DE69824645T2

DE69824645T2 - Indexiervorrichtung für revolverkopf mit sich drehendem werkzeug

Info

Publication number: DE69824645T2
Application number: DE69824645T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sugimoto; Hiroshi Tokorozawa-shi SHINOHARA; Wolfgang Pfeifer
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: EP1084795B1; EP1084795A1; WO1999051391A1; KR100401474B1; KR20010042495A; DE69824645D1; EP1084795A4; JP4212237B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Revolver-Werkzeughalterung (siehe beispielsweise US 5455993 A ).
Hintergrund
Auf einem Gebiet der Werkzeugmaschinen wird eine Indexiervorrichtung verwendet, um ein Werkzeug oder ein Werkstück mit dem Ziel der Automatisierung der Bearbeitung an vorher festgelegten Positionen zu positionieren, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen sowie um die verschiedenartige Produktion von Objekten mit geringen Stückzahlen zu ermöglichen. Als solche Indexiervorrichtungen sind eine Revolverkopf-Werkzeughalterung zur Auswahl des gewünschten Werkzeugs aus einer Anzahl von Werkzeugen, die darauf zuvor in regelmäßigen Abständen in umlaufender Richtung angebracht wurden, und zur Anordnung dieses Werkzeugs an einer vorher festgelegten Bearbeitungsposition, ein Indexiertisch zur Anordnung einer gewünschten, zu bearbeitenden Zieloberfläche eines Werkstücks an einer vorher festgelegten Bearbeitungsposition, um eine automatische Bearbeitung des Werkstücks an mehreren Flächen und dergleichen zu ermöglichen, bekannt.
Die Revolverkopf-Werkzeughalterung, die für eine automatische betriebene Drehmaschine verwendet wird und die eine Indexiervorrichtung drehbarer Art ist, hat einen Aufbau, bei dem ein Revolverkopf, der als Rotationseinheit an einem Hauptschaft montiert ist, sich dreht, um automatisch mehrere (üblicherweise zwischen fünf und zwölf) Indexpositi onen zu indexieren. Mehrere Werkzeugmontageabschnitte sind an einer äußeren Umfangsfläche oder einer axialen Endfläche des Revolverkopfs korrespondierend mit den Indexpositionen ausgebildet. Mehrere Werkzeuge, wie ein Schneidwerkzeug, ein Bohrer usw., können an den Werkzeugmontageabschnitten angebracht werden. Eines dieser Werkzeuge, das für die gewünschte Bearbeitungsoperation geeignet ist, wird automatisch ausgewählt und an einer vorher festgelegten Bearbeitungsposition der automatischen Drehmaschine durch eine Rotation zur Indexposition des Revolverkopfes positioniert. In diesem Zusammenhang steht der Ausdruck „axiale Richtung", der in diesem Text verwendet wird, für die Richtung entlang einer Rotationsachse oder einer Mittelachse eines Objektes.
Während das Werkstück vom ausgewählten Werkzeug der Revolverkopf-Werkzeughalterung spanend bearbeitet oder gebohrt wird, ist es erforderlich, den Revolverkopf an der Indexposition am Hauptschaft fest zu sichern. In den meisten Fällen ist es auch bei anderen Indexiervorrichtungen erforderlich, die Rotationseinheit an der Indexposition fest zu sichern. Demzufolge werden im allgemeinen mehrere Rastelemente zwischen dem Hauptschaft und der Rotationseinheit vorgesehen, die ineinander eingerastet und voneinander ausgerückt werden können (nämlich in einem Klemm- und Lösevorgang). Durch das gegenseitige Einrasten und Ausrücken dieser Rastelemente wird die Rotationseinheit gelöst, um sie durch Rotieren in eine Indexposition zu bringen, bzw. an einer vorher festgelegten Indexposition gesichert positioniert.
Auf dem Gebiet der herkömmlichen Revolverkopf-Werkzeughalterungen wird eine Kupplungseinheit verwendet, die ein Paar kronenradförmiger Kupplungselemente aufweist, von denen jedes eine Anzahl von Zähnen an einer axialen Endfläche hat und die darauf eingerichtet sind, miteinander in Eingriff gebracht zu werden (dies wird beispielsweise als geschweifte Kupplung oder CURVIC-Kupplung bezeichnet).
Bei einer solchen Rasteinheit ist das Einrasten/Ausrücken durch ein lineares Verlagern eines Rastelements (oder umlaufender Zähne), welches an der Rotationseinheit vorgesehen ist, in axialer Richtung relativ zu dem anderen Rastelement (oder stationären Zähnen), die am Hauptschaft vorgesehen sind, realisiert. Demnach wird, wenn die Rotationseinheit in eine Indexposition rotiert werden soll, das Rastelement der Rotationseinheit in axialer Richtung aus der Raststellung ausgerückt, an der die Rastelemente ineinander eingerastet sind, um den Eingriff zwischen den Rastelementen zu lösen (ein Lösevorgang) und die Rotationseinheit wird in einer ausgerückten Lage, in der die Rastelemente vollständig voneinander gelöst sind, in die Indexposition gedreht. Nach dem Indexierungsvorgang wird das Rastelement der Rotationseinheit wieder axial verschoben, um die Rastelemente wieder ineinander einzurasten (ein Klemmvorgang), wobei die Rotationseinheit starr an der Indexposition gesichert wird.
Bei einem Paar von Rastelementen wie mit dem oben erläuterten Aufbau haben die sich gegenüberliegenden Zähne in axialer Richtung im allgemeinen umlaufend gegenüberliegende geneigte Flanken, um das gegenseitige Einrasten/Ausrücken mittels axialer Bewegung zu erleichtern. In einem solchen Fall ist eine Lücke zwischen den geneigten Flanken der Zähne unumgänglich, bis die Rastelemente vollständig ineinander eingerastet sind, d. h. bis die geneigten Flanken der sich gegenüberliegenden Zähne im direkten Kontakt miteinander sind, wobei die Rastelemente so fange nicht starr aneinander gesichert sein können. Deshalb kann es, bis die Zähne aneinander anliegen, zwischen den Rastelementen zu einer Positionsverschiebung in Rotationsrichtung innerhalb eines Rotationswinkels kommen, die ein freies Rotieren der Rotationseinheit bezogen auf den Hauptschaft erlauben kann.
Wenn bei der Revolverkopf-Werkzeughalterung z. B. eine Unwucht der Rotationseinheit relativ zur Rotationsachse vorliegt, beispielsweise aufgrund der abweichenden Anordnung der Werkzeuge in den Werkzeug montageabschnitten des Revolverkopfes, kommt es wegen der Lücke zwischen den geneigten Flanken der gegenüberliegenden Zähne zur oben beschriebenen freien Rotation des Revolverkopfes, bevor das Paar der Kupplungselemente vollständig im Eingriff miteinander ist.
Außerdem ist die Indexiervorrichtung im allgemeinen so gestaltet, dass die Rotationseinheit wirkverbunden mit einer Antriebsquelle zur Rotationsindexierung ist, um eine Antriebskraft von der Antriebsquelle aufnehmen zu können, wenn die Rastelemente vollständig voneinander ausgerückt sind, um die relative Rotation zu erlauben. Angesichts des oben gesagten ist es selbstverständlich, dass eine Möglichkeit einer relativen Positionsverschiebung in Rotationsrichtung unmittelbar nachdem die Rastelemente voneinander ausgerückt wurden gegeben sein kann, selbst wenn die Zähne der Rastelemente zur Achse parallele Flanken statt der oben erwähnten geneigten Flanken haben.
Wenn eine solche Positionsverschiebung in Rotationsrichtung jedes Mal, wenn die Rastelemente ineinander eingerastet oder voneinander ausgerückt werden, wiederholt auftritt, so kann es zu der Gefahr von Verschleiß oder Versagen einer Anzahl von Zähnen oder des Rastelements aufgrund des relativen Gleitens aufeinander oder des Zusammenstoßens kommen. Da die Rastelemente eine Positionierfunktion hoher Genauigkeit zur Durchführung einer präzisen Rotationsindexierung aufweisen müssen, ist es erforderlich, dass eine Positionsverschiebung in Rotationsrichtung soweit als möglich verhindert wird.
Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Revolverkopf-Werkzeughalterung zur Verfügung zu stellen, die einen Revolverkopf und mehrere Rastelemente zur unbeweglichen Stützung des Revolverkopfs an Indexpositionen aufweist und die verhindern kann, dass sich die Rastelemente in Rotationsrichtung gegeneinander verschieben, wenn sie sich zwischen einer ineinander eingerasteten und einer voneinander ausgerückten Position bewegen, bis das Einrasten abgeschlossen ist, wobei Verschleiß und Versagen der Rastelemente in wirksamer Art und Weise verhinderbar ist.
Um das oben angeführte Ziel zu erreichen, weist die vorliegende Erfindung eine Revolverkopf-Werkzeughalterung gemäß Anspruch 1 auf.
Bei dieser Einrichtung ist es von Vorteil, dass der beweglicher Vorsprung eine nach außen konvex gekrümmte Endfläche aufweist und dass das Eingriffsteil eine Vertiefung auf der Oberfläche des Hauptschafts aufweist, um die abschließende Endfläche des beweglichen Vorsprungs aufzunehmen.
Es ist darüber hinaus wünschenswert, dass der bewegliche Vorsprung einen axial verschiebbaren Stößel aufweist, der in einer Buchse geführt wird, die in der Rotationseinheit vorgesehen ist.
Vorzugsweise umfassen die Vorspannmittel eine Feder.
Vorteilhaft ist es, wenn die Drehsperrmittel darüber hinaus ein Reibungsglied zwischen dem Hauptschaft und der Rotationseinheit aufweisen.
Als weiteres bevorzugtes Merkmal weisen die mindestens zwei Rastelemente eine Mehrzahl feststehender Zähne am Hauptschaft und mehrere umlaufende Zähne an der Rotationseinheit auf, und die Antriebsmittel bewegen die Rotationseinheit linear entlang einer Rotationsachse der Rotationseinheit gegenüber dem Hauptschaft, um dadurch die feststehenden Zähne und die umlaufenden Zähne zwischen der eingerasteten und der ausgerückten Stellung zu bewegen.
Bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, dass die feststehenden und die umlaufenden Zähne jeweils geneigte Flanken haben, die in engen Kontakt miteinander gebracht werden können, und dass die Drehsperrmittel die freie Rotation der Rotationseinheit gegenüber dem Hauptschaft verhindern während des Bewegungsablaufs der feststehenden Zähne und der umlaufenden Zähne zwischen der eingerasteten Stellung, bei der die geneigten Flanken der feststehenden Zähne und der umlaufenden Zähne in engem Kontakt miteinander sind, und der ausgerückten Stellung, bei der die geneigten Flanken soweit voneinander gelöst sind, dass eine Rotation der umlaufenden Zähne ohne Beeinflussung der feststehenden Zähne möglich ist.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die Drehsperrmittel mindestens einen Stößel, der in einer Buchse in der Rotationseinheit gleitfähig geführt ist und eine nach außen konvex gekrümmte axiale Endfläche aufweist, mindestens eine Vertiefung, die fest an der Oberfläche besagten Hauptschafts angeordnet ist, um die axiale Endfläche des Stößels aufzunehmen, wenn die sich Rotationseinheit an der Indexposition befindet, und eine Feder zum Spannen des Stößels in eine Richtung zum Aufrechterhalten des Eingriffs der axialen Endfläche des Stößels in die Vertiefung aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben, wobei
1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer automatischen Drehmaschine mit einer Revolverkopf-Werkzeughalterung ist, bei der eine Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist,
2A eine Schnittansicht ist, die eine Revolverkopf-Werkzeughalterung als eine Ausführungsform der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Werkstück am Spindelstock der automatischen Drehmaschine zeigt,
2B eine vergrößerte, geschnittene Teilansicht ist, die einen Werkzeugmontageabschnitt der Revolverkopf-Werkzeughalterung aus 2A zeigt,
3 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die die Revolverkopf-Werkzeughalterung von 2A zeigt, bei der der Revolverkopf in einer vollständig geklemmten Position ist,
4 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die die Revolverkopf-Werkzeughalterung von 2A zeigt, bei der der Revolverkopf in einer vollständig gelösten Position ist,
5A ein vergrößerter Teilschnitt ist, der eine Zahnform eines Paares von Kupplungselementen in der vollständig gelösten Position zeigt,
5B ein vergrößerter Teilschnitt ist, der eine Zahnform eines Paares von Kupplungselementen in einer vollständig geklemmten Position zeigt,
6 ein vergrößerter Teilschnitt ist, der die Drehsperrmittel der Revolverkopf-Werkzeughalterung in der vollständig geklemmten Position aus 3 zeigt,
7A ein vergrößerter Teilschnitt ist, der eine Abwandlung der Revolverkopf-Werkzeughalterung der 2A in einem vollständig geklemmten Zustand des Revolverkopfes zeigt,
7B ein vergrößerter Teilschnitt entlang der Linie B-B in 7A ist,
8 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für eine Spindel, für eine Werkzeugführung und für eine Revolverkopf-Werkzeughalterung einer automatischen Drehmaschine mit einer Revolverkopf-Werkzeughalterung aus 2 ist,
9A und 9B Kraftvektoren der auf die geneigten Flanken der Zähne der Kupplungselemente wirkenden Kräfte zeigen,
10 ein Blockdiagramm der detaillierten Konstruktion der Zentraleinheit im in 8 gezeigten Steuersystem ist,
11 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zur Steuerung der Werkzeugführung und der Revolverkopf-Werkzeughalterung durch das Steuersystem aus 8 zeigt, und wobei
12 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zur Steuerung einer Druckkraft infolge einer Positionsverschiebung der Revolverkopf-Werkzeughalterung aus 8 zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen zeigt 1 eine schematische Ansicht einer automatisch betriebenen Drehmaschine mit einer Revolverkopf-Werkzeughalterung als eine Anwendung der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Es sei bemerkt, dass im Rahmen dieses Textes die automatisch betriebene Drehmaschine für eine beliebige spanende Maschine steht, die zur automatischen Durchführung spanender Bearbeitung geeignet ist, wie beispielsweise eine NC-Drehmaschine. Wie in 1 gezeigt weist die automatisch betriebe ne Drehmaschine ein Drehmaschinenbett 10, einen Spindelstock 12, der fest Drehmaschinenbett 10 montiert ist, sowie zwei Revolverkopf-Werkzeughalterungen 14 auf, die beweglich am Drehmaschinenbett 10 montiert sind.
