JP5051925B2 - 運転中に位置合わせ可能なスピンドルを有するスピンドルユニット及びそれを備える工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ベアリングハウジング内に縦軸を中心として回転可能に設けられ、ワークを機械加工するための工具の取付部が形成されたスピンドルを有するスピンドルユニット、及び、該スピンドルユニットを少なくとも１つ備える工作機械に関する。

従来より、多くのスピンドルユニットや工作機械が知られている。

公知のスピンドルユニットは、例えば、ワークの切り粉を取り除く目的として、公知の工作機械に単独又は複数で用いられている。これらの工作機械は、１又は２以上のスピンドルを備えていて、これらのスピンドルは、それぞれ、スピンドルキャリア（スピンドルヘッド）上に固定されているスピンドルハウジング（ベアリングハウジング）又はハウジング内に設けられている。

スピンドルヘッドはワークテーブルに対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの直交する軸の方向に移動可能であり、機械加工されるワークは上記ワークテーブル上に取付具によって固定されている。また、スピンドルとワークとの間での相対的な動作が可能な場合もある。従って、いくつかの適用例として、スピンドルヘッドは枢支されていて、更にワークに対しても軸を設定することができ、この目的を達成するために、ワークは例えば回転可能な又は枢支されている取付部によって固定されている。

一方、これらの工作機械は、より高速で機械加工することを要求されているにもかかわらず、単位時間当たりに多数のワークを機械加工するために、制御技術という点で十分に制御されている。

上述のような要求は、一方では、スピンドルヘッドとワークテーブルとを更に高速に相対移動可能にすることで満たすことができる。１つのワークにおける機械加工の精度や再現性、及び、１つの全く同じスピンドルによって順次、連続して機械加工されるワーク間の機械加工の精度や再現性が悪影響を受けない場合であっても、移動させるものの重量の重さや、それとともに関連する加速力のために、移動速度の上昇は制限を受けやすい。

もう一方では、しかしながら、複数のスピンドルを有する機械の方が、処理する量を増やすことができる。

このような複数のスピンドルを有する機械の場合、スピンドルの数に対応して、それぞれのスピンドルに挿入された工具によって、多数のワークを並行して同時に処理することができる。スピンドル、つまり工具は、同等のシステム内の３つの軸を並行して動くことから、同一の機械加工作業が複数のワークに対して行われる。これにより、工作機械あたりのワーク処理量は著しく増加する。

しかしながら、複数のスピンドルを有する機械は、精度に関して問題があり、それは、設計によるものである。上記工具はお互いに別々に動くことはできないため、ワークの機械加工の精度や再現性のためには、スピンドル同士の回転軸の間隔、つまり、工具同士の縦軸の間隔が、ワーク同士の間隔と完全に一致することが必要である。これは、ワークを固定する取付部がワークテーブルに設けられることによって達成され、そして、もし必要であれば、取付部同士の中心の間隔をワークの縦軸同士の間隔と一致させたり、及び／又は、上記取付部同士の中心の間隔をワークの縦軸同士の間隔に対して直交する縦軸の位置と一致させたりすることで再調整することができる。

さらに、縦方向に移動する機械の場合、工具が縦軸方向、すなわち、通常はＺ軸方向に同じ位置になることが重要であり、これにより、例えば、ワークに対して同じ深さの穴をあけることができる。よって、もし工具の長さが違うと、並行に同時に処理されたワークも、連続して順番に処理されたワークも、両方とも精度や再現性に関して不利になる。これは、それぞれの工具ホルダーに工具を固定する際に考慮されなければならず、上記工具は、上記工具ホルダーを介してそれぞれのスピンドルに固定される。このようにして、常に、長さが相互に対応した工具のセットが、対応するツールマガジン内で準備された状態となる。にもかかわらず、上記工具が別々に取り付けられた結果、異なる長さになることもあり、その場合は精度が悪くなってしまう。

このような２又はそれ以上のスピンドルを有する工作機械の他の不具合の原因としては、熱によるベアリングハウジング同士の位置の変化、取付部同士の位置の変化、又はベアリングハウジングに対する取付部の位置の変化によるものがある。通常、動作中にこれらの工作機械は温度が上昇し、これにより、ベアリングハウジング同士の距離、結果としてスピンドル同士の距離が離れる。同様に、それぞれのベアリングハウジングが熱変形によって受ける影響は異なるため、スピンドルはＺ方向において相対的に位置が変化する。上述のような工作機械の自己発熱の増大による位置の変化に加えて、熱変形は、例えば日照量の上昇など、１日の間でも発生する。

