JP2018504289A - プログラム制御の工作機械のためのスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プログラム制御の工作機械のための加工ユニットに関する。特に本発明は、プログラム制御の工作機械のためのスピンドル装置に関し、該工作機械は、スピンドルハウジング(1,4)と、スピンドルハウジング内にスピンドル軸線回りに回転可能にして設けられ、スピンドル装置の工具受け部に挿入され且つフライス又は穿孔の工具を保持するように構成された工具インタフェースをクランプするクランプ装置(22a,22b,22c)を含む、ワークスピンドルと、スピンドルハウジング(1,4)に配置され、研磨作業中に発生する構造伝達音又は振動を検出するように構成された少なくとも１つの構造伝達音センサ(500)含むセンサ装置とを備える。【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、プログラム制御の工作機械のための加工ユニット、特にワークスピンドル、又は、プログラム制御の工作機械、特にフライス(milling)／旋盤、汎用フライス盤、汎用工作機械、又は、CNCマシニングセンタのためのスピンドル装置に関する。

ワークピースの機械加工及び／又は製作のために、汎用的に使用される工作機械、特にプログラム制御又は数値制御の工作機械が従来技術、例えば、フライス盤、汎用フライス盤、汎用工作機械及び／又はCNCマシニングセンタにて公知でり、これは通常、例えば穿孔及びフライス工具を受け取るために１つ以上の工具担持ワークスピンドルを含む。

このような工具担持ワークスピンドルに関して、工具は、特にモールステーパ、スティープテーパ又は中空シャンクテーパのような工具テーパ等の工具インタフェースを用いて、ワークスピンドルの受け取り装置又は工具受け部に受け取られ、そして、ワークスピンドルで駆動される。このよう工具は、種々の穿孔又はフライス工具、又は、典型的な標準の工具インタフェースにクランプ又は固定される他の工具である。

しかしながら、ワークピースの製作において、今日の多重の要求によれば、汎用の工作機械でのワークピースに対するフライス又は穿孔作業のための通常のフライス又は穿孔工具に代えて又は付け加えて、汎用の工作機械にてワークピースに対する付加的又は代替的な研磨作業もまた実施できるのが好都合であり、研磨作業には通常、プログラム制御の研磨機が準備されていて、ワークピースは、汎用の工作機械でのフライス又は穿孔作業の後、研磨作業のために特別なプログラム制御の研磨機に通常、クランプされなければならないか、又は、特別なプログラム制御の研磨機での研磨作業の後、フライス又は穿孔作業のためにフランス盤又は汎用のプログラム制御の工作機械に通常、クランプされなければならない。

上述の考察又は課題からみて、本発明の目的は、ワークピースに対する通常のフライス及び穿孔作業に付け加えて、また、効率的で正確且つ信頼性のある研磨作業を許容する汎用のプログラム制御の工作機械を改良又は提供することにあり、特に通常はフライス及び穿孔作業のために構成された汎用のプログラム制御の工作機械にて研磨工具を使用するとき、例えば、好ましくは一方では、フライス及び穿孔作業の汎用機の選択肢を制限することがなく、研磨作業の正確で効率的且つ信頼性の今日の要求、例えば、従来技術の特別なプログラム制御の研磨機にて達成される効率的で正確且つ信頼性と比較して同様であるか又はより良好とする要求を保証する。

この種の一般的な加工ユニットは例えば、DE 10 2013 2101 328 A1から公知であり、ここでは、フライス及び穿孔作業に使用するセンサシステムが工作機械におけるワークスピンドルの端面に装備可能である。

本発明の上述の目的を考慮し、本発明によれば、請求項1のプログラム制御の工作機械にて使用するスピンドル装置又はプログラム制御の工作機械のためのワークスピンドルを備えた対応の加工ユニットが提案され、また、1つの独立請求項によれば、プログラム制御の工作機械が提案され、該工作機械は、プログラム制御の工作機械にて使用する本発明の上述の複数のスピンドル装置、又は、プログラム制御の工作機械のためのワークスピンドルを備えた１つ以上の対応した加工ユニットを含む。従属請求項は、本発明の好適な実施携帯に関する。

本発明によれば、プログラム制御の工作機械のためのスピンドル装置が提案され、該スピンドル装置は、スピンドルハウジングと、スピンドルハウジング内にスピンドル軸線回りに回転可能に設けられ、スピンドル装置の工具受け部に挿入され且つフライス又は穿孔工具を保持する工具インタフェースをクランプするクランプ装置を含む、ワークスピンドルと、スピンドルハウジングに配置され、研磨作業中に発生する構造伝達音の波動又は振動を検出すべく構成れた少なくとも１つの構造伝達音センサを含む、センサ装置とを具備する。

