DE102015116347A1

DE102015116347A1 - Hauptspindelvorrichtung für eine werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102015116347A1
Application number: DE102015116347.0A
Authority: DE
Inventors: Nobumitsu Hori; Kunimichi Nakashima; Yoshihiro Arai; Toshiyuki Tsuzuki; Tetsuro Furuhata
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-04-07
Also published as: JP2016074050A; CN105478806B; CN105478806A; US20160096227A1; US9796025B2; JP6492502B2

Abstract

Eine Hauptspindelvorrichtung hat eine Hauptspindel 10, eine Stange 30, die in der Hauptspindel untergebracht ist, wobei die Stange in der Lage ist, sich auf eine Ausspannposition Pa zu dem ersten Ende hin zu bewegen, und wobei sie dann, wenn die Hauptspindel das Werkzeug hält, in der Lage ist, sich auf eine Spannposition Pc in einer Richtung zu einem zweiten Ende zu bewegen, eine Vorspanneinheit 33, die die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, und die die Stange auf die Spannposition vorspannt, wenn eine Spannhülse das Werkzeug hält; und einen Vorspannkraftdetektor, der eine Vorspannkraft der Vorspanneinheit erfasst, die die Stange in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, nachdem die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende durch eine Kraft, die größer als die Vorspannkraft der Vorspanneinheit ist, auf die Ausspannposition bewegt wurde.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hauptspindelvorrichtungen von Werkzeugmaschinen.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Hauptspindelvorrichtungen von Werkzeugmaschinen, die ein Werkstück mit einem austauschbaren Rotationswerkzeug bearbeiten, etwa ein Bearbeitungszentrum, haben typischerweise ein Gehäuse, eine Hauptspindel, eine Stange und einen Kolben. Die Hauptspindel ist so gestützt, dass sie mit Bezug auf das Gehäuse drehbar ist. Die Stange ist in der Hauptspindel untergebracht und ist so gestützt, dass sie in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung der Hauptspindel hin- und herzubewegen. Eine Spannhülse, die ein an dem distalen Ende (ersten Ende) der Hauptspindel angebrachtes Werkzeug hält und frei gibt, ist an dem distalen Ende (ersten Ende) der Stange montiert, und die Stange ist in einer Richtung zu dem hinteren Ende (zweiten Ende) mit Bezug auf die Hauptspindel durch eine Vielzahl von Tellerfedern vorgespannt. Wenn die Stange durch die Tellerfedern vorgespannt wird und sich in der Richtung zu dem hinteren Ende auf eine Spannposition bewegt, dann zieht die Stange das durch die Spannhülse gehaltene Werkzeug in der Richtung zu dem hinteren Ende, sodass das Werkzeug an dem distalen Ende der Hauptspindel befestigt wird. Der Kolben ist mit Bezug auf die Stange an der hinteren Endseite angeordnet, sodass er von dem hinteren Ende der Stange geringfügig beabstandet ist. Wenn das Werkzeug getauscht oder entfernt wird, dann wird der Kolben dazu verwendet, die Stange in der Richtung zu dem distalen Ende durch eine Kraft zu bewegen, die größer als die Vorspannkraft der Tellerfedern ist. Wenn die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem distalen Ende auf eine Ausspannposition bewegt wird, dann löst die Spannhülse das Werkzeug, sodass das Werkzeug gewechselt oder entfernt werden kann.
In einer solchen Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine beeinträchtigt die Vorspannkraft der Tellerfedern die das Werkzeug stützende Kraft stark. Eine Verringerung der Vorspannkraft der Tellerfedern infolge ihrer Verschlechterung beeinträchtigt daher die Bearbeitungsgenauigkeit usw. stark. Falls ein Arbeiter Werkstücke bearbeitet, ohne eine solche Abnahme der Vorspannkraft der Tellerfedern zu bemerken, können schadhafte Erzeugnisse hergestellt werden, da die Werkstücke nicht mit der gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit bearbeitet werden, oder während der Bearbeitung kann eine Anormalität auftreten, die die Werkzeugmaschine für eine lange Zeit stoppt. Dementsprechend wird in einer Produktionsstätte, die solche Spindelvorrichtungen von Werkzeugmaschinen verwenden, die Vorspannkraft der Tellerfedern regelmäßig überprüft und die Tellerfedern werden ersetzt, bevor sie das Ende ihres Lebenszyklus erreichen.
Das Überprüfen der Vorspannkraft der Tellerfedern ist eine sehr mühsame Aufgabe. Herkömmlicherweise wird an dem distalen Ende der Hauptspindel anstelle des Werkzeugs T ein Spannkraftmessgerät TK (siehe 17) oder TR (siehe 18) angebracht, das ähnlich wie ein in 16 gezeigtes normales Werkzeug T aussieht, und die Vorspannkraft der Tellerfedern wird mittels des Spannkraftmessgeräts TK, TR gemessen. Das in 17 gezeigte Spannkraftmessgerät TK hat einen aufgenommenen Abschnitt TK1, der in der Hauptspindel aufzunehmen ist, und einen vorragenden Abschnitt TK2, der von der Hauptspindel vorragen soll. Der aufgenommene Abschnitt TK1 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie das Werkzeug T. Jedoch hat der vorragende Abschnitt TK2 eine mechanische Konfiguration und einen elektronischen Schaltkreis zum Messen der Vorspannkraft, eine Anzeigeeinheit usw. Der vorragende Abschnitt TK2 hat daher eine Form, die sich beträchtlich von der des Werkzeugs T unterscheidet, und er ist viel schwerer als das Werkzeug T. Das in 18 gezeigte Spannkraftmessgerät TR überträgt das Messergebnis usw. an eine drahtlose Einheit TRC auf drahtlose Weise, und hat einen aufgenommenen Abschnitt TR1, der in der Hauptspindel aufzunehmen ist, und hat einen vorragenden Abschnitt TR2, der von der Hauptspindel vorragen soll. Der aufgenommene Abschnitt TR1 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie das Werkzeug T. Jedoch hat der vorragende Abschnitt TR2 eine mechanische Konfiguration und einen elektronischen Schaltkreis zum Messen der Vorspannkraft, einen elektronischen Schaltkreis für eine Übertragung, usw. Der vorragende Abschnitt TR2 hat daher eine Form, die sich beträchtlich von der des Werkzeugs T unterscheidet, und er ist viel schwerer als das Werkzeug T. Dementsprechend kann es sein, dass das Spannkraftmessgerät TK, TR beim Anbringen oder Abnehmen von der Hauptspindel durch eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung nicht auf geeignete Weise an der Hauptspindel angebracht oder von ihr abgenommen werden kann. Das kostenintensive Spannkraftmessgerät TK, TR kann daher herunterfallen und zu Bruch gehen.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-246610 ( JP2008-246610A ) offenbart eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine, bei der ein Drucksensor, der eine Drückkraft erfasst, die aufgebracht wird, um eine Stange auf eine Ausspannposition zu drücken, an dem distalen Ende eines Kolbens angebracht ist, und in einem Gehäuse ist ein Stangenverschiebungsdetektor vorgesehen, der eine Verschiebung der Stange erfasst. Die in JP 2008-246610 A offenbarte Hauptspindelvorrichtung drückt die Stange, die sich in einer Spannposition befindet, in einer Richtung zu der Ausspannposition, durch den Kolben, und erhält die Spannkraft einer Spannhülse auf Grundlage der Drückkraft des Kolbens und dem Federweg der Stange, um zu bestimmen, ob es Zeit zum Austauschen der Tellerfedern geworden ist.
Ideale Federn haben lineare Kennungen mit einer linearen Beziehung zwischen der Last und dem Federweg. Jedoch haben tatsächliche Federn (insbesondere Tellerfedern) keine ideale lineare Kennung, sondern haben nicht-lineare Kennungen mit einer Hysterese, wie dies durch Last-Federweg-Kennlinien in 6 dargestellt ist. Bei den in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinien ist eine Last Fa eine Last, die einer Verformung Pc in einem Fall entspricht, in dem die Last allmählich von dem Wert Null erhöht wird, und eine Last Fb ist eine Last, die einem Federweg Pc in dem Fall entspricht, in dem die Last allmählich verringert wurde, nachdem sie von Null auf die dem Federweg Pa entsprechende Last erhöht wurde. Infolge der Hysterese variiert die dem gleichen Federweg Pc (PC) entsprechende Last in Abhängigkeit davon, ob der Federweg von Null (keine Last) erhöht wird, oder ob der Federweg von dem großen Ferderweg Pa verringert wird. In den in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinien ist ein Pfad, auf dem die Last allmählich von dem Wert Null auf die dem Federweg Pa entsprechende Last erhöht wird, als der „Vorwärtspfad“ bezeichnet, und ein Pfad, auf dem die Last allmählich von der dem Federweg Pa entsprechenden Last auf den Wert Null verringert wird, ist als der „Rückkehrpfad“ bezeichnet.
