JP5513721B2 - 工作機械用のキャリッジ装置 - Google Patents

Description

本出願は、２００７年７月４日出願のドイツ特許出願第１０ ２００７ ０３０ ９５６．４号の利益を主張する。

本発明は、ベース領域の第１の平面内の軌道に沿って移動可能に案内される第１のキャリッジと、第１のキャリッジで第２の平面内の第２の軌道に従って移動可能に案内され、指定された加工工程に従ってワークピースおよびツールを相対的に互いに向かって移動させる第２のキャリッジと、動力の導入方向に第２のキャリッジ内に導入される加工力に対応し、加工力を吸収するベース領域へ第１のキャリッジを通して流れる加工力フローとを有する工作機械用のキャリッジ装置に関する。

類似のキャリッジ装置（ＤＥ ４３ ２３ ９３５ Ｃ１）を備えた周知の工作機械では、第１の平面が、水平でその平面内に設置された第１の軌道が直進するように工作機械の機械フレームの領域により形成されたベース領域の最上部に第１のキャリッジが支持されている。第２のキャリッジは、第２の平面および第２の平面内に設置された第２の軌道が垂直に延びるように第１の軌道に直交する第１のキャリッジの外面上で案内される。内部に歯を備えたツール、例えば、ホーニングホイールが、第１のキャリッジ上に配置されたツールヘッド内に、第１のキャリッジと反対側を向いた第２のキャリッジの外面上で回転自在に駆動されるように配置されている。さらに、上記ツールヘッドは、第１のキャリッジの軌道に平行な軸を中心に第２のキャリッジに対する角度を調整することができる。例えば、歯車素材であるワークピースが、スピンドルストック内に回転自在に配置されたワークピーススピンドル上にクランプされ、スピンドルストックとそれと協働する心押し台が第１および第２の軌道に直交する第３の軌道に沿って長手方向に調整可能である。

２つのキャリッジおよびスピンドルストックの運動は、ワークピースおよびツールが、指定された加工工程に従って相対的に互いに向かって動くように制御される。この装置によって、ツールとワークピースとの間の機械の動作が必要とする加工力が第２のキャリッジに導入され、加工力を吸収するベース領域へ第１のキャリッジを通して流れる加工力フローを形成する。第２のキャリッジおよびその上に配置されたツールヘッドは、第１のキャリッジの実質的に垂直な外面側に水平に突き出しているため、そこでは動力フローは実質的に水平で第１のキャリッジへの移送においてベース領域への実質的に垂直なフローに向きを変える。これにより上記装置の剛性は低減し、加工力の影響で望ましくないことには、この装置は変形する。

本発明の目的は、加工力フローに対して剛性が向上した上記タイプの工作機械のキャリッジ装置を作成することである。

本発明の上記目的は、第２の平面が動力導入方向に直交し、第１の平面が第２の平面に対して傾斜し、第１の軌道が上記傾斜の方向に延び、第１のキャリッジ、第２のキャリッジおよびベース領域内の加工力フローが動力伝達方向に実質的に平行であることで達成される。

このように、本発明のキャリッジ装置の加工力フローは、動力伝達方向に実質的に平行で、第２のキャリッジのガイド平面に直交する方向に延びている。その結果、キャリッジ装置は、長手方向の動力を与えられたコラムと同様、加工力に対して極めて高い剛性を有し、変形を引き起こすことがある曲げモーメントをほとんど受けない。

以下、歯車ホーニング盤を例にとって本発明を単に例示する図面を参照しながら本発明について説明する。

図１に概略を示した歯車ホーニング盤は、マシン台５上に支持されているマシンベッド４に対して調整可能な第１のキャリッジ１と、第２のキャリッジ２と第３のキャリッジ３とを有する。第３のキャリッジ３は、回転自在に駆動されるワークピーススピンドル６を支持し、上記スピンドルの回転軸は、ワークピース軸を形成する。ワークピース軸は、図１に一点鎖線で示され、参照符号Ｚを有する。ツールスピンドル６と対照的にマシンベッド４上には、ワークピース軸Ｚと位置合わせされた心押し台７が配置されている。

