DE3621676A1

DE3621676A1 - Gewindeschneidmaschine

Info

Publication number: DE3621676A1
Application number: DE19863621676
Authority: DE
Inventors: Akio Hirota
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1987-01-08
Also published as: GB8615379D0; KR890015763U; GB2178558B; US4692071A; US4813821A; KR910000612Y1; KR910000613Y1; GB2178558A; JPH0757444B2; KR910007021Y1; JPS624514A; KR870000458U; KR890015764U

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindeschneidmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine Gewindebohrmaschine (oder eine Gewindeschneidmaschine) führt eine Gewindeschneidoperation mit einem Gewindebohrer (oder einem Gewindeschneidwerkzeug) durch, der anfänglich in ein Startloch eingreift, das in einem Werkstück ausgebildet wurde. In derartigen Maschinen sind Vorrichtungen vorhanden, mit denen eine Spindel und der darin befestigte Gewindebohrer gedreht wird, sowie Vorrichtungen, mit denen ein Spindelkopf, der die Spindeldrehbank haltert, in vertikaler Richtung auf das Werkstück zubewegt werden kann. Die Gewindebohrmaschine dient - anders als eine Bohrmaschine - dazu, Gewinde mit einer vorbestimmten Steigung zu schneiden, wobei von einem Startloch ausgegangen wird, das in einem Werkstück angebracht wurde; wenn daher bei der Gewindeschneidoperation der Gewindebohrer vorgeschoben wird, muß dieser entsprechend dem Steigungswinkel bewegt werden. Es ist daher bei der Gewindebohrmaschine notwendig, daß der Spindelkopf in axialer Richtung synchron mit der Bewegung pro Umdrehung der Spindel mit dem Gewindebohrer erfolgt.

Um diese Forderung zu erfüllen, wird bei herkömmlichen Gewindeschneidmaschinen, wie sie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 31 356/1972 beschrieben sind, ein Getriebe austauschbar in ein Antriebssystem eingebaut, das den Spindelkopf in axialer Richtung verschieben kann. Wenn ein Gewindebohrer zum Schneiden von Gewinden mit verschiedenen Steigungen ausgetauscht wird, erfolgt ebenfalls ein Austausch des Getriebes, so daß der Spindelkopf in axialer Richtung mit dem Steigungswinkel verschoben wird, der dem neuen Gewindebohrer entspricht. Das System, bei dem das Getriebe ersetzt werden muß, ist jedoch nachteilig, da jedesmal beim Austausch des Gewindebohrers vor einer Gewindeschneidoperation auch das Getriebe durch ein solches Getriebe ersetzt werden muß, das für den neuen Gewindebohrer passend ist. Als Folge davon ist es notwendig, eine Anzahl von Getrieben entsprechend den verschiedenen Gewindebohrern vorrätig zu halten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht, darin, die bei herkömmlichen Gewindeschneidmaschinen auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden und einen hohen Wirkungsgrad beim Gewindeschneiden zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der Gewindeschneidmaschine nach der Erfindung wird die Drehung des Gewindeschneidwerkzeuges, beispielsweise eines Gewindebohrers, entsprechend der Verschiebung eines Spindelkopfes gesteuert, der das Gewindeschneidwerkzeug drehbar haltert, so daß Gewinde in einem Werkstück mit großer Genauigkeit geschnitten werden können. Dazu gibt ein Antriebsteil für einen Spindelkopf in einer Gewindeschneidmaschine ein synchronisierendes Signal ab, um die Spindel zu drehen, an der der Gewindebohrer befestigt ist, und zwar mit einem Geschwindigkeitsverhältnis, das synchron zur Bewegung des Spindelkopfes verläuft, so daß der Spindelkopf genau verschoben werden und an einer vorbestimmten Position angehalten werden kann, um eine Gewindeschneidoperation mit hohem Wirkungsgrad durchzuführen.

