JP6652839B2 - 歯車またはプロファイル研削盤およびその研削盤の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に予め歯切りまたは予め輪郭形成されたワークピースを研削するための、歯車またはプロファイル研削盤に関するものであり、研削盤は、少なくとも１つの研削工具を受けることが可能な少なくとも１つの工具スピンドルを備え、さらに研削盤は、キャリア要素に対して可動に配置される少なくとも１つのワークスピンドルであって、ワークピースを少なくとも一時的に研削工具と協働させるために、少なくとも１つの駆動装置によって工具スピンドルのところまで駆動されることが可能なワークスピンドルを備える。さらに、本発明は、そのような歯車またはプロファイル研削盤を動作させるための方法に関する。

特に歯車の製造において、仕上げ研削工程は、非常に重要である。その工程で、歯面は、研削加工を施されることにより、精密に輪郭加工される。歯車装置の製造のための効率的な方法は、研削ウォームによる創成研削、またはプロファイル研削ディスクによるプロファイル研削である。

特に小さい歯車装置（約２００ｍｍまでの歯先円直径）の場合のワークピースでは、その工程の主時間は、副時間と比較して相対的に短い。主時間が相対的に短いことから、主時間と副時間の比率が改善された経済的製造プロセスを得るための、研削盤および研削方法が求められる。これは、特に加えて、ワークピースの多様化の結果としてワークピースのロットサイズも小さくなる場合に、当てはまることである。その場合、セットアップ時間の短縮が、ますます重要となる。

上記タイプの歯車研削盤ならびにその動作のための方法は、特許文献１で知られている。この文献に、加工主時間と副時間との好ましい比率が得られることを特徴とするソリューションが既に記載されている。これにより、経済的に効果的な製造が可能である。また、セットアップの割合も、加工主時間に対して短く維持することができる。同様のソリューションは、特許文献２で提示されており、これは、交互に作動させる２つのワークスピンドルを用いている。

しかしながら、そのような「ピックアップ・コンセプト」による歯車研削盤は、加工される歯車の直径が大きくなると（特に１２５ｍｍ超の直径で）、ワークピースのハンドリングの際の質量力が極めて大きくなるという問題があり、これにより、要求される位置決め精度が問題となって、精巧な対策なしでは要求品質水準を確保することができない。従って、特許文献１の設計による研削盤では、高信頼性の歯車研削加工のためには、ワークピースのサイズは最大直径１２５ｍｍに、ほぼ限定される。高信頼性で加工される寸法を超えるワークピースを加工することは、概念的に振動による影響を受けやすいことから難しい。

欧州特許第２３０５４０９号 独国特許出願公開第１９９２０３２３号

そこで、本発明の目的は、深刻な振動に関する研削盤設計の概念的制約の解消を可能とするような、上記タイプの研削盤およびその動作のための対応する方法を、さらに開発することである。この場合、これまで可能であったワークピースの少なくとも２倍の直径まで、および高信頼性で機械加工されるワークピースの４倍の質量までを目標とする。

その方法として、本発明による本目的のソリューションは、キャリア要素に対して、またはキャリア要素内に、少なくとも１つのマス部材を配置することを特徴とし、それは、ガイド要素に対して、またはガイド要素上で、駆動要素によって可動に配置されるものであって、マス部材は、永久的に、他の機械部分および／またはワークピース部分および／または工具部分と接触することはない。

この場合、好ましくは、マス部材は、ガイド要素に対して、またはガイド要素上で、直線的に可動である。ガイド要素は、好ましくは、リニアガイドとして設計されている。駆動要素は、好ましくは、サーボモータとして設計されている。こうして、上記マス部材は、本発明により、その質量力のみが用いられる部分として機能し、マス部材と他の機械部分との接続は、上記ガイド要素以外にはない。

本発明の好ましい実施形態によれば、１つのキャリア要素に対して２つのワークスピンドルが配置される。この場合、キャリア要素は、垂直方向に延在する塔として設計することができる。このとき、キャリア要素は、好ましくは、垂直軸の周りに回転可能に配置される。このとき、少なくとも１つのマス部材は、ガイド要素に対して、またはガイド要素上で、水平方向に可動に配置することができる。

歯車またはプロファイル研削盤の動作のための方法は、本発明によれば、キャリア要素に対して、またはキャリア要素上で、ワークスピンドルが変位するのと同時に、ガイド要素に対して、またはガイド要素上で、少なくとも１つのマス部材を駆動要素によって変位させることを特徴とし、このとき、マス部材は、永久的に、他の機械部分および／またはワークピース部分および／または工具部分と接触することはない。

