JP6876808B2 - 工作機械とワークピースの締付けホルダとからなる構成体ならびにその構成体用のチャック - Google Patents

Description

この発明は、工作機械ならびにワークピースと結合されたワークピースホルダからなる構成体に関する。

従来工作機械はチャックによって形成された多軸ワークピースアームを備え、その際固定すべき部材を複数のクランプジョーの間に締付け固定するような方式で前記チャックを形成する。チャックの内部には通常ネジが配置され、それを回転させると付属するクランプジョーが円錐内に押し込まれそれによって工具を締め付ける。

特許文献１により、装置ラック上に垂直に設けたコンソールと、コンソールの破壊トルクの垂直誘導を消去するためとコンソールの位置変更を容易にするようにコンソールの重量に対して逆方向に作用する応力を形成するためにコンソールの張り出した端部に係合する装置を備えた工作機械が開示されており、その際前記コンソールの重量に対して逆方向に作用する応力は、コンソールに対する重量軽減装置において知られているように、バネの復元力からなり、その復元力が装置ラックの載置面と前記垂直誘導との交点の領域内に回転可能に支承された２アーム式のレバーの短い方のレバーアームに作用し、また長い方のレバーアームはコンソール上の水平ガイド内で摺動可能かつ固定可能に誘導されるすべりブロック上でヒンジ結合され、さらに手回し車によって調節可能な締付けウェッジとして固定装置を形成してそれの水平ガイド上に適宜に形成された係止面を配置する。

従って本発明の目的は、小型の寸法を有し、確実な固定を実行し、かつワークピースホルダの締付けおよび解除のために締付け装置の迅速な開放および閉鎖を可能にするよう改善された工作機械ならびにワークピースと結合されたワークピースホルダからなる構成体を提供することである。

ドイツ国特許第１２５９１７７号（Ｂ１）明細書

前記の課題は本発明に係る請求項１の特徴を有する構成体によって解決される。

本発明は、多軸ワークピースアーム上あるいは多軸ワークピースアーム内で特に回転軸周りで回転可能に支承されたチャックを有していて前記チャックによってワークピースのワークピースホルダを締付け可能にする工作機械の多軸ワークピースアームを備え、前記ワークピースホルダが半径方向外側に指向する少なくとも１枚の面、特に実質的に平坦である面を備え、半径方向において前記ワークピースホルダと前記チャックの間に配置された前記多軸ワークピースアームのクランプ要素に当接するように前記面を形成し、その際前記ワークピースホルダを締付けおよび解除するために前記クランプ要素が前記チャックに対して摺動可能であり、さらに前記チャックに対して摺動する際に前記ワークピースホルダに付加される締付け応力を変化させるように前記クランプ要素を形成してなる、工作機械ならびにワークピースと結合されたワークピースホルダからなる構成体を提供する。

本発明の着想の１つは、チャックに対して摺動可能に配置されたクランプ要素を設けることによって構造的に簡便な方式でワークピースホルダに締付け応力を付加可能あるいはそれを解除可能であり、またチャックとクランプ要素とワークピースホルダの間の面的な接合のために高い締付け応力をワークピースホルダに付加可能である点にある。

好適な実施形態ならびに追加構成が従属請求項および添付図面を参照した説明によって明らかさにされる。

別の好適な追加構成によれば、チャックに対して第１の方向に摺動する際にワークピースホルダに締付け応力を付加しチャックに対して第２の方向に摺動する際には前記ワークピースホルダに付加された締付け応力を解除するようにクランプ要素が形成されるような方式の幾何学形状を前記クランプ要素および／またはチャックが有する。従って、クランプ要素の摺動と前記のクランプ要素およびチャックの幾何学形状の組み合わせのみによって前記ワークピースホルダに締付け応力を付加しまたは解除することができる。