Im einzelnen enthält die Gewindeschneidmaschine einen Werkstückhalter mit einer Oberfläche zum Befestigen eines Werkstückes. Ein Spindelkopf ist beweglich bezüglich des Werkstückhalters gehaltert und es sind Vorrichtungen vorgesehen, mit denen der Spindelkopf in einander entgegengesetzten Richtungen auf die Befestigungsfläche für das Werkstück hin und davon weg bewegt werden kann. Eine drehbare Spindel trägt ein Gewindeschneidwerkzeug, wobei die Spindel drehbar im Spindelkopf gehaltert ist. Außerdem sind Vorrichtungen zum Drehen der Spindel vorgesehen. Eine erste Vorrichtung reagiert auf die Belegungsvorrichtungen für den Spindelkopf und erzeugt ein Signal, das der Bewegung des Spindelkopfes entspricht. Eine zweite Vorrichtung zum Drehen der Spindel entsprechend dem Signal synchronisiert die Bewegung pro Spindelumdrehung mit der Bewegung des Spindelkopfes relativ zu der Befestigungsfläche für das Werkstück.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert, in der eine teilweise als Blockdiagramm dargestellte Figur zur Erläuterung wiedergegeben ist.

Entsprechend der Darstellung in der Figur ist eine Säule 14 in vertikale Richtung auf einer Seite eines Werkstückhalters 12 angeordnet, der auf einem (nicht dargestellten) Tisch aufgelegt ist. Ein Wechselstromservomotor 22 ist am oberen Ende der Säule 14 angebracht. Die (nicht dargestellte) Antriebswelle des Wechselstromservomotors 22 ist mit einer Gewindewelle 20 gekoppelt, deren Achse senkrecht zu oberen Oberfläche des Werkstückhalters 12 liegt. Ein Reiter 16 greift in das Gewinde der Gewindewelle 20 ein, so daß er bei Drehung der Gewindewelle 20 nach oben und unten verschoben wird.

Ein Ende des Reiters 16 ist an einem Werkzeughalter (oder Spindelkopf) 18 befestigt, der sich längs der Achse der Gewindewelle 20 bewegt, wenn sich der Reiter 16 in vertikaler Richtung verschiebt. Zwei Spindeln 24 und 124 sind im Werkzeughalter 18 so drehbar gehaltert, daß die Achsen der Spindeln parallel zueinander liegen und parallel zur Achse der Gewindewelle 20.

Gewindeschneidwerkzeuge 26 und 126 mit vorbestimmten Durchmessern sind lösbar an den unteren Enden der Spindeln 24 bzw. 124 gehaltert, deren obere Enden mit den (nicht dargestellten) Antriebswellen der Wechselstromservomotoren 28 bzw. 128 verbunden sind.

Werkstücke 40 und 42 sind auf dem Werkstückhalter 12 so angeordnet, daß sie unterhalb der Gewindeschneidwerkzeuge 26 bzw. 126 liegen. Startlöcher 44 und 144 wurden vorher durch eine andere Maschine angebracht.

In der oben beschriebenen Gewindeschneidmaschine ist ein Steuerschaltkreis vorhanden. Der Steuerschaltkreis enthält einen Positionsdetektor-Impulsgenerator PG 1, der mit dem Wechselstromservomotor 22 zum Bewegen des Werkzeughalters verbunden ist. Positionsdetektor- Impulsgeneratoren PG 2 und PG 3 sind mit den Wechselstromservomotoren 28 bzw. 128 verbunden, die die Spindel 24 bzw. 124 drehen.