In dem Fall der Hauptspindelvorrichtungen der Werkzeugmaschine wird durch den Kolben eine Last auf die Tellerfedern aufgebracht, bis die Stange die Ausspannposition erreicht, die dem Federweg Pa in der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie entspricht. Dann wird die Stange durch die Vorspannkraft der Tellerfedern allmählich in einer Richtung zu der Spannposition bewegt, und das Werkzeug wird eingespannt gehalten, wobei sich die Stange an der Spannposition befindet, die dem Federweg Pc entspricht. Um die Vorspannkraft der Tellerfedern in den Hauptspindelvorrichtungen der Werkzeugmaschinee zu erhalten, muss besser die Last (Last Fb), die dem Federweg Pc in dem Rückkehrpfad der Last-Federweg-Kennlinie von 6 entspricht als die Last (Last Fa), die dem Federweg Pc in deren Vorwärtspfad entspricht, ermittelt werden.
Jedoch erhält die in JP 2008-246610 A beschriebene Hauptspindelvorrichtung die Last (Last Fa), die dem Federweg Pc in dem Vorwärtspfad der in 6 gezeigten Last-Verschiebungs-Kennlinie entspricht. Daher ermittelt die in JP 2008-246610 A beschriebene Hauptspindelvorrichtung die Last, die größer als die Last (Last Fb) ist, die tatsächlich erhalten werden soll. Da in diesem Fall die tatsächliche Last (Last Fb) der Tellerfedern, wenn das Werkzeug eingespannt ist, kleiner als die ermittelte Last (Fa) ist, kann der Zeitpunkt zum Austauschen der Tellerfedern bereits verstrichen sein, was nicht vorzuziehen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, das die Vorspannkraft einer Vorspanneinheit, etwa von Tellerfedern zum Einspannen eines Werkzeugs ohne Verwendung eines Spannkraftmessgeräts präziser messen kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine Folgendes: eine Hauptspindel, die so gestützt ist, dass sie relativ zu einem Gehäuse drehbar ist, und die ein erstes Ende hat, an dem ein Werkzeug angebracht ist; eine Stange, die in der Hauptspindel untergebracht ist, sodass sie koaxial dazu verläuft, und die in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung mit Bezug auf die Hauptspindel hin- und herzubewegen, wobei die Stange in der Lage ist, sich in einer Richtung zu dem ersten Ende auf eine Ausspannposition, an der das Werkzeug hin freigegeben wird, zu bewegen, und wobei sie dann, wenn die Hauptspindel das Werkzeug hält, in der Lage ist, sich in einer Richtung zu einem zweiten Ende der Hauptspindel auf eine Spannposition zu bewegen, an der das Werkzeug eingespannt wird; eine Spannhülse, die an einem ersten Ende der Stange angebracht ist, die das Werkzeug dann hält, wenn sich die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in einer Richtung zu dem zweiten Ende bewegt, und die das Werkzeug freigibt, wenn sich die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt; eine Vorspanneinheit, die die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, und die die Stange auf die Spannposition vorspannt, wenn die Spannhülse das Werkzeug hält; und einen Vorspannkraftdetektor, der eine Vorspannkraft der Vorspanneinheit erfasst, die die Stange in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, nachdem die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende durch eine Kraft, die größer als die Vorspannkraft der Vorspanneinheit ist, auf die Ausspannposition bewegt wurde.
Da die Hauptspindelvorrichtung des zuvor erwähnten Gesichtspunkt die Vorspannkraft der Vorspanneinheit, die die Stange in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, ermittelt, nachdem die Stange auf die Ausspannposition bewegt wurde, kann die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkt eine Last auf geeignete Weise in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie ermitteln. Die Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann daher die Vorspannkraft der Vorspanneinheit auf präzisere Art messen, ohne ein Spannkraftmessgerät zu verwenden.
Die Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann ferner Folgendes aufweisen: einen Zuführpfad, durch den Hydrauliköl mit einem vorbestimmten Druck zugeführt wird; einen Abgabepfad, durch den das Hydrauliköl abgegeben wird; einen Kolben, der an einer zweiten Endseite mit Bezug auf die Stange vorgesehen ist und der in der Lage ist, sich mit Bezug auf die Hauptspindel in der Achsrichtung hin- und herzubewegen, wobei der Kolben mit einem zweiten Ende der Stange in Kontakt ist und die Stange durch die Kraft auf die Ausspannposition bewegt, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt, und wobei der Kolben von der Stange getrennt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende bewegt; einen Zylinder, der den Kolben aufnimmt, und der eine Ausspannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl befüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt, und eine Spannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende bewegt; einen Ausspannpfad, der mit der Ausspannkammer verbunden ist, so dass er als ein Pfad dient, durch den die Ausspannkammer mit dem Hydrauliköl gefüllt wird und das Hydrauliköl in der Ausspannkammer abgegeben wird; einen Spannpfad, der mit der Spannkammer verbunden ist, so dass er als ein Pfad dient, durch den die Spannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Spannkammer abgegeben wird; ein Schaltventil, das zwischen einer Position, an der der Ausspannpfad verbunden ist, und einer Position, an der der Spannpfad verbunden ist, umschaltet; einen Umgehungspfad, der den Ausspannpfad und den Abgabepfad verbindet oder die Ausspannkammer und den Abgabepfad verbindet; ein Umgehungsventil, das in dem Umgehungspfad vorgesehen ist und das eine Öffnungsposition, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad öffnet, und eine Schließposition hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad schließt; einen Druckdetektor, der in der Lage ist, zumindest einen von einem Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer, eines Drucks des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad und einem Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen; eine Steuereinrichtung, die das Schaltventil und das Umgehungsventil steuert, um den Druck mit dem Druckdetektor zu erfassen; und eine Speichereinheit. In Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit, kann die Steuereinrichtung das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuern, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, um die Stange auf die Ausspannposition in der Richtung zu dem ersten Ende hin durch die Kraft zu bewegen, die größer als die Vorspannkraft ist, kann dann den Druck mit dem Druckdetektor messen, während sie das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuert, dass die Stange und der Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt werden, und kann die Vorspannkraft auf Grundlage einer Zeit, die benötigt wird, dass der gemessene Druck von einem ersten vorbestimmten Druck auf einen zweiten vorbestimmten Druck abfällt, oder auf Grundlage eines Gradienten als eine Druckdifferenz zwischen dem ersten vorbestimmten Druck und dem zweiten vorbestimmten Druck für die Zeit, die dafür benötigt wird, dass der gemessene Druck von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abnimmt, und auf Grundlage einer im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation, ermitteln.
Die Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann durch eine genauere Konfiguration eine Last in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie ermitteln und kann die Vorspannkraft der Vorspanneinheit präzise messen.
In der Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann ein erstes Ende des Umgehungspfads an einer Position eines Pfads, entlang dem sich der Kolben bewegt, angeschlossen sein, wobei die Position eine Position ist, die sich in der Ausspannkammer befindet, die dann ausgebildet wird, wenn die Stange durch den Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende auf die Ausspannposition bewegt wird, die ohne Störeingriff durch den Kolben öffnet, wenn sich die Stange an der Ausspannposition befindet, und die dann durch den Kolben geschlossen wird, wenn die sich an der Ausspannposition befindliche Stange den Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt und die Spannposition erreicht, und der Druckdetektor kann in der Lage sein, den Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer oder den Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen. In Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit kann die Steuereinrichtung das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuern, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, sodass die Stange durch die Kraft, die größer als die Vorspannkraft ist, auf die Ausspannposition in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, kann dann den Druck mit dem Druckdetektor messen, während das Schaltventil und das Umgehungsventil so gesteuert werden, dass die Stange und der Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt werden, und kann die Vorspannkraft auf Grundlage eines im Wesentlichen konstanten Drucks, der dann durch den Druckdetektor erfasst wird, wenn die sich an der Ausspannposition befindliche Stange die Spannposition erreicht und der Kolben die Bewegung in der Richtung zu dem zweiten Ende hin stoppt, und auf Grundlage der im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation ermitteln, anstelle die Vorspannkraft durch Messen der Zeit zu ermitteln, die dafür benötigt wird, dass der gemessene Druck von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abnimmt, oder des Gradienten als die Druckdifferenz zwischen dem ersten vorbestimmten Druck und dem zweiten vorbestimmten Druck für die Zeit, die der gemessene Druck benötigt, um von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abzunehmen.
Da die Hauptspindelvorrichtung gemäß obigem Gesichtspunkt den Zeitpunkt kennen kann, zu dem der Kolben eine Position erreicht hat, die der Spannposition entspricht (den Zeitpunkt, zu dem die Stange die Spannposition erreicht hat), ohne dass ein Positionsdetektor erforderlich ist, kann die Hauptspindelvorrichtung der Werkzeugmaschine durch eine einfache Konfiguration implementiert werden.
