(57)【要約】本発明は、クランク軸及び同様の部品を、適切な機械加工位置（クランクピン軸受位置、主軸受位置、サイドチーク側面、エンドジャーナル／エンドフランジ）において、一つの機械上で、従って、投資品目の面で費用レベルが低く、にもかかわらず全体として時間効率の高い仕方で、一つの同一機械における機械的な材料除去によって機械加工できる方法と装置に関し、そこでは、全ての機械加工ステップにおいて、工作物は中心軸をつかまれて回転駆動可能であり、同心回転対称面は工作物をベースとする方法によって機械加工される。【選択図】図１
2004512185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物、特にクランク軸（１）、の同心回転対称面（２）及び偏心回転対称面（３）の両者を、一つの同じ機械（１１）における機械的な材料除去によって機械加工する方法であって、
工作物は、クランプされ且つあらゆる機械加工ステップにおいて中心軸のまわりに回転駆動可能であり、且つ
同心回転対称面（２）は、工作物をベースとする方法によって機械加工されることを特徴とする方法。
【請求項２】
偏心回転対称面（３）を機械加工する際に、機械加工作業が工具をベースとする方法によって実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
偏心回転対称工作物面（３）が、工作物をベースとする方法によって機械加工されるが、工作物の回転速度が、少なくとも工具をベースとする方法を用いる場合の１／１０よりも低いことを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項４】
工作物が、所定の回転位置を保持しながら、一端から高回転速度で駆動可能であり、他端から低回転速度で駆動可能であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項５】
工作物のエンドジャーナルも機械加工されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項６】
端部を機械加工する際、一方の端部は工作物の高回転速度において且つ工作物をベースとする方法によって機械加工され、他方の端部は低回転速度で駆動可能な駆動装置によって工作物の端から少なくとも１／１０よりも低い工作物回転速度で機械加工されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項７】
特に工作物がクランク軸（１）の場合、一方の端部はエンドジャーナル、他方の端部はエンドジャーナルよりも十分に大きな外径のエンドフランジであり、工作物は側部から、特にエンドフランジ（６）から、高い回転速度で駆動可能であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項８】
端部の機械加工ができるだけ早期に、特に他の同心回転対称面に先立って実施され、端部の機械加工から、少なくとも一方の端部の周面が、クランプおよび／または駆動の目的で、特にジョータイプのチャックにより、利用されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項９】
偏心回転対称面（３）、特にクランク軸（１）のクランクピン軸受（７）が、端部領域を除く、同心回転対称面（２）、特にクランク軸（１）の主軸受（８）、に先立って機械加工されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
機械加工作業中の工作物の高回転速度が、４０ｒｐｍと１６００ｒｐｍの間、特に２００ｒｐｍと８００ｒｐｍの間の回転速度であり、工作物の低回転速度が、０ｒｐｍと４０ｒｐｍの間、特に２０ｒｐｍと４０ｒｐｍの間であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。。
【請求項１１】
機械加工作業中の工作物用の高駆動トルクが６００Ｎ×ｍと３０００Ｎ×ｍの間、特に２０００Ｎ×ｍと２５００Ｎ×ｍの間の駆動トルクであり、工作物用の低駆動トルクが２００Ｎ×ｍと６００Ｎ×ｍの間、特に３００Ｎ×ｍと５５０Ｎ×ｍの間の駆動トルクであることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項１２】
切削速度が１５０ｍ／ｓと７００ｍ／ｓの間、特に１８０ｍ／ｓと２５０ｍ／ｓの間の範囲にあることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
【請求項１３】
工作物、特にクランク軸（１）、の同心回転対称面（２）及び偏心回転対称面（３）の両者を、機械的な材料除去によって機械加工するための機械（１１）であって、
ベッド（１４）、
工作物、特にクランク軸（１）、の端を納め且つ長手方向（１０）、Ｚ軸、のまわりに駆動するための、二つの対向する回転駆動可能なスピンドル（１５、１６）、及び
少なくともＸ方向に定まった仕方で移動可能な少なくとも一つの工具支持部（１２、１３）を備えてなり、
一方のスピンドル（１５）が高回転速度で駆動可能であると共に他方のスピンドル（１６）が低回転速度で駆動可能であり、所定の回転位置（Ｃ１軸）に移動し得、且つ少なくともスピンドル（１５、１６）の一方は、工作物用の回転位置指示装置を有することを特徴とする機械。
【請求項１４】
工具支持部（１２、１３）が、Ｘ方向の移動可能性に加えて、Ｙ方向の移動可能性か、又はＺ方向（Ｃ２軸）まわりの旋回運動の可能性を有することを特徴とする請求項１３記載の機械。
【請求項１５】
より低速のスピンドル（１６）用の回転駆動装置が戻り止め回転駆動装置であり、特に一対のウォーム／ウォームギヤを有することを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項１６】