特に好適且つ好都合な実施形態において、構造伝達音センサは、環状（又は少なくとも部分に環状）の構造伝達センサとして構成されている。

好ましくは、環状の構造伝達音センサは、環状（又は少なくとも部分的に環状）ロータセンサ部分及び／又は環状（又は少なくとも部分的に環状）ステータセンサ部分を含む。

特に好適で好都合な実施形態において、第１リング要素及び第２リング要素が備えられ、ここで、第１リング要素は好ましくはスピンドルハウジングに固定して接続され、及び／又は、第２リング要素は好ましくは、回転可能に設けられたワークスピンドルに固定して接続されている。好ましくは、第１及び第２リング要素の少なくとも１つには、構造伝達音センサの少なくとも一部が配置又は保持されている。

好ましくは、環状ロータセンサ部分は第２リング要素に配置又は保持され、及び／又は、好ましくは、環状ステータセンサ部分は第１リング要素に配置又は保持されている。

好ましくは、第２リング要素は、スピンドルハウジング内に好ましくは回転可能に設けられたスピンドル装置のスピンドルヘッドシャンクに好ましくは回転不能にして接続されているか又は固定、特に好ましくは取り外し可能に固定されている。

特に好適で且つ好都合な実施形態において、第２リング要素の内部は,センサ装置における工具受け部の少なくとも一部を形成する。

好ましくは、第２リング要素の内部は、工具インタフェースがスピンドル装置の工具受け部に挿入され且つクランプ装置によってクランプされたとき、工具インタフェースの少なくとも一部を接触する。このことは、構造伝達音が工具インタフェースからリング要素に案内され、該リング要素に構造伝達音センサが特に妨害されずに配置できる利点を有する。

好ましくは、第１リング要素はスピンドルハウジングに回転不能にして固定、特に好ましくは取り外し可能にして固定されている。

特に、好適且つ好都合な実施形態において、スピンドル装置は複数のスピンドル軸受を含む。

好ましくは、構造伝達音センサは、複数のスピンドル軸受のうちの最も外側のスピンドル軸受の側面に配置され、該側面はスピンドル装置の外側を向いている。特に好ましくは、構造伝達音センサは、スピンドル軸受の何れもがスピンドル装置内での工具受け部から構造伝達音センサへの構造伝達音の波動の直接的な伝播方向に配置されないように位置付けられている。

他の例示的な面において、スピンドル装置又はその構造伝達音センサは、付加的な（例えば通常の）構造伝達音センサによって較正でき、ここでは例えば、スピンドル装置の構造伝達音センサに加えて、第２構造伝達音センサを介して研磨工具の接触を検出し、スピンドル装置の構造伝達音センサの較正のために両センサの信号を比較する。他の例示的な面において、スピンドル装置及びその構造伝達音センサは、付加的な（例えば,通常の）構造伝達音センサによって較正でき、ここでは例えば、機械加工されるべきワークピース又は工作機械のワークピースクランプ手段に第２構造伝達音センサを取り付け、ワークスピンドルの構造伝達音センサの較正のために例えばテスト用ワークピースの機械加工中又はテスト機械加工中、両センサの信号を比較する。

他の例示的な面においては、好ましくは、上述のスピンドル装置を備えた汎用工作機械にてワークピースを研磨加工する方法が提供され、該方法は、スピンドル装置におけるワークスピンドルのクランプ装置にクランプされ且つスピンドル装置の工具受け部に挿入された工具インタフェースに保持された研磨工具を使用し、工作機械のワークピースクランプ手段にクランプされたワークピースを研磨加工し、研磨加工中に発生する構造伝達音の波動又は振動を、スピンドル装置の構造伝達音センサによって検出する。

他の例示的な面においては、好ましくは、上述のスピンドル装置を備えた汎用の工作機械にて研磨工具を仕上げする方法が提供され、該方法は、スピンドル装置におけるワークスピンドルのクランプ装置にクランプされ且つスピンドル装置の工具受け取り部に挿入された工具インタフェースに保持された研磨工具のための仕上げ作業を仕上げピース上で実施し、この際同時に、スピンドル装置における構造伝達音センサの構造伝達音信号に基づき、仕上げ作業を監視する。

本発明の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な分解斜視図である。 本発明の別の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。 本発明の別の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。 本発明の別の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。 本発明の別の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。 本発明の例示的な実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための別の個加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図中の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、時には異なる参照符号が付されている。

しかしながら、本発明では以下に記載の例示的な実施形態やその実施例に限定又は制約されるものでなく、例示的な実施形態の変形、特に、独立請求項の範囲内で実施例の特徴の変形又は実施例の個々又は複数の特徴の組み合わせを含むことが強調される。

図１は、発明の例示的な実施形態に係り、プログラム制御の工作機械のための加工ユニットを示す例示的且つ概略的な分解斜視図である。

特に、図１は本発明の例示的な実施形態に係り、プログラム制御の工作機械（図示しない）のためのワークスピンドル、特に工具担持ワークスピンドルにおけるスピンドル装置の複数の部品を示す例示的且つ概略的な分解斜視図である。