この場合、好ましくは、ワークスピンドルの変位は垂直方向に生じ、マス部材の変位は水平方向に生じる。

２５０ｍｍまでの直径のワークピース用の「ピックアップ・コンセプト」による歯車研削盤に本発明を適用する場合、好ましくは、２つのワークスピンドルは、垂直方向に可動に、互いに対して１８０°の角度で、旋回塔に配置される。これにより、「ピックアップ・スピンドル」の高ダイナミクスに起因して（すなわち、ワークスピンドルの垂直方向の動きで）生じる質量力は、旋回塔に組み込まれた別個のマス部材（「防振マス部材」）によって相殺される。

この場合、研削結果へのマイナスの影響は回避される。マス部材の制御および寸法設定によって、ダイナミクスに関する垂直軸の制限がないことが考慮されなければならないことが確実とされる。

本発明によって提案される設計によって、２５０ｍｍまでの直径、さらにはそれより大きい直径のワークピースを、好ましい「ピックアップ研削盤コンセプト」によって、問題なく加工可能とすることができ、すなわち、従来の直径１２５ｍｍのワークピースをはじめとして、これにより２倍の直径のワークピースまでが実現可能である。こうして、追加の製造能力をエネルギー効率の良い方法で得ることができる。全体として、これに応じて、歯車研削工程の経済性が向上する。

好ましくは、２つの「ピックアップ」ワークスピンドルは、単一の塔に配置され、それらのワークスピンドルは、反対側に取り付けられる。第３の位置に、研削工具のドレッシング用のドレッサを設けることができる。この場合、一方のワークスピンドルにおいて部品が加工されている間に、第２のスピンドルでは、既に加工済みのワークピースを、例えばコンベアベルトの上に載置する。その後、新たな部品を、ベルトからピックアップ・スピンドルによって取得し、クランプし、位置合わせする。第１のワークスピンドルにおける部品の加工が完了したら、塔を垂直軸の周りに１８０°回転させて、これにより、次のワークピースを加工するために加工エリアに移す。

概して、ローディング／アンローディング側でピックアップ・スピンドルが動く際に、発生する質量力を相殺するために、旋回塔に組み込まれたマス部材（「防振マス部材」）によって、相殺する動き（反対の動き）を実現する。

本コンセプトにより、好ましくは、ＮＩＯ／ＳＰＣ部品を送出するための最大３つのマガジンを備えた統合ストレージを設ける。また、このストレージは、クランプ手段を自動的に交換するために提供される。

効果的には、提案される研削盤は、特に、自動車および機械製造産業での用途に適用可能である。例として、乗用車用ギアボックス（マニュアルギアボックス、有段自動変速機、デュアルクラッチギアボックス）、遊星歯車の一部（好ましくは、３０〜６０ｍｍの直径を有するもの）および制御歯車（好ましくは、５０〜１６０ｍｍ）、ならびに車軸駆動ギア（好ましくは、１７０〜２５０ｍｍ）が挙げられる。同様に、トラック用ギアボックスならびに工業用ギアボックスを挙げるべきである。

本特許出願人による特許文献１に記載されているような研削盤の実施形態は、この場合に特に好ましく、この文献を明示的に参照する。

工具スピンドルの領域において、機台上に、または機台に対して、カウンタホルダを固定して配置することができる。このカウンタホルダは、両方のワークスピンドルによって使用されることができる。また、周辺装置をさらに設けることができる。ある位置で、ワークピースのためのアライメント装置を、機台上に、または機台に対して、固定して配置することができる。

さらに、研削工具のためのドレッシング装置を、キャリア要素（塔）に配置することができ、これによって、必要に応じて研削工具をドレッシングすることができる。

さらに、別の位置で、ワークピースのための遠心ステーションを、機台上に、または機台に対して、固定して配置することができる。

さらに別の位置で、クランプ手段のための交換ステーションを、機台上に、または機台に対して、固定して配置することができる。さらに、ワークピースを載置するためのステーションを、機台上に、または機台に対して、配置することができる。この場合、好ましい実施形態では、クランプ手段のための交換ステーションと、ワークピースを載置するためのステーションは、それぞれ、少なくとも２つの載置場所を有する回転テーブルを備える。この場合、好ましくは、クランプ手段のための交換ステーションと、ワークピースを載置するためのステーションは、一体型ユニットとして設計される。

