DE60128524T2

DE60128524T2 - Werkzeugmaschinenspindel

Info

Publication number: DE60128524T2
Application number: DE60128524T
Authority: DE
Inventors: Hideki Aiko-gun Mochida; Hiroo Aiko-gun Kaneko
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: EP1201341A1; US20020045521A1; DE60128524D1; US20030073555A1; EP1201341B1; US6663548B2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindeleinheit gemäß der Einleitung von Anspruch 1. Eine derartige Spindeleinheit ist aus dem Dokument WO 99/56901A bekannt.
2. Beschreibung von verwandtem Stand der Technik
In einer Werkzeugmaschine können zwei Arten von Spindeleinheiten verwendet werden, welche sich durch die Art der Anbringung eines Werkzeugs an einer drehbar gelagerten Spindel in einem Gehäuse der Spindeleinheit unterscheiden. Bei der einen Art wird ein Werkzeughalter mit einem darin gehaltenen Werkzeug an der Spindel angebracht, um das Werkzeug darin anzubringen. Bei der anderen Art, welche halterloser Spindeltyp genannt wird, wird nicht ein Werkzeughalter mit einem darin gehaltenen Werkzeug an der Spindel angebracht, sondern nur ein Werkzeug wird direkt darin angebracht. Der halterlose Typ von Spindeleinheit wird oft in einer Werkzeugmaschine verwendet, insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks von komplizierter Form, wie einer Rippung einer Form, mittels eines relativ schmalen Werkzeugs mit einem kleinen Querschnitt.
Die halterlose Art von Spindeleinheit beinhaltet eine, welche ein mechanisches Werkzeug-Haltesystem aufweist, welches geeignet ist, den Schaftteil eines Werkzeugs mittels einer Spannzange oder anderen Mitteln zu greifen, welche an einem vorderen Ende einer Zugstange der Spindeleinheit angebracht sind, und eine, welche ein hydraulisches Werkzeug-Haltesystem aufweist, welches geeignet ist, den Schaftteil eines Werkzeugs zu halten, indem eine Werkzeug-Aufnahme-Bohrung bzw. -Öffnung, welche am vorderen Ende der Spindeleinheit ausgebildet ist, zur Aufnahme des Werkzeugs darin mittels eines Druckmediums (Betriebsfluid) wie hydraulischem Öl verformt wird.
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „vordere" (forward) oder „Vorder-" (front) hierin sich auf eine Seite bezieht, welche das Werkzeug hält und das Werkstück oder dergleichen bearbeitet, und dass der Begriff „hintere" (rear) hierin sich auf eine Seite bezieht, welche der das Werkstück oder dergleichen bearbeitenden Seite gegenüberliegt.
Ein mechanisches Werkzeug-Halte-System ist beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 8-1743634 offengelegt, welches eine Spindel umfasst, welche mit einer Werkzeug-Aufnahme-Öffnung an einem vorderen Ende davon und einer Zugstange, welche sich durch die Spindel entlang ihrer Achse erstreckt, ausgeformt ist. Während der Befestigung oder dem Lösen eines Werkzeugs greift und löst das mechanische Werkzeug-Halte-System einen Schaftteil eines Werkzeugs, welcher in eine Werkzeug-Aufnahme-Öffnung eingefügt ist, mittels einer Spannzange, welche an dem vorderen Ende der Zugstange angeordnet ist.
Ein hydraulisches Werkzeug-Haltesystem ist beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 62-15043 offengelegt, welche eine Spindel umfasst, welche mit einer Werkzeug-Aufnahme-Öffnung an einem vorderen Ende davon und einer Druckkammer ausgebildet ist, welche die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung in einem Abstand umgibt. Das hydraulische Werkzeug-Haltesystem ändert den Druck des Betriebsfluids, welches in der Druckkammer eingeschlossen ist, so dass es den Durchmesser der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung im Querschnitt vergrößert oder verkleinert, um ein Werkzeug, welches in der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung eingefügt ist, an dieser zu befestigen bzw. von dieser abzutrennen.
Eine Aufgreifvorrichtung (pick up) für Erzeugnisse, welche runde Querschnitte aufweisen, ist in US4253694 offenbart. Diese Vorrichtung weist eine Werkzeug-Aufnahme-Öffnung zur Aufnahme des aufzugreifenden Gegenstands an einem Ende ihres Körpers bzw. Aufbaus auf. Der Aufbau weist eine oder mehrere Druckkammern auf, welche um die Öffnung in beabstandeter Beziehung von der Öffnung durch eine dünne Wand eingerichtet sind, welche elastisch in radialer Richtung des Aufbaus verformbar ist, wobei die Druckkammer mit einem Betriebsfluid gefüllt ist, einen Betriebsfluid-Durchgang, der in dem Aufbau gebildet ist und sich in Fluid-Kommunikation mit der einen oder mehreren Druckkammern befindet, und eine Druck-Einstell-Vorrichtung zum einstellbaren Ändern des Drucks des Betriebsfluids innerhalb der Druckkammer, so dass die Druck-Einstell-Vorrichtung die dünne Wand elastisch verformen kann, um die Öffnung im Radius zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch der in die Öffnung eingefügte Gegenstand gehalten oder gelöst wird.
Heutzutage erfordert das Bearbeiten eines Werkstücks zunehmend eine wesentlich höhere Bearbeitungsgenauigkeit. Somit ruft dieses Erfordernis Bedenken gegenüber Faktoren hervor, welche eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit verursachen können, wie eine Fehlausrichtung zwischen der Drehachse der Spindel und einer Mittelachse des in der Spindel angebrachten Werkzeugs, oder einer Änderung der tatsächlichen Werkzeuglänge, hervorgerufen durch Abweichung von einer axialen Werkzeug-Halte-Position, wobei die Spindel das Werkzeug entlang seiner Länge hält.
Im Falle einer NC-Werkzeugmaschine (numerische Steuerung), welche einen automatischen Werkzeugwechsler verwendet, leiden die obigen herkömmlichen Werkzeughaltesysteme unter den folgenden Nachteilen, welche aus einer Abweichung der Werkzeug-Halte-Position beim Anbringen des Werkzeugs resultieren.
In dem Werkzeug-Haltesystem, welches mit der an dem vorderen Ende der Zugstange angeordneten Spannzange ausgebildet ist, zieht die Zugstange die Spannzange nach hinten, um das Werkzeug zu greifen, und diese Bewegung der Spannzange bewegt das Werkzeug in seiner axialen Richtung, wodurch die Werkzeug-Halte-Position geändert wird. Dies kann zu einer Abweichung bei der tatsächlichen Werkzeuglänge führen.
