JP2011079125A

JP2011079125A - ワークピースのハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機

Info

Publication number: JP2011079125A
Application number: JP2010220889A
Authority: JP
Inventors: Dremel Ralf; ラルフ・ドレメル; Mueller Frank; フランク・ミューラー; Thomas Schenk; トーマス・シェンク
Original assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH; Kapp GmbH
Current assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH; Kapp GmbH
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-21
Also published as: EP2308638A1; US20110081844A1; CN102029548A; DE102009043677A1; EP2308638B1

Abstract

【課題】ハードフィニッシュ加工機における冷却潤滑剤の供給条件を自動的に調節する。
【解決手段】ハードフィニッシュ加工機は、ワークピースとハードフィニッシュ工具との間の加工領域に冷却潤滑剤を供給するための冷却潤滑剤供給手段９を備え、最適化された冷却潤滑剤供給条件であらゆる可能な工具と方法とを組み合わせて作動するために、冷却潤滑剤供給手段９は、少なくとも１つのノズル要素１０を備え、ノズル要素１０は、流路出口開口部１３，１４をそれぞれ有する少なくとも２つのノズルチャンバ１１，１２を備え、少なくとも２つの流路出口開口部１３，１４は、ツールスピンドルの回転軸の方向Ｙにおける同じ作動位置に配置され、ノズル要素１０は、ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で移動可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークピースのハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機に関し、該ハードフィニッシュ加工機は、ツールスピンドル上に配置された少なくとも２つの異なるハードフィニッシュ工具を備え、前記ツールスピンドルは、その回転軸の方向に移動可能にツールキャリア上に配置され、該ツールキャリアは、マシンベッドに対して相対的に並進移動可能であり、前記ハードフィニッシュ加工機は、前記ワークピースと前記ハードフィニッシュ工具との間の加工領域に冷却潤滑剤を供給するための冷却潤滑剤供給手段を更に備える。

最新技術において広く知られている上記のようなハードフィニッシュ加工機は、例えば、歯車研削盤として歯車の製造に用いられている。しばしば、金属材料の研削は、歯車が最初に粗加工されてその後に仕上げ加工されるように、分割して行われるべきである。粗加工には、研削ウォームが使用されて連続創成研削方法が採用され、仕上げ加工は、輪郭研削方法を使用する輪郭研削ホイールを用いて行われ得る。

研削プロセスを適切に実行して、とりわけ歯面の熱的過負荷を防止するために、研削工具とワークピースとの間の接触領域の確実な供給が確保されなければならず、これは冷却潤滑剤供給手段を用意することにより行われる。

上述の２つの方法では、ワークピースの熱損傷を確実に防止する観点から、冷却潤滑剤の供給に関して顕著に異なる要求が存在する。

前記連続創成研削方法を使用する場合は、通常、切削速度と加工時間との関連で、約６０ｍ／ｓ以上の切削速度、すなわち研削ウォームの周速度が使用される。ワークピースの周縁部の熱損傷を確実に防止するために、研削ウォームの周速度と、冷却潤滑剤の流れの出口速度との差はできる限り小さくなるように目指され、すなわち、冷却潤滑剤ノズルからの冷却潤滑剤の出口速度は比較的高いことが要求される。この高い速度は、前記ノズルの断面積を小さくすることと供給圧を高くすることとにより作り出される。そのような状況下において、比較的低量の流量が与えられるが、それによって、研削プロセス、又はワークピースの品質に悪影響は及ばない。

対照的に、前記輪郭研削方法を使用する場合は、通常、２５ｍ／ｓと３５ｍ／ｓとの間の低い切削速度が用いられる。この方法は、冷却潤滑剤の流れが切削ホイールの輪郭全体に確実に及ぶことを要求する。そのため、それぞれの輪郭の幅および高さに依存するが、前記ノズルの断面積は比較的大きいことが要求され、その結果、出口速度と圧力は低いが流量は比較的多い冷却潤滑剤の流れが生じる。

歯車のハードフィニッシュを行う方法の上述した特定の利用の他にも、冷却潤滑剤の供給に対する要求が顕著に異なりいくつかの工具が順々に使用される他の一般的な例があり得る。

いくつかの工具の場合における通常の加工方法によれば、それらの工具は、スピンドルモータとカウンタベアリングとの間に固定されたマンドレル上にフラッシングして配置される。スピンドルモータとカウンタベアリングとマンドレルと工具とで構成されるユニット全体は、（普通はＹ軸として名付けられる）工具の軸方向に移動可能なスライド部材（ツールキャリア）上に配置され、これにより、工具は、加工のために必要なワークピースに対する相対的な軸方向の位置に連れて行かれ得る。

