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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit Luftlagerung, um eine
Hauptwelle mit einer Luftlagerung zu stützen, welche für ein Durchführen eines
Schneidvorgangs von unterschiedlichen Materialien, wie Stahl, Eisen,
Nichteisenmetall, Holz, Stein, Glas, Graphit, Kunststoff, Keramik
usw. bestimmt ist.
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In
einer typischen Werkzeugmaschine bzw. einem Bearbeitungswerkzeug
zum Durchführen
eines Schneidvorganges oder dergleichen wird im Allgemeinen eine
Hauptwelle mit einem daran befestigten Werkzeug durch ein Gleitlager
gestützt.
In einigen Werkzeugmaschinen wird ein Öllager mit dynamischem oder
statischem Druck als eine Lagerung für die Hauptwelle verwendet.
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Aus
DE 70 200 34 U ist
ein hydrostatisches Radiallager mit Einrichtungen zur hydraulischen Drosselung
des von einer Pumpe zugeführen Schmiermittels
zu diesem Radiallager bekannt, mit denen sowohl Drosselspalte als
auch ein Gleitspalt eingestellt werden können, wobei diese Einrichtungen
auch bei Gleitlagern anwendbar sein sollen, die mit Gas geschmiert
werden.
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Weiterhin
gibt es seit kurzem eine ultragenaue Maschine, die eine statische
Luftlagerung mit extrem niedriger Reibung als Lagerung für die Hauptwelle
verwendet.
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Die
vorher erwähnten
konventionellen Lagerungen bzw. Lager haben jedoch die folgenden
Nachteile.
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Insbesondere
wenn das Gleitlager als ein Lager für die Hauptwelle verwendet
wird, ist das Produkt aus der Drehzahl und dem Durchmesser der Umlaufbahn,
auf der ein rollendes Element gedreht wird, auf einen festen Schwellenwert
begrenzt, der von einer Struktur der Lagerung oder dergl. abhängt, so
dass es den Nachteil gibt, dass es schwierig ist, die Hauptwelle
mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Deshalb ist die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Hauptwelle geringer, was den Nachteil zur Folge hat, dass es
schwierig ist, die Bearbeitungszeit zu kürzen. Zufällig wurde kürzlich die
Struktur der Lagerung durch unterschiedliche Überlegungen weiterentwickelt,
um den Weg für
ein Drehen der Hauptwelle bei höherer
Geschwindigkeit, selbst wenn das Gleitlager verwendet wird, zu ebnen,
aber der Nachteil ist, dass Vibration und Lärm groß sind, und die Lebensdauer der
Hauptwelle oder der Lagerung kürzer
ist. Insbesondere die kurze Lebensdauer verursacht einen erforderlichen
laufenden Ersatz der Hauptwelle oder der Lagerung, um die Produktion
aufrecht zu erhalten, und resultieren in einem Nachteil von extrem
großen
Kosten der Bearbeitung einschließlich von Ersatzteilkosten
bei dem hochwirksamen Hochgeschwindigkeitsprozess zum Drehen der
Hauptwelle bei hohen Geschwindigkeiten.
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Das
Gleitlager kann nicht grundlegend ein Erzeugen einer Vibration durch
mikroskopische Unebenheiten auf der Übertragungsfläche oder
eines sphärischen
Fehlers auf jedem rollenden Element verhindern, was den grundlegenden
Nachteil ergibt, dass es schwierig ist, die Fertigungsgenauigkeit
zu erhöhen
und den Prozess bei hohen Geschwindigkeiten auszuführen.
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In
der Öllagerung
bei dynamischem oder statischem Druck wird, wenn die Hauptwelle
bei hoher Geschwindigkeit gedreht wird, der Scheerwiderstand des Öls vergrößert, was
einen unwirtschaftlichen Nachteil zur Folge hat, der durch Ansteigen
des Leistungsverbrauchs verursacht ist.
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Durch
Wärme,
die durch ansteigenden Leistungsverbrauch verursacht wird, wird
eine thermische Verformung der Hauptwelle oder der Lager erzeugt,
die den Nachteil der Verminderung der Bearbeitungsgenauigkeit zur
Folge hat.
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In
dem konventionellen statischen Luftlager ist der Versorgungsluftdruck
ungefähr
5 bis 7 Atmosphären-Druck,
und die Steifigkeit der Lagerung ist zum Bearbeiten von Eisen, Stahl
oder dergleichen, die hohe Lasten erfordern, unzureichend, deshalb kann
das Lager nicht verwendet werden, außer für genaue Bearbeitung von Weichmetall,
wie Bronze, Aluminium, Silizium oder dergleichen.
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Die
Anwender haben eine Werkzeugmaschine entwickelt, die geeignet ist,
Eisen, Stahl oder dergleichen, die eine hohe Last erfordern, durch
Verbessern der Steifigkeit der Lagerung mittels Vergrößern des
Druckes der Luft, mit der die statische Luftlagerung versorgt wird,
zu bearbeiten, kürzlich
haben sie jedoch einen unwirtschaftlichen Nachteil in der Verwendung
einer großen
Menge an Energie wegen einer verwendeten Menge an Luft, die ansteigt,
wenn der Druck der Luft vergrößert wird,
gefunden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit Luftlagerung
zu schaffen, die zum Durchführen
des Schneidens von Eisen oder Stahl oder dergleichen, die hohe Last
erfordern, in der Lage ist und Energie durch eine Steuerung der verwendeten
Luftmenge spart.
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Eine
Werkzeugmaschine mit Luftlagerung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet
durch Aufweisen einer Hauptwelle; einer Luftlagerung, die die Hauptwelle
stützt;
und einer Luftdruck-Regulierungseinrichtung zur Regulierung des
Druckes der Luft, welcher der Luftlagerung zugeführt wird, indem der Druck der
Luft, welcher der Luftlagerung zugeführt wird, während des Bearbeitungsbetriebs
reguliert wird.