Eine Rotationsspindel 16, ein Spindelmotor (nicht gezeigt) als Antrieb der Rotationsspindel 16 und weiteres sind im Spindelstock 12 aufgenommen und ein Futter 18 ist am distalen Ende der Rotationsspindel 16 zum sicheren Einspannen eines Werkstücks W befestigt. Die Rotationsspindel 16 wird von einem Spindelmotor zur Rotation angetrieben, wobei das Werkstück W um eine Achse 16a rotiert. Bei der dargestellten automatischen Drehmaschine ist die Achse 16a der Rotationsspindel 16 parallel zu einer Z-Achse des dreiachsigen orthogonalen Koordinatensystems auf dem Drehmaschinenbett 10 ausgerichtet.
Die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 ist fest auf einer Werkzeugführung 20 montiert, die auf dem Drehmaschinenbett 10 angeordnet ist. Die Werkzeugführung 20 bewegt sich in Z-Richtung parallel zur Achse 16a der Rotationsspindel 16 und in X-Richtung orthogonal zur Achse 16a mittels eines Z-axialen Zustellmotors und eines X-axialen Zustellmotors, die nicht gezeigt sind. Auf diese Weise bearbeitet die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 das Werkstück W spanend in die gewünschte Form, während sie sich zusammen mit der Werkzeugführung 20 in Z-Richtung und in X-Richtung bewegt.
2A zeigt einen Schnitt durch eine Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 als einer Ausführungsform der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 umfasst einen Hauptschaft 22, der fest auf der Werkzeugführung 20 getragen ist, und einen Revolverkopf 24, der vom Hauptschaft 22 in einer drehbaren und linear bewegbaren Art gehalten ist. Die Werkzeugführung 20 und der Hauptschaft 22 bilden die Basis der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und der Revolverkopf 24 stellt eine Rotationseinheit der Indexiervorrichtung dar.
Der Revolverkopf 24 umfasst einen zylindrischen Basisabschnitt 24a mit geringerem Durchmesser und einen Kopfabschnitt 24b mit größerem Durchmesser, der sich radial einteilig von einem vorderen axialen Ende des Basisabschnitts 24a erstreckt (das linke Ende in der Zeichnung). Im äußeren Umfangsbereich des Kopfabschnitts 24b des Revolverkopfs 24 sind eine Mehrzahl von Werkzeugmontageabschnitten 26 an jeder vorbestimmten indexierbaren Winkelposition bezogen auf die Rotationsachse O des Revolverkopfs 24 angeordnet. Ein spanendes Werkzeug 30 (siehe 2B), welches an einem Werkzeughalter 28 angebracht ist, oder ein rotierendes Werkzeug 34, wie beispielsweise ein Bohrer, das an einem anderen Werkzeughalter 32 angebracht ist, können an den Werkzeugmontageabschnitten 26 mittels der Werkzeughalter 28 und 32 befestigt werden.
Wie in 2b dargestellt, ist der Werkzeughalter 28 des spanendes Werkzeugs 30 an einer gewünschten indexierbaren Winkelposition durch Einführung einer Verlängerung 28a an einer Seite des Werkzeughalters in eine Montagebohrung 26a im gewünschten Werkzeugmontageabschnitt 26 des Revolverkopfs 24 angeordnet und am Werkzeugmontageabschnitt 26 mittels einer Befestigung wie einem Bolzen, der nicht gezeigt ist, fest gesichert.
Auf der anderen Seite ist ein Werkzeughalter 32 für ein rotierendes Werkzeug 34 an einer gewünschten indexierbaren Winkelposition durch Einführen einer Verlängerung 32a an einer Seite des Werkzeughalters in eine Montagebohrung 26a des gewünschten Werkzeugmontageabschnitts 26 des Revolverkopfs 24 angeordnet und am Werkzeugmontageabschnitt 26 mittels einer Befestigung, wie einem Bolzen, der nicht gezeigt ist, fest gesichert.
Darüber hinaus umfasst der Werkzeughalter 32 eine Werkzeugrotationswelle 36, die sich durch die Mitte der Verlängerung 32a drehbar erstreckt und ein Leistungsübertragungsmechanismus (nicht gezeigt), der mit der Werkzeugrotationswelle 36 verbunden und mit einem Werkzeugfutter 38 zum Einspannen des Rotationswerkzeugs 34 am distalen Ende des Leistungsübertragungsmechanismus versehen ist. Am Ende der Werkzeugrotationswelle 36 von der Verlängerung 32a aus gesehen ist ein Werkzeugrotationszahnrad 40 befestigt.
Die Montagebohrung 26a eines jeden Werkzeugmontageabschnitts 26 ist in axialer Richtung durch den Kopfabschnitt 24b größeren Durchmessers des Revolverkopfs 24 hindurch vorgesehen. Daher ist das Werkzeugrotationszahnrad 40, das an der Werkzeugrotationswelle 36 befestigt ist, hinter einer rückseitigen Endfläche (einer rechten Oberfläche in der Zeichnung) des Kopfabschnitts 24b des Revolverkopfs 24 angeordnet, wenn der Werkzeughalter 32 richtig am gewünschten Werkzeugmontageabschnitt 26 montiert ist.
Die Werkzeugmontageabschnitte 26 und Montagestrukturen für verschiedene Werkzeuge am Revolverkopf 24 sind in diesem Zusammenhang nicht auf die oben aufgeführten begrenzt, sondern können jegliche andere Arten von Werkzeugmontageabschnitten und Montagestrukturen für verschiedenartige Werkzeuge umfassen, die allgemein bei Revolverköpfen von Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Das Basisabschnitt 24a geringeren Durchmessers des Revolverkopfs 24 ist in gleitender Art und Weise innerhalb eines zylindrischen Gleitlagers 42 aufgenommen, welches sich in einem hohlen Abschnitt 22a des Hauptschaftes 22 befindet. Dabei ist der Revolverkopf 24 auf dem Hauptschaft 22 montiert, so dass er in eine Indexposition um die Rotationsachse O rotierbar sowie linear entlang der Rotationsachse O bewegbar ist. Bei der abgebildeten Ausführungsform erstreckt sich die Rotationsachse O parallel zur Achse 16a der Spindel 16.
Eine Kugelgewindespindel 44 ist drehbar und koaxial mit dem Revolverkopf 24 relativ zur Rotationsachse O mittels eines Wälzlagers 46 innerhalb des hohlen Abschnitts 22a des Hauptschaftes 22 angeordnet. Am proximalen Ende der Kugelgewindespindel 44 ist ein Leistungsübertragungszahnrad 48 befestigt.
Ein Kupplungsantriebsmotor 50 (im folgenden lediglich als Kupplungsmotor 50 bezeichnet), der als Servermotor vorgesehen ist, ist am Hauptschaft 22 montiert. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Antriebszahnrad, das mit dem Leistungszahnrad 48 wirkverbunden ist, an der Rotationswelle des Kupplungsmotors 50 befestigt. Das Drehmoment des Kupplungsmotors 50 wird mittels des Antriebszahnrads und des Leistungsübertragungszahnrads 48 auf die Kugelgewindespindel 44 übertragen, um die Kugelgewindespindel 44 zu drehen.
Eine Mutter 52 ist auf die Kugelgewindespindel 44 geschraubt und mit dem Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24 verbunden. Wenn sich die Kugelgewindespindel 44 dreht, wird die Mutter 52 demnach linear entlang der Rotationsachse O bewegt, und der Revolverkopf 24 bewegt sich gemeinsam mit der Mutter 52 linear entlang der Rotationsachse O. Auf diese Art und Weise bilden die Kugelgewindespindel 44 und die Mutter 52 einen Schraubzustellmechanismus 54 für die Linearbewegung des Revolverkopfs 24.
Ein ringförmiger Raum befindet sich zwischen einer abschließenden frontseitigen Endfläche 22b des Hauptschafts 22 (ein linkes Ende in der Zeichnung) und einer rückseitigen abschließenden Endfläche des Kopfabschnitts 24b des Revolverkopfs 24, und ein ringförmiges Lagerbefestigungsbauteil 56, ein Lager 58 und ein ringförmiges Zahnrad 60 sind in diesem Raum bezogen auf die Rotationsachse O koaxial mit dem Revolverkopf 24 angeordnet.
Wie in 3 in vergrößerter Art und Weise dargestellt, umfasst das Befestigungsbauteil 56 für das Lager einen zylindrischen Buchsenabschnitt 56a, welcher die Basis 24a des Revolverkopfs 24 berührungsfrei umgibt, und ein Flansch 56b, der sich von dem Buchsenabschnitt 56a einteilig in radialer Richtung erstreckt, und ist anliegend an der frontseitigen Endfläche 22b des Hauptschafts 22 mittels einer Befestigung, wie einem Bolzen, in der Zeichnung nicht gezeigt, gesichert.
Das Lager 58 ist z. B. ein Rillenkugellager, dessen Außenring fest mit der inneren umlaufenden Oberfläche des Buchsenabschnitts 56a des Lagerbefestigungsbauteils 56 verbunden ist.
Das ringförmige Zahnrad 60 ist zwischen dem Lagerbefestigungsbauteil 56 und dem Kopfabschnitt 24b des Revolverkopfs 24 in einer Art und Weise angeordnet, in der es mit diesen nicht in Kontakt ist, und umgibt den Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24 in einer berührfreien Art und Weise. Eine ringförmige Aussparung 60a ist an einer rückseitigen Endfläche (ein rechtes Ende in der Zeichnung) des ringförmigen Zahnrades 60 angeordnet und der Buchsenabschnitt 56a des Lagerbefestigungsbauteils 56 und das Lager 58 sind in die Aussparung 60a eingefügt. Ein Innenring des Lagers 58 ist fest verbunden mit der äußeren umlaufenden Oberfläche der inneren Wand 60b, die die Aussparung 60a an der rückseitigen Endfläche des ringförmigen Zahnrades 60 abschließt.
Das ringförmige Zahnrad 60 ist daher durch das Lager 58 und das Lagerbefestigungsbauteil 56 mit dem Hauptschaft 22 verbunden, damit es rotierbar, aber nicht in axialer Richtung beweglich ist. An der äußeren umlaufenden Oberfläche des ringförmigen Zahnrades 60 sind eine Anzahl von Zähnen 60c ausgebildet, die in Eingriff gebracht werden können mit dem oben beschriebenen Werkzeugrotationszahnrad 40, welches an der Werkzeugrotationswelle 36 des Werkzeughalters 32 für das oben beschriebene rotierende Werkzeug 34 befestigt ist. Darüber hinaus sind an der äußeren umlaufenden Oberfläche des ringförmigen Zahnrades 60 eine Anzahl von Zähnen 60d ausgebildet und Seite an Seite mit den Zähnen 60c in axialer Richtung angeordnet, die mit einem Zahnrad 64 in Eingriff gebracht werden können, um eine Antriebskraft eines im weiteren beschriebenen Indexiermotors 62 zu übertragen.
Der hohle Abschnitt 22a des Hauptschaftes 22 weist eine Ringschulter 22c an der inneren Wandungsoberfläche des Hauptschaftes 22 auf, so dass ein Abschnitt größeren Durchmessers in einer axialen frontseitigen Endregion (an einem linken Ende in der Zeichnung) relativ zur Ringschulter 22c als Begrenzung definiert ist. Ein ringförmiges Kupplungselement 66 als Basis ist an der frontseitigen Oberfläche der Ringschulter 22c des Hauptschaftes 22 befestigt. Der Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24 weist an der äußeren umlaufenden Oberfläche des Basisabschnitts 24a ebenfalls eine Ringschulter 24c auf, so dass ein Abschnitt etwas größeren Durchmessers im Bereich des axialen frontseitigen Endes relativ zur Ringschulter 24c als Begrenzung definiert ist, also in einem Bereich des Kopfabschnitts 24b. Ein umlaufendes Kupplungselement 68 für den Revolverkopf 24 ist an einer rückseitigen Oberfläche der Ringschulter 24c des Basisabschnitts 24a des Revolverkopfs 24 befestigt. Dabei sind das hauptschaftseitige Kupplungselement 66 und das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 in axialer Richtung einander gegenüberliegend angeordnet. In diesem Zusammenhang bilden die Kupplungselemente 66 und 68 Rastelemente der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Kupplungselemente 66, 68, die einen einem Kronenrad ähnlichen Aufbau haben, umfassen eine Anzahl von Zähnen 66a, 68a, die miteinander an einer jeweiligen axialen Endfläche in Eingriff miteinander gebracht werden können und die einander zugewandt sind (siehe 4). Dementsprechend bilden die Kupplungselemente 66, 68 eine Kupplungseinheit 70, deren Elemente ineinander eingerastet und voneinander ausgerückt werden können (nämlich in einem Klemm/Lösevorgang), wodurch der Revolverkopf 24 sich linear in axialer Richtung bewegt. In der Kupplungseinheit 70 bilden die Zähne 66a auf dem hauptschaftseitigen Kupplungselement 66 stationäre Zähne, während die Zähne 68a des revolverkopfseitigen Kupplungselements 68 umlaufende Zähne bilden. Die Kupplungseinheit 70 diesen Typs ist bezüglich ihres Aufbaus ähnlich einer sogenannten CURVIC-Kupplung oder geschweiften Kupplung.
