JP2008540145A - 別々のキャリッジに２つのクランプ点を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

工作物を２つのクランプ点の間に挟持し得る工作物マウントを有したそれぞれの工作物と工具との間での相対運動を実行するための少なくとも１つの旋回軸と少なくとも２つの直線変位軸とを備え、工作物を回転切削するための工作機械にして、上記直線変位軸の一方が、工作物を直線的に駆動可能とする工作物マウントの工作物軸として設けられ、また工作物マウントが更に工具ドライブによって工具軸周りに回転駆動される切断加工工具を据え付けるための工具ホルダを備えている。高精度の製造のため、非常に異なる長さの工作物にとって同じ条件が達成される。そのために、工作物マウントの物理的に分かれた２つのキャリッジ（２７，２８）が設けられ、これらの各々にクランプ点（１６，１７）の１つが配置され、それらの両方が互いに独立して工作物に沿って直線的に駆動され得る。

Description

本発明は、回転駆動されるカッティング加工工具を据え付けるための工具ホルダを備え、工作物を２つのクランプ点の間に挟持し得る工作物マウントを有する、工作物を回転切削（フライス加工）するための工作機械に関する。当該工作機械は、工具で工作物を機械加工する際に工作物に対する加工工具の相対運動として加工供給運動を生じるために個別に又は互いに組み合わさって設けられている複数の従動変位軸を有する。工具ホルダは従動変位軸の少なくとも１つの直線変位軸を備え、工作物マウントは物理的に互いに分かれた少なくとも２つのキャリッジを備え、これらの各々に上記クランプ点の一方が配され、工作物マウントの２つのキャリッジが少なくとも１つの従動直線変位軸に沿って共同で駆動可能になっている。

工作物とフライス工具が少なくとも１つの軸線回りの相対旋回運動と少なくとも２つの軸線に沿った相対直線運動を行う工作機械は、工作物を回転切削するために用いられる。これら工作機械は送り運動を生成する変位軸を備え、例えば回転機械加工中の工作物の回転運動又は回転切削中の工具の回転運動の場合のような、純粋な切断運動を生じるような軸と区別される。とりわけ、例えば工作物を収容するため又は工作物を特定の位置に移すために工具又は工作物の単なる送り運動を行い得るような変位軸から、区別されるべきであり、純粋な送り運動のための変位軸は工作物の機械加工中に作動しない。

多数の送り変位軸はまた、必要とされる機械加工の複雑さに応じて設けられてもよい。それゆえ、もし可能ならば唯一の設定において少なくとも３つの直線及び２つの回転の送り軸が、タービンやコンプレッサーの羽根やブリスク（blisks）のような複雑な幾何学的形状を有した工作物の製造にとって有利である。

特に例えばタービンブレードや羽根のような長めの工作物の場合、曲げを避けるための２つのクランプ点の間で頻繁に挟み直しがあり、また結果的に製造上の大きな不正確性を招来する。そのような工作物に対する通常の解決では、１つのクランプ点を長手方向に可動なキャリッジに固定的に配する一方で、挟持プロセスのために第２のクランプ点を単に縦移動可能とする。この縦移動可能な長さとキャリッジ全体のサイズとは、対応する工作機械で機械加工されるべき最も長い工作物に関して設計されなければならない。しかしながら、これは、特にキャリッジにおける短めの工作物で、キャリッジの支承が片側だけ強く負荷を受けて、製造精度が劣化するという短所を有する。

フライス盤は既に特許文献１から公知であり、そこでは３つの直線送り変位軸と旋回軸が工具に備えられている。２つの独立したキャリッジを備えた円形ステーションとして実施された工作物マウントは直線送り変位軸を備えている。工作物を挟持し得る２つのキャリッジはそれらの変位軸に沿って互いに独立して駆動可能である。第２の工作物マウントもまた工作機械に設けられ、これに自動化して移動させられなければならない。工作物を受け取ることができるように、第２の工作物マウントは様々な方向に可動でなければならない。送り運動として、第２の工作物マウントのキャリッジは第１工作物マウントの送り軸に平行な動きを実行する。工作機械のこの概念デザインによって、機械の良好な剛性を達成することが困難になる。更に工作物のアクセス性が、各工作物マウントの２つのキャリッジの可動性にもかかわらず、Ｘ方向に制限される。とりわけ第２の工作物マウントが設けられているため、工作物の機械加工中の当該工作物のアクセス性に不利である。

