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STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeuggreifmechanismus zum Greifen eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In einer ultrapräzisen Werkzeugmaschine wird im Allgemeinen kein automatisches Werkzeugaustauschsystem aus Gründen eingesetzt, wie zum Beispiel Genauigkeit zur Zeit der Werkzeugbefestigung und -lösung und der Größe des Maschinensystems. In einer spanabhebenden Maschine, die die Formbearbeitung einer optischen Komponente ausführt, wird das maschinelle Bearbeiten im Allgemeinen mit einem einzigen Werkzeug ausgeführt, und die Abweichungseinstellung eines Werkzeugs und die Einstellung der dynamischen Balance eines Werkzeugs werden jedes Mal vorgenommen, wenn ein Werkzeugaustausch ausgeführt wird.
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Ein rotierendes Werkzeug ist an einer Fluidlagerspindel befestigt, die in einer ultrapräzisen Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Da die Fluidlagerspindel eine Luftturbinenspindel oder dergleichen ist und mit hoher Drehzahl rotiert, ist der Körper der Spindel kompakt. Dementsprechend ist es schwierig, eine komplizierte Struktur für den Werkzeugaustausch in der Welle der Spindel vorzusehen. Einige ultrapräzise Werkzeugmaschinen nutzen das Aufschrumpfen für den Werkzeugaustausch. In Bezug auf die Temperaturstabilität ist es jedoch nicht wünschenswert, eine Wärmequelle, die fast bis 500 °C hoch heizt, in oder um die Maschine herum für diesen Zweck vorzusehen. Insbesondere in ultrapräzisen Werkzeugmaschinen, in denen eine Genauigkeit in der Größenordnung von mehreren Nanometern erforderlich ist, ist es schwierig, das Aufschrumpfen für den Werkzeugaustausch einzusetzen.
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Außerdem ist auf dem Gebiet der ultrapräzisen maschinellen Bearbeitung die Einstellung der dynamischen Balance wichtig für die Bearbeitung. Wenn die maschinelle Bearbeitung durch Drehen einer Spindel mit einer Drehzahl von mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute ausgeführt wird, beeinträchtigen Abweichung und Vibration das Bearbeiten, und daher muss die Balance auf etwa mehrere Milligramm eingestellt werden. Dementsprechend können Wellenfehlabgleich und ein unausgeglichener Zustand eines Werkzeugs nicht ignoriert werden. Bei einer Luftturbinenspindel, die oft bei der ultrapräzisen Bearbeitung verwendet wird, da die Phasen des Werkzeugs und der Welle zur Zeit nicht automatisch aneinander angepasst werden können, müssen Einstellungen der dynamischen Balance vorgenommen werden, nachdem ein Werkzeughalter an der Welle befestigt wurde.
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Aus
DE 195 43 734 C1 ist ein Werkzeughalter mit Magneten bekannt, die alle so angeordnet sind, dass ihre Südpole der Halteraufnahme zugewandt sind. Weiterhin weist die Halteraufnahme Magnete auf, die alle so angeordnet sind, dass ihre Nordpole dem Werkzeughalter zugewandt sind.
US 2 953 970 A beschreibt eine Halterung zur Befestigung eines optischen Elements an einem optischen System, wobei ein Haltering einen permanentmagnetischen Abschnitt aufweist, der als Ring aus keramischem permanentmagnetischem Material ausgebildet ist, das so magnetisiert ist, dass abwechselnde Nord- und Südpole in axialer Richtung ausgerichtet sind.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeuggreifmechanismus vorzusehen, bei dem die Anordnung von Magneten ermöglicht, den Werkzeughalter an einer Welle zu befestigen, wobei die Phasen derselben aneinander angepasst werden, wenn der Werkzeughalter an der Welle befestigt ist. Diese Aufgabe wird durch einen Werkzeuggreifmechanismus gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Beachtet man die Tatsache, dass eine Schneidkraft beim Bearbeiten durch eine ultrapräzise Werkzeugmaschine schwach ist, verwendet die vorliegende Erfindung Werkzeugbefestigung und -lösung mittels Magneten. Magneten werden in einer Fläche eines Werkzeughalters zum Greifen eines Werkzeugs und einer Fläche einer Welle vorgesehen, die einander gegenüberliegen, und der Werkzeughalter wird durch Anziehungskräfte der Magnete eingespannt. Mehrere Magnete werden auf einem Umfang auf der Oberfläche des Werkzeughalters angeordnet, und mehrere Magnete werden auch auf einem Umfang auf der Oberfläche der Welle angeordnet. Daher wird eine Anziehungskraft des Werkzeughalters in Bezug auf die Welle sichergestellt. Ferner werden die Polaritäten von nur einem Paar von Magneten unter den Magneten, die auf den Flächen des Werkzeughalters und der Welle anders als die der anderen Magnete eingestellt. Dadurch wird eine Phase fixiert, in der der Werkzeughalter befestigt wird. Wenn in der Zwischenzeit der Werkzeughalter von der Welle entfernt wird, wird Luft oder dergleichen durch ein Loch, das in der Welle vorgesehen ist, unter Druck durchgeschickt, um die Magnetkräfte zu schwächen.