Die Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann ferner Folgendes aufweisen: einen Stangenpositionsdetektor, der in der Lage ist, eine Position der Stange zu erfassen, oder einen Kolbenpositionsdetektor, der in der Lage ist, eine Position eines Kolbens zu erfassen; einen Zuführpfad, durch den Hydrauliköl mit einem vorbestimmten Druck zugeführt wird; einen Abgabepfad, durch den das Hydrauliköl abgegeben wird; wobei der Kolben an einer zweiten Endseite mit Bezug auf die Stange vorgesehen ist und in der Lage ist, sich in der Achsrichtung mit Bezug auf die Hauptspindel hin- und herzubewegen, wobei der Kolben mit einem zweiten Ende der Stange in Kontakt ist und die Stange auf die Ausspannposition durch die Kraft bewegt, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt, und wobei der Kolben von der Stange getrennt wird, wenn sich der Kolben in der Richtung zu dem zweiten Ende hin mit Bezug auf die Hauptspindel bewegt; einen Zylinder, der den Kolben aufnimmt, und der eine Ausspannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt, und eine Spannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt; einen Ausspannpfad, der mit der Ausspannkammer verbunden ist, sodass er als ein Pfad dient, durch den die Ausspannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Ausspannkammer abgegeben wird; einen Spannpfad, der mit der Spannkammer verbunden ist, sodass er als ein Pfad dient, durch den die Spannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Spannkammer abgegeben wird; ein Schaltventil, das eine Position, an der der Ausspannpfad verbunden ist, und eine Position, an der der Spannpfad verbunden ist, umschaltet; einen Umgehungspfad, der den Ausspannpfad und den Abgabepfad verbindet oder der die Ausspannkammer und den Abgabepfad verbindet; ein Umgehungsventil, das in dem Umgehungspfad vorgesehen ist und das eine offene Position hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad öffnet, und das eine geschlossene Position hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad schließt; einen Druckdetektor, der in der Lage ist, zumindest eines von einem Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer, einem Druck des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad, und einem Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen; eine Steuereinrichtung, die das Schaltventil und das Umgehungsventil steuert, um mit dem Druckdetektor den Druck zu erfassen; und eine Speichereinheit. In Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit kann die Steuereinrichtung das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuern, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, um die Stange auf die Ausspannposition in der Richtung zu dem ersten Ende hin durch die Kraft zu bewegen, die größer als die Vorspannkraft ist, kann dann den Druck mit dem Druckdetektor messen, während das Schaltventil und das Umgehungsventil so gesteuert werden, dass sich die Stange und der Kolben in der Richtung zu dem zweiten Ende hin durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit bewegen, und kann die Position der Stange mit dem Stangenpositionsdetektor messen, oder kann die Position des Kolbens mit dem Kolbenpositionsdetektor messen, und kann die Vorspannkraft auf Grundlage des durch den Druckdetektor erfassten Drucks und der im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation ermitteln, wenn die Stange die Spannposition erreicht oder der Kolben eine der Spannposition entsprechende Position erreicht.
Da die Hauptspindelvorrichtung gemäß dem obigen Gesichtspunkt den Zeitpunkt kennen kann, zu dem die Stange die Spannposition erreicht hat (oder dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben die der Spannposition entsprechenden Position erreicht hat), indem der Positionsdetektor (der Stangenpositionsdetektor oder der Kolbenpositionsdetektor) verwendet wird, kann die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts die Vorspannkraft der Vorspanneinheit präziser messen.
Bei der Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts kann eine Drossel, die einen Durchfluss des Hydrauliköls einstellt, in dem Umgehungspfad vorgesehen sein.
Da die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts die Drossel in dem Umgehungspfad hat, kann die Geschwindigkeit, mit der der Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit bewegt wird, auf geeignete Weise verringert werden. Die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts kann daher die Vorspannkraft der Vorspanneinheit präziser messen.
In der Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts kann in dem Ausspannpfad ein Vorsteuerrückschlagventil vorgesehen sein. Das Vorsteuerrückschlagventil kann den Ausspannpfad dann öffnen, wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad gleich wie oder höher als ein vorbestimmter Druck ist, und kann das Abgeben des Hydrauliköls von der Ausspannkammer verhindern und kann zulassen, dass das Hydrauliköl in die Ausspannkammer strömt, wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad niedriger als der vorbestimmte Druck ist.
Die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts hat das Vorsteuerrückschlagventil in dem Ausspannpfad. Dies stabilisiert den Druck des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad und der Ausspannkammer beim Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit, sodass die Hauptspindelvorrichtung gemäß obigem Gesichtspunkt den Druck, der durch den Druckdetektor erfasst wird, präziser messen kann. Die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts kann daher die Vorspannkraft der Vorspanneinheit präziser messen.
Die Hauptspindelvorrichtung des obigen Gesichtspunkts kann ferner eine Anzeigeeinheit aufweisen. Die Vorspannkraft kann in voreingestellten, vorbestimmten Intervallen ermittelt werden und zumindest eine Anormalität der Vorspanneinheit, eine Lebensdauer der Vorspanneinheit und/oder ein Zeitpunkt zum Austauschen der Vorspanneinheit kann auf Grundlage einer Variationstendenz der ermittelten Vorspannkraft ermittelt werden und an der Anzeigeeinheit angezeigt werden.
Die Hauptspindelvorrichtung gemäß obigem Gesichtspunkt zeigt zumindest eines von der Anormalität der Vorspanneinheit, der Lebensdauer der Vorspanneinheit und dem Zeitpunkt zum Austauschen der Vorspanneinheit. Dies ist praktisch, da dies den Arbeiter auf geeignete Weise dazu veranlassen kann, die Vorspanneinheit auszuwechseln.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet werden, und wobei:
1 ein Schaubild ist, das die allgemeine Konfiguration einer Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ein Schaubild ist, das Öldruckpfade und die Positionen einer Stange und eines Kolbens in dem Fall zeigt, dass ein Werkzeug eingespannt ist;
3 ein Schaubild ist, das die Öldruckpfade und die Positionen der Stange und des Kolbens in dem Fall zeigt, in dem das Werkzeug ausgespannt ist;
4 ein Schaubild ist, das die Öldruckpfade und die Positionen der Stange und des Kolbens zum Zeitpunkt des Messens der Vorspannkraft einer Vorspanneinheit darstellt;
5 ein Schaubild ist, das ein Beispiel von gemessenen Drücken beim Messen der Vorspannkraft der in 4 gezeigten Vorspanneinheit veranschaulicht;
6 ein Schaubild ist, das ein Beispiel einer Last-Federweg-Kennlinie mit einer Hysterese, nämlich die Beziehung zwischen der Last und dem Federweg der Vorspanneinheit, etwa der Tellerfedern, veranschaulicht;
7 ein Schaubild ist, das die allgemeine Konfiguration einer Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ein Schaubild ist, das Öldruckpfade und die Positionen einer Stange und eines Kolbens zum Zeitpunkt des Messens der Vorspannkraft einer Vorspanneinheit in dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, und den Zustand darstellt, in dem sich die Stange an einer Ausspannposition befindet;
9 ein Schaubild ist, das den Zustand darstellt, in dem sich die Stange und der Kolben von dem Zustand aus 8 in einer Richtung zu einer Spannposition hin bewegt haben und der Kolben die Spannposition erreicht hat;
10 ein Schaubild ist, das ein Beispiel von gemessenen Drücken beim Messen der Vorspannkraft der in 8 und 9 gezeigten Vorspanneinheit darstellt;
11 ein Schaubild ist, das die allgemeine Konfiguration einer Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt;
12 ein Schaubild ist, das Öldruckpfade und die Positionen einer Stange und eines Kolbens zum Zeitpunkt des Messens der Vorspannkraft der Vorspanneinheit des dritten Ausführungsbeispiels darstellt;
13 ein Schaubild ist, das ein Beispiel von gemessenen Drücken beim Messen der Vorspannkraft der in 12 gezeigten Vorspanneinheit darstellt;
14 ein Schaubild ist, das ein Beispiel darstellt, in dem zumindest eine Lebensdauer der Vorspanneinheit, ein Zeitpunkt zum Austauschen der Vorspanneinheit und/oder eine Anormalität der Vorspanneinheit an einer Anzeigeeinheit angezeigt wird;
15 ein Schaubild ist, das die Lebensdauer der Vorspanneinheit darstellt;
16 ein Schaubild ist, das ein Beispiel eines Erscheinungsbilds eines normalen Werkzeugs darstellt;
17 ein Schaubild ist, das ein Beispiel eines Erscheinungsbilds eines herkömmlichen Spannkraftmessgeräts zeigt; und
18 ein Schaubild ist, das ein Beispiel eines Erscheinungsbilds eines herkömmlichen Spannkraftmessgeräts darstellt.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erste bis dritte Ausführungsbeispiele als Arten zum Ausführen der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, hat eine Hauptspindelvorrichtung 1 (eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine) des ersten Ausführungsbeispiels eine Hauptspindeleinheit 2, ein Schaltventil 71, ein Umgehungsventil 72, eine veränderliche Drossel 73 (die der Drossel entspricht), einen Druckdetektor 74, ein Vorspannrückschlagventil 75, eine Steuereinrichtung 80 usw. Die Hauptspindeleinheit 2 hat ein Gehäuse 3, eine Hauptspindel 10, eine Stange 30, eine Spannhülse 32, eine Tellerfeder 33 (die der Vorspanneinheit entspricht), einen Zylinder 40, einen Kolben 45, einen Rotor 51, einen Stator 52 usw. In 1 ist ein Zuführpfad Ypr ein Pfad, durch den ein Hydrauliköl mit einem vorbestimmten Druck zugeführt wird, und ein Abgabepfad Yrr ist ein Pfad, durch den Hydrauliköl abgegeben wird und in einer Ölwanne gesammelt wird. Ein Ende P des Zuführpfads Ypr ist mit einer Hydraulikölzuführquelle verbunden, die den vorbestimmten Druck hat, und ein Ende R des Abgabepfads Yrr ist mit der Ölwanne verbunden, die Hydrauliköl usw. sammelt.
