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Die Erfindung betrifft Werkzeugspindeln mit Wuchtsystem, Vorrichtungen, die eine Werkzeugspindel mit Wuchtsystem umfassen und ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugspindel mit Wuchtsystem.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt zahlreiche Bearbeitungsverfahren zum Herstellen von Präzisionsteilen, bei denen das Werkzeug in einer Spannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine eingespannt wird. Beim Einspannen ist es einerseits wichtig, dass das Werkzeug so fest in der Spannvorrichtung gehalten wird, dass es sich trotz der auftretenden Bearbeitungskräfte nicht löst oder verlagert. Andererseits ist es wichtig, das Auftreten einer Unwucht zu vermeiden, weil jede Werkzeugunwucht einerseits zu einer reduzierten Genauigkeit beim Bearbeiten des Werkstücks und andererseits zu einer Abnutzung von Teilen der Bearbeitungsmaschine führt.
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Das Einspannen eines Werkzeugs muss so erfolgen, dass dieses absolut spielfrei, lagerichtig und lagesicher den Bearbeitungskräften widersteht.
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Das Einspannen kann zeit- und arbeitsaufwendig sein. Häufig wird ein Teil der erforderlichen Schritte manuell ausgeführt. Vor allem bei einem häufigen Werkzeugwechsel kann eine solche manuelle Handhabung nachteilig sein.
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Daher besteht seit längerem der Bedarf das Einspannen von Werkzeugen zu automatisieren. Einer solchen Automatisierung steht aber bisher das Problem des Auswuchtens entgegen, es sei denn man setzt z. B. auf einen hochgenau arbeitenden Roboter, der speziell dazu ausgelegt ist die einzelnen manuellen Handhabungsschritte automatisiert auszuführen. Solche Roboterbasierten Ansätze sind jedoch teuer und komplex.
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Es kommen zum Teil Wuchtsysteme zum Einsatz, die helfen sollen das Einspannen des Werkzeugs möglichst ohne Unwucht vorzunehmen. Es gibt unter anderem den Ansatz ein Wuchtsystem an den Aufnahmekörper des Werkzeugs anzubauen. In diesem Fall ist jedes Werkzeug mit einem entsprechenden Wuchtsystem ausgestattet und beim Werkzeugwechsel werden die Werkzeuge zusammen mit dem Wuchtsystem ausgewechselt. Dieser Ansatz ist kostspielig und aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu finden, der es ermöglicht ein Werkzeug automatisch zu spannen und/oder zu lösen und nach dem Einspannen eines Werkzeugs einen automatisierten Vorgang zum Auswuchten vorzunehmen.
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Eine entsprechende Lösung soll auch den Handhabungsaufwand reduzieren, der bisher durch Bedienpersonal aufgebracht werden muss.
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Die Aufgabe wird durch eine Werkzeugspindel gemäß Patentanspruch 1, durch ein Gesamtsystem gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
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Es wird eine Werkzeugspindel bereit gestellt, die mit einer Spindelwelle versehen ist, die um eine Spindelachse herum drehantreibbar ist. Die Werkzeugspindel umfasst ein Spannsystem zum automatisierten Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs. Das Spannsystem umfasst eine Bewegungsvorrichtung, die es ermöglicht durch das Ausführen einer Bewegung eines Teils der Bewegungsvorrichtung relativ zur Spindelwelle mindestens einen beweglichen Spannkörper des Spannsystems von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung zu überführen. In der ersten Stellung ist das Werkzeug an der Werkzeugspindel eingespannt und in der zweiten Stellung kann das Werkzeug von der Werkzeugspindel getrennt werden. Die Werkzeugspindel zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Wuchtsystem umfasst,
- – das so in die Werkzeugspindel integriert ist, dass es sich solidarisch mit der drehantreibbaren Spindelwelle dreht,
- – das koaxial zu der Spindelachse angeordnet ist, und
- – das axial beweglich gelagert ist.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen so in die Werkzeugspindel integriert, dass sich das Wuchtsystem axial relativ zu der Spindelwelle bewegen lässt, wobei das relative Bewegen des Wuchtsystems von der Bewegungsvorrichtung hervorgerufen wird.
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Vorzugsweise sitzt das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen in einer Spannhülse oder das Wuchtsystem umfasst ein Gehäuse, das als Spannhülse ausgebildet ist.
