JP2007216379A - 複数の工作物、とくに複数の金属製工作物の切削加工のための工作機械及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な加工工程を要求する複雑な工作物が、より単純に、より迅速に及びより正確に生産され得るようにする。
【解決手段】複数の工作物５６の切削加工のための工作機械が、工具スピンドル１４と工作物スピンドル２６を有する。工作物スピンドル２６は、通路開口６４を有する中空スピンドルである。本発明の１つの見地によれば、工作物スピンドル２６クランプ機構５２に保持された工作物５６が、工具スピンドル１４に用意された加工工具１６を用いて通路開口６４を通って加工され得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の工作物、とくに複数の金属製工作物の切削加工のための工作機械であって、加工工具を受容するための工具スピンドルを有し、工作物を受容するための少なくとも１つの工作物スピンドルを有し、工作物スピンドルが、通路開口と、通路開口の第１端に配置されたクランプ機構を有する中空スピンドルであり、工作物スピンドルと工具スピンドルが、工具スピンドルに用意された工具を用いてクランプ機構に用意された工作物を加工するために、互いに対して移動可能である、工作機械に関する。

本発明は、更に複数の工作物、とくに複数の金属製工作物の切削加工のための方法であって、通路開口と、通路開口の第１端に配置されたクランプ機構を有する工作物スピンドル内に、工作物をチャックする工程と、工具スピンドルに用意された加工工具を用いて、工作物スピンドルから突出する工作物の少なくとも１つの側を加工する工程を有する方法に関する。

このような工作機械とこのような方法は、ＤＥ １９６ ３５ ２５８ Ｃ１から公知である。

公知の工作機械において、工具スピンドルは、互いに垂直な３つの空間軸心で移動され得る移動コラムに配置されている。この場合の工具スピンドルは、その工具を下方に向けている。工作物スピンドルは、工具スピンドルの下方のブリッジにピボット旋回可能に載置されていて、工作物スピンドルが水平及び垂直位置の両方に作用し得るようになっている。工作物ロッドの前端が工作物スピンドルから突出するまで、工作物ロッドが工作物スピンドルを通って後方から前方に押され得るように、工作物スピンドルが構成されている。前端は、工作物スピンドルに用意された工具を用いて加工され得る。この公知の工作機械は、「ロッドから」種々の工作物を生産するのに非常に有利に用いられ得る。

工作物スピンドルに保持された工作物の端部を加工する目的で（第６の側として公知のものの加工）、ＤＥ １９６ ３５ ２５８ Ｃ１は、工作物スピンドルの反対に配置された追加的な把持及びピボット旋回ユニットを示している。把持及びピボット旋回ユニットは、部分的に加工された工作物を工作物スピンドルから引き継ぐことが可能であり、第６の側が更にアクセス可能になっている。このような工作機械は、６つの側の全てで工作物の加工を可能にしており、工作物は１度だけ再配置されさえすれば良い。これが有利であるのは、各々の再配置が位置公差ゆえに加工精度を損なうかも知れないためである。更に、各々の再配置には時間がかかり、これは生産性に影響を与える。
ＤＥ １９６ ３５ ２５８ Ｃ１

公知の工作機械の利点を可能な限り利用する目的で、第６の側を加工するために工作物が再配置される前に、工作物の最初の５つの側を可能な限り完全に加工する必要がある。これは、複雑な工作物の場合、例えば第６の側の加工ゆえに既に加工された工作物の複数の側にバリが生じているとき、困難である。このような例において、工作物は、当初の計画に反して２度目の再配置をされなければならず、又は別個の再加工が要求される。

この背景に対して、本発明の目的は、上記されたタイプの工作機械及び方法を改良して、様々な加工工程を要求する複雑な工作物が、より単純に、より迅速に及びより正確に生産され得るようにすることである。

本発明の１つの側面によれば、この目的は上記されたタイプの工作機械を用いて達成され、そこでは、クランプ機構に保持された工作物が工具スピンドルに用意された加工工具を用いて通路開口を通って加工され得るように、工作物スピンドルが構成されている。

本発明のもう１つの側面によれば、この目的は上記されたタイプの方法を用いて達成され、そこでは工作物が工具スピンドルに用意された加工工具を用いて通路開口を通って加工されている。

