JP2018001402A - 締付ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】構造的に少ない手間で高い機能性を有する締付ユニットを提供すること。
【解決手段】工作物を締め付けるための締付ユニット１であって、該締付ユニット１が、電動式の駆動装置と、複数の転動体のアレイを有する伝動装置ユニットとを備えている、工作物を締め付けるための締付ユニット１に関する。伝動装置ユニットによって、回転運動が操作要素の並進運動に変換される。この操作要素の並進運動によって、締付要素５が工作物を締め付ける締付位置と、締付要素５が工作物を解放する解離位置とに移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、締付ユニットに関する。

このような締付ユニットは、一般的に、ボール盤およびフライス盤ならびにマシニングセンタにおいて工作物を定置に締め付けるために使用され、また、旋盤、研削盤およびロータリトランスファマシンにおける回転加工に際して工作物用の締付チャックを操作するためにも使用される。

前述した形態の締付ユニットは、典型的に、工作物の締付または解離のために必要となる締付力を発生させるために、液圧式の駆動ユニットを有している。しかしながら、このような液圧ユニットは、その多くの構造的な手間は別として、液圧ユニットが切換信号に比較的遅れて反応し、これによって、例えば生産性の理由から、締付工程または解離工程の実施のために締付システムの極めて素早い正確な運動が要求される用途に対して問題があるという欠点も有している。

独国実用新案第２０２０１３１０１３４５号明細書（DE 20 2013 101 345 U1）に基づき、磁気締付装置が公知である。この公知の磁気締付装置は、締付面と、この締付面に工作物を締め付けるための少なくとも１つの電磁式の締付手段と、工作物をセンタリングするためのセンタリング装置とを有している。このセンタリング装置は、締付面内で摺動可能な少なくとも１つのベース締付ジョーを有している。このベース締付ジョーには、締付面に対して下降位置または上昇位置に運動可能な締付ジョーが対応配置されている。この締付ジョーは、別個の駆動装置、特に空圧式、液圧式、機械式、磁気式、特に電磁式、電動モータ式または手動式の行程駆動装置を有している。同明細書では、電動モータ式の駆動装置の使用が大雑把にしか述べられていない。

本発明の課題は、構造的に少ない手間で高い機能性を有する締付ユニットを提供することである。

この課題を解決するために、請求項１の特徴が設けられている。本発明の有利な実施の形態および好適な改良形態は、従属請求項に記載してある。

本発明は、電動式の駆動装置と、複数の転動体のアレイを有する伝動装置ユニットとを備えた、工作物を締め付けるための締付ユニットに関する。伝動装置ユニットは、回転運動を操作要素の並進運動に変換するために働く。この操作要素の並進運動によって、締付要素が、この締付要素が工作物を締め付ける締付位置と、締付要素が工作物を解放する解離位置とに変位可能となる。

場合により、締付ユニットは、操作要素が回転運動を実施するように形成されていてもよい。

したがって、本発明によれば、電気機械式の締付ユニットが提供される。この電気機械式の締付ユニットによって、コンパクトで廉価な構造で、工作物の再現可能な正確な締付が可能となる。特に素早い締付工程も正確に実施することができる。なぜならば、締付ユニットの電動式の駆動装置が、液圧式の駆動ユニットと異なり、ほとんど遅れを伴わないからである。

本発明の主要な態様は、電動式の駆動装置を、複数の転動体のアレイを有する伝動装置ユニットに組み合わせることにある。この伝動装置ユニットはコンパクトな構造を有していて、電動式の駆動装置のロータの回転運動を、締付システムに作用する操作要素の並進運動に正確にかつ再現可能に変換することを保証している。転動体が操作要素に直接係合していて、この操作要素が、締付工程の実施のために、締付要素に直接作用するので、工作物の締付・解離工程の目的で回転運動を並進運動に変換するためには、少ない個数の構成部材しか必要とならない。これによって、締付ユニットがコンパクトなかつ廉価な構造を有している。

