JP2012512759A

JP2012512759A - 工具またはワークの締付方法、及び、この方法を実施するための装置

Info

Publication number: JP2012512759A
Application number: JP2011542677A
Authority: JP
Inventors: ハングライターオイゲン; シェンクペーター
Original assignee: ロェームゲーエムベーハー
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: KR20120072358A; CN102548693B; US20120119451A1; KR101720806B1; WO2011038730A1; CN102548693A; ES2533337T3; EP2473302B1; JP5394505B2; US8752281B2; EP2473302A1; DE102009044167A1

Abstract

ワークまたは工具を締付保持する電気式締付力印加装置１が、作動スピンドルに取り付けられるハウジング２と、サーボモーター４とを含む。ハウジング２内に、つかみあごの位置・姿勢をシフトさせるべく軸方向に位置シフト可能にネジ切りロッド３が取り付けられ、サーボモーター４の回転子は、ネジ切りロッド３のスピンドルナット７の位置をシフトさせる駆動ホイール６に駆動接続される。ネジ切りロッド３に、この軸方向位置を捉える第１のセンサーが備えられ、スピンドルナット７に、この軸方向位置を捉える第２のセンサーが備えられる。つかみあごがワークまたは工具に突き当てられることにより、わずかな軸方向の応力が生じた際に、第１のセンサーでもってネジ切りロッド３の位置を測定し、続いてスピンドルナット７の位置を、第１のセンサーと第２のセンサーとの間における所定の検知位置ズレ１２が検出されるまでシフトさせる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気式の締付力印加装置（電気式テンショナ）でもって工具またはワークを締付ける方法からなる。ここで、電気式締付力印加装置は、工作機械の作動スピンドルに取り付けられるハウジングと、電気サーボモーターとを含み、このハウジング内には、締付チャックのつかみあご（クランピング・ジョー）の位置または姿勢をシフトさせるためのネジ切りロッド（ねじ軸）が軸方向に移動可能に取り付けられている。また、サーボモーターの回転子は、ネジ切りロッドのスピンドルナットの位置をシフトさせる駆動ホイールに駆動接続されている。ネジ切りロッドには、この軸方向位置を捉えるための第1のセンサーが備えられており、スピンドルナットには、この軸方向位置を捉えるための第2のセンサーが備えられている。上記方法は、次のステップを含む。つかみあごが工具またはワークに接し、これに続いてスピンドルナットの位置・姿勢がシフトした結果として軸方向の小さな力が生じた際に、第1のセンサーでもってネジ切りロッドの位置を捉える。このような位置の捕捉は、第1のセンサーと第2のセンサーとの検知位置ズレが検出されるまで行う。本発明は、さらに、上述の方法を実現するための装置に関する。

ドイツ特許出願公開DE10-2006-050980A1により電気式締付力印加装置が公知である。この電気式締付力印加装置では、電動モーターが、工作機械に備え付けられた締付チャックを駆動し、これによりつかみあごの位置・姿勢をシフトするのに用いられている。ドイツ特許出願公開DE10-2006-050918A1に開示された電気式締付力印加装置を実用用途で用いたならば、ストローク制御の面から改良の余地があることが明らかになった。というのは、センサーを用いることによるアナログ式の長さ寸法測定が不正確だからである。また、次のことも問題である。実現される締め付け力をコントロールするには、モーターの回転モーメントが用いられるが、このことが、同様に、相対的に高い非精確さにつながっている。最後には、締付のプロセスが、あまりにもゆっくりであると考えられる。

米国特許US4567794 米国特許出願公開US2008-073862A 国際公開WO2008/120692 ドイツ特許出願公開DE10-2006-050918A1

したがって、本発明の課題は、上述の問題を回避することのできる方法を提供することにある。本発明の課題は、さらには、本発明の方法を実施するための装置を提供することにある。

上記課題における方法に関する部分は、導入部で述べた方法により解決される。

このような方法は、以下のような大きな利点と結びついている。締付力を得るためには回転モーメントの制御を用いなければならないという以外に、経路依存的な制御を用いることができる。所定の検知位置ズレが得られるまで、ネジ切りロッドの位置・姿勢をさらにシフトさせるからである。締付のプロセスそのものが、より迅速に進行する。

