(57)【要約】  ワークが少なくとも１つの、好適には２つの静的な支持部材に当て付けられ、且つワークの長手方向軸線に対するスピンドル軸線の揺動補償及び半径方向の移動を可能にするスピンドルのコレットに固定されると、研削により加工されるべき円柱状ワークの位置決めを、特に精密に行うことが可能である。
2016535683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の長手方向軸線を有し、且つ緊締手段（４２）を受け入れるように形成されているスピンドルヘッド（１０）と、
第２の長手方向軸線を有し、且つ前記スピンドルヘッド（１０）用の駆動軸（２０）として、軸受ブロックに受け入れられるように形成されているスピンドル後方部分（２０）と、
を少なくとも備えている工具研削盤用のスピンドル（１）であって、
前記スピンドルヘッド（１０）と前記スピンドル後方部分（２０）とを接続するために、前記スピンドルヘッド（１０）と前記スピンドル後方部分（２０）との間に少なくとも１つの軸受が配置されており、該軸受は、前記第２の長手方向軸線に対して相対的な前記第１の長手方向軸線の傾倒及び／又は半径方向の移動を可能にすると共に、前記スピンドルヘッド（１０）から前記駆動軸（２０）に対して長手方向に押圧力及び／又は引張り力を伝達し、前記スピンドル後方部分（２０）と前記スピンドルヘッド（１０）との間が、トルクを伝達するための少なくとも１つのカップリング（５１，５２）によって架橋されていることを特徴とする、工具研削盤用のスピンドル（１）。
【請求項２】
前記スピンドルヘッド（１０）と前記スピンドル後方部分（２０）とは、それぞれ互いに反対の側に位置するセンタリング面（４５，１４１）を有し、これらのセンタリング面（４５，１４１）の間で先細になったセンタリングスライダ（４３）が、少なくとも１つの第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、第１の位置において前記軸受がロックされて架橋されることにより、前記スピンドルヘッド（１０）と前記スピンドル後方部分（２０）とが互いにセンタリングされるようになっている、請求項１記載のスピンドル（１）。
【請求項３】
前記軸受は、第１及び／又は第２の部分軸受を有し、前記第１の部分軸受は、球面セグメント状の軸受面（１３，３３）を備える２つの相補的な第１の軸受ブロックを有し、前記第２の部分軸受は、平らな軸受面を（２４，３４）を備える２つの相補的な第２の軸受ブロックを有し、前記平らな軸受面（２４，３４）の面法線は、それぞれ前記第１又は第２の軸線に対して平行である、請求項１又は２記載のスピンドル（１）。
【請求項４】
前記軸受は、第１及び／又は第２の部分軸受を有し、前記第１の部分軸受は、第１の筒周面セグメント状の軸受面（１３，３３）を備える、互いに相補的な２つの第１の軸受ブロックを有し、第２の空気軸受は、第２の筒周面セグメント状の軸受面（２４，３４）を備える、互いに相補的な２つの第２の軸受ブロックