(57)【要約】自動交換電気スピンドルによって特徴付けられる制御軸を有する精密ヘッドストック（１）。この特異性のために、本機械は、同類の製品に比較して次の利点、すなわち、大きな加工速度と、チップの異なる挙動と形態と、切断力の低減と、加工時間の短縮と、製品寸法精度の向上と、薄肉で振動感知性製品の加工可能という利点がある。
2004521762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電気スピンドルおよび複数の補助電気スピンドルと、駆動手段と、制御手段と、油圧式および電気式の分配器と、電気スピンドルロッキング装置とを備え、上記電気スピンドルの自動交換を特徴とする制御軸を有する精密ヘッドストック。
【請求項２】
請求項１に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気スピンドルの上記自動交換は工具交換機によって為され、上記自動交換によって、上記補助電気スピンドルが、その作動に必要な全ての供給物（ステータの冷却液、電力供給、安全信号入力、工具冷却用の空気）を取得し、その定格の速度と出力で、上記主スピンドルとは無関係に作動するようにして、主スピンドルを機械的に停止させることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項３】
請求項２に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記主スピンドルを有する上記電気スピンドルは、高速度に適した２対の高精密複合セラミック製ボールベアリング上で組み立てられ、上記ベアリングの予荷重は、サーボ補助された油圧ピストンを介して設定されていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項４】
請求項２または３に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記工具および電気スピンドルのロッキング装置は、油と空気のシステム或いは油または空気のシステムを用いて、実現されることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記油圧式分配手段は油圧式回転分配器から成り、上記油圧回転分配器は、低摩擦ガスケットによって分離されている供給チャンネルと壁内通路とを有する同心の通路から出来ていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気式分配器は、トラックを接点に押圧する予荷重ばねによって、実現されていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気式分配器は電磁気カップリングによって実現されており、上記信号伝達原理は上記ヘッドストックの回転軸上の上記電磁気カップリングを介したエネルギー移動から成り、上記信号は上記電磁気カップリングを介して平行チャンネル上を移動することを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気スピンドルの軸はブラッシュレスモータによって高い伝動比で作動され、上記電気スピンドルの各々は、移動部の上に直接固定されたエンコーダによって制御されると共に、油圧によってロックされ得ることを特徴とする精密ヘッドストック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御軸と自動交換電気スピンドルとを有する精密ヘッドストックに関する。
【０００２】
機械造型（金属、プラスチック材、木材に対する）は、最終製品と半最終製品との２つの異なる製品ラインを備えている。単一の機械から一連の製造品までの広範囲に渡る実現化において、使用される機械は、主にフライス盤と旋盤とである。近代市場が要求するこれら機械の必須要件は、高い速度と高い生産性と最高の精度そして当然ながらコストの低減である。これらの要求を満すために、各単一機械は工作物に対して非常に多くの操作を行う。理想的には、工作物は、更なる位置決めや長期の工具取扱時間や待ち時間を回避しつつ、原材料から最終製品に変化しなければならない。ここ数年間、一般的傾向として、工業の自動化に顕著な進展が見られる。ヘッドストックは、標準形（４５度回転の１軸又は２軸のヘッド）から変化してきており、大サイズ化と高特性化に至っている。同時に、それに応じて、異なるサイズと形状と出力と能力とを持つヘッドストックの要求が増大している。今日の技法の大きな欠点は、単一化されたシステムのスピンドルヘッドストックを用いて、広範囲な用途に対処する必要があることに起因している。このことは、機械のフレキシビリティ（融通性）を大いに限定している。すなわち、一方では、チップ（切刃）の異なる形状と挙動を得るために、高速の機械加工が必要とされ、他方では、低速で操作した場合、同一のスピンドルでは出力が不充分となる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、自動変更電気スピンドルによって特徴付けられた制御軸付き精密ヘッドストックを用いて、上述した技術的問題を解決する。この特徴故に、上記機械は、同様な製品と比較して次の利点を提供する。すなわち、実際の基準よりも２０倍速い作動速度は、チップの異なる挙動および形態と、研削力の減少と、毎秒当りのチップ容積の増大と、作動時間の減少と、寸法精度の増大と、表面仕上げの向上（研削によって生じる熱はチップで奪取）と、薄肉品の効率的機械加工とを引き起こす。
【０００４】
これらの利点およびその他の利点は、本発明の詳細な記載に示されている。上記詳細な記載は、正面図（図１）が示された表１／１に言及して行われる。それは例示的なものであって、限定的なものではない。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１を参照すると、本発明による精密ヘッドストック（１）が示されている。それは次の主要なサブシステムを備えている。
【０００６】
主スピンドル（２）を有する電気スピンドルは、中央の隔室の中に挿入されている。スピドルシャフトは、高速に適した２対の高精度ベアリングすなわち複合セラミック製ボールベアリングの上に、組立てられている。ベアリングの予荷重は、サーボで補助される油圧ピストンによって設定される。速度を減少させるときは、ベアリングの予荷重を増大して、スピンドルの動きを重くする。逆に、速度を増大させるときは、ベアリングの予荷重を減少させる。スピンドルシャフトの後部ベアリングが、鋼球を用いて薄肉のケージ内に設けられていて、スピンドルのウォームアップ時およびその結果生じる膨張時の滑り良くする。スピンドルの出力は、６０００回転／分で約２０ＫＷ（キロワット）である。
【０００７】
工具と電気スピンドルのロッキングシステムすなわちロッキング装置（３）は、オイルシステムとエアシステムを用いて実現されている。油圧ピストンは、ロッキングプライアを支持するロッドに作用する。空気制御された別のピストンが、ロッド内の一連の鋼球を押圧して、工具を確実にロッキングする。一連のベルヴィルワッシャ（皿ばね）のために、同一シリンダが開放されて、スピンドルの回転が可能となる。シリンダのロッキング（固定）とアンロッキング（非固定）とリリース（解放）の操作は、電子制御ユニットに連結した誘導検知器によって制御される。それらの変化時に、同一のシステムが使用されて、電気スピンドルを自動的にロックする。
【０００８】
油圧式回転分配器（４）は、限定された空間でより多く使用できるように、同心の通路から成っている。全ての冷却加圧流体と、主スピンドルおよび補助スピンドルのために必要な空気とは、分配器（ディストリビュータ）を通る。全ての分配器供給チャンネルは、流体と空気との間の混合を回避するために、低摩擦ガスケットによって分離されている。全ての通路とセクション（区画）は、数が多いと問題となるパイプ（管）の使用を避けて、壁内に形成されている。
【０００９】
電気式回転分配器（５）。電気式回転分配器は、標準では、トラックを接点（コンタクト）に押圧する予荷重ばねによって実現されている。コンタクトプレートがヘッドストックの構造体に固定されているのに対して、トラックプレートは中央の隔室と共に回転する。位置および計算の電気信号は、ファイバー光学データバスによって伝達される。この技術によって、高速でノイズのない伝達が可能となり、信頼性と高精度とが確保される。第２の好ましい実施例では、伝達は適切な電磁気カップリングを介して実現される。これによって、機械部品と電気部品を完全に分離することができて、磨耗と接触不良と酸化および信号ノイズの問題を回避できる。信号の伝達原理は、次のように組織的に配列される。すなわち、電磁気カップリングを介して、駆動系から電気スピンドルに向かって、ヘッドストック回転軸へのエネルギーの伝達。電磁気カップリングを介して、スピンドルと電気スピンドルとから或いはスピンドルまたは電気スピンドルから制御器に向かって、平行チャンネルへの信号の伝達。所定チャンネルへの論理信号の伝達およびヘッドストック内への分配のために、光学レンズファイバの使用。
【００１０】
伝動軸「Ｂ」と「Ａ」、（６）と（７）。上記軸はブラシュレスモーターによって作動する。作動部に対するエンジンの伝動比（トランスミッションレシオ）は非常に高くて、仕事を為すに充分な高トルクを提供する。エンジンとエンドレススクリュウとの間の一対のプーリーによって、軸の動きが確実なものとなる。各軸はエンコーダによって制御される。上記エンコーダは、移動部とエンコーダとの間に隙間が生じるのを避けるために、移動部に直接取付けられる。上記軸が固定軸とともに長期間作動しなければならないとき、各軸に対して油圧ロッキング装置が挿入される。
【００１１】
