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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-006777 , eingereicht am 18. Januar 2018, die hier einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Anmeldung bezieht sich auf einen Halter zum Halten von gehaltenen Elementen wie z. B. Werkzeugen oder Reitstockspitzen und auf eine Werkzeugmaschine, die die Halter enthält.
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HINTERGRUND
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Zur weiteren Automatisierung und Personaleinsparung ist eine Technik zum automatischen Tauschen von Werkzeugen und Reitstockspitzen von Werkzeugmaschinen erforderlich. Es sei angenommen, dass ein zu haltendes Werkzeug oder ein gehaltenes Element wie z. B. ein Werkzeug oder eine Reitstockspitze durch einen Halter gehalten wird und an einem Werkzeugrevolver oder einem Reitstock montiert ist. Der Halter ist zwischen einem Einspannzustand, der weder das Montieren noch das Entnehmen eines gehaltenen Elements ermöglicht, und einem Ausspannzustand, der das Montieren oder das Entnehmen eines gehaltenen Elements ermöglicht, umschaltbar.
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Normalerweise wird ein Halter mit einer Schraube oder der Kraft eines Keils in einem Einspannzustand gehalten. Um gehaltene Elemente zu tauschen wird ein Sechskantschlüssel in ein Sechskantloch am Halter eingesetzt und dann umgedreht, wodurch der Halter in einen Ausspannzustand versetzt wird, um das Montieren oder das Entnehmen eines gehaltenen Elements zu ermöglichen. Nach dem Tauschen von gehaltenen Elementen wird der Sechskantschlüssel in der Gegenrichtung umgedreht, wodurch der Halter in einen Einspannzustand versetzt wird.
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Mit anderen Worten, herkömmliche Halter erfordern komplizierte Bewegungen wie z. B. Einsetzen und Umdrehen eines Sechskantschlüssels, um zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand umzuschalten. Deshalb wird ein herkömmliches Umschalten zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand häufig manuell vorgenommen.
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ENTGEGENHAL TUNGSLISTE
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: JP 2016-144853A
- Patentdokument 2: JP H05-285766A
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Inzwischen wurde ein automatisches Umschalten zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 eine Technik, um einen Roboter zu veranlassen, zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand umzuschalten und Werkzeuge zu montieren oder zu entnehmen. Diese Technik ermöglicht den automatischen Tausch von Werkzeugen. Leider erfordert die Technik, die im Patentdokument 1 offenbart ist, einen umfangreichen, komplizierten Roboter, der Probleme wie z. B. eine komplizierte Steuerung, große Werkzeugmaschinen und erhöhte Kosten verursacht.
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Patentdokument 2 offenbart eine Technik, um einen Halter unter Verwendung einer Antriebskraft eines Motors für Drehwerkzeuge, der in einen Werkzeugrevolver eingebaut ist, zwischen einem Einspannzustand und einem Ausspannzustand umzuschalten. Das heißt, ein typischer Werkzeugrevolver besitzt einen Motor, um ein montiertes Werkzeug zu drehen. Patentdokument 2 verwendet den Motor nicht, um ein Werkzeug zu drehen, sondern, um einen Halter zwischen einem Einspannzustand und einem Ausspannzustand umzuschalten. Diese Technik erfordert keine derart umfangreiche, komplizierte Maschine wie einen vorhandenen Roboter. Leider kann die Technik, die in Patentdokument 2 offenbart wird, kein Werkzeug drehen, da der Motor zum Drehen eines Werkzeugs verwendet wird, um zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand umzuschalten. Mit anderen Worten verschlechtert die Technik, die in Patentdokument 2 offenbart ist, die Funktion einer Werkzeugmaschine teilweise.
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In Anbetracht des Obigen offenbart diese Anmeldung einen Halter und eine Werkzeugmaschine, die den Halter enthält, wobei der Halter und die Werkzeugmaschine einfache Strukturen besitzen und in der Lage sind, zwischen den Zuständen des Einspannens bzw. des Ausspannens gehaltener Elemente ohne Verschlechterung der Funktion der Werkzeugmaschine automatisch umzuschalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Halter, der in dieser Anmeldung offenbart wird, ist ein Halter zum Halten eines gehaltenen Elements, das ein Werkzeug oder eine Reitstockspitze ist, wobei der Halter einen Spannmechanismus zum Einspannen des gehaltenen Elements, wobei der Spannmechanismus zwischen einem Einspannzustand und einem Ausspannzustand umschaltbar ist, der Einspannzustand ein Zustand ist, in dem verhindert wird, dass das gehaltene Element aus dem Halter entfernt wird, und der Ausspannzustand ein Zustand ist, in dem ermöglicht wird, dass das gehaltene Element aus dem Halter entfernt wird; und einen freiliegenden Abschnitt, der zur Außenseite des Halters freiliegt und mit dem Spannmechanismus direkt oder indirekt und mechanisch verbunden ist, wobei der freiliegende Abschnitt ausgelegt ist, in eine Richtung zur Bewegung geschoben zu werden, um dadurch den Spannmechanismus zum Ausspannzustand umzuschalten, enthält.
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Da es möglich ist, lediglich durch Schieben des freiliegenden Abschnitts außerhalb des Halters in eine Richtung zum Ausspannzustand umzuschalten, ist die Bereitstellung eines bewegten Körpers, der eine kompliziert Form besitzt und in der Lage zu einer komplizierten Bewegung ist, unnötig. Ferner ermöglicht der Halter, der in dieser Anmeldung offenbart wird, die Verwendung eines Drehwerkzeugs selbst während des Umschaltens, da eine Antriebskraft zum Drehen eines Werkzeugs von einem Motor, der in den Werkzeugrevolver eingebaut ist, nicht erforderlich ist, um zum Ausspannzustand umzuschalten. Als Ergebnis wird ein automatisches Umschalten zwischen den Zuständen des Einspannens bzw. des Ausspannens eines gehaltenen Elements mit einer einfachen Struktur ohne eine Verschlechterung der Funktion der Werkzeugmaschine erreicht.