前記創成研削プロセスに使用されるウォーム形工具は、通常、前記工具と前記ワークピースとの接触から生じる純粋な接触幅よりも顕著に広い。このことは、特定の方法において歯車を切削するために異なる移動方法を使用することを目的としてなされている。すなわち、最初に、それぞれ切削ウォームの新鮮な領域を接触させるために、粗加工と仕上げ加工との間、及び、一つ一つのワークピースの加工の間に、前記工具の軸（Ｙ軸）方向の不連続の移動が行われる。ワークピースの切削プロセス中に前記工具の軸（Ｙ軸）方向に連続的に移動（「斜め切削」ともいう。）すると、歯面のトポロジー及び／又は表面構造に特定の影響が生じ得る。

ここで使用される冷却潤滑剤ノズルは、固定式要素として構成されることができ、すなわち、それらは、直径を変更しないドレッシング不能のＣＢＮ研削工具に特に推奨される特定の不変のワークピースの直径に最適化される。可変の直径を備えた工具の場合、すなわち、ドレッシング可能な工具にとって、冷却潤滑剤ノズルは、ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で移動可能に配置されるように搭載され得る。実際の工具の直径に対するノズル位置の調節は、回転または並進の移動により行われ得る。

予め知られた利用において、ワークピースは、１つの工具のみで（例えば、粗加工と仕上げ加工とが同じ工具の異なる幅領域で行われるものであるドレッシング可能な研削ウォームで）機械加工されるか、又は、同じタイプ及び同じ大きさからなる２つの工具が使用される（例えば、ＣＢＮ粗加工のホイールと仕上げ加工のホイールとでドレッシング可能でない輪郭研削を行う）。それらの場合において、１つのノズルを使用することは、問題なく、使用される工具および方法にそれぞれ最適化された特性をもって可能である。

通常、１つのクランプにおける同じワークピースのいくつかの歯車の機械加工（例えばギアボックスシャフト）に、又は、粗加工のためと仕上げ加工のためとで異なる方法を備えた歯車の機械加工（例えば、上述したようにドレッシング可能な創成研削により粗加工し、ドレッシング可能でない輪郭研削により仕上げ加工すること）には、それぞれ異なる種類のいくつかの工具及び加工方法の組み合わせが使用される。

それらの場合において、冷却潤滑剤の供給の次の異なる例が知られている。

異なる工具に（上述したように直径の変更の場合に追従する構成を備えるか又は備えない）同じノズルを使用することは公知である。この場合、冷却潤滑剤供給の条件が、使用される工具毎に最適化されることができないという欠点がある。したがって、少なくとも１つの工具による機械加工は、低減された供給速度でしか行うことができず、これにより、加工時間が長くなり、ひいては効率損失が生じる。

さらに、いくつかのノズルが、Ｙ軸のスライド部材上に配置されて、各工具に対する相対的な位置を変化させずにスライド部材と共に動く構成が知られている。この場合、次の欠点が存在する。ウォーム形工具を用いる創成研削方法の場合に上述の移動プロセスを使用できるようにするために、Ｙ軸のスライド部材と共に動く前記ノズルは、工具全体の幅と同じ広さでなければならず、すなわち、工具とワークピースとの間の有効な接触幅により必要な幅よりも著しく広くなければならない。ノズル開口部の出口高さが一定であると仮定すると、創成研削に理想的な条件に抵触するくらいにノズルが拡がるとき、ノズルの断面積が増大する。また、この場合、冷却潤滑剤の供給の最適でない条件による低減された供給速度でしか加工を行うことができず、これにより、加工時間が長くなり、効率が悪化する。

そこで、本発明の目的は、上述の欠点が回避され、冷却潤滑剤の最適な供給条件下において、工具と方法のあらゆる可能な組み合わせの使用が行われ得るように、冷却潤滑剤の供給に関する上述したようなハードフィニッシュ加工機を更に改良することである。各種の工具及び各加工方法にとって最適であると判明した冷却潤滑剤の供給のための各条件を調節することが可能になるべきである。さらに、使用される工具及び使用される加工方法のためにそれぞれ冷却潤滑剤の供給条件を自動的に調節することが、オペレータの介入のない、すなわち、機械制御により管理された加工サイクルの中で可能になるべきである。

