DE19916710B4

DE19916710B4 - Werkzeugantriebseinrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen

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Publication number: DE19916710B4
Application number: DE19916710A
Authority: DE
Inventors: Guenter Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: DE19916710A1; EP1089849A1; JP2002540974A; JP3875025B2; US6474914B1; WO2000061329A1

Abstract

Werkzeugantriebseinrichtung (1), insbesondere für Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungseinheiten in Bearbeitungszentren, die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen,
mit einem Spindeleinsatz (2), der eine mit einer Maschinenspindel verbindbare Kupplungseinrichtung (3), ein Gehäuse (2), einen steuerbaren Antrieb (9) zum Antreiben eines Werkzeugs, der dazu eingerichtet ist, seine Speiseenergie in mechanische Energie umzuwandeln, sowie mindestens eine Zuleitung (8) aufweist, die zur Übertragung der Speiseenergie zu dem Antrieb (9) dient und ein oder mehrere Schleifringe (8a, 8b, 8c) enthält, die an der Außenseite des Gehäuses (2) angebracht und von diesem elektrisch isoliert sind,
mit einem Koppelmittel (11), das ein oder mehrere Kontakte (32) enthält, die zur Herstellung oder Auflösung einer Energie übertragenden Verbindung zwischen einer Speisequelle und dem Antrieb (9) mit dem oder den Schleifringen (8) verbindbar und von diesen trennbar sind, und mit einer Steuereinrichtung (36), die zum Ansteuern des Antrieb (9) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugantriebseinrichtung, die insbesondere für den Einsatz in Werkzeugmaschinen oder in Bearbeitungseinheiten von Bearbeitungszentren eingerichtet ist und die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen.
Insbesondere für Zerspanungsaufgaben werden Werkzeugmaschinen bspw. zum Bohren, Drehen, Fräsen usw. verwendet.
Das Werkzeug wird in eine entsprechende Werkzeugaufnahme eingesetzt, die in der Arbeitsspindel der betreffenden Werkzeugmaschine befestigt wird. Es stehen unterschiedliche Werkzeugaufnahmen zur Verfügung.
Während des Bearbeitungsvorgangs werden die Arbeitsspindeln von zugehörigen Antriebsvorrichtungen angetrieben. Zur Steuerung der Spindelbewegung, insbesondere ihrer Drehung und/oder Verstellung, dienen Steuereinrichtungen, die erweiterte elektronische Schaltungen oder Ablaufprogramme beinhalten können.
Die Drehzahl der Spindel wird von der Steuereinrichtung innerhalb eines Drehzahlbereichs festgelegt. Dieser ist naturgemäß begrenzt. Gelegentlich werden, bspw. für sehr kleine Werkzeugdurchmesser oder aus anderen Gründen, Drehzahlen gefordert, die außerhalb des Drehzahlbereichs der Spindel liegen.

Aus der DE 298 12 170 U1 ist ferner eine Motorspindel bekannt, die in CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen zur Durchführung spanender Bearbeitungsvorgänge verwendet wird. Die Motorspindel weist einen Tragzapfen zur Verbindung mit der Werkzeugmaschine, ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Elektromotor sowie eine Spindel, die zur Aufnahme eines Werkzeugs oder eines Werkzeughalters eingerichtet ist. Die Spindel ist durch die Motorwelle des Elektromotors gebildet, die mittels Wälzlager drehbar gelagert und mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist. Außerdem ist eine Schnellspannvorrichtung vorgesehen, die zum Festspannen bzw. Freigeben des Werkzeugs mittels Druckluft von außen betätigbar ist.

Die Motorspindel wird in die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine eingesetzt, um hochtourig antreibbare Werkzeuge verwenden zu können. Hierzu wird anstelle der langsam laufenden Hauptspindel der Werkzeugmaschine der Elektromotor derart von der CNC-Steuerung angesteuert, dass die Motorwelle und somit das Werkzeug mit hoher Drehzahl umlaufen können. Die Verwendung der Motorspindel erfordert also den einen Eingriff in die CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine, der nicht immer möglich ist.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugantriebseinrichtung zu schaffen, die den Anwendungsbereich einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungseinheit erweitert. Dies soll möglichst ohne Eingriff in die vorhandene Maschinensteuerung geschehen.