機械（２）が工具支持部（１２、１３）を有し、その一つが工作物をベースとする機械加工法用の工具、特に旋削工具、ブローチ削り工具、回転ブローチ削り工具、旋削−回転ブローチ削り工具又は仕上げ工具を搭載し、他方が工具をベースとする機械加工法用の工具、特に直交フライス又は外部歯付きのフライスを搭載することを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項１７】
スピンドル（１５、１６）の駆動装置が切り離し可能なことを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項１８】
スピンドル（１５、１６）が同一のモーター（１７）によって駆動されることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項１９】
工具が少なくとも一つの円板状工具本体（１８、１９）の外周に配置され、特に工具をベースとする方法用の工具が本体（１８、１９）の全周にわたって分散配置されていることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２０】
機械が、異なる材料の工具、特に、一方では、高い切削速度用の材料、特に１８０ｍ／ｓを上回る切削速度用の材料、他方では、低い切削速度用の材料、特に最大１８０ｍ／ｓの切削速度用の材料を用いた工具、特に、一方では、超硬合金又は炭化物合金又はセラミック切削材料の工具、そして他方では、高速度鋼（ＨＳＳ）、すなわち鋼製工具、を備えることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２１】
機械が、高い切削速度用の工具と低い切削速度用の工具が配置された単一の工具支持部（１２）のみを有し、しかしながらそれらが全て、工作物をベースとする機械加工法用の工具であることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２２】
少なくとも一つのスピンドル、特に両スピンドル（１５、１６）、が、一方では、外周を締め付けるためのチャック、特にそれぞれジョーチャック（２０）及び（２１）を有し、他方では、それぞれ心出し尖端（２２）及び（２３）を、特にチャックに対してＺ方向に可動である心出し尖端を有することを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２３】
心出し尖端（２２、２３）が自由回転可能に支持されていることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２４】
心出し尖端（２２、２３）が、ジョーチャックに対して所定のＺ位置に軸方向に固定され得ることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２５】
少なくとも一つの、特に両方のスピンドル（１５、１６）、が、それぞれジョーチャック（２０、２１）に対するか若しくはスピンドル（１５、１６）に対する心出し尖端（２２、２３）のＺ位置のための長手方向アバットメント（２４）若しくは（２５）、又はジョーチャック（２０、２１）に対する工作物用の長手方向アバットメントを有することを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【請求項２６】
心出し尖端（２２、２３）が受け得る軸方向力が調節可能であること、特に、各軸方向力が他方の心出し尖端、例えば（２３）、に作用する軸方向力よりも大きいか小さいかに関して調節可能であることを特徴とする前記装置請求項の何れかに記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．利用分野
本発明は、材料除去によって、望ましくは機械的な材料除去によって、工作物を機械加工する、方法及び装置に関するものであり、その工作物は回転対称面を有し、回転対称面は工作物の中心軸に対して同心的なものもあり、また偏心的なものもあり、工作物は更にそれらの回転対称面の向こう側に端面を有する場合もあり、回転対称面及び端面は機械加工されるべきものである。
【０００２】
２．技術背景
その種の典型的な工作物は、主軸受の周面が同心回転対称面を代表するものであり、クランクピン軸受の周面が偏心回転対称面を代表するものである、クランク軸である。更に、明らかに同心的であるが、端部領域、従って工作物をチャック内につかむための領域を代表するものであるエンドジャーナル又はエンドフランジ（それぞれ、小さな外径又は大きな外径を有する）に対する機械加工作業は、困難性を代表するものであり、同様にサイドチーク側面の機械加工の領域は、大量の材料の除去を伴うため困難なものである。
【０００３】
クランク軸は、下記の問題が複合する工作物の典型的なものである：
−　同心的及び偏心的に設けられた両方の回転対称工作物面を機械加工する必要があること、
−　加えて、端面を機械加工する必要があること、
−　また、通常の場合工作物を工作機械のチャック内につかむ場所である工作物の端部をも機械加工する必要があり、それらが真円度と心合せの点で工作物の他の領域と高度に合致しなければならないこと、及び
−　その形状ゆえに、工作物が、特に半径方向に加えられる機械加工力について、ほとんど抵抗力がないこと。
【０００４】
個々の面を機械加工するためには、工具が幾何学的に定められた切れ刃を有するチップ切削加工法を始めとして、既知の様々な材料除去機械加工方法が使用可能である。これらの方法は下記の二つのグループに分類することができる：
【０００５】
−　工作物をベースとする方法、すなわち、必要な切削速度（工作物の面と工作物の面に作用する工具の切れ刃との間の相対速度）が主に工作物の回転速度によって達成される方法：　軸方向旋削、正面旋削、ブローチ削り、回転ブローチ削り（ブローチ削り切れ刃は、機械加工作業において回転するけれども工作物よりも回転が遅い丸い工具本体の外周に配置される）、旋削回転ブローチ削り（上述した回転ブローチ削りに加えて、工具本体が旋削工具をも備え、その使用に際しては、回転ブローチ削り工具は回転しないが、軸方向旋削又は正面旋削を行うためには、工作物に対してＸ又はＺ方向に直線的に移動される）、仕上げ（実質的に固定された仕上げ工具を用いた研削；研削工具よりももっと細かな粒度）、及び
