JP5675973B2 - ホイールセット軸のディープローリング加工をするための機械 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールセット軸の両端の各端部においてホイールセット軸を収容するための２つのレースセンタと、ホイールセット軸を駆動するための１つの駆動装置と、ホイールセット軸のジャーナルを加工するために工作機械のｘ，ｙ及びｚ方向に移動可能な２対のディープローリング加工工具と、これらディープローリング加工工具用の締付け及び送り装置とを有する、鉄道車両のホイールセット用のホイールセット軸のディープローリング加工をするための機械、即ち工作機械に関する。

特許文献１から、軸部分、特にホイールセットのジャーナル及び隅肉部のバニシング加工をするためのバニシング加工ローラが公知である。バニシング加工ローラの作業面は、１つのシリンダから成り、このシリンダに、一方では、ジャーナルの大きなフィレット部用の大きなＲ付部が、他方では、ホイールセット軸カラーの小さなフィレット部用の小さなＲ付部が接続する。バニシング加工ローラの軸は、バニシング加工中に、ジャーナルの軸に対して傾いた位置を占め、一つの箇所で、ジャーナルに押し込まれ、ジャーナルの表面に、長く伸びた滴状の圧痕を生じさせる。

前記特許文献１の出願時点で、ディープローリング加工は、“バニシング加工”と呼ばれていた。当時は、ホイールセットの両ジャーナルを、それぞれその外端からディープローリング加工することができる機械が公知であった。それぞれ、仕上がったホイールセットのジャーナルだけが加工された。このため、ホイールセットのジャーナルにそれぞれ同時に係合する２対のディープローリング加工ローラが使用された。ホイールセットの駆動は、ホイールセットの両ホイールディスクの一方の周囲に巻き付けられたトランスミッションベルトを介して行なわれた。ジャーナルが、改善された表面品質以外に、同時に高い強度を受け取り、これにより、一方で耐熱が、他方でジャーナルの破損が回避され得る範囲内で、公知の機械によって、ホイールセットのジャーナルが硬化させられた。即ち、このディープローリング加工により、残留応力が、ジャーナルの表面に導入され、この残留応力は、亀裂を生じさせないか、既に生じた亀裂を停止させるかのいずれかを生じさせる。結果として、ホイールセットの寿命の向上が得られた。

ジャーナルの処理以外に、特許文献２から、既に、シリンダ状のワークピース（例えば軸部分）のバニシング加工をするための装置が公知である。この装置は、１つ又は複数のディープローリング加工ローラを備え、各ディープローリング加工ローラは、旋回可能なサポートに支承され、その旋回軸は、ディープローリング加工ローラの送り移動に対して垂直で、ワークピース軸に対して垂直又はほぼ垂直に延在する。この装置により、優先的にシリンダ状の軸が加工され、これは、これによりホイールセットをディープローリング加工することを排除しない。

最近では、鉄道の高速車両のホイールセット軸の損害によって、ホイールセット軸の製造に特別な関心を向けるようになってきた。この場合、特に、亀裂の形成に立ち向かうべきである。

独国特許第８０８ １９７号明細書 独国特許第８４３ ８２２号明細書

クランクシャフトの表面に残留圧縮応力を導入することによって、亀裂の発生を回避すること、もしくは、既に生じた亀裂を停止させることができるとの知識から出発して、本発明の課題は、ホイールディスクの圧入の前に、鉄道車両用のホイールセットのホイールセット軸のディープローリング加工を可能にする、工作機械を提供することにある。ホイールセット軸は、周知のように、これが、異なった直径を有する互いに隣接する複数の長手方向部分（以下では軸ゾーンと言う）を備えることによって際立っている。この場合、特に亀裂の形成に対抗すべきである。

本発明によれば、この課題は、前記形式の工作機械において、工具が、２対以上の対のディープローリング加工ローラから成り、これらディープローリング加工ローラの各対が、ホイールセット軸の少なくとも１つの軸ゾーンのディープローリング加工をするために設けられていること、によって解決される。好ましい実施形態によれば、工具は、３対のディープローリング加工ローラから成る。

