(57)【要約】【課題】プログラム制御式工作機械用の機械加工ユニットを提供すること。【解決手段】機械加工ユニットは、ハウジング（２）と、ハウジング内に回転可能に取り付けられ回転駆動部を含むワーク主軸（１５）と、ワーク主軸に設けられ、工具ホルダ内の工具軸を取り外し可能に位置決めするためのクランプデバイスを備える工具ホルダと、工具ホルダ内の工具軸の位置及び状態を監視する測定・監視デバイスとを備える。測定・監視デバイスが、軸方向センサ及び径方向センサ並びに測定結果のための評価ユニットを含み、センサシステムが、主軸ハウジングに取り外し可能に締結され電子伝送エレメントとケーブル用の端子とを含むアウターリング（１０）を有する。ロータ（１６）がこの固定アウターリングにあてがわれ、センサを含み非接触データ伝送のためにアウターリングに連結される。ロータは、ボルト接続によって主軸の前端面に取り外し可能に締結される。【選択図】図１
2014144531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１）と、
前記ハウジング内に回転可能に取り付けられ、回転駆動部を含むワーク主軸（１５）と、
前記ワーク主軸（１５）に設けられた工具サポートであって、前記工具ホルダ内の工具軸を取り外し可能に位置決めするためのクランプデバイスを備える工具サポートと、
前記工具ホルダ内の工具軸の位置及び状態を監視するための測定デバイスであって、複数のセンサ及び測定結果のための電子評価ユニットを有する測定デバイスと
を備える、プログラム制御式工作機械用の機械加工ユニットにおいて、
前記センサが、前記ワーク主軸の前端部に取り外し可能に締結された環状ロータ（１６）内に配置された軸方向センサ及び径方向センサであることを特徴とする機械加工ユニット。
【請求項２】
センサシステムが、各場合において幾つかの軸方向センサ及び径方向センサを含み、前記軸方向センサ及び前記径方向センサが、外部からアクセス及び取り外し可能な少なくとも１本のケーブル（２０）によって、非接触伝送手段を介して前記機械自体の電子機器に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の機械加工ユニット。
【請求項３】
前記エネルギー・データライン（２０）が、外部からアクセス可能なケーブル通路（５）内に敷設され、プラグインコネクタを介して前記機械の電子機器に取り外し可能に接続されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の機械加工ユニット。
【請求項４】
前記主軸ハウジング（２）が、取り外し可能に締結されたカバーシートによって閉じることのできる、前記エネルギー・データラインを受容するケーブル通路としての軸方向溝（５）を収容していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
【請求項５】
前記環状ロータ（１６）が、その前側に前記軸方向センサを、また、その外周に沿って前記径方向センサを搭載していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
【請求項６】
前記ロータ（１６）が、軸方向スタッドボルトによって、前記ワーク主軸の前端側に取り外し可能に締結されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマシニングセンタや旋盤等のプログラム制御式工作機械用の機械加工ユニットであって、機械コラムに沿って移動可能なハウジングと、ハウジング内に回転可能に取り付けられたワーク主軸と、ワーク主軸のための回転駆動部と、ワーク主軸内に設けられた工具ホルダであって、その工具ホルダ内の工具軸を取り外し可能に正確に位置決めするためのクランプデバイスを含む工具ホルダと、ワーク主軸に設けられ、工具ホルダ内に挿入された工具軸の位置及び状態を監視するための測定デバイスとを備え、上記測定装置が複数のセンサ及びそのセンサの測定結果のための評価ユニットを有する機械加工ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の切削工作機械におけるワークに対する個々のまた連続する機械加工では、最大限の精度と、最も近い公差範囲の厳守とが要求される。これらの高い諸元を実現して守るためには、機械加工プロセスに関与する部品、すなわち、そのワークキャリア（パレット）を含むワークと、その工具ホルダ及びワーク主軸を含む工具とを、高い精度で位置決めし固定しなければならない。機械加工作業中に工具によって生成され、作業領域に飛散し、そして部品の上に堆積する切粉は、特に重要である。特に問題となるのは、切粉及び他の汚染物質が、工具コーン及び工具ホルダの一対の通常は仕上げ加工されている面及び／又は前側の平坦面に付着し、その蓄積された切粉が次回工具を交換する時に固く押圧される時に起こる。ワーク主軸のクランプデバイスによって工具軸に加えられるクランプ力は、極めて高い値に達することがあり、工具ホルダの内壁と工具軸の外壁との間にクランプされた切粉が、主軸ヘッドをわずかに変形させ、これが理由で工具が不正確に動作したり、他の機械加工の動作不良の原因となったりする。