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Das Installieren eines automatischen Werkzeugaustauschsystems in einer ultrapräzisen Werkzeugmaschine ermöglicht es, mehrere Werkzeuge automatisch auszutauschen und kann so langfristige maschinelle Bearbeitung realisieren. Zum Beispiel kann die integrierte Bearbeitung von der Vorbearbeitung bis zur Fertigbearbeitung durch automatisches Auswechseln eines Werkzeugs zur Vorbearbeitung gegen ein Werkzeug zur Fertigbearbeitung ausgeführt werden. Durch Einstellen der Polaritäten von nur einem Paar von Magneten unter den Magneten, so dass sie den anderen Magneten gegenüberliegen, kann eine alleinige Phase für die Welle und den Werkzeughalter bestimmt werden. Durch Ausführen der Balanceeinstellung im Voraus für eine phasenangepasste Kombination eines Werkzeughalters und einer Welle kann dementsprechend das Bearbeiten bald ausgeführt werden, nachdem der Werkzeughalter an der Welle befestigt wurde, weil eine Einstellung der dynamischen Balance nicht nötig ist.
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Ein Werkzeuggreifmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Werkzeughalter, an dem ein Werkzeug befestigt werden kann, und eine Welle, an der der Werkzeughalter befestigt ist. Die Welle wird an einer Drehwelle einer Spindelvorrichtung befestigt. Der Werkzeughalter und die Welle weisen entsprechend eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, wobei die erste und zweite Fläche einander gegenüberliegen. Ferner sind mindestens zwei Magnete in der ersten Fläche des Werkzeughalters angeordnet, und mindestens einer der mindestens zwei Magnete hat Polrichtungen, die sich von denen der anderen der mindestens zwei Magnete unterscheiden. Außerdem sind Magnete in der zweiten Fläche der Welle so angeordnet, dass sie sich an Positionen befinden, die den in der ersten Fläche angeordneten Magneten entsprechen und Magnetkräfte in Richtungen erzeugen, in denen die in der ersten Fläche angeordneten Magnete angezogen werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Anordnung der Magnete die Befestigung des Werkzeughalters an der Welle, wobei die Phasen der Welle und des Werkzeughalters aneinander angepasst sind. Wenn die Größen und die Zahl der Magnete steigen, steigen die Anziehungskräfte, und daher kann das Werkzeug fester ergriffen werden. Außerdem gilt, dass durch Herstellen einer Kombination, bei der nur ein Paar von Magneten unter den mehreren Magneten in den Flächen des Werkzeughalters und der Welle Polaritäten hat, die sich von anderen Magneten unterscheiden (nur ein Magnet der mehreren Magnete, die in der Oberfläche der Welle angeordnet sind, ist so ausgerichtet, das der N-Pol nach oben zeigt, und die anderen Magneten derselben sind so ausgerichtet, dass der S-Pol nach oben zeigt; und nur ein Magnet der mehreren Magnete, die in der Oberfläche des Werkzeughalters angeordnet sind, ist so ausgerichtet, dass der S-Pol nach unten zeigt, und die anderen Magnete desselben sind so ausgerichtet, dass der N-Pol nach unten zeigt), der Werkzeughalter mit der Welle in einer Kombination verbunden werden kann, in der die einzige Phase erreicht wird. Mit dem Werkzeuggreifmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung können daher die Phasen des Werkzeugs und der welle aneinander angepasst werden. Durch Herstellen eines Werkzeughalters entsprechend einem Ungleichgewicht des Werkzeugs wird dementsprechend die Einstellung der dynamischen Balance des Werkzeughalters zur Spindel unnötig.