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Vorzugsweise umfasst das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen einen Mantelbereich, der sich mit dem mindestens einen beweglichen Spannkörper in einer mechanischen Wechselwirkung befindet. Vorzugsweise befindet sich dieser Mantelbereich bei allen Ausführungsformen an einer Spannhülse oder an einem Gehäuse des Wuchtsystems.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen in ein Spannsystem integriert, bzw. es steht mechanisch mit dem Spannsystem so in Wechselwirkung, dass das Einspannen und/oder Lösen des Werkzeugs am extremalen Ende der Werkzeugspindel erfolgt und dass das Wuchtsystem die zum Einspannen und/oder Lösen erforderliche Relativbewegung der Bewegungsvorrichtung an den/die beweglichen Spannkörper überträgt.
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Die Erfindung lässt sich vorteilhaft in Maschinen einsetzen, die mit einer Schleifschnecke an der Werkzeugspindel ausgestattet sind. Aufgrund der Tatsache, dass eine solche Schleifschnecke keine perfekte Rotationssymmetrie wegen der schraubenförmig verlaufenden Schneckenform hat, spielt hier das Auswuchten eine große Rolle. Das Wuchtsystem sitzt gemäß Erfindung zentral im inneren Bereich der Schleifschnecke und es hat eine Längsausdehnung in axialer Richtung, die in etwa an die Längsausdehnung der Schleifschnecke angepasst ist.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen als autarkes Wuchtsystem ausgelegt, das mindestens einen Wuchtsensor, einen Motor und eine Wuchtsystem-Steuerung umfasst.
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Vorzugsweise wird das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen mittels kontaktloser Übertragungselemente mit Energie gespeist.
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Vorzugsweise kann das Wuchtsystem mit der Maschine und/oder die Maschine mit dem Wuchtsystem Signale austauschen. Dieser uni-direktionale oder bi-direktionale Signalaustausch kann bei allen Ausführungsformen mittels kontaktloser Übertragungselemente erfolgen.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem bei allen Ausführungsformen als vollautomatisches Wuchtsystem ausgelegt, das Unwuchten frühzeitig erkennt und beseitigt, um eine hohe Qualität bei der Werkstückbearbeitung und große Standzeiten der Werkzeugspindel zu gewährleisten.
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Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass das Werkzeug problemlos gelöst und durch ein anderes Werkzeug ersetzt werden kann.
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ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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1A zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Werkzeugspindel mit Schleifwerkzeug, wobei die Werkzeugspindel mit einem Wuchtsystem der Erfindung ausgestattet ist;
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1B zeigt eine perspektivische Seitenansicht der Werkzeugspindel mit Wuchtsystem der 1A, wobei einige der äußeren Teile entfernt wurden;
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1C zeigt eine Seitenansicht der Werkzeugspindel mit Wuchtsystem der 1B, wobei weitere Teile entfernt wurden;
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1D zeigt eine Seitenansicht des vorderen Teils der Werkzeugspindel mit Wuchtsystem der 1C, wobei im Wesentlichen nur noch das Wuchtsystem und ein Motor zu sehen sind;
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1E zeigt eine Schnittansicht des vorderen Teils der Werkzeugspindel mit Wuchtsystem der 1D, wobei das Wuchtsystem im Inneren einer Spannhülse zu erkennen ist;
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2A zeigt eine Schnittansicht des vorderen Teils der Werkzeugspindel mit Wuchtsystem und Werkzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei im gezeigten Moment das Werkzeug von der Werkzeugspindel getrennt werden kann (zweite Stellung genannt);
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2B zeigt die Schnittansicht der 2A, wobei der Spannkörper des Spannsystems in einer geschlossenen Stellung gezeigt ist und das Werkzeug fest mit der Werkzeugspindel verbunden ist (erste Stellung genannt);
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3A zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Wuchtsystems der Erfindung in Alleinstellung;
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3B zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Wuchtsystems der Erfindung, das zusammen mit einer Spannhülse eine Funktionseinheit bildet;
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4 zeigt einen stark schematisierten Schnitt durch den vorderen Teil eines Wuchtsystems der Erfindung;
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5A zeigt einen stark schematisierten Schnitt durch den vorderen Teil einer Hälfte eines Wuchtsystems der Erfindung, das ähnlich wie in 4 aufgebaut ist, wobei in der gezeigten Stellung das Werkzeug von der Werkzeugspindel getrennt werden kann (zweite Stellung genannt);
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5B zeigt einen stark schematisierten Schnitt durch den vorderen Teil des Wuchtsystems der 5A, wobei in der gezeigten Stellung (erste Stellung genannt) das Werkzeug eingespannt ist.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
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Bevor spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, sollen die wesentlichen Begriffe definiert werden, insoweit sie nicht selbsterklärend sind.