この場合、第１の対のディープローリング加工ローラが、ジャーナルと移行部のディープローリング加工をするために使用され、第２の対のディープローリング加工ローラが、ホイールディスク用の締り嵌め部のディープローリング加工をするために使用され、第３の対のディープローリング加工ローラが、締り嵌め部から少なくともホイールセット軸の長手方向中央までの軸シャフトのディープローリング加工をするために使用される。

特に、第１の対と第２の対を構成するディープローリング加工ローラはそれぞれ１つの共通のハウジング内に配設されている。このハウジングは、工作機械のｙ方向に移動可能である。ｙ方向に移動可能であることにより、第１の対と第２の対のディープローリング加工ローラは、ディープローリング加工ローラによって相並んで係合される。同時に、ハウジングは、工作機械のＢ軸を中心として旋回可能である。特旋回可能であることは、ホイールセット軸の個々の軸ゾーン間の移行部の加工を可能にする。移行部は、周知のようにフィレット部として形成されている。

第１の対と第２の対のディープローリング加工ローラは、工作機械のｚ方向に、所定の固定の、第３の対のディープローリング加工ローラからの軸方向の間隔を有する。最後に、３対全てのディープローリング加工ローラは、１つの共通のキャリッジ上に配設されている。この共通のキャリッジは、工作機械のｚ方向に、即ち送り方向に移動可能である。全体として、２つのキャリッジが工作機械に設けられており、これらキャリッジのそれぞれが、ホイールセット軸の一端に付設されている。軸ゾーンのディープローリング加工をする際、両キャリッジは、送り速度で互いに向かって移動する。

最後に、ディープローリング加工ローラのもう１つの移動の可能性が、ｘ方向にも存在する。調整駆動を介して、それぞれ１つの対を構成する２つのディープローリング加工ローラは、同時にホイールセット軸の方向に送られる。特に、３対全てのディープローリング加工ローラが、同時に移動される。ｘ方向の送りを介して、ディープローリング加工荷重も調整される。

以下で、本発明を実施例で詳細に説明する。以下の図は、それぞれ縮小したスケールで示されている。

ホイールセット軸の半分の側面図 ホイールセット軸のディープローリング加工をするための機械の基本構造の斜視平面図 図１に示したホイールセット軸のディープローリング加工工具による加工部 ホイールセット軸の駆動装置の断面図 異なった３つのディープローリング加工ローラと工具キャリッジの縦断面図 工具キャリッジの斜視図 １対のディープローリング加工ローラと図６の工具キャリッジの一部 個々のディープローリング加工ローラ用のホルダ 垂直に上下に配設された２つのディープローリング加工ローラ用のホルダ ディープローリルング加工ローラの装備の第１のバリエーション ディープローリルング加工ローラの装備の第２のバリエーション ディープローリルング加工ローラの装備の第３のバリエーション

図１によれば、詳細には図示してないホイールセットのホイールセット軸５は、複数の軸ゾーンから成る。軸ゾーン１は、ジャーナルであり、このジャーナル上に、ホイールセットが、鉄道車両内で回転可能に支承されている。軸ゾーン１に、ホイールセット軸５の長手方向中央６の方向に軸ゾーン２が続く。この軸ゾーン２は、軸ゾーン１と軸ゾーン３間の移行部を構成し、フィレット部７によって形成される。軸ゾーン３は、ホイールセットのここに示してないホイールディスク用の締り嵌め部を構成する。軸ゾーン３に、軸ゾーン３に対して明らかに縮小された直径を有する軸ゾーン４が続く。軸ゾーン４は、ホイールセット軸５の長手方向中央６まで延在する。更に経過すると、ホイールセット軸５の他端の方向に向かって、同一の軸ゾーン４，３，２及び１が続くが、但し、これら軸ゾーンは、図１には図示してない。