本発明の更なる利点は、本発明による伝動装置ユニットにより、工作物の締付が、引張運動だけでなく、操作要素に加えられる回転運動によっても行われる点にある。この場合、電動式の駆動装置によって引張運動時にも回転運動時にも同一の力が発生させられると特に有利であり、これにより、両運動形態によって、締付時にも解離時にも同一の精度が維持される。

締付工程が操作要素の回転運動により達成される実施の形態では、この操作要素を加圧スリーブまたはこれに類するものによって形成することができる。締付が引張作用により行われる実施の形態では、操作要素を、有利にはタイロッドによって形成することができる。

本発明の有利な構成によれば、締付ユニットにおいて、締付位置と、締め付けたい工作物に締付時に加えられる締付力とを監視するためのコントロール手段が設けられている。

このコントロール手段によって、締付力だけでなく締付位置も電子的な方法でコントロールすることができ、調整することができる。したがって、工作物と締付ユニットの構成要素とにおける、公差設定の結果として生じる寸法偏差を補償することができ、これによって、各工作物に対して、最適なかつ再現可能な締付工程が維持される。したがって、本発明に係る締付ユニットの機能性が大幅に高められる。

電動式の駆動装置に調整ユニットが割り当てられていると、コントロール手段が特に有利であると判っている。

調整ユニットは、有利にはソフトウェアモジュールとしてコンピュータユニット内に実装されている。このコンピュータユニットは電動式の駆動装置内に組み込まれていてもよいし、別体のユニットとして形成されていてもよい。締付力と締付位置とに対する目標値を設定することによって、各工作物に対して締付工程を個別に適合させることができる。締付力および／または締付位置の調整によって、締付工程を最適化することができる。

第１のバリエーションによれば、調整ユニットによって、電動式の駆動装置の電流調整またはトルク調整が行われる。

このバリエーションは、極端に少ない構造的な手間を要求する。なぜならば、調整工程が、電動式の駆動装置の内的な量に関連して行われるにすぎないからである。この場合、電動式の駆動装置の電流とトルクとが、工作物の締付工程に対する特徴的な量を成しているという事情が利用される。

第２のバリエーションによれば、少なくとも１つの力センサのセンサ信号に関連した調整が行われる。

このバリエーションの利点は、力センサによって、目下の締付力に対する量が測定値としてダイレクトにかつ直接的に得られ、この測定値に基づき、特に簡単な調整工程を実施することができる点にある。

本発明の別の有利な構成によれば、締付位置を監視するために、少なくとも１つのセンサが設けられている。

特にこのセンサは近接スイッチまたは線形の位置測定システムである。

こういったセンサによって、例えば、目標寸法から逸脱した実際寸法を有する工作物が締付位置に適正に位置決めされていないことを認識することができる。これは、特に工作物が、この工作物に対して設定している目標寸法よりもやや小さい場合に当てはまる。同じことが、解離位置における工作物にも云える。このように認識された誤り位置は、その後、工作物位置の相応の調整によって補正することができる。

別の有利な実施の形態によれば、当付け面に対して相対的な工作物の位置をコントロールすることができる工作物当付けコントロール手段が設けられている。

有利には、この工作物当付けコントロール手段が、複数の誘導式のまたは容量式のセンサのアレイを有している。

これによって、工作物の締付工程をさらに最適化することができる別の主要なコントロール措置が講じられる。この工作物当付けコントロール手段によって、各工作物が当付け面に正確に載置されているかどうかを監視することができる。有利には、複数の誘導式のまたは容量式のセンサによって、それぞれ異なる測定箇所で当付け面に対する工作物の間隔が求められる。これによって、工作物の誤り位置を正確に検出することができ、補正することができる。

