JP2018051755A

JP2018051755A - ワークピースを機械加工する工作機械及び工作機械で使用するスピンドル担持アセンブリ

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Publication number: JP2018051755A
Application number: JP2017169391A
Authority: JP
Inventors: クシアーウヴェ; Kschier Uwe; アルフレッド　ガイスラー; Alfred Geisler; ガイスラーアルフレッド
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2037-09-04
Also published as: US10518337B2; EP3290163A1; ES2755830T3; CN107790791B; JP6599945B2; KR20180027380A; US20180065192A1; EP3639980A1; CN107790791A; EP3290163B1; DE102016216902A1

Abstract

【課題】高い剛性の構成部分且つ同時に高い自由度、高い加工精度及び／又は制御の正確さを備えた運動適応性の高い機械運動学を可能にし、また、効率的で正確且つ簡単なワークピースのフライス加工を可能にする工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械１００は、機械ベッド１１０、機械ベッド上に配置されたワークピースクランプ部１２０、機械ベッド上に配置された旋回アーム受け部、旋回アーム受け部に第１回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アーム、第１旋回アームに第２回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アーム、第２旋回アームに第３回転軸線回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アーム、スピンドル担持アームに第４回転軸線回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッド、及びフライスヘッドに保持されたワークスピンドル２１０を備え、第３回転軸線は第４回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークピースを切削又は機械加工する工作機械及びこのような工作機械で使用するスピンドル担持アセンブリに関する。

従来技術は、１つの工具担持ワークスピンドルを有する工作機械を開示する。このような工作機械は現今、数値制御を通常備え、例えばフライス盤、フライスセンタ、万能フライス盤又はＣＮＣマシニングセンタとして公知であり、該マシニングセンタは４つ、５つ又は時には５つよりも多くの数値制御可能な線形及び／又は回転又は旋回軸線を有する。例えば、以下の特許文献１の工作機械を参照。

独国特許出願公開第10 2010 064 271号明細書

このような工具担持ワークスピンドルを有した工作機械は、旋盤、ターニングセンタ、二重スピンドル旋盤、多重スピンドル旋盤又は多重スピンドル旋盤等のワークピース担持ワークスピンドルを有する工作機械とは区別されなければならない。

このような工作機械、特にフライス盤、フライスセンタ、万能フライス盤又はＣＮＣマシニングセンタ等のワークスピンドルは複数の線形軸線によって異なる方向に通常移動される（例えば、走行コラム(travelling column)型フライス盤）。これは、特に立方体又は略立方体のワークピースの加工に適する。

工具担持ワークスピンドルを有した工作機械、特に、ワークピースをフライス及び／又は穿孔する工作機械の提供は、工作機械の製造分野(building field)での根源的な課題、特に本発明の根本的な課題である。このような工作機械は正確且つ確実に機能すると同時に潜在的な休止時間を最少にし、また、コスト的に有効でコンパクト且つ効率的に提供されなければならない。

複合材料、特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫからなるからなるワークピースを特にフライス加工する分野は、より適応性に優れ且つ同時に高い生産性で正確な加工を要求している。このようなワークピースの加工、特に産業ロボットが使用できない比較的大きなワークピースの加工のため、工作機械の構想には高い加工精度や効率と共に高い自由度や高い剛性でもって、適応性の高い加工運動を可能にすることが要求される。

それ故、本発明の目的は、高い剛性の構成部分且つ同時に高い自由度、高い加工精度及び／又は制御の正確さを備えた運動適応性の高い機械運動学を可能にし、また、効率的で正確且つ簡単なワークピースの加工、複合材料として特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫからなる大小のワークピースを自由な造形面にてフライス加工する工作機械を提供又は提案することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は請求項1に係る工作機械及び請求項２４に係るスピンドル担持アセンブリを提案する。従属請求項は本発明の好適な実施形態に関する。

１つの局面によれば、ワークピースを機械加工する工作機械が提供され、該工作機械は、機械ベッドと、該機械ベッドに配置され、工作機械上にワークピースをクランプするのに役立つワークピースクランプ部と、機械ベッド上に配置された旋回アーム受け部と、該旋回アーム受け部に第１軸線回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アームと、該第１旋回アームに第２回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アームと、該第２旋回アームに第３回転軸線回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アームと、該スピンドル担持アームに第４回転軸線回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッドと、該フライスヘッドに保持され、工具の受け取りに役立つワークスピンドルとを具備する。

特に、ワークピースを機械加工する工作機械が提供され、該工作機械は、機械ベッドと、該機械ベッドに配置され、工作機械にワークピースをクランプするのに役立つワークピースクランプ部と、機械ベッドに配置されたスピンドル担持アセンブリとを具備し、該スピンドル担持アセンブリは好ましくは、機械ベッド上に配置された旋回アーム受け部と、該旋回アーム受け部に第１回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アームと、該第１旋回アームに第２回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アームと、該第２旋回アームに第３回転軸線回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アームと、該スピンドル担持アームに第４回転軸線回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッドと、該フライスヘッドに保持され、工具を受け取るのに役立つワークスピンドルとを具備する。

