(57)【要約】  本発明は、加工されるシリンダヘッド（３）が異なる方向に加工される複数の加工ステーションを備える、シリンダヘッド（３）を切削するための加工システムに関する。各加工ステーションは、１つ以上の同一の工作機械（９）を備える。前記工作機械（９）の各々は、複数の工具スピンドル（７，７’）を備え、複数の工具スピンドルの少なくともいくつかに、工具（８、８’）が固定して装備される。シリンダヘッド（３）は、作業空間（６）内で変位させられ、前記工具（８、８’）が連続して又は同時にシリンダヘッド（３）に作用するように、変位ユニットの補助により工具（８、８’）に対し配置される。このような加工システムは、シリンダヘッド（３）の切削中に非生産的な時間の相当の低減を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド（３）、特に乗用車用のシリンダヘッドを切削するための加工システム（１）であって、
−異なる方向（ＯＰ２０−ＯＰ１２０）で加工すべき前記シリンダヘッドが加工される複数の加工ステーション（２ａ−２ｆ）を有し、
−加工すべき前記シリンダヘッドが、前記加工ステーション（２ａ−２ｆ）に順次送られ、
−各加工ステーション（２ａ−２ｆ）が、１つ以上の同一の工作機械（９−１４）を備え、
−各工作機械（９−１４）が、複数の工具スピンドル（７，７’）を備え、該複数の工具スピンドルの少なくともいくつかに、工具（８、８’）が永続的に装備される
加工システム（１）。
【請求項２】
前記工具スピンドルに締結された前記工具（８’）が、同時に前記シリンダヘッド（３）に作用するように、前記工具スピンドル（７’）の少なくともいくつかが、前記工作機械（９−１４）の作業空間（６）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の加工システム。
【請求項３】
異なる加工ステーション（２ａ−２ｆ）の前記工作機械（９−１４）が、前記工作機械の基本構造に関し同一であるが、前記工作機械に備えられた前記工具スピンドル（７、７’）の数及び／又は配置及び／又は寸法に関し互いに異なることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の加工システム。
【請求項４】
前記工具スピンドル（７、７’）が、前記工作機械（９−１４）に不動に固定され、この結果、前記工具（８、８’）に対する前記シリンダヘッド（３）のすべての相対運動が、クランプ装置５の補助により行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッド、特に乗用車用のシリンダヘッドを切削するための加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドを切削するために、従来、互いに硬直的に連結される複数の個別ステーションから構成されるトランスファラインが使用されている。加工すべきシリンダヘッドは、順次これらのステーションを流れ、ステーションの各々は、シリンダヘッドの他の加工ステップを実施する。このようなトランスファラインは、個々のステーションの硬直的な連続のため著しくフレキシビリティに欠ける。
【０００３】
シリンダヘッド加工システムのフレキシビリティを高めるために、これらのステーションのいくつか（又はすべて）をフレキシブルなマシニングセンタで置き換えることが可能である。これらのマシニングセンタの各々は、１つ以上の工具スピンドルと工具交換システムとを有し、この工具交換システムの補助によりスピンドルに異なる工具を装備できる。マシニングセンタのスピンドルのこれらの工具の順次使用により、シリンダヘッドで多数の異なる加工作業を実施することができる。マシニングセンタは高いフレキシビリティを可能にするが、マシニングセンタの使用は、高い割合の非生産的なアイドル時間を伴い（工具交換のため）、生産システムの有効性を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、一方で著しくフレキシブルであり、他方でシリンダヘッドの加工時間の著しい低減を可能にする、シリンダヘッド用のマシニングセンタを提案する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって達成される。
【０００６】
したがって、シリンダヘッド加工システムのフレキシブルなマシニングセンタは、工作機械で置き換えられ、工作機械の作業空間に、各々の場合に工具が設けられる複数の被駆動スピンドルが配置される。従来のマシニングセンタと対照的に、加工中に工具交換はスピンドルで行われず、代わりに、必要とされる工具の各々は、工具に割り当てられた個々の工具スピンドルに固定装着される。