発明を実施するための形態

新規な工作機械及び方法は、それゆえ、工作物スピンドルを通って、すなわちその後方側から、チャックされた工作物を加工することを可能にするという思想に基づいている。工作物は、工作物スピンドルの第２端から、こうして工作物スピンドルを通って、加工工具により接近される。工作物スピンドルに隠された端面の加工がそれゆえ可能である。例えば、ダクトが後方から工作物を通ってドリル加工されることが可能であり、ドリル加工針は工作物スピンドルから突出する工作物の側に現れる。工作物スピンドルを通って工作物のチャックされた第６の側からバリを取り除くことも可能である。もちろん、工作物スピンドルに保持された工作物は、通常のように前方から、及びスピンドルから前方に突出する複数の側で、加工されても良い。もっとも、特有の見地は、従来の加工においてはスピンドルにあるか又はスピンドルにより少なくとも隠されている工作物が、その後方側で加工され得ることである。新規な工作機械と新規な方法は、結局１つの端部のみで工作物の加工を可能にする従来の加工原理と異なっていて、２つの対向する端面を加工する目的で工作物が中心にクランプされるアプローチとも異なっている。

新規な工作機械と方法は、こうして複数の工作物の加工におけるより大きな柔軟性を提供し、これはとくに種々の工作物の側に複数の加工工程を必要とする複雑な工作物の加工において有益である。本発明ゆえに、工作物が、これまで可能でなかったやり方で、好ましくは工作物が１回より多く再配置されることなく、加工されることが可能である。新規な工作機械と新規な方法は、こうしてチャック操作の更なる減少を可能にする。加工精度はこうして更に高められ、加工時間は更に減少され得る。

要約すると、新規な工作機械と方法は、複数の工作物のより単純な、より迅速な及びより正確な加工工程を提供する。上記された目的は、それゆえ充分に達成される。

本発明の好ましい改良にいおいて、通路開口が、工作物スピンドルの回転軸心に関して共軸に延在している。

代わりに、チャックされた工作物への対応するアクセスを可能にする目的で、通路開口が工作物スピンドルの回転軸心に関してずれて存在することも可能であり、又は通路開口が工作物スピンドルの回転軸心に関して斜めに又は横断して通ることも可能である。それに比べて、好ましい実施例は比較的単純且つ費用効果的に実行されることが可能であり、これは工作物への柔軟なアクセスを可能にし、このアクセスは工作物スピンドルの回転軸心の周りの回転位置と大部分無関係である。

更なる改良において、工作物スピンドルが、通路開口の方向のスピンドル長さとスピンドル外径を有し、スピンドル長さが、スピンドル外径とほぼ等しいか又はより小さい。

この改良において、工作物スピンドルは比較的短くてコンパクトな形状の構造を有し、これは工作物スピンドルの増加された外径を犠牲にしても良いかもしれない。換言すれば、工作物スピンドルは、その通路開口の方向で可能な限り短くなるように構成される。この改良は、チャックされた工作物の加工が、比較的短い工具を用いて後方側から行われることが可能であり、これがより高い安定性とそれゆえより高い加工精度を提供するという利点を有する。短くてコンパクトな構造の形状ゆえに、工作物スピンドルの外側又は前方に用意された工作物が、後方から加工されることが更に可能である。

更なる改良において、工作物スピンドルが回転スピンドルとして構成されている。

この改良は、好ましくは金属製工作物の回転又は旋盤操作のために必要とされる回転数及びトルクを生成可能にする工作物スピンドルを伴う。好ましい実施例において、工作物スピンドルは毎分１０００回転までの（またはそれ以上の）回転数と、５０及び２００Ｎｍの間の範囲の最大トルクを提供する。この改良ゆえに、工作物の加工における柔軟性が増す。なぜなら、工作物は、工作物スピンドルに用意される工作物の側の回転操作を含む既存のチャック固定具での回転により、加工されることも可能だからである。これにより、この改良は非常に複雑な工作物を非常に高率良く高精度で生産することを可能にする。

更なる改良において、通路開口は、第１端における第１内径と第２端における第２内径を有し、第１内径が第２内径よりも実質的に小さい。好ましい実施例において、通路開口の（第２端における）第２内径は、約１５ｃｍと約３０ｃｍの間の範囲にある。

この改良は、加工工具を備えた工具スピンドルを工作物スピンドル内に深く貫通させることを可能にし、より短く及びこうしてより安定な加工工具が使用され得るようになっている。もし、工作物スピンドル内への工具スピンドルの最適な貫通を可能にする目的で、工作物スピンドルの第２端における通路開口の内径が工具スピンドルの外部輪郭にほぼ適合されるなら、とくに好ましい。

