特表 2024-535033 歯切り加工する装置、工具ヘッド及び歯切盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-26

(54)【発明の名称】歯切り加工する装置、工具ヘッド及び歯切盤

(51)【国際特許分類】

   B23F 23/12 20060101AFI20240918BHJP

   B23F 21/02 20060101ALI20240918BHJP

   B23B 31/40 20060101ALI20240918BHJP

   B23B 31/30 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

B23F23/12

B23F21/02

B23B31/40

B23B31/30 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024516574

(86)(22)【出願日】2022-09-02

(85)【翻訳文提出日】2024-05-14

(86)【国際出願番号】 EP2022074477

(87)【国際公開番号】W WO2023041352

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】070280/2021

(32)【優先日】2021-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】599172531

【氏名又は名称】ライシャウァー アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ムラー，ミヒェル

【テーマコード（参考）】

3C025

3C032

【Ｆターム（参考）】

3C025HH10

3C032KK12

3C032MM02

(57)【要約】

回転加工工具150を使用して歯切り加工する装置100が開示されている。本装置は、駆動モーター134と、駆動モーター134によって駆動可能であり、加工工具150を駆動することができるモータースピンドルシャフト133とを有するモータースピンドル130を有する。本装置は、工具ヘッドのワークスピンドルに本装置を解放可能に取り付けるための、取り付け構造120を更に有する。取り付け構造120は、本装置が工具ヘッドのワークスピンドルに取り付けられたときに、工具軸Bがワークスピンドル軸と平行になるように設計されている。加工工具150をシンプルな態様でカウンター軸受140に接続することを可能にする装置も開示されている。この目的のため、カウンター軸受は中空シャフト１４３を有する。クランプマンドレル160は、クランプマンドレルの長軸に沿って異なる位置に配置された、第１のクランプ領域及び第２のクランプ領域を有する。クランプマンドレルは、工具軸に沿って中空シャフトを通って加工工具150の長手方向ボア156に導入される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の端部と第２の端部とを有する回転加工工具（１５０）を使用して歯車を加工する装置（１００）であって、前記装置（１００）は、
駆動モーター（１３４）と、前記駆動モーター（１３４）によって駆動可能なモータースピンドルシャフト（１３３）とを有する、モータースピンドル（１３０）を備え、前記モータースピンドル（１３０）は、工具軸（Ｂ）周りに前記モータースピンドルシャフト（１３３）の回転を発生させるように構成され、前記モータースピンドルシャフト（１３３）は、前記工具軸（Ｂ）周りに回転するように前記加工工具（１５０）を駆動するために、前記加工工具（１５０）にその前記第１の端部において接続されるように構成され、
前記装置は、工具ヘッド（２００）のワークスピンドル（２３０）への解放可能な取り付けのための補助スピンドルユニットとして構成され、前記ワークスピンドル（２３０）は、ワークスピンドル軸（Ｂ´）周りにワークスピンドルシャフト（２３３）の回転を発生させて、前記加工工具（１５０）又は別の工具を前記ワークスピンドル軸周りに回転させるように駆動するように構成され、
前記装置（１００）は、前記ワークスピンドル（２３０）に前記装置（１００）を解放可能に取り付けるために構成された、取り付け構造（１２０）を備え、
前記モータースピンドル（１３０）は、前記取り付け構造（１２０）に接続され、
前記取り付け構造（１２０）は、前記装置（１００）が前記工具ヘッド（２００）の前記ワークスピンドル（２３０）に取り付けられたときに、前記工具軸（Ｂ）が前記ワークスピンドル軸（Ｂ´）と平行になるように構成されている
ことを特徴とする、前記装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置（１００）であって、前記取り付け構造（１２０）は、前記ワークスピンドル（２３０）を包囲するように構成された、少なくとも部分的に環状の領域を備え、前記少なくとも部分的に環状の領域は、環軸（Ｒ）を画定し、前記環軸（Ｒ）は、前記工具軸（Ｂ）と平行である、前記装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の装置（１００）であって、前記工具軸（Ｂ）周りの前記モータースピンドルシャフト（１３３）の回転位置を検出するための、回転測定システム（１３６）を更に備える、前記装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の装置（１００）であって、前記加工工具（１５０）をその前記第２の端部において回転可能に支持するように構成されたカウンター軸受（１４０）を更に備える、前記装置。

【請求項5】

請求項４に記載の装置（１００）であって、前記モータースピンドル（１３０）及び前記カウンター軸受（１４０）は、前記取り付け構造（１２０）に堅固に接続されている、前記装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の装置（１００）であって、
前記カウンター軸受（１４０）は、前記工具軸（Ｂ）周りに回転可能な中空シャフト（１４３）を備え、
前記装置（１００）は、長軸（Ｌ）を画定するマンドレル（１６０）を備え、
前記マンドレル（１６０）は、前記マンドレル（１６０）の前記長軸（Ｌ）に沿って異なる位置に配置された、第１のクランプ領域（１６０ａ）及び第２のクランプ領域（１６０ｂ）を備え、
前記マンドレル（１６０）は、前記第１のクランプ領域（１６０ａ）が前記カウンター軸受（１４０）の前記中空シャフト（１４３）とクランプ接続することが可能であるとともに、前記第２のクランプ領域（１６０ｂ）が前記カウンター軸受（１４０）内で前記加工工具（１５０）を支持するように前記加工工具（１５０）とクランプ接続することが可能であるように、前記工具軸（Ｂ）に沿って前記中空シャフト（１４３）を通って前記加工工具（１５０）の長手方向ボア（１５６）に挿入可能である、
前記装置。