別の好適な追加構成によれば、ワークピースホルダをチャック内に締付けまたワークピースホルダをチャックから解除するために面の延在方向と平行な方向あるいは回転軸と平行な方向にクランプ要素が摺動可能である。従ってチャックとクランプ要素を有効な方式で相互の幾何学形状に適合させることができ、また確実な方式でワークピースホルダを締付けることができる。

別の好適な追加構成によれば、チャックを中空に形成し、チャックの内面とクランプ要素を断面形状において少なくとも部分的にくさび型に形成し、クランプ要素がチャックに対して第１の方向に摺動する際にクランプ要素がワークピースホルダをチャック内に締付けるような方式で相互に隣接して配置されくさび型に形成されたチャックとクランプ要素の面を互いに接合させる。従って、いずれもくさび型に形成されたチャックとクランプ要素の面を、クランプ要素を摺動させる際にワークピースホルダを締付けるように両方の面が相互作用するような方式で相互に適合させる。

別の好適な追加構成によれば、クランプ要素がチャックに対して第２の方向に摺動する際にクランプ要素がワークピースホルダをチャックから解除するような方式で相互に隣接して配置されくさび型に形成されたチャックとクランプ要素の面が接合状態から移動可能である。従って、いずれもくさび型に形成されたチャックとクランプ要素の面を、クランプ要素を摺動させる際にワークピースホルダを解除するように両方の面が相互作用するような方式で相互に適合させる。

別の好適な追加構成によれば、第１の方向がチャックの開口側端部を指向し、第２の方向はチャックの閉鎖側端部を指向する。従ってクランプ要素の動作を実行させる該当構成要素を好適な方式で多軸ワークピースアームの内部に配置することが可能になる。

別の好適な追加構成によれば、クランプ要素が皿バネによって付勢可能なクランプピンと結合されるかあるいはそれと一体形成され、前記皿バネの付勢に際して前記クランプピンが前記クランプ要素を多軸ワークピースアームのハウジング内部空間の方向に移動させるような方式でチャックとクランプ要素が共働作用し、それによって前記多軸ワークピースアームのハウジング内におけるワークピースホルダの締付けを実行させ得る。それによってチャック内におけるワークピースホルダの確実な固定が可能になり、その際皿バネのバネ圧力に対抗して作用する応力を付加しない限りワークピースホルダが締付けられた状態から再び解除可能にはならないことが好適である。

別の好適な追加構成によれば、円筒収容体内に支承された多軸ワークピースアームのピストンのうちの少なくとも１本を付勢することによってスプリングパッケージの巻きバネに対抗して圧力空気を注入することができる。それによって精密に制御されたクランプピンの付勢が可能になる。

別の好適な追加構成によれば、スプリングパッケージの巻きバネに対抗した圧力空気の注入によってクランプピンの軸方向の摺動が多軸ワークピースアームのハウジング内に締付けられたワークピースホルダを解除させるように作用することが可能になる。それによってワークピースホルダを締付けられた状態から確実に再解除することができる。

別の好適な追加構成によれば、チャックおよびワークピースホルダに少なくとも部分的に接合するクランプトングによってクランプ要素を形成し、その際前記クランプ要素が前記ワークピースホルダの方向を指向する側に実質的に平坦に形成された面を有する。従ってチャックとワークピースホルダの両方に対してクランプ要素の面的な接合が有効に達成される。

本発明に係る多軸ワークピースアームは工作機械の全ての動作軸、例えば５軸機械の場合５本の軸を含むことが極めて好適であり、それによって固定的に工具を有するようにスピンドルを具現することが可能になる。

上述した実施形態ならびに追加構成は任意に組み合わせることが可能である。

本発明のその他の構成、追加構成、ならびに実施形態には、上述において具体的には説明されなかった各種の組み合わせ、または実施例に関連して以下に記述する本発明の特徴が含まれる。

添付の図面は本発明の実施形態のより詳細な理解を提供するものである。添付図面は本発明の実施形態を図示するとともに、以下の記述との組み合わせにおいて本発明の原理および概念を説明するために寄与する。

