DE69907365T2

DE69907365T2 - Gewindeschneideinheit

Info

Publication number: DE69907365T2
Application number: DE69907365T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kurokawa-gun Wada
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: KR100472716B1; EP0999006B1; US6322298B1; EP0999006A3; JP3466517B2; DE69907365D1; JP2000190129A; KR20000029234A; CN1302712A; EP0999006A2; CN1110396C; TW422750B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt eine Gewindeschneideinheit, die angepasst ist, an einen Maschinenkörper, ein Formwerkzeug, einen Greifer, eine Spannvorrichtung usw. einer Presse, eines Industrieroboters, einer Übertragungsvorrichtung usw. (nachfolgend werden diese allgemein als Arbeitsmaschinen bezeichnet) montiert zu werden, wobei die Gewindeschneideinheit zum Gewindeschneiden eines Werkstücks während der Prozesse der Arbeitsmaschinen dient.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In dem Falle, dass das Werkstück dem Gewindeschneiden mittels eines Gewindeschneiders während des Prozesses des Pressens bei kontinuierlichen Arbeitsabläufen ausgesetzt ist, wird die dem einen Zyklus des Pressens zugeteilte Gewindeschneidzeit immer kürzer, was es schwierig macht, die Gewindeschneidzeiten in Gleichlauf zu setzen.
Ferner ist es infolge der vertikalen Bewegung und der horizontalen Bewegung, die zwischen der Zuführposition und der Bearbeitungsposition durchgeführt werden, wenn das Werkstück an den nächsten Prozess übergeben wird, schwierig, den Gewindebohrer relativ zu dem Werkstück dreidimensional genau zu positionieren und die Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen mit genauen Zuführabständen zu vollenden.
Außerdem muss ein Mechanismus zum Gewindeschneiden in einen begrenzten Raum innerhalb des Pressformwerkzeugs einbezogen werden.
Um solche Probleme anzusprechen, wurden eine Vielzahl von Techniken bisher vorgeschlagen, wie zum Beispiel in dem Japan Patent Nr. 2,562,298. Diese hat eine Struktur, wie in 13 gezeigt ist, bei welcher ein mit einem beweglichen Teil A2 einer Presse A1 zu einem Stößel hin gekuppeltes Schrauben/Mutter-System verwendet wird, um die vertikalen Bewegungen des beweglichen Teils A2 in Vorwärts- und Rückwärtsdrehbewegungen umzuwandeln, und bei welcher der Gewindebohrer mittels eines Übertragungsmechanismus eines Gewindeschneiders A4 angetrieben wird, der an einem mit einem Tisch verbundenen Formwerkzeug montiert ist, um dadurch in einem auf der Presse A1 liegenden Werkstück W Gewinde zu schneiden.
Wie aus den offengelegten Japan Patent Veröffentl. Nr. Hei 7-112324, Hei 4-289021 und Hei 7-060545 gesehen werden kann, wurden auch Gewindeschneider vorgeschlagen, bei welchen ein Motor vorgesehen ist und an das Formwerkzeug oder den Pressenkopf angepasst ist, ohne die Bewegungen des pressenbeweglichen Teils als die Antriebskräfte zu nutzen.
Überdies ist, wie in 14 zu sehen ist, in der Vergangenheit eine Technik bekannt, bei welcher die Richtung der Drehungen einer Abtriebswelle B3 durch Verwendung eines Rotationsübertragungskabels B2 verändert wird, das sich von einer Gewindeschneidmaschine oder einer Bohrmaschine mit einem Mehrspindelkopf B1 erstreckt, um eine Spindel B7 zu drehen, die mit einer an eine Presse B5 angepassten Metallbuchse B6 verschraubt ist.
Die in dem Schema gezeigte Technik ermöglicht, dass die hexagonale Welle oder die Hülse mit Keilprofilen zum Drehen einer Spindel B7 weggelassen werden kann, da die Flexibilität des Rotationsübertragungskabels B2 den Schraubhub L der Spindel B7 aufnehmen kann, die einen Gewindebohrer T trägt, und wird typischerweise weit verwendet als Mittel zum gleichzeitigen Gewindeschneiden des Werkstücks W aus mehreren Richtungen nach der Vollendung des Pressprozesses.
Vorausgesetzt, dass der Gewindeschneider mit hoher Bearbeitungs- und Einstellgenauigkeit der Befestigung an dem Formwerkzeug montiert ist, erlaubt die in dem Japan Patent Nr. 2,562,298 offenbarte Technik, dass die Gewindeschneid arbeit in einem im Wesentlichen perfekten Gleichlauf mit den Pressvorgängen durchgeführt werden kann, wenn nicht irgendwelche mechanischen Fehler auftreten, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb erreicht wird.
Jedoch ist infolge der Struktur, bei welcher die Hin- und Herbewegungen in Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen mittels des Schrauben/Mutter-Systems unter Verwendung der Bewegung des beweglichen Teils als dessen Bezug umgewandelt werden, der an den Gewindebohrer und die Spindel angepasste Schrittzuführmechanismus fest an dem Formwerkzeug gesichert oder anderweitig daran gesichert, während nur eine leichte vertikale Verschiebung ermöglicht wird, was es schwierig macht, diesen in der horizontalen Richtung, insbesondere in Hin- und Herrichtungen zu verschieben.
Die Befestigungspositionen müssen an zwei oder mehreren Stellen eingestellt werden, und jederzeit wird die Höheneinstellung des Formwerkzeugs durchgeführt, das heißt, die Stößelhöhe wird in Abhängigkeit von dem Typ des verwendeten Formwerkzeugs eingestellt, dessen Befestigungspositionen eingestellt werden müssen.
Ferner ist es infolge des festgelegten horizontalen Abstandes d in den Hin- und Herrichtungen (siehe 13) zwischen dem mit dem Stößel verbundenen Befestigungsteil und dem mit dem Tisch verbundenen Befestigungsteil schwierig, ein Formwerkzeug durch ein anderes Formwerkzeug zu ersetzen, das eine unterschiedliche Spezifikation für jede Stufe hat, woraus eine geringere Vielseitigkeit resultiert. Anderseits ist im Falle derjenigen, die in den offengelegten Japan Patent Veröffentl. Nr. Hei 7-112324, Hei 4-289021 und Hei 7-060545 offenbart sind, eine Einschränkung in der Reduzierung des Größe auferlegt, da der Hauptteil der Vorrichtung, der die Antriebsquelle (Motor) umfasst, an dem Formwerkzeug oder dem Pressenkopf gesichert ist.
Auch kann trotz des Erreichens der Größenreduzierung ein genauer Gewindebohrer-Schrittzuführmechanismus weggelassen werden, wie in der offengelegten Japan Patent Veröffentl. Nr. Hei 7-11232 beschrieben ist, oder umgekehrt können die Maßnahmen für die richtige Schrittzuführung die Größenreduzierung verhindern, woraus ein Gewindeschneider resultiert, der für dieses Formwerkzeug oder die zugeordnete Maschine bestimmt ist.
Mit Bezug auf das in 14 gezeigte ist es leicht vorstellbar und wurde tatsächlich versucht, die Mutterschraube der Spindel, die mit der Spitze des Rotationsübertragungskabels gekuppelt ist, an das Innere des Formwerkzeugs anzupassen, um dadurch diese extrem einfach in die Presse zu integrieren.
Jedoch ist es infolge der Verwendung des Rotationsübertragungskabels als das Mittel zur Veränderung der Drehrichtung der Abtriebswelle für die Übertragung möglich, die Metallbuchse und die Spindel in enger Nähe des Werkstücks aus allen Richtungen anzuordnen, wohingegen hinsichtlich der Struktur des Kabels der zulässige Biegeradius r so groß wie etwa 150 mm im Falle der 6-mm Innenwelle ist, die innerhalb des Rotationsübertragungskabels liegt, und ein gerader Teil muss an dem Rotationskabelende vorgesehen sein, welches in einem Mangel resultieren kann, dass die sich axial von der Spindel erstreckende Länge erhöht werden kann.