【請求項7】

第１の端部と第２の端部とを有する回転加工工具（１５０）を使用して歯車を加工する装置（１００；２００）であって、前記装置（１００；２００）は、
駆動モーター（１３４；２３４）と、前記駆動モーター（１３４；２３４）によって駆動可能なモータースピンドルシャフト（１３３；２３３）とを有するモータースピンドル（１３０；２３０）であって、前記モータースピンドルシャフト（１３３；２３３）は、工具軸（Ｂ）周りに回転するように前記加工工具（１５０）を駆動するために、前記加工工具（１５０）にその前記第１の端部において接続されるように構成された、モータースピンドル（１３０；２３０）と、
前記加工工具（１５０）をその第２の端部において回転可能に支持するように構成された、カウンター軸受（１４０；２４０）と、
を備え、
前記カウンター軸受（１４０；２４０）は、前記工具軸（Ｂ）周りに回転可能な中空シャフト（１４３；２４３）を備え、
前記装置（１００；２００）は、長軸（Ｌ）を画定するマンドレル（１６０）を備え、
前記マンドレル（１６０）は、前記マンドレル（１６０）の前記長軸（Ｌ）に沿って異なる位置に配置された、第１のクランプ領域（１６０ａ）及び第２のクランプ領域（１６０ｂ）を備え、
前記マンドレル（１６０）は、前記第１のクランプ領域（１６０ａ）が前記カウンター軸受（１４０；２４０）の前記中空シャフト（１４３；２４３）とクランプ接続することが可能であるとともに、前記第２のクランプ領域（１６０ｂ）が前記カウンター軸受（１４０；２４０）内で前記加工工具（１５０）を支持するように前記加工工具（１５０）とクランプ接続することが可能であるように、前記工具軸（Ｂ）に沿って前記中空シャフト（１４３；２４３）を通って前記加工工具（１５０）の長手方向ボア（１５６）に挿入可能である、
ことを特徴とする、前記装置。

【請求項8】

前記第１のクランプ領域（１６０ａ）及び／又は前記第２のクランプ領域（１６０ｂ）は、径方向外側に配向されたクランプ接続を確立するように構成されている、請求項６又は７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１のクランプ領域（１６０ａ）及び／又は前記第２のクランプ領域（１６０ｂ）における前記マンドレル（１６０）は、油圧拡張式マンドレルとして構成されている、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記装置は、前記油圧拡張式マンドレルに外部油圧を加えるために、前記カウンター軸受（１４０；２４０）の領域において油圧転回入口（２４５）を備える、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記第１のクランプ接続及び前記第２のクランプ接続が解放された状態で、前記工具軸（Ｂ）に沿って前記加工工具（１５０）の前記長手方向ボアに前記マンドレル（１６０）を自動的に挿入し、前記マンドレル（１６０）を再び前記長手方向ボアから取り外すように構成された、アクチュエータ（２５０）を更に備える、請求項６～１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置（１００）であって、前記加工工具（１５０）を更に備え、前記加工工具（１５０）の前記第１の端部は、前記工具軸（Ｂ）周りの回転のために前記加工工具（１５０）を駆動するために、前記モータースピンドルシャフト（１３３）に接続されている、前記装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の装置（１００）であって、前記加工工具（１５０）は、創成法による加工のための工具、特に研削ウォームを含む、前記装置。

【請求項14】

工具ヘッド（２００）であって、
ワークスピンドル（２３０）と、
請求項１～６のいずれか一項に記載の装置と、
を備え、
前記取り付け構造（１２０）は、前記工具軸（Ｂ）が前記ワークスピンドル軸（Ｂ´）と平行になるように前記ワークスピンドル（２３０）に接続されている、
前記工具ヘッド。

【請求項15】

基体（２１０）と、
前記基体（２１０）に対してシフト方向（Ｙ）に沿って変位可能な、シフトスライド（２２０）と、
を更に備え、
前記ワークスピンドル（２３０）は、前記シフトスライド（２２０）に配設されている、請求項１４に記載の工具ヘッド。

【請求項16】

歯切盤であって、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の装置と、
ワークピース軸（Ｃ）周りに回転するようにワークピース（４１）を駆動するための、少なくとも１つのワークピーススピンドル（４０）と、
機械コントローラー（５０）と、
を備え、
前記機械コントローラー（５０）は好ましくは、前記加工工具（１５０）の回転と前記ワークピース（４１）の回転との間に転動結合を確立するように構成されている、
前記歯切盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転加工工具を使用して歯車を加工する装置、これを装備した工具ヘッド、及びこれを装備した歯切盤に関する。

【背景技術】

【0002】

連続創成歯車研削においては、歯付きワークピースが回転する研削ウォームと創成係合（転動係合としても知られている）しながら加工される。研削ウォームは、ワークスピンドルを含む工具ヘッドに保持されている。一方の端部において、研削ウォームは、研削ウォームを回転するよう駆動するワークスピンドルに接続される。研削ウォームの他方の端部においては、カウンター軸受が設けられてもよい。しかしながら、特に直径に対して比較的短い研削ウォームの場合、カウンター軸受は省かれることが多い。このことは、研削ウォームを交換することをより容易かつ迅速にする。

【0003】

近年、電気駆動装置において使用される等の、小さいモジュールを有する歯車を加工する目的が、ますます頻繁に生じている。この目的のためには、比較的小さいが長い研削ウォームを使用することが有用となり得る。また、干渉形状が歯車の軸方向に隣接する歯車の加工のためには、小さな研削ウォームの直径が必要とされ得る。小さくて長い研削ウォームについては、片側軸受は不利であり、それゆえ研削ウォームは両方の端部で支持されるべきである。他の小さいが長い加工工具についても同様である。

【0004】

従来技術においては、加工工具が両方の端部で支持される工具ヘッドの多くの例がある。加工工具が両方の端部において支持されているという事実にもかかわらず、加工工具を交換することを可能とするために、従来技術においては、永続的に取り付けられた駆動スピンドルと、取り外し可能又は移動可能なカウンター軸受とを設けることが提案されている。移動可能なカウンター軸受を有する例は、特許文献１に記載されている。しかしながら、かかる解決方法は、カウンター軸受の位置決め精度及び工具ヘッドの剛性に関して、不利になる可能性がある。

