zylinder 14 und ein zweiter Zylinder 16, die auf der Achse 82 in der X-Richtung positioniert sind, als ein Paar angesehen werden, ein weiterer erster Zylinder 14 und ein weiterer zweiter Zylinder 16 als ein weiteres Paar an dem Spanngrundkörper 78 auf der Achse 88 in der Y-Richtung, die durch das axiale Zentrum 80 tritt, angebracht sind, wobei sie einander gegenüberliegen und das axiale Zentrum 80 zwischen sich aufnehmen. Bei dem zweiten Beispiel sind dementsprechend zwei Paare von Zylindern in zueinander senkrechter Anordnung an dem Spanngrundkörper 78 angebracht. Außerdem sind an dem Spanngrundkörper 78 die jeweiligen ersten Zylinder 14 und die jeweiligen zweiten Zylinder 16 in radialer Richtung relativ zu dem axialen Zentrum 80 und der zentralen Position 86 angebracht.
Bei dem zweiten Beispiel gemäß 3 greift daher das eine Paar von Zylindern, das auf der Achse 82 angeordnet ist, das Werkstück 12 in der X-Richtung, während das andere Paar von Zylindern, das auf der Achse 88 angeordnet ist, das Werkstück 12 in der Y-Richtung ergreift.
Das dritte Beispiel gemäß 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein zylindrisch geformtes Werkstück 12 an der Position des axialen Zentrums 80 angeordnet ist, so dass das axiale Zentrum 80 und die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 im Wesentlichen zusammen fallen.
In diesem Fall sind an dem Spanngrundkörper 78 die ersten Zylinder 14 und die zweiten Zylinder 16, die insgesamt drei Zylinder umfassen, in radialer Weise um das axiale Zentrum 80 und die zentrale Position 86 mit einem festgelegten Winkelintervall (einem Intervall von 120°, wie es in 4 gezeigt ist) angeordnet.
Im Einzelnen ist an dem Spanngrundkörper 78 der zweite Zylinder 16 an einer Stelle auf der Achse 88 an einer Seite in der Y1 Richtung oberhalb des axialen Zentrums 80 und der zentralen Position 86 angeordnet. Andererseits ist an dem Spanngrundkörper 78 ein erster Zylinder 14 auf einer Achse 90 angeordnet, die um –120° entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zu der Achse 88 gedreht ist. Außerdem ist an dem Spanngrundkörper 78 ein weiterer erster Zylinder 14 auf einer Achse 92 angeordnet, die im Uhrzeigersinn um +120° relativ zu der Achse 88 gedreht ist.
Wenn die Kolbenstangen 26 und die Greifelemente 28 der ersten Zylinder 14 mit gleichem Hub in Richtung entlang der Achse 90, 92 zu dem axialen Zentrum 80 und der zentralen Position 86 verschoben werden, dienen die jeweiligen Greifelemente 28 dazu, das Werkstück 12 zu positionieren. In diesem Fall wirken Positionierungskräfte von den jeweiligen Greifelementen 28 entlang der Achsen 90, 92 auf das Werkstück 12. Wie oben bemerkt wurde, werden die jeweiligen Greifelemente mit gleichem Hub verschoben und die Achsen 90, 92 definieren axiale Linien, die um die gleiche Winkelstrecke relativ zu der Achse 88 gedreht sind. Daher bildet eine kombinierte Kraft, die durch Kombination der Positionierungskräfte, die von den Greifelementen 28 auf das Werkstück 12 aufgebracht werden, erhalten wird, eine Kraft in einer Richtung entlang der Achse 88.
Wenn andererseits das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 des zweiten Zylinders 16 entlang der Achse 88 in einer Richtung zu dem axialen Zentrum 80 und der zentralen Position 86 verschoben werden, treten das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in Kontakt mit dem Werkstück 12 und können das Werkstück 12 pressen. In diesem Fall wirkt eine Druckkraft von dem Greifelement 48 entlang der Achse 88 auf das Werkstück 12.
Dementsprechend wird das Werkstück 12 mit einer festgelegten Greifkraft durch die kombinierte Kraft entlang der Achse 88, die durch die Positionierungskräfte, die von den Greifelementen 28 auf das Werkstück 12 wirken, gebildet wird, und die Druckkraft entlang der Achse 88, die von dem Greifelement 48 auf das Werkstück 12 aufgebracht wird, gegriffen.
Unter der Annahme, dass die Richtung der Positionierungskraft (oder der kombinierten Kraft der Positionierungskräfte), die auf das Werkstück 12 von dem/den Greifelement(en) 28 wirkt, und die Richtung der Presskraft (oder der kombinierten Kraft der Presskräfte), die auf das Werkstück 12 von dem/den Greifelement(en) 48 wirkt, im Wesentlichen auf der gleichen Achse liegen, kann außerdem bei den ersten bis dritten Beispielen, wie sie in den 2 bis 4 gezeigt sind, das Werkstück 12 an dem axialen Zentrum 80 in einem Zustand gegriffen werden, in dem das axiale Zentrum 80 des Spanngrundkörpers 78 und die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 zusammenfallen.
Dementsprechend können bei dem zweiten Beispiel gemäß 3 in dem Fall, dass ein erster Zylinder 14 und ein zweiter Zylinder 16, die einander gegenüber liegen und das axiale Zentrum 80 zwischen sich aufnehmen, ein Paar bilden, mehrere Paare der Zylinder an dem Spanngrundkörper 78 mit festgelegten Winkelabständen in radialer Weise relativ zu dem axialen Zentrum 80 angebracht werden.
Außerdem können bei dem dritten Beispiel gemäß 4 insgesamt wenigstens drei der ersten Zylinder 14 und der zweiten Zylinder 16 an dem Spanngrundkörper 78 mit einem festgelegten Winkelabstand in radialer Weise relativ zu dem axialen Zentrum 80 angebracht werden. In diesem Fall können die ersten Zylinder 14 und die zweiten Zylinder 16 derart an dem Spanngrundkörper 78 angebracht werden, dass die Richtung einer kombinierten Positionierungskraft und die Richtung einer kombinierten Presskraft im Wesentlichen auf der gleichen Achse liegen.
Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, bei dem das erste Beispiel eingesetzt wird, um das Werkstück 12 zu greifen.
Zurück zu 1 umfasst in der Steuerung 58 des Steuermechanismus 74 die Betriebseingabeeinheit 66 Betätigungsknöpfe oder eine Tastatur oder dergleichen, die von dem Nutzer betätigt werden, wodurch der Nutzer die Position des axialen Zentrums 80 und die Größe und das Gewicht des Werkstücks 12 etc. eingeben kann. Die Eingabeinformation wird in der Speichereinheit 68 gespeichert.
In dem Fall, dass ein Detektionsergebnis, das die Greifkraft anzeigt, von der Lastzelle 50 in die Steuerung 58 eingegeben wird, beurteilt die Greifkraftberechnungseinheit 60, dass von dem Greifelement 48 eine Druckkraft auf das Werkstück 12 aufgebracht wurde und dass das Werkstück 12 gegriffen wurde, und bestimmt das Eingabedetektionsergebnis als die Greifkraft, die auf das Werkstück 12 wirkt.
Außerdem schätzt die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Greifkraft, die auf das Werkstück 12 wirkt, auf der Basis einer Druckdifferenz (P1 – P2) zwischen dem ersten Druck P1, der von dem Drucksensor 30 detektiert wird, und dem zweiten Druck P2, der von dem Drucksensor 32 detektiert wird, ab. Alternativ kann die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Greifkraft, die auf das Werkstück 12 wirkt, auf der Basis einer Druckdifferenz (P3 – P4) zwischen dem dritten Druck P3, der von dem Drucksensor 52 detektiert wird, und dem vierten Druck P4, der von dem Drucksensor 54 detektiert wird, abschätzen.
Auf der Basis des Gewichts des Werkstücks 12, das in der Speichereinheit 68 gespeichert ist, berechnet die Greifkraftberechnungseinheit 60 außerdem die Größe einer geeigneten Greifkraft und bestimmt unter Verwendung der berechneten Greifkraft als einem Greifkraftzielwert eine Differenz zwischen dem Greifkraftzielwert und der von der Lastzelle 50 detektierten Greifkraft oder der abgeschätzten Greifkraft.
