JP6794608B2 - 工作物を機械加工するための機械加工ユニット - Google Patents

Description

本発明は、特に細長い工作物、とりわけシャフトなどの工作物を機械加工するため、とりわけ回転させる、および／または切削加工するための機械加工ユニットに関する。

特に細長い工作物、とりわけシャフトなどの工作物を機械加工するため、とりわけ回転させる、および／または切削加工するための機械加工ユニットは基本的に知られている。工作物を機械加工するための装置において意図されるように対応する機械加工ユニットは利用される。対応する装置は、例えば回転および／または切削加工システムおよび／または機械であってよく、任意選択で組み合わせることができる。

工作物の機械加工において、とりわけ、例えば溝を形成するための切削加工作業において、機械加工の時間を短縮し、工具に対する摩耗を軽減するために、異なる移動経路および／または異なる移動軸での処理工具の組み合わせた移動が適切である場合がある。
そのような組み合わせた移動を実現するためには、これまではそれに応じて機械加工されるべき工作物に対して機械加工ユニット全体を移動させることが慣例であった。対応する移動を実現するには、対応する機械加工ユニットの重量が大きいことから、かなり大きな労力が関係する。要求される精度を有する、任意選択で動的な変動を伴う、移動の複雑な経路および／または輪郭を実現することは困難である。

本発明の目的は、工作物を機械加工するための従来技術と比較して改良された機械加工ユニットを提供することである。

この目的は、クレーム１による機械加工ユニットによって達成されることによって実現される。それに従属するクレームは、機械加工ユニットの特有の実施形態に関連している。

本明細書に記載される機械加工ユニットは、工作物を機械加工するために使用される。用語「機械加工」は、とりわけ回転および／または切削加工を指すように理解される。用語「機械加工」はこれにより、回転作業、切削加工作業、および組み合わされた回転／切削加工作業、および／または組み合わされた切削加工／回転作業を含む。機械加工ユニットを用いて機械加工されるべき工作物は、特に細長い構成要素であり、とりわけ円筒形の構成要素、例えばシャフト要素または単なるシャフト、あるいはディスク状の構成要素である。対応する構成要素は、例えば駆動技術、例えばモータ駆動装置のための駆動シャフト、例えばポンプ装置のポンプ要素などのコンベア技術、例えばタービン装置のタービンブレードのためのロータハブ要素などのエネルギー技術、あるいは例えば押し出し成形または射出成形装置のウォームギヤ要素などの材料処理技術の分野で使用される。前述のリストは、１つの例として理解されるべきであり、故に決定するものではない。

機械加工ユニットは、少なくとも１つの機械加工工具を備える。機械加工工具は、第１の移動経路と、第１の移動経路とは異なる第２の移動経路において移動させることができ、それ故、任意選択で組み合わせ可能な、または組み合わされた少なくとも２つの異なる移動経路において移動面内で移動させることができる。移動面は、少なくとも２つの異なる移動経路によって規定することができる。移動面は、例えば水平方向などの基準面に対して水平方向に、または傾いて、または特定の傾斜角で整列されてよい。後者のケースでは、見る方向に応じて隆起したり下降したりする溝の幾何学形状を、特に機械加工されるべき工作物の長手方向に実現させることができる。移動面は、少なくとも一部の区画において、任意選択で完全に、曲げられる、湾曲される、またはアーチ状にされる場合がある。

これに加えて分かるように、対応する移動経路は、とりわけ移動の直線軸である。これにより対応する移動経路は、移動の直線軸を描くことができる。しかしながら、移動経路はまた原則として、異なるように（移動の面内で）配向された、および／または整列された移動経路の部分、すなわち例えば、少なくとも一部の部分において曲げられた、または湾曲された、あるいは少なくとも一部の部分に屈曲部および／または曲率を有して伸びる、あるいは少なくとも一部の部分において特定の角度で、および／または斜めに伸びる移動経路を有する場合もあることが指摘されるべきである。

本明細書に記載される機械加工ユニットに関して、機械加工ユニットに対する、および／またはそこに属する機械加工ユニットの筐体部分に対する機械加工工具の移動は、基本的な機能構成要素、例えば機械加工工具などが中にまたは上に配置される、および／または形成される「機械加工ユニットシステム」に基づいて行われる必要があることが重要である。機械加工工具はよって、機械加工ユニットに対する、および／またはそれと関連付けられた筐体部分に対する少なくとも２つの異なる移動経路において移動させる（支持される）ことができる。機械加工工具の移動（機械加工されるべき工作物に対する）はよって、機械加工ユニット全体の任意選択の（追加のおよび／または重なった）移動（機械加工されるべき工作物に対する）とは独立して、および／またはそこから切り離して行うことができる。例えばトロコイドおよび／またはサイクロイドである、２つの異なる移動経路の組み合わせから生じる、典型的には複雑である機械加工工具の移動とは対照的に、機械加工ユニット全体のいかなる移動も典型的には、機械加工されるべき工作物の面に従う機械加工ユニットの前進を実現するための単純な直線的な移動しか伴わない。対応する前進移動は、例えば切削加工作業に関連付けられるように知られている。