それ故、このことは、少ない構成部分でより自由な運動、より自由で又は混み合わない加工領域を可能にし、該加工領域は、通常の構成の４軸又は５軸のフライス盤と同等の自由度で、加工領域内での運動のより大きな自由度を提供する。同時に、高い剛性のアセンブリの提供が可能となり、該アセンブリは高精度の駆動部や、複数の旋回及び／又は回転軸線を有し、通常の構成の４軸又は５軸のフライス盤（走行コラム型フライス盤）の場合と同様に、また、同等以上の加工精度を達成する。

特に、本発明は１つの工作機械構想の創出又は提供を可能にし、該工作機械構想は高い剛性の構成部分と同時に高い自由度にて運動の適応性が高い機械運動学を有し、該機械運動学は高い加工精度及び／又は制御の正確さを可能にし、付け加えて、効率的で正確且つ簡単なワークピースの加工、特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫ等の複合材料からなる大小のワークピースに対し自由な造形面でのフライス加工を可能にする。

特に、このことは１つの工作機械構想を提供するのに役立ち、該工作機械構想は、複合材料、特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫからなのワークピースのフライス加工を実施する一方、より適応性に優れ同時に高い生産性で正確な加工を許容する。１つの工作機械構想が提供され、該工作機械構想は、効率的であると共に高い自由度、高い剛性及び高い加工精度で、適応性の高い加工運動を可能にする。

適切且つ好適な実施形態では、第３回転軸線は第４回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている。適切且つ好適な実施形態では、第２回転軸線は第１回転軸線に対して平行にアライメントされている。適切且つ好適な実施形態では、第３回転軸線は第２回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている。適切且つ好適な実施形態では、ワークスピンドルのスピンドル軸線は第４回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている。

適切且つ好適な実施形態では、ワークピースクランプ部は機械ベッド上の旋回アーム受け部に対し、少なくとも１つの線形軸線方向に相対的に線形移動可能に配置されている。適切且つ好適な実施形態では、旋回アーム受け部は線形スライダ上に配置され、該線形スライダは機械ベッド上を線形移動可能である。適切且つ好適な実施形態では、軸線スライダは第１回転軸線に対して平行な方向に線形移動可能である。

従って、少ない構成部分でもってより自由な運動及びより自由な加工領域を提供することが可能であり、該加工領域は通常構成の５軸フライス盤と同等の自由度を作り出す加工領域で、より大きな自由度の運動を提供する。同時に、高い精度の駆動部及び複数の旋回及び／又は回転軸線を備えた高い剛性のアセンブリが提供でき、該アセンブリは、通常構成の５軸フライス盤（走行コラム型フライス盤）の場合と同等以上の高い加工精度を得ることができる。

適切且つ好適な実施形態では、旋回アーム受け部は２つの旋回アーム支持体を有する。第２旋回アームは好ましくは、２つの旋回アーム支持体間に旋回可能に取り付けられて、保持されている。この構成は構造の剛性及び加工中に達成可能な正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、２つの旋回アーム支持体のうちの一方の旋回アーム支持体は他方の旋回アーム支持体よりも小さく、第２旋回アームは好ましくは、小さい側の旋回アーム支持体に面した第１旋回アームの側面に保持されている。この構成は、特に２つの旋回アームの旋回運動の運動自由度を改善する。

適切且つ好適な実施形態では、旋回アーム受け部における２つの旋回アーム支持体の各々は第１旋回アームを旋回駆動する少なくとも１つの駆動部を有する。この構成は構造の剛性や、加工中に達成可能な旋回制御の均一及び正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、旋回アーム受け部における２つの旋回アーム支持体の各々は第１旋回アームを旋回駆動するとき、トルクを伝達する少なくとも１つのクランプ式伝動装置を有する。この構成は、加工中に達成可能な旋回制御の均一さ及び正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、第１旋回アームは第２旋回アームを旋回駆動する少なくとも１つの駆動部を有する。適切且つ好適な実施形態では、第１旋回アームは、第２旋回アームの旋回駆動するとき、トルクを伝達する少なくとも１つのクランプ式伝動装置を有する。

適切且つ好適の実施形態では、クランプ式伝動装置の各々は少なくとも１つの従動要素及び少なくとも２つの駆動要素を有し、これら駆動要素は従動要素と共に同時に働く。この構成は加工中に達成可能な旋回制御の均一さ及び正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、第２旋回アームはスピンドル担持アームを回転駆動する少なくとも１つの駆動部を有する。有用且つ好適な実施形態では、スピンドル担持アームを回転駆動する駆動部はトルク駆動部、特に冷却型トルク駆動部からなる。この構成は加工中、達成可能な回転制御の均一さ及び正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、スピンドル担持アームはフライスヘッドを回転駆動する少なくとも１つの駆動部を有する。適切且つ好適な実施形態では、フライスヘッドを回転駆動する駆動部はトルク駆動部、特に冷却型トルク駆動部からなる。この構成は、加工中、達成可能な回転制御の均一さ及び正確さを改善する。

適切且つ好適な実施形態では、工作機械はワークスピンドルに対する工具の挿入及び／又は交換のために複数の工具を蓄える工具マガジンを含む。

適切且つ好適な実施形態では、前記旋回アーム受け部、第１旋回アーム、第２旋回アーム、スピンドル担持アーム、フライスヘッド及びワークスピンドルを含む第１スピンドル担持アセンブリに加えて、機械ベッドには第２スピンドル担持アセンブリが配置されている。