Da die Lastzelle 50 in der Lage ist, die Greifkraft, die auf das Werkstück 12 wirkt, direkt zu erfassen, verwendet in dem Fall, dass eine hohe Genauigkeit für die Greifkraft gefordert wird, die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Greifkraft auf das Werkstück 12, die von der Lastzelle 50 erfasst wird. Wenn andererseits keine hohe Genauigkeit für die Greifkraft erforderlich ist, berechnet die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Greifkraft mit Hilfe der Druckdifferenz (P1 – P2) und/oder der Druckdifferenz (P3 – P4). Dementsprechend kann die Greifkraftberechnungseinheit 60 den Berechnungsprozess für die Greifkraft in Abhängigkeit von der für die Greifkraft geforderten Genauigkeit ändern.
Die Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet die Position des Greifelements 28 auf der Basis der Position des Kolbens 18, die durch den Längenmesssensor 34 erfasst wird, und berechnet die Position des Greifelements 48 (d. h. der daran angebrachten Lastzelle 50) auf der Basis der Position des Kolbens 38, die von dem Längenmesssensor 56 detektiert wird.
Auf der Basis der Größe des Werkstücks 12 und der Position des axialen Zentrums 80, die in der Speichereinheit 68 gespeichert sind, berechnet die Haltepositionsberechnungseinheit 62 außerdem eine erste Position, die eine Zielposition ist, wenn das Greifelement 28 das Werkstück 12 positioniert, und eine zweite Position, wenn das Greifelement 48 das Werkstück 12 presst.
Wenn die Größe des Werkstücks 12 vorab bekannt ist, und das Werkstück 12 auf dem Spanngrundkörper 78 in einem solchen Zustand platziert ist, dass die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 und das axiale Zentrum 80 des Spanngrundkörpers 78 zusammen fallen, können die erste Position und die zweite Position durch die Beziehung zwischen den Installationsorten des ersten Zylinders 14 und des zweiten Zylinders 16 spezifiziert werden. Dementsprechend kann der Nutzer die erste Position und die zweite Position durch Betätigen der Betriebseingabeeinheit 66 eingeben, und die erste Position und die zweite Position können in der Speichereinheit 68 gespeichert werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, einen Rechenprozess zur Berechnung der ersten Position und der zweiten Position mit der Haltepositionsberechnungseinheit 62 durchzuführen.
Die Positionsverschiebungsberechnungseinheit 70 berechnet die Größe einer Positionsverschiebung der zentralen Position 86 des Werkstücks 12 relativ zu dem axialen Zentrum 80, wenn das Werkstück 12 mit den Greifelementen 28, 48 gegriffen wird. Im Einzelnen wird zu der Zeit, zu der das Werkstück 12 gegriffen wird, auf der Basis der Position des Greifelements 28, die durch die Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, und der Position des Greifelements 48 (bzw. der daran befestigten Lastzelle 50) die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 berechnet, und die Größe einer Positionsverschiebung zwischen der berechneten zentralen Position 86 und der Position des axialen Zentrums 80 wird berechnet.
Der Steuerungsprozessor 64 gibt auf der Basis der Verarbeitungsergebnisse der Greifkraftberechnungseinheit 60, der Haltepositionsberechnungseinheit 62 und der Positionsverschiebungsberechnungseinheit 70 Steuersignale entsprechend den Verarbeitungsergebnissen an die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 aus.
Im Einzelnen liefert in dem Fall, dass die Position des Greifelements 28, die von der Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, die erste Position nicht erreicht, der Steuerprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24. Als Folge hiervon passt der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals die Menge des dem ersten Zylinder 14 zugeführten Druckfluides an und steuert dadurch den ersten Druck P1 und den zweiten Druck P2, wodurch eine Servosteuerung umgesetzt wird, um das Greifelement 28 zu dem Werkstück 12 zu der ersten Position zu verschieben.
Wenn das Greifelement 28 die erste Position erreicht hat, liefert der Steuerprozessor 64 außerdem ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24, wodurch von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 24 Druckfluid zu dem Verriegelungsmechanismus 36 zugeführt wird. Dementsprechend kann der Verriegelungsmechanismus 36 die Kolbenstange 26 fixieren und halten.
Andererseits liefert in dem Fall, dass der Verriegelungsmechanismus 36 nicht verwendet wird, der Steuerprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24, wodurch die Menge des von dem Druckfluidzufuhrmechanismus dem ersten Zylinder 14 zugeführten Druckfluides eingestellt wird. Dann werden der erste Druck P1 und der zweite Druck P2 gesteuert. Somit wird eine Servosteuerung umgesetzt, um die Kolbenstange 26 an der aktuellen Position zu halten.
In dem Fall, dass die Position des Greifelements 48, die von der Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, die zweite Position nicht erreicht, liefert der Steuerprozessor 64 außerdem ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44. Als Folge hiervon passt der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals die Menge des dem zweiten Zylinder 16 zugeführten Druckfluides an und steuert hierdurch den dritten Druck P3 und den vierten Druck P4, wodurch eine Servosteuerung umgesetzt wird, um das Greifelement 48 zu dem Werkstück 12 zu verschieben.
In dem Fall, dass die Position des Greifelements 48, die von der Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, die zweite Position erreicht, liefert außerdem der Steuerprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44, so dass die von der Greifkraftberechnungseinheit 60 berechnete (spezifizierte) Greifkraft der Greifkraftzielwert wird. Als Folge hiervon passt der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals die Menge des dem zweiten Zylinder 16 zugeführten Druckfluides an und steuert den dritten Druck P3 und den vierten Druck P4, wodurch eine Servosteuerung umgesetzt wird, um zu erreichen, dass das Greifelement 48 das Werkstück 12 presst.
In dem Fall, dass eine Größe der Positionsverschiebung durch die Positionsverschiebungsberechnungseinheit 40 berechnet wird, liefert der Steuerprozessor 64 außerdem Steuersignale an die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44, so dass die Größe der Positionsverschiebung gleich null wird. Als Folge hiervon passen die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 auf der Basis der ihnen eingegebenen Steuersignale die Menge des dem ersten Zylinder 14 und dem zweiten Zylinder 16 zugeführten Druckfluides an und steuern die ersten bis vierten Drücke P1 bis P4, wodurch eine Servosteuerung umgesetzt wird, um die Positionen der Greifelemente 28, 48 zu verschieben und dadurch die Größe der Positionsverschiebung auf null einzustellen.
Die Anzeigevorrichtung 72 ist ein Anzeigemonitor zur Anzeige der Detektionsergebnisse der Sensoren 30, 32, 34, 52, 54, 56 und der Lastzelle 50, der jeweiligen Verarbeitungsergebnisse der Steuerung 58 und Informationen etc., die von dem Nutzer, der die Betriebseingabeeinheit 66 betätigt, eingegeben werden.
[Betrieb der vorliegenden Ausführungsform]
Die Spannvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Operationen (ein Spannverfahren für die Werkzeugmaschine 76) nachfolgend mit Bezug auf die 5 bis 8 beschrieben. Beim Beschreiben dieser Betriebsweise wird, soweit notwendig Bezug auch auf die 1 bis 4 genommen.
Vor Durchführen der Arbeitsvorgänge wird bei der Spannvorrichtung 10 ein Werkstück 12 darauf in der Nähe der axialen Mitte 80 des Spanngrundkörpers 78 platziert. Wie später im Detail beschrieben wird, kann hierbei das Werkstück 12 anfangs an einer festgelegten Position in der Nähe der axialen Mitte 80 platziert werden, da das Werkstück 12 an der Position der axialen Mitte 80 in einem Zustand gegriffen wird, in welchem die axiale Mitte 80 und die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 durch Betreiben der Spannvorrichtung 10 zusammenfallen. Außerdem betätigt der Nutzer die Betriebseingabeeinheit 66, um verschiedene Informationen hinsichtlich der Position der axialen Mitte 80 und der Größe und des Gewichts des Werkstücks 12, etc. einzugeben. Die Eingabeinformation wird in der Speichereinheit 68 gespeichert.
Außerdem initiiert der Steuerungsprozessor 64 der Steuerung 58 zu der Zeit t0 die Ausgabe eines Steuersignals an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24, um die Positionierung des Werkstücks 12 zu befehlen, wodurch eine Servosteuerung für die Zufuhr von Druckfluid zu dem ersten Zylinder 14 von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 24 umgesetzt wird.