本発明の有利な構成によれば、工作物を締め付けるための締付力の保持が、伝動装置ユニットのセルフロックによって行われている。

電動式の駆動装置のセルフロックによって、この電動式の駆動装置のスイッチがオフにされている場合でも、締付力が確実に保たれる。これによって、締付ユニットにおける状態変更が実施されない限り、電動式の駆動装置のスイッチはオフにされたままとなる。これによって、大幅なエネルギ節約が達成される。

本発明の特に有利な実施の形態によれば、締付ユニットが、電動式の駆動装置、伝動装置ユニットおよび操作要素を内部に組み込んだベースモジュールと、本来の締付システムを備えた交換式インサートとを有している。

この場合、それぞれ異なる締付要素を備えた交換式インサートが、ベースモジュールに取付け可能であってよい。

このように構成された締付ユニットは、種々異なる用途に簡単にかつ臨機応変に適合させることができるモジュールシステムを形成している。このモジュールシステムは、電動式の駆動装置、伝動装置ユニットおよび操作要素を備えたベースモジュールが、種々異なる交換式インサートを用途固有の構成部材として固定することができる万能ユニットを形成しているように構成されている。この場合、交換式インサートは、種々異なる工作物を締め付けるための種々異なる締付要素を有している。特に工作物を内側から締め付けるための交換式インサートを設けることもできるし、工作物を外側から締め付けるための交換式インサートを設けることもできる。

特に有利には、ベースモジュールと交換式インサートとが、バヨネット締結手段を介して可逆的に解除可能に結合されている。

これによって、交換式インサートを簡単にかつ工具なしにベースモジュールに固定することができ、このベースモジュールから再び解除することができる。

本発明の有利な構成によれば、ベースモジュールが、交換式インサートとの緊締結合を形成するための手段である複数のボールのアレイを有している。好適には、ボールが、ベースモジュールの長手方向軸線に対して対称的に形成された環状のアレイを形成している。

操作要素の並進運動によって、交換式インサートとのボールの係合が行われているかまたは解消されている。

このアレイの主要な利点は、操作要素の、電動式の駆動装置により制御される運動によってのみ、交換式インサートがベースモジュールに対して固く緊締ひいてはロックされるかまたは解放され、これにより、バヨネット締結手段の操作によって、交換式インサートをベースモジュールから取り外すことができる点にある。

ベースモジュールへのボールの特殊な支承により、操作要素によって締付システムが締付位置または解離位置にある場合には、ボールによって交換式インサートの緊締が行われ、これによって、この交換式インサートをベースモジュールから解離することができないように、操作要素がボールに対して相対的な位置にあることが保証されている。

操作要素が、前述した前者の両方の位置と異なる第３の位置にもたらされた場合に初めて、交換式インサートをベースモジュールに対して解離することができる。これによって、締付ユニットの快適な取扱いが達成される。電動式の駆動装置を介した操作要素の制御によって、誤操作を確実に排除することができる。

本発明を以下に図面に基づき説明する。

ベースモジュールと交換式インサートとを備えた本発明に係る締付ユニットの斜視図であり、ａ）には、ベースモジュールに目標位置で位置固定された交換式インサートが示してあり、ｂ）には、目標位置に対して回動させられた交換式インサートが示してあり、ｃ）には、ベースモジュールから取り外された交換式インサートが示してある。 図１に示した締付ユニットの縦断面図である。 タイロッドの前端と緊締要素としてのボールとを含む締付ユニットの詳細図であり、ａ）には、工作物が締め付けられる状態が示してあり、ｂ）には、工作物が解離される状態が示してあり、ｃ）には、交換式インサートが解離される状態が示してある。

図１ａ〜図１ｃならびに図２には、工作物を締め付けるための本発明に係る締付ユニット１の実施例が示してある。

特に図１ａ〜図１ｃに示したように、締付ユニット１は、ベースモジュール２に交換式インサート３を可逆的に解除可能に固定することができるように、モジュール構造を有している。ベースモジュール２は、種々異なる交換式インサート３を固定することができる万能モジュールを形成している。ベースモジュール２への交換式インサート３の位置固定は、バヨネット締結手段によって行われる。図１ｃでは、このバヨネット締結手段の締結要素４をベースモジュール２に認めることができる。