温度変化は取付部同士の間隔に影響するにも関わらず、ワークテーブルの温度感受性はスピンドルキャリアの温度感受性とは全く異なり、熱変形によって、取付部同士の位置は、ベアリングハウジング同士の位置が変化したのとは別の方法によって変化する。更に、工作機械を運転している間、取付部は頻繁に取り替えられることから、新たに取り付けられた取付部同士の中心間の距離は、以前使用されていた取付部同士の中心間の距離とは異なる可能性がある、という問題がある。これは、２又はそれ以上のワークの並行加工を保証するのに求められている精度のために、ワーク同士の位置、結果として取付部同士の位置を変更したり調整したりする必要があることを意味する。これは、大変、困難で、時間がかかる。

概して、これは、最初に述べたタイプの工作機械の場合、例えば上述したような熱変形を補うために、作業中に相互のスピンドルの位置を調整できる、すなわち、修正できるのが望ましい、ということを意味している。

２又はそれ以上のスピンドルを有する機械の場合、ベアリングハウジングの相互の位置を再調整できるような様々な方法が、従来技術として知られている。

特許文献１によれば、ベアリングハウジングが偏心筒内に設けられた工作機械が記載されており、ベアリングハウジングはこの偏心筒によって、中心のシャフトに対して軸方向に平行に位置合わせされる。

特許文献２によれば、２つのベアリングハウジング同士が離間した工作機械は、圧電素子を用いて改良することができ、その結果、ベアリングハウジング同士の間の相対的な位置を、軸方向に平行に変えたり、傾けたりすることができる。

似たような設計が、特許文献３に開示されている。この文献の構成では、位置決め部品としてベアリングハウジング間にリブが設けられており、上記リブの温度は、上記リブの長さを変えるための熱的な装置によって、上昇又は下降し、それによってベアリングハウジング同士の相対的な距離が影響を受ける。

特許文献４には、円周上に点対称に配置された穴をあけるための複数のスピンドルのドリルベッドについて記載されている。そのドリルヘッドはスピンドルキャリア上に偏心して設けられた一連のスピンドルユニットを有しており、それは、ドリルヘッドに対して順に回転可能に取り付けられている。スピンドルキャリアを回転させることによって、各スピンドルユニットとドリルヘッドの中心との放射方向の間隔、及び、スピンドルユニット同士の円周方向の距離を変化させることができる。
独国特許出願公開第１０３２９４０２号明細書 独国特許出願公開第１９８５９３６０号明細書 独国特許出願公開第１０３４３３２０号明細書 東独国特許出願公開第３４８６８号明細書

これら全ての工作機械の場合、位置決め機構が十分に素早く動作しなかったり、好ましくない方法での位置決めにより機械加工精度が影響を受けたりする、という欠点がある。その上、元の位置に戻す工程は不十分になることも多い。

このような背景に対し、本発明の目的は、適切にスピンドルを元の位置に戻す工程で、素早く再現性良く、そして簡単に制御できる方法により、スピンドルを元の位置に戻すことができるような、最初に述べた工作機械及びスピンドルユニットを開発することにある。

最初に述べたようなスピンドルユニット及び工作機械の場合、本発明によれば、動作中にスピンドルをベアリングハウジングに対して自動的に且つ制御可能に元の位置に戻すために、リポジションユニットを設けることによって、この問題は解決できる。

本発明の基礎となる目的は、それによって全て達成される。

これは、本願の発明者らが、従来のスピンドルユニットや工作機械の場合は、それぞれの状況においてスピンドルユニット全体が元の位置に戻される、すなわち、ベアリングハウジングが動かされ、複数のスピンドルを有する機械の場合には、相互の位置が調整されて元の位置に戻される、ということに問題があることに気づいたためである。これは、一方では、比較的大きな力でのみ動かすことができる比較的重いユニットを元の位置に戻したり動かしたりすることが必要であることを意味している。もう一方で、従来の元の位置に戻す装置の反応時間が非常に遅いのは、大きな力だけが理由ではなく、各々のスピンドルユニットについて元の位置に戻すことが必要である性質上の理由でもある。

本願の発明者らが気づいたところによれば、上述した全ての不具合は、ベアリングハウジング内で元の位置に戻すことが可能なようにスピンドルを設ければ解消することができ、そうすると、いわば、個々のスピンドルを、相互に相対的に位置修正するために、又は、ベアリングハウジングに対してスピンドルを元の位置に戻すために、スピンドルは動作中に元の位置に戻される。