Wie schematisch in den 5A und 5B dargestellt, weisen die Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66 bzw. 68 einander gegenüberliegende geneigte Flanken 66b und 68b auf und sind mit zum jeweils anderen identischer Zahnteilung zueinander aufgebaut. Wenn der Revolverkopf 24 sich linear in axialer Richtung entlang der Rotationsachse O bewegt, bewegt sich das revolverkopfseitige Kupplungselement 68, das mit dem Revolverkopf 24 verbunden ist, ebenfalls in die vom Pfeil A angezeigte Richtung, wobei die Zähne 66a des hauptschaftseitigen Kupplungselements 66 in Eingriff gebracht werden mit oder gelöst werden von den gegenüberliegenden Zähnen 68a des revolverkopfseitigen Kupplungselements 68.
Darüber hinaus ist an einer frontseitig axial abschließenden Endfläche des revolverkopfseitigen Kupplungselements 68 oder einer den Zähnen 68a gegenüberliegenden Seite ein Kupplungsstück 72 mit einer Anzahl von Zähnen, ähnlich einem Kronenrad, einteilig angeformt (siehe 3). Auf der anderen Seite ist das oben beschriebene ringförmige Zahnrad 60 an einem rückseitigen Ende der inneren Wandung 60b mit einem Kupplungsstück 74 versehen, welches ebenfalls eine Anzahl von Zähnen aufweist, ähnlich einem Kronenrad (siehe 3). Das Kupplungsstück 72 am revolverkopfseitigen Kupplungselement 68 und das Kupplungsstück 74 am ringförmigen Zahnrad 60 liegen sich in axialer Richtung gegenüber, so dass sie eine Kupplungseinheit 76 bilden, bei der die Kupplungsstücke 72, 74 ineinander eingerastet und voneinander ausgerückt werden können, wenn der Revolverkopf 24 sich linear in axialer Richtung bewegt.
Die Zähne der Kupplungsstücke 72, 74 weisen sich gegenüberliegende geneigte Flanken 66b und 68 auf und sind mit zum jeweils anderen identischer Zahnteilung in gleicher Art und Weise wie die Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 ausgebildet. Durch die Bewegung des revolverkopfseitigen Kupplungselements 68, entsprechend der axialen linearen Bewegung des Revolverkopfs 24 entlang der Rotationsachse O, werden die Zähne der sich gegenüberliegenden Kupplungsstücke 72, 74 ineinander eingerastet oder voneinander ausgerückt.
Wie oben beschrieben sind die Kupplungseinheit 70 und die Kupplungseinheit 76 in einer Art und Weise ausgebildet, dass dann, wenn eine von ihnen im eingerasteten Zustand ist, die andere im ausgerückten Zustand ist. Mit anderen Worten ist in dem Zustand, der in den 2A und 3 dargestellt ist, das hauptschaftseitige Kupplungselement 66 in das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 in der Kupplungseinheit 70 eingerastet, während die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 voneinander losgelöst sind. Im anderen Fall sind in dem Zustand, der in 4 dargestellt ist, die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 voneinander gelöst, während die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 ineinander eingerastet sind.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14, die in 2A dargestellt ist, und stellt die Einrastposition bzw. die vollständig arretierte Position dar, bei der die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 ineinander eingerastet sind, um die Rotation des Revolverkopfs 24 um die Rotationsachse O zu verhindern. Im vollständig arretierten Zustand ist ein gewünschtes Werkzeug, welches am Revolverkopf 24 montiert ist, an einer Arbeitsposition positioniert, an der das Werkzeug das Werkstück W (2A) bearbeiten kann, und der Revolverkopf 24 wird in diesem Zustand durch den Ein griff der Kupplungselemente 66, 68 fest und sicher gehalten. Der vollständig arretierte Zustand, d. h. der Zustand des Eingriffs der Kupplungselemente 66, 68, wird von der geringen Ausgangsleistung des Kupplungsmotors 50 aufrecht erhalten.
In diesem Zusammenhang ist der vorstehend beschriebene Indexiermotor 62, bei dem es sich abweichend vom Kupplungsmotor 50 um einen Servomotor handelt, am Hauptschaft 22 montiert. Eine Rotationswelle des Indexiermotors 62 ist über ein Getriebe 77 mit der Welle 78 wirkverbunden, die sich durch den Hauptschaft 22 und das Lagerbefestigungsbauteil 56 erstreckt, und das oben beschriebene Zahnrad 64 ist an einem frontseitigen Ende der Welle 78 befestigt. Dadurch wird, wie bereits beschrieben, eine Antriebskraft des Indexiermotors 62 auf das ringförmige Zahnrad 60 über das Getriebe 77, die Welle 78 und das Zahnrad 64 übertragen, so dass das ringförmige Zahnrad 60 angetrieben wird, um zu rotieren.
In der vollständig arretierten Position, die in 3 dargestellt ist, sind die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 vollständig voneinander gelöst, so dass die Antriebskraft des Indexiermotors 62 nicht vom ringförmigen Zahnrad 60 auf den Revolverkopf 24 übertragen wird. Das ringförmige Zahnrad 60 ist aber, wie zuvor beschrieben, in Eingriff gebracht mit dem Werkzeugrotationszahnrad 40, welches an der Werkzeugrotationswelle 36 des Werkzeughalters 32 befestigt ist, wenn der Werkzeughalter 32 für das rotierende Werkzeug 34 am Werkzeugmontageabschnitt 26 des Revolverkopfs 24 montiert ist. Dementsprechend dreht der Indexiermotor 62 die Werkzeugrotationswelle 36 mittels des ringförmigen Zahnrades 60 mit hoher Geschwindigkeit und treibt somit in der vollständig arretierten Position der 3 das Rotationswerkzeug 34 an, wenn das Rotationswerkzeug 34 zur Bearbeitung des Werkstücks W ausgewählt wurde.
Ausgehend vom in 3 dargestellten Zustand findet die relative Bewegung zwischen dem Hauptschaft 22 und dem Revolverkopf 24 entlang der Rotationsachse O statt, wenn die Kugelgewindespindel 44 vom Kupplungsmotor 50 angetrieben in Rotation versetzt wird, um die Mutter 52 und den Revolverkopf 24 linear vorwärts (nach links in der Zeichnung) entlang der Rotationsachse O zu bewegen, so dass die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 voneinander ausgerückt werden. Unmittelbar nachdem die Kupplungseinheit 70 vollständig voneinander ausgerückt ist, kommen die Kupplungsteile 72, 74 der Kupplungseinheit 76 miteinander in Eingriff.
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14, die in 2A dargestellt ist, und zeigt sie in einer vollständig gelösten Position, bei der die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 vollständig miteinander im Eingriff sind. In der vollständig gelösten Position ist die Kupplungseinheit 70 im vollständig ausgerückten Zustand, während die Antriebskraft des Indexiermotors 62 vom ringförmigen Zahnrad 60 zum Revolverkopf 24 über die Kupplungseinheit 76 übertragen wird. Dadurch wird der Revolverkopf 24 vom Indexiermotor 62 im vollständig gelösten Zustand, der in 4 dargestellt ist, zum Rotieren gebracht.
Wie zuvor beschrieben schließt die Kupplungseinheit 76 in der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 den Eingriffsvorgang ab, unmittelbar nachdem die Kupplungseinheit 70 vollständig ausgerückt wurde (oder löst sich vollständig), und unmittelbar nachdem die Kupplungseinheit 76 vollständig ausgerückt wurde, schließt die Kupplungseinheit 70 den Eingriffsvorgang ab (oder wird vollständig arretiert).
Nochmals bezugnehmend auf die 5A und 5B ist es selbstverständlich, dass dann, wenn die Kupplungselemente 66, 68 in Eingriff miteinander gebracht werden, die Kupplungselemente 66, 68 wegen einer unvermeidlichen Lücke zwischen den geneigten Flanken 66b, 68b sich ge genüberliegender Zähne 66a, 68a eine Positionsverschiebung in Rotationsrichtung verursachen können, bis sie die vollständig arretierte Position erreichen, in der die geneigten Flanken 66b, 68b der sich gegenüberliegenden Zähne 66a, 68 engen Kontakt miteinander haben, wie in 5b dargestellt. Eine solche Positionsverschiebung kann während der Zeit auftreten, wenn die Kupplungselemente 66, 68 voneinander von der vollständig arretierten Position gelöst sind und die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 die vollständig gelöste Position, die in 4 gezeigt ist, erreichen, bei der die geneigten Flanken der sich gegenüberliegenden Zähne in engem Kontakt miteinander sind.
Eine Positionsverschiebung der Kupplungselemente 66, 68 in Rotationsrichtung tritt auf, wenn beispielsweise eine Unwucht im Revolverkopf 24 bezogen auf die Rotationsachse O aufgrund einer unausgeglichenen Anordnung der Werkzeuge in den Werkzeugmontageabschnitten 26 des Revolverkopfs 24 existiert. Wenn eine Positionsverschiebung jedes Mal auftritt, wenn die Kupplungseinheit 70 in Eingriff eingerastet oder ausgerückt wird, kann die Gefahr von Verschleiß oder Bruch der Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 aufgrund von relativem Gleiten oder Kollision zwischen diesen bestehen. Da die Kupplungselemente 66, 68 Elemente sind, die eine hohe Positioniergenauigkeitsfunktion zur Ausführung einer präzisen Indexrotation aufweisen müssen, sollte die oben beschriebene Positionsverschiebung in Rotationsrichtung soweit als möglich verhindert werden.
Zu diesem Zweck sind Drehsperrmittel bei der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 vorgesehen, um die freie Rotation des Revolverkopfs 24 um die Rotationsachse O zu verhindern, bis die Kupplungseinheit 70 und die Kupplungseinheit 76 die vollständig arretierte Position und die vollständig gelöste Position erreicht haben.
Wie in den 2A bis 4 gezeigt, sind die Drehsperrmittel an einer äußeren umlaufenden Kantenregion des Kopfabschnitts 24b des Revolver kopfs 24 mit einer Feder/Stößeleinheit 80 vorgesehen, die unabhängig von den Werkzeugmontageabschnitten 26 an einer gewünschten Position angeordnet ist. Wie in 6 vergrößert dargestellt, umfasst die Feder/Stößeleinheit 80 eine Buchse 82, die mit einer Aufnahmebohrung 81 verbunden ist, welche im Kopfabschnitt 24b des Revolverkopfs in axialer Richtung unabhängig von den Montagelöchern 26a der Werkzeugmontageabschnitte 26 ausgebildet ist, einen beweglichen Vorsprung oder Stößel 84, der innerhalb der Buchse 82 axial verschiebbar gehalten ist, sowie Vorspannmittel oder eine Schraubenfeder 86 zum Vorspannen des Stößels 84 in einer solchen Richtung, so dass das distale Ende 84a des Stößels 84 aus einem offenen Ende 82a der Buchse 82 herausragt.
Das offene Ende 82a der Buchse 82 ist so angeordnet, dass es gegenüber einer rückseitigen abschließenden Oberfläche des Kopfabschnitts 24b des Revolverkopfs 24 vorragt. An der inneren umlaufenden Oberfläche der Buchse 82 ist eine radial nach innen weisende Rippe 82b an einer Position in axialer Richtung in vorbestimmter Entfernung von dem offenen Ende 82a entfernt vorgesehen. Das andere axiale Ende der Buchse 82 ist von einem Deckel 82c verschlossen, und die Schraubenfeder 86 ist im Freiraum zwischen der Rippe 82b und dem Deckel 82c angeordnet.
Der Stößel 84 umfasst einen zylindrischen Rumpf 84b, ein distales Ende 84a, welches sich vom Rumpf 84b in axialer Richtung erstreckt und eine konvex nach außen gerichtete axiale Endfläche aufweist, und ein proximales Ende 84c, welches sich radial vom Rumpf 84b erstreckt, um einen Flansch zu bilden. Das proximale Ende 84c des Stößels 84 ist zwischen der Rippe 82b der Buchse 82 und dem Deckel 82c angeordnet und nimmt die Vorspannkraft von der Schraubenfeder 86 auf.
Der Stößel 84 ist in axialer Richtung in einer Art und Weise beweglich, dass der Rumpf 84b nicht von der Rippe 82b der Buchse 82 behindert wird, ist jedoch begrenzt in seiner axialen Bewegung durch das Ansto ßen des proximalen Endes 84c an die Rippe 82b in einer vorbestimmten axialen Richtung. Um dem Stößel 84 in axialer Richtung exakt zu führen, ist ein Gleitlagerbauteil 88 für die Gleitunterstützung des Rumpfes 84b des Stößels 84 zwischen der Endöffnung 82a und der Rippe 82b der Buchse 82 vorgesehen.
