JP2009012175A

JP2009012175A - ワークピース軸を中心に回転するワークピースを加工するための方法および装置

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Publication number: JP2009012175A
Application number: JP2008174249A
Authority: JP
Inventors: Johann Mall; モールヨハン
Original assignee: Gleason Corp
Current assignee: Gleason Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: DE102007030955B4; KR101496781B1; EP2011596B1; CN101337329B; BRPI0803850A2; EP2011596A2; KR20090004753A; US20090007735A1; US9186738B2; CN101337329A; EP2011596A3; DE102007030955A1; JP5419396B2

Abstract

【課題】ツール軸を中心に回転するツールを用いてワークピース軸を中心に回転するワークピースを加工するための装置および方法を提供する。
【解決手段】クランプ装置が、第１の位置へ移送され、加工するワークピースが、前記クランプ装置上にクランプされ、前記クランプ装置とその上にクランプされたワークピースが、第１の位置から空間的に離れた第２の位置に移送され、第２の位置で前記クランプ装置に接続されたワークピーススピンドルによって前記クランプ装置を駆動して前記ワークピース軸を中心に回転することができ、ワークピースが加工されると、前記クランプ装置が第２の位置から第１の位置へ移送されると、前記クランプ装置が前記ワークピーススピンドルから分離され、前記クランプ装置が第１の位置から第２の位置へ移送されると、前記クランプ装置が前記ワークピーススピンドルに接続される。
【選択図】図１

Description

本出願は、２００７年７月４日出願のドイツ特許出願第１０２００７７０３９５５．６号の利益を主張する。

本発明は、ツール軸を中心に回転するツールを用いてワークピース軸を中心に回転するワークピースを加工するための方法であって、クランプ装置が第１の位置へ移送され、加工するワークピースが上記クランプ装置上にクランプされ、上記クランプ装置とその上にクランプされたワークピースが第１の位置から空間的に離れた第２の位置に移送され、第２の位置で上記クランプ装置に接続されたワークピーススピンドルによって上記クランプ装置を駆動して上記ワークピース軸を中心に回転することができ、ワークピースが加工されると、上記クランプ装置と上記方法を実行する装置とが第２の位置から第１の位置へ移送される方法に関する。

ワークピースが歯車であり、ツールが歯車の歯を切削する研削ウォームである（ＤＥ１９８５７５９２Ａ１）上記タイプの周知の方法では、クランプ装置は、ワークピーススピンドルの分離不能な構成要素である。したがって、ワークピーススピンドル、そのパワーステアリング、および加工軸に沿ってワークピースを案内するキャリッジは、第１および第２の位置の間を前後に移動しなければならない。このため、本方法を実行するための装置について構造面での比較的大きな努力が必要である。第１の位置へのワークピースの載置と第２の位置からのワークピースの加工は、加工時間を短縮するために、オーバラップした時間で実行される関係から、パワーステアリングおよびガイドキャリッジを備える第２のワークピーススピンドルが必要なため、構造面での努力がさらに必要である。

本発明の目的は、構造面での必要な努力を低減する上記タイプの方法および装置を作成することである。

本発明の目的は、クランプ装置が第２の位置から第１の位置へ移送される時にワークピーススピンドルから分離され、第１の位置から第２の位置へ移送される時にワークピーススピンドルに接続される方法で達成される。

それ故、本発明の方法によれば、ワークピーススピンドルと加工するワークピースを装填したクランプ装置との接続は、クランプ装置がその第２の位置に移送された後ではじめて達成される。この接続状態で、クランプされたワークピースは、ワークピーススピンドルによってワークピース軸を中心に回転自在に駆動することができる。クランプされたワークピースとツールとの間の加工動作に加工軸に沿った動きが必要な場合、例えば、ワークピース軸に平行に位置合わせされた上記加工軸に沿って移動可能なキャリッジ上にワークピーススピンドルを配置することができる。上記加工軸に沿ったワークピーススピンドルの動きは、特に、上記ケースでは、ホーニングホイール、研削ウォーム、研削ディスク、シェービングカッタまたはホビングカッタであるツール軸を中心に回転するツールに関連するギアのホーニング、研削、きさげ仕上げ、または切削における動きである。加工後、クランプ装置は、第２の位置でワークピーススピンドルから分離され、第１の位置へ移送され、ここで加工済みワークピースが加工するワークピースと交換され、ワークピーススピンドルは所定位置に残ったままで、移送する必要がない。

