(57)【要約】【課題】安定した堅固な工具装置を実現しながら、迅速、柔軟かつ快適な工具交換が可能になる回転工作機械用の工具装置を提供する【解決手段】軸受セット２８，２８′を介してハウジング１２内に回転可能に収容されたスピンドル１６を備え、該スピンドルに、工具マンドレル１４を備えるツールホルダ１４，２４，２６が、工具２０を固定するためにクランプされる、回転工作機械用の工具装置であって、上記工具２０が固定された上記ツールホルダ１４，２４，２６が、上記軸受セット２８，２８′の少なくとも１つの前側の軸受と該軸受セットのセット中心３０とが、上記工具マンドレル１４及び上記工具２０の少なくとも一方によって囲まれるように、上記スピンドル１６にクランプされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受セット（２８，２８′）を介してハウジング（１２）内に回転可能に収容されたスピンドル（１６）を備え、該スピンドルに、工具マンドレル（１４）を備えるツールホルダ（１４，２４，２６）が、工具（２０）を固定するためにクランプされる、回転工作機械用の工具装置であって、
上記工具（２０）が固定された上記ツールホルダ（１４，２４，２６）は、上記軸受セット（２８，２８′）の少なくとも１つの前側の軸受と該軸受セットのセット中心（３０）とが、上記工具マンドレル（１４）及び上記工具（２０）の少なくとも一方によって囲まれるように、上記スピンドル（１６）にクランプされることを特徴とする工具装置。
【請求項２】
請求項１記載の工具装置において、
上記スピンドル（１６）は、少なくとも１対の軸受からなる上記軸受セット（２８，２８′）と共に、上記ハウジング（１２）内に設けられていることを特徴とする工具装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の工具装置において、
上記軸受セット（２８，２８′）は、少なくとも１対の転がり軸受からなることを特徴とする工具装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の工具装置において、
上記軸受セット（２８，２８′）は、少なくとも１対の磁気軸受、流体動圧軸受、流体静圧軸受、空気静圧軸受又は空気動圧軸受からなることを特徴とする工具装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の工具装置において、
上記ツールホルダ（１４，２４，２６）は、上記工具マンドレル（１４）と、クランプカートリッジ（２４）と、クランプリッド（２６）とで構成されており、
上記工具マンドレル（１４）は、該工具マンドレルが上記クランプカートリッジ（２４）を介して上記スピンドル（１６）に着脱可能に取り付けられかつ上記工具（２０）用のホルダを備えるように形成されていることを特徴とする工具装置。
【請求項６】
請求項５記載の工具装置において、
上記クランプカートリッジ（２４）が、上記ツールホルダの一部であって上記スピンドル（１６）と上記工具マンドレル（１４）との間に設けられているか、又は、上記クランプカートリッジ（２４）が、上記スピンドル（１６）の一部であることを特徴とする工具装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の工具装置において、
上記スピンドル（１６）は、該スピンドルの自由端に、中空円錐体（２２）、又は中空円錐体を受け入れる受入れ部を備えていることを特徴とする工具装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の工具装置において、
上記スピンドル（１６）内に、バランス部材（１８）が、上記工具（２０）に囲まれるように収容可能であることを特徴とする工具装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の工具装置において、
上記スピンドル（１６）に、バランスリング（１８′）が取り付けられていることを特徴とする工具装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の工具装置を備えることを特徴とするマシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具装置及び該工具装置を備えたマシニングセンタに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転工作機械、例えば創成及び倣い研削盤において、工具、特に研削ディスクを固定するための工具装置が知られている。この創成及び倣い研削盤では、発生する加工力に起因してツールホルダに変形が生じ、それが他の機械部品や装置のハウジングに伝わるという問題が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