その他の実施形態ならびに上述した数多くの利点が図面の参照によって理解される。図中に示された構成要素は必ずしも実際の相互の寸法比に忠実に図示されたものではない。

本発明の好適な実施形態に係る工作機械ならびにワークピースと結合されたワークピースホルダからなる構成体を示した断面図である。

工作機械１０と、ワークピース１４と結合されたワークピースホルダ１１１とからなる構成体が工作機械１０の多軸ワークピースアーム１１を備え、前記多軸ワークピースアームがチャック１２０を備えていてそのチャックが多軸ワークピースアーム１１内に支承される。それに代えてチャック１２０を例えば多軸ワークピースアーム１１の表面上に支承することもできる。前記のチャックは回転軸Ｄ周りで回転可能に支承される。ワークピースホルダ１１１はチャック１２０内に支承することができる。ワークピースホルダ１１１は半径方向外側を指向する面１１１ａを備える。前記半径方向外側を指向する面１１１ａは平坦な面として形成される。

ワークピースホルダ１１１はチャック１２０のインサート１１０によって囲繞される。そのインサートに対してホルダ１１１が部分的に直接また部分的に間接的に接合する。

半径方向外側を指向する面１１１ａは、半径方向においてワークピースホルダ１１１とチャック１２０の間に配置された多軸ワークピースアーム１１のクランプ要素１０９に接合するように形成される。クランプ要素１０９はワークピースホルダ１１１を締付けおよび解除するためにチャック１２０に対して摺動可能であり、チャック１２０に対して摺動する際にワークピースホルダ１１１に付加される締付け応力Ｆを変更させるようにチャック１０９が形成される。

チャック１２０に対して第１の方向Ｒ１に摺動する際にワークピースホルダ１１１に締付け応力Ｆを付加しチャック１２０に対して第２の方向Ｒ２に摺動する際には前記ワークピースホルダ１１１に付加された締付け応力Ｆを解除するようにクランプ要素１０９が形成されるような方式の幾何学形状を前記クランプ要素１０９とチャック１２０が有することが好適である。それに代えて、例えばクランプ要素１０９またはチャック１２０のいずれかがワークピースホルダのチャック内への締付けあるいはそこからの解除を可能にするような特殊な幾何学形状を有することも可能である。

ワークピースホルダ１１１をチャック１２０内に締付けまたワークピースホルダ１１１をチャック１２０から解除するために面の延在方向と平行な方向に摺動可能にクランプ要素１０９を配置する。それに代えて、ワークピースホルダ１１１をチャック１２０内に締付けまたワークピースホルダ１１１をチャック１２０から解除するために例えば回転軸Ｄと平行な方向に摺動可能にクランプ要素１０９を配置することもできる。

チャック１２０を中空に形成する。チャック１２０の内面とクランプ要素１０９を断面形状において少なくとも部分的にくさび型に形成する。クランプ要素１０９がチャック１２０に対して第１の方向Ｒ１に摺動する際に、クランプ要素１０９がワークピースホルダ１１１をチャック１２０内に締付けるような方式で、相互に隣接して配置されていていずれもくさび型に形成された、チャック１２０の面とクランプ要素１０９の面を互いに接合させる。クランプ要素１０９がチャック１２０に対して第２の方向Ｒ２に摺動する際には、クランプ要素１０９がワークピースホルダ１１１をチャック１２０から解除するような方式で、相互に隣接して配置されていていずれもくさび型に形成された、チャック１２０の面とクランプ要素１０９の面が接合状態から移動可能である。

第１の方向Ｒ１がチャック１２０の開口側端部１２０ａを指向し、第２の方向Ｒ２はチャック１２０の閉鎖側端部１２０ｂを指向することが好適である。代替的に、例えばそれぞれ前記と逆向きに構成することも可能である。