従って、一方では、動作中に取付部の熱変位や位置ずれ、又は旋回運動による取付部の機械加工位置のずれを自動的に考慮にいれることを目的として、多くのスピンドルの相対的な位置関係を素早く調整することができる。

明らかに、ベアリングハウジング内でスピンドルの位置を調整することは原則として知られているが、それは工作機械の動作中に変えることができない単独での調整に関するものであって、動作中の熱変位を補正するためには全く使用することができない。

動作中に、それぞれのベアリングハウジング内でスピンドルの位置を調整するために、例えば、位置決めモーターなどの外部のエネルギーが使用され、それによってベアリングハウジング内のスピンドルの位置を一瞬で変化させることができる。

しかし、もう一方では、本発明によるスピンドルユニットは、動きは小さいが、非常に素早いスピンドルの動きを実現するために使用することもできる。本発明によって設けられたリポジションユニットは、いわば、追加された超高速のツール軸であって、工具内に位置し、ワークテーブルに対してスピンドルヘッドを元の位置に戻す能力に付加される。

この元の位置に戻す能力は、工具が素早く、小さい動きをするために使用することができ、例えば、角張った溝を形成する場合や、破損を識別したり工具の直径や長さを測定したりする際にレーザー光の限度（Laserlichtschranken）に近づく場合や、穴を開ける場合に切り粉をきれいにするための戻り工程時等に求められる。本発明によるスピンドルユニットの場合、工具は、高速に、例えば振動して、ベアリングハウジングに対し、該ベアリングハウジング自身の動きに付加されて動くことができる。この高速な追加ツール軸は、小さいが高速な工程が必要とされている場合に使用することができる。

この高速な動きは、動く物全体が、スピンドルユニット全体を元の位置に戻す場合に比べて、移動量がかなり小さいために得ることができる。

上記追加ツール軸は、スピンドルヘッドの動作工程に対して同時に、すなわち機械加工中に、正確な修正を実行するために使用することができる。そのような重ねられた相対的な動きは、例えば、移動工程に依存しているツールテーブルに対するスピンドルヘッドの傾き、いわゆる誤差を補正することを可能にする。

上述の場合において、スピンドルは、ベアリングハウジング内に傾斜可能に取り付けられている。Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に元の位置へ戻すことは、スピンドルを傾けることによって実現することができる。

ベアリングハウジング内でスピンドルが傾く能力を用いて、本願の発明者らは、従来技術において今まで知られていない、スピンドル同士の間隔を設定するための方法、又は、スピンドルを元の位置に戻すための方法を以下に記載する。スピンドルユニット同士がお互いに傾いている場合と比べると、ベアリングハウジング内でスピンドルが傾いている場合の方が、問題が大きいように思え、これにより、最初はこの解決方法の使用を思いとどまるかもしれない。

これは、一方では、工具の傾きが角度誤差を引き起こすからであるが、出願人による初期の実験によれば、その誤差は許容することができる。

もう一方で、この傾きは、搭載物の上部と下部との間のアラインメント誤差を引き起こし、それはベアリングに過度のストレスを引き起こす。従って、変位は許容されるアラインメント誤差によって制限され、同様に、許容されるアラインメント誤差は、耐用年数の余命に依存する。

これらの問題は、最初は本発明による解決手段とは反対のように思えるが、詳しくは後述する設計によって克服できることが出願人の実験により示され、従って、本発明による設計によって、スピンドル同士を元の位置に戻すことやアラインメントを合わせることへの、全く新しいアプローチをとることができる。

上述の場合において、スピンドルは、縦軸方向（Langsrichtung）に元の位置に戻せるように、取り付けられているのが好ましい。縦軸方向に元の位置に戻すことによって、スピンドルをＺ軸方向に調整できる。

上述の場合において、スピンドルは、該スピンドルの上端部又は下端部で、位置決めモーターによって縦軸方向と横断する方向に元の位置へ戻される第１ベアリングを介して、所定のベアリングハウジング内に取り付けられているのが好ましい。

この方法の場合、スピンドルの傾き性能は、上部又は下部のベアリングが縦軸に対して横切るように元の位置へ戻された場合に実現され、その結果、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に、同時に移動させることができるという利点がある。