適切且つ好適な実施形態では、第２スピンドル担持アセンブリは、工作機械の機械ベッド上に配置された第２旋回アーム受け部と、該第２旋回アーム受け部に第５回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第３旋回アームと、該第３旋回アームに第６回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第４旋回アームと、該第４旋回アームに第７回転軸線回りに回転可能に取り付けられた第２スピンドル担持アーと、該第２スピンドル担持アームに第８回転軸線回りに取り付けられた第２フライスヘッド及び／又は第２フライスヘッドに保持されて工具を受け取る第２ワークスピンドルを含み、第７回転軸線は好ましくは、第８回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている。
含む。

適切且つ好適な実施形態では、第１，第２、第５及び第６回転軸線は互いに対して平行にアライメントされ、そして、特に好ましくは、第１及び第５回転軸線は互いに対して同軸にアライメントされている。

適切且つ好適な実施形態では、第１及び第２スピンドル担持アセンブリは機械ベッド上にて、第１及び／又は第５回転軸線の方向に並んで配置されている。

別の局面は、工作機械で使用するスピンドル担持アセンブリを提案し、該スピンドル担持アセンブリは、工作機械における機械ベッド上に配置又は取り付け可能な旋回アーム受け部と、該旋回アーム受け部に第１回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アームと、該第１旋回アームに第２回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アームと、該第２旋回アームに第３回転軸線回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アームと、該スピンドル担持アームに第４回転軸線回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッドと、及び／又は該フライスヘッドに保持され、工具を受け取るうえで役立つワークスピンドルとを具備し、第３回転軸線は好ましくは、第４回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている。

要するに、本発明は、高い剛性の構成部分を備えると同時に高い自由度、高い加工精度及び／又は制御の正確さを可能にする機械運動学を有し、付け加えて、効率的で正確且つ簡単なワークピースの加工、特に、複合材料として炭素繊維強化プラスチック材料又ＣＦＫからなる大小のワークピースを自由な造形面にてフライス加工する工作機械の創出及び／又は提供を可能にする。

従って、複合材料、特に炭素繊維強化プラスチック材料からなるワークピースにフライス加工を実施するとき、より適応性に優れると同時に高い生産性で正確に加工する工作機械の提供を可能にする。高い適応性の加工運動や高い自由度、高い剛性で且つ高い加工精度を効率的に可能にする工作機械の構想が提供される。

更に別の局面及びその利点は上述の局面及びその特徴における潜在的な利点及びより特定の構成と共に添付図面を参照して以下に記載される、しかしながら、該記載は決して限定するものして考慮されるべきものでもない。

本発明の一実施形態に係る工作機械の例示的な斜視図であって、左上方から或る角度にて前記工作機械の正面をみた斜視図である。図１の工作機械の例示的な別の斜視図であって、右上方から或る角度にて工作機械の正面をみた斜視図である。図１の工作機械の例示的な別の斜視図であって、左上方から或る角度にて工作機械の正面をみた斜視図である。図１の工作機械の例示的な別の斜視図であって、左上方から或る角度にて工作機械の背面をみた斜視図である。図２の工作機械の例示的な別の斜視図であって、左上方から或る角度にて工作機械の正面をみた斜視図である。図１の工作機械における例示的な右側面図である。図１の工作機械における例示的な左側面図である。図１の工作機械における例示的な正面図である。図１の工作機械における例示的な平面図である。図１の工作機械における例示的な背面図である。本発明の一実施形態に係る工作機械のスピンドル担持アセンブリの例示的な斜視図である。図１１のスピンドル担持アセンブリの別の例示的な斜視図である。図１１のスピンドル担持アセンブリの別の例示的な斜視図である。図１１のスピンドル担持アセンブリの別の例示的な斜視図である。図１１のスピンドル担持アセンブリの例示的な右側面図である。図１１のスピンドル担持アセンブリの例示的な左側面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ここで、図面中、同一又は同様な要素には同一の参照符号が付されているが、ときには異なる参照符号も付されている。

しかしながら、本発明が以下に記載の実施形態及びその構成上の特徴に限定又は制約されず、独立請求項の保護範囲に基づく実施形態の更なる変更、特に、実施形態の特徴の変更及び／又は実施形態の１つ以上の特徴の組み合わせを含むものであることに留意すべきである。

図１は本発明の一実施形態に係る工作機械１００の例示的な斜視図を示し、該斜視図は或る角度にて左上方からみた正面図を表す。

工作機械１００は機械ベッド１１０（機械コラム）を有し、該機械ベッドは例えば、工場の作業場床面上に据え付け可能である。図示の構成部分に加え、工作機械１００は付加的に工作機械及び／又は加工領域に向けて開放可能な１つ以上のドアを有した機械ハウジング、作業者が工作機械を操作するための１つ以上の制御パネル、ワークピース及び／又はパレットのための交換装置、交換及び／又はハンドリングのための装置を備えた取り付け型の比較的大きな取り付け型の工具マガジン及びその他の構成部分又は付属パーツ等を含む。