本発明の前記目的の解決策は、前記冷却潤滑剤供給手段が、少なくとも１つのノズル要素を備え、該ノズル要素が、流路出口開口部をそれぞれ有する少なくとも２つのノズルチャンバを備え、前記少なくとも２つの流路出口開口部が、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向における同じ作動位置に配置され、前記ノズル要素が、前記ツールスピンドルの前記回転軸に垂直な面内で移動可能であることを特徴とする。

前記ノズル要素は、ノズルチャンバをそれぞれ有する少なくとも２つの分離したノズル本体を備えてもよく、前記流路出口開口部は、前記ノズル本体の出口側端部に配置されてもよい。

あるいは、前記ノズル要素は、少なくとも２つのノズルチャンバを備えた１つのノズル本体を有してもよく、前記流路出口開口部は前記ノズル本体の出口側端部に配置されてもよい。

前記流路出口開口部の形状は相違することが好ましい。好ましくは、前記流路出口開口部の形状は長方形である。前記形状の相違は、好ましくは、前記流路出口開口部の幅と高さとに関する。

全ての流路出口開口部は、前記ツールスピンドルの前記回転軸に垂直な面に対称的に配置されていることが好ましい。

前記ノズル要素は、位置決め又は直径への追従のために、前記ツールスピンドルの前記回転軸に平行な回転軸を中心として旋回可能に配置されてもよい。

あるいは、前記ノズル要素は、前記ツールスピンドルの前記回転軸に垂直な面内で並進移動可能に配置されてもよい。この場合、前記ノズル要素は、直線状のガイド部材上を移動可能に配置されることが好ましい。

前記ノズル要素は、前記ノズルチャンバのそれぞれに個別に制御される冷却潤滑剤が満たされるように構成されてもよい。あるいは、前記ノズル要素の少なくとも２つのノズルチャンバは、冷却潤滑剤が同時に満たされるように構成されてもよい。

前記ノズル要素は、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記ツールキャリアに固定されて配置されてもよい。また、このノズル要素は、この方向において直線状のガイド部材上を前記ツールキャリアに対して相対的に移動可能に配置されてもよい。さらに、前記ノズル要素は、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記マシンベッドに固定されて配置されてもよい。最後に、前記ノズル要素は、上述の方向において直線状のガイド部材上を前記マシンベッドに対して相対的に移動可能に配置されてもよい。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記ハードフィニッシュ工具は、とりわけ研削ホイール又は研削ウォームからなる歯車加工工具である。

このように、最適な位置を維持し調節するための作動手段が設けられたツールスピンドルの１つの作動位置において、いくつか（特に２つ）のノズルを組み合わせることが提案される。これらのノズルは、前記ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で移動することができる。

有益的に、上述の目的は、上記の提案された解決策により完全に解決される。したがって、大きく異なるハードフィニッシュ工具、特に研削工具を使用する場合でも冷却潤滑剤供給条件が最適化されることが可能になる。前記冷却潤滑剤供給手段の調節は、機械制御ユニットにより容易な方法で行うことができる。

その結果として、加工されるワークピースに対して相対的に同じ位置でいくつかの工具が順々に使用される加工方法のための冷却潤滑剤の供給のために解決策が提案され、（特に、出口の断面積、出口速度、流量および圧力に関する）冷却潤滑剤の供給のための必要条件は、使用される工具および加工方法によって著しく異なる。

歯車研削盤として構成され、冷却潤滑剤供給手段により冷却潤滑剤が供給される研削工具としての研削ホイールと研削ウォームとを有するハードフィニッシュ加工機を示す斜視図である。ノズル要素用の並進移動手段を備えた第１の実施形態の冷却潤滑剤供給手段を、ツールスピンドルの回転軸（Ｙ軸）の方向から見た図である。ノズル要素の回転移動手段を備えた第２の実施形態の冷却潤滑剤供給手段を、ツールスピンドルの回転軸（Ｙ軸）の方向から見た図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。

図１には、歯車研削盤であるハードフィニッシュ加工機１が示されており、該加工機は、マシンベッド（マシンベースフレーム）８を有する。とりわけ、ツールキャリア（スライド部材）７は、前記マシンベッド上に直線状に移動可能に配置され、ツールスピンドル５を支持している。ツールスピンドル５上において、少なくとも２つのハードフィニッシュ工具３，４が配置され、すなわち輪郭研削ホイール３及び研削ウォーム４が概略的に示され、ツールスピンドル５は、一部品のスピンドルとして構成されてもよいし、分離しても駆動可能な複数の別個のスピンドルで構成されてもよい。前記工具３，４で機械加工されるワークピース２は、ワークピーススピンドル１１上に固定されており、図示された状態において、ワークピースの軸は垂直に方向付けられている。