Diese Aufgabe wird mit einer Werkzeugantriebseinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Die erfindungsgemäße Werkzeugantriebseinrichtung weist einen Spindeleinsatz auf, der in einer Maschinenspindel vorzugsweise drehfest eingespannt werden und ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken tragen kann. Der Befestigung des Spindeleinsatzes in der Maschinenspindel dient eine Kupplungseinrichtung. Zum Antreiben des Werkzeugs ist in dem Spindeleinsatz ein Antrieb vorgesehen, der von einer außerhalb des Spindeleinsatzes angeordneten Speisequelle gespeist und von einer Steuereinrichtung gesteuert werden kann. Die Speisung wird über ein mit den Zuleitungen des Antriebs verbindbares Koppelmittel bewerkstelligt. Die Steuerung des Antriebs erfolgt gemäß Anspruch 1 in Abhängigkeit von der Bewegung der Maschinen spindel, zu deren Erfassung die Werkzeugantreibseinrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweist.

Von der Bewegung der Spindel wird mittels der Erfassungseinrichtung ein bspw. die Drehzahl kennzeichnendes Signal gewonnen, das als Eingangssignal für die Steuereinrichtung verwendet wird, um den Antrieb des Werkzeugs und somit dessen Bewegung zu steuern. Die Erfassung der Drehzahl erfordert keinerlei Zugriff auf die Maschinensteuerung, insbesondere werden keine von der Maschinensteuerung herrührenden Steuersignale benötigt. Die Steuereinrichtung ist von der sonstigen Maschinensteuerung getrennt, unabhängig und somit autark.

Zur Speisung des Elektromotors mit Energie ist mindestens ein Schleifring vorgesehen, der an der Außenseite des Gehäuses des Spindeleinsatzes, von diesem elektrisch isoliert angebracht und über eine Zuleitung mit dem Antrieb verbunden ist. Der Schleifring steht im Betrieb mit einem zugehörigen Kontakt, bspw. einem Schleifkontakt des Koppelmittels in Eingriff. Bei der Drehbewegung der Maschinenspindel schleifen die Schleifkontakte an den Schleifringen und stellen somit die Energiezufuhr zum Antrieb sicher. Die Schleifkontakte können auch an eine Ansteuereinheit angeschlossen sein, die Ansteuersignale für den Antrieb erzeugt. Statt Schleifkontakte können auch Rollen verwendet werden. Die Speisung kann auch berührungslos, bspw. transformatorisch erfolgen.

Die Energieversorgung kann, sofern erwünscht, durch Anzapfung der Maschinensteuerung oder der Speisequelle der Werkzeugmaschine erfolgen. Es kann jedoch auch eine eigene Speisequelle zur Energieversorgung vorgesehen werden.

Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass sie den Anwendungsbereich einer Maschinenspindel erweitern. Mit der Werkzeugantriebseinrichtung ist es möglich, die Drehzahl der Maschinenspindeln über die Möglichkeiten der Maschinenspindel hinaus zu Vergrößern. Anders als bei einem passiven Vorsatzgetriebe kann hier durch die zusätzliche Leistungseinspeisung in dem Antrieb an dem Werkzeug insgesamt eine Leistung umgesetzt werden, die die Leistung der Maschinenspindel übersteigt. Das maximale Drehmoment kann vollständig erhalten werden, während die Drehzahl vergrößert wird.

Der Spindeleinsatz weist eine Kupplungseinrichtung, z. B. einen Steilkegelschaft, auf, der eine sichere, drehfeste und wieder lösbare Verbindung mit der Maschinenspindel ermöglicht. Außerdem weist er ein im Wesentlichen zylindrisches, ein- oder mehrteiliges Gehäuse auf, in dessen Inneren der Antrieb angeordnet ist.