【0005】

元々かなり大きな直径の、対応して大きなワークスピンドルを有し、適用可能である場合には同等に大きなカウンター軸受を有する、研削ウォーム専用に設計された歯切盤において、比較的小さな研削ウォームが使用されるべき場合には、更なる問題が生じる。このとき、ワークスピンドル又はカウンター軸受とワークピースとの衝突が生じ得る。また、かかる大型のワークスピンドルの工具インターフェースが小型の加工工具への接続に適していないこと、又はワークスピンドルが所望の速度に到達しないことが起こり得る。

【0006】

特許文献２は、ホビング工具用の工具ホルダーと、少なくとも５本の軸を有する万能ミリング装置のミリングヘッドに取り付けるための締結具とを含む装置を開示している。ギアボックスが、工作機械のワークスピンドルの回転運動をホビング工具に伝達して、ホビング工具を駆動する。このようにして、それ自体はホビング加工用に設計されたものではない既存の万能ミリング装置を、ホビング加工を実行するために使用することができる。しかしながら、この装置はいくつかの欠点を有する。例えば、ホビングは、ワークピースの回転との工具の回転の非常に正確な同調を必要とする。この要求は、ギアボックスでは満たすことが困難である。第２に、ホビング工具の回転軸は、ミリングヘッドの回転軸に対して垂直である。それゆえ、この配置は、従来の歯切盤における使用には適していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】欧州特許出願第０５１６５９６号

【特許文献2】欧州特許出願第２２１６１１８号

【発明の概要】

【0008】

第１の態様においては、本発明の目的は、比較的小型の加工工具、特に、研削ウォーム等の創成法（転動加工工具としても知られている）における使用のための加工工具が、工具ヘッドがかかる小型の加工工具を直接に受容するように設計されていない歯切盤において使用されることを可能とする装置を提供することにある。

【0009】

この目的は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。更なる実施形態は、従属請求項に定義されている。

【0010】

かくして、第１の端部と第２の端部とを有する回転加工工具を使用して歯車を加工する装置が開示される。本装置は、
駆動モーターと、駆動モーターによって駆動可能なモータースピンドルシャフトとを含むモータースピンドルであって、モータースピンドルは、工具軸周りにモータースピンドルシャフトの回転を発生させるように構成され、
モータースピンドルシャフトは、駆動モーターを使用して、工具軸周りに回転させるように加工工具を駆動するために、加工工具にその第１の端部において接続されるように構成される、モータースピンドルと、
工具ヘッドのワークスピンドルに本装置を解放可能に取り付けるための取り付け構造であって、ワークスピンドルは、ワークスピンドル軸周りにワークスピンドルシャフトの回転を発生させて、ワークスピンドル軸周りに回転するように工具を駆動するように構成され、
モータースピンドルは、取り付け構造に接続され、
取り付け構造は、本装置が工具ヘッドのワークスピンドルに取り付けられたときに、工具軸がワークスピンドル軸と平行になるように構成されている、取り付け構造と
を備える。

【0011】

工具ヘッドのワークスピンドルに接続されるのに適しており、加工工具を駆動するためにワークスピンドルとは別個に形成された従動シャフトを有する装置は、以下では「補助スピンドルユニット」とも呼ばれる。本発明による補助スピンドルユニットは、工具軸がワークスピンドル軸と平行になるように、工具ヘッドのワークスピンドルに接続されるように構成されるので、ワークピースの加工のために、加工工具がワークスピンドルに直接にクランプされる場合と本質的に同じ加工キネマティクスを使用することができる。独立したモータースピンドルを補助スピンドルユニットに備えることによって、ワークスピンドルの制限にかかわらず、加工工具を適切な速度で駆動することができる。これに加えて、加工工具が創成法による加工のための加工工具である場合、モータースピンドルの存在が、ギアボックス又は歯付きベルト駆動装置を介してワークスピンドルから駆動が提供される場合よりも、加工工具の回転運動とワークピースの回転運動との間の、より正確な同調を可能にする。

【0012】

ワークスピンドルへの補助スピンドルユニットの取り付けの後、工具軸がワークスピンドル軸と平行に延びることを確実にするために、取り付け構造が、ワークスピンドル（特に、ワークスピンドルのハウジング領域であって、このハウジング領域は、ワークスピンドルの工具インターフェースに隣接して配置されてもよい）を包囲するように構成された、少なくとも部分的に環状（すなわち部分的に環状又は完全に環状）の領域を有し、少なくとも部分的に環状の領域が、環軸（リング軸）を画定し、この環軸が、工具軸と平行に延びる場合、有利である。しかしながら、工具軸がワークスピンドル軸と平行であることを確実にする取り付け構造の他の設計、例えばハースセレーション、円弧歯、ゼロ点クランプシステム、又は補助スピンドルユニットとワークスピンドルとの間の円錐接続も可能である。したがって、補助スピンドルユニットがワークスピンドルに取り付けられた後に、工具軸がワークスピンドル軸と平行であることを確実にするための、取り付け構造の多くの様々な設計が可能である。

【0013】

特に、補助スピンドルユニットが創成法による加工のために使用される場合には、補助スピンドルユニットが、工具軸周りのスピンドルシャフトの回転位置（回転角度）を検出するための回転測定システムも有している場合、有利である。このようにして検出されたスピンドルシャフトの回転位置は、回転測定システムによって機械コントローラーに伝達されてもよく、該機械コントローラーは、転動結合を維持するために加工工具の回転運動とワークピースの回転運動との間の必要な同調を確立する。

【0014】

補助スピンドルユニットは、バランシングシステム、例えば単一平面又は二平面バランシングシステムを装備してもよい。しかしながら、補助スピンドルはまた、バランシングシステムなしで動作させられてもよい。

【0015】

補助スピンドルユニットは、その第２の端部において加工工具を回転可能に取り付けるように構成された、カウンター軸受を更に含んでもよい。このことは、補助スピンドルユニットを、直径に対して長い加工工具に特に適したものとする。