Bei dem hydraulischen Werkzeug-Haltesystem hingegen wird ein hydraulisches Futter an der vorderen Endfläche der Spindel mittels geeigneter Befestigungsmittel wie Schrauben befestigt, wie zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 62-15043 beschrieben. Ein derartiges hydraulisches Werkzeug-Haltesystem kann das Werkzeug in Bezug auf seine Mittelachse aufgrund einer Fehlausrichtung zwischen der Drehachse der Spindel und der Mittelachse des Futters außermittig drehen. Somit kann ein hydraulisches Werkzeug-Haltesystem die Bearbeitungsgenauigkeit als Ergebnis einer außermittigen Drehung des Werkzeugs nachteilig beeinflussen.
Um den Fluiddruck in dem hydraulischen Futter, welches an dem vorderen Ende der Spindel befestigt ist, einstellbar zu andern, muss weiterhin eine Fluiddruck-Einstell-Schraube, welche in dem hydraulischen Futter gebildet ist, an dem vorderen Ende der Spindel durch einen Schlüssel oder dergleichen gedreht werden. Da jedoch ein Tisch und ein Werkstück in einem Bereich angeordnet sind, der das vordere Ende der Spindel umgibt, kann unzureichend Platz für ein komfortables Arbeiten in diesem Bereich vorhanden sein. Aus diesem Grund ist es nicht einfach, den Fluiddruck zu ändern oder einzustellen, und dies kann die Betriebsleistung verringern. Wenn der automatische Werkzeugwechsler mit der Werkzeugmaschine verwendet wird, wird außerdem das mechanische Werkzeug-Haltesystem oftmals in Kombination damit verwendet, da der Vorgang des Änderns des Fluiddrucks an dem vorderen Ende der Spindel in dem herkömmlichen hydraulischen Werkzeug-Haltesystem, wie oben beschrieben, durchgeführt werden muss. Die Verwendung des hydraulischen Werkzeug-Haltesystems erschwert es jedoch, einen Werkzeugwechselvorgang vollständig zu automatisieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche eine Spindel und eine halterlose Art von Werkzeug-Haltesystem aufweist, das ein Werkzeug derart halten kann, dass sich die Drehachse der Spindel in Ausrichtung mit der Mittelachse des Werkzeugs befindet, wenn das Werkzeug an der Spindel angebracht ist, im Wesentlichen ohne Abweichung von der axialen Position eines Werkzeugs, welches durch das Werkzeug-Haltesystem gehalten wird, und welche eine Automatisierung der Arbeitsvorgänge des Haltens und Lösens von Werkzeugen ermöglicht.
Die obige Aufgabe wird durch eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung bewältigt, welche gestaltet ist, um eine Werkzeug-Aufnahme-Öffnung entweder unmittelbar in dem vorderen Ende der Spindel oder in einer Anpassungsvorrichtung, welche gesichert an dem vorderen Ende der Spindel angebracht ist, zu bilden, so dass sich die Mittelachse der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung in Ausrichtung mit der Drehachse der Spindel befindet, und um ein hydraulisches Werkzeug-Haltesystem einzusetzen, welches es ermöglicht, dass der Fluiddruck des hydraulischen Werkzeug-Haltesystems einstellbar durch einen Arbeitsvorgang verändert wird, der an der Rückseite der Spindel ausgeführt wird, wo es leichter ist, ausreichend Raum für den Arbeitsvorgang sicherzustellen, um den Arbeitsvorgang komfortabel durchführen zu können.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Spindel mit einer Drehachse, die drehbar in dem Spindelgehäuse gelagert ist; eine Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, die im vorderen Endabschnitt der Spindel gebildet ist und sich entlang der Drehachse der Spindel erstreckt; eine oder mehrere Druckkammern, die um die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung herum angeordnet sind, beabstandet von der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung durch eine dünne Wand, die in radialer Richtung von der Spindel elastisch verformbar ist, wobei die Druckkammer mit Betriebsfluid gefüllt ist; und einem Betriebsfluid-Durchgang, der in der Spindel ausgebildet ist und sich in Fluidkommunikation mit der einen oder mehreren Druckkammern befindet, wobei die Spindeleinheit weiter einen Kolben umfasst, der in dem Betriebsfluid-Durchgang am hinteren Abschnitt der Spindel eingefügt ist; eine Druckschraube, die in das Druckelement-Einsatz-Loch eingeschraubt ist, welches in einer hinteren Endfläche der Spindel in Kommunikation mit dem Betriebsfluid-Durchgang der Spindel ausgebildet ist, zum einstellbaren Verändern des Drucks des Betriebsfluid-Durchgangs durch Betätigen des Kolbens so, dass er sich in dem Betriebsfluid-Durchgang vor und zurück bewegt; einen Schlüssel zum Eingreifen an und Lösen von der Druckschraube, einen Aktuator, der sich außerhalb der Spindel befindet, zum Bewegen des Schlüssels, um den Schlüssel mit der Druckschraube in Eingriff zu bringen oder von dieser zu lösen; einen Motor, der sich außerhalb der Spindel befindet, zum Drehen des Schlüssels, um den Kolben durch die Druckschraube entlang des Betriebsfluid-Durchgangs zu bewegen, wenn der Schlüssel mit der Druckschraube in Eingriff steht; und eine Steuerung zum Steuern des Betriebs des Aktuators und des Motors, um den Druck des Betriebsfluids innerhalb der Druckkammer so zu ändern, dass die dünne Wand elastisch verformt werden kann, und dadurch das in die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung eingefügte Werkzeug zu halten oder zu lösen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Der Motor kann ein Servomotor sein. Vorteilhafter ist es, wenn die Steuerung den Servomotor in einem ersten Betriebsmodus, in welchem Drehzahlsteuerung und Positionssteuerung durchgeführt werden, betätigt, und nachfolgend den Servomotor in einem zweiten Betriebsmodus betätigt, in welchem Drehmomentsteuerung durchgeführt wird.
In der Spindeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, die sich entlang einer Drehachse der Spindel erstreckt, in dem vorderen Endabschnitt der Spindel der Werkzeugmaschine ausgebildet und die Druckkammer ist zur selben Zeit um die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung herum angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, das Werkzeug durch einstellbares Verändern des Fluiddrucks innerhalb der Druckkammer in dem vorderen Endabschnitt der Spindel zu halten oder von diesem zu lösen. Daher kann die Spindeleinheit eine Abweichung der axialen Stellung des durch die Spindel gehaltenen Werkzeugs beseitigen oder verringern, wobei Abweichung einer der Nachteile eines herkömmlichen Werkzeug-Haltesystem ist, welches eine Spannzange verwendet. Die selbe Wirkung kann durch eine alternative Spindeleinheit erreicht werden, bei weicher die Aufnahme, vorgeformt mit einer Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, eine oder mehrere Druckkammern und ein Betriebsfluid-Durchgang fest an der Spindel befestigt sind, um eine einzelne Einheit zu bilden.
