JP2008194819A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械のスピンドルに内蔵される工具または工具ホルダをクランプするためのクランプ装置であって、クランプ装置の動作範囲全体でセンサによって捕捉される測定データの容易で確実な転送が可能なクランプ装置を提供する。
【解決手段】クランプ装置は、ドローバー６と、クランプバネ１８と、クランプ力を監視するための少なくとも一つのセンサ２０と、複数のクランプ要素９を備えたクランプコーン８を有する。クランプ要素は、クランプ位置と、解放位置の間で前後に移動可能である。固定された固定リング２７と、前記ドローバー６の持ち上げ動作によって、前記固定リング２７の内を軸方向に移動可能な回転リング２６とを備えている中継器アセンブリ２６，２７が、データとエネルギを無線で転送するために、前記センサ２０に割り当てられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、機械スピンドル、特に工作機械内の機械スピンドルに内蔵されて、工具または工具ホルダを把持するための、請求項１に記載の特徴を有するクランプ装置に関する。

この種のクランプ装置は、特許文献１に開示されている。この装置の機械スピンドル内にはドローバーが配置されており、ドローバーはクランプ位置と解放位置の間で移動でき、クランプバネによってクランプ位置方向に駆動される。その前端上では、ドローバーは複数のクランプ要素を備えたクランプコーン（クランプ円錐：clamping cone）を有しており、前記要素は前記クランプコーンの外面に対して配置されており、ドローバーによるクランプコーンの軸方向の動作で、工具または工具ホルダを機械スピンドル内に保持するクランプ位置と、工具または工具ホルダを解放する解放位置の間で前後に移動できる。さらに、機械スピンドル内には、クランプ力またはクランプ状態を監視するための一つ以上のセンサも配置される。しかし、機械スピンドル内に配置されるクランプ装置の部品は回転するだけでなく、相対的に大きな持ち上げ動作も行うので、クランプ装置の可動部品と固定部品の間でセンサによって捕捉される測定データの伝達には問題が存在する。
ドイツ連邦共和国 特許公開公報 ＤＥ １０ ２００４ ０２６ ４３８ Ａ１号

本発明によって解決すべき課題は、上記の種類のクランプ装置において、センサによって捕捉された測定データをクランプ装置の動作範囲全体で容易且つ信頼性高く伝達できる技術を、利用可能にすることである。

この問題は、請求項１の特徴を備えたクランプ装置によって解決される。この発明の有用な更なる展開および実施例は、従属請求項の主題となっている。

この発明によるクランプ装置は、固定されている固定リングと、固定リング内をドローバーの持ち上げ動作によって軸方向に移動可能な回転リングとを備えている中継器アセンブリ（tranponder assembly）が、一つ以上のセンサに割り当てられ、あるいは占有されている。前記固定リングと回転リングとは、データとエネルギとを無線で転送するために機械スピンドル内に配置されている。その結果、一つ以上のセンサによって捕捉された測定データと、センサに供給される必要エネルギは、クランプ装置の動作範囲全体で、特に小型で場所を取らない設計をされていることにより、クランプ装置の可動部品と固定部品の間で非接触で転送される。従って、例えば、クランプ手順中と機械加工中の全期間に亘ってクランプ力を監視できる。特に、機械スピンドルと、機械スピンドル内で軸方向に移動するドローバーの間でエネルギおよび信号を送信するための接続配線は必要とされない。

好ましくは、固定リングの幅は、ドローバーの持ち上げ範囲全体で、回転リングが固定リング内に完全に配置されるように選択される。これにより、ドローバーの持ち上げ範囲全体で確実なエネルギおよび信号転送が保証される。

好ましくは、センサと回転リングの間の信号送信を容易にするために、センサと回転リングは互いに対して移動不可能なように配置される。これは、例えば、ドローバー上にセンサと回転リングを固定的に配置することによって実現される。

