JP2022540743A - 溝状の外形を有する回転部品をロール機械加工する工作機械及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、溝形状の外形を有する回転部品、特に歯のセットを、ロール機械加工する機械工具に関する。Ｙスライド２００が、マシンベッド１００上に配置され、Ｙ方向に摺動することができるとともに、ワークスピンドル２１０を担持する。ワークスピンドルは、ワーク軸Ｃ周りにワーク２２０を回転駆動する。Ｚスライド３００は、マシンベッド上に配置される。Ｚスライドは、Ｙ方向及びワーク軸によって規定される中心面Ｅ１に対して平行であるＺ方向に沿って配置される。Ｘスライド３１０は、Ｚスライド上に配置されるとともに、Ｚスライド３００に対して相対的にＸ方向に摺動することができる。Ｘ方向は、中心面に対して垂直である。工具スピンドル３２０が、Ｘスライド上に配置され、工具軸周りに工具を回転駆動する。工具スピンドルは、枢動軸Ａ周りに、中心面に対して平行である枢動面Ｅ２内においてＸスライドに対して相対的に枢動することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転部品に対して溝形状の外形を創成法によって機械加工するように、特に、歯車形状の工具を用いた創成法によって機械加工するように特殊に構成された工作機械に関する。「創成法による機械加工」の用語は、ここでは、工具及びワークが互いに対して創成（転動）動作を行う全てのプロセスを表すために使用され、技術文献において「軸交差創成」として表されることのある全てのプロセスが含まれる。溝形状の外形は、特に、歯形状を構成することができる。工作機械は、特にギヤスカイビング加工プロセスを行うように構成することができる。本発明は、このような工作機械を動作させるプロセスにも関する。

近代の製造技術において、ギヤスカイビング加工（ホブピーリングとも言う）は、溝形状の外形を有する回転部品を機械加工するために重要なものとなってきている。ギヤスカイビング加工は、少なくとも１９１０年から歯車機械加工プロセスとして知られている。このプロセスについての初期の記載は特許文献１に見ることができる。ギヤスカイビング加工プロセスは、歯車形状の工具を用いて軸対称の周期的な構造を作製する連続的な金属切削プロセスである。これらの工具の歯は、端面に切削エッジを有する。工具及びワークは、回転スピンドルに取り付けられる。工具及びワークの回転軸は、互いに斜めに配置される。回転軸周りの工具及びワークの回転動作を結合することにより、典型的な転動動作が実現される。ワーク軸に沿った工具又はワークのこの転動動作及び送り動作により、ギヤスカイビング加工時に切削動作が生じる。この切削プロセスを用いて、外部歯車及び内部歯車の両方を機械加工することができる。

ギヤスカイビング加工機械は、ワーク及び工具の回転動作を生じさせるとともに、ワーク及び工具を互いに相対的に位置決め及び方向付けするために、多くの場合、６つの被駆動数値制御軸を有する。これらの軸の指定は、使用される規定に応じて異なる。本書面においては、以下の規定が使用される。
・工具スピンドル及びワークスピンドルを互いに相対的に方向付けする旋回軸：Ａ軸、
・工具スピンドル上のギヤスカイビング加工工具の回転軸：工具軸又はＢ軸、
・ワークスピンドル上のワークの回転軸：ワーク軸又はＣ軸、及び
・工具スピンドル及びワークスピンドルを互いに相対的に位置決めする、線形独立であるが必ずしも垂直でない３つの線形変位軸：Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸。

従来技術から、これらの軸の設計及び配置についての幅広い可能性が知られている。これらの可能性は、そもそも、空間内におけるワーク軸及び工具軸の向きに関して異なっている。ワーク軸は、例えば、空間内において固定の向きを有することができる、又は旋回させることができる。ワーク軸が空間内において固定の向きを有する場合、空間内において水平又は鉛直に位置合わせすることができる。ワーク軸を旋回させることができるか否かに応じて、工具軸は、空間内において固定の向きを有することができる、又は旋回させることができる。工具軸が固定の向きを有する場合、この軸も水平又は鉛直に位置合わせすることができる。ワーク軸及び工具軸のこれらの異なる方向付けの方法により、とりわけ、ワークの取り付け及び取り外しに関する動作概念が異なることになるとともに、欠片除去に関する要件が異なることになる。これらの変化形のそれぞれに関しては、ここでも、マシンベッドに対する及び互いに対する異なる軸の相対的な配置について、及び軸の実現について、多数の可能性がある。

ワーク及び工具スピンドルが水平に配置されたギヤスカイビング加工機械の例としては、日本国名古屋市の株式会社ジェイテクトによるＧＳ３００Ｈマシン（非特許文献１（カタログ）参照）がある。工具キャリア上において、工具スピンドルは鉛直スライドによって径方向に送られるとともに、工具キャリアの全体を水平に移動させることができる。工具スピンドルは、空間内において水平であるとともに、固定の向きを有する。ワークキャリアは、水平スライド上において、軸方向の送り込みを実現する。ワークスピンドルも、空間内において水平であるとともに、水平旋回面内において鉛直旋回軸周りに旋回することができる。

同様の工具キャリアを有する機械が特許文献２からも知られている。ただし、この機械においては、ワークスピンドルは鉛直旋回面内において水平軸周りに旋回することができる。

しかし、遥かに多数のギヤスカイビング加工機械は、鉛直に方向付けされたワーク軸と旋回工具軸とを有する。例えば、独国ケンプテン市のLiebherr Verzahntechnik GmbHによるＬＫ３００及びＬＫ５００ギヤスカイビング加工機械上において、ワークスピンドルは、鉛直に位置合わせされるとともにマシンベッドに固定され、他方、工具スピンドルは、ワークスピンドルの上方に位置し、３つの線形変位軸Ｘ、Ｙ、及びＺの全てに沿ってマシンベッドに対して移動するとともにＡ軸周りに旋回することができる（非特許文献２（カタログ）参照）。

米国ロチェスター市のGleason Corporationによる４００ＨＰマシン上においても、ワークスピンドルは、鉛直に位置合わせされるとともにマシンベッドに固定される。このような配置は、特許文献３の図１１からも知られている。日本国滋賀県の三菱重工工作機械株式会社によるＭＳＳ３００マシンも、固定の鉛直ワークスピンドルを特徴としている。このような配置は、特許文献４の図１からも知られている。

独国ヴッパータール市のProfilator GmbH & Co KGによるＳ－２５０マシン上において、工具スピンドルは、Ａ軸周りに旋回することができるようにスライド上に取り付けられ、そしてこのスライドは、マシンベッドに対して相対的に傾斜した線形変位軸に沿って、マシンベッドに対して相対的に移動させることができる。ワークスピンドルは、２つの線形変位軸に沿って工具スピンドルの上方を移動させることができる。Profilator GmbH & Co KGによるＳ－５００マシン上においても、ワークスピンドルは、２つの線形変位軸に沿って工具スピンドルの上方を移動させることができる（非特許文献３（講演資料）参照）。

旋回させることができる、底に配置された工具スピンドルも、独国エシュヴェーゲ市のPraewema Antriebstechnik GmbHによる「ＳｙｎｃｈｒｏＳｋｉｖｅｒ」マシンにおいて存在する。ここでも、ワークスピンドルは、２つの軸に沿って工具スピンドルの上方で線形変位させることができる（非特許文献４（カタログ）参照）。

株式会社カシフジによるＫＰＳ２０マシンも、ワークスピンドルを２つの軸に沿って上方で移動させることができる旋回工具スピンドルを特徴としている。旋回工具スピンドルが底に設けられるとともにワークスピンドルをその上方で移動させることができる配置は、特許文献５の図１からも知られている。

旋回工具スピンドルが底に設けられるとともに横断移動可能なワークスピンドルがその上方に設けられた別のコンセプトも、特許文献６（図１８）から知られている。

日本国富山市の株式会社不二越によるＧＭＳ４５０マシン上において、ワークスピンドルは、鉛直に位置合わせされるとともに、マシンベッドに対して相対的に一方向に沿って水平に移動させることができる。マシンベッドに固く接続されたマシンスタンド上において、ワークスピンドルの上方のスライドは、ワークスピンドルの移動の方向に対して垂直に、水平に移動させることができる。このスライド上には、鉛直に変位可能なキャリッジが取り付けられる。工具スピンドルは、Ａ軸周りに旋回できるように、このスライド上に取り付けられる。Ａ軸は、ワークスピンドルをマシンベッド上で移動させることができる軸に対して平行である。「非特許文献５（カタログ）」を参照する。