Sollen Zerspanungsoperationen mit drehendem Werkzeug ausgeführt werden, ist der Antrieb als Drehantrieb ausgebildet. Zum Antreiben des Werkzeugs dient dann ein Motor, z. B. ein Elektromotor. Es können Gleichstrommotoren, Synchronmotoren oder Asynchronmotoren für ein oder mehrphasigen Wechselstrom Verwendung finden. Es können auch hydraulische oder pneumatische Antriebe verwendet werden, mit denen Dreh- oder Axialbewegungen des Werkzeugs erzielt werden können. Die Motoren können direkt oder über ein Getriebe antriebsmäßig mit dem Werkzeug verbunden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Aufnahme des Werkzeugs eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen, die eine Werkzeugspindel aufweist, in die das Werkzeug drehfest eingespannt wird. Innen weist die Werkzeugspindel vorzugsweise die Form eines Konus auf. Die Werkzeugspindel wird dann durch eine drehbar gelagerte Welle gebildet und ragt aus dem Gehäuse hinaus. Die Welle ist mit einem umlaufenden Teil des Motors (Innen- oder Außenläufer) drehfest verbunden. Vorzugsweise sind die Welle und die Werkzeugspindel rotationssymmetrisch zu einer durch die Maschinenspindel festgelegten Drehachse ausgebildet. Die Werkzeugspindel kann jedoch auch ein Schnellspannelement, ein Spannfutter und dgl. tragen.

Die der Energieversorgung dienenden Schleifringe sind vorzugsweise an einem kegelförmigen Teil des Gehäuses angeordnet, dessen Durchmesser von der Maschinenspindel weg zunimmt. Die Schleifringe haben deshalb unterschiedliche Durchmesser. Der kleinste Durchmesser ist größer als derjenige eines beliebigen Teils der Kupplungseinrichtung. Dadurch kann der Spindeleinsatz in die Maschinenspindel eingeführt werden kann, ohne die Lage des Kontaktsatzes zu verändern. Dieser kann dann starr an der Werkzeugmaschine befestigt sein, wobei er vorzugsweise leicht gekippt, der Steigung des kegelförmigen Gehäuseteils entsprechend angeordnet ist. Beim Einführen des Spindeleinsatzes wird der Kontakt zwischen den Schleifringen und den Schleifkontakten von selbst hergestellt. Der Kontaktsatz kann auch verstellbar und oder separat gelagert sein.

Die Sicherheit des Werkzeugantriebseinrichtung wird erhöht, wenn nur während des Bearbeitungsvorgangs Spannung an den Schleifkontakten anliegt. Werden mit der Erfassungseinrichtung Umdrehungszahlen detektiert, die mindestens so groß sind wie ein definierter Schwellwert, vorzugsweise 30 U/min, wird bspw. durch automatisches Schlie ßen eines Schalters die Stromzufuhr zu den Schleifkontakten ermöglicht. Bei Drehzahlen unterhalb des Schwellwertes wird der Stromkreis geöffnet.

Zur Drehzahlerfassung werden berührungslose, magnetische oder optische Methoden bevorzugt. Es kann z. B. ein mit dem Spindeleinsatz oder der Maschinenspindel drehbar verbundenes Metallteil dazu dienen, bei jeder Umdrehung einen kurzen Spannungsimpuls in einer feststehenden Spule zu induzieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Erfassungseinrichtung einen Signalgeber, insbesondere eine Lichtquelle, und einen Signalaufnehmer, insbesondere einen Lichtsensor, auf. Die Erfassungseinrichtung wird vorzugsweise an der Werkzeugmaschine, bspw. an dem die Maschinenspindel führenden Spindelstock, oder dem Kontaktsatzträger zur Justierung verstellbar angebracht. An der Werkzeugkupplung oder an der Maschinenspindel wird eine Markierung, bspw. ein schmales Metallplättchen, befestigt, das von der Lichtquelle ausgesandtes Licht reflektiert. Ein dadurch erzeugtes, die Drehzahl der Maschinenspindel kennzeichnendes Signal, bspw. ein dazu proportionales Impulssignal, wird dann zur Steuereinrichtung gesendet.