Andererseits ist das Lagerbefestigungsbauteil 56, welches an der frontseitigen Endfläche 22b des Hauptschafts 22 befestigt ist, an einer frontseitig axial abschließenden Oberfläche mit Vertiefungen 90 versehen, die zur Aufnahme des distalen Endes 84a des Stößels 84 der Feder/Stößeleinheit 80 geeignet sind. Die Vertiefungen 90 bilden einen Eingriffsabschnitt, der eine Komponente der Drehsperrmittel darstellt, und sind an der axial frontseitigen Endfläche des Lagerbefestigungsbauteils 56 an allen indexierten Winkelpositionen übereinstimmend mit den Indexierwinkeln des Revolverkopfs 84 vorgesehen. Dementsprechend ist das distale Ende 84a des Stößels 84 axial mit der gewünschten Vertiefung 90 ausgerichtet, wenn der Revolverkopf 24 an seiner gewünschten Rotationsindexposition ist.
Der Betrieb der Drehsperrmittel mit dem zuvor beschriebenen Aufbau werden im folgenden erläutert. Beginnend mit der vollständig arretierten Position, die in den 3 und 5B dargestellt ist, ist der Revolverkopf 24 in der gewünschten Rotationsindexposition und das distale Ende 84a des Stößels 84 der Stößeleinheit 80 ist sicher aufgenommen in der gewünschten Vertiefung 90 des Lagerbefestigungsbauteils 56. Zu dieser Zeit ist das distale Ende 84c des Stößels 84 in eine von der Rippe 82b der Buchse 82 um eine vorbestimmte Entfernung entfernte Position gegen die vorspannende Kraft der Schraubenfeder 86 gedrückt.
Wenn der Revolverkopf 24 sich von der vollständig arretierten Position entlang der Rotationsachse O zu bewegen beginnt, beginnen die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 voneinander auszurücken, wobei eine Lücke zwischen den geneigten Flanken der sich gegen überliegenden Zähne 66a, 68a entsteht. In diesem Moment ist das distale Ende 84a des Stößels 84 im Zustand gehalten, in dem es sicher in der Vertiefung 90 fixiert ist, da der Stößel 84 der Feder/Stößeleinheit 80 sich in axialer Richtung entlang der Buchse 82 aufgrund der Vorspannkraft der Schraubenfeder 86 bewegt, bis das proximate Ende 84c an die Rippe 82b der Buchse 82 anstößt. Dadurch wird die freie Rotation des Revolverkopfs 24 unterdrückt und die Positionsverschiebung der Kupplungselemente 66, 68 in Rotationsrichtung sowie die Positionsverschiebung der Kupplungsteile 72, 74 in der Kupplungseinheit 76 in Rotationsrichtung werden verhindert.
Auf diese Art und Weise ist das distale Ende 84a des Stößels 84 weiterhin in der Vertiefung 90 aufgenommen, während der Zeit, wenn das proximale Ende 84c sich von der gedrückten Position in der vollständig arretierte Position, die in 3 dargestellt ist, zu einer Position, an der es an der Rippe 82b der Buchse 82 anliegt, bewegt. Während dieser Phase bewegt sich der Revolverkopf 24 in axialer Richtung von der vollständig arretierten Position aus 3 zu einem Zustand unmittelbar vor der vollständig gelösten Position in 4, d. h. einem Zustand, unmittelbar bevor die geneigten Flanken der sich gegenüberliegenden Zähne der Kupplungstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 in engem Kontakt miteinander sind. Dadurch ist das freie Rotieren des Revolverkopfs 84 verhindert, bis die Kupplungseinheit 70 einen im Wesentlichen vollständig ausgerückten Zustand erreicht hat, wodurch eine Positionsverschiebung der Kupplungselemente 66, 68 und der Kupplungsstücke 72, 74 in Rotationsrichtung verhindert ist.
Wenn sich der Revolverkopf 84 weiter in axialer Richtung bewegt, so bewegt sich auch der Stößel 84 zusammen mit der Buchse 82 korrespondierend zur Bewegung des Revolverkopfs 24 und das distale Ende 84a des Stößels 84 wird aus der Vertiefung 90 freigegeben. Wenn das distale Ende 84a des Stößels 84 soweit bewegt ist, dass es geringfügig beabstandet ist vom axialen frontseitig abschließenden Ende des Lagerbefestigungsbauteils 56, werden die sich gegenüberliegenden Zähne der Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 miteinander in engen Kontakt an den jeweiligen geneigten Flanken gebracht, so dass der Revolverkopf 24 die vollständig gelöste Position erreicht, die in 4 und 5A gezeigt ist.
Dadurch ist die freie Rotation des Revolverkopfs 24 durch die Drehsperrmittel während der Zeit, in der der Revolverkopf 24 von der vollständig arretierten Position zur im Wesentlichen vollständig gelösten Position bewegt wird, verhindert, wobei die Positionsverschiebung der Kupplungselemente 66, 68 und der Kupplungsstücke 72, 74 in Rotationsrichtung verhindert werden kann. Als ein Ergebnis wird der Verschleiß oder das Versagen der Kupplungselemente 66, 68 und der Kupplungsstücke 72, 74 wirksam vermieden.
Die Wirkung der Drehsperrmittel wird ebenfalls in im Wesentlichen gleicher Art und Weise während der Zeit erreicht, in der der Revolverkopf 24 sich von der vollständig gelösten Position zur vollständig arretierten Position bewegt. In diesem Fall gibt es jedoch die Möglichkeit, dass der Revolverkopf 24 sich während einer kurzen Zeit zwischen dem Beginn des Ausrückens der Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 und dem Abschluss des Einführens des distalen Endes 84a des Stößels 84 in die Vertiefung 90 geringfügig frei um einen Winkel entsprechend der Lücke zwischen den gegenüberliegenden Zähnen der Kupplungsstücke 72, 74 dreht. Die leichte Positionsverschiebung in Rotationsrichtung kann in diesem Fall korrigiert werden, wenn das distale Ende 84a des Stößels 84 in die Vertiefung 90 eingeführt wird, und dadurch können die Kupplungselemente 66, 68 exakt ineinander eingreifen.
Wie aus vorstehender Beschreibung offensichtlich wird, kann es selbst bei der Verwendung der Drehsperrmittel zu einem Zustand kommen, bei dem der Revolverkopf 24 während der axialen Bewegung des Revolverkopfs 24 für eine kurze Zeit und Entfernung ausgehend vom Zustand, bei dem das distale Ende 84a des Stößels 84 der Feder/Stößeleinheit 80 beginnt, sich von der Vertiefung 90 zu lösen, bis zur vollständig gelösten Position in geringem Maße frei rotieren kann. Eine solche freie Rotation, die für eine sehr kurze Zeit auftritt, könnte soweit als möglich verringert werden, beispielsweise durch die Reibungskraft, die von einem Abdichtungsbauteil 92 hervorgerufen wird, welches vorgesehen ist, um das Eintreten von Staub zwischen dem Kopfabschnitt 24b des Revolverkopfs 24 und dem Lagerbefestigungsbauteil 56, welches am Hauptschaft 22 befestigt ist, zu verhindern.
Die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14, die den vorher beschriebenen Aufbau aufweist, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedenartig abgewandelt und verändert werden. Beispielsweise kann statt des Stößels 84 der Feder/Stößeleinheit 80 eine starre Kugel verwendet werden, welche durch eine Schraubenfeder 86 vorgespannt ist. Auch kann statt der Schraubenfeder 86 eine andere Feder, wie beispielsweise eine Tellerfeder, verwendet werden.
Der Zustellmechanismus 54, der durch die Kugelgewindespindel 44 und die Mutter 52 gebildet ist, kann gegenüber der oben beschriebenen Anordnung auch umgekehrt angeordnet werden, d. h., dass die Mutter 52 auf der Antriebsseite angeordnet ist und die Kugelgewindespindel 44 auf der angetriebenen Seite vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Kugelgewindespindel 44 am Revolverkopf 24 befestigt und die Mutter 52, die rotierbar, aber in axialer Richtung nicht beweglich ausgebildet ist, ist mit dem Kupplungsmotor 50 verbunden. Wenn die Mutter 52 rotiert, bewegt sich die Kugelgewindespindel 44 linear und der Revolverkopf 52 bewegt sich gemeinsam mit der Kugelgewindespindel 44 entlang der Rotationsachse O.
In den Fällen, in denen ein Aufbau geringer Reibung oder hoher Zustellgenauigkeiten für den Zustellmechanismus 54 nicht benötigt wird, kann eine gewöhnliche Spindel statt der Kugelgewindespindel 44 verwendet werden. Um in diesem Fall zu verhindern, dass die angetriebene Seite des Revolverkopfs 25 unter dem Einfluss des Drehmoments des Kupplungsmotors 50 rotiert, sind die zuvor beschriebenen Drehsperrmittel vorgesehen.
Darüber hinaus kann anstelle der sogenannten geschweiften Kupplung, die oben beschrieben ist, eine sogenannte Hirth-Kupplung als Kupplungseinheit 70 eingesetzt werden. Auch kann eine allgemein bekannte Kupplungsstruktur verwendet werden, die drei Rastelemente aufweist. Darüber hinaus kann statt der Kupplungselemente 66, 68 eine Reibungskupplung (oder eine Bremse), die genug Bremskraft aufweist, oder eine bolzenartige Positionierungsstruktur verwendet werden.
7A zeigt eine Schnittansicht einer Modifikation der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 aus 2A. In diesem Zusammenhang werden dieselben Bezugszeichen für die Beschreibung derselben oder ähnlicher Komponenten verwendet wie bei der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14, die in den 2A bis 6 dargestellt ist, und eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten entfällt.
Die Revolverkopf-Werkzeughalterung, die in 7A gezeigt ist, unterscheidet sich von der oben beschriebenen Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 darin, dass der Revolverkopf 24 in axialer Richtung relativ zum Hauptschaft 22 unbeweglich ist und nur eine Indexrotation um die Rotationsachse O ausführt. Um diesen Aufbau zu realisieren, erstreckt sich eine Mutter 52 eines Zustellmechanismus 54 in axialer Richtung weiter vorwärts (nach links in der Zeichnung) durch den Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24, so dass ein frontseitiger Endbereich der Mutter 52 in einer Position angeordnet ist, die ihr ermöglicht, das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 der Kupplungseinheit 70 radial zu überdecken.
In dem frontseitigen Endbereich der Mutter 52 sind mehrere (zwei in der Zeichnung) Antriebsbolzen 94 befestigt, die sich radial nach außen erstrecken. Wie in der 7B gezeigt, verläuft der Antriebsbolzen 94 radial nach außen durch eine verlängerte Bohrung 96, die in dem Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24 vorgesehen ist, und ist fest verbunden mit dem revolverkopfseitigen Kupplungselement 68.
Das Kupplungselement 68 ist mit dem Basisabschnitt 24a des Revolverkopfs 24 mittels Rippen 98 verbunden, die an dessen innerer umlaufender Oberfläche ausgebildet sind, um in axialer Richtung verschiebbar aber nicht rotierbar zu sein. An der frontseitigen Endfläche des Kupplungselements 68 ist ein Kupplungsstück 72 in der gleichen Art und Weise ausgebildet wie bei der vorangegangenen Ausführungsform.
Bei der Revolverkopf-Werkzeughalterung des oben beschriebenen Typs bewegt sich die Mutter, die auf die Kugelgewindespindel 44 aufgeschraubt ist, entlang der Rotationsachse O, wenn die Kugelgewindespindel 44 infolge der Rotationsantriebskraft des Kupplungsmotors 50 rotiert (siehe 2a). Da die Linearbewegung der Mutter 52 über den Antriebsbolzen 94 auf das Kupplungselement 68 übertragen wird, bewegt sich das Kupplungselement 68 linear und zusammen mit der Mutter 52, jedoch unabhängig von dem Revolverkopf 24, entlang der Rotationsachse O.
Beim in 7A dargestellten Zustand ist die Kupplungseinheit 70 in einem vollständig eingerasteten Zustand, und der Revolverkopf 24 ist in der vollständig arretierten Position. Ausgehend von diesem Zustand wird das Kupplungselement 68 vom hauptschaftseitigen Kupplungselement 66 gelöst, wenn das Kupplungselement 68 vom Kupplungsmotor 50 angetrieben wird, um sich linear nach links in 7A zu bewegen, und das Kupplungsstück 72, das an der frontseitigen Oberfläche des Kupplungselements 68 ausgebildet ist, gelangt in Eingriff mit dem Kupp lungsstück 74, das an der rückseitigen Endfläche des ringförmigen Zahnrades 60 ausgebildet ist.
Nachdem der Revolverkopf 24 auf diese Art und Weise in einer vollständig gelösten Position positioniert worden ist, wird das Drehmoment zum Revolverkopf 24 über die Kupplungsstücke 72, 74, das Kupplungselement 68 und die Rippen 98 übertragen, wenn das ringförmige Zahnrad 60 von der Rotationsantriebskraft des Indexiermotors 62 rotiert wird, so dass der Revolverkopf 24 durch Rotieren indexiert werden kann.
Wenn das Kupplungselement 68 vom Kupplungsmotor 50 so angetrieben wird, dass es sich von der vollständig gelösten Position linear nach in der 7a rechts bewegt, wird außerdem das Kupplungsstück 72 vom Kupplungsstück 74 gelöst und das Kupplungselement 68 kommt in Eingriff mit dem hauptschaftseitigen Kupplungselement 66. Dadurch wird der Revolverkopf 24 fest am Hauptschaft 22 an einer vorher bestimmten Indexposition gesichert.