独国ディーツェンバッハ市のPittler T & S GmbHによるＰＶ３１５マシン上においても、ワークスピンドルは、鉛直に位置合わせされるとともに、マシンベッドに沿った一方向に沿って移動させることができる。ワークスピンドルの移動の方向に対して垂直な方向に沿って、マシンベッド上でマシンコラムを水平に移動させることができる。マシンスタンドは、水平変位方向に対して平行な旋回面内において旋回できるように工具スピンドルが配置される鉛直に変位可能なスライドを担持する。非特許文献６を参照する。

ギヤスカイビング加工時の特殊な運動学により、機械加工力は、切削エッジの接触部に沿って大きく変動する。これは特に、歯付きワークに対するハード微細加工について特に当てはまる。特に、一方では工具軸及びワーク軸に沿って高くて強度に変動する軸方向の力が生じ、他方では高くて強度に変動する径方向の力も生じ、これによって工具及びワークに対して大きな曲げモーメントが加わることになる。概して、これらのプロセスの特徴は、特にそれぞれのＮＣ軸が機械加工プロセス時に移動される場合には、実現可能な製造精度に悪影響を及ぼす。高い製造精度を実現するために重要な要因は、特に、静剛性及び動剛性、機械の制振特性、並びに高い熱対称性にある。しかし、これらの要件は既存の配置では依然として最適に満たされていない。

独国特許明細書第２４３５１４号 米国特許出願公開第２０１５００４３９８５号 米国特許出願公開第２０１７０７２４８５号 米国特許出願公開第２０１９０７６９４３号 特開２０１４－１５１３８２号 米国特許出願公開第２０１２３２８３８４号

"Gear Skiving Centers / Machining Centers Line Up", JTEKT Corp. catalog no. M2027-7E, imprint 170325U "Gear Skiving Machines LK 300 / 500", Liebherr-Verzahntechnik GmbH, imprint BK LVT-LK300/500-1.0.-07.18_en Dr. Claus Kobialka, "Stand der Technik zum Waelzschaelen （SCUDDING）（State of the art in gear skiving （SCUDDING））", GETPRO Kongress, March 25 and 26, 2015, Wuerzburg, Germany "SynchroSkiver", Praewema Antriebstechnik GmbH, imprint PRW-2015-09-V1-HDM "GMS450" Nachi-Fujikoshi Corp., Catalog No. M6202E, imprint 2016.9.X.MD-SANWA "Waelzschaelen in der Komplettbearbeitung（Gear skiving in total machining）" PITTLER T&S GmbH, imprint PIT-2017.04-EN-HDM

本発明の目的は、溝形状の外形を有する回転部品、特に歯車を創成法によって機械加工する、特に、ギヤスカイビング加工する、特にそれらのハード微細加工に適しており、高い熱安定性と相まって静剛性及び動剛性が向上した工作機械を提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する工作機械によって実現される。更なる実施の形態は、従属請求項において規定される。

溝形状の外形を有する回転部品を創成法によって機械加工する工作機械が提供される。工作機械は、
マシンベッドと、
マシンベッドに対して相対的にＹ方向に沿って線形変位可能なＹスライドと、
Ｙスライド上に配置され、ワークをクランプしてワーク軸（Ｃ軸）周りに回転駆動するように構成されたワークスピンドルであって、ワーク軸はＹ方向を横切って、好ましくは、前記Ｙ方向に対して垂直に延在する、ワークスピンドルと、
マシンベッド上に配置され、マシンベッドに対して相対的にＺ方向に沿って線形変位可能なＺスライドであって、Ｚ方向は、Ｙ方向とワーク軸とによって規定される中心面に対して平行に延在し、かつ、Ｚ方向は、４５°未満の角度で、好ましくはワーク軸に対して平行に延在する、Ｚスライドと、
Ｚスライド上に取り付けられるＸスライドであって、Ｘスライドは、Ｚスライドに対して相対的にＸ方向に沿って線形変位可能であり、Ｘ方向は中心面に対して垂直である、Ｘスライドと、
創成加工具、特に歯車形状の創成加工具をクランプして工具軸（Ｂ軸）周りに回転駆動させるように構成された工具スピンドルであって、工具スピンドルは、Ｘスライド上に配置され、第１の旋回軸（Ａ軸）周りにＸスライドに対して相対的に枢動可能である、工具スピンドルと、
を備える。

本書面において、２つの軸が互いに４５°よりも大きく１３５°未満の角度である、特に、６０°よりも大きく１２０°未満の角度である場合には、２つの軸は互いに「横断」して延在するものとして理解される。

工具スピンドルとその旋回機構とを含むＸスライドの全体がＺスライド上に位置することから、Ｚスライド上の慣性質量は比較的大きい。これは、主切削方向に沿って加わる機械加工力が主にＺ方向へ導かれることで、特に大きくて強度に変動する機械加工力及び傾斜負荷がこの方向に生じることから、特に有利である。Ｚスライド上の大きな慣性質量により、特に高い負荷がかかるＺ方向に沿って特に有利な動的挙動が実現される。加えて、軸が相対的に位置合わせされる中心面を有する設計により、特に剛性があり熱的に安定した構成とすることが可能になる。最後に、マシンベッド上で独立して案内される、比較的軽量な（低質量な）Ｙスライドにより、ワーク変更位置と機械加工位置との間でＹ軸に沿ってワークスピンドルを素早く正確に移動させることが可能となる。

有利な実施の形態において、工具スピンドルがＸスライドに対して相対的に枢動可能な第１の旋回軸（Ａ軸）は、中心面に対して垂直に延在し、工具軸は、第１の旋回軸に対して垂直に延在する。この場合、工具軸の旋回動作は、中心面に対して平行な旋回面内において行われ、これによって残りの機械構造の対称性が反映される。加えて、好ましくは、工具軸は、Ａ軸周りのトルクが最小化されるように、第１の旋回軸と交差する。

旋回面が中心面に対して平行となるこの配置は、ギヤスカイビング加工又はギヤシェービング加工等、歯車形状の工具が使用される歯車機械加工プロセスに特に有利である。しかし、第１の旋回軸（Ａ軸）が中心面に対して平行、特に、Ｘ軸及びＺ軸に対して垂直となる配置も考えられる。そしてまた、工具軸は、第１の旋回軸（Ａ軸）に対して垂直である、特に、第１の旋回軸と交差すると有利である。このような配置は、創成歯車の研削又はホブ切り等、ウォーム形状の工具を用いた創成機械加工プロセスに特に有利なものとすることができる。

有利な実施の形態において、工具スピンドルは、以下のようにＸスライドに、旋回するように配置される。工作機械は、工具スピンドルをＸスライドに支持するために２つの第１の旋回軸受を有する。これら２つの第１の旋回軸受は、旋回面に対して工具スピンドルの両側に、好ましくは旋回面から等距離で離れて配置される。

工作機械は、Ｘスライドに対して相対的な工具スピンドルの向きを調整する調整機構を備えることができる。この調整機構は、第２の旋回軸周りに枢動するようにＸスライドに接続することができ、第２の旋回軸は、第１の旋回軸に対して平行であるとともに、第１の旋回軸から離間している。また、調整機構は、第３の旋回軸周りに枢動するように工具スピンドルに接続することができ、第３の旋回軸は、第１の旋回軸及び第２の旋回軸に対して平行であるとともに、第１の旋回軸及び第２の旋回軸から離間している。このため、この場合、Ｘスライド、工具スピンドル、及び調整機構が互いに接続される合計３つの旋回軸がある。

調整機構は、旋回面の両側で有利に支持することもできる。この目的のために、工作機械は、調整機構をＸスライドに、第２の旋回軸周りに支持するための２つの第２の旋回軸受を備えることができ、２つの第２の旋回軸受は、旋回面の両側に、好ましくは旋回面から等距離で離れて配置される、及び／又は工作機械は、調整機構を工具スピンドルに、第３の旋回軸周りに支持するための２つの第３の旋回軸受を備えることができ、２つの第３の旋回軸受は、同様に旋回面の両側に、好ましくは旋回面から等距離で離れて配置される。

特に、調整機構は、以下の設計とすることができる。調整機構は、Ａ駆動モーターを備えることができる。Ａ駆動モーターは、Ｘスライドに対して相対的に枢動可能であり、第１の旋回軸に対して垂直に延在するねじ切りスピンドル軸周りにねじ切りスピンドルを回転駆動し、ねじ切りスピンドル軸は、旋回面内において延在する。また、調整機構は、スピンドルナットを備えることもできる。スピンドルナットは、Ｘスライドに対して相対的に枢動可能であり、ねじ切りスピンドルと係合する。特に、ねじ切りスピンドル及びスピンドルナットは、ボールねじ駆動部として構成することができる。このタイプの機構は、その高い伝達率により、第１の旋回軸（Ａ軸）周りの工具スピンドルの向きを特に安全、堅牢、正確、及び円滑に調整することを可能とする。調整は、ワークの機械加工時であっても行うことができ、静止した状態での作業のためのクランプは必要ない。