Dementsprechend initiiert der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 in Schritt S1 gemäß 6 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals die Zufuhr von Druckfluid zu der ersten Druckkammer 20 des ersten Zylinders 14 (Zylinder 1), wobei gleichzeitig Druckfluid von der zweiten Druckkammer 22 nach außen abgelassen wird.
Wenn anschließend zu der Zeit t1 die Druckdifferenz (P1 – P2) zwischen dem ersten Druck P1 der ersten Druckkammer 20 und dem zweiten Druck P2 der zweiten Druckkammer 22 einen festgelegten Druck übersteigt, beginnt der Kolben 18 (Kolben 1) seine Verschiebung in der X2-Richtung (Schritt S2). Als Folge hiervon werden die Kolbenstange 26, die mit dem Kolben 18 verbunden ist, und das Greifelement 28 in der X2-Richtung zu der axialen Mitte 80 und dem Werkstück 12 verschoben.
Da der Drucksensor 30 sequentiell den ersten Druck P1 detektiert und den detektierten Wert an die Steuerung 58 ausgibt, und da der Drucksensor 32 den zweiten Druck P2 sequentiell detektiert und detektierten Wert an die Steuerung 58 ausgibt, ist die Greifkraftberechnungseinheit 60 auch in der Lage, die Druckdifferenz (P1 – P2) zwischen dem ersten Druck P1 und dem zweiten Druck P2 sequentiell zu berechnen.
In diesem Fall detektiert der Längenmesssensor 34 die Position des Kolbens 18 sequentiell und gibt die detektierte Position an die Steuerung 58 aus. Daher berechnet die Haltepositionsberechnungseinheit 62 sequentiell die Position des Greifelements 28 auf der Basis der detektierten Position des Kolbens 18, und ist während der Positionierung des Werkstücks 12 in der Lage, die Differenz zwischen der berechneten Position des Greifelements 28 und der ersten Position zu berechnen.
Wenn die Anfangsposition des Greifelements 28 (d. h. die Position von der Zeit t0 bis zu Zeit t1) durch X10 repräsentiert wird, während die erste Position, die bei der Positionierung des Werkstücks 12 als eine Zielposition dient, durch X11 repräsentiert wird, ist dementsprechend, wie in 7 gezeigt ist, der Steuerungsprozessor 64 in der Lage, den Kolben 18, die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit in der X2 Richtung zu verschieben, bis die Position des Greifelements 28, die von der Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, eine festgelegte Position in der Nähe der ersten Position X11 erreicht.
Wenn anschließend das Greifelement 28 die festgelegte Position erreicht, reduziert der Steuerungsprozessor die Geschwindigkeit des Kolbens 18, der Kolbenstange 26 und des Greifelements 28 allmählich von der festgelegten Position bis zu der ersten Position X11.
Wie in 5 gezeigt ist, gibt aus diesem Grund in einem Zeitraum von der Zeit t1 bis zur Zeit t2 der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 aus, um eine Servosteuerung umzusetzen, so dass die Druckdifferenz (P1 – P2) mit der Zeit größer wird bis die Position des Greifelements 28 die festgelegte Position erreicht. Wenn das Greifelement 28 die festgelegte Position erreicht, gibt der Steuerungsprozessor 64 dagegen ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24, um eine solche Servosteuerung umzusetzen, dass die Druckdifferenz (P1 – P2) mit der Zeit kleiner wird.
Wenn das Greifelement 28 die erste Position X11 erreicht (Schritt S3: JA), wird dementsprechend die Druckdifferenz (P1 – P2) im Wesentlichen gleich null und die Geschwindigkeit des Greifelements 28 wird im Wesentlichen null, so dass das Greifelement 28 leicht (sanft) in Kontakt mit dem Werkstück 12 treten kann und das Werkstück 12 positioniert werden kann. Somit können Stöße, die auf das Werkstück 12 während dessen Positionierung aufgebracht werden, vermieden werden.
Da das Greifelement 28 das Werkstück 12 berührt, wobei seine Geschwindigkeit gleich null wird, kann der Steuerungsprozessor 64 außerdem beurteilen, dass das Werkstück 12 positioniert wurde, wenn die Geschwindigkeit gleich null wird. Die oben genannte Geschwindigkeit kann beispielsweise als eine Zeitänderungsrate (der Position des Greifelements 28 entsprechend) der Position des Kolbens 18 berechnet werden, welche durch den Längenmesssensor 34 erfasst wird.
Auf diese Weise erreicht das Greifelement 28 die erste Position X11 und positioniert das Werkstück 12. Dann gibt der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 aus, um den Verriegelungsmechanismus 36 zu aktivieren. Auf der Basis des ihm zugeführten Steuersignals liefert dementsprechend der Druckfluidzufuhrmechanismus Druckfluid an den Verriegelungsmechanismus 36. Hierdurch fixiert und hält der Verriegelungsmechanismus in Schritt S4 die Kolbenstange 26 und ist in der Lage, das Werkstück 12 durch das Greifelement 28 an der ersten Position X11 in einem positionierten Zustand zu halten.
In dem Fall, dass der Verriegelungsmechanismus 36 nicht vorgesehen ist, oder wenn der Verriegelungsmechanismus 36 nicht verwendet wird, wie es durch die gestrichelte Linie in 6 gezeigt ist, kann der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 ausgeben, um eine Servosteuerung zum Halten der Position des Greifelements 28 an der ersten Position X11 umzusetzen. Auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals stellt hierdurch der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 die Menge des dem ersten Zylinder 14 zugeführten Druckfluides ein und steuert den ersten Druck P1 und den zweiten Druck P2, wodurch die Position des Greifelements 28 an der ersten Position X11 gehalten werden kann.
Als nächstes initiiert der Steuerungsprozessor 64 zu der Zeit t3 die Ausgabe eines Steuersignals an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44, um das Ergreifen des Werkstücks 12 zu befehlen, wodurch eine Servosteuerung für die Zufuhr von Druckfluid von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 44 zu dem zweiten Zylinder 16 (Zylinder 2) umgesetzt wird.
Dementsprechend initiiert der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 in Schritt S5 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals die Zufuhr von Druckfluid zu der dritten Druckkammer 40 des zweiten Zylinders 16, wobei gleichzeitig Druckfluid aus der vierten Druckkammer 42 nach außen abgeführt wird.
Wenn die Druckdifferenz (P3 – P4) zwischen dem dritten Druck P3 der dritten Druckkammer 40 und dem vierten Druck P4 der vierten Druckkammer 42 einen festgelegten Druck überschreitet, beginnt anschließend zu der Zeit t4 der Kolben 38 seine Verschiebung in der X1-Richtung (Schritt S6). Als Folge hiervon werden die Kolbenstange 46, die mit dem Kolben 38 verbunden ist, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in der X1-Richtung zu dem axialen Zentrum 80 und dem Werkstück 12 verschoben.
Da auch in diesem Fall der Drucksensor 52 den dritten Druck P3 sequentiell detektiert und dessen detektierten Wert an die Steuerung 58 ausgibt, und da der Drucksensor 54 den vierten Druck P4 sequentiell detektiert und dessen detektierten Wert an die Steuerung 58 ausgibt, ist die Greifkraftberechnungseinheit 60 in der Lage, die Druckdifferenz (P3 – P4) zwischen dem dritten Druck P3 und dem vierten Druck P4 sequentiell zu berechnen.
Da der Längenmesssensor 56 die Position des Kolbens 38 sequentiell detektiert und dessen Wert an die Steuerung 58 ausgibt, kann die Haltepositionsberechnungseinheit 62 die Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 auf der Basis der detektierten Position des Kolbens 38 sequentiell berechnen und ist in der Lage, die Differenz zwischen der berechneten Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 und der zweiten Position zu der Zeit des Pressens des Werkstücks 12 zu berechnen.
Wenn die Anfangsposition des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 (d. h. die Position von der Zeit t0 bis zu der Zeit t4) durch X20 repräsentiert wird, während die zweite Position durch X22 repräsentiert wird, verschiebt der Steuerungsprozessor 64 den Kolben 38, die Kolbenstange 46, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit in der X1-Richtung, bis die Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50, die durch die Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wird, eine festgelegte Position X21 in der Nähe der zweiten Position X22 erreicht.