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Die Welle kann durch die Drehwelle der Spindelvorrichtung mit einem Fluidlager, das dazwischen angeordnet ist, abgestützt werden. Da die Welle bei dieser Erscheinungsform durch ein Lager abgestützt wird, wie zum Beispiel ein Fluidlager (z.B. ein Luftlager), das einen geringen Widerstand gegen Rotation hat, kann der Effekt erreicht werden, dass die Welle durch die Magnetkräfte gedreht wird. Wenn der Werkzeughalter automatisch an der Welle befestigt wird, bewirkt die Annäherung der Welle an den Werkzeughalter, dass die Welle durch Magnetkräfte gedreht wird, und dann stoppt die Welle in einer Phase, in der die einzige Kombination erreicht wird. Der Werkzeughalter kann also an der Welle in einem Zustand befestigt werden, in dem die Phasen des Werkzeughalters und der Welle aneinander angepasst sind. Da ein mechanisches Teil in einer Luftturbinenspindel keine Struktur enthält, die eine Magnetkraft erzeugt, kann die Ausrichtung nicht fixiert werden. Dementsprechend ist die Ausrichtung unter Verwendung von Magneten wirksam.
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Der Werkzeughalter und die Welle können paarweise jeweils verjüngte Bereiche enthalten, so dass der Werkzeughalter koaxial an der Welle befestigt wird. In dieser Erscheinungsform dienen die verjüngten Bereiche als Führung, da verjüngte Bereiche sowohl im Werkzeughalter wie auch in der Welle vorgesehen sind. Dementsprechend kann der Werkzeughalter koaxial an der Welle befestigt werden.
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Die Welle kann ein Durchgangsloch an einer Endfläche gegenüber einer Fläche haben, an der der Werkzeughalter befestigt ist, wobei das Durchgangsloch axial durch die Endfläche zum Werkzeughalter hin läuft. Bei dieser Erscheinungsform können die Magnetkräfte zwischen dem Werkzeughalter und der Welle geschwächt werden, um das Abtrennen des Werkzeughalters von der Welle zu erleichtern, indem zur Zeit des Werkzeugaustauschs der Druck von Luft oder dergleichen aus einem hinteren Teil des Durchgangslochs in der Welle auf den Werkzeughalter ausgeübt wird.
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Die Magnete, die in der zweiten Fläche der Welle angeordnet sind, können axial-symmetrisch in Bezug auf die Welle sein. Da die Magnete in dieser Erscheinungsform axial-symmetrisch in Bezug auf die Welle sind, wird der Einfluss eines Ungleichgewichts der Welle reduziert, und eine Balanceeinstellung nach dem Austausch des Werkzeughalters wird unnötig.
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Die vorliegende Erfindung kann einen Werkzeuggreifmechanismus bereitstellen, bei dem die Anordnung von Magneten ermöglicht, den Werkzeughalter an einer Welle zu befestigen, wobei die Phasen derselben aneinander angepasst werden, wenn der Werkzeughalter an der Welle befestigt wird.
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Figurenliste
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Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
- 1 ist eine Querschnittsansicht zum Erläutern der Strukturen eines Werkzeughalters und einer Welle, die eine Ausführungsform eines Werkzeuggreifmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
- 2 ist eine Ansicht, die zeigt, dass ein Paar von Magneten aus mehreren Magneten, die im Werkzeughalter und der Welle angeordnet sind, Polaritäten entgegengesetzt zu denen der anderen Magnete haben.
- 3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels, bei dem Magnete, die dieselben Formen haben, in einem Werkzeughalterkörperteil und in der Welle so angeordnet sind, dass sie gleiche Abstände auf konzentrischen Kreisen haben.
- 4 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels, bei dem ein Paar von Magneten zum Ausrichten, die größer sind als andere Magnete, jeweils im Werkzeughalter und in der Welle angeordnet sind.
- 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem halbmondförmige Magnete in der Welle und im Werkzeughalter angeordnet sind.