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In einer Ausführungsform kann der Spannmechanismus eine Spannklaue, die zwischen einer Eingriffsstellung und einer Freigabestellung beweglich ist, wobei die Eingriffsstellung eine Stellung ist, in der die Spannklaue mit dem gehaltenen Element in Eingriff ist, und die Freigabestellung eine Stellung ist, in der der Eingriff der Spannklaue gelöst ist, eine Zugstange, die zwischen einer Einspannstellung und einer Ausspannstellung beweglich ist, wobei die Einspannstellung eine Stellung ist, in der verhindert wird, dass die Spannklaue aus der Eingriffsstellung versetzt wird, und die Ausspannstellung eine Stellung ist, in der die Spannklaue aus der Eingriffsstellung zur Freigabestellung versetzt werden kann; und ein Druckelement, um die Zugstange zur Einspannstellung zu drücken, enthalten.
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Die oben beschriebene Struktur ermöglicht das Einspannen eines Werkzeugs gemäß der Norm und kann somit den allgemeinen Nutzen von Haltern verbessern.
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In einer Ausführungsform kann ein Ende der Zugstange zur Außenseite des Halters freiliegen, ein Teil der Zugstange kann als der freiliegende Abschnitt, der Teil der zur Außenseite freiliegt, arbeiten, das Druckelement kann die Zugstange in eine Richtung, in der der freiliegende Abschnitt sich weiter aus dem Halter bewegt, drücken und der freiliegende Abschnitt kann gegen eine Druckkraft des Druckelements zum Inneren des Halters geschoben werden, wodurch das gehaltene Element ausgespannt wird.
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Die Verwendung eines Teils der Zugstange als den freiliegenden Abschnitt ermöglicht eine Verringerung der Anzahl erforderlicher Teile und eine weitere Vereinfachung der Struktur.
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In einer Ausführungsform kann der freiliegende Abschnitt mittels eines Übertragungsmechanismus mit der Zugstange verbunden sein und der Übertragungsmechanismus kann eine Bewegung, die einem Schieben des freiliegenden Abschnitts zugeordnet ist, in eine Bewegung von der Einspannstellung zur Ausspannstellung umsetzen, um die umgesetzte Bewegung zur Zugstange zu übertragen.
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Die oben beschriebene Struktur ermöglicht eine direkte Änderung der Stellung, in der der freiliegende Abschnitt angeordnet ist, und der Richtung, in die der freiliegende Abschnitt geschoben werden muss. Die Struktur ermöglicht außerdem eine Verstärkung der Schubkraft, um die verstärkte Kraft zur Zugstange zu übertragen.
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In einer Ausführungsform kann der Halter zum Montieren an einem Werkzeugrevolver einer Werkzeugmaschine ausgelegt sein, wobei der Halter ferner eine Werkzeugdrehwelle, die mit der Zugstange koaxial angeordnet ist, um im Einspannzustand mit dem gehaltenen Element in einer Umfangsrichtung in Eingriff zu sein, und einen Übertragungsmechanismus, der ein oder mehrere Paare Zahnräder enthält, um eine Drehung einer Hauptdrehwelle des Werkzeugrevolvers zur Werkzeugdrehwelle zu übertragen, enthalten kann, und die Drehung der Hauptdrehwelle kann mittels des Übertragungsmechanismus und der Werkzeugdrehwelle zum gehaltenen Element übertragen werden.
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Die oben beschriebene Struktur kann die Drehung der Drehwelle des Werkzeugrevolvers zum gehaltenen Element (und einem Drehwerkzeug), das durch den Halter gehalten wird, derart übertragen, dass eine Fräsverarbeitung ausgeführt werden kann.
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Eine Werkzeugmaschine, die in dieser Anmeldung offengelegt wird, enthält den oben beschriebenen Halter und einen bewegten Körper, um den freiliegenden Abschnitt in die eine Richtung zur Bewegung zu schieben.
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Die oben beschriebene Struktur kann den Halter automatisch statt manuell in einen entriegelten Zustand versetzen.
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In einer Ausführungsform kann der Halter an einem Werkzeugrevolver, der an einem Werkzeugständer montiert ist, montiert sein und der bewegte Körper kann ein Reitstock, eine Gegenspindel, ein weiterer Werkzeugständer oder ein weiterer Werkzeugrevolver, der am weiteren Werkzeugständer montiert ist, sein.
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Die Verwendung eines bewegten Körpers wie z. B. eines Reitstocks, einer Gegenspindel, eines weiteren Werkzeugständers oder eines weiteren Werkzeugrevolvers, der am weiteren Werkzeugständer montiert ist, der in einer bestehenden Werkzeugmaschine montiert ist, beseitigt die Notwendigkeit eines fest zugeordneten bewegten Körpers zum Umschalten zu einem entriegelten Zustand. Dies kann die Struktur einer Werkzeugmaschine vereinfachen und die Kosten verringern.
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In einer Ausführungsform kann der Halter an einem Reitstock montiert sein und der bewegte Körper kann eine Gegenspindel, ein Werkzeugrevolver oder ein Werkzeugständer sein.
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Die Verwendung eines bewegten Körpers wie z. B. einer Gegenspindel, eines Werkzeugrevolvers oder eines Werkzeugständers, der in einer bestehenden Werkzeugmaschine montiert ist, beseitigt die Notwendigkeit eines fest zugeordneten bewegten Körpers zum Umschalten zu einem entriegelten Zustand. Dies kann die Struktur einer Werkzeugmaschine vereinfachen und die Kosten verringern.