更なる改良において、工作物スピンドルが、ピボット旋回軸心の周りでピボット旋回可能に載置される。ピボット旋回軸心は、好ましくは工作物スピンドルに関してほぼ中心に存在する。更に、もし工作物スピンドルの（工具スピンドルに関する）相対的なピボット旋回範囲が少なくとも１８０°であるなら、好ましい。

これらの改良は、工具スピンドルを用いて工作物スピンドルに用意された工作物を加工することをより容易にし、機械の比較的小さな移動の範囲内での柔軟な加工を可能にする。もし工作物スピンドルが工具スピンドルに対して少なくとも１８０°ピボット旋回可能であるなら、工作物スピンドルから突出する工作物の複数の側と、工作物スピンドルに存在するか又は工作物スピンドルに向いた工作物の複数の（後方）側の両方が、１つのチャック固定具で加工され得る。

更なる改良において、部分的に加工された工作物を一方の工作物スピンドルから他方に移送する目的で、少なくとも１つの工作物スピンドルに対して移動可能な更なる工作物スピンドルが設けられている。

この改良において、新規な工作機械は、少なくとも３つのスピンドル、すなわち１つの工具スピンドルと互いに対して移動可能な２つの工作物スピンドルを有する。この改良は、ただ１回の再チャック操作で工作物の非常に柔軟な６側加工を可能にし、これは、一方の工作物スピンドルから他方への直接的な移送により、非常に高い位置決め精度で行われ得る。

更なる改良において、第２工作物スピンドルが、複数のロッド形状工作物を受容して加工するための中空スピンドルである。

この改良は、それ自体序論に記載された工作機械から公知である。もっとも、それは本発明と組み合わせてとくに有利である。なぜなら公知の機械の高い加工精度と加工速度は、本発明を用いて更に高められ得るからである。更に、後方側の第２工作物スピンドルでロッド形状工作物を加工することが考えられ、その結果として柔軟性が更に増大される。しかしながら、最も一般的な条件において、第２工作物スピンドルは、非ロッド形状の工作物の加工のために、例えば鋳造加工又は鍛造加工のために構成されて良い。

上記された特徴と以下に説明される特徴は、各場合において特定された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独で、本発明の範囲から逸脱することなく使用されて良いことが理解されるだろう。

本発明の例示的な実施例が図面に示されていて、以下の詳細な説明により詳細に説明されている。

図１及び図２において、新規な工作機械の実施例は、その全体が参照符号１０で示されている。工作機械１０は、工具スピンドル１４を備えた第１スピンドルユニット１２を有し、そこに加工工具１６が用意されている。加工工具１６は、例えばミル加工ヘッド又はドリル加工針であり、これは工具スピンドル１４を用いてスピンドル軸心１８の周りで回転移動状態に設定される。代わりに、加工工具は、例えば工具スピンドルが静止しているときに工作物に対して回転加工を行う目的で、回転ノミであって良い。更に、（好ましくは）複数の金属製工作物の切削加工に適当な及び／又は要求される他の加工工具が、工具スピンドル１４の工具ホルダ内に用意されても良い。

スピンドルユニット１２は、矢印２０及び２２の方向と、図面に対して垂直な方向に移動され得る。これに応じて、スピンドルユニット１２は、３つの空間方向に移動されることが可能であり、これらは互いに垂直であって通常はｘ−、ｙ−及びｚ−方向として構成される。好ましい実施例において、第１スピンドルユニット１２は、３つの空間方向ｘ、ｙ及びｚでの移動を行う走行コラムに配置されている。代わりに、スピンドルユニット１２は、例えばブリッジ又は６脚設備に載置されて良い。更に、工具スピンドル（又は他の工具キャリア）がスピンドルユニットに関して移動可能であるときに、スピンドルユニット１２は１又はそれより多くの方向で動かなくて良い。

工作機械１０は、更に第１工作物スピンドル２４と第２工作物スピンドル２６を有し、これらはいずれも工作物キャリアとして役立つ。工作物スピンドル２４は、加工ベッド３０に固定的に配置されたブリッジ２８に載置されている。工作物スピンドル２４は、ブリッジ２８内で、ピボット旋回軸心３２の周りで、すなわち２重矢印３４の方向に、ピボット旋回され得る。更に、工作物スピンドル２４は、そのスピンドル軸心３６の周りで回転可能である。好ましい実施例において、第１工作物スピンドル２４は回転スピンドルとして構成されており、すなわちそれは回転速度及びトルクを与えることが可能であり、これにより工具スピンドル１４に取り付けられた回転工具を用いて工作物の回転加工を可能にしている。