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Die Werkzeugspindel 100 der Erfindung umfasst ein Spannsystem 130 zum automatisierten Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs 1. In den 1A bis 1E sind verschiedene Ansichten einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
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In 1A ist zu erkennen, dass die Werkzeugspindel 100 (von rechts nach links betrachtet) eine Löseeinheit 110, ein Gehäuse 3, ein Werkzeug 1 (hier eine stilisiert dargestellte Schleifschnecke) und einen Spannflansch 2 umfasst.
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Die Löseeinheit 110 ist dazu ausgelegt das Werkzeug 1 automatisiert ein- und ausspannen (lösen) zu können. Um das Einspannen und Lösen vornehmen zu können, ist die Löseeinheit 110 (mechanisch) mit einer Bewegungsvorrichtung 120 des Spannsystems 130 verbunden. Das Bezugszeichen 120 ist nicht in den Figuren gezeigt. Das Bezugszeichen 120 ist lediglich als Zusammenfassung der verschiedenen Elemente und Bauteile der Bewegungsvorrichtung zu verstehen.
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Die Bewegungsvorrichtung 120 ermöglicht durch das Ausführen einer (linearen) Bewegung eines Teils der Bewegungsvorrichtung relativ zu einer drehantreibbaren Spindelwelle 4 der Werkzeugspindel 100 mindestens einen beweglichen Spannkörper 131 des Spannsystems 130 von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung zu überführen. In der ersten Stellung ist das Werkzeug 1 an der Werkzeugspindel 100 eingespannt und in der zweiten Stellung kann das Werkzeug 1 von der Werkzeugspindel 100 getrennt werden.
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Die Werkzeugspindel 100 zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei allen Ausführungsformen ein Wuchtsystem 140 umfasst,
- – das so in die Werkzeugspindel 100 integriert ist, dass es sich solidarisch mit der drehantreibbaren Spindelwelle 4 dreht, und
- – das koaxial zu der Spindelachse SA angeordnet ist.
- – Außerdem ist das Wuchtsystem 140 axial beweglich in der Werkzeugspindel 100 gelagert.
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In 1B ist zu erkennen, dass die Werkzeugspindel 100 einen Motor 10 umfasst, der im Inneren des Gehäuses 3 sitzt. Die Umrisse des Gehäuses 3 sind in 1B gestrichelt dargestellt. Es handelt sich vorzugsweise um einen Elektromotor 10, der als Rotationsantrieb der Werkzeugspindel 100 dient. Besonders als Elektromotor 10 geeignet ist ein Synchron-Einbaumotor. In 1C ist zu erkennen, dass die Spindelwelle 4 die Werkzeugspindel 100 nahezu komplett vom rechten Ende bis zum linken Ende (auch extremales Ende genannt) durchdringt. Der Motor 10 umgreift die Spindelwelle 4, wie in 1C gezeigt. Am rechten Ende der Werkzeugspindel 100 sind Details eines beispielhaften Gehäuses 111 der Löseeinheit 110 zu erkennen. Am extremalen Ende befindet sich das Spannsystem 130, von dem in 1C links lediglich der Spannkörper 131 zu erkennen ist.
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In 1D ist das Wuchtsystem 140 zu erkennen. Das Wuchtsystem 140 hat bei der beispielhaft zu verstehenden Ausführungsform eine Form, die im Wesentlichen zylindrisch ist. Rechts ist eine Verbindungsvorrichtung 141 gezeigt, die als mechanische Verbindung zu einer Zug- oder Schubstange 121 dient. Diese Zug- oder Schubstange 121 ist Teil der bereits erwähnten Bewegungsvorrichtung 120.
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Die Spannhülse 134 kann bei allen Ausführungsformen zusammen mit der Verbindungsvorrichtung 141 ein Bauteil bilden. In diesem Fall ist die Zug- oder Schubstange 121 direkt mit der Einheit aus Spannhülse 134 und Verbindungsvorrichtung 141 verbunden.