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Eine weitere Werkzeugmaschine, die in dieser Anmeldung offenbart wird, enthält den oben beschriebenen Halter und einen bewegten Körper, an dem der Halter montiert werden soll, wobei der bewegte Körper bewegt wird, um dadurch den freiliegenden Abschnitt auf eine vom bewegten Körper verschiedene Struktur zu pressen, wodurch das gehaltene Element ausgespannt wird.
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Die oben beschriebene Struktur erfordert keinen getrennten bewegten Körper, um den freiliegenden Abschnitt zu schieben. Dies kann die Struktur einer Werkzeugmaschine weiter vereinfachen.
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In einer Ausführungsform kann die oben beschriebene Werkzeugmaschine ferner einen Tauschmechanismus zum Entnehmen oder zum Einsetzen eines gehaltenen Elements in Bezug auf den Halter im Ausspannzustand enthalten.
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Die Bereitstellung des Tauschmechanismus ermöglicht einen automatischen Tausch von Werkzeugen.
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Der Halter und die Werkzeugmaschine, die in dieser Anmeldung offenbart werden, ermöglichen ein automatisches Umschalten zwischen den Zuständen des Einspannens bzw. des Ausspannens eines gehaltenen Elements mit einer einfachen Struktur und ohne eine Verschlechterung der Funktion der Werkzeugmaschine.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung werden durch Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine;
- 2 eine Querschnittsansicht eines Bereichs um einen Halter;
- 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Halters;
- 4 eine vergrößerte Ansicht des Teils A von 3 in einem Einspannzustand; und
- 5 eine vergrößerte Ansicht des Teils A in einem Ausspannzustand.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Struktur einer Werkzeugmaschine 10 wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 stellt die Struktur einer Werkzeugmaschine 10 dar. In der unten gegebenen Beschreibung ist eine Richtung parallel zur Drehachse Rw einer Werkstückhauptspindel 32 als die Z-Achse definiert, eine Richtung parallel zu einer Bewegungsrichtung senkrecht zur Z-Achse eines Werkzeugständers 18 als die X-Achse und eine Richtung senkrecht zur X-Ache und zur Z-Achse als die Y-Achse. Die Richtung der Z-Achse, die sich von der Werkstückhauptspindel 32 einem Reitstock 16 nähert, die Richtung der X-Achse, die sich von der Werkstückhauptspindel 32 dem Werkzeugständer 18 nähert und die Richtung der Y-Achse, die vom der Werkstückhauptspindel 32 nach oben gerichtet ist, sind als positive Richtungen definiert.
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Die Werkzeugmaschine 10 bearbeitet ein Werkstück 110, das auf der Werkstückhauptspindel 32 gehalten wird, mit einem Werkzeug 100, das durch den Werkzeugständer 18 gehalten wird. Insbesondere ist die Werkzeugmaschine 10 eine Drehmaschine unter NC-Steuerung und besitzt einen Werkzeugrevolver 19, um mehrere Werkzeuge 100 zu halten. Die Werkzeugmaschine 10 besitzt eine Bearbeitungskammer, die umschließend abgedeckt ist. Die Bearbeitungskammer besitzt außerdem eine große Öffnung an ihrer Vorderseite. Die Öffnung ist ausgelegt, durch eine Tür (die in 1 nicht dargestellt ist) geöffnet und geschlossen zu werden. Ein Bediener greift auf entsprechende Einheiten in der Bearbeitungskammer durch die Öffnung zu. Die Tür, mit der die Öffnung versehen ist, wird während der Bearbeitung geschlossen gehalten, um die Sicherheit und eine geeignete Umgebung zu erhalten.
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Die Werkzeugmaschine 10 enthält eine Werkstückhauptspindeleinheit, um ein Ende des Werkstücks 110 derart zu halten, dass eine Umdrehung ermöglicht wird, den Werkzeugständer 18, um das Werkzeug 100 zu halten, und den Reitstock 16, um das andere Ende des Werkstücks 110 zu halten. Die Werkstückhauptspindeleinheit enthält einen Spindelstock, der z. B. einen Antriebsmotor (der nicht ersichtlich ist, da er durch weitere Elemente verdeckt ist) umfasst, und die Werkstückhauptspindel 32, die am Spindelstock montiert ist. Die Werkstückhauptspindel 32 enthält ein Spannfutter 33 oder eine Spannhülse, um das Werkstück 110 entnehmbar zu halten, um einen erwünschten Tausch von zu haltenden Werkstücken 110 zu ermöglichen. Die Werkstückhauptspindel 32 und das Spannfutter 33 drehen sich um die Werkstückdrehachse Rw, die in der horizontalen Richtung (die Z-Achsenrichtung in 1) verläuft.
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Der Reitstock 16 ist derart angeordnet, dass er der Werkstückhauptspindel 32 in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt und ein Ende des Werkstücks 110, das auf der Werkstückhauptspindel 32 gehalten wird, trägt. Der Reitstock 16 ist derart positioniert, dass seine Mittelachse mit der Werkstückdrehachse Rw übereinstimmt. Der Reitstock 16 besitzt eine Reitstockmitte 120, die ein in einer konischen Form vorstehendes Kopfende besitzt. Während der Bearbeitung wird das Kopfende der Reitstockmitte 120 an der Mitte des Werkstücks 110 anliegend gehalten. Der Reitstock 16 ist in der Z-Achsenrichtung beweglich, um sich in Bezug auf das Werkstück 110 zu nähern oder von ihm zu entfernen.
