DE10234494B4

DE10234494B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausgleichen von axialen Verschiebungen und Schwingungen an einer Welleneinrichtung einer Schneidmaschine

Info

Publication number: DE10234494B4
Application number: DE10234494A
Authority: DE
Inventors: Chang-Ming Chen; Lai-Sheng Chen; Jung-Hong Hwang
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: DE10234494A1; US6910839B2; TW491743B; JP2003103436A; US20030061921A1

Abstract

Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungen und Schwingungen an einer Welleneinrichtung (10) einer Schneidmaschine, wobei die Welleneinrichtung (10) zumindest eine Spindel (11); ein Schneidwerkzeug (12), welches mit dem vorderen Ende der Spindel (11) verbunden ist, einen Motorrotor, welcher mit der Spindel (11) zum Erzeugen der Rotation verbunden ist und ein Gehäuse (15) umfasst, indem die Spindel (11) gehalten ist, welche in axialer Richtung eine geringe Verschiebung relativ zu dem Gehäuse (15) durchführt, wobei eine interne, aktive Ausgleichseinrichtung (30) zumindest
einen Sensor (31), welcher die axiale Verschiebung durch die Verstellung und das Schwingen relativ zu dem Gehäuse (15) erkennt,
ein magnetisches Element (32), welches an dem inneren Ende der Spindel (11) angeordnet ist und synchron mit der Spindel (11) rotiert und
ein elektromagnetisches Element (33) umfasst, welches an der Innenseite des Gehäuses (15) korrespondierend mit dem magnetischen Element (32) und in einem geeigneten Abstand zu dem magnetischen Element...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgleichen von axialen Verschiebungen und Schwingungen an einer Welleneinrichtung einer Schneidmaschine.

Eine bekannte Schneidmaschine für harte und spröde Werkstoffe führt einen Schneidprozess an einem harten und spröden Werkstück, wie z.B. Wafer, Glas oder Keramikwerkstoffen etc. durch. Dabei kann man leicht Risse entlang des Schneidwegs und Brüche an der Rückseite des Werkstücks erzeugen. Der Grund dafür liegt in einer falschen Schneidposition, instabilen Schneidwegen und großen Variationen hinsichtlich der Schneidkraft, während die Schneidwelle ein Abschneiden durchführt, da bei. der Hauptwelle des Schneidwerkzeugs Neigungen und Schwingungen möglich sind, umfassend Anhäufungen von Fehlern beim Schneidwerkzeug und bei der Befestigung, wobei eine völlige Deformation auf Grund der hohen Geschwindigkeit auftritt. Ferner, wenn durch das axiale Verstellen und Schwingen die Seitenoberfläche des äußeren Rands des Schneidwerkzeugs am Schnittpunkt an den Rändern des Schneidwegs anstößt, kann an dem zu schneidenden Werkstück ein Sprödbruch auftreten.

Aus der EP 0 997 226 A2 ist es im Zusammenhang mit einer Hochgeschwindigkeits-Bohrspindel bekannt, axiale Verschiebungen der Spindel, insbesondere auch unter Verwendung von magnetischen oder elektrischen Elementen, durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden.