導入部に提示された従来技術とは対照的に、工作物を機械加工するための機械加工ユニットの意図される利用の範囲において、機械加工ユニット全体を、任意選択で２つの異なる移動経路の組み合わせから生じる移動を実行するように仕向けることは必須ではない。機械加工工具のみが、対応する移動を実行するようにさせられる。移動させるべき質量は、こうして大幅に縮小され、これにより任意選択で動的な変動を伴い、高い精度を有する複雑な移動経路および／または輪郭の実現を可能にする。

機械加工工具の移動を実現するために、機械加工ユニットは、少なくとも１つの駆動ユニットを備える。駆動ユニットは、機械加工工具に機能的に関連付けられており、機械加工ユニットの機能構成要素としてそれらに機能的におよび／または構造的に組み込まれている。機械加工ユニットが、１つの（単一の）駆動ユニットを備える場合、この駆動ユニットは、第１の移動経路における、および第２の移動経路における機械加工工具の任意選択で組み合わせた移動のために備わっている。

機械加工ユニットはまた、当然のことながら、複数の（別個の）駆動ユニットを備える場合もある。特に、機械加工ユニットは、２つの別個の駆動ユニットを備えてよい。これらの駆動ユニットは、機械加工工具に機能的に関連付けられており、機械加工ユニットの機能構成要素として、同一のものに機能的におよび／または構造的に組み込まれている。第１の駆動ユニットまたは複数の第１の駆動ユニットの１つのグループは、第１の移動経路における機械加工工具の移動のために備わっている。第２の駆動ユニットまたは複数の第２の駆動ユニットの１つのグループは、第２の移動経路における機械加工工具の移動のために備わっている。

駆動ユニット（複数可）は、例えば駆動モータとして、特に電気駆動モータとして設計されてよい、および／または少なくとも１つのそのような駆動モータを備える場合もある。対応する駆動モータは、例えば具体的にサーボモータまたはリニアモータであってよい。駆動ユニットが１つしかない場合、それは、特にサーフェスモータとして設計され、これは、２つの異なる移動経路において機械加工工具を移動させるために備わっている。動力は、駆動ユニットに接続され、かつ動力供給源（電気）から始まっている動力供給ラインを介して、特に動力供給ネットワークにおいてそれぞれの駆動ユニットに供給されてよい。

既に述べたように、第１の移動経路は、第１の移動の直線軸であってよい、または第１の移動の直線軸を描く場合もあり、これは典型的には、水平方向の配向、または直線の構成分を含む第１の移動軸を有する。第１の移動軸は、特に機械加工されるべき工作物（細長い）の長手方向軸を横切るように伸びてよい。駆動ユニットおよび／または複数の駆動ユニットのケースでは第１の駆動ユニットは、第１の移動軸内で、および／またはこれに沿って機械加工工具を移動させるためにそれに応じて備わっていてよい。第２の移動経路は、典型的にはこれもまた水平方向に配向される、移動の第２の直線軸であってよい、または第２の移動の直線軸を描く場合もあり、あるいは直線の成分を含む第２の移動軸であってよい、またはこれを描く場合もある。第２の移動軸は、特に機械加工されるべき工作物（細長い）の長手方向軸に対して平行に伸びてよい。駆動ユニットおよび／または複数の駆動ユニットのケースでは第２の駆動ユニットは、第２の移動軸内で、および／またはこれに沿って機械加工工具を移動させるために、それに応じて備わっていてよい。第１の移動軸および第２の移動軸は典型的には、特定の角度で、特に互いに対して直角に整列される、および／または配向される。

移動の面内での機械加工工具の組み合わせた移動を実施するために、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに組み込まれた制御ユニットが、機械加工ユニットと関連付けられる、および／または機械加工ユニットと関連付けられる場合もある。したがって、制御ユニットには、面内での機械加工工具の組み合わせた複数の移動または１つの移動を実施するための駆動ユニットおよび／または任意選択で第１および／または第２の駆動ユニット（複数可）を制御するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアが備わっている。既に述べたように、組み合わせた移動は、とりわけ移動の面内での機械加工工具のトロコイド運動および／またはサイクロイド運動であると理解されてよい。機械加工工具の、すなわち以下でより詳細に説明するように、特にこのような機械工具に属する、とりわけ工具切断縁部が備わった工具要素のトロコイド運動および／または任意選択で細長くなったサイクロイド運動は、偏心の円運動、またはとりわけ機械加工工具の円弧形状での移動である。そのような移動は、ベース面上のせん断された渦巻きの突出部のように伸びてよい。組み合わせた移動はまた、直線の成分を含む場合もあり、これにより円の一部、例えば特に半円を描く場合もある。制御ユニットは、機械加工ユニットの機能構成要素であってよい、すなわち筐体部分内に、またはその上に配置される、または設計されてよい。