【０００７】
フレキシブルなマシニングセンタにおける従来技術のシリンダヘッド加工では、スピンドルにおける工具交換により大きな割合の非生産的なアイドル時間（通常、アルミニウム製のシリンダヘッドを加工する際に＞６０％）が生じ、この従来技術のシリンダヘッド加工と対照的に、本発明に使用される工作機械では、各々の工具はそれ自体のスピンドルを有するので、加工中に工具交換はない。これによって、シリンダヘッド加工のアイドル時間を著しく低減することができる。
【０００８】
スピンドルに締結された工具が同時にシリンダヘッドに作用するように、スピンドルの少なくともいくつかが、工作機械の作業空間に配置されることが有利である。この多軸加工によって、シリンダヘッド加工の主な時間を大幅に低減することができる。
【０００９】
工具及びスピンドルを機械内に様々な位置及び様々な方向で配置できるように、工作機械はフレキシブルな設計であることが有効である。この場合、工作機械は、異なる加工ステーションについて同一の基本構造を有するが、加工ステーションに応じて、異なるスピンドル及び工具が設けられる。機械の標準的な基本構造のため、保守は著しく単純化される。さらに、機械の故障の場合、交換機械を迅速に配置して、置き換えることができる。最後に、他の種類のシリンダヘッドを加工すべき場合、機械を容易かつ迅速に再構成することができる。
【００１０】
工具を保持するスピンドルは、工作機械で変位可能に又は枢着可能に装着することが可能であるので、同一の工具の補助により、複数の加工ステップをシリンダヘッドで実施することができる。しかし、工作機械のすべての運動軸は、加工すべきシリンダヘッドに集中されることが有利である。このことは、スピンドル又は工具が工作機械に永続的かつ不動に固定され、加工中にシリンダヘッドが工作機械の工具に対し実行する相対運動が、シリンダヘッドが装着される多軸式可動クランプ装置の補助により行われることを意味する。
【００１１】
これらの工作機械は、加工システムのすべてのステーションで使用されることが好ましい。これらのステーションは、シリンダヘッドが加工される角度方向に対して互いに異なり、シリンダヘッドは、順次これらのステーションを流れる。各ステーションは、シリンダヘッドが切削される１つ以上の工作機械を備える。所定のステーションに属するすべての工作機械は、同一に装備される。異なるステーションの工作機械は、それらの工具設備に関し互いに異なるので、これらの工作機械の各々は、各々の場合に、このステーションに対応するそれぞれの装着部でシリンダヘッドを加工するために必要な工具のみを有する。
【００１２】
シリンダヘッドは、移送システムの補助により工作機械に送られる。工作機械では、それぞれのステーションに従って、シリンダヘッドはクランプヘッドに所定の方向で受容され、変位ユニットの補助により工作機械の作業空間を移動する。
【００１３】
図面に示した模範的な実施形態によって、本発明について以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、乗用車用のシリンダヘッドを切削するための従来の加工システム１０１を示している。システム１０１は、６つの加工ステーション１０２ａ〜１０２ｆを備え、シリンダヘッド加工中に、シリンダヘッドがこれらのステーションを通して順次流れる。異なる加工ステーション１０２ａ〜１０２ｆにおいて、シリンダヘッドは、異なる角度方向（ＯＰ２０、ＯＰ４０、．．．）で加工される。シリンダヘッドブランク３は、加工の開始時に加工ステーション１０２ａに最初に送られる。この加工ステーション１０２ａにおいて、異なる切削ステップ（フライス削り工程、ドリル加工工程等）が、複数の工作機械１０４ａ、１０５ａ、１０６ａ等の補助により、シリンダヘッドブランク３に、方向ＯＰ２０で実施される。シリンダヘッドブランク３は、搬送装置１０７ａの補助により、工作機械１０４ａ、１０５ａ、１０６ａに順次供給され、工作機械の各々はブランク３に異なる加工作業を行う。このように、工作機械１０４ａ、１０５ａ、１０６ａ等の各々は、特定の加工タスクに結びつけられている（固定シリンダヘッド装着部、固定加工工具）。
【００１５】
