JP5507401B2 - ワークピースのハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機 - Google Patents

Description

本発明は、ワークピースのハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機に関し、該ハードフィニッシュ加工機は、ツールスピンドル上に配置された少なくとも２つの異なるハードフィニッシュ工具を備え、前記ツールスピンドルは、その回転軸の方向に移動可能にツールキャリア上に配置され、該ツールキャリアは、マシンベッドに対して相対的に並進移動可能であり、前記ハードフィニッシュ加工機は、前記ワークピースと前記ハードフィニッシュ工具との間の加工領域に冷却潤滑剤を供給するための冷却潤滑剤供給手段を更に備える。

最新技術において広く知られている上記のようなハードフィニッシュ加工機は、例えば、歯車研削盤として歯車の製造に用いられている。しばしば、金属材料の研削は、歯車が最初に粗加工されてその後に仕上げ加工されるように、分割して行われるべきである。粗加工には、研削ウォームが使用されて連続創成研削方法が採用され、仕上げ加工は、輪郭研削方法を使用する輪郭研削ホイールを用いて行われ得る。

研削プロセスを適切に実行して、とりわけ歯面の熱的過負荷を防止するために、研削工具とワークピースとの間の接触領域の確実な供給が確保されなければならず、これは冷却潤滑剤供給手段を用意することにより行われる。

上述の２つの方法では、ワークピースの熱損傷を確実に防止する観点から、冷却潤滑剤の供給に関して顕著に異なる要求が存在する。

前記連続創成研削方法を使用する場合は、通常、切削速度と加工時間との関連で、約６０ｍ／ｓ以上の切削速度、すなわち研削ウォームの周速度が使用される。ワークピースの周縁部の熱損傷を確実に防止するために、研削ウォームの周速度と、冷却潤滑剤の流れの出口速度との差はできる限り小さくなるように目指され、すなわち、冷却潤滑剤ノズルからの冷却潤滑剤の出口速度は比較的高いことが要求される。この高い速度は、前記ノズルの断面積を小さくすることと供給圧を高くすることとにより作り出される。そのような状況下において、比較的低量の流量が与えられるが、それによって、研削プロセス、又はワークピースの品質に悪影響は及ばない。

対照的に、前記輪郭研削方法を使用する場合は、通常、２５ｍ／ｓと３５ｍ／ｓとの間の低い切削速度が用いられる。この方法は、冷却潤滑剤の流れが切削ホイールの輪郭全体に確実に及ぶことを要求する。そのため、それぞれの輪郭の幅および高さに依存するが、前記ノズルの断面積は比較的大きいことが要求され、その結果、出口速度と圧力は低いが流量は比較的多い冷却潤滑剤の流れが生じる。

歯車のハードフィニッシュを行う方法の上述した特定の利用の他にも、冷却潤滑剤の供給に対する要求が顕著に異なりいくつかの工具が順々に使用される他の一般的な例があり得る。

いくつかの工具の場合における通常の加工方法によれば、それらの工具は、スピンドルモータとカウンタベアリングとの間に固定されたマンドレル上にフラッシングして配置される。スピンドルモータとカウンタベアリングとマンドレルと工具とで構成されるユニット全体は、（普通はＹ軸として名付けられる）工具の軸方向に移動可能なスライド部材（ツールキャリア）上に配置され、これにより、工具は、加工のために必要なワークピースに対する相対的な軸方向の位置に連れて行かれ得る。

前記創成研削プロセスに使用されるウォーム形工具は、通常、前記工具と前記ワークピースとの接触から生じる純粋な接触幅よりも顕著に広い。このことは、特定の方法において歯車を切削するために異なる移動方法を使用することを目的としてなされている。すなわち、最初に、それぞれ切削ウォームの新鮮な領域を接触させるために、粗加工と仕上げ加工との間、及び、一つ一つのワークピースの加工の間に、前記工具の軸（Ｙ軸）方向の不連続の移動が行われる。ワークピースの切削プロセス中に前記工具の軸（Ｙ軸）方向に連続的に移動（「斜め切削」ともいう。）すると、歯面のトポロジー及び／又は表面構造に特定の影響が生じ得る。