機械加工工具は、工具要素の軸、特に工具要素の長手方向軸を中心に回転させることができる少なくとも１つの工具切断縁部を有する少なくとも１つの工具要素を備えてよい。工具要素は、例えば、切削加工工具または簡素なフライス盤、特に中仕上げカッターまたは仕上げカッターであってよい。工具要素の幾何学形状と構造上の設計に応じて、対応する工具切断縁部は、少なくとも一部の部分において工具要素の側面および／または端面上に設計されてよい。工具要素は、少なくとも工具切断縁部の領域では、好適な切断材料、すなわち例えば高速度鋼、硬質合金、セラミック、ダイアモンドまたは窒化ホウ素（ＣＢＮ）でできている。工具要素は、細長い、特に円錐形の、先細になった、または円筒形の幾何学形状を有してよい、および／または少なくとも一部の部分において、特に要素全部にわたって基本形状を有してよい。

円錐形に先細になる幾何学形状を有する工具要素は、機械加工されるべき工作物の中に、円錐形に先細になる溝、および／または円錐形に先細になる溝に似た面構造を形成するのに適切である。

細長い工具要素は、特に切り下げを備えた、長手方向に拡大された、または先細になる、例えば少なくとも１つの外形を有してよい。対応する外形により、適切に外形が形成された溝および／または溝形式の面構造のそれぞれの設計が可能である。上記に挙げた円錐形に先細になる幾何学形状と組み合わせにおいて、例えば蟻継式の構造体、またはクリスマスツリー形状の構造体、すなわち、いわゆるクリスマスツリー形状の溝または蟻継された溝を実現することが可能であり、これは、例えばタービンブレードを保持するためのロータハブ要素に適している。

工具要素の幾何学形状と構造上の設計および／または成形作業は、機械加工ユニットの意図される使用によって工作物の中に形成されるべき外形に対して基本的に選択される。

機械加工ユニットは、締結インターフェースへの、とりわけ工作物を機械加工するために機械加工ユニットを収容する装置の機能ユニットの対応するインターフェースへの機械加工ユニットの解除可能な締結（損傷および／または破壊を伴わずに）を行うために、とりわけフランジのように設計された締結インターフェースを有してよい。対応する装置の端部の機能要素は、例えば機械加工されるべき工作物の面に従う機械加工ユニットの前方送りを実施するための前方送り装置であってよい。締結は解除可能であるため、機械加工ユニット全体の対応する装置上での簡素で迅速な組み立て、および／またはそこからの簡素で迅速な解体が可能である、すなわち機械加工ユニットの簡素で迅速な置き換えおよび／または交換が可能である。

機械加工ユニットは、例えば相互作用を利用して、とりわけ機械加工ユニット端部にある締結インターフェースと、装置端部にある締結インターフェースとの機械的な相互作用を利用して形態適合および／または押し込みロック式に装置の機能ユニットに取り付けられてよい。よって、好適な締結部分および／または要素は、例えば形態適合および／または押し込みロック式で、機械加工ユニットの装置の端部にある機能ユニットへの、および／またはそこからの解除可能な締結を可能にする。対応する締結部分および／または要素は、装置の端部にある機能ユニットへの機械加工ユニットのロックを可能にする、例えば形態適合部分および／または要素、すなわち例えば突起および／または凹部であり得る、あるいは、装置の端部にある機能ユニットに対して機械加工ユニットをねじ込むことを可能にする押し込みロック式の部分および／または要素、すなわち例えばねじ山付きのせん孔および／またはねじ山付きボルトである場合もある。

装置の端部にある対応する機能ユニットへの機械加工ユニットの解除可能な締結は、機械加工ユニットの手動の、あるいは自動化された変更および／または自動化が可能な変更を可能にする。後者は、工作物を機械加工するための方法の実施のオートマタビリティを改善し、かつ工作物を機械加工するための機械加工ユニットを装備した装置の機能上の完全性も高める。

機械加工ユニットは典型的には、機械加工ユニットの機能構成要素が中に、または上に形成される、または配置される筐体部分を備えることが言及されてきた。筐体部分は、１つまたは複数の部品で設計されてよい。筐体部分の複数部品の実施形態のケースでは、筐体部分は、筐体部分になるように組み立てることができる、および／または組み立て段階で組み立てられた複数の筐体部品要素を備える。

機械加工ユニットの対応する機能構成要素を表す少なくとも１つの駆動ユニットが、筐体部分の中またはその上に配置される、またはそこに設計されてよい。筐体部分の中での、すなわち筐体部分の内部での駆動ユニットの配置または設計は、駆動ユニットが、例えば悪影響を与える気候または機械的な影響および／または汚れから構造的に保護されるため、適切であり得る。筐体部分の上での、すなわち筐体部分の露出した外側での駆動ユニットの配置または設計は、例えば点検作業のために駆動ユニットに容易にアクセス可能であるため、適切であり得る。このような状況は、当然のことながら、機械加工ユニットが複数の駆動ユニットを備えるケースの場合も同様である。