ワークスピンドル又はスピンドル装置100を含んだ図示の例示的な加工ユニットは例えば、工作機械のワークピースクランプ手段にクランプされたワークピースに工具、特にフライス及び穿孔工具でフライス加工(milling)及び／又は穿孔加工を実施すべく構成されている。図1中には示されていないが、フライス及び穿孔工具は通常、ワークスピンドル又はスピンドル装置に交換可能な工具インタフェースを介してクランプされ、ワークスピンドル又はスピンドル装置により回転駆動され、高速回転での切削作業をなす。

１つのワークスピンドルを含む1つ以上の加工ユニット、又は、１つのワークスピンドルを含む複数のスピンドル装置100は例えば工作機械にてワークピースを機械加工又は製作するために備えられ、例えば、ここでの工作機械は特にフライス盤、フライス／旋回機、万能フライス盤、万能工作機械又はCNCマシニングセンタ等のプログラム制御又は数値制御の工作機械であって、これら工作機械は１つ以上の工具担持ワークスピンドルを含む。

このような工具担持ワークスピンドルにおいては、工具はワークスピンドルの受け取り装置又は工具受け部に、特にモールス(Morse)テーパ、スティープ(steep)テーパ又は中空シャンク(hollow shank)テーパのような工具テーパ等の工具インタフェースに受け取られ、ワークスピンドルによって駆動される。ここでの工具は、種々の穿孔又はフライス工具、又は、他の工具であって、典型的な標準の工具インタフェース又は工具テーパにクランプ又は固定される。

図１に係るスピンドル装置の加工ユニットは例えば、スピンドルハウジング1を含み、該スピンドルハウジングは工作機械の別の構成部分、一例としては特に工作機械のスピンドルヘッド担持体又は旋回ヘッドに環状フランジ2の助けを借りて取り付け又は組み付けられている。該環状フランジは、工作機械の別の構成部分に対する固定又は組み付けのために例えば複数の軸方向ボア3を有する。スピンドルハウジング1の内部にはワークスピンドル15が回転可能に設けられている。

加工ユニット又はスピンドル装置100の円錐台状のハウジング部分4はその外周壁に外側に向けて開いた１つ（又は複数）の長手方向溝5を備え、例えば環状フランジ2の前面に固定されている。例えば、長手方向溝5は受け取り溝6に続き、該受け取り溝は環状フランジ2に形成されている。長手方向溝5及びその続きの受け取り溝6は例えば、電源及び／又は測定データのケーブル（図１に示さず）のための受け取り導管を形成する。ケーブルは受け取り導管内を案内され、そして、受け取り導管5，6は対応した形状の形プレート7で覆われ、該形プレートはハウジング部分4に取り外し可能に固定されている。

図１において、ハウジング部分4の端面の前側には第１リング要素10が示されており、該第１リング要素はハウジング部分４の端面に複数の固定具11（例えばボルト）で取り外し可能に固定可能である。第１リング要素10は例えば輪郭付き断面を有し、一例としてハウジング部分4の左側の環状端面にその右側端面（即ち、特にスピンドルに面した端面）で支持或いは取り付け、又は、取り外し可能に固定されている。

ワークスピンドルの前端には第２リング要素16が複数の固定具（例えばスタッドボルト）で取り外し可能に固定され、該第２リング要素16はワークスピンドルと共に回転し、ロータを構成する。

例えば、第２リング要素16は円筒状の内周面、例えば、段付きの断面を有する。第２リング要素16は環状のカバー要素17で覆われ、例えば、ワークスピンドルの平坦な端面に面接触した状態で、複数の固定具（例えばスタッドボルト18）に介して取り外し可能に固定され、工具のシャンクをクランプする工具ホルダを覆うことなく、ワークスピンドルをその端面にて終端とする。

例えば、第１リング要素10内には、測定データ、センサ信号及び／又は電力信号の非接触伝送に役立つ受信及び／又は送信手段が収容可能である。更にまた、組み付け状態にて、例えばセンサシステムへの電気的な接続（例えば、受信又は送信手段への電力ケーブル及び／又は測定ケーブルの接続）のために、第１リング要素10には長手方向溝5のケーブル導管に対向し且つ月ケーブル導管内に突出するケーブル経路部分12が備えられている。

リング要素10,16には１つ以上のセンサが収容可能である。例えば、該センサは例えば振動センサであって、該振動センサにより、軸線方向、また、周方向に関して、スピンドル又はスピンドルヘッドの作動上の変形が検出できる。例えば、スピンドルのアライメントの誤差及び／又は形状の変化を検出するためには種々のセンサ、例えば、圧力感受、電圧感受又は力感受センサが測定センサとして好適する。