- 6 ist ein Diagramm, das zeigt, dass die Welle drehbar von einer Drehwelle einer Spindelvorrichtung mit einem Fluidlager gestützt wird, das dazwischen angeordnet ist.
- 7 ist ein Diagramm, das die interne Struktur einer Luftturbinenspindel (Spindelvorrichtung) einschließlich eines Luftlagers zeigt.
- 8 ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Luftturbinenspindel von 7 zeigt, bei der Luft aus dem Luftlager durch ein Turbinenblatt läuft und durch das Turbinenauslassloch strömt; und die
- 9A und 9B zeigen eine Struktur, in der ein verjüngter Bereich in einer Verbindung zwischen dem Werkzeughalter und der Welle vorgesehen ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Strukturen eines Werkzeughalters und einer Welle, die eine Ausführungsform eines Werkzeuggreifmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, werden mit Verweis auf 1 beschrieben.
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Ein Werkzeuggreifmechanismus zum Ergreifen eines Werkzeugs 1 umfasst einen Werkzeughalter 2 und eine Welle 3. Das Werkzeug 1 ist am Werkzeughalter 2 befestigt.
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Der Werkzeughalter 2 umfasst einen Werkzeughalterkörperteil 2d und ein Befestigungselement 2a, das in der Mitte desselben ein Durchgangsloch 2b hat, durch welches das Werkzeug 1 eingeführt wird. Das Durchgangsloch 2b des Befestigungselementes 2a hat eine Form, bei der ein Innendurchmesser desselben sich allmählich zum Werkzeughalterkörperteil 2d hin vergrößert. Das Befestigungselement 2a hat Bolzenlöcher 2c für die Anbringung von Bolzen, die parallel zum Durchgangsloch 2b vorgesehen sind. Außerdem hat der Werkzeughalterkörperteil 2d Stiftteile 2e, ein Durchgangsloch 2f und Innengewindeteile (nicht dargestellt) zum Befestigen von Bolzen, die in den Bolzenlöchern 2c angebracht sind. Das Durchgangsloch 2b des Befestigungselementes 2a und die Stiftteile 2e des Werkzeughalterkörperteils 2d stellen eine Keilstruktur dar.
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Das Ergreifen des Werkzeugs 1 durch den Werkzeughalter 2 von 1 wird beschrieben.
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Zuerst werden die Stiftteile 2e des Werkzeughalterkörperteils 2d in das Durchgangsloch 2b des Befestigungselementes 2a eingepasst, um zeitweilig das Befestigungselement 2a und den Werkzeughalterkörperteil 2d miteinander zu verbinden. Dann wird das Werkzeug 1 in das Durchgangsloch 2b des Befestigungselementes 2a und das Durchgangsloch 2f des Werkzeughalterkörperteils 2d eingeführt. Bolzen (nicht dargestellt) werden in die Bolzenlöcher 2c des Befestigungselementes 2a eingesetzt, und das Werkzeug 1 wird am Werkzeughalter 2 durch eine Keilstruktur fixiert, die durch das Durchgangsloch 2b des Befestigungselementes 2a und die Stiftteile 2e des Werkzeughalterkörperteils 2d gebildet wird.
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Die Welle 3 hat Bolzenlöcher 3a, die an einer Drehwelle des Rotationsantriebsmittels (nicht dargestellt) fixiert werden müssen, indem Bolzen (nicht dargestellt) durch die Bolzenlöcher 3a geschoben werden. Es ist zu beachten, dass die Welle 3 einen trichterförmigen Teil 3b hat, in den ein Endteil des Werkzeugs 1 eingesetzt wird.
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Die Magnete 4a, 5a; 4b, 5b werden jeweils an einer Fläche des Werkzeughalterkörperteils 2d und einer Fläche der Welle 3 befestigt, die einander gegenüberliegen, wenn der Werkzeughalterkörperteil 2d an der Welle 3 befestigt wird. Speziell werden ein Magnet 4a und mehrere Magnete 5a auf einem Umfang auf der Oberfläche des Werkzeughalterkörperteils 2d angeordnet, und ein Magnet 4b und mehrere Magnete 5b werden auf einem Umfang auf der Oberfläche der Welle 3 angeordnet an Positionen, die denen der Magnete 4a und 5a entsprechen, welche auf der Oberfläche des Werkzeughalterkörperteils 2d angeordnet sind, um Magnetkräfte in Richtungen zu erzeugen, in denen die Magnete 4a bzw. 5a angezogen werden.