Da sich der Revolverkopf 24 in axialer Richtung während der Klemm- und Löseoperation beim rotierenden Indexiervorgang des Revolverkopfs 24 nicht bewegen kann, besteht dementsprechend bei dieser Anordnung keine Gefahr einer gegenseitigen Behinderung, selbst wenn andere Objekte wie ein Werkstück oder die Spindel 16 in der Umgebung der Peripherie des Revolverkopfs 24 und des Werkzeugs vorhanden sind. Da der Revolverkopf 24 in axialer Richtung relativ zum Hauptschaft 22 nicht beweglich ist, sind darüber hinaus eine Veränderung des Volumens des Hohlraums, der zwischen dem Hauptschaft 22 und dem Revolverkopf 24 angeordnet ist, und eine Veränderung des Luftstroms im Hohlraum ausgeschlossen, wodurch die Gefahr des Eintritts von Staub in den Hohlraum vermindert ist.
Selbst bei der Revolverkopf-Werkzeughalterung mit oben genannter Struktur, sind die oben beschriebenen Drehsperrmittel wirksam.
In diesem Fall bleibt die Feder/Stößeleinheit 80 ungeachtet der Klemm/Löseoperation der Kupplungseinheit 70 in einem Zustand, bei dem das distale Ende 84a des Stößels 84 in der gewünschten Vertiefung 90 im Lagerbefestigungsbauteil 56 aufgenommen wird. Dadurch wird das freie Rotieren des Revolverkopfs 24 zwischen der Klemm- und der Löseoperation verhindert, so dass die Positionsverschiebung der Kupplungselemente 66, 68 und der Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 in Rotationsrichtung verhindert wird.
Wenn der Revolverkopf 24 zum Zweck des Indexierens rotiert, wird das distale Ende 84a des Stößels 84 zwingend von der Vertiefung 90 durch die Rotationskraft gelöst, und der Stößel 84 wird in die Buchse 82 entgegen der Kraft der Schraubenfeder 86 gedrückt. Und der Revolverkopf 24 rotiert, wobei das distale Ende 84a des Stößels 84 auf der frontseitig abschließenden Oberfläche des Lagerbefestigungsbauteils 56 gleitet. Wenn der Revolverkopf 24 die gewählte Indexposition erreicht, wird das distale Ende 84a des Stößels 84 von der Kraft der Schraubenfeder 86 automatisch in die korrespondierende Vertiefung gedrückt, um das freie Rotieren des Revolverkopfs 24 zwischen den Klemm- und Löseoperationen zu verhindern.
8 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems für den Spindelstock 12, die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und die Werkzeugführung 20 einer automatischen Drehmaschine, die mit der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Wie in 8 gezeigt, weist das Steuersystem für den Spindelstock 12, die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und die Werkzeugführung 20 eine Zentraleinheit (CPU) 100, ROM/RAM-Speicher 102, einen Datenspeicherbereich 104, einen Eingabebereich 106, einen Anzeigebereich 108, ein Spindelantrieb-Steuergerät 110, ein Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112, ein Kupplungsantrieb-Steuergerät 114, ein Indexierungsantrieb-Steuergerät 116, ein Werkzeugpositionierungs sensor 118, einen Kupplungssensor 120, einen Kupplungssensor 122, einen Indexierungssensor 124, einen Kupplungsmotorrotationswinkelsensor 126 oder anderes auf.
Steuerprogramme für den Antrieb des Spindelstocks 12, der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und der Werkzeugführung 20 wurden zuvor im ROM/RAM-Speicher 102 gespeichert. Die Zentraleinheit 100 steuert den Arbeitsablauf der jeweiligen Komponenten des Spindelstocks 12, der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und der Werkzeugführung 20 anhand der Steuerprogramme. Der Eingabebereich 106 umfasst eine Tastatur oder anderes, und mittels des Eingabebereichs 106 werden Daten (Auswahl der Werkzeuge, Formen und Maße eines zu bearbeitenden Objekts, Rotationsgeschwindigkeiten der Spindel oder Zustellgeschwindigkeiten des Werkzeugs etc.), die notwendig sind für die Steuerung des Arbeitsablaufs der jeweiligen Komponenten des Spindelstocks 12, der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und der Werkzeugführung 20, eingegeben. Diese Daten können in einer interaktiven Art und Weise, beispielsweise durch Schreiben numerischer Werte in eine Zeichnung, die im Anzeigebereich 108 angezeigt wird, eingegeben werden. In diesem Fall bildet das oben beschriebene Steuersystem ein NC-Steuersystem.
Verschiedene Daten, die notwendig sind für die Steuerung des Antriebs des Spindelstocks 12, der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 und der Werkzeugführung 20 inklusive der Daten, die über den Eingabebereich 106 eingegeben werden, werden im Datenspeicherbereich 104 gespeichert.
Die Zentraleinheit 100 gibt vordefinierte Kommandos auf Grundlage des Steuerprogramms im ROM/RAM-Speicher 102 und den Werkzeugauswahldaten (d. h., die Indexrotation des Revolverkopfs) oder der Bearbeitungsdaten, die im Datenspeicherbereich 104 gespeichert sind, ab.
Das Spindelantrieb-Steuergerät 110 steuert einen Spindelmotor 128 auf Grundlage eines Kommandos von der Zentraleinheit 100 dahingehend, das Werkstück W, welches in die Rotationsspindel 16 im Spindelstock 16 eingespannt ist, um die Achse 12a (1) zu rotieren. Das Werkstück W wird in die gewünschte Form vom spanenden Werkzeug 30 bearbeitet, welches an der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 befestigt ist und, sofern notwendig, vom Rotationswerkzeug 34, welches vom Indexiermotor 62 angetrieben wird, durch die Bewegung der Werkzeugführung 20, auf der die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 fest montiert ist, in Richtung der Z-Achse und der X-Achse auf dem Drehbankbett 10.
Das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 steuert einen Z-Achsen-Zustellungsmotor 128 und einen X-Achsen-Zustellungsmotor 130 auf Grundlage eines Kommandos von der Zentraleinheit 100 dahingehend, dass die Werkzeugführung 20 auf dem Drehmaschinenbett 10 in Z-Achsenrichtung und in X-Achsenrichtung bewegt wird.
Das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 steuert den Kupplungsmotor 50 auf Grundlage eines Kommandos von der Zentraleinheit 100 dahingehend, dass die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 ineinander einrasten oder voneinander ausrücken, um den Revolverkopf 24 an einer gewünschten Indexposition des Hauptschafts 22 zu positionieren und zu sichern, sowie dahingehend, dass die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 ineinander einrasten und voneinander ausrücken, um den Revolverkopf 24 wirksam mit dem Indexiermotor 62 zu koppeln.
Das Indexierungsantrieb-Steuergerät 116 steuert den Indexiermotor 62 auf Grundlage eines Kommandos von der Zentraleinheit 100 dahingehend, dass der Revolverkopf 24 zum Zweck der Indexierung rotiert wird oder das Rotationswerkzeug 34 rotiert wird.
In diesem Zusammenhang wird das Rotationswerkzeug 34 angetrieben um zu rotieren, wenn das Werkstück W bearbeitet wird, während in der Zeit zwischen den Bearbeitungsvorgängen des Werkstücks W durch verschiedene Werkzeuge der Revolverkopf 24 angetrieben wird, um eine Indexrotation durchzuführen, wenn das Werkzeug ausgewählt werden soll.
Der Werkzeugpositionssensor 118 erkennt, ob die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 an einer Position positioniert ist, die eine Werkzeugauswahl gestattet, wenn der Revolverkopf 24 zum Zweck der Indexierung rotieren soll (d. h. eine vorbestimmte Rückzugsposition der Werkzeugführung 20, an der der Revolverkopf 24 eine Indexrotation durchführen kann, ohne mit dem Werkstück W oder dem Spindelstock 12 zu kollidieren; eine solche Position wird auch Werkzeuggrundposition genannt). Vorzugsweise wird die Position der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 anhand der Koordinaten der augenblicklichen Position der Werkzeugführung 20 erfasst.
Der Kupplungssensor 120 überwacht den Einrast- oder Ausrückvorgang der Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70, um das Abschließen des Eingriffs zwischen den Kupplungselementen 66, 68 zu erkennen. Insbesondere der Anstieg des Drehmoments des Kupplungsmotors 50, der durch den Abschluss des Eingreifens zwischen den Kupplungselementen 66, 68 verursacht wird, wird erkannt, wobei das Kupplungsabschlusssignal an die Zentraleinheit 100 ausgegeben wird.
Der Kupplungssensor 122 überwacht den Einrast- oder Ausrückvorgang der Kupplungsstücke 72, 74 in der Kupplungseinheit 76, um den Abschluss des Eingriffs zwischen den Kupplungsstücken 72, 74 zu erkennen. Speziell der Anstieg des Drehmoments des Kupplungsmotors 50, das durch den Abschluss des Eingreifens zwischen den Kupplungselementen 66, 68 verursacht wird, wird erkannt, wobei ein Kupplungsabschlusssignal an die Zentraleinheit 100 abgegeben wird.
Der Indexierungssensor 124 überwacht den Rotationswinkel der Indexrotation des Revolverkopfs 24 und gibt ein Indexierungsabschlusssignal an die Zentraleinheit 100, wenn die Indexrotation eines angezeigten Winkels abgeschlossen wurde.
Während der Zeit, in der die Kupplungseinheit 70 in der Klemm-Abschluss-Position ist, überwacht der Kupplungsmotorrotationswinkelsensor 126 die Rotation der Abtriebswelle des Kupplungsmotors 50. Dadurch kann eine Positionsverschiebung, die gewaltsam zwischen den Kupplungselementen 66, 68 hervorgerufen wird, erfasst werden, wenn der Revolverkopf 24 einer Kraft in Rotationsrichtung unterworfen ist aufgrund des Schneidwiderstandes, der während der Bearbeitung des Werkstücks auf das Werkzeug ausgeübt wird.
Da, wie oben beschrieben, der Werkzeugpositionssensor 118, der Kupplungssensor 120, der Kupplungssensor 122, der Indexierungssensor 124 und der Kupplungsmotorrotationswinkelsensor 126 im Kontrollsystem, gezeigt in 8, zur Ausgabe eines Signals aufgrund der Erkennung einer Veränderung einer Rotationsposition oder eines Drehmoments eines Servomotors geeignet sind, ist kein allgemein bekannter Positionserkennungssensor vorgesehen, der vom Aufbau unabhängig ist. Natürlich kann ein solcher Positionserkennungssensor angewendet werden und in diesem Fall können die anderen Sensoren, außer dem Indexierungssensor 124 und dem Kupplungsmotorrotationswinkelsensor 126, weggelassen werden. Es sei bemerkt, dass dann, wenn die Betriebssicherheit der automatischen Drehmaschine berücksichtigt wird, alle oben beschriebenen Sensoren vorzugsweise vorgesehen werden.
In diesem Zusammenhang wird bezugnehmend auf die 9a und 9b das Verhältnis zwischen den Kräften, die auf die geneigten Flanken 66b, 68b der Zähne 66a, 68a des Paares von Kupplungselementen 66, 68 wirken, erläutert. Wenn der Revolverkopf 24 beispielsweise aufgrund eines Schneidwiderstandes, der auf das Werkzeug während der Bearbeitung des Werkstücks wirkt, in Rotationsrichtung belastet wird, so wirkt eine Kraft F in Rotationsrichtung der Kupplungselemente 66, 68, wie in 9A und 9B gezeigt, auf die geneigten Flanken 66b, 68b der Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68, die sich, wie in 5B dargestellt, im Eingriff befinden.
Außerdem wirken zusätzlich zu der Umfangskraft F eine Druckkraft P in Richtung entlang der Rotationsachse O, die über den Zustellmechanismus 54 vom Kupplungsmotor 50 herrührt, und eine Reibungskraft W, die zwischen den geneigten Flanken 66b, 68b erzeugt wird, zwischen den geneigten Flanken 66b, 68b der im Eingriff befindlichen Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68.
Wenn die Kraft F in Rotationsrichtung gering ist, so dass die Summe der Reibungskraft W und der Komponente F_a in paralleler Richtung zu den geneigten Flanken 66b, 68b geringer ist als die Komponente P_a der Druckkraft P in Richtung parallel zu den geneigten Flanken 66b, 68b, so tendieren die Zähne 68a des revolverkopfseitigen Kupplungselements 68, wie in 9A gezeigt, dazu, mit größerer Kraft in den Freiraum zwischen den Zähnen 66a des hauptschaftseitigen Kupplungselements 66 entlang der geneigten Flanken 66b, 68b aufgrund der Komponente P_a der Druckkraft P einzudringen. Als Konsequenz wird ein Eingriff zwischen den Kupplungselementen 66, 68 fest aufrechterhalten.
Wenn im Gegensatz dazu, wie in 9B gezeigt, die Kraft F in Rotationsrichtung groß ist, so dass eine Komponente F_a der Kraft F in paralleler Richtung zu den geneigten Flanken 66b, 68b größer ist als die Summe der Reibungskraft W und der Komponente P_a der Druckkraft P in paralleler Richtung zu den geneigten Flanken 66b, 68b, so tendieren die Zähne 66a, 68a dazu, entlang der geneigten Flanken der Zähne 66b, 68b aufgrund der Komponente F_a der Kraft F zu gleiten, wodurch das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 während der Rota tion vom hauptschaftseitigen Kupplungselement 66 in axialer Richtung abgehoben wird. Als Konsequenz wird der Revolverkopf 24 vom Hauptschaft 22 in axialer Richtung abgehoben und der Kupplungsmotor 50 rotiert über den Zustellmechanismus 54 in umgekehrter Richtung.