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Der Werkzeugständer 18 hält das Werkzeug 100. Das zu haltenden Werkzeug 100 kann ein drehendes Werkzeug (z. B. Schneidwerkzeuge oder Schneiden) oder ein Fräswerkzeug (Drehwerkzeuge, z. B. Schaftfräser) sein. Der Werkzeugständer 18 ist in einer Richtung parallel zur Z-Achse, das heißt einer Richtung parallel zur Achse des Werkstücks 110, beweglich. Der Werkzeugständer 18 ist auf einer Führungsschiene, die in der Durchmesserrichtung des Werkstücks 110 oder einer Richtung parallel zur X-Achse verläuft, angeordnet, um außerdem in einer Richtung parallel zur X-Achse beweglich zu sein. Wie aus 1 deutlich wird, ist die X-Achse durch die Öffnung der Bearbeitungskammer gesehen in Bezug auf die horizontale Richtung ausgehend von einem Betrachter, der die Zeichnung betrachtet, aufwärts geneigt.
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Der Werkzeugständer 18 besitzt den Werkzeugrevolver 19 an seinem Endabschnitt. Der Werkzeugrevolver 19 kann mehrere Werkzeuge 100 halten. Der Werkzeugrevolver 19 ist im Wesentlichen zylindrisch und um eine Achse parallel zur Z-Achse drehbar. Der Werkzeugrevolver 19 besitzt mehrere Zapfenlöcher 48 an seiner Außenumfangsfläche. Jedes der Zapfenlöcher 48 wird zum Montieren eines Halters 50, der später beschrieben werden soll, verwendet. Speziell ist der Halter 50 teilweise in das Zapfenloch 48 eingesetzt und am Werkzeugrevolver 19 mit einem Bolzen befestigt. Der Halter 50 hält entnehmbar das Werkzeug 100. Ein Umschalten zwischen den Zuständen des Einspannens bzw. des Ausspannens des Werkzeugs 100 durch den Halter 50 wird automatisch in der Werkzeugmaschine 10 vorgenommen, wie später beschrieben wird.
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Auf jeden Fall werden mehrere Werkzeuge 100 mittels der Halter 50 auf dem Werkzeugrevolver 19 gehalten. Eine Drehung des Werkzeugrevolvers 19 ermöglicht einen erwünschten Tausch von Werkzeugen 100 zur Verwendung beim Bearbeiten von Werkstücken 110. Ein Bewegen des Werkzeugständers 18 in einer Richtung parallel zur Z-Achse bewirkt, dass das Werkzeug 100, das im Werkzeugrevolver 19 gehalten wird, sich in einer Richtung parallel zur Z-Achse bewegt. Ein Bewegen des Werkzeugständers 18 in einer Richtung parallel zur X-Achse bewirkt, dass das Werkzeug 100, das im Werkzeugrevolver 19 gehalten wird, sich in einer Richtung parallel zur X-Achse bewegt. Ein Bewegen des Werkzeugständers 18 in einer Richtung parallel zur X-Achse ermöglicht eine Änderung des Umfangs des Schneidens in das Werkstück 110 durch das Werkzeug 100.
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In der Bearbeitungskammer ist ein eingebauter Roboter 20 angeordnet. Der eingebaute Roboter 20 arbeitet als ein Tauschmechanismus zum Entnehmen oder zum Einsetzen eines Werkzeugs 100 in Bezug auf den Halter 50 in einem Ausspannzustand. Der eingebaute Roboter 20 kann eine beliebige Struktur besitzen und kann bei einer beliebigen Position ohne Beschränkung montiert sein, die ein Einsetzen und ein Entnehmen (Tauschen) der Werkzeuge 100 ermöglichen. Dementsprechend kann der eingebaute Roboter 20 wie z. B. in 1 dargestellt ist ein Mehrgelenkarmroboter sein, an dessen Kopfende ein Greifer eines Handmechanismus 22 angebracht ist. Alternativ kann der eingebaute Roboter 20 ein Roboter sein, der z. B. eine Portalschiene oder eine Parallelverbindung besitzt. Nochmals alterativ kann eine Werkzeugtransporttauschvorrichtung, die einen geradlinigen Bewegungsmechanismus oder dergleichen enthält, der den Tausch der Werkzeuge 100 ermöglicht, anstelle des eingebauten Roboters 20 vorgesehen sein.
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Eine Steuereinheit 34 steuert das Antreiben der entsprechenden Einheiten der Werkzeugmaschine 10 gemäß einer Anweisung eines Bedieners. Die Steuereinheit 34 enthält z. B. eine CPU für verschiedene Operationen und einen Speicher zum Speichern verschiedener Steuerprogramme und Steuerparameter. Die Steuereinheit 34 besitzt eine Kommunikationsfunktion und kann verschiedene Daten wie z. B. NC-Programmdaten von anderen Einrichtungen empfangen. Die Steuereinheit 34 kann eine numerische Steuereinheit z. B. zur Berechnung der Position des Werkzeugs 100 oder des Werkstücks 110 zu jeder beliebigen Zeit enthalten. Die Steuereinheit 34 kann eine einzelne Einrichtung oder mehrere kombinierte Betätigungseinrichtungen enthalten.
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Nun wird die Struktur des Halters 50, der am Werkzeugrevolver 19 montiert werden soll, beschrieben. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs um den Halter 50. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils des Halters 50. 4 und 5 sind vergrößerte Ansichten des Teils A in 3. Insbesondere bezieht sich 4 auf einen Einspannzustand und 5 auf einen Ausspannzustand.