図２は図１のワークピース軸と直交する線Ｉ−Ｉに沿った概略断面図を示す。この図２に、水平領域９に対して鋭角αの傾斜を有するマシンベッド４に対向する上面１０を有するマシンベッド４の水平領域９のベース領域８が示されている。ベース領域８で、第１のキャリッジ１は、上記鋭角αの傾斜を有し、ワークピース軸Ｚに平行な第１の面内の第１の軌道に沿って移動可能に案内される。第１の軌道は、第１の平面の傾斜の方向、すなわち、ワークピース軸Ｚに直交する方向に延びる。スライドガイドまたは直線ロールガイドなどの１対の直線ガイドが提供され、例えば、第１のキャリッジ１を第１の軌道に沿って案内し、対の各ガイドがワークピース軸Ｚに対して直交する２つの横断縁１１ａ、１１ｂに接する第１のキャリッジ１の領域に沿って配置されている。

上記領域を横断する図２に示す断面図は、第１の平面に従ってベース領域８の上面１０に固定された第１のガイド部材１２ａと、その上で案内され、第１のキャリッジ１に固定される摺動する第２のガイド部材１２ｂの概略を示す。第１のガイド部材１２ａおよび第２のガイド部材１２ｂにより、上記直線ガイドの１つが形成される。

図１および図２に示すように、ベース領域８の上面１０に対向する第１のキャリッジ１の上面１３に１対の直線ガイドの第１のガイド要素１４ａが固定され、それと摺動係合するその第２のガイド要素１４ｂが、第１のキャリッジ１の上面１３と対向する第２のキャリッジ２の底面に固定されている。これらのガイド１４ａ、１４ｂによって、第２のキャリッジ２は、第２の水平面内に設置される第２の軌道に従って移動可能に案内され、上記第２の軌道および第１の軌道は、第１および第２の平面に対して直交する平面に平行に延びる。

図２の断面領域は、ワークピース軸Ｚに対して直交する平面を通しての断面を示し、各対の両方のガイドは、上記平面から同じ距離にある。この断面は、第１のキャリッジ１を第１の軌道に沿って調整することができる駆動装置の一部を示す。この駆動装置は、第１の軌道に平行に延びる長手方向の軸を有する電気モータによって制御されるねじ付きスピンドル１５を有する。ねじ付きスピンドルは、この目的のために提供された第１のキャリッジ１の領域１６内にねじ切りされた補完の孔を挿入する。ベース領域８に対して固定されたねじ付きスピンドル１５の回転駆動力によって、ねじ切りされた孔を有する領域１６は、キャリッジ１を第１の軌道に沿って調整する長手方向の軸に沿って変位する。ねじ付きスピンドルの代わりに、例えば、第１の軌道に沿って動作するリニアモータを提供してもよい。ガイド１４ａ、１４ｂに沿った第２のキャリッジ２の駆動力は同様に開発されたリニアモータの駆動装置によって発生する。

上記駆動力を適切に制御することで、ワークピース軸Ｚに直交する平面内で水平および垂直に第２のキャリッジ２をベース領域８およびマシンベッド４に対して調整することができる。水平および垂直調整回路は互いに独立して、または互いに依存するように設定することができる。

図１および図２は、さらに、実質的に環状のツールヘッド１８をベース領域８の反対側を向いた第２のキャリッジ２の水平上面１７上に配置することができ、内部に歯を有するホーニングツール１９を上記ツールヘッドの内部リング状空間内に収容することができることを示す。ツールヘッド１８は、ホーニングホイール１９をその中心を通るツール軸を中心に回転させる図２に概略を示す回転駆動装置２０を有する。さらに、ツールヘッド１８は、第２の平面に直交する、すなわち、垂直な軸によって第２のキャリッジ２上で角度調整が可能である。角度調整は、例えば、サーボ駆動装置によって制御することができる。

図１は、さらに、第１および第２のキャリッジのガイドに類似のガイド２１，２１’上でワークピース軸Ｚに平行に延びる第３の軌道に沿ってスピンドル駆動装置またはリニアモータによってマシンベッド４上の第３のキャリッジ３を調整することができることを示す。同様に、マシンベッド４上でワークピース軸Ｚに平行に心押し台７を調整することができる。