参照符号３８は、工作物ロッドを示し、これは、工作物ロッド３８の前端が工作物スピンドル２４から突出するまで、矢印４０の方向で後方から工作物スピンドル２４を通って前方に押される。工作物スピンドル２４の前端にクランプ機構４２が設けられていて、これを用いて工作物ロッド３８の前端が工作物スピンドル２４内で回転に関して固定的に用意される。これは例えば多重ジョークランプチャックを伴う。工作物スピンドル２４が中空スピンドルとして構成され、工作物ロッド３８がスピンドル２４内で前方に押され得るようになっている。

図３及び４を参照して以下により詳細に説明されるように、第２工作物スピンドル２６も同様に中空スピンドルとして構成され、この特徴は主にスピンドル２６に用意された工作物を後方から、すなわち工具スピンドル２６を通って加工するのに役立つ。

第２工作物スピンドル２６は、ブリッジ４４に載置されていて、ピボット軸心４６の周りで、すなわち矢印４８の方向にピボット旋回可能である。図１に示されたように、ピボット軸心４６は、工作物スピンドル２６に関してほぼ中心にある。

ブリッジ４４は、加工ベッド３０上で２重矢印５０の方向に移動可能である。これにより、第２工作物スピンドル２６を第１工作物スピンドル２４の非常に近くにもたらすことが可能であるため、工作物ロッド３８の部分的に加工された前端が、工作物スピンドル２６の前端５４におけるクランプ機構５２に移送され得るようになっている。続いて、工作物ロッド３８の部分的に加工された前端は、好ましくは工具スピンドル１４の工具ホルダ内に用意された適当な分離工具を用いて取り外され、工作物スピンドル２６は、ロッド３８から取り外された工作物５６の最終的な加工を可能にする目的で（図２を参照）、図１に示された位置内に移動される。それまで、工作物ロッド３８は、次の工作物の加工を開始する目的で、工作物スピンドル２４内で矢印４０の方向に更に前方に押され得る。

図２に描かれた作業位置において、工作物５６の第６の側が、工具スピンドル１４を用いてそれ自体公知のやり方で、加工され得る。好ましくは、第２工作物スピンドル２６は、回転スピンドルとして更に構成され、工作物５６の第６の側と、工作物スピンドル２６から突出した工作物５６の周囲の複数の側を回転加工可能にしている。第２工作物スピンドル２６は、ピボット旋回軸心４６の周りでピボット旋回可能であるため、加工工具１６は、様々に調整可能な角度で工作物５６へ進められ得る。

更に、新規な工作機械１０は、工作物スピンドル２６に用意された工作物５６の後方からの、すなわち工作物スピンドル２６を通る有利な加工を可能にする。これは図３及び４を参照して以下により詳細に説明される。

図３及び４において、工具スピンドル１４と、部分的に加工された工作物５６を保持する第２工作物スピンドル２６が、部分断面図で示されている。明確化のため、工作物スピンドル２６の場合におけるスピンドルロータ、ベアリング、出力及び供給ラインのような詳細は示されていない。更に、工作物スピンドル２６は、図２の図面に関して１８０°ピボット旋回されたピボット旋回位置にある。換言すれば、工作物スピンドル２６の第１端５４は、ここでは下向きであり、工具スピンドル１４が、後方から工作物スピンドル２６内に加工工具１６とともに移動され得るようになっている（図４）。

工作物スピンドル２６はそれゆえ通路開口６４を有し、これはこの場合スピンドル軸心６６に対して同心に延在している。通路開口６４は、工作物スピンドル２６の端部５４において約８ｃｍの内径ｄを有する。第２端６８において、通路開口６４は内径Ｄを有し、これはここで約２３ｃｍである。工作物スピンドル２６を通る通路開口６４は、こうしてスピンドル２６の第１端５４から第２端６８に広がっており、この広がりは好ましくは図３及び４に示されているように、段階状になっている。スピンドル２６の第２端６８における比較的大きな内径Ｄゆえに、加工工具１６を備えた工具スピンドル１４は、図４に示されているように、工作物スピンドル２６の奥に貫通可能である。