Ferner hat die Spindel ihren axialen Zuführhub, so dass sie nicht in der Höhe H1 der unteren Auflageplatte aufgenommen werden kann, und wenn sie auch erfolgreich innerhalb des zulässigen Biegeradius des Rotationsübertragungskabels angebracht wurde, resultiert die erhöhte Länge in einer Erhöhung des Gewichts, um jederzeit von der Metallbuchse getragen zu werden.
Außerdem kann ein Biegewinkel an der Verbindung zwischen der mit einer Mutterschraube versehenen Spindel und dem Rotationsübertragungskabel auftreten, wobei die Biegebelastung in einer Stoßbelastung resultiert, welche ihrerseits mit der Belastung verbunden ist, die aus dem Gewicht des Rotationsübertragungskabels resultiert. Die resultierende kombinierte Belastung wirkt auf den Abschnitt zwischen der Mutterschraube und der Metallbuchse, woraufhin der Kontaktflächendruck zwischen den beiden Erhöhungen oft in einer schlechten Schmierung, wie knapperen Schmierfilmen, resultiert. Außerdem, da die Mutterschraube und die Metallbuchse keine Schutzmittel gegen Verschmutzungen haben, können sie in einem früheren Stadium abgenutzt werden.
Daher erlangt der Mehrfachkopf, der an eine Vielfalt von verlängerten und gewichteten Rotationsübertragungskabeln angepasst ist, einen erhöhten Rotationswiderstand infolge der Trägheitsmomente und Reibungen ihrer jeweiligen Abtriebswellen, welches in einem erhöhten Leistungsverlust resultiert, woraufhin es für die Antriebsleistung der Gewindeschneidmaschine, die gestaltet ist, um ursprünglich allein betrieben zu werden, einen Gleichlauf mit dem kontinuierlichen Betrieb der Presse zu erreichen.
Ferner benutzen typische Gewindeschneidmaschinen einen Dreiphasen-Induktionsmotor als deren Antriebsquelle zusammen mit einer optionalen elektromagnetischen Bremse. Wenn der Motor doppelt betätigt wird, d. h. vorwärts, Stillstand, rückwärts, Stillstand für jeden Hub der den Gewindebohrer tragenden Spindel, mit der Iteration des Vorrück/Rückzug-Hubs der Spindel, kann der Motor jedes Mal, wenn die Drehrichtung verändert wird, einem großen Strom ausgesetzt sein, woraus ein mögliches Verbrennen des Öls oder eine mögliche Störung des Relaisstromkreises resultiert. Die Wiederholung des Vorrück/Rückzug-Hubs kann ferner in einer früheren Abnutzung der Bremse resultieren.
Im Gegensatz dazu ist als eine der Maßnahmen zur Abhilfe der obigen Mängel vorgeschlagen, das Schalten der Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen der Spindel durch Verwendung einer Kombination einer Kurbel und einer Antriebsschraube oder einer Zahnstange und eines Ritzels mechanisch zu bewirken, wobei der Motor jedes Mal in der einen Richtung dreht (z. B. Japan Patent Nr. 2, 130, 082).
Es würde dennoch für solche Maßnahmen unmöglich sein, die begrenzte Anzahl von Taktungen der Betätigung des Motors oder die eingeschränkte Fähigkeit des Relaiskontaktes zu umgehen.
Ferner kann der Dreiphasen-Induktionsmotor kein Drehmoment schaffen, das für die Gewindeschneidarbeit während der anfänglich beschleunigten Drehungen sofort nach der Betätigung ausreicht, woraufhin die Gewindeschneidarbeit nicht gleichzeitig durchgeführt werden kann, ausgehend von der Position, wo der Gewindebohrer in Kontakt mit dem vorbereiteten Loch ist, das in dem Werkstück ausgebildet ist, woraus sowohl eine erhöhte Bearbeitungszeitverzögerung als auch eine verringerte Stillstandsgenauigkeit resultiert, was die Zuverlässigkeit in der Genauigkeit der geschnittenen Gewinde beeinträchtigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gewindeschneideinheit zu schaffen, die geeignet ist, die obigen Probleme zu lösen, die in dem Stand der Technik enthalten sind, und die geeignet ist, an eine Arbeitsmaschine, wie eine von einer Antriebseinheit separate Presse, montiert zu werden, um mit einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Genauigkeit in einem Werkstück in dem Prozess der Arbeitsmaschine Gewinde zu schneiden.
Um das obige Ziel zu erreichen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Gewindeschneideinheit vorgesehen, aufweisend ein Gehäuse mit dem hermetisch abgedichteten Inneren, das an einem beweglichen Teil einer Arbeitsmaschine, wie einer Presse, lösbar befestigt ist, wobei das bewegliche Teil zusammen mit einem Werkstück verschoben wird, eine Antriebswelle, die über ein Lager in dem Inneren des Gehäuses drehbar abgestützt ist, wobei die Antriebswelle ein Ende aufweist, das von dem Gehäuse nach außen vorsteht, wobei das eine Ende mittels eines Rotationsübertragungskabels mit einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit gekuppelt ist; ein antreibendes Kegelrad, das an dem anderen Ende der Antriebswelle innerhalb des Gehäuses feststehend befestigt ist; ein angetriebenes Kegelrad, das mit dem antreibenden Kegelrad in Eingriff steht und über ein Lager an einem feststehenden Ort innerhalb des Gehäuses drehbar abgestützt ist; eine Spindel, die sich gemeinsam und koaxial mit dem angetriebenen Kegelrad dreht, wobei die Spindel mit dem angetriebenen Kegelrad derart gekuppelt ist, dass eine relative Verschiebung in der Axialrichtung möglich ist, wobei die Spindel ein Ende aufweist, das von dem Gehäuse nach außen vorsteht, wobei das eine Ende mit einem Spindelfutter zum Halten eines Gewindebohrers versehen ist, wobei die Spindel einen Abschnitt aufweist, der zu jeder Zeit in dem Inneren des Gehäuses liegt, wobei der Abschnitt einen an dessen Außenumfang ausgebildeten Außengewindeabschnitt aufweist; und eine Metallbuchse, die feststehend an dem Inneren des Gehäuses befestigt ist, wobei die Metallbuchse einen Innengewindeabschnitt aufweist, der mit dem Außengewindeabschnitt der Spindel zusammenpasst.
Bei der Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Innengewindeabschnitt der Metallbuchse mit mindestens einer Ölspeichernut geformt ist, die sich in die Richtung erstreckt, die sich mit Gewindenuten schneidet.
Vorzugsweise verwendet die Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung einen Schrittmotor, der eine Impulssteuerung der Wellenwinkelindizierung auf die in der Antriebseinheit enthaltene Antriebsquelle bereitstellt, wodurch bei der Benutzung des Schrittmotors eine Hochgeschwindigkeitsdrehung, eine hohe Drehmomentaktivierung und einen schnellen Stillstand im Voraus festgesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Gewindebohrers in einem kurzen Zeitraum bewirkt werden, während welchem das bewegliche Teil der Arbeitsmaschine das Werkstück trägt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Antriebstaktungen der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Gewindebohrers in dem Gewindeschneidprozess auf der Basis von Taktsignalen von der Arbeitsmaschine gesteuert.
Vorzugsweise wird die Steuerung der Rotationswinkel und der Axialstellungen des Gewindebohrers entsprechend den Bewegungen der Arbeitsmaschine durch Abhängigkeit der Schrittmotor-Wellenwinkel von der Echtzeit-Absolutwertsteuerung auf der Basis von Antriebssignalen geschaffen, die von der Gegenstück-Arbeitsmaschine dem Schrittmotor zugeführt werden.
Bei der Benutzung ist die Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung lösbar an ein bewegliches Teil montiert, welches sich zusammen mit einem Werkstück bewegt, wie einem Maschinenkörper, einem Formwerkzeug oder einem Greifer von Arbeitsmaschinen, die eine Presse, einen Industrieroboter und eine Übertragungsvorrichtung aufweisen.