Da Änderungen des Drucks des Betriebsfluids innerhalb der Druckkammer durch eine Druckeinstellvorrichtung, welche in dem hinteren Abschnitt der Spindeleinheit angeordnet ist, durchgeführt werden, müssen außerdem Druckänderungsvorgänge zum Halten oder Lösen des Werkzeugs in bzw. von der Spindel nicht am vorderen Endabschnitt der Spindel durchgeführt werden, in welchem die Spindel, das Gehäuse zum Lagern der Spindel und andere Teile den Vorgang aufgrund von Mangel an ausreichendem Platz für eine komfortable Durchführung behindern könnten. Dies erleichtert den Vorgang des Haltens oder Lösen des Werkzeugs in bzw. von der Spindel.
Die Anordnung der Druckeinstellvorrichtung an dem hinteren Abschnitt der Spindeleinheit erleichtert auch die Automatisierung des Vorgangs zum Halten oder Lösen des Werkzeugs in bzw. von der Spindel. Der Werkzeug-Halte- bzw. -Löse-Vorgang wird durch das Druckelement automatisiert, welches in die Druckelement-Einsetzloch-Öffnung an der hinteren Endfläche der Spindel eingesetzt wird, und durch die Druckelementantriebsvorrichtung, welche das Druckelement antreibt, um das Betriebsfluid in dem Betriebsfluid-Durchgang unter Druck zu setzen.
Weiterhin wird der Werkzeug-Halte- bzw. –Löse-Vorgang durch das Rückschlagventil automatisiert, welches am Ende der Betriebsfluid-Durchgangs-Öffnung zu der hinteren Endfläche der Spindel angeordnet ist, so dass die bewegliche Druckeinstellvorrichtung das Rückschlagventil öffnen kann, wenn es an der hinteren Endfläche der Spindel gelegen ist, und durch die Druckeinstellvorrichtung einstellbar den Druck des Betriebsfluids innerhalb des Betriebsfluid-Durchgangs innerhalb der Druckkammer ändert.
Demnach wird ein automatisierter Betrieb des Haltens oder Lösens des Werkzeugs in bzw. von der Spindel durch die Spindeleinheit trotz der Verwendung des hydraulischen Werkzeug-Haltesystem erreicht. Weiterhin kann ein vollständig automatisierter Werkzeug-Wechsel-Vorgang verwirklicht werden, wenn die Spindeleinheit in Verbindung mit dem automatischen Werkzeugwechsler verwendet wird.
Zusätzlich kann die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, welche in dem vorderen Ende der Spindel ausgebildet ist, das Erfordernis, ein Anschlussstück mit einer darin vorgeformten Werkzeug-Aufnahme-Öffnung bereitzustellen, beseitigen. Demzufolge verhindert die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, welche in der Spindel ausgebildet ist, eine Fehlausrichtung zwischen der Drehachse der Spindel und der Mittelachse der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung während des Anbringens des Anschlussstücks bzw. Adapters an der Spindel und ermöglicht es damit, das Werkzeug in der richtigen Stellung zu halten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nunmehr ersichtlicher gemacht in der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen
1 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform einer Spindeleinheit einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A eine vergrößerte Längsschnittansicht eines vorderen Endes der in 1 gezeigten Spindel darstellt;
2B eine vergrößerte Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines vorderen Endes der Spindel darstellt;
3 ein Flussdiagramm darstellt, welches einen Werkzeug-Wechsel-Vorgang in der Werkzeugmaschine unter Verwendung der in 1 gezeigten Spindeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Flussdiagramm darstellt, welches den in 3 gezeigten Werkzeughaltevorgang detaillierter zeigt;
5 ein Flussdiagramm darstellt, welches den in 3 gezeigten Werkzeuglösevorgang detaillierter zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass in der folgenden Beschreibung, soweit nicht anders angegeben, der Begriff "vordere" oder "Vorderseite" sich auf eine Seite bezieht, welche das Werkzeug hält und ein Werkstück oder dergleichen bearbeitet, und der Begriff "hintere" sich auf eine Seite bezieht, welche gegenüber der das Werkstück oder dergleichen bearbeitenden Seite liegt.
Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Spindeleinheit 11 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine Spindel 13, ein Gehäuse 17 zur drehbaren Lagerung der Spindel 13 durch Lager 15, welche jeweils an dem vorderen und hinteren Ende der Spindel 13 angeordnet sind. Die Lager 15 sind starr in ihrer Position an dem Gehäuse 17 durch eine darin gebildete Schulter und durch ein Lagerschild 19 und Lagerschildmuttern 21 befestigt. Die Spindeleinheit 11 umfasst einen Rotor M1, welcher an dem Mittelabschnitt der äußeren Umfangsfläche der Spindel 13 angebracht ist, und einen Stator M2, welcher an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 17 angeordnet ist. Der Rotor M1 und der Stator M2 liegen einander in einem Abstand gegenüber, so dass eine elektromagnetische Kraft, die zwischen dem Rotor M1 und dem Stator M2 wirkt, die Spindel 13 relativ zu dem Gehäuse 17 drehen kann.
Eine Werkzeug-Aufnahme-Bohrung bzw. -Öffnung 25 mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ist in der vorderen Endfläche der Spindel 13 ausgebildet und erstreckt sich nach hinten von der vorderen Endfläche entlang der Drehachse der Spindel 13 bis in den vorderen Endabschnitt davon. Genauer wird die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 durch ein inneres Loch einer zylindrischen Hülse 27 festgelegt, welche in ein konzentrisches Loch kreisförmigen Querschnitts, welches in der vorderen Endfläche der Spindel 13 gebildet ist, eingefügt und in dem Loch durch ein geeignetes Fügeverfahren wie Schweißen befestigt ist. Vorzugsweise kann die innere Umfangsfläche der Hülse 27 durch Schleifen bearbeitet werden, nachdem die Hülse 27 in dem Loch der Spindel befestigt ist, um die Mittelachse der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung (genauer gesagt das innere Loch der Hülse 27, die starr in dem Loch der Spindel 13 befestigt ist) an der Drehachse der Spindel 13 auszurichten. Diese Anordnung ermöglicht ein sachgerechtes Anbringen des Werkzeugs (nicht gezeigt) an der Spindel 13, wodurch verhindert wird, dass sich das Werkzeug während der Drehbewegung um eine außermittige Achse in Bezug auf seine Mittelachse dreht.