特に小型の設計を実現するために、固定リングは解放ユニットのハウジング領域内に一体化し、前記ユニットはドローバーの後端部の上に配置される。しかし、固定リングは、別個のハウジング内に収容することもできる。

好ましくは、センサは、複数の箔歪みゲージを備えたスラストリングの形態を有するように設計される。しかし、他の種類のセンサを用いることも可能である。センサは、好ましくはクランプバネとドローバーのリング肩部の間に配置される。しかし、センサは、機械スピンドル内の他の適切な場所に配置することもできる。

この発明の更なる特徴と利点は、以下の、図面に基づく好ましい実施例の説明によって理解される。図１は、工具または工具ホルダ２をクランプするための一体型クランプ装置を備えた工作機械の中空円筒機械スピンドル１の（破線によって示されたような）縦断面図である。図１に示すように、左前端上では機械スピンドル１は内部円錘３を有しており、内部円錘３は工具または工具ホルダ２のコーンシャフト４と係合するように設計されており、この場合のコーンシャフトは中空なシャフトコーンの形態を有する。

クランプ装置は、機械スピンドル１の中心軸５に対して同軸上になるように機械スピンドル１内に配置され、軸方向に移動可能であるドローバー６と、図１においてドローバー６の左前端上に配置されているクランプセット７を備えている。クランプセット７は、ドローバー６の前端に取り付けられたクランプスリーブまたはクランプコーン８と、クランプコーン８の外面に対して配置された複数のクランプ要素９とを備えており、前記クランプ要素は舌状部材の形状を有しており、前記領域は機械スピンドル１の中心軸５に平行に延びており、機械スピンドル１の中心軸５と平行な位置内のクランプコーン８の軸方向の動作によって、半径方向内側の解放位置と半径方向外側のクランプ位置の間で移動される。

クランプ要素９の後端上に配置したスペーサによって、クランプ要素９は円周方向において互いに所定の距離で保持される。スペーサは、軸方向に移動可能な王冠状の第一案内スリーブ１１を有しており、案内スリーブ１１はバネ１０によってクランプ要素９の方向に駆動される。クランプ要素９に面する案内スリーブ１１の端部には複数の肩部１２が形成されており、肩部１２は軸方向に突出し、円周方向に同一の間隔で配置され、前記肩部はそれらの前端に傾斜した案内面を有している。案内スリーブ１１の肩部１２はクランプ要素９の後端上の溝１３内に係合し、溝１３のベースの適合する傾斜面に対してそれらの傾斜前面を介して配置する。さらに、スペーサは固定されている第二案内スリーブ１４を有しており、スリーブ１４は第一案内スリーブ１１の案内面に対して反対に傾斜した前方案内面１５を有し、前方案内面１５はクランプ要素９の後端上の適合面に対して配置する。クランプセットの機能の構成および形態は、特許文献１で詳しく説明されている。従って、ここでこの従来の特許文献に対する参照を表明する。

クランプセット７に隣接して、ドローバー６を通過して放射状のボアホール（boreholes）１７まで導かれる媒体を送るためのスリーブ１６がドローバー６上に配置されている。スリーブ１６によって、例えば、ドローバーを通過して加工品に導かれる冷媒または他の作動流体が、ドローバー６の所定の位置に再導入され、放射状のボアホール１７を介して放出される。ドローバーの周りの同軸上に配置したクランプバネ１８によって、クランプコーン８は図１に示されるように、ドローバー６によって後方のクランプ位置に事前に引っ張られる。図に示される実施例では、クランプバネ１８はガス圧バネの形態を有する。しかし、クランプバネ１８は、カップ状のバネ組み立て品などの形態に設計することもできる。片側では、クランプバネ１８は軸受ディスク１９に対して固定され、軸受ディスク１９は機械スピンドル１内に支持され、他方ではリング肩部２１に対してリング状センサ２０によって固定され、リング肩部２１はドローバー６の後端に配置される。センサ２０は、クランプ装置のクランプ力を監視する（これは、以降でさらに詳しく説明する）。ドローバー６は中空であり、工具または工具ホルダ２に作動流体を導くことができるようになっている。図１のドローバー６の右後端には、解放ユニット２２が配置されており、解放ユニット２２を介して、ドローバー６はクランプバネ１８の力に逆らって前方に押され、クランプセット７を解放できる。