全てのケースにおいて、少なくとも１つの駆動ユニットは、それが解除可能である（損傷および／または破壊を伴わずに）ようにして筐体部分に取り付けられてよい。例えば形態適合および／または押し込みロック式要素に、筐体部分への駆動ユニットの解除可能な締結を可能にする好適な締結部分および／または要素が、駆動ユニットと、筐体部分の両方に存在してよい。対応する締結部分および／または要素は、形態適合部分および／または要素であってよい、例えば、筐体部分に駆動ユニットをロックすることを可能にする、すなわち突起および／または凹部であってよい、あるいは筐体部分に駆動ユニットをねじ込むことを可能にする、押し込みロック部分および／または要素、すなわちねじ山付きのせん孔および／またはねじ山付きボルトである場合もある。この状況は、当然のことながら、機械加工ユニットが複数の駆動ユニットを備えるケースの場合も同様である。

機械加工工具をその中でおよび／またはそれに従って移動面内で移動させることができる上記に記載した第１および第２の移動経路を補うために、機械加工工具は任意選択で第３の移動経路で移動可能な場合がある。そうするためには、追加の駆動ユニット、すなわち機械加工ユニットが１つの駆動ユニットしか持たないケースの場合、第２の駆動ユニット、または機械加工ユニットが２つの駆動ユニットを備える場合は第３の駆動ユニットが存在する、あるいは追加の駆動ユニットの１つのグループが存在する場合があり、このような駆動ユニットは、第１および第２の移動経路によって規定される移動面に対して特定の角度で、とりわけ直角に伸びる第３の移動経路での機械加工工具の移動のために備わっている。第３の移動経路は典型的には垂直方向に向けられた移動経路である。第３の駆動ユニットは、駆動モータ、とりわけ電気モータであってよい、および／または第１の駆動ユニット（および任意選択の追加の駆動ユニット）のように少なくともそのようなモータを備える場合もある。

機械加工ユニットに加えて、本発明は、工作物の表面に溝または溝に似た面構造を形成するために、特に細長い工作物、とりわけシャフトなどの工作物を機械加工する、とりわけ回転させる、および／または切削加工するための装置に関する。機械加工ユニットに関連して述べたように、用語「機械加工」は、回転作業、切削加工作業、ならびに組み合わされた回転／切削加工作業、および／または組み合わされた切削加工／回転作業を含む。装置はよって、例えば、回転設備および／または機械、切削加工設備および／または機械、あるいは組み合わされた回転／切削加工設備および／または機械、あるい／ならびに組み合わされた切削加工／回転設備および／または機械であってよい。装置は、上記に記載したようにそれが少なくとも１つの機械加工ユニットを含むことを特徴とする。その結果、全ての実施形態はまた、機械加工ユニットと併せてこの装置にも同様に適用可能である。

特有の実施形態および／または特有の利用の分野に応じて、装置は、それぞれの機械加工を実施するのに必要とされる全ての機能ユニットを含む。この目的を達成するために、例えば機械加工ユニットに結合される、または結合させることができ、機械加工されるべき工作物に対して、とりわけ機械加工されるべき工作物の面に従って機械加工ユニット全体の前方への送り出しを実施するために備わっている前方送り装置が、そのうちの１つを含んでよい。前方送り装置と機械加工ユニットとの結合は、前方送り装置に対する機械加工ユニットの解除可能な締結を通して適切に達成され、この締結は、機械加工ユニットの端部と、装置の端部とにある締結インターフェースの上記で言及した相互作用によって実現されてよい。

機械加工ユニットおよび装置に加えて、本発明はまた、工作物を機械加工するための方法にも関する。この方法は、それが、ここで説明される装置および／または機械加工ユニットを用いて実施されることを特徴とする。その結果、機械加工ユニットおよび／または装置と関連する全ての実施形態は、この方法に関しても同様に適用可能である。

方法は、とりわけ溝または溝に似た面構造、特に異なる外形を有するものを機械加工される工作物、すなわち例えばシャフトの工作物面内に形成するために使用されてよい。大抵のいかなる溝の幾何学形状も、この方法によって形成することができ、とりわけ任意選択で様々に成形された、および／またはそのように伸びている溝（深さ）部分を有する外形、すなわち例えばハンマーヘッド形、蟻継式またはクリスマスツリー形状の溝などをこの方法によって形成することができる。

方法は典型的には、機械加工されるべき工作物が供給され、装置内に締結される、および／または固定される第１のステップと、機械加工されるべき工作物が、例えば回転および／または切削加工によって機械加工される少なくとも１つの追加ステップとを含む。工作物の機械加工は当然のことながら、この方法に従う複数のサブステップにおいて行われてよい。

本発明は追加で、図面に例示される実施形態に基づいて説明される。

例示の一実施形態による機械加工ユニットの基本的な図である。 例示の一実施形態による機械加工ユニットの基本的な図である。 例示の一実施形態による機械加工ユニットの基本的な図である。 例示の一実施形態による機械加工ユニットの基本的な図である。 一実施形態による装置の基本的な図である。

