JP4948389B2 - 工作物加工用工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1のプリアンブルによる工作物加工用の工作機械に関する。
研磨装置及び工作物保持装置を有する工作機械が、独国実用新案第201 05 430.2号に記載されている。その工作物保持装置には、セットアップのため、加工中の加工寸法制御による精密な円筒研磨を行う場合に必要とされるような計測機器を使用することができないという欠点がある。従って、その工作物保持装置は、精密な製造公差を達成するのには適さない。その工作物保持装置は、機械と工作物収容ステーションとの間を移動できるように形成されている。しかし、工作物保持装置の移動距離は、工作物を実際に加工するのに必要な距離より著しく長い。このことは、工作機械が、かなり長いマシン・ベッドを有し、その結果、製作に費用が掛かり複雑であることを意味する。
上記実用新案による研磨装置は、駆動軸の両端に取り付けられ、枢動可能に形成された2つの研磨工具を備え、それによって、2つの研磨工具が交互に1つずつ工作物を加工することができる。この研磨装置の欠点は、研磨工具を垂直に導くと工作物保持装置と干渉する恐れがあるので、研磨工具は傾いた姿勢でしか使用できないことにある。これは、溝の加工など、研磨工具が垂直に導かれる必要がある作業はできないことを意味する。別の欠点は、研磨装置を枢動可能にすることにより、かなりの大きさの空間が必要となり、高価になることである。
更に、上記の実用新案に記載された工作機械に関し、工作物の下に配置された研磨及び旋削工具を、例えば工作物を加工するとき切粉の形で発生する材料堆積物に対して保護する対策は特に採られていない。
この従来技術を出発点として、本発明の一目的は、最初に述べたようなタイプの工作機械を開発し、高い精度で工作物を加工することができるようにすることである。
この目的は、請求項1による工作機械によって解決される。それに続く請求項は、好ましい構造を示す。
本発明による工作機械は、なかでも、例えば、同一のセットアップで工作物を精密円筒研磨と旋削で通して加工するのに用いることができるという利点を有する。
本発明を以下に、実施例に基づいて、図を参照しながら例示する。
図1から分かるように、工作機械は、水平長手方向ガイド2及び摺動部3を備えるマシン・ベッド1を備える。摺動部3は、図1の両方向矢印Zで示すように、長手方向ガイド2に沿ってZ方向に移動することができる。工作物26を加工する加工工具9、11、12を有する工具ユニット4、5、6は、摺動部3の前方長手方向面に横に並べて配置されている。工具ユニット4、5、6は、加工工具9、11、12それぞれの工具軸がZ方向と同軸になるように、互いに平行に配置されている。(加工工具9、11、12の3個が待機位置にあるときの工具軸の位置を示す図2の参照符号10も参照されたい。)加工工具9、11、12は又、図1の両方向矢印Xで示すように、Z方向に対し直角方向に移動することができる工具送り摺動部にそれぞれ取り付けられている。X方向とZ方向は互いに直交する。加工工具9、11、12は、X及びZ方向に移動させることによって、工作物26の加工される面に接触させることができる。
図1による実施例では、第1の工具ユニット4は、工作物26を切削する旋削装置として形成されており、工具ユニット5及び6は、工作物26を円筒研磨、特に円筒外部研磨及び面研磨を行うのに適した研磨装置である。
図2にも示されるように、旋削装置4は、旋削工具9が配置される旋削工具タレット9aを備える。それぞれの加工プロセスに必要な旋削工具9は、旋削工具タレット9aを回転させることによって使用可能にすることができる。
各研磨装置5及び6は、研磨円盤の形の研磨工具11及び12をそれぞれ備え、その研磨円盤は、保持具8、8a、8bによって工具担持部7上、更に静止(機械式)アーバ13上に保持され、アーバ13の回りを研磨工具11又は12が回転することができる。
保持具は、研磨工具11又は12を受け止める端部ストッパを有する円筒形保持部8、及び環状頭部8bを備える。この環状頭部は、例えばねじ式連結子の形態の取り外し可能な連結子8aによって保持部8に締結され、それにより、保持部8のストッパと頭部8bとの間に研磨工具11又は12を締め付ける。保持具8、8a、8b及び研磨工具11又は12は、例えばねじ式連結子の形態の取り外し可能な連結子7aによって工具担持部に締結された交換可能なユニットを形成する。