上記装置に関して、本発明の目的は、ワークピース軸を中心に回転するワークピースを加工する装置であって、ツール軸を中心に回転自在に駆動することができるツールと、ワークピースをクランプ装置の第１の位置にクランプできる上記クランプ装置と、第１の位置から空間的に離れた第２の位置へクランプ装置を移送することができ、この第２の位置で上記クランプ装置に接続されたワークピーススピンドルによって、上記クランプ装置を回転自在に駆動してワークピース軸を中心に回転することができる移送装置とを備える装置によって達成される。

以下、本発明を例示的にのみ表す図面を参照しながら本発明のある実施形態の装置について詳細に説明する。

図１によれば、歯車ホーニング盤は、サーボ駆動装置によって回転自在に駆動され水平方向に延びる回転軸Ｚを有するワークピーススピンドル１を有する。ワークピーススピンドル１は、サーボ駆動装置によって回転軸Ｚに平行な加工軸に沿って歯車ホーニング盤の機械フレーム３上で変位することができるキャリッジ２上に配置される。さらに、回転軸Ｚに位置合わせされ、回転軸Ｚの方向に平行に動くことができる心押し台４が機械フレーム３上に配置される。

ツールヘッド６は、ワークピーススピンドル１とキャリッジ装置５上の心押し台４との間に配置され、任意の移動経路に沿って回転軸Ｚに対して直交する水平面上をキャリッジ装置５によって移動することができる。さらに、ツールヘッド６は、角度調整機能を備える直交軸を中心にキャリッジ装置上に支持され、角度を調整するサーボ駆動装置を有していてもよい。ツールヘッド６においては、歯車ホーニング盤のホーニングホイールは、図１には示していない回転駆動装置によって回転自在に駆動されるように支持される。

図２によれば、ワークピーススピンドル１は、ヘッド６への方向の軸端部に、クランプ装置９の補完的な第２の接続セグメント８に着脱可能に接続可能な第１の接続セグメント７を有する。特に、第１の接続セグメント７は、回転軸Ｚと同軸で、クランプ装置９の方向に円錐形に広がる円錐台ケーシングに似た形状の内部表面領域１０を有する。第２の接続セグメント８は、内部表面領域１０を補完する円錐台ケーシングに似た形状で図２に示す接続状態で表面領域１０と良好に嵌合する外部表面領域１１を有する。

径方向の内部に向いた軸方向の突起１３は、円周方向から見ると、回転対称からそれる領域を形成する外部表面領域１１の径方向に内部に位置する第２の接続セグメントの内部側面１２上に形成されている。図２に示す接続状態では、これらの軸方向の突起１３は、ワークピーススピンドル１（図２に図示せず）の接続セグメント７に回転不能に配置された補完的な摺動ブロック上に円周方向に支持される。これにより、ワークピーススピンドル１に対するクランプ装置９の角位置が決定される。

第２の接続セグメント８に対向するクランプ装置９の軸端部は、回転軸Ｚに対して同軸のクランピング円錐１５を有する。上記クランピング円錐の円錐台状の外部表面領域１６上には、外部表面領域１６を補完する円錐台状の内部側面領域１８を備える拡張スリーブ１７が配置されている。拡張スリーブ１７はこの配置により、径方向に収縮した状態と径方向に拡張した状態との間で、拡張スリーブ１７とクランピング円錐１５との間の径方向の相対的な運動によって調整することができる。クランピング円錐１５の代わりに、拡張スリーブの半径を拡大または縮小する当業者に周知の他の手段を提供することができる。