【0016】

補助スピンドルユニットの良好な剛性を確実にするために、モータースピンドル及びカウンター軸受が取り付け構造に堅固に接続されている場合、有利である。

【0017】

それにもかかわらず加工工具を容易に交換することを可能にするために、
カウンター軸受は、工具軸周りに回転させることができる中空シャフトを有し、
本装置は、長軸を画定するマンドレル（アーバーとも称される）を有し、
マンドレルは、マンドレルの長軸に沿って異なる位置に配置された、第１のクランプ領域及び第２のクランプ領域を有し、
マンドレルは、第１のクランプ領域がカウンター軸受の中空シャフトとクランプ接続することが可能であるとともに、第２のクランプ領域が加工工具とクランプ接続して、それによりカウンター軸受において加工工具を支持することが可能であるように、工具軸に沿って中空シャフトを通って加工工具の長手方向ボアに挿入可能である
設計が、特に有利である。

【0018】

この設計によれば、クランプ接続を緩め、カウンター軸受の中空シャフト中のマンドレルを加工工具から後退させ、かくして加工工具の容易な取り外しを可能とすることによって、加工工具を容易に交換することができる。同時に、マンドレルの使用は、加工工具とカウンター軸受との間の特に曲げに強い接続を可能とする。

【0019】

かかる設計は、補助スピンドルユニットにおいて有利であるのみならず、補助スピンドルユニットのない工具ヘッドにおいても採用することができる。この点に関して、本発明はまた、より概括的な用語では、第１の端部と第２の端部とを有する回転加工工具を使用して歯車を加工する装置であって、
駆動モーターと、駆動モーターによって駆動可能なモータースピンドルシャフトとを有し、工具軸周りに回転するように加工工具を駆動するために、加工工具にその第１の端部において接続されるように構成されている、モータースピンドルと、
転動工具をその第２の端部で回転可能に取り付けるように構成されたカウンター軸受であって、カウンター軸受は、工具軸周りに回転可能な中空シャフトを含む、カウンター軸受と、
長軸を画定するマンドレルと、
を備え、
マンドレルは、マンドレルの長軸に沿って異なる位置に配置された、第１のクランプ領域及び第２のクランプ領域を有し、
マンドレルは、第１のクランプ領域がカウンター軸受の中空シャフトとクランプ接続することが可能であるとともに、第２のクランプ部分が加工工具とクランプ接続して、それによって加工工具をカウンター軸受において支持することが可能であるように、工具軸に沿って中空シャフトを通って加工工具の長手方向ボアに挿入可能である
装置を提供する。

【0020】

この装置は、実際の工具ヘッドとして設計することができ、又は以上に説明されたように、補助スピンドルユニットとして設計することもできる。本装置が工具ヘッドとして設計されている場合、前述したモータースピンドルは、工具ヘッドのワークスピンドルである。該スピンドルはこのとき、カウンター軸受と共にキャリアに取り付けられてもよい。特に、ワークスピンドル及びカウンター軸受の両方が、キャリアに堅固に取り付けられてもよい。特に、キャリアはシフトスライドとして設計されてもよく、このときシフトスライドは基体において変位可能に配設される。基体は、旋回するように歯切盤の工具キャリアに取り付けられる旋回体として設計されてもよい。

【0021】

装置が実際の工具ヘッドとして構成されているか、補助スピンドルユニットとして構成されているかにかかわらず、マンドレルは、径方向外向きに作用するクランプ力によって、２つのクランプ領域のうちの少なくとも一方において圧力嵌めでクランプ接続を行うように構成されてもよい。圧力嵌めされた径方向に作用する接続は、全ての部品の長さ公差を補償する。異なる加工工具が取り付けられた場合、これらの加工工具のマウントフランジの間の長さの違いは、このシステムでは重要とはならない。純粋に径方向に作用する圧力嵌め接続は、軸方向及び径方向に接続を確実にし、望ましくない軸方向の歪みを導かない。

【0022】

２つのクランプ領域は、同一の外径を有してもよいし、又は異なる外径を有してもよい。特に、カウンター軸受の中空シャフトへの接続のための第１のクランプ領域の外径は、加工工具への接続のための第２のクランプ領域の外径よりも大きくてもよい。

【0023】

カウンター軸受は、駆動部を有さなくてもよいし、又は、第２のモータースピンドルの一部であってもよく、これによって加工工具を両方の側において駆動することができてもよい。

【0024】

有利な実施形態においては、マンドレルは、２つのクランプ領域のうちの少なくとも一方において、油圧拡張式マンドレルとして作用する。油圧拡張式マンドレルとしてのクランプ領域のうちの少なくとも一方における設計は、特にシンプルな態様で、加工工具とカウンター軸受との間の安定した接続を可能とする。油圧拡張式マンドレルの機能原理は、それ自体が従来技術から知られている。特に、油圧拡張式マンドレルは、少なくとも１つのクランプチャンバ、好ましくは長手方向及び／又は円周方向に径方向外側に分散させられた複数のクランプチャンバを画成する、少なくとも１つの拡張スリーブを含む。クランプチャンバは油圧的に加圧することができ、これによって拡張スリーブは関連するクランプ領域において径方向外向きに拡張させられ、径方向外向きに作用するクランプ力を発生させる。好ましくは、関連するクランプ領域は、軸方向に離隔された２つのクランプ点を有し、そのそれぞれにおいて、少なくとも１つのクランプチャンバが配設される。このようにして、最適な曲げ剛性を達成することができる。

【0025】

好ましくは、マンドレルは、両方のクランプ領域において油圧拡張式マンドレルとして作用する。この目的のために、好ましくは、１つ以上の加圧可能なクランプチャンバが、２つのクランプ領域のそれぞれに備えられる。

【0026】

しかしながら、油圧拡張式マンドレルの代わりに、マンドレルを機械式マンドレルとして設計することもできる。また、第１のクランプ領域においては油圧拡張式マンドレルとして設計され、第２のクランプ領域においては機械式マンドレルとして設計される、又はその逆のマンドレルを使用することも可能である。