工具担持部7は、静止アーバ13上のベアリング手段14によって回転することができるように支持されたスリーブを備える。適切なベアリング手段14は、接触転動ベアリング、特にボール・ベアリングであり、それぞれ静止アーバ13の片持ち部分の端部に配置されている。研磨工具11又は12は、静止アーバ13の片持ち部の長さ内に配置されており、それによってコンパクトな構造が保証される。研磨工具5又は6の横幅、即ちZ方向の幅は、特に比較的狭い。これにより、工具ユニット4、5及び6、特に2つの研磨装置5及び6を互いに近く配置することができ、その結果、摺動部3は、それぞれの加工工具9、11、又は12を工作物26に届かせるのに、Z方向に比較的短い距離しか移動する必要がない。更に、このコンパクト・タイプの構造により、側面研磨と円筒外部研磨とを併せて工作物26を加工できるようにするために研磨工具をX方向に対して傾けて配置することも可能になる。図2による実施例では、研磨装置6は、研磨装置5又は工具軸10に対して角度を付けて配置されており、その結果、工作物26の側面も研磨工具12によって加工することができる。
やはり図2に示されるように、静止アーバ13は一方の端部13aで、例えば端部13aをねじ止めすることによって、工具枠15に頑丈に連結され、アーバ13の他方の端部13bは片持ちになっている。この構成によって、研磨工具11又は12は、連結子7aを取り外し、保持具8、8a、8bを研磨工具11又は12と共にアーバ13の片持ち端部13bから引き出すことにより容易に取り外すことができる。従って、ベアリング手段14は、定位置に残り、研磨工具11又は12を交換するときも、交換されることがない。
静止アーバ13を両端部13a及び13bで工具枠15に連結し、研磨工具11又は12をその中間に配置することも考えられる。この構成は、やはり横幅が小さいという利点を有するが、研磨工具の取り外しが、工具枠15及び/又は静止アーバ13の少なくとも一部を取り外す必要があるので、より困難になる。
それぞれの駆動部17は、研磨工具11又は12を駆動する働きをし、駆動部は、図2による実施例では、静止アーバ13に対して横方向にずれ、静止アーバ13の上側にある。動力は、工具担持部7を駆動部17の駆動軸に結合するように、静止アーバ13の端部13aと研磨工具11又は12との間に配置されたVベルト16によって伝達される。例えば、三相モータが駆動部17に適している。
図1に戻ると、この図は又、工作物主軸台20及び心押し台23、並びに支持部としての横棒18を備える工作物保持装置を示す。工作物26を保持し駆動するために、工作物主軸台20には、中心尖端又はチャックなどの保持手段21が設けられている。心押し台23は、工作物26を保持し押し付けるための対向尖端25を有し、保持手段21と対向尖端25との間隔を工作物26の長さに適合させるようにガイドに沿って移動することができる摺動部23aに固定されている。(ガイドを示す参照符号24を参照のこと。)加工目的のために、工作物26は、保持手段21と対向尖端25との間に締め付けられ、工作物主軸台20の主軸の回転軸によって定められる工作物の軸22の周りで回転させられる。
支持部18は、工具軸10に対応するZ方向に横向きの枢支軸19の周りで枢動することができ、2つの軸10及び19は互いに直交することが好ましい。支持部18を枢動させることにより、工作物の軸22は、例えば円筒度誤差を補正するために工具軸10に対して精密に方向を合わせることができ、それにより、特に軸形状の工作物26の正確な加工が保証される。必要なら、円筒面に加えて、支持部18を適切に枢動させることによって円錐面を工作物26に加工することも可能である。
工作物主軸台20は、支持部18の前側面27に固定され、心押し台23は、支持部18の、前側面27とは異なる側面に取り付けられ、それは図1による実施例では支持部18の上側面28に対応する側面である。工作物主軸台20と心押し台23とを、支持部18の異なる側面に取り付けることに関する他の変形例も可能であり、例えば、心押し台23を支持部18の後ろ側面、工作物主軸台20を前側面27に取り付ける、或いは、心押し台23を前側面27、工作物主軸台20を支持部18の上側面28又は後ろ側面に取り付けるなどである。工作物主軸台20と心押し台23とを異なる側面に取り付けることの利点は、別の装置29を工作物主軸台20が取り付けられている側面27に取り付けても、心押し台23を移動させるときそれらと干渉することがないようにできることにある。