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Der Halter 50 ist an der Umfangsfläche des Werkzeugrevolvers 19 montiert, wie oben beschrieben wird. Der Werkzeugrevolver 19 kann sich mit einer Kraft eines Drehmotors (der nicht dargestellt ist) um eine vorgegebene Drehachse (parallel zur Z-Achse) drehen. Der Werkzeugrevolver 19 besitzt eine Hauptdrehwelle 36, die in einer Richtung parallel zur Z-Achse verläuft. Die Hauptdrehwelle 36 ist eine Welle, die sich dreht, als wenn sie durch einen Werkzeugdrehmotor (der nicht dargestellt ist) angetrieben würde. Die Drehung der Hauptdrehwelle 36 wird durch ein Paar Kegelräder 38a, 38b einer Winkelumsetzung um 90 Grad unterworfen, bevor sie zu einer primären nachgeordneten Drehwelle 39 übertragen wird. Die primäre nachgeordnete Drehwelle 39 ist mit einer sekundären nachgeordneten Drehwelle 52, die am Halter 50 montiert ist, mittels eines Keils oder dergleichen verbunden.
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Die Drehung der sekundären nachgeordneten Drehwelle 52 wird durch ein Paar Kegelräder 54a, 54b einer Winkelumsetzung um 90 Grad unterworfen, bevor sie zu einer Werkzeugdrehwelle 56 übertragen wird. Die Werkzeugdrehwelle 56 ist in Eingriff mit dem Werkzeug 100 in seiner Umfangsrichtung und dreht sich, um dadurch zu bewirken, dass sich das Werkzeug 100 dreht. Das heißt, dass die Drehung der Hauptdrehwelle 36 am Werkzeugrevolver 19 mittels der Kegelräder 38a, 38b, die primäre und die sekundäre nachgeordnete Drehwelle 39, 52, die Kegelräder 54a, 54b und die Werkzeugrehwelle 56 zum Werkzeug 100 übertragen wird.
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Die Werkzeugrehwelle 56 ist ein Hohlzylinder und umfasst einen Spannmechanismus 60 zum Halten des Werkzeugs 100. Der Spannmechanismus 60 enthält eine Spannklaue 62, ein Zugstange 64 zum Bewegen der Spannklaue 62 und ein Druckelement 66, um die Zugstange 64 zu drücken. Die Spannklaue 62 ist mit einem Teil eines konischen Schafts 102 des Werkzeugs 100 in Eingriff. Konkreter ist ein konischer Schaft 102 an der Wurzel des Werkzeugs 100 gebildet. Der konische Schaft 102 besitzt eine Form, deren Durchmesser bei Annäherung zur Wurzel (siehe 4 und 5) dünner wird. Der konische Schaft 102 ist ein Hohlzylinder. Der konische Schaft 102 besitzt eine Eingriffsnut 104, die an seiner Innenumfangsfläche definiert ist, zum Eingriff mit der Spannklaue 62.
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An der Kopfendfläche des Halters 50 ist ein Werkzeugeinsetzloch 74 gebildet, das entsprechend des konischen Schafts 102 geformt ist. Die Spannklaue 62 ist bei einer Position im Halter 50 vorgesehen, wobei die Position der Eingriffsnut 104 entspricht. Die Spannklaue 62 wird mit einer Schwenkachse nahe der Wurzel der Spannklaue 62 bei der Mitte geschwenkt, um sich dadurch zwischen einer Eingriffsstellung und einer Freigabestellung zu bewegen. Wie in 4 dargestellt ist, ist die Eingriffsstellung eine Stellung, in der das Kopfende der Spannklaue 62 mit der Eingriffsnut 104 in Eingriff sein kann. Die Spannklaue 62 baut in der Eingriffsstellung einen Einspannzustand auf, der ein Einsetzen und ein Entnehmen des Werkzeugs 100 in Bezug auf den Halter 50 verhindert. Wenn das Werkzeug 100 in den Halter 50 eingesetzt ist und der Einspannzustand aufgebaut ist, wird das Werkzeug 100 durch den Halter 50 sicher gehalten.
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Wie in 5 dargestellt ist, ist die Freigabestellung eine Stellung, in der das Kopfende der Spannklaue 62 aus dem Eingriff mit der Eingriffsnut 104 gelöst werden kann. In diesem Beispiel ist die Freigabestellung in einer Stellung in radialer Richtung des konischen Schafts 102 weiter innen als die Eingriffsstellung definiert. Die Spannklaue 62 in der Freigabestellung baut einen Ausspannzustand auf, der das Einsetzen und Entnehmen des Werkzeugs 100 in Bezug auf den Halter 50 ermöglicht. Um das Werkzeug 100, das im Halter 50 gehalten wird, zu tauschen, wird der Spannmechanismus 60 in die Ausspannstellung versetzt.
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Die Zugstange 64 ist ein Stabelement, das sich in axialer Richtung bewegt und eine konische Oberfläche 68, die nahe seines Kopfendes gebildet ist, besitzt. Der Durchmesser der konischen Oberfläche 68 wird bei Annäherung an das Kopfende der Zugstange 64 größer (siehe 4 und 5). Die konische Oberfläche 68 liegt am Kopfende der Spannklaue 62 an. Wenn die Zugstange 64 sich in eine Richtung, in der sie sich dem Werkzeug 100 nähert, bewegt, kann sich das Kopfende der Spannklaue 62 in radialer Richtung nach innen (zur Freigabestellung) bewegen, wie in 5 dargestellt ist. Währenddessen bewegt sich das Kopfende der Spannklaue 62 dann, wenn sich die Zugstange 64 in eine Richtung, die sich vom Werkzeug 100 entfernt, bewegt, in radialer Richtung nach außen (zur Eingriffsstellung), derart, dass es mit der Eingriffsnut 104 in Eingriff ist oder in den Einspannzustand, wie in 4 dargestellt ist. Die zurückgezogene Stellung der Zugstange 64, in der verhindert wird, dass die Spannklaue 62 aus der Eingriffsstellung versetzt wird, wird im Folgenden als eine Einspannstellung bezeichnet, während die vorgerückte Stellung der Zugstange 64, in der es der Spannklaue 62 möglich ist, von der Eingriffsstellung zur Freigabestellung versetzt zu werden, als eine Ausspannstellung bezeichnet werden wird.