工作機械１００はワークピースクランプ領域１２０を付加的に有し、該クランプ領域には工作機械で加工するために１つ以上のワークピースがクランプ可能である。本実施形態は例えば、簡単なワークピース領域１２０を提示し、該ワークピース領域は加工テーブルとして製作されている。しかしながら、他の実施形態では、１つ以上の回転及び／又は旋回テーブルを備えることができ、ワークピースはそのテーブル上にクランプされ、１つ、２つ又は更には３つの回転軸線回りに回転又は旋回可能に制御される。また、（１つ以上の回転及び／又は旋回テーブルの有無に拘わらず）１つ以上の工具テーブルが１つ以上の線形軸線スライダ上に配置可能であり、該スライダは機械ベッド上を線形移動可能に配置されている。

本実施形態では、ワークピースクランプ領域１２０は簡単な加工テーブルとして製作され、該加工テーブルは機械ベッド１１０の上面に配置されている。機械ベッド１１０はワークピースクランプ領域１２０の周りに複数の空洞を有し、これら空洞はその上面が例えば格子１３０でそれぞれ覆われている。それ故、ワークピースクランプ領域１２０にクランプされたワークピースが加工されたとき、蓄積する切削屑は機械ベッド１１０の空洞内のそれぞれの切削屑容器１４０に格子１３０を通過して落下でき、切削屑容器に回収される。切削屑容器１４０は切削屑を除去するために引き出しの如く引き出し可能である。他の実施形態では、格子１３０の下方の機械ベッドの空洞内に自動切削屑搬送装置を導入することも可能である。

工作機械１００における機械ベッド１１０の後部には例えば２つのスピンドル担持アセンブリ２００が搭載され、各スピンドル担持アセンブリは工具担持ワークピスンドル２１０を備えている。各ワークスピンドル２１０は特定の工具、特にフライスカッタ(milling cutter)を受け取り、そのスピンドル軸線を回転駆動して切削運動を発生すべく構成されている。

付け加えて、各スピンドル担持アセンブリ２００は機械ベッド１１０にて、例えば複数の線形ガイド１６０上を線形移動可能に配置されている。２つのスピンドル担持アセンブリ２００は機械ベッド１１０にて線形ガイド１６０に沿い、互いに独立してワークピースクランプ領域１２０と平行に移動可能で、特に、ワークピースクランプ領域１２０にクランプされた１つ以上のワークピースに対し、ワークスピンドル２１０に受け取られた工具の相対的な線形移動を可能にする。

この目的のために、機械ベッド１１０には例えば、線形ガイド１６０と平行なＸ方向に螺子付きシャフト１５０が配置され、該螺子付きシャフト１５０にはスピンドル担持アセンブリ２００の両側にてカウンタナット要素（図示せず）が係合し、その独立した回転駆動の結果、各スピンドル担持アセンブリ２００は線形ガイド１６０上をその螺子付きシャフト１５０に沿い独立して移動される。

更にまた、機械ベッド１１０の一方の側には例えば、工具マガジン３００の工具マガジンホイール３２０が備えられ、該工具マガジンホイールは機械ベッド１１０にマガジンフレーム３１０を介して取り付けられている。例えば、工具マガジンホイール３２０は水平にアライメントされ、鉛直な回転軸線回りに回転可能に保持されている。工具マガジンホイール３２つはその周方向に沿い複数の工具受け取り部を有し、これら工具受け取り部に工具が保持及び／又は受け取られる。

工具交換のために、図１でみて左側のスピンドル担持アセンブリ２００は線形ガイド１６０上を工具マガジンホイール３２０まで左方向へ移動して、ワークスピンドル２１０に受け取られていた工具を工具マガジンホイール３２０における工具受け取り部の工具サポートに置き、及び／又は、工具マガジンホイール３２０の別の工具サポートからワークスピンドル２１０に挿入されるべき工具を取り外し、そして、取り外した工具によってワークピースの加工作業を継続するため、ワークスピンドル２１０に取り外した工具を受け取るべく構成されている。工具マガジンホイール３２０は、工具の交換中や工具交換の前後にて、その回転により、スピンドル担持アセンブリ２００に対向させるべく工具サポートを公転させるように構成されている。

ここで、図１は一例として、機械ベッド１１０の一方の側のみに小さな工具マガジン３００を示し、該工具マガジン３００は小さな工具マガジンホイール３２０を有する。付け加えて、機械ベッド１１０の他方の側には他方のスピンドル担持アセンブリ２００のための工具マガジン３００が備えられている。更にまた、機械ベッド１１０の両側に複数の工具マガジンホイール３２０を有した工具マガジンが備えられていてもよく、これら工具マガジンホイールは互いに隣接するか及び／又は互いに上下に距離を存して配置されている。

付け加えて、より多くの配給が可能な複数の大形工具マガジンを備えることもでき、これら大形工具マガジンは、１つの大形工具マガジンから１つ以上の工具マガジンホイールへの入手した工具の挿入や交換をなす。

図２〜５は図１に係る工作機械の例示的な別の斜視図を示す。特に、図２〜５は機械ベッド１１０に配置されたスピンドル担持アセンブリ２００の別の図を示す。

一例としてスピンドル担持アセンブリ２００は同一の構成を有し、そして、スピンドル担持アセンブリ２００の１つのみが一例として記載される。

しかしながら、他の実施形態では、スピンドル担持アセンブリが異なる構成を備えていてもよい。更に他の実施形態では、単一又２つ以上のスピンドル担持アセンブリが備えられてもよい。