Eine oder mehrere Ausnehmungen sind an der äußeren Umfangsfläche der Hülse 27 ausgebildet. Wenn die Hülse 27 in das Loch, welches in der vorderen Endfläche der Spindel 13 gebildet ist, eingefügt ist, definieren die eine oder mehreren Ausnehmung(en) der Hülse 27 in Zusammenspiel mit der Umfangsfläche des Lochs, welches in der vorderen Endfläche der Spindel 13 gebildet ist, eine oder mehrere Druckkammern 31 um das innere Loch der Hülse 27 (d.h. der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25) in beabstandeter Beziehung von der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 durch eine dünne Wand 29 der Hülse 27, welche in ihrer radialen Richtung verformbar ist. Die eine oder mehreren Druckkammern 31 sind mit einer Druckeinstellvorrichtung 35, welche in dem hinteren Abschnitt der Spindeleinheit 11 angeordnet ist, durch einen Betriebsfluid-Durchgang 33 verbunden, welcher sich nach hinten durch die Spindel 13 erstreckt.
Es sollte beachtet werden, dass Dichtungen 37 an den vorderen und hinteren Seiten der Druckkammer 31 an einer Grenzfläche zwischen der inneren Umfangsfläche des Lochs in dem vorderen Ende der Spindel 13 und der äußeren Umfangsfläche der Hülse 27 angeordnet sind, um zu verhindern, dass das in der Druckkammer 31 eingeschlossene Betriebsfluid entlang der Grenzfläche ausläuft. Die Druckkammer 31 besteht vorzugsweise durch eine ringförmige Kammer, kann jedoch auch durch eine Vielzahl von Kammern, welche umlaufend voneinander in gleichen Abständen angeordnet sind, gebildet sein. Die Druckkammern 31 sind vorzugsweise auch in zwei ringartigen Reihen angeordnet, welche voneinander in axialer Richtung der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25, wie in 2A gezeigt, beabstandet sind, können jedoch auch in einer bis drei oder mehr Reihen angeordnet sein.
Wie in 1 und 2A gezeigt, erstreckt sich ein Luftdurchlass 39 durch das Lagerschild 19, die Spindel 13 und die Hülse 27 in radialer Richtung der Spindeleinheit 11 und öffnet sich zur Innenseite der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 hin. Von der Außenseite der Spindeleinheit 11 wird Druckluft zu dem Luftdurchlass 39 zugeführt und dazu verwendet, das Innere der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 zu reinigen oder die Halterung des Werkzeugs in der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 durch Überwachen des Gegendrucks der Druckluft zu prüfen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird nunmehr die Druckeinstellvorrichtung 35, welche in dem hinteren Teil der Spindeleinheit 11 angeordnet ist, im Detail beschrieben.
Die Druckeinstellvorrichtung 35 umfasst ein Druckelement, um das Betriebsfluid in dem Betriebsfluid-Durchgang 33 direkt oder indirekt unter Druck zu setzen, und eine Druckelement-Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Druckelements.
Das Druckelement ist in ein Druckelement-Einsatzloch 41 eingesetzt, welches in der hinteren Endfläche der Spindel 13 ausgebildet ist und sich in Kommunikation mit dem Betriebsfluid-Durchgang 33 befindet. Das Druckelement umfasst auch einen Kolben 43, welcher in das Druckelement-Einsatzloch 41 eingefügt ist, um sich zu dem Betriebsfluid-Durchgang 33 zu erstrecken und eine Druckschraube 43, welche an dem Kolben 43 verankert ist. Der Kolben 43 ist an seinem vorderen Ende mit einem Dichtungselement 47 ausgebildet, um zu verhindern, dass das Betriebsfluid aus dem Betriebsfluid-Durchgang 33 ausläuft. Das Druckelement-Einsatzloch 41 ist mit einem Gewindeabschnitt an seiner inneren Umfangsfläche ausgebildet, um mit der Druckschraube 45 einzugreifen.
Die Druckelement-Antriebsvorrichtung, wie in 1 gezeigt, umfasst einen Schlüsselmotor bzw. Schraubmotor 51 (wrench motor), welcher eine drehbare Welle mit einem daran befestigten Schlüssel bzw. Stift 49 (z.B. ein Sechskant-Stift) aufweist, einen Aktuator 53 zum Bewegen des Schraubmotors 51 hin zu und weg von der hinteren Endfläche der Spindel, um den Stift 49, welcher an dem Schraubmotors 51 befestigt ist, mit einer Eingriffsausnehmung (z.B. eine sechseckige Ausnehmung), welche an dem hinteren Ende der Druckschraube 45 des Druckelements ausgebildet ist, in Eingriff zu bringen oder ihn von dieser zu lösen, und eine Steuerung 55 zum Steuern der Arbeitsvorgänge des Schraubmotors 51 und des Aktuators 53. Der Schraubmotor 51 ist auf einer beweglichen Platte 59 angebracht, welche beweglich durch die Aktuatoren 53 gestützt wird, wie Kolbenzylindern, welche an einem Winkel 57, der sich in dem hinteren Teil der Spindeleinheit 11 befindet, angebracht sind. Diese Anordnung ermöglicht es dem Schlüssel bzw. Stift 49, mit der Eingriffausnehmung, welche an dem hinteren Ende des Druckelements gebildet ist, einzugreifen oder sich zu lösen.
Die Druckelement-Antriebsvorrichtung umfasst des weiteren ein Arretierungselement 61 zum Stoppen der Drehbewegung der Spindel 13, wenn der Stift 49 mit der Eingriffsausnehmung der Druckschraube 45 des Druckelements eingreift, um diese anzutreiben. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Arretierungselement 61 auf der Seite der beweglichen Platte 59 gelagert, welche der hinteren Endfläche der Spindel 13 gegenüberliegt. Wenn die bewegliche Platte 59 von dem Aktuator 53 hin zur Spindel bewegt wird, greift das Arretierungselement 61 demzufolge mit Kerben oder Nuten 63 ein, welche an der hinteren Endfläche der Spindel 13 ausgebildet sind, um sie zu arretieren, so dass die Spindel 13 am Drehen gehindert wird. Das Arretierungselement 61 wird vorzugsweise durch elastische Körper 65, wie Druckfedern, an der beweglichen Platte 59 gelagert.