好ましくは、Ａ駆動モーターは、第２の旋回軸周りに旋回できるようにＸスライドに枢動可能に取り付けられ、スピンドルナットは、第３の旋回軸周りに旋回できるように工具スピンドルに接続される。しかし、第３の旋回軸周りに旋回できるようにＡ駆動モーターが工具スピンドルに接続され、第２の旋回軸周りに旋回できるようにスピンドルナットがＸスライドに接続されるといった、逆の配置も考えられる。

ワークスピンドルの旋回位置を正確に測定するために、工作機械は、
ねじ切りスピンドル軸周りのＡ駆動モーター又はねじ切りスピンドルの回転角度を測定するように構成された第１の角度測定装置、及び／又は
Ｘスライドに対する相対的なＡ軸周りの工具スピンドルの旋回角度を直接的に測定するように構成された少なくとも１つの第２の角度測定装置、
を備えることができる。

調整機構の特に有利な配置は以下の通りである。工具スピンドルは、工具側の一端（工具端）と、工具から離れた側の一端（駆動部端）とを有する。工具端において、創成加工具は、工具軸に対して垂直に延在する工具基準面を規定する工具スピンドルにクランプされる。ギヤスカイビング加工工具の場合において、工具基準面は、特に、工具の遠位端において工具の切削エッジを通って延在する面（「切削エッジ面」）とすることができる。他のタイプの創成加工具の場合（例えば、ホブ盤又は創成研削工具）において、工具基準面は、概して、機械加工時に工具がワークと相互作用する工具軸に対して垂直な任意の作用面とすることができる。このような面のセットは全て工具上に設けることができるが、通常、これらの面が工具軸と交差する工具軸に沿った範囲は、工具スピンドル全体の長さと比して小さいことから、工具基準面の具体的な位置は、以下の点を考慮すると重要ではない。例えば、工具基準面は、機械加工を意図したＢ軸に沿った工具の部分の中心を通る面を想定することができる。第１の傾斜軸（Ａ軸）は、工具スピンドルの工具側の端部と工具から離れた側の端部との間で工具軸（Ｂ軸）と交差する。工具スピンドルと調整機構との間の接続は、工具から離れた側の工具スピンドルの端部の領域内で確立される、すなわち、第３の旋回軸は、工具から離れた側のこの端部の領域内にある。第１の旋回軸（Ａ軸）と工具基準面とは、互いに第１の距離だけ離れており、Ａ軸と第３の旋回軸とは、互いに第２の距離だけ離れている。第２の距離と第１の距離との比は、１よりも大きく、好ましくは１．５～３であると有利である。

このため、この配置において、Ａ軸は、工具側のスピンドルの端部の近くで工具軸と交差する。これにより、機械加工プロセスにより脈動特性を有し得る、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向における工具に作用する力のためのレバーアームが非常に短くなる。このため、これらの力は、比較的低い曲げモーメントを伴って機械構造に作用し、これにより、工具キャリアに作用し得る比較的低い振動エネルギーを生じる。工具キャリア全体の質量が大きいことは、効果的な広帯域制振をもたらす。さらにまた、Ａ軸周りの旋回動作によって引き起こされるＹ方向及びＺ方向への工具の動作は、工具基準面から旋回軸への距離を最小化することによって小さくなる。

Ａ軸周りの工具スピンドルの向きを調整するために、上記のねじ切り調整機構の代わりに、特にトルクモーターを有する直接駆動部である他の調整機構を使用してもよい。直接駆動部は設計がシンプルであるという点で有利であるが、機械加工領域に位置し、そこで大きなスペースを占める。これにより、工具とワークとの間に追加の衝突制限が設けられることになる。加えて、直接駆動部が大きなスペースを必要とすることから、一方ではＸスライドを幅広に設計しなければならず、これによって結局は機械全体が幅広となり、他方では、Ｘガイド及びＺガイドに対するＡ軸の距離を大きくしなければならなくなり、上記の力が機械構造上の大きなレバーアームを介して工具に作用し、これに対応して、振動の傾向に対する結果が悪いものとなる。上記のねじ駆動部を有するバージョンでは、これらの不利な点が回避される。

Ａ軸周りの工具スピンドルの振動を追加的に減衰させるために、工作機械は、少なくとも１つの振動ダンパー、好ましくは、旋回面の両側に、好ましくは旋回面から等距離で離れて配置される２つの振動ダンパーを有することができ、このダンパーは、工具スピンドルとＸスライドとの間に作用する。

第１の旋回軸（Ａ軸）周りの工具スピンドルの旋回範囲は、非対称であることが好ましい。すなわち、工具スピンドルは、工具軸（Ｂ軸）とワーク軸（Ｃ軸）との間の軸交差角度が負の値又は正の値を取るように、Ｘスライドに対してＡ軸周りに旋回させることができ、軸交差角度の正の値の最大値は、負の値の最小値の大きさ（絶対値）よりも大きいことが好ましい。負の値の最小値の大きさ（絶対値）は、１０°以下が好ましく、正の値の最大値は、少なくとも３０°であることが好ましい。軸交差角度は、工具がＸスライドへ向けて傾斜した場合には正として定義され、工具がＸスライドから離れる方向へ傾斜した場合には負として定義される。非対称な旋回範囲は、必要とされるスペースが小さいことを意味し、Ｚスライド及びＸスライドのリニアガイド周りのトーションに対して有効なレバーアームの長さを短く維持するために、ワークスピンドル又はＡ軸をこれらのリニアガイドの近くに位置決めすることができる。加えて、軸交差角度が正である場合に工具の中心はＡ軸よりもＺスライド及びＸスライドのリニアガイドの近くに位置し、これは、機械加工精度に対して追加の良い効果を有する。中心面に対して機械を対称に設計することにより、非対称な旋回範囲は創成機械加工に対する制限を意味しない。なぜなら、機械加工される歯車のねじれ角の方向に応じて、Ｘスライドを中心面の左又は右へ移動させることにより、ギヤスカイビング加工時に機械加工される歯車に工具を係合させることができるからである。旋回面に対する線形軸の配置の対称性は、非対称な旋回範囲による影響を受けない。

いくつかの実施の形態において、ワーク軸（Ｃ軸）は、空間内において鉛直である。これにより、ワークを容易に変更できるようになるとともに、効率的に欠片を除去することができるようになる。加えて、Ｃ軸が鉛直に配置される場合、Ｚ方向も空間内において鉛直であるのが好ましい。このような配置において、Ｚスライドの重量は、Ｚスライドに取り付けられたＸスライド及び工具スピンドルとともに、Ｚ方向に沿って作用し、これにより、Ｚ方向に沿った振動の傾向が更に減少する。しかし、Ｃ軸が異なる空間方向、特に、水平であることも可能である。

工作機械は、Ｚ方向に対して平行に延在し、前述の中心面の両側に、好ましくは等距離で離れて配置され、マシンベッドに対して相対的にＺ方向に沿ってＺスライドを案内する、２つの平行なＺリニアガイドを備えることが好ましい。そして、別個のＺ駆動部をリニアガイドのそれぞれに割り当て、Ｚスライドをマシンベッドに対して相対的にＺ方向に沿って移動させることができる。特に、これらのＺ駆動部のそれぞれは、駆動モーターと、ねじ切りスピンドルと、関連付けられたスピンドルナットとを有することができる。ねじ切りスピンドル及びスピンドルナットは、ボールねじ駆動部として構成されることが好ましい。このような対になったＺ駆動部は、高い動剛性に寄与するとともに、中心面に対する工作機械の構造の対称性を維持する。

ワークスピンドルのＺ位置を正確に測定するために、工作機械は、１つ、好ましくは２つのＺ線形測定システムを備えることができ、Ｚ線形測定システムのそれぞれは、Ｚスライドに取り付けられた測定ヘッドと、マシンベッドに取り付けられたリニアスケールとを備える。そして、Ｚ線形測定システムのそれぞれの測定ヘッドは、Ｚ方向に対して垂直に延在するとともにＡ軸を含むＡ基準面内において、位置測定を行うように配置されるのが好ましい。したがって、ワークスピンドルの位置を特徴付けるのに非常に良く適した、規定された場所で測定が行われる。

Ｚスライド上でＸスライドを案内するために、工作機械は、互いに平行であり、Ｘ方向に対して平行に延在し、Ｚスライドに対して相対的にＸ方向に沿ってＸスライドを案内する、２つのＸリニアガイドを備えるのが好ましい。単一のＸ駆動部をＸ軸に対して設けることができ、Ｘ駆動部は、特に、駆動モーターと、ねじ切りスピンドルと、関連付けられたスピンドルナットとを備えることができる。ねじ切りスピンドル及びスピンドルナットは、ボールねじ駆動部として構成されるのが好ましい。しかし、上記でＺ方向について示したように、ここでは対になった駆動部も考えられる。