Wenn das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 die festgelegte Position X21 erreichen (Schritt S7: JA), reduziert anschließend der Steuerungsprozessor 64 allmählich die Geschwindigkeit des Kolbens 38, der Kolbenstange 46, des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 von der Position X21 bis zu der zweiten Position X22 in Schritt S8.
Wie in 5 gezeigt ist, liefert aus diesem Grund in einem Zeitraum von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44, um die Druckdifferenz (P3 – P4) auf einem festen Wert zu halten. Hierdurch kommen in Schritt S9 zu der Zeit t5 das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 mit einer Geschwindigkeit von etwa null an der zweiten Position X22 an und treten in leichten (sanften) Kontakt mit dem Werkstück 12. Dadurch werden Stöße, die beim Kontakt mit diesem auf das Werkstück 12 aufgebracht werden, vermieden.
Da das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 das Werkstück 12 berühren, wenn ihre Geschwindigkeit null wird, kann der Steuerungsprozessor 64 außerdem beispielsweise beurteilen, dass das Werkstück 12 richtig positioniert wurde, wenn die Änderungsrate (der Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 entsprechend) der Position des Kolbens 38, welche durch den Längenmesssensor 56 detektiert wird, gleich null wird.
Auf der Basis des Gewichts des Werkstücks 12, das in der Speichereinheit 68 gespeichert ist, berechnet die Greifkraftberechnungseinheit 60 eine geeignete Greifkraft für das Werkstück 12 als einen Greifkraftzielwert. Wenn das Werkstück 12 berührt wird, erfasst außerdem die Lastzelle 50 sequentiell die Presskraft zu der Zeit, zu welcher das Greifelement 48 das Werkstück 12 presst, als eine auf das Werkstück 12 wirkende Greifkraft und gibt diesen Wert an die Steuerung 58 aus.
Somit berechnet die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Differenz zwischen dem Greifkraftzielwert und der von der Lastzelle 50 erfassten Greifkraft. Der Steuerungsprozessor 64 liefert ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44, so dass das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 das Werkstück 12 pressen, bis die Differenz zwischen der Greifkraft und dem Greifkraftzielwert gleich null wird, oder genauer gesagt bis die Greifkraft auf das Werkstück 12 den Greifkraftzielwert erreicht.
Auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals liefert dementsprechend der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 Druckfluid an die dritte Druckkammer 40. In einem Zeitraum von der Zeit t5 bis zu der Zeit t6 steigert sich hierdurch die Druckdifferenz (P3 – P4) mit der Zeit, so dass das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 weiterhin das Werkstück 12 pressen. Daher nimmt die von der Lastzelle 50 detektierte Greifkraft mit der Zeit zu.
Andererseits wird die Greifkraft (Presskraft) von dem Greifelement 48 und der Lastzelle 50 auf das Greifelement 28, die Kolbenstange 26 und den Kolben 18 über das Werkstück 12 übertragen. Obwohl in diesem Fall die Presskraft eine Störung (äußere Kraft) auf den ersten Zylinder 14 erzeugt, da die Kolbenstange 26 durch den Verriegelungsmechanismus 36 fixiert und gehalten wird, kann der Einfluss dieser Störung (d. h. eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12, die durch die Kolbenstange 26 bewirkt wird) vermieden werden.
Um Schwankungen in der Position des Greifelements 28, die durch die von dem Greifelement 28 übertragene Presskraft bewirkt werden, zu vermeiden, stellt der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 außerdem den ersten Druck P1 und den zweiten Druck P2 so ein, dass an dem Greifelement 28 eine Reaktionskraft zu der Presskraft generiert wird. Hierdurch nimmt auch die Druckdifferenz (P1 – P2) mit der Zeit zu.
Indem zu der Zeit t6 die Greifkraft den Greifkraftzielwert erreicht, wird anschließend in Schritt S10 das Werkstück 12 mit einer passenden Greifkraft von den Greifelementen 28, 48 gegriffen. Außerdem liefert der Steuerungsprozessor 64 festgelegte Steuersignale an die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44, um den Zustand, in dem das Werkstück 12 mit der passenden Greifkraft (Greifkraftzielwert) an der ersten Position X11 und der zweiten Position X22 gegriffen wird, aufrecht zu erhalten. Dementsprechend führen die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 eine Servosteuerung durch, um die ersten bis vierten Drücke P1 bis P4 zu steuern, indem die Menge des Druckfluides, das dem ersten Zylinder 14 und dem zweiten Zylinder 16 zugeführt wird, eingestellt wird, um den gegriffenen Zustand des Werkstücks 12 aufrecht zu erhalten.
In dem Fall, dass das Werkstück 12 von den Greifelementen 28, 48 gegriffen wird, kann hierbei die Haltepositionsberechnungseinheit 62 einen mittleren Mittelpunkt zwischen den berechneten kalkulierten Positionen der Greifelemente 28, 48 als die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 berechnen. Somit berechnet die Positionsverschiebungsberechnungseinheit 70 in Schritt S11 die Größe der Positionsverschiebung zwischen der berechneten zentralen Position 86, die von der Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet wurde, und der Position der axialen Mitte 80.
Wenn die Größe der Positionsverschiebung innerhalb eines festgelegten Wertes verbleibt (d. h. weniger als oder gleich der/dem festgelegte(n) Wert), beurteilt außerdem dann in Schritt S11 der Steuerungsprozessor 64, dass zwischen der axialen Mitte 80 und der zentralen Position 86 keine Positionsverschiebung auftritt (Schritt S11: NEIN) und die Servosteuerung wird weiterhin ausgeführt, um den oben genannten gegriffenen Zustand des Werkstücks 12 aufrecht zu erhalten.
Wenn andererseits die Größe der Positionsverschiebung den festgelegten Wert überschreitet, so beurteilt der Steuerungsprozessor 64 in Schritt S11, dass eine Positionsverschiebung der zentralen Position 86 relativ zu der axialen Mitte 80 aufgetreten ist (Schritt S11: JA), und in Schritt S12 wird ein Korrekturprozess durchgeführt, um die zentrale Position 86 automatisch zu der Position der axialen Mitte 80 zu korrigieren.
Wenn die Größe der Positionsverschiebung zwischen der zentralen Position 86 und der axialen Mitte 80 durch XS repräsentiert wird, gibt in Schritt S12 der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24, um den fixierten und gehaltenen Zustand der Kolbenstange 26 durch den Verriegelungsmechanismus 36 freizugeben (wie es in 8 gezeigt ist). Auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals beendet der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 die Zufuhr des Druckfluides zu dem Verriegelungsmechanismus 36, und der fixierte und gehaltene Zustand der Kolbenstange 26 wird freigegeben.
Als nächstes gibt der Steuerungsprozessor 64 ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 24 aus, um das Greifelement 28 um die Größe der Positionsverschiebung XS zu verschieben, wobei er gleichzeitig ein Steuersignal an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44 ausgibt, um das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 um die Größe der Positionsverschiebung XS zu verschieben. Auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals liefert dementsprechend der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 Druckfluid an den ersten Zylinder 14, wodurch der Kolben 18, die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 um die Größe der Positionsverschiebung XS in der X-Richtung verschoben werden. Andererseits liefert der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals Druckfluid an den zweiten Zylinder 16, wodurch der Kolben 38, die Kolbenstange 46, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 um die Größe der Positionsverschiebung XS in der X-Richtung verschoben werden.
Dementsprechend kann die zentrale Position 86 automatisch zu der Position der axialen Mitte 80 korrigiert werden, und das Werkstück 12 kann an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden. Nachdem der Kolben 18, die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 um die Größe der Positionsverschiebung XS in der X-Richtung verschoben wurden, versteht es sich, dass der Prozess des Schrittes S4 erneut ausgeführt werden kann, so dass die Kolbenstange 26 durch den Verriegelungsmechanismus 36 fixiert und gehalten werden kann.