最後に、工具スピンドルの領域において、研削工具のための交換ステーションを、機台上に、または機台に対して、固定して配置することができる。

効果的に、提案されるコンセプトによって、副時間を最適化（最短化）することができ、さらに、自動化のためのセットアップ・プロセスおよび機能を統合することができる。ワークスピンドルへのワークピースのローディングおよびアンローディング、クランピング、歯車の位置合わせ（心合わせ）、ワークピースの加速および減速ならびに遠心動作を、他方のワークスピンドルにおける研削と並行して、実現することができる。従って、提案されるコンセプトにより、副時間に関する大幅な改善も可能となる。

本発明の実施形態を、図面に示している。

歯車研削盤の斜視図。垂直に延在する塔の形態のキャリア要素を備え、これに２つのワークスピンドルが配置されており、これにより、ワークピースをローディング／アンローディング・エリアから研削位置に移動させるとともに、戻すように移動させる。 図１に対応する正面図

図面に、歯車研削盤１を示しており、これは機台１１を備えている。機台１１には、まず、歯車研削加工を実施することを可能とするための一般的な要素が配置される。従って、研削盤１は、特に、工具キャリアに配置される研削工具４（研削ディスクまたは研削ウォーム、場合によっては、例えば粗加工用と仕上げ加工用の、軸方向にオフセットした複数の研削工具であり得る）を備えた工具スピンドル３を有し、この工具スピンドル３は、研削工程で要求される動きを実現可能とするように、対応する可動ガイド上に配置されている。図面に、動きの想定される方向を、両矢印すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂで示している。しかしながら、これらの軸は、通常、設けられるものであるため、これらについて、本明細書でこれ以上の解説はしない。

さらに、歯車研削盤１には、２つのワークスピンドル５、６が設けられており、これらはそれぞれ、ワークピース２を受けるように設計されている（図１における回転軸Ｃ１およびＣ２を参照）。これら２つのワークスピンドル５、６は、垂直軸すなわち旋回軸ＣＴの周りに旋回可能に、塔の形態のキャリア要素７に配置されている。軸ＣＴの周りに旋回すると、ワークスピンドル５、６のうちの一方にクランプされたワークピース２を、研削位置Ｉからローディング位置ＩＩに、あるいは逆に位置ＩＩから位置Ｉに、移動させることができる。

ローディング位置ＩＩでは、図示されていない供給手段によって、ワークピース２をロードまたはアンロードすることができる。この場合、ワークピース２は、例えばコンベアベルトによって、当該研削盤に搬入または搬出することができる。当然のことながら、他のいずれかの形式で、例えばローディングセルで、ワークピース２を当該研削盤に供給または搬出することも可能である。

ワークピース２を、垂直方向すなわち垂直軸Ｖの方向に位置決めするために、ワークスピンドル５、６は、それぞれ、方向ＷＴ₁、ＷＴ₂に動く。ワークピース２が高質量である場合には、これによって、それぞれ方向ＷＴ₁、ＷＴ₂に速く動いたときにかなりの質量力が生じる。これを防ぐとともに打ち消すため、キャリア要素７に対して、またはキャリア要素７内に配置されたマス部材８が設けられており、これは、駆動要素１０によって可動に、ガイド要素９上に配置されている。マス部材８の移動方向を、図１にＸＴ₁で示している。ガイド要素９は、本例ではスクリュジャッキとして設計されている。マス部材８には、対応する（図示していない）ナットが配置されており、これがスクリュジャッキと協働する。従って、スクリュジャッキが回転すると、マス部材８は並進移動し、このとき、その回転は、サーボモータの形態の駆動要素１０によって実現される。

この場合、マス部材８は、永久的に、他の機械部分および／またはワークピース部分および／または工具部分と接触することはない。つまり、マス部材８は、（塔７においてガイド要素９を介して伝達される）その質量力によってのみ当該システムに作用する物体として（すなわち、防振マス部材として）機能し、ワークスピンドル５、６によって生じる質量力に対して、駆動要素１０の対応する制御によって、バランスを取るように作用する。

従って、図２を参照して、ワークスピンドル５が方向Ｒ₁に変位する場合、同時にマス部材８を特に方向Ｒ₂に移動させることができ、これにより、機台１１上で塔７が立設されている基点に関して、マス部材８の質量力によって相殺するトルクが結果的に得られ、全体として、より安定した塔の立設状態が得られる。こうして、図２で分かるように、この具体例では、ワークスピンドル５の垂直方向Ｖの動きに対して、対抗するマス部材８の水平方向Ｈの動きが設定されて、上記バランスは、マス部材８の質量力によって得られる。