図1による実施例では、計測装置29が、支持部18の前側面27に別の装置として取り付けられ、この装置は、特に工作物26の加工中に変数の測定を行うように働く。計測装置29は、工作物26の直径及び幾つかの長さを測定する計測機器を備え、前側面27に沿って移動できるように配置されている。計測機器及び研磨工具11又は12は、互いに、或いは工作物主軸台20又は心押し台23と干渉する恐れなしに、同時に工作物26に接触させることができる。その結果、加工中の加工寸法制御によって精密な研磨を達成することが可能になる。その場合、測定データは、達成すべき工作物26の寸法に従って研磨工具11又は12の位置を制御するために、工作物26の加工を行いながら計測装置29によって取得される。
支持部18は、計測装置29の計測機器を保護することができる保護手段30を備える。保護手段30は、例えば、支持部18に沿って平行移動式に移動することができる折り曲げカバーを備える。回転式に上下させることができる保護カバーを保護手段30として使用することも可能である。保護手段30は、例えば工作物26が旋削工具9で加工されるとき、計測装置29の計測機器を損傷から保護するように働く。この加工プロセスは、保護手段30の備えがなければ計測装置29の繊細な計測機器を損傷するであろう赤熱した切粉を生成する。
図1に示される支持部18は、矩形断面を有する横棒の形態をとり、従って、前側面27と上側面28とは互いに直角を成す。異なる断面を有する横棒、例えば三角形又は多角形も、工作物主軸台20及び心押し台23を異なる側面に取り付けることができる支持部18として適している。
マシン・ベッド1にしっかり連結され、その前側面にドレッシング工具32及び33が固定されている支持枠31が、支持横棒18に隣接して配置されている。これら工具は研磨工具11及び12を目立てする働きをする。従って、工作物主軸台20、計測装置29、並びにドレッシング工具32及び33は、使用者に面する側面に配置されている。
支持枠31に配置されている微調整装置34は、上記のように、工作物26に必要とされる円錐度に従って工作物の軸22の方向を定めることができるように、支持部18を枢動軸19周りで枢動させる働きをする。
マシン・ベッド1は、傾斜ベッドとして形成されており、その目的のために、前面1aは水平面に対して適切に配置されている。例えば横方向に互いにずれた2個の片持ち梁の形をし、支持部18が固定されたブラケット37が、面1aに取り付けられている。それにより、支持部18は、マシン・ベッド1から間隔をあけて配置され、その結果、通路が形成され、切粉、冷却潤滑剤などの加工中に出てくる材料がマシン・ベッド1と支持部18との間を落ちて行くことができる。ブラケット37の上面37aは、ブラケット上に材料が残るのを防ぐために、傾斜している。
図3に詳細に示されているように、工作物保持装置18、20、23は、傾斜して配置され、従って、殆ど水平な面を有さない。支持部18は、垂直面に対してある角度αだけ傾くようにブラケット37に固定されており、その結果、その上側面28及び前側面27並びに工作物主軸台20及び心押し台23の各側面は、特に、水平面に対して傾斜して配置されている。角度αは、45度が好ましいが、目的によって大きくも小さくもなり得る。枢動軸19は、支持部18の前側面27に対して垂直であり、従って同様に、垂直面に対して角度αだけ傾いている。
加工空間に傾斜面、特に、面1a、27、28、及び37aのように加工工具4、5、6の下側に配置され、それらに面している傾斜面を設けることによって、加工中に生じる材料を下方に導くことができる。加工空間中の面は全て、傾斜させ、特に垂直に設けることが好ましく、それにより、材料は全ての面上を落下し、例えば支持部18、工作物主軸台20、又は心押し台23上に残留することを多いに防止することができる。材料を取り除くためには、傾斜面は平面である必要はなく、湾曲し又は丸くなっていてもよい。
落下してくる材料を収集するために、収集装置がマシン・ベッド1の底部に設けられ、この装置は、切粉コンベヤ35及び冷却潤滑剤収集樋36を備える。特に、固形材料は、切粉コンベヤ35によって最終場所へ搬出することができる。