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In
der oben beschriebenen Erfindung wird durch Ändern des Druckes der Luft,
welcher der Luftlagerung zugeführt
wird, in der Luftdruck-Regulierungseinrichtung bzw. der Luftdruck-Regeleinrichtung
die Steifigkeit der Luftlagerung reguliert bzw. geregelt. Deshalb
kann, selbst wenn der Grad der Bearbeitungslast durch ein zu bearbeitendes
Objekt oder ein Bearbeitungsverfahren geändert wird, die Steifigkeit
der Lagerung geändert
werden, um mit dem geänderten
Grad der Bearbeitungslast koordiniert zu werden, so dass die geforderte
Steifigkeit in Reaktion auf unterschiedlich bearbeitete Objekte
wie Holz, Weichmetall, Bronze oder dergleichen, Metall, das mit
hoher Last wegen einer hohen Harte bearbeitet wird, wie Eisen, Stahl
oder dergleichen zur Lagerung hinzugefügt werden kann, was die Möglichkeit
der Bearbeitung unter hoher Last bei Verwendung der Luftlagerung
zur Folge hat.
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Der
Druck der Luft, welcher der Luftlagerung zugeführt wird, kann während des
Bearbeitungsbetriebs reguliert werden, so dass der Versorgungsluftdruck
in dem Fall, in dem die Steifigkeit der Lagerung als niedrig definiert
werden kann, reduziert werden kann, deshalb ist die Luft nicht vergeudet,
wenn der Druck auf die minimal erforderliche Menge gesteuert wird,
was ein Energiesparen und eine Reduktion der Bearbeitungskosten
zur Folge hat.
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Es
ist hier ratsam, dass die Luftdruck-Regulierungseinrichtung eine
Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln bzw. Erfassen
des Grades der Bearbeitungslast aufweist, und eine Luftdruck-Bestimmungseinrichtung
zum Definieren des Druckes, der das Luftlager in Reaktion auf die
Bearbeitungslast, die durch die Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung
ermittelt bzw. erfasst wurde, versorgt.
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Gemäß der vorher
erwähnten
Struktur und in Reaktion auf den Grad der in der Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung
ermittelten Bearbeitungslast, kann der Druck der Luft in der Luftdruck-Bestimmungseinrichtung
bestimmt werden, so dass die Steifigkeit des Luftlagers automatisch
in Reaktion auf die Bearbeitungslast reguliert werden kann, was
die optimal regulierte Steifigkeit, die mit der Bearbeitungslast
zu koordinieren ist, zur Folge hat.
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Es
ist ratsam, dass die Luftdruck-Regulierungseinrichtung eine Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung,
um den Grad der Bearbeitungsleistung zu ermitteln bzw. zu erfassen,
wenn die Hauptwelle zum Bearbeiten gedreht wird, sowie die Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung
aufweist, so dass die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung
den Druck der Luft, welcher der Lagerung zugeführt wird, basierend auf dem
Grad der ermittelten Last durch die Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung
und dem Grad der Leistung ermittelt durch die Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung
definiert.
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Zusätzlich zu
der Bearbeitungslast wird die Bearbeitungsleistung ermittelt, wie
oben beschrieben, dadurch kann der Druck der Luft, welcher das Luftlager
versorgt, weiterhin kleingesteuert werden.
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Die
Luftdruck-Regulierungseinrichtung kann strukturiert werden, um eine
Zielwert-Bestimmungseinrichtung
zum vorherigen Bestimmen eines zu versorgenden Luftdruck-Zielwertes
aufzuweisen, um mit einem Prozessprogramm koordiniert zu werden,
und um eine Luftdruck-Bestimmungseinrichtung aufzuweisen, um den
Druck der Luft, welcher das Luftlager versorgt, zu definieren, basierend
auf dem Zielwert, der durch die Zielwert-Bestimmungseinrichtung
bestimmt wird.
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In
der vorher erwähnten
Struktur kann der Druck der Luft, welcher das Luftlager versorgt,
geändert
werden, um mit dem Prozessprogramm koordiniert zu werden, so dass
die Steifigkeit des Luftlagers ohne die Ermittlungseinrichtung zum
Ermitteln der Bearbeitungslast oder der Bearbeitungsleistung reguliert
werden kann.
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Die
Werkzeugmaschine mit Luftlager gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet
durch Aufweisen einer Hauptwelle; einer Luftlagerung, die die Hauptwelle
stützt;
eines Motors, der die Hauptwelle dreht; eines Antriebssystems, das
den Motor treibt; eines numerischen Steuerungssystems, das das Antriebssystem
steuert; und eines Luftversorgungsabschnitt, der Luft für die Luftlagerung
bereitstellt, in der das numerische Steuerungssystem mit einer Luftdruck-Bestimmungseinrichtung
zum Bestimmen des Druckes der Luft, welcher von dem Luftversorgungsabschnitt
dem Luftlager zugeführt
wird, vorgesehen ist.
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In
der oben beschriebenen Erfindung wird der Bearbeitungsbetrieb durchgeführt, um
das Antriebssystem durch das NC-System zu steuern, um den Motor
zu betreiben, um somit die Hauptwelle zu drehen, während Luft
von dem Luftversorgungsabschnitt zu der Luftlagerung, die die Hauptwelle
trägt, geliefert
wird. Die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung bestimmt
und steuert den Druck der Luft, welcher von dem Luftversorgungsabschnitt
an die Luftlagerung in Reaktion auf den Grad der Bearbeitungslast,
dem früher
bestimmten Zielwert oder dergleichen zugeführt wird. Selbst wenn der Grad
der Bearbeitungslast durch das zu bearbeitende Objekt oder das Bearbeitungsverfahren
geändert
wird, kann deshalb die Steifigkeit des Luftlagers reguliert werden,
um mit der Änderung
des Grades der Bearbeitungslast koordiniert zu werden, so dass es
nicht erforderlich ist, den Druck der Luft durch Übersteigen
des Notwendigen zu vergrößern, um
die Steifigkeit zu verbessern, was eine Energieeinsparung und eine
Verminderung der Bearbeitungskosten zur Folge hat.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung, die nachfolgend kurz beschrieben
wird.