Als Markierung kann ein kreisringförmiger Klemmkörper dienen, der andere optische Eigenschaften aufweist, als die Stelle, an der er zu befestigen ist. Der Klemmkörper kann eine Unterbrechung oder Ausnehmung aufweisen. Der Durchgang der Unterbrechung oder Ausnehmung vor dem Sensor erzeugt das Signal.

Es können außerdem Markierungen vorgesehen werden, die bei jeder Umdrehung mehrere Sensorsignale verursachen. Die Markierungen können im einfachsten Fall gleichmäßig beabstandet und bspw. an einem Klebeband vorgesehen sein.

Die Steuereinrichtung nutzt die von der Erfassungseinrichtung ankommenden Signale, um ein entsprechendes Speisesignal für den Antrieb zu generieren. So kann der Drehzahlbereich des Werkzeugs mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erweitert werden. Vorhandene Werkzeugmaschinen werden damit ohne Eingriff in deren Mechanik oder Elektronik vielseitiger verwendbar gemacht.

Die Steuereinrichtung kann in den Spindeleinsatz integriert werden oder separat untergebracht werden. Sie kann ferner mittels entsprechender auf einem Rechner ablaufenden Programme gesteuert werden. Für den Benutzer kann eine Bedienoberfläche vorgesehen werden.

Vorzugsweise ist zur Kühlung des Werkzeugs in der Werkzeugantriebseinrichtung mindestens eine Zufuhrleitung für Kühlflüssigkeit oder Druckluft sowie eine nach außen führende vorzugsweise schwenkbar angeordnete Düse, bspw. aus Kunststoff, vorgesehen. Außerdem kann dadurch auch gleichzeitig die Wärme aus der Werkzeugantriebseinrichtung abgeleitet werden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung und/oder der zugehörigen Beschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Werkzeugantriebseinrichtung in einer teilweise schematisierten Vorderansicht,

2 die Vorderansicht der Werkzeugantriebseinrichtung aus 1 in einer teilweise aufgeschnittenen und teilweise schematisierten Darstellung,

3 eine Seitenansicht des in der erfindungsgemäßen Einrichtung aus 1 und 2 verwendeten Koppelmittels in einer teilweise schematisierten Darstellung,

4 eine Draufsicht des Koppelmittels aus 1 bis 3 in einer teilweise schematisierten Darstellung, und