本願の発明者らは、位置の移動がそれほど大きくない場合においては、この方法によって、スピンドルのベアリングへの過度なストレス無く、ベアリングハウジングに対して元の位置に戻すことができる高速ツール軸を実現できることに気づいた。

更に、スピンドルは、該スピンドルの上端部又は下端部で、位置決めモーターによって縦軸方向に元の位置へ戻される第１ベアリングを介して、所定のベアリングハウジング内に取り付けられているのが好ましい。

ここで、Ｚ軸方向における調整能力及び／又は元の位置に戻す能力は、上部又は下部のベアリングを元の位置に戻すことによって同様になされる点で有利である。従って、傾けたり縦軸方向に元の位置に戻すことは、横方向及び縦軸方向の両方で元の位置に戻すことを可能にするために、対応するベアリングが配置されることによって実現することも可能である。

この方法によれば、移動するマス（Massen）が小さいので、このように実現されたツール軸は、スピンドルユニット全体のマスではない状態で極端に高速及び高加速度で移動することができる。ここで、本発明によって追加されたツール軸は、例えば熱変形を補正するための調整目的及び適切なツール軸として、短距離の移動のみを可能にしており、長距離の移動は、明らかに、ワークテーブルに対して３つの直交軸上で元の位置に戻ることのできるスピンドルヘッドによってなされる。従って、本発明によって設けられたリポジションユニットの付加的なマスが小さいほど、工具の主軸の移動度はより大きくなる。

上述の場合において、第１ベアリングは、リポジションユニット内に保持されていて、上記リポジションユニットは、ベアリングハウジングに回転可能に設けられている外スリーブと、上記第１ベアリングを収容し且つ位置決めモーターによって移動可能な内スリーブとを含むのが好ましい。

ここで、リポジションユニットは、非常に小さな付加的なマスのみを含むような、非常に単純な機械的な構造である点で有利である。その上、本発明によるリポジションユニットは、内スリーブが外スリーブ内に、偏心し且つ回転可能に設けられている場合には横方向に元の位置へ戻すことが可能であり、内スリーブが外スリーブと螺合している場合には縦軸方向に元の位置へ戻すことも可能である。

従って、外スリーブ及び内スリーブを備えるリポジションユニットは、上記外スリーブ及び内スリーブによって横方向又は縦軸方向のいずれかについて元の位置に戻すことができる。更に有利な点は、軸が増えたり元の位置に戻す能力を追加したにもかかわらず、必要な強度を備えるために、機械的に単純な方法によって実現されるクランプ機構やロック機構によって、外スリーブと内スリーブとを互いに回転可能な固定方法で接続できることにある。

上述の背景に対して、任意に動かせるようなクランプ機構は、内スリーブを外スリーブに接続するために、外スリーブと内スリーブとの間に任意に回転可能に設けられているのが好ましい。

内スリーブが外スリーブ内に偏心して設けられていれば、その偏心の範囲が、ベアリングハウジングに対してスピンドルを元の位置に戻すことができる範囲を決定する。原点から少しだけ離れた場合には、元の位置に戻すことは、偏心方向に対して横断する方向にのみなされ、偏心の方向についての位置の移動は無視できるくらいに小さい。

従って、このようにして、２つの異なるスピンドル間の調整は、２つのスピンドルのうちの一方がリポジションユニット内で偏心して動作できるように配置され、他方がリポジションユニット内で縦軸方向に元の位置へ戻ることができるように配置されることによってなされる。これにより、Ｚ軸及び例えばＹ軸の両方、すなわち、２つのスピンドルの間の距離の方向について調整することが可能になる。

本願の発明者らは、２つのスピンドルを有する工作機械では、上述した２つの元に位置に戻す能力によって、機械の精度及び再現性を損なう大きな原因となる熱変形を十分に補正できることに気づいた。発明者らが気づいたところによれば、この場合は、Ｘ方向の少しのずれは許容することができる。

上述の場合において、スピンドルは、外スリーブ内に偏心し且つ回転可能に設けられている内スリーブ内に、第１ベアリングを介して、偏心し且つ回転可能に設けられているのが好ましい。

２つの偏心がそれぞれの偏心範囲内で相殺すれば、スピンドルは外スリーブの中心に位置することになる。そして、そのような無変化は新たな工作機械の通常の動作に関して求められており、２つの偏心によって、内スリーブの回転によりＹ方向の大部分で１つのスピンドルを他のスピンドルに対して元の位置に戻す能力をリポジションユニットが有しているに過ぎない。