図２に示されるように、実施例のセンサ２０は複数の箔歪みゲージ２４を備えたスラストリング２３の形態を有しており、箔歪みゲージ２４は前端上に配置されている。箔歪みゲージ２４は配線２５を経由して回転リング２６に接続されている。回転リング２６はドローバー６の後端に取り付けられており、固定リング２７から所定の距離を隔てて固定リング２７の内部に配置されている。固定リング２７と回転リング２６の距離は、環状の空間２８によって規定されており、前記回転リングと前記固定リングはクランプ装置の回転部品と固定部品の間でデータとエネルギを無線で伝達するための中継器アセンブリを構成する。配線２５はドローバー６のボアホール２９内に捻れないように収容されており、前記ボアホールは機械スピンドル１の中心軸５と平行に延びており、従って別個の保護カバーがなくても保護される。

回転リング２６は支持リング３１を備えており、支持リング３１はネジ３０によってドローバー６の後端に取り付けられている。支持リング３１上には、固定リング２７に測定データを非接触で伝達するための転送モジュールを備えた回路構成（circuit configuration）３２と、固定リング２７からのエネルギを回路構成３２に非接触で供給するための非接触転送用の送信コイル３３とが収容されている。さらに、回路構成３２は、転送モジュールにセンサ２０によって生成された信号を処理し、中継するための電子回路モジュールを備えることもできる。任意に選択的ではあるが、センサによって生成された信号は、回路構成３２内で事前に処理することもできる。転送モジュールは、好ましくは、高周波数範囲の無線モジュールである。回路構成３２と送信器コイル３３は支持リング３１上に配置されており、これを取り囲む封止用複合物（sealing compound）３４によって保護される。

固定されている固定リング２７も又、回転リング２６への非接触エネルギ送信用のコイル３６をその内面に備えた支持リング３８と、封止用複合物３５内の転送モジュールによって送信された信号のための受信器モジュールを備えた回路構成３７を備えている。図の実施例では、固定リング２７は、解放ユニットのカップ状のハウジング領域３９内に収容されている。受信器モジュールに加えて、回路構成３７はさらに受信データの事前処理用の電子解析器ユニットを有することができ、この電子解析器ユニットは外部供給および制御ユニット４０に接続される。

図２に示すように、固定リング２７の幅Ｂは、ドローバー６の持ち上げ範囲Ｈ全体、即ちクランプ位置と解放位置の間のドローバー６の移動範囲全体で、固定リング２７内に回転リング２６が確実に収容されて配置されるように選択される。これは、ドローバー６の持ち上げ範囲全体で、確実なエネルギおよび信号転送を保証する。

上記の構成を有するクランプ装置は、次のように動作する。図１に示したクランプ位置では、クランプコーン８はドローバー６とクランプバネ１８の作用によって機械スピンドル１内に引っ張られる。この位置ではクランプ要素９は放射状に外側に押され、工具または工具ホルダ２は機械スピンドル１内に保持される。

クランプ装置を解放するために、クランプコーン８は、例えば、油圧的または電気的に駆動される解放ユニット２２によって、図１に示したクランプ位置から工具または工具ホルダ２の方向に動かされる。クランプコーン８の工具または工具ホルダ２の方向への前方移動のために、クランプコーン８の外面に対して配置したクランプ要素９は内側に平行に移動されて、工具または工具ホルダ２を解放する。