ここで使用される冷却潤滑剤ノズルは、固定式要素として構成されることができ、すなわち、それらは、直径を変更しないドレッシング不能のＣＢＮ研削工具に特に推奨される特定の不変のワークピースの直径に最適化される。可変の直径を備えた工具の場合、すなわち、ドレッシング可能な工具にとって、冷却潤滑剤ノズルは、ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で移動可能に配置されるように搭載され得る。実際の工具の直径に対するノズル位置の調節は、回転または並進の移動により行われ得る。

予め知られた利用において、ワークピースは、１つの工具のみで（例えば、粗加工と仕上げ加工とが同じ工具の異なる幅領域で行われるものであるドレッシング可能な研削ウォームで）機械加工されるか、又は、同じタイプ及び同じ大きさからなる２つの工具が使用される（例えば、ＣＢＮ粗加工のホイールと仕上げ加工のホイールとでドレッシング可能でない輪郭研削を行う）。それらの場合において、１つのノズルを使用することは、問題なく、使用される工具および方法にそれぞれ最適化された特性をもって可能である。

通常、１つのクランプにおける同じワークピースのいくつかの歯車の機械加工（例えばギアボックスシャフト）に、又は、粗加工のためと仕上げ加工のためとで異なる方法を備えた歯車の機械加工（例えば、上述したようにドレッシング可能な創成研削により粗加工し、ドレッシング可能でない輪郭研削により仕上げ加工すること）には、それぞれ異なる種類のいくつかの工具及び加工方法の組み合わせが使用される。

それらの場合において、冷却潤滑剤の供給の次の異なる例が知られている。

異なる工具に（上述したように直径の変更の場合に追従する構成を備えるか又は備えない）同じノズルを使用することは公知である。この場合、冷却潤滑剤供給の条件が、使用される工具毎に最適化されることができないという欠点がある。したがって、少なくとも１つの工具による機械加工は、低減された供給速度でしか行うことができず、これにより、加工時間が長くなり、ひいては効率損失が生じる。

さらに、いくつかのノズルが、Ｙ軸のスライド部材上に配置されて、各工具に対する相対的な位置を変化させずにスライド部材と共に動く構成が知られている。この場合、次の欠点が存在する。ウォーム形工具を用いる創成研削方法の場合に上述の移動プロセスを使用できるようにするために、Ｙ軸のスライド部材と共に動く前記ノズルは、工具全体の幅と同じ広さでなければならず、すなわち、工具とワークピースとの間の有効な接触幅により必要な幅よりも著しく広くなければならない。ノズル開口部の出口高さが一定であると仮定すると、創成研削に理想的な条件に抵触するくらいにノズルが拡がるとき、ノズルの断面積が増大する。また、この場合、冷却潤滑剤の供給の最適でない条件による低減された供給速度でしか加工を行うことができず、これにより、加工時間が長くなり、効率が悪化する。

そこで、本発明の目的は、上述の欠点が回避され、冷却潤滑剤の最適な供給条件下において、工具と方法のあらゆる可能な組み合わせの使用が行われ得るように、冷却潤滑剤の供給に関する上述したようなハードフィニッシュ加工機を更に改良することである。各種の工具及び各加工方法にとって最適であると判明した冷却潤滑剤の供給のための各条件を調節することが可能になるべきである。さらに、使用される工具及び使用される加工方法のためにそれぞれ冷却潤滑剤の供給条件を自動的に調節することが、オペレータの介入のない、すなわち、機械制御により管理された加工サイクルの中で可能になるべきである。

本発明の前記目的の解決策は、前記冷却潤滑剤供給手段が、冷却潤滑剤の流れのための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズルと、冷却潤滑剤の流れのための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの第２の冷却潤滑剤ノズルとを備え、前記２つの冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において相互に相対移動可能に配置されていることを特徴とする。

それに関して、前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズルと前記少なくとも１つの第２の冷却潤滑剤ノズルとは、とりわけ該冷却潤滑剤ノズルのそれぞれが前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向における同じ位置を取ることができるように該冷却潤滑剤ノズルが衝突することなく通過可能となるように、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向に移動可能に配置されることが好ましい。

好ましくは、前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記ツールキャリアに固定されて配置される。

あるいは、前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記ツールキャリアに対して相対的に直線状のガイド部材上を移動可能に配置されてもよい。

好ましくは、前記第２の冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記マシンベッドに固定されて配置される。

あるいは、前記第２の冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記マシンベッドに対して相対的に直線状のガイド部材上を移動可能に配置されてもよい。

