JP2014508047A - 工作機械内に回転可能に張設された中空ワークピースの外面に対する内面の偏心度を低減する方法 - Google Patents

Abstract

工作機械（２）内に回転可能に張設された中空ワークピース（１）、とりわけ中空シャフトの外面（９）に対する内面（７）の偏心度を低減するための方法が提示される。この方法では、張架状態において前記中空ワークピース（１）の内面（７）の輪郭に依存する複数の測定データを、とりわけ超音波を用いて記録し、前記記録された測定データを使用して、内面（７）に対する偏心度が低減された外面（９）の少なくとも一部に対して目標面（１３）を計算し、さらなるステップで、回転する前記ワークピース（１）の外面（９）を、前記目標面（１３）に対応して少なくとも部分的に切削加工する。特別な方法の状況を作るために、前記ワークピース（１）の外面（９）に、前記計算された目標面（１３）に対応して少なくとも１つの部分面（１４，１５）を切削加工で形成し、少なくとも前記形成された部分面（１４，１５）を使用して前記ワークピース（１）を、張設手段（３，４）、とりわけチャック（３’）および／または心出し金具（１７）を介して新たに張架し、その後、当該新たな張架状態において、回転する前記ワークピース（１）の少なくとも残りの外面（９）を少なくとも部分的に切削加工し、これにより前記外面（９）に対する内面（７）の偏心度を低減することが提案される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械内に回転可能に張設された中空ワークピース、とりわけ中空シャフトの外面に対する内面の偏心度を低減する方法に関するものであり、この方法では、張架状態において中空ワークピースの内面の輪郭に依存する複数の測定データが、とりわけ超音波によって記録され、記録された測定データを使用して、内面に対して偏心度の低減された外面の少なくとも一部に対する目標面が計算され、さらなるステップにおいて、回転するワークピースの外面が、前記目標面に対応して少なくとも部分的に切削加工される。

中空ワークピースでのアンバランスを低減するために、従来技術から内面と外面との間の同心度を高めることのできる方法が公知である。ここでは、中空ワークピースを回転可能に張設し、この張架状態において中空ワークピースの内面の経過ないしは輪郭に依存する複数の測定データを記録することも公知である（特許文献１）。超音波測定を介して得られたこれら測定点の座標に基づき、外面の目標経過ないしは目標外面が計算され、これに対応して、すなわち測定したのと同じ張架状態でワークピースの外面が回転加工される。これにより内面に対して平行な外面の経過を形成することができ、ないしは外面に対する内面の偏心度を改善することができる。この方法の欠点は、測定、計算および制御の労力コストが比較的高いことである。したがってまず非常に多数の測定データを記録し、中空ワークピースの精確な目標外面を計算でシミュレートできるようにするため、これらの測定データを引き続き処理することも必要である。中空ワークピースの加工は、次のステップでさらに比較的高い制御コストを要求する。なぜなら中空ワークピース全体を制御しながら回転するからである。したがってこの種の方法は、面倒でコストがかかるだけでなく、時間もかかる。このことはまたしても、使用される工具に関して、とりわけ最適の切断データによる高精度の切削加工の妨げになり、これでは比較的に高い表面品質を保証することができない。しかしこの方法を速くするために、記録される測定データの数を減らすことは、ワークピースの加工精度を格段に損なうことになり得るので不利であり、これによりこの方法を改善することもできない。 さらに加えて、測定点の数を選択する際の操作エラーは、この方法結果の品質に格段の影響を及ぼし得る。したがってこの種の方法は高級なワークピースを満足できるほどに加工することはできない。なぜならこの種の方法はエラーに対して比較的脆弱であり、緩慢であり、ユーザーフレンドリーなものではないからである。

ドイツ特許公開公報第１９９５８３７３号

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた種類の方法を改善し、内面と外面との比較的に高い同心度が達成可能なだけでなく、これにより同時にワークピースの外面の精確な切削加工が可能であるようにすることである。さらにこの方法を、高速でユーザーフレンドリーなものにする。

本発明はこの課題を、ワークピースの外面に少なくとも1つの部分面を、計算された目標面に対応して切削加工で形成し、少なくとも形成された部分面を使用してワークピースを張設手段、とりわけチャックおよび／または心出し金具（Luenette）を介して新たに張架し、その後、この新たな張架状態で、回転するワークピースの少なくとも残りの外面を少なくとも部分的に切削加工し、これにより外面に対する内面の偏心度を少なくとも部分的に減少する、ことにより解決する。