ＷＯ ０３／０６４０８９ Ａ１

したがって、本発明の課題は、好ましい特性を有した工作物マウント、とりわけ、相当に異なる長さの工作物のために高い製造精度にとって等しく良好な条件がもたらされる一層可変な工作物マウントを備え、冒頭に明記したタイプの工作機械を提供することにある。それらの特性にもかかわらず、本発明に係る工作機械は可能な限り、変形に関して高い剛性を有しうるような条件も工作機械が備えなければならない。

この課題は、冒頭に明記されたタイプの工作機械において、本発明にしたがい、工作物マウントの２つのキャリッジのうち、少なくとも一方が機械加工送り運動を実行するために第２の直線変位軸を備えている。

好ましくは２つのキャリッジに割り当てられた機械加工送り運動のための直線移動ガイドは、好ましくは２つ１組で互いに平行に整列させられる。これら直線移動ガイドの変位軸は、一方で工作物の長手方向軸若しくは挟持軸に平行に調整され得、他方では上記軸に交差して工作物マウントの２つのクランプ点若しくはキャリッジで駆動される機械加工送り運動が２つの互いに直交した方向においてなされ得るのが有利である。したがって、そのような実施形態において、２つの直線変位軸が工具に備えられるので、本発明にしたがう機能性にもかかわらず、そのような工作機械は特にコンパクトで剛性のあるように設計することができる。

本発明に係る解決法は、工作物の挟持の結果として、両方のクランプ点の直線移動ガイドが同じ静的負荷を実質的に受けることを付加的に保証する。機械加工中に生じる動的負荷の場合においても、より均一な分布がこれによって負荷点にわたって達成可能である。更に、本発明に係る解決法は、非常に短い工作物から工作物軸の長さに対応する長さを有する工作物まで、常に等しい好適な条件下で、全ての工作物長さを機械加工することができるという利点を有する。最後に、本発明はまた、製造精度が更に改善可能なようにコントローラを用いてベースフレームの形態的な不正確さを補償することを可能とする。

２つまでの直線変位軸が工具ホルダに割り当てられるならば、本発明に従う機械加工の原理の利点を有する特に硬い機械構造が達成可能である。本発明の好適な実施形態において、工具ホルダは単に２つの直線機械加工送り軸において、また工作物マウントは単に２つの直線機械加工送り軸において移動可能である。例えば特許文献１における以外は、少なくとも４つの直線変位軸にもかかわらず、工具ホルダと工作物マウントができる限り少ない数の直線変位軸しか有さず、これは本発明に係る工作機械の高い製造精度を招来する。

少なくとも１つの変位送り軸に沿った、好ましくは両方の変位送り軸において、２つのクランプ点の動きは、互いに同期すべきである。そのような同期性は、コントローラの一部として好ましくはハードウェアベース又はソフトウェアベースの調整によって達成可能である。同じ軸に沿った２つのクランプ点又はキャリッジの機械的に分かれた変位性は、このために設けられた直線移動ガイドの同じレール上に両方のキャリッジを配する場合、特に低い設計経費で達成可能である。工作物マウントの２つのクランプ点の間で工作物を確実に安定して配置するために、２つのクランプ点の同期運動のため両クランプ点の瞬間位置を決定するための検知器が設けられてもよい。それらの信号はコントローラに送られる。検知信号に基づいて、コントローラは２つのキャリッジの設定点と実際の地点との間又は２つの同期して動くキャリッジのスピードを補償する。このためにコントローラはまた１つ以上の制御ループを含むことが可能である。

本発明は、工具ホルダが旋回軸回りに旋回可能で当該旋回軸が好ましくは挟持された工具の工具軸とで鋭角をなしている工作機械に関連して特に重要である。更に、適切な更なる展開において、旋回軸と工具軸は互いに交差するか、少なくとも互いに非常にぎりぎりを過ぎて延在し、最も短い間隔の位置での交差点は工具先端領域に位置している。そのような解決法で、旋回運動にもかかわらず工具先端がその位置を保つ工具ホルダの旋回運動は、複雑な補償運動なしに１つ以上の並進軸に沿ってなされ得る。更に、挟持力の結果としての回転軸のトルク負荷はこの場合、最小化される。そのような旋回運動はそれゆえ、工具の位置合わせ又はトラッキングに用いられ得、製造されるべき工作物が複雑な輪郭を有している場合でさえ、良好な表面品質と精度が達成可能である。