スピンドル担持アセンブリ２００は旋回アーム受け取り部２２０を有する。該旋回アーム受け取り部２２０は２つの旋回アーム支持体２２１，２２２を有し、これら旋回アーム支持体の両方は線形軸線スライダ２２３上に配置されている。

線形軸線スライダ２２３は線形ガイド１６０上に取り付けられ、Ｘ方向に線形移動可能である。旋回アーム支持体２２１，２２２は線形軸線スライダ２２３上でＸ方向に互いに隣接して配置されている。

旋回アーム支持体２２１，２２２間には第１旋回アーム２３０の一端が旋回可能に保持されている。第１旋回アーム２３０の駆動部は図６，７に関連して以下に記載される。

第１旋回アーム２３０の他端は別の第２旋回アーム２４０を保持し、該第２旋回アーム２４０の一端は第１旋回アーム２３０に旋回可能に取り付けられている。第２旋回アームの駆動部は図６，７に関連して以下に記載される。第２旋回アーム２４０の他端はスピンドル担持アーム２５０を保持し、該スピンドル担持アーム２５０の一端は第２旋回アーム２４０に回転可能に取り付けられている。ここで、第２旋回アーム２４０は、スピンドル担持アーム２５０を回転駆動する駆動部２５１を担持している。該駆動部２５１は例えば冷却トルク駆動部として製作されている。

スピンドル担持アーム２５０の他端はフライス(milling)ヘッド２６０を保持し、該フライスヘッドはスピンドル担持アーム２５０に回転可能に取り付けられている。ここで、スピンドル担持アーム２５０はフライスカッタ２６０を回転駆動する駆動部２６１（図１４参照）を担持している。駆動部２６１は例えば冷却トルク駆動部として形成されている。

フライスカッタ２６０は前述のワークスピンドル２１０及びスピンドル駆動部（図示しない）を含み、該スピンドル駆動部は、受け取った工具を回転駆動するためにワーススピンドルを駆動し、工具の切削運動を発生させる。

図６，７は図１に係る工作機械１００の側面図を示す。特に、図６，７は機械ヘッド１１０に配置されたスピンドル担持アセンブリ２００の別の図を示す。

第１旋回アーム２３０の一端は旋回アーム支持体２２１，２２２間に旋回可能に保持されている。本実施形態では、２つの旋回アーム支持体２２１，２２２の各々に第１旋回アーム２３０を旋回駆動する駆動部及び伝動部を備えている。

図６に示されるように旋回アーム支持体２２１は一例として、例えば２つの駆動部２３３ａ，２３３ｂを有し、これら駆動部は例えば各自の駆動ベルト２３２ａ，２３２ｂを介して伝動部の各自の駆動ピニオン２３１ａ，２３１ｂを駆動し、第１旋回アーム２３０にトルクを伝達する。駆動ピニオン２３１ａ，２３１ｂは一例として従動要素である従動歯車２３５（例えば平歯車として製作されている）にクランプ式で噛み合っている。従動歯車２３５は第1旋回アーム２３０に例えば軸受リング２３４を介して回転不能に取り付けられ、該第１旋回アーム２３０は旋回アーム支持体２２１に回転可能に取り付けられている。

従動歯車２３５における２つの駆動ピニオン２３１ａ,２３１ｂのクランプ式係合は、反時計方向から時計方向又はその逆方向への駆動の切り換え中、歯間の中間スペースにクリアランスを無くし、反時計方向から時計方向又はその逆方向への制御作動中、クリアランス無しに正確な切り換えを可能にする利点を有する。このことは、第１旋回アーム２３０の旋回運動が非常に正確に制御されるのを許容する。

図７に示されるように、一例として旋回アーム支持体２２２は例えば駆動部２３８を有する。該駆動部２３８は例えば駆動ベルト２３７を介して伝動装置の２つの駆動ピニオン２３６ａ,２３６ｂを駆動し、第１旋回アーム２３０にトルクを伝達する。駆動ピニオン２３６ａ,２３６ｂは、例示的な従動要素である従動歯車２３９（例えば平歯車として製作されている）にクランプ式に噛み合っている。例えば、従動歯車２３９は第１旋回アーム２３０に回転不能にして取り付けられ、該第１旋回アーム２３０は旋回アーム支持体２２２に回転可能に取り付けられている。

従動歯車２３０における２つの駆動ピニオン２３６ａ,２３６ｂのクランプ式係合は反時計方向から時計方向又はその逆方向への駆動の切り換え中、歯間の中間スペースにクリアランスが無く、反時計方向から時計方向又はその逆への制御作動中、クリアランス無しで且つ正確な切り換えを可能にする利点を有する。このことは、第１旋回アーム２３０における旋回運動の非常に正確な制御を可能にする。