【0027】

マンドレルが２つのクランプ領域のうちの少なくとも一方において機械式マンドレルとして設計されている場合、マンドレルは、油圧拡張式マンドレルと同様に、機械的作用によって径方向に拡張させることができるクランプスリーブを、２つのクランプ領域のうちの少なくとも一方に有してもよい。しかしながら、機械式マンドレルが、別の方法で、例えば中空シャンクテーパー接続のためのそれ自体が知られているクランプ設定によって、対象となるクランプ領域においてクランプ接続を発生させるように設計されることも可能である。このようにして発生させられるクランプ力は、必ずしも径方向外向きに作用する必要はない。

【0028】

マンドレルが少なくとも一方のクランプ領域において油圧拡張式マンドレルとして設計されている場合、クランプ接続が生成される油圧を油圧拡張式マンドレルに発生させるために、油圧拡張式マンドレルは、機械的又は油圧的に作動させられてもよい。油圧拡張式マンドレルが油圧的に作動させられる場合、本装置は、油圧拡張式マンドレルに外部油圧を加えるために、カウンター軸受の領域において油圧転回入口を含んでもよい。このようにして、クランプ接続は、外部的に制御された態様で行うこと及び解放することができる。特に、このことは自動化された工具交換を容易化する。

【0029】

工具交換を更に容易化するために、本装置は、第１のクランプ接続及び第２のクランプ接続が解放された状態で、工具軸に沿って加工工具の長手方向ボアにマンドレルを自動的に挿入し、該マンドレルを再び長手方向ボアから取り外すように構成された、アクチュエータを有してもよい。アクチュエータは、例えば油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ又は電気アクチュエータであってもよい。

【0030】

当然ながら、本装置は、加工工具を更に備えてもよい。特に、加工工具は、創成法による加工のための加工工具、特に研削ウォーム又は歯車ホブを含んでもよい。このとき、加工工具は好ましくは、ワークスピンドルの代わりにモータースピンドルに取り付けられ、すなわちこのとき、加工工具の第１の端部は、加工工具を駆動して工具軸周りに回転させるために、モータースピンドルシャフトに接続される。

【0031】

本発明は、ワークスピンドルと、以上に説明されたタイプの補助スピンドルユニットとを含む工具ヘッドを更に提供し、補助スピンドルユニットの取り付け構造は、工具軸がワークスピンドル軸と平行になるようにワークスピンドルに接続される。

【0032】

以上で既に説明されたように、かかる工具ヘッドはまた、基体と、基体に対してシフト方向に沿って変位可能なシフトスライドとを含んでもよく、このときワークスピンドルは、シフトスライドに配設される。

【0033】

最後に、本発明はまた、以上に説明されたタイプの装置と、ワークピース軸周りに回転するようにワークピースを駆動するための少なくとも１つのワークピーススピンドルと、機械コントローラーとを備える歯切盤を提供する。このとき、機械コントローラーは、加工工具の回転とワークピースの回転との間に転動結合を確立するように構成されてもよい。

【0034】

本発明の好ましい実施形態が、図面を参照しながら以下に説明されるが、図面は単に説明の目的のためのものであり、限定的に解釈されるべきものではない。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】図１は、一実施形態による補助スピンドルの斜視図である。

【図2】図２は、図１の補助スピンドルを示す垂直な長手方向断面図であり、切断面は、工具軸を含む。

【図3】図３は、転動工具の中央長手方向断面図である。

【図4】図４は、油圧拡張式マンドレルの中央長手方向断面図である。

【図5】図５は、図１の補助スピンドルを有する第１の実施形態による工具ヘッドを示す図である。

【図6】図６は、図５の工具ヘッドを備えた工作機械を示す図である。

【図7】図７は、第２の実施形態による工具ヘッドを示す斜視図である。

【図8】図８は、図７の工具ヘッドを示す水平な長手方向断面図であり、切断面は工具軸を含む。

【発明を実施するための形態】

【0036】

＜補助スピンドルユニット＞
図１及び図２は、本発明の一実施形態による補助スピンドルユニット１００を示す。

【0037】

補助スピンドルユニット１００は、取り付け構造１２０が堅固に接続されたキャリア１１０を含む。取り付け構造１２０は、以下に更に詳細に説明されるように、補助スピンドルユニット１００を工具ヘッドのワークスピンドルに取り付けるために使用される。取り付け構造１２０は環状の形状であり、それにより環状体の中心を通って延在する環軸（リング軸）Ｒを画定する。

【0038】

補助スピンドルユニット１００は、モータースピンドル１３０及びカウンター軸受１４０を更に備える。モータースピンドル１３０及びカウンター軸受１４０は、それぞれキャリア１１０に堅固に接続されている。モータースピンドル１３０とカウンター軸受１４０との間には、研削ウォームの形をとる工具１５０が配設されている。工具１５０は、一方の端部においてモータースピンドル１３０によって駆動されて、工具軸Ｂ周りに回転する。他方の端部において、該工具は、カウンター軸受１４０によって回転可能に支持されている。工具軸Ｂは、リング軸Ｒと平行に延びている。

【0039】

モータースピンドル１３０は、それ自体が知られている態様で直接駆動部として設計されている。該モータースピンドルは、合計４つの転がり軸受１３２が収容されたハウジング１３１を有する。工具インターフェース１３５を有するスピンドルシャフト１３３は、転がり軸受１３２内に回転可能に取り付けられている。電気駆動モーター１３４は、スピンドルシャフト１３３を直接に駆動するように機能する。転がり軸受１３２は、それ自体が知られている態様で駆動モーター１３４の両側に配設されている。駆動モーター１３４と工具インターフェース１３５との間に位置する２つの転がり軸受は、それ自体が知られている態様で軸方向に固定された軸受を形成し、すなわち、これらの軸受内に位置し、工具インターフェース１３５に近接するスピンドルシャフト１３３の領域は、工具軸Ｂに対してこれらの転がり軸受内で軸方向に固定される。他の２つの転がり軸受は、軸方向に固定された軸受を形成する。他の２つの転がり軸受は、軸方向に浮動的な軸受を形成し、すなわち、これらの軸受内に位置するスピンドルシャフト１３３の領域は、これらの軸受に対して軸方向に或る程度移動可能である。このことは特に、スピンドルシャフトの熱膨張を許容にするよう機能する。回転測定システム１３６は、工具軸Ｂ周りのスピンドルシャフト１３３の回転位置を検出するよう機能する。