前記冷却潤滑剤ノズルの少なくとも一方は、前記工具までの最適な距離に適応するために前記ツールスピンドルの前記回転軸に対して垂直な面内で移動可能に配置され得る。そのようにするために、前記冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸に平行な回転軸を中心として回転可能に配置され得る。ただし、前記冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸に垂直な面内で並進（直線）移動可能に配置されてもよい。

前記冷却潤滑剤ノズルのそれぞれは、個別に制御される冷却潤滑剤が供給され得るが、全ての前記冷却潤滑剤ノズルに、冷却潤滑剤が同時に供給され得るようにしてもよい。

前記ハードフィニッシュ工具は好ましくは歯車加工工具である。１つの歯車加工工具は研削ホイールであってもよく、別の歯車加工工具は研削ウォームであってもよい。この場合において、特に好ましい実施形態は、前記第１の冷却潤滑剤ノズルが、前記研削ホイールに割り当てられ、前記ツールキャリアに固定されて配置されることを提案する。前記第２の冷却潤滑剤ノズルは、前記研削ウォームに割り当てられることができ、前記ツールスピンドルの前記回転軸の方向において前記マシンベッドに固定されて配置され得る。

前記第２の冷却潤滑剤ノズルは、前記ツールスピンドルの前記回転軸からの距離が該回転軸の方向から見て前記第１の冷却潤滑剤ノズルに比べて大きくなるように配置され得る。これにより、前記Ｙ方向において前記冷却潤滑剤ノズルの衝突のない通過が容易となったり許容されたりする。

したがって、いくつかのノズルの組み合わせが提案され、好ましくは、少なくとも１つは、前記ツールの回転軸の方向に移動可能であり、少なくとも１つは、前記ツールの回転軸の方向において固定される。両ノズルは、前記ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で調節可能である。これにより、前記ノズルの構成は、両ノズルの同時且つ衝突のない位置決めが各作動位置において可能となるように選択されることができ、使用される工具の直径に大きな差がある場合には特に容易に選択できる。したがって、いくつかのノズルは、前記ツールの回転軸に直角な同一面内に同時に連れてこられ得るように、前記ツールの回転軸の方向における移動（例えば、前記Ｙ軸のスライド部材と共に移動すること）を実行することができる。

前記ノズルが前記ツールスピンドルの回転軸に垂直な面内で（回転または並進）移動可能である場合、特に、研削工具の直径の変更を追跡するための装置を用いることができる。そのような移動可能な（調節可能な）ノズルが使用される場合、該移動可能なノズルは、前記調節装置により衝突領域の外側へ移動された後、（前記Ｙ軸の方向における）前記ノズルの通過が支障なく行われることができ、すなわち、前記ツールの回転軸の方向に移動可能な前記移動可能なノズルは、前記各工具と共に作動位置へ運ばれることができる。

前記冷却潤滑剤ノズルは、冷却潤滑剤用の複数のノズル通路、すなわち複数の出口開口部を有してもよい。１つのノズル本体において、上記のようなノズル通路は、冷却潤滑剤が個別に供給され得るように配置されることができる。前記冷却潤滑剤ノズルは２つ又は多数のノズルとして構成され、いくつかのノズル本体は、冷却潤滑剤が個別に供給される別のノズル本体に固定されてもよい。それらのいずれの場合においても、前記ノズルは、冷却潤滑剤が同時に供給されてもよいし、別のノズルとの間で冷却潤滑剤が隔てられてもよい。

有益的に、上述の目的は、上記の提案された解決策により完全に解決される。したがって、大きく異なるハードフィニッシュ工具、特に研削工具を使用する場合でも冷却潤滑剤供給条件が最適化されることが可能になる。前記冷却潤滑剤供給手段の調節は、機械制御ユニットにより容易な方法で行うことができる。

その結果として、加工されるワークピースに対して相対的に同じ位置でいくつかの工具が順々に使用される加工方法のための冷却潤滑剤の供給のために解決策が提案され、（特に、出口の断面積、出口速度、流量および圧力に関する）冷却潤滑剤の供給のための必要条件は、使用される工具および加工方法によって著しく異なる。

歯車研削盤として構成され、各冷却潤滑剤ノズルにより冷却潤滑剤が供給される研削ホイールと研削ウォームとを有するハードフィニッシュ加工機を示す斜視図であり、研削ウォームで研削している状態を示す図である。 研削ホイールで研削している状態における図１の歯車研削盤を示す図である。