第１旋回アーム２３０の他端は別の第２旋回アーム２４０を保持し、そして、該第２旋回アーム２４０は第１旋回アーム２３０に旋回可能に取り付けられている。

図６に示されているように一例として、第１旋回アーム２３０は例えば２つの駆動部２４１，２４３を有し、これら駆動部は例えば駆動ベルトを介して伝動装置の各自の駆動ピニオン２４２，２４４を駆動し（駆動要素の駆動）、第２旋回アーム２４０にトルクを伝達する。駆動ピニオン２４２，２４４は、例示的な従動要素である従動歯車２４５（例えばリングギヤとして製作されている）にクランプ式で噛み合っている。従動歯車２４５は例えば、第２旋回アーム２４０に回転不能にして取り付けられ、該第２旋回アーム２４０は第１旋回アーム２３０に回転可能に取り付けられている。

従動歯車２４５における２つの駆動ピニオン２４２,２４４のクランプ式係合は、反時計方向から時計方向又はその逆方向への駆動の切り換え中、歯間の中間スペースにクリアランスが無く、反時計方向から時計方向又はその逆方向への制御作動中、クリアランス無しで且つ正確な切り換えを可能にする利点を有する。このことは、第２旋回アーム２４０の旋回運動を非常に正確に制御可能にする。

第２旋回アーム２４０の他端はスピンドル担持アーム２５０を保持し、該スピンドル担持アーム２５０は第２旋回アーム２４０に回転可能に取り付けられている。ここで、第２旋回アーム２４０はスピンドル担持アーム２５０を回転駆動する駆動部２５１を担持している（例えば、図７を参照）。駆動部２５１は例えば冷却型トルク駆動部として製作されている。

スピンドル担持アーム２５０の他端はフライス(milling)ヘッド２６０を保持し、該フライスヘッド２６０はスピンドル担持アーム２５０に回転可能に取り付けられている。ここで、スピンドル担持アーム２５０はフライスヘッド２６０を回転駆動する駆動部２６１を担持している（例えば、図１４参照）。駆動部２６１は例えば冷却型トルク駆動部として作られている。

フライスヘッド２６０は、上述のワークスピンドル２１０と、スピンドル駆動部（図示しない）とを含み、該スピンドル駆動部は該ワークスピンドル２１０に装着された工具を回転駆動するために、ワークスピンドル２１０を駆動して切削運動を発生させる。

また、図６，７は、複数のスピンドル担持スライダ２２３が例えば複数の駆動部２２４を有し、これらスピンドル担持スライダの底面が従動螺子ナット（図示しない）を介して螺子付きシャフト軸１５０に噛み合うことを示し、Ｘ方向のスピンドル担持スライダ２３３の線形運動が可能であることを示す。

図５は図１の工作機械における別の例示的な斜視図を示し、該斜視図は或る角度にて左上方からみた工作機械の正面図である。図６は図１の工作機械における例示的な右側面図、図７は図１の工作機械における例示的な左側面図、図８は図１の工作機械における例示的な正面図、図９は図１の工作機械における例示的な平面図、図１０は図１の工作機械における例示的な背面図をそれぞれ示す。

図１１は、本発明の一実施形態に係る図１〜１０の工作機械に関して、そのスピンドル担持アセンブリの例示的な斜視図を示す。しかしながら、スピンドル担持アセンブリは、如何なる他の工作機械、機械フレーム、機械ベッド及び機械コラムでも使用可能である。図１２〜１４は図１１のスピンドル担持アセンブリの別の斜視図を示し、図１５は図１１のスピンドル担持アセンブリの例示的な右側面図、図１６は図１１のスピンドル端子アセンブリの例示的な左側面図をそれぞれ示す。

スピンドル担持アセンブリ２００は旋回アーム受け部２２０を有し、該旋回アーム受け部２２０は２つの旋回アーム支持体２２１，２２２を有する。これら旋回アーム支持体２２１，２２２の両方は線形軸線スライダ２２３上に配置されている。

線形軸線スライダ２２３は工作機械１００の機械ベッド１１０の線形ガイド１６０上に線形移動可能に配置されている。旋回アーム支持体２２１，２２２は線形軸線スライダ２２３上にて移動方向（例えば、Ｘ方向）に互いに隣接して配置されている。

第１旋回アーム２３０の一端は旋回アーム支持体２２１，２２２間に旋回可能に保持されている。第１旋回アーム２３０は例えば、第１回転軸線Ｒ1回りに旋回可能に取り付けられ、該第１回転軸線Ｒ1は例えば、線形軸線スライダ２２３の移動方向（例えば、Ｘ方向）と平行にアライメントされている。

第１旋回アーム２３０の他端は別の第２旋回アーム２４０を保持し、該第２旋回アーム２４０は第１旋回アーム２３０に第１回転軸線Ｒ2回りに旋回可能に取り付けられている。第１及び第２回転軸線Ｒ1,Ｒ2は例えば、互いに平行にアライメントされている。

第２旋回アーム２４０の他端はスピンドル担持アーム２５０を保持し、該スピンドル担持アーム２５０は第２旋回アーム２４０に第３回転軸線Ｒ3回りに回転可能に取り付けられている。第３回転軸線Ｒ3は例えば、第２回転軸線Ｒ2に対して垂直にアライメントされている。

スピンドル担持アーム２５０の他端はフライスヘッド２６０を保持し、該フライスヘッド２６０はスピンドル担持アーム２５０に対し、第４回転軸線Ｒ4の回りに回転可能に取り付けられている。第４回転軸線Ｒ4は例えば、第３回転軸線Ｒ3に対して垂直にアライメントされている。

