DE102009044167A1

DE102009044167A1 - Verfahren zum Einspannen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009044167A1
Application number: DE102009044167A
Authority: DE
Inventors: Eugen Hangleiter; Peter Schenk
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: JP5394505B2; CN102548693B; ES2533337T3; EP2473302A1; CN102548693A; US8752281B2; EP2473302B1; US20120119451A1; WO2011038730A1; JP2012512759A; KR101720806B1; KR20120072358A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspannen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks mittels eines Elektrospanners (1), der ein an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigtes Gehäuse (2), in dem axial verstellbar eine Gewindestange (3) zur Verstellung der Spannbacken eines Spannfutters gelagert ist, und einen elektrischen Stellmotor (4) umfaßt, dessen Rotor in Antriebsverbindung mit einem die Spindelmutter (7) der Gewindestange (3) verstellenden Antriebsrad (6) steht, wobei der Gewindestange (3) ein erster Sensor zur Erfassung von deren axialer Position und der Spindelmutter (7) ein zweiter Sensor zur Erfassung von deren axialer Position zugeordnet ist, umfassend den Verfahrensschritt der Bestimmung der Position der Gewindestange (3) mittels des ersten Sensors bei Auftreten einer leichten axialen Kraft infolge des Anliegens der Spannbacken an dem Werkzeug bzw. dem Werkstück, und fortgesetzter Verstellung der Spindelmutter (7), bis mittels des zweiten Sensors eine vorgegebene Geberdifferenz (12) zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor festgestellt ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zum Einspannen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks mittels eines Elektrospanners, der ein an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigtes Gehäuse, in dem axial verstellbar eine Gewindestange zur Verstellung der Spannbacken eines Spannfutters gelagert ist, und einen elektrischen Stellmotor umfaßt, dessen Rotor in Antriebsverbindung mit einem die Spindelmutter der Gewindestange verstellenden Antriebsrad steht, wobei der Gewindestange ein erster Sensor zur Erfassung von deren axialer Position und der Spindelmutter ein zweiter Sensor zur Erfassung von deren axialer Position zugeordnet ist, umfassend den Verfahrensschritt der Bestimmung der Position der Gewindestange mittels des erstens Sensors bei Auftreten einer leichten axialen Kraft infolge des Anliegens der Spannbacken an dem Werkzeug bzw. dem Werkstück, und fortgesetzter Verstellung der Spindelmutter, bis mittels des zweiten Sensors eine vorgegebene Geberdifferenz zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor festgestellt ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens.
Aus der DE 10 2006 050 918 A1 ist ein Elektrospanner bekannt, bei dem ein Elektromotor ausgenutzt wird, um das einer Werkzeugmaschine zugeordnete Spannfutter zu betätigen, also die Spannbacken zu verstellen. Die Anwendung des in der DE 10 2006 050 918 A1 offenbarten Elektrospanners in der Praxis ergab verbesserungswürdige Aspekte hinsichtlich der Hubsteuerung, da die analoge Längenmessung über den eingesetzten Sensor relativ ungenau ist. Desweiteren ist problematisch, dass für die Steuerung der erreichten Spannkraft das Motordrehmoment ausgenutzt wird, was gleichfalls mit einer relativ hohen Ungenauigkeit verbunden ist. Schließlich ist der Spannvorgang als zu langsam empfunden worden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die vorstehenden Probleme vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen.
Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren gelöst. Mit diesem Verfahren ist der große Vorteil verbunden, dass nicht nur eine Drehmomentsteuerung für das Erreichen der Spannkraft eingesetzt werden muss, sondern eine wegabhängige Steuerung vorliegt, da eine fortgesetzte Verstellung der Gewindestange erfolgt, bis die vorgegebenen Geberdifferenz erreicht ist. Der Spannvorgang selber läuft schneller ab.
Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Spindelmutter, vorzugsweise beidseits angeordnete, Federpakete zugeordnet sind, die bei der Erzeugung der vorgegebenen Geberdifferenz gespannt werden. Mit dieser Ausgestaltung ist der Vorteil verbunden, dass eine Erhöhung der Spannsicherheit erreicht wird, da die Federpakete als Energiespeicher dienen und einer schnellen Lageänderung der Gewindestange entgegenwirken. Die beidseitige Anordnung der Federpakete bewirkt, dass die Gewindestange in beiden Richtungen die gleichen Eigenschaften aufweist.
Unter Sicherheitsaspekten ist es günstig, wenn während des gespannten Zustandes die Geberdifferenz überwacht wird, insbesondere wenn die Geberdifferenz als Regelgröße zur automatischen Erhaltung der Spannkraft genutzt wird, da so während der gesamten Dauer der Einspannung eines Werkstücks oder eines Werkzeuges eine Kontrolle des Spannzustandes unter Sicherheitsaspekten möglich ist. In diesem Zusammenhang bietet es sich dann an, dass eine Abweichung von der vorgegebenen Geberdifferenz dem Hubkontrollsystem gemeldet wird, dass bei Spannfuttern bekannt ist und genutzt werden kann, bei Abweichungen von einem sicheren Spannzustand, eine Meldung abzugeben oder sogar eine Abbremsung bis zum Stillstand des Spannfutters zu bewirken.