工具は、急峻な円錐形のチャックを介して、工具スピンドルに配置されたマンドレルにクランプされて強固に締め付けられ、そして駆動される。そこで不釣り合いが発生すると、長い上部構造にも振動の影響が生じる。同時に、装置が長くなるにつれて堅固性ないし剛性が低下する。
【０００４】
上述の望ましくない効果を打ち消すために、工具の幅の増加に伴うカウンター軸受が必要である。一般に、工具マンドレルとスピンドルシャフトとは一体型に設計されており、かつ工具はスピンドル軸受の近くに設けられているので、幅狭の工具であれば、カウンター軸受は省略され得る。
【０００５】
スピンドルは、一般的に、内蔵モータ又はベルトにより駆動される。軸受、例えば高精度のボール軸受は、特に高速時においても、十分に堅固な接続が可能となるように設計されなければならない。この目的のために必要とされる軸受は、概ね、転がり軸受として設計されていて、さまざまな設計、例えば単列ユニバーサル軸受に利用できる。剛性を高めるために、軸受はさまざまな態様、例えばＯ型配列、Ｘ型配列、Ｏ型タンデム配列又はＸ型タンデム配列で設けられるか、又は、対とされ偏らせられる。スピンドルの組立において、軸受の配置は、大きく変化しかつ各使用状態に依存している。
【０００６】
スピンドルへの工具の取付けは、一般的に、工具マンドレルによって影響を受ける。工具マンドレルは、しばしば、中空円錐体及びクランプカートリッジによってスピンドルに固定される。一般に、上記中空円錐体はツールホルダに設けられ、クランプカートリッジを含む中空円錐体受入れ部がスピンドルに設けられる。
【０００７】
本発明の目的は、安定した堅固な工具装置を実現しながら、迅速、柔軟かつ快適な工具交換が可能になる回転工作機械用の工具装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する工具装置及び請求項１０の特徴を有するマシニングセンタにより解決される。
【０００９】
本発明に係る回転工作機械（特に歯車研削用の硬質精密歯車研削盤（hard-fine gear grinding machine））用の工具装置は、軸受セットを介してハウジング内に回転可能に収容されたスピンドルを備え、該スピンドルに、工具マンドレルを備えるツールホルダが、工具を固定するためにクランプされる。そして、上記工具が固定された上記ツールホルダは、上記軸受セットの少なくとも１つの前側の軸受と該軸受セットのセット中心とが、上記工具マンドレル及び上記工具の少なくとも一方によって囲まれるように、上記スピンドルにクランプされる。少なくとも１対の軸受からなる軸受セットは、ほぼ完全に工具マンドレル及び／又は工具の内側に設けられる。よって、高い堅固性ないし剛性が得られ、その結果、より広範にわたる工具についてもカウンターブラケットが省略され得る。
【００１０】
本発明に係る、工具の内側におけるスピンドル軸受の配置により、より小型で短縮された工具装置の構造がもたらされ、それにより、より複雑なワークピースの機械加工が可能になりかつ機械加工の妨げとなる輪郭が減少する。さらに、より広範にわたる工具の片持ち支持によって、従来のカウンター軸受を備えた装置と比較して相当のコスト低減が達成される。
【００１１】
好ましくは、本発明に係る工具装置のスピンドルは、少なくとも１対の軸受によりハウジング内で支持され、特に好ましくは、軸受セットにおける上記軸受対の少なくとも１つの前側の軸受は、完全に工具マンドレル及び／又は工具の内側に設けられる。スピンドル軸受としての上記軸受は、スピンドルの軸上の全ての位置において配置され得る。
【００１２】
上記軸受セットは、好ましくは、少なくとも１対の転がり軸受からなり、特にスピンドル軸受を構成する。しかしながら、基本的には、従来技術より知られている軸受配置の全ての可能性が、本発明に対して考えられ得るものでありかつ適用可能である。
【００１３】
上記軸受セットは、例えば、少なくとも１対の磁気軸受、流体動圧軸受、流体静圧軸受、空気静圧軸受又は空気動圧軸受で構成されていてもよい。