マシンベッド上でのＹスライドの案内は、Ｚスライドの案内と非常に類似した方法で行うことができる。特に、工作機械は、２つの平行なＹリニアガイドを備えることができる。Ｙリニアガイドは、Ｙ方向に対して平行に延在し、中心面の両側に、好ましくは等距離で離れて配置され、マシンベッドに対して相対的にＹ方向に沿ってＹスライドを案内する。そして、工作機械は、マシンベッドに対して相対的にＹ方向に沿ってＹスライドを移動させるために２つのＹ駆動部を有することができ、Ｙ駆動部のそれぞれが、Ｙリニアガイドのそれぞれに割り当てられる。Ｙ駆動部のそれぞれは、駆動モーターと、ねじ切りスピンドルと、関連するスピンドルナットとを備えることができる。ねじ切りスピンドル及びスピンドルナットは、ボールねじ駆動部として構成されるのが好ましい。

Ｚ軸と同様に、工作機械は、１つ、好ましくは２つのＹ線形測定システムを備えることができ、Ｙ線形測定システムのそれぞれは、Ｙスライドに取り付けられた測定ヘッドと、マシンベッドに取り付けられたリニアスケールとを備える。Ｙ線形測定システムの測定ヘッドのそれぞれは、Ｙ方向に対して垂直であるとともにワーク軸（Ｃ軸）を含むＣ基準面内において、位置測定を行うように配置されるのが好ましい。この方法により、Ｙ方向に対するワークの中心の位置を特に良く特徴付ける場所で測定が行われる。

Ｙ軸及びＺ軸における対となった駆動部により、それぞれの方向に沿った軸方向の動作並びにＹ方向及びＺ方向周りの傾斜動作の両方に対して剛性が向上する。

工作機械は、追加の構成部品である、
ワークの歯間隙の位置を測定する噛み合わせ装置、
工具及び／又はワークを測定する光学測定ブリッジ、及び
工具を変更する工具変更装置、
のうちの少なくとも１つを備えることができる。

追加の構成部品のそれぞれに対し、２つの代替的な装着構造を設けることができ、代替的な装着構造は、中心面の両側に配置される。特に、噛み合わせプローブ用の２つの代替的な装着構造は、Ｘスライドにおいて中心面の両側に形成することができる。Ｙスライドにおいて、測定ブリッジ用の２つの代替的な装着構造は、中心面の両側に形成することができる。工具変更装置用の２つの代替的な装着構造は、マシンベッドにおいて中心面の両側に形成することができる。この方法により、ワークローダーは、顧客の要件に応じて、いくつかの可能な場所のうちの１つに載置することができ、そして、追加の構成部品は、ワークローダーと衝突しないように機械に取り付けることができる。最も単純な場合において、装着構造のそれぞれは、例えば、適した穴を有する装着面を有することができる。より複雑な実施の形態において、装着構造は、それぞれの追加の構成部品の取り付け用に特異的に構成された立体構造を有することができる。

工作機械は、マシンベッドの下方で中心面内に位置する欠片コンベアを備えることができる。マシンベッドは、欠片を機械加工ゾーンから欠片コンベア上へ落下させる中央開口を有することができる。欠片コンベアは、機械の前方の機械加工領域から機械の後方領域まで欠片を搬送するように配置することができるのが好ましい。しかし、代替的に、機械の前方の方向へ欠片を搬送することも考えられる。

工作機械は、溝形状の外形を有する回転部品、特に歯車を、創成法によって機械加工するために特異的に構成される。この目的のために、工作機械は、創成加工具の回転とワークの回転との間に確実な結合を確立するように構成された制御部を備える。機械はソフト機械加工に使用してもよいが、歯付きワークのハード微細加工に使用するのが好ましい。工作機械は、ギヤスカイビング加工に特に適しているが、他の創成法、特に、ギヤシェービング加工、ギヤホーニング、創成歯車研削、又はホブ切りにも使用してもよい。

上記のタイプの工作機械を用いたワークの機械加工の方法は、
好ましくは工作機械の中心面から工具軸がオフセットして延在する、ワークに対する相対的な創成加工具の配置において、ワークをワークスピンドルにクランプしつつ、工具スピンドルにクランプされた創成加工具をワークと係合させる工程と、
工作機械を用いてワークに対して創成機械加工方法を行う工程と、
を含む。

特に、創成加工具は、歯車形状の創成加工具、例えば、ギヤスカイビング加工工具とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら以下で説明する。図面は、説明のみを目的としており、限定として解釈されるべきものではない。

第１の実施形態に係る工作機械の斜視図である。 図１の領域Ａ１の拡大詳細図である。 中心面Ｅ１における図１の工作機械の断面図である。 図３の領域Ａ２の拡大詳細図である。 Ｘスライドの領域における部品を除外した、図１における工作機械の斜視図である。 第２の実施形態に係る工作機械を示す斜視図である。

第１の実施形態：鉛直ワーク軸
図１～図４は、第１の実施形態に係る工作機械を異なる図で示している。図５において、より見やすくするために、機械の部品、特に、Ｚスライドの前部分、及び工具スピンドルが取り付けられたＸスライドの全体は示されていない。

図示されている工作機械は、特にギヤスカイビング加工に適した機械である。しかし、このような機械を用いて、他のタイプの機械加工プロセス、特に、他の創成機械加工プロセスを行うことも可能である。

機械は、マシンベッド１００を備える。図３に最も良好に示すように、マシンベッド１００は、側面視で略Ｌ字形状であり、水平部１１０と鉛直部１２０とを有する。マシンベッドの鉛直部１２０は、前方機械加工領域１３０を機械の後方領域１４０から分離する。

Ｙスライド２００は、マシンベッド１００の水平部１１０に配置される。Ｙスライドは、マシンベッド１００に対して相対的にＹ方向に沿って変位することができる。Ｙ方向は、空間内において水平である。Ｙスライド２００は、歯付きワーク２２０をクランプするワークスピンドル２１０を担持する。このため、Ｙスライド２００は、ワークキャリアとして機能する。ワーク２２０は、ワーク軸（Ｃ軸）周りに回転できるようにワークスピンドル２１０上で駆動される。Ｃ軸は、空間内において鉛直である、すなわち、重力の方向に沿っている。Ｃ軸及びＹ方向は、共に機械の中心面Ｅ１にある。中心面Ｅ１は、Ｙ方向に沿ったＹスライド２００の位置に関わらず、Ｃ軸を含む。

Ｚスライド３００は、マシンベッド１００の鉛直部１２０に配置される。Ｚスライドは、マシンベッド１００に対して相対的にＺ方向に沿って移動することができる。Ｚ方向は、中心面Ｅ１に対して平行である。本例において、Ｚ方向は、空間内において鉛直であり、Ｃ軸に対して平行であり、及びＹ方向に対して垂直である。Ｘスライド３１０は、Ｚスライド３００上に配置される。Ｘスライドは、工具スピンドル３２０を担持しており、工具キャリアを構成する。Ｘスライド３１０は、Ｚスライド３００に対して相対的にＸ方向に沿って変位することができる。Ｘ方向は、空間内において水平であり、Ｚ方向及びＹ方向に対して垂直であり、並びにこれによって中心面Ｅ１に対して垂直である。合わせて、Ｚスライド３００及びＸスライド３１０は、上に取り付けられた工具スピンドル３２０が互いに垂直なＺ方向及びＸ方向に沿って移動することができるようにする複合スライドレストを構成する。

工具スピンドル３２０は、上に取り付けられた創成加工具、この場合においては、ギヤスカイビング加工工具３３０（「ホブピーリングホイール」、図３及び図４参照）を、工具軸（Ｂ軸、図４参照）周りに回転駆動する。工具スピンドル３２０は、Ｘスライド３１０に対して第１の旋回軸（Ａ軸、図２参照）周りに旋回することができる。Ａ軸は、Ｂ軸に対して垂直であり、中心面Ｅ１に対して垂直である。Ａ軸は、Ｂ軸と交差する。Ｂ軸が旋回する面は、旋回面Ｅ２という。この旋回面Ｅ２は、Ａ軸に対して垂直である（すなわち、Ａ軸に対する法平面である）とともに、Ａ軸周りの旋回位置に関わらず、Ｂ軸を含む。旋回面Ｅ２は、中心面Ｅ１に対して平行である。