In einem Vorschubsystem für den Werkzeughalter für die Gewindeschneidmaschine liefert der Impulsgenerator PG 1 einen Positionsimpuls entsprechend dem Drehwinkel der Gewindewelle 20 an einen Abweichungszähler 36 und eine arithmetische Einheit 34 gibt einen Instruktionsimpuls ab entsprechend den Daten, die an einer Eingabeinheit 32 eingegeben wurden. Der so ausgegebene Instruktionsimpuls wird an den Abweichungszähler 36 angelegt. Im Abweichungszähler 36 wird der Positionsimpuls mit dem Instruktionsimpuls verglichen. Der Abweichungswert zwischen diesen beiden Impulsen wird an einen Servoverstärker 38 gegeben, um die Drehstellung des Wechselstromservomotors 22 zu steuern, der den Werkzeughalter bewegt. Der an den Abweichungszähler 36 vom Impulsgenerator PG 1 angelegte Positionsimpuls wird weiter an Frequenzteiler 46 und 146 angelegt, wo eine Frequenzuntersetzung erfolgt. Die Ausgangsimpulse dieser Frequenzteiler 46 und 146 werden an Abweichungszähler 48 bzw. 148 angelegt.

In einem Spindeldrehsystem für die Gewindeschneidmaschine geben die Impulsgeneratoren PG 2 und PG 3 Positionsimpulse ab, die den Drehwinkeln der Gewindeschneidwerkzeuge 26 bzw. 126 entsprechen, und die so ausgegebenen Positionsimpulse werden an die Abweichungszähler 48 bzw. 148 angelegt. In den Abweichungszählern 48 und 148 werden die so angelegten Positionsimpulse mit den Positionsimpulsen verglichen, die über die Frequenzteiler 46 bzw. 146 angelegt wurden. Die Abweichungswerte zwischen den erstgenannten und den letztgenannten Positionsimpulsen werden an die zweistufigen Servoverstärker 50 und 150 angelegt um die Drehung der Wechselstromservomotoren 28 bzw. 128 für die Spindeldrehung zu steuern.

Beim Schneiden von Gewinden in die Werkstücke 40 und 42 unter Verwendung der Startlöcher 44 und 144 mit den Gewindeschneidwerkzeugen 26 und 126 werden also die Drehbewegungen der Spindeln 24 und 124, die mit den Gewindeschneidwerkzeugen 26 und 126 verbunden sind, getrennt in einem Drehverhältnis gesteuert, das auf dem Betrag der Bewegung des Werkzeughalters 18 beruht.

Dementsprechend wird also der Betrag der Bewegung des Werkzeughalters 18 und die Drehfrequenz der Spindeln 24 und 124 so bestimmt, daß die Gewindeschneidoperationen mit der Steigung erfolgen, die den jeweiligen Gewindeschneidwerkzeugen 26 und 126 auf den Spindeln 24 und 124 entspricht. Die so bestimmten Werte des Betrags der Bewegung und der Geschwindigkeiten werden mit Hilfe der Eingabeeinheit 32 eingegeben und nach Betätigung eines (nicht dargestellten) Startschalters werden in den Werkstücken 40 bzw. 42 Gewindelöcher mit den vorbestimmten Durchmessern erzeugt.

Der Antriebsservomotor 22 für den Werkzeughalter ist mit einem Tachometergenerator TG 1 versehen. Die Ausgangsspannung des Tachometergenerators TG 1 wird an den Geschwindigkeitsservoteil des Servoverstärkers 38 angelegt. Ein Geschwindigkeitsservosystem ist vorgesehen, in dem die Ausgangsspannung mit dem umgesetzten Spannungswert der Instruktionsgeschwindigkeit verglichen wird, so daß die Geschwindigkeit des Wechselstromservomotors 22 so lange geregelt wird, bis der Unterschied zwischen der Ausgangsspannung und dem umgesetzten Spannungswert gleich Null wird (0). Dieses Geschwindigkeitsservosystem kann jedoch entfallen.