【０００３】
また、同様の問題は、仕上げ加工された平坦面に小さな欠陥がある場合、あるいは、切粉が工具ホルダの前側に堆積し、これが全領域又はサブ領域に広がりうるような場合に起こることがある。工具軸を主軸内へ引き込むと、蓄積した切粉又は他の堆積物が２つの超仕上げ加工された平坦面間に位置付けられる。この結果、工具軸線が傾斜、又は、主軸の中心軸線に対してわずかな量オフセットし、これにより、機械加工作業中、工具が不正確に動作してしまう。その結果生じる機械加工工具に対する欠陥は、多くの場合、工具全体の複雑な測定によってのみ判定することができ、これは、相当な技術的努力が必要であるとともに、相当量の不合格品を出してしまう大きな恐れがある。
【０００４】
工具それ自体又はワーク主軸において不均衡化現象の発生を検出し、この不均衡化現象を回避及び／又は均衡化するための対策をとることができるシステムがすでに使用されている。それらは別の工具交換時に実行され、例えば、露出した工具軸及び主軸の工具ホルダを手であるいはブローアウト作業で洗浄できるようにする。しかしながら、これらの作業を実行するためには、ワーク主軸を加速する必要、そして任意ではあるが監視の目的で再び減速する必要があり、これにより追加の時間及び作業を必要とする。
【０００５】
圧搾された切粉によって引き起こされる工具ホルダの変形、及び、その結果生じる工具ホルダ又は主軸ヘッドの振動は、光学系、例えば、レーザー光を用いることによっても検出できる。その測定データは、電気光学評価エレメントにおいて用意され、機械制御に供給される。
【０００６】
特許文献１には、プログラム制御式切削工作機械用の機械加工ユニットであって、回転可能に取り付けられたワーク主軸を有し機械コラムに沿って移動できる主軸ハウジングを含む機械加工ユニットが開示されている。ワーク主軸の内部において中心的に軸方向に移動可能なコレットが、ワーク主軸の前端にある工具ホルダに供される工具軸をクランプ及びクランプ解除するのに用いられる。監視デバイスが主軸ヘッドの形状を制御するために使用される、この監視デバイスは少なくとも１つの測定ユニットを含む。測定ユニットは、すでに、例えば工具軸及び工具ホルダのそれぞれの仕上げ面の対に対する切粉の堆積によって引き起こされる最少の位置ずれに対応させている。測定デバイスは、高い測定精度で主軸ヘッドの形状を検出しその出力データが評価ユニットで処理される、機械的、電気的、電子機械的、音響的、又は光学的に動作するセンサを含むことができる。このようにして、例えば、ワーク主軸を駆動させることなく工具の各クランプ作業の直後に堆積した切粉によって引き起こされる位置決め不良を検出することが可能である。評価ユニットは、機械制御を介して、工具の別の交換作業、及び、例えばブローアウト工程によるクランプ面の洗浄を開始する。この機械加工ユニットにおいて使用される測定デバイスは、採用されるセンサがシリンダヘッドの円筒側面およびその形状変化を検出するものであるため、周方向における主軸ヘッドの変形を検出するだけである。
【０００７】
さらに、特許文献２には、機械コラムに沿って移動可能な主軸ハウジングが、その内部に回転可能に取り付けられたワーク主軸を含む、工作機械用の測定・監視装置が開示されている。ワーク主軸内部のクランプエレメントが、工具ホルダ内の交換可能に嵌合された工具軸をクランプ及びクランプ解除するために使用される。工具ホルダに対して工具軸を正確に平坦な状態で確実に当接させるために、環状フランジが主軸ヘッドに取り付けられる。環状フランジは、その前面に、等距離で配置された複数の仕上げされたサブ領域を有する。センサが、これらサブ領域のそれぞれに割り当てられ、内部接続ラインを介して測定データを伝送するための伝送エレメントに接続されている。これらのセンサ及び測定エレメントは、工具軸に形成された接触面が非平坦に当接した場合に主軸ヘッドの環状の当接面に起こる軸方向の変形を検出するだけである。エネルギー・データラインが、各部品内に延在している。つまり、それらは内部に一体化されている。