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Bei der Ausführungsform, die in den 1A bis 1E gezeigt ist, umfasst die Bewegungsvorrichtung 120 eine Zugstange 121. Statt einer Zugstange 121, kann auch eine Schubstange oder z. B. eine (Dreh-)Welle zum Einsatz kommen. Wichtig ist, dass die Bewegungsvorrichtung 120 ein Teil umfasst, das eine relative Bewegung gegenüber der Spindelwelle 4 ausführen kann. Diese relative Bewegung kann eine Zugbewegung und/oder eine Schubbewegung und/oder eine Drehbewegung sein.
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Diese relative Bewegung wirkt auf mindestens einen beweglichen Spannkörper 131 des Spannsystems 130 ein, um diesen von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen.
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In 1E ist zu erkennen, dass das Wuchtsystem 140 im Inneren einer (Spann-)Hülse 134 des Spannsystems 130 sitzt. Am linken Ende der (Spann-)Hülse 134 ist beispielweise eine Rampe 145 in Form einer umlaufenden Kante definiert. Die Funktion dieser Rampe 145 wird später im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform beschrieben.
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In 2A ist der vordere Bereich der Werkzeugspindel 100 einer weiteren Ausführungsform im Schnitt gezeigt. Das Spannsystem 130 oder das Wuchtsystem 140 weist auch bei dieser Ausführungsform eine Spannhülse 134 auf, wie in den 2A und 2B zu erkennen ist. Die Spannhülse 134 weist eine innere Aufnahmeöffnung 136 auf (siehe 2B), die eine Innenform hat, die im Wesentlichen komplementär zur Außenform des Wuchtsystems 140 ausgebildet ist. Das Wuchtsystem 140 sitzt bei der gezeigten Ausführungsform in der Aufnahmeöffnung 136 der Spannhülse 134.
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In 2A ist rechts neben dem vorderen Bereich der Werkzeugspindel 100 ein Doppelpfeil B gezeigt. Dieser Doppelpfeil B deutet an, dass bei diesen Ausführungsformen eine Zugstange 121 (wie in 1D beispielhaft gezeigt) parallel zur Spindelachse SA nach rechts und links bewegt werden kann. Der Doppelpfeil B bezeichnet somit die bereits erwähnte Relativbewegung.
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Die Spannhülse 134 mit dem innenliegenden Wuchtsystem 140 sitzt im Inneren eines Endbereichs der Spindelwelle 4. Die Spannhülse 134 samt Wuchtsystem 140 kann relativ zur Spindelwelle 4 nach links und rechts bewegt werden. Die entsprechende Bewegung wird bei der gezeigten Ausführungsform von der Zugstange 121 über die Verbindungsvorrichtung 141 (wie in 1D beispielhaft gezeigt) auf die Spannhülse 134 übertragen.
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Am extremalen Ende der Spannhülse 134 sitzt ein Spannkörper 131, der beweglich gelagert ist oder der in sich deformierbar ist.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Spannkörper 131 zum Einsatz, der als Spannzange ausgelegt ist. Der Spannkörper 131 kann bei allen Ausführungsformen eine Spannzange oder mehrere Spannzangen umfassen.
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In 2A ist der Spannkörper 131 in der zweiten Stellung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Werkzeug 1 von der Werkzeugspindel 100 getrennt werden..
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In 2A ist weiterhin zu erkennen, dass die Werkzeugspindel 100 beispielsweise eine Grundaufnahme 133 umfassen kann, die das Werkzeug 1 direkt oder indirekt trägt. Eine solche Grundaufnahme 133 kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen, wobei deren Form von der Bauform des Werkzeugs 1 abhängig ist.
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Im gezeigten Beispiel kommt ein Lagerflansch 135 zum Einsatz, der zum Teil in das Innere der Grundaufnahme 133 ragt. Im Inneren des Lagerflansches 135 können Spindellager sitzen, damit sich die Spindelwelle 4 relativ zum Lagerflansch 135 um die Spindelachse SA drehen kann. Auch dieser Aspekt der Spindellagerung ist als Beispiel dieser beispielhaft gezeigten Ausführungsform zu verstehen.
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In 2B ist das Spannsystem 130 in der ersten Stellung gezeigt und der Spannkörper 131 greift in eine ringförmige Ausnehmung 5 der Grundaufnahme 133 ein. Falls keine Grundaufnahme 133 zum Einsatz kommt, so kann die ringförmige Ausnehmung 5 auch direkt innen am Werkstück 1 vorgesehen sein. In dieser ersten Stellung lässt sich die Grundaufnahme 133 samt Werkzeug 1 nicht mehr von der Werkzeugspindel 100 trennen.