ワークピースの外面に少なくとも1つの部分面が、計算された目標面に対応して切削加工で形成され、このワークピースが少なくとも形成された部分面を使用して新たに張架されれば、比較的簡単で高速な方法ステップにより、ワークピースを精確なさらなる加工のために準備することができる。すなわち外面全体に対して比較的小さなこの部分面は、ワークピースの中空空間の内面に対する同心度を比較的迅速に適合することができる。したがってワークピースにおいて特別の措置を講じなくても、新たな精確な張架状態に適した面を完成仕上げすることができる。有利にはワークピースにおける部分面の大きさは、張設手段の要求に対応して考慮しなければならない。そして新たな張架状態では簡単な取り扱いステップでこの張設手段を設けることができ、これにより内面の対称軸を工作機械の回転軸に対してとりわけ精確に配向することができ、ないしはこれら２つの軸を精確に一致させることができる。これによりこの新たな張架状態では、ワークピースを非常に精確に回転させることもできる。このことは、切削加工を用いて外面に対する内面の偏心度を低減するためには、非常に優れた出発基盤となる。この目的のためにはこの新たな張架状態において、回転するワークピースの少なくとも残りの外面を少なくとも部分的に切削加工するだけで良い。この種の張架状態は、例えばチャックまたは支持心出し金具および／または張設心出し金具によって形成することができる。新たな張架状態では、工具を案内する際に外面に対する内面の偏心度を低減することに関して補正制御を行う必要もないから、本発明の方法はとりわけ高速でもある。したがって従来技術とは異なり、外面の切削加工の品質への負の影響を、例えば送り運動および／または切断速度において受け入れる必要がない。このことは、これにより外面に対する内面の偏心度が同時に減少される場合でも、常に精確な切削加工を保証する。これは実質的に、工具もまた理想的な切断データにより使用することができ、アンバランスなワークピースに対して、工具が従来技術から既知の絶えず変化している工具の案内パラメータによって損害を受けないことによるものである。例えばこれにより、表面品質に関する最高の要求を満たすことができる。さらに新たな張架状態を準備する際の簡単な取り扱いステップにより、ユーザーフレンドリーな方法を達成することができる。

部分面が回転フライス加工されれば、内面と外面の同心度を格段に改善することができる。すなわち回転フライス加工により、切削工具を外面の偏心度に対して特に精確に釣り合うように案内することができ、これにより精確な新たな張架状態のための面が得られる。外面に対する内面の偏心度が低減されることによって方法の結果が改善されることの他に、さらに回転フライス加工により部分面を形成するための方法ステップを格段に速くすることができる。これによりこの方法は、より精確になるだけではなく、より高速にも経過することができる。軸平行な回転フライス加工は、部分面を形成するのに特に優れている。

中空ワークピースのアンバランスは、新たな張架状態で外面が少なくとも部分的に円形回転により切削加工されるとさらに低減することができる。ここではとりわけ縦型円形回転が有利であることが判明した。

ワークピースを新たな張架状態のために内面および形成された部分面を介して新たに張架する場合、既存の面、すなわち内面を新たな張架状態のために使用すると本方法をさらに簡単にすることができる。さらに加えて、外面の形状付与のための基準面である内面を介した張架状態を、新たな張架状態のために利用することができ、これにより精度損失を受け入れる必要はない。したがって操作経費の削減と同時に、本方法の精度の向上も達成できる。

加えて操作経費のさらなる低減と精度のさらなる向上の観点から、内面がとりわけマンドレルを介して内側張設され、心出し金具を介してその形成された部分面に支持されると有利であることが判明した。

第１の部分面がワークピースのチャックに、第２の部分面がワークピースの対向するワークピースの端部であって、この領域ではとりわけ心出し金具により支持されるワークピースの端部に加工取り付けされると、長手の中空ワークピースのアンバランスを低減することができる。すなわち２つの部分面はそれらの張設手段が比較的接近しているので高精度に完成仕上げすることができ、これにより部分面と内面との高い同心度が可能になる。これら特別の部分面を介して、中空ワークピースが新たな張架状態のために、一方の部分面がチャックによって張設され、他方の部分面が心出し金具によって支持される、ないしは引き続きさらに加工される場合には、外面全体に対する内面の全体偏心度を格段に改善することができる。

図面には本発明の方法が例として詳細に示されている。

図１は、工作機械内に張設された中空ワークピースの正面図である。 図２は、図１により張設されたワークピースの加工を示す図である。 図３は、新たな張架状態にある図２のワークピースの正面図である。 図４は、外面に対する内面の偏心度を低減するための加工における、図３により張設されたワークピースの切り開かれた正面図である。 図５は、図３による択一的な張架状態の断面図である。