拡張スリーブ１７は、回転方向Ｚと同軸に、ワークピースがクランプされると、ワークピース軸と同軸の孔に挿入され、軸方向で収縮した状態では、上記孔の円錐状の内部側面に非能動的に嵌合するコーン状の外部側面１９を有する。それ故、回転軸Ｚおよびワークピース軸は一致する。

回転軸Ｚに対して同軸に、Ｖ字形に開く断面を有する円周上の溝２１は、拡張スリーブ１７と第２接続セグメント８との間にあるクランプ装置９の外周の円柱状領域２０内に形成される。上記円周上の溝は、図３に示すグリッパ２４の補完的グリッパフィンガ２２、２３と係合する。特に図４に示すように、一方のグリップフィンガ２２は、支持体２５の自由端に固定されて配置されるが、他方のグリップフィンガ２３は、図４に示す開位置と図３に示す閉位置との間で制御可能に移動することができる。図３および図４は、さらに、グリップフィンガ２２が、クランプ装置９の円周上の溝２１にその円周長の半分にわたり係合することができるが、可動グリップフィンガ２３は、閉位置の円周上の溝２１の残りの半分に係合し、ここで、グリップフィンガ２２のクランプ装置９の方向に進み、グリッパ２４内のクランプ装置９を緊密に嵌合させるということを示す。

図２および図４は、支持体２５の端部をグリッパ２４と、上記端部から軸方向の孔２６まで延びる上記支持体のセグメントのみを含む状態で示している。図１、３は、支持体２５が軸方向の孔２６を中心として対称であり、グリッパ２４に対応するグリッパ２４’を他端に有することを示す。さらに、図１、３は、支持体２５とその軸方向の孔２６がワークピース軸に対して軸方向に平行な起動シャフト２７上に固定されており、起動シャフト２７とワークピース軸Ｚとの距離が、図３に示す軸方向の孔２６の中心２８とグリッパ２４が係合しているクランプ装置９の中心２９との距離に対応することを示している。

軸方向の距離で、割り出しスピンドル３０が、ワークピーススピンドル１に接続されたクランプ装置９に直径方向に固定された機械フレームコンソール３１上のワークピース軸Ｚと軸方向に平行に配置され、また、該割り出しスピンドル３０は、ワークピーススピンドル１の第１の接続セグメント７と同一のクランプ装置９の第２の接続セグメント８に着脱可能に接続する接続セグメントを有する。

歯車ホーニング盤は、以下のように動作する。ワークピーススピンドル１に接続されたクランプ装置９上にクランプされた歯車を加工する時に、グリッパ２４、２４’を備える支持体２５が、図１に示す位置に対する静止位置で、起動シャフト２７の時計回りにほぼ９０°回転して枢動する。さらに、キャリッジ２がツールヘッド６の方向に十分奥まで配置されるので、クランプ装置９上にクランプされた歯車は、ツールヘッド６との加工係合でホーニング環と接触する。同時に、クランプ装置９と同一の構成の他のクランプ装置９’が、割り出しスピンドル３０に接続し、加工する歯車を、上記クランプ装置９’の拡張スリーブの外部表面１９’上で摺動させるワークピース交換装置（図示せず）によって装填される。加工する歯車がクランプ装置９’上にクランプされた後で、クランプ装置９’は、適切な制御装置の制御の下、割り出しスピンドル３０によってホーニングホイールと加工係合するのに適した角度位置まで回転する。

ワークピーススピンドル１に接続されたクランプ装置９上の歯車の加工が加工ヘッド６で完了すると、ワークピーススピンドル１を支持するキャリッジ２が、図１に示すワークピース交換位置に戻る。上記位置で、ワークピーススピンドル１に接続されたクランプ装置９は、割り出しスピンドル３０に接続されたクランプ装置９’が占める第１の位置に対して空間的に異なる第２の位置にあり、ここで、クランプ装置９の円周上の溝２１およびクランプ装置９’の円周上の溝２１は、ワークピース軸Ｚに対して直交する面内で重ね合わさる。

この状態で、支持体２５は、起動シャフト２７を中心に反時計周りに９０°枢動し、２つのグリッパ２４、２４’によって図４に示す開位置に制御される。このようにして、グリッパ２４，２４’は、クランプ装置９および／または９’の円周上の溝２１に係合し、図３に示す閉位置に制御される。