【０００６】
−　工具をベースとする方法、すなわち、切削速度が主に工具の運動、特に回転運動によって生み出される方法：　直交フライス削り（その回転軸が機械加工される回転対称面に対して直角に置かれたフライス削り工具が、主にフライス削り工具のすくい面の前切れ刃を用いて機械加工するもの）、外部フライス削り（その回転軸が工作物の回転軸に平行である円板状のフライスが、その外周に配置された切れ刃によって、工作物の対応する周面を主に機械加工するもの）、外部ラウンド研削（上述した円板状フライス削り工具ではなく、円板状研削ディスクが工作物に対して同じ位置関係で使用される）。
【０００７】
上記の点に関して、二つのグループのそれぞれにおいて最後に述べたものは、幾何学的に定形ではない切れ刃を用いる方法である。
【０００８】
更に、機械的に作動可能な切り刃を用いずに材料を除去する方法も存在する。例えば、電食法、レーザーなどを用いる材料除去などであり、これらの方法においては、しかしながら、工具と工作物との間にほんの僅かな相対速度が必要なだけであり、その相対速度は、工作物の運動および／または工具の運動によって選択的に得ることができる。
【０００９】
その種の工作物、例えば、自動車のクランク軸のような工作物の大規模大量生産のためには、一方において、各クランク軸について、セットアップタイムとデッドタイムも含めて、できる限り短い機械加工時間、及び、他方において、工具とエネルギーに要する費用の低いことが、決定的なパラメータであるが、これらのパラメータは、そこで達成され、且つその後に続く研削および／または仕上げなどの最終機械加工ステップの必要性を左右する表面品質のレベル（真円度、粗さの深さなど）によって決まる。
【００１０】
その意味において、現在においては、大規模大量生産のためには、機械的切削によって材料を除去する機械加工法がまだ好まれている。
【００１１】
その点に関して、現在では、同心回転対称面については、回転ブローチ削り又は旋削−回転ブローチ削りが最も中心的である。現在、偏心回転対称面については、すなわち、例えば、クランクピン軸受位置については、外部ラウンドフライス削りが好まれる。機械加工手順においては、クランクピン軸受位置は工作物の中心軸のまわりを回転して、あらゆる周上の点の機械加工が一方の側から可能となるようにするので、対応する工具による追従が同時に必要となり、この追従は時間と幾何の両面で精度が高いものである。それを実現できるように、そのような偏心回転対称面の機械加工には、工具をベースとする方法が好まれる。高い研削速度と、従って効率的な機械加工を実現するために工作物をベースとする方法を用いる場合は、工作物の回転が速くなりすぎて、工具の追従の調整が実際的な選択肢ではなくなるか、又は、そのようにして達成できる工作物の回転速度、及びそのような切削速度が、競争力を持たないものとなろう。
【００１２】
現在好まれる方法は、大規模大量生産において、一般に順次に別々の機械において用いられる。加えて、ほとんど製造ラインの別の機械又はステーションにおいて、端部領域は、従ってクランク軸の場合にはエンドジャーナル及びエンドフランジは、最初に別途に少なくとも周囲が、場合によっては端面も、以降の機械加工手順のための所定のクランプ用面を提供するために、予め機械加工される。
【００１３】
本出願においては、機械加工される周面に関しては、明らかに回転対称面についてのみ言及するが、その理由は、それが、関連する機械加工状況において抜きん出て最大の部分を占めるからである。例えば、カム軸のカムのような、回転対称ではなく、凸面をなす外部曲面も、同様に機械加工できることは理解されよう。
【００１４】
クランク軸などのプレプロダクションデザインのような少数の品目を取り扱うために、二つの適切な工具ユニットがそこに共に存在する限りにおいて、一つの機械において、同心回転対称面の機械加工を工作物をベースとする方法によって実施すること、及び、偏心回転対称面の機械加工を工具をベースとする方法によって実施することが時折考慮されてきた。その点に関して、工作物の駆動のために実現すべき極端に異なる回転速度範囲が一つの大きな問題であり、クランク軸の端部領域の機械加工がもう一つの大きな問題であった。
【００１５】
３．発明の記述
ａ）技術目的
従って、本発明の目的は、クランク軸や同様な部品を適切な機械加工位置で（クランクピン軸受位置、主軸受位置、サイドチーク側面、エンドジャーナル／エンドフランジ）、一つの機械において機械加工することができ、それゆえに投資品目の点で出費が低く、それにもかかわらず全体として時間効率が高い方法及び装置を提供することにある。
【００１６】
ｂ）目的の達成
上述の目的は、請求項１及び１３の特徴によって達成される。好ましい実施形態は従属項に示される。
この点に関して、あらゆる機械加工ステップにおいて、工作物はそれぞれ中心軸をクランプされ、その軸のまわりに回転駆動されることで、機械的に高度に複雑で費用も嵩むいわゆるサイクルチャックの使用を避ける。更に、サイクルチャックは、機械の柔軟性を甚だしく限定する。その理由は、サイクルチャックは、機械加工すべきクランク軸の寸法に適合させる必要があるからである。
【００１７】
その状況において、同心面のために工作物をベースとする方法を使用することは、極めて短い加工時間をもたらし、同時に非常に良好な表面品質をもたらす。
【００１８】
偏心面との関連で工具をベースとする方法を用いることは、工作物の回転速度を十分に低く保てるので、工具の最適追従調節、従ってこれらの面の寸法の最適精度が確保されることを意味する。
【００１９】