5 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Eine Werkzeugantriebseinrichtung 1 weist, wie sie schematisch und in Gesamtansicht in 1 veranschaulicht ist, ein Gehäuse 2 auf, das eine im Wesentlichen etwa zylindrische Grundform aufweist. An einem Ende ist an dem Gehäuse 2 ein Steilkegelschaft 3 ausgebildet, der zur Aufnahme in einem entsprechenden, nicht weiter veranschaulichten Futter einer Maschinenspindel vorgesehen ist. An den Steilkegelschaft 3 schließt sich eine Greifscheibe 4 an. Ein kurzer zylindrischer Abschnitt 5, der sich unmittelbar an die Greifscheibe 4 anschließt, jedoch einen geringeren Durchmesser als diese aufweist, dient als Träger für Marken 6, deren Beschaffenheit und Bedeutung an späterer Stelle erläutert wird.
An den zylindrischen Abschnitt 5 anschließend ist ein konischer Anschlussabschnitt 7 ausgebildet, dessen geringster Durchmesser an den zylindrischen Abschnitt 5 anschließt. Der Durchmesser ist hier jedoch bereits größer als der der Greifscheibe. Der konische Anschlussabschnitt 7 weist einen oder mehrere, im vorliegenden Beispiel drei Schleifringe 8 (8a, 8b, 8c) auf, die der Stromversorgung eines in dem Gehäuse 2 untergebrachten, aus 2 ersichtlichen Antriebs 9 dienen. Den Schleifringen 8 und der Markierung 6 ist ein Anschlusskopf 11 zugeordnet, der einen Kontaktträger 12 und eine Sensoreinheit 14 trägt. Der Anschlusskopf 11 ist vorzugsweise fest an der Werkzeugmaschine zu montieren, an der die Werkzeugantriebseinrichtung 1 zu verwenden ist. Alternativ kann der Anschlusskopf 11 auf einem Träger montiert sein, der eine Radialbewegung des Anschlusskopfes 11 zulässt und diesen nur in Anschlussposition bringt, wenn die Werkzeugantriebseinheit 1 an der Maschinenspindel zu befestigen ist. Sollen andere Werkzeuge benutzt werden, kann der Anschlusskopf 11 dann aus dem Wege gefahren werden. Dies ist jedoch in den meisten Fällen nicht erforderlich.
Die Werkzeugantriebseinheit 1 weist im Anschluss an den konischen Anschlussabschnitt 7 einen zylindrischen Gehäuseteil 15 auf, dessen von dem Steilkegel 3 abliegendes Ende mit einem Deckel 16 verschlossen ist. Dieser weit eine Zentralöffnung auf, durch die eine drehbar gelagerte Spindel 17 ragt. Diese ist zur Aufnahme von Werkzeugen eingerichtet und weist, wie aus 2 hervorgeht, dazu einen Innenkonus 18 auf. Der Spindel 17 benachbart ist eine vorzugsweise beweglich gelagerte Düse 19 angeordnet, die mit einem Kanal 21 in Verbindung steht, der der Zuführung von Kühlschmiermittel dienen kann.
Wie aus 2 hervorgeht, ist in dem Innenraum des Gehäuses 2, vorzugsweise im Wesentlichen in einem von dem Gehäuseteil 15 umschlossenen Innenraum der Antrieb 9 in Form eines Elektromotors 22 angeordnet. Die Spindel 17 bildet die Motorwelle und ist an beiden Enden des Elektromotors 22 durch Kugellager 23, 24 drehbar gelagert. Der Elektromotor 22 kann ein Servomotor, ein Schrittmotor, ein Drehstromasynchronmotor, ein Synchronmotor oder ein anderweitiger geeigneter Elektromotor sein. Er kann als Scheiben- oder Glockenläufermotor aufgebaut sein, wenn geringe Trägheitsmomente erforderlich sind. Außerdem kann zwischen dem Elektromotor 22 und der durch den Innenkonus 18 gebildeten Kupplung zum Ankuppeln eines Werkzeugs ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, vorgesehen sein, um die Drehzahl zu verändern, insbesondere zu erhöhen oder um zusätzliche Bewegungen, wie beispielsweise Axialbewegun gen, zu erzeugen. Bedarfsweise kann dies auch mit weiteren Antrieben erfolgen.
Von dem Stator 25 des Elektromotors 22 ausgehend führen Leitungen 26 zu den Schleifringen 8, die ununterbrochen und konzentrisch zu einer Drehachse 27 angeordnet sind. Ebenfalls konzentrisch zu dieser Drehachse 27 sind der Steilkegelschaft 3, das Gehäuse 2 und die Spindel 17 angeordnet.