Die Hauptspindel 10 ist durch Lager 10B so gestützt, dass sie relativ zu dem Gehäuse 3 drehbar ist, und ein Werkzeug T ist an einem ersten Ende der Hauptspindel 10 angebracht. Die Hauptspindel 10 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, um die nachstehend beschriebene Stange 30 aufzunehmen. Die Hauptspindel 10 ist durch eine von dem Rotor 51 und dem Stator 52 erzeugte Rotationsantriebskraft angetrieben, sodass sie sich zusammen mit dem Werkzeug T und der Stange 30 um eine Rotationsachse ZJ dreht.
Die Stange 30 ist in der Hauptspindel 10 so aufgenommen, dass sie koaxial dazu verläuft. Die Stange 30 kann sich mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in einer Achsrichtung hin- und herbewegen, und kann sich auf eine Ausspannposition Pa in einer Richtung zu dem ersten Ende hin bewegen. Die Ausspannposition Pa ist die Position, an der das Werkzeug T freigegeben wird. Wenn die Hauptspindel 10 das Werkzeug T hält, kann sich die Stange 30 in einer Richtung zu einem zweiten Ende der Hauptspindel hin auf eine Spannposition Pc bewegen. Die Spannposition Pc ist die Position, an der das Werkzeug T eingespannt ist. Wenn die Hauptspindel 10 das Werkzeug T nicht hält, kann sich die Stange 30 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin hinter die Spannposition Pc bewegen.
Die Spannhülse 32 ist an einem ersten Ende der Stange 30 angebracht. Wenn sich die Stange 30 mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt (auf die Spannposition Pc bewegt), dann hält die Spannhülse 32 das an dem ersten Ende der Hauptspindel 10 angebrachte Werkzeug T und zieht das Werkzeug T in der Richtung zu dem zweiten Ende hin, um das Werkzeug T in dem ersten Ende der Hauptspindel 10 zu befestigen (einzuspannen). Wenn die Stange 30 sich mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in Richtung des ersten Endes bewegt (die Ausspannposition Pa bewegt), dann gibt die Spannhülse 32 das Werkzeug T frei (spannt es aus).
Die Tellerfeder 33 befindet sich in der Vorspanneinheit. Die Tellerfeder 33 spannt die Stange 30 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin mit Bezug auf die Hauptspindel 10 vor. Wenn die Spannhülse 32 das Werkzeug T hält, dann spannt die Tellerfeder 33 die Stange 30 auf die Spannposition Pc vor. Eine Vielzahl der Tellerfedern 33 ist in dem Federaufnahmeraum angeordnet, der von der Innenumfangsfläche der Hauptspindel 10 und der Außenumfangsfläche der Stange 30 umgeben ist.
Der Kolben 45 ist in dem Zylinder 40 aufgenommen und befindet sich mit Bezug auf die Stange 30 an der zweiten Endseite. Der Kolben 45 kann sich mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Achsrichtung hin- und herbewegen und ist koaxial zu der Hauptspindel 10 angeordnet. Wenn sich der Kolben 45 mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt, dann kommt der Kolben 45 mit einem zweiten Ende der Stange 30 in Kontakt und bewegt die Stange 30 durch eine Kraft, die größer als die Vorspannkraft der Tellerfeder 33 ist, auf die Ausspannposition Pa (siehe 3). Wenn sich der Kolben 45 mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt, dann wird der Kolben 45 von der Stange 30 getrennt (siehe 2).
Der Zylinder 40 ist an dem Gehäuse 3 an einer Position an der zweiten Endseite mit Bezug auf die Hauptspindel 10 und die Stange 30 befestigt und nimmt den Kolben 45 auf. Der Zylinder 40 hat eine Ausspannkammer 42 und eine Spannkammer 41. Die Ausspannkammer 42 ist eine Kammer, die durch den Zuführpfad Ypr mit Hydrauliköl, das den vorbestimmten Druck hat, gefüllt wird, wenn sich der Kolben 45 mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt. Die Spannkammer 41 ist eine Kammer, die durch den Zuführpfad Ypr mit Hydrauliköl, das den vorbestimmten Druck hat, gefüllt wird, wenn sich der Kolben 45 mit Bezug auf die Hauptspindel 10 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt. Der Zylinder 40 hat Verbindungslöcher 42P, 41P. Das Verbindungsloch 42P ermöglicht der Ausspannkammer 42, mit einem Ausspannpfad Yac in Verbindung zu kommen, und das Verbindungsloch 41P ermöglicht der Spannkammer 41 mit einem Spannpfad Ycl in Verbindung zu kommen.
Der Ausspannpfad Yac ist ein Pfad, der über das Verbindungsloch 42P mit der Ausspannkammer 42 verbunden ist, um die Ausspannkammer 42 mit Hydrauliköl zu füllen, oder um das Hydrauliköl von der Ausspannkammer 42 abzugeben.
Der Spannpfad Ycl ist ein Pfad, der über das Verbindungsloch 41P mit der Spannkammer 41 verbunden ist, um die Spannkammer 41 mit Hydrauliköl zu füllen, oder um das Hydrauliköl von der Spannkammer 41 abzugeben.
Das Schaltventil 71 ist ein Ventil, das in der Lage ist, einen Öldurchlass zwischen drei Wegen umzuschalten. Das Schaltventil 71 schaltet auf eine Spannposition 71CP, wenn ein Strom an einem Solenoid 71C angelegt wird (wenn an einem Solenoid 71A kein Strom angelegt wird). Das Schaltventil 71 schaltet auf eine Ausspannposition 71AP, wenn an dem Solenoid 71A der Strom angelegt wird (an dem Solenoid 71C kein Strom angelegt wird). Das Schaltventil 71 schaltet auf eine Spannkraftmessposition 71KP, wenn auf die Solenoide 71A, 71C kein Strom aufgebracht wird. An der Spannposition 71CP verbindet das Schaltventil 71 den Spannpfad Ycl mit dem Zuführpfad Ypr und verbindet den Ausspannpfad Yac mit dem Abgabepfad Yrr. An der Ausspannposition 71AP verbindet das Schaltventil 71 den Ausspannpfad Yac mit dem Zuführpfad Ypr und verbindet den Spannpfad Ycl mit dem Abgabepfad Yrr. An der Spannkraftmessposition 71KP schließt das Schaltventil 71 den Zuführpfad Ypr und verbindet den Spannpfad Ycl, den Ausspannpfad Yac und den Abgabepfad Yrr miteinander. Das Schaltventil 71 wird durch die Steuereinrichtung 80 gesteuert.
Ein Umgehungspfad Ybp ist ein Pfad, der den Ausspannpfad Yac mit dem Abgabepfad Yrr verbindet oder die Ausspannkammer 42 mit dem Abgabepfad Yrr verbindet, um das Hydrauliköl in der Ausspannkammer 42 zu dem Abgabepfad Yrr zu führen, um das Schaltventil 71 zu umgehen. Das Umgehungsventil 72 ist an einer Zwischenposition in dem Umgehungspfad Ybp vorgesehen. Ein Teil des Umgehungspfads YBP, der sich von dem Ausspannpfad Yac (oder der Ausspannkammer 42) zu dem Umgehungsventil 72 erstreckt, ist hier als der „stromaufwärtige Umgehungspfad Ybj“ bezeichnet, und ein Teil des Umgehungspfads Ybp, der sich von dem Umgehungsventil 42 zu dem Abgabepfad Yrr erstreckt, ist hier als der „stromabwärtige Umgehungspfad Ybk“ bezeichnet.
Das Umgehungsventil 42 ist zwischen dem stromaufwärtigen Umgehungspfad Ybj und dem stromabwärtigen Umgehungspfad Ybk angeordnet. Das Umgehungsventil 72 schaltet auf eine Öffnungsposition 72bp, wenn auf ein Solenoid 72B ein Strom aufgebracht wird. Das Umgehungsventil 72 schaltet auf eine Schließposition 72NP, wenn auf das Solenoid 72B kein Strom aufgebracht wird. Das Umgehungsventil 72 schließt den Umgehungspfad Ybp, wenn es auf die Schließposition 2NP gesteuert wird, und öffnet den Umgehungspfad Ybp, wenn es auf die Öffnungsposition 72BP gesteuert wird.
Die variable Drossel 73 ist an beliebiger Position in dem Umgehungspfad Ybp angeordnet. Wenn Hydrauliköl in den Umgehungspfad Ybp strömt, dann stellt die variable Drossel 73 den Durchfluss des Hydrauliköls ein, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 45 zu verringern, wenn die Vorspannkraft der nachstehend beschriebenen Vorspanneinheit gemessen wird. Das Verringern der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 45 beim Messen der Vorspannkraft lässt es zu, dass ein präziserer Druck ermittelt werden kann, wodurch die Messgenauigkeit der Vorspannkraft verbessert werden kann.