[Vorteile der vorliegenden Ausführungsform]
Wie oben beschrieben wurde, wird bei der Spannvorrichtung 10 und dem Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine 76 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Werkstück 12 durch den ersten Zylinder 14 positioniert, und das positionierte Werkstück 12 wird von dem zweiten Zylinder 16 gepresst, wodurch das Werkstück 12, das passend auf dem Spanngrundkörper 78 platziert wurde, gegriffen wird. Auf der Basis der Position des Kolbens 18, die von dem Längenmesssensor 34 detektiert wird, und der Position des Kolbens 38, die von dem Längenmesssensor 56 detektiert wird, steuert außerdem der Steuerungsmechanismus 74 den ersten Zylinder 14 und den zweiten Zylinder 16, und das Werkstück 12 wird dann von dem Greifelement 28, das mit der Kolbenstange 26 verbunden ist, und dem Greifelement 48, das mit der Kolbenstange 46 verbunden ist, an einer festgelegten Position (der Position der axialen Mitte 80) des Spanngrundkörpers 78 gegriffen.
Hierdurch kann das Werkstück 12 gegriffen werden, ohne dass eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 auftritt. Auch wenn Abweichungen in den Formen der Werkstücke 12 vorliegen oder wenn die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 relativ zu der axialen Mitte 80 des Spanngrundkörpers 78 verschoben wird, kann das Werkstück 12 außerdem in einem Zustand gegriffen werden, in welchem die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 im Wesentlichen mit der axialen Mitte 80 zusammenfällt.
Auf der Basis der Position des Kolbens 18, die von dem Längenmesssensor 34 detektiert wird, verschiebt außerdem der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 des Steuerungsmechanismus 74 den Kolben 18, die Kolbenstange 26 und das Greifelement 28 zu der axialen Mitte 80. Andererseits verschiebt der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 den Kolben 38, die Kolbenstange 46, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 zu der axialen Mitte 80 auf der Basis der Position des Kolbens 38, die durch den Längenmesssensor 56 detektiert wird.
Dementsprechend kann das Werkstück 12 an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden, ohne dass eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 auftritt. Auch wenn Abweichungen hinsichtlich der Formen etc. von Werkstücken 12 vorliegen, oder wenn sich die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 gegenüber der axialen Mitte 80 verschiebt, kann das Werkstück 12 in einem Zustand gegriffen werden, in dem die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 mit der axialen Mitte 80 übereinstimmt.
Auf der Basis der jeweiligen Positionen der Kolben 18, 38, die erfasst werden, berechnet die Positionsverschiebungsberechnungseinheit 70 der Steuerung 58 eine Größe der Positionsverschiebung XS zwischen der axialen Mitte 80 und der zentralen Position 86 des Werkstücks 12, das von den Greifelementen 28, 48 gegriffen wird. Hierdurch verschiebt der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 die Kolbenstange 26 etc. auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung XS, und der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 verschiebt die Kolbenstange 46 etc. auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung XS, wodurch die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 auf die axiale Mitte 80 korrigiert wird.
Auch wenn Abweichungen hinsichtlich der Formen etc. der Werkstücke 12 vorliegen, oder wenn das Werkstück 12 in einem Zustand platziert wird, in dem die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 gegenüber der axialen Mitte 80 verschoben ist, kann das Werkstück 12 auf diese Weise zuverlässig an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden, da die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 automatisch auf die axiale Mitte 80 korrigiert wird, so dass die Größe der Positionsverschiebung XS gleich null wird.
Die Haltepositionsberechnungseinheit 62 berechnet die Position des Greifelements 28 auf der Basis der detektierten Position des Kolbens 18 und berechnet die Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 auf der Basis der detektierten Position des Kolbens 38. Wenn der Druckfluidzufuhrmechanismus das Greifelement 28 etc. zu der axialen Mitte 80 verschiebt bis ist die kalkulierte Position des Greifelements 28 die erste Position X11 erreicht, kann daher das Werkstück 12 an der ersten Position X11 positioniert werden. Wenn der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 etc. zu der axialen Mitte 80 verschiebt bis die kalkulierte Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 die zweite Position X22 erreicht, an welcher das Werkstück 12 gepresst wird, kann außerdem das Werkstück 12 an der zweiten Position X22 gepresst werden.
Dementsprechend kann das Werkstück 12 zuverlässig an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden. In dem Fall, dass die Größe des Werkstücks 12 vorab bekannt ist und das Werkstück 12 an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen wird, können außerdem die erste Position X11 und die zweite Position X22 vorab aus der Größe des Werkstücks 12 und der Position der axialen Mitte 80 bestimmt werden. Als Folge hiervon kann das Greifelement 28 etc. zu der ersten Position X11 verschoben werden, und das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 etc. können einfach zu der zweiten Position X22 verschoben werden.
In dem Fall, dass das Werkstück 12 auf dem Spanngrundkörper 78 so verschoben wird, dass die zentrale Position 86 des Werkstücks 12 im Wesentlichen mit der axialen Mitte 80 zusammenfällt, kann außerdem die Haltepositionsberechnungseinheit 62 die erste Position X11 und die zweite Position X22 auf der Basis der Größe des Werkstücks 12 berechnen.
Außerdem verschiebt der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 das Greifelement 28 etc. zu der axialen Mitte 80, wobei er eine Geschwindigkeit des Greifelements 28 etc. auf der Basis der Differenz zwischen der ersten Position X11 und der Position des Greifelements 28 einstellt. Auf der Basis der Differenz zwischen der zweiten Position X22 und der Position des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 verschiebt außerdem der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 etc. zu dem axialen Zentrum 80, wobei er die Geschwindigkeit des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 etc. einstellt.
Nachdem das Greifelement 28 mit hoher Geschwindigkeit an einer Position in der Nähe des Werkstücks 12 positioniert wurde, wird dementsprechend die Geschwindigkeit des Greifelements 28 an der Seite des ersten Zylinders 14 kurz vor dem Werkstück 12 reduziert und das Greifelement mit einer Geschwindigkeit von im Wesentlichen null in Kontakt mit dem Werkstück 12 gebracht. Als Folge hiervon kann das Werkstück 28 an der ersten Position X11 leicht (sanft) in Kontakt mit dem Werkstück 12 gebracht werden, so dass Stöße auf das Werkstück 12 vermieden werden können, wenn das Werkstück 12 positioniert wird.
Nachdem das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 mit hoher Geschwindigkeit zu einer Position in der Nähe des Werkstücks 12 verschoben wurden, wird außerdem an der Seite des zweiten Zylinders 16 die Geschwindigkeit des Greifelements 48 und der Lastzelle 50 an der Position X21 unmittelbar vor dem Werkstück 12 verringert und mit einer Geschwindigkeit von im Wesentlichen null in Kontakt mit dem Werkstück 12 gebracht. Hierdurch können das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 an der zweiten Position X22 leicht (sanft) in Kontakt mit dem Werkstück 12 gebracht werden, so dass Stöße auf das Werkstück vermieden werden können, wenn das Werkstück gegriffen wird.
Wenn die Position des Greifelements 28 die erste Position X11 erreicht, bewirkt der Steuerungsmechanismus 74 außerdem, dass die Kolbenstange 26 von dem Verriegelungsmechanismus 36 fixiert und gehalten wird. Wenn das Werkstück 12 gegriffen wird, kann hierdurch auch dann, wenn eine Presskraft (Greifkraft) von dem Greifelement 48 und der Lastzelle 50 über das Werkstück 12 auf das Greifelement 28 übertragen wird, beim Greifen des Werkstücks 12 eine unerwünschte Verschiebung der Kolbenstange 26 durch die Presskraft vermieden werden.
Im Einzelnen verhält sich die Presskraft wie eine äußere Kraft (Störung), wenn das Greifelement 28 das Werkstück 12 positioniert. Indem der Verriegelungsmechanismus 36 die Kolbenstange 26 fixiert und hält, kann der Einfluss dieser Störungen dementsprechend vermieden werden.
Um dies im Detail näher zu erläutern, setzen die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44 eine Servosteuerung zur Steuerung der ersten bis vierten Drücke P1 bis P4 um, indem die Menge des Druckfluides, das dem ersten Zylinder 14 und dem zweiten Zylinder 16 zugeführt wird, eingestellt wird. In dem Fall, dass die oben genannte äußere Kraft auf das Greifelement 28 ausgeübt wird, werden aus diesem Grund der erste Druck P1 und der zweite Druck P2 variiert, indem der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 eine Servosteuerung in Reaktion auf die äußere Kraft durchführt, und es besteht die Möglichkeit, dass das Greifelement 28 verschoben wird. Um eine solche Möglichkeit zu verhindern, werden Veränderungen des ersten Drucks P1 und des zweiten Drucks P2 vermieden, indem der Verriegelungsmechanismus 36 die Kolbenstange 26 greift und hält, so dass eine Änderung der Position des Greifelements 28 vermieden werden kann.