本発明に係る工作機械は更に、２つのクランプ点が工作物を受け取ることができ工作物の機械加工中、当該工作物を、フライス工具に対する工作物の機械加工送り運動又は当該送り運動の成分としてもたらされる回転運動中に設定可能である円形ステーションを有する。円形ステーションは、好ましくはエンドレス回転運動を実行可能である。そのような工作機械に関連して、既にヨーロッパ特許第０６５９５２０Ｂ１公報に記載されているように、多数の追加的利点が、本発明に従い好ましくは２つのクランプ点の互いに独立した多軸の変位可能性に関して得られる。これらは特に円形ステーションをより細くし得るので、例えば移動マス（moving masses）の考えられ得る減少（possible reduction）にある。この機械原理で可能な短い機械加工時間はいずれにせよ、高い機械加工精度にかかわらず移動されるべき小さなマスの結果として、更に短くすることが可能である。チップの流れと工作物交換又は工作物の端面加工のためのアクセス性がまた、そのような工作機械原理において本発明を用いることによって改善される。したがってヨーロッパ特許第０６５９５２０Ｂ１公報の内容は、特にそのような工作機械の基本的な構造及び作動モードに関して、言及によって完全に含まれる。

本発明の更に好適な実施形態は、特許請求の範囲、明細書及び図面から得られる。ここにおいてたとえ本発明の個々の特徴が他の特徴との組み合わせで単に示されているにせよ、それらはまた独自の重要性を有する。

本発明を、図面において単に概略的に示された例示的な実施形態に関して詳細に説明する。
図１に非常に概略的に示された工作機械は、機械フレーム１を備えており、その上側に第１キャリッジ２が配されている。当該キャリッジ２はデカルト座標系のＸ方向に駆動可能である。当該キャリッジ２の変位は、互いに平行に延在する２つの直線移動ガイドによって実行される。これら直線移動ガイドでは、複数のキャリッジローラ３，４が直線変位レール５に配されている。これらレール５の一つだけが図面に現れている。回転体がキャリッジローラ３，４における循環経路において循環する直線移動ガイドは、多くのケースにおいて以前から知られている。本例では、キャリッジローラ３，４が機械フレーム１の固定位置に取り付けられる一方、レール５が可動キャリッジ２に付属させられている。

キャリッジ２は、工具キャリッジ７を配した傾斜表面を有する。工具キャリッジ７は、上記したものとは別の２個の直線移動ガイド（図示せず）によって上記傾斜表面上をＸＺ方向に駆動され得る。

工具キャリッジ７に工具ホルダ８が付属させられ、これにフライス加工工具９が装着可能であり、工具ドライブ１１によって機械加工軸１０回りの回転運動を設定される。切削加工に要する切削速度は、上記回転運動によって生成される。本例において、工具ホルダ９は工具キャリッジ７に装着され、従動旋回軸１４回りに旋回され得る。本例において、旋回軸１４は工具先端で工具９の回転軸（加工軸１０）と交差する。旋回運動は、工作物の機械加工中に、特に工具９が工作物内に干渉する間に、実行され得る（図示せず）。

機械フレーム１の前側に工作物ホルダとして、２つのクランプ点１６，１７を備えた円形ステーション１５が配される。工作物はこれらクランプ点の間で挟持され得る。円形ステーション１５は回転ドライブ１６ａ，１７ａを備えており、これによって夫々の工作物を挟持軸１８回りに回転可能である。

円形ステーション１５の回転ドライブ１６ａ，１７ａはその工作物マウントを回転運動させるために例えばクランプ点１６に割り当てられ得る。好ましくは、両方のクランプ点１６，１７は夫々、自身の回転ドライブ１６ａ，１７ａを有する。

クランプ点１６，１７の各々は、夫々２つの平行な直線移動ガイドによってＺ軸に平行に駆動され得るクランプ点担体１９，２０に配されている。２つのクランプ点担体１９，２０は各々、専用ドライブ（図示せず）を備え、それによってそもそも互いに独立したクランプ点担体の並進運動が実行され得る。これは、工作物がクランプ点１６，１７の一方によってのみ保持される場合に、特に重要である。仮に両方のクランプ点１６，１７が工作物を装着するのに同時に用いられるならば、２つのクランプ点担体１９，２０の動きは例えば適当なセンサによって互いに同期しなければならない。上記センサで、２つのクランプ点１６，１７のＺ軸に沿った位置は連続して特定され、互いに比較され、適宜に互いに適応させられる。