ツールスピンドル５は回転軸６を有する。ツールスピンドル５は、前記工具３，４を選択的にワークピース２に係合させるように、図示されたＹ方向におけるツールキャリア７上の前記回転軸の方向に移動可能である。そうする限りにおいて、前記歯車研削盤は、予め知られた構造に対応する。加工に当然必要な更なる機械の軸については、本発明に関係がないため更なる説明はしない。

工具３，４とワークピース２との間の接触領域に冷却潤滑剤を供給するのに役立つ冷却潤滑剤供給手段９について説明する。

本発明によれば、前記冷却潤滑剤供給手段９は、第１の実施形態における図２に示されるようなノズル要素１０を備える。該ノズル要素１０は、流路出口開口部１３，１４をそれぞれ有する２つのノズルチャンバ１１，１２を備える。これにより、ノズル要素１０は、スライド部材２１に固定された２つのノズル本体１５，１６により構成されている。

これによって、ノズル要素１０は、ツールスピンドル５の回転軸６に垂直な面Ｅ（図４参照）内で移動可能に配置されていることが重要である。これにより、冷却潤滑剤のための各流路出口開口部１３，１４は、具体的な工具の応用例に応じて最適調整されることができ、工具の直径がドレッシングにより変化するとき該変化に追従し得る。したがって、前記ノズル本体を工具とワークピースとの接触領域に移動させるために、スライド部材２１は、並進移動方向Ｖに直線状のガイド部材１９上を移動されることができ、これにより、ノズル本体は、具体的な応用例に応じて、すなわち研削工具の実際の直径に従って、最適設計され且つ適応する。

前記２つの流路出口開口部１３，１４は異なる構造を有する。それら出口開口部の形状は、いずれの場合も長方形であり、それら出口開口部の高さ及び幅は、具体的な工具の応用例（ここにも適用でき、図４と関連づけられた以下の記述を参照されたい。）に最適に順応している。そのため、使用される工具に応じて、最適で適応したノズル本体１５，１６をそれぞれ位置決めして作動させることが可能である。

ノズルチャンバ１１，１２は、機械制御ユニットにより用意される冷却潤滑剤が選択的に供給され得る。

比較的薄いが比較的広い流路出口開口部１３は、創成研削中における研削ウォーム４の潤滑に最適である。しかしながら、比較的厚いが比較的広くない流路出口開口部１４は、輪郭研削中における研削ホイール３の潤滑に適している。

図３及び図４には、同様に工具とワークピースとの接触領域に冷却潤滑剤を最適に供給することを可能にするための別の解決策が示されている。本実施形態では、冷却潤滑剤供給手段９のノズル本体１７が、冷却潤滑剤の流れのために２つのノズルチャンバ１１，１２が形成された一部品の要素として構成されている。これにより、ノズル本体１７は、前記Ｙ軸に平行な回転軸１８を中心として旋回可能に配置されている。該旋回方向には符号Ｓが付されている。これにより、本実施形態においても、前記ノズル出口は、ドレッシングによる前記研削工具の直径の変化に応じて必要な最適の方法で、該変化に追従し得る。

Ａ−Ａ線断面図である図４に示されるように、前記２つのノズルチャンバ１１，１２とこれらの端部、すなわち前記流路出口開口部１３，１４とは長方形で構成されている。しかしながら、流路出口開口部１３の幅Ｂ_１３と流路出口開口部１４の幅Ｂ_１４とは異なり、同様に、流路出口開口部１３の高さＨ_１３と流路出口開口部１４の高さＨ_１４とは異なっている。

したがって、前記ノズルチャンバ１１を経由した冷却潤滑剤の流出中において、広いが比較的薄い流路が得られ、この流路は、創成研削中における研削ウォーム４の潤滑に最適である。

これに反して、前記ノズルチャンバ１２からの流出中において冷却潤滑剤は比較的厚い流路を流れ、この流路は、著しく小さく、輪郭研削中における研削ホイール３の潤滑に最適である。

直径の変化に応じた最適な方法で前記工具を調節するだけでなく、関連する研削工具３，４に適したそれぞれの流路出口開口部を作動位置へ運ぶために、妥当であれば、前記ノズル要素の移動のための更なる動作が、前記移動動作Ｖと前記旋回動作Ｓとにそれぞれ重ねられてもよい。