ワークピーススピンドル６上にクランプされたワークピース（すなわち、ホーニング前の歯車素材）を加工する場合、加工のためにワークピースがホーニングツール１９と係合することができるように、第３のキャリッジ３を第３の軌道に沿ってツールヘッド１８の方向に調整することができる。さらに、加工位置にあるワークピースに対して心押し台７が駆動される。ツールとワークピースとの間の加工動作によって生じ加工力は、第２のキャリッジ２に実質的に垂直に伝達され、加工力を吸収するマシンベッド４まで上記加工力伝達方向に実質的に平行に移送される。第２のキャリッジ、第１のキャリッジおよびベース領域８から構成される加工力伝達チェーンは、長手方向に圧力を与えられた垂直のコラムと実質的に同様に使用される。したがって、本発明の装置の剛性を低減する可能性がある言及するに値する曲げモーメントは存在しない。

第１の軌道に沿った第１のキャリッジの運動により、第１の平面の傾斜による動力伝達方向に対する平行および直交方向の同時調整が可能になる。上記調整の動きをたどる第２のキャリッジは、電力伝達方向に直交する方向に第２の軌道に沿って独立して調整することができる。傾斜の方向は第１の平面と第１および第２の平面に直交する平面の断面によって決定されるため、第２のキャリッジの第２の軌道が第１および第２の平面に直交する平面に平行である限り、加工力伝達方向に対する第１のキャリッジの直交する軌道構成要素は、第２のキャリッジの第２の軌道に平行に延びる。このようにして、キャリッジ装置が加工力の作用を受けて変形する可能性がある加工力伝達方向に直交する突出領域を含むことなく、第２のキャリッジが、最大２つの独立した長手方向に、すなわち、加工力伝達方向に平行かつ直交する方向にベース領域に対して調整することができるように、第１のキャリッジが第１の軌道に沿って動く時に、第２の軌道に沿った第２のキャリッジの調整運動を加工力伝達方向に直交する方向に第１のキャリッジの調整と組み合わせることができる。

本発明のキャリッジ装置の多数の用途のうちの１つとしては、キャリッジ装置のベース領域が垂直突起を形成する実質的に水平の領域を含むマシンベッドを有する工作機械を含む用途がある。この場合、特に第２のキャリッジを複式スライド台の機能に対応するマシンベッドに対して水平および垂直に調整することができる。これらの工作機械は、例えば、歯車の生産または仕上げの加工が可能である。

特に、このツールは、第２のキャリッジ上に配置することができる。ツールがホーニングホイールの場合、ホーニングホイールを受けて駆動するツールヘッドが第２のキャリッジ上に配置される。ツールが円形歯車シェービングカッタ、仕上げカッタ、ホブ形研削カッタ、ホブなどの別のギア工作機械の場合、上記ツールを受けて駆動するツールヘッドが第２のキャリッジ上に配置される。

さらに、第２の平面に関して直交する軸を中心にツールを調整することができる。特に、上記調整は上記目的のために提供されたサーボ駆動装置によって駆動される制御運動の形で実行することができる。ホーニングホイールの場合、ホーニングホイールを受けるツールヘッドが第２のキャリッジ上で支持され、直交軸を中心に調整することができる。

本発明では、第２の平面に平行な第３の軌道に沿って調整することができる第３のキャリッジにワークピースが配置される。特に、上記第３の軌道は、第２の軌道に直交する方向に延びることもできる。ホーニングホイールを備えた仕上げ歯車素材の場合、上記第３の軌道は、特に第２のキャリッジの２つの調整方向が位置する平面に直交する。

キャリッジのガイドは、クロスヘッドガイドであっても直線ロールガイドであってもよい。キャリッジをそれぞれの軌道に沿って駆動するために、例えば、スピンドル駆動装置またはリニアモータを使用することができる。

以上、好ましい実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、本発明は上記具体例に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の主題が関連する当業者には明らかな変形形態を含む。