図面には、歯車研削盤であるハードフィニッシュ加工機１が示されており、該加工機は、マシンベッド（マシンベースフレーム）８を有する。とりわけ、ツールキャリア（スライド部材）７は、前記マシンベッド上に直線状に移動可能に配置され、ツールスピンドル５を支持している。ツールスピンドル５上において、少なくとも２つのハードフィニッシュ工具３，４が配置され、すなわち輪郭研削ホイール３及び研削ウォーム４が概略的に示され、ツールスピンドル５は、一部品のスピンドルとして構成されてもよいし、分離しても駆動可能な複数の別個のスピンドルで構成されてもよい。前記工具３，４で機械加工されるワークピース２は、ワークピーススピンドル１１上に固定されており、図示された状態において、ワークピースの軸は垂直に方向付けられている。

ツールスピンドル５は回転軸６を有する。ツールスピンドル５は、前記工具３，４を選択的にワークピース２に係合させるように、図示されたＹ方向におけるツールキャリア７上の前記回転軸の方向に移動可能である。そうする限りにおいて、前記歯車研削盤は、予め知られた構造に対応する。加工に当然必要な更なる機械の軸については、本発明に関係がないため更なる説明はしない。

図示された実施形態における２つの冷却潤滑剤ノズル９’，９”で構成される冷却潤滑剤供給手段について説明する。

第１の冷却潤滑剤ノズル９’は、研削ホイール３に冷却潤滑剤を最適に供給できるように、ツールキャリア７に固定されている。輪郭研削方法の場合におけるノズルの構造と、この場合に目標とされる運転パラメータとに関しては、上記の注釈が参照される。

しかしながら、第２の冷却潤滑剤ノズル９”は、（直接または間接的に）マシンベッド８に固定されて配置され、すなわち、完全に固定されている。該第２の冷却潤滑剤ノズルは、研削ウォーム４に冷却潤滑剤を最適に供給できるように、フラットなスリットノズルとして構成されている。ここでも、研削ウォームを用いる歯車研削の場合におけるノズルの最適な構造及び運転モードに関しては、上記の注釈が参照される。

図１は、どのようにしてワークピース２が研削ウォーム４で粗加工されるかを示す。ツールスピンドル５は、前記Ｙ軸の方向における各位置に移動される。第２の冷却潤滑剤ノズル９”は作動され、第１の冷却潤滑剤ノズル９’はスイッチが切られる。

本実施形態では、図示しないドレッシング装置により周期的にドレッシングされるドレッシング可能な研削ウォーム４が使用されることを述べるべきである。したがって、前記研削ウォームの直径は徐々に変化し、これにより、第２の冷却潤滑剤ノズル９”は、最適な潤滑条件が常に維持されることを確実にするように追跡されなければならない。そのため、第２の冷却潤滑剤ノズル９”は、前記回転軸６に平行な回転軸１０を中心として回転可能に配置されている。該冷却潤滑剤ノズル９”の旋回により、前記ノズル出口と前記研削ウォームの表面との間の距離は一定に維持され得る。

図２は、ツールスピンドル５が、仕上げ加工のためにワークピース２と研削ホイール３とを係合させるように前記Ｙ方向に移動されたことを示す。これにより、冷却潤滑剤ノズル９’は作動され、冷却潤滑剤ノズル９”はスイッチが切られる。

図に示すように、研削ホイール３は、本実施形態において研削ウォーム４よりも小さな外径を有する。また、これにより、冷却潤滑剤ノズル９’は、冷却潤滑剤ノズル９”に比べてツールスピンドル５の回転軸６の近くに配置されている。

このことは、ツールスピンドル５が前記Ｙ方向に移動されるときに２つの冷却潤滑剤ノズル９’，９”が衝突することなく相互に通過できることを教唆する。この目的のため、前記２つのノズル９’，９”の衝突のない通過を確保するために、妥当であれば、回転軸１０周りの前記旋回は変化される。このことは、機械制御ユニットにより自動的に行われ得る。

上述の通り前記マシンベッドに前記ノズルが（完全に）固定されて配置されている限りにおいて、次のことに注意されたい。実際のマシンベッド上には、普通、マシンスタンドが（移動可能に）配置され、該マシンスタンド上に旋回部が（移動可能に）配置される。そして、例えば、スライド部材が、前記旋回部上の（前記Ｙ軸に沿った）直線状のガイド部材上で移動可能に配置されている。