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Da Anziehungskräfte zwischen den Magneten 4a und 5a und den Magneten 4b und 5b zwischen dem Werkzeughalter 2 und der Welle 3 wirken, kann der Werkzeughalter 2 dementsprechend an der Welle 3 befestigt werden. In einer ultrapräzisen Werkzeugmaschine weist die Verbindung durch die Magnete 4a und 5a und der Magnete 4b und 5b eine ausreichende Kraft aus, da eine Schneidkraft derselben gering ist. Da die Zahl der Umdrehungen der Welle 3 mehrere zehntausend Umdrehungen pro Minute beträgt, ist es jedoch wünschenswert, dass mehr als einer der Magnete 4a, 5a, 4b, 5b starke Neodymmagnete sind.
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2 ist eine Ansicht, die ein Paar von Magneten zeigt (ein Magnet 5a im Werkzeughalter 2 angeordnet und ein Magnet 5b in der Welle 3 angeordnet) unter den mehreren Magneten 4a, 5a; 4b, 5n, die jeweils im Werkzeughalter 2 (Werkzeughalterkörperteil 2d) und der Welle 3 angeordnet sind, und Polaritäten entgegengesetzt zu denen der anderen Magnete (Magnete 4a und 4b) haben. Speziell hat der Magnet 5a, der im Werkzeughalter 2 angeordnet ist, eine Polarität, die sich von denen der anderen Magnete 4a unterscheidet, welche im Werkzeughalter 2 angeordnet sind, und der Magnet 5b, der in der Welle 3 angeordnet ist, hat eine Polarität, die sich von denen der anderen Magnete 4b unterscheidet, welche in der Welle 3 angeordnet sind.
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Wenn jedoch die mehreren Magnete 4a, 5a; 4b, 5B, die dieselben Formen (dieselben Stärken) haben, sowohl in der Oberfläche des Werkzeughalterkörperteils 2d als auch in der Oberfläche der Welle 3 angeordnet sind, mit gleichem Abstand auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wie in 3 gezeigt, führt eine rotatorische Verlagerung des Werkzeughalters 2 gegenüber der Welle 3 um einen bestimmten Winkel dazu, dass sich die paarweisen Magnete 5a und 5b einander nicht mehr anziehen können, und dazu, dass jeder der paarweisen Magnete 5a und 5b und jeder der anderen Magnete 4b und 4a sich einander abstoßen. Im Ergebnis dessen kann der Werkzeughalter 2 nicht mehr zur Welle 3 ausgerichtet werden.
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Selbst wenn die Magnete 4a, 5a; 4b, 5b zufällig verteilt sind statt abstandsgleich angeordnet, auf konzentrischen Kreisen, und wenn die Anziehung zwischen den Magneten größer als die Abstoßung dazwischen ist, wird der Werkzeughalter 2 mit der Welle 3 in einer Position verbunden, die sich von der Position unterscheidet, in der Ausrichtung erreicht werden soll.
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4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Ausführungsform, bei der ein Paar von Magneten zum Ausrichten, die größer sind als andere Magnete, jeweils im Werkzeughalter 2 und in der Welle 3 angeordnet sind.
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Ein Magnet 6a, der im Werkzeughalter 2 angeordnet ist, hat eine größere Magnetkraft (hat eine größere Magnetform oder hat eine stärkere Magnetkraft) als andere Magnete 7a, die im Werkzeughalter 2 angeordnet sind, und ein Magnet 6b, der in der Welle 3 angeordnet ist, hat eine größere Magnetkraft (hat eine größere Magnetform oder hat eine stärkere Magnetkraft) als andere Magnete 7b, die in der Welle 3 angeordnet sind.
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Wenn das Paar von Magneten 6a und 6b, das zum Ausrichten angeordnet ist, größer ist als die anderen Magnete 7a und 7b, wie in 4 gezeigt, erzeugen die Magnete 6a und 6b eine Abstoßungskraft in Bezug auf die anderen Magnete 7a und 7b und ziehen sich nicht mehr an, wenn der Werkzeughalter 2 gegenüber der Welle 3 um einen bestimmten Winkel verlagert und phasenverschoben ist. Wie in 4 gezeigt, sind die Magnete 6a, 7a; 6b, 7b auch nicht axial-symmetrisch. Dies ist ein Faktor, der ein Ungleichgewicht der Spindelwelle verursacht, an der die Welle 3 befestigt ist, und die Anziehungskräfte schwächt.