更に、内スリーブは、位置決めモーターによって駆動可能に、且つ、外スリーブ内に回転可能に設けられた中スリーブ内に回転可能に、設けられているのが好ましい。

ここで、リポジションユニットは２つの元の位置に戻す能力を備えており、１つのツール軸は中スリーブ内で回転する内スリーブの能力によって実現され、もう１つのツール軸は外スリーブ内で回転する中スリーブの能力によって実現される点で有利である。

上述の場合において、内スリーブが、中スリーブ内に偏心して設けられていて、中スリーブが、外スリーブ内に偏心して設けられている場合、結果として、スピンドルはＸ軸及びＹ軸の両方で元の位置に戻され、望ましくは相互に直角に位置している二つの偏心が、明らかにお互いの動作において相互を補う。内スリーブ及び中スリーブの両方が適切に回転することによって、外スリーブの中心点に対するスピンドルの中心点は、偏心の範囲内でＸ方向及びＹ方向で設定されうる。

内スリーブが中スリーブ内に偏心して配置されていて、中スリーブが外スリーブ内に、縦軸方向に元の位置に位置合わせ可能に螺合されているか、又は、内スリーブが中スリーブ内に、縦軸方向に元の位置に位置合わせ可能に螺合されていて、中スリーブが外スリーブ内に偏心して配置されている場合は、縦軸方向に対して横断するように元の位置に戻す能力は、縦軸方向に元の位置に戻す能力として同時に得られる。

ベアリングハウジングに対してスピンドルを元の位置に戻すことは、回転可能に設けられた内スリーブによって、場合によれば中スリーブによってなされるため、内スリーブの、場合によれば中スリーブの移動は、スリーブを高速回転で駆動させる位置決めモーターによって達成され、よって、ベアリングハウジングに対してスピンドルを元の位置に戻すことは非常に素早く行えるだけでなく、非常に高速のツール軸も達成可能で、そのツール軸によって元の位置に戻す速度は、少なくともスピンドルヘッドを元の位置に戻す速度と同じ桁数であるが、通常は、移動する部品が軽いために大きくすることができる。

上述のクランプ機構は、内スリーブと中スリーブとの間、及び／又は、中スリーブと外スリーブとの間に、スリーブ同士を任意に固定するために設けられており、よって、内スリーブと中スリーブとが互いに回転可能にクランプされていれば、内スリーブ及び中スリーブを外スリーブに対して回転させるために１つの位置決めモーターで十分であり、また、中スリーブと外スリーブとが互いに回転可能にクランプされている場合は、内スリーブを中スリーブ及び外スリーブに対して回転させるために１つの位置決めモーターで十分である。

一般的には、スピンドルは、第１ベアリングから離間した端部で、縦軸方向に移動可能に設けられている第２ベアリングを介して、所定のベアリングハウジング内に取り付けられているのが好ましい。

この方法は、第１ベアリングが、スピンドルを傾け、及び／又は、縦軸方向に移動させることができる一方、第２ベアリングは、いわば、受動状態になっており、従って、上述したように、第１ベアリングの元の位置に戻す能力を実現可能な設計である点で有利である。

上記実施形態の背景に対し、本発明は、スピンドルヘッドにベアリングハウジングが配置された本発明に係るスピンドルユニットを少なくとも１つ含む工作機械に関する。

本発明に係る工作機械が、本発明に係るスピンドルを１つだけ有する場合は、リポジションユニットによって、例えば形削りのようなワーク処理や、例えば位置ずれを防止するためにスピンドルヘッドの軌道を修正したり、熱変形を補正するためなど、能動的に使用される、少なくとも１つの付加的な高速ツール軸を備えることになる。

本発明に係る工作機械が、スピンドルヘッドと結合して固定された本発明に係るスピンドルユニットを２つ以上備えている場合は、リポジションユニットを適切に組み合わせることによって、異なる高速なツール軸を備えるだけでなく、スピンドル同士を素早く位置調整することができる。

更なる有利な点は、詳細な説明や添付された図面に記載されている。

上述した特徴及び後に説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、それぞれ言及された組み合わせだけでなく、他の組み合わせや単独の場合にも適用される。

本発明の典型的な実施形態を図で示し、さらに詳しく説明する。図は以下の通りである。

図１において、１０は工作機械を示し、概略且つ部分的な正面図である。図１の図示は正確なものではない。

上記工作機械１０は、ワークテーブル１１を備え、該ワークテーブル１１の上には上記工作機械１０によって機械加工される２つのワーク１２が取り付けられている。

さらに、上記工作機械１０には、２つのスピンドルユニット１５，１５’が設けられたスピンドルヘッド１４が設けられていて、このスピンドルユニット１５，１５’のそれぞれの下端には、ワーク１２を機械加工する工具１８の取付部１７が形成されたスピンドル１６が配置されている。