Der Druckdetektor 74 ist ein Drucksensor, der den Druck des Hydrauliköls erfasst. Der Druckdetektor 74 ist an der Position angeordnet, an der der Druckdetektor 74 zumindest eines von dem Druck von Hydrauliköl in der Ausspannkammer 42, dem Druck des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad Yac und dem Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad Ybp erfassen kann. In dem Beispiel von 1 ist der Druckdetektor 74 mit dem stromaufwärtigen Umgehungspfad Ybj des Umgehungspfads Ybp verbunden.
Das Vorsteuerrückschlagventil 75 ist in dem Ausspannpfad Yac angeordnet und ist mit dem Spannpfad Ycl verbunden, wie dies in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Das Vorsteuerrückschlagventil 75 öffnet den Ausspannpfad Yac, wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad Ycl gleich wie oder höher als ein vorbestimmter Druck ist. Beispielsweise wird das Vorsteuerrückschlagventil 75 geöffnet, wenn der Spannpfad Ycl mit dem Zuführpfad Ypr verbunden ist. Wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad Ycl niedriger als der vorbestimmte Druck ist, dann verhindert das Vorsteuerrückschlagventil 75 das Abgeben von Hydrauliköl von der Ausspannkammer 42 und lässt das Einströmen des Hydrauliköls in die Ausspannkammer 42 zu. Beispielsweise dann, wenn der Ausspannpfad Yac mit dem Zuführpfad Ypr verbunden ist, strömt Hydrauliköl von dem Zuführpfad Ypr über den Ausspannpfad Yac und das Vorsteuerrückschlagventil 75 in die Ausspannkammer 42.
Die Steuereinrichtung 80 ist beispielsweise ein Personal Computer. Die Steuereinrichtung 80 gibt über Signalpfade Sac, Scl, Sbp Steuersignale zu den Solenoiden 71A, 71C, 72B aus und empfängt über einen Signalpfad Spr ein Erfassungssignal von dem Druckdetektor 74, um einen Druck zu erfassen. Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 an der Spannposition Pc auf Grundlage des erfassten Drucks, um die Lebensdauer der Scheibenfedern 33, den Zeitpunkt zum Austauschen der Scheibenfedern 33 usw. zu ermitteln. Die Steuereinrichtung 80 hat eine Speichereinheit. Die Speichereinheit speichert eine Umwandlungsinformation, die dazu verwendet wird, den durch die Steuereinrichtung 80 ermittelten Druck in die Vorspannkraft (Spannkraft) umzuwandeln.
2 ist ein Schaubild, das Öldruckpfade und die Positionen der Stange 30 und des Kolbens 45 in dem Fall veranschaulicht, in dem das Werkzeug T eingespannt ist. Auf das Solenoid 71C wird ein Strom aufgebracht (auf das Solenoid 71A wird kein Strom aufgebracht), und das Schaltventil 71 schaltet auf die Spannposition 71CP, sodass die Spannkammer 71 mit Hydrauliköl gefüllt wird, das über die Spannposition 71CP und den Spannpfad Ycl von dem Zuführpfad Ypr zugeführt wird. Hydrauliköl in der Ausspannkammer 42 wird über den Ausspannpfad Yac, das Vorsteuerrückschlagventil 75 und die Spannposition 71CP in den Abgabepfad Yrr abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad Ycl gleich wie oder höher als der vorbestimmte Druck in Folge des Hydrauliköls von dem Zuführpfad Ypr. Daher öffnet das Vorsteuerrückschlagventil 75 den Ausspannpfad Yac. Auf das Solenoid 72B wird kein Strom aufgebracht, und das Umgehungsventil 72 schaltet auf die Schließposition 72NP. Daher strömt in dem in 2 gezeigten Zustand kein Hydrauliköl in den Umgehungspfad Ybp.
In diesem Zustand wird die Spannkammer 71 mit Hydrauliköl befüllt, und das Hydrauliköl wird von der Ausspannkammer 42 abgegeben. Dementsprechend bewegt sich der Kolben 45 auf das Ende seines Hubs in der Richtung zu dem zweiten Ende hin. Der Kolben 45 wird dadurch von der Stange 30 getrennt. Die Stange 30 wird daher durch die Tellerfedern 33 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin vorgespannt, und wird in dem Fall, dass an der Hauptspindel 10 das Werkzeug T angebracht ist, auf die Spannposition Pc bewegt. Die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 ist zu diesem Zeitpunkt eine in 2 gezeigte Vorspannkraft F33, die der Last Fb an der Spannposition Pc in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie entspricht.
3 ist ein Schaubild, das die Öldruckpfade und die Positionen der Stange 30 und des Kolbens 45 in dem Fall zeigt, in dem das Werkzeug T ausgespannt wird. Auf das Solenoid 71A wird ein Strom aufgebracht (auf das Solenoid 71C wird kein Strom aufgebracht), und das Schaltventil 71 schaltet auf die Ausspannposition 71AP. Die Ausspannkammer 42 wird mit Hydrauliköl befüllt, das von dem Zuführpfad Ypr über die Ausspannposition 71AP, das Vorsteuerrückschlagventil 75 und den Ausspannpfad Yac zugeführt wird. Das Hydrauliköl in der Spannkammer 41 wird über den Spannpfad Ycl und die Ausspannposition 71AP in den Abgabepfad Yrr abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt strömt Hydrauliköl von dem Zuführpfad Ypr in den Ausspannpfad Yac und strömt durch das Vorsteuerrückschlagventil 75 in die Ausspannkammer 42. Auf das Solenoid 72B wird kein Strom aufgebracht und das Umgehungsventil 72 schaltet auf die Schließposition 72NP. Daher strömt in dem in 3 gezeigten Zustand kein Hydrauliköl in den Umgehungspfad Ybp.
In diesem Zustand wird die Ausspannkammer 42 mit Hydrauliköl befüllt und Hydrauliköl wird von der Spannkammer 41 abgegeben. Dementsprechend bewegt sich der Kolben 45 zu dem Ende seines Hubs in der Richtung zu dem ersten Ende hin. Der Kolben 45 bewegt (drückt) somit die Stange 30 in der Richtung zu dem ersten Ende hin, auf die Ausspannposition Pa durch eine Kraft F45, die größer als die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 ist. Die Last an den Tellerfedern 33 zu diesem Zeitpunkt entspricht der Last an der Spannposition Pa in dem Vorwärtspfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie.
Beim Messen der Spannkraft, die durch die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 erzeugt wird, steuert die Steuereinrichtung 80 zuerst das Schaltventil 71 und das Umgehungsventil 72, sodass die Stange 30 durch den Kolben 45, wie in 3 gezeigt, in Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft auf die Ausspannposition Pa bewegt wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 80 so vorprogrammiert sein, dass sie die Vorspannkraft am Morgen eines Arbeitstags (beispielsweise um 7 Uhr in der Früh, unmittelbar bevor der Betrieb startet) als erstes misst oder kann so programmiert sein, dass sie auf die Eingabe eines Befehls durch den Arbeiter wartet. Durch diesen Betrieb wird eine Last aufgebracht, bis die Ausspannposition Pa in dem Vorwärtspfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie erreicht wird.
Wie in 4 gezeigt ist, schaltet die Steuereinrichtung 80 das Schaltventil 71 dann auf die Spannkraftmessposition 71KP um, indem auf die Solenoide 71A, 71C des Schaltventils 71 kein Strom aufgebracht wird, und schaltet das Umgehungsventil 72 auf die Öffnungsposition 72BP, indem auf das Solenoid 72B des Umgehungsventils 72 ein Strom aufgebracht wird. Die Steuereinrichtung 80 erfasst somit den Druck des Druckdetektors 74, während der Kolben 45 durch die Vorspannkraft F33 der Tellerfedern 33 von der Position, die dem Ende seines Hubs in der Richtung zu dem ersten Ende entspricht (der Position, die der Ausspannposition Pa entspricht) langsam in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt wird. In dem in 4 gezeigten Zustand schließt das Vorsteuerrückschlagventil 75 den Ausspannpfad Yac. Das Hydrauliköl in der Ausspannkammer 42 strömt daher über die Spannkraftmessposition 71KP des Schaltventils 71 durch den Umgehungspfad Ybp in die Spannkammer 41. Ein überschüssiger Druck usw. in der Ausspannkammer 42 wird über den Umgehungspfad Ybp durch den Abgabepfad Yrr abgegeben. Der Kolben 45 wird von der Position, die dem Ende seines Hubs in der Richtung zu dem ersten Ende hin entspricht (der Position, die der Ausspannposition Pa entspricht) durch die Stange 30, die durch die Vorspannkraft F33 der Tellerfedern 33 vorgespannt ist, langsam in der Richtung zu dem zweiten Ende hin zurückgedrückt. Die Steuereinrichtung 80 misst die Vorspannkraft F33, die die Stange 30 von der Ausspannposition Pa in Richtung der Spannposition Pc vorspannt. Die Steuereinrichtung 80 misst daher eine Last in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie.