図１および図２は、第１の実施形態による機械加工ユニット１の基本的な図を各々示している。機械加工ユニット１は、図１では側面図で、図２では上面図で例示されている。

機械加工ユニット１は、工作物２（図５を参照）を機械加工するために使用される。用語「機械加工」は、とりわけ回転および／または切削加工を指すように理解すべきである。機械加工ユニット１を利用して機械加工されるべき工作物２は、特に細長い構成要素、とりわけ円筒形の構成要素であり、例えばシャフト要素または単なるシャフトあるいはディスク状の構成要素である。具体的には、工作物２は、例えばタービンブレードを固定するためのロータハブ要素であってよく、この場合、機械加工は、溝を形成する、特にクリスマスツリーの形状で溝を形成するように機能する。このような溝は、タービンブレードを固定するのに利用される。

機械加工ユニット１は、機械加工工具３を備える。機械加工工具３は、第１の移動経路（図２の両方向の矢印Ｐ１を参照）において、および第１の移動経路と異なる第２の移動経路（図２の両方向の矢印Ｐ２を参照）において移動させることができ、その結果、組み合わせることができる２つの異なる移動経路で移動させることができる。

第１の移動経路は、機械加工ユニット１の作動中に機械加工されるべき工作物２（細長い）の長手方向軸を横切るように伸びる、水平方向に整列された第１の直線の移動軸である（図１および図２の座標系：ｚ軸）。第２の移動軸もまた、水平方向に整列された第２の移動軸（図１および図２の座標系：ｙ軸）であるが、これは、機械加工ユニット１の作動中に機械加工されるべき工作物２（細長い）の長手方向に対して平行に伸びている。第１および第２の移動経路、および／または第１および第２の移動軸はこれにより、互いに対して直角に整列される、および／または配向される。この時点で、機械加工ユニット１に結合された前方送り装置を利用して実現することができる、工作物２に対する機械加工ユニット１全体の可能な前方に送る移動は、図１〜図３に示されるｚ軸において行われることも述べられるべきである。

２つの移動経路および／または移動軸は、移動面Ｅを規定し、この面もまた、２つの移動経路および／または移動軸の配置および配向が理由で、水平方向に整列される、すなわち機械加工されるべき工作物２の面に対して平行に整列される（図２を参照）。

図面に示される実施形態における移動経路は各々移動の直線軸であるが、移動経路はまた原則として、（移動面内で）異なるように配向された、および／または異なるように整列された移動経路の一部を含む、すなわち、少なくとも一部の部分において曲げられた、および／または湾曲された、あるいは少なくとも一部の部分において特定の角度で、および／または斜めに伸びる移動経路の一部を含む場合もあることも指摘されるべきである。

機械加工工具３の移動を実施するために、機械加工ユニット１は、少なくとも２つの駆動ユニット４ａ〜４ｃを備える、または図２による実施形態では３つの別個の駆動ユニットを備える。駆動ユニット４ａ〜４ｃは、機械加工工具３と基本的に関連付けられており、機械加工ユニット１の機能構成要素として機能的に組み込まれている。図１および図２に示される実施形態では、駆動ユニット４ａ〜４ｃは、筐体部分５の中、すなわち筐体部分５の内部に配置される。しかしながら駆動ユニット４ａ〜４ｃを筐体部分５の上、すなわち筐体部分５の露出した外側に配置させることも想像することができる。全てのケースにおいて、駆動ユニット４ａ〜４ｃは、それらを解放することができるようなやり方で（破損および／または破壊を伴わずに）筐体部分５に取り付けられてよい。

第１の駆動ユニット４ａ（図１を参照）または複数の第１の駆動ユニット４ａ、４ｂ（図２を参照）の１つのグループは、機械加工工具３を第１の移動軸（第１の移動経路）においておよび／またはそれに沿って移動させるために（共通して）備わっている。第２の駆動ユニット４ｃは、機械加工工具３を第２の移動軸（第２の移動経路）においておよび／またはそれに沿って移動させるために備わっている。逆の構成、すなわち第１の駆動ユニット４ａと、第２の駆動ユニット４ｃのグループも、当然のことながら、図２による実施形態に関して想像することが可能である。

駆動ユニット４ａ〜４ｃは典型的には、少なくとも１つの電気駆動モータとして具現化される、および／またはそれを備える。対応する駆動モータは、例えばサーボモータまたはリニアモータであってよい。駆動ユニット４ａ〜４ｃに対する（電気の）動力は、このような駆動ユニットに接続され、（電気）動力供給源（図示せず）から離れるように導く動力供給ライン（図示せず）を利用して供給される。