【0040】

カウンター軸受１４０はハウジング１４１を有し、該ハウジングの中に２つの転がり軸受１４２が受容されている。中空シャフト１４３は、転がり軸受１４２内に回転可能に支持されている。２つの転がり軸受１４２は、中空シャフト１４３のための軸方向に浮動的な軸受を形成し、すなわち、中空シャフト１４３は、２つの転がり軸受１４２の軸方向の遊びにより、工具軸Ｂに沿って或る程度移動可能である。

【0041】

図３には、工具１５０が単独で示されている。該工具は、ウォーム形状プロファイルとされた研削砥石１５３を支持する、マウントフランジ１５１を有する。精密シャフトナット１５２が、研削砥石１５３をマウントフランジ１５１に固定している。マウントフランジ１５１は、そのモータースピンドル１３０に面する方の端部において、マウントフランジ１５１をモータースピンドル１３０の工具インターフェース１３５の中心に接続するために、面接触を有する既知の短いテーパー装着部１５５を有する。工具インターフェース１３５には、面接触を有する相補的な外側テーパーが対応して形成されている。ねじ１５４は、マウントフランジ１５１を工具インターフェース１３５に軸方向に固定するよう機能する。マウントフランジ１５１は、そのカウンター軸受１４０に面する方の端部において、中心に位置する円筒形の長手方向ボア１５６を有する。

【0042】

ねじを用いて固定された短いテーパー接続の代わりに、従来技術から十分に知られているように、マウントフランジ１５１と工具インターフェース１３５との間の他のタイプの接続も可能である。特に、機械工学において広く使用されているような中空テーパーシャフト（ＨＳＫ）接続又はＣａｐｔｏ（商標）接続を備えることが可能である。それ自体が知られている態様で、工具インターフェース１３５は、加工工具１５０の交換を容易化するために制御された態様で固定及び解放することができる、図示されていないクランプ装置を更に含んでもよい。このとき、ねじ１３５は、それに応じて省略することができる。

【0043】

図４において単独で示されている油圧拡張式マンドレル１６０は、マウントフランジ１５１をカウンター軸受１４０に接続するように機能する。油圧拡張式マンドレル１６０は、円筒形の基体１６１を有し、該基体中に、概略的にのみ示されている、油圧流体用のラインシステム１６４が形成されている。油圧拡張式マンドレルは、その長軸Ｌに沿って２つのクランプ領域１６０ａ、１６０ｂを有する。これらのクランプ領域のそれぞれにおいて、基体１６１は、薄壁の拡張スリーブ１６２ａ、１６２ｂによって取り囲まれている。各拡張スリーブ１６２ａ、１６２ｂは、径方向外側に複数のクランプチャンバ１６３ａ、１６３ｂを画成する。クランプねじ１６６によって軸方向に変位可能であるクランプピストン１６５は、ラインシステム１６４を介してクランプチャンバ１６３ａ、１６３ｂに伝達される油圧を発生させるために使用される。その結果、拡張スリーブ１６２ａ、１６２ｂは、クランプチャンバ１６３ａ、１６３ｂのエリアにおいて径方向に拡張し、かくして、カウンター軸受１４０の中空シャフト１４３との、及び加工工具１５０のマウントフランジ１５１との、径方向のクランプ接続を確立する。

【0044】

クランプチャンバ１６３ａ、１６３ｂが位置する軸方向位置は、クランプ点とも称される。本実施例においては、油圧拡張式マンドレル１６０は、２つのクランプ領域１６０ａ、１６０ｂのそれぞれにおいて２つのクランプ点を有し、合計で４つのクランプ点を有する。このことは、高い曲げ剛性を実現するのに役立つ。しかしながら、例えば、２つのクランプ領域１６０ａ、１６０ｂのそれぞれにおいて１つのクランプ点のみを備えることも想到可能である。

【0045】

図４の実施形態における２つのクランプ領域１６０ａ、１６０ｂは同じ外径を有しているが、これらの外径は異なっていてもよい。具体的には、第１のクランプ領域１６０ａの外径は、第２のクランプ領域１６０ｂの外径よりも大きく選択されてもよい。このことは、マウントフランジが特に小さい孔径の長手方向ボアを有する工具を使用する場合に、特に有利であり得る。クランプ領域内においては、外径は原則としてクランプ点毎に変化してもよく、特に挿入方向に段階的に小さくなってもよい。

【0046】

一方の端部において、油圧拡張式マンドレル１６０は、カウンター軸受１４０から軸方向に突出している。この端部において、油圧拡張式マンドレル１６０は、外周部の環状溝１６８を有する端部部品１６７を有し、該端部部品１６７の機能は、工具スピンドルの第２の実施形態に関連して以下に更に詳細に説明される。

【0047】

モータースピンドル１３０とカウンター軸受１４０との間に加工工具１５０を収容するために、まず油圧拡張式マンドレル１６０がカウンター軸受１４０から完全に引き出され、加工工具１５０がモータースピンドル１３０とカウンター軸受１４０との間に挿入される。次いで、加工工具１５０が、モータースピンドル１３０の工具インターフェース１３５に接続される。この取り付けは、カウンター軸受１４０を介して行われてもよい。続いて、油圧拡張式マンドレル１６０が、カウンター軸受１４０の中空シャフト１４３を通って、マウントフランジ１５１の長手方向ボア１５６に軸方向に挿入され、それにより、油圧拡張式マンドレル１６０の第１のクランプ領域１６０ａが、カウンター軸受１４０の中空シャフト１４３内に静置することとなり、第２のクランプ領域１６０ｂが長手方向ボア１５６内に静置することとなる。油圧拡張式マンドレル１６０はこのとき、カウンター軸受１４０の中空シャフト１４３及びマウントフランジ１５１に、径方向にクランプされる。加工工具１５０を再び取り外すためには、この手順が逆にされる。