In ähnlicher Weise sind die Wechselstromservomotoren 28 und 128 für die Spindeldrehung mit Tachometergeneratoren TG 2 bzw. TG 3 versehen. Die Ausgangsspannungen der Tachometergeneratoren TG 2 und TG 3 werden an die Geschwindigkeitsservoteile der Servoverstärker 50 und 150 angelegt, wo sie mit den umgesetzten Spannungswerten der Instruktionsgeschwindigkeiten verglichen werden, so daß die Geschwindigkeiten der Wechselstromservomotoren solange geregelt werden, bis der Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen und dem umgesetzten Spannungswert jeweils Null wird (0).

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird die Ausgangsspannung auch an einen Frequenzteiler 52 angelegt. An die Servoverstärker 50 a, 150 a wird einzeln eine Rückwärtszählspannung angelegt. Ein Ausgang eines Abweichungszählers 48 (148) wird an die Servoverstärker 50 a (150 a) angelegt. Der Servoverstärker 50 a (150 a) gibt daher eine geeignete Spannung ab, die einer gewünschten Geschwindigkeit der Spindel 24 (124) entspricht. Die Ausgangsspannung des Servoverstärkers 50 a (150 a) wird mit dem Ausgang des Tachometergenerators TG 2 (TG 3) in einem Servoverstärker 50 b (150 b) verglichen und die Geschwindigkeit des Wechselstromservomotors wird so lange geregelt, bis die Unterschiede zwischen der Ausgangsspannung und dem umgesetzten Spannungswert Null (0) werden. Entsprechend der obigen Beschreibung wird die Drehung der Gewindeschneidwerkzeuge durch die jeweiligen Steuer- und Regelvorrichtungen entsprechend dem Betrag der Bewegung des Werkzeughalters gesteuert. Daher kann eine Vielzahl von Werkstücken in einfacher Weise und in einer kurzen Zeit mit Gewinden versehen werden.

Aus der obigen Beschreibung der Gewindeschneidmaschine gemäß der Erfindung ergibt sich, daß bei einer Bewegung des Spindelkopfes um einen bestimmten Betrag die Drehung der Drehantriebsvorrichtungen gemäß der vorbestimmten Bewegung des Spindelkopfes gesteuert wird und daß der Spindelkopf genau bei einer vorbestimmten Position während des Gewindeschneidvorganges gesteuert werden kann. Daher können Werkstücke, in die Startlöcher mit einer vorbestimmten Tiefe geschnitten wurden, in genauer Weise mit Gewinden versehen werden. Außerdem kann die Gewindeschneidoperation mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden und der Austausch von verschiedenen Gewindeschneidern läßt sich auf einfache Weise erreichen. Die Erfindung trägt daher zur Erhöhung des Wirkungsgrades beim Gewindeschneiden in derartigen Maschinen bei.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Wechselstromservomotoren als Antriebsvorrichtungen verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel kann jedoch in verschiedener Weise modifiziert werden; beispielsweise kann eine Gleichstromregelung mit Gleichstromservomotoren erfolgen. Außerdem werden in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Impulsgeneratoren PG als Positionsdetektoren verwendet; statt dieser Impulsgeneratoren können aber auch Winkelkodierer oder auch Drehmelder verwendet werden.

Claims

1. Gewindeschneidmaschine mit einem Werkstückhalter (12), auf dessen Oberfläche ein Werkstück (40;42) liegt, mit einem Spindelkopf (16), der beweglich bezüglich des Werkstückhalters gehaltert ist, mit Vorrichtungen M zur Bewegung des Spindelkopfes in entgegengesetzten Richtungen auf die Oberfläche des Werkstückhalters zu und davon weg, mit einer drehbaren Spindel (24;124) zur Aufnahme eines Gewindeschneidwerkzeuges (26;126), wobei die Spindel drehbar im Spindelkopf (18) gehaltert ist und mit Vorrichtungen (28,128) zur Drehung der Spindeln, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind:

- erste Vorrichtungen (PG 1), die auf die Vorrichtungen zur Bewegung des Spindelkopfes (16) ansprechen, um ein Signal abzugeben, das der Bewegung des Spindelkopfes entspricht; und

- zweite Vorrichtungen (PG 2, 46,48,50,28; PG 3, 146,148,150,128) zum Drehen der Spindel (24,124) gemäß dem erzeugten Signal, um den Betrag der Bewegung pro Umdrehung der Spindel mit der Bewegung des Spindelkopfes (16) relativ zu der Oberfläche des Werkstückhalters zu synchronisieren.

2. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

- dritte Vorrichtungen (32,34) zur Erzeugung eines Instruktionssignals, das einer gewünschten Motorgeschwindigkeit für die Antriebsmotoren des Spindelkopfes und der Spindel entspricht; und

- vierte Vorrichtungen (36;46;146) zur Steuerung der Antriebsmotoren für den Spindelkopf und die Spindel gemäß des Instruktionssignals.

3. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorrichtungen erste Positionsdetektorvorrichtungen (PG 1) aufweisen, die mit dem Antriebsmotor des Spindelkopfes verbunden sind, um ein erstes Signal zu erzeugen, das der Bewegung des Spindelkopfes entspricht und daß die zweiten Vorrichtungen zweite Positionsdetektorvorrichtungen (PG 2;PG 3) aufweisen, die mit den Antriebsmotoren der Spindel (28;128) verbunden sind, um ein zweites Signal abzugeben, das dem Drehwinkel eines ausgewählten Gewindeschneidwerkzeuges (26;126) entspricht, das auf der Spindel montiert ist.

4. Gewindeschneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Antriebsmotor (20) des Spindelkopfes ein erster Tachometergenerator (TG 1) vorgesehen ist, daß auf dem Antriebsmotor (28;128) der Spindel (24;124) ein zweiter Tachometergenerator (TG 2; TG 3) vorgesehen ist, wobei die ersten und zweiten Tachometergeneratoren eine erste bzw. eine zweite Ausgangsspannung erzeugen, daß Vorrichtungen (32,34) vorgesehen sind, um ein zweites Instruktionssignal zu erzeugen, das einer gewünschten Motorgeschwindigkeit für die Antriebsmotoren des Spindelkopfes und der Spindel entspricht, sowie Vorrichtungen zur Umsetzung des zweiten Instruktionssignals in einen umgesetzten Spannungswert, und daß erste (38) und zweite (50;150) Servoverstärker vorgesehen sind, die auf den umgesetzten Spannungswert und die erste bzw. zweite Ausgangsspannung ansprechen und die Geschwindigkeiten der Antriebsmotoren des Spindelkopfes bzw. der Spindel zu regeln.

5. Gewindeschneidmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- einen Werkstückhalter (12) zum Haltern mindestens eines Werkstücks (40;42), wobei der Werkstückhalter (12) eine Oberfläche zum Haltern der Werkstücke aufweist;

- eine Säule (14), die vertikal auf einer Seite des Werkstückhalters (12) angeordnet ist;

- einen Spindelkopf (18), der beweglich bezüglich des Werkstückhalters (12) durch die Säule (14) gehaltert wird;

- eine Vielzahl von Spindeln (24,124), die drehbar vom Spindelkopf (18) so gehaltert wird, daß die Achsen der Spindeln parallel zueinander liegen;

- Gewindeschneidwerkzeuge (26;126), die lösbar am unteren Ende einer jeden der Spindeln (24,124) angeordnet sind;

- wobei jede der Vielzahl von Spindeln (24;124) durch Drehvorrichtungen (28;128) gedreht wird;

- Vorrichtungen (22) zur Bewegung des Spindelkopfes (18) in entgegengesetzten Richtungen auf die Oberfläche des Werkstückhalters zu und davon weg; und

- Vorrichtungen zur Steuerung der Antriebsvorrichtungen (28;128) in Bezug auf die Antriebsvorrichtungen (22) für den Spindelkopf (18).