上記スピンドルヘッド１４は、上記ワークテーブル１１に対して、１９によって示されたＸＹＺ座標系によって表される３つの直交軸上で移動可能である。このように、それぞれのワーク１２に対して同じ機械加工作業を行うことによって、２つのワーク１２を同時に機械加工することができる。十分な精度及び再現性を得るために、同時に機械加工される２つのワーク１２の間だけでなく、連続して機械加工されるワーク１２の間にも、上記スピンドル１６は、運転中に相互の位置が自動的に調整される。

上記目的を達成するために、それぞれのスピンドルユニット１５はベアリングハウジング２１を有し、このベアリングハウジング２１は上記スピンドルヘッド１４に対して固定されていて、その中に、縦軸２２を中心として回転可能に上記スピンドル１６が配置されている。上記スピンドル１６とベアリングハウジング２１との間には、それぞれリポジションユニット２３，２３’が設けられており、詳しくは図２で詳細に説明するが、上記リポジションユニット２３，２３’によって、上記スピンドル１６を、上記ベアリングハウジング２１に対して傾け、及び／又は、縦軸方向に元の位置に戻すことができる。

図２は、図１のスピンドルユニット１５の縦断面図であり、この図も、同様に、単なる概略であって縮尺は正確でない。

上記リポジションユニット２３は、上記ベアリングハウジング２１内に回転可能に取り付けられた外スリーブ２４と、同様に該外スリーブ２４に対して回転可能な内スリーブ２５とを備え、該内スリーブ２５内には、上記スピンドル１６が下ベアリング２６（第１ベアリング）を介して回転可能に、しかし、縦軸方向については固定された状態で設けられている。このスピンドル１６は、上ベアリング２７（第２ベアリング）によって上記ベアリングハウジング２１内に、縦軸方向に対して取り外し可能なように設けられている。

スリーブ２８は、上記下ベアリング２６と上ベアリング２７との間に延びるように設けられている。上記上、下ベアリング２７及びスリーブ２８は、上記上ベアリング２７に作用するシャフトナット２９によって、互いに押し合っており、上記スピンドル１６は、上記内スリーブ２５内で回転可能に、しかし、外れないように取り付けられている。

上記目的を達成するために、第１フランジ３１及び第２フランジ３２によって、上記第１ベアリング２６は上記内スリーブ２５内で、上記外スリーブ２４は上記ベアリングハウジング２１内で、それぞれ固定されている。

３３に外形のみで示されるクランプ機構は、上記内スリーブ２５が上記外スリーブ２４と回転可能に接続されているため、上記内スリーブ２５が上記外スリーブ２４に対して回転するのを防止できるように、外スリーブ２４と内スリーブ２５との間に設けられている。

しかし、上記クランプ機構３３が緩められると、上記内スリーブ２５は上記外スリーブ２４に対して回転できるようになる。この目的を達成するために、上記スピンドル１６に対して同軸に延びる管状のソケット３４が上記内スリーブ２５に設けられていて、上記内スリーブ２５を部分的に回転させることができるか、又は、上記内スリーブ２５を上記外スリーブ２４に対して回転させることができる位置決めモーター３５が、上記ソケット３４を動作させる。

上記内スリーブ２５と外スリーブ２４との間の相対的な位置関係が計量測定できるように、センサー３６が上記ベアリングハウジング２１内に設けられており、このセンサー３６は、上記内スリーブ２５に回転可能に取り付けられている変換リング３７とともに、角度位置測定システム３８を構成している。

図２に示される構成の場合、スピンドル１６が内スリーブ２５内に偏心して配置されている間は、上記内スリーブ２５は外スリーブ２４内に偏心して配置されている。もし２つの偏心がお互いに正反対になるように内スリーブ２５が回転すれば、上記スピンドル１６の縦軸２２は上記外スリーブ２４の中心軸と一致する。

上記内スリーブ２５が上記外スリーブ２４に対して少しだけ回転することによって、上記スピンドル１６の縦軸２２は実質的にＹ方向のみに移動し、スピンドル１６は傾く。偏心円運動に起因するＸ方向のわずかな位置変位は、原点についての元の位置への位置合わせが、例えば、±１０°であれば、無視することができる。