センサ２０は、クランプバネ１８のクランプ圧を監視する。センサ２０によって捕捉されたデータは回転リング２７から固定リング２６に非接触に送信され、そこから解析器および制御ユニット４０に送信される。このユニットで信号はさらに処理され、機械制御部等に送信される。解析器および制御ユニット４０はさらに表示ユニットを有し、クランプ圧またはクランプ状態を表示することもできる。

この発明によるクランプ装置は、上記の実施例には限定されない。従って、センサ２０は機械スピンドル内の他の適切な位置に一体化することも、クランプ要素内に直接一体化することもできる。さらに、急角度のコーンを備えたクランプシステム内で、クランプ力監視ユニットを用いることもできる。

本発明によるクランプ装置を備えた工作機械の機械スピンドルの縦断面図である。 図１の領域Ｘの拡大詳細図である。

符号の説明

１ スピンドル
２ 工具ホルダ
６ ドローバー
９ クランプ要素
２０ センサ
２６ 回転リング
２７ 固定リング
２８ クランプコーン
３２，３７ 回路構成
３３ 送信コイル
３６ コイル

Claims (10)

1. 機械、特に工作機械のスピンドル（１）に内蔵される工具または工具ホルダ（２）を把持するためのクランプ装置であって、
   クランプ位置と解放位置の間で軸方向に移動可能なドローバー（６）と、クランプ位置の方向に前記ドローバー（６）を駆動するためのクランプバネ（１８）と、前記機械のスピンドル（１）内に配置されており、把持力を監視するための少なくとも一つのセンサ（２０）と、前記ドローバー（６）の前端に配置し、その外面に対して配置された複数のクランプ要素（９）を備えたクランプコーン（８）とを備えており、
   前記クランプ要素は、前記ドローバー（６）による前記クランプコーン（８）の軸方向の移動によって、前記工具または工具ホルダ（２）を保持するクランプ位置と、前記工具または工具ホルダ（２）を解放する解放位置の間で前後に移動が可能であり、
   固定されている固定リング（２７）と、前記ドローバー（６）の持ち上げ動作によって、前記固定リング（２７）の内を軸方向に移動可能な回転リング（２６）とを備えている中継器アセンブリ（２６，２７）が、データとエネルギを無線で転送するために前記センサ（２０）に割り当てられていることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記固定リング（２７）の幅Ｂは、ドローバー（６）の持ち上げ範囲Ｈ全体に亘って、前記回転リング（２６）が前記固定リング（２７）の内側に完全に配置されるように、選択されていることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. センサ（２０）と回転リング（２６）とが、互いに対して移動不可能なように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ装置。
4. 固定リング（２７）が、解放ユニット（２２）のハウジング領域（３９）内に収容されており、解放ユニット（２２）が前記ドローバー（６）の後端部の上に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のクランプ装置。
5. 回転リング（２６）が、測定データを非接触で伝達するための転送モジュールを備えた回路構成（３２）と共に、固定リング（２７）からのエネルギを非接触で転送するための送信コイル（３３）とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のクランプ装置。
6. 送信コイル（３３）と回路構成（３２）とは、支持リング（３１）上に配置されており、支持リング（３１）がドローバー（６）の後端部に取り付けられており、送信コイル（３３）と回路構成（３２）とは封止用複合物（３４）で取り囲まれていることを特徴とする請求項５に記載のクランプ装置。
7. 固定リング（２７）が、非接触に伝達された測定データを受信するための受信器モジュールを備えた回路構成（３７）と共に、回転リング（２６）へのエネルギを非接触に転送するためのコイル（３６）と、を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のクランプ装置。
8. コイル（３６）と回路構成（３７）とは、固定されている支持リング（３８）上に配置されており、封止用複合物（３５）によって取り囲まれていることを特徴とする請求項７に記載のクランプ装置。
9. センサ（２０）が、複数の箔歪みゲージ（２４）を備えたスラストリング（２３）の形態を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のクランプ装置。
10. センサ（２０）が、クランプバネ（１８）とドローバー（６）のリング肩部（２１）の間に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のクランプ装置。

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