ホイールセット軸５の示した半分の軸ゾーン１〜４は、図２によれば、工作機械９の第１のキャリッジ８によって加工され、ホイールセット軸５の他方の（示してない）半分の軸ゾーン４〜１は、工作機械９の第２のキャリッジ１０によって加工される。この場合、両キャリッジ８及び１０は、それぞれ軸ゾーン１から出発してホイールセット軸５の長手方向中央６の方向に互いに向かって作業する。

図２からは更に、工作機械９の機械ベッド１１上に、スピンドルヘッド１２と心押し台１３が、ｚ方向に沿って移動可能に配設されている。ｚ方向でスピンドルヘッド１２の前に配置されるように、第１のキャリッジ８が存在し、ｚ方向で心押し台１３の前に配置されるように、第２のキャリッジ１０が存在する。両キャリッジ８及び１０は、これらにそれぞれ付属するスピンドルヘッド１２もしくは心押し台１３に依存せずに、ｚ方向に送り速度で移動可能である。心押し台１３の代わりに、示したスピンドルヘッド１２と同じように構成された第２のスピンドルヘッドを設けてもよい。スピンドルヘッド１２の構造上の構成については、以下で更に立ち入る。

図３は、機械ベッド１１の左半分を示す。図１に図示したホイールセット軸５の左半分がスピンドルヘッド１２に挟持されていることが認められる。同様に、軸ゾーン３及び４のディープローリング加工をするためのディープローリング加工ローラ１４及び１５を有するキャリッジ８が認められる。

図４に示したスピンドルヘッド１２は、ホイールセット軸５の調心孔１７に係合するスピンドルヘッドレースドッグ１６を有する。スピンドルヘッドレースドッグ１６は、ドッグピン１８を備え、このドッグピンによって、スピンドルヘッドレースドッグは、ホイールセット軸５の軸方向孔１９に係合する。加えて、スピンドルヘッドレースドッグ１６は、ベルトディスク２０と回転不能に結合され、このベルトディスクは、軸受部２１を介してスピンドルヘッド１２内に回転可能に支承されている。ベルト駆動装置（示してない）を介して、ベルトディスク２０は、駆動モータ２２によって回転され、スピンドルヘッドレースドッグ１６とホイールセット軸５に係合するドッグピン１８とを介して、ホイールセット軸５を連行もしくは駆動する。

図５は、第２のキャリッジ１０のｚ方向の縦断面図を示す。この図に、垂直に上下に配設された２つのディープローリング加工ローラ２３及び２４と１つのディープローリング加工ローラ１５とが認められる。両ディープローリング加工ローラ２３及び２４は、ここでは１つの共通のハウジング２７内に回転可能に支承されている（図９）。ハウジング２７は、垂直なｙ方向に移動可能であり、両ディープローリング加工ローラ２３及び２４は、固定の互いの間隔を有する。ハウジング２７は、ｙ方向に上下動でき、加えてＢ軸を中心として旋回できる。Ｂ軸を中心とした旋回及びｙ方向の移動のために、駆動ユニット２８が使用される。そのそれぞれの対抗ローラ２５もしくは２６と共に、ディープローリング加工ローラ２３及び２４は、ホイールセット軸５の軸ゾーン１及び２をディープローリング加工するために設けられている。

図６からは、ハウジング３７内でキャリッジ１０内に回転可能に支承されたディープローリング加工ローラ１５（図８）が、対抗ローラ１４と共に、ホイールセット軸５の軸ゾーン３及び４を加工するために設けられていることが明らかである。ディープローリング加工ローラ１４及び１５並びに２３〜２６は、それぞれ駆動されるのではなく、駆動されるホイールセット軸５によって回転させられる。駆動ユニット２８及び２９は、ディープローリング加工ローラ２３及び２４もしくは２５及び２６をＢ軸を中心として旋回させるために使用される。２つの別の駆動ユニットが、ディープローリング加工ローラ２３，２４もしくは２５，２６をｙ方向に垂直に移動させるために使用される。ディープローリング加工ローラ２３；２５が、ディープローリング加工ローラの第１の対を構成し（図１０）、ディープローリング加工ローラ２４；２６が、ディープローリング加工ローラの第２の対を構成し（図１１）、ディープローリング加工ローラ１４；１５が、ディープローリング加工ローラの第３の対を構成する（図１２）。