工作機械には、幾つかの面上を引き通しそれによって付着材料を引き剥がすために、任意選択でストリッパ(図示せず)を設けることができる。例えば、この種のストリッパは、心押し台摺動部23a及びブラケット37を繰り返し清掃し、それによって摺動部23aが問題なく確実に移動できるようにするのに使用することができる。
特に加工中に生じる材料による汚染から個々の構成要素を保護するために、保護カバーを設けることもできる。図2に示すように、保護カバーは、研磨装置5及び6の工具枠15の側面及び底面に取り付けられ、例えば、これらカバーはVベルト16及び駆動部17を汚染から多いに保護する。
工具ユニット4、5、及び6は、垂直方向と加工工具9、11、及び12が移動するX方向との間の角度を示すβで傾斜して配置されている。この傾斜配置は、とりわけ、工作機械の作業者が、工作物26、特に加工工具9、11、12に接触しようとしている点を、屈みこむことなく、容易に見ることができるという利点を有する。
工具ユニット4、5、及び6を傾斜状態で配置するために、Z−摺動部3は、例えば、角度βで傾斜し、工具ユニット4、5、及び6のX−摺動部がその上に取り付けられた平面を有する水平方向摺動部として形成される。Z−摺動部3は、別法として、2つのガイド2の高さを喰い違わせることによって、角度βだけ傾斜した平面内を移動することができる平たいZ−摺動部として形成することもできる。この場合も、移動するZ方向は水平方向であり、垂直方向と移動X方向との間の角度はβによって定義される。
角度βは、角度αに等しいことが好ましい。それにより、研磨工具11又は12と、計測装置29の計測機器とを工作物26の両側に、干渉する恐れなしに配置することができる。
工作物把持装置38は、摺動部3の前端に取り付けられる。これは、工具ユニット4、5、6と共にZ方向に移動することができる。工作物把持装置38は、端部に切換え式把持部39を備える腕部を有する。切換え式把持部によって、とりわけ、摺動部3を移動する必要なしに加工済み工作物を工作物保持装置から取り外し、新しい工作物を取り付けることが可能になる。
やはり図1に示されるように、工作物収納部40が、工作機械の左端に設けられており、その収納部から、又はその収納部へ、工作物把持装置38によって工作物26が取り出され、又は収納される。
工作機械の想定される1つの作業サイクルは、以下の通りである。
工作物保持装置に締め込まれ、既に加工された工作物(以下Aで示す)が、切換え式把持部39によって次に加工すべき工作物(以下Bで示す)に交換される。この場合、摺動部3は右端位置に移動し、それによって、研磨工具11及び12は、ドレッシング工具32及び33に近い位置に来て、必要なら、摺動部3を特に大きく移動させることなく目立てを行うことができる。
新たに締め込まれた工作物Bを、摺動部3を加工プロセスに従って移動させながら、旋削装置4、次いで研磨装置5及び6によって加工する。加工プロセスが終了すると、摺動部3を左端位置に移動させ、それにより、工作物把持部39によって、前の作業で加工した工作物Aを工作物収納部40に収納し、新たに加工すべき工作物Cを取り上げることができる。
摺動部3を移動させ、工作物Bを工作物Cに取り替えて、作業サイクルが最初から始まる。
工作機械の一部としての上記の研磨装置及び工作物保持装置の設計は、以下の様々な利点をもたらす。
研磨装置5及び6に関し、研磨工具11又は12を担持する工具担持部7は、機械式静止アーバ13周りで回転させることによって駆動することができる。この結果、特に横幅が比較的狭くなり、構造がコンパクトになる。これにより、研磨装置5又は6と平行に、更に工具ユニットを配置することができ、従って、複数の加工ステップ、特に旋削及び円筒研磨を1つの同一のセットアップで実施することができるようになる。従って、時間が掛かる手順である、再チャック、再方向合わせ、及び別の工作機械での工作物の仕上げ加工を行う必要がなくなる。
この工作機械は、工作物の仕上げ加工、特に、焼入れ工作物の仕上げ加工(ハード仕上げ加工)にも適している。工作物は、例えば歯車装置、ポンプなどに用いる軸形状のものであり得るが、又、円錐形及び/又は平面を加工することも可能であり、特に溝研磨も可能である。工作物を加工し保持する個々の装置は、干渉による使用制限が生じないように配置されている。