Folglich ist es möglich, eine Positionsverschiebung zwischen den Kupplungselementen 66, 68 der Kupplungseinheit 70 durch Erkennen einer Rotationswinkelabweichung θ der Abtriebswelle, verursacht durch die umgekehrte Rotation des Kupplungsmotors 50 über den Zustellmechanismus 54, mittels der Benutzung des Rotationswinkelsensors 126 zu erkennen.
Dies heißt, dass die Mutter 52 sich linear in Richtung der Rotationsachse O zusammen mit dem Revolverkopf 24 bewegt, so dass die Kugelgewindespindel 44, auf die die Mutter 52 aufgedreht ist, rotiert, wenn das Kupplungselement 68, das fest mit dem Revolverkopf 54 verbunden ist, einer großen Umfangskraft unterliegt, so dass ein Gleiten zwischen den geneigten Flanken 66b, 68b der Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 verursacht wird. Diese Rotation wird zum Kupplungsmotor 50 über das Leistungsübertragungszahnrad 48 weitergeleitet, so dass eine Rotationswinkelabweichung θ der Abtriebswelle des Kupplungsmotors 50 verursacht wird. Die Rotationswinkelabweichung θ wird von dem Rotationswinkelsensor 126 erfasst.
In diesem Zusammenhang beträgt der Druckwinkel auf die geneigten Flanken 66b, 68b der Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 bevorzugt in etwa 20°. Dennoch ist er darauf nicht eingeschränkt, sondern kann angepasst werden unter Berücksichtigung der benötigten Funktion für die Kupplungselemente 66, 68 entsprechend der Anwendung der Indexiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn der Druckwinkel beispielsweise 20° übersteigt, erhöht sich die Kompo nente F_a der Kraft F, gezeigt in 9B, wodurch die Positionsverschiebung zwischen den Kupplungselementen 66, 68 auftritt.
10 ist ein Blockdiagramm, das einen detaillierteren Aufbau der Zentraleinheit 100 in dem Steuersystem aus 8 darstellt. Eine Methode zur Erkennung und Korrektur der oben beschriebenen Positionsverschiebung wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Wie in 10 gezeigt, umfasst die Zentraleinheit 100 einen zentralen Steuerbereich 134 zum Senden von Befehlen an die jeweiligen Komponenten des Steuersystems wie oben beschrieben, einen Komparatorbereich 136, einen Kraftsteuerbereich 138 und einen Druckkraftsteuerbereich 140, die im folgenden beschrieben sind.
Ein angemessener Wert und ein Toleranzlimit bezüglich der Positionsverschiebung, die sich zwischen dem Paar Kupplungselemente 66, 68 bildet, konkreter einen angemessenen Wert θ₀ und ein Toleranzlimit θ_max der Rotationswinkelabweichung θ, wenn die Positionsverschiebung in eine Rotationswinkelabweichung θ des Kupplungsmotors 50 umgewandelt wird, kann im voraus im Datenspeicherbereich 104 gespeichert werden, der in 8 dargestellt ist.
Der Komparatorbereich 136 in der Zentraleinheit 100 hat eine Funktion zum Vergleichen des angemessenen Werts θ₀ und des Toleranzlimits θ_max mit der Rotationswinkelabweichung θ (oder dem Wert der Positionsabweichung), die vom Rotationswinkelsensor 126 erfasst wird. Der Kraftkontrollbereich 138 ermittelt die Differenz zwischen der Rotationswinkelabweichung θ und dem angemessenen Wert θ₀ auf Grundlage des Ergebnisses vom Komparatorbereich 136 und gibt einen Steuerbefehl an den Druckkraftsteuerbereich 140 über den Zentralsteuerbereich 134 ab, um die vom Kupplungsmotor 50 auf das Paar Kupplungselemente 66, 68 wirkende Druckkraft gemäß der Differenz zu erhöhen oder zu verringern. Wenn die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max übersteigt, gibt der Kraftsteuerbereich 138 alternativ ein Signal „Überhöhte Last" auf Basis des Vergleichsergebnisses des Komparatorbereichs 136 an den zentralen Steuerbereich 134 ab, worauf der zentrale Steuerbereich 134 ein Befehl zum Verringern der Kraft an das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 abgibt.
Das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 verringert die Zustellgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs 30, von dem die Kraft herrührt, oder reduziert die Schnitttiefe beim Werkstück W auf Basis des Kraftverringerungs-Befehls, um den Schneidwiderstand zu verringern und um die Kraft, die auf den Revolverkopf 24 in Rotationsrichtung wirkt, zu verringern. Wenn jedoch das Toleranzlimit θ_max an einem Grenzwert gewählt ist, über dem eine gefährliche Zone liegt, ist es bevorzugt, dass das Schneidwerkzeug 30 unmittelbar vom Werkstück abgenommen wird, um die Kraft auf den Revolverkopf 24 in Rotationsrichtung zu entfernen.
Der Druckkraftsteuerbereich 140 gibt einen Befehl über den zentralen Steuerbereich 134 und das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 an den Kupplungsmotor 50 zum Erhöhen oder Verringern des Abtriebdrehmoments des Kupplungsmotors 50 in Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl zum Erhöhen oder Verringern der Druckkraft vom Kraftsteuerbereich 138. Alternativ kann der Druckkraftsteuerbereich 140 auf Basis der Veränderung des Rotationswinkels der Abtriebswelle des Kupplungsmotors 50, die kontinuierlich vom Rotationswinkelsensor 126 erfasst wird, für eine verstrichene Zeit eine Veränderungsgeschwindigkeit dθ der Positionsverschiebung, die sich zwischen den Kupplungselementen 66, 68 (d. h. der Rotationswinkelabweichung θ des Kupplungsmotors 50) gebildet hat, berechnen, kann auf Grundlage der Veränderungsgeschwindigkeit dθ, die derartig ermittelt wurde, ermitteln, ob die Positionsverschiebung zu einem Ansteigen oder einem Sinken tendiert und kann entspre chend der jeweiligen Tendenz einen Steuerbefehl an den Kupplungsmotor 50 über den Zentralsteuerbereich 134 und das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 senden.
Bezüglich eines Antriebsstroms I für den Kupplungsmotor 50 ist es bevorzugt, dass der maximal erlaubte Wert I_max (der maximale Abtrieb des Kupplungsmotors 50) und der minimal erlaubte Wert I_min (der minimale Abtrieb des Kupplungsmotors 50) im Voraus im Datenspeicherbereich 104 gespeichert sind und dass der Kupplungsmotor 50 innerhalb eines Toleranzbereichs zwischen I_max und I_min gesteuert wird.
11 zeigt ein Flussdiagramm für den Steuervorgang zur Durchführung der Indexrotation und der Positionierung/Fixierung des Revolverkopfs 24 sowie der Rotation des Rotationswerkzeugs 34 mittels des Steuersystems, das in 8 beschrieben ist, mit Verweis auf die oben aufgeführte Ausführungsform. In diesem Zusammenhang wird der Steuervorgang im Wesentlichen mittels Befehlen von der Zentraleinheit 100 durchgeführt. Daher wird der Steuervorgang im folgenden mit Bezugnahme auf die Befehle der Zentraleinheit 100 erklärt.
In der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 ist der Indexierungsmotor 62 eine Antriebsquelle zum Antrieb der Indexrotation des Revolverkopfs 24 und der Hochgeschwindigkeitsrotation des Rotationswerkzeugs 34. Da die Rotationsgeschwindigkeit und die Rotationsrichtung des Indexierungsmotors 62 abhängig davon variiert, ob der Revolverkopf 24 angetrieben werden soll oder das Rotationswerkzeug 34 angetrieben werden soll, wird die Steuerung des Indexierungsmotors 62 in zwei Betriebsarten klassifiziert, von denen die eine eine Betriebsart zur Rotationsindexierung des Revolverkopfs 24 (dieser heißt T/I-Betriebsart) ist und von denen die andere eine Betriebsart zur Rotation des Rotationswerkzeugs 34 mit hoher Geschwindigkeit ist (dieser heißt T/S-Betriebsart), und sind Steuerprogramme bezüglich der jeweiligen Betriebsarten sind im ROM/RAM-Speicher 102 gespeichert.
Wenn die Indexrotation des Revolverkopfs 24 zum Auswählen eines neuen Werkzeugs durchgeführt wird, nachdem der Schneidvorgang mit einem bestimmten Werkzeug abgeschlossen wurde, wird das Kontrollprogramm für den Indexiermotor 62 nach Bestätigung des Abschlusses des Schneidvorgangs (S1) zuerst in die T/I-Betriebsart geschaltet.
Anschließend wird anhand eines Erfassungssignals vom Werkzeugpositionserfassungssensor 118 ermittelt, ob die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 an der Werkzeuggrundposition positioniert ist, an der ein benötigtes Werkzeug mittels Indexierrotation der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 auswählbar ist (S2). Wenn es nicht in der Werkzeuggrundposition positioniert ist, wird ein Befehlssignal an das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 abgegeben (S3), damit die Werkzeugführung 4 die auf ihr getragene Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 zur Werkzeuggrundposition bewegt.
Nach der Bestätigung, dass die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 an der Werkzeuggrundposition positioniert ist, wird ein Betriebssignal an das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 abgegeben, damit der Kupplungsmotor 50 in normaler Richtung rotiert (S4). In diesem Zusammenhang wird die Rotationsrichtung des Kupplungsmotors 50, bei der sich die Mutter 52 des Zustellmechanismus 54 vorwärts in axialer Richtung (nach links in 2) bewegt, als „normale Richtung" bezeichnet.
Eine Rotationsantriebskraft des Kupplungsmotors 50 in normaler Richtung wird über das Leistungsübertragungszahnrad 48 an die Kugelgewindespindel 44 des Zustellmechanismus 54 übertragen, um die Kugelgewindespindel 44 normal zu rotieren. Während die Kugelgewindespindel 44 normal rotiert, bewegt sich die Mutter 52 linear vorwärts entlang der Rotationsachse O (nach links in 2).
Gleichzeitig bewegt sich auch der Revolverkopf 24, der mit der Mutter 52 verbunden ist, zusammen mit der Mutter 52 relativ zum Hauptschaft 22 linear vorwärts in axialer Richtung. Infolgedessen wird das Paar Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70, die zwischen dem Hauptschaft 22 und dem Revolverkopf 24 vorgesehen ist, voneinander ausgerückt, während das Paar Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 ineinander einrasten, so dass der Revolverkopf 24 mittels Rotation indexiert werden kann.
Während die normale Rotation des Kupplungsmotors 50 andauert, kommen die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76, die an der Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 vorgesehen sind, vollständig in Eingriff miteinander, und der Revolverkopf 24 ist in der vollständig gelösten Position, die in 4 gezeigt ist. Wenn der Eingriff der Kupplungsstücke 72, 74 auf diese Art und Weise vollständig abgeschlossen ist, steigt die Kraft, die auf den Kupplungsmotor 50 wirkt, plötzlich an, wobei ein Kupplungsabschlusssignal vom Kupplungssensor 122 abgegeben wird (S5).
Entsprechend der relativen Bewegung zwischen dem Revolverkopf 24 und dem Hauptschaft 22 entlang der Rotationsachse O bildet sich unvermeidbar eine Lücke zwischen den Zähnen 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 ebenso wie zwischen den Zähnen der Kupplungsstücke 72, 74, während der Dauer vom Beginn des gegenseitigen Ausrückens zwischen den Kupplungselementen 66, 68 bis zum Abschluss des ineinander Einrastens zwischen den Kupplungsstücken 72, 74. Entsprechend der vorliegenden Erfindung dreht sich der Revolverkopf 24 aufgrund der zuvor beschriebenen Drehsperrmittel nicht, kann sich jedoch linear nach links in 2 entlang der Rotationsachse O bewegen, um die vollständig gelösten Position zu erreichen, ohne Gleiten oder Kollision zwischen den geneigten Flanken der Zähne der Kupplungsstücke 72, 74 zu verursachen.
Die Zentraleinheit 100 ist mit einer Zeitnehmerfunktion ausgestattet, die die Zeit von der Ausgabe des Betriebsbefehls an das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 messen kann (S56). Wenn auch nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit kein Kupplungsabschlusssignal eingetroffen ist, wird die Fehlfunktion des Systems festgestellt, wodurch der Betrieb des Kupplungsmotors 50 und des Z-Achsenzustellmotors 128 unterbrochen werden und ein Alarm angezeigt wird (S7).
Im anderen Fall, wenn das Kupplungsabschlusssignal innerhalb der vorher bestimmten Zeit eintrifft, wird der Rotationsantrieb durch den Kupplungsmotor 50 unterbrochen und die Linearbewegung des Revolverkopfs 24 ist abgeschlossen. Anschließend wird an das Indexierungsantrieb-Steuergerät 116 ein Betriebsbefehl zum Rotieren der Abtriebswelle des Indexiermotors 62 in eine Rotationsrichtung (S8) sowie um einen Winkel gesandt, welche anhand des Positionsverhältnisses zwischen dem Werkzeugmontageabschnitt 26 des Revolverkopfs 24 für ein Werkzeug in der Arbeitsposition und einem anderen Werkzeugmontageabschnitt 26 für ein anschließend ausgewähltes Werkzeug festgelegt sind. Eine Rotationsantriebskraft des Indexiermotors 62 wird über das Getriebe 77, das ringförmige Zahnrad 60 und die Kupplungsstücke 72, 74 der Kupplungseinheit 76 an den Revolverkopf 24 übertragen. Aufgrund der Rotationsantriebskraft wird der Revolverkopf 24 rotationsindexiert, um das ausgewählte nächste Werkzeug zur Bearbeitungsposition zu verlagern.