Demnach wird eine interne aktive Ausgleichseinrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten einer Welleneinrichtung einer Schneidmaschine sowie ein Verfahren zum Ausgleichen dieser Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten vorgeschlagen. Die vorliegende Erfindung kann an einem System Welle mit Schneidwerkzeug verwendet werden, um einen verbesserten Schneidvorgang durchzuführen und wobei gleichzeitig der Risswinkel an dem Schneidweg und die Beschädigungen der Rückseite des Werkstücks reduziert werden, so dass insgesamt eine bessere Schnittqualität als bei bekannten Schneidmaschinen für harte und spröde Materialien ermöglicht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vorgeschlagene Vorrichtung bevorzugt bei einer sich axial verstellenden und schwingenden Welle bzw. Spindel eines Schneidwerkzeugs angewendet werden, wobei eine aktive Ansteuerung einer elektromagnetischen Kraft im Inneren des Grundkörpers der Schneidwelle für harte und spröde Materialien vorgesehen ist, um die Spindel der Hauptschneidwelle und das Schneidwerkzeug insgesamt mit einer axialen Verschiebung im Mikrometerbereich durchzuführen, so dass ein Ausgleich bezüglich einer axialen Position des Schnittpunkts des Schneidwerkzeugs durchgeführt werden kann. Auf diese Weise wird an der Schneidwelle und dem Schneidwerkzeug eine aktive Verschiebungs- und Schwingungskontrolle ermöglicht, um den rotierenden Schneidvorgang bei hohen Geschwindigkeiten ständig zu kontrollieren. wenn der Aufbau einer mit Gas beaufschlagten Welle (beispielsweise zur Lagerung) nicht benötigt wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Aufbau derart verändert werden, dass der strukturelle Aufbau der Hauptwelle vereinfacht wird und Herstellungsprobleme erheblich verringert werden. Ferner hat die vorliegende Erfindung den Vorteil von geringen Kosten im Vergleich zu Schneidsystemen mit doppelten Hauptachsen und liefert darüber hinaus eine bessere Schnittqualität.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Einrichtung und das Verfahren zum Ausgleichen von axialen Verstellungen und Schwingungen der Hauptachse eines Schneidwerkzeugs einen berührungslosen Sensor zum direkten Messen der Quantität einer axialen Verstellung und Schwingung im Bereich des äußeren Rands des Schneidwerkzeugs aufweist. Die gemessene Quantität der axialen Verstellungen und Schwingungen kann als Rückmeldungssignal verwendet werden, um die Ansteuerung der ausgleichenden Verschiebung bei der Hauptwelle vorzunehmen, so dass dem Einfluss des Phänomens der axialen Verstellung und Verschiebung entgegengewirkt werden kann, welches durch die Deformation an dem äußeren Rand des Schneidwerkzeugs während des Schneidprozesses mit hoher Drehgeschwindigkeit verursacht wird. Deshalb wird die Schnittqualität weiter verbessert.

Somit beinhaltet die Erfindung eine interne aktive Ausgleichseinrichtung und ein Verfahren zum Ausgleichen von axialen Verstellungen und Schwingungen bei einer rotierenden Welle bzw. Spindel einer Schneidmaschine, wobei die Ausgleichseinrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung bevorzugt bei einer gasbeaufschlagten Welle verwendet wird, wodurch die Verstellungen und Schwingungen kompensiert werden. Dabei kann ein Sensor an der Außenseite der Welle direkt zum Messen der axialen Verstellung und Schwingung des Schneidwerkzeugs vorgesehen sein, wobei die gemessenen Daten als Rückführungssignale verwendet werden, um den Schneidpunkt des Schneidwerkzeugs mit einer vorbestimmten axialen Genauigkeit zu erhalten. Ferner ist erfindungsgemäß ein elektromagnetisches Ansteuermodul an dem Ende der Spindel an der Innenseite der Welle zum berührungslosen Aufbringen einer Magnetkraft vorgesehen, um eine Feineinstellung der axialen Position der Spindel vorzunehmen, so dass eine aktive Ausgleichsfunktion der axialen Position des Schnittpunkts eines Schneidwerkzeugs im Betrieb realisiert wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen. Es zeigen:
1a eine quergeschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung einer internen aktivierten Ausgleichseinrichtung für axiale Verstellungen und Schwingungen einer Hauptwelle eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
1b eine vergrößerte Teilansicht des spielfreien Gewindeteils der Spindel gemäß 1a;
2 ein Blockdiagramm für die interne aktive Einrichtung zum Ausgleichen von axialen Verstell- und Schwingmöglichkeiten an der Hauptwelle eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung eines internen aktiven Verfahrens zum Ausgleichen von axialen Verstell- und Schwingmöglichkeiten der Welle eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung; und und 4 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Ausgleichen von axialen Verstell- und Schwingmöglichkeiten an der Welle eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der 1a, 1b und 2 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten einer rotierenden Welle einer Schneidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 1a ist eine quergeschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verstell- und Schwingmöglichkeiten der rotierenden Welle einer Schneidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. 1b zeigt eine vergrößerte Ansicht eines spielfreien Gewindeteils der Spindel gemäß 1a. Zudem ist in 2 ein Blockdiagramm bezüglich der Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten der rotierenden Welle einer Schneidmaschine gemäß der Erfindung dargestellt.
