JP5990589B2 - 工作物に歯状部分を製作するための工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプレアンブル部分に係る工作物に歯状部分を製作するための工作機械に関する。

工作物用に歯状部分を加工する２つの工作物スピンドルを有する工作機械が特許文献１から知られている。工作物スピンドルは回転ホルダーに配置され、回転ホルダーは、機械ベッドに固着されていて、水平旋回軸のまわりに回転できる。工作物スピンドルの隣に側方に配置されているのは、そこにホブを受容した工具ヘッドである。工具ヘッドは、工具位置決めユニットによって３方向に工作物スピンドルに対して直線的に移動でき、水平旋回軸のまわりを旋回できる。２つの工作物スピンドルのために、歯状部分を加工する際に短いダウンタイムが達成可能である。

ＤＥ １０２００６０１９３２５ Ｂ３（ＵＳ ２００９／０１７５６９６ Ａ１に対応）

本発明は、工作物加工の際の加工精度が簡単に改良されるように一般タイプの工作機械を発展させる目的を基礎とする。

この目的は、請求項１の特徴を有する工作機械により達成される。旋回要素に配設された軸受要素により、旋回要素の２面設置が実現される。この目的のために、軸受要素はその自由端により補強要素に工作物スピンドル旋回軸のまわりに旋回可能に設置される。補強要素は、旋回要素の２面設置のために機械ベッドに固着される。旋回要素の２面設置と、そこに配された少なくとも２つの工作物スピンドルにより、工作機械の剛性、振動抵抗及び熱的挙動が、工作物への歯状部分の創出及び／又は加工の際に著しく改善され、そのためより高い加工精度が実現される。特に、旋回要素は工作物スピンドル旋回軸まわりの補強要素によって補強され、それにより加工の際生じる力と振動は補強要素でより良好に吸収され、機械ベッドにガイドされる。機械ベッド、そこに配置された軸受要素を備えた旋回要素及び補強要素は好ましくは、閉じたフレーム構造又は閉じた補強フレームを形成する。旋回要素の２面設置とそこに配置された工作物スピンドルのため、加工精度が改善され及び／又は加工速度が上昇する。加工速度が上昇することにより、短い加工時間並びに少なくとも２つの工作物スピンドルのために短いダウンタイムが実現される。ゆえに、工作機械は高い生産性を有する。

請求項２に係る工作機械は高い加工精度を保証する。機械ベッド、そこに配置された軸受要素を備えた旋回要素及び補強要素は、作業スペースを４つの面に対して画定する補強フレームを形成するので、工作物加工の際に生じる力と振動は簡単かつ確実に機械ベッドに案内される。

請求項３に係る工作機械は容易に高い加工精度を保証する。工具位置決めユニットを補強要素に配置することで、当該位置決めユニットは２つの面にも設置され、加工の際に生じる力と振動は補強要素及び軸受要素を介して機械ベッドに案内される。さらには、工作機械の構造はコンパクトになり、高い剛性と加工精度が付加的に保証される。

請求項４に係る工作機械は閉じたフレーム構造又は補強フレームの構成を保証し、高い加工精度が保証される。

請求項５に係る工作機械は工作機械のコンパクトな構造を保証し、高度の剛性と加工精度が実現される。旋回可能なカウンタースタンドは、機械ベッドに固定して固着されたスタンドに交差部材により連結され、従って機械ベッドと共に、貫通口の形状の作業スペースを４つの面に対して画定する補強フレームを形成する。少なくとも２つの工作物スピンドルの回転軸は好ましくは、工作物スピンドル旋回軸又はｚ方向と平行に延びる。

請求項６に係る工作機械は容易に旋回要素の２面設置を保証する。実質的に同じ剛性を有する、補強要素の少なくとも部分的にフレーム形状の構造のため又はスタンドのフレーム形状の構造のために、材料出費が減少し、及び／又は、工具位置決めユニットのための取り付けスペースが得られ、これを補強要素又はスタンドに設置できる。工具位置決めユニットによって付加的な補強がさらに実現される。

請求項７〜１１のいずれか一項に係る工作機械は、工作物スピンドルとそこに受容された工作物に対する工具ヘッドの位置決めを容易かつ迅速に保証する。

請求項１２に係る工作機械は、ホブの２面設置のために高い加工精度を保証する。工具レシーバ及び工具カウンターレシーバは互いに対して直線的に移動できるので、ホブを容易に締着、解放することができる。