一方において工作物をベースとする方法において、また他方において工具をベースとする方法において、可能最大切削速度を達成できるように、その端部領域においてスピンドルに支持され且つチャックによって回転駆動可能な工作物は、異なる駆動装置によって両方の側から選択的に駆動され得る。すなわち、一方の駆動装置は、工作物をベースとする機械加工法のために最高可能回転速度をもたらすが、この駆動装置は低レベルのトルクしか必要としない。他方の駆動装置は明らかに、工具をベースとする機械加工法のために低い必要工作物速度を生じなければならないだけであるが、高レベルのトルクが必要であり、工作物の所定の回転位置を保持して、そのスピンドルに対する工作物の回転位置の点で位置決め選択性をもたらす必要がある。従って、その低速駆動装置は、戻り止め作用を備えることが望ましく、それは例えばウォーム／ウォームホイール伝動によって具現される。両駆動装置は、別々の電動機（好ましい）又は共通の電動機１台によって駆動可能であるが、少なくとも戻り止め低速動力伝達機構は、例えば、スピンドルと戻り止め位置の間、又は、チャックとスピンドルの間で切り離し可能とすべきである。
【００２０】
更に、エンドジャーナル及びエンドフランジを、少なくともそれらの周面において機械加工できるようにするために、スピンドルは、在来のクランプチャック、例えば、スリージョーチャックとは別に、心出し尖端を備えなければならず、心出し尖端とジョーチャックのジョーは、例えば、引き込み可能なクランプジョーを備えたチャックを用いることによって、互いに対して軸方向（Ｚ方向）に移動可能とする。そのようにすることで、各端部領域を、チャックのクランプ作用を用いて、各スピンドルに対し回転し得ないように連結することが可能となり、その際、機械加工すべきもう一方の端部領域は、心出し尖端によって支持されるだけとなる。
【００２１】
その場合、低速スピンドルに納まった端部領域は、高速スピンドルによる駆動のおかげで、高い回転速度で駆動することが可能であり、従って、中心軸受にも用いられる工作物をベースとする機械加工法、例えば、旋削−回転ブローチ削りを用いて機械加工できる。
【００２２】
効率に関する制約は、逆の状況に限って必要となる。すなわち、高速スピンドルに納まった端部領域、一般にエンドフランジを機械加工する時である。機械加工手順においては、それは心出し尖端によってのみ保持され、工作物は反対側において低速スピンドルのジョーチャックによって回転駆動される。
【００２３】
現実的には、工作物の低い回転速度のゆえに、機械加工手順を実施するための可能な仕方は二つしかない：
【００２４】
工作物をベースとする方法のうちの一つを用いた機械加工であるが、工作物が低い回転速度であるので、切削速度は非常に低くなり、これに相応してその目的に適した切削材料の制約を受ける。旋削については、切削材料は、例えば、高速度鋼（ＨＳＳ）である。
【００２５】
工具をベースとする方法によって機械加工すべきその他の面、例えば、中心軸受は、旋削手順を用いる場合でも、超硬合金又は炭化金属、切削セラミック及び同様な高効率材料からなる工具を用いて機械加工する必要があるので、追加的に、前述の高速度鋼切れ刃を対応する工具本体に設ける必要がある。これは上記のエンドフランジ機械加工手順のみのためである。
【００２６】
超硬合金、炭化金属、又は切削セラミックの切れ刃は、工作物の低い回転速度では、あまりにも急速に損傷を受けるであろう。
【００２７】
もう一つの可能性は、工具をベースとする方法によって、工作物の低回転速度に似た仕方で前述の端部領域を機械加工するものであり、すなわち、例えば、外部ラウンドフライス削りによるものである。この点における短所は、達成可能な表面品質のレベルであり、それは工作物をベースとする方法と比較して僅かに劣る。一般に表面品質に関する同一の最小限の規定が全ての同様な工作物表面、例えば、全ての中心軸受位置に対して設けられるので、このエンドフランジ機械加工作業は、状況によっては、もっと適切な機械加工法によって全ての他の中心軸受位置に対して達成可能な品質を達成しない。
【００２８】
少なくとも端部領域（エンドジャーナル／エンドフランジ）の一つを機械加工する際には、一般に工作物の未機械加工の外周においてチャックを用いて工作物をつかむことが先ず必要となるので、少なくともその適切なチャックは、補正クランプジョーを備えなければならない。同様に、スピンドルの一つにおいて、スピンドルの一つに対して工作物の回転位置を固定する手段、例えば、回転位置を定めるための止め具又は対応するジョータイプチャックにおける調心ジョーを備える必要がある。
【００２９】
上述したように、この種の方法及び機械は、主に少数のクランク軸又は似通った工作物を、しばしば個別品目の形状に製作するために使用されるので、外部ラウンドフライスは、製作されるあらゆるクランク軸に用いることができるように、比較的に狭い幅のものが選択される。それゆえ、しかしながら、クランクピン軸受の最初の軸方向領域を外部ラウンドフライスを用いて機械加工した後、全軸受幅の機械加工がなされるまで、適切なフライスの軸方向移動が、連続的にせよ、又は段階的にせよ、必要である。
【００３０】
そのために、一方では、フライスはＺ方向に移動可能でなければならず、すなわち、工具支持部はＺキャリッジを備えなければならず、他方においては、Ｚ方向の連続送りによって端面をも切削できるように、フライスの切れ刃は、フライスの外周だけではなく、端面の外側縁領域にも設けねばならない。さもないと、可能な切削形態は、プランジ研削及び外周機械加工を用いた軸方向の部分毎の機械加工だけとなる。
【００３１】
意図することが個別品目の機械加工のみであるか、又は、加工時間の重要度がきわめて低い場合は、機械加工の際に低速スピンドル駆動装置によって得られる駆動にもかかわらず偏心回転対称面が例えば旋削のような工作物をベースとする機械加工法によって機械加工されるという点で、本発明の目的を達成するための上述したアイデアから逸脱することが可能である。ここに上述したように、高速スピンドルチャックに納まっているが低速でしか駆動できない端部領域の機械加工に関しては、それは全体としてクランクピン軸受、従ってクランク軸の加工時間をきわめて大きく増大させ、更に、例えば、ＨＳＳ切れ刃のようなその低切削速度に適した切削材料を使用しなければならない。
【００３２】