Wie in den 1a und 1b gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten der rotierenden Hauptwelle einer Schneidmaschine gemäß der Erfindung im wesentlichen zwei Teile, nämlich eine Welleneinrichtung 10 und eine aktive Einrichtung zum Ausgleichen 30. In der bevorzugten Ausgestaltung gemäß der Erfindung wird als Welleneinrichtung 10 eine gasbeaufschlagte Welleneinrichtung verwendet. Es ist jedoch auch möglich, eine Welleneinrichtung einer hydraulischen Art oder einer anderen Art zu verwenden, welche zum Schneiden von harten und spröden Materialien, wie z.B. Silikon-Wafer, Glas, Keramikwerkstoffen oder dgl. mit hoher Drehgeschwindigkeit verwendbar ist. Die Welleneinrichtung 10 kann in einer Schneidmaschine, welche nicht weiter in den Figuren dargestellt ist, vorgesehen sein, um den Schneidvorgang durchzuführen. Da die besagten Schneidmaschinen dem Stand der Technik zugehörig sind, werden die technischen Merkmale durch die Erfindung nicht weiter ausgeführt, so dass eine detaillierte Beschreibung derartiger Maschinen nicht weiter vorgesehen ist.
Die Welleneinrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einer Spindel 11, einem Schneidwerkzeug 12, welches mit dem vorderen Ende der Spindel 11 verbunden ist, einem spielfreien bzw. stoßsicheren Lagermechanismus 13, welcher zur axialen Positionierung der Spindel 11 verwendet wird, einem Motor 14, d.h. ein Motorrotor, welcher mit der Spindel 11 zum Rotieren derselben verbunden ist, einem Wellengehäuse 15, welches zum Erreichen einer strukturellen Steifigkeit das Äußere der Spindel 11 abdeckt, einen Verbindungsanschluss 17, welcher fest mit einem Rumpfende des Wellengehäuses 15 zum Realisieren einer Verbindung mit der Schneidmaschine verbunden ist (nicht weiter in den Figuren dargestellt) und mehreren Düsen 18 sowie mehreren Ansteuer-Verbindungsköpfen 19. Da, wenn der spielfreie Lagermechanismus 13 die Positionierungsringe 111 der Spindel 11 aufnimmt, ein axialer Abstand 112 (Lücke) erzeugt wird, welcher im Bereich von einigen μm bis etwa 10 μm liegt, kann die Spindel 11 linear um einen kleinen Wert (im Bereich einiger μm bis etwa 10 μm) in axialer Richtung relativ zu dem Wellengehäuse 15 verschoben werden. Gemäß der Erfindung wird dieser Abstand 112 verwendet, um diesen vorhandenen axialen Weg für die axiale Kompensation auf Grund der Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten des Schneidwerkzeugs 12 zu verwenden.
Die interne aktive Einrichtung zum Ausgleichen 30 umfasst einen Sensor 31, ein magnetisches Element 32, ein elektromagnetisches Element 33 und ein elektromagnetisches Ansteuermodul 34.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor 31 ein berührungsloser Sensor, eine elektrische Kapazität, ein elektromagnetischer oder ein Wirbelstromsensor etc. Der Sensor 31 ist mit der Außenseite des vorderen Endes des Gehäuses 15 verbunden und korrespondiert mit einem Bereich des äußeren Rands der Innenoberfläche des Schneidwerkzeugs 12, wobei ein geeigneter Messabstand zu dem Schneidwerkzeug 12 gehalten wird, um die Größe der Verschiebung durch axiale Verschiebungs- und Schwingungsmöglichkeiten des Schneidwerkzeugs 12 relativ zu dem Gehäuse 15 zu erkennen (d.h. relativ zu dem Sensor 31 selbst).
Das magnetische Element 32 ist an dem anderen Ende der Spindel 11 relativ zu dem Schneidwerkzeug 12 fest angeordnet. Es ist auch möglich, dass das magnetische Element 32 ein Permanent-Magnet ist. Da dieses mit der Spindel 11 als ein Körper verbunden ist, kann dieses Element synchron mit der Spindel 11 gedreht werden.