ステーション１０２ａの加工ステップの終了後、シリンダヘッドブランク３は、搬送装置１０８（矢印として概略的に図示）の補助により次の加工ステーション１０２ｂに送られる。この加工ステーション１０２ｂは、方向ＯＰ４０でシリンダヘッドブランク３が切削を受ける同一の装備の４つのフレキシブルなマシニングセンタ１０９を備える。これらのフレキシブルなマシニングセンタ１０９の各々は、方向ＯＰ４０に対応する加工プログラム全体をマシニングセンタで実行できるように装備され、このように、これらのフレキシブルなマシニングセンタ１０９は、互いに平行に配置され、この結果、シリンダヘッドブランク３は、各々の場合に、これらのフレキシブルなマシニングセンタ１０９の１つのみを流れる。フレキシブルなマシニングセンタ１０９の各々には、スピンドルと、方向ＯＰ４０によるシリンダヘッド加工に必要なすべての工具を含む工具マガジンとが装備される。加工セル１０９におけるシリンダヘッド加工中、加工セル１０９の工具マガジンから、この作業セル１０９のスピンドルに連続して配置される異なる工具が使用される。
【００１６】
ステーション１０２ｂの加工ステップの終了後、シリンダヘッドブランク３は、加工ステーション１０２ｃ内に移送され、この加工ステーションで、フレキシブルなマシニングセンタ１０９’の補助により方向ＯＰ５０で加工される。これらのフレキシブルなマシニングセンタ１０９’も、互いに平行に配置され、この結果、各シリンダヘッドブランク３は、これらのフレキシブルなマシニングセンタ１０９’の１つのみを流れる。マシニングセンタ１０９’は、シリンダヘッドの装着と工具マガジンに格納される工具に関してのみ、加工ステーション１０２ｂのフレキシブルなマシニングセンタ１０９と異なる。
【００１７】
引き続き、シリンダヘッドブランク３は、加工ステーション１０２ｄに送られ、方向ＯＰ６０で加工される。この加工ステーション１０２ｄは、シリンダヘッドが順次流れる複数の工作機械１１０、１１１、１１２等を備える点でステーション１０２ａと同様であり、各シリンダヘッド３は、搬送装置１１３の補助によりすべての工作機械１１０、１１１、１１２等に連続して送られ、特定の工具の補助により加工される。同様に、このことは、加工ステーション１０２ｅと１０２ｆにも当てはまり、シリンダヘッドブランク３は、複数の工作機械を通して方向ＯＰ９０とＯＰ１２０で順次流れる。その後、シリンダヘッド３の切削が終了される。
【００１８】
したがって、従来の加工システム１０１は、硬直的な構成要素（トランスファライン１０２ａ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ）と、フレキシブルな構成要素（ステーション１０２ｂと１０２ｃの加工セル１０９、１０９’）とを有するハイブリッドシステムである。
【００１９】
シリンダヘッド３を切削するための本発明による加工システム１が、図２に示されている。この場合も、シリンダヘッド加工は、６つの加工ステーション２ａ〜２ｆで行われ、これらの加工ステーションの各々は、各々の場合に、シリンダヘッド３の規定された角度方向（ＯＰ２０、ＯＰ４０、．．．）に対応する。シリンダヘッドが最初に流れる加工ステーション２ａには、同一に構成されかつ装備される３つの工作機械９が、方向ＯＰ２０でシリンダヘッド３を切削するために設けられる。加工すべきシリンダヘッド３は、利用可能性応じて、これらの３つの工作機械９の１つに送られ、加工される。
【００２０】
図３は、工作機械９の斜視図である。機械９はクランプ装置５を備え、このクランプ装置の補助によりシリンダヘッド３が方向ＯＰ２０で受容される。クランプ装置５は、変位ユニット（図３に図示せず）に装着され、この変位ユニットの補助により、工作機械９の作業空間６でシリンダヘッドを変位させることができる。さらに、工作機械９は、工具８（ドリル、フライスカッタ、．．．）が受容される多数の固定スピンドル７を備える。このように、これらの工具８は、下から、上からまた横方向から工作機械９の作業空間６内に突出する。スピンドル７は、個別に駆動できるが、結合することも可能であり、それらのいくつかは、前記スピンドルで案内される工具８の補助により、複数の加工作業をシリンダヘッド３で同時に実施できるように、工作機械９の作業空間６に配置される。このように、例えば、シリンダヘッド３が変位ユニットの補助によりスピンドル７’に対し高精度で位置決めされた後、前記スピンドルに保持された工具８’の補助により、シリンダヘッド３で複数のドリル加工操作を同時に実施することができる。
【００２１】
シリンダヘッド３を加工するためのスピンドルに、工具マガジンからスピンドルによって抽出される異なる工具が連続して装備される、従来の加工システム１０１の加工ステーション１０２ｂと１０２ｃの工作機械１０９と対照的に、工作機械９の各スピンドル７，７’が固定工具８、８’を有する。工具交換のため、主要な（非生産的な）アイドル時間が工作機械１０９に生じるのに対し、工作機械９には、事実上アイドル時間はない。複数の工具８、８’が同時にシリンダヘッド３に作用することで、さらなる時間節約が行われる。