Sie kann auch in eine Werkbank für die Verwendung als eine einfache Gewindeschneid-Spannvorrichtung einbezogen werden.
Die Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse auf, dessen Inneres hermetisch abgedichtet ist, wodurch sowohl eine Struktur zur Verhinderung des Eindringens von äußeren Verschmutzungen oder dergleichen in das Innere des Gehäuses als auch eine Struktur zur Verhinderung der Leckage von inneren Schmierölen oder dergleichen zur Verschmutzung der Peripherien geschaffen wird.
Insbesondere werden Spalte, die in dem Gehäuse vorhanden sind, durch Verwendung von Dichtungsteilen, wie O-Ringen, hermetisch abgedichtet, um dadurch das Innere des Gehäuses von dem Äußeren vollständig abzudichten.
Es ist auch bevorzugt, dass das Gehäuse ein geringes Gewicht hat, da es an dem beweglichen Teil der Arbeitsmaschine bei der Benutzung feststehend befestigt ist, und deshalb ist es aus Aluminium oder auf Aluminium basierenden, leichten Legierungen herzustellen.
Die Gewindeschneideinheit weist die Antriebswelle auf, welche von der Antriebseinheit über das Rotationsübertragungskabel drehbar angetrieben wird, und die Drehungen der Antriebswelle werden auf das antreibende Kegelrad, das innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, und weiter über das mit dem antreibenden Kegelrad in Eingriff stehende angetriebene Kegelrad auf die Spindel übertragen, die mit einem Spindelfutter versehen ist, das den Gewindebohrer außerhalb des Gehäuse trägt.
Die Spindel rückt in der Axialrichtung mit den Drehungen durch das Ineinandergreifen des Innengewindeabschnitts der innerhalb des Gehäuses fixierten Metallbuchse mit einem Außengewindeabschnitt der Spindel vor und zurück. Vorwärtsdrehungen der Spindel bewirken ein Vorrücken derselben, wodurch ermöglicht wird, dass der Gewindebohrer in ein vorbereitetes Loch eingreift, das zuvor in dem von dem Spindelfutter getragenen Werkstück geformt wurde, um dadurch ein Gewindeloch zu formen. Rückwärtsbewegungen der Spindel bewirken ein Zurückziehen derselben, so dass der Gewindebohrer das in dem Werkstück geformte Gewindeloch verlassen kann.
Zu diesem Zeitpunkt ist das angetriebene Kegelrad über Lager innerhalb des Gehäuses drehbar abgestützt, und die Spindel ist mit dem angetriebenen Kegelrad in einer solchen Weise gekuppelt, um koaxiale vollständige Drehungen und axiale Relativverschiebungen zu ermöglichen, so dass die axiale Verschiebung der Spindel nicht auf die Antriebswelle übertragen wird und daher keine Druckbelastung auf das Rotationsübertragungskabel ausgeübt wird. Es wird angemerkt, dass das Kupplungsmittel zwischen der Spindel und dem angetriebenen Kegelrad durch Verwendung der Keilwellen oder Keile leicht realisiert werden kann.
Bei der Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung wird die Übertragung von Drehungen zwischen der Antriebswelle und der Spindel mittels des antreibenden Kegelrades und des angetriebenen Kegelrades bewirkt, woraufhin der Gewindebohrer in rechten Winkeln oder in einem im Wesentlichen rechten Winkel zu der Antriebswelle ausgerichtet sein kann, was ermöglicht, dass das Gewindeschneiden an dem Werkstück aus verschiedenen Richtungen durchgeführt werden kann.
Vorausgesetzt, dass der Innengewindeabschnitt der Metallbuchse mit der Ölspeichernut geformt ist, die sich in die Richtung erstreckt, die die Gewindenuten kreuzt, wird das Schmiermittel in der Ölspeichernut gespeichert, so dass die Drehung der Spindel bewirkt, dass das Schmiermittel zu dem Spalt zwischen dem Innengewindeabschnitt und dem Außengewindeabschnitt der Spindel geführt wird.
Um eine bestimmte Wirkung zu erreichen, braucht die Ölspeichernut nicht notwendigerweise über die gesamte Länge des Innengewindeabschnitts vorgesehen sein, obwohl im Falle, dass das Schmiermittel in dem Gehäuse der Gewindeschneideinheit abgedichtet ist, das Vorsehen über die gesamte Länge wirksamer sein würde, da die Ölfläche für jeden Hub der Spindel ansteigen oder absinken kann.
Auch braucht sich, wenn ein Einlass und ein Auslass für das Schmiermittel an beiden Seiten der Metallbuchse vorgesehen sind, die Nut nicht über die gesamte axiale Länge im Falle des Tropfenzuführtyps erstrecken, sondern sie kann sich im Falle von Zwangszirkulation durch Verwendung einer Ölpumpe durchweg erstrecken, wodurch sowohl eine erhöhte Schmierwirkung als auch eine erhöhte Kühlwirkung erreicht werden.
Die mindestens eine Ölspeichernut kann mit einem kreisförmigen Abschnitt oder einem dreieckigen oder anderen polygonalen Abschnitt versehen und parallel zu der Mittelachse der Metallbuchse oder in einer spiralförmig leicht gebogenen Weise vorgesehen sein.
Im Falle der Verwendung des Schrittmotors als die in die Antriebseinheit einbezogene Antriebsquelle zum Antreiben der Gewindeschneideinheit kann die den Gewindebohrer tragende Spindel in der zuvor festgesetzten Rückzugposition und Vorrückposition mit einer hohen Genauigkeit gehalten werden, ohne die elektromagnetische Bremse oder dergleichen zu benutzen, und sie kann sowohl häufige Vorwärts- und Rückwärtsantriebe als auch abrupte Anhaltebewegungen aushalten, welche in kurzen Zeitabständen wiederholt werden können.
Im Falle der Verwendung des Schrittmotors als die Antriebsquelle müssen das auf den Schrittmotor ausgeübte Lastdrehmoment und die für den Gewindeschneidvorgang erforderliche Zeit lediglich so gestaltet sein, dass alle Bewegungen der Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen der Spindel und das Halten unter der Last beim Gewindeschneidvorgang innerhalb des Bereichs der Nennlast bewirkt werden können, wodurch eine Haltbarkeit für die langfristige ununterbrochene Benutzung geschaffen wird.
Ferner kann im Falle der Verwendung des Schrittmotors als die in die Antriebseinheit einbezogene Antriebsquelle auf der Basis der Ausgangssignale von dem Taktungsausgabeschalter, wie dem Drehnockenschalter, oder von dem Impulskodierer die Steuerung sowohl von den Taktungen der Drehungen und Stillstände des Schrittmotors als auch den Positionen des beweglichen Teils der Arbeitsmaschine bereitgestellt werden, um sicherzustellen, dass die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Gewindebohrers während des Gewindeschneidprozesses in einem kurzen Zeitraum bewirkt werden, während welchem das bewegliche Teil das Werkstück trägt.
In diesem Beispiel kann der Schrittmotor mittels eines von drei Verfahren gesteuert werden, welche folgen. Das erste Verfahren ist ein sequentielles Verfahren, bei dem anfangs in Erwiderung auf Signale, die dem Stillstand oder anderen Betriebszuständen zugeordnet sind, die an der Arbeitsmaschinenseite gebildet werden, der Schrittmotor die eine Taktung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen und Stillstand durchführt, und dann wird ein vollendetes Signal an die Arbeitsmaschinenseite zurückgegeben, um den Betriebszuständen der Arbeitsmaschine zu entsprechen.
Das zweite Verfahren ist ein Verfahren, bei dem es während der kontinuierlichen Vorgänge der Arbeitsmaschine entgegengenommene Signale gibt, die die zulässige Gewindeschneidzeit anzeigen, innerhalb welcher der Schrittmotor unverzüglich die eine Taktung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen und Stillstand durchführt, um den Gewindeschneidvorgang zu vollenden.