必要な場合、研磨工具11、12は、静止アーバ13から迅速、容易に取り外すことができ、その場合必要なのは、連結子7aを外すことだけである。研磨工具11、12を交換するために、特に、ベアリング手段14又はVベルト16を取り外す必要はない。
工作物主軸台20と心押し台23とを支持部18の異なる側面に取り付けることによって、工作物保持装置は、心押し台23が、計測装置29、ドレッシング工具32、33などの他の部品との干渉を生じる恐れなく、工作物の全締付け長さに亘って移動することができるように設計される。
計測装置29を使用することによって、加工中の加工寸法制御ができるようになり、その結果、高精度円筒研磨が可能になる。計測装置29は、旋削プロセス中の切粉による損傷から保護することができ、その結果、工作物は、同一のセットアップで旋削及び研磨によって加工することができる。
加工工具9、11、12は、干渉による制限を受けることは全くなしに、短い移動距離及び短い加工中断時間で、個々に作業に用いることができる。
工作物把持装置38は、工作物を加工するのに要する移動によって、工作物を工作物収納部40と工作物保持装置との間で十分に移動させられるように配置されている。従って、工作機械への工作物装着に要する時間は、殆どが工作物の加工時間に統合されてしまう。
工作機械のコンパクトな構造により、工作物加工時間、及びそれに従う製造コストを全体として低減させることができる。
工具ユニットのタイプと数は、工作機械の目的に従って決定することができる。研磨工具5又は6の数は、例えば1、2、又はそれ以上であり得る。旋削で加工する必要がなければ、旋削装置4は、当然除くことができる。いずれは研磨工具を取り付ける標準軸を有する1つ又は複数の研磨装置を設けることも可能である。
図4は、平行な3つの研磨装置5、6、及び41を有する実施例を示し、その場合、研磨装置41は、旋削装置4の代わりに、又はそれに加えて摺動部3に配置することができる。
研磨装置5及び6と同様に、研磨装置41は、保持具8、8a、8b又は連結子7aによって工具担持部7に固定され、静止アーバ13の周りで回転することができる研磨円盤の形の研磨工具42を備える。
研磨装置41は、中央の研磨装置5に対し角度を付けて摺動部3に配置され、研磨装置5及び6と同様にX及びZ方向に移動することができる。従って、中央に向かって傾斜した2つの研磨円盤12及び42を介して、工作物主軸台20に対向する工作物の側面、及び心押し台23に対向する工作物の側面の両方を、1回のセットアップで加工することが可能になる。
締め付けられている工作物に複数の加工ステップをそれによって実施することができるようにするために、異なる、且つ/又は追加の加工工具を有する工作機械を提供することも考えられる。この種の加工工具の例としては、円筒外周研磨、円筒内周研磨、面研磨、旋削、穿孔、平削り、超仕上げ用の鏡面仕上げ、ホーニング仕上げなどのためのものがある。この種の加工工具は、目的に応じて、工具ユニット4、6、41の代わりに、又はそれらと組み合わせて使用することができる。
工作機械の別の実施例では、2つ以上の工具ユニット4又は41、5、6が、互いに独立にX及びZ方向に移動できるように形成されている。これによって、複数の工具を同時に工作物26に作用させることができ、その結果、総加工時間を著しく短縮することができる。
例えば、Z方向に移動することができる別々の2つのZ摺動部を、摺動部3の代わりに設ける。研磨装置41を有するX摺動部を、第1のZ摺動部に取り付け、研磨装置6を有するX摺動部を第2のZ摺動部に取り付ける。従って、2つの研磨装置6及び41は、それぞれの複合摺動台上に配置され、互いに独立にX方向及びY方向に移動することができる。
加工を目的として、2つの研磨工具6及び41が、工作物26に同時に当てられ、複合摺動台をX又はY方向に制御下で移動させることにより、工作物の諸面が、製造目標に従って加工される。研磨装置6及び41のコンパクト・タイプの構造、並びに、研磨工具12及び42を角度を付けて取り付ける措置によって、これら工具を互いに小さな角度で工作物に当てることができる。その結果、長く又細い工作物の両側面を同時に加工することが可能になる。
工作機械の簡易な実施例では、支持部横棒18の代わりに、2つのブラケット37を工作物主軸台20又は心押し台23の支持部として直接使用することが可能であり、その場合、心押し台23を移動させるために摺動部を有する適切なブラケット37が提供される。この構成は、計測装置29及び/又は保護手段20を必要としない用途に特に適している。