クランプ要素１０９は、皿バネによって付勢可能なクランプピン１０８と固定的に結合することが好適である。それに代えて、クランプ要素１０９を例えば皿バネによって付勢可能なクランプピンと一体形成することもできる。皿バネ１０７の付勢に際して前記クランプピン１０８が前記クランプ要素１０９を多軸ワークピースアーム１１のハウジング内部空間１１ａの方向に移動させるような方式でチャック１２０とクランプ要素１０９が共働作用し、それによって前記多軸ワークピースアーム１１のハウジング１１ｂ内におけるワークピースホルダ１１１の締付けを実行させ得る。

円筒収容体１０４内に支承された多軸ワークピースアーム１１のピストン１０６のうちの少なくとも１本を付勢することによってスプリングパッケージの巻きバネ１０５に対抗して圧力空気を注入することができる。スプリングパッケージの巻きバネ１０５に対抗した圧力空気の注入によって、クランプピン１０８の軸方向の摺動が多軸ワークピースアーム１１のハウジング１１ｂ内に締付けられたワークピースホルダ１１１を解除させるように作用することが可能になる。

クランプ要素１０９をクランプトング１０９ａによって形成することが好適である。クランプトング１０９ａは少なくとも部分的にチャック１２０およびワークピースホルダ１１１に接合するように形成する。クランプ要素１０９はワークピースホルダ１１１の方向を指向する側に実質的に平坦に形成された面を有する。クランプトング１０９ａとインサート１１０が相互に向かい合ったくさび型面を有する。ここでくさび角度は約１０°であるが、締付け効果を高めるために例えば５°まで縮小することもできる。

多軸ワークピースアーム１１のハウジング内に配置された電気モータ１０１が平歯車１０２を駆動し、そこで生成されたトルクが別の平歯車１１２を介してシャフト１１３に伝導される。そのことがワークピースホルダ１１１の回転動作を誘導する。平歯車１０２の回転動作は回転エンコーダ１０３によって検出され、それの出力信号を回転動作の制御変数として使用する。

以上、本発明を好適な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様な方式で変更可能である。特に、本発明の核心から逸脱することなく、種々の方式で本発明を設計変更または修正することができる。

例えば、ホルダ１１１が四角形あるいは正方形の断面を有することができる。しかしながら、好適には非回転対称の多角形断面にされ、その際平坦な側面１１１ａとそれと対向する面が該当する面の方向におけるホルダ１１１の最大長にわたって延在することが好適であり、それによって比較的小さな面圧力が存在するようにする。

別の構成形態によれば、面を少なくとも部分的に球形あるいは丸型に形成することもでき、その際その面に接合するクランプトングおよびインサート１１０の面も適合するように形成する。

例えば、チャックと、クランプ要素と、および／またはワークピースホルダの寸法あるいは幾何学的な形態を、対応するワークピース交換アームの構造要件に適合させることができる。

Claims (11)