Dieses Verfahren benötigt jedoch eine Beurteilung, ob der Gewindeschneidvorgang innerhalb des zulässigen Zeitraums vollendet wurde oder nicht, um ein Sperrsignal an die Arbeitsmaschinenseite zu senden.
Das dritte Verfahren ist ein Verfahren, bei dem der Impulskodierer die Positionen des beweglichen Teils der Arbeitsmaschine erfasst, und die Beziehung zwischen den resultierenden Impulssignalen und den Drehwinkeln des Schrittmotors werden im Voraus programmiert, wodurch die Steuerung auf der Basis von Impulsabsolutwerten dadurch vorgesehen ist, dass ermöglicht wird, dass die Drehwinkel des Schrittmotors den in der Echtzeit angenommenen Impulssignalen entsprechen. Nachfolgend wird, wie in dieser Beschreibung verwendet, diese als Absolutwertsteuerung bezeichnet.
Das Steuerungsmittel für die Steuerung des Schrittmotors kann eines der drei Steuerungsverfahren sein, wenn es selektiv und zulässig vorgesehen ist, oder anderenfalls könnte nur ein einziges Steuerungsverfahren für die Ausführung angeordnet sein.
Auch kann, ohne mit der Arbeitsmaschine verbunden zu sein, die an die Gewindeschneideinheit angepasste Werkstückhaltespanneinrichtung an dem oberen Teil der Antriebseinheit montiert sein, so dass der Schrittmotor in Erwiderung auf erfasste Signale von dem Werkstückerfassungssensor oder auf einen manuellen Eintrag angetrieben werden kann, wodurch die Gewindeschneideinheit als ein Gewindeschneider verwendet werden kann, der breite Anwendungen hat, die für einzelne Vorgänge geeignet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die obigen und andere Ziele, Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn sie mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Gewindeschneideinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit einer Presse verwendet wird;
2 ist eine Draufsicht der Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung von oben;
3 ist eine Schnittansicht der Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie A–A aus
2;
4A ist eine Draufsicht einer Metallbuchse von oben für die Verwendung in der Gewindeschneideinheit;
4B ist eine Schnittansicht der Metallbuchse entlang einer Linie B–B aus 4A;
5 ist eine schematische Ansicht, die den Zustand der Schmierung zwischen der Metallbuchse und einer Spindel zeigt;
6 ist eine weggebrochene Ansicht, die eine Struktur der Befestigung der Gewindeschneideinheit an einer unteren Pressenauflageplatte zeigt;
7 zeigt anhand eines Beispiels eine Form der Kupplung zwischen einer Antriebseinheit und der Gewindeschneideinheit durch Verwendung eines Rotationsübertragungskabels;
8 zeigt anhand eines Beispiels eine andere Form der Kupplung zwischen einer Antriebseinheit und der Gewindeschneideinheit durch Verwendung des Rotationsübertragungskabels;
9 zeigt einen Mehrfachgewindeschneider, der eine Mehrzahl von Gewindeschneideinheiten aufweist, die an der Antriebseinheit montiert sind;
10 ist ein Schema, das ein Steuerungssystem der Antriebseinheit zeigt;
11 zeigt in graphischen Darstellungen die Beziehungen zwischen dem erzeugten Drehmoment und der Drehzahl in einem Schrittmotor und einem Dreiphasen-Induktionsmotor;
12 ist ein Taktungsdiagramm, das die Taktungen von Bewegungen der Presse und des Schrittmotors zeigt;
13 ist eine Diagramm, das ein Beispiel des herkömmlichen Gewindeschneiders zeigt; und
14 zeigt ein anderes Beispiel des herkömmlichen Gewindeschneiders.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine Gewindeschneideinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gewindeschneideinheit 1 ist lösbar an einer unteren Auflageplatte 2A einer Presse 2 angebracht, um ein Gewindeloch in einem Werkstück W zu formen, das fest an der unteren Auflageplatte 2A montiert ist.
In dieser Ausführungsform sind zwei Gewindeschneideinheiten 1 an der unteren Auflageplatte 2A an verschiedenen Stellen angebracht, um eine Funktion als eine Mehrfachgewindeschneideinheit zu schaffen. Bei der Benutzung ist eine dieser Gewindeschneideinheiten 1 an der unteren Fläche der unteren Auflageplatte 2A befestigt, und die andere ist feststehend diagonal über der unteren Auflageplatte 2A positioniert.
Die Gewindeschneideinheiten 1 sind jeweils an einem Gewindebohrer T zum Gewindeschneiden des Werkstücks W angepasst. Wenn eine Mehrzahl von Abtriebswellen 4 einer Antriebseinheit 3 mit an einem Boden F in der Nähe der Presse 2 beweglich platzierten Gleitrollen drehbar angetrieben werden, wird der Gewindebohrer T der Gewindeschneideinheit 1 mittels Rotationsübertragungskabeln 5 angetrieben, die mit den Abtriebswellen 4 gekuppelt sind.
Die Antriebseinheit 3 weist darin einen Schrittmotor 6, der als eine Antriebsquelle dient, eine Getriebebox 8, die einen Antriebsstrang 7 für die Übertragung der Drehung des Schrittmotors 6 auf die Mehrzahl von Abtriebswellen 4, und ein nicht gezeigtes Steuerungssystem zum Bereitstellen einer Antriebssteuerung an den Schrittmotor 6 auf.
In der hierin benutzten Getriebebox 8 greift ein einziges Zahnrad zwischen dem Schrittmotor 6 und jeder Abtriebswelle 4 ein, so dass es an die zugeordnete Abtriebswelle zusätzlich einen Verlust übertragen kann, welcher trotz Benutzung von maximaler Drehzahlen des Schrittmotors auftreten kann, wodurch eine Erhöhung des Trägheitsmoments in dem Bereich des Antriebsstrangs 7 minimiert wird.
Das Rotationsübertragungskabel 5 hat eine Struktur, die ein lösbares Kuppeln mit irgendeiner Abtriebswelle 4 ermöglicht.
2 ist ein Draufsicht der Gewindeschneideinheit 1 von oben, und 3 ist eine Schnittansicht derselben entlang der Linie A–A aus 2, in welcher die Gewindeschneideinheit 1 ein insgesamt L-förmiges Gehäuse 9 hat.
Das Gehäuse 9 weist einen boxartigen Gehäusekörper 9A mit einem hohlen Inneren, einen Befestigungsflansch 9B, der an dem einen Ende des Gehäusekörpers 9A befestigt ist, und eine Endabdeckung 9C auf, die in eine Öffnung in dem anderen Ende des Gehäusekörpers 9A eingepasst ist, um die Öffnung zu blockieren, wobei die gegenüberliegenden Flächen an ihren jeweiligen Verbindungsstellen durch Dichtungsteile 10 und 11 abgedichtet sind.
Diese Ausführungsform verwendet O-Ringe als die Dichtungsteile 10 und 11.
Um deren Gewichte zu reduzieren, wird Aluminium als Materialien des Gehäusekörpers 9A, des Befestigungsflansches 9B und der Endabdeckung 9C verwendet.
Die Endabdeckung 9C hat ein mittig gelegenes Wellenloch H, durch welches hindurch sich die Antriebswelle 12 in einer frei drehbaren Weise erstreckt. Der eine Endabschnitt der Antriebswelle 12, der von der Endabdeckung 9C nach außen vorsteht, ist über ein Universalgelenk 13 mit einer flexiblen Welle drehbar gekuppelt, die innerhalb des Inneren des Rotationsübertragungskabels 5 drehbar vorgesehen ist.
Ein Dichtring M1 ist als ein Dichtungsteil angeordnet, um eine Abdichtung zwischen dem Wellenloch H und der Antriebswelle 12 zu schaffen.