この状態で、支持体２５およびクランプ装置９、９’に係合するグリッパ２４、２４’は、回転軸Ｚに平行に十分遠くに変位し、ツールスピンドル１とクランプ装置９との接続および割り出しスピンドル３０とそのクランプ装置９’との接続を切り離す。次に、起動シャフト２７が適切に回転して、支持体２５を約１８０°枢動させ、割り出しスピンドル３０を備えるクランプ装置９とワークピーススピンドル１を備えるクランプ装置９’は、軸方向に整列する。次いで、支持体２５が軸方向に変位し、図２に示すように、ワークピーススピンドル１とクランプ装置９とが接続され、クランプ装置９と割り出しスピンドル３０とが接続される。このようにして、クランプ装置９’は、第１の位置から第２の位置へ移送され、クランプ装置９は、第２の位置から第１の位置へ移送される。

この状態で、ワークピース交換装置によって先に供給された加工に供せられる歯車は、ワークピーススピンドル１に接続されたクランプ装置９’上にあり、ツールヘッド６で加工された歯車は、割り出しスピンドル３１に接続されたクランプ装置９上にある。

この状態で、グリッパ２４、２４’は、開位置に制御され、支持体２５は、上記静止位置に９０°枢動される。次に、ワークピース交換装置は、割り出しスピンドル３０に接続されたクランプ装置９上の加工された歯車を、加工する新しい歯車と交換し、一連のすべてのワークピースが加工されるまで、上記サイクルが連続的に繰り返される。

上記グリッパ２４、２４’を備える支持体２５による枢動および軸方向の運動の駆動装置は図示されていないが、当業者であれば、周知の手段で実現することができる。上記駆動装置と、すべての運動軸、特にスピンドル１、３０の回転軸およびキャリッジ２の直線運動軸の駆動装置は電子制御手段によって制御され、すべての動作は自動的に進行する。

普通、少なくとも２つのクランプ装置が提供され、一方は、第１の位置から第２の位置へ移送され、他方は、第２の位置から第１の位置へ移送される。特に、上記方法は、素材のワークピースが第２の位置のクランプ装置上にクランプされたワークピースの加工作業と時間的に重なるように、第１の位置のクランプ装置上にクランプされるように実行される。これらの手段を用いれば、ワークピーススピンドルに接続されたクランプ装置内にクランプされるワークピースが加工される間に、加工待ちのワークピース列内の次のワークピースが第１の位置のクランプ装置内に装填されるため、連続生産における加工速度は大幅に増加する。

本発明においては、特に、第１の位置で、クランプ装置が、上記クランプ装置とワークピーススピンドルとの接続に対応する割り出しスピンドルに接続され、回転自在に駆動することができ、これにより上記クランプ装置上にクランプされたワークピースの角度位置を表す信号を生成することができる。上記信号の助けを借りて、クランプ装置が第２の位置に移送された後でツールによる加工に必要があれば、上記クランプ装置上にクランプされたワークピースとツールとの間の相対回転位置を設定することができる。相対回転位置のこの設定は、ワークピースが歯車であり、ツールが仕上げツール、例えば、環状のホーニング歯車、またはシェービング歯車または研削ウォームまたは研削ディスクの場合に好ましい。適切な相対回転位置の設定により、加工する歯の間隙にツールは衝突せずに確実に進入することができる。

上記割り出し工程で、加工する歯車の歯車装置が、特別の非接触センサでセンサ信号に応答して探査され、角位置を表す信号がそのためにプログラミングされた制御手段で生成されることが知られている。例えば、このように、クランプ装置に接続された割り出しスピンドル、または別の方法としては、ワークピーススピンドルを正しい相対回転位置まで回転させることができる。本発明の実施形態では、上記割り出し工程に必要な時間が、特に第１の位置について必要であり、第２の位置でのツールによる加工工程は、割り出しに必要な時間なしに直ちに開始することができる。