Das elektromagnetische Element 33 ist im Inneren des Gehäuses 15 korrespondierend zur Position des magnetischen Elements 32 angeordnet, wobei eine geeignete Lücke zwischen dem magnetischen Element 32 und dem elektromagnetischen Element 33 vorgesehen ist. Das elektromagnetische Element 33 kann bevorzugt ein Elektromagnet sein. Korrespondierend mit einem Eingangsanschluss einer Stromversorgung kann das elektromagnetische Element 33 eine magnetische Kraft erzeugen, deren Verteilung bevorzugt parallel zur axialen Ausrichtung der Spindel 11 erfolgt, jedoch nicht auf die parallele Ausrichtung begrenzt ist. Durch Ansteuern des Eingangsanschlusses der elektrischen Stromversorgung und damit des elektromagnetischen Elements 33 kann deshalb das elektromagnetische Element 33 derart angesteuert werden, dass ein magnetisches Feld mit verschiedenen Größen und Richtungen erzeugt wird, um ferner Druckkräfte oder Zugkräfte in den verschiedenen Winkeln zu der Achse des Magnetelements 32 zu erzeugen, so dass die Spindel 11 zusammen mit dem Schneidwerkzeug 12 eine geringe axiale Verschiebung relativ zu dem Grundgehäuse 15 durchführt. Ein Merkmal der Erfindung betrifft die Anpassung des elektromagnetischen Elements 33 mit dem magnetischen Element 32, um ein berührungsloses Sensor-Modul zu bilden, welches in die bekannte Welleneinrichtung, welche z. B. gasbeaufschlagt ist, ohne große konstruktive Änderungen des ursprünglichen Rufbaus integriert werden kann. Es ist weiter möglich, eine Feineinstellung bei der axialen Kompensationsverschiebung der Spindel 11 durchzuführen, wobei die Feineinstellung bei hohen Geschwindigkeiten berührungslos erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das elektromagnetische Ansteuermodul 34, welches mit dem elektromagnetischen Element 33 verbunden ist, die Quantität der Verschiebung durch axiale Verstellungen und Schwingungen empfangen, welche von dem Sensor 31 übertragen werden, um dadurch den Eingang der elektrischen Versorgung derart anzusteuern, dass durch das elektromagnetische Element 33 eine geeignete Größe der Zug- oder Druckkraft an der Achse des magnetischen Elements 32 erzeugt wird, so dass an der Spindel 11 zusammen mit dem Schneidwerkzeug 12 eine Feineinstellung des Ausgleichs der axialen Verschiebung durchgeführt wird, um vorab sicherzustellen, dass der Schneidpunkt des Schneidwerkzeugs 12 immer den richtigen Weg und die richtige Position aufweist. Durch die Anwendung der Erfindung werden deshalb mögliche Brüche entlang des Schneidwegs und eine Beschädigung an der Rückseite des Werkstücks, welche durch das axiale Verschieben und Schwingen des Schneidwerkzeugs 12 verursacht werden, erheblich reduziert wird. Darüber hinaus wird nur eine Welle benötigt wird, um einen geraden Schneidvorgang durchzuführen, so dass eine bessere Schnittqualität ermöglicht wird und die Nachteile aus dem Stand der Technik komplett vermieden werden.
In 2 ist die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, wobei das elektromagnetische Ansteuermodul 34 ferner einen elektromagnetischen Aktuator 341 und einen Sub-Controller 342 umfasst, welcher außerhalb der Welle vorgesehen ist. Der elektromagnetische Aktuator 341 ist als Ausgang der elektrischen Versorgung des elektromagnetischen Elements 33 zum Erzeugen der magnetischen Kraft vorgesehen. Der Sub-Controller 342 ist zwischen dem Sensor 31 und dem elektromagnetische Aktuator 341 vorgesehen und außerhalb der Welle angeordnet, um den Ausgang der elektrischen Versorgung des elektromagnetischen Aktuators 341 bezüglich der Quantität der Verschiebung durch axiales Schwingen und Verschieben anzusteuern, welches durch den Sensor 31 detektiert wird. Ferner umfasst die Welleneinrichtung 10 einen Hauptcontroller 21, der sowohl mit der Spannungsquelle 22 als auch mit dem Motor 22 verbunden ist, um die Drehung der Spindel 11 anzusteuern. Der Sub-Controller 342 ist mit dem Hauptcontroller 21 verbunden. Der Hauptcontroller 21 kann die Daten der Drehgeschwindigkeit der drehenden Spindel 11 zu dem Sub-Controller 342 übertragen, welcher die Erkennungsfrequenz (oder Abtastfrequenz) für den Sensor 31 festlegt, um das Schneidwerkzeug 12 gemäß der