しかしながら、機械工学の視点から見た時、前述のような手順の利点は、同じ機械加工法が、非常に異なる切削速度においてであっても、そして、その結果として異なる切削材料を用いる必要も生じるが、クランクピン軸受及び主軸受とに使用されることである。異なる材料からなるそれらの切れ刃は、上述したように、二つの別々の工具ユニットを構成し得る。より具体的には、例えば、一方の工具本体にはセラミック切削材料の切れ刃、他方の工具本体はＨＳＳ切れ刃とすることができる。しかしながら、両工具システムは、可能な運動が同一であること（Ｘ方向及びＺ方向の移動とは別に、Ｃ２軸まわりの旋回運動又はＹ方向の移動）が必要であり、従って、同一構造とすることが可能であり、更に同一の制御システムを備えることが可能であり、それは費用を低減させる。
【００３３】
更に一ステップ先まで考えると、工作物をベースとする方法は、全３６０度を回転する必要がない機械加工法だけが関係するので、両種の切削材料の切れ刃を、同時に同じ、例えば円板状の、工具本体に配置することが可能であり、それにより機械には全体としてただ一つの工具ユニットが必要となる。
【００３４】
工作物の駆動に関する上記の工作物回転の高速度及び低速度並びに切削の速度又はトルクは、おおよそ下記の値の範囲を意味することを意図している：
【００３５】
工作物回転の高速度は４０ｒｐｍと１６００ｒｐｍの間、特に２００ｒｐｍと８００ｒｐｍの間、工作物回転の低速度は０ｒｐｍと４０ｒｐｍの間、特に２０ｒｐｍと４０ｒｐｍの間、工作物駆動の高トルクは６００Ｎｍと３，０００Ｎｍの間、特に２，０００Ｎｍと２，５００Ｎｍの間、工作物駆動のトルクの低レベルは２００Ｎｍと６００Ｎｍ、特に３００Ｎｍと５５０Ｎｍの間、そして、切削速度は１５０ｍ／ｓと７００ｍ／ｓの間、特に１８０ｍ／ｓと２５０ｍ／ｓの間。
【００３６】
細部に関する問題として、クランク軸軸受位置に関して軸受位置の縁においてしばしば必要とされるアンダーカットがあり、中心軸受位置に関する旋削による製作が容易であるが、工具をベースとする方法によってクランクピン軸受を機械加工する場合には製作できない。その場合には、そのようなクランクピン軸受の周面の機械加工後に、相当するアンダーカットを旋削によって作らねばならない。その場合、クランクピン軸受位置は工作物の中心軸のまわりを偏心的に回転するので、その回転切れ刃は、工作物が回転する時に追従動作をしなければならず、そしてそれゆえに、工作物は低回転速度で駆動できるだけである。従って、ここでも、例えばＨＳＳのような、適切な切削材料の切削手段が必要である。
【００３７】
ｃ）実施の形態
以下に、一例として本発明の実施の形態をより詳細に説明する。図面において、
【００３８】
図１ａは、本発明による機械の正面図である。
【００３９】
図１ｂは、本発明による別の機械の正面図である。
【００４０】
図２ａは、図１ａの機械の左側面図である。
【００４１】
図２ｂは、機械の別の構成の側面図である。
【００４２】
図３ａは、図１ａに示した機械の左側スピンドル領域の拡大部分断面図である。
【００４３】
図３ｂは、図１ａに示した機械の右側スピンドル領域の拡大部分断面図である。
【００４４】
図４は、工作物の左側駆動装置に関する原理を示す図である。
【００４５】
図５は、工作物の右側駆動装置に関する原理を示す図である。
【００４６】
図６は、図１のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【００４７】
図１ａは、工作物、例えば、同心面２、例えば主軸受位置、及び、偏心面３、例えばクランクピン軸受位置を共に有する図示したクランク軸１をその端部領域において回転駆動可能なように受け入れ且つ機械加工する工作機械を示す。
【００４８】
この場合、工作物の軸端部領域は、二つの、互いに向き合うように位置し、互いに同軸状に配設されたスピンドル１５、１６の受止装置（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に受止される。用いられている受止装置は、ジョーチャック２０及び２１並びにスピンドル１５、１６にそれぞれ配置される心出し尖端（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）２２、２３である。
【００４９】
スピンドル１５、１６は、工作物の回転軸（Ｚ軸）に平行な軸（Ｃ２軸）のまわりに回転駆動可能な工具ユニットをそれぞれ搭載した工具支持部１２、１３と同様に、機械のベッド１４上に配置されている。
【００５０】
更に、工具支持部１２、１３は、定められた仕方でＸ方向に、すなわち、Ｚ方向に移動可能なそれぞれのＺキャリッジ２６、２７上を、軸Ｚ方向に対し横方向に移動可能である。Ｚキャリッジは、Ｚガイド３３に沿って移動可能である。工具ユニットは一般に円板状の工具本体であり、一つの工具支持部１２の工具本体１８では、外周縁を、工作物をベースとする方法に、例えば、旋削（ｔｕｒｎｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇ）又は旋回−回転ブローチ切削（ｔｕｒｎｉｎｇ−ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｂｒｏａｃｈｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇ）に用いることができる切れ刃が占めている。
【００５１】
それゆえに、前述の工具本体１８は、定められた仕方で必ずしも全３６０度にわたり回転させる必要はなく、Ｃ２軸のまわりをより小さな角度範囲だけ旋回運動するだけで十分である。しかしながら、工具本体１８は、定められた回転位置を占める必要がある。従って、同心回転対称面２、すなわち、中心軸受を機械加工中の前述の工具本体１８が図示されている。
【００５２】