本発明の方法の好ましい実施形態では、クランプ装置とワークピーススピンドルまたは割り出しスピンドルとの相対運動による分離または接続は、それぞれのスピンドル軸に沿って実行される。それ故、この場合、分離または接続は、それぞれのスピンドルからクランプ装置を切り離す、またはそれぞれのスピンドル軸上でクランプ装置を摺動させるスピンドル軸に平行な移動を伴っている。

さらに、第１と第２の位置の間のクランプ装置の移送は、ワークピース軸に平行な回転軸を中心とする枢動に沿って実行されることが好ましい。この枢動によりクランプ装置は、移動し、円弧に沿って第１と第２の位置の間でそれぞれのスピンドルから切り離される。

以上、好ましい実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、本発明は、上記具体例に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の主題が関連する当業者には明らかな変形形態を含むものである。

歯車ホーニング盤の概略斜視図である。図１に示す歯車ホーニング盤内のクランプ装置とワークピーススピンドルとの接続の軸部分を示す図である。図１に示す歯車ホーニング盤の閉位置のグリッパの拡大図である。図３に対応する開位置のグリッパを示す図である。

符号の説明

１ワークピーススピンドル
Ｚ回転軸
２キャリッジ
３機械フレーム
４回転軸
５キャリッジ装置
６ツールヘッド
７第１の接続セグメント
８第２の接続セグメント
９，９’ クランプ装置
１０内部表面領域
１１外部表面領域
１２内部側面
１３軸方向の突起
１５クランピング円錐
１６外部表面領域
１７拡張スリーブ
１８内部側面領域
１９コーン状の外部側面
１９’ 外部表面
２０円柱状領域
２１円周上の溝
２２，２３’ 補完的グリッパフィンガ
２４，２４’ グリッパ
２５支持体
２６軸方向の孔
２７起動シャフト
２８中心
２９中心
３０割り出しスピンドル
３１機械フレームコンソール