Die zu diesem Zeitpunkt erfassten Drücke sind in der Zeit-Druck-Kennlinie in dem Beispiel von 5 gezeigt. Falls das Schaltventil 71 und das Umgehungsventil 72 zum Zeitpunkt T1 auf den in 4 gezeigten Zustand geschaltet werden, dann wird der Kolben 45 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin allmählich zurückgedrückt, und der Druck nimmt allmählich ab.
Die Kennlinie Gst, die durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, zeigt ein Beispiel einer Kennlinie in dem Fall, in dem die Tellerfedern 33 ihr Lebensdauerende nicht erreicht haben und noch eine ausreichende Vorspannkraft haben. Die Kennlinie Gerr, die durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, zeigt ein Beispiel einer Kennlinie in dem Fall, in dem die Tellerfedern 33 das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben und die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 abgenommen hat. Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft auf Grundlage der Zeit (tb – ta) oder des Gradienten [(P1A – P1B)/(tb – ta)] und der in der Speichereinheit der Steuereinrichtung 80 gespeicherten Umwandlungsinformation. Die Zeit (tb – ta) ist die Zeit, die benötigt wird, dass der gemessene Druck von einem ersten vorbestimmten Druck P1A auf einen zweiten vorbestimmten Druck P1B abnimmt, und der Gradient [(P1A – P1B)/(tb – ta)] ist die Differenz (P1A – P1B) zwischen dem ersten vorbestimmten Druck P1A und einem zweiten vorbestimmten Druck P1B für die Zeit (tb – ta). Beispielsweise in dem Fall, dass die Vorspannkraft auf Grundlage der Zeit (tb – ta) und der Umwandlungsinformation ermittelt wird, wird eine Umwandlungstabelle zum Umwandeln der Zeit in eine Vorspannkraft erzeugt und im Vorfeld als die Umwandlungsinformation gespeichert. In dem Fall, dass die Vorspannkraft auf Grundlage des Gradienten [(P1A – P1B)/(tb – ta)] und der Umwandlungsinformation ermittelt wird, wird eine Umwandlungstabelle zum Umwandeln des Gradienten in eine Vorspannkraft erzeugt und im Vorfeld als die Umwandlungsinformation gespeichert.
Da die Hauptspindelvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels eine Last in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie ermittelt, kann die Hauptspindelvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 verglichen mit der in JP 2008-246610A beschriebenen Hauptspindelvorrichtung präziser messen, welche eine Last in dem Vorwärtspfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie ermittelt. Die obige Konfiguration zum Ermitteln der Vorspannkraft, die den Zylinder 40, den Kolben 45, das Schaltventil 71, das Umgehungsventil 72, den Druckdetektor 74, das Vorsteuer-Rückschlagventil 75, die Steuereinrichtung 80, die Speichereinheit, den Umgehungspfad Ybp usw. aufweist, entspricht dem Vorspannkraftdetektor. Da für die Hauptspindelvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels keine Abänderung der bestehenden Hauptspindeleinheit erforderlich ist, kann die Hauptspindelvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels verglichen mit den vorhandenen Hauptspindelvorrichtungen in einer sehr kurzen Zeit und bei niedrigen Kosten implementiert werden.
Eine Hauptspindelvorrichtung 1B des zweiten Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf 7 bis 10 beschrieben. Die in 7 gezeigte Hauptspindelvorrichtung 1B des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Hauptspindelvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels in der Position, mit der das Ende (stromaufwärtige Ende) der entgegengesetzten Seite des stromaufwärtigen Umgehungspfads Ybj von dem Umgehungsventil 72 verbunden ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist das stromaufwärtige Ende des stromaufwärtigen Umgehungspfads Ybj mit einer beliebigen Position in dem Ausspannpfad Yac oder der Ausspannkammer 42 verbunden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das stromaufwärtige Ende des stromaufwärtigen Umgehungspfads Ybj jedoch mit einem besonderen Verbindungsloch 40P verbunden, das an einer besonderen Position in der Ausspannkammer 42 eines Zylinders 40B in einer Hauptspindeleinheit 2B ausgebildet ist. Dieser Unterschied wird nachstehend hauptsächlich beschrieben.
8 zeigt den Zustand, in dem das Schaltventil 71 auf die Spannkraftmessposition 71KP gesteuert wurde und das Umgehungsventil 72 auf die Öffnungsposition 72BP gesteuert wurde, nachdem die Stange 30 durch den Kolben 45 durch Steuern des Schaltventils 71 auf die Ausspannposition 71AP und durch Steuern des Umgehungsventils 72 auf die Schließposition 71NP auf die Ausspannposition Pa bewegt wurde. Wie in 8 gezeigt ist, ist das besondere Verbindungsloch 40P an der Position ausgebildet, an der das besondere Verbindungsloch 40P mit der Ausspannkammer 42 des Zylinders 40B Verbindung ist (die Position, an der das besondere Verbindungsloch 40P ohne störenden Eingriff mit dem Kolben 45 offen ist), falls der Kolben 45 zu dem Ende seines Hubs in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wurde, nämlich auf die Position, die der Ausspannposition Pa entspricht.
9 zeigt den Zustand, in dem der Kolben 45 von dem in 8 gezeigten Zustand durch die Vorspannkraft F33 der Stange 30 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin allmählich zurück gedrückt wird und die Stange 30 die Spannposition Pc erreicht hat (der Zustand, in dem der Kolben 45 die der Spannposition Pc entsprechende Position erreicht hat). Das besondere Verbindungsloch 40p ist an der Position an dem Zylinder 40B ausgebildet, an der das besondere Verbindungsloch 40P durch den Kolben 45 geschlossen wird, wenn die Stange 30 die Spannposition Pc erreicht (wenn der Kolben 45 die der Spannposition Pc entsprechende Position erreicht). Die Steuereinrichtung 80 misst die Vorspannkraft F33, die die Stange 30 von der Ausspannposition Pa in Richtung der Spannposition Pc vorspannt. Die Steuereinrichtung 30 misst daher eine Last in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie.
Die Zeit-Druck-Kennlinie des zweiten Ausführungsbeispiels ist in dem Beispiel von 10 gezeigt. Falls in dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in dem in 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, das Schaltventil 71 und das Umgehungsventil 72 zum Zeitpunkt T1 auf die Spannkraftmessposition 71KP und auf die Öffnungsposition 72BP gesteuert werden, dann wird der Kolben 45 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin allmählich zurück gedrückt und der Druck nimmt allmählich ab, wie in 9 gezeigt ist. Jedoch unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der Kolben 45 die Bewegung an der Position stoppt, die der Spannposition Pc entspricht (wenn das besondere Verbindungsloch 40P geschlossen ist). Falls der Kolben 45 an der Position stoppt, die der Spannposition Pc entspricht, wird ein im Wesentlichen konstanter Druck beibehalten. Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft auf Grundlage dieses im Wesentlichen konstanten Drucks und der in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation. Beispielsweise ist als die Umwandlungsinformation der Flächenbereich des Kolbens 45 gespeichert, der der Kraft des Hydrauliköls in der Ausspannkammer 42 in der Richtung zu dem ersten Ende hin ausgesetzt ist. Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft durch Multiplizieren des gemessenen Drucks und des Flächenbereichs gemäß der Umwandlungsinformation. In dem Beispiel von 10 haben die Tellerfedern, deren Vorspannkraft nicht abgenommen hat, die Kennlinie Gst, die durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, und der gemessene Druck ist ein Druck P2. Die Tellerfedern, deren Vorspannkraft abgenommen hat, haben die durch eine gestrichelte Linie gezeigte Kennlinie Gerr, und der gemessene Druck ist ein Druck P2E.
Wie zuvor beschrieben ist, ermittelt die Steuereinrichtung 80 in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Vorspannkraft auf Grundlage des Drucks an der Spannposition Pc, und ermittelt somit die Last an der Spannposition Pc in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie. Somit kann eine sehr genaue Vorspannkraft ermittelt werden. Die Konfiguration zum Erfassen der Spannposition Pc kann verglichen mit dem nachstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel vereinfacht werden (kein Positionsdetektor ist erforderlich).
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf 11 bis 13 eine Hauptspindelvorrichtung 1C des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Hauptspindelvorrichtung 1C des in 11 gezeigten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Hauptspindelvorrichtung 1 des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die Hauptspindelvorrichtung 1C ferner einen Positionsdetektor 76 in einer Hauptspindeleinheit 2C aufweist. Dieser Unterschied wird nachstehend hauptsächlich beschrieben. Der Positionsdetektor 76 ist ein Stangenpositionsdetektor (ein Positionssensor, ein Annäherungssensor usw.), der in der Lage ist, die Position (Achsposition) der Stange 30 zu erfassen, oder ist ein Kolbenpositionssensor (ein Positionssensor, ein Annäherungssensor usw.), der in der Lage ist, die Position (die Achsposition) des Kolbens 45 zu erfassen. Die Steuereinrichtung 80 empfängt ein Erfassungssignal des Positionsdetektors 76 über einen Signalpfad Sps.