フライスヘッド２６０は上述のワークスピンドル２１０と、スピンドル駆動部とを含み、該スピンドル駆動部はワークスピンドルに受け取った工具をスピンドル軸線ＳＡ回りに駆動して切削運動を発生するため、ワークスピンドルを駆動する。スピンドル軸線ＳＡは例えば、第４回転軸線Ｒ4に対して垂直にアライメントされている。

フライスヘッド２６０は第１及び第２旋回アーム２３０，２４０の旋回によって、１つの面内で自由に進行又は移動可能で、前記面は線形軸線スライダ２２３の移動方向（例えばＸ方向）に対して垂直にアライメントされている。

このことは僅かな構成部品でより自由な運動を可能にし、線形軸線スライダ２２３の移動方向（例えば、Ｘ方向）に対して垂直な２つ線形軸線に取って代わり、加工領域内にて同等の自由度で、より大きな運動を可能にする。

付け加えて、第３及び第４回転軸線Ｒ3,Ｒ4回りの回転運動は、如何なる方向からのワークピースの加工をなすために、スペース内にて３方向の全てでスピンドル軸線の自由なアライメントを可能にする。

それ故、このことは、より少ない構成部分にてより自由な運動、そして、通常の構成の５軸フライス盤が有する同一の自由度で、加工領域内をより大きな運動でもってより自由な加工を可能にする。また同時に、高精度な駆動部や旋回及び／又は回転軸線を有する高い剛性のアセンブリが提供され、該アセンブリは通常の構成の５軸フライス盤（走行コラム型フライス盤）の場合と同等又は更に良好な加工精度を達成する。

本発明の実施形態及びその利点は添付図面を参照して詳細に上述されている。しかしながら、再度指摘すれば、本発明は上述の実施形態やその構成上の特徴に決して限定又は制約されるものでなく、実施形態の更なる変形、特に、独立請求項の保護範囲に基づき上述の実施形態における特徴の変形及び／又は上述の実施形における１つ以上の特徴の組み合わせを含む。

要するに、本発明は、高い剛性の構成部分を備えた機械運動学を有すると同時に、高い自由度且つ高い加工精度及び／又は制御精度にて高い運動自由を有した工作機械の構想の創出又は提供を可能にし、付け加えて、効率的で正確且つ簡単なワークピースの加工、複合材料として特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫからなる大小のワークピースに対して特に自由な造形面でのフライス加工を実施可能にする。

特に、フライス加工が複合材料、特に炭素繊維強化プラスチック材料又はＣＦＫからなるワークピースに対して実施されたとき、より自由で且つ同時に正確な加工作業が高品質で可能な工作機構の構想を提供可能にする。高い自由度、高い剛性及び高い加工精度を効率的に創出する高い加工運動の自由度を可能にする工作機械の構想が提供される。