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In der ersten Stellung ist das Werkzeug 1 fest eingespannt. Der Spannkörper 131 greift zum Spannen des Werkzeugs 1 in die ringförmige Ausnehmung 5 der Grundaufnahme 133 oder des Werkzeugs 1 ein. Das Bewegen des Spannkörpers 131 von der zweiten Stellung in die erste Stellung kann bei allen Ausführungsformen beispielsweise durch eine kleine lineare Bewegung der Spannhülse 134 samt Wuchtsystem 140 nach rechts bewerkstelligt werden. Durch diese kleine lineare Bewegung nach rechts, wird der Spannkörper 131 an der bereits erwähnten Rampe 145 radial nach außen in die ringförmige Ausnehmung 5 gedrückt.
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Diese konkrete Ausführungsform des Spannsystems 130 ist als Beispiel zu verstehen. Es gibt auch andere Spannsysteme 130, die im Zusammenhang mit der Erfindung zum Einsatz kommen können. Wichtig ist, dass ein beweglicher Spannkörper 131 des Spannsystems 130 von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführt werden kann und dass dieses Überführen durch das Einwirken der Bewegungsvorrichtung 120 (z. B. mittels einer Zugstange und/oder Schubstange und/oder Welle) erfolgt.
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Bei der bisher beschriebenen Bewegungsvorrichtung 120 wird das Spannen und das Lösen durch eine Relativbewegung eines Teils der Bewegungsvorrichtung 120 gegenüber der Welle 4 bewerkstelligt.
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Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen lediglich das Lösen durch eine Relativbewegung eines Teils (z. B. durch das lineare Bewegen einer Zug- oder Schubstange 121) der Bewegungsvorrichtung 120 gegenüber der Welle 4 bewerkstelligt wird. In diesem Fall wird vor dem Trennen des Werkzeugs 1 von der Werkzeugspindel 100 die Spannhülse 134 samt Wuchtsystem 140 nach links verlagert und der Spannkörper 131 geht in eine Position über, in welcher er eng am Aussenumfang der Spannhülse 134 anliegt. Dieser Zustand ist in 2A gezeigt.
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Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen nur das Lösen durch eine Relativbewegung eines Teils der Bewegungsvorrichtung 120 gegenüber der Welle 4 bewerkstelligt wird, kann das Einspannen des Werkzeugs 1 beispielsweise mittels einer Federsäule erfolgen, die im Inneren der Werkzeugspindel 100. Diese Federsäule ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so konzentrisch zur Spindelachse SA angeordnet, dass sie die Spannhülse 134 samt Wuchtsystem 140 nach rechts zieht (vorspannt). In dieser vorgespannten Position, die auch als Grundposition bezeichnet wird, ist das Werkzeug 1 fest mit der Werkzeugspindel 100 verbunden. Es ist der Vorteil solcher feder-vorgespannter Ausführungsformen, dass nur zum Lösen eine Kraft (z. B. zum linearen Bewegen einer Zug- oder Schubstange 121) durch die Löseeinheit 110 aufgebracht werden muss.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem 140 bei allen Ausführungsformen so in die Werkzeugspindel 100 integriert, dass sich das Wuchtsystem 140 axial (d. h. parallel zur Spindelachse SA) relativ zu der Spindelwelle 4 bewegen lässt, wobei das relative Bewegen des Wuchtsystems 140 von der Bewegungsvorrichtung 120 (z. B. nur durch eine Zug- oder Schubstange 121 oder durch eine Kombination aus eine Zug- oder Schubstange 121 mit einer Federsäule) hervorgerufen wird.
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Vorzugsweise ist das Wuchtsystem 140 bei allen Ausführungsformen so in die Werkzeugspindel 100 integriert, dass es mit dem beweglichen oder deformierbaren Spannkörper 131 des Spannsystems 130 in Wechselwirkung steht. Die Bewegungsvorrichtung 120 erzeugt durch seine relative (vorzugsweise axial gerichtete) Bewegung gegenüber der Spindelwelle 4 eine relative (vorzugsweise axial gerichtete) Bewegung des Wuchtsystems 140 gegenüber der Spindelwelle 4. Die relative (vorzugsweise axial gerichtete) Bewegung des Wuchtsystems 140 wird durch die erwähnte Wechselwirkung in eine (vorzugsweise radial gerichtete) Bewegung und/oder eine radial gerichtete Deformation des Spannkörpers 131 übersetzt.