In dem Fall, dass eine Werkzeugmaschine 76 eine Laserbearbeitung an dem Werkstück 12 durchführt, besteht außerdem die Möglichkeit, dass sich der erste Druck P1 und der zweite Druck P2 aufgrund der Wärme, die durch die Laserbearbeitung erzeugt wird, verändern. Auch in diesem Fall kann eine Änderung der Position des Greifelements 28, die durch Veränderungen des ersten Druckes P1 und des zweiten Druckes P2 bewirkt würden, verhindert werden, da die Kolbenstange 26 von dem Verriegelungsmechanismus 36 gegriffen und gehalten wird.
Nachdem die Position des Greifelements 28 die erste Position X11 erreicht hat, kann der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 außerdem eine Servosteuerung durchführen, um die Position des Greifelements 28 an der ersten Position X11 zu halten. In dem Fall, dass der Verriegelungsmechanismus 36 nicht zusammen mit dem ersten Zylinder 14 vorgesehen ist oder in dem Fall, dass der Verriegelungsmechanismus 36 nicht betätigt wird, kann im Einzelnen durch Beibehalten der Position des Greifelements 28 an der ersten Position X11 durch eine Servosteuerung der positionierte Zustand des Werkstücks 12 durch den ersten Zylinder 14 beibehalten werden.
Durch Installieren der Lastzelle 50 an dem Greifelement 48 und direktes Detektieren der Greifkraft auf das Werkstück 12 kann außerdem der Grad, mit welchem die Greifkraft auf das Werkstück 12 aufgebracht wird, mit hoher Präzision detektiert werden. Mit dem Steuerungsmechanismus 74 kann das Werkstück 12 durch die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44, welche den ersten Zylinder 14 und den zweiten Zylinder 16 auf der Basis der detektierten Greifkraft steuern, außerdem mit einer passenden Greifkraft durch die Greifelemente 28, 48 gegriffen werden.
Anstelle der Installation an dem Greifelement 48 kann die Lastzelle 50 auch an dem Greifelement 28 angebracht werden, oder Lastzellen 50 können an beiden Greifelementen 28, 48 angebracht werden.
In dem Fall, dass die Lastzelle 50 an dem Greifelement 28 anstatt an dem Greifelement 48 angebracht wird, kann die Lastzelle 50 als Greifkraft die Presskraft detektieren, die von dem Greifelement 48 über das Werkstück 12 auf das Greifelement 28 übertragen wird. Auch in diesem Fall lassen sich die oben beschriebenen Effekte erzielen.
In dem Fall, dass Lastzellen 50 an beiden Greifelementen 28, 48 angebracht sind, kann außerdem die auf das Werkstück 12 aufgebrachte Greifkraft auch in dem Fall erfasst werden, dass das Werkstück 12 aufgrund der Form des Werkstücks 12 oder dergleichen nicht mittig angeordnet ist.
Anstatt die Greifkraft durch die Lastzelle 50 zu erfassen, kann bei der vorliegenden Ausführungsform auch die Greifkraftberechnungseinheit 50 die Greifkraft, die auf das Werkstück 12 aufgebracht wird, auf der Basis des von dem Drucksensor 30 erfassten ersten Druckes P1 und des von dem Drucksensor 32 erfassten zweiten Druckes P2 berechnen. Alternativ kann die Greifkraftberechnungseinheit 60 die Greifkraft auf das Werkstück 12 auf der Basis des dritten Druckes P3, der von dem Drucksensor 52 erfasst wird, und des vierten Druckes P4, der von dem vierten Drucksensor 54 erfasst wird, berechnen.
Im Einzelnen kann in dem Fall, dass eine hohe Genauigkeit der Greifkraft nicht erforderlich ist, die Greifkraft auch auf der Basis des ersten Druckes P1 und des zweiten Druckes P2 und/oder des dritten Druckes P3 und des vierten Druckes P4 abgeschätzt werden. Auch in diesem Fall kann das Werkstück 12 durch die Druckfluidzufuhrmechanismen 24, 44, welche den ersten Zylinder 14 und den zweiten Zylinder 16 auf der Basis der abgeschätzten Greifkraft steuern, mit einer passenden Greifkraft gegriffen werden.
Die Greifkraftberechnungseinheit 60 kann als Greifkraftzielwert außerdem eine Greifkraft berechnen, welche dem Gewicht des Werkstücks 12 entspricht. In diesem Fall kann der Druckfluidzufuhrmechanismus 24 den ersten Druck P1 und den zweiten Druck P2 so steuern, dass die berechnete Greifkraft gleich dem Greifkraftzielwert wird. Außerdem kann der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 den dritten Druck P3 und den vierten Druck P4 so steuern, dass die berechnete Greifkraft gleich dem Greifkraftzielwert wird.
In dem Fall, dass die ersten bis vierten Drücke P1 bis P4 auf der Basis des Gewichts des Werkstücks 12 gesteuert werden und die Greifelemente 28, 48 verschoben werden, kann auf diese Weise das Aufbringen einer übermäßigen Greifkraft auf ein Werkstück 12 mit geringem Gewicht oder das Aufbringen einer nicht ausreichenden Greifkraft auf ein schweres Werkstück 12 vermieden werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform können außerdem der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 in einer solchen Weise an dem Spanngrundkörper 78 angebracht werden, dass die Richtung der Positionierungskraft, die von dem Greifelement 28 auf das Werkstück 12 wirkt, und die Richtung einer Presskraft, die von dem Greifelement 48 auf das Werkstück 12 wirkt, auf im Wesentlichen der gleichen Achse liegen. Da die Positionierungskraft und die Presskraft entlang der gleichen einzigen Achse auf das Werkstück 12 aufgebracht werden, kann dementsprechend eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 vermieden werden, wobei das Werkstück 12 auch sehr effizient gegriffen werden kann.
Im Einzelnen sind in dem Fall des ersten Beispiels der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 einander gegenüberliegend an dem Spanngrundkörper 78 befestigt, wobei die axiale Mitte 80 dazwischen aufgenommen ist. Daher kann eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 verhindert werden, und das Werkstück 12 kann zuverlässig an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden.
Außerdem sind in dem Fall des zweiten Beispiels ein erster Zylinder 14 und ein zweiter Zylinder 16, die einander gegenüberliegend mit dazwischen angeordneter axialer Mitte 80 vorgesehen sind, gepaart, und mehrere Paare der Zylinder sind an dem Spanngrundkörper 78 in einem festgelegten Winkelintervall in radialer Weise relativ zu der axialen Mitte 80 angebracht. Dementsprechend wird eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 zuverlässig verhindert, wobei das Werkstück 12 zuverlässig an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden kann.
Außerdem sind bei dem dritten Beispiel wenigstens drei der ersten Zylinder 14 und der zweiten Zylinder 16 insgesamt mit einem festgelegten Winkelabstand in radialer Weise relativ zu der axialen Mitte 80 angebracht, und die ersten Zylinder 14 und die zweiten Zylinder 16 sind so an dem Spanngrundkörper 78 angebracht, dass die Richtung einer kombinierten Positionierungskraft und die Richtung einer kombinierten Presskraft auf im Wesentlichen der gleichen Achse liegen. Auch wenn der erste Zylinder 14 und der zweite Zylinder 16 nicht einander gegenüberliegend mit dazwischen angeordneter axialer Mitte 80 angeordnet sind, kann auf diese Weise eine Positionsverschiebung des Werkstücks 12 verhindert werden und das Werkstück 12 an der Position der axialen Mitte 80 gegriffen werden, solange die Richtung der kombinierten Positionierungskraft und der kombinierten Presskraft im Wesentlichen auf der gleichen einzigen Achse angeordnet sind.
[Modifikation der vorliegenden Ausführungsform]
Als nächstes wird eine Modifikation der Spannvorrichtung 10 mit Bezug auf 9 erläutert. Diejenigen Aufbauelemente der Modifikation, die die gleichen sind wie die in 1 gezeigten, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf die detaillierte Beschreibung dieser Merkmale wird hier verzichtet.