ネジ切りロッド及びスピンドルナットを収納するハウジングと、このハウジングの側方近傍に配置されたサーボモーターとを備えた電気式締付力印加装置の斜視図である。図１の電気式締付力印加装置を別の方向から見た斜視図である。図１の電気式締付力印加装置の正面図である。図１の電気式締付力印加装置についての長手方向断面図である。図３におけるV-V線に沿った断面図である。電気式締付力印加装置のハウジングの下半部について、図５から見て回転させた状態での長手方向断面図である。ネジ切りロッド及びスピンドルナットについての休止状態を示す模式図である。締付力印加装置が締付作動状態にあるときの検知位置ズレについて説明するための、図７に対応する模式図である。

本発明の枠内において、スピンドルナットには、好ましくは両側に、スプリングアセンブリが備え付けられる。スプリングアセンブリは、所定の検知位置ズレを生成するように圧縮または引っ張りが行われている。このような実施形態は、締付の確実性を向上させることができるという利点と結びついている。スプリングアセンブリが、エネルギー蓄積器としての役割を果たし、ネジ切りロッドの迅速な位置変化を抑える作用を行うからである。スプリングアセンブリを両側に配置したので、ネジ切りロッドは、両方向へと向かって同一の性質を有する。

確実性の点からは、締付状態の間中、検知位置ズレに対するモニタリングを行うならば好ましく、特には、検知位置ズレが締付応力を自動的に保持するための制御量として用いられるならば好ましい。このようであると、ワークまたは工具を締め付ける全期間にわたって、締付状態のコントロールを、確実な態様にて行うことが可能となるからである。これに関連して、以下のことが提案される。所定の検知位置ズレからのズレをストローク制御システムに報知する。ストローク制御システムは締付チャックにおいて公知のものであり、確実な締め付け状態からずれた際に、報知を行うか、または、締付チャックが停止するまで制動を行う。

前記課題における装置に関する部分は、次のような特徴を有する装置により解決される。工作機械の作業スピンドルに取り付け可能なハウジングを有する電気式の締付力印加装置（電気式テンショナ）が備えられる。このハウジング中には、締付チャックのつかみあご（クランピング・ジョー）の位置または姿勢をシフトさせるべく、軸線方向へと位置シフト可能なネジ切りロッドが取り付けられている。このネジ切りロッドは、スピンドルナットでもって位置シフトが可能である。このスピンドルナットには、電気サーボモータが作用し、この電気サーボモータがスピンドルナットと駆動接続されている。また、スピンドルナットは、軸線方向から、２つのスプリングアセンブリの間に挟み込まれている。そして、ネジ切りロッドには位置検出用の第１のセンサが備え付けられ、スピンドルナットには、位置検出用の第２のセンサが備え付けられる。この装置は、構成上、シンプルな構造となっており、公知の技術水準の装置に対し、実質上、スプリングアセンブリと、第２のセンサとを追加するだけで良い。この第２のセンサの信号は、第１のセンサとの比較により、検出位置ズレを決定するのに用いられる。

構造をシンプルにする観点からは、次のようであるのが好ましい。スピンドルナットが、ハウジングの外面に沿って案内される切換えリングに、連れ動かし用のボルトまたはピンを通じて接続される。この切換えリングに、第２のセンサが備え付けられる。このような形態であると、公知のストローク制御システムにおいて得られた知見、及び、部品や部材とを用いることができるからである。

なお、締め付け状態のコントロールのために、ハウジング内部にスピンドルナットのための大きな位置シフト経路を確保する必要はない。したがって、ハウジングの構造上の長さは実質上、変化させることなく維持することができる。というのは、次のようであれば充分であるからである。すなわち、ハウジング内部にてスピンドルナットに、１．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、好ましくは２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの位置シフト経路を割り当てれば充分だからである。