Obwohl vorstehend eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei welcher das vordere Ende der Spindel 13 einteilig mit der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 ausgebildet ist, können natürlich ein Adapter bzw. Anschlussstück 67, welches mit einer Werkzeug-Aufnahme-Öffnung, einer Druckkammer 31 und einem Betriebsfluid-Durchgang 33 vorgeformt ist, fest an dem vorderen Ende der Spindel 13 durch geeignete Halterungen wie Bolzen 69 befestigt werden, um eine einzige Einheit mit der Spindel 13 zu bilden, wie in 2B gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nunmehr ein Werkzeug-Wechselvorgang der Spindeleinheit 11 für eine Werkzeugmaschine, wie in 1 gezeigt, beschrieben.
Wenn eine NC-Vorrichtung (Numerische Steuerung) der Werkzeugmaschine bei Schritt 151 die Spindeleinheit 11 mit einer Werkzeugwechsel-Anweisung versieht, stoppt die Spindeleinheit 11 die Spindel 13 in einer Position mit vorgegebenem Drehwinkel, um zu ermöglichen, dass das Arretierungselement 61 der Druckelement-Antriebsvorrichtung bei Schritt 153 mit den Kerben oder Nuten 63 eingreift, welche an der hinteren Endfläche der Spindel 13 ausgebildet sind. Es sollte beachtet werden, dass der Stift 49 bei der vorstehenden Drehwinkelposition mit der Eingriffausnehmung des Druckelements eingreifen kann. Eine derartige Drehpositionierung der Spindel 13 kann z.B. durch eine bekannte Technik erreicht werden, wie die Verwendung eines Sensors (nicht gezeigt). Bei Schritt 155 wird als Nächstes die Spindel 13 mit dem darin befestigten Werkzeug in Richtung der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bewegt und dann in einer leeren Aussparung eines Werkzeugmagazins (nicht gezeigt) platziert.
Bei Schritt 157 wird als Nächstes der Schraubmotor 51 der Druckelement-Antriebsvorrichtung nach unten bewegt (hin zu der hinteren Endfläche der Spindel 13), um das Arretierungselement 61 der Druckelement-Antriebsvorrichtung mit den Kerben oder Nuten 63, welche an der hinteren Endfläche der Spindel 13 ausgebildet sind, in Eingriff zu bringen. Dieses Eingreifen arretiert die Spindel 13 und verhindert ihre Drehbewegung. Zur selben Zeit greift der Stift 49, welcher an dem Schraubmotor 51 angebracht ist, mit der Eingriffsausnehmung ein, welche an dem hinteren Ende der Druckschraube 45 gebildet ist.
Bei Schritt 159 wird der Schraubmotor 51 gegen den Uhrzeigersinn gedreht und bewegt das Druckelement rückwärts zu der Druckelement-Antriebsvorrichtung innerhalb des Druckelement-Einsatzlochs 41, um den Kolben 43 des Druckelements in dem Betriebsfluid-Durchgangs 33 nach hinten zu bewegen. Diese Bewegung des Kolbens 43 verringert den Druck des Betriebsfluids, welches in dem Betriebsfluid-Durchgang 33 und der damit kommunizierenden Druckkammer 31 eingeschlossen ist, so dass sich die dünne Wand 29 zwischen der Druckkammer 31 und der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25, welche sich nach innen in die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung ausdehnt, elastisch verformt, um sich nach außen in die radiale Richtung der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 zu bewegen. Als Ergebnis wird die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 im Radius vergrößert, um das darin gehaltene Werkzeug zu lösen, und das gelöste Werkzeug wird in dem Werkzeugmagazin gelagert.
Bei Schritt 161 wird als Nächstes die Spindel ohne ein darin gehaltenes Werkzeug in Richtungen entlang der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bewegt und an einer gewünschten Werkzeuglagerposition positioniert, um ein weiteres Werkzeug in die Werkzeug-Aufnahme- Öffnung 25 einzusetzen.
Bei Schritt 163 wird der Schraubmotor 51 im Uhrzeigersinn gedreht und bewegt das Druckelement vorwärts zu dem vorderen Ende der Spindel 13 innerhalb des Druckelement-Einsatzlochs 41, um den Kolben 43 in dem Betriebsfluid-Durchgang 33 vorwärts zu bewegen. Diese Bewegung erhöht den Druck des Betriebsfluids, welches in dem Betriebsfluid-Durchgang 33 und der damit kommunizierenden Druckkammer 31 eingeschlossen ist, so dass sich die dünne Wand 29 zwischen der Druckkammer 31 und der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 elastisch verformt, um sich nach innen in radialer Richtung der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 zu bewegen. Als Ergebnis wird die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 im Radius verkleinert, um das darin gehaltene Werkzeug zu halten.
Bei Schritt 165 wird der Schraubmotor 51 der Druckelementantriebsvorrichtung, wenn das Werkzeug in der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 gehalten wird, nach oben bewegt (weg von der hinteren Endfläche der Spindel 13), um den Stift 49, der am Schraubmotor 51 angebracht ist, aus der Eingriffsausnehmung, welche am hinteren Ende der Druckschraube 45 gebildet ist, zu lösen. Zur selben Zeit löst sich das Arretierungselement 61 der Druckelementantriebsvorrichtung, welches in Eingriff mit den Kerben oder Nuten 63 steht, welche an der hinteren Endfläche der Spindel 13 ausgebildet sind, von den Kerben oder Nuten 63.
Der Werkzeug-Wechselvorgang wird mittels der vorstehenden Schritte durchgeführt, und nach Abschließen des Werkzeug-Wechselvorgangs beginnt die Bearbeitung wieder mit einem neuen Werkzeug bei Schritt 167.
Der in 1 zur Verwendung in einer Ausführungsform der Spindeleinheit 11 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigte Schraubmotor 51 erfordert drei Steuerungsarten: (1) Drehgeschwindigkeitssteuerung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Schraubmotors 51, um eine Beschädigung des Druckelements aufgrund einer übermäßig hohen Geschwindigkeitsdrehzahl der Druckschraube 45 zu verhindern; (2) Positionssteuerung des Drehwinkels zur rotationsbezogenen Positionierung der Druckschraube 45 des Druckelements in einem vorbestimmten Drehwinkel-Bereich; und (3) Drehmomentsteuerung zum Halten des Betriebsfluid-Durchgangs 33 und der Druckkammer 31 bei einem vorbestimmten Druck. Ein Servomotor, welcher im Allgemeinen als der Schraubmotor bzw. Motor 51 verwendet wird, kann diese drei Arten von Steuerung nicht auf einmal durchführen. Um die benötigte Steuerung zu realisieren, verwendet der Servomotor in der obigen Ausführungsform infolgedessen seine eingebaute Funktion, d.h. eine „Drehmoment-Begrenzungsfunktion", welche ein Signal erzeugt, wenn das Drehmoment in dem Servomotor ein vorgegebenes Niveau erreicht, wodurch er in einen von zwei Betriebsmodi umgeschaltet wird, einen ersten Betriebsmodus zur Durchführung der Drehgeschwindigkeitssteuerung und einer gleichzeitigen Positionssteuerung und einen zweiten Betriebsmodus nur zur Durchführung der Drehmoment-Steuerung.