【0048】

加工工具１５０をカウンター軸受１４０に接続するために油圧拡張式マンドレル１６０を使用することによって、カウンター軸受１４０がキャリア１１０に堅固に接続されている場合であっても、すなわち工具交換のためにカウンター軸受を動かすことができない場合であっても、シンプルでありながら同時に曲げ剛性のある接続を実現することができる。キャリア１１０に堅固に接続されたカウンター軸受１４０は、移動可能なカウンター軸受と比較して剛性の点で利点を有する。

【0049】

＜工具ヘッドの第１の実施形態＞
図５において、第１の実施形態による工具ヘッド２００が示されている。工具ヘッドは、旋回体として設計された基体２１０を含む。基体２１０には、シフト方向Ｙに沿って変位可能とするために、シフトスライド２２０が配設されている。シフト方向Ｙは、工具軸Ｂと平行に延びている。シフト方向Ｙは、工具軸Ｂと平行に延びている。基体２１０におけるシフトスライド２２０の制御された変位のために、Ｙ駆動部２２１が使用される。

【0050】

ワークスピンドル２３０は、シフトスライド２２０に堅固に取り付けられている。原理的には、ワークスピンドル軸Ｂ´周りに回転するように駆動するために、加工工具をワークスピンドル２３０に直接に取り付けることが可能である。この目的のため、ワークスピンドル２３０は、適切な工具インターフェースを有する。しかしながら、工具が小さい直径を有する場合、ワークスピンドル２３０とのワークピースの衝突が容易に起き得るため、ワークスピンドル２３０における加工工具の直接のクランプは問題がある。

【0051】

それゆえ、本実施形態においては、以上に説明された補助スピンドルユニット１００が、ワークスピンドル２３０に取り付けられる。この目的のため、補助スピンドルユニット１００の取り付け構造１２０は、ワークスピンドル２３０の工具インターフェースに隣接して位置するワークスピンドル２３０のハウジングの前方領域を取り囲み、かくして補助スピンドルユニット１００をワークスピンドル２３０に固定する。その結果、工具軸Ｂは、ワークスピンドル軸Ｂ´と平行に、かつワークスピンドル軸Ｂ´から距離をおいて延びている。概略的にのみ示されている媒体インターフェース１７０は、圧縮空気及び電力等の必要とされる媒体を補助スピンドルユニット１００に供給し、測定データを、補助スピンドルユニット１００のセンサーと交換することができる。

【0052】

補助スピンドルユニット１００のモータースピンドル１３０は、加工工具１５０のサイズが小さく、及び関連する取り代率が低いため、シフトスライド２２０に直接に配設されるワークスピンドル２３０よりも、かなりコンパクトに作ることができる。補助スピンドルユニット１００のモータースピンドル１３０のかなりコンパクトな設計は、ワークピースとの衝突のリスクを大幅に低減する。同時に、モータースピンドル１３０及びカウンター軸受１４０は、小型の加工工具を用いる加工タスクのために特に最適化することができる。例えば、小型の加工工具の工具速度は、大型の加工工具の工具速度よりもかなり大きくてもよく、それに応じて、補助スピンドルユニット１００のモータースピンドル１３０及びカウンター軸受１４０は、シフトスライド２２０のワークスピンドル２３０よりも大きな工具速度に設計されてもよい。

【0053】

図６は、本第１の実施形態の工具ヘッド２００を有する歯切盤１の全体の例を示す。歯切盤１は、水平送り込み方向Ｘに沿って変位可能となるように工具キャリア２０が配設された、機械台１０を有する。Ｚスライド３０は、鉛直方向Ｚに沿って変位可能となるように工具キャリア２０に配設される。以上に説明された工具ヘッド１００は、Ｚスライド３０に配設され、工具ヘッド１００は、送り方向Ｘと平行に延びる水平方向の旋回軸Ａ周りに、Ｚスライド３０に対して旋回することができる。

【0054】

また、ワークピース４１がクランプされるワークピーススピンドル４０が、機械台１０上に配置されている。ワークピーススピンドル４０は、Ｚ方向と平行に延びるワークピース軸Ｃ周りに回転するように駆動することができる。

【0055】

歯切盤はまた、記号だけで示されている機械コントローラー５０を有する。機械コントローラー５０は、歯切盤における全ての制御及び監視タスクを引き継ぐ。特に、機械コントローラーは、ワークピース軸Ｃ周りのワークピースの回転と、ワークピース４１を加工するための工具軸Ｂ周りの工具の回転との間の、正しい転動結合を確立する。機械コントローラー５０は、この目的のため、モータースピンドル１３０の回転測定システム１３６からの、及びワークピーススピンドル４０の回転測定システムからの信号を、受信及び評価してもよい。

【0056】

図示された歯切盤は単なる一例として理解されるべきであり、本発明は当然ながらこの例に限定されるものではない。特に、２つ以上のワークピーススピンドルが移動可能なキャリアに配設され、例えば、ワークピーススピンドルのうちの一方でワークピースを加工することが可能であるとともに加工されたワークピースを他方のワークピーススピンドルにおいてブランクと交換し、必要であれば更なる動作が実行される、歯切盤の概念も想到可能である。かかる歯切盤の概念は、従来技術から十分に知られている。

【0057】

＜工具ヘッドの第２の実施形態＞
図７及び図８は、第２の実施形態による工具ヘッド２００を示す。この実施形態においては、工具ヘッド２００は、キャリア２１０と、シフトスライド２２０と、Ｙ駆動部２２１と、シフトスライド２２０に堅固に接続されたワークスピンドル２３０と、カウンター軸受２４０とを備える。

【0058】

第１の実施形態とは対照的に、ここでは加工工具１５０は、ワークスピンドル２３０に直接にクランプされ、カウンター軸受２４０に支持されており、すなわち補助スピンドルユニットが使用されていない。しかしながら、加工工具１５０とカウンター軸受２４０との間の接続は、第１の実施形態における加工工具１５０とカウンター軸受１４０との間の接続と全く同じ方法で、すなわち、油圧拡張式マンドレル１６０によって行われる。