各交換式インサート３は、通常の場合、１つの工作物を締め付けるための複数の締付要素５を有している。個々の交換式インサート３は、締付要素５の構成の点で異なっている。図１ａ〜図１ｃの例では、締付要素５が、工作物を外側から締め付けるための締付ヘッドを有している。一般的に、交換式インサート３には、工作物を内側から締め付けることを可能にする構成および機能形式を有する締付システムが設けられてもよい。

図１ａには、交換式インサート３がベースモジュール２に対する目標位置で示してある。この目標位置で交換式インサート３がベースモジュール２に固定されていると、締付ユニット１が完成した状態に組み立てられており、これによって、工作物の締付工程が実施される。交換式インサート３を解離するためには、この交換式インサート３がベースモジュール２に対して回動させられ（図１ｂ）、次いで、取り外される（図１ｃ）。その後、例えば別の交換式インサート３をベースモジュール２に固定することができる。

図２から明らかであるように、締付ユニット１のベースモジュール２内には、例えばサーボモータにより構成された電動式の駆動装置が組み込まれている。この電動式の駆動装置はコンピュータユニット（図示せず）によって制御される。電動式の駆動装置は、公知の形式で、ベースモジュール２内に定置に支承されたステータ６と、回転可能なロータ７とを有している。このロータ７は、中空円筒状のステータ６の内室に、ベースモジュール２の対称軸線に合致する軸線を中心として回転可能に支承されている。

締付工程を実施するために、電動式の駆動装置に対応配置された伝動装置ユニットの構成要素であるタイロッド８の形態の操作要素が設けられている。このタイロッド８は、ベースモジュール２の、交換式インサート３に割り当てられた縁部を越えて突出した拡幅された前端を有する中空円筒状のボディを形成している。

伝動装置ユニットは、ロータ７もしくはタイロッド８の周方向に分配されて配置された複数の転動体９の配列によって完成させられる。これらの転動体９は、一方では、ロータ７に係合されていて、他方では、タイロッド８の外面に設けられたねじ山に係合されている。転動体９の長手方向軸線は、ベースモジュール２の対称軸線に対して平行に延びている。ロータ７の回転運動によって、転動体９が回転し、タイロッド８のねじ山への係合によって、タイロッド８の並進運動を発生させる。この並進運動は、工作物を締付ヘッドに対して締め付けるかもしくは解離するために役立つ。

図２には、交換式インサート３がベースモジュール２に目標位置で支承されている図１ａの状況が示してある。交換式インサート３はベースモジュール２の端面に支承されている。ベースモジュール２の後縁には、当接ベースプレート１０が位置している。この当接ベースプレート１０の平らな上面は当付け面１０ａを形成している。この当付け面１０ａには、締め付けたい工作物の、タイロッド８の中空室内に挿入された後端を載着することができる。工作物のサイズに応じて、当付け面１０ａに、工作物の裏面を支承することができるアダプタ（図示せず）が載着されてもよい。

図２からさらに明らかであるように、交換式インサート３はチャックボディ１１を有している。このチャックボディ１１は、その前縁で開口した円錐形の切欠きを有している。この切欠き内には、締付ヘッドを形成する締付要素５が保持される。チャックボディ１１はその後縁にも開口を有している。この開口内には、タイロッド８の拡幅された前端が挿入されている。

ベースモジュール２には、同一に形成された複数のボール１２の配列が支承されている。これらのボール１２は、ベースモジュール２と交換式インサート３との間に緊締結合を形成する緊締要素を成している。ボール１２は、ベースモジュール２の周方向に全周にわたってそれぞれ互いに等しい間隔を置いて配置された環状の配列を形成している。ボール１２の個数は、ベースモジュール２のサイズに関連している。