Bezugnehmend auf 4 und 5 werden nunmehr die Schritte der Drehung des wie oben gesteuerten Schraubmotors im und gegen den Uhrzeigersinn detaillierter beschrieben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 4 der Schritt der Drehung des Schraubmotors 51 im Uhrzeigersinn, d.h. des Werkzeug-Haltevorgangs zum Halten des Werkzeugs in der Spindel 13 beschrieben. Der Werkzeug-Haltevorgang wird durch zwei separate Vorgänge erzielt, einem Standard-Festspann-Vorgang und einem zusätzlichen Festspann-Vorgang. Es wird angenommen, dass ein erstes festgelegtes Drehmoment und eine erste festgelegte Drehgeschwindigkeit bei dem Standard-Festspann-Vorgang, sowie ein zweites festgelegtes Drehmoment und eine zweite festgelegte Drehgeschwindigkeit bei dem zusätzlichen Festspann-Vorgang vorgegeben sind.
Wenn der Standard-Festspann-Vorgang des Werkzeug-Haltevorgangs beginnt, wird zunächst der Schraubmotor 51 durch die Steuereinrichtung 55 in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet, um die Drehgeschwindigkeitssteuerung und die Positionssteuerung zu ermöglichen, und ein vorgegebenes Drehmoment-Niveau (das erste bestimmte Drehmoment) wird als ein Drehmoment-Grenzwert für die Standard-Festspannung des Werkzeug-Haltevorgangs eingestellt. Bei Schritt 169 wird der Schraubmotor 51 dann mit der ersten bestimmten Drehgeschwindigkeit (zum Beispiel mit einer Drehgeschwindigkeit, bei welcher die Druckschraube 45 mit 1000 mm/min bewegt werden kann) im Uhrzeigersinn gedreht (d.h. in eine Richtung zum Festspannen bzw. Festschrauben einer Schraube). Bei Schritt 171 erzeugt der Schraubmotor 51 (Servomotor) durch seine Drehmoment-Begrenzungs-Funktion ein Drehmoment-Grenzwert-Signal, um seine Drehung zu beenden, wenn das Drehmoment-Niveau des Schraubmotors 51 das erste bestimmte Drehmoment erreicht. Bei Schritt 173 prüft die Steuereinrichtung 55 dann, ob der Drehwinkel des Schraubmotors 51 oder die Position der Druckschraube 45 in einen vorgegebenen Bereich fallen.
Wenn zum Beispiel der Drehwinkel des Schraubmotors 51 weniger als den minimalen Grenzwert des vorgegebenen Bereichs beträgt, kann ein Durchscheuern bzw. Festfressen der Druckschraube 45 für möglich gehalten werden, oder anderenfalls, wenn der Drehwinkel des Schraubmotors den maximalen Grenzwert des vorgegebenen Bereichs überschreitet, kann dies auf unzureichenden Eingriff zurückzuführen zu sein, was ein Verrutschen zwischen dem Schlüssel bzw. Stift 49 und der Eingriffsausnehmung der Druckschraube 45 zur Folge haben kann. Daher erzeugen der Schraubmotor 51 oder die Steuereinrichtung 55 vorzugsweise ein Warnsignal, um einen abweichenden Zustand anzugeben, wenn der Drehwinkel des Schraubmotors 51 nicht in den vorgegebenen Bereich fällt.
Wenn das Ergebnis der Prüfung ergibt, dass der Drehwinkel des Schraubmotors 51 in den vorgegebenen Bereichs fällt, wird der Schraubmotor 51 (Servomotor) von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet, um eine Drehmoment-Steuerung zu ermöglichen. Bei Schritt 175 nimmt der Schraubmotor als Nächstes die Drehung im Uhrzeigersinn wieder auf und beendet die Drehung nach einer vorgegebenen Zeit (zum Beispiel zwei Sekunden), bei der das Drehmoment-Niveau des Schraubmotors 51 das erste bestimmte Drehmoment überschreitet. In anderen Worten dreht sich der Schraubmotor 51 im Uhrzeigersinn für eine vorgegebene Zeit unter dem ersten bestimmten Drehmoment.
Nach Beendigung des Standard-Festspann-Vorgangs wird der zusätzliche Festspann-Vorgang durchgeführt. Der zusätzliche Festspann-Vorgang ist im Allgemeinen dem Standard-Festspann-Vorgang ähnlich. Wenn der zusätzliche Festspann-Vorgang beginnt, wird zunächst der Schraubmotor 51 wieder durch die Steuereinrichtung 55 von dem zweiten Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus umgeschaltet, um eine Drehgeschwindigkeitssteuerung und eine Positionssteuerung zu ermöglichen, und ein vorgegebenes Drehmoment-Niveau (das zweite bestimmte Drehmoment) wird als ein Drehmoment-Grenzwert für das zusätzliche Festspannen vorgegeben. Bei Schritt 177 wird der Schraubmotor 51 dann bei einer zweiten bestimmten Drehgeschwindigkeit (zum Beispiel bei einer Drehgeschwindigkeit, bei welcher die Druckschraube 45 mit 100 mm/min bewegt werden kann) im Uhrzeigersinn gedreht. Bei Schritt 179 erzeugt der Schraubmotor 51 (Servomotor) durch seine Drehmoment-Grenzwert-Funktion ein Drehmoment-Grenzwert-Signal, um seine Drehung zu beenden, wenn das Drehmoment-Niveau des Schraubmotors 51 das zweite bestimmte Drehmoment erreicht. Bei Schritt 181 prüft die Steuereinrichtung 55 dann, ob der Drehwinkel des Schraubmotors 51 oder die Position der Druckschraube 45 in einen vorgegebenen Bereichs fallen. Wenn das Ergebnis der Prüfung ergibt, dass der Drehwinkel des Schraubmotors 51 in den vorgegebenen Bereichs fällt, wird der Schraubmotor 51 (Servomotor) von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet, um eine Drehmoment-Steuerung zu ermöglichen. Als Nächstes nimmt der Schraubmotor bei Schritt 183 die Drehung im Uhrzeigersinn wieder auf. Der Schraubmotor 51 beendet die Drehung nach einer vorgegebenen Zeit (zum Beispiel zwei Sekunden), bei welcher das Drehmoment-Niveau des Schraubmotors 51 das zweite bestimmte Drehmoment überschreitet. An diesem Punkt ist der zusätzliche Festspann-Vorgang beendet.