Der Anschlusskopf 11 ist in den 3 und 4 gesondert veranschaulicht. An seiner der Werkzeugantriebseinrichtung 1 zugewandten Seite 31 sind Schleifkontakte 32 (32a, 32b, 32c) angeordnet, die durch Federn 33 radial in Richtung eines in 4 angedeuteten Pfeiles 34 auf die Drehachse 27 zu vorgespannt sind. Die Schleifkontakte 32 sind über Leitungen 35 an eine Ansteuereinheit 36 angeschlossen. Die Ansteuereinheit 36 erzeugt Ansteuersignale für den Antrieb 9, der in 5 als Block dargestellt ist.
Die Ansteuereinheit 36 ist außerdem an den Sensorkopf 14 angeschlossen und erhält von diesem Signale, die der Drehzahl der Maschinenspindel entsprechen. Dazu sind die Markierungen 6 vorgesehen (1 und 2), die mit dem Sensorkopf 14 zusammenwirken. Die Markierungen können beispielsweise Ausnehmungen oder Vorsprünge an dem Abschnitt 5 der Werkzeugantriebseinheit 1 sein. Der Sensorkopf 14 enthält dann eine entsprechende Erfassungseinrichtung für diese Ausnehmungen oder Vorsprünge, beispielsweise eine magnetische Erfassungseinrichtung. Im vorliegenden Fall basiert der Sensorkopf 14 jedoch auf optischem Prinzip. Eine Lichtquelle 37 beleuchtet den Abschnitt 5 und das reflektierte Licht wird von einem Sensor 38 registriert. Die Markierung 6 weist ein gegenüber dem sonstigen Abschnitt 5 abweichendes Reflexionsverhalten auf. Beispielsweise kann die Markierung 6 durch einen geschlitzten Kunststoffring gebildet werden, der den Abschnitt 5 teilweise umgreift und zwischen seinen beiden, einander gegenüberliegenden freien Enden einen kleineren Abschnitt frei lässt, dessen Durchgang von dem Sensorkopf 14 erfasst wird. Damit wird bei jeder Umdrehung der Maschinenspindel und somit mit jeder Umdrehung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 an dem Sensor 14 ein Signal erzeugt. Alternativ können mehrere Marken vorgesehen werden, die dann mehrere Signale erzeugen. Als Markierungen 6 können an Stelle des Kunststoffrings bedarfsweise anderweitige Einrichtungen, wie beispielsweise einfarbiges oder mit Markierungen versehenes Klebeband, verwendet werden.
Die Ansteuereinheit 36 erzeugt an ihrem Ausgang 41 Signale, die der Frequenz der an ihrem Eingang 42 empfangenen Signale entsprechen. Die Entsprechung kann über ein Bedienterminal 43 festgelegt werden, mit dem dann beispielweise festlegbar ist, welche Eingangsdrehzahl (Eingang 42), welche Ausgangsdrehzahl (Ausgang 41) erzeugt. Alternativ kann die Entsprechung fest eingestellt oder über eine Datenschnittstelle mit einem Computer einstellbar sein.
Die insoweit beschriebene Werkzeugantriebseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Die Werkzeugantriebseinrichtung 1 kann in dem Magazin einer Werkzeugmaschine oder in einer gesonderten Aufbewahrungseinrichtung vorgehalten werden. Beispielsweise kann es mit einem Werkzeug vorbestückt sein, das mit seinem Schaft in dem Innenkonus 8 der Spindel 17 aufgenommen ist. Zur Einrichtung auf den Betrieb mit der erfindungsgemäßen Werkzeugantriebseinrichtung 1 ist an der Werkzeugmaschine in der Nähe der Spindel an geeigneter Stelle der Anschlusskopf 11 zu montieren. Dieser verbleibt in oder an der Werkzeugmaschine. Der Anschlusskopf 11 ist dabei in einer Entfernung von der Arbeitsspindel angeordnet, die einen freien Durchgang einer Greifscheibe 4 gestattet, so dass der Anschlusskopf 11 das Wechseln eines herkömmlichen Werkzeugs nicht behindert.