上述の通り前記マシンベッドに前記ノズルが（完全に）固定されて配置されている限りにおいて、次のことに注意されたい。実際のマシンベッド上には、普通、マシンスタンドが（移動可能に）配置され、該マシンスタンド上に旋回部が（移動可能に）配置される。そして、例えば、スライド部材が、前記旋回部上の（前記Ｙ軸に沿った）直線状のガイド部材上で移動可能に配置されている。

前記マシンベッドに前記ノズルが固定されて配置されるということは、前記ノズルが研削プロセス中の目的とする使用中に移動しないということであると理解されなければならない。したがって、このことは、前記ノズルが通常の場合と同様に前記旋回部に固定される場合、すなわち、前記マシンベッドに直接固定されるのでなく、前記旋回部と前記マシンスタンドとを介して間接的に固定される場合にも本質的に当てはまり、この場合、前記ノズルは、（前記旋回部とマシンスタンドとにより実際のマシンベッドに対して相対的に移動（調節）可能であるが、）目的とする使用中においては、前記ベッドに対して相対的に固定されて配置される。

１：ハードフィニッシュ加工機、２：ワークピース、３：ハードフィニッシュ工具（研削工具）、４：ハードフィニッシュ工具（研削ウォーム）、５：ツールスピンドル、６：回転軸、７：ツールキャリア、８：マシンベッド（マシンベースフレーム）、９：冷却潤滑剤供給手段、１０：ノズル要素、１１：ノズルチャンバ、１２：ノズルチャンバ、１３：流路出口開口部、１４：流路出口開口部、１５：ノズル本体、１６：ノズル本体、１７：ノズル本体、１８：回転軸、１９：直線状のガイド部材、２０：ワークピーススピンドル、２１：スライド部材、Ｙ：ツールスピンドルの回転軸の方向、Ｅ：面、Ｂ_１３：幅、Ｂ_１４：幅、Ｈ_１３：高さ、Ｈ_１４：高さ、Ｖ：移動方向、Ｓ：回転方向。

Claims

ワークピース（２）のハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機（１）であって、ツールスピンドル（５）上に配置された少なくとも２つの異なるハードフィニッシュ工具（３，４）を備え、前記ツールスピンドル（５）は、その回転軸（６）の方向（Ｙ）に移動可能にツールキャリア（７）上に配置され、該ツールキャリア（７）は、マシンベッド（８）に対して相対的に並進移動可能であり、前記ハードフィニッシュ加工機は、前記ワークピース（２）と前記ハードフィニッシュ工具（３，４）との間の加工領域に冷却潤滑剤を供給するための冷却潤滑剤供給手段（９）をさらに備え、
該冷却潤滑剤供給手段（９）は、少なくとも１つのノズル要素（１０）を備え、該ノズル要素（１０）は、流路出口開口部（１３，１４）をそれぞれ有する少なくとも２つのノズルチャンバ（１１，１２）を備え、前記少なくとも２つの流路出口開口部（１３，１４）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）における同じ作動位置に配置され、前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に垂直な面（Ｅ）内で移動可能であることを特徴とするハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、ノズルチャンバ（１１，１２）をそれぞれ有する少なくとも２つの分離したノズル本体（１５，１６）を備え、前記流路出口開口部（１３，１４）は、前記ノズル本体（１５，１６）の出口側端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、少なくとも２つのノズルチャンバ（１１，１２）を備えた１つのノズル本体（１７）を有し、前記流路出口開口部（１３，１４）は前記ノズル本体（１７）の出口側端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記流路出口開口部（１３，１４）の形状が相違することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記流路出口開口部（１３，１４）の形状は長方形であることを特徴とする請求項４に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記形状の相違は、前記流路出口開口部（１３，１４）の幅（Ｂ_１３，Ｂ_１４）と高さ（Ｈ_１３，Ｈ_１４）とに関することを特徴とする請求項４または５に記載のハードフィニッシュ加工機。
全ての流路出口開口部（１３，１４）が、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に垂直な面（Ｅ）に対称的に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に平行な回転軸（１８）を中心として旋回可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に垂直な面内で並進移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、直線状のガイド部材（１９）上を移動可能に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記ツールキャリア（７）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において直線状のガイド部材上を前記ツールキャリア（７）に対して相対的に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記マシンベッド（８）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ノズル要素（１０）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において直線状のガイド部材上を前記マシンベッド（８）に対して相対的に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
前記ハードフィニッシュ工具（３，４）は、とりわけ研削ホイール又は研削ウォームからなる歯車加工工具であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。