Die in 9 gezeigte Modifikation unterscheidet sich von der Gestaltung gemäß 1 dahingehend, dass der zweite Zylinder 16 einen Tandemzylinder aufweist, der durch zwei Zylindereinheiten 16a, 16b gebildet wird, die in der X-Richtung der Pfeile X1, X2 verbunden sind.
In diesem Fall ist in der Zylindereinheit 16a auf der Seite in der X1-Richtung eine Kolbenstange 46a mit einem Kolben 38a verbunden, wobei das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 an einem distalen Ende der Kolbenstange 46a vorgesehen sind. Im Inneren der Zylindereinheit 16a wird durch den Kolben 38a eine fünfte Druckkammer 100 gebildet. Ein Positionserfassungssensor 102, der die Position des Kolbens 38a erfasst, ist an der Zylindereinheit 16a angebracht. Der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 liefert Druckfluid mit einem fünften Druck P5, der ein festgelegter fixierter Druck ist, zu der fünften Druckkammer 100. Der fünfte Druck P5 wird durch einen Drucksensor 104 erfasst.
Andererseits ist in der Zylindereinheit 16b an der Seite in der X2-Richtung eine Kolbenstange 46b mit einem Kolben 38b verbunden. Ein distales Ende in der X2-Richtung der Kolbenstange 46b ist beispielsweise an dem Spanngrundkörper 78 befestigt. Außerdem ist das Innere der Zylindereinheit 16b durch den Kolben 38b in die dritte Druckkammer 40 und die vierte Druckkammer 42 unterteilt. In diesem Fall erfasst der Längenmesssensor 56 die Position des Kolbens 38b. Die Zylindereinheit 16a und die Zylindereinheit 16b werden durch eine Wand 106 getrennt.
Bei der Modifikation wird in einem Zustand, in dem das Werkstück 12 durch das Greifelement 28 positioniert ist, ein Druckfluid mit dem fünften Druck P5, der ein vergleichsweise niedriger Druck ist, von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 44 der fünften Druckkammer 100 zugeführt.
Da ein Steuersignal von dem Steuerungsprozessor 64 eingegeben wird, wenn Druckfluid mit dem vierten Druck P4 von dem Druckfluidzufuhrmechanismus 44 der vierten Druckkammer 42 zugeführt wird, wird in diesem Fall der zweite Zylinder 16 in seiner Gesamtheit in der X1-Richtung verschoben, weil der Kolben 38b und die Kolbenstange 46b an dem Spanngrundkörper 78 befestigt sind.
In dem Fall, dass der zweite Zylinder 16 weiter als Ganzes in der X1-Richtung verschoben wird, wodurch das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in Kontakt mit dem Werkstück 12 kommen, nehmen der Kolben 38a, die Kolbenstange 46a, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 die Kraft von dem Werkstück 12 auf und absorbieren sie, da der fünfte Druck P5 ein vergleichsweise niedriger Druck ist, und sie werden integral in der X2-Richtung zurückgezogen. Da der fünfte Druck P5 ein vergleichsweise niedriger Druck ist, wird im Einzelnen die Kraft von dem Werkstück 12 auf das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 ausgeübt, und das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 werden in der X2-Richtung zurückgezogen, nachdem das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in leichten (sanften) Kontakt mit dem Werkstück 12 getreten sind.
In dem Fall, dass der Kolben 38a zu einer Position (der Position der Wand 106) die dem Positionsdetektionssensor 102 gegenüberliegt, zurückgezogen wird, erfasst außerdem der Positionsdetektionssensor 102 einen magnetischen Fluss, der von einem nicht dargestellten Magneten generiert wird, der an dem Kolben 38a angeordnet ist, und ein Detektionssignal, das anzeigt, dass der Kolben 38a zu der Position des Positionsdetektionssensors 102 zurückgezogen wurde, wird an die Steuerung 58 ausgegeben. Auf der Basis des ihm eingegebenen Detektionssignals ist dementsprechend der Steuerungsprozessor 64 in der Lage, zu erfassen, dass das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 in Kontakt mit dem Werkstück 12 getreten sind.
Als nächstes gibt der Steuerungsprozessor 64 an den Druckfluidzufuhrmechanismus 44 ein Steuersignal, um dem Druckfluidzufuhrmechanismus 44 zu befehlen, dafür zu sorgen, dass die auf das Werkstück 12 wirkende Greifkraft den Greifkraftzielwert erreicht. Auf der Basis des ihm eingegebenen Steuersignals erhöht der Druckfluidzufuhrmechanismus 44 dementsprechend die zugeführte Menge an Druckfluid zu der vierten Druckkammer 42, wodurch der vierte Druck P4 erhöht wird. Dementsprechend wird eine Druckkraft entsprechend dem vierten Druck P4 über den Kolben 38a, die Kolbenstange 46a, das Greifelement 48 und die Lastzelle 50 auf das Werkstück 12 aufgebracht, und das Werkstück 12 kann mit den Greifelementen 28, 48 gegriffen werden.
Indem bei der Modifikation gemäß 9 der zweite Zylinder 16 in Tandembauweise verwendet wird, können somit Stöße, die beim Kontakt hiermit auf das Werkstück 12 aufgebracht werden, vermieden werden. In dem Fall, dass der zweite Zylinder 16 in Tandembauweise verwendet wird, können außerdem bei der Modifikation gemäß 9 die gleichen Effekte und Vorteile wie bei der Gestaltung gemäß 1 erreicht werden, da das Werkstück 12 gegriffen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003-159606 [0002]
JP 05-024237 [0003, 0005]
JP 10-184844 [0067]
JP 2008-249025 [0067]
JP 03-041124 [0068]

Claims

Eine Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine zum Greifen eines Werkstücks (12) als einem Zielobjekt, das mit der Werkzeugmaschine (76) bearbeitet werden soll, umfassend: einen Spanngrundkörper (78); einen ersten Zylinder (14), der an dem Spanngrundkörper (78) angebracht ist und in dem eine mit einem ersten Kolben (18) verbundene erste Kolbenstange (26) in einer Richtung zu dem Werkstück (12) verschoben wird, um dadurch das Werkstück (12) zu positionieren; einen zweiten Zylinder (16), der an dem Spanngrundkörper (78) angebracht ist und in dem eine mit einem zweiten Kolben (38) verbundene zweite Kolbenstange (46) in einer Richtung zu dem Werkstück (12) verschoben wird, um dadurch das positionierte Werkstück (12) zu pressen; einen ersten Positionsdetektionssensor (34), der eine Position des ersten Kolbens (18) erfasst; einen zweiten Positionsdetektionssensor (56), der eine Position des zweiten Kolbens (38) erfasst, und einen Steuerungsmechanismus (74), der den ersten Zylinder (14) und den zweiten Zylinder (16) auf der Basis der Position des ersten Kolbens (18) und der Position des zweiten Kolbens (38), die erfasst wurden, so steuert, dass das Werkstück (12) an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers (78) durch die erste Kolbenstange (26) und die zweite Kolbenstange (46) gegriffen wird.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei der Steuerungsmechanismus (74) außerdem umfasst: eine erste Zylindersteuerung (24), welche die erste Kolbenstange (26) durch Steuerung des ersten Zylinders (14) verschiebt; und eine zweite Zylindersteuerung (44), welche die zweite Kolbenstange (46) durch Steuerung des zweiten Zylinders (16) verschiebt, wobei: die erste Kolbenstange (26) entsprechend einer durch die erste Zylindersteuerung (24) durchgeführten Steuerung zu einer axialen Mitte (80) des Spanngrundkörpers (78) verschoben wird, um dadurch das Werkstück (12) an einer festgelegten Position an dem Spanngrundkörper (78) zu positionieren; und die zweite Kolbenstange (46) entsprechend einer von der zweiten Zylindersteuerung (44) durchgeführten Steuerung zu der axialen Mitte (80) des Spanngrundkörpers (78) verschoben wird, um dadurch das Werkstück (12) zu pressen.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei der Steuerungsmechanismus (74) außerdem einen Positionsverschiebungsberechnungseinheit (70) erfasst, die die Größe der Positionsverschiebung zwischen der axialen Mitte (80) und einer zentralen Position (86) des Werkstücks (12), das von der ersten Kolbenstange (26) und der zweiten Kolbenstange (46) gegriffen wird, auf der Basis der Position des ersten Kolbens (18) und der Position des zweiten Kolbens (38), die erfasst wurden, berechnet, wobei die erste Zylindersteuerung (24) die erste Kolbenstange (26) auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung verschiebt, und die zweite Zylindersteuerung (44) die zweite Kolbenstange (46) auf der Basis der Größe der Positionsverschiebung verschiebt, wodurch die zentrale Position (86) des Werkstücks (12) auf die axiale Mitte (80) korrigiert wird.