更に、本発明の好ましい複数の実施例において、工作物スピンドル２６は、工作物スピンドル２６を通って後方から工作物５６を加工するのを容易にする目的で、非常に短い形状の構造で提供される。好ましい例示的な複数の実施例において、通路開口６４の方向の工作物スピンドル２６の長さＬは、スピンドル外径Ｗとほぼ等しいか又はより小さい。好ましい例示的な実施例において、工作物スピンドル２６の長さＬは約３０ｃｍであり、外径Ｗは約４０ｃｍである。

図３及び４に示されるように、新規な工作機械１０は、とくに、後方から部分的に加工された工作物５６を通って穴７０をドリル加工可能である。更に、工作物スピンドル２６に用意された工作物５６の端面７２は、非常に容易にバリを無くされ得る。加工の間に生じる切屑は、例えばピボット旋回軸心４６の周りでピボット旋回されている工作物スピンドル２６により、工具スピンドル１４の退出の後に排出される。

新規な方法のとくに好ましい変形例において、工作物５６は、図２に例として示されているように、工作物スピンドル２６に用意された後に、後方から通路６４を通って加工されるだけでなく、工作物スピンドル２６から突出する複数の側においても加工される。工作物５６は、その対向する端面７２、７４の加工の間でさえ再配置される必要がないため、非常に高い加工精度が達成される。

新規な工作機械の好ましい実施例の図を示す。 図１の工作機械を異なる作業位置で示す。 図１及び２における工作機械の工具スピンドルと工作物スピンドルの詳細の部分断面拡大図を示す。 図３における工具スピンドルと工作物スピンドルを第２作業位置で示す。

Claims (9)

1. 複数の工作物（５６）、とくに複数の金属製工作物の切削加工のための工作機械であって、加工工具（１６）を受容するための工具スピンドル（１４）を有し、工作物（５６）を受容するための少なくとも１つの工作物スピンドル（２６）を有し、工作物スピンドル（２６）が、通路開口（６４）と、通路開口（６４）の第１端（５４）に配置されたクランプ機構（５２）を有する中空スピンドルであり、工作物スピンドル（２６）と工具スピンドル（１４）が、工具スピンドル（１４）に用意された工具（１６）を用いてクランプ機構（５２）に用意された工作物（５６）を加工するために、互いに対して移動可能であり、クランプ機構（５２）に保持された工作物（５６）が、工具スピンドル（１４）に用意された加工工具（１６）を用いて通路開口（６４）を通って加工され得るように、工作物スピンドル（２６）が構成されていることを特徴とする、工作機械。
2. 通路開口（６４）が、工作物スピンドルの回転軸心（６６）に関して共軸に延在していることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
3. 工作物スピンドル（２６）が、通路開口（６４）の方向のスピンドル長さ（Ｌ）とスピンドル外径（Ｗ）を有し、スピンドル長さ（Ｌ）が、スピンドル外径（Ｗ）とほぼ等しいか又はより小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 工作物スピンドル（２６）が、回転スピンドルとして構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
5. 通路開口（６４）が、第１端（５４）における第１内径（ｄ）と第２端（６８）における第２内径（Ｄ）を有し、第１内径（ｄ）が第２内径（Ｄ）よりも実質的に小さいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
6. 工作物スピンドル（２６）が、ピボット旋回軸心（４６）の周りでピボット旋回可能に載置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 部分的に加工された工作物（５６）を一方の工作物スピンドルから他方に移送するための、少なくとも１つの工作物スピンドル（２６）に対して移動可能な更なる工作物スピンドル（２４）により特徴付けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の工作機械。
8. 第２工作物スピンドル（２４）が、複数のロッド形状工作物（３８）を受容して加工するために構成された中空スピンドルであることを特徴とする、請求項７に記載の工作機械。
9. 複数の工作物、とくに複数の金属製工作物の切削加工のための方法であって、
   通路開口（６４）と、通路開口（６４）の第１端（５４）に配置されたクランプ機構（５２）を有する工作物スピンドル（２６）内に、工作物（５６）をチャックする工程と、
   工具スピンドル（１４）に用意された加工工具（１６）を用いて、工作物スピンドル（２６）から突出する工作物（５６）の少なくとも１つの側を加工する工程を有し、
   工具スピンドル（１４）に用意された加工工具（１６）を用いて、通路開口（６４）を通って工作物（５６）が更に加工されることを特徴とする、方法。

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