欠片コンベア５００は、Ｙスライド２００の下方の領域から機械の後方領域１４０へ欠片を搬送するように、マシンベッド１００の下方かつ後方に配置される。欠片コンベア５００は、この目的のために、駆動部５１０を有する。Ｙスライド２００の下方では、生じた欠片を排出するために、マシンベッド１００内に開口が配置される。代替的に、欠片コンベア５００は、後方の代わりに前方へ欠片を搬送するように配置してもよい。

機械の制御及び動作のために、制御パネル６００を有する機械制御部が使用される。

Ａ軸周りの工具スピンドルの向きの設定
創成機械加工動作を行うときには、Ａ軸周りの工具スピンドル３２０の向きを正確に調整できることが重要である。この目的のために、機械には適切な調整機構が搭載される。

図２及び図４は、旋回可能に取り付けられた工具スピンドル３２０と、Ａ軸周りの工具スピンドル３２０の向きを調整する調整機構を示している。Ｘスライド３１０は、旋回面Ｅ２の両側に側壁（「チーク」）３１３を有し、チーク３１３は、旋回面Ｅ２に対して平行かつＹ方向に対して前方に延在する。工具スピンドル３２０用の十分に大きな凹部が２つのチーク３１３の間に設けられる。工具スピンドル３２０は、旋回面Ｅ２内においてチーク３１３の間に位置するとともに、遊びの無い転がり軸受の形態の旋回軸受３１４を介して対応するチーク３１３において支持される。２つの旋回軸受３１４により、工具スピンドル３２０が第１の旋回軸（Ａ軸）周りでＸスライド３１０に対して相対的に旋回できるようになる。

Ｘスライド３１０の上端領域において、Ａ駆動モーター３４０がチーク３１３の間の中央に配置される。Ａ駆動モーターは、第２の旋回軸Ａ’周りにＸスライド３１０上で旋回できるように、２つの遊びの無い転がり軸受３１５において旋回面Ｅ２の両側に取り付けられる。第２の旋回軸Ａ’は、Ａ軸に対して平行である。Ａ駆動モーター３４０は、ねじ切りスピンドル３４２をねじ切りスピンドル軸３４３周りに回転駆動する。ねじ切りスピンドル３４２は、スピンドルナット３４４と協働する。ねじ切りスピンドル３４２及びスピンドルナット３４４は、遊びの無いボールねじ駆動部として構成される。

スピンドルナット３４４は、旋回面Ｅ２の両側で工具スピンドル３２０の上端セクションに接続される。スピンドルナット３４４は、２つの遊びの無い転がり軸受３２５を介して工具スピンドル３２０に対して相対的に第３の旋回軸Ａ’’周りに旋回することができる。第３の旋回軸Ａ’’もまた、Ａ軸に対して平行である。

Ａ駆動モーター３４０を作動させることにより、ねじ切りスピンドル３４２がねじ切りスピンドル軸３４３周りに回転駆動される。これにより、ねじ切りスピンドル軸３４３に沿ったスピンドルナット３４４の位置が変化する。これにより、工具スピンドル３２０がＡ軸周りに旋回する。高い伝達率により、Ａ駆動モーター３４０の比較的低い駆動トルクが、工具スピンドル３２０に対する比較的高い変位力又は比較的高い旋回トルクに変換される。概して、これにより、工具スピンドル３２０の旋回動作を円滑かつ正確に実行することができる。機械加工中であっても、工具スピンドル３２０の向きを変化させることができる。静止動作のためのクランプは必要ない。

ここで優勢となる幾何学的状態について、図４においてより詳細に説明する。Ａ軸（図２参照）は、工具側の工具スピンドル３２０の端部と工具から離れた側の端部との間にある領域内でＢ軸と交差する。工具３３０は、その自由端にいくつかの切削エッジを有し、これらが共に切削エッジ面３３１を規定する。この切削エッジ面３３１は、工具上の基準面である。切削エッジ面３３１はＢ軸に対して垂直である。切削エッジ面３３１からＡ軸までの距離は、レバーアームＨを規定する。Ａ軸と、スピンドルナット３４４が旋回できる第３の旋回軸Ａ’’との間の距離は、旋回半径Ｒを規定する。

ワークの機械加工時においてワークと工具との間に作用する径方向の切削力により、Ａ軸周りに対応するトルクが生じる。旋回面Ｅ２内における所与の径方向の切削力に対するＡ軸周りのトルクは、レバーアームＨの長さに比例する。そして、このトルクにより、ねじ切りスピンドル軸３４３に沿った対応する軸方向の力がスピンドルナット３４４に対して作用する。旋回半径Ｒが大きくなる程、この力は小さくなる。この場合において、旋回半径Ｒは、レバーアームＨよりも相当に大きい。好ましくは、比Ｒ／Ｈは、１よりも大きく、特に１．５～３の間となる。このため、Ａ駆動モーター３４０は、対応して減少した力を吸収するだけでよい。これは、Ａ軸周りの振動に関する機械の剛性について有利である。

Ａ軸周りの振動を減衰させるために、追加で２つの振動ダンパー３４６が工具スピンドル３２０とＸスライド３１０との間に配置される。これらは、工具スピンドル３２０の上端セクションとＸスライド３１０の上端セクションとの間で、ねじ切りスピンドル３４２に隣接して、旋回面Ｅ２の両側で延在する。

ギヤスカイビング加工プロセス等の創成機械加工プロセスにおいてワークを正確に機械加工するためには、Ａ軸周りの工具スピンドル３２０の向き、すなわち、Ｂ軸とＣ軸との間の角度α（図４参照）についての正確な情報が重要となる。角度αは、本書面においては、軸交差角度ともいう。機械は、この角度を正確に測定するための２つの角度測定装置によって特徴付けられるのが好ましい。角度測定装置のうちの一方は、ねじ切りスピンドル３４２の回転角度を測定する。この情報は、ねじ切りスピンドル３４２に沿ったスピンドルナット３４４の位置を間接的に測定するとともに、これにより、工具スピンドル３２０の傾斜角度を測定するために使用することができる。この第１の角度測定装置は、Ａ駆動モーター３４０に統合されるとともに、図２において参照符号３４７で示されている。少なくとも１つの他の角度測定装置は、Ａ軸周りの工具スピンドル３２０の傾斜角度を直接的に測定するとともに、これにより、軸交差角度αを測定する。この更なる角度測定装置は、２つの旋回軸受３１４のうちの一方に統合されるとともに、参照符号３２３で示される（図２参照）。

図４に示されているように、軸交差角度αは、正の値及び負の値の両方を取ることができる。軸交差角度αは、工具３３０がＸスライド３１０に向けて傾斜した場合には正として定義され、工具３３０がＸスライドから離れる方向へ傾斜した場合には負として定義される。工具スピンドル３２０の旋回範囲は非対称である。軸交差角度αは、負の値よりも相当に大きい正の値を取ることができる。具体的には、旋回範囲は、－５°～＋３５°とすることができるが、他の旋回範囲も可能である。機械の設計が中心面Ｅ１に対してほぼ鏡面対称であることから、これは、機械加工される歯車のねじれ方向のみに創成機械加工プロセスが制限されることを意味しない。なぜなら、ねじれ方向に応じて、機械加工される歯車に対して中心面Ｅ１の左又は右で工具３３０を係合させることができるからである。

Ｚ方向及びＸ方向における工具キャリアの位置決め
既に述べたように、機械は、工具スピンドル３２０の位置をＺ方向及びＸ方向の両方に沿って調整可能となるように設計される。創成機械加工において、Ｚ変位は、軸方向の送りに使用され、Ｘ変位又はＸ変位とＹ変位との組み合わせは、径方向の送り込みに使用される。機械加工力は、Ｚ方向に沿って特に強度に変動することから、Ｚ方向に沿った調整は、マシンベッド１００で直接的に案内されるＺスライド３００を用いて行われ、Ｘスライド３１０は、工具キャリアとしてこのＺスライドに取り付けられる。これは、Ｘ方向よりもＺ方向に沿ってより大きな慣性質量を移動させる必要があることを意味する。これにより、変動する機械加工力によって励起され得るＺ方向に沿った振動の振幅を小さく維持することを補助する。

マシンベッド１００に対して相対的にＺスライド３００を案内するために、２つの平行なＺリニアガイド３０１がマシンベッドの鉛直部１２０に設けられ、Ｚ方向に対して平行に延在するとともに、中心面Ｅ１に対して対称的に両側に配置される。Ｚスライド３００は、マシンベッド１００に対して相対的にＺ方向に沿ってこれらのリニアガイド３０１上を案内される。リニアガイド３０１のそれぞれには、Ｚ駆動モーター３０２が割り当てられる。これらのＺ駆動モーター３０２のそれぞれは、遊びの無いボールねじ駆動部３０３を介してＺスライド３００と相互作用し、Ｚスライド３００をＺ方向に沿って駆動する（図５参照）。Ｚリニアガイド３０１、Ｚ駆動モーター３０２、及びボールねじ駆動部３０３は、それぞれ、対でほぼ同一に構成されるとともに、中心面Ｅ１に対して互いに対称に配置される。２つのＺ駆動モーターは、別個に位置制御される（「対になった駆動部」）、又は主従動作で合わせて動作する。