センサシステムは評価装置を選択的に含み、該評価装置は種々のセンサに電気的に接続され、評価や得られたデータの記憶をなし、そして、マイクロコンピュータによって制御可能である。また、該センサシステムによって、切削工具の磨耗の評価や、衝撃的な衝突で引き起こされる機械構成部分の潜在的な損傷の検出及び記憶がなされ、これらは適宜、工作機械の制御システムにて考慮される。更にまた、振動センサの使用は測定信号の評価に基づいて、アンバランス測定の実施又はワークスピンドルにおける軸受損傷の検出を可能にする。

ハウジング部分4のケーブル導管5内を案内されたケーブル（測定及び／又は電力ケーブル）は、ハウジング部分4に固定して連結された固定の外側リング（第１リング要素10）内に延びている。該外側リング（第1リング要素10）には、電力及び測定データケーブルのための選択的な接続部が配置されている。ここでは、電力又は測定ケーブルは固定の外側リング（第１リング要素10）内に配置された送信要素に接続でき、その対をなす部分（受信要素）はワークスピンドルと共に回転するロータリング（第２リング要素16）内に配置可能である。

本発明の例示的な実施形態によれば、スピンドル装置100は研磨作業を許容すべく構成されている。ここでは、工具の平面研磨及び／又は長手方向研磨のために、工具インタフェースに取り付け又はクランプされた研磨工具、例えば、研磨ホイールがフライス又は穿孔工具に代えて結合可能な工具インタフェースを介して挿入される。

スピンドル装置100に挿入、即ち、交換された研磨工具でもってワークピースを加工するため、スピンドル装置100のセンサシステムは、スピンドル装置100における複数のセンサ又はセンサシステムが少なくとも１つの構造伝達音センサを含んで構成され、構造伝達音センサはワークピースの研磨作業中に発生されて、研磨工具及び工具インタフェースを介してスピンドル装置100の要素又は構成部分に伝達される構造伝達音(structure-borne sound)を検出すべく構成されている。

背景として、「構造伝達音」（又は、音響放射(acoustic emission)、即ちAE）の語句が固体内での構造伝達音の波動の伝播を記述することを指摘し、ここで、縦方向の波動又は振動（特に、固体の内部構造内の波動又は振動）の伝播、及び／又は、横方向の波動又は振動（特に、固体の表面上の波動又は振動）の伝播が通常、固体にて異なる伝播速度（構造伝達音速度）で生じる。

例えば、構造伝達音の波動は典型的には超音波の範囲、特に２０kHz〜２MHzの周波数で生じ、従って、典型的には人の可聴周波数の範囲外である。例えば、鋼内での伝播速度は縦方向の波動又は振動で約５０００ｍ／ｓ、横方向の波動又は振動で約３１００ｍ／ｓである。

構造伝達音センサの典型的な測定範囲は例えば５０〜９００kHz、好ましくは１００〜４００kHzの範囲にあり、特に、共鳴効果を低減する。

特に研磨作業（例えば、フライス又は穿孔加工での幾何学的に規定された切削刃での切削加工とは対照的に、幾何学的に規定されない切削刃での切削加工）の場合、典型的には、構造伝達音は切削加工中、ワークピースが研磨工具に接触しているときにワークピースに生じて、ワークピース及び研磨工具に広がり、この後、これらに接続された別の要素に伝達される。

このような振動は構造伝達音センサにより知覚的(sensorically)に検出可能で、加工プロセス中、幾何学的に規定されない切削刃での切削プロセスに関する情報を提供できることになり、この結果、構造伝達音の測定は、評価ユニット又は工作機械における制御部の診断ユニット及びデータ監視ユニットを介して機械加工作業並びに研磨プロセス中、プロセスパラメータの瞬間的な監視又はプロセスの監視を可能にする。

また、研磨作業のために、加工中又は仕上げ作業中、加工されるべきワークピースに向けての（幾何学的に規定されない切削刃を備えた）研磨工具の移動中及び／又は研磨工具に向けてのワークピースの移動中、構造伝達音信号の監視に基づいて、例えば、研磨工具又は研磨工具面の最初の研磨粒とワークピース面との間の最初の接触（所謂、最初の切削検出）が検出又は検知可能である。

このことは、研磨工具に関しての仕上げ作業（該作業は特別な仕上げ装置にて、通常実施されなければならない）に特に有利となる。何故なら、仕上げプロセス中、構造伝達音信号の監視に基づき、仕上げピース（例えば、仕上げダイヤモンド）に向かう（幾何学的に規定されない切削刃を備えた）研磨工具の移動中及び／又は研磨工具に向かう仕上げピースの移動中、研磨工具又は研磨工具面の第１の研磨粒と仕上げピースとの間の最初の接触がなされるのを検出又検知可能にする。

例えば、構造伝達音信号に基づく最初の接触の検出に加えて、仕上げプロセス中、構造伝達音信号に基づき、仕上げ作業の終了時点、例えば、研磨工具の研磨面が完全に仕上げられた時点の検出に更に有利な選択肢が提供され、該時点は連続的な構造伝達音信号により検出可能である。