駆動ユニット４ａ〜４ｃを機械加工ユニット１に機能的におよび／または構造的に組み込む、すなわち具体的には機械加工ユニット１に属する筐体部分５に組み込むことの結果は、機械加工ユニット１の機能構成要素、例えば機械加工工具３などが、機械加工工具３の機械加工ユニット１および／または筐体部分５に対する移動が「機械加工ユニットシステム」に関連して行われるようなやり方で配置される、または形成されることになる。機械加工工具３はこうして、機械加工ユニット１、および／またはそれに属する筐体部分５に対して、少なくとも２つの異なる移動経路で移動させることができる。機械工具３の移動（機械加工されるべき工作物２に対する）はよって、機械加工ユニット全体の（機械加工されるべき工作物２に対する）任意選択の（追加のおよび／または重なった）移動とは独立して、および／または切り離して行うことができる。２つの異なる移動経路の組み合わせにより生じる機械加工工具３の典型的に複雑な移動、例えばトロコイド運動および／またはサイクロイド運動とは対照的に、機械加工ユニット１全体の移動は典型的には、機械加工されるべき工作物面に従う機械加工ユニット１の前方への送り出しを実施するための簡素な直線移動である。対応する前方に送る移動は、例えば切削加工作業に関連付けられて知られている。

したがって、機械加工ユニット１全体に、２つの異なる移動経路の組み合わせから任意選択で生じ得る複雑な移動を実行させるようにする必要はない。機械加工工具３のみが対応する移動に誘導される。移動させる質量が、これにより大幅に軽減され、これにより、高い精度で任意選択で動的に変更される複雑な移動経路および／または移動の輪郭を実現することを可能にする。

機械加工工具３の組み合わせた移動を移動面Ｅ内で実施するために、機械加工ユニット１は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに組み込まれた制御ユニット６と関連付けられる。制御ユニット６は、機械加工ユニット１の機能構成要素であり、筐体部分５の中に配置または設計される。制御ユニット６には、移動の面Ｅ内で機械加工工具３の組み合わせた移動を実施するために、駆動ユニット４ａ〜４ｃを制御するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアが備わっている。組み合わせた移動は、とりわけ移動の面Ｅ内での機械加工工具３のトロコイド運動および／またはサイクロイド運動であってよい。機械加工工具３の、すなわちとりわけそれに対応付けられ、かつ工具切断縁部（より詳細には説明されない）を装備した工具要素７の、任意選択で細長くなったトロコイド運動および／またはサイクロイド運動は、機械加工工具３による偏心円運動または円弧の形態での移動として理解されるべきである。そのような移動は、ベース面上のせん断された渦巻きの突出部のように伸びてよい。しかしながら組み合わせた移動ははまた、例えば直線成分を含む場合もあり、これにより、例えば円の一部、とりわけ半円を描く場合もある。

上記に挙げた工具要素７は、細長い幾何学形状を有し、故にそれを中心に回転することができる工具要素の長手方向軸ａを有する。機械加工によって材料の除去を実施するために、工具要素７は、１つまたは複数の工具切断縁部（図示せず）を備える。工具要素７は典型的には、一言で言えば切削加工工具または簡素なフライス盤、特に中仕上げカッターまたは仕上げカッターであってよい。工具切断縁部は、少なくとも一部の部分において工具要素７の側面および／または端面上に形成されてよい。工具要素７は、少なくとも工具切断縁部の領域では、好適な切断材料、すなわち高速度鋼、硬質合金、セラミック、ダイアモンドまたは窒化ホウ素（ＣＢＮ）でできている。

工具要素７は、円錐形に先細になる、または円筒形の幾何学形状、および／または基本形状を有してよい。円錐形に先細になる幾何学形状を有する工具要素７は、機械加工されるべき工作物２の中に円錐形に先細になる溝および／または溝に似た面構造を形成するのに適切である。工具要素７はまた、長手方向に先細になる、特に下を切り取られている、または拡張された少なくとも１つまたは複数の外形を有してよい。工具要素７の対応する外形の形成によって、機械加工されるべき工作物２の中に外形が形成された溝および／または溝に似た面構造を形成することができる。工具要素７の円錐形に先細になる幾何学形状との組み合わせにおいて、例えばタービンブレードを固定するためのロータハブ要素の製造のために工具要素７を利用することによって、クリスマスツリー形状の構造体または蟻継式の構造体、すなわち、いわゆるクリスマスツリー形状の溝または蟻継された溝を実現することが可能でる。

機械加工ユニット１が、工作物２を機械加工するために機械加工ユニット１を収容するための装置１１の機能ユニット１０の締結インターフェース９への、詳細には対応するインターフェースへの機械加工ユニット１の解除可能な締結のために（損傷および／または破壊を伴わない）、とりわけフランジの形状で設計された締結インターフェース８を有することを図１および図２に基づいて見ることができる。図５に示される実施形態では、装置の端部にある機能ユニット１０は、機械加工されるべき工作物２の面に従う機械加工ユニット１の前方送りを実施するための前方送り装置（より詳細には図示されない）である。締結が解除可能であるため、機械加工ユニット１全体の装置１１およびまたは装置の端部上の機能ユニット１０の上への簡素で迅速な組み立ておよび／またはそこからの解体が可能であり、すなわち機械加工ユニット１の簡素で迅速な交換および／または置き換えが可能である。装置の端部にある対応する機能ユニット１０への機械加工ユニット１の解除可能な締結により、機械加工ユニット１の自動化が可能な、および／または自動化された置き換えを可能にする。