Die Antriebswelle 12 ist an einer festgelegten Stelle mittels eines Paares von Lagern 14 drehbar abgestützt, die innerhalb des Gehäusekörpers 9A nebeneinanderliegen. Das andere Ende der Antriebswelle 12, das innerhalb des Gehäusekörpers 9A aufgenommen ist, weist ein antreibendes Kegelrad 15 auf, das daran feststehend befestigt ist.
Mit gekreuzten Achswinkeln von annähernd 90 Grad greift das antreibende Kegelrad 15 in ein angetriebenes Kegelrad 17 ein, das an einer festgelegten Stelle mittels eines Paares von Lagern 16 innerhalb des Gehäusekörpers 9A drehbar abgestützt ist.
Das angetriebene Kegelrad 17 weist eine axial verlängerte Nabe 17A auf, deren Außenumfangsfläche an die Innenumfangsflächen des Paares von Lagern 16 angepasst ist und von diesen abgestützt wird.
Die Nabe 17A weist eine Mittelöffnung auf, die mit Keilnuten versehen ist, in welche eine Keilprofilhülse 18 eingesetzt ist, die in die Keilnuten verschiebbar eingepasst ist.
Eine Spindel 19 hat ein Ende, das an der Keilprofilhülse 18 mittels eines Befestigungsbolzens P gelenkig befestigt ist.
Der Zwischenabschnitt der Spindel 19 ist mit einem Außengewindeabschnitt 19A versehen. Der Außengewindeabschnitt 19A ist in einen Innengewindeabschnitt 20A geschraubt, der sich mittig durch eine Metallbuchse 20 hindurch erstreckt, welche innerhalb des Gehäuses 9 vorgesehen ist und welche unten beschrieben ist.
Die Metallbuchse 20 ist teilweise feststehend in ein Spindeleinsetzloch h eingesetzt, das sich mittig axial durch den Befestigungsflansch 9B hindurch erstreckt.
Wie in den 4A und 4B gezeigt ist, weist die Metallbuchse 20 einen rohrförmigen Abschnitt 20B, der innerhalb des Spindeleinsetzloches h positioniert ist, und einen Kragen 20C auf, der einstückig mit dem Außenumfang des rohrförmigen Abschnitts 20B ausgebildet ist. Der Kragen 20C ist mit Durchgangslöchern N zum Schrauben der Metallbuchse 20 an die Endfläche des Befestigungsflansches 9B zu dem Gehäusekörper 9A hin versehen.
Der Innengewindeabschnitt 20A ist mit einer Ölspeichernut 20D eines im Wesentlichen halbkreisförmigen Abschnitts versehen, der sich über dessen gesamte axiale Länge erstreckt, um das Gewinde des Innengewindeabschnitts 20A zu kreuzen.
Die Ölspeichernut 20D, wie in 5 gezeigt, dient zum Speichern von Schmiermittel L, das einem Spalt zuzuführen ist, der zwischen dem Außengewindeabschnitt 19A der Spindel 19 und dem Innengewindeabschnitt 20A der Metallbuchse 20 definiert ist. Infolge der Drehung des Außengewindeabschnitts 19A relativ zu dem Innengewindeabschnitt 20A wird das Schmiermittel L innerhalb der Ölspeichernut 20D von dem Außengewindeabschnitt 19A mitgenommen und wird zu dem Spalt zwischen dem Außengewindeabschnitt 19A und dem Innengewindeabschnitt 20A geliefert, wodurch es möglich gemacht wird, einen zufrieden stellenden Schmierzustand zu erhalten.
Mit Bezug zurück auf 3 steht die Spindel 19 teilweise von einer Befestigungsfläche S des Befestigungsflansches 9B vor, und der Vorsprung hat ein Spindelfutter 21, das in dem Bereich dessen Spitze zum lösbaren Greifen des Gewindebohrers T angeordnet ist.
Zwischen dem Spindelfutter 21 und dem Außengewindeabschnitt 19A der Spindel 19 ist ein Futterhalteabschnitt 19B ausgebildet, der eine zylindrische Umfangsfläche mit einem Durchmesser aufweist, der an das Spindeleinsetzloch h des Befestigungsflansches 9B angepasst ist.
Ein Dichtring M2 ist als ein Dichtungsteil zum hermetischen Abdichten eines Spaltes zwischen der Außenumfangsfläche des Futterhalteabschnitts 19B und der Fläche des Spindeleinsetzloches h in der Nähe der Befestigungsfläche S angeordnet.
6 zeigt den Zustand der Befestigung der Gewindeschneideinheit 1, die an der Unterseite der unteren Auflageplatte 2A der Presse 2 montiert ist, wobei die untere Auflageplatte 2A mit einer Öffnung B versehen ist, die ermöglicht, dass der Gewindebohrer T dahindurch vertikal vor- und zurückrückt.
Die Gewindeschneideinheit 1 ist im Hängen derart abgestützt, dass sie relativ zu der unteren Auflageplatte 2A mittels eines Montagebolzens 23 möglicherweise leicht schwimmen kann, der sich durch einen Urethangummikragen 22 hindurch zum Zwecke der Höheneinstellung und wenn nötig zur Feineinstellung der Positionierung erstreckt.
Diese Anordnung ermöglicht die schwimmende Verschiebung der Gewindeschneideinheit 1 relativ zu der unteren Auflageplatte 2A, um den Versatz der Längsachse des Gewindebohrers relativ zu der Mitte eines vorbereiteten Loches anzupassen, das zuvor in dem Werkstück W geformt wurde, das in 1 gezeigt ist, welcher Versatz oft auftreten kann, wenn der Gewindebohrer in das vorbereitete Loch beim Gewindeschneiden des Werkstücks W vorrückt und eingreift.
Es wird angemerkt, dass im Falle keiner Befürchtung des Auftretens des Versatzes der Gewindebohrerlängsachse relativ zu der Mitte des vorbereiteten Loches der Kragen 22 aus einem Metall hergestellt werden kann.
Innerhalb der Öffnung B, die in der unteren Auflageplatte 2A ausgebildet ist, ist eine Gewindeschneidöldüse 24 zum Zuführen von Gewindeschneidöl zu dem Gewindebohrer T positioniert.
Die Gewindeschneidöldüse 24 kann an entweder der Gewindeschneideinheit 1 oder der unteren Auflageplatte 2A montiert sein, wobei eine nicht gezeigte Ölzuführpumpe vorgesehen ist, um das Gewindeschneidöl zu der Gewindeschneidöldüse 24 zu führen. Es wird angemerkt, dass die Gewindeschneidöldüse 24 in Abhängigkeit von den Umständen nicht notwendigerweise vorgesehen werden braucht.
Obwohl 1 keinerlei detaillierte Befestigungsstruktur der über der unteren Auflageplatte 2A positionierten Gewindeschneideinheit 1 zeigt, kann diese an der unteren Auflageplatte 2A in einer schwimmenden Weise in derselben Weise wie der in 6 gezeigten montiert werden, wobei die Gewindeschneidöldüse gleichfalls in der Nähe des Gewindebohrers T angeordnet ist.
Die Beschreibung wird dann auf die Form der Kupplung zwischen der Gewindeschneideinheit 1 und der Antriebseinheit 3 gerichtet. Mit Bezug auf 7 erstreckt sich das Rotationsübertragungskabel 5 von der nach oben vorstehenden Abtriebswelle 4 der Antriebseinheit 3 über einen Bogen mit einem großen Krümmungsradius und ist aus der im Wesentlichen horizontalen Richtung mit der Gewindeschneideinheit 1 verbunden. In einem solchen Falle ist vorzugsweise eine überschüssige Länge a zum Ermöglichen einer Verformung zwischen dem Bogen des Rotationsübertragungskabels 5 und dem Eintritt zu der Presse 2 vorgesehen, wodurch verhindert wird, dass eine größere Biegebelastung bei den vertikalen Bewegungen der unteren Auflageplatte 2A auf den Bogen wirkt.