ここで、工作機械の機械制御部は、作業者が容易に開始可能な自動プログラムサイクルを選択的に有し、ここでは、例えば、仕上げプロセス中、構造伝達音信号に基づき最初の接触が機械制御部で検出されるまで、最初の自動サイクル工程では自動アプローチがより大きな間隔の歩みで実施可能となり、この後、機械制御部にて検出された連続的な構造伝達音信号に基づき、仕上げプロセスの終了が認識されるまで、実際の仕上げプロセスがより小さい間隔の歩みで自動的に実施される。機械制御部が自動サイクルを終了すると直ぐに、作業者にはユーザインタフェースを介して、自動仕上げ作業が既に終了したことが知らされる。

また、機械加工作業中、加工されるべきワークピースに向かう研磨工具の実際のアプローチ中、工作機械の機械制御部には自動的な送りサイクル(delivery cycle)が記憶されていると考えられ、機械制御部は、プログラム制御の方式でのアプローチ作業のためにその送りサイクルを自動的に実施可能である。この場合、作業者による制御の選択無しに、ワークピース及び研磨工具が互いに対して移動可能であるのが好都合であり、ここでは、例えば、実際のプログラム制御での機械加工作業が自動的又は作業者による手動での開始指令を介して開始されると直ちに、ワークピース又は研磨工具は、最初の自動サイクル工程にて急速に横切り、即ち、工作機械における１つ以上の線形又は円形の軸線に関して高速で、安全位置（例えば、予め設定された安全距離）に自動的に移動され、この後、アプローチ作業の次の自動サイクル工程にて、機械制御部にて最初の接触が構造伝達音信号に基づいて検出されるまで、自動アプローチにより小さい間隔の歩み（空気摩擦(air grinding)）でもって移動される。

検出された連続の構造伝達音信号に基づき、機械制御部が研磨ワークピースに所望の面特性が得られて（完全に研磨された構成部品）、機械加工の終了を認識したなら、実際の研磨作業は自動的に終了される。機械制御部が自動的な機械作業を終了すると直ぐに、作業者にはユーザインタフェースを介して自動機械加工作業の終了が知らされる。

更にまた、構造伝達音センサから出力された構造伝達音信号は、（付加的な衝突センサが要求されること無く）衝突監視、過小サイズの検出（余りにも小さいサイズのワークピース）、過小サイズのワークピースの廃棄及び／又はプロセスの視覚化（例えば、その後のプロセス解析又はエラー解析）のために付加的に使用可能である。好適な実施形態では、構造伝達音センサ信号及び／又は構造伝達音信号の評価に基づいた１つ以上の評価パラメータが工作機械における数値制御部の作業インタフェース又はユーザインタフェース又は工作機械における制御盤のモニタに表示又は例示される。

図１の好適な実施形態では、構造伝達音センサがスピンドル装置100に備えられ、特に、構造伝達音センサは環状の構造伝達音センサとして構成されているのが好ましい。

これは、工具インタフェースを備えた１つの研磨工具がスピンドル装置100に交換又は受け取られたとき、研磨作業中、許可された構造伝達音の測定又は検出を介して研磨作業が実施可能となる利点を有する。ここで、検出された構造伝達音信号は例えば、研磨プロセス又はその監視、最初の切削検出又は最初の接触の検知、（上述の自動プログラムサイクルに従う選択的な）仕上げ又は形直しプロセス、及び／又は、（上述の自動プログラムサイクルに従う選択的な）ワークピースに対する研磨工具の自動アプローチ又は調整のために好都合にして使用される。従って、通常は、フライス及び穿孔作業のために備えられている工具担持ワークスピンドルを備えた汎用の工作機械であっても、付加的な研磨作業が好都合に可能となる。ここでは、研磨作業に必要なプロセスが容易、確実、安全、自動的又は半自動的、そして、高い精度で且つ効率的に実施可能となる。

しかしながら、通常フライス及び穿孔作業に使用される汎用の工作機械のワークスピンドルに構造伝達音センサが付加的に備えられた場合、フライス及び穿孔作業の機能に何ら制限が現れることは無く、汎用の工作機械に独占的で且つ好都合にして更なる改良や潜在的な適用が提供される。それどころか、構造伝達音センサがフライス及び穿孔作業にも、例えば、スピンドルにおける軸受損傷の検出又は衝突検出に使用できるので、シナジー効果さえも発生する。従って、例えば、例示的な実施形態では通常要求される他の衝突センサ又は振動センサの省略さえも可能となる。

図１の例示的な実施形態では、好ましくは、環状の構造伝達音センサが組み込まれ、該センサは好ましくは、環状（又は少なくとも一部が環状）のロータセンサ部分と、好ましくは環状（又は少なくとも一部が環状）のステータセンサ部分とを含み、ここでは、ロータセンサ部分は好ましくは、外側の第２リング要素16に配置、取り付け及び／又は組み付けられ、及び／又は、ステータセンサ部分は好ましくは、内側の第１リング要素10に配置、取り付け及び／又は組み付けられる。