機械加工ユニット１は、装置の端部にある締結インターフェース９に対する機械加工ユニットの端部にある締結インターフェース８の相互作用を利用して、形態適合式および／または押し込みロック式に装置１１の機能ユニット１０に取り付けられてよい。締結部分および／または要素１２、１３は、形態適合式および／または押し込みロック式で装置の端部にある機能ユニット１０への機械加工ユニット１の解除可能な締結を可能にし、例えばそれぞれの締結インターフェース８、９のために設けられている。対応する締結部分および／または要素１２、１３は、形態適合する部分、すなわち突起および／または凹部であってよく、これが、機械加工ユニット１を装置の端部にある機能ユニット１０に対してロックされることを可能にする、あるいは押し込みロック部分が、すなわちねじ山付きのせん孔および／またはねじ山付きボルトが、装置の端部の機能ユニット１０に対して機械加工ユニット１をねじ込むことを可能にする。

図１および図２には示されないが、機械加工工具３はまた任意選択で、上記に記載した第１および第２の移動経路に加えて、その中で、またはそれに沿って機械加工工具３を移動の面Ｅ内で移動させることができる第３の移動経路で移動可能である場合もある。この目的のために、特定の角度で、詳細には移動の面Ｅに対して直角に伸びる移動の第３の経路で機械加工工具３を移動させるために装備された追加の駆動ユニット（図示せず）が存在する場合もある。移動の第３の経路は典型的には、垂直方向に向けられた移動経路（ｘ方向）である。

図３および図４は、第２の実施形態による機械加工ユニット１の基本図を各々示している。機械加工ユニット１は、図３では側面図で、図４では上面図で示されている。

図１および図２に示される第１の実施形態とは対照的に、第２の実施形態による機械加工ユニット１は、１つの（単一の）駆動ユニット４ａのみを備える。駆動ユニット４ａは、機械加工工具３の移動のため、とりわけ第１の移動経路での、および第１の移動経路とは異なる第２の移動経路での機械加工工具３の組み合わせた運動のために備わっている。駆動ユニット４ａは、例えば２つの異なる移動経路で機械加工工具を移動させるために装備されたサーフェスモータとして設計され、駆動ユニットは故に、第１の実施形態による２つの別個の駆動ユニット４ａ〜４ｃの機能を引き受けることで、第１の実施形態を併用する考察はまた、これに応じてこの第２の実施形態にも適用可能である。第２の実施形態による機械加工工具３はこうして、第１の実施形態による機械加工工具３と同様に機械加工面Ｅ内で移動することができる。

図５は、図１による側面図においてそれぞれの工作物２の工作物面内に溝または溝に似た面構造を形成するために、工作物２、特に細長い工作物、とりわけシャフトを機械加工する、とりわけ回転させる、および／または切削加工するための装置１１の基本図を示す。この装置１１は、例えば切削加工システムおよび／または機械であってよい。装置１１は、機械加工ユニット１を備える。

装置１１の機能ユニット１０は、機械加工ユニット１に結合され、機械加工されるべき工作物２に対して、すなわち機械加工されるべき工作物２の面に従って機械加工ユニット１全体の前方送り（ｚ方向）を実施するために装備された前方送り装置（ここではより詳細には示されない）である。前方送り装置と、機械加工ユニット１の結合は、前方送り装置に対して機械加工ユニット１を解除可能に締結することによって達成され、これは、機械加工ユニットの端部にある締結インターフェース８と、装置の端部にある締結インターフェース９の記載される相互作用によって実現される。

工作物２を機械加工するための方法は、機械加工ユニット１および／または装置１１によって実施することができる。この方法を利用して、とりわけ機械加工された工作物２、すなわち例えばシャフトの工作物の面内に様々な外形を有する、とりわけ溝または溝に似た面構造を形成することができる。この方法によって、任意選択で溝（深さ）部分を備えた、すなわち、例えば任意選択で異なる外形および／または形状を有するハンマーヘッド形、蟻継式またはクリスマスツリー形状の溝などほとんどの溝の幾何学形状を形成することが可能である。

この方法には典型的に、機械加工されるべき工作物２が利用可能にされ、装置１１に対して締結される、および／または装置１１上に保持される第１のステップと、機械加工されるべき工作物２の機械加工、すなわち回転および／または切削加工が行われる少なくとも１つの追加のステップとが含まれる。工作物２の機械加工は、この方法による複数のサブステップにおいて行われてよい。

Claims (14)