両駆動ユニット２８及び２９をｘ方向にホイールセット軸５に向かって送るため、図７に再度特別に図示されたスピンドル駆動装置３０が設けられている。スピンドル駆動装置３０の駆動は、駆動モータ３１から出発してベルト駆動装置３２及び３３を介して導入される。全てのディープローリング加工ローラ１４，１５及び２３〜２６の送りは、ｘ方向に同時に行なわれる。このため、スピンドル駆動装置３０は、両サポート３４及び３５を、内部にディープローリング加工ローラ２３〜２６もしくは１４及び１５がそれぞれ回転可能に支承されたハウジング２７，３６及び３７と共に、ｘ方向にホイールセット軸５に向かってもしくはディープローリング加工後には再びホイールセット軸から離れるように移動させる。スピンドル駆動装置３０に対して、両サポート３４及び３５は、それぞれ更にバネパッケージ３８及び３９を介して支持される。バネパッケージ３８及び３９により、ディープローリング加工ローラ１４，１５並びに２３〜２６は、ホイールセット軸の位置、円の不均一及び形状の不均一に、限定的な範囲内で従う。特に、スピンドル駆動装置３０は、ｘ方向に移動可能、即ち、スピンドル駆動装置３０は、この方向に５ｍｍまでそれぞれのキャリッジ８及び１０内で移動可能である。従って、場合によっては生じるディープローリング加工ローラ１４，１５及び２３〜２６の直径の違いを補正することが、この場合に付加的な力をシステムに加えることなく可能になる。

機械のｚ方向に、両キャリッジ８及び１０のディープローリング加工ローラ１４，１５及び２３〜２６は、それぞれ、固定の互いの間隔４３（図５）を有する。即ち、ハウジング２７とサポート３４及び３５がそれぞれ所定の固定の互いの横方向の間隔を有するということである。その結果、図７にディープローリング加工ローラ１４及び１５の移動のために図示したスピンドル駆動装置３０は、同様に、ディープローリング加工ローラ２３及び２４もしくはその対抗ローラ２５及び２６のためにも有効になる。機械のｚ方向に両キャリッジ８及び１０の送り移動のため、ベッド１１の長手方向中央にわたって延在し、かつ駆動装置（示してない）によって回転させられるセンタスピンドル４０が設けられている。

ディープローリング加工操作の開始時に、ディープローリング加工ローラ２３及び２５は、軸ゾーン１及び２をローリング加工し、これらディープローリング加工ローラは、移行部７及び４１を加工するためにそれぞれＢ軸を中心として旋回させられる。同時に、ディープローリング加工ローラ１４及び１５は、軸ゾーン４の始端４２をローリング加工する。軸ゾーン１及び２のディープローリング加工後、ディープローリング加工ローラ２３及び２５が、垂直な（ｙ）方向の移動によって係合解除され、ディープローリング加工ローラ２４及び２６が係合する。その後、このディープローリング加工ローラ２４及び２６が、ホイールセット軸５とホイールディスク間の締り嵌め部が存在する軸ゾーン３をローリング加工する。同時に、ディープローリング加工ローラ１４及び１５は、ホイールセット軸５の長手方向中央の方向への軸ゾーン４の加工を継続する。