empfangenen Daten der Rotationsgeschwindigkeit zu erkennen. In der Zwischenzeit können durch eine Bedienungsschnittstelle 23 (Operations-Interface), den Hauptcontroller 21 und durch den Sub-Controller 342 die Daten der Rotationsgeschwindigkeit der drehenden Spindel 11 und die Signaldaten der axialen Verschiebung und Schwingung des Schneidwerkzeugs 12 übertragen werden, welche durch den Sensor detektiert werden, um diese auf einem Bildschirm 231 anzuzeigen. Durch eine Bedienungseinrichtung 232 kann ein Bediener ebenso die Welleneinrichtung 10 oder die interne aktive Einrichtung zum Ausgleich 30 ansteuern. Z.B. wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 11 während einer Bearbeitungsprozedur (d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs) bei 15.000 Umdrehungen/min liegt, kann die Erkennungsfrequenz des Sensors 31 eingestellt werden, um an die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 11 angepasst zu werden. Üblich ist eine Erkennungsfrequenz (oder eine Abtastfrequenz) des Sensors 31 von etwa 250 Hz, so dass der Sensor 31 die Quantität der axialen Verschiebung des Schneidwerkzeugs 12 auf der Basis der gleichen Phase erkennt. Wenn die Erkennungsfrequenz des Sensors 31 ein Vielfaches der Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 11 ist, z.B. etwa das Zehnfache nämlich etwa 2,5 kHz, kann das Schneidwerkzeug 12 bevorzugt in zehn Phasen abgetastet und die Verschiebungs- und Schwingungssituation in jedem Bereich des Schneidwerkzeugs 12 während der hohen Drehgeschwindigkeit sicher eingestellt werden. Auf der anderen Seite, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 11 höher als die Erkennungsfrequenz des Sensors 31 ist, kann dann die Abtastanzahl bei der Erkennung während einer Zeitperiode und die Belastung des Sub-Controllers 342 ebenso reduziert werden.
In den 3 und 4 sind Ablaufdiagramme von verschiedenen bevorzugten Ausgestaltungen für das interne aktive Verfahren zum Ausgleichen der axialen Verschiebungen und Schwingungen an der Welleneinrichtung 10 einer Schneidmaschine gemäß der Erfindung dargestellt.
In dem in 3 gezeigten Ablaufdiagramm umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte: Schritt 41: Vorsehen einer Welleneinrichtung 10 und einer aktiven Ausgleichseinrichtung 30 wie vorher beschrieben und nach dem Einstellen der Ansteuerparameter wird das Verfahren begonnen.
Schritt 42: Erkennen der Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs 12 (d.h. der Spindel 11) mit dem Hauptcontroller 21 der Welleneinrichtung 10 und Übertragen der Daten der Rotationsgeschwindigkeit zu dem elektromagnetischen Ansteuermodul 34 der aktiven Ausgleichseinrichtung 30.
Schritt 43: das elektromagnetische Ansteuermodul 34 legt die Erkennungs- und Abtastfrequenz des Sensors 31 gemäß der empfangenen Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs 12 fest.
Schritt 44: Der Sensor 31 erkennt die Quantität der Verschiebung auf Grund der axialen Verschiebungen und Schwingungen des Schneidwerkzeugs 12 und überträgt die Quantität der Verschiebung zu dem elektromagnetischen Ansteuermodul 34.
Schritt 45: das elektromagnetische Ansteuermodul 34 berechnet die korrespondierende Verschiebung für den axialen Ausgleich gemäß der Quantität der Verschiebung durch die Verstellung und Schwingung.
Schritt 46: das elektromagnetische Ansteuermodul 34 steuert das elektromagnetische Element 33 des Aktuationsmoduls an, um die Spindel 11 anzutreiben, wodurch eine axiale Verschiebung zum Ausgleich der Verstellungen und Schwingungen durchgeführt wird.
Die vorher beschriebenen Schritte 44-46 werden wiederholt ausgeführt, bis das elektromagnetische Ansteuermodul 34 ein abschließendes Signal empfängt und die Verfahrensschritte dann beendet werden. Bei einer anderen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die Erfindung für ein Schneidwerkzeug 12 vorgesehen ist, bei der die Rotationsgeschwindigkeit einer dynamischen Variation unterliegt. In diesem Moment kann die Schleife der sich wiederholenden Verfahrensschritte ebenso eingestellt werden, um die Verfahrensschritte 42-46 auszuführen, um der Variation der Erkennungsfrequenz des Sensors 31 zu entsprechen.