本発明による装置についての所要の設置スペースは、次のようであることによっても抑えることができる。スピンドルナットにスプリングアセンブリを受け入れるためのポケット部が設けられ、このポケット部がスプリングアセンブリのためのガイドとしての役割をも果たす。

図面に示された本発明の実施例について詳細に説明する。

図面に、電気式締付力印加装置１を示す。この電気式締付力印加装置１は、工作機械に取り付けられた締付チャックにおける複数のつかみあごについて、位置または姿勢をシフトさせるのに用いられるとともに、締付プロセスの間に、ワークまたは工具を堅固かつ確実に締め付けて置くのに用いられる。電気式締付力印加装置１は、工作機械の作動スピンドルに取り付けられているハウジング２を備える。このハウジング２中には、ネジ切りロッド３が、締付チャックの複数のつかみあごの位置・姿勢をシフトさせるべく、軸方向に移動可能に取り付けられている。電気式締付力印加装置１は、さらに、電気式のサーボモーター４を備える。このサーボモーター４は、ハウジング２に側方から近接して配置されている。サーボモーター４とネジ切りロッド３との間の駆動伝達機構には、波動歯車減速機（ハーモニック・ドライブ）が用いられる。ここで、サーボモーター４の回転子は、ベルト伝動機構５を通じて駆動ホイール６に接続されている。この駆動ホイール６は、波動歯車減速機（ハーモニック・ドライブ）のウェーブ・ジェネレータ（波動発生器）に接続されている。波動歯車減速機のサーキュラ・スプライン（剛性内歯歯車）はハウジング２に接続されており、波動歯車減速機（ハーモニック・ドライブ）のフレックススプライン（可撓性外歯歯車Flex spline）は、ネジ切りロッド３の駆動部をなすためのものである。ここで、図示の実施例においては、ネジ切りロッド３の位置調整が、スピンドルナット７を介して行われる。スピンドルナット７は、軸方向から、２つの積層バネ８の間に挟みこまれている。積層バネ８は、スピンドルナット７のポケット部９に差し込まれている。ここで、全周にわたって均等に分布するように配置された複数の積層バネ８を用いることができる。

スピンドルナット７は、ハウジング２の内部にて、２×[最小１．５ｍｍ]の位置シフト行程を有している。また、スピンドルナット７は、ハウジング２の外面に沿って案内される切換リング１１に、連れ動かしボルト１０を通じて接続されている。この切換リング１１には、スピンドルナット７の位置を捉えるための第２のセンサーが備え付けられ、ネジ切りロッド３には、位置を捉えるための第１のセンサーが備え付けられる。

このような電気式締付力印加装置１でもって、ワークまたは工具を、簡単な具合に締め付けることができる。この際、ワークまたは工具が、締付チャックにおける複数のつかみあごの間に案内され、次いで、つかみあごの位置・姿勢のシフトが、電気サーボモーター４により開始される。電気サーボモーター４は、ネジ切りロッド３の位置を軸方向にシフトさせる。図７には、電気式締付力印加装置１の通常状態を示す。この状態で、２つのセンサーは、検知位置ズレがゼロの初期位置を与える。複数のつかみあごが最初にワークまたは工具に突き当てられた際、ネジ切りロッド３の位置をさらにシフトさせるのに必要な力は大きくなる。したがって、この力の上昇から、複数のつかみあごがワークに最初に突き当てられたと結論付けることができ、第１のセンサーにより、ネジ切りロッド３の位置を特定することが可能である。したがって、検知位置ズレ１２の存在は、多少締め付けられたか、または、ネジ切りロッド３が抵抗を受けていることを示す。スピンドルナット７は、締付プロセスの間、引き続き、位置・姿勢がシフトされる。このシフトは、第２のセンサーにより、図７及び８にて説明した検知位置ズレが確かめられるまで行うことができる。この検知位置ズレは、電気サーボモーター４によりスピンドルナット７の位置が引き続きシフトすることで引き起こされる。複数の積層バネ８は、固定の、取り囲まれた経路中にて、適正な締付力または張力での、締付または引っ張りが予め行われていることとなる。そのため、本発明による電気式締付力印加装置１では、締付プロセスのための駆動が、回転モーメントに依存する制御から、経路に依存する制御に切り換えられている。ここで、経路について、公知の方法により評価することができるのであり、このようにして、充分な締付を引き起こす。また、これにより、締付状態が持続される全期間にわたって検知位置ズレ１２を利用可能となっている。この検知位置ズレ１２は、締付力を自動的に維持するのに用いられる可変量とすることができる。