図３に示されたスピンドルユニット１５’の場合、構造は図２のスピンドルユニット１５とほとんど同じで、リポジションユニット２３’は、ベアリングハウジング２１内に固定して設けられている外スリーブ２４’と、該外スリーブ２４’に対して回転可能に設けられている内スリーブ２５’とを備えるが、上記内スリーブ２５’は、上記外スリーブ２４’に対して中央に配置されていて、スピンドル１６も上記内スリーブ２５’内の中央に設けられている。

上記内スリーブ２５’と外スリーブ２４’との間は螺合されていて、そのため、上記外スリーブ２４’に対して回転する内スリーブ２５’に関し、該内スリーブ２５’は、結果として上記スピンドル１６は、Ｚ方向に元の位置に戻される。

図２，３において、リポジションユニット２３，２３’は、それぞれ高速なツール軸を１つしか備えていないのに対し、図４，５には、更に追加された中スリーブ４１を使用することによって２つの元の位置に戻す能力を有するリポジションユニット２３を示す。

図４において、中スリーブ４１は、外スリーブ２４の中央に配置されていて、該外スリーブ２４と中スリーブ４１との間は螺合されている。この螺合によって、図３の典型的な実施例の場合のように、縦軸方向、すなわち、Ｚ軸方向に元の位置に戻すことが可能になる。上記中スリーブ４１内で偏心して位置する内スリーブ２５によって、図４に示すリポジションユニット２３は、更に、スピンドル１６の傾きも提供することができ、この傾きによって、図４に示すような状況において少しだけ回転する内スリーブ２５に関して、４２で指し示されるスピンドル１６の中心点がＹ方向へずれる。上記スピンドル１６は、上記外スリーブ２４に対して広範囲で回転する内スリーブ２５に関してのみ、Ｘ方向に傾くようになっている。上記内スリーブ２５の中心点は４３で示されており、４４は偏心範囲を示している。

図５に示されている典型的な実施例の場合、中スリーブ４１もまた、外スリーブ２４内で偏心して配置されている。内スリーブ２５の中心点４５は、上記外スリーブ２４の中心点４２に対してＸ方向に位置がずれている一方、上記中スリーブ４１の中心点４６はＹ方向にずれており、その結果、お互いに直交している、４７及び４８で示す偏心距離が生じる。明らかに、上記中スリーブ４１及び／又は上記内スリーブ２５が、上記外スリーブ２４に対して回転するとすぐに、上記中心点４２に対して上記中心点４５，４６の位置は変化する。言いかえれば、上記スピンドル１６の縦軸２２は、原点である４２に対して、Ｘ方向及びＹ方向の両方で位置がずれる。

このようにして、図５のリポジションユニット２３は、スピンドル１６の縦軸２２、そしてその結果、上記スピンドル１６によって移動させられる工具を、Ｘ−Ｙ平面で元の位置に戻すことができ、そしてそれは高速なツール軸として、及び、他のスピンドルに対してスピンドル１６を調整するための両方に使用することができる。

明らかに、図４及び図５による元の位置に戻す能力をお互いに結合すること、すなわち、合わせて２つの中スリーブ４１を設けることも可能であり、それによりスピンドル１６は、３つ全ての空間座標でスリーブ２４に対して元の位置に戻すことができる。

図４及び５による典型的な実施形態の場合において、中スリーブ４１に自身のための位置決めモーターを備えることもでき、そして、クランプ機構によって、一方では外スリーブと中スリーブとを相互に固定し、他方では中スリーブと内スリーブとを相互に固定する機構を備えることも可能であり、それは、内スリーブのみを動かしてその間に、中スリーブに対して内スリーブを元の位置に戻すため、又は、内スリーブと固定されている中スリーブを内スリーブと共に外スリーブに対して元の位置に戻すためである。

２つのスピンドルユニットを含んだ新たな工作機械の概略を示す正面図である。 図１におけるスピンドルユニットのうちの１つの概略を示す縦断面図である。 図２相当図であるが、別の方向に動作するリポジションユニットについての図である。 スピンドルが傾いて縦軸方向へ元の位置に位置合わせ可能なリポジションユニットの概略を示す平面図である。 図４相当図であるが、２つの方向に傾くことのできるスピンドルを備えたリポジションユニットの図である。

Claims (13)