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1 ist
eine Ansicht eines Blockdiagramms, das eine Werkzeugmaschine mit
einer Luftlagerung gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Lagerungsabschnitts
der Werkzeugmaschine mit Luftlagerung des vorher erwähnten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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3 ist
ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Werkzeugmaschine mit Luftlagerung
des vorher erwähnten
Ausführungsbeispiels
zeigt; und
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4 ist
ein Blockdiagramm, das einen Luftversorgungsabschnitt der Werkzeugmaschine
mit Luftlagerung eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung
zeigt.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung
wird unten mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
die Ansicht eines Blockdiagramms einer Werkzeugmaschine mit einer
Luftlagerung zum Durchführen
von Fräsen,
was in dem Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird. Die Werkzeugmaschine 1 besteht aus einer Hauptwelle
(Spindel) 3 mit einem daran befestigten Werkzeug 2,
wie einem Bohrer, einem Schaftfräser
oder dergleichen, einem Motor 4, der die Hauptwelle 3 dreht,
einer Luftlagerung 5, die die Hauptwelle trägt und einem
Gehäuse 6,
das die Hauptwelle 3, den Motor 4 und die Luftlagerung 5 enthält.
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Der
Motor 4 ist mit einem Spindelantriebssystem 7,
das den Motor 4 antreibt, verbunden. Das Spindelantriebssystem 7 wird
durch ein NC-System (ein numerisch gesteuertes System) 10 gesteuert. Weiterhin
ist das Spindelantriebssystem 7 mit einer Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20 gekoppelt,
um einen Bearbeitungsleistungswert (einen Lastleistungswert) unter
Verwendung eines Lastmesserausgangs des Spindelantriebssystems 7 und
Ausgabe des ermittelten Wertes an das NC-System 10, zu
ermitteln.
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Die
Luftlagerung 5 ist mit einem Luftversorgungsabschnitt 31,
der Luft an das Luftlager 5 zuführt, verbunden. Das Gehäuse 6 ist
mit einer Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 zum
Ermitteln einer Bearbeitungslast (einer Schneidlast) durch Ermitteln
der Vibration des Gehäuses 6 verbunden.
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Eine
Luftdruck-Regulierungseinrichtung 11 besteht aus der Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20,
dem Luftversorgungsabschnitt 31, der Bearbeitungslast- Ermittlungseinrichtung 40 und einer
Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32, die in dem NC-System 10 angeordnet
ist, um einen Druck der Luft für
die Luft, die von dem Luftversorgungsabschnitt 31 zu der
Luftlagerung 5 zugeführt
wird, zu bestimmen.
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Die
Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20 weist eine
Verstärkungsschaltung 21 auf, die
den Lastmesserausgang (Spannung) des Spindelantriebssystems 7 verstärkt und
einen A/D-Konverter 22, der die verstärkte Spannung (ein analoges Signal)
in ein digitales Signal konvertiert, und in welchem die digitale
Signalausgabe, die durch den A/D-Konverter 22 veranlasst
wird, in das NC-System eingegeben wird.
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Der
Luftversorgungsabschnitt 31 besteht aus zwei Luftquellen 33A und 33B für einen
höheren Druck
(den ersten Druck) und einen niedrigeren Druck (den zweiten Druck,
der niedriger als der erste Druck ist), Druckregulatoren 34A und 34B,
die den Druck der Luftversorgung an jeder der Luftquellen 33A und 33B regulieren,
um auf einem bestimmten Wert zu sein, einem Solenoidventil 35,
das auf der Seite, die zu der Luftquelle für den hohen Druck 33A liegt,
bereitgestellt wird, um ein Versorgen mit Luft von der Luftquelle
für hohen
Druck 33A zu unterbrechen und einem Absperrventil 36,
das auf der Seite, die an der Luftversorgung für niedrigen Druck 33B liegt,
bereitgestellt wird, um durch den Druck gesperrt zu werden, wenn
die Luft von der Luftquelle für
hohen Druck 33A durch Öffnen
des Solenoidventils 35 zugeführt wird und um durch den Druck
der Luftquelle für
niedrigen Druck 33B von selber geöffnet zu werden, wenn das Solenoidventil 35 geschlossen
wird.
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Die
Luftdruck-Ermittlungseinrichtung 32 steuert den Antrieb
des vorher erwähnten
Solenoidventils 35, um die Luftquelle zu schalten, in der
Luft zu der Luftlagerung 5 zugeführt wird, nämlich der Luftquelle für hohen
Luftdruck 33A oder der Quelle für niedrigen Luftdruck 33B,
dadurch wird der Luftdruck der Luftlagerung 5 durch Hin- und Herschalten zwischen
z. B. dem niedrigen Druck von 5–6
kp/cm2 und dem hohen Druck von 8–15 kp/cm2 bestimmt.
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Die
Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 umfasst einen
Beschleunigungsmesser, der an dem Gehäuse 6 befestigt ist,
eine Verstärkungsschaltung 42,
die ein Ausgangssignal von dem Beschleunigungsmesser 41 verstärkt, eine
RMS- (quadratischer
Mittelwert)-Schaltung 43, in der der Mittelwert des Ausgangswertes
der Verstärkungsschaltung 42 innerhalb
einer festgelegten Zeit festgestellt wird, und der mittlere Wert
wird quadriert, um die Quadratwurzel zu bilden, und einen A/D-Konverter 44,
der den Ausgangswert der RMS-Schaltung 43 in ein digitales
Signal ändert,
wobei die digitale Signalausgabe des A/D-Konverters 44 dem
NC-System 10 eingegeben wird.