Ｚ方向に沿った振動を減衰するために、各Ｚリニアガイド３０１には、図面に示されていない振動ダンパーが任意に割り当てられる。この振動ダンパーは、具体的には２０１８年８月２４日のスイス特許出願第１０２３／１８号に従って構成することができる。振動ダンパーはまた、対で同一に構成されるとともに、対称に配置される。

２つのＺリニアガイド３０１のそれぞれには、可能な限り正確にマシンベッド１００上でのＺスライド３００の位置を測定するために、Ｚ線形測定システム３５０が割り当てられる（図３参照）。２つのＺ線形測定システム３５０はまた、同一に構成されるとともに、中心面Ｅ１に対して対称に配置される。これらのＺ線形測定システムのそれぞれは、Ｚスライド３００の外面に取り付けられた測定ヘッド３５１を有する。加えて、各Ｚ線形測定システムは、マシンベッド１００に取り付けられたリニアスケール３５２を有する。測定ヘッド３５１は、Ｚ方向に対して垂直（すなわち、Ｚ方向に対して垂直な平面）であるとともにＡ軸を含む面Ｅ４内において、位置測定を行うように取り付けられる。この面Ｅ４は、Ｚ方向に関してマシンベッド１００に対して相対的なＡ軸の位置を特徴付けるのに特に適しており、このため、Ａ基準面ともいう。

Ｚスライド３００上でＸスライド３１０を案内するために、２つのＸリニアガイド３１１が互いに平行にＺスライド３００に設けられ、これらは、Ｘ方向に対して平行に延在するとともに、その上でＺスライドに対して相対的にＸ方向に沿ってＸスライド３１０が案内される。Ｘ駆動モーター３１２は、Ｘ方向に沿ったＸスライド３１０の位置を調整するために使用される。

Ｙ方向におけるワークキャリアの位置決め
Ｙ方向に沿ったマシンベッド１００に対して相対的なＹスライド２００（すなわち、ワークキャリア）の案内及び変位は、Ｚ方向に沿ったＺスライド３００の案内及び変位と非常に類似している。マシンベッド１００の水平部において、２つの平行なＹリニアガイド２０１が中心面Ｅ１に対して対称に配置される。Ｙスライド２００は、これらのリニアガイド２０１上を動く。Ｙスライド２００を駆動するために、別個のＹ駆動モーター２０２が２つのリニアガイド２０１のそれぞれに割り当てられる（図３参照）。Ｙ駆動モーター２０２のそれぞれは、遊びの無いボールねじ駆動部２０３を介してＹスライド２００と相互作用する。また、Ｙ駆動モーター２０２は、別個に位置制御してもよいし、主従モードで動作してもよい。Ｙ方向に沿った振動を減衰するために、各リニアガイド２０１には、２０１８年８月２４日付のスイス特許出願第１０２３／１８号に従って構成することができる振動ダンパーが任意に割り当てられる（図面には示されていない）。

２つのリニアガイド２０１のそれぞれには、Ｙ線形測定システム２３０が割り当てられる。これらのＹ線形測定システムのそれぞれは、Ｙスライド２００の外側に取り付けられた測定ヘッド２３１と、マシンベッド１００に取り付けられたリニアスケール２３２とを備える。測定ヘッド２３１は、Ｙ方向に対して垂直（すなわち、Ｙ軸に対して垂直な平面）であるとともにＣ軸を含む面Ｅ３内において、その位置測定を行う。この面Ｅ３は、Ｙ方向に関してマシンベッド１００に対して相対的なＣ軸の位置を特徴付けるのに特に適しており、このため、Ｃ基準面ともいう。

Ｚ軸と同様に、Ｙ軸の全ての関連する構成部品、特に、Ｙリニアガイド２０１、Ｙ駆動モーター２０２、ボールねじ駆動部２０３、振動ダンパー、及びＹ線形測定システム２３０は、対で同一であるとともに、中心面Ｅ１に対して対称に配置される。

噛み合わせ装置
歯付きワークのハード微細加工のために、接触なしにＣ軸に対するワーク２２０の歯間隙の角度位置を測定するように構成された噛み合わせ装置４１０がＸスライド３１０上に配置され、これにより、衝突なしに工具３３０を歯付きワーク２２０に係合させることができる。この目的のために、噛み合わせ装置４１０の下端には、既知の方法で歯間隙を測定する噛み合わせプローブ４１１が配置される。単一の噛み合わせ装置４１０をＸスライド３１０の２つのチーク３１３のいずれかに取り付けることができる。この目的のために、２つのチークは、前側に対応する穴を有する装着面４１２を有する（図２参照）。

測定ブリッジ
図３において、光学測定ブリッジ４２０を特に良好に見ることができ、これは、Ｙスライド２００に取り付けられるとともに、工具３３０を測定するために使用される。特に、測定ブリッジは、レーザーと光検知器とを有するレーザー測定ブリッジとすることができる。測定ブリッジ４２０は、ワークキャリア２００上で中心面Ｅ１の左又は右のいずれかに位置することができる。この目的のために、対応する穴を有する対応する装着面４２１がＹスライド２００上で中心面Ｅ１の左及び右に設けられる（図４参照）。工具は、特に国際公開第２０１９／１１５３３２号に従って測定することができる。

工具変更器
図５は、工具の自動変更用の変更装置４３０を概略的に示す。変更装置は、マシンベッド１００に取り付けられ、また、中心面Ｅ１の左又は右のいずれかに配置することができる。この目的のために、対応する装着面４３１及び穴がマシンベッド１００に設けられる。

ワークローダー
図５に示されているように、機械には、ワークローダー４４０が任意で設けられる。ワークローダーは、ワークスピンドル２１０から仕上げ済ワーク２２０を取り除くとともに、機械加工されるブランクと交換することができる、又は、ワーククランプ装置を交換することができる。顧客の要件に応じて、ワークローダー４４０は、中心面Ｅ１の左又は右に位置することができる。

ワーク変更時に噛み合わせ装置４１０、測定ブリッジ４２０、又は工具変更器４３０との衝突を回避するために、これらの追加の構成部品は、ワークローダー４４０の位置に応じて、中心面Ｅ１の左又は右のいずれかに配置される。対応する配置は、顧客の要件に従い、機械のプロジェクト計画段階時に決定される。

代替的に、ワークローダーは、図５にも示されるように、中心面Ｅ１内において機械加工領域１３０の前端に位置決めされてもよい。必要に応じて、マシンベッドの鉛直部１２０内の開口を通じて取り付け及び取り外しプロセスが行われるように、ワークローダーを機械の後方に配置することも可能である。この目的のために、欠片コンベア５００は、図１～図６の配置に対して相対的に１８０°回転させて配置され、これにより、駆動部による上昇セクションが機械加工領域１３０の前端で静止する。しかし、アクセス性が制限されることにより、ワークローダーのこの配置は、例外的な場合においてのみ有用である。

第２の実施形態：水平ワーク軸
第１の実施形態の機械が鉛直に位置合わせされたワーク軸Ｃを有する一方、上記の原則から逸脱することなくワーク軸Ｃを水平に位置合わせすることも考えられる。これは、図６に示されている。同様に作用する部品には、図１～図５と同じ参照符号が付されている。

また、マシンベッド１００は、水平部１１０と鉛直部１２０とを有する。第１の実施形態とは異なり、ワークキャリアとして機能するＹスライド２００は、ここでは鉛直部１２０上で鉛直に変位することができる、すなわち、Ｙ方向がここでは鉛直となる。したがって、Ｃ軸は、ここでは水平である。前述のように、Ｃ軸は中心面Ｅ１内で延び、マシンベッド１００上のＹスライド２００は２つのリニアガイドによって中心面に対して対称に案内される。Ｚスライド３００は、ここでは、Ｃ軸に対して平行にマシンベッド１００の水平部１１０上で水平に移動することができる、すなわち、Ｚ方向はここでは水平である。また、Ｚスライドは、２つのリニアガイドによって中心面に対して対称に案内される。工具キャリアとして機能するＸスライド３１０は、第１の実施形態と同様にＺスライド３００上に配置される。第１の実施形態と同様の方法で構成される。