図１から４により、本発明の方法が例として詳細に示されている。図１には、中空ワークピース１、とりわけ中空シャフトが断面で図示されており、このワークピース１は工作機械２内に張設されている。この目的のためにワークピース１には２つの張設手段３と４が係合する。すなわち一方の側では外側張設するチャック３’が、対向する他方の側では主軸台４’が係合し、この主軸台はセンタリング突起５によりワークピース１の端面を張設する。チャック３’はスピンドル駆動部６と接続されており、これによりワークピース１を回転可能に張設することができる。図１から分かるように、中空空間８の内面７と外面９との間には偏心度が存在する。これは、内面７の対称軸１０と工作機械２の回転軸１１の角度位置で識別することができる。外面９に対する内面７の偏心度を決定するために、ワークピース１の壁厚が超音波測定装置１２により測定される。すなわちワークピース１の周方向の、ないしは好ましくは長手方向の様々な場所で測定される。したがってこの張架状態で、中空ワークピース１の内面７の輪郭に依存する複数の測定データが記録される。次に、記録された測定データを使用して、内面７に対して偏心度の低減された外面９の少なくとも一部に対する目標面１３が計算される。特に高速で安定した方法を可能にするため、ワークピース１の外面９には２つの部分面１４，１５だけが計算された目標面１３に対応して切削加工で形成される。加工のために少なくとも１つの工具１６が使用される。したがって従来技術とは異なり、外面９は目標面に対応して、完全には切削加工されず部分的にだけ切削加工される。形成された部分面１４，１５は、ワークピース１を新たに張架するために使用される。図３から分かるように、ワークピース１の第１の部分面１４がチャック３’に張設され、ワークピースの第２の部分面１５がさらなる張設手段１４としての心出し金具１７により支持される。別の面も新たな張架状態のために利用できることは詳しく述べるまでもない。この新たな張架状態では、内面７の対称軸１０と工作機械２の回転軸１１とを同じ位置にもたらすことができる。特別なさらなる措置を講じなくても、図４から分かるように、回転するワークピースの残りの外面９を切削加工することができる。したがって外面９は目標面１３に対応して完成仕上げすることができ、外面９全体に対して目標面１３を計算する必要はない。したがって工具１６に対しても高い制御コストは不要であり、このことは本方法を簡単にする。したがって外面９に対する内面７の偏心度を高速に低減することができる。従来技術とは異なり、本方法により高い加工速度を達成することができ、これにより比較的高い表面品質も達成できる。

図２の部分面１４と１５は、フライス工具１８として構成された工具１６により回転フライス加工される。このとき好ましくは軸平行の回転フライス加工が実施され、このことにより対応する内面７に対して特に同心の部分面１４と１５を形成することができる。
図4によれば、新たな張架状態で外面９がバイト１９を用いた円形回転によって切削加工される。とりわけ精確な方法の結果のためには、縦型円形回転が使用される。

図5には、別の面もワークピース１における部分面１４，１５として新たな張架状態のために利用できることが示されている。すなわち内面７も、部分面１４と１５を用いてワークピース１を精確に新たに張架するために使用できる。これは例えば詳細に図示しないマンドレルを介して、またはチャック３のステップ付きジョーを介しても行うことができる。第２の支持部ないしは第２の土台は、図５には詳細に図示されていない心出し金具を形成することができ、この心出し金具は完成仕上げされた部分面１４ないし１５の一方に係合する。

部分面１４，１５は例として挙げていることは詳細に述べるまでもない。必要に応じて１つの部分面または複数の部分面をワークピース１に設けることができ、ワークピース１における任意の位置が考えられる。

Claims (6)

1. 工作機械（２）内に回転可能に張設された中空ワークピース（１）、とりわけ中空シャフトの外面（９）に対する内面（７）の偏心度を低減するための方法であって、
   張架状態において前記中空ワークピース（１）の内面（７）の輪郭に依存する複数の測定データを、とりわけ超音波を用いて記録し、
   前記記録された測定データを使用して、内面（７）に対する偏心度が低減された外面（９）の少なくとも一部に対して目標面（１３）を計算し、
   さらなるステップで、回転する前記ワークピース（１）の外面（９）を、前記目標面（１３）に対応して少なくとも部分的に切削加工する方法において、
   前記ワークピース（１）の外面（９）に、前記計算された目標面（１３）に対応して少なくとも１つの部分面（１４，１５）を切削加工で形成し、
   少なくとも前記形成された部分面（１４，１５）を使用して前記ワークピース（１）を、張設手段（３，４）、とりわけチャック（３’）および／または心出し金具（１７）を介して新たに張架し、
   その後、当該新たな張架状態において、回転する前記ワークピース（１）の少なくとも残りの外面（９）を少なくとも部分的に切削加工し、これにより前記外面（９）に対する内面（７）の偏心度を少なくとも部分的に低減することを特徴とする、方法。
2. 前記部分面（１４，１５）は、とりわけ軸平行に回転フライス加工されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記新たな張架状態において前記外面（９）を、円形回転、とりわけ縦型円形回転により少なくとも部分的に切削加工することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記新たな張架状態のために、前記中空ワークピース（１）が、その内面（７）と前記形成された部分面（１４または１５）とを介して新たに張架されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記内面（７）は、とりわけマンドレルを介して内側張設され、かつ前記形成された部分面（１４または１５）に心出し金具（１７）を介して支持されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 第１の部分面（１５）はワークピース（１）の張架部のチャックに、第２の部分面（１４）はワークピース（１）の対向するワークピースの端部であって、当該領域ではとりわけ心出し金具（１７）により支持されるワークピースの端部に加工取り付けされ、
   その後、前記中空ワークピース（１）は新たな張架状態のために、少なくともその第２の部分面（１４）がチャック（３）によって張設され、その第１の部分面（１５）が心出し金具（１７）によって支持されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。

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