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei der Steuerungsmechanismus (74) außerdem eine Endpositionsberechnungseinheit (62) umfasst, welche eine Position eines Endes der ersten Kolbenstange (26) auf der Basis der detektierten Position des ersten Kolbens (18) berechnet und eine Position eines Endes der zweiten Kolbenstange (46) auf der Basis der detektierten Position des zweiten Kolbens (38) berechnet, wobei: die erste Zylindersteuerung (24) die erste Kolbenstange (26) zu der axialen Mitte (80) verschiebt bis die berechnete Position des Endes der ersten Kolbenstange (26) die erste Position erreicht, die dazu konfiguriert ist, das Werkstück (12) zu positionieren; und die zweite Zylindersteuerung (44) die zweite Kolbenstange (46) zu der axialen Mitte (80) verschiebt bis die berechnete Position des Endes der zweiten Kolbenstange (46) eine zweite Position erreicht, die dazu konfiguriert ist, das Werkstück (12) zu pressen.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, wobei: die erste Zylindersteuerung (24) die erste Kolbenstange (26) zu der axialen Mitte (80) verschiebt, wobei eine Geschwindigkeit der ersten Kolbenstange (26) auf der Basis der ersten Position und der Position des Endes der ersten Kolbenstange (26) angepasst wird; und wobei die zweite Zylindersteuerung (44) die zweite Kolbenstange (46) auf der Basis der zweiten Position und der Position des Endes der zweiten Kolbenstange (46) zu der axialen Mitte (80) verschiebt, wobei eine Geschwindigkeit der zweiten Kolbenstange (46) angepasst wird.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, wobei der Steuerungsmechanismus (74) außerdem eine Verriegelungseinheit (36) aufweist, welche die erste Kolbenstange (26) fixiert und hält, wenn die Position des Endes der ersten Kolbenstange (26) die erste Position erreicht.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, wobei die erste Zylindersteuerung (24) die Position des Endes der ersten Kolbenstange (26) an der ersten Position hält, nachdem die Position des Endes die erste Position erreicht hat.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei ein Greifkraftdetektionssensor (50); der eine von der ersten Kolbenstange (26) und der zweiten Kolbenstange (46) auf das Werkstück (12) aufgebrachte Greifkraft erfasst, an einem Ende der ersten Kolbenstange (26), welches das Werkstück (12) berührt und/oder einem Ende der zweiten Kolbenstange (46), welches das Werkstück (12) berührt, vorgesehen ist.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei: der erste Zylinder (14) und der zweite Zylinder (16) Fluiddruckzylinder sind; die erste Zylindersteuerung (24) eine Druckfluidzufuhrvorrichtung aufweist, welche die erste Kolbenstange (26) durch Zufuhr eines Druckfluides zu dem ersten Zylinder (14) verschiebt; und die zweite Zylindersteuerung (44) eine Druckfluidzufuhrvorrichtung aufweist, welche die zweite Kolbenstange (46) durch Zufuhr eines Druckfluides zu dem zweiten Zylinder (16) verschiebt.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei: eine erste Druckkammer (20) und eine zweite Druckkammer (22), die durch den ersten Kolben (18) abgetrennt werden, in einem Inneren des ersten Zylinders (14) ausgebildet sind; eine dritte Druckkammer (40) und eine vierte Druckkammer (42), die durch den zweiten Kolben (38) abgetrennt werden, in einem Inneren des zweiten Zylinders (16) ausgebildet sind, die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine außerdem umfasst: einen ersten Drucksensor (30), der einen ersten Druck der ersten Druckkammer (20) erfasst; einen zweiten Drucksensor (32), der einen zweiten Druck der zweiten Druckkammer (22) erfasst; einen dritten Drucksensor (52), der einen dritten Druck der dritten Druckkammer (40) erfasst; und einen vierten Drucksensor (54), der einen vierten Druck der vierten Druckkammer (42) erfasst, wobei der Steuerungsmechanismus (74) außerdem eine Greifkraftberechnungseinheit (60) aufweist, die eine durch die erste Kolbenstange (26) und die zweite Kolbenstange (46) auf das Werkstück (12) aufgebrachte Greifkraft auf der Basis des detektierten ersten Druckes und des detektierten zweiten Druckes und/oder des detektierten dritten Druckes und des detektierten vierten Druckes berechnet.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, wobei: die Greifkraftberechnungseinheit (60) als einen Greifkraftzielwert eine Greifkraft berechnet, die einem Gewicht des Werkstücks (12) entspricht; die erste Zylindersteuerung (24) den ersten Druck und den zweiten Druck so steuert, dass die berechnete Greifkraft gleich dem Greifkraftzielwert wird; und die zweite Zylindersteuerung (44) den dritten Druck und den vierten Druck so steuert, dass die berechnete Greifkraft gleich dem Greifkraftzielwert wird.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei der erste Zylinder (14) und der zweite Zylinder (16) derart an dem Spanngrundkörper (78) angebracht sind, dass eine Richtung einer Positionierungskraft, die von der ersten Kolbenstange (26) auf das Werkstück (12) wirkt, und eine Richtung einer Presskraft, die von der zweiten Kolbenstange (46) auf das Werkstück (12) wirkt, auf im Wesentlichen der gleichen Achse liegen.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, wobei der erste Zylinder (14) und der zweite Zylinder (16) einander gegenüberliegend an dem Spanngrundkörper (78) angebracht sind, wobei die axiale Mitte (80) dazwischen aufgenommen ist.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, wobei in einem Fall, dass ein erster Zylinder (14) und ein zweiter Zylinder (16), die einander gegenüberliegend mit dazwischen aufgenommener axialer Mitte (80) angeordnet sind, ein Paar bilden, mehrere Paare der Zylinder (14, 16) in einem festgelegten Winkelintervall in radialer Weise relativ zu der axialen Mitte (80) an dem Spanngrundkörper (78) angebracht sind.
Die Spannvorrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, wobei in dem Fall, dass wenigstens drei der ersten Zylinder (14) und der zweiten Zylinder (16) insgesamt in einem festgelegten Winkelintervall in radialer Ausrichtung relativ zu der axialen Mitte (80) angebracht sind, die ersten Zylinder (14) und die zweiten Zylinder (16) in einer solchen Weise an dem Spanngrundkörper (78) befestigt sind, dass eine Richtung einer kombinierten Positionierungskraft und eine Richtung einer kombinierten Presskraft im Wesentlichen auf der gleichen Achse liegen.
Ein Spannverfahren für eine Werkzeugmaschine (76) zum Greifen eines Werkstücks (12) als einem Zielobjekt, das mit der Werkzeugmaschine (76) bearbeitet werden soll, umfassend: einen ersten Schritt der Verschiebung einer ersten Kolbenstange (26), die mit einem ersten Kolben (18) eines ersten Zylinders (14), der an einem Spanngrundkörper (78) befestigt ist, verbunden ist, in einer Richtung zu dem Werkstück (12), um dadurch das Werkstück (12) in einem Zustand zu positionieren, in dem das Werkstück (12) auf dem Spanngrundkörper (78) platziert ist; und einen zweiten Schritt der Verschiebung einer zweiten Kolbenstange (46), die mit einem zweiten Kolben (38) eines zweiten Zylinders (16), der an dem Spanngrundkörper (78) befestigt ist, verbunden ist, in einer Richtung zu dem Werkstück (12), um dadurch das positionierte Werkstück (12) zu pressen; wobei in dem zweiten Schritt ein Steuerungsmechanismus (74) den ersten Zylinder (14) und den zweiten Zylinder (16) auf der Basis einer Position des ersten Kolbens (18), die von einem ersten Positionsdetektionssensor (34) erfasst wird, und einer Position des zweiten Kolbens (38), die von einem zweiten Positionsdetektionssensor (56) erfasst wird, derart steuert, dass das Werkstück (12) an einer festgelegten Position des Spanngrundkörpers (78) durch die erste Kolbenstange (26) und die zweite Kolbenstange (46) gegriffen wird.