図２に示したように、ボール１２は、ベースモジュール２のセグメントとチャックボディ１１のセグメントとの間に支承されている。さらに、ボール１２はタイロッド８の周面にも接触している。ボール１２を正確に位置決めするために、円錐形の位置決め要素１３が設けられている。

締付ユニット１の機能形式を以下に図３ａ〜図３ｃに基づき説明する。

電動式の駆動装置によって、タイロッド８が走行させられて、締付ヘッドの締付要素５を締付位置と解離位置との間で運動させることができるようになっている。締付ユニット１のこの作業運転の間、交換式インサート３は、ボール１２の緊締作用によってベースモジュール２に対する目標位置に不動に支承されている。

図３ａには、締付要素５の締付位置が示してある。この締付位置は、タイロッド８が電動式の駆動装置により第１の目標位置にもたらされることによって維持される。この第１の目標位置では、タイロッド８がベースモジュール２内に十分に走入されており、これにより、タイロッド８の引張作用によって、締付要素５が半径方向内向きに移動させられ、こうして、工作物（図示せず）が締め付けられる。この位置では、タイロッド８の拡幅部の後方の側面と、ベースモジュール２の向かい合った壁セグメントとの間隔Δｓが最小である。

このとき、ボール１２は、ベースモジュール２の各セグメントと、チャックボディ１１と、タイロッド８とに密に接触していて、こうして、ベースモジュール２と交換式インサート３との間で緊締を行っている。

伝動装置ユニットはセルフロック式に形成されており、これによって、電動式の駆動装置のスイッチがオフの場合でも、締付位置が確実に保たれる。

図３ｂには、締付要素５の解離位置が示してある。この解離位置では、工作物が締付ヘッドから解離されている。このためには、電動式の駆動装置によって、タイロッド８が第２の目標位置に走入されている。この第２の目標位置では、タイロッド８が第１の目標位置に比べてさらに前方に走行させられており、これによって、間隔Δｓが増加させられている。第２の目標位置へのタイロッド８の走入によって、締付要素５が半径方向外向きに移動させられ、工作物を解放する。

タイロッド８の第２の目標位置でも、ボール１２の緊締作用は維持されたままであり、これによって、交換式インサート３がベースモジュール２に引き続き位置固定されている。

最後に、図３ｃに示したように、電動式の駆動装置によって、タイロッド８をさらに一層前方に第３の目標位置へと走行させることができ、これによって、いま、間隔Δｓがその最大値をとっている。

これによって、ベースモジュール２とチャックボディ１１との互いに向かい合った壁の間に間隔Δｘが形成され、ボール１２の緊締作用が解消されている。これによって、交換式インサート３がベースモジュール２から解離されていて、（図１ｂに示したように）ベースモジュール２に対するバヨネット締結手段の操作とねじりとによって回動させられ、その後、（図１ｃに示したように）このベースモジュール２から取り外されるようになっている。

本発明によれば、締付ユニット１の運転、特に電動式の駆動装置の運転は、コントロール手段によって電子的に監視され、コントロールされる。このためには、コンピュータユニット内に調整ユニットが実装されている。この調整ユニットによって、締付要素５により加えられる締付力および／または締付位置が、予め設定された目標値に調整される。

第１のバリエーションによれば、調整ユニットによって、電動式の駆動装置の電流／トルク調整が行われる。すなわち、電動式の駆動装置の内的な量としての電流とトルクとが、調整工程に対する目標値の設定のために使用される。

締付力に対する目標値の設定のためには、チャックボディ１１内に配置される力センサが使用されてもよい。

また、締付位置の監視のためには、複数のセンサが使用されてもよい。このためには、タイロッド８の終端ストッパに設けられる近接スイッチが適している。択一的には、線形の位置測定システムが使用されてもよい。

これらのセンサによって、工作物の締付および解離の際の誤機能を確実に検出することができる。さらに、この誤機能を検出するかまたは補償するために、調整ユニット内に電流制限部が設けられていてよい。