Wenn der Revolverkopf 24 durch die Rotationsantriebskraft des Indexiermotors 62 rotationsindexiert wird, wird die Mutter 52 des Zustellmechanismus 54, die an dem Revolverkopf 24 befestigt ist, gleichzeitig rotiert. Wenn dann eine relative Bewegung zwischen der Mutter 52 und der Kugelgewindespindel 44 auftritt, wird die Kugelgewindespindel 44 linear entlang der Rotationsachse O bewegt. Da aber die Kugelgewindespindel 44 durch das Wälzlager 46 davon abgehalten wird, sich entlang der Rotationsachse O zu bewegen, wird die Mutter 52 sich zusam men mit dem Revolverkopf 24 entlang der Rotationsachse O linear bewegen.
Im Falle, in dem der Revolverkopf 24 sich entsprechend der Indexierrotation aufgrund der oben erläuterten Struktur des Zustellmechanismusses 54 in 4 nach rechts bewegt, kann außerdem das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 während der Rotation mit dem hauptschaftseitigen Kupplungselement 66 interferieren, wodurch der Indexiermotor 62 nicht mehr rotieren kann. Im entgegengesetzten Fall, in dem der Revolverkopf 24 sich entsprechend der Indexierrotation in 4 nach links bewegt, wird das Kupplungsstück 72 der Kupplungseinheit 76, das sich bereits vollständig im Eingriff befindet, weiter mit großer Kraft gegen das Kupplungsstück 74 gedrückt, was ebenfalls eine Rotation des Indexiermotors 62 verhindert.
Entsprechend diesem Steuerablauf wird die Abtriebswelle des Kupplungsmotors 50 zum Zweck der Rotationsindexierung des Revolverkopfes 24 zur Rotation in eine vorbestimmte Richtung und mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit synchron mit dem Abtriebsmoment des Indexiermotors 62 veranlasst, um keine relative Rotation zwischen der Kugelgewindespindel 44 und der Mutter 52 des Zustellmechanismusses 54 während der Indexierrotation des Revolverkopfs 24 zu erzeugen.
Das Verhältnis zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Indexiermotors 62 und des Kupplungsmotors 50 und die Rotationsrichtung werden auf Grundlage des Zahnradverhältnisses im Getriebe, welches den Indexiermotor mit dem ringförmigen Zahnrad 60 (d. h. dem Revolverkopf 24) verbindet, und deren Rotationsrichtung sowie auf Grundlage des Zahnradverhältnisses des Getriebes welches den Kupplungsmotor 50 mit der Kugelgewindespindel 40 verbindet, und deren Rotationsrichtung, ermittelt. Entsprechend ist es bevorzugt, dass ein solches Steuerprogramm vorher im ROM/RAM-Speicher 102 gespeichert ist.
Wenn die Indexierrotation des Revolverkopfs 24 abgeschlossen ist, erfasst der Indexierungssensor 124 die Rotationsposition des Indexiermotors 62 und sendet ein Indexierabschlusssignal (S9).
Die Zentraleinheit 100 misst die Zeit von der Abgabe des Betriebsbefehls an das Indexierungsantrieb-Steuergerät 116 (S10). Wenn kein Indexierabschlusssignal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit eingegangen ist, wird dann eine Fehlfunktion des Systems festgestellt, wodurch der Betrieb des Indexiermotors 62 unterbrochen wird und ein Alarm angezeigt wird (S7).
Wenn andererseits das Indexabschlusssignal innerhalb der vorbestimmten Zeit eingeht, wird der Rotationsantrieb des Indexiermotors 62 unterbrochen und ein Betriebsbefehl wird an das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 abgegeben, den Kupplungsmotor 50 in umgekehrter Richtung zu rotieren (S11).
Eine entgegengesetzte Rotationsantriebskraft vom Kupplungsmotor 50 wird über das Leistungsübertragungszahnrad 48 an die Kugelgewindespindel 44 des Zustellmechanismus 54 übertragen, um die Kugelgewindespindel 44 entgegengesetzt zu rotieren. Wenn die Kugelgewindespindel 44 entgegengesetzt rotiert, bewegen sich die Mutter 52 und der Revolverkopf 24 relativ zum Hauptschaft 22 rückwärts in axialer Richtung (nach rechts in 2). Infolgedessen wird das Paar Kupplungsteile 72, 74 der Kupplungseinheit 76 voneinander ausgerückt und das Paar Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 ineinander eingerastet.
Wenn die entgegengesetzte Rotation des Kupplungsmotors 50 weiter anhält, werden die Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 vollständig in Eingriff miteinander gebracht und der Revolverkopf 24 wird an der vollständig arretierten Position, wie in 3 gezeigt, positioniert.
Dadurch ist der Revolverkopf 24 fest positioniert an der gewünschten Indexposition des Hauptschafts 22. Wenn die Kupplungselemente 66, 68 vollständig in Eingriff miteinander gebracht wurden, steigt die Kraft auf dem Kupplungsmotor 50 plötzlich an und ein Kupplungsabschlusssignal wird vom Kupplungssensor 120 gesendet (S11).
Unweigerlich bildet sich eine Lücke aufgrund der relativen Verschiebung zwischen dem Revolverkopf 24 und dem Hauptschaft 22 entlang der Rotationsachse O zwischen den Zähnen der Kupplungsstücke 72, 74 und zwischen den Zähnen 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 während des Zeitraums vom Beginn des Ausrückens der Kupplungsstücke 72, 74 voneinander, bis zum Abschluss des Eingriffs der Kupplungselemente 66, 68. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Revolverkopf 24 linear in der Zeichnung nach rechts entlang der Rotationsachse O mit im Wesentlichen keiner Rotation bewegt und kann die vollständig arretierte Position ohne Gleiten oder Kollision zwischen den geneigten Flanken 66b, 68b der Zähne 66a, 68a in den Kupplungselementen 66, 68 erreichen.
Die Zentraleinheit 100 misst die Zeit von der Abgabe des Betriebsbefehls zur entgegengesetzten Rotation an das Kupplungsantrieb-Steuergerät 114 (S13). Wenn kein Kupplungsabschlusssignal nach Verstreichen einer vorher bestimmten Zeit eingegangen ist, wird eine Fehlfunktion erkannt, worauf ein Alarm angezeigt wird (S7).
Wenn andererseits das Kupplungsabschlusssignal innerhalb der vorbestimmten Zeit eingeht, so wird der Rotationsantrieb des Kupplungsmotors 50 unterbrochen und die Linearbewegung des Revolverkopfs 24 ist abgeschlossen. Auf diese Art und Weise ist die Auswahl des nächsten Werkzeugs abgeschlossen.
Anschließend wird die Steuerbetriebsart für den Indexierungsmotor zu der Betriebsart zum Rotieren des Rotationswerkzeugs 34 umgestellt (T/S-Betriebsart) (S14) und das Abtriebsdrehmoment des Kupplungsmotors 50 wird verringert (S15).
In dieser Zeit agiert das Abtriebsdrehmoment des Kupplungsmotors 50 als Druckkraft zwischen den Kupplungselementen 66, 68 der Kupplungseinheit 70 mittels des Zustellmechanismusses 54, um den gegenseitigen Eingriff zwischen den Kupplungselementen 66, 68 aufrechtzuerhalten. Dementsprechend ist es möglich, das Abtriebsdrehmoment des Kupplungsmotors 50 auf einen Level zu reduzieren (oder ein Beibehaltungsdrehmoment), der ausreichend ist zur Aufrechterhaltung des Eingriffs zwischen den Kupplungselementen 66, 68.
In obiger Ausführungsform ist es möglich, das Aufrechterhaltungsdrehmoment ausreichend zu reduzieren, da die Kupplungseinheit 70 aus einer sogenannten geschweiften Kupplung besteht und der Revolverkopf 24 mittels des Zustellmechanismusses linear beweglich ist.
Durch den oben beschriebenen Steuerablauf wird eine Serie von Schritten zur Werkzeugindexierung abgeschlossen, und der spanende Bearbeitungsvorgang kann anschließend durchgeführt werden.
Als nächstes wird bezugnehmend auf 12 ein Steuerablauf für die Revolverkopf-Werkzeughalterung (oder Indexiervorrichtung) 14 erläutert. 12 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerablauf für die Revolverkopf-Werkzeughalterung 14 darstellt.
Ein Antriebsbefehl wird von der Zentraleinheit 100, die in 8 gezeigt ist, an das Spindelantrieb-Steuergerät 110 abgegeben, um den Spindelmotor (nicht gezeigt), der in den Spindelstock 12 eingebaut ist, zu rotieren, und ein Antriebsbefehl wird an das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 abgegeben, um den Z-Achsen-Zustellungsmotor 130 und den X-Achsen-Zustellungsmotor 132 zu betätigen, wobei die Werkzeugführung 20 angetrieben wird, um mit der spanenden Bearbeitung des Werkstücks W mittels des Schneidwerkzeugs 30 zu beginnen. (S20).
Wenn der Schneidvorgang mit dem Schneidwerkzeug 30, das in Kontakt mit dem in 2A gezeigten Werkstück W gebracht wird, durchgeführt wird, wirkt eine Kraft in eine Werkstückrotationsrichtung auf das Schneidwerkzeug 30 und den Revolverkopf 24, der dieses hält, entsprechend einer Mehrzahl von Schneidbedingungen wie einer Schnitttiefe in das Werkstück W oder einer Zustellrate des Schneidwerkzeugs 30. Diese Kraft in Rotationsrichtung wird an das Kupplungselement 68, welches am Revolverkopf 24 befestigt ist, weitergeleitet und wirkt als in Umfangsrichtung aufgebrachte Kraft F zwischen den Kupplungselementen 66, 68, die sich miteinander im Eingriff befinden (siehe 5B).
Aufgrund dieser Umfangskraft F wird das revolverkopfseitige Kupplungselement 68 vom hauptschaftseitigen Kupplungselement 66 abgehoben, während deren Zähne 66a, 68a entlang der geneigten Flanken 66b, 68b gleiten. Infolgedessen kommt es zu der Positionsverschiebung zwischen den Kupplungselementen 66, 68 in Rotationsrichtung, und dadurch kommt es zur relativen Bewegung zwischen dem Hauptschaft 22 und dem Revolverkopf 24 in axialer Richtung. Daraufhin wird die folgende Steuerung durchgeführt.
Dies bedeutet, dass der Kupplungsmotor 50 über den Zustellmechanismus 54 und das Leistungsübertragungszahnrad 48 rotiert wird, wenn der Revolverkopf 24 sich entlang der Rotationsachse O gegenüber dem Hauptschaft 22 bewegt. Diese Rotationswinkelabweichung 8 wird von dem Rotationswinkelsensor 126, der in 8 dargestellt ist, erfasst (S21), und ein Erfassungssignal wird zur Zentraleinheit 100 gesendet.
Als nächstes vergleicht der Komparatorbereich 136 in der Zentraleinheit 100 (siehe 10) die Rotationswinkelabweichung θ, die vom Rotationswinkelsensor 126 erfasst wurde, mit dem Toleranzlimit θ_max, das zuvor im Datenspeicherbereich 104 gespeichert wurde (S22), und der Kraftkontrollbereich 130 ermittelt basierend auf dem Vergleichsresultat, ob oder ob nicht die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max übersteigt (S23).
Wenn die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max übersteigt, wird vom Druckkraftsteuerbereich 140 ein Befehl an das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 über den zentralen Steuerbereich 134 zum Verringern der Zustellgeschwindigkeit der Werkzeugführung 20 oder Reduzierung der Schnitttiefe in das Werkstück W gesendet. Dadurch wird die Schnittweite des Schneidwerkzeugs 30, die die Quelle der Kraft ist, reduziert, um die Kraft auf den Revolverkopf 24 zu verringern (S24).
Wenn andererseits die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max nicht übersteigt, berechnet der Druckkraftkontrollbereich in der Zentraleinheit 100 eine Änderungsgeschwindigkeit dθ für eine verstrichene Zeit aus der Rotationswinkelabweichung θ auf Basis des Erfassungssignals, das vom Rotationswinkelsensor 126 erfasst wurde (S25), und es wird auf Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit dθ ermittelt, ob die Rotationswinkelabweichung θ, d. h. die lineare Verlagerung des Revolverkopfs 24, zum Ansteigen oder Absinken neigt.
Wenn die Änderungsgeschwindigkeit dθ beispielsweise 0 ist (S26), so ist die Druckkraft, die auf das Paar der Kupplungselemente 66, 68 der Kupplungseinheit 70 in gegenseitig sich nähernder Richtung wirkt, im Gleichgewicht mit dem auf den Revolverkopf 24 wirkenden Drehmoment aufgrund des Schneidwiderstandes, der auf das Schneidwerkzeug 30 vom Werkstück W während der Schneidoperation wirkt, da es keine Veränderung der Rotationswinkelabweichung θ in einer verstrichenen Zeit gibt. Unter dieser Bedingung kann die automatisch arbeitende Drehmaschine die Schneidoperation wie angeordnet durchführen. Daher geht das Programm weiter zu Schritt S32, und der Steuerablauf, der in 12 gezeigt ist, geht weiter, bis die Schneidoperation abgeschlossen ist.