1. 多軸ワークピースアーム（１１）上あるいは多軸ワークピースアーム内で回転軸（Ｄ）周りで回転可能に支承されたチャック（１２０）を有していて前記チャック（１２０）によってワークピース（１４）のワークピースホルダ（１１１）を締付け可能にする工作機械（１０）の多軸ワークピースアーム（１１）を備えてなる、工作機械（１０）ならびにワークピース（１４）と結合されたワークピースホルダ（１１１）からなる構成体であり、前記ワークピースホルダ（１１１）が半径方向外側に指向する少なくとも１枚の平坦である面（１１１ａ）を備え、半径方向において前記ワークピースホルダ（１１１）と前記チャック（１２０）の間に配置された前記多軸ワークピースアーム（１１）のクランプ要素（１０９）に当接するように前記面を形成し、その際前記ワークピースホルダ（１１１）を締付けおよび解除するために前記クランプ要素（１０９）が前記チャック（１２０）に対して軸方向に摺動可能であり、さらに前記チャック（１２０）に対して摺動する際に前記ワークピースホルダ（１１１）に付加される締付け応力（Ｆ）を変化させるように前記クランプ要素（１０９）を形成することを特徴とする構成体。
2. チャック（１２０）に対して第１の方向（Ｒ１）に摺動する際にワークピースホルダ（１１１）に締付け応力（Ｆ）を付加しチャック（１２０）に対して第２の方向（Ｒ２）に摺動する際には前記ワークピースホルダ（１１１）に付加された締付け応力（Ｆ）を解除するようにクランプ要素（１０９）が形成されるような方式の幾何学形状を前記クランプ要素（１０９）および／またはチャック（１２０）が有することを特徴とする請求項１記載の構成体。
3. ワークピースホルダ（１１１）をチャック（１２０）内に締付けまたワークピースホルダ（１１１）をチャック（１２０）から解除するために面の延在方向と平行な方向あるいは回転軸（Ｄ）と平行な方向にクランプ要素（１０９）が摺動可能であることを特徴とする請求項１または２記載の構成体。
4. チャック（１２０）を中空に形成し、チャック（１２０）の内面とクランプ要素（１０９）を断面形状において少なくとも部分的にくさび型に形成し、クランプ要素（１０９）がチャック（１２０）に対して第１の方向（Ｒ１）に摺動する際にクランプ要素（１０９）がワークピースホルダ（１１１）をチャック（１２０）内に締付けるような方式で相互に隣接して配置されくさび型に形成されたチャック（１２０）とクランプ要素（１０９）の面を互いに接合させることを特徴とする請求項２または３記載の構成体。
5. クランプ要素（１０９）がチャック（１２０）に対して第２の方向（Ｒ２）に摺動する際にクランプ要素（１０９）がワークピースホルダ（１１１）をチャック（１２０）から解除するような方式で相互に隣接して配置されくさび型に形成されたチャック（１２０）とクランプ要素（１０９）の面が接合状態から移動可能であることを特徴とする請求項４記載の構成体。
6. 第１の方向（Ｒ１）がチャック（１２０）の開口側端部（１２０ａ）を指向し、第２の方向（Ｒ２）はチャック（１２０）の閉鎖側端部（１２０ｂ）を指向することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の構成体。
7. クランプ要素（１０９）が皿バネ（１０７）によって付勢可能なクランプピン（１０８）と結合されるかあるいは付勢可能なクランプピン（１０８）と一体形成され、前記皿バネ（１０７）の付勢に際して前記クランプピン（１０８）が前記クランプ要素（１０９）を多軸ワークピースアーム（１１）のハウジング内部空間（１１ａ）の方向に移動させるような方式でチャック（１２０）とクランプ要素（１０９）が共働作用し、それによって前記多軸ワークピースアーム（１１）のハウジング（１１ｂ）内におけるワークピースホルダ（１１１）の締付けを実行させ得るようにすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の構成体。
8. 円筒収容体（１０４）内に支承された多軸ワークピースアーム（１１）のピストン（１０６）のうちの少なくとも１本を付勢することによってスプリングパッケージの巻きバネ（１０５）に対抗して圧力空気を注入し得ることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の構成体。
9. スプリングパッケージの巻きバネ（１０５）に対抗した圧力空気の注入によってクランプピン（１０８）の軸方向の摺動が多軸ワークピースアーム（１１）のハウジング（１１ｂ）内に締付けられたワークピースホルダ（１１１）を解除させるように作用し得ることを特徴とする請求項８記載の構成体。
10. チャック（１２０）およびワークピースホルダ（１１１）に少なくとも部分的に接合するクランプトング（１０９ａ）によってクランプ要素（１０９）を形成し、その際前記クランプ要素（１０９）が前記ワークピースホルダ（１１１）の方向を指向する側に平坦に形成された面を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の構成体。
11. 相互に隣接して配置されていてくさび型に形成されたチャック（１２０）とクランプ要素（１０９）の面が共働作用するようにし、それらのチャックとクランプ要素の間の相対位置をある方向に摺動させた際にホルダ（１１１）をチャック（１２０）内に固定的に締付け、別の方向に摺動させた際には前記ホルダとチャックの間の結合を解除することを特徴とする請求項１０記載の構成体。

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