最後に、当接ベースプレート１０の当付け面１０ａへの工作物の正確な当付けをチェックすることができる工作物当付けコントロール手段が設けられていてよい。このために、当接ベースプレート１０に誘導式のまたは容量式のセンサが組み込まれてよい。このセンサによって、当付け面１０ａと工作物表面との間の距離を空間分解能に基づき検出することができる。

（１） 締付ユニット
（２） ベースモジュール
（３） 交換式インサート
（４） 締結要素
（５） 締付要素
（６） ステータ
（７） ロータ
（８） タイロッド
（９） 転動体
（１０） 当接ベースプレート
（１０ａ） 当付け面
（１１） チャックボディ
（１２） ボール
（１３） 位置決め要素

Claims (17)

1. 工作物を締め付けるための締付ユニット（１）であって、該締付ユニット（１）が、電動式の駆動装置と、複数の転動体（９）の配列を有する伝動装置ユニットとを備えており、該伝動装置ユニットによって、回転運動が操作要素の並進運動に変換可能であり、該操作要素の並進運動によって、締付要素（５）が、該締付要素（５）が工作物を締め付ける締付位置と、前記締付要素（５）が前記工作物を解放する解離位置とに移動可能である、締付ユニット（１）。
2. 前記操作要素がタイロッド（８）であることを特徴とする、請求項１記載の締付ユニット。
3. 締付位置と締付力とを監視するためのコントロール手段が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の締付ユニット。
4. 前記コントロール手段が、前記電動式の駆動装置に割り当てられた調整ユニットを有していることを特徴とする、請求項３記載の締付ユニット。
5. 前記調整ユニットによって、前記電動式の駆動装置の電流調整またはトルク調整が行われることを特徴とする、請求項４記載の締付ユニット。
6. 前記調整ユニットによって、少なくとも１つの力センサのセンサ信号に関連した調整が行われることを特徴とする、請求項４記載の締付ユニット。
7. 前記締付位置を監視するために、少なくとも１つのセンサが設けられていることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか１項記載の締付ユニット。
8. 前記センサが、近接スイッチまたは線形の位置測定システムであることを特徴とする、請求項７記載の締付ユニット。
9. 当付け面（１０ａ）に対して相対的な前記工作物の位置をコントロールすることができる工作物当付けコントロール手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の締付ユニット。
10. 前記工作物当付けコントロール手段が、複数の誘導式のまたは容量式のセンサの配列を有していることを特徴とする、請求項９記載の締付ユニット。
11. 前記工作物を締め付けるための前記締付力の保持が、前記伝動装置ユニットのセルフロックによって行われていることを特徴とする、請求項３から８までのいずれか１項記載の締付ユニット。
12. 前記締付ユニットが、前記電動式の駆動装置、前記伝動装置ユニットおよび前記操作要素を内部に組み込んだベースモジュール（２）と、締付要素（５）を内部に配置した交換式インサート（３）とを有していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の締付ユニット。
13. それぞれ異なる締付要素（５）を備えた交換式インサートが、前記ベースモジュール（２）に取付け可能であることを特徴とする、請求項１２記載の締付ユニット。
14. 前記ベースモジュール（２）と前記交換式インサート（３）とが、互いにバヨネット締結手段を介して可逆的に解除可能に結合されていることを特徴とする、請求項１２または１３記載の締付ユニット。
15. 前記ベースモジュール（２）が、前記交換式インサート（３）との緊締結合を形成するための手段である複数のボール（１２）の配列を有していることを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の締付ユニット。
16. 前記ボール（１２）が、前記ベースモジュール（２）の長手方向軸線に対して対称的に形成された環状の配列を形成していることを特徴とする、請求項１５記載の締付ユニット。
17. 前記操作要素の並進運動によって、前記交換式インサート（３）との前記ボール（１２）の係合が行われるかまたは解消されることを特徴とする、請求項１５または１６記載の締付ユニット。