それとは対照的に、他方の工具本体１９は、その外周領域に、工具をベースとする方法のための切れ刃、例えば、フライス削り切れ刃を備え、従ってこれらのフライス削り切り刃は、円板状本体１９の全周に分散配置されること、特に均等に分散配置されることが望ましい。この工具をベースとする方法の工具本体１９は、従って、３６０度を上回る、特に任意の回転数の、回転駆動がなされ得るものでなければならない。
【００５３】
Ｚガイド３３は、両方の工具本体１８、１９がＺ方向において工作物の任意の軸方向位置、特に端部領域、より具体的には、図１ａのクランク軸の右側端に示すエンドジャーナル５、及びクランク軸１の左側端に示すエンドジャーナル５よりも大きい外径のエンドフランジ６、に達することができるだけの長さである。
【００５４】
図１ａの左側受止領域の拡大詳細図が特に示すように、クランク軸は、機械加工作業中、望ましくは両端において、それぞれのジョーチャック２０、２１の中に、すなわち半径方向につかむクランプジョー２０ａ、２０ｂ、．．．、２１ａ、２１ｂ、．．．によって、保持され且つ回転駆動される。
【００５５】
クランプジョーによって加えられるクランプ作用がそれぞれの端部において解除されるのは、クランク軸のクランプジョーの適用に必要な周領域及び端面が機械加工される時だけであり、その際には、クランク軸はその端において、クランク軸の相応する心出し穴と係合する心出し尖端２２、２３によって専ら保持される。同時に、その端部におけるクランプジョーは、心出し尖端に対してＺ方向において軸方向に後退させられ、該当する工具が端面、例えば５ａ、又はエンドフランジやエンドジャーナルの周面に作用できるようにする。
【００５６】
その点に関し、望ましくは、スピンドルの一つ、例えばスピンドル１６、が搭載される主軸台全体が、定まった仕方で機械のベッド１４に対してＺ方向に移動可能とする。これは長さの異なる工作物を機械加工することを可能とし、更に、工作物を機械に取付ける、又は機械から取り外すことをより容易にする。同じスピンドル上のジョータイプのチャックのジョーの心出し尖端に対するＺ方向における軸方向相対運動については、ジョーがジョータイプチャックに対して可動なのか否か、又は心出し尖端がクランプチャック若しくはスピンドルに対して可動なのか否かは重要ではない。この点に関して、実際の場では、図３ａ及び３ｂに機械の左側と右側について別々に例示しているように、心出し尖端２２、２３の、関連するジョーチャック及び関連するスピンドルに対するＺ方向の移動が好ましい。更に、工作物が同じ側でジョータイプのチャックにクランプされている時、心出し尖端によるクランプ作用が同じ側において更に維持されるか否かは重要ではない。
【００５７】
図１ｂは、工具支持部１３が、工具をベースとする単一の方法又は複数の方法のための切れ刃を有する付属の工具本体１９と共に除外されている点で、図１ａに示す構造と異なる工作機械を示す。
【００５８】
図２ａは、図１ａの機械の線ＩＩａ−ＩＩａに沿った断面を左側から見たものである。これについて、スピンドル１６を搭載する主軸台は、溝形状のベッド１４の溝形上にＺ方向に移動可能に配置されていることがわかる。工具本体１９を回転駆動可能に搭載し且つＸキャリッジの形態である工具支持部１３は、Ｘ方向に移動可能なようにＺキャリッジ上にガイドされ、この場合、Ｘ方向は、水平に対して６０度と８０度の間の角度で斜め下向きに傾斜する。
【００５９】
ベッド１４に対するＺキャリッジのガイド面も水平又は垂直ではなく、水平面に対しておおよそ４０度と５０度の間の角度で傾斜する。
【００６０】
対照的に、図２ｂは、Ｚ方向に対して対称形をなすベッド１４’を備えたベッド構造を示す。すなわち、ベッド構造は、二つの互いに対向し且つ傾斜するように配置されたガイド面上に、それぞれ工具支持部１２’、１３’を対応する工具本体１８’、１９’と共に搭載したＺキャリッジ２６’、２７’をそれぞれ搭載し、工具支持部は、上向きにＶ形状に互いに離隔するＸ１方向とＸ２方向にそれぞれ移動可能である。
【００６１】
図３ａ及び３ｂは、機械の左側と右側の主軸台を示す。
【００６２】
この場合、それぞれのスピンドル１５又は１６は、主軸台に回転可能なように搭載され且つ軸方向については固定的に位置決めされ、主軸台はここではそれ以上詳細には定めない。それぞれクランプジョー２０ａ、．．．、２１ａ、．．．を有するジョーチャック２０及び２１は、スピンドルの前端に搭載され、後者に対して回転しないように連結されている。
【００６３】
両スピンドル１５及び１６はそれぞれ、そしてジョーチャック２０及び２１もそれぞれ、中心において内部をＺ方向に貫通する中空形状であり、それぞれジョーチャック２０及び２１から前向きに突出するようにも位置し得る心出し尖端２２及び２３が、前記中空空間の中に支持されている。
【００６４】
心出し尖端は、スピンドルとジョーチャックに対して回転可能なように、且つ軸方向位置に関して移動可能なように、搭載されている。
【００６５】
機械加工作業に関して図４及び図５を参照して説明するように、状況によっては、Ｚ軸のまわりの自由回転性にもかかわらず、心出し尖端２２、２３のＺ位置を固定できることが必要である。図３ａ、図３ｂに示した構造では、それは、スピンドル１５の内部においてＺ方向に移動可能であり、特にねじ山によってスピンドル１５の内径に対して螺動可能であり、アンダーカット形状によって心出し尖端２２、２３の後端に結合され、それゆえに心出し尖端を押すことも引くこともできる心出しアバットメント（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ａｂｕｔｍｅｎｔ）３４及び３５によってそれぞれ達成される。その場合、この構成は、心出し尖端２２、２３と心出しアバットメント３４、３５との間の相対回転を可能とするものでなければならない。
【００６６】
図３ａは、図１と同様に、工作物、すなわち、左端にエンドフランジ６を、右側にエンドジャーナル５を備えたクランク軸１を示す。
【００６７】
この場合、クランク軸１は、左側において、ジョーチャック２０のクランプジョー２０ａ、２０ｂ、．．．がエンドフランジ６の外周に接し、エンドフランジ６の外周を締め付ける限り保持され、更に心出し尖端２２は、対応する心出し穴３６に係合している。右側においては対照的に、クランク軸は、心出し穴７に係合し、従ってジョーチャック２１の有するジョー２１ａ、２１ｂ、．．．に対し更に突出する心出し尖端２３によってのみ保持されている。