ここで、好ましくは、ステータセンサ部分及びロータセンサ部分は、固定のステータセンサ部分及び回転可能なロータセンサ部分間にエアギャップが形成され、センサ信号がステータセンサ部分とロータセンサ部分との間を非接触にして伝達されるべく配置されている。

図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは本発明の別の実施形態に係るプログラム制御の工作機械の加工ユニットを示す例示的且つ概略的な断面図又は部分断面図である。

特に図２Ａ〜２Ｄは、本発明の実施形態に係るプログラム制御の工作機械（図示せず）のためのワークスピンドル、特に工具担持ワークスピンドルのスピンドル装置の複数の部品を示す例示的且つ概略的な部分断面である。

図２Ａ〜２Ｄに係る例示的な実施形態のスピンドル装置100は一例として、ワークスピンドルにおけるスピンドルハウジングのスピンドルハウジング要素4を含む。スピンドルハウジング要素4の内部には例えば、ワークスピンドルのスピンドルヘッドシャンク20が複数の軸受要素21(例示的にボール軸受として示されている)を介してスピンドル軸線回りに回転可能に設けられている。スピンドルヘッドシャンク20はスピンドル駆動部（図示しない）を介して回転駆動可能である。

更にまた、スピンドルヘッドシャンク20は例えば、中空シャンクとして構成され、その内部には工具インタフェースをクランプする。ここでは、例えば中空シャンクテーパ200として構成された工具インタフェースをクランプするクランプ装置のクランプロッド22aが配置されている。ワークスピンドルに対して外側を向いたクランプロッド22aの一端部に、クランプロッド22aは例えばクランプヘッド22bを含む。該クランプヘッドは例えば、クランプロッド22aに一体的に形成されているが、別の実施形態では別体としてクランプロッド22aに取り付け可能である。更にまた、クランプ装置は複数のクランプチャック要素22cを含み、これらクランプチャック要素は、クランプロッド２２aが工具テーパをクランプするためにワークスピンドルの内部に向けスピンドル軸線方向に引き込まれたとき、工具テーパ（ここでは、例えば中空シャンクテーパ200）をクランプすべく構成されている。

このことは特に図２Ａ，２Ｂの概略図に示され、ここでは、非クランプ状態の中空シャンクテーパ200、即ち、クランプロッド22aが図２Ａの矢印に向けて延ばされているとき、中空シャンクテーパ200はワークスピンドルに形成された工具受け部に挿入されるか又はクランプヘッド22b（図２Ｂ）に取り付け可能であり、そして、クランプヘッド22bを備えたクランプロッド22aがスピンドルの内部に向け、スピンドル軸線の方向、即ち、図２Ａの矢印の方向に引き込まれたとき、中空シャンクテーパ200はクランプヘッド22bにより強制的に拡開されたクランプチャック要素22cを介してクランプされる（図２Ｃ）。

例えば、軸線方向に中空をなすクランプチャック22aの内部には、供給パイプ要素23（例えば、チューブ、細管又はホース）が備えられ、該供給パイプ要素にはシール要素が接続されている。好適な実施形態では、供給パイプ要素を通じて中空シャンクテーパ200や、選択的には中空シャンクテーパ200にクランプ又は取り付けられた工具にその内部を冷却且つ潤滑する供給剤が提供される。

ここで、図２Ａ，２Ｂでは、中空シャンクテーパ200に研磨工具300（例えば研磨ホイール）が取り付けられているか、又は、ディスク404及び固定具403を介してクランプ要素401,402により固定されている。ここで、工具インタフェース、即ち、例示の中空シャンクテーパ200への研磨工具300の取り付けは簡略化して示されているだけで、他の固定機構を特に備えた複雑な取り付けも考えられ且つ好都合なものとなる。例えば、別の例示的な実施形態では、中空シャンクテーパ200の本体に対する研磨ホイール300の軸線方向距離を更なる中間要素によって増加させることも可能である。

例示的な実施形態によれば、スピンドル装置100は構造伝達音センサ500を更に含み、該構造伝達音センサはスピンドル装置100の端面に配置され、研磨工具300でのワークピースの機械加工中、構造伝達音に基づいた構造伝達音信号を検出する。該構造伝達音はワークピース及び研磨工具300を伝播し、そして、工具インタフェース（例えば、中空シャンクテーパ200）を介してスピンドル装置100の要素又は構成部品に伝達される。

好都合且つ例示的には、構造伝達音センサ500は環状の構造伝達センサとして構成され、例示的な環状のロータセンサ部分501及び例示的な環状のステータセンサ部分502を含む。

環状のステータセンサ部分502は内側のリング要素（第１リング要素）に配置され、環状のロータセンサ部分501は外側のリング要素（第２リング要素）に配置されている。ここで、環状のステータセンサ部分502、内側のリング要素10、ロータセンサ部分501及び外側のリング要素16は軸線方向にアライメントされ且つスピンドル軸線と同軸であり、ここで、特に外側のリング要素16は、スピンドル軸線回りのスピンドルの回転中、ロータセンサ部分501と一緒に回転する。