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Das Druckelement 66 drückt die Zugstange 64 zur Spannvorrichtung (eine Richtung, die sich vom Werkzeug 100 entfernt). Das Druckelement 66 kann ein beliebiges Element ohne Beschränkung sein, das die Zugstange 64 zur Spannvorrichtung drücken kann. In diesem Beispiel ist das Druckelement 66 eine Kegelfeder. Das Druckelement 66 hält die Spannklaue 62 im Einspannzustand.
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Das nahe gelegene Ende der Zugstange 64 wirkt als ein freiliegender Abschnitt 70, der zur Außenseite des Halters 50 freiliegt. Der freiliegende Abschnitt 70 kann als ein Abschnitt, der direkt und mechanisch mit dem Spannmechanismus 60 verbunden ist, umformuliert werden. Der freiliegende Abschnitt 70 wird in axialer Richtung geschoben (in den Innenraum des Halters 50 geschoben; das heißt in eine Richtung, die sich dem Werkzeug 100 nähert); mit anderen Worten in eine Richtung gegen die Druckkraft des Druckelements 66, wobei der Spannmechanismus 60 zum Ausspannzustand umgeschaltet wird. Der Spannmechanismus 60 ermöglicht im Ausspannzustand das Einsetzen und Entnehmen des Werkzeugs 100, derart, dass das Werkzeug getauscht werden kann. Zusammenfassend wird der freiliegende Abschnitt 70 in eine Richtung geschoben, um die Werkzeuge 100 zu tauschen.
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Der freiliegende Abschnitt 70 kann durch einen beliebigen bewegten Körper, der an der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist, geschoben werden. Da die Richtung, in die der freiliegende Abschnitt 70 geschoben werden soll, eine Richtung ist, kann ein beliebiges Objekt, das sich in mindestens eine Richtung bewegen kann, den bewegten Körper bilden. Das heißt, eine komplizierte Bewegung zum Bewegen des Körpers ist unnötig. Wenn der freiliegende Abschnitt 70 ein Vorsprung zur Außenseite des Halters 50 ist, wie in 3 dargestellt ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass der bewegte Körper mit Abschnitten außer dem freiliegenden Abschnitt 70 interferiert. Dies beseitigt die Notwendigkeit, dass der bewegte Körper eine besondere Form zur Vermeidung von Interferenzen mit Abschnitten außer dem freiliegenden Abschnitt 70 besitzt. Mit anderen Worten ist es unnötig, einen fest zugeordneten, bewegten Körper, der eine besondere Form für eine besondere Bewegung besitzt, als einen bewegten Körper zum Schieben des freiliegenden Abschnitts 70 vorzusehen. Stattdessen kann ein beliebiger bewegter Körper, der herkömmlicherweise an der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist, ohne ein Problem verwendet werden.
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Ein derartiger bewegter Körper kann z. B. der Reitstock 16 sein. Beim Tauschen von Werkzeugen kann der Reitstock 16 zum Halter 50 bewegt werden, um dadurch den freiliegenden Abschnitt 70 in eine Richtung zu schieben. Einige Werkzeugmaschinen 10 können eine Gegenspindel, einen weiteren Werkzeugrevolver oder einen weiteren Werkzeugständer besitzen. Eine Gegenspindel bezieht sich auf eine weitere Werkstückhauptspindel, die gegenüber der Werkstückhauptspindel 32 und in der Z-Achsenrichtung beweglich angeordnet ist. Falls eine Gegenspindel vorgesehen ist, kann die Gegenspindel verwendet werden, um mit ihr den freiliegenden Abschnitt 70 zu schieben. Ferner können einige Werkzeugmaschinen 10 mehrere Werkzeugrevolverständer besitzen. In diesem Fall kann ein weiterer Werkzeugrevolver 19 verwendet werden, um mit ihm den freiliegenden Abschnitt 70 des Halters 50, der an einem Werkzeugrevolver 19 montiert ist, zu schieben. Darüber hinaus können einige Werkzeugmaschinen 10 einen Werkzeugständer mit einer M-Hauptspindel neben einem Werkzeugrevolverständer besitzen. In diesem Fall kann der Werkzeugständer mit einer M-Hauptspindel verwendet werden, um den freiliegenden Abschnitt 70 des Halters 50, der am Werkzeugrevolverständer montiert ist, zu schieben. In jedem Fall ist lediglich erforderlich, dass der bewegte Körper sich geradlinig bewegt, nicht dass er sich notwendigerweise in einer komplizierten Weise bewegt und nicht, dass er notwendigerweise eine komplizierte Form besitzt.
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Alternativ kann der Werkzeugständer 18, statt den freiliegenden Abschnitt 70 mit einem bewegten Körper zu schieben, bewegt werden, um dadurch den freiliegenden Abschnitt 70 auf eine beliebige weitere Struktur zu pressen. Eine zu pressende Struktur kann z. B. eine Wandfläche der Bearbeitungskammer oder einen Teil eines bewegten Körpers wie z. B. den Reitstock 16 enthalten. Da der freiliegenden Abschnitt 70 auch in diesem Fall in eine Richtung geschoben wird, kann der Spannmechanismus 60 in den Ausspannzustand versetzt werden.