このために、光学読み取りヘッドを備えたガラス定規（両方とも図示せず）が、２つのクランプ点１６，１７の各々の少なくとも１つの直線移動ガイドに備えられ得る。これは基準点に対する夫々のクランプ点１６，１７の絶対位置を決定する。これに適切なガラス定規は、例えばハイデンハイム社（Heidenheim、例えば製品ＬＣ１８１）によって供給される。読み取りヘッドからの信号は、詳細には示さない工作機械の電子コントローラに供給され、そこで比較され、２つのクランプ点１６，１７の一方又は両方のドライブでの切り換えによって適宜に互いに合わせられる。このために、再アライメントユニットの機能を果たす制御ループが備えられ得、所定の許容誤差を考慮する。両方のクランプ点は所定の距離と速度を有するか、各クランプ点に対して予め決められたＺ位置に配される。

２つのクランプ点担体１９，２０の各々のＺ軸に対する直線移動ガイドのレール２３，２４，２５，２６は、他方で各々、夫々のクランプ点担体１９，２０に割り当てられたキャリッジ２７，２８の上側に配されている。両方のキャリッジ２７，２８の下側には、別の直線移動ガイドが配され、それによってキャリッジ２７，２８は同期して又は互いに独立してＹ方向に並進駆動され得る。このために、工作機械のＹ軸は、機械フレームに連結した直線移動ガイドの２つのレール２９，３０を有する。これら直線移動ガイドのキャリッジローラ３１，３２；３３，３４，３５，３６は、キャリッジに取り付けられ、そこで両方のキャリッジ２７，２８のキャリッジローラ３１，３２；３３，３４，３５，３６は同じレール２９，３０に配される。このデザイン構造並びにそれに帰着したＹ方向とＺ方向でのクランプ点担体１９，２０の変位可能性の結果として、クランプ点担体は各々、交差キャリッジを有する。

ここに示されたキャリッジ全ては、市販のサーボモータ（詳細には図示せず、例えばSiemens社製タイプ1FT6084-1AF71）を備え得る。サーボモータの回転運動はベルトドライブとボールスクリュースピンドルによって並進運動に変換される。しかしながら、代わりに直線ダイレクトドライブも、例えばSiemens社製タイプ1FN3600-4WC00-0AA0に類似したドライブも使用可能である。

Ｙ軸に沿ったキャリッジ２７，２８の動きも好ましくは互いに同期され得る。Ｚ軸の場合のように、適当な検知器（例えば光学検知器、磁気検知器又は誘導検知器）もまた、両方のキャリッジ２７，２８の位置を決定するために設けられ得る。当該検知からの信号は工作機械のコントローラに供給され、それによってキャリッジの動き又は位置が制御され得る。

本発明に係る工作機械は、例えばタービンやコンプレッサーのブレードのような複雑な幾何学形状を有した細長い工作物の機械加工を提供する。特にそのような工作物を挟持するために、２つのクランプ点１６，１７は初め、工作物の長さよりも長いＹ間隔をもってキャリッジによってＹ軸上で離れて駆動される。そして工作物は回転駆動可能なクランプ点１６，１７の一方に位置したコレットチャックにおいて挟持され得る。そして２つのクランプ点は、例えば他方のクランプ点１６，１７の心立て先端が工作物の心立て穴に位置するまで、Ｙ方向において互いの方へ移動可能である。

挟持軸１８に沿ってそのように挟持された工作物は、工作物側の従動Ｙ軸及び従動Ｚ軸を介して工具に供給され得る。供給動作は、機械加工の間、これら軸をもって実現可能である。同じことが、Ｙ軸に平行に延在する挟持軸回りの円形ステーションにおける工作物の起こり得る回転にも当て嵌まる。供給及び／又は進行動作のために、工具は、Ｘ軸でのキャリッジと共に並びに工具キャリッジ７の軸と共に、Ｘ方向とＺ方向で同時に駆動され得る。更に工具は、その工具ホルダ８によって旋回運動のために工具キャリッジ７の旋回軸１４回りに旋回可能である。この軸回りの工具９の旋回可能性と旋回軸１４の既述した調整の結果、これら旋回運動の間、工具９は円錐の外表面区分に対応する経路を描く。なおその際、円錐先端は工具先端にある。それゆえ、旋回運動にもかかわらず、円錐先端は座標系に関してその空間位置が変わらない。

これによって、工具９が常に工作物表面に適宜に調整され得ること（周知のようにこのことは工作物での良好な表面を達成するために決定的に重要である）が示された。他の工作機械の場合とは異なって、旋回動作の規模が増すにつれ、工具ホルダ８は工具９と共に工作物の隣におかれる。これによって、フライス加工プロセスのために工作物に対し工具を良好に調整することを可能にする非常に大きな旋回角度を可能とする。更に、両方のクランプ点１６，１７の均衡のとれた負荷が本発明によって達成可能なので、全体的に高品質な作業結果が、そのような工作機械で達成可能である。