【００１４】
本発明に係る工具装置のツールホルダは、上記工具マンドレルと、クランプカートリッジ、特に中空円錐体で構成されたクランプカートリッジと、クランプリッドとを備えていることが好ましい。工具マンドレルは、該工具マンドレルがスピンドルに着脱可能に取り付けられかつ工具用のホルダを備えるように形成されており、その結果、工具が工具マンドレル取付可能となっている。クランプは、工具マンドレルに工具を固定するために使用される。
【００１５】
好ましくは、中空円錐体のクランプカートリッジは、ツールホルダの一部であってスピンドルと工具マンドレルとの間に設けられ得る。これに代えて、クランプカートリッジはスピンドルの一部であってもよい。中空円錐体のクランプカートリッジと、スピンドルに設けられた中空円錐体を受け入れる受入れ部とが工具マンドレルに設けられ得る。中空円錐体のクランプカートリッジは、工具マンドレルをスピンドルに固定するために、手動で軸方向に駆動される。自動の中空円錐体のクランプカートリッジ、ネジ付きの短い円錐状の受入れ部、ネジ付きの円筒状の受入れ部、又は急峻な円錐状の受入れ部が、同様に考えられかつ容易に実現され得る。これらの全ての構成により、カウンター軸受なしで高い堅固性ないし剛性が得られる。よって、固定された工具を含む工具マンドレルの交換により、素早くかつ単純な工具交換が実現され得る。
【００１６】
好ましくは、スピンドルは、該スピンドルの自由端に、中空円錐体又は中空円錐体を受け入れる受入れ部を備えるように形成される。
【００１７】
本発明に係る工具装置の特に有利な実施形態では、工具装置の回転時において不釣り合いを打ち消すのに役立つバランス部材（バランスヘッドとも言う）が、少なくともほぼ完全にスピンドル内に収容されており、その結果、バランス部材が工具に囲まれる。この解決手段により、工具及び複数の工具マンドレルの交換において１つのバランス部材しか要しないことが実現される。ここで、自動的な釣り合わせが行われる。
【００１８】
スピンドル内に組み込まれたバランス部材に加えて、１つ又は２つの手作業で取り付けられたバランスリングが研削ディスクの両側に設けられていてもよい。
【００１９】
しかしながら、スピンドル内に組み込まれたバランス部材がリングとして形成され、それにより中空円錐体のクランクカートリッジが、一般に用いられる設計における空き領域に設けられることも考えられる。
【００２０】
本発明に係る上記の目的は、請求項１０の特徴を有する、硬質精密歯車研削盤や創成及び倣い研削盤等のマシニングセンタによっても解決される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】先行技術に係る創成及び倣い研削盤の単純化された概略図である。
【図２】本発明の好ましい代表的な実施形態の創成及び倣い研削盤に係る工具装置の部分断面図である。
【図３】別の好ましい代表的な実施形態の図２相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図示された代表的な実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、先行技術に係る創成及び倣い研削盤の単純化された概略図を示す。この研削盤は、既知の構造を有しているので詳細には説明しない。創成研削又は倣い研削のための創成及び倣い研削盤の概略斜視図には、さまざまな方向の運動が示されている。同図はこの研削盤の６つの基準軸を示しており、それらは、３つの直線軸Ｘ１，Ｚ１，Ｖ１と３つの回転軸Ａ１，Ｂ１及びＣ２とに分けられる。回転軸Ａ１は、工具を旋回させるのに役立ち、回転軸Ｂ１は、使用される工具の回転運動に対応し、そして回転軸Ｃ２は、工具台上に配置されて機械加工されるワークピース（図示せず）の回転運動を示している。３つの直線軸Ｘ１，Ｚ１及びＶ１は、各工具の径方向の動き（Ｘ１）、工具の送り動作（Ｚ１）及び工具の接線方向の動き（Ｖ１）である。
【００２４】
工具台上で機械加工される、クランプされたワークピースの切削速度は、回転軸Ｂ１回りの回転速度により決定され得る。回転軸Ｂ１回りの工具の回転速度は調整され、そのとき別の運動の調整が同様に行われる。研削盤における直線軸及び回転軸の対応する駆動は、既知のＣＮＣコントローラにより実行される。Ｃ５軸は、ドレッシングスピンドルの旋回を示し、Ｃ３軸は、環状軸受の回転を示している。カウンターブラケットのアームの動きはＺ４軸により示されており、Ｂ３は工具の軸である。