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In jedem Fall ermöglicht das Schieben des freiliegenden Abschnitts 70 zur Bewegung in eine Richtung in diesem Beispiel ein Umschalten des Spannmechanismus 60 in den Ausspannzustand. Mit anderen Worten ist eine Antriebskraft zum Drehen eines Werkzeugs (eine Antriebskraft eines Werkzeugdrehmotors) von einem Motor im Werkzeugrevolver 19 beim Umschalten zum Ausspannzustand nicht erforderlich. Als Ergebnis ermöglicht der Halter 50 in diesem Beispiel ein automatisches Umschalten zum Ausspannzustand selbst während das Drehwerkzeug verwendet wird. Mit anderen Worten ermöglicht der Halter 50 in diesem Beispiel ein automatisches Umschalten des Spannmechanismus 60 zum Ausspannzustand, ohne eine Verschlechterung der Funktion der Werkzeugmaschine 10 oder der Funktion des Drehens eines Werkzeugs am Werkzeugrevolver 19. Wenn der Spannmechanismus 60 in den Ausspannzustand versetzt wurde, kann der eingebaute Roboter 20 die Werkzeuge 100 tauschen.
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Die Prozedur zum Tauschen von Werkzeugen 100 wird nun konkreter beschrieben. Um die Werkzeuge 100 im Werkzeugrevolver 19 zu tauschen, steuert die Steuereinheit 34 zunächst den eingebauten Roboter 20 an, um zu bewirken, dass der Handmechanismus 22 das Werkzeug 100, das in den Halter 50 eingesetzt ist, hält. Anschließend steuert die Steuereinheit 34 den bewegten Körper an, um mit ihm den freiliegenden Abschnitt 70 zu schieben, oder steuert den Werkzeugständer 18 an, um mit ihm den freiliegenden Abschnitt 70 auf eine weitere Struktur zu pressen. Als Ergebnis rückt die Zugstange 64 gegen die Druckkraft des Druckelementes 66 zur Ausspannstellung vor. Mit diesem Vorrücken bewegt sich die Spannklaue 62 zur Freigabestellung oder in radialer Richtung nach innen. Dies baut den Ausspannzustand, in dem die Spannklaue 62 von der Eingriffsnut 104 gelöst ist, auf. Dann steuert die Steuereinheit 34 den eingebauten Roboter 20 an, das Werkzeug 100, das durch den eingebauten Roboter 20 gehalten wird, zum Entnehmen aus dem Halter 50 herauszuziehen.
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Der eingebaute Roboter 20 ordnet das entnommene Werkzeug 100 zur Aufbewahrung in einem Werkzeugmagazin (das nicht dargestellt ist) an. Das Werkzeugmagazin kann z. B. außerhalb der passenden Kammer vorgesehen sein und es können mehrere Werkzeuge im Werkzeugmagazin aufbewahrt werden. Als Antwort auf eine Anweisung von einem Anwender bewirkt die Steuereinheit 34, dass der Handmechanismus 22 des eingebauten Roboters 20 ein bestimmtes Werkzeug 100 hält. Dann steuert die Steuereinheit 34 den eingebauten Roboter 20 derart an, dass er das Werkzeug 100 zum Halter 50 bringt und in das Werkzeugeinsetzloch 74 einsetzt. Mit dem in den Halter 50 eingesetzten Werkzeug 100 steuert die Steuereinheit 34 den bewegten Körper oder den Werkzeugständer 18 an, den freiliegenden Abschnitt 70, der geschoben gehalten wird, freizugeben. Als Ergebnis zieht sich die Zugstange 64 mit der Druckkraft des Druckelements 66 zur Einspannstellung zurück. Zusätzlich wird die Spannklaue 62 mit der Spannklaue 62 des Werkzeugs 100 in Eingriff gebracht, wodurch das Werkzeug 100 sicher eingespannt wird. Schließlich gibt der Handmechanismus 22 das Werkzeug 100 frei und bewegt sich vom Werkzeug 100 weg. Dies schließt das automatische Tauschen von Werkzeugen ab.
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Wie aus der Beschreibung oben deutlich wird, besitzt der Halter 50 einen freiliegenden Abschnitt 70, der zur Außenseite freiliegt, um in eine Richtung zur Bewegung geschoben zu werden, um in diesem Beispiel zum Ausspannzustand umzuschalten. Die Bereitstellung des freiliegenden Abschnitts 70 beseitigt den Bedarf eines bewegten Körpers, der eine komplizierte Struktur besitzt (ein bewegter Körper, der sich in einer komplizierten Weise bewegt oder eine komplizierte Form besitzt), um zum Ausspannzustand umzuschalten. Außerdem wird in diesem Beispiel anders als in Patentdokument 2 eine Antriebskraft zum Drehen des Werkzeugs 100 nicht zum Umschalten zum Ausspannzustand verwendet. Als Ergebnis wird ein automatisches Umschalten des Spannmechanismus 60 zwischen dem Einspannzustand und dem Ausspannzustand mit einer einfachen Struktur und ohne Verschlechterung der Funktion der Werkzeugmaschine 10 erreicht.
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Es ist festzuhalten, dass die oben beschriebene Struktur nur ein Beispiel ist und Strukturen außer der Bereitstellung des freiliegenden Abschnitts 70 am Halter 50 wünschenswerterweise geändert werden können, wobei der freiliegende Abschnitt 70 zur Außenseite des Halters 50 freiliegt und ausgelegt ist, zum Umschalten zum Ausspannzustand zur Bewegung in eine Richtung geschoben zu werden.