Wenn die Änderungsgeschwindigkeit dθ andererseits größer 0 ist (S27), wird ermittelt, dass die Rotationswinkelabweichung θ steigt, wobei der Antriebsstrom I für den Kupplungsmotor 50 auf einen geeigneten Wert angehoben wird, der nicht das erlaubte Maximum I_max (S28) übersteigt, um das Drehmoment des Kupplungsmotors 50 in entgegengesetzter Richtung (d. h. in der Richtung für die gegenseitige Annäherung der Kupplungselemente 66, 68) zu erhöhen (S29). Dadurch wird die zwischen den Kupplungselementen 66, 68 wirkende Druckkraft erhöht, und die ansteigende Tendenz der Positionsverschiebung ist beseitigt. Anschließend schreitet das Programm zum Schritt S32 weiter, und der Steuerablauf geht weiter, bis die Schneidoperation abgeschlossen ist.
Wenn die Rotationswinkelabweichung θ eine ansteigende Tendenz aufweist, sofern der Antriebsstrom I des Kupplungsmotors 50 den erlaubten maximalen Wert I_max übersteigt, (S28), so wird ein Befehl vom Druckkraftsteuerungsbereich 140 über den zentralen Steuerbereich 134 an das Werkzeugführungsantrieb-Steuergerät 112 zum Senken der Zustellgeschwindigkeit der Werkzeugführung 20 oder zur Reduzierung der Schnitttiefe in das Werkstück W gesendet, so dass die Schnittweite durch das Schneidwerkzeug 30, die eine Quelle der Kraft ist, reduziert wird, um die Kraft, die auf den Revolverkopf 24 wirkt, zu reduzieren (S24). Anschließend geht das Programm weiter zum Schritt S32, und der Steuerungsablauf geht weiter, bis die Schneidoperation abgeschlossen ist.
Wenn die Änderungsgeschwindigkeit dθ kleiner 0 ist (S27), wird ermittelt, dass die Rotationswinkelabweichung θ sich verringert, wobei der Antriebsstrom I des Kupplungsmotors 50 auf einen angemessenen Wert verringert wird, der nicht geringer als das erlaubte Minimum I_min ist (S30), um das Drehmoment des Kupplungsmotors 50 in entgegengesetzter Richtung (d. h. in der Richtung für das gegenseitige Annähern der Kupplungselemente 66, 68) zu verringern (S31). Dadurch wird die zwischen den Kupplungselementen 66, 68 wirkende überhöhte Druckkraft reduziert, und die abnehmende Tendenz der Positionsverschiebung ist beseitigt. Anschließend geht das Programm weiter zum Schritt S32, und der Steuerungsablauf geht weiter bis die Schneidoperation abgeschlossen ist.
Wenn die Rotationswinkelabweichung θ eine abnehmende Tendenz aufweist, sofern der Antriebsstrom I des Kupplungsmotors 50 geringer wird als das erlaubte Minimum I_min (S30), so schreitet bei der Steuerung das Programm weiter zu Schritt S32, ohne den Antriebsstrom I für den Kupplungsmotor 50 anzupassen, und der Steuerablauf geht weiter, bis die Schneidoperation abgeschlossen ist.
In diesem Zusammenhang kann auch ein Aktuator, wie beispielsweise ein Hydraulikzylinder oder ein Pneumatikzylinder alternativ als Antriebsmittel verwendet werden, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Zustellmechanismus 54 und der Kupplungsmotor 50 zum Bilden der Antriebsmittel für die Bewegung der Kupplungselemente 66, 68 als Rastelemente der Indexiervorrichtung zwischen der eingerastetem Position und der ausgerückten Position verwendet werden, d. h. als Mittel zum Aufbringen einer Druckkraft auf die Kupplungselemente 66, 68 in gegenüberliegend sich nähernder Richtung, wie beim oben angeführten Steuerablauf beschrieben.
Obwohl es beim obigen Steuerablauf beabsichtigt ist, die auf den Revolverkopf 24 wirkende Kraft durch Verringerung der Schnittweite oder des Schneidwiderstandes vom Schneidwerkzeug 30 in dem Falle, in dem die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max übersteigt oder in dem der Antriebsstrom I für den Kupplungsmotor 50 den erlaubten ma ximalen Wert I_max übersteigt, zu reduzieren, ist es ebenfalls möglich, unmittelbar das Schneidwerkzeug vom Werkstück zu trennen, um den Revolverkopf 24 von der Kraft zu befreien, sofern eine Gefahr der Beschädigung der Einrichtung vorliegt.
Darüber hinaus ist beim obigen Steuerablauf möglich, obwohl es beabsichtigt ist, die Kraft auf den Revolverkopf 24 zu reduzieren, wenn die Rotationswinkelabweichung θ das Toleranzlimit θ_max übersteigt, die auf den Revolverkopf 24 wirkende Kraft zu reduzieren, sofern die Rotationswinkelabweichung θ den geeigneten Wert θ₀ übersteigt.
Entsprechend dem obigen Steuerablauf ist die Druckkraft, die auf die Kupplungselemente 66, 68 aufgebracht werden soll, die Rastelemente der Indexiervorrichtung sind, genau gesteuert in Übereinstimmung mit der Kraft, die auf den Revolverkopf 24 wirkt, wobei es möglich ist, den Verschleiß der Zähne 66a, 68a der Kupplungselemente 66, 68 zu verringern sowie die Hitzeentwicklung der Antriebsquelle zum Aufbringen der Druckkraft auf die Kupplungselemente 66, 68 zu unterdrücken.
Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Revolverkopf-Werkzeughalterung, wie beschrieben, in der obigen Ausführungsform angewendet wird, variieren die Schneidkraft und die Kraft auf den Revolverkopf 24 mit dem Bearbeitungsvorgang. Selbst in einem solchen Fall ist es möglich, die Druckkraft, die auf die Kupplungselemente 66, 68 wirkt, in einem angemessenen Rahmen zu halten.
Darüber hinaus ist es im Falle einer Revolverkopf-Werkzeughalterung für die Positionsverschiebung, die zwischen den Kupplungselementen 66, 68 erzeugt wird, durch Reduzieren der Schnittweite durch das Schneidwerkzeug 30 oder durch Reduzierung der Zustellgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs 30 möglich, das Toleranzlimit nicht zu übersteigen, ohne dass der Schneidvorgang unterbrochen werden muss, wodurch die Arbeitseffizienz erhöht werden kann.
Im allgemeinen ist es in diesem Fall bevorzugt, die Zustellgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs 30 zu reduzieren, weil es nicht notwendig ist, den Bewegungspfad des Schneidwerkzeugs, der vom Bearbeitungsprogramm vorgesehen ist, zu verändern, und daher das Steuerprogramm einfach wird. In diesem Zusammenhang kann in bevorzugter Weise die Schnittweite des Schneidwerkzeugs 30 reduziert werden, in dem Fall, in dem beispielsweise ein Gewindeschneidprozess oder ein Mehrzahl von Bearbeitungsvorgängen gleichzeitig ausgeführt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für eine Indexiervorrichtung verwendet werden, beispielsweise für eine Revolverkopf-Werkzeughalterung, die für Werkzeugmaschinen verwendet wird, und durch sie ist es möglich, sicher eine Positionsverschiebung in Rotationsrichtung zwischen mehreren Rastelementen zum festen Halten einer Rotationseinheit an einer Indexposition zu verhindern, bis das gegenseitige Einrasten der Rastelemente abgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, wirksam den Verschleiß oder das Versagen der Rastelemente zu verhindern, die für eine hochgenaue Positionierungsfunktion erforderlich sind.

Claims

Revolver-Werkzeughalterung, welche Folgendes umfasst: einen Hauptschaft (22); einen an diesem Hauptschaft (22) beweglich angebrachten Revolverkopf (24), an welchem gewünschte Werkzeuge einschließlich eines sich drehenden Werkzeugs in vorgegebenen indexierbaren Winkelstellungen befestigt werden können; einen ersten Servomotor (62) zum Antreiben des sich drehenden Werkzeugs; ein Paar Kupplungsstücke (72, 74), von denen das eine (74) funktionell mit dem ersten Servomotor (62) und das andere (72) funktionell mit dem Revolverkopf (24) verbunden ist; ein Paar Kopplungselemente (66, 68), welche jeweils in Verbindung mit dem Hauptschaft (22) und dem Revolverkopf (24) bereitgestellt werden und ineinander einrasten können; ein Drehsperrmittel (80), um zu verhindern, dass sich der Revolverkopf während Bewegungsoperationen des Paars der Kupplungsstücke zwischen einer inaktiven und einer aktiven Stellung und gleichzeitig während Bewegungsoperationen des Paars der Kopplungselemente zwischen einer eingerasteten und einer ausgerückten Stellung frei am Hauptschaft dreht; wobei das Drehsperrmittel mindestens einen am Revolver bereitgestellten beweglichen versenkbaren Vorsprung (84), mindestens einen am Hauptschaft fest angebrachten Rastenteil (90) zum Einrasten mit dem mindestens einen beweglichen Vorsprung, wenn sich der Revolverkopf in der indexierten Stellung befindet, und ein Vorspannmittel (86) zum Vorspannen des mindestens einen beweglichen Vorsprungs (84) in einer Richtung zum Fixieren der Rastung des mindestens einen beweglichen Vorsprungs in dem mindestens einen Rastteil (90), einen zweiten Servomotor (50) zum Bewegen des Paars der Kupplungsstücke (72, 74) zwischen der aktiven Stellung, in welcher die Kupplungsstücke sich im gegenseitigen Eingriff befinden und die Antriebskraft des ersten Servomotors (62) auf den Revolverkopf übertragen und dessen Drehung somit indexieren, und der nichtaktiven Stellung, in welcher die Kupplungsstücke (72, 74) gegenseitig ausgerückt sind und der Revolverkopf somit vom ersten Servomotor (62) getrennt ist, und zum Bewegen des Paars der Kopplungselemente (66, 68) zwischen der eingerasteten Stellung, in welcher die Kopplungselemente ineinander eingerastet sind und den Revolverkopf in bestimmten indexierten Stellungen am Hauptschaft halten, und der ausgerückten Stellung, in welcher die Kopplungselemente gegenseitig ausgerückt sind, damit die Drehung des Revolverkopfs indexiert werden kann; und einen Verriegelungsmechanismus (54) zum Verriegeln des Paars der Kupplungsstücke (72, 74) mit dem Paar der aktiven Kopplungselemente, sodass sich das Paar der Kopplungselemente (66, 68) zur Raststellung bewegt, wenn sich das Paar der Kupplungsstücke in die inaktive Stellung bewegt, während sich das Paar der Kopplungselemente zur ausgerückten Stellung bewegt, wenn sich das Paar der Kupplungsstücke in die aktive Position bewegt.
Revolver-Werkzeughalterung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine bewegliche Vorsprung (80) eine konvex nach außen gekrümmte Endfläche (84a) beinhaltet und wobei der mindestens eine Rastenteil eine an der Oberfläche des Hauptschaftes (22) bereitgestellte Vertiefung (90) umfasst, welche die Endfläche des mindestens einen beweglichen Vorsprungs aufnehmen soll.
Revolver-Werkzeughalterung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine bewegliche Vorsprung (80) einen Stößel umfasst, welcher in einer im Revolverkopf bereitgestellten Buchse (82) in axialer Richtung gleitend gelagert ist.
Revolver-Werkzeughalterung nach Anspruch 1, wobei das Vorspannmittel eine Feder (86) umfasst.
Revolver-Werkzeughalterung nach Anspruch 1, wobei das Drehsperrmittel ferner ein zwischen dem Hauptschaft und dem Revolverkopf bereitgestelltes Reibungsglied (92) umfasst.
Revolverkopf-Werkzeughalterung nach Anspruch 1, wobei das Paar der Kopplungselemente (66, 68) eine Mehrzahl am Hauptschaft (22) fest angebrachter stationärer Zähne (66) und eine Mehrzahl am Revolverkopf (24) fest angebrachter umlaufender Zähne (68) umfasst und wobei der zweite Servomotor (50) den Revolverkopf auf dem Hauptschaft (22) entlang einer Rotationsachse (0) des Revolverkopfs linear verschiebt, damit die stationären und die umlaufenden Zähne zwischen der eingerasteten und der ausgerückten Stellung verschoben werden.
Revolverkopf-Werkzeughalterung nach Anspruch 6, wobei die stationären Zähne (66) und die umlaufenden Zähne (68) gegeneinander geneigte Flanken (66b, 68b) haben, die in engen Kontakt zueinander gelangen können, und wobei das Drehsperrmittel (80) verhindert, dass sich der Revolverkopf während der Bewegungsoperation der stationären Zähne und der umlaufenden Zähne zwischen der eingerasteten Stellung, in welcher die geneigten Flanken der stationären Zähne und der umlaufenden Zähne in engem Kontakt zueinander stehen, und der ausgerückten Stellung, in welcher die geneigten Flanken so weit voneinander ausgerückt sind, dass die umlaufenden Zähne in Drehung versetzt werden können, ohne mit den stationären Zähnen zusammenzustoßen, frei auf dem Hauptschaft (22) drehen kann.