内側のリング要素10はその端面にて、スピンドルハウジング部分4又はスピンドルハウジング要素4に固定され、（例えば、センサシステムの保守、損傷又は摩耗の場合の簡単な交換又はその修理のために）特に好ましくは取り外し可能に固定されている

外側のリング要素16はスピンドルヘッド軸20に固定され、図２Ａ〜２Ｄに示されるように、スピンドルヘッド軸20の端部と共に工具インタフェースを受け取るための工具受け部又は工具インタフェース受け部を形成し、該受け部は例えば、中空シャンクテーパ200又は例えばモールステーパ又はスティープテーパ等の他の工具テーパを受け取る。

ここで、ステータセンサ部分502及びロータセンサ部分501は２つのリング要素16,10と共に、固定のステータセンサ部分502と回転可能なロータセンサ部分501との間又はリング要素10,16間にエアギャップが形成されるように配置されている。ここで、センサ信号はステータセンサ部分502とロータセンサ部分501との間にて接触無しで伝達される。

外側のリング要素16は特に好ましくは、（例えば、センサシステムの保守、損傷又は摩耗の場合の簡単な交換又はその修理のために）取り外し可能に固定されている。

この点に関し、図２Ｄは例示的な状況を示し、ここでは、構造伝達音センサ500のロータセンサ部分501が外側のリング要素16と共に、スピンドル装置100から取り外されているか、又は、スピンドル装置100に対する取り付けから解放されている。

一方において、このことは構造伝達音センサ500の交換又は保守を許容するが、例えば、工作機械のワークスピンドルに意図しない衝突が生じたとき、外側のリング要素16、また、選択的には内側のリング要素10が付加的な減衰要素として働く更に大きな利点となり、ここで、中程度の衝突(intermediate collisions)を考慮すれば、ワークスピンドルの小さい衝突でさえも、時には通常のスピンドル装置を伴うワークスピンドルの損傷の修理が困難又は高価になる潜在的な虞に代えて、簡単且つ安価に交換可能なリング要素がセンサシステムと共に損傷されることは好都合である。

更にまた、図１に類似する別の例示的な実施形態では、外側のリング要素16の端面に減衰機能を更に高める１つ以上の付加的な環状のカバー要素、又は、更なる減衰のためにハウジング部分4とリング要素10との間に別のディスク要素25が備えられる。

最後に、スピンドルハウジング1又は4におけるスピンドルの端面への構造伝達音センサ500の位置付けは、構造伝達音の波動又は振動が事実上干渉無しにして、受け取られ且つクランプされた工具インタフェース200を介して構造伝達音センサ500に伝達され、そして、干渉を受け難い構造伝達音信号の検出が可能となる利点を提供することに留意すべきである。

ここで、スピンドルの外側に面したスピンドルの最も外側の軸受又は最も外側の軸受要素への構造伝達音センサ500の位置付けは特に好都合となる。何故なら、工具インタフェースから構造伝達音センサの位置への構造伝達音の波動の伝播方向が軸受又はその近傍を通過するとき、スピンドルの内部への構造伝達音センサ500の位置付けは少なくとも、検出されるべき構造伝達音又は振動に不所望な乱れを生じさせることになる。

特に、工具インタフェースがクランプ状態にて、その内部に構造伝達音センサ500のロータセンサ部分５０１が配置されている工具受け部のリング要素に接触し、ここで、好ましくはリング要素の内側部分がスピンドル装置の少なくとも１つの工具受け部又は少なくとも工具受け部を共に形成するように工具受け部が構成されているとき、特に好適な実施形態が提供される。
図３は、本発明の別の実施形態に係るプログラム制御の工作機械のための別の加工ユニットを示す例示的な概略断面図又は部分断面図である。

特に、図３は本発明の別の実施形態に係るプログラム制御の工作機械のためのワークスピンドル、特に工具担持ワークスピンドルの別のスピンドル装置を示す例示的な概略断面図又は部分断面図である。

ここで、図３に係るスピンドル装置の構成部品及び要素には上述の実施形態と同一の参照符号が付され、各要素の構造のみに本質的な差異が存在する。それ故、ここでは、図、特に図３に有効に類似した図２Ａ〜２Ｃの説明が同一の参照符号を考慮して参照される。

本発明は、上述の例示的な実施形態に制約されず、上述の特徴及び例示的な実施携帯変形、改良及び組み合わせにも及ぶ。例えば、センサシステムの評価ユニットは、センサシステムの内側リング、即ち、第２リング要素に機能的及び／又は構造的に組み込み可能である。しかしながら、また、センサシステムの評価ユニットは、スピンドル又スピンドルハウジングの外部構成部品にて外側に配置されて、センサシステムにケーブルを介して接続されてもよく、そして、選択的には、機械制御部内にさえも実現され得るものである。