動作の方法
以下、第１の実施形態に係る機械（図１～図５）の動作の方法について説明する。

ワークブランクを機械加工するために、まず、Ｙスライド２００がＹ方向に対してワーク変更位置に置かれる。ワーク変更位置は図１～図３に示されている。この位置において、ワークローダー４４０を使用して最後に仕上げされたワーク２２０がワークスピンドル２１０から取り除かれ、機械加工されるワークブランクがワークスピンドル２１０上に載置され、クランプされる。そして、Ｙスライド２００が、Ｙ方向に沿って図５に示されるように機械加工位置へ移動される。

ハード微細加工の場合において、ここでＺスライド３００及びＸスライド３１０は、噛み合わせ装置がブランクの歯間隙を測定できるように位置決めされる。このようにして、ブランクの歯間隙の角度位置が測定される。

そして、Ｚスライド３００及びＸスライド３１０は、図５に示されるように、工具３３０がブランクと噛合する位置に置かれる。Ｂ軸は、ワーク及び工具のねじれ角に応じて、工作機械の中心面の左又は右のいずれかにオフセットして延在する。ここで、ブランクの創成機械加工が通常の方法で行われる。工具３３０及びワーク２２０は、固定の回転速度比で回転する。この確実な結合は、機械制御部によって電子的に実行される。

必要に応じて、工具は、測定ブリッジ４２０の補助により測定される。ギヤスカイビング加工工具の場合において、これは、例えば、国際公開第２０１９／１１５３３２号に記載の方法で行うことができる。このような測定は、例えば、各工具変更の後、及び或る特定の数の機械加工動作の後に周期的に行うことができる。

工具を変更しなければならない場合、これは変更装置４３０を用いて行うのが好ましい。

変形
本発明が上記の実施形態に限定されないことは言うまでもないが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変形が可能である。

例えば、第１の実施形態において、Ｙ方向は、水平に対して角度を付けることができるが、依然として中心面Ｅ１に対して平行とすることができる。これは、設計上の理由から、又はワークスピンドルの取り付け及び取り外しの理由から、特定の状況下において有利なものとなり得る。Ｚ方向は、この方向が中心面Ｅ１に対して平行であれば、必ずしもＣ軸に対して平行である必要はない。このような変形において、機械の対称性は損なわれない。

様々な他の変形が可能である。特に、機械は、ギヤスカイビング加工以外の他の創成機械加工プロセスにも使用してもよい。この場合において、それぞれのプロセスにおいて典型的な工具、好ましくは歯車形状の工具が使用される。２つ以上の機械加工プロセスの組み合わせを、同じ機械上で連続して行うこともできる。例えば、ワークがまずギヤスカイビング加工され、そしてギヤホーニング加工されることが考えられる。

ハード微細加工に加えて、機械は、ソフト機械加工にも使用してもよく、これにより、噛み合わせプローブのみを動作から外すだけでよく、ソフト機械加工プロセスに典型的な工具が使用される。

１００ マシンベッド
１１０ 水平部
１２０ 鉛直部
１３０ 機械加工領域
１４０ 後方領域
２００ Ｙスライド／ワークキャリア
２０１ Ｙリニアガイド
２０２ Ｙ駆動モーター
２０３ ボールねじ駆動部
２１０ ワークスピンドル
２２０ 歯付きワーク
２３０ Ｙ線形測定システム
２３１ 測定ヘッド
２３２ リニアスケール
３００ Ｚスライド／工具キャリア
３０１ Ｚリニアガイド
３０２ Ｚ駆動モーター
３０３ ボールねじ駆動部
３１０ Ｘスライド／工具キャリア
３１１ Ｘリニア軸受
３１２ Ｘ駆動モーター
３１３ チーク
３１４ 第１の旋回軸受
３１５ 第２の旋回軸受
３２０ 工具スピンドル
３２３ 角度測定装置
３２５ 第３の旋回軸受
３３０ 工具
３３１ 切削エッジ面
３４０ Ａ駆動モーター
３４２ ねじ切りスピンドル
３４３ ねじ切りスピンドル軸
３４４ スピンドルナット
３４６ 振動ダンパー
３４７ 角度測定装置
３５０ Ｚ線形測定システム
３５１ 測定ヘッド
３５２ リニアスケール
４１０ 噛み合わせ装置
４１１ 噛み合わせプローブ
４１２ 装着面
４２０ 測定ブリッジ
４２１ 装着面
４３０ 工具変更器
４３１ 装着面
４４０ ワークローダー
５００ 欠片コンベア
５０１ コンベア駆動部
６００ 制御パネル
Ａ 第１の旋回軸
Ａ’ 第２の旋回軸
Ａ’’ 第３の旋回軸
Ｘ、Ｙ、Ｚ 線形軸
Ｅ１ 中心面
Ｅ２ 旋回面
Ｅ３ Ｃ基準面
Ｅ４ Ａ基準面
α 軸交差角度

Claims (20)