【００６８】
この場合、心出し尖端２３のＺ位置は、もう一方の心出し尖端２２と同様に、例えば心出しアバットメント３４／３５と周囲のスピンドル１５，１６の間のねじ山が戻り止め（ｓｅｌｆ−ｌｏｃｋｉｎｇ）状である限り、軸方向位置を固定し得る心出しアバットメント３５により固定される。
【００６９】
２つの側のスピンドルはまた、お互いの駆動装置について基本的に相違する。
【００７０】
一方のスピンドル１５、例えば左側スピンドルは、主軸台に搭載されて例えば駆動ベルト及び対応するベルトプーリ２８，２９によってＺ軸のまわりにスピンドル１５を回転駆動するモータＭにより、高速で回転駆動され得る。
【００７１】
対照的に、他方のスピンドル１６、例えば右側スピンドルは、ウォームギヤ３８がスピンドル１６に固定的に結合され、モータ（図示せず）がウォーム３９を駆動する限りにおいて、１組のギヤを用いて前記の更なるモータ（図示せず）により低速で回転駆動され得る。その動力伝達機構は、例えばウォーム３９とウォームギヤ３８の係合を解除することにより、又はその動力伝達機構におけるクラッチ（図示せず）の連結解除により連結解除され得る。
【００７２】
図４及び５は、工作物における異なる領域を機械加工する際において、工作物、例えばクランク軸１をクランプする典型的な状態を示す。
【００７３】
本発明による機械／方法は、可能な最も高いレベルの機械加工効率のためにではなく、同一機械において同心及び偏心面並びに端面の完全な機械加工のために設計されているので、例えばクランク軸の取り扱いにおいては、心出し尖端のための心出し穴の作成を除き、極めて実質的に予備機械加工を避けるために、好ましくはクランク軸の端部領域もまた機械加工される。その場合、ジョーチャックのクランプジョーにより係合されるべきエンドフランジ６とエンドジャーナル５の周面は、及びもし必要であり望むならば各端面５ａ及び６ａもまた、好ましくは最初に機械加工される。
【００７４】
工作物の端部領域の機械加工においては、機械加工される端部領域は、好ましくは心出し尖端によってのみ保持され、その端部領域において対応する工具がアクセス性を有するものとするために、駆動は工作物の他方の端部からそこにおけるスピンドルを介して行われる。
【００７５】
図４ａ−４ｄは、左端部領域の、すなわち例えばそこにおけるエンドフランジ６の、周縁において、クランク軸がその左端でチャック２０のクランプジョー２０ａ、２０ｂ．．．により締め付けられて回転駆動される状況を示す。
【００７６】
この点に関して、工作物の他方の右側端は自由に回転可能でなければならない。なぜなら、右側スピンドル１６用の右側端の低速回転ドライブによっては、高い回転速度で同期駆動することはできないからである。
【００７７】
それは、図４ａ−４ｄに示すように、工作物の右側端が、工作物における対応する右側心出し穴７に嵌った右心出し尖端２３によってのみ保持され、右心出しスピンドル２３が、右の工作物スピンドル１６及び右の動力伝達機構に対して自由に回転可能であることによって達成される。
【００７８】
他の可能性は、明らかに、クランク軸の右側端を締め付けることである。すなわち、遅いスピンドル駆動装置に向かう端部をそこにあるジョータイプチャック内にクランプするが、例えば、図４ｅに示すように、動力伝達機構のウォーム３９をウォームギヤ３８から切り離すことにより、右側チャックの動力伝達機構を切り離す。
【００７９】
図４に示すクランプ構成のおかげで、工作物は高い回転速度で駆動可能であり、従って工作物上のあらゆる同心機械加工面は、工作物をベースとする機械加工方法、例えば、旋削、回転ブローチ削り、又は旋削−回転ブローチ削りによって機械加工され得る。それは、右側に配置されたエンドジャーナル５及び、噛み合った状態にある右側心出し尖端２３に近いところまで機械加工できるその端面５ａも含む。
【００８０】
上記の状況においては、工作物も所定のＺ位置に配置されなければならない。
【００８１】
図４ａに示すように、そのためには、右心出し尖端は、右側心出し尖端２３が心出しアバットメント３５’、例えば、図３に示した心出しアバットメント３５の形状のもの、に達するまで、工作物と共に左に向かって移動可能である。その場合、右から左に作用し且つ右側心出し尖端２３が受ける力Ｆ２は、左側心出し尖端２２が受ける反対向きの力Ｆ１よりも大きくなければならない。
【００８２】
同じことが図４ｄに示した場合にも当てはまるが、そこでは、左側チャックの領域において、工作物アバットメント４５’があり、それによって工作物はその左側端面６ａが工作物アバットメント４５’に押しつけられる。
【００８３】
これとは対照的に、左側心出し尖端２２が受ける力Ｆ１が、右側心出し尖端２３の右から左へ作用する力よりも大きい場合は、図４ｂに示すように、右側スピンドル１６の領域における右側に工作物アバットメント４４’がなければならない。その場合、同時に、右側心出し尖端２３は、工作物の右側心出し穴７に対し軸方向に固定された状態にとどまらねばならない。すなわち、心出し尖端の回転可能性を妨げることなく、右側心出し尖端２３のＺ位置を固定することが可能でなければならない。
【００８４】
図４ｃは、二つの心出し尖端について左から右への力の関係が同じであり、より大きな力を受ける左側心出し尖端がロングサイドの心出しアバットメント３４’に押しつけられていることが、図４ｂに示した構造とは異なっている。図４ｂに示した構造の場合と同様に、そのことも左側ジョーチャック２０のジョー２０ａ、２０ｂが閉じられる前に生じなければならない。
【００８５】
対照的に、図５は、右側からの、すなわち、低速動力伝達機構によるクランク軸の駆動を示す。従って、図５においては、クランク軸１の右側端、例えばエンドジャーナル５が、対応するスピンドル１６によって低速で回転駆動可能な右側チャック２１のジョー２１ａ、２１ｂによって、その周をつかまれる。