請求項１３に係る工作機械は、高い加工精度で波形の工作物の加工を保証する。軸受要素により、工作物カウンターレシーバはそれぞれに関連する工作物スピンドルの回転軸に対して同軸に配置され、それで波形の工作物が２面に設置され得る。工作物を締着及び解放し、様々の長さの工作物を加工するために、工作物カウンターレシーバは好ましくは軸受要素上を直線的に移動できるように配置される。

請求項１４に係る工作機械は、工作物の加工の際に高い加工精度を保証する。実質的に同じ剛性を有するフレーム形状の構造のために、材料出費が減少し、及び／又は、工作物カウンターレシーバの配置のための取り付けスペースが得られ、ここに当該工作物カウンターレシーバを設置できる。工作物カウンターレシーバにより付加的な補強がさらに達成される。

請求項１５に係る工作機械は自動的な工具変更を容易に保証する。軸受要素は、互いに隣接して及び／又は一方の上に他方が配置された工具ホルダーを備えた工具マガジンの配置を容易に可能とする。旋回要素及びそこに配置された軸受要素を例えば９０°回転させることで、工具マガジンは工具ヘッドに対向させられ、それで自動的な工具変更が工具位置決めユニットによって容易に実行される。

本発明のさらなる特徴、利点及び詳細は実施形態の以下の記載から明らかとなろう。

工作物に歯状部分を製作するための工作機械の斜視図である。 図１における工作機械の正面図である。 図１における工作機械の側面図である。 図１における工作機械の工具位置決めユニットを通る斜視断面図である。

図１〜４に示す工作機械１は、工作物２に歯状部分を製作・加工するのに使用される。工作機械１は、水平なｘ方向と水平なｙ方向に実質的に延びる機械ベッド３を有する。機械ベッド３はベースプレート４上に立っており、そこに固着され得る。

垂直なｚ方向に実質的に延びるスタンド５は機械ベッド３の第１端部に締結されている。機械ベッド３の反対側の第２端部に配置されているのは、連結されたカウンタースタンド６である。カウンタースタンド６は、旋回要素７とその上に配置された軸受要素８とで形成される。旋回要素７は機械ベッド３上に設置され、駆動モータ９により工作物スピンドル旋回軸１０のまわりに旋回できる。工作物スピンドル旋回軸１０はｚ方向と平行に延在し、以下ではｃ１軸と呼ぶ。旋回要素７はｃ１軸１０まわりに少なくとも１８０°、好ましくは最大で３６０°旋回できる。ｃ１軸１０に従い、駆動モータ９は以下ではｃ１駆動部と呼ぶ。旋回要素７は、旋回ホルダー、回転ホルダー又は主軸ドラムとも呼ばれる。ｘ，ｙ，ｚ方向はそれぞれの場合で互いに直交して延び、デカルト座標系を形成する。

軸受要素８は実質的にｃ１軸１０の方向に延在し、旋回要素７に固定して作られている。そのため、２つの要素７，８はｃ１軸１０のまわりに共に旋回できる。旋回要素７から離れた軸受要素８の自由端１１は交差部材１２に設けられている。交差部材１２は実質的にｘ方向に延び、スタンド５に不動に連結されている。スタンド５と交差部材１２は、Ｌ型補強要素１３を形成する。Ｌ型補強要素１３は機械ベッド３に不動に連結し、軸受要素８に回転可能に連結し、従ってｃ１軸１０のまわりに旋回要素７を補強する。

旋回要素７及びその上に配置された軸受要素８と補強要素１３と共に、機械ベッド３は、作業スペース１５を４つの面（サイド）に対して画定する補強フレーム１４を形成する。作業スペース１５は、補強フレーム１４により画定されない２つのサイドで開口している。工具位置決めユニット１６は、補強要素１３又は補強フレーム１４のスタンド５に配設されている。工具位置決めユニット１６は、作業スペース１５内に延び、作業スペース１５に配置された工具ヘッド１７を担持する。２つの工作物スピンドル１８，１９は、工具ヘッド１７と対置した旋回要素７に配置されている。工作物スピンドル１８，１９は、ｃ１軸１０のまわりに旋回要素７によって機械ベッド３に対して共に旋回できる。工作物スピンドル１８，１９は、関連する回転軸２４，２５のまわりに駆動モータ２２，２３によって回転駆動される、関連する工作物レシーバ２０，２１を有する。工作物レシーバ２０，２１は、歯状加工すべき工作物を受容、クランプするのに使用される。回転軸２４，２５はｃ１軸１０及びｚ方向と平行に延びており、以下ではｃ２軸、ｃ３軸と呼ぶ。従って、駆動モータ２２，２３をｃ２駆動モータ、ｃ３駆動モータと呼ぶ。