【００２２】
シリンダヘッド３の加工が、ステーション２ａの工作機械９の１つで終了すると、シリンダヘッド３は、搬送システム４の補助により加工ステーション２ｂの工作機械１０の１つに導入され、シリンダヘッド３が方向ＯＰ４０で加工される。工作機械１０は、基本構造に関し工作機械９に対応するが、工作機械１０は、これらのスピンドルに保持された工具の補助により、シリンダヘッド３の方向ＯＰ４０によるすべての加工ステップを実施できるように、工作機械１０の作業空間に配置される他の組のスピンドル及び工具を有する。ステーション２ｂの工作機械１０の１つのシリンダヘッド３の加工後、シリンダヘッド３は、ステーション２ｃの工作機械１１の１つに導入され、この加工ステーションで、方向ＯＰ５０で加工される。これに、ステーション２ｄ（機械１２の１つで）、ステーション２ｅ（機械１３の１つで）及びステーション２ｆ（機械１４で）の加工が続く。これらの機械のタイプ１１、１２、１３、１４の各々は、基本構造に関し機械９と１０に対応し、１組のスピンドルと工具を有し、これらの工具はこれらのスピンドルに固定保持され、関連の方向でシリンダヘッドを加工するために必要である。
【００２３】
加工ステーション２ａ〜２ｆの工作機械９、１０、．．．の数は、関連の方向ＯＰ２０、ＯＰ４０、．．．のシリンダヘッド３の加工時間に対応する。このように、例えば、残りのステーションよりも多くの（正確には３つの）工作機械９、１１が、例えば包括的な加工プログラムがシリンダヘッド３で実行されるステーション２ａと２ｃに設けられる。ステーション２ａ、２ｂの工作機械９、１０、．．．の数を適合させることによって、加工システム１を流れるシリンダヘッド３の通過時間を最適化することができる。
【００２４】
上述のように、工作機械９、１０、．．．は、それらの基本構造に関し同一であるが、それらの装備に関し、すなわち、スピンドル７、７’、及びスピンドル７，７’に保持された工具８、８’の位置及び方向に関し異なる。この結果、例えば、ステーション２ａの工作機械９は、工作機械９に他のスピンドルを設け、次にこれらのスピンドルに他の工具を装備することで、ステーション２ｂの工作機械１０に改造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術によるシリンダヘッド用の加工システムの概略図である。
【図２】本発明によるシリンダヘッド用の加工システムの概略図である。
【図３】工作機械の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月6日(2005.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド（３）、特に乗用車用のシリンダヘッドを切削するための加工システム（１）であって、
−異なる方向（ＯＰ２０−ＯＰ１２０）で加工すべき前記シリンダヘッドが加工される複数の加工ステーション（２ａ−２ｆ）を有し、
−加工すべき前記シリンダヘッドが、前記加工ステーション（２ａ−２ｆ）に順次送られ、
−加工ステーション（２ａ−２ｅ）の少なくとも１つが、複数の同一の工作機械（９−１３）を備え、
−各工作機械（９−１４）が、複数の工具スピンドル（７，７’）を備え、該複数の工具スピンドルの少なくともいくつかに、工具（８、８’）が永続的に装備され、
−前記工具スピンドルに締結された前記工具（８’）が、同時に前記シリンダヘッド（３）に作用するように、前記工具スピンドル（７’）の少なくともいくつかが、前記工作機械（９−１４）の作業空間（６）に配置される
加工システム（１）。
【請求項２】
異なる加工ステーション（２ａ−２ｆ）の前記工作機械（９−１４）が、前記工作機械の基本構造に関し同一であるが、前記工作機械に備えられた前記工具スピンドル（７、７’）の数及び／又は配置及び／又は寸法に関し互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の加工システム。
【請求項３】
前記工具スピンドル（７、７’）が、前記工作機械（９−１４）に不動に固定され、この結果、前記工具（８、８’）に対する前記シリンダヘッド（３）のすべての相対運動が、クランプ装置５の補助により行われることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の加工システム。
【国際調査報告】
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