Claims (13)

1. プログラム制御の工作機械のスピンドル装置において、
   スピンドルハウジング(1,4)と、
   前記スピンドルハウジング(1,4)内にスピンドル軸線回りに回転可能に設けられ、工具インタフェース(220)をクランプするクランプ装置(22a,22b,22c)を含むワークスビドルであって、前記工具インタフェースが前記スピンドル装置(100)の工具受け部に挿入され、フライス又は穿孔工具を保持するように構成されている、ワークスピンドルと、
   前記スピンドルハウジング(1,4)に配置された、センサ装置であって、少なくとも１つの構造伝達音センサ(500)を含み、該構造伝達音センサが研磨作業中に発生する構造伝達音の波動又は振動を検出するように構成されている、センサ装置と
   を具備したスピンドル装置。
2. 前記構造伝達音センサ(500)は環状の構造伝達音センサ(500)として構成されている、請求項１に記載のスピンドル装置。
3. 前記構造伝達音センサ(500)は環状のロータセンサ部分(501)及び環状のステータセンサ部分(502)を含む、請求項２に記載のスピンドル装置。
4. 第１リング要素(10)及び第２リング要素(16)を更に具備し、
   前記第１リング要素(10)が前記スピンドルハウジング(1,4)に固定して接続され、
   前記第２リング要素(16)が回転可能に設けられたワークスピンドルに固定して接続され、
   前記構造伝達音センサ(500)の少なくとも一部が前記第１及び第２リング要素(10,16)の少なくとも１つに配置又は保持されている、請求項１〜３の何れかに記載のスピンドル装置。
5. 前記環状ロータセンサ部分(501)は前記第２リング要素(16)に配置又は保持され、及び／又は
   前記環状ステータセンサ部分(502)は前記第１リング要素(10)に配置又は保持されている、請求項３又は４に記載のスピンドル装置。
6. 前記第２リング要素(16)は、前記スピンドル装置(100)のスピンドルヘッド軸(20)に回転不能に固定して接続され、好ましくは前記スピンドルハウジング(1,4)内に回転可能に設けられ又は前記スピンドルヘッド軸に固定、特に取り外し可能に固定されている、請求項４又は5に記載のスピンドル装置。
7. 前記第２リング要素(16)の内部は、前記スピンドル装置(100)の工具受け部の少なくとも一部を形成する、請求項４〜６の何れかに記載のスピンドル装置。
8. 前記第２リング要素(16)の前記内部は、前記工具インタフェース(200)が前記スピンドル装置(100)の工具受け部に挿入され、前記クラップ装置(22a,22b,22c)によってクランプされたとき、前記工具インタフェース(200)の少なくとも一部に接触する、請求項７に記載のスピンドル装置。
9. 前記第１リング要素(10)は、前記スピンドルハウジング(1,4)に回転不能に固定、特に取り外し可能に固定されている、請求項４〜８の何れかに記載のスピンドル装置。
10. 複数のスピンドル軸受(21)を更に具備し、
    前記構造伝達音センサ(500)は、前記複数のスピンドル軸受(21)の最も外側のスピンドル軸受(21)の側面に配置され、該側面が前記スピンドル装置(100)の外側に面している、請求項１〜９の何れかに記載のスピンドル装置。
11. 複数のスピンドル軸受(21)を更に具備し、
    前記構造伝達音センサ(500)は、前記スピンドル軸受(21)の何れもが前記工具受け部から前記構造伝達音センサ(500)への前記スピンドル装置(100)内での構造伝達音の波動の直接的な伝播方向に配置されていないように位置付けられている、請求項１〜１０の何れかに記載のスピンドル装置。
12. 請求項１〜１１の何れかに記載のスピンドル装置を備えた汎用工作機械にてワークピースを研磨加工する方法において、
    前記工作機械のワークピースクランプ手段にクランプされたワークピースを、前記スピンドル装置における前記ワークスピンドルの前記クランプ装置(22a,22b,22c)にクランプされ且つ前記スピンドル装置(100)の前記工具受け部に挿入された工具インタフェース(200)に保持された研磨工具を使用して研磨加工し、
    研磨加工中に発生する構造伝達音の波動又は振動を前記スピンドル装置(100)におけるセンサ装置の前記構造伝達音センサ(500)によって検出する、方法。
13. 請求項１〜１１の何れかに記載のスピンドル装置を備えた汎用工作機械にて研磨工具を仕上げする方法において、
    前記スピンドル装置における前記ワークスピンドルの前記クランプ装置(22a,22b,22c)にクランプされ且つ前記スピンドル装置(100)の前記工具受け部に挿入されている工具インタフェース(200)に保持された研磨工具の仕上げ作業を仕上げピース上で実施し、
    この際同時に、前記スピンドル装置(100)におけるセンサ装置の前記構造伝達音センサ(500)に基づき、前記仕上げ作業を監視する、方法。

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