Mit Bezug dann auf 8 weist eine Antriebseinheit 3' eine horizontal vorstehende Abtriebswelle 4 auf, und die Getriebebox 8 und der Schrittmotor 6 mit den in 1 und 7 gezeigten Strukturen sind quer gelegt.
In diesem Falle muss ebenso das Rotationsübertragungskabel 5 eine ausreichende überschüssige Länge haben, um die Biegespannung zu reduzieren, welche von den vertikalen Bewegungen der unteren Auflageplatte 2A verursacht werden kann. Es ist dennoch bevorzugt, die Form des Kuppelns zu verwenden, wie in 7 gezeigt ist, um eine glatte Übertragung von Rotationskräften sicherzustellen, ohne das Rotationsübertragungskabel 5 irgendwelcher unerwünschter Biegespannung auszusetzen.
Mit Bezug dann auf 9 ist die in 1 und 7 gezeigte Antriebseinheit 3 lösbar mit einer Werkstückhaltespannvorrichtung 3A montiert, die ein Werkstück W daran trägt. Die Werkstückhaltespannvorrichtung 3A ist mit einer Mehrzahl von Gewindeschneideinheiten 1 angepasst, die Gewindebohrer T aufweisen, die in mehrere verschiedene Richtungen zeigen. Daher ist eine Mehrfachgewindeschneideinheit vorgesehen, die einen höheren Freiheitsgrad der Bearbeitung bei der Benutzung hat.
In dem Schema ist wie bei den herkömmlichen Mehrfachgewindeschneidmaschinen eine der Mehrzahl von Abtriebswellen 4 der Antriebseinheit 3 mit einer Spindel K verbunden, die in die Metallbuchse M mittels eines Universalgelenks J geschraubt ist, um zu ermöglichen, dass die Drehungen des Gewindebohrers P von dem Spindelfutter C an die Spitze der Spindel K übertragen werden.
Mit Bezug dann auf 10 ist ein Steuerungssystem 25 gezeigt, welches in den Antriebseinheiten 3 und 3' einbezogen ist und welches einen manuellen Impulsgenerator 26, einen externen Zähler 27, eine Anzeige 28, ein Steuerteil 29 und einen Motorverstärker 30 aufweist.
Der Schrittmotor 6, der als eine Antriebsquelle in der Antriebseinheit 3 vorgesehen ist, wird auf der Basis der Antriebsimpulssignale angetrieben, die von dem Motorverstärker 30 ausgegeben werden, und dessen Drehwinkel wird von einem Impulskodierer (drehbarer Kodierer) 31 erfasst.
In Fällen, wo das Übersetzungsverhältnis in der Getriebebox 8 in der Größenordnung von 1 wie in dieser Ausführungsform ist, kann der Schrittmotor 6 typischerweise die maximale Drehzahl von 2000 U/min oder darüber haben.
Die Impulsanzahl, die dem Gesamtdrehwinkel entspricht, der anfangs in dem externen Zähler 27 eingegeben und gespeichert wurde, wird dem Motorverstärker 30 zugeführt, welcher seinerseits ein Aktivierungssignal abgibt, um den Schrittmotor 6 in Bewegung zu setzen.
Im Falle dieser Ausführungsform mit einem Übersetzungsverhältnis gleich 1 entspricht der Drehwinkel des Schrittmotors 6 genau dem Drehwinkel der Spindel 19, die in 3 gezeigt ist, und auf der Basis eines erfassten Signals von dem Impulskodierer 31 zeigt die Anzeige 28 einen Gesamtwinkel an, der durch Umwandlung der von der Bezugsposition der Spindel 19 zu dem Spindeldrehwinkel heraufgezählten Impulsanzahl erhalten wurde.
Die Anzeige 28 zeigt ferner sowohl die Schrittanzahl von der Bezugsposition, die dem Vorrück/Rückzugshub der Spindel entspricht, als auch die Zuführlänge an, die durch Multiplizieren der Schrittanzahl mit der tatsächlichen Schrittlänge erhalten wird.
In Fällen, wo die eine Drehung des Schrittmotors 6 gleich 1,000 Impulse ist und das Übersetzungsverhältnis in der Getriebebox 8 gleich 1 ist, kann die Spindel um einen Winkel von 0,36 Grad drehen, d. h. 21' 31'' , was in einer minimalen Größe des Steuerungswertes des Drehwinkels resultiert.
Im Gegensatz dazu dient der dem Spindeldrehwinkel entsprechende Impulswert auch als ein Zuführlängen-Steuerungswert. Zum Beispiel, wenn P = 0,5 mm gesetzt wird, welches der Standardschritt der M3 Spindel ist, ist 0,5 mm ∻ 1,000 = 0,0005 mm, was daher in einer ausreichenden Steuergröße für die Zuführlänge resultiert.
Die in 10 gezeigte Anzeige 28 zeigt den Zustand, wo 10,500 Impulse in den externen Zähler 27 eingegeben sind, wobei die Spindel zu deren Vorrückende hin bewegt wird. Der Gesamtdrehwinkel der Spindel ist 3,780 Grad mit einer Phasendifferenz von 180 Grad relativ zu dem Haltewinkel an dem Rückzugsende.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Zuführschrittanzahl 10,5 und die Zuführlänge ist 5,25 mm.
Zusätzlich zu der direkten Eingabe in den externen Zähler 27 kann die Impulsanzahl, die dem Gesamtdrehwinkel entspricht, in dem Zähler anhand der manuellen Impulserzeugung mittels des manuellen Impulsgenerators 26 und durch visuelles Prüfen der Spindelposition nach der Drehbewegung des Schrittmotors gespeichert werden.
Der manuelle Impulsgenerator 26 kann nicht nur zum Durchführen einer Lerneingabe in den Zähler oder den Speicher durch das Festsetzen des Vorrückendes und des Rückzugsendes der Spindel oder des Gewindebohrers T verwendet werden, sondern auch zum manuellen Abgeben von Impulsen an den Schrittmotor 6, um ein Gewindeschneiden mit visuellen Prüfungen durchzuführen.
In dieser Ausführungsform wird die Funktion des Zählers oder des Speichers zum Speichern der Impulsanzahl von dem externen Zähler 27 bewerkstelligt, jedoch kann dieser anderseits in das Steuerteil 29 oder in den Motorverstärker 30 einbezogen werden.
Das Steuerteil 29 führt Signale für die Steuerung der Drehung des Schrittmotors 6 an den Motorverstärker 30. Das Steuerteil 29 nimmt sowohl Signale von einem Impulskodierer (drehbarer Kodierer) 33, der von einer Hauptwelle 32 gedreht wird, die mit der Presse 2 verbunden ist, als auch Signale von einem mit der Presse verbundenen Rotationsnockenschalter 34 an, der einen Rotationsnocken und einen Kontakt aufweist, um Sperrsignale oder dergleichen mit einem mit der Presse verbundenen Steuerteil 35 zu verändern.
Die Wirkungsweise der Steuerung des Schrittmotors 6 wird nun beschrieben. Zusammen mit der Drehung der Hauptwelle 32 ermöglicht die Presse 2, dass sich eine nicht gezeigte Kurbel vertikal bewegt, und in Verbindung mit dieser Bewegung der Kurbel führt diese sowohl ein Laden/Entladen des Werkstücks W auf/von der unteren Auflageplatte 2A als auch einen Pressvorgang durch.
Sobald sich die Hauptwelle 32 dreht und das Steuerteil 29 ein Signal der Vollendung der Zuführung des Werkstücks W von dem mit der Presse verbundenen Rotationsnockenschalter 34 annimmt, der zum Erfassen dieser Rotationsposition dient, sendet das Steuerteil 29 ein Rotationskommandosignal an den Motorverstärker 30.
Dann treibt der Motorverstärker 30 den Schrittmotor 6 vorwärts an, der zuvor in einer Winkelposition entsprechend der Rückzugsendposition der Spindel der Gewindeschneideinheit 1 gehalten wurde, während gleichzeitig der Drehwinkel der Motorwelle mittels des Impulskodierers 31 heraufgezählt wird.