斜視図における歯車ホーニング盤の概略図である。 図１の線Ｉ−Ｉに沿った概略断面図である。

符号の説明

１ 第１のキャリッジ
２ 第２のキャリッジ
３ 第３のキャリッジ
４ マシンベッド
５ マシン台
６ ツールスピンドル
Ｚ ワークピース軸
７ 心押し台
８ ベース領域
９ 水平領域
１０ 上面
α 鋭角
１１ａ，１１ｂ 横断縁
１２ａ 第１のガイド部材
１２ｂ 第２のガイド部材
１３ 上面
１４ａ 第１のガイド要素
１４ｂ 第２のガイド要素
１５ ねじ付きスピンドル
１６ 第１のキャリッジの領域
１７ 第２のキャリッジの水平上面
１８ ツールヘッド
１９ ホーニングツール
２０ 回転駆動装置
２１，２１’ ガイド

Claims (13)

1. 工作機械用のキャリッジ装置であって、前記工作機械が加工工程中に前記キャリッジ装置に作用する加工力を発生するキャリッジ装置において、
   第１の平面内の第１の軌道に沿ってベース（８）上を移動可能に案内される第１のキャリッジ（１）と、
   第２の平面内の第２の軌道に沿って前記第１のキャリッジ（１）上を移動可能に案内される第２のキャリッジ（２）であって、前記第２のキャリッジ（２）が水平であり、前記第１の平面が前記第２の平面に対して傾斜している第２のキャリッジ（２）と
   を有し、
   前記第１および第２の平面に直交する平面内において、前記第２の軌道が前記第２の平面の方向に水平に延び、前記第１の軌道が前記第１の平面の前記傾斜方向に延び、
   したがって前記第１の軌道は、前記第２の軌道に沿った前記第２のキャリッジ（２）の水平方向運動に平行な、前記第１のキャリッジ（１）の水平方向運動成分を含み、
   それにより前記第２のキャリッジ（２）の前記水平方向運動は前記第１の軌道に沿った前記第１のキャリッジ（１）の運動に組み合わされることができ、それにより前記第２のキャリッジ（２）は、前記加工力のために変形の影響を受け易い前記キャッリッジ装置の突き出し領域を生成することなく前記ベース（８）に対して水平および垂直方向に調整されることができる
   キャリッジ装置。
2. 前記ベース（８）が、マシンベッド（４）の実質的に水平の領域（９）内に展開されていることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
3. 前記マシンベッド（４）の反対側にある前記ベースの上面（１０）が、前記第１の平面に実質的に平行に延びることを特徴とする、請求項２に記載のキャリッジ装置。
4. 前記第１および第２のキャリッジ（１，２）のガイド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）を有し、前記ガイド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）が直線状のスライドウエイであることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
5. 前記第１および第２のキャリッジ（１，２）のガイド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）を有し、前記ガイド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）がスライドガイドであることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
6. 前記第１および第２のキャリッジ（１，２）が、前記第１および第２の軌道に沿ってそれぞれ動作するスピンドル駆動装置によって駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
7. 前記第１および第２のキャリッジ（１，２）が、前記第１および第２の軌道に沿ってそれぞれ動作するリニアモータによって駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
8. 前記工作機械のツール（１９）が、前記第２のキャリッジ（２）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
9. 前記ツール（１９）が、前記第２の平面に直交する軸を中心に調整することができることを特徴とする、請求項８に記載のキャリッジ装置。
10. 前記ツール（１９）が、歯車精密工作機械、特にホーニングカッタ、円形歯車シェービングカッタ、仕上げカッタ、研削ディスク、プロファイルド研削ディスク、ホブ形研削ディスクなどであることを特徴とする、請求項８に記載のキャリッジ装置。
11. ワークピースが、前記第２の平面に平行な第３の軌道に沿って調整することができる第３のキャリッジ（３）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ装置。
12. 前記第３の軌道が、前記第２の軌道に直交する方向に延びることを特徴とする、請求項１１に記載のキャリッジ装置。
13. 前記ワークピースが、歯車素材であることを特徴とする、請求項１２に記載のキャリッジ装置。

Images