１ 軸ゾーン１
２ 軸ゾーン２
３ 軸ゾーン３
４ 軸ゾーン４
５ ホイールセット軸
６ 長手方向中央
７ フィレット部
８ 第１のキャリッジ
９ 工作機械
１０ 第２のキャリッジ
１１ ベッド
１２ スピンドルヘッド
１３ 心押し台
１４ ディープローリング加工ローラ
１５ ディープローリング加工ローラ
１６ 心押し台センタ
１７ 調心孔
１８ ドッグピン
１９ 軸方向孔
２０ ベルトディスク
２１ 軸受部
２２ 駆動モータ
２３ ディープローリング加工ローラ
２４ ディープローリング加工ローラ
２５ ディープローリング加工ローラ
２６ ディープローリング加工ローラ
２７ ハウジング
２８ 駆動ユニット
２９ 駆動ユニット
３０ スピンドル駆動装置
３１ 駆動モータ
３２ ベルト駆動装置
３３ ベルト駆動装置
３４ サポート
３５ サポート
３６ ハウジング
３７ ハウジング
３８ バネパッケージ
３９ バネパッケージ
４０ センタスピンドル
４１ 移行部
４２ 軸ゾーンの始端
４３ 軸方向の間隔

Claims (8)

1. ホイールセット軸の両端の各端部においてホイールセット軸を収容するための２つのレースセンタと、ホイールセット軸を駆動するための１つの駆動装置と、ホイールセット軸のジャーナルを加工するために工作機械のｘ，ｙ及びｚ方向に移動可能な２対のディープローリング加工工具と、これらディープローリング加工工具用の締付け及び送り装置とを有する、鉄道車両のホイールセット用のホイールセット軸のディープローリング加工をするための機械、即ち工作機械において、
   各ディープローリング加工工具が、３対のディープローリング加工ローラ（１４，１５；２３，２５；２４，２６）から成り、これらディープローリング加工ローラの各対が、それぞれ異なった直径を有する複数の長手方向部分（軸ゾーン１〜４）を備えるホイールセット軸（５）の少なくとも１つの長手方向部分（軸ゾーン１，２，３又は４）のディープローリング加工をするために設けられていること、
   第１の対のディープローリング加工ローラ（２３，２５）が、ジャーナル（軸ゾーン１）と移行部（軸ゾーン２）のディープローリング加工をするために設けられ、第２の対のディープローリング加工ローラ（２４，２６）が、ホイールディスク用の締り嵌め部（軸ゾーン３）のディープローリング加工をするために設けられ、第３の対のディープローリング加工ローラ（１４，１５）が、締り嵌め部（軸ゾーン３）から少なくともホイールセット軸（５）の長手方向中央までの軸シャフト（軸ゾーン４）のディープローリング加工をするために設けられていること、
   を特徴とする工作機械。
2. 第１の対と第２の対を構成するディープローリング加工ローラ（２３，２５もしくは２４，２６）が、それぞれ１つの共通のハウジング（２７）内に配設されていること、を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. ハウジング（２７）が、工作機械（９）のｙ方向に移動可能であること、を特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. ハウジング（２７）が、工作機械（９）のＢ軸を中心として旋回可能であること、を特徴とする請求項２に記載の工作機械。
5. 第１の対と第２の対のディープローリング加工ローラ（２３，２５；２４，２６）が、工作機械（９）のｚ方向に、所定の、第３の対のディープローリング加工ローラ（１４，１５）からの間隔（４３）を有することを、特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
6. ３対のディープローリング加工ローラ（１４，１５；２３，２５；２４，２６）が、１つの共通のキャリッジ（８もしくは１０）上に配設されていること、を特徴とする請求項５に記載の工作機械。
7. 共通のキャリッジ（８もしくは１０）が、工作機械（９）のｚ方向に移動可能であること、を特徴とする請求項６に記載の工作機械。
8. ２つの共通のキャリッジ（８，１０）が設けられており、これらキャリッジのそれぞれが、ホイールセット軸（５）の一端に付設されていること、を特徴とする請求項７に記載の工作機械。

Images