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Vorzugsweise sitzt das Wuchtsystem 140 bei allen Ausführungsformen in einer Spannhülse 134 (wie in 3B schematisch angedeutet) oder das Wuchtsystem 140 umfasst ein Gehäuse, das als Spannhülse ausgebildet ist (wie in 3A schematisch angedeutet). Bei der Ausführungsform nach 3B, bilden das Wuchtsystem 140 zusammen mit der Spannhülse 134 eine Funktionseinheit 150. In 3B ist nur ein Flansch 142 des Wuchtsystems 140 zu erkennen, da der Rest des Wuchtsystems 140 in der bereits erwähnten Aufnahmeöffnung 136 der Spannhülse 134 sitzt. Unmittelbar unterhalb des Flansches 142 kann ein umlaufender Kragen 137 der Spannhülse 134 sitzen. Bei der Ausführungsform nach 3A, sind der Flansch 142 und der umlaufende Kragen 137 zu einem umlaufenden Kragen 143 zusammengefasst.
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Ein solcher umlaufender Kragen 137 oder 143 kann bei allen Ausführungsform zum Einsatz kommen, um eine Rampe 145 zu definieren. Beispiele sind in den 1E, 2A, 2B, 4, 5A und 5B gezeigt.
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Die Position der Verbindungsvorrichtung 141 ist in den 3A und 3B schematisch je durch einen zylindrischen Zapfen angedeutet.
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Vorzugsweise umfasst das Wuchtsystem 140 bei allen Ausführungsformen einen Mantelbereich 144, der sich mit dem mindestens einen beweglichen Spannkörper 131 in einer mechanischen Wechselwirkung befindet. Vorzugsweise befindet sich dieser Mantelbereich 144 bei allen Ausführungsformen an einer Spannhülse 134 (wie in 3A gezeigt) oder an einem Gehäuse des Wuchtsystems 140 (wie in 3B gezeigt).
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Vorzugsweise umfasst das Wuchtsystem 140 bei allen Ausführungsformen einen Mantelbereich 144, der in Richtung zu dem umlaufenden Kragen 137 (bei Ausführungsformen nach 3B) oder in Richtung zu dem umlaufenden Kragen 143 (bei Ausführungsformen nach 3A) eine Rampe 145 bildet. Die Rampe 145 kann z. B. dadurch gebildet sein, dass sich der Aussendurchmesser des Gehäuses des Wuchtsystems 140 oder der Spannhülse 134 in Richtung des umlaufenden Kragens 137 bzw. 143 erweitert. Die Rampe 145 ist z. B. in den 1E, 2A, 2B zu erkennen.
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Vorzugsweise dient bei allen Ausführungsformen ein kegelstumpfförmiger Mantelbereich 144 als Rampe 145.
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In 4 ist in schematischer Form der extremale Bereich einer Ausführungsform nach 3A im Schnitt gezeigt. In 4 ist zu erkennen, dass ein zylindrischer Abschnitt 147 des Wuchtsystems 140 in den kegelstumpfförmigen Mantelbereich 144 übergeht. Im gezeigten Beispiel folgt unmittelbar nach dem kegelstumpfförmigen Mantelbereich 144 der umlaufende Kragen 143. Der kegelstumpfförmige Mantelbereich 144 bildet die bereits erwähnte Rampe 145.
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Anhand der beiden schematischen Schnittdarstellungen der 5A und 5B, wird nun die mechanische Wechselwirkung zwischen dem kegelstumpfförmigen Mantelbereich 144 und einem Spannkörper 131 erläutert. In 5A ist der Zustand des Spannsystems 130 in der zweiten Stellung gezeigt. In 5B ist der Zustand des Spannsystems 130 in der ersten Stellung gezeigt. Der Übergang von der zweiten Stellung zur ersten Stellung kann z. B. dadurch erzielt werden, dass das Wuchtsystem 140 parallel zur Spindelachse SA linear verschoben wird, was z. B. durch eine Federsäule, wie erwähnt, bewerkstelligt werden kann. Die entsprechende Bewegung B ist im Bereich zwischen den 5A und 5B durch einen Doppelpfeil angedeutet. Man kann anhand der Gegenüberstellung der beiden Figuren erkennen, dass der Spannkörper 131 durch das nach unten Bewegen des Wuchtsystems 140 relativ zu der Rampe 145 nach oben gleitet. Da der Durchmesser in dem Bereich der Rampe 145 zunimmt, wird der Spannkörper 131 gleichzeitig radial nach außen verlagert (z. B. um eine virtuelle Schwenkachse geschwenkt und/oder deformiert). Bei dieser Bewegung nach außen, greift ein Kopf 138 des Spannkörpers 131 in die Ausnehmung 5. Diese Ausnehmung 5 kann z. B. an einer Grundaufnahme 133 oder auch am Werkzeug 1 vorgesehen sein, wie bereits erwähnt.