Claims

ワークピースを機械加工する工作機械であって、
機械ベッド（１１０）と、
前記機械ベッド（１１０）に配置され、工作機械上にワークピースをクランプするのに役立つワークピースクランプ部（１２０）と、
前記機械ベッド（１１０）に配置された旋回アーム受け部（２２０）と、
前記旋回アーム受け部（２２０）に第１回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アーム（２３０）と、
前記第１旋回アーム（２３０）に第２回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アーム（２４０）と、
前記第２旋回アーム（２４０）に第３回転軸線回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アーム（２５０）と、
前記スピンドル担持アーム（２５０）に第４回転軸線回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッド（２６０）と、
前記フライスヘッド（２６０）に保持され、工具を受け取るのに役立つワークスピンドル（２１０）と
を具備し、
前記第３回転軸線（Ｒ3）は前記第４回転軸線（Ｒ4）に対して垂直又は横断方向にアライメントされている、工作機械。
前記第２回転軸線（Ｒ2）は第１回転軸線（Ｒ1）に対して平行にアライメントされている、請求項１に記載の工作機械。
前記第３回転軸線（Ｒ3）は前記第２回転軸線（Ｒ2）に対して垂直又は横断方向にアライメントされている、請求項１又は２に記載の工作機械。
前記ワークスピンドル（２１０）のスピンドル軸線（ＳＡ）は前記第４回転軸線（Ｒ4）に対して垂直又は横断方向にアライメントされている、請求項１〜３の何れかに記載の工作機械。
前記ワークピースクランプ部（１２０）は、前記機械ベッド（１１０）上の前記前記旋回アーム受け部（２２０）に対して少なくとも１つの線形軸線方向（Ｘ）に線形移動可能である、請求項１〜４の何れかに記載の工作機械。
前記旋回アーム受け部（２２０）は、前記機械ベッド（１１０）上を線形移動可能な軸線スライダ（２２３）に配置されている、請求項１〜５の何れかに記載の工作機械。
前記軸線スライダ（２２３）は前記第１回転軸線（Ｒ1）に対して平行にアライメントされた方向（Ｘ）に線形移動可能である、請求項６に記載の工作機械。
前記旋回アーム受け部（２２０）は２つの旋回アーム支持体（２２１，２２２）を有し、
前記第１旋回アーム（２３０）は、前記旋回アーム支持体（２２１，２２２）間に旋回可能に取り付けられて保持されている、請求項１〜７の何れかに記載の工作機械。
前記２つの旋回アーム支持体（２２１，２２２）のうちの一方の旋回アーム支持体（２２２）は他方の旋回アーム支持体（２２１）よりも小さく、
前記第２旋回アーム（２４０）は、小さい方の前記旋回アーム支持体（２２２）に面した前記第１旋回アーム（２３０）の側面に保持されている、請求項８に記載の工作機械。
前記旋回アーム受け部（２２０）における前記２つの旋回アーム支持体（２２１，２２２）の各々は、前記第１旋回アーム（２３０）を旋回駆動する少なくとも１つの駆動部を有する、請求項８又は９に記載の工作機械。
前記旋回アーム受け部（２２０）における前記２つの旋回アーム支持体（２２１，２２２）の各々は、前記第１旋回アーム（２３０）を旋回駆動する一方、トルクを伝達する少なくとも１つのクランプ式伝動装置を有する、請求項８〜１０の何れかに記載の工作機械。
前記第１旋回アーム（２３０）は、前記第２旋回アーム（２４０）を旋回駆動する少なくとも１つの駆動部を有する、請求項１〜１１の何れかに記載の工作機械。
前記第１旋回アーム（２３０）は、前記第２旋回アーム（２４０）を旋回駆動する一方、トルクを伝達する少なくとも１つのクランプ式伝動装置を有する、請求項１〜１２の何れかに記載の工作機械。
前記クランプ式伝動装置は、少なくとも１つの従動要素と、該従動要素と共に同時に働く少なくとも２つの駆動要素とを有する、請求項１１及び／又は１３に記載の工作機械。
前記第２旋回アーム（２４０）は、前記スピンドル担持アーム（２５０）を回転駆動する少なくとも１つの駆動部を有する、請求項１〜１４の何れかに記載の工作機械。
前記スピンドル担持アーム（２５０）を回転駆動する前記駆動部はトルク駆動部、特に冷却型トルク駆動部からなる、請求項１５に記載の工作機械。
前記スピンドル担持アーム（２５０）は、フライスヘッド（２６０）を回転駆動する少なくとも１つの駆動部を有する、請求項１〜１６の何れかに記載の工作機械。
前記フライスヘッド（２６０）を回転駆動する前記駆動部はトルク駆動部、特に冷却型トルク駆動部からなる、請求項１７に記載の工作機械。
前記ワークスピンドル（２１０）に対する工具の挿入及び／又は交換のために
複数の工具を蓄えた工具マガジン（３００）を更に具備する、請求項１〜１８の何れかに記載の工作機械。
前記旋回アーム受け部、前記第１旋回アーム、前記第２旋回アーム、前記スピンドル端アーム、前記フライスヘッド及び前記ワークスピンドルを含む第１スピンドル担持アセンブリ（２００）に加え、前記機械ベッド上に第２スピンドル担持アセンブリが配置されている、請求項１〜１９の何れかに記載の工作機械。
前記第２スピンドル担持アセンブリは、
前記工作機械の機械ベッド上に配置された第２旋回アーム受け部と、
前記第２旋回アーム受け部に第５回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第３旋回アームと、
前記第３旋回アームに第６回転軸線回りに旋回可能に取り付けられた第４旋回アームと、
前記第４旋回アームに第７回転軸線回りに回転可能に取り付けられた第２スピンドル担持アームと、
前記第２スピンドル担持アームに第８回転軸線回りに回転可能に取り付けられた第２フライスヘッドと、
前記第２フライスヘッドに保持されて工具を受け取るのに役立つ第２ワークスピンドルと
を具備し、
前記第７回転軸線は、前記第８回転軸線に対して垂直又は横断方向にアライメントされている、請求項２０に記載の工作機械。
前記第１、第２、第５及び第６回転軸線の全ては互いに対して平行にアライメントされ、特に、第１及び第５回転軸線は互いに対して同軸にアライメントされている、請求項２１に記載の工作機械。
前記第１及び第２スピンドル担持アセンブリは、前記機械ベッド上で前記第１及び又は第５回転軸線の方向に互いに隣接して配置されている、請求項２１又は２２に記載の工作機械。
工作機械で使用するスピンドル担持アセンブリであって、
前記工作機械の機械ベッド上に配置又は取り付け可能な旋回アーム受け部（２２０）と、
前記旋回アーム受け部に第１回転軸線（Ｒ1）回りに旋回可能に取り付けられた第１旋回アーム（２３０）と、
前記第１旋回アームに第２回転軸線（Ｒ2）回りに旋回可能に取り付けられた第２旋回アーム（２４０）と、
前記第２旋回アームに第３回転軸線（Ｒ3）回りに回転可能に取り付けられたスピンドル担持アーム（２５０）と、
前記スピンドル担持アームに第４回転軸線（Ｒ4）回りに回転可能に取り付けられたフライスヘッド（２６０）と、
前記フライスヘッドに保持されて工具を受け取るのに役立つワークスピンドル（２１０）と
を具備し、
前記第３回転軸線（Ｒ3）は前記第４回転軸線（Ｒ4）に対して垂直又は横断方向にアライメントされている、スピンドル担持アセンブリ。