この既知の測定・監視システムの欠点は、センサシステム及び評価ユニットが、ワーク主軸とのモジュラーユニットとして作られており、ワーク主軸と共にしか設置及び取り外しができない。これは、実際上、センサシステムに機能不全が起きた場合、すなわち、１つ又は幾つかのセンサが故障且つ／又はその接続が遮断された場合、メンテナンス及び修理に大きな努力が必要となることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１８８９６８５号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３５１３４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述の種類の機械加工ユニットであって、測定・監視デバイスのメンテナンス及び修理によって、周方向におけるフライスヘッドの形状の変化、また、工具軸線の主軸軸線に対する同軸配向のずれを別々に判定することを可能にし、且つ、ワーク主軸における測定・監視装置の設置及び取り外しに係る努力を単純化できる機械加工ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴によって達成できる。全体的に改良された測定精度が、一方が「軸方向」センサとして機能し他方が「径方向」センサとして機能する２つの異なるセンサタイプを使用することによって達成できる。「軸方向」センサが、作動されたコレットの力によって発生し工具軸の当接リングによって主軸ヘッドの相手面に加えられる軸方向の圧力を検出する。いずれの場合も、複数のセンサが主軸ヘッドのリングホイール形状の接触面に、その周方向面に亘って分散されるように配置されるため、周方向に亘る接触圧の比均一な分散、及び、その結果生じる工具軸線の主軸軸線に対する傾斜を検出することが可能である。このような現象は通常、対となる表面に堆積した切粉によって引き起こされる。通常幾つかの「径方向」センサからなる第２のセンサタイプが、工具ホルダ及び工具軸の円錐状面間の異物及び切粉によって引き起こされる主軸ヘッドの外周の変形を検出することができ、その結果、工具ホルダ内に工具軸を引き込む際の径方向及び周方向における主軸ヘッドの変形を最小限に抑えられる。本発明によれば、センサ及び電子評価ユニットが、例えば複数の軸方向スタッドボルトによってワーク主軸の前端に取り外し可能に締結される環状体内に収容される。この年次体は、測定データ及びエネルギーを非接触で伝送するための伝送手段を含む。この目的のために、誘導コイルを環状体に収容することができる。本発明によれば、この年次体は、例えば軸方向スタッドボルトによって主軸ハウジングの前端に取り外し可能に締結された固定アウターリングによって囲繞される。さらなる伝送手段が、このアウターリング内に例えばコイルの形態で設けられ、ロータとして機能するインナー環状体の伝送手段と通信を行なう。また、エネルギー・データケーブルのためのケーブル接続が、環状体の外部に設けられる。このエネルギー・データケーブルは、主軸ハウジング内の、外部に開口する長手方向通路内を延在し、シート又は他の保護エレメントによって被覆される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の特定の利点の一つは、アウターリング及びインナー環状体が、別々に又は一緒に容易且つ迅速な方法で取り外し及び設置することができることである。これに対して以前は、測定システムが機能不全を起こした場合、機械から主軸全体を取り出す必要があり、常に相当な努力を要した。
【００１２】
以下、本発明の例示的な実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ワーク主軸及び測定デバイスを含む機械加工ユニットを分解斜視図で示す。
【図２ａ】図１に示す機械加工ユニットの軸方向断面図を示す。
【図２ｂ】図１に示す機械加工ユニットの軸方向断面図を図２ａとは異なるスケールで示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図示の機械加工ユニットは、ワーク主軸にクランプされた工具（不図示）を用いて、ワークに対してフライス加工及びドリル加工を行なうためのものである。機械加工ユニットは、ハウジング１を含み、このハウジング１は、複数の軸方向ボア３を含む環状フランジ２を用いて、工作機械の所定の部品に取り付けられるか、組み付けられる。円錐台状のハウジング部４がこの環状フランジの前側に取り付けられ、少なくとも１本の外部に開口する長手方向溝５が、その周壁に組み込まれている。この長手方向溝５は、フランジ２に形成された受容溝６の形態の連続部を有する。長手方向溝５及びその連続部６は、エネルギー・測定データケーブルのための受容通路を形成している。エネルギー・測定データケーブルは、図１には示していないが、この通路５，６内に敷設され、円錐台４に取り外し可能に締結された成形（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）シート７によって被覆される。