Nach Fertigstellung des zusätzlichen Festspann-Vorgangs speichert die Steuereinrichtung 55 bei Schritt 185 die Informationen über den Drehwinkel des Schraubmotors 51 vor der Bewegung des Schraubmotors 51 weg von der Spindel 13, um einen Eingriff des Schlüssels bzw. Stifts mit der Eingriffsausnehmung der Druckschraube 45 des Druckelements während des Werkzeug-Löse-Vorgangs sicherzustellen.
Unter Bezugnahme auf 5 wird als Nächstes der Drehschritt des Schraubmotors 51 gegen den Uhrzeigersinn, d.h. der Werkzeug-Löse-Vorgang zum Lösen des Werkzeugs aus der Spindel 13 beschrieben. Es wird angenommen, dass zur Verwendung in den folgenden Schritten zusätzlich zu dem ersten bestimmten Drehmoment, die erste bestimmte Drehgeschwindigkeit, das zweite bestimmte Drehmoment und die zweite bestimmte Drehgeschwindigkeit, welche bei dem Werkzeug-Halte-Vorgang vorgegeben sind, und eine dritte bestimmte Drehgeschwindigkeit vorgegeben sind.
Wenn der Werkzeug-Löse-Vorgang begonnen wird, wird zunächst der Schraubmotor 51 durch die Steuereinrichtung 55 in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet, um Drehgeschwindigkeitssteuerung und Positionssteuerung zu ermöglichen, und ein Drehmoment-Niveau (das dritte bestimmte Drehmoment), welches höher ist als das zweite bestimmte Drehmoment, welches während dem Werkzeug-Halte-Vorgang eingestellt wurde, wird als ein Drehmoment-Grenzwert für den Werkzeug-Löse-Vorgang eingestellt. Bei Schritt 187 wird der Schraubmotor 51 dann bei der zweiten bestimmten Drehgeschwindigkeit gegen den Uhrzeigersinn gedreht (d.h. in eine Richtung, um eine Schraube zu lösen). Bei Schritt 189 beendet die Steuereinrichtung 55 die Drehung des Schraubmotors 51, nachdem der Schraubmotor 51 um einen vorgegebenen Drehwinkel gedreht wurde, um die Druckschraube 45 des Druckelements um eine vorgegebene Entfernung in Richtung der hinteren Endfläche der Spindel 13 zu bewegen. Bei Schritt 191 wird der Schraubmotor 51 um einen vorbestimmten Drehwinkel bei einer dritten bestimmten Drehgeschwindigkeit (zum Beispiel bei einer Drehgeschwindigkeit, bei welcher die Druckschraube mit 3000 mm/min bewegt werden kann) gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Wenn die Druckschraube 45 des Druckelements zurück in ihre Ausgangsposition bewegt wird, beendet die Steuereinrichtung 55 bei Schritt 193 die Drehung des Schraubmotors 51. Der Schlüssel/Stift 49 löst sich üblicherweise nicht vor Beendigung des nachfolgenden Werkzeug-Halte-Vorgangs aus der Eingriffsausnehmung der Druckschraube 45, auch wenn der Schlüssel 49 aus der Eingriffsausnehmung der Druckschraube 45 aus Wartungsgründen etc. gelöst werden kann. Folglich speichert die Steuereinrichtung bei Schritt 195 die Information über den Drehwinkel des gestoppten Schraubmotors 51. Damit ist der Werkzeug-Löse-Vorgang beendet.
In der in 1 und 2A gezeigten Ausführungsform wird die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung festgelegt durch die zylindrische Hülse 27, wobei die Ausnehmung, welche an deren äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist, welche in die Öffnung an der vorderen Endfläche der Spindel 13 eingefügt ist. Wie in 2B gezeigt, kann jedoch ein separates Anpassungsteil bzw. ein Adapter 67, welcher eine oder mehrere Druckkammern 31 aufweist, welche um die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 in beabstandeter Beziehung zu dieser durch eine dünne Wand 29, welche in radialer Richtung der Hülse verformbar ist, angeordnet sind, erstellt und fest an dem vorderen Ende der Spindel 13 befestigt werden, so dass er mit dieser eine Einheit bildet. In diesem Fall wird die innere Umfangsfläche der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 auch vorzugsweise durch Schleifen bearbeitet, um die Mittelachse der Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 in Ausrichtung mit der Drehachse der Spindel zu bringen. Die Spindel 13 kann auch mit einer fest eingebauten Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 und einer oder mehreren Druckkammern 31 versehen sein, welche um die Werkzeug-Aufnahme-Öffnung 25 in beabstandeter Beziehung davon durch eine dünne Wand 25, welche in radialer Richtung der Hülse verformbar ist, angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, kann die Spindeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abweichung von der axialen Position, in welcher die Spindel das Werkzeug hält, beseitigen oder verringern und eine außermittige Drehung des Werkzeugs aufgrund von Fehlausrichtung der Drehachse mit der Mittelachse des Werkzeugs verhindern, wodurch eine sehr akkurate Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine ermöglicht wird, und somit Nachteile, welche mit einem herkömmlichen Werkzeug-Haltesystem bei Verwendung einer Spannzange verbunden sind, überwunden werden. Weiterhin benötigt die Spindeleinheit keinen Druck-Änderungs-Vorgang zum Halten des Werkzeugs in oder Lösen von der Spindel am vorderen Endabschnitt der Spindel, bei welchem die Spindel, das Gehäuse zur Halterung der Spindel und andere Teile dazu neigen, den Vorgang zu beeinträchtigen, und es besteht ausreichend Raum, um den Vorgang komfortabel durchführen zu können. Dies erleichtert den Vorgang des Haltens des Werkzeugs in oder Lösen von der Spindel, wodurch es vereinfacht wird, den Vorgang zu automatisieren.