【0059】

具体的には、カウンター軸受２４０は、２つの転がり軸受２４２が保持されるハウジング２４１を含み、各転がり軸受２４２には中空シャフト２４３が取り付けられる。第１の実施形態と同様に、油圧拡張式マンドレル１６０は、中空シャフト２４３を通って加工工具１５０のマウントフランジの長手方向ボア内へと延在し、一方では中空シャフト２４３との、他方ではマウントフランジとの、径方向のクランプ接続を確立する。

【0060】

油圧拡張式マンドレル１６０を自動的に移動させてマウントフランジの内に入れること及びマウントフランジから出すことを可能とするために、工具ヘッドはリニアアクチュエータ２５０を有し、該リニアアクチュエータは、本例においては、その中で変位可能な油圧ピストン２５２に両側から作用する油圧シリンダ２５１として設計されている。しかしながら、他のタイプのアクチュエータ、例えば空気圧作動アクチュエータ又は電気作動アクチュエータも当然ながら想到可能である。油圧ピストン２５２には、油圧拡張式マンドレル１６０の端部部品１６７における外周部の環状溝１６８（図４参照）に係合する作動アーム２５３が接続されている。アクチュエータ２５０の作動はかくして、油圧拡張式マンドレル１６０を軸方向に移動させる。

【0061】

更なる実施形態においては、作動アーム２５３は、図面には示されていない油圧ラインを更に含むことによって、二重の機能を実行する。このようにして、油圧は、制御された態様でクランプ接続を確立又は解放するために、油圧転回入口２４５を介して油圧拡張式マンドレル１６０に加えられ得る。かかる更なる実施形態においては、クランプねじ１６６及び必要であれば更にはクランプピストン１６５が、省略されてもよい。全体として、油圧拡張式マンドレル１６０に対する手動の介入なしで、このようにして完全に自動化された工具交換を実現することができる。

【0062】

完全を期すために、ワークスピンドル２３０の設計もまた、以下に手短に説明する。該ワークスピンドルは、いくつかの転がり軸受２３２が配設されたハウジング２３１を有する。ワークスピンドルシャフト２３３は、ワークスピンドル軸Ｂ´周りに回転することができ、駆動モーター２３４によって直接に駆動することができるように、転がり軸受２３２に取り付けられている。工具インターフェース２３５は、ここでは非常に概略的な態様でのみ示されているが、工具１５０のマウントフランジとの接続する働きをする。第１の実施形態に関連して既に示されたように、工具インターフェース２３５は、それ自体が知られている任意の態様で、例えばＩＳＯ １２１６４－１：２００１－１２に準拠したＨＳＫ接続として、ＤＩＮ ＩＳＯ ７３８８－１＆２：２０１４－０７に準拠した急角度テーパー接続として、又はＩＳＯ ２６６２３－１：２０２０に準拠したＣａｐｔｏ（商標）接続として、設計することができる。この実施形態においては、工具軸Ｂはワークスピンドル軸Ｂ´と一致する。

【0063】

＜変更例＞
特許請求の範囲において定義された本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形が可能であることは、以上から明らかである。

【0064】

特に、本発明は、研削ウォーム又は歯車ホブ等の創成プロセスによる加工のための工具のみならず、少なくとも１つの成形研削砥石との共通の工具マンドレルに少なくとも１つの研削ウォームを含む組み合わせ工具を含む、少なくとも１つの成形研削砥石を備えた加工工具とも使用することができる。工具は特に、研磨工具、例えば研磨研削ウォーム、又は研磨研削エリアを有する組み合わせ工具であってもよい。

【0065】

第２の実施形態におけるもののようなアクチュエータは、当然ながら、第１の実施形態による補助スピンドルユニットにおいても備えることができる。以上に議論された油圧転回入口についても同様である。

【0066】

以上に説明された実施形態においては、工具がそれぞれのカウンター軸受１４０、２４０の側で追加的に駆動されることとはされていないが、カウンター軸受は、工具を両側で駆動するため、第２のモータースピンドルの一部であってもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 歯切盤
１０ 機械台
２０ 工具キャリア
３０ Ｚスライド
４０ ワークピーススピンドル
４１ ワークピース
５０ 機械コントローラー
１００ 補助スピンドルユニット
１１０ キャリア
１２０ 取り付け構造
１３０ モータースピンドル
１３１ ハウジング
１３２ 転がり軸受
１３３ スピンドルシャフト
１３４ 駆動モーター
１３５ 工具インターフェース
１３６ 回転測定システム
１４０ カウンター軸受
１４１ ハウジング
１４２ 転がり軸受
１４３ 中空シャフト
１５０ 加工工具
１５１ マウントフランジ
１５２ 精密シャフトナット
１５３ 研削砥石
１５４ ねじ
１５５ 短いテーパー装着部
１５６ 長手方向ボア
１６０ 油圧拡張式マンドレル
１６０ａ 第１のクランプ領域
１６０ｂ 第２のクランプ領域
１６１ 基体
１６２ａ、１６２ｂ 拡張スリーブ
１６３ａ、１６３ｂ クランプチャンバ
１６４ ラインシステム
１６５ クランプピストン
１６６ クランプねじ
１６７ 端部部品
１６８ 環状溝
１７０ 媒体インターフェース
２００ 工具ヘッド
２１０ 基体
２２０ シフトスライド
２２１ シフト駆動部
２３０ ワークスピンドル
２３１ ハウジング
２３２ 転がり軸受
２３３ スピンドルシャフト
２３４ 駆動モーター
２３５ 工具インターフェース
２４０ カウンター軸受
２４１ ハウジング
２４２ 転がり軸受
２４３ 中空シャフト
２４５ 転回入口
２５０ アクチュエータ
２５１ 油圧シリンダ
２５２ 油圧ピストン
２５３ 作動アーム
Ａ 旋回軸
Ｂ 工具軸
Ｂ´ ワークスピンドル軸
Ｃ ワークピース軸
Ｒ 環軸
Ｘ、Ｙ、Ｚ 方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】