Claims

ツール軸を中心に回転するツールを用いてワークピース軸（Ｚ）を中心に回転するワークピースを加工するための方法であって、クランプ装置（９）が第１の位置へ移送され、加工するワークピースが前記クランプ装置上にクランプされ、前記クランプ装置（９）とその上にクランプされたワークピースが第１の位置から空間的に離れた第２の位置に移送され、この第２の位置で前記ワークピースは前記クランプ装置（９）に接続されたワークピーススピンドル（１）によって前記クランプ装置を駆動して前記ワークピース軸（Ｚ）を中心に回転することができ、ワークピースが加工された後に、前記クランプ装置（９）が前記第２の位置から前記第１の位置へ移送される方法であって、前記クランプ装置（９）が前記第２の位置から前記第１の位置へ移送された時、前記クランプ装置（９）が前記ワークピーススピンドル（１）から分離され、前記クランプ装置（９）が前記第１の位置から前記第２の位置へ移送された時、前記クランプ装置（９）が前記ワークピーススピンドル（１）に接続されることを特徴とする方法。
少なくとも２つのクランプ装置（９，９’）が提供され、一方のクランプ装置（９）が前記第１の位置から前記第２の位置へ移送され、他方のクランプ装置（９’）が第２の位置から第１の位置へ移送される、請求項１に記載の方法。
前記第１の位置の前記クランプ装置（９’）上の加工前のワークピースのクランプ作業が、第１の位置の前記クランプ装置（９）上にクランプされたワークピースの加工作業と時間的に重なるように実行されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
第１の位置で、前記クランプ装置（９，９’）が、前記クランプ装置（９，９’）と前記ワークピーススピンドル（１）との接続部に対応する接続部を有する回転自在に駆動される割り出しスピンドル（３０）に接続され、これにより前記クランプ装置（９，９’）上にクランプされたワークピースの角度位置を表す信号を生成することができることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記クランプ装置（９，９’）と前記ワークピーススピンドル（１）または前記割り出しスピンドル（３０）との相対運動による分離または接続がそれぞれのスピンドル軸に沿って行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記クランプ装置（９，９’）が、ワークピース軸（Ｚ）に平行な回転軸を中心とする枢動軌跡に沿って前記第１と前記第２の位置の間で移送されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
加工する前記ワークピースが、歯車生産工程の素材であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記ツールが、歯車生産工程の工作機械であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
ワークピース軸（Ｚ）を中心に回転するワークピースを加工するための装置であって、ツール軸を中心に回転自在に駆動することができるツールと、ワークピースをクランプ装置（９，９’）の第１の位置にクランプすることができる前記クランプ装置（９，９’）と、前記第１の位置から空間的に離れた第２の位置へ前記クランプ装置（９，９’）を移送することができ、この第２の位置で前記クランプ装置（９）に接続されたワークピーススピンドル（１）によって前記クランプ装置を回転自在に駆動して前記ワークピース軸（Ｚ）を中心に回転することができる移送装置（２５）とを含む装置であって、前記クランプ装置（９，９’）と前記ワークピーススピンドル（１）との接続部が、前記ワークピーススピンドル（１）に永続的に固定された第１の接続セグメント（７）と、前記クランプ装置（９，９’）に永続的に固定された補完的な第２の接続セグメント（８）とを有し、前記第１の接続セグメント（７）と前記第２の接続セグメント（８）が、前記第１の接続セグメント（７）と前記第２の接続セグメント（８）の相対運動によって分離または再接続することができる装置。
前記第１の接続セグメント（７）と前記第２の接続セグメント（８）を分離および再接続する相対運動が、前記ワークピース軸（Ｚ）に平行な直線運動である、請求項９に記載の装置。
移送装置（２５）が、前記クランプ装置（９，９’）を第１と第２の位置の間で移送し、且つ前記クランプ装置（９，９’）と係合および分離することができるグリッパ（２４，２４’）を有することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記グリッパ（２４，２４’）が、前記クランプ装置（９，９’）のそれぞれの円周セグメントを補完する２つのグリップフィンガ（２２，２３）を有し、開位置と閉位置との間で互いに相対的に動くことができ、前記グリッパ（２４，２４’）が、閉位置で前記クランプ装置（９，９’）に係合し、前記グリッパ（２４，２４’）が、開位置で分離することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
少なくとも２つのクランプ装置（９，９’）と少なくとも２つのグリッパ（２４，２４’）が提供され、一方のグリッパは、第１の位置のクランプ装置に係合することができ、他方のグリッパは、第２の位置の他方のクランプ装置に係合することができることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
２つのグリッパ（２４，２４’）が、前記ワークピース軸（Ｚ）に平行な軸（２７）を中心に回転することができる要素（２５）に配置され、前記要素の回転が、第１の位置に係合した前記一方のクランプ装置（９）を前記第２の位置に移送し、第２の位置に係合した前記他方のクランプ装置（９’）を前記第１の位置に移送することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
前記ワークピーススピンドル（１）の前記接続セグメント（７）に対応する割り出しスピンドル（３）の接続セグメントが、前記第１の位置に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記クランプ装置（９，９’）上に前記ワークピースを載置し、前記クランプ装置（９，９’）から前記ワークピースを取り外すことができるワークピース交換装置を有することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
更に拡張スリーブ（１７）を有し、前記クランプ装置（９，９’）が、前記ワークピース軸（Ｚ）と同軸のワークピース孔内に前記拡張スリーブ（１７）を挿入することができる径方向に収縮した状態と前記ワークピースが前記拡張スリーブ（１７）上に永続的にクランプされた径方向に拡張した状態との間で調整することができることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記ツールスピンドル（１）および前記割り出しスピンドル（３０）が、各々、回転対称から外れる領域（１４）を有し、各クランプ装置（９，９’）がその補完領域（１３）を有し、それらの往復係合が、前記クランプ装置（９，９’）に接続されたスピンドル（１，３０）に対する前記クランプ装置（９，９’）の角度位置を決定することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記ツールスピンドル（１）が、加工軸に沿って移動することができるキャリッジ（２）上に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記加工軸が、前記ワークピース軸（Ｚ）に平行であることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。