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Die
Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 ist konstruiert, um
drei Betriebsmodi zu bilden:
- 1. Einen ersten
automatischen Steuermodus, der so bestimmt ist, dass die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 das
Solenoidventil 35 auf der Basis der Bearbeitungsleistungs-
und der Bearbeitungslastdaten, die durch die Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20 und
die Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 jeweils
ermittelt werden, steuert.
- 2. Ein zweiter automatischer Steuermodus, der so bestimmt ist,
dass die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 das Solenoidventil 35 steuert,
auf der Basis eines Luftdruck-Zielwertes, der von einem Zielwert-Bestimmungseinrichtung 51 gesendet wird,
in dem ein Luftdruckprogramm definiert ist, um mit einem Prozessprogramm
oder einer Entwicklung des Bearbeitungsbetriebs zu koordinieren,
was in der Betriebswert-Bestimmungseinrichtung 51, das
in dem NC-System 10 angeordnet ist,
als Versorgungsluftdruck-Zielwert registriert ist, und
- 3. Ein manueller Modus, der dazu bestimmt ist, dass die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 das
Solenoidventil 35 steuert, welches auf einem Signal, das
von einem manuellen Betriebseinrichtung 54 ausgegeben wird,
basiert, welches die Funktionen von einem Hochdruck-Versorgungsknopf 52 und
einem Niedrigdruck-Versorgungsknopf 53, die in dem NC-System 10 angeordnet sind,
empfängt.
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Ein
spezielles konstruktives Beispiel der Luftlagerung 5 wird
unten mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Das
Gehäuse 6 umfasst
ein zylindrisches Lagerungskörperrohr 61,
ein Antriebsmotorrohr 62, das an der oberen Seite des Rohres 61 angeordnet
ist, eine Abdeckung 63, die die obere Öffnung des Rohres 62 abschließt und eine
Abdeckung 65, die auf der unteren Seite des Rohres 61 über einen
Abstandshalter angeordnet ist.
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Daneben
sind an dem äußeren Umfang
des Lagerungskörperrohres 61 und
des Antriebsmotorrohres 62 jeweils ein Kühlmantel
für die
Kühlung
zum Kühlen
der Lagerung des Körpers 66 und
ein Kühlmantel
zum Kühlen
des Antriebsmotors 67 befestigt.
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In
dem Antriebsmotorrohr 62 wird ein Motor 4, der
aus einem rotierenden Abschnitt 4A besteht, der mit der
Hauptwelle 3 gekoppelt ist, und einem feststehenden Abschnitt 4B besteht,
der auf dem äußeren Umfang
des rotierenden Abschnitts 4A angeordnet ist, bereitgestellt.
Der Motor 4 wird durch das vorher erwähnte Spindelantriebssystem 7 gesteuert und
angetrieben.
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In
dem Lagerungskörperrohr 61 sind
drei Lagerungsteile 71, 72 und 73 angeordnet.
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Das
Lagerungsteil 71, das an der oberen Seite benachbart zu
dem Motor 4 angeordnet ist, und das Lagerungsteil 72,
das zwischen den Lagerungsteilen 71 und 73 angeordnet
ist, sind ihrerseits darin mit mehreren Luftauslässen 74, die Luft
in einer axial-orthogonalen Richtung gegen die Hauptwelle 3 von
zwei Positionen ausblasen, gebildet, die für jedes der Lagerungsteile 71 und 72 in
Längsrichtung
ausgebildet sind. Das Lagerungsteil 73, das auf der unteren
Seite angeordnet ist, ist darin mit einer Mehrzahl von Luftauslässen 74,
die Luft gegen die Hauptwelle 3 von einer Position in longitudinaler
Richtung blasen, gebildet.
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Die
Luft, die aus jedem Luftauslass 74 geblasen wird, bildet
eine radiale Lagerung, um die Hauptwelle 3 in radialer
Richtung zu stützen.
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Ein
Flansch 3A ist auf der unteren Seite der Hauptwelle 3 geformt,
in dem Luftauslässe 75 gebildet
sind, um Luft gegen den Flansch 3A zu blasen. Die Luft,
die von den Luftauslässen 75 geblasen
wird, bildet eine Drucklagerung, um die Hauptwelle 3 in
einer Axialdruckrichtung zu stützen.
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Jede
der Luftauslässe 74 und 75 kommuniziert
mit einem Luftversorgungskanal 76, der in dem Rohr 61 gebildet
wird, in den Luft, die für
hohen Druck oder für
niedri gen Druck bestimmt ist, von dem Luftversorgungsabschnitt 31 geliefert
wird, der mit einem Lufteinlass 76A des Luftversorgungskanals 76 für komprimierte
Luft gekoppelt ist. Das Ende des Luftversorgungskanals 76 ist
mit einem Abdeckteil 76B verschlossen, so dass keine Luft
zu dem Rohr 62 entweicht.
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Das
Lagerungskörperrohr 61 ist
mit einem Luftauslasskanal 77 geformt, welcher mit einer
Luftauslassöffnung 78,
die an einem Zwischenabschnitt zwischen den Lagerungsteilen 71 und 72 gebildet
ist und mit einer Luftauslassöffnung 79,
die an dem Abstandshalter des Flansches 3A der Hauptwelle 3 gebildet
ist, kommuniziert.
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Ein
Betrieb, wenn der erste automatische Arbeitsmodus in der Werkzeugmaschine 1,
die in 1 und 2 gezeigt wird, gewählt ist,
wird unten mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 3 gezeigt.
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Zuerst
wird jeder Luftdruck des hohen Druckes und des niedrigen Druckes
durch Steuern des Druckregulators 34A und 34B des
Luftversorgungsabschnitts 31 bestimmt. Der Druckwert kann
unter Berücksichtigung
eines bearbeiteten Objekts, eines Bearbeitungsverfahrens und der
Art des Werkzeugs 2 z. B. bestimmt wird, der Hochdruck
kann als ein Druck von 15 kp/cm2 und der
niedrige Druck kann als ein Druck 6 kp/cm2 bestimmt
werden.