Der die Vorrichtung betreffenden Teil der Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Elektrospanner mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigbaren Gehäuse vorgesehen ist, in dem eine axial verstellbare Gewindestange zur Verstellung der Spannbacken eines Spannfutters gelagert ist, die mittels einer Spindelmutter verstellbar ist, auf die ein elektrischer Stellmotor einwirkt, dessen Motor in Antriebsverbindung mit der Spindelmutter steht, dass die Spindelmutter axial zwischen zwei Federpaketen eingebettet ist, und dass der Gewindestange ein erster Sensor zur Positionserfassung und der Spindelmutter ein zweiter Sensor zur Positionserfassung zugeordnet ist. Diese Vorrichtung zeichnet sich durch ihren konstruktiv einfachen Aufbau auf, bei dem gegenüber dem bekannten Stand der Technik im wesentlichen nur die Federpakete sowie der zweite Sensor ergänzt werden müssen, dessen Signale herangezogen werden, um in Vergleich zu dem ersten Sensor die Geberdifferenz zu bestimmen.
Wiederum hinsichtlich der Einfachheit des Aufbaus ist es günstig, wenn die Spindelmutter über Mitnahmebolzen mit einem außen am Gehäuse geführten Schaltring verbunden ist, dem der zweite Sensor zugeordnet ist, da eine derartige Gestaltung es ermöglicht, die bei bekannten Hubkontrollsystemen gemachten Erfahrungen und Bauteile einzusetzen.
Es ist zu beachten, dass für die Kontrolle des Spannzustandes kein großer Verstellweg für die Spindelmutter innerhalb des Gehäuses bereitgehalten werden muss, also die Baulänge des Gehäuses im wesentlichen unverändert beibehalten werden kann, da es ausreichend ist, dass der Spindelmutter innerhalb des Gehäuses ein Verstellweg von 1,5 mm bis 5,0 mm, vorzugsweise von 2,0 bis 3,5 mm zugeordnet ist.
Der Platzbedarf für die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich auch dadurch begrenzen, dass in der Spindelmutter Taschen für die Aufnahme der Federpakete ausgebildet sind, wobei die Taschen zugleich auch als Führung für die Federpakete dienen.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Elektrospanners mit dem die Gewindestange und die Spindelmutter aufnehmenden Gehäuse sowie den seitlich neben dem Gehäuse angeordneten Stellmotor,
2 eine perspektivische Darstellung des Elektrospanners aus 1 aus anderer Sicht,
3 eine Stirnansicht des Elektrospanners aus 1,
4 einen Längsschnitt durch den Elektrospanner aus 1,
5 den Schnitt V-V aus 3,
6 einen Längsschnitt durch die untere Hälfte des Gehäuses eines Elektrospanners mit gegenüber der 5 verdrehter Schnittebene,
7 eine schematische Darstellung im Ruhezustand der Gewindestange und der Spindelmutter, und
8 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung zur Erläuterung der Geberdifferenz im gespannten Zustand des Elektrospanners.
In der Zeichnung ist ein Elektrospanner 1 dargestellt, der dazu benutzt wird, die Spannbacken eines an einer Werkzeugmaschine befestigten Spannfutters zu verstellen und während des Spannvorganges dauerhaft sicher gegenüber dem Werkstück oder Werkzeug zu spannen. Der Elektrospanner 1 weist ein an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zu befestigendes Gehäuse 2 auf, in dem axial verstellbar eine Gewindestange 3 zur Verstellung der Spannbacken des Spannfutters gelagert ist. Der Elektrospanner 1 umfasst weiterhin einen elektrischen Stellmotor 4, der seitlich neben dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Als Getriebe zwischen dem elektrischen Stellmotor 4 und der Gewindestange 3 ist ein Harmonic-Drive eingesetzt, wobei der Rotor des Stellmotors 4 über einen Riementrieb 5 mit einem Antriebsrad 6 verbunden ist, das mit dem Wellengenerator des Harmonic-Drive verbunden ist. Das Hohlrad des Harmonic-Drive ist mit dem Gehäuse 2 verbunden, während der Flex-Spine des Harmonic-Drive als Antrieb für die Gewindestange 3 vorgesehen ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verstellung der Gewindestange 3 über die Vermittlung einer Spindelmutter 7, die axial zwischen zwei Federpaketen 8 eingebettet ist, die in Taschen 9 der Spindelmutter 7 eingesetzt sind, wobei mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Federpakete 8 eingesetzt werden können.
Die Spindelmutter 7 weist innerhalb des Gehäuses 2 einen Verstellweg von 2 × minimal 1,5 mm auf; weiterhin ist die Spindelmutter 7 über Mitnahmebolzen 10 mit einem außen am Gehäuse 2 geführten Schaltring 11 verbunden. Diesem Schaltring 11 ist ein zweiter Sensor zur Positionserfassung der Spindelmutter 7 und der Gewindestange 3 ein erster Sensor zur Positionserfassung zugeordnet.