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Die Ausnehmung 5 kann bei allen Ausführungsformen als ringförmige Nut der Grundaufnahme 133 oder des Werkzeugs 1 vorgesehen sein. Es kann sich aber auch um eine oder mehrere Ausnehmungen 5 handeln, die in Umfangsrichtung eine Ausdehnung von weniger als 360 Grad hat/haben.
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Der Pfeil P1 in 5A deutet an, dass das Werkzeug 1 (hier nicht gezeigt) samt der Grundaufnahme 133 in der zweiten Stellung in einer Richtung parallel zur Spindelachse SA bewegt und abgenommen (von der Werkzeugspindel 100 gelöst) werden kann.
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Das Wuchtsystem 140 der Erfindung umfasst bei allen Ausführungsformen vorzugsweise mindestens ein Gewicht, das um die Spindelachse SA verdrehbar gelagert ist. In 4 sind zwei Gewichte 146.1 und 146.2 schematisch im Schnitt gezeigt, wobei das erste Gewicht 146.1 radial betrachtet weiter außen sitzt und eine geringere Masse hat als das zweite Gewicht 146.2, das radial betrachtet weiter innen sitzt.
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Ein beispielhaftes Wuchtsystem
140, das hier zum Einsatz kommen kann, ist z. B. dem Dokument
DE 4222535 A1 zu entnehmen. Es ist jedoch zu beachten, dass ein solches Wuchtsystem nicht 1:1 übernommen werden kann. Bei dem Bezug auf diese publizierte Patentanmeldung geht es lediglich darum aufzuzeigen, dass die Funktionsweise eines solchen Wuchtsystems
140 bekannt ist.
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Wichtig ist jedoch, dass das Wuchtsystem 140 der Erfindung dazu ausgelegt ist die Unwucht z. B. einer Schleifschnecke 1 auszugleichen, die sich aufgrund der nicht vollständigen Rotationssymmetrie der Schleifschnecke 1 ergibt.
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Daher ist es von Vorteil, wenn das Wuchtsystem 140 in axialer Richtung betrachtet eine Längsausdehnung L1 hat (siehe 1E), die in etwa der Längsausdehnung L2 der Schleifschnecke 1 entspricht, wie in 1B angedeutet. Bei diesem Vergleich der Längsausdehnungen L1 und L2 geht es jedoch in erster Linie um die effektiv wirksame Länge des Wuchtsystems 140, d. h. es geht um den Bereich der Wuchtsystems 140, das mit kontrolliert verschiebbaren Gewicht(en) 146.1, 146.2 bestückt ist.
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Die Wuchtkapazität des Wuchtsystems 140 der Erfindung ist auf die zu erwartende Unwucht der eingeschlossenen Bauteile ausgelegt. Die Lage der Unwucht wird durch einen oder mehrere Wuchtsensoren erfasst. Dann werden die Gewichte 146.1, 146.2 rotativ positioniert und es wird anhand der Wuchtsensoren ermittelt, ob weiterhin eine Unwucht vorliegt. Dies wird so häufig durchgeführt und verfeinert, bis die gewünschte Wuchtgüte erreicht wird.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein autarkes Wuchtsystem 140 zu Einsatz. Ein solches autarkes Wuchtsystem 140 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es zusätzlich zu dem/den Gewichten 146.1, 146.2 mindestens einen Wuchtsensor (z. B. ein Beschleunigungssensor und/oder ein akustischer Sensor), einen Motor und eine Wuchtsystem-Steuerung umfasst.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein autarkes, dynamisch arbeitendes Wuchtsystem 140 in Form eines elektromechanischen Wuchtsystems zum Einsatz, dessen Gewichte 146.1, 146.2 elektromechanischen verstellbar sind. Ein solches Wuchtsystem 140, das autark ist und dynamisch arbeitet, ermöglicht das vollautomatische Auswuchten jeweils nach dem Einspannen eines anderen Werkzeugs 1.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein autarkes Wuchtsystem 140 mit kontaktloser Energieübertragung zum Einsatz, um den Motor und die Wuchtsystem-Steuerung von der Maschine aus speisen zu können. Der Sender für die kontaktlose Energieübertragung sitzt stationär im Bereich der Maschine (dort wo die Werkzeugspindel 100 an der Maschine gelagert ist) und der Empfänger sitzt am Ende der sich drehenden Spindelwelle 4.