【００８６】
この種の駆動により、工作物の偏心面、周面、そして端面は、工具をベースとする方法によって機械加工され、この場合、工具は、図６を参照して記述するように、Ｘ方向の追従調節を実施させられなければならない。それに関して、図５ａ及び図５ｂに示すように、工作物の反対側の左端も、そこにおけるチャック２０のジョー２０ａ、２０ｂ、．．．の間に納められるが、それは、左側の動力伝達機構が戻り止めではなく、工作物を介して右側動力伝達機構からアイドル回転モードで駆動されるからである。それは、工作物の好ましくないねじれを生じることは決してなく、むしろ、工作物に接続された左側のアイドル回転する動力伝達機構は、機械加工作業中は工作物の動的ダンピングに役立つ。これは有益である。なぜなら、ここで使用される工具をベースとする方法、例えばフライス削りは、不連続性の切削動作ゆえに、工具をベースとする方法よりも工作物に対する動的荷重が大きくなるからである。
【００８７】
更に、左側心出し尖端２２は、左側において工作物と接した状態にとどまることができる。
【００８８】
更に、工作物の左側は、専ら左側心出し尖端２２によって支えることも可能である。
【００８９】
この場合も工作物を定められたＺ位置に保持するためには、ひとつには（図５ａ）、右側心出し尖端２３を右側の心出しアバットメント３５’に対して動かすことができる。この場合、図４ａと同様に、右側心出し尖端によって右から左に工作物に作用する力Ｆ２は、左側心出し尖端又は左側チャックの逆向きに作用する力Ｆ１よりも大きくなければならない。
【００９０】
もう一つの可能性は、図５ｂに示すように、左側心出し尖端２２又は左側チャック２０によってクランク軸に左から右に作用する力Ｆ１を逆方向の力Ｆ２よりも大きくし、それによって工作物を右側の工作物アバットメント４４’に押しつけることである。
【００９１】
その場合、図５ｃに示すように、工作物が左側において心出し尖端のみによって保持され、チャックのジョーが工作物から離れたものとすることも可能である。
【００９２】
図６は、締め付けられ且つ中心軸受ＭＬのまわりに回転駆動されるクランク軸のクランクピン軸受Ｈ１を機械加工する作業を示す。この図から、Ｚ方向についてのクランク軸の回転に際して、機械加工すべきクランクピン軸受ジャーナルＨ１のＸ軸方向の移動が、工作機械、例えば回転する工具本体１８の、適切な追従調節によって、同様な方向に同じ量だけ補償されなければならないことが分かる。図６から更に、工具本体の直径は、そのような偏心工作物面の、工具本体の回転軸Ｃ２からの最遠位置において、機械加工作業がなお保証されるほど十分に大きいように選択されなければならないことが明らかである。
【００９３】
図６はまた、チャック２１のジョー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの間に納まったエンドジャーナル５を示し、更には、他のクランクピン軸受ジャーナルの一つ、例えばＨ３を、回転位置アバットメント３２に押し付けるために、偏心的に且つＺ方向に対して横方向に押し付けるプッシュロッド３１による、チャックに対するクランク軸の回転位置の固定を示す。これに関して、アバットメント３２及びプッシュロッド３１はそれぞれチャック及びスピンドルに回転不可能に連結されている。
【図面の簡単な説明】
【符号の説明】
１　　　　　　 クランク軸
２ 　　　　　　同心面
３ 　　　　　　偏心面
４ 　　　　　　サイドチーク面
５ 　　　　　　エンドジャーナル
５ａ　　　　　　端面
６ 　　　　　　エンドフランジ
６ａ　　　　　　端面
７ 　　　　　　クランクピン軸受
８ 　　　　　　主軸受
１０　　　　　　Ｚ方向（軸方向）
１１　　　　　　機械
１２　　　　　　工具支持部
１３　　　　　　工具支持部
１４　　　　　　ベッド
１５　　　　　　スピンドル
１６　　　　　　スピンドル
１７　　　　　　モータ
１８　　　　　　工具本体
１９　　　　　　工具本体
２０　　　　　　ジョータイプチャック
２０ａ、２０ｂ　　　ジョー
２１　　　　　　ジョー
２２　　　　　　心出し尖端
２３　　　　　　心出し尖端
２４　　　　　　長手方向アバットメント
２５　　　　　　長手方向アバットメント
２６　　　　　　Ｚキャリッジ
２７　　　　　　Ｚキャリッジ
２８　　　　　　ベルトプーリ
２９　　　　　　ベルトプーリ
３０　　　　　　端部分
３１　　　　　　プッシュロッド
３２　　　　　　回転位置アバットメント
３３　　　　　　Ｚガイド
３４　　　　　　心出しアバットメント
３５　　　　　　心出しアバットメント
３６　　　　　　心出し穴
３７　　　　　　心出し穴
３８　　　　　　ウォームギヤ
３９　　　　　　ウォーム
４４’　　　　　 工作物アバットメント
４５’　　　　　 工作物アバットメント
【国際公開パンフレット】
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2004512185.tif 000004
2004512185.tif 000005
2004512185.tif 000006
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2004512185.tif 000028
2004512185.tif 000029
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2004512185.tif 000034
2004512185.tif 000035
2004512185.tif 000036
2004512185.tif 000037
2004512185.tif 000038
【国際調査報告】
2004512185.tif 000039
2004512185.tif 000040
2004512185.tif 000041
2004512185.tif 000042
2004512185.tif 000043
2004512185.tif 000044