補助電気スピンドル（８）。補助電気スピンドルは、完全体であって、主スピンドルから独立している。補助電気スピンドルは、自動工具交換機によって主スピンドルに取付けられることを特徴としている。補助電気スピンドルが主スピンドルコーンの中に一度挿入されると、ステータ（固定子）の冷却液と、電力の給電と、安全信号の入力と、工具冷却用空気とが、工具スピンドルを介して自動的に供給される。主スピンドルは、補助スピンドルによって、機械的に停止される。補助スピンドルは、主スピンドルとは無関係に、電気スピンドルの定格の速度と出力とで作動する。仕事の終了時には、異なる速度と出力を有する別の電気スピンドルと自動的に交換されるか、或いは、主スピンドルと交換されてヘッドストック標準状態に自動的に復帰する。補助スピンドルの実際例を幾つか説明する。
【００１２】
１６，０００回転／分で１５ｋＷの電気スピンドル（９）は、適切な材料でできた高速用挿入工具（機構品と部品との両方）に特に適している。２０，０００回転／分で１０ｋＷの電気スピンドル（１０）は、挿入一体型工具を使用するやや粗い機械加工や中仕上げの機械加工に適している。この出力と最大回転速度とによって、本スピンドルを特に可撓性製品に適したものとしている（同スピンドルを用いた粗加工および仕上げ加工）。４０，０００回転／分で４．５ｋＷの電気スピンドル（１１）は、特に仕上げ作業に適している。上記到達可能な回転速度は、高速の機械軸を用いた最終仕上げが可能となる。６０，０００回転／分で２．８ｋＷの電気スピンドル（１２）は、特に、取付け部品や小表面の作業に適している。この非常に高速の回転速度は、高速加工を可能とし、良好な仕上げになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による精密ヘッドストック（１）を示す。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月7日(2003.11.7)
【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】
主電気スピンドルおよび複数の補助電気スピンドルと、駆動手段と、制御手段と、油圧式および電気式の分配器と、電気スピンドルロッキング装置とを備え、少なくとも上記制御される軸（６）,（７）上で上記電気スピンドルの自動交換が行われることを特徴とする制御軸を有する精密ヘッドストック。
【請求項２】
請求項１に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気スピンドルの上記自動交換は工具交換機によって為され、上記自動交換によって、上記補助電気スピンドルが、その作動に必要な全ての供給物（ステータの冷却液、電力供給、安全信号入力、工具冷却用の空気）を取得し、その定格の速度と出力で、上記主スピンドルとは無関係に作動するようにして、主スピンドルを機械的に停止させることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項３】
請求項２に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記主スピンドルを有する上記電気スピンドルは、高速度に適した２対の高精密複合セラミック製ボールベアリング上で組み立てられ、上記ベアリングの予荷重は、サーボ補助された油圧ピストンを介して設定されていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項４】
請求項２または３に記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記工具および電気スピンドルのロッキング装置は、油と空気のシステム或いは油または空気のシステムを用いて、実現されることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記油圧式分配手段は油圧式回転分配器から成り、上記油圧回転分配器は、低摩擦ガスケットによって分離されている供給チャンネルと壁内通路とを有する同心の通路から出来ていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気式分配器は、トラックを接点に押圧する予荷重ばねによって、実現されていることを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気式分配器は電磁気カップリングによって実現されており、上記信号伝達原理は上記ヘッドストックの回転軸上の上記電磁気カップリングを介したエネルギー移動から成り、上記信号は上記電磁気カップリングを介して平行チャンネル上を移動することを特徴とする精密ヘッドストック。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の精密ヘッドストックにおいて、
上記電気スピンドルの軸はブラッシュレスモータによって高い伝動比で作動され、上記電気スピンドルの各々は、移動部の上に直接固定されたエンコーダによって制御されると共に、油圧によってロックされ得ることを特徴とする精密ヘッドストック。
【国際調査報告】
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