Dann wird zu dem Zeitpunkt, wenn die Impulsanzahl, die zuvor in dem externen Zähler 27 gespeichert wurde, gleich der von dem Impulskodierer 31 heraufgezählten Impulsanzahl ist, der Schrittmotor 6 umgekehrt angetrieben.
Der Schrittmotor 6 erfordert im Wesentlichen keine Verweilzeit für den Übergang von dem Vorwärtsantrieb zu dem Rückwärtsantrieb, so dass die Spindel lediglich sofort an dem Vorrückende stoppt, und sie startet sofort zum Rückziehen und gelangt zu einer Hälfte in eine Position, die von derselben Impulsanzahl wie der Vorwärtsantrieb wiedergegeben wird.
Zu diesem Zeitpunkt bleibt an dem Spindelrückzugsende der Schrittmotor 6 erregt, um dessen Impulsposition zu halten, wodurch der Wellenwinkel in der Halteposition ohne Verwendung irgendeiner elektromagnetischen Bremse oder dergleichen beibehalten wird.
Es wird in dieser Ausführungsform angemerkt, dass, wenn die Spindel zu dem Rückzugsende zum Halten zurückkehrt, das Steuerteil 29 ein Verifikationssignal an das mit der Presse verbundene Steuerteil 35 zuführt.
Mit Bezug als nächstes auf 11 ist in graphischen Darstellungen die Beziehung zwischen den Drehzahlen und dem Drehmoment, das von dem Schrittmotor erzeugt wird, der als die Antriebsquelle der Gewindeschneideinheit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und dem Drehmoment gezeigt, das von dem Dreiphasen-Induktionsmotor erzeugt wird, der als die Antriebsquelle des herkömmlichen Gewindeschneiders verwendet wird.
Wie aus den graphischen Darstellungen aus 11 ersichtlich ist, schafft der Schrittmotor ein extrem stabilisiertes Drehmomentverhalten, was ein feststehendes Abtriebsdrehmoment unabhängig von den Drehzahlen innerhalb des praktischen Bereichs von Drehzahlen sichert.
In dem Dreiphasen-Induktionsmotor andererseits ist eine Drehzahl S₁, die in dem minimalen Vorrückdrehmoment (TPU) resultiert, vor dem Erreichen der Lastdrehzahl vorhanden, bei welcher das Abtriebsdrehmoment mit der Last nach der Aktivierung abgeglichen ist.
Im Hinblick auf das Ausschließen irgendeiner ungenutzten Zeit in dem Gewindeschneidvorgang ist es ideal, zu ermöglichen, dass der Gewindebohrer T von dem Rückzugsende in die Position a vorrückt, wo die Spitze des Gewindebohrers T im Wesentlichen mit der Bodenfläche des Werkstücks W übereinstimmt, und in das vorbereitete Loch eingreift, das in dem Werkstück W in der Position b ausgebildet ist.
Jedoch ist das auf den Motor ausgeübte Lastdrehmoment durch eine Kurve X dargestellt, wenn die Spitze des Gewindebohrers T angetrieben wird und von der Position a vorrückt und in das vorbereitete Loch des Werkstücks W in der Position b eingreift, um den Gewindeschneidvorgang auszulösen. Daher resultiert im Falle des Dreiphasen-Induktionsmotors die Drehzahl in S₁ in der Nähe der Position b, was ermöglicht, dass das Abtriebsdrehmoment auf das TPU abfällt, woraufhin der Motor möglicherweise zu einem Stopp gelangen kann, da das Abtriebsdrehmoment niedriger als das Lastdrehmoment beim Gewindeschneidvorgang verläuft.
Um dies zu lösen, startet der Gewindebohrer T von der Position a', die weiter von dem Rückzugsende des Gewindebohrers T zurückgezogen ist. Das Lastdrehmoment ist in diesem Falle durch eine Kurve Y dargestellt, in welcher das Abtriebsdrehmoment das Lastdrehmoment vor dem Erreichen der Position b überschreitet.
Jedoch heißt dies, dass die Bearbeitungszeit verloren geht, um das Rückzugsende des Gewindebohrers T in die Position a' zurückzuziehen. Ferner kann infolge dessen größeren Eingriffs insbesondere im Falle des gewalzten Gewindebohrers der Stillstand des Motors während des Gewindeschneidmotors möglicherweise in einem höheren Lastdrehmoment resultieren, welches oft das TPU übersteigen kann, was es schwierig macht, den Gewindebohrer T von dem Werkstück W zu trennen.
In dieser Hinsicht ist der Schrittmotor frei von einem solchen Problem innerhalb des praktischen Bereichs von Drehzahlen, das dessen Abtriebsdrehmoment das Lastdrehmoment jederzeit übersteigt.
Ferner ist es infolge dessen Fähigkeit, die es erlaubt, den Gewindebohrer T von dem Werkstück W durch einen erforderlichen minimalen Abstand zu trennen und danach den Gewindebohrer T von der Rückzugsbegrenzungsposition für den Gewindeschneidvorgang anzutreiben, möglich, sowohl irgendeinen Verlust an Arbeitszeit auszuschließen als auch ein auf der geringfügigen Drehzahl basierendes Gewindeschneiden durchzuführen, was schwierig mittels des Dreiphasen-Induktionsmotors durchzuführen sein würde.
12 ist ein Taktungsflussdiagramm, das die Bewegungstaktungen der Presse 2 und des Schrittmotors 6 zeigt, in welchem die Kurve A die Taktung der vertikalen Bewegungen der Kurbel der Presse 2 darstellt.
Die Kurve B stellt die Taktung und die Drehzahl des Schrittmotors 6 dar, wenn der Schrittmotor 6 einen Zyklus der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung und Stillstand von dem Zeitpunkt durchführt, wenn das Steuerteil 29 ein Signal S₀ der Vollendung der Zuführung des Werkstücks W der Presse 2 von dem mit der Presse verbundenen Rotationsnockenschalter 34 annimmt.
In diesem Falle wird die Zeit, die für einen Bewegungszyklus von dem Schrittmotor 6 genommen wird, kürzer als die Stillstandszeit T₀ des Werkstücks W festgesetzt.
Infolge der Notwendigkeit, die Gewindeschneidbewegung vor dem Auslösen der Zuführbewegung des Werkstücks W der Presse 2 zu vollenden, ist die Gewindeschneidbewegung der synchronen Verifikation ausgesetzt, und wenn der eine Bewegungszyklus nicht vor dem Start der Zuführung des Werkstücks W abgeschlossen ist, wird ein Synchronisierungsfehler angezeigt, wodurch ein Sperrsignal als Ausgabe an das mit der Presse verbundene Steuerteil 35 bereitgestellt wird.
Es wird angemerkt, dass im Falle des Vorsehens der in der Kurve B gezeigten Steuerung der Impulskodierer 33 an der Seite der Presse 2 nicht in Benutzung ist.
Die Kurve C zeigt die Taktung und die Drehzahl des Schrittmotors 6 in Fällen, wo die Drehwinkel der Hauptwelle 32 der Presse 2 kontinuierlich von dem Impulskodierer 33 an Stelle des von dem Rotationsnocken betriebenen Rotationsnockenschalters 34 erfasst werden und wo die Beziehung zwischen den resultierenden Impulssignalen und den Drehwinkeln des Schrittmotors 6 im Voraus programmiert werden, um dadurch die Drehwinkel des Schrittmotors 6 von der Absolutwertsteuerung abhängig zu machen.
Wie hierin oben bekannt gemacht, ist gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, die Gewindeschneideinheit mit einer reduzierten Größe und reduziertem Gewicht, die über das Rotationsübertragungskabel mit der Antriebseinheit gekuppelt ist, angeordnet, um an die Arbeitsmaschinen, wie Pressen, Roboter, Übertragungsvorrichtungen usw., montiert zu werden, so dass der Gewindeschneidvorgang während des Prozesses dieser Arbeitsmaschinen durchgeführt werden kann, während mit einem höheren Freiheitsgrad eine Auswahl der Positionen der an die Arbeitsmaschinen zu montierenden Antriebseinheit ermöglicht wird.