Außerdem wird in oder an der Werkzeugmaschine die Steuereinrichtung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 montiert. Zu dieser Steuereinrichtung gehören die Ansteuereinheit 36 und eine eventuell vorhandene Bedieneinheit 43. Es soll nun die Werkzeugantriebseinheit 1 betrieben werden, wird diese wie ein herkömmliches Werkzeug in die Maschinenspindel eingesetzt, d. h. an diese angekoppelt. Dies erfolgt im Wesentlichen durch eine Axialbewegung in Richtung der Drehachse 27. Die Greifscheibe 4 geht dabei an dem Kontaktkopf 12 vorbei, ohne diesen zu berühren. Während der Steilkegelschaft 3 in eine entsprechende Aufnahme findet, kommen die Kontakte 32 des Kontaktkopfs 12 mit den Schleifringen 8 in Berührung. Außerdem kommt die Markierung 6 in das Gesichtsfeld des Sensorkopfs 14.
An der Bedieneinheit 43 wird nun oder zuvor eingestellt, wie der Antrieb 9, ausgehend von Ansteuerimpulsen, angesteuert werden soll, die von dem Sensorkopf 14 geliefert werden. Beispielsweise kann ein festes Drehzahlverhältnis eingestellt werden. Wird das Drehzahlverhältnis beispielsweise auf den Faktor 5 eingestellt, veranlasst eine Drehung der Maschinenspindel mit 100 U/min die Steuereinheit 36, Impulse für 500 U/min abzugeben, so dass der Antrieb 9 entsprechend angesteuert wird. Die Drehzahlen addieren sich dann, so dass die Spindel 17 mit 600 U/min läuft. Wird die Drehzahl der Maschinenspindel beispielsweise auf 5 000 U/min erhöht, wird der Antrieb 9 mit der fünffachen Drehzahl, d. h. mit 25 000 U/min angesteuert. Diese addieren sich zu der Spindeldrehzahl, so dass die Spindel 17 letztendlich mit 30 000 U/min läuft.
Auf diese Weise lassen sich Drehzahlen erreichen, die der Maschinenspindel sonst nicht zugänglich wären. Außerdem kann durch die Bedieneinheit 43 bedarfsweise eine stufenlose Änderung der Drehzahl der Spindel 17 herbeigeführt werden.
Abweichend von der vorbeschriebenen Ausführungsform ist es ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen möglich, die Ansteuereinheit 36 und die Bedieneinheit 40 in die Werkzeugantriebseinheit 1 zu integrieren. Die Markierung 6 ist dann ortsfest außerhalb der Werkzeugantriebseinrichtung 1 anzubringen. Anstelle der Markierung 6 ist an der Werkzeugantriebseinrichtung 1 ein entsprechender Lesekopf vorzusehen. Die Einstellung der Ansteuereinheit 36 erfolgt dann beispielsweise durch Vorprogrammierung, wenn die Werkzeugantriebseinrichtung 1 von der Werkzeugmaschine getrennt ist. Es können Bedienelemente an der Werkzeugantriebseinheit oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines Computers oder einer sonstigen Bedieneinheit vorgesehen werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Energiezufuhr, wie aus 1 oder 2 ersichtlich, von außen erfolgen.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen haben den Vorzug, dass auch nicht ganzzahlige Drehzahlverhältnisse durch entsprechende Programmierung der Ansteuereinheit 36 einstellbar sind. Bedarfsweise kann jedoch auf diese Programmierbarkeit verzichtet werden. Bei einer vereinfachten Ausführungsform ist es dann beispielsweise auch möglich, eine Drehzahländerung lediglich durch Änderung der Anzahl der auf dem Abschnitt 5 vorhandenen Marken 6 zu erreichen. Hierzu kann geeignetes mit Marken versehenes Klebeband verwendet werden. Auch können die Marken selbst durch Klebeband dargestellt werden. In allen Fällen wird die Steuerung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 ohne Eingriff in die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine erreicht.
Eine Werkzeugantriebseinrichtung 1, die insbesondere für Werkzeugmaschinen vorgesehen ist, weist einen internen Antrieb 9 auf, der zum Antrieb eines Werkzeugs dient.
Außerdem ist eine Steuereinrichtung 36 vorgesehen, die die Bewegung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 erfasst und deren Antrieb 9 entsprechend steuert. Die Steuerung der Werkzeugantriebseinrichtung 1 kann somit unabhängig von der sonstigen Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgen.