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Zum Beispiel kann die Technik, die in dieser Anmeldung offenbart wird, obwohl der Halter 50, der ausgelegt ist, am Werkzeugrevolver 19 montiert zu werden, oben beschrieben wird, auf weitere Typen von Haltern 50 zum Halten eines Werkzeugs 100 oder einer Reitstockspitze 120 angewandt werden. Zum Beispiel kann die in dieser Anmeldung offenbarte Technik auf einen Halter 50, der ausgelegt ist, an einem flachen Werkzeugständer, der geradlinig ausgerichtet Montageabschnitte für Halter 50 besitzt, montiert zu werden, angewandt werden. Alternativ kann die in dieser Anmeldung offenbarte Technik auf einen Halter 50 zum Halten der Reitstockspitze 120 statt des Werkzeugs 100 angewandt werden. Das heißt, dass die in dieser Anmeldung offenbarte Technik zum automatischen Tauschen von Reitstockspitzen 120 angewandt werden kann.
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Es ist festzuhalten, dass die Struktur des oben beschriebenen Spannmechanismus 60 nur ein Beispiel ist und dass der Spannmechanismus 60 weitere Typen von Strukturen aufweisen kann, solange der Spannmechanismus 60 nach einer mechanischen Übertragung einer Bewegung vom freiliegenden Abschnitt 70 zum Ausspannzustand umschaltbar ist. Zum Beispiel kann, obwohl in der Beschreibung oben die Spannklaue 62 an der Innenumfangsfläche des konischen Schafts 102 in Eingriff ist, die Spannklaue 62 in Bezug auf eine Nut oder einen Vorsprung an der Außenumfangsfläche des konischen Schafts 102 in Eingriff sein. Alternativ kann der Spannmechanismus 60 das Werkzeug 100 mit einer gasförmigen Druckkraft einspannen.
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Im Beispiel oben gestaltet ein Teil der Zugstange 64 den freiliegenden Abschnitt 70 zur Außenseite des Halters 50 freiliegend. Mit anderen Worten ist der freiliegende Abschnitt 70 mit dem Spannmechanismus 60 direkt und mechanisch verbunden und bewegt sich in die Richtung, in der sich die Zugstange 64 bewegt. Alternativ kann der freiliegende Abschnitt 70 ein von der Zugstange 64 getrennter Abschnitt sein, wenn seine mechanische Verbindung zum Spannmechanismus 60 sichergestellt ist. Die Stellung des freiliegenden Abschnitts 70 und die Bewegungsrichtung, in die sich der freiliegende Abschnitt 70 bewegt, kann wünschenswerterweise geändert werden. In dieser Sicht kann ein Übertragungselement zum Umsetzen einer Bewegung, die dem Schieben des freiliegenden Abschnitts 70 zugeordnet wird, in eine Bewegung von der Einspannstellung zur Ausspannstellung zwischen dem freiliegenden Abschnitt 70 und der Zugstange 64 vorgesehen werden. Zum Beispiel kann der freiliegende Abschnitt 70 mittels eines beliebigen Verbindungsmechanismus mit der Zugstange 64 verbunden sein und kann der freiliegende Abschnitt 70 in der Durchmesserrichtung in Bezug auf die Zugstange 64 versetzt positioniert sein. Ferner kann der freiliegende Abschnitt 70 in eine Richtung, die die Bewegungsrichtung der Zugstange 64 schneidet, geschoben werden. Zum Beispiel kann eine Zahnstange an der Zugstange 64 und ein Ritzel, das ausgelegt ist, mit der Zahnstange in Eingriff zu sein, als ein Übertragungsmittel vorgesehen sein und kann ein Teil eines Griffs zum Bewirken, dass das Ritzel sich dreht (schwenkt), als der freiliegende Abschnitt 70, der zur Außenseite des Halters 50 freiliegt, verwendet werden. In dieser Konfiguration wird der freiliegende Abschnitt 70 in eine Richtung geschoben, die die axiale Richtung der Zugstange 64 schneidet. Ferner können mehrere Zahnräder (ein Verzögerungsmechanismus), ein Hydraulikmechanismus oder ein Verstärkungsmechanismus zwischen dem freiliegenden Abschnitt 70 und der Zugstange 64 vorgesehen sein, um eine Kraft zum Schieben des freiliegenden Abschnitts 70 zu verstärken, um die verstärkte Kraft auf die Zugstange 64 zu übertragen. Darüber hinaus steht der freiliegende Abschnitt 70 nicht notwendigerweise zur Außenseite des Halters 50 vor, wenn ein bewegter Körper, der ausgelegt ist, mit ihm den freiliegenden Abschnitt 70 zu schieben, oder eine Struktur, die ausgelegt ist, durch den freiliegenden Abschnitt 70 gepresst zu werden, derart teilweise vorsteht, dass der vorstehende Abschnitt 70 geschoben/gepresst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeugmaschine
- 16
- Reitstock
- 18
- Werkzeugständer
- 19
- Werkzeugrevolver
- 20
- eingebauter Roboter
- 22
- Handmechanismus
- 32
- Werkstückhauptspindel
- 33
- Spannfutter
- 34
- Steuereinheit
- 36
- Hauptdrehwelle
- 38a, 38b, 54a, 54b
- Kegelrad
- 39
- primäre nachgeordnete Drehwelle
- 48
- Zapfenloch
- 50
- Halter
- 52
- sekundäre nachgeordnete Drehwelle
- 56
- Werkzeugdrehwelle
- 60
- Spannmechanismus
- 62
- Spannklaue
- 64
- Zugstange
- 66
- Druckelement
- 68
- konische Oberfläche
- 70
- freiliegender Abschnitt
- 74
- Werkzeugeinsetzloch
- 100
- Werkzeug
- 102
- konischer Schaft
- 104
- Eingriffsnut
- 110
- Werkstück
- 120
- Reitstockspitze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018006777 [0001]
- JP 2016144853 A [0005]
- JP H05285766 A [0005]