Außerdem kann, da die an den Gewindebohrer angepasste Spindel in im Wesentlichen rechten Winkeln relativ zu der Antriebswelle ausgerichtet ist, mit welcher das Rotationsübertragungskabel gekuppelt ist, die Gewindeschneideinheit in verschiedenen Ausrichtungen auf den Maschinenkörper, die Formwerkzeuge, Greifer usw. der Pressen, Roboter, Übertragungsvorrichtungen usw. angebracht werden, wodurch ein Gewindeschneidvorgang während der Prozesse der Arbeitsmaschinen mit einem höheren Freiheitsgrad wie im Falle des Mehrfachgewindeschneiders erreicht wird.
Ferner ist infolge der Struktur, in welcher nur das Lastdrehmoment beim Gewindeschneidvorgang auf die mit dem Rotationsübertragungskabel verbundene Antriebswelle wirkt, wobei die von der Spindel bewirkte Vorrück/Rückzugsbewegung nicht auf das Rotationsübertragungskabel übertragen wird, das Rotationsübertragungskabel keinerlei übermäßiger Belastung ausgesetzt, wodurch eine wirksame Übertragung der Antriebskraft auf die Spindel von der Antriebsquelle sichergestellt wird, die von der Gewindeschneideinheit weg liegt.
Ferner ist das Innere des Gehäuses hermetisch abgedichtet, so dass der Außengewindeabschnitt der Spindel nicht zu dem Äußeren des Gehäuses freigelegt wird, wodurch irgendwelche Befürchtungen ausgeschlossen werden, dass Schmutz oder dergleichen in das Innere des Gehäuses eindringen kann oder das Schmiermittel innerhalb des Gehäuses austreten kann, um die Peripherien zu verunreinigen.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 2 definiert, ist die Ölspeichernut vorgesehen, um das Schmiermittel zur Schmierung des Spaltes zwischen dem Außengewindeabschnitt der Spindel und dem Innengewindeabschnitt der Metallbuchse zu speichern, so dass das Schmiermittel dem Spalt zwischen den beiden Gewindeabschnitten durch die Drehung der Spindel zugeführt wird, wodurch jederzeit ein guter Schmierungszustand beibehalten wird, um sowohl irgendeinen Leistungsverlust zu reduzieren als auch irgendwelchen Störungen vorzubeugen, wie Festfressen, das durch Mangel an Ölfilmen entsteht.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 3 definiert, schließt die Verwendung des Schrittmotors als Antriebsquelle, die in die Antriebseinheit einbezogen ist, die Notwendigkeit für eine große Kapazität des Schaltens für die Stillstandssteuerung oder den Bedarf zum Betätigen der elektromagnetischen Bremse aus, wodurch es möglicht gemacht wird, sowohl frei von Erhitzung oder Abrieb der Bremsen oder Kontakte zu sein als auch die Antriebseinheit zum Antreiben der Gewindeschneideinheit zu vereinfachen.
Der Gewindebohrer kann mit einer hohen Geschwindigkeit in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen bei einem stabilisierten Drehmoment mit reduzierter Prozessdauer gedreht werden, und der Schrittmotor kann mit einer geringen Geschwindigkeit durch manuelle Operationen mittels Verwendung des manuellen Impulsgenerators gedreht werden, wodurch es möglich ist, sowohl die Lerneingaben von optimalen Positionen des Vorrückendes und des Rückzugsendes des Gewindebohrers durchzuführen als auch eine Bearbeitung mit geringer Geschwindigkeit durchzuführen.
Auch kann auf Grund des Erreichens einer hohen Stillstandsgenauigkeit selbst im Falle des Gewindeschneidens des blind vorbereiteten Loches jederzeit ein hoch genauer Gewindeschneidvorgang trotz möglicher Stöße an dem Lochboden durch den Gewindebohrer erreicht werden, ohne eine Befürchtung, dass der Lochboden oder der Gewindebohrer beschädigt wird, und ohne dass irgendwelche Erfahrungen nötig sind.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 4 definiert, kann im Vergleich zu dem Fall des Betreibens des Gewindebohrers in mechanischer Verbindung mit den Bewegungen der Presse oder dergleichen ein Gleichlauf leicht erreicht werden, was ermöglicht, dass die Taktung des Gewindeschneidens den Hochgeschwindigkeitsbewegungen der Arbeitsmaschine, wie der Presse, sicher folgt.

Claims

Gewindeschneideinheit (1), aufweisend: ein Gehäuse (9) mit dem hermetisch abgedichteten Inneren, das an einem beweglichen Teil einer Arbeitsmaschine, wie einer Presse (2), lösbar befestigt ist, wobei das bewegliche Teil zusammen mit einem Werkstück (W) verschoben wird; eine Antriebswelle (12), die über ein Lager (14) in dem Inneren des Gehäuses (9) drehbar abgestützt ist, wobei die Antriebswelle (12) ein Ende aufweist, das von dem Gehäuse (9) nach außen vorsteht, wobei das eine Ende mittels eines Rotationsübertragungskabels (5) mit einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit (3) gekuppelt ist; ein erstes antreibendes Kegelrad (15), das an dem anderen Ende der Antriebswelle (12) innerhalb des Gehäuses (9) feststehend befestigt ist; ein zweites angetriebenes Kegelrad (17), das mit dem ersten antreibenden Kegelrad (15) in Eingriff steht und über ein Lager (16) an einem feststehenden Ort innerhalb des Gehäuses (9) drehbar abgestützt ist; eine Spindel (19), die sich gemeinsam und koaxial mit dem zweiten angetriebenen Kegelrad (17) dreht, wobei die Spindel (19) mit dem zweiten angetriebenen Kegelrad (17) derart gekuppelt ist, dass eine relative Verschiebung in der Axialrichtung möglich ist, wobei die Spindel (19) ein Ende aufweist, das von dem Gehäuse (9) nach außen vorsteht, wobei das eine Ende mit einem Spindelfutter (21) zum Halten eines Gewindebohrers (T) versehen ist, wobei die Spindel (19) einen Abschnitt aufweist, der zu jeder Zeit in dem Inneren des Gehäuses (9) liegt, wobei der Abschnitt einen an dessen Außenumfang ausgebildeten Außengewindeabschnitt (19A) aufweist; und eine Metallbuchse (20), die feststehend an dem Inneren des Gehäuses (9) befestigt ist, wobei die Metallbuchse (20) einen Innengewindeabschnitt (20A) aufweist, der mit dem Außengewindeabschnitt (19A) der Spindel (19) zusammenpasst.
Gewindeschneideinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Innengewindeabschnitt (20A) der Metallbuchse (20) mit mindestens einer Ölspeichernut (20D) geformt ist, die sich in die Richtung erstreckt, die sich mit Gewindenuten schneidet.
Gewindeschneideinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebseinheit (3) eine Antriebsquelle in der Form eines Schrittmotors (6) aufweist, um sicherzustellen, dass die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Gewindebohrers (T) in einem Gewindeschneidprozess in einem kurzen Zeitraum bewirkt werden, während welchem das bewegliche Teil der Arbeitsmaschine das Werkstück (W) trägt, und wobei Taktungen von Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen und Stillstand auf der Basis von Taktsignalen gesteuert werden, die von der Arbeitsmaschine in Erwiderung auf Stellungen des beweglichen Teils ausgegeben werden.
Gewindeschneideinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotationswinkel und die Axialstellung des Gewindebohrers (T) von einer Absolutwertsteuerung abhängig sind, die auf Antriebsimpulssignalen basiert, die von der zugeordneten Arbeitsmaschine dem Schrittmotor (6) zugeführt werden.