1. 細長い工作物（２）を機械加工するための機械加工ユニット（１）であって、
   ‐少なくとも２つの異なる移動経路が組み合わされた移動面（Ｅ）内で移動させることができ、前記機械加工ユニット（１）の筐体部分（５）の中に配置または形成されている機械加工工具（３）と、
   ‐第１の移動経路および前記第１の移動経路とは異なる第２の移動経路が組み合わされた前記機械加工工具（３）の移動を生じさせるために備わっている少なくとも１つの駆動ユニット（４ａ）と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの駆動ユニット（４ａ）は前記機械加工ユニット（１）の前記筐体部分（５）の中に配置または形成され、
   前記機械加工工具（３）は、組み合わせられた前記少なくとも２つの異なる移動経路でトロコイド運動またはサイクロイド運動を実施するように、前記筐体部分（５）に対して移動可能であることを特徴とする機械加工ユニット。
2. 前記機械加工ユニット（１）は、少なくとも２つの別個の駆動ユニット（４ａ〜４ｃ）を備え、前記少なくとも２つの別個の駆動ユニット（４ａ〜４ｃ）のうち、
   少なくとも１つの第１の駆動ユニット（４ａ、４ｂ）は、前記第１の移動経路における前記機械加工工具（３）の移動のために備わっており、
   少なくとも１つの第２の駆動ユニット（４ｃ）は、前記第２の移動経路における前記機械加工工具（３）の移動のために備わっていることを特徴とする、請求項１に記載の機械加工ユニット。
3. 前記少なくとも２つの別個の駆動ユニット（４ａ〜４ｃ）のうち少なくとも１つの駆動ユニットは、前記機械加工ユニット（１）の筐体部分の中またはその上に配置される、または形成されることを特徴とする、請求項２に記載の機械加工ユニット。
4. 前記第１の移動経路は、機械加工されるべき工作物（２）の長手方向軸を横切るように伸びる移動の第１の直線軸であり、
   前記少なくとも１つの第１の駆動ユニット（４ａ、４ｂ）は、前記第１の移動軸内で前記機械加工工具（３）を移動させるために備わっており、
   前記第２の移動経路は、機械加工されるべき工作物（２）の長手方向軸に対して平行に伸びる移動の第２の直線軸であり、
   前記少なくとも１つの第２の駆動ユニット（４ｃ）は、前記第２の移動軸内で前記機械加工工具（３）を移動させるために備わっていることを特徴とする、請求項２または３に記載の機械加工ユニット。
5. 前記移動面（Ｅ）内で組み合わされた前記機械加工工具（３）のトロコイド運動を実施するために、前記少なくとも１つの第１の駆動ユニット（４ａ，４ｂ）および前記少なくとも１つの第２の駆動ユニット（４ｃ）を制御するために備わっている制御ユニット（６）によって特徴付けられる、請求項２に記載の機械加工ユニット。
6. 前記機械加工工具（３）は、少なくとも１つの工具切断縁部を備えた少なくとも１つの工具要素（７）を備え、前記少なくとも１つの工具要素（７）が少なくとも１つの工具要素軸（Ａ）の周りで回転可能であ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機械加工ユニット。
7. 前記工具要素（７）が円錐のように先細りになるか、または円筒形である、細長い幾何学形状を有することを特徴とする、請求項６に記載の機械加工ユニット。
8. 前記工具要素（７）が長手方向に先細りになり、下を切り取られているか、または拡張された、少なくとも１つの外形を有することを特徴とする、請求項６または７に記載の機械加工ユニット。
9. 工作物（２）を機械加工するための前記機械加工ユニット（１）を収容する装置（１１）の機能ユニット（１０）の締結インターフェース（９）に対して、前記機械加工ユニット（１）の締結を解除可能に行う、フランジのように設計された少なくとも１つの締結インターフェース（８）を備え、前記機能ユニット（１０）が、機械加工されるべき工作物（２）の面に従って前記機械加工ユニット（１）の前方送りを実施するための、前方送り装置であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
10. 前記少なくとも１つの駆動ユニット（４ａ）は、各々駆動モータとして設計されるか、または電気駆動モータを各々備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
11. 前記第１および前記第２の移動経路によって規定される前記移動面（Ｅ）に対して直角の第３の移動軸で前記機械加工工具（３）を移動させる、追加の駆動ユニットを備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の機械加工ユニット。
12. 細長い工作物の表面に溝または溝に似た面構造を形成するために、前記細長い工作物（２）を機械加工するための装置（１１）であって、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機械加工ユニットを備えることを特徴とする装置。
13. 前記機械加工ユニットに結合される、または結合させることができ、かつ機械加工されるべき前記工作物（２）の面に従う前記機械加工ユニット（１）の前方送りを実施するために備わっている前方送り装置によって特徴付けられる、請求項１２に記載の装置。
14. 機械加工された工作物（２）の前記工作物の表面に様々な外形を有する溝または溝に似た面構造を形成するために、工作物（２）を機械加工するための方法であって、請求項１２または１３に記載の装置（１１）が前記方法を実行するために使用されることを特徴とする方法。

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