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Und
die Hauptwelle wird so angetrieben, dass das Spindelantriebssystem 7 durch
das NC-System 10 gesteuert wird. Zu dieser Zeit ist das Solenoidventil 35 durch
die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 geschlossen, so
dass zu Beginn Luft von niedrigem Druck der Luftlagerung 5 zugeführt wird.
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Mit
dem Start des Prozesses misst die Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 eine
Bearbeitungslast (einen Vibrationswert) und sendet die gemessenen
Daten zu der Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 (Schritt
1: der Schritt wird unten als "S" abgekürzt).
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Die
Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 bestimmt, welche der
gesandten Bearbeitungslastdaten innerhalb eines bestimmten Bereichs
liegen (in einer mittleren Position), größer als der bestimmte Bereich
oder kleiner als der bestimmte Bereich (S2).
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Wenn
hier die Bearbeitungslastdaten größer sind als der definierte
Bereich, oder wenn die Vibration des Gehäuses 6 größer ist,
erscheint auf einer Anzeige des NC-Systems 10 (S3) die Notwendigkeit, den
Luftdruck, welcher der Luftlagerung 5 zugeführt wird,
als hohen Luftdruck zu bestimmen.
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Vorausgesetzt,
dass die Notwendigkeit der Druckversorgung als der hohe Druck bestimmt
ist, ist zu entscheiden, ob der Betriebsmodus als automatischer
Modus oder als manueller Modus (S4) bestimmt ist, und ein Hochdruck-Steuerbefehl
muss in dem automatischen Modus ausgegeben werden, um die gelieferte
Luft in den hohen Druck durch Öffnen des
Solenoidventils 35 des Luftversorgungsabschnitts 31 (S5)
zu ändern.
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Wenn
der Operationsmodus der manuelle Modus (S4) ist, arbeitet die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 nicht
automatisch und behält
den anfänglichen
Zustand ohne Änderung
der Druckluftversorgung so lange bei, solange eine Bedienungsperson
nicht den Hochdruck-Versorgungsknopf 52 oder den Niedrigdruck-Versorgungsknopf 53 gedrückt hat.
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Wenn
die Bearbeitungslast innerhalb des bestimmten Bereichs (der Mitte)
ist oder kleiner als der bestimmte Bereich (klein) ist, wird auf
die Bearbeitungsleistung, die durch die Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20 ermittelt
wird, Bezug genommen (S6).
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Es
wird bestimmt, ob die Bearbeitungsleistungsdaten innerhalb eines
bestimmten Bereichs liegen (ein bestimmter Bereich), größer als
der bestimmte Bereich oder kleiner als der bestimmte Bereich (S7)
sind.
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Wenn
hier die Bearbeitungsleistungsdaten größer als der bestimmte Bereich
sind, wie in dem Fall, wenn die Bearbeitungslastdaten größer sind, werden
die Anzeige für
den hohen Druck (S3), die Bestimmung des Betriebsmodus (S4), die Änderung zum
Hochdruck hin (S5) usw. ausgeführt.
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Wenn
die Bearbeitungsleistungsdaten in der mittleren Position sind, verschwindet
(S8) die Erscheinung auf der Anzeige des NC-Systems, und der Zustand,
wie er ist, wird gehalten ohne Änderung
der Luftdruckversorgung.
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Wenn
die Bearbeitungsleistungsdaten kleiner sind, in dem Fall, dass der
Grad der Bearbeitungslast in der mittleren Position (S9) ist, verschwindet
(S8) die Erscheinung auf der Anzeige des NC-System 10 und
der Zustand wird beibehalten, wie er ist, ohne die Änderung
der Luftdruckversorgung.
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Aber
in dem Fall, dass der Grad der Bearbeitungslast klein ist (S9),
nämlich
in dem Fall, dass keine Vibration erzeugt wird, und die Leistung
niedrig ist, wird ermöglicht,
dass die Luftdruckversorgung in die Luftlagerung 5 der
niedrige Druck ist, so dass der niedrige Druck auf der Anzeige des
NC-Systems 10 (S10) erscheint.
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Weiterhin
ist es festgelegt, ob der Betriebsmodus ein automatischer Modus
oder ein manueller Modus (S11) ist, und das Anweisungssignal für niedrigen
Druck wird in dem automatischen Modus ausgegeben, um die Luftversorgung
auf den niedrigen Druck durch Schließen des Solenoidventils 35 des Luftversorgungsabschnitts 31 (S12)
zu ändern.
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Wenn
der Betriebsmodus der manuelle Modus (S11) ist, wie oben beschrieben,
wird der Zustand beibehalten, wie er ist, ohne die Änderung
der Luftversorgung so lange, wie die Bedienungsperson weder den
Hochdruck-Versorgungsknopf 52 noch den Niedrigdruck-Versorgungsknopf 53 drückt.
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Als
nächstes
wird bestimmt, ob die Werkzeugmaschine 1 unterbrochen wird
oder arbeitet (S13,) und wenn die Werkzeugmaschine 1 nicht
unterbrochen ist, werden die vorher erwähnten Vorgänge wiederholt, um, falls notwendig,
den Druck der Luftversorgung zu der Luftlagerung 5 in zwei
Zuständen,
dem des Hochdruckes und des niedrigen Druckes, in Abhängigkeit
der Änderung
der Bearbeitungslast oder der Bearbeitungsleistung, zu ändern. Wenn
die Werkzeugmaschine 1 unterbrochen wird, wird auch der
Druckregulierungsvorgang beendet.
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Wenn
der Betriebsmodus ein manueller Modus ist, der auf dem Bearbeitungszustand,
dem Drehzustand der Hauptwelle 3 und den Anzeigen des hohen
Druckes oder des niedrigen Druckes des NC-Systems 10 basiert,
kann die Bedienungsperson den Hochdruck-Versorgungsknopf 52 oder
den Niedrigdruck-Versorgungsknopf 53, die an dem NC-System 10 angeordnet
sind, nach Gutdünken
der Bedienungsperson drücken.