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5 zeigt ein Beispiel, bei dem halbmondförmige Magnete 8a, 9a; 8b, 9b jeweils in der Welle 3 und dem Werkzeughalter 2 angeordnet sind.
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Wenn der Werkzeughalter 2 gegenüber der Welle 3 sich um einen bestimmten Winkel aus einer Position dreht, in der die Magnete 8a und 9a des Werkzeughalters 2 den Magneten 8b und 9b der Welle 3 entsprechen (Position der Phase, in der Ausrichtung erreicht wird), sind Anziehung und Abstoßung zwischen den Magneten 8a und 9a und den Magneten 8b und 9b gemischt, und der Werkzeughalter 2 gerät in einen Zustand, in dem der Werkzeughalter 2 nicht mit der Welle 3 durch Magnetkräfte verbunden werden kann.
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6 ist ein Diagramm, das zeigt, dass die Welle drehbar von einer Drehwelle einer Spindelvorrichtung mit einem Fluidlager gestützt wird, das dazwischen angeordnet ist.
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Der Werkzeughalter 2 wird in Bezug auf die Welle 3 so ausgerichtet, dass die Magnete 8a und 9a des Werkzeughalters 2 und die Magnete 8b und 9b der Welle 3 einander abstoßen, und der Werkzeughalter 2 wird veranlasst, sich der Welle 3 anzunähern, die von einem Fluidlager gestützt wird, wobei der Werkzeughalter 2 in einem nichtdrehbaren Zustand gehalten wird. Die Annäherung des Werkzeughalters 2 wird unmittelbar gestoppt, bevor der Werkzeughalter 2 mit der Welle 3 vereint wird. Dann dreht sich die Welle 3 (in einer Richtung, die durch einen Pfeil 10 angezeigt wird) gegenüber dem Werkzeughalter 2 (der in einem nichtdrehbaren Zustand gehalten wird) in eine Position, in der starke Anziehungskräfte zwischen den Magneten 8a und 9a des Werkzeughalters 2 und den Magneten 8b und 9b der Welle 3 wirken, und der Werkzeughalter 2 wird mit der Welle 3 verbunden (zu derselben ausgerichtet) in einem Zustand, in dem die Drehung der Welle 3 zum Stillstand gebracht ist. Der Werkzeughalter 2 wird also mit der Welle 3 in einer einzigen Position verbunden, in der Ausrichtung erreicht wird.
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In der Welle 3 von 6 können außerdem mehrere Magnete in einer axialsymmetrischen Weise angeordnet sein. Diese Struktur ist dementsprechend ideal in Bezug auf die Balance der Spindel und Magnetkräfte zum Ausrichten des Werkzeughalters 2 zur Welle 3. Auch wenn die Magnete 8a, 9a; 8b, 9b, die jeweils in der Welle 3 bzw. im Werkzeughalter 2 angeordnet sind, wie in 6 gezeigt, in einer Weise angeordnet sind, wie in 4 oder 5 gezeigt, kann die Welle 3, an der das Werkzeug 1 befestigt ist, automatisch durch Anpassen der Phasen des Werkzeughalters 2 und der Welle 3 zueinander automatisch ausgetauscht werden.
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Bei der Struktur, die in dieser 6 gezeigt wird, ist das Werkzeug 1 zum maschinellen Bearbeiten am Werkzeughalter 2 mit fixierter Phase befestigt. Mehrere Werkzeughalter 2 werden für die Vorbearbeitung, Fertigbearbeitung und dergleichen hergestellt. Für jeden der Werkzeughalter 2 werden die Phasen des Werkzeughalters 2 und der Welle 3 der Spindel aneinander angepasst, und die Einstellung der dynamischen Balance der Spindel wird im Voraus ausgeführt. Der Werkzeughalter 2 und die Welle 3 werden miteinander durch die oben beschriebenen Aktionen der Magnete verbunden. Da die dynamische Balance auch bereits eingestellt worden ist, kann die Bearbeitung bald nach dem Austausch des Werkzeughalters 2 beginnen.