本発明による研磨装置、並びに本発明による工作物保持装置を有する工作機械の斜視図である。 図1による工作機械の加工工具の前視断面図である。 図1による工作機械の、外側保護カバーを伴う側方部分断面図である。 本発明による工作機械の加工工具の別の実施例の前視断面図である。

Claims (16)

  1. 支持部(18)と、工作物主軸台(20)と、心押し台(23)とを備える工作物保持装置を有する工作物を加工するための工作機械であって、前記支持部(18)が第1の側面(27)と第2の側面(28)によって画定される断面を有しており、前記工作物主軸台(20)が前記第1の側面(27)に取り付けられ、前記心押し台(23)が、前記第1の側面(27)とは異なる前記第2の側面(28)に移動可能に取り付けられていることを特徴とする工作機械。
  2. 測装置(29)が、前記工作物主軸台(20)と前記心押し台(23)との間で前記支持部(18)に取り付けられていることを特徴とする、請求項1に記載の工作機械。
  3. 計測装置(29)を保護するための移動可能な保護手段(30)を備えることを特徴とする、請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記支持部(18)が、枢動軸(19)周りで枢動することができ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工作機械。
  5. 垂直方向と、前記心押し台(23)が取り付けられている前記支持部(18)の前記第2の側面(28)との間の角度(α)が0度より大きいことを特徴とする、請求項1から4までのいずれか一項に記載の工作機械。
  6. 工作物(26)を切削するための旋削装置(4)及び/又は少なくとも1つの研磨装置(5、6、41)を備え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工作機械。
  7. 前記研磨装置(6、41)が、前記工作物の軸(22)に対してある角度で配置された回転軸の周りで回転することができる研磨工具(12、42)を備えることを特徴とする、請求項6に記載の工作機械。
  8. 前記研磨装置(5、6、41)及び/又は前記旋削装置(4)が、少なくとも2つの移動軸(X、Z)に沿って移動することができることを特徴とする、請求項6又は7のいずれか一項に記載の工作機械。
  9. 前記研磨装置及び前記旋削装置が、互いに独立に前記2つの移動軸(X、Z)に沿って移動することができることを特徴とする、請求項8に記載の工作機械。
  10. 前記第1の移動軸(Z)が実質的に水平方向に向いており、前記第2の移動軸(X)と垂直方向との間の角度(β)が0度より大きいことを特徴とする、請求項8又は9のいずれか一項に記載の工作機械。
  11. 少なくとも2個の工作物を取り上げるための工作物把持装置(39)を備えることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか一項に記載の工作機械。
  12. マシン・ベッド(1、37)を更に含み、前記マシン・ベッド及び前記工作物保持装置(18、20、23)が、加工中に発生する材料を下方向に取り除くために水平方向に対し傾斜している面(1a、27、28、37a)を備える、請求項1から11までのいずれか一項に記載の工作機械。
  13. 前記工作物保持装置(18、20、23)が、前記マシン・ベッド(1)から間隔をあけてブラケット(37)に固定されていることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか一項に記載の工作機械。
  14. 前記マシン・ベッド(1)が傾斜したベッド(1a)として形成され、前記ブラケット(37)が傾斜面(37a)を有することを特徴とする、請求項13に記載の工作機械。
  15. 落下してくる材料を収集し、且つ/又は運び去るための収集装置(35、36)を備えることを特徴とする、請求項1から14までのいずれか一項に記載の工作機械。
  16. 前記支持部(18)は、多角形断面を有することを特徴とする、請求項1に記載の工作機械。
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