スタンド５は工具位置決めユニット１６を設置するためにフレーム形状をしている。このために、スタンド５は、ｚ方向に延びる２つの縦サポート２６，２７と、これらに連結してｙ方向に延びる２つの横サポート２８，２９を有する。これらサポートは貫通口３０を画定する。作業スペース１５に対置する縦サポート２６，２７の端面に載置されているのは、ｚ１駆動モータ３２によりｚ方向に直線的に移動可能なｚ１スライド３１である。ｚ１スライド３１に載置されているのは、ｘ駆動モータ３４によりｘ方向に直線的に移動可能なｘスライド３３である。ｘスライド３３はスリーブとして構成され、貫通口３０に延びている。ｘスライド３３に配置されているのは、工具ヘッド旋回軸３７のまわりにａ駆動モータ３６により旋回可能な旋回部３５である。工具ヘッド旋回軸３７は以下ではａ軸とも呼ぶ。旋回部３５に載置されているのは、ｙ駆動モータ３９によりｙ’方向に直線的に移動できるｙスライド３８である。ｙ’方向はｘ方向及びｚ方向と直交して延びる。ｙスライド３８の水平な旋回位置では、ｙ’方向はｙ方向と平行に延びる。ａ軸３７まわりの旋回部３５の旋回角度に依存して、ｙ’方向はｙ軸に対して鋭角で延びる。工具ヘッド１７はそれゆえ、工作物スピンドル１８，１９に対して３方向に直線的に移動でき、ａ軸３７のまわりに旋回できる。

工具ヘッド１７は、回転軸４２のまわりにｂ駆動モータ４１により回転駆動され得る工具レシーバ４０を有する。回転軸４２をｂ軸とも呼ぶ。ｂ軸４２と同軸に配置されているのは、工具レシーバ４０に対して直線的に移動可能な、回転可能に設置された工具カウンターレシーバ４３である。工具カウンターレシーバ４３の直線運動は、例えば電気機械的に又は空気圧により実現される。ホブ４４が工具レシーバ４０と工具カウンターレシーバ４３の両方のサイドに設置され、ｂ軸４２のまわりにｂ駆動モータ４１により回転駆動される。ｂ軸４２はｙ’方向と平行に延びる。

カウンタースタンド６はフレーム形状をしており、スタンド５に対応している。このために、軸受要素８は、ｚ方向に延びる２つの縦サポート４５，４６を有する。縦サポートは旋回要素７に互いに離間して締結され、交差部材４７により自由端１１にて互いに連結している。従って、カウンタースタンド６は貫通口４８を形成する。ｚ２スライド４９及びｚ３スライド５０が、対向する端面の領域において縦サポート４５，４６に設置されている。ｚ２スライド４９は関連するｚ２駆動ユニット５１によってｚ方向に直線的に移動可能であり、それでｚ２スライド４９に配された工作物カウンターレシーバ５２が直線的に移動可能である。工作物カウンターレシーバ５２は、ｃ２軸２４に対して回転可能であって同軸となるように配置されている。よって、ｚ３スライド５０はｚ３駆動ユニット５３によってｚ方向に直線的に移動可能であり、それで工作物カウンターレシーバ５４が工作物レシーバ２１に対して直線的に移動可能である。工作物カウンターレシーバ５４は、ｃ３軸２５に対して回転可能であって同軸となるように配置されている。工作物カウンターレシーバ５２，５４は好ましくは心押台として構成される。

工具を変更するために、別な（付加的な）ホブ４４のためにｚ方向に互いの上に配置された複数の工具ホルダー５６を有する工具マガジン５５が、縦サポート４５に配置されている。工具マガジン５５は図１，２にのみ示されている。

工作物加工の際に発生するチップを移送するために、チップコンベヤー５７が落下開口５８の下の機械ベッド３の領域に配置されている。機械ベッド３は、落下開口５８の方向に少なくとも部分的に漏斗形をしている。

工作機械１を制御し、工作物２に歯状部分を製作・加工するために、制御ユニット５９が設けられている。

工作機械１の機能モードは以下のようである。
工作物２に歯状部分を製作するために、工作物は先ず手動で又は操縦装置を用いて工作物レシーバ２０に配置され、ｚ２スライド４９を移動させることで工作物カウンターレシーバ５２により両サイドで締着される。次いで、カウンタースタンド６がｃ１軸１０まわりに１８０°旋回され、それにより工作物２は作業スペース１５に達する。この旋回により、工作物レシーバ２１と工作物カウンターレシーバ５４に締着されて完全に加工された工作物２は、作業スペース１５から運ばれ、手動で又は操縦装置により降ろされる。荷降ろしの後、工作物スピンドル１９は加工すべき新たな工作物２を備えられる。