Mit einem derartigen Elektrospanner 1 ist es möglich, ein Werkstück oder Werkzeug in einfacher Weise einzuspannen, indem das Werkzeug bzw. Werkstück zwischen die Spannbacken des Spannfutters geführt und dann die Verstellung der Spannbacken initiiert wird durch den elektrischen Stellmotor 4, der die axiale Verstellung der Gewindestange 3 bewirkt. 7 zeigt den Normalzustand des Elektrospanners 1, bei dem beide Sensoren die Ausgangsposition mit Geberdifferenz, Null liefern. Wenn sich die Spannbacken erstmals dem Werkzeug bzw. Werkstück anlegen, kommt es zu einer Erhöhung der erforderlichen Kraft für die fortgesetzte Verstellung der Gewindestange 3, so dass aus diesem Kraftanstieg auf das erstmalige Anliegen der Spannbacken an dem Werkzeug geschlossen und über den ersten Sensor die Position der Gewindestange 3 bestimmt werden kann. Das Vorliegen einer Geberdifferenz weist also darauf hin, dass etwas gespannt wird oder die Gewindestange 3 auf einen Widerstand trifft. Die Spindelmutter 7 wird während des Spannvorganges fortgesetzt verstellt, bis durch den zweiten Sensor eine in den 7 und 8 erläuterte Geberdifferenz 12 festgestellt werden kann, die aus der fortgesetzten Verstellung der Spindelmutter 7 durch den elektrischen Stellmotor 4 resultiert. Die Federpakete sind durch den fest umgebenen Weg auf die richtige Spannkraft vorgespannt. Bei dem erfindungsgemäßen Elektrospanner 1 ist damit die Ansteuerung für den Spannvorgang umgebaut von einer drehmomentabhängigen Steuerung auf eine wegabhängige Steuerung, bei der in bekannter Weise ein Weg ausgewertet werden kann, um das Vorliegen einer ausreichenden Spannung zu bewirken. Darüber hinaus steht auch während der gesamten Dauer des Spannzustandes die Geberdifferenz 12 bereit, die als Regelgröße zur automatischen Erhaltung der Spannkraft genutzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Elektrospanner
2: Gehäuse
3: Gewindestange
4: Stellmotor
5: Riemenantrieb
6: Antriebsrad
7: Spindelmutter
8: Federpaket
9: Tasche
10: Mitnahmebolzen
11: Schaltring
12: Geberdifferenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006050918 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zum Einspannen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks mittels eines Elektrospanners (1), der ein an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigtes Gehäuse (2), in dem axial verstellbar eine Gewindestange (3) zur Verstellung der Spannbacken eines Spannfutters gelagert ist, und einen elektrischen Stellmotor (4) umfaßt, dessen Rotor in Antriebsverbindung mit einem die Spindelmutter (7) der Gewindestange (3) verstellenden Antriebsrad (6) steht, wobei der Gewindestange (3) ein erster Sensor zur Erfassung von deren axialer Position und der Spindelmutter (7) ein zweiter Sensor zur Erfassung von deren axialer Position zugeordnet ist, umfassend den Verfahrensschritt der Bestimmung der Position der Gewindestange (3) mittels des erstens Sensors bei Auftreten einer leichten axialen Kraft infolge des Anliegens der Spannbacken an dem Werkzeug bzw. dem Werkstück, und fortgesetzter Verstellung der Spindelmutter (7), bis mittels des zweiten Sensors eine vorgegebene Geberdifferenz (12) zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor festgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmutter (7), vorzugsweise beidseits angeordnete, Federpakete (8) zugeordnet sind, die bei der Erzeugung der vorgegebenen Geberdifferenz (12) gespannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des gespannten Zustands die Geberdifferenz (12) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberdifferenz (12) als Regelgröße zur automatischen Erhaltung der Spannkraft genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung von der vorgegebenen Geberdifferenz (12) dem Hubkontrollsystem gemeldet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrospanner (1) mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigbaren Gehäuse (2) vorgesehen ist, in dem eine axial verstellbare Gewindestange (3) zur Verstellung der Spannbacken eines Spannfutters gelagert ist, die mittels einer Spindelmutter (7) verstellbar ist, auf die ein elektrischer Stellmotor (4) einwirkt, dessen Rotor in Antriebsverbindung mit der Spindelmutter (7) steht, dass die Spindelmutter (7) axial zwischen zwei Federpaketen (8) eingebettet ist, und dass der Gewindestange (3) ein erster Sensor zur Positionserfassung und der Spindelmutter (7) ein zweiter Sensor zur Positionserfassung zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (7) über Mitnahmebolzen (10) mit einem außen am Gehäuse (2) geführten Schaltring (11) verbunden ist, dem der zweite Sensor zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmutter (7) innerhalb des Gehäuses (2) ein Verstellweg von 1,5 mm bis 5,0 mm, vorzugsweise von 2,0 mm bis 3,5 mm zugeordnet ist
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spindelmutter (7) Taschen (9) für die Aufnahme der Federpakete (8) ausgebildet sind.