１電気式締付力印加装置２ハウジング３ネジ切りロッド
４電気サーボモーター５ベルト伝動機構６駆動ホイール
７スピンドルナット８積層バネ９ポケット部
１０連れ動かしボルト１１切り換えリング１２検知位置ズレ

Claims

電気式締付力印加装置（１）を用いてワークまたは工具を締め付ける方法であって、
電気式締付力印加装置（１）は、工作機械の作動スピンドルに取り付けられるハウジング（２）と、サーボモーター（４）とを含み、ハウジング（２）内には、締付チャックの複数のつかみあごの位置・姿勢をシフトさせるべく、軸方向に位置シフト可能にネジ切りロッド（３）が取り付けられており、サーボモーター（４）の回転子は、ネジ切りロッド（３）のスピンドルナット（７）の位置をシフトさせる駆動ホイール（６）に駆動接続されており、
ネジ切りロッド（３）には、この軸方向の位置を捉えるための第１のセンサーが備え付けられ、スピンドルナット（７）には、この軸方向の位置を捉えるための第２のセンサーが備え付けられており、
つかみあごがワークまたは工具に突き当てられることにより、わずかな軸方向の応力が生じた際に、第１のセンサーでもってネジ切りロッド（３）の位置を測定し、これに続いてスピンドルナット（７）の位置について、第２のセンサーでもって、第１のセンサーと第２のセンサーとの間における所定の検知位置ズレ（１２）が検出されるまでシフトさせるステップを含むことを特徴とする方法。
スピンドルナット（７）には、スプリングアセンブリ（８）が、好ましくは両側から配置されて備え付けられ、このスプリングアセンブリ（８）が、所定の検知位置ズレ（１２）を生じるように引っ張りまたは圧縮を受けることを特徴とする請求項１の方法。
締付が行われた状態の間中、検知位置ズレ（１２）についてのモニタリングを行うことを特徴とする請求項１または２の方法。
検知位置ズレ（１２）が自動的な締付力の保持のための制御量として用いられることを特徴とする請求項３の方法。
所定の検知位置ズレ（１２）からのズレをストローク制御システムに通知することを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
請求項１〜５のいずれかの方法を実施するための装置であって、
電気式締付力印加装置（１）は、工作機械の作動スピンドルに取り付けられるハウジング（２）と、サーボモーター（４）とを含み、ハウジング（２）内には、締付チャックの複数のつかみあごの位置・姿勢をシフトさせるべく、軸方向に位置シフト可能にネジ切りロッド（３）が取り付けられており、ネジ切りロッド（３）は、スピンドルナット（７）でもって位置をシフト可能であり、スピンドルナット（７）には、電気サーボモーター（４）が作用し、電気サーボモーター（４）の回転子は、スピンドルナット（７）に駆動接続され、
スピンドルナット（７）が、軸方向から、２つのスプリングアセンブリ（８）の間に挟み込まれ、
ネジ切りロッド（３）の位置を捉えるための第１のセンサーが備え付けられ、スピンドルナット（７）の位置を捉えるための第２のセンサーが備え付けられることを特徴とする装置。
スピンドルナット（７）は、ハウジング（２）の外面に沿って案内された切換えリング（１１）に、連れ動かし用のボルトまたはピン（１０）を通じて接続され、このボルトまたはピン（１０）に第２のセンサーが備え付けられることを特徴とする請求項６に記載の装置。
スピンドルナット（７）には、ハウジング（２）の内側に、１．５〜５．０ｍｍ、または、２．０〜３．５ｍｍの位置シフト経路が備えられることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
スピンドルナット（７）中に、スプリングアセンブリ（８）を受け入れるためのポケット部（９）が設けられたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の装置。