Wenn das manuelle Betriebseinrichtung 54 ermittelt, dass
einer der Knöpfe 52 und 53 gedrückt ist,
wird das Signal zum Ändern
in den hohen Druck oder den niedrigen Druck an die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 gesendet,
und die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 betätigt das Solenoidventil 35,
basierend auf dem gesendeten Signal, dadurch wird der Druck der
Luft, die zu der Luftlagerung 5 zugeführt wird, reguliert.
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In
dem Fall, dass der Operationsmodus der zweite Automatikmodus unter
Verwendung der Zielwert-Bestimmungseinrichtung 51 ist,
wird der Versorgungsluftdruck-Zielwert
vorher bestimmt und in der Zielwert-Bestimmungseinrichtung gespeichert,
um mit der Prozessprogrammierung koordiniert zu werden, so dass
der Versorgungsluftdruck höher
wird, wenn die Last größer ist
und niedriger wird, wenn die Last kleiner wird. Der Druckzielwert
wird rechtzeitig an die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 gesendet,
um mit dem Ablaufzustand der Prozessprogrammierung koordiniert zu
werden, dadurch veranlasst die Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 das
Solenoidventil 35 unter Verwendung des gesendeten Zielwertes
zu arbeiten, um so den Druck der Luft, welcher der Luftlagerung 5 zugeführt wird,
zu regulieren.
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Deshalb
ist die Luftdruck-Regulierungseinrichtung 11 des Ausführungsbeispiels
aus der Zielwert-Bestimmungseinrichtung 51, dem Hochdruck-Versorgungsknopf 52,
dem Niedrigdruck-Versorgungsknopf 53 und der manuellen
Bedienungseinrichtung 54, sowie der Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20,
dem Luftversorgungsabschnitt 31, der Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 und
der Bearbeitungslast-Bestimmungseinrichtung 40 zusammengesetzt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
werden die folgenden Wirkungen aufgelistet.
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Insbesondere
wird die Luftdruck-Regulierungseinrichtung 11 bereitgestellt,
so dass der Druck der Luft von dem Luftversorgungsabschnitt 31 zu
der Luftlagerung 5 automatisch für zwei Zustände des niedrigen Druckes und
des hohen Druckes geändert werden
kann, selbst wenn die Bearbeitungslast und die Bearbeitungsleistung
geändert
werden.
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Selbst
wenn deshalb der Grad der Bearbeitungslast durch ein bearbeitetes
Objekt oder ein Bearbeitungsverfahren geändert wird, kann die Steifigkeit
der Luftlagerung 5 in Reaktion auf den geänderten
Grad der Bearbeitungslast geändert
werden, so dass die notwendige Steifigkeit der Lagerung 5 hinzugefügt werden
kann, in Reaktion auf jedes Bearbeitungsobjekt aus Holz oder Weichmetall,
wie Bronze oder dergleichen, bis zu Metall, wo es nötig ist,
die hohe Last hinzuzufügen,
wie bei Eisen, Stahl, oder dergleichen, was die Vollendung des Prozesses
für hohe
Lasten mit Verwendung der Lagerung 5 zur Folge hat.
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Von
der Tatsache, dass der Druck der Luft zu der Luftlagerung 5 während des
Bearbeitungsbetriebs reguliert werden kann, wenn die Steifigkeit
der Luftlagerung 5 niedrig ist, nämlich wenn die Bearbeitungslast
oder die Bearbeitungsleistung klein ist, wird der Versorgungsluftdruck
automatisch zu einem niedrigen Druck geändert, so dass Luft nicht vergeudet
wird, was eine Energieersparnis und eine Reduktion der Prozesskosten
zur Folge hat.
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Weiterhin
kann die Steifigkeit der Luftlagerung 5 in Reaktion auf
die Änderung
der Bearbeitungslast geändert
werden, so dass die Steifigkeit der Lagerung reguliert werden kann,
und mit der Änderung
des Ansteigens der Bearbeitungslast koordiniert werden kann mit
dem Ergebnis, dass die Hauptwelle 3 vor Beschädigungen
bewahrt werden kann, und die Werkzeugmaschine 1 stabil
betrieben werden kann.
-
Die
statische Luftlagerung 5 hat im Prinzip kein Teil einer
relativen Bewegung durch Berührung von
Metallen miteinander, so dass die folgenden unterschiedlichen Wirkungen
erreicht werden:
- 1. Es ist möglich, aufeinander
folgend für
lange Zeit bei hohen Geschwindigkeiten zu rotieren;
- 2. die Lebensdauer der Lagerung kann länger sein als bei Gleitlagerung;
- 3. die verwendete Energie kann gesteuert werden, so dass sie
niedrig ist;
- 4. die Genauigkeit bei Rotation bei hoher Geschwindigkeit ist
verbessert;
- 5. der Vibrations- und der Lärmpegel
sind niedrig;
- 6. die thermische Verformung kann gesteuert werden, so dass
sie wegen der geringen Erwärmung klein
bleibt;
- 7. es ist nicht notwendig, die Lagerung längere Zeit vorzuwärmen als
eine Gleitlagerung; und
- 8. eine zufrieden stellende dynamische Steifigkeit zum Bearbeiten
eines Materials, das eine hohe Härte
hat, kann erreicht werden.
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Insbesondere
in der statischen Luftlagerung 5 übt, selbst wenn eine geringe
Unrundheit in der Welle oder der Lagerung auftritt, der Mittelwert
der Unrundheit einen Einfluss auf den Fluss der Luft als Arbeitsfluid
aus, so dass die Unrundheit keine direkte Ursache für das Erzeugen
einer Vibration ist, und der Vibrations- und Lärmpegel kann so gesteuert werden,
dass er niedrig ist.