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Wenn der Werkzeughalter 2 und die Welle 3 von 6 einander nahekommen, dreht sich die Welle 3 in eine Position, bei der Anziehungskräfte der Magnete, die jeweils im Werkzeughalter 2 und der Welle 3 vorgesehen sind, erzeugt werden, weil die Welle 3 drehbar von der Drehwelle der Spindelvorrichtung gestützt wird, mit dem Fluidlager dazwischen angeordnet.
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In einer Position, in der Anziehung und Abstoßung der Magnete einander entsprechen während der relativen Rotation zwischen dem Werkzeughalter 2 und der Welle 3, wie in 5 gezeigt, stoppt die Drehung der Welle 3 sofort, bevor der Werkzeughalter 2 und die Welle 3 miteinander verbunden werden. Durch Verbinden des Werkzeughalters 2 mit der Welle 3, nachdem bestätigt ist, dass die Welle 3 in ihre vorgegebene Ausrichtungsposition rotiert, kann der Werkzeughalter 2 in Bezug auf die Welle 3 ausgerichtet werden.
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7 ist ein Diagramm, das die interne Struktur einer Luftturbinenspindel (Spindelvorrichtung) einschließlich eines Luftlagers zeigt.
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Eine Drehwelle 21 einer Luftturbinenspindel 20 wird drehbar von einem Luftlager 23 gestützt. Die Welle 3 ist an einer Endfläche 22 der Drehwelle 21 mit Bolzen befestigt (nicht dargestellt). Luft, die vom Luftlager 23 ausgestoßen wird, wird aus einem Turbinenauslassloch 25 an der Außenseite der Luftturbinenspindel 20 freigesetzt, wie durch einen Pfeil 24 in 7 angezeigt wird.
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Die Luftturbinenspindel 20, einschließlich des Luftlagers 23, hat eine Struktur, bei der Luft aus dem Luftlager 23 durch ein Turbinenblatt 26 durchgeht und durch das Turbinenauslassloch 25 strömt, wie durch die Pfeile 27 in 8 angezeigt. Luft strömt durch die Turbine, auch wenn die Antriebsturbine angehalten ist. Die Welle 3 rotiert also, selbst wenn die Turbine gestoppt ist. Dieser Zustand, bei dem die Welle 3 natürlicherweise rotiert, ist ein Zustand, bei dem die Phasenanpassung durch Magnetkräfte leicht ausgeführt werden kann.
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Die 9A und 9B zeigen eine Struktur, in der ein verjüngter Bereich in einer Verbindung zwischen dem Werkzeughalter 2 und der Welle 3 vorgesehen ist.
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Das Vorsehen eines verjüngten Bereichs 2g im Werkzeughalterkörperteil 2d des Werkzeughalters 2 ermöglicht, dass der Werkzeughalter 2 koaxial mit der Welle 3 verbunden wird. Außerdem ist in Welle 3 eine Entlüftung 3c vorgesehen. Wenn der Werkzeughalter 2 von der Welle 3 abgetrennt wird, wird Luft durch die Entlüftung 3c in die Welle 3 geliefert, in Richtungen, die durch die Pfeile 3d angezeigt werden. Der Werkzeughalter 2, der von Magnetkräften angezogen wird und der den verjüngten Bereich 2g des Werkzeughalterkörperteils 2d hat, welcher in den trichterförmigen Teil 3b der Welle 3 eingepasst ist, lässt sich nicht leicht von der Welle 3 trennen. Dementsprechend wird eine Kraft auf den Werkzeughalter 2 von der Außenseite her angewendet (durch axiale Anwendung des Drucks eines Fluids aus dem Inneren der Welle 3, wobei ein Druck auf ein Loch ausgeübt wird, das in einer Verbindung 2h zwischen dem Werkzeughalterkörperteil 2d und der Welle 3 vorgesehen ist, wobei der Werkzeughalter 2 mit einem Stab oder dergleichen gestoßen wird), um es einfacher zu machen, die Welle 3 (trichterförmiger Teil 3b) vom Werkzeughalter 2 zu trennen (verjüngter Bereich 2g des Werkzeughalterkörperteils 2d).