【００１５】
図１は、円錐台４の前端にある成形断面（ｐｒｏｆｉｌｅｄ  ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を有するリング１０を示す。このリングは、複数のスタッドボルト１１によって、円錐台４の前側に取り外し可能に締結されている。このアウターリング１０は、成形断面（ｐｒｏｆｉｌｅｄ  ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を有し、図１の右側に見られるその前面を介して、円錐台４の左側の環状の前面に支持される。伝送手段がこのアウターリング１０内に収容され、測定データ・エネルギー信号の非接触伝送に使用される（図２ａ及び２ｂを参照）。さらに、このアウターリングには、センサシステムのためのケーブルアウトレット１２が設けられている。このケーブルアウトレット１２は、ケーブル通路５に対向するように配置され、装着時、このケーブル通路内にわずかに突入する。
【００１６】
ここでは従来のフライス主軸であるワーク主軸１５が、ハウジング内及び円錐台４内に回転可能に取り付けられる。環状体１６が、複数のスタッドボルトを用いてこのワーク主軸の前端に取り外し可能に締結され、ロータを構成するようにワーク主軸と一緒に回転する。センサがこのロータ１６内に収容され、主軸及び／又は主軸ヘッドの軸方向及び周方向における動作変形を検出するために使用される。異なる種類のセンサ、例えば、感圧センサ、応力感知センサ、又は力感知センサが、主軸の位置ずれ及び／又は形状変化を検出するための測定センサとして適切である。センサシステムは、評価デバイスを含む。この評価デバイスは、上述の異なるセンサに電気的に接続され、検出データを評価及び記憶し、マイクロプロセッサにより制御できる。切削工具の摩耗値、及び、衝撃により起こりうる機械部品の損傷も、上記センサシステムによって検出することができ、機械制御のために記憶し適切に考慮することができる。
【００１７】
ロータリング１６は、円滑で円筒状の内周面及び段状の断面を有する。この環状のロータ１６は、環状ディスク１６によって被覆される。環状ディスクは、平坦に当接させた場合に複数のスタッドボルト１８によって主軸の平坦端面に取り外し可能に締結され、ワーク主軸をその前側で閉じて、工具軸をクランプするための工具ホルダ無しで済ますことができる。
【００１８】
図２ａ及び２ｂから明らかなように、主軸ハウジングのケーブル通路５内に敷設されたケーブル２０は、スタッドボルト１１によって主軸ハウジング４に固定接続された固定アウターリング１０内に延在する。エネルギー・測定データケーブル２０のための端子１２が、このアウターリング１０内に配置され、この測定ケーブル２０がまた、図２ｂに示すような形で固定アウターリング１０内に配置された伝送エレメント２１に接続され、その相手エレメント２２が、主軸と共に回転するロータリング１６内に位置付けられる。
【００１９】
本発明は、図示の例示的な実施例に限定されず、変形例も包含する。例えば、評価ユニットは、機能的に、また設計により、インナーリング、すなわち、ロータ１６に一体化させることができる。しかし、評価ユニットは、主軸又は主軸ハウジングの外側部品の外部に配置することもでき、ケーブル２０を介してセンサシステムに接続することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１      ハウジング
２      フランジ
３      ボア
４      ハウジング部（円錐台）
５      長手方向溝（通路）
６      受容溝（連続部）
７      シート
１０    アウターリング
１１    スタッドボルト
１２    ケーブルアウトレット（端子）
１５    ワーク主軸
１６    環状体（ロータ）
１８    スタッドボルト
２０    ケーブル
２１    伝送エレメント
２２    相手エレメント
【図１】
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【図２ａ】
2014144531.tif 000004
【図２ｂ】
2014144531.tif 000005
【外国語明細書】
2014144531000001.pdf