Gemäß 4 wird eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des internen aktiven Verfahrens zum Ausgleichen der axialen Verschiebung und Schwingung einer Welleneinrichtung 10 einer Schneidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei sind im wesentlichen verschiedene zusätzliche Verfahrensschritte zwischen den Verfahrensschritten 44 und 45 zusätzlich vorgesehen, welche in dem Ablaufdiagramm gemäß 3 gezeigt sind. Dabei können insbesondere folgende Verfahrensschritte vorgesehen werden:
Schritt 44: der Sensor 31 erkennt die Quantität der axialen Verschiebung und des axialen Schwingens des Schneidwerkzeugs 12.
Schritt 441: Vergleich der Quantität der Verschiebung mit einem Wert eines zu tolerierenden Bereichs, welcher vorbestimmt wird, und wenn die Verschiebung den Wert eines alarmierenden Bereichs übersteigt, wird das elektromagnetische Ansteuermodul 34 den Schritt 443 ausführen, um ein Alarmsignal auszulösen und zu dem nächsten Verfahrensschritt zu gehen. Wenn sich die Quantität der Verschiebung durch die axiale Verstellung und die axiale Schwingung innerhalb des Alarmierungsbereichs befindet, werden keine Alarmsignale ausgelöst und das Verfahren geht direkt zu dem Verfahrensschritt 45.
Schritt 45: das elektromagnetische Ansteuermodul 34 steuert das Aktivierungsmodul zum Antrieb der Spindel 11 an, um eine axiale Verschiebung zum Ausgleich der Quantität der Verschiebung durchzuführen.

Claims

Vorrichtung zum Ausgleichen von axialen Verschiebungen und Schwingungen an einer Welleneinrichtung (10) einer Schneidmaschine, wobei die Welleneinrichtung (10) zumindest eine Spindel (11); ein Schneidwerkzeug (12), welches mit dem vorderen Ende der Spindel (11) verbunden ist, einen Motorrotor, welcher mit der Spindel (11) zum Erzeugen der Rotation verbunden ist und ein Gehäuse (15) umfasst, indem die Spindel (11) gehalten ist, welche in axialer Richtung eine geringe Verschiebung relativ zu dem Gehäuse (15) durchführt, wobei eine interne, aktive Ausgleichseinrichtung (30) zumindest einen Sensor (31), welcher die axiale Verschiebung durch die Verstellung und das Schwingen relativ zu dem Gehäuse (15) erkennt, ein magnetisches Element (32), welches an dem inneren Ende der Spindel (11) angeordnet ist und synchron mit der Spindel (11) rotiert und ein elektromagnetisches Element (33) umfasst, welches an der Innenseite des Gehäuses (15) korrespondierend mit dem magnetischen Element (32) und in einem geeigneten Abstand zu dem magnetischen Element (32) angeordnet ist, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, welche mit einem Eingangsanschluss einer elektrischen Versorgung korrespondiert, so dass eine Axialkraft auf das magnetische Element (32) wirkt, wodurch die Spindel (11) eine geringe axiale Verschiebung relativ zu dem Gehäuse (15) ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Welleneinrichtung (10) eine gasbeaufschlagte Welleneinrichtung (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (12) zum Schneiden von harten und spröden Werkstoffen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Element (33) ein Elektromagnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (32) ein Permanentmagnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Ansteuermodul (34) vorgesehen ist, welches mit dem elektromagnetischen Element (33) verbunden ist und welches zum Empfangen der Quantität der Verschiebung durch axiale Verstellung und durch axiales Schwingen vorgesehen ist, welche von dem Sensor (31) übertragen wird und welche ausgewählt wird, um dadurch den Eingangsanschluss der elektrischen Versorgung durch das elektromagnetische Element (33) anzusteuern.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Ansteuermodul (34) einen elektromagnetischen Aktuator (341) und einen Sub-Controller (342) umfasst, wobei der elektromagnetische Aktuator (341) als elektrische Versorgung für das elektromagnetische Element (33) vorgesehen ist, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, wobei der Sub-Controller (342) zwischen dem Sensor (31) und dem elektromagnetischen Aktuator (341) vorgesehen und mit diesen verbunden ist, um den elektrischen Ausgangsanschluss von dem elektromagnetischen Aktuator (341) in Bezug auf die Quantität der Verschiebung durch die axiale Verstellung und Schwingung anzusteuern, welche durch den Sensor(31) erkannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welleneinrichtung (10) einen Hauptcontroller (21) umfasst, welcher mit dem Motor zum Ansteuern der Rotation der Spindel (11) verbunden ist, wobei der Sub-Controller (342) mit dem Hauptcontroller (21) verbunden ist, welcher vorgesehen ist, um die Daten der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Spindel (11) zu dem Sub-Controller (342) zu übertragen, welcher die Erkennungsfrequenz oder Abtastfrequenz für den Sensor (31) festlegt, um anhand der empfangenen Daten der Rotationsgeschwindigkeit das Schneidwerkzeug (12) zu detektieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem das elektromagnetische Ansteuermodul (34) die Quantität der axialen Verschiebung durch das Verstellen und das Schwingen empfangen hat, welches durch den Sensor (31) übertragen wird, die Quantität der Verschiebung mit einem tolerantem Bereich verglichen wird, welcher vorab bestimmt wird und, wenn die Quantität der Verschiebung den Wert des toleranten Bereichs übersteigt, dann durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34) eine Ansteuerung des Eingangs der elektrischen Versorgung zu dem elektromagnetischen Element (33) durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem das elektromagnetische Ansteuermodul (34) die Quantität der axialen Verschiebung durch das Verstellen und das Schwingen empfangen hat, welches von dem Sensor(31) übertragen wird, die Quantität der Verschiebung mit einem Wert eines Alarmbereichs verglichen wird, welcher vorab bestimmt wird, und wenn die Quantität der Verschiebung den Wert überschreitet, durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34) Alarmsignale ausgelöst werden.