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Ein Gesamtsystem umfasst vorzugsweise die bereits beschriebene Werkzeugspindel 100 samt einer Wuchtsystem-Steuerung, die dazu ausgelegt ist, mindestens ein Gewicht 146.1, 146.2 des Wuchtsystems 140 durch eine Drehbewegung zu verlagern, um eine Unwucht der Werkzeugspindel 100 beim Drehen um die Spindelachse SA zu reduzieren oder auszugleichen.
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Vorzugsweise ist die Wuchtsystem-Steuerung signaltechnisch mit dem Wuchtsystem 140 verbindbar (vorzugsweise kontaktlos), um über einen Motor des Wuchtsystems 140 das Gewicht oder die Gewichte 146.1, 146.2 durch eine Drehbewegung verlagern zu können.
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In dem beschriebenen technischen Umfeld kann das folgende Verfahren zum Betreiben der Werkzeugspindel 100 durchgeführt werden. Beim Einspannen eines Werkzeugs 1 wird der folgende Schritt durchgeführt:
- – Ausführen einer relativen Bewegung des Teils 121 der Bewegungsvorrichtung 120 relativ zur Spindelwelle 4, um den beweglichen Spannkörper 131 des Spannsystem 130 von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen. In der zweiten Stellung kann das Werkzeug 1, eventuell zusammen mit einer Grundaufnahme 133, an der Werkzeugspindel 100 angesetzt werden.
- – Ausführen einer relativen Bewegung des Teils 121 der Bewegungsvorrichtung 120 relativ zur Spindelwelle 4, um den beweglichen Spannkörper 131 des Spannsystem 130 von der zweiten Stellung in die erste Stellung zu überführen. In diesem Moment ist das Werkzeug 1 an der Werkzeugspindel 100 befestigt.
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Nach dem Einspannen des Werkzeugs 1 werden dann automatisch die folgenden Schritte durchgeführt:
- a) Ausführen einer Drehbewegung der Werkzeugspindel 100 samt Werkzeug 1 um die Spindelachse SA (angetrieben durch den Motor 10),
- b) Prüfen (z. B. mittels eines Wuchtsensors) ob eine Unwucht vorliegt,
- c) Drehverlagern mindestens eines Gewichts 146.1, 146.2 des Wuchtsystems 140,
- d) Wiederholen der Schritte b) und c), bis keine Unwucht mehr vorliegt oder bis die Unwucht unterhalb eines kritischen Wertes liegt.
Bezugszeichen: | Werkzeug | 1 |
| Spannflansch | 2 |
| Gehäuse | 3 |
| Spindelwelle | 4 |
| Ausnehmung | 5 |
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| Motor | 10 |
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| Werkzeugspindel | 100 |
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| Löseeinheit | 110 |
| Gehäuse der Löseeinheit | 111 |
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| Bewegungsvorrichtung/Zugvorrichtung | 120 |
| Zugstange | 121 |
| | |
| Spannsystem | 130 |
| Spannkörper/Spannzange | 131 |
| Grundaufnahme | 133 |
| Spannhülse | 134 |
| Lagerflansch | 135 |
| Aufnahmeöffnung | 136 |
| umlaufender Kragen | 137 |
| Kopf | 138 |
| | |
| Wuchtsystem | 140 |
| Verbindungsvorrichtung/Verlängerung | 141 |
| Flansch | 142 |
| Umlaufender Kragen | 143 |
| (kegelstumpfförmiger) Mantelbereich | 144 |
| Rampe | 145 |
| Gewichte | 146.1, 146.2 |
| zylindrischer Abschnitt | 147 |
| | |
| Funktionseinheit | 150 |
| | |
| Bewegung | B |
| Längsausdehnung | L1 |
| Längsausdehnung | L2 |
| Pfeil | P1 |
| Spindelachse | SA |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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