前記マシンベッドに前記ノズルが固定されて配置されるということは、前記ノズルが研削プロセス中の目的とする使用中に移動しないということであると理解されなければならない。したがって、このことは、前記ノズルが通常の場合と同様に前記旋回部に固定される場合、すなわち、前記マシンベッドに直接固定されるのでなく、前記旋回部と前記マシンスタンドとを介して間接的に固定される場合にも本質的に当てはまり、この場合、前記ノズルは、（前記旋回部とマシンスタンドとにより実際のマシンベッドに対して相対的に移動（調節）可能であるが、）目的とする使用中においては、前記ベッドに対して相対的に固定されて配置される。

１：ハードフィニッシュ加工機、２：ワークピース、３：ハードフィニッシュ工具（研削工具）、４：ハードフィニッシュ工具（研削ウォーム）、５：ツールスピンドル、６：回転軸、７：ツールキャリア、８：マシンベッド（マシンベースフレーム）、９：冷却潤滑剤供給手段、９’：第１の冷却潤滑剤ノズル、９”：第２の冷却潤滑剤ノズル、１０：回転軸、１１：ワークピーススピンドル、Ｙ：ツールスピンドルの回転軸の方向。

Claims (15)

1. ワークピース（２）のハードフィニッシュを行うためのハードフィニッシュ加工機（１）であって、ツールスピンドル（５）上に配置された少なくとも２つの異なるハードフィニッシュ工具（３，４）を備え、前記ツールスピンドル（５）は、その回転軸（６）の方向（Ｙ）に移動可能にツールキャリア（７）上に配置され、該ツールキャリア（７）は、マシンベッド（８）に対して相対的に並進移動可能であり、前記ハードフィニッシュ加工機は、前記ワークピース（２）と前記ハードフィニッシュ工具（３，４）との間の加工領域に冷却潤滑剤を供給するための冷却潤滑剤供給手段（９）をさらに備え、
   該冷却潤滑剤供給手段（９）は、冷却潤滑剤の流れのための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）と、冷却潤滑剤の流れのための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）とを備え、前記２つの冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において相互に相対移動可能に配置されていることを特徴とするハードフィニッシュ加工機。
2. 前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）と前記少なくとも１つの第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）とは、とりわけ該冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）のそれぞれが前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）における同じ位置を取ることができるように該冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）が衝突することなく通過可能となるように、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハードフィニッシュ加工機。
3. 前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記ツールキャリア（７）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のハードフィニッシュ加工機。
4. 前記少なくとも１つの第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記ツールキャリア（７）に対して相対的に直線状のガイド部材上を移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のハードフィニッシュ加工機。
5. 前記第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記マシンベッド（８）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
6. 前記第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記マシンベッド（８）に対して相対的に直線状のガイド部材上を移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
7. 前記冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）の少なくとも一方は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に対して垂直な面内で移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
8. 前記冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に平行な回転軸（１０）を中心として回転可能に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のハードフィニッシュ加工機。
9. 前記冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）に垂直な面内で並進移動可能に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のハードフィニッシュ加工機。
10. 前記冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）のそれぞれは、個別に制御される冷却潤滑剤が供給され得るものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
11. 全ての前記冷却潤滑剤ノズル（９’，９”）は、冷却潤滑剤が同時に供給され得るものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
12. 前記ハードフィニッシュ工具（３，４）は歯車加工工具であり、とりわけ、歯車加工工具（３）は研削ホイールであり、歯車加工工具（４）は研削ウォームであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。
13. 前記第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）は、前記研削ホイール（３）に割り当てられ、前記ツールキャリア（７）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のハードフィニッシュ加工機。
14. 前記第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）は、前記研削ウォーム（４）に割り当てられ、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）の方向（Ｙ）において前記マシンベッド（８）に固定されて配置されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のハードフィニッシュ加工機。
15. 前記第２の冷却潤滑剤ノズル（９”）は、前記ツールスピンドル（５）の前記回転軸（６）からの距離が該回転軸（６）の方向（Ｙ）から見て前記第１の冷却潤滑剤ノズル（９’）に比べて大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のハードフィニッシュ加工機。

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