-
Wenn
das Fräsen
oder dergleichen eines Hochlastprozesses mit der Werkzeugmaschine
unter Verwendung konventioneller Gleitlagerung ausgeführt wird,
werden, um die Effizienz zu erhöhen,
drei Werkzeugarten für
die Grob-, Halbfein- und Feinbearbeitung in dieser allgemeinen Reihenfolge
verwendet, in dem Ausführungsbeispiel
jedoch kann die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptwelle 3,
verglichen mit einer Gleitlagerung unter Verwendung der Luftlagerung 5,
erhöht
werden, deshalb kann, selbst wenn das Werkzeug 2 zur Feinbearbeitung
mit einem niedrigeren Grad der Schneidfähigkeit verwendet wird, der
niedrigere Grad der Schneidfähigkeit
durch die Rotation der Hauptwelle 3 bei höherer Geschwindigkeit
kompensiert werden, d. h., der Prozess kann mit nur einer Art des
Werkzeugs 2 durchgeführt
werden.
-
Eine
Art des verwendeten Werkzeugs 2 bewirkt ein Verfahren,
das eine Änderung
des Werkzeugs 2 unnötig
macht, mit dem Ergebnis, dass die Zahl der Prozesse und die Zeit
für die
Bearbeitung verkürzt
werden kann, und die Bearbeitungskosten großenteils reduziert werden können.
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Weiterhin,
wenn die Anzahl der Werkzeuge 2 geringer ist, kann die
Abfolge der Werkzeuge vereinfacht werden, so dass die Zahl der NC-Programme, die
notwendig in Abstimmung mit jedem Werkzeug zu bilden sind, weniger
sein kann, und die Belastung der CAM weniger wird.
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In
dem Ausführungsbeispiel,
das in 2 gezeigt wird, ist der Flansch 3A der
Hauptwelle 3 benachbart zu dem Werkzeug 2, um
die Drucklagerung zum Werkzeug 2 anzuordnen, wenn deshalb
Wärme, die
durch die Bearbeitung verursacht wird, zu der Hauptwelle hinzukommt,
kann der Grad der thermischen Verformung der Drucklagerung niedrig
sein, weil die Länge
bis zur Drucklagerung kurz ist, so dass ein Einfluss der Erwärmung geringer
sein kann, was ein Verfahren mit Punktgenauigkeit zur Folge hat.
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Wenn
die Luftdruck-Regulierungseinrichtung 11, der erste und
zweite automatische Modus und der manuelle Modus bereitgestellt
werden, so dass z. B. der manuelle Modus in dem Fall eines Schleifprozesses
ausgewählt
werden kann, und der erste oder zweite Modus in dem Fall des wiederholten
Prozesses bis zu einem gewissen Grad ausgewählt werden kann, so ergibt
sich ein wirkungsvoller Arbeitsablauf, der durch Wählen des
Modus gemäß den Umständen verursacht
wird.
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Die
Luftquellen 33A und 33B für den hohen Druck und für den niedrigen
Druck werden in dem Luftversorgungsabschnitt 31 zur Verfügung gestellt, so
dass der konkrete Druck des hohen Druckes und des niedrigen Druckes
leicht bestimmt werden kann und so definiert werden kann, dass sie
nicht gegenseitig stören,
mit dem Ergebnis, dass der optimale Druck in Reaktion auf das bearbeitete
Objekt oder dergleichen bestimmt werden kann.
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Als
Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 wird der Beschleunigungsmesser 40 verwendet, so
dass der Aufbau der Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 einfach
und leicht von einer geringeren Größe sein kann, und die Kosten
reduziert werden können.
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Die
Erfindung soll nicht auf das vorher erwähnte Ausführungsbeispiel begrenzt sein,
und Modifikationen können
damit hergestellt werden, ohne den Rahmen für das Erreichen des Zweckes
der Erfindung zu verlassen.
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Zum
Beispiel wird in dem vorher erwähnten Beispiel
der darin bereitgestellte Luftversorgungsabschnitt 31,
mit den zwei Luftquellen 33A und 33B für hohen
Druck und für
niedrigen Druck verwendet, aber es kann auch ein Luftversorgungsabschnitt 100 verwendet
werden, der den Luftdruck bei zwei Zuständen des hohen und des niedrigen
Druckes durch Ändern
des Grades bestimmt, so dass der Druck, der von einer Luftquelle
zugeführt
wird, vermindert wird, wie in 4 gezeigt.
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Der
Luftversorgungsabschnitt 100 schließt einen Luftkompressor 103 ein
(ein ölfreier
Typ des Schraubenverdichters), der durch einen Motor 102 angetrieben
wird und Luft durch ein Luftansaugfilter 101 ansaugt und
komprimiert. In der stromabwärts gelegenen
Seite des Luftkompressors 103 ist vorgesehen: ein Ablassventil
(ein Sicherheitsventil) 104, das anspricht, wenn der Druck
in dem Druckversorgungsabschnitt 100 einen bestimmten Druck überschreitet
(z. B. 11 kp/cm2), ein Druckschalter zum
Ermitteln eines hohen Druckes 105A, der ermittelt, ob der
Druck in dem System höher
als ein bestimmter Druck (z. B. 10 kp/cm2)
oder nicht ist und ein Signal zum Unterbrechen des Luftkompressors 103 aussendet,
wenn der Druck den bestimmten Druck überschreitet und ein Druckschalter
zum Ermitteln eines Druckes 105B, der ermittelt, ob der
Druck in dem System niedriger als ein bestimmter Druck (z. B. 9 kp/cm2) oder nicht ist und der ein Signal zum
Starten des Betriebs des Luftkompressors 103 sendet, wenn der
Druck niedriger als ein bestimmter Druck ist.
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In
der stromabwärts
gelegenen Seite des Überdruckventils 104 und
der Druckschalter 105A und 105B sind ein Nachkühler 106,
ein automatischer Wasserabscheider (auto-drain) 107, ein
Druckausgleichsbehälter 108 mit
einem manuellen Verschlussventil für eine Druckverminderung 109,
ein manuelles Verschlussventil für
das Öffnen
der Druckschaltung 110, ein erstes Filter mit Wasserabscheidung 111,
ein Lufttrockner 112, ein zweites Luftfilter 113 und
ein Mikronebelseparator 114 in Reihe angeordnet.