1. 溝形状の外形を有する回転部品、特に歯車を、創成法によって機械加工する工作機械であって、
   マシンベッド（１００）と、
   前記マシンベッド（１００）に対して相対的にＹ方向に沿って線形変位可能なＹスライド（２００）と、
   前記Ｙスライド（２００）上に配置され、ワーク（２２０）をクランプしてワーク軸（Ｃ）周りに回転させるように構成されたワークスピンドル（２１０）であって、前記ワーク軸（Ｃ）は前記Ｙ方向を横切って、好ましくは、前記Ｙ方向に対して垂直に延在する、ワークスピンドル（２１０）と、
   創成加工具（３３０）、特に歯車形状の創成加工具をクランプして工具軸（Ｂ）周りに回転駆動させるように構成された工具スピンドル（３２０）と、
   を備え、
   当該工作機械は、
   前記マシンベッド（１００）上に配置され、前記マシンベッド（１００）に対して相対的にＺ方向に沿って線形変位可能なＺスライド（３００）であって、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向と前記ワーク軸（Ｃ）とによって規定される中心面（Ｅ１）に対して平行であり、かつ、前記Ｚ方向は、４５°未満の角度で、好ましくは前記ワーク軸（Ｃ）に対して平行に延在する、Ｚスライド（３００）と、
   前記Ｚスライド（３００）上に配置され、前記Ｚスライド（３００）に対して相対的にＸ方向に線形変位可能なＸスライド（３１０）であって、前記Ｘ方向は前記中心面（Ｅ１）に対して垂直である、Ｘスライド（３１０）と
   を更に備え、
   前記工具スピンドル（３２０）は、前記Ｘスライド（３１０）上に配置され、第１の旋回軸（Ａ）周りに前記Ｘスライド（３１０）に対して相対的に枢動可能であることを特徴とする、工作機械。
2. 前記第１の旋回軸（Ａ）は、前記中心面（Ｅ１）に対して垂直であり、
   前記工具軸（Ｂ）は、前記第１の旋回軸（Ａ）に対して垂直に延在するとともに、前記中心面（Ｅ１）に対して平行に延在する旋回面（Ｅ２）内において前記第１の旋回軸（Ａ）周りに枢動可能であり、
   好ましくは、前記第１の旋回軸（Ａ）は、前記工具軸（Ｂ）と交差する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工作機械は、前記工具スピンドル（３２０）を前記Ｘスライド（３１０）に、前記第１の旋回軸（Ａ）周りに枢動可能に支持するための２つの第１の旋回軸受（３１４）を備え、前記２つの第１の旋回軸受（３１４）は、前記旋回面（Ｅ２）に対して前記工具スピンドル（３２０）の両側に、好ましくは前記旋回面（Ｅ２）から等距離で離れて配置される、請求項２に記載の工作機械。
4. 前記Ｘスライド（３１０）に対して相対的な前記工具スピンドル（３２０）の向きを調整する調整機構（３４０、３４２、３４４）を備え、
   前記調整機構（３４０、３４２、３４４）は、第２の旋回軸（Ａ’）周りに枢動可能となるように前記Ｘスライド（３１０）に接続され、前記第２の旋回軸（Ａ’）は、前記第１の旋回軸（Ａ）に対して平行に延在するとともに、前記第１の旋回軸（Ａ）から離間しており、
   前記調整機構（３４０、３４２、３４４）は、第３の旋回軸（Ａ’’）周りに枢動可能となるように前記工具スピンドル（３２０）に接続され、前記第３の旋回軸（Ａ’’）は、前記第１の旋回軸（Ａ）及び前記第２の旋回軸（Ａ’）に対して平行に延在するとともに、前記第１の旋回軸（Ａ）及び前記第２の旋回軸（Ａ’）から離間している、請求項２又は３に記載の工作機械。
5. 前記工作機械は、前記調整機構（３４０、３４２、３４４）を前記Ｘスライド（３１０）に、前記第２の旋回軸（Ａ’）周りに枢動可能に支持するための２つの第２の旋回軸受（３１５）を備え、前記２つの第２の旋回軸受（３１５）は、前記旋回面（Ｅ２）の両側に、好ましくは等距離で離れて配置される、及び／又は
   前記工作機械は、前記調整機構（３４０、３４２、３４４）を前記工具スピンドル（３２０）に、前記第３の旋回軸（Ａ’’）周りに枢動可能に取り付けるための２つの第３の旋回軸受（３２５）を備え、前記２つの第３の旋回軸受（３２５）は、前記旋回面（Ｅ２）の両側に、好ましくは等距離で離れて配置される、請求項４に記載の工作機械。
6. 前記調整機構（３４０、３４２、３４４）は、
   好ましくは前記第２の旋回軸（Ａ’）周りに枢動可能となるように前記Ｘスライド（３１０）に取り付けられるＡ駆動モーター（３４０）と、
   前記第１の旋回軸（Ａ）に対して垂直に延在するねじ切りスピンドル軸（３４３）周りに前記Ａ駆動モーター（３４０）によって回転駆動可能なねじ切りスピンドル（３４２）であって、前記ねじ切りスピンドル軸（３４３）は前記旋回面（Ｅ２）内において延在する、ねじ切りスピンドル（３４２）と、
   前記ねじ切りスピンドル（３４２）と係合するとともに、好ましくは前記第３の旋回軸（Ａ’’）周りに枢動可能となるように前記工具スピンドル（３２０）に接続されるスピンドルナット（３４４）と、
   を備える、請求項４又は５に記載の工作機械。
7. 前記ねじ切りスピンドル軸（３４３）周りの前記ねじ切りスピンドル（３４２）の回転角度を測定するように構成された第１の角度測定装置（３４７）、及び／又は
   前記Ｘスライド（３１０）に対して相対的な前記第１の旋回軸（Ａ）周りの前記工具スピンドル（３２０）の旋回角度を直接的に測定するように構成された少なくとも１つの第２の角度測定装置（３２３）、
   を備える、請求項６に記載の工作機械。
8. 前記工具スピンドル（３２０）は、前記工具側の端部と、前記工具から離れた側の端部とを有し、
   創成加工具（３３０）は、前記工具側の前記端部において、前記工具スピンドル（３２０）にクランプされ、前記創成加工具（３３０）は、前記工具軸（Ｂ）に対して垂直に延在する工具基準面（３３１）、特に切削エッジ面を規定し、
   前記第１の旋回軸（Ａ）は、前記工具側の前記工具スピンドル（３２０）の前記端部と前記工具から離れた側の前記端部との間で、前記工具軸（Ｂ）と交差し、
   前記第１の旋回軸（Ａ）と前記工具基準面（３３１）とは、互いに第１の距離（Ｈ）を置いて延在し、
   前記第１の旋回軸（Ａ）と前記第３の旋回軸（Ａ’’）とは、互いに第２の距離（Ｒ）を置いて延在し、
   前記第２の距離（Ｒ）と前記第１の距離（Ｈ）との比は、１よりも大きく、好ましくは１．５～３である、
   請求項４～７のいずれか１項に記載の工作機械。
9. 少なくとも１つの振動ダンパー（３４６）、好ましくは、旋回面（Ｅ２）の両側に、好ましくは等距離で離れて配置される２つの振動ダンパー（３４６）を備え、前記ダンパー（３４６）は、前記第１の旋回軸（Ａ）周りの前記工具スピンドル（３２０）の振動を減衰するために、前記工具スピンドル（３２０）と前記Ｘスライド（３１０）との間に作用する、請求項２～８のいずれか１項に記載の工作機械。
10. 前記工具スピンドル（３２０）は、前記工具軸（Ｂ）と前記ワーク軸（Ｃ）との間の軸交差角度（α）が負の値又は正の値を取るように、前記第１の旋回軸（Ａ）周りに前記Ｘスライド（３１０）に対して相対的に枢動可能であり、前記軸交差角度（α）の正の値の最大値は、負の値の最小値の絶対値よりも大きい、請求項１～９のいずれか１項に記載の工作機械。
11. 前記ワーク軸（Ｃ）は空間内において鉛直である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の工作機械。
12. 前記工作機械は、前記Ｚ方向に対して平行に延在し、前記中心面（Ｅ１）の両側に、好ましくは等距離で離れて配置され、前記マシンベッド（３１０）に対して相対的に前記Ｚ方向に沿って前記Ｚスライド（３００）を案内する、２つの互いに平行なＺリニアガイド（３０１）を備え、
    前記工作機械は、前記マシンベッド（１００）に対して相対的に前記Ｚ方向に沿って前記Ｚスライド（３００）を移動させる、２つのＺ駆動部（３０２、３０３）を備え、
    前記Ｚ駆動部（３０２、３０３）のそれぞれが、前記Ｚリニアガイド（３０１）のそれぞれに割り当てられる、請求項１～１１のいずれか１項に記載の工作機械。
13. 少なくとも１つ、好ましくは２つのＺ線形測定システム（３５０）を備え、前記Ｚ線形測定システム（３５０）のそれぞれは、前記Ｚスライド（３００）に取り付けられた測定ヘッド（３５１）と、前記マシンベッド（１００）に取り付けられたリニアスケール（３５２）とを備え、前記Ｚ線形測定システム（３５０）の前記測定ヘッド（３５０）は、前記Ｚ方向に対して垂直であるとともに前記第１の旋回軸（Ａ）を含むＡ基準面（Ｅ４）内において、位置測定を行うように配置される、請求項１２に記載の工作機械。
14. 前記工作機械は、前記Ｙ方向に対して平行に延在し、前記中心面（Ｅ１）の両側に、好ましくは等距離で離れて配置され、前記マシンベッド（１００）に対して相対的に前記Ｙ方向に沿って前記Ｙスライド（２００）を案内する、２つの平行なＹリニアガイド（２０１）を備え、
    工作機械は、前記マシンベッド（１００）に対して相対的に前記Ｙ方向に沿って前記Ｙスライド（２００）を移動させる、２つのＹ駆動部（２０２、２０３）を備え、
    前記Ｙ駆動部（２０２、２０３）のそれぞれが、前記Ｙリニアガイド（２０１）のそれぞれに割り当てられる、
    請求項１～１３のいずれか１項に記載の工作機械。
15. 少なくとも１つの、好ましくは２つのＹ線形測定システム（２３０）を備え、前記Ｙ線形測定システムのそれぞれは、前記Ｙスライド（２００）に取り付けられた測定ヘッド（２３１）と、前記マシンベッド（１００）に取り付けられたリニアスケール（２３２）とを備え、前記Ｙ線形測定システム（２３０）の前記測定ヘッド（２３１）は、前記Ｙ方向に対して垂直であるとともに前記ワーク軸（Ｃ）を含むＣ基準面（Ｅ３）内において、位置測定を行うように配置される、請求項１４に記載の工作機械。
16. 前記工作機械は、追加の構成部品である、
    前記ワーク（２２０）の歯間隙の位置を測定する噛み合わせ装置（４１０）、
    前記ワーク（２２０）及び／又は前記工具（３３０）を測定する光学測定ブリッジ（４２０）、及び
    前記工具（３３０）を変更する工具変更装置（４３０）、
    のうちの少なくとも１つを備え、
    前記工作機械は、前記追加の構成部品のそれぞれに対し、２つの代替的な装着構造を有し、前記代替的な装着構造は、前記中心面（Ｅ１）の両側に配置される、
    請求項１～１５のいずれか１項に記載の工作機械。
17. 前記工作機械は、好ましくは前記中心面（Ｅ１）内に配置される欠片コンベア（５００）を備え、
    前記マシンベッド（１００）は、欠片を前記欠片コンベア（５００）上へ排出することを可能にする中央開口を有する、
    請求項１～１６のいずれか１項に記載の工作機械。
18. 前記創成加工具（３３０）の回転と前記ワーク（２２０）の回転との間に、確実な結合を確立するように構成された制御部を備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載の工作機械。
19. 請求項１～１８のいずれか１項に記載の工作機械を用いてワーク（２２０）を機械加工する方法であって、
    前記工作機械の前記中心面（Ｅ１）に対して前記工具軸（Ｂ）がオフセットして延在する、前記ワーク（２２０）に対する相対的な前記創成加工具（３３０）の配置において、前記ワーク（２２０）を前記ワークスピンドル（２１０）にクランプしつつ、前記工具スピンドル（３２０）にクランプされた創成加工具（３３０）を前記ワーク（２２０）と係合させる工程と、
    前記工作機械を用いて前記ワークに対して創成機械加工動作を行う工程と、
    を含む、方法。
20. 前記創成加工具は、歯車形状であり、特に、ギヤスカイビング加工工具である、請求項１９に記載の方法。
    
    

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