本発明に係る工作機械において、２つのクランプ点はＹ方向に比較的大きな間隔で配置され得、更にＺ方向においても互いに間隔を有しているので、工作物は一方の側で挟持可能であり、且つその前面を機械加工され得る。製造精度に不利な工作物の第２の挟持は、これによって避けることができる。そのために、本発明に係る工作機械を用いることで、そのような機械加工が高い製造精度で実行可能なわけである。

最後に、記述された軸の全ては別々に且つ同時に動き得る従動軸であることを指摘する。動きは通常のように生み出され、工作物を製造するためのプログラムを実行し任意に適切な記憶媒体に記憶する電子コントローラによって制御される。

本発明に係る工作機械の斜視図である。 図1の工作機械の側面図である。

符号の説明

１ 機械フレーム
２ キャリッジ
３，４ キャリッジローラ
５ 直線移動レール
６ 傾斜表面
７ 工具キャリッジ
８ 工具ホルダ
９ 回転切削工具
１０ 機械加工軸
１１ 工具ドライブ
１４ 旋回軸
１５ 円形ステーション
１６ クランプ点
１６ａ ドライブ
１８ 挟持軸
１９，２０ クランプ点担体
２３，２４，２５，２６ レール
２７，２８ キャリッジ
２９，３０ レール
３１，３２，３３，３４，３５，３６ キャリッジローラ

Claims (14)

1. 回転駆動されるカッティング加工工具を据え付けるための工具ホルダを備え、工作物を２つのクランプ点の間に挟持し得る工作物マウントを有する、工作物を回転切削するための工作機械にして、当該工作機械は、工作物を機械加工する際に工作物に対する加工工具の相対運動として加工供給運動を生じるために個別に又は互いに組み合わさって設けられている複数の従動変位軸を有し、上記工具ホルダは上記従動変位軸の少なくとも１つの直線変位軸を備え、上記工作物マウントは物理的に互いに分かれた少なくとも２つのキャリッジ（２７，２８）を備え、これらの各々に上記クランプ点の一方が配され、工作物マウントの２つのキャリッジ（２７，２８）が少なくとも１つの従動直線変位軸に沿って共同で駆動可能になっている、工作機械において、
   上記工作物マウントの２つのキャリッジ（２７，２８）の少なくとも一方が、加工供給運動を実行するために第２の直線変位軸を備えていることを特徴とする工作機械。
2. 上記工作物マウントが、両方のクランプ軸を通って延在する回転軸回りに工作物の従動供給回転運動を実行するための回転軸を備える円形ステーションとして形成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. ２つのクランプ点が各々、工作物の回転運動を生成するためのドライブを備えてい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. ２つのキャリッジが、変位軸の１つの直線移動ガイドの同じレール上で駆動可能であ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. ２つのキャリッジの動き及び／又は位置を同期するための手段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. 各々の場合に、直線移動軸の１つの少なくとも１つの直線移動ガイドが、少なくとも一方のキャリッジに、好ましくは両方のキャリッジに配置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。
7. キャリッジに配置された少なくとも２つの直線移動ガイドの動きが互いに同期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. 少なくとも２つの直線移動ガイドを同期するための制御装置を特徴とする請求項７に記載の工作機械。
9. 工作物軸を横切る１つの方向に駆動可能な工具ホルダを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の工作機械。
10. ２つのクランプ点が、夫々１つの交差キャリッジに配置され、交差キャリッジの各々が互いに平行となっていない２つの変位軸に沿った従動機械加工送り運動を実行するように構成されてい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工作機械。
11. 従動機械加工送り運動において工具ホルダを旋回可能な手段を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の工作機械。
12. 工具ホルダの１つの旋回軸が少なくともおおよそ機械加工軸と交わることを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。
13. 旋回軸が少なくともおおよそ工具先端の領域において機械加工軸と交わることを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。
14. 工具を保持し、工具ホルダにて回転駆動し、工作物を工作物マウントの２つのクランプ点の間に保持し、各クランプ点は夫々１つのキャリッジに位置しており、２つのキャリッジは機械加工送り運動にて少なくとも互いに平行に動き得、上記工具ホルダは機械加工送り運動にて少なくとも１つの直線変位軸に沿って動き得る、工作機械にて工作物をフライス加工する方法において、互いに平行でなく調整された２つの直線機械加工送り運動にて２つのキャリッジの少なくとも一方とともに工作物を動かすことを特徴とするフライス加工方法。

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