【００２５】
図２は、本発明に係る工具装置１０のツールホルダの領域における部分断面図を示している。この工具装置１０は、内部にスピンドル１６が回転可能に収容されたハウジング１２を備えている。このスピンドル１６に、工具マンドレル１４を備えるツールホルダが、工具２０を固定するためにクランプされる。ハウジング１２とスピンドル１６との間には、軸受セット２８，２８′が設けられている。この代表的な実施形態では、軸受セット２８，２８′は、ハウジング１２内でスピンドル１６を支持する２対の軸受（２つの軸受対）を備え、軸受セットの前側の軸受２８と軸受セットのセット中心（３０）とは、スピンドルハウジング１２の内側に設けられると同時に工具マンドレル１４の内側に設けられている。
【００２６】
軸受セットの後側の軸受２８′は、軸方向において軸受セットの前側の軸受２８と離間している。この代表的な実施形態では、軸受セット２８，２８′は転がり軸受として形成されているが、その他の設計もまた可能である。一般に、軸受はスピンドル１６の水平軸上の全ての位置において配置され得る。
【００２７】
この代表的な実施形態では、ツールホルダが反転して設けられている。スピンドル１６内に、バランス部材１８が完全に内蔵され、中空円錐体で構成されたクランプカートリッジ２４が、反対に挿入されている。すなわち、スピンドル１６に中空円錐体２２が設置され、ツールホルダ（１４，２４，２６）に、その中空円錐体を受け入れる受入れ部が設けられている。スピンドル１６は、中空円錐体のクランプカートリッジ２４に近接する端部において、中空円錐体２２を備えており、その結果、中空円錐体のクランプカートリッジ２４が、中空円錐体２２の内部に収容可能となっている。この構成によると、中空円錐体のクランプカートリッジ２４は、手動で軸方向に駆動されて引っ張られ得る。ここで、反転された、自動の中空円錐体のクランプカートリッジが同様に考えられかつ実現可能である。
【００２８】
さらに、ネジ付きの短い円錐状の受入れ部、ネジ付きの円筒状の受入れ部、又は急峻な円錐状の受入れ部もまた使用され得る。
【００２９】
工具装置は、さらにクランプリッド２６を備えており、このクランプリッドは、この代表的な実施形態において、工具としての研削ディスク２０が、工具マンドレル１４内に設けられた上記受入れ部に固定され得るように、工具マンドレル１４に取付可能になっている。クランプリッド２６は、ネジにより工具マンドレル１４に固定される。よって、固定された工具２０を含む工具マンドレル１４の交換により、素早くかつ単純な工具交換が実現され得る。
【００３０】
本発明に係るツールホルダによって、カウンター軸受なしでも、より広範にわたる工具に対して高い堅固性ないし剛性が得られる。スピンドル１６の内部におけるバランス部材１８の特定の配置と同様に、軸受セット２８，２８’も、従来の装置と比較して、構造の小型化やコスト低減に貢献する。素早い工具交換は、クランプカートリッジ内で１つのネジを締めることにより容易にかつ快適に実行され得る。
【００３１】
スピンドル１６に組み込まれたバランス部材に加えて、手作業で取り付けられたバランスリング３２，３２′が設けられていてもよく、これらのバランスリングは研削ディスク２０の両側に設けられ得る。このことは、図２及び図３の実施形態に示されている。しかしながら、図３では、スピンドル１６の外周に設けられたバランスリング１８′が、図２にてスピンドルに内蔵されたバランス部材１８に取って代わっている。さらに、図２のものとは異なる工具マンドレル１４の構成も示されている。この点に関しての詳細は、図３から直接読み取ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０      工具装置
１２      ハウジング
１４      工具マンドレル（ツールホルダ）
１６      スピンドル
１８      バランス部材
１８′    バランスリング
２０      工具
２２      中空円錐体
２４      クランプカートリッジ（ツールホルダ）
２６      クランプリッド
２８，２８′  軸受セット
３０      軸受セットのセット中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014037051.tif 000005