12 zeigt den Zustand, in dem der Kolben 45 durch die Vorspannkraft von der Stange 30 durch Schalten des Schaltventils 71 und des Umgehungsventils 72, wie in 4 gezeigt ist, allmählich in der Richtung zu dem zweiten Ende hin zurück gedrückt wird, nachdem die Stange durch den Kolben 45 auf die Ausspannposition Pa bewegt wurde, wie in 3 gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 80 kann auf Grundlage des Erfassungssignals des Positionsdetektors 76 den Zeitpunkt erfassen, zu dem die Stange 30 die Spannposition Pc erreicht hat, oder den Zeitpunkt, zu dem der Kolben 45 die der Spannposition Pc entsprechende Position erreicht hat. Die Steuereinrichtung 80 misst die Vorspannkraft F33, die die Stange 30 von der Ausspannposition Pa in Richtung der Spannposition Pc vorspannt. Die Steuereinrichtung 80 misst daher eine Last in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie.
Die Zeit-Druck-Kennlinie des dritten Ausführungsbeispiels ist in dem Beispiel von 13 gezeigt. Falls in dem dritten Ausführungsbeispiel, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das Schaltventil 71 und das Umgehungsventil 72 zum Zeitpunkt T1 auf den in 12 gezeigten Zustand geschaltet werden, dann wird der Kolben 45 in der Richtung zu dem zweiten Ende hin allmählich zurück gedrückt, und der Druck nimmt allmählich ab. Jedoch unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Steuereinrichtung 80 den Zeitpunkt wissen kann, zu dem die Stange 30 die Spannposition Pc erreicht hat (oder den Zeitpunkt, zu dem der Kolben 45 die der Spannposition Pc entsprechende Position erreicht hat). Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft auf Grundlage des Drucks zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stange 30 die Spannposition Pc erreicht hat (oder den Zeitpunkt, zu dem der Kolben 45 die der Spannposition Pc entsprechende Position erreicht hat) und der in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation. Beispielsweise ist der Oberflächenbereich des Kolbens 45, der der Kraft des Hydrauliköls in der Ausspannkammer 42 in der Richtung zu dem ersten Ende hin ausgesetzt ist, als die Umwandlungsinformation gespeichert. Die Steuereinrichtung 80 ermittelt die Vorspannkraft durch Multiplizieren des gemessenen Drucks und der Fläche als die Umwandlungsinformation. In dem Beispiel von 13 haben die Tellerfedern, deren Vorspannkraft nicht abgenommen hat, die durch eine durchgezogene Linie gezeigte Kennlinie Gst, und der gemessene Druck ist ein Druck P3. Die Tellerfedern, deren Vorspannkraft nicht abgenommen hat, haben die durch eine gestrichelte Linie gezeigte Kennlinie Gerr, und der gemessene Druck ist ein Druck P3E.
Wie zuvor beschrieben ist, ermittelt die Steuereinrichtung 80 in dem dritten Ausführungsbeispiel die Vorspannkraft auf Grundlage des Drucks an der Spannposition Pc und ermittelt somit die Last an der Spannposition Pc in dem Rückkehrpfad der in 6 gezeigten Last-Federweg-Kennlinie. Somit kann eine sehr präzise Vorspannkraft ermittelt werden.
Ein Beispiel der Benachrichtigung des Arbeiters (14) und ein Beispiel einer Tageanzahl-Vorspannkraft-Kennlinie als eine Lebensdauerkennlinie der Tellerfedern 33 (15) werden mit Bezugnahme auf 14 und 15 beschrieben. Beispielsweise wird das Werkzeug T mehrere hundert Male pro Tag ausgewechselt. Jedes Mal dann, wenn das Werkzeug T gewechselt wird, wird die Stange 30 auf die Ausspannposition und die Spannposition bewegt. Auf die Tellerfedern 33 wird eine Last aufgebracht, wenn die Stange 30 bewegt wird. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Tageanzahl und der Vorspannkraft in dem Zustand, in dem auf die Tellerfedern 33 eine Last aufgebracht wird. Wie in 15 gezeigt ist, haben neue Tellerfedern 33 eine im Wesentlichen konstante Vorspannkraft, bis die Vorspannkraft an einem bestimmten Punkt schnell abnimmt. Beispielsweise dauert es etwa eine Woche, dass die Vorspannkraft eine Vorspannkraft PR erreicht, nachdem das Abnehmen der Vorspannkraft beginnt. Die Vorspannkraft PR ist ein Wert, der als ein Indikator dafür verwendet wird, dass es Zeit zum Auswechseln der Tellerfedern 33 ist.
Die Steuereinrichtung 80 hat eine Anzeigeeinheit (einen Monitor) und misst die Vorspannkraft der Tellerfedern 33 bei voreingestellten, vorbestimmten Intervallen (beispielsweise einmal am Morgen eines jeden Arbeitstags usw.) durch Verwendung der Konfiguration und des Ablaufs, die in jedem von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Wenn die Steuereinrichtung 80 erfasst, dass das Abnehmen der Vorspannkraft begonnen hat, dann sagt die Steuereinrichtung 80 die Zeit vorher, zu der die Vorspannkraft die Vorspannkraft PR erreichen wird, d. h. den Wert, der als ein Indikator dafür verwendet wird, dass es Zeit zum Auswechseln der Tellerfedern 33 ist, auf Grundlage der Variationstendenz der Vorspannkraft (beispielsweise der Tendenz der Variation in etwa den letzen zehn gemessenen Vorspannkräften), und zeigt die Lebensdauer der Tellerfedern 33 auf der Anzeigeeinheit an (siehe 14). Die Anzeigeeinheit kann einstückig mit der Steuereinrichtung 80 sein oder kann von der Steuereinrichtung 80 getrennt sein. Anstelle des Anzeigens der Lebensdauer der Tellerfedern 33 kann die Steuereinrichtung 80 den Zeitpunkt zum Auswechseln der Tellerfedern 33 oder die Anormalität der Tellerfedern 33 (beispielsweise in dem Fall, in dem die Vorspannkraft in Folge des Bruchs usw. der Tellerfedern 33 schnell abgenommen hat) an der Anzeigeeinheit anzeigen. Die Steuereinrichtung 80 zeigt an der Anzeigeeinheit zumindest die Lebensdauer der Tellerfedern 33, die Zeit zum Austauschen der Tellerfedern 33 und die Anormalität der Tellerfedern 33 an.
Solches Anzeigen für den Arbeiter ermöglicht dem Arbeiter, das Anzeichen eines Bruchs der Tellerfedern vorauszusagen und die Tellerfedern auszuwechseln, bevor die Tellerfedern plötzlich brechen. Dadurch kann ein unerwarteter Stopp der Werkzeugmaschine vermieden werden. Die Hauptspindelvorrichtung der vorliegenden Erfindung misst die Vorspannkraft der Tellerfedern in dem Rückkehrpfad der Kennlinie mit der Hysterese (6). Dementsprechend kann eine Vorspannkraft der Tellerfedern präziser gemessen werden, und ein Wartungszyklus (ein Auswechselzyklus) kann präziser vorausgesagt werden.
Die Konfiguration, die Struktur, das Erscheinungsbild, der Arbeitsablauf usw. der Hauptspindelvorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung können modifiziert, hinzugefügt oder beseitigt werden. Beispielsweise ist die Vorspanneinheit nicht auf die Tellerfedern beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-246610 A [0005, 0005, 0008, 0008, 0068]

Claims

Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine die Folgendes aufweist: eine Hauptspindel, die so gestützt ist, dass sie relativ zu einem Gehäuse drehbar ist, und die ein erstes Ende hat, an dem ein Werkzeug angebracht ist; eine Stange, die in der Hauptspindel untergebracht ist, sodass sie koaxial dazu verläuft, und die in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung mit Bezug auf die Hauptspindel hin- und herzubewegen, wobei die Stange in der Lage ist, sich in einer Richtung zu dem ersten Ende hin auf eine Ausspannposition zu bewegen, an der das Werkzeug freigegeben wird, und wobei sie dann, wenn die Hauptspindel das Werkzeug hält, in der Lage ist, sich in einer Richtung zu einem zweiten Ende der Hauptspindel auf eine Spannposition zu bewegen, an der das Werkzeug eingespannt wird; eine Spannhülse, die an einem ersten Ende der Stange angebracht ist, die das Werkzeug dann hält, wenn sich die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in einer Richtung zu dem zweiten Ende bewegt, und die das Werkzeug freigibt, wenn sich die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt; eine Vorspanneinheit, die die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, und die die Stange auf die Spannposition vorspannt, wenn die Spannhülse das Werkzeug hält; und einen Vorspannkraftdetektor, der eine Vorspannkraft der Vorspanneinheit erfasst, die die Stange in der Richtung zu dem zweiten Ende vorspannt, nachdem die Stange mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende durch eine Kraft, die größer als die Vorspannkraft der Vorspanneinheit ist, auf die Ausspannposition bewegt wurde.
Hauptspindelvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ferner Folgendes aufweist: einen Zuführpfad, durch den Hydrauliköl mit einem vorbestimmten Druck zugeführt wird; einen Abgabepfad, durch den das Hydrauliköl abgegeben wird; einen Kolben, der an einer zweiten Endseite mit Bezug auf die Stange vorgesehen ist und der in der Lage ist, sich mit Bezug auf die Hauptspindel in der Achsrichtung hin- und herzubewegen, wobei der Kolben mit einem zweiten Ende der Stange in Kontakt ist und die Stange durch die Kraft auf die Ausspannposition bewegt, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt, und wobei der Kolben von der Stange getrennt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende bewegt; einen Zylinder, der den Kolben aufnimmt, und der eine Ausspannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl befüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende bewegt, und eine Spannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende bewegt; einen Ausspannpfad, der mit der Ausspannkammer verbunden ist, so dass er als ein Pfad dient, durch den die Ausspannkammer mit dem Hydrauliköl gefüllt wird und das Hydrauliköl in der Ausspannkammer abgegeben wird; einen Spannpfad, der mit der Spannkammer verbunden ist, so dass er als ein Pfad dient, durch den die Spannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Spannkammer abgegeben wird; ein Schaltventil, das zwischen einer Position, an der der Ausspannpfad verbunden ist, und einer Position, an der der Spannpfad verbunden ist, umschaltet; einen Umgehungspfad, der den Ausspannpfad und den Abgabepfad verbindet oder die Ausspannkammer und den Abgabepfad verbindet; ein Umgehungsventil, das in dem Umgehungspfad vorgesehen ist und das eine Öffnungsposition, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad öffnet, und eine Schließposition hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad schließt; einen Druckdetektor, der in der Lage ist, zumindest einen von einem Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer, eines Drucks des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad und einem Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen; eine Steuereinrichtung, die das Schaltventil und das Umgehungsventil steuert, um den Druck mit dem Druckdetektor zu erfassen; und eine Speichereinheit, wobei die Steuereinrichtung in Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit, das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuert, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, um die Stange durch die Kraft, die größer als die Vorspannkraft ist, in der Richtung zu dem ersten Ende hin auf die Ausspannposition zu bewegen, dann den Druck mit dem Druckdetektor misst, während sie das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuert, dass die Stange und der Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt werden, und die Vorspannkraft auf Grundlage einer Zeit, die benötigt wird, dass der gemessene Druck von einem ersten vorbestimmten Druck auf einen zweiten vorbestimmten Druck abfällt, oder auf Grundlage eines Gradienten als eine Druckdifferenz zwischen dem ersten vorbestimmten Druck und dem zweiten vorbestimmten Druck für die Zeit, die dafür benötigt wird, dass der gemessene Druck von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abnimmt, und auf Grundlage einer im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation, ermittelt.
Hauptspindelvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei ein erstes Ende des Umgehungspfads an einer Position eines Pfads, entlang dem sich der Kolben bewegt, angeschlossen ist, wobei die Position eine Position ist, die sich in der Ausspannkammer befindet, die dann ausgebildet wird, wenn die Stange durch den Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende auf die Ausspannposition bewegt wird, die ohne Störeingriff durch den Kolben öffnet, wenn sich die Stange an der Ausspannposition befindet, und die dann durch den Kolben geschlossen wird, wenn die sich an der Ausspannposition befindliche Stange den Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt und die Spannposition erreicht, der Druckdetektor in der Lage ist, den Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer oder den Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen, und die Steuereinrichtung in Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuert, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, sodass die Stange durch die Kraft, die größer als die Vorspannkraft ist, auf die Ausspannposition in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, dann den Druck mit dem Druckdetektor misst, während das Schaltventil und das Umgehungsventil so gesteuert werden, dass die Stange und der Kolben durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit in Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt werden, und die Vorspannkraft auf Grundlage eines im Wesentlichen konstanten Drucks, der dann durch den Druckdetektor erfasst wird, wenn die sich an der Ausspannposition befindliche Stange die Spannposition erreicht und der Kolben die Bewegung in der Richtung zu dem zweiten Ende hin stoppt, und auf Grundlage der im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation ermittelt, anstelle die Vorspannkraft durch Messen der Zeit zu ermitteln, die dafür benötigt wird, dass der gemessene Druck von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abnimmt, oder des Gradienten als die Druckdifferenz zwischen dem ersten vorbestimmten Druck und dem zweiten vorbestimmten Druck für die Zeit, die der gemessene Druck benötigt, um von dem ersten vorbestimmten Druck auf den zweiten vorbestimmten Druck abzunehmen.
Hauptspindelvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: einen Stangenpositionsdetektor, der in der Lage ist, eine Position der Stange zu erfassen, oder einen Kolbenpositionsdetektor, der in der Lage ist, eine Position eines Kolbens zu erfassen; einen Zuführpfad, durch den Hydrauliköl mit einem vorbestimmten Druck zugeführt wird; einen Abgabepfad, durch den das Hydrauliköl abgegeben wird; wobei der Kolben an einer zweiten Endseite mit Bezug auf die Stange vorgesehen ist und in der Lage ist, sich in der Achsrichtung mit Bezug auf die Hauptspindel hin- und herzubewegen, wobei der Kolben mit einem zweiten Ende der Stange in Kontakt ist und die Stange auf die Ausspannposition durch die Kraft bewegt, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt, und wobei der Kolben von der Stange getrennt wird, wenn sich der Kolben in der Richtung zu dem zweiten Ende hin mit Bezug auf die Hauptspindel bewegt; einen Zylinder, der den Kolben aufnimmt, und der eine Ausspannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt, und eine Spannkammer hat, die durch den Zuführpfad mit dem Hydrauliköl gefüllt wird, wenn sich der Kolben mit Bezug auf die Hauptspindel in der Richtung zu dem zweiten Ende hin bewegt; einen Ausspannpfad, der mit der Ausspannkammer verbunden ist, sodass er als ein Pfad dient, durch den die Ausspannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Ausspannkammer abgegeben wird; einen Spannpfad, der mit der Spannkammer verbunden ist, sodass er als ein Pfad dient, durch den die Spannkammer mit dem Hydrauliköl befüllt wird und das Hydrauliköl in der Spannkammer abgegeben wird; ein Schaltventil, das eine Position, an der der Ausspannpfad verbunden ist, und eine Position, an der der Spannpfad verbunden ist, umschaltet; einen Umgehungspfad, der den Ausspannpfad und den Abgabepfad verbindet oder der die Ausspannkammer und den Abgabepfad verbindet; ein Umgehungsventil, das in dem Umgehungspfad vorgesehen ist und das eine offene Position hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad öffnet, und das eine geschlossene Position hat, an der das Umgehungsventil den Umgehungspfad schließt; einen Druckdetektor, der in der Lage ist, zumindest eines von einem Druck des Hydrauliköls in der Ausspannkammer, einem Druck des Hydrauliköls in dem Ausspannpfad, und einem Druck des Hydrauliköls in dem Umgehungspfad zu erfassen; eine Steuereinrichtung, die das Schaltventil und das Umgehungsventil steuert, um mit dem Druckdetektor den Druck zu erfassen; und eine Speichereinheit, wobei die Steuereinrichtung in Antwort auf einen Befehl zum Messen der Vorspannkraft der Vorspanneinheit das Schaltventil und das Umgehungsventil so steuert, dass der Kolben in der Richtung zu dem ersten Ende hin bewegt wird, um die Stange auf die Ausspannposition in der Richtung zu dem ersten Ende hin durch die Kraft zu bewegen, die größer als die Vorspannkraft ist, dann den Druck mit dem Druckdetektor misst, während das Schaltventil und das Umgehungsventil so gesteuert werden, dass sich die Stange und der Kolben in der Richtung zu dem zweiten Ende hin durch die Vorspannkraft der Vorspanneinheit bewegen, und die Position der Stange mit dem Stangenpositionsdetektor misst, oder die Position des Kolbens mit dem Kolbenpositionsdetektor misst, und die Vorspannkraft auf Grundlage des durch den Druckdetektor erfassten Drucks und der im Vorfeld in der Speichereinheit gespeicherten Umwandlungsinformation ermittelt, wenn die Stange die Spannposition erreicht oder der Kolben eine der Spannposition entsprechende Position erreicht.
Hauptspindelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Drossel, die einen Durchfluss des Hydrauliköls einstellt, in dem Umgehungspfad vorgesehen ist.
Hauptspindelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in dem Ausspannpfad ein Vorsteuerrückschlagventil vorgesehen ist, und das Vorsteuerrückschlagventil den Ausspannpfad dann öffnet, wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad gleich wie oder höher als ein vorbestimmter Druck ist, und das Abgeben des Hydrauliköls von der Ausspannkammer verhindert und zulässt, dass das Hydrauliköl in die Ausspannkammer strömt, wenn der Druck des Hydrauliköls in dem Spannpfad niedriger als der vorbestimmte Druck ist.
Hauptspindelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, das eine Anzeigeeinheit aufweist, wobei die Vorspannkraft in voreingestellten, vorbestimmten Intervallen ermittelt wird, und zumindest eine Anormalität der Vorspanneinheit, eine Lebensdauer der Vorspanneinheit und/oder ein Zeitpunkt zum Austauschen der Vorspanneinheit auf Grundlage einer Variationstendenz der ermittelten Vorspannkraft ermittelt werden und an der Anzeigeeinheit angezeigt werden.