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Die
stromabwärts
gelegene Seite des Mikronebelseparators 114 ist in zwei
Ströme
geteilt, wobei in jedem Strom ein Regulator bzw. Regler 115A,
der den Druck der Luftversorgung von dem Luftkompressor 103 für den hohen
Druck (z. B. 8 kp/cm2) und ein Regulator
bzw. Regler 115B, der den Luftversorgungsdruck für den niedrigen
Druck (z. B. 6 kp/cm2) bestimmt, angeordnet.
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Jeder
Teilstrom ist mit einem elektromagnetischen Ventil zur Änderung
der Schaltung 116 verbunden, in dem der Hochdruck oder
der Niedrigdruck geändert
wird, um mit der Luftlagerung 5 durch Betätigung des
elektromagnetischen Ventils 116 verbunden zu werden.
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Im
Falle der Verwendung des Luftversorgungsabschnitts 100,
wie oben beschrieben, kann der Druck der Luft, die zu der Luftlagerung 5 geliefert wird,
in zwei Zustände
geändert
werden, und die Steifigkeit der Luftlagerung 5 kann in
Reaktion auf die zu bearbeitende Last gesteuert werden. Deshalb können die
gleichen Wirkungen wie bei dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Die Anzahl der Luftquellen kann eine einzige sein und die Anzahl
der Luftkompressoren 103 und dergleichen kann ein einzelner
sein, was billigere Ausgaben für die
Anlage zur Folge hat, wenn sie mit dem Fall, bei dem zwei Luftquellen
bereitgestellt werden, verglichen wird. In dem Fall von nur einer
Luftquelle kann jedoch die Differenz zwischen dem hohen Druck und dem
niedrigen Druck nicht groß festgelegt
werden, so dass es ratsam ist, dass zwei Luftquellen 33a und 33b,
wie in dem zuvor erwähnten
Ausführungsbeispiel,
bereitgestellt werden, wenn eine große Differenz des Druckes gefordert
wird.
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In
dem zuvor erwähnten
Ausführungsbeispiel
werden drei Betriebsmodi des ersten und zweiten automatischen Modus
und ein manueller Modus in der Luftdruck-Bestimmungseinrichtung 32 bereitgestellt,
aber es kann auch nur einer der obigen drei Modi bereitgestellt
werden oder die Kombination des ersten und zweiten automatischen
Modus, nämlich ein
automatischer Betriebsmodus, der eine vorwärtsführende Steuerung, die durch
die Zielwert-Bestimmungseinrichtung 51 verursacht wird
und eine Rückkopplungssteuerung,
die auf den Daten basiert, die von der Bearbeitungsleistungs-Ermittlungseinrichtung 20 und
der Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 bereitgestellt
werden können,
kombiniert. Das heißt,
in der Erfindung kann mindestens die Luftdruck-Regulierungseinrichtung 11 bereitgestellt
werden, die zum Regulieren bzw. Regeln des Druckes der Luft geeignet
ist, die während
des Bearbeitungsbetriebs der Luftlagerung zugeführt wird, wobei das konkrete
Regulierungsverfahren geeignet bestimmt werden kann, wenn der Prozess
durchgeführt
wird.
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In
dem zuvor erwähnten
Ausführungsbeispiel
wird der Druck der Luft, welcher der Luftlagerung 5 zugeführt wird,
unter Verwendung sowohl der Daten der Bearbeitungslast und der Bearbeitungsleistung
gesteuert, aber der Druck kann auch gesteuert werden unter Verwendung
nur der Daten der Bearbeitungslast.
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Die
Bearbeitungslast-Ermittlungseinrichtung 40 soll nicht auf
die Verwendung eines Beschleunigungsmessers 41 beschränkt werden,
sondern unterschiedliche Vibrationsmesser, ein Druckmesssensor,
ein AE-(ein akustischer Emission)-Sensor usw., können verwendet werden. Wenn
jedoch der Beschleunigungsmesser 41 verwendet wird, gibt
es die Vorteile einer geringeren Größe und einer leichten Befestigung
an dem Gehäuse 6.
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In
dem zuvor erwähnten
Ausführungsbeispiel
wird der Druck der Luft, welcher der Luftlagerung 5 zugeführt wird,
in zwei Zuständen
des hohen und des niedrigen Druckes geändert, aber der Druck kann
auch in mehr als drei Zuständen
geändert
werden. Wenn der Druck in mehreren Stufen geändert wird, kann der Druck
der Luft, die der Luftlagerung 5 zugeführt wird oder die Steifigkeit
der Lagerung, in kleinen Stufen gesteuert werden, so dass die Steifigkeit
der Lagerung geeignet in Reaktion auf die Bearbeitungslast oder
dergleichen bestimmt werden kann, was eine Energieeinsparung zur
Folge hat. Weiterhin kann es so aufgebaut werden, dass der Luftdruck
nicht in mehreren Stufen, sondern kontinuierlich geregelt wird.
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Als
konkreter Aufbau der Luftlagerung 5 ist die Luftlagerung
nicht auf drei Lagerungsteilen 71 bis 73, wie
in dem oben erwähnten
Ausführungsbeispiel beschrieben,
beschränkt
und die Lagerung kann geeignet in Abhängigkeit des betriebenen Prozesses ausgesucht
sein. Zum Beispiel ist die Drucklagerung an einer Position, benachbart
zu der Seite, an der das Werkzeug 2 in dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel
befestigt ist, aber die Drucklagerung kann an einer Stelle benachbart
zu dem Motor 4 angeordnet sein und weiterhin kann das Lagerungsteil in
Abhängigkeit
von der Struktur der Hauptwelle 3 oder dergleichen geeignet
vorgesehen werden.