塔７は、本例では回転テーブル１２上に配置されている。研削盤の脇には、ローディング／アンローディング・エリア１３が配置されている。さらに、アライメントユニット１４、ドレッシングユニット１５、クランプ手段の交換ステーション１６（ＳＰＣ（測定対象部品）／ＮＩＯ（不良部品）の載置場所）、心押台１７、研削工具の交換ステーション１８、に言及しなければならない。

アライメントユニット１４について、以下のことに留意すべきである。このユニットは、本実施形態では、セットアップ不要のアライメントセンサを備え、これは、好ましくは、（少なくとも）１つのＮＣ軸を有し、これにより、（少なくとも）１軸の直動を実現することができる。

１ 歯車またはプロファイル研削盤
２ ワークピース
３ 工具スピンドル
４ 研削工具
５ ワークスピンドル
６ ワークスピンドル
７ キャリア要素（塔）
８ マス部材
９ ガイド要素（リニアガイド）
１０ 駆動要素（サーボモータ）
１１ 機台
１２ 回転テーブル
１３ ローディング／アンローディング・エリア
１４ アライメントユニット
１５ ドレッシングユニット
１６ クランプ手段の交換ステーション
１７ 心押台
１８ 研削工具の交換ステーション
Ｖ 垂直軸
Ｈ 水平軸
ＣＴ 旋回軸
Ｉ 研削位置
ＩＩ ローディング位置

Claims (8)

1. 特に予め歯切りまたは予め輪郭形成されたワークピース（２）を研削するための、歯車またはプロファイル研削盤（１）であって、
   当該研削盤は、少なくとも１つの研削工具（４）を受けることが可能な少なくとも１つの工具スピンドル（３）を備え、さらに当該研削盤は、キャリア要素（７）に対して可動に配置される少なくとも１つのワークスピンドル（５，６）であって、前記ワークピース（２）を少なくとも一時的に前記研削工具（４）と協働させるために、少なくとも１つの駆動装置によって前記工具スピンドル（３）のところまで駆動されることが可能なワークスピンドルを備え、当該研削盤は、
   前記キャリア要素（７）に対して、または前記キャリア要素（７）内に、少なくとも１つのマス部材（８）が配置され、それは、ガイド要素（９）に対して、またはガイド要素（９）上で、駆動要素（１０）によって可動に配置されており、前記マス部材（８）は、前記ワークピース（２）の移動によるアンバランスを抑制する重量物であり、
   前記駆動要素（１０）は、サーボモータとして設計されている
   ことを特徴とする歯車またはプロファイル研削盤。
2. 前記マス部材（８）は、前記ガイド要素（９）に対して、または前記ガイド要素（９）上で、直線的に可動である
   請求項１に記載の歯車またはプロファイル研削盤。
3. 前記ガイド要素（９）は、リニアガイドとして設計されている
   請求項１または２に記載の歯車またはプロファイル研削盤。
4. １つのキャリア要素（７）に対して２つのワークスピンドル（５，６）が配置されている
   請求項１ないし３のいずれかに記載の歯車またはプロファイル研削盤。
5. 前記キャリア要素（７）は、垂直方向（Ｖ）に延在する塔として設計されている
   請求項４に記載の歯車またはプロファイル研削盤。
6. 前記キャリア要素（７）は、垂直軸（Ｖ）の周りに回転可能に配置されている
   請求項５に記載の歯車またはプロファイル研削盤。
7. 前記少なくとも１つのマス部材（８）は、前記ガイド要素（９）に対して、または前記ガイド要素（９）上で、水平方向（Ｈ）に可動に配置されている
   請求項４ないし６のいずれかに記載の歯車またはプロファイル研削盤。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の歯車またはプロファイル研削盤（１）を動作させるための方法であって、
   該歯車またはプロファイル研削盤では、キャリア要素（７）に対して、またはキャリア要素（７）上で、少なくとも１つのワークスピンドル（５，６）が変位方向（ＷＴ₁，ＷＴ₂）に動かされ、
   前記キャリア要素（７）に対して、または前記キャリア要素（７）上で、前記ワークスピンドル（５，６）が変位するのと同時に、ガイド要素（９）に対して、またはガイド要素（９）上で、少なくとも１つのマス部材（８）を駆動要素（１０）によって変位させ、このとき、前記マス部材（８）は、重量物として、前記ワークピース（２）の移動によるアンバランスを抑制し、
   前記ワークスピンドル（５，６）の変位は垂直方向（Ｖ）に生じ、前記マス部材（８）の変位は水平方向（Ｈ）に生じる
   ことを特徴とする方法。

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