Claims

Werkzeugantriebseinrichtung (1), insbesondere für Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungseinheiten in Bearbeitungszentren, die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen, mit einem Spindeleinsatz (2), der eine mit einer Maschinenspindel verbindbare Kupplungseinrichtung (3), ein Gehäuse (2), einen steuerbaren Antrieb (9) zum Antreiben eines Werkzeugs, der dazu eingerichtet ist, seine Speiseenergie in mechanische Energie umzuwandeln, sowie mindestens eine Zuleitung (8) aufweist, die zur Übertragung der Speiseenergie zu dem Antrieb (9) dient und ein oder mehrere Schleifringe (8a, 8b, 8c) enthält, die an der Außenseite des Gehäuses (2) angebracht und von diesem elektrisch isoliert sind, mit einem Koppelmittel (11), das ein oder mehrere Kontakte (32) enthält, die zur Herstellung oder Auflösung einer Energie übertragenden Verbindung zwischen einer Speisequelle und dem Antrieb (9) mit dem oder den Schleifringen (8) verbindbar und von diesen trennbar sind, und mit einer Steuereinrichtung (36), die zum Ansteuern des Antrieb (9) eingerichtet ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Maschinenspindel eine Drehbewegung ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Erfassungseinrichtung (14) aufweist, die zur Erfassung der Bewegung der Maschinenspindel dient.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) ausschließlich von der Bewegung der Maschinenspindel gesteuert ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (3) ein Kegelschaft ist, der in eine Maschinenspindel einspannbar ist, und dass im Anschluss an eine sich anschließende Greifscheibe (4) mit einer für automatischen Werkzeugwechsel ausgelegten Greiferrille ein Zylinderabschnitt (5) als Träger für eine Markierung (6) vorgesehen ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (9) ein als Drehantrieb dienender Elektromotor (22) ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (9) mit einer Aufnahmevorrichtung (18) für ein Werkzeug antriebsmäßig verbunden ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (18) für das Werkzeug an der der Kupplungseinrichtung (3) gegenüberliegenden Seite an einer Spindel (17) aus dem Ge häuse (2) hinausragt und als Innenkonus ausgebildet ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (17) rotationssymmetrisch zu einer durch die Maschinenspindel festgelegten Drehachse (27) ausgebildet ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifring oder die Schleifringe (8) an einem kegelförmigen Teil (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist bzw. sind, wobei der Durchmesser des kleinsten Schleifrings (8) mindestens so groß ist wie der größte Durchmesser, den die Werkzeugkupplung (3) oder eine sich anschließende Greifscheibe (4) aufweist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (11) im Wesentlichen einen Kontaktsatz (32) aufweist, zu dem ein oder mehrere Schleifkontakte (32a, 32b, 32c) der Anzahl der Schleifringe (8) entsprechend, gehören, die in Form von Schleifkohlen oder Bürsten oder Rollen ausgeführt sind und über Versorgungsleitung an eine Speisequelle und/oder Steuereinrichtung (36) anschließbar sind.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktsatz (32) beweglich und an der Werkzeugmaschine und/oder an einem die Maschinenspindel tragenden Spindelstock angebracht ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 3, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schleifkontakten (32a, 32b, 32c) erst dann Spannung anliegt, wenn mit der Erfassungseinrichtung (12) eine Drehbewegung der Maschinenspindel mit einer Mindestumdrehungszahl von vorzugsweise 30 U/min detektiert wird.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Drehbewegung berührungslos und optisch oder magnetisch erfolgt.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (12) einen Signalgeber (37) zum Aussenden eines Signals und einen Signalaufnehmer (38) zum Detektieren desselben aufweist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (37) eine Lichtquelle und der Signalaufnehmer (38) ein Lichtsensor ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Signalgeber (37) und den Signalaufnehmer (38) gebildete Erfassungseinrichtung (12) an der Werkzeugmaschine, bspw. an dem die Maschinenspindel führenden Spindelstock, in Bezug auf ihre Höhe und Lage verstellbar angebracht ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Maschinenspindel oder an der Werkzeugantriebseinrichtung (1) ein Reflexionsmit tel (6), bspw. ein Plättchen oder eine Folie, angebracht und derart ausgerichtet ist, dass es das von der Lichtquelle ausgesandte Licht zu dem Sensor reflektiert.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugantriebseinrichtung (1), an einem zylindrischen Abschnitt (5), ein im Wesentlichen kreisringförmiger, bedarfsweise mit einer Unterbrechung oder Ausnehmung versehener Klemmkörper anbringbar ist, der eine Oberfläche aufweist, die andere Reflexionseigenschaften aufweist als die Fläche, auf oder an der er gelagert und gehalten ist.
Werkzeugantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Zufuhrleitung (21), die innerhalb des Gehäuses (2) und im Wesentlichen pärällel seiner Drehachse (27) angeordnet ist, und eine nach außen führende vorzugsweise schwenkbar angeordnete Düse (19) aufweist, die zum Zuführen von Kühlflüssigkeit, Druckluft oder ähnlichem Medium zu dem Werkzeug dienen.