1. ベアリングハウジング（２１）内に縦軸（２２）を中心として回転可能に設けられ、ワーク（１２）を機械加工するための工具（１８）の取付部（１７）が形成されたスピンドル（１６）を有し、
   動作中に、上記スピンドル（１６）を上記ベアリングハウジング（２１）に対して自動的に且つ制御可能に元の位置に位置合わせするためのリポジションユニット（２３）を備えたスピンドルユニットであって、
   上記スピンドル（１６）は、該スピンドル（１６）の上端部又は下端部で、位置決めモーター（３５）によって縦軸方向（２２）と横断する方向に元の位置に位置合わせ可能な第１ベアリング（２６）を介して上記ベアリングハウジング（２１）内に、傾斜可能に取り付けられ、
   上記第１ベアリング（２６）は、上記リポジションユニット（２３）内に保持され、
   上記リポジションユニット（２３）は、上記ベアリングハウジング（２１）に回転可能に設けられる外スリーブ（２４，２４’）と、上記第１ベアリング（２６）を収容し且つ上記位置決めモーター（３５）によって移動可能な内スリーブ（２５，２５’）とを含むことを特徴とするスピンドルユニット。
2. 請求項１に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記スピンドル（１６）は、上記ベアリングハウジング（２１）内に、縦軸方向（２２）に元の位置に位置合わせ可能に取り付けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
3. 請求項１又は２に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記スピンドル（１６）は、該スピンドル（１６）の上端部又は下端部で、上記位置決めモーター（３５）によって縦軸方向（２２）に元の位置に位置合わせ可能な第１ベアリング（２６）を介して、所定のベアリングハウジング（２１）内に取り付けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
4. 請求項１に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記内スリーブ（２５）は、上記外スリーブ（２４）内に、偏心し且つ回転可能に設けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
5. 請求項４に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記スピンドル（１６）は、上記第１ベアリング（２６）を介して、上記内スリーブ（２５）内に、偏心し且つ回転可能に設けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
6. 請求項５に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記内スリーブ（２５’）は、上記外スリーブ（２４’）内に、縦軸方向に元の位置に位置合わせ可能に、螺合されていることを特徴とするスピンドルユニット。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記内スリーブ（２５）は、上記位置決めモーター（３５）によって駆動可能に、且つ、上記外スリーブ（２４）内に回転可能に設けられた中スリーブ（４１）内に回転可能に、設けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
8. 請求項７に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記内スリーブ（２５）は、上記中スリーブ（４１）内に偏心して配置されていて、
   上記中スリーブ（４１）は、上記外スリーブ（２４）内に偏心して配置されていることを特徴とするスピンドルユニット。
9. 請求項７に記載のスピンドルユニットにおいて、
   上記内スリーブ（２５）は、上記中スリーブ（４１）内に偏心して配置されていて、
   上記中スリーブ（４１）は、上記外スリーブ（２４）内に、縦軸方向に元の位置に位置合わせ可能に螺合されていることを特徴とするスピンドルユニット。
10. 請求項７に記載のスピンドルユニットにおいて、
    上記内スリーブ（２５）は、上記中スリーブ内（４１）に、縦軸方向に元の位置に位置合わせ可能に螺合されていて、
    上記中スリーブ（４１）は、上記外スリーブ（２４）内に偏心して配置されていることを特徴とするスピンドルユニット。
11. 請求項１から１０のいずれか１つに記載のスピンドルユニットにおいて、
    上記スピンドル（１６）は、上記第１ベアリング（２６）から離間した端部で、縦軸方向（２２）に移動可能に設けられている第２ベアリング（２７）を介して、所定のベアリングハウジング（２１）内に取り付けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
12. 請求項１から１１のいずれか１つに記載のスピンドルユニットにおいて、
    任意に動作可能なクランプ機構（３３）は、上記内スリーブ（２５，２５’）及び／又は上記中スリーブ（４１）を、上記外スリーブ（２４，２４’）に回転可能に接続するために、又は、上記内スリーブ（２５）を上記中スリーブ（４１）に回転可能に接続するために、上記外スリーブ（２４，２４’）と内スリーブ（２５，２５’）との間、及び／又は、上記中スリーブ（４１）と内スリーブ（２５）との間に、設けられていることを特徴とするスピンドルユニット。
13. 請求項１から１２のいずれか１つに記載の上記スピンドルユニット（１５）を少なくとも１つ備える工作機械であって、
    １又は複数のベアリングハウジング（２１）が１つのスピンドルヘッド（１４）に設けられていることを特徴とする工作機械。

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