工作物スピンドル１８に配置された工作物２は、歯状加工のためにｃ２軸２４まわりに回転駆動される。工作物２の歯状加工は、ｂ軸４２のまわりにホブ４４を回転駆動させつつｘ、ｚ方向及び場合によりｙ’方向にホブ４４を直線的に移動させることで通常の方法で行われる。斜めの歯状部分を製作するため、ホブ４４はａ軸３７まわりに旋回され、ｙ’方向はｙ方向と鋭角をなす。

歯状部分を製作・加工するときに生じる力と振動はスタンド５及びカウンタースタンド６を介して機械ベッド３に案内される。特に、カウンタースタンド６のｃ１軸１０、工作物スピンドル１８のｃ２軸２４及び工作物スピンドル１９のｃ３軸２５は交差部材１２で強化されており、加工の際の力と振動は、ｚ方向に対するｃ１軸１０及び／又はｃ２軸２４又はｃ３軸２５の歪みをもはや生じない。同時に、閉じた補強フレーム１４のために、スタンド５も補強され、それで加工の際の力と振動は、工作物位置決めユニット１６及びその上に配置された工具ヘッド１７の位置決め精度を悪化させない。工作機械１の熱的挙動と振動挙動も閉じた補強フレーム１４又は閉じたフレーム構造により改善される。特に、加工の際に生じる振動はより良好に減衰されるか、または全く生じない。

一旦工作物２が完全に加工されると、カウンタースタンド６は再びｃ１軸１０まわりに１８０°旋回され、工作物スピンドル１８に配置され完全に加工された工作物２は作業スペース１５から除去され、工作物スピンドル１９に配置され加工しようとする工作物２は作業スペース１５に配置される。ここで前述した加工が繰り返される。２つの工作物スピンドル１８，１９は旋回要素７上に配置されているため、短いダウンタイムが達成される。さらに、閉じたフレーム構造とそこに連結された剛性のために、工作物２の加工速度が増加し、よって加工期間又はメインタイムが短くなる。全体として、工作機械１は工作物２の歯状加工の際に高い生産性及び加工精度を有する。

さらに、工作機械１は完全に自動的な工具変更を容易に可能とする。少なくとも１つの新たなホブ４４と空きスペース又は空き工具ホルダー５６が、工具変更のために工具マガジン５５に具備される。工具を変更するために、前述した加工位置から前進したカウンタースタンド６がｃ１軸１０のまわりに９０°旋回し、それにより工具マガジン５５が作業スペース１５に配置される。工具ヘッド１７に締着されて摩耗したホブ４４は次に、ｂ軸４２がｙ方向と平行に延びるようにａ軸３７のまわりに調整される。摩耗したホブ４４はｘ、ｚ方向の移動によって空いている工具ホルダー５６に置かれ、工具レシーバ４０と工具カウンターレシーバ４３が解放される。工具カウンターレシーバ４３及び／又はｙスライド３８を移動させることで、摩耗したホブ４４は工具ヘッド１７から取り除かれる。この目的のため、摩耗したホブ４４は場合により工具ホルダー５６に締着されてもよい。次に工具ヘッド１７はｘ、ｚ方向の移動により新たなホブ４４に移動する。工具カウンターレシーバ４３をｙ方向に移動させることで、新たなホブ４４は工具レシーバ４０に押し込まれ、工具レシーバ４０と工具カウンターレシーバ４３とに挟持される。次に新たなホブ４４はｚ方向の移動によって工具ホルダー５６から取り除かれ、ｘ方向の移動によってスタンド５に移される。カウンタースタンド６の新しくなった９０°の旋回により、加工すべき工作物２が作業スペース１５に配置される。完全に自動の工具変更はここで終了し、工作物２の歯状加工が継続される。

工作物２の加工の際、摩耗したホブ４４は手動により又は操縦装置を介して工具ホルダー５６から取り除くことができ、新たなホブ４４と交換できる。自動の工具変更のために、操作者のいない長い機械時間が実現され、そのため工作機械１の生産性がまたもや増大する。加えて、手動の工具変更により生じる、例えば定められていない非操作期間、工具変更の間の品質変動、操作者の生理的な作業ストレスなどの問題が回避される。自動の工具変更のための機械関連の出費は小さい。

さらなる加工ステップを実行するために、交差部材１２により補強されて補強要素１３の部品を形成する別なスタンドが機械フレーム３に配置されてもよい。例えば工作物２のデバリング及び／又は面取りのために使用される別の工具が、付加的な工具位置決めユニットによりこのスタンドに配置されてもよい。