1

CONTROLLER 55: Steuerung 55
COMPRESSED AIR: Druckluft

3

TOOL CHANGE INSTRUCTION 151: Werkzeugwechsel-Anweisung 151
STOP THE SPINDLE AT THE PREDETERMINED ROTATIONAL ANGLE POSITION 153: Stopp der Spindel an einer Position mit vorgegebenem Drehwinkel 153
POSITION THE SPINDLE AT THE CURRENT TOOL POSITION STORE 155: Platzierung der Spindel an der gegenwärtigen Werzeuglagerposition 155
MOVE DOWN THE WRENCH MOTOR 157: Bewegen des Schraubmotors nach unten 157
ROTATE THE WRENCH MOTOR COUNTERCLOCKWISE 159: Drehen des Schraubmotors gegen den Uhrzeigersinn 159
POSITION THE SPINDLE AT ANOTHER TOOL STORE POSITION 161: Platzierung der Spindel an einer anderen Werkzeuglagerposition 161
ROTATE THE WRENCH MOTOR CLOCKWISE 163: Drehen des Schraubmotors im Uhrzeigersinn 163
MOVE UP THE WRENCH MOTOR 165: Bewegen des Schraubmotors nach oben 165
COMPLETE THE TOOL CHANGE 167: Abschließen des Werkzeugwechsels1 167

4

ROTATE THE MOTOR AT THE FIRST SET ROTATIONAL SPEED 169: Drehen des Motors in der ersten bestimmten Drehgeschwindigkeit 169
GENFRATE A TORQUE LIMIT SIGNAL 171: Erzeugen eines Drehmoment-Grenz wert-Signals 171
CHECK THE ROTATIONAL ANGLE OF THE MOTOR 173: Prüfen des Drehwinkels des Motors 173
ROTATE THE MOTOR AT THE FIRST SET TORQUE FOR A PREDETERMINED TIME 175: Drehen des Motors unter dem ersten bestimmten Drehmoment für eine vorgegebene Zeit 175
ROTATE THE MOTOR AT THE SECOND SET ROTATIONAL SPEED 177: Drehen des Motors in der zweiten bestimmten Drehgeschwindigkeit 177
GENFRATE A TORQUE LIMIT SIGNAL 179: Erzeugen eines Drehmoment-Grenz wert-Signals 179
CHECK A ROTATIONAL ANGLE OF THE MOTOR 181: Prüfen eines Drehwinkels des Motors 181
ROTATE THE MOTOR AT THE SECOND SET TORQUE FOR A PREDETERMINED TIME 183: Drehen des Motors unter dem zweiten bestimmten Drehmoment für eine vorgegebene Zeit 183
STORE THE INFORMATION ON THE ROTATIONAL ANGLE OF THE WRENCH AT COMPLETION OF THE ROTATION 185: Speichern der Information über den Drehwinkel des Schraubmotors bei Fertigstellung der Drehung 185

5

ROTATE THE MOTOR AT THE SECOND SET ROTATIONAL SPEED 187: Drehen des Motors in der zweiten bestimmten Drehgeschwindigkeit 187
LOOSEN THE PRESSURE SCREW 189: Lösen der Druckschraube 189
ROTATE THE MOTOR AT THE THIRD SET ROTATIONAL SPEED 191: Drehen des Motors in der dritten bestimmten Drehgeschwindigkeit 191
MOVE BACK THE PRESSURE SCREW TO ITS HOME POSITION 193: Bewegen der Druckschraube zurück in ihre Ausgangsposition 193
STORE THE INFORMATION ON THE ROTATIONAL ANGLE OF THE WRENCH AT COMPLETION OF THE ROTATION 195: Speichern der Information über den Drehwinkel des Schraubmotors bei Fertigstellung der Drehung 195

Claims

Spindeleinheit (11) für eine Werkzeugmaschine mit einem Spindelgehäuse (17), umfassend: eine Spindel (13) mit einer Drehachse, die drehbar in dem Spindelgehäuse gelagert ist; eine Werkzeug-Aufnahme-Bohrung (25), die im vorderen Endabschnitt der Spindel (13) gebildet ist und sich entlang der Drehachse der Spindel (13) erstreckt; eine oder mehrere Druckkammern (31), die um die Werkzeug-Aufnahme-Bohrung (25) herum angeordnet sind, beabstandet von der Werkzeug-Aufnahme-Bohrung (25) durch eine dünne Wand (29), die in radialer Richtung von der Spindel (13) elastisch verformbar ist, wobei die Druckkammer (31) mit Betriebsfluid gefüllt ist; und einen Betriebsfluid-Durchgang (33), der in der Spindel (13) ausgebildet ist und sich in Fluidkommunikation mit der einen oder den mehreren Druckkammern (31) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinheit weiter umfasst einen Kolben (43), der in dem Betriebsfluid-Durchgang (33) am hinteren Abschnitt der Spindel (13) eingefügt ist; eine Druckschraube (45), die in ein Druckelement-Einsatz-Loch (41) eingeschraubt ist, welches in einer hinteren Endfläche der Spindel in Kommunikation mit dem Betriebsfluid-Durchgang (33) der Spindel (13) ausgebildet ist, zum einstellbaren Verändern des Drucks des Betriebsfluids in der Druckkammer (31) durch den Betriebsfluid-Durchgang (33) durch Betätigen des Kolbens (43) so, dass er sich in dem Betriebsfluid-Durchgang (33) vor und zurück bewegt; einen Schlüssel (49) zum Eingreifen an und Lösen von der Druckschraube (45); einen Aktuator (53), der sich außerhalb der Spindel (13) befindet, zum Bewegen des Schlüssels (49), um den Schlüssel (49) mit der Druckschraube (45) in Eingriff zu bringen oder von dieser zu lösen; einen Motor (51), der sich außerhalb der Spindel (13) befindet, zum Drehen des Schlüssels (49), um den Kolben (43) durch die Druckschraube (45) entlang des Betriebsfluid-Durchgangs (33) zu bewegen, wenn der Schlüssel (49) mit der Druckschraube (45) in Eingriff steht; und eine Steuerung (55) zum Steuern des Betriebs des Aktuators (53) und des Motors (51), um den Druck des Betriebsfluids innerhalb der Druckkammer (31) so zu ändern, dass die dünne Wand elastisch verformt werden kann, um die Werkzeugaufnahme-Bohrung (25) zu vergrößern oder zu verkleinern, und dadurch das in die Werkzeug-Aufnahme-Bohrung (25) eingefügte Werkzeug zu halten oder zu lösen.
Spindeleinheit (11) nach Anspruch 1, wobei der Motor (51) einen Servomotor umfasst.
Spindeleinheit (11) nach Anspruch 2, wobei während eines Vorgangs zum Halten des Werkzeugs in der Spindel (13) die Steuerung (55) den Servomotor (51) in einem ersten Betriebsmodus betreibt, in dem eine Drehgeschwindigkeitssteuerung und eine Positionssteuerung durchgeführt werden, und danach den Servomotor (51) in einem zweiten Betriebsmodus betreibt, in dem eine Drehmoment-Steuerung durchgeführt wird.