Verfahren zum Ausgleichen von axialen Verschiebungen und Schwingungen einer Welleneinrichtung (10) einer Schneidmaschine, umfassend folgende Verfahrensschritte: (A): Verwenden einer internen aktiven Ausgleichseinrichtung (30), welche an der Welleneinrichtung (10) vorgesehen ist, die eine Spindel (11), ein Schneidwerkzeug (12), welches mit einem vorderen Ende der Spindel (11) verbunden ist, und einem Motorrotor umfasst, welcher mit der Spindel (11) verbunden ist, um die Spindel (11) und das Schneidwerkzeug (12) in Rotation zu bringen, wobei die aktive Ausgleichseinrichtung einen Sensor (31), welcher verwendet wird, um die Quantität der axialen Verschiebung durch Verstellung und durch Schwingen des Schneidwerkzeugs (12) zu erkennen, ein Aktivierungsmodul, das verwendet wird, um die Spindel (11) so zu bewegen, um eine axiale Verschiebung mit geringem Wert durchzuführen, und ein elektromagnetisches Ansteuermodul (34) umfasst, das verwendet wird, um die Quantität der axialen Verschiebung durch die Verschiebung und durch das Schwingen zu empfangen, welche von dem Sensor (31) übertragen werden und dadurch das Aktivierungsmodul anzusteuern; (B): Erkennen der Quantität der axialen Verschiebung auf Grund der Verschiebungen und Schwingungen des Schneidwerkzeugs (12)durch den Sensor (31) und Übertragen der Quantität der Verschiebung auf das elektromagnetische Ansteuermodul (34); (C): Berechnen der Quantität der Verschiebung durch das elektromagnetische Modul (34); (D): Ansteuern des Aktivierungsmoduls durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34), um die Spindel (11) so zu bewegen, dass die axiale Ausgleichsverschiebung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verfahrensschritt (A) und dem Verfahrensschritt (B) folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: (A1): Erkennen der Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs (12); (A2): Festlegen der Erkennungsfrequenz auf Grund der Rotationsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs (12) durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34), wobei die Rotationsgeschwindigkeit durch den Sensor (31) von dem Schneidwerkzeug (12) erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verfahrensschritt (B) und dem Verfahrenschritt (C) folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: (B1): Vergleichen der Quantität der Verschiebung durch das Verstellen und Schwingen mit einem Wert aus einem Toleranzbereich, welcher vorab bestimmt wird, und wenn die Quantität der Verschiebung durch das Verstellen und das Schwingen den Wert des Toleranzbereichs übersteigt, wird durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34) der Verfahrensschritt (C) ausgeführt; (B2) Vergleichen der Quantität der Verschiebung durch das Verstellen und das Schwingen mit einem Wert mit einem Alarmbereich, welcher vorab bestimmt wird, und wenn die Quantität der Verschiebung durch das Verstellen und das Schwingen den Wert mit dem Alarmbereich überschreitet, werden durch das elektromagnetische Ansteuermodul (34) Alarmsignale ausgelöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (B) bis (D) wiederholt ausgeführt werden, bis ein Beendigungssignal empfangen wird.