１ 工作機械
２ 工作物
３ 機械ベッド
７ 旋回要素
１０ 工作物スピンドル旋回軸
１３ 補強要素
１６ 工具位置決めユニット
１８，１９ 工作物スピンドル
３７ 工具ヘッド旋回軸

Claims (15)

1. 機械ベッド（３）と、
   そこに配置された少なくとも２つの工作物スピンドル（１８，１９）を備えた旋回要素（７）と、
   そこに配置された工具ヘッド（１７）を備えた工具位置決めユニット（１６）と、を有し、
   前記少なくとも２つの工作物スピンドル（１８，１９）は、前記旋回要素（７）の工作物スピンドル旋回軸（１０）のまわりに前記機械ベッド（３）に対して旋回可能であり、歯状加工すべき工作物（２）用に回転軸（２４，２５）のまわりに回転駆動可能な工作物レシーバ（２０，２１）をそれぞれに有し、
   前記工具ヘッド（１７）は、３つの方向に前記少なくとも２つの工作物スピンドル（１８，１９）に対して直線的に移動可能であって、工具ヘッド旋回軸（３７）のまわりに旋回可能である、工作物に歯状部分を製作する工作機械において、
   前記工作物スピンドル旋回軸（１０）の方向に延在する軸受要素（８）が前記旋回要素（７）に固定して配置され、
   前記軸受要素（８）の自由端（１１）が、前記工作物スピンドル旋回軸（１０）のまわりに旋回可能に補強要素（１３）に設置され、
   前記補強要素（１３）は前記機械ベッド（３）に固着される、ことを特徴とする工作機械。
2. 前記機械ベッド（３）は、前記旋回要素（７）及びそこに配置された前記軸受要素（８）並びに前記補強要素（１３）と共に、作業スペース（１５）を４つの面に対して画定する補強フレーム（１４）を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工具位置決めユニット（１６）は前記補強要素（１３）に設置される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記補強要素（１３）はＬ型であり、前記機械ベッド（３）に対して固定して固着されて垂直なｚ方向に延在するスタンド（５）と、前記スタンド（５）を前記軸受要素（８）に連結している交差部材（１２）とを有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
5. 前記工作物スピンドル旋回軸（１０）は垂直なｚ方向に延び、前記旋回要素（７）は前記軸受要素（８）と共に旋回可能なカウンタースタンド（６）を形成する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の工作機械。
6. 前記補強要素（１３）は少なくとも部分的にフレーム形状であり、
   特に、前記スタンド（５）はフレーム形状であり、前記工具位置決めユニット（１６）は前記スタンド（５）の貫通口（３０）に設置されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の工作機械。
7. ｚ駆動モータ（３２）によって前記ｚ方向に直線的に移動可能なｚスライド（３１）が前記スタンド（５）に配置される、ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の工作機械。
8. ｘ駆動モータ（３４）によって水平なｘ方向に直線的に移動可能なｘスライド（３３）が前記ｚスライド（３１）に配置される、ことを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
9. 前記ｘ方向と平行に延びる前記工具ヘッド旋回軸（３７）のまわりにａ駆動モータ（３６）によって旋回可能な旋回部（３５）が前記ｘスライド（３３）に配置される、ことを特徴とする請求項８に記載の工作機械。
10. ｙ駆動モータ（３９）により前記ｘ方向及び前記ｚ方向と直交して直線的に移動できるｙスライド（３８）が前記旋回部（３５）に載置される、ことを特徴とする請求項９に記載の工作機械。
11. 前記工具ヘッド（１７）は前記ｙスライド（３８）上に配置される、ことを特徴とする請求項１０に記載の工作機械。
12. 前記工具ヘッド（１７）は、ホブ（４４）用の回転駆動可能な工具レシーバ（４０）と回転可能な工具カウンターレシーバ（４３）を有し、当該工具レシーバ及び当該工具カウンターレシーバは前記ホブ（４４）を締着、解放するために互いに対して直線的に移動可能である、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の工作機械。
13. 回転可能な工作物カウンターレシーバ（５２，５４）が、関連する前記工作物スピンドル（１８，１９）の前記回転軸（２４，２５）に対して同軸に前記軸受要素（８）にそれぞれ配置され、特に、前記ｚ方向に直線的に移動可能である、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の工作機械。
14. 前記旋回要素（７）と共に前記軸受要素（８）は、特に前記カウンタースタンド（６）はフレーム形状である、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の工作機械。
15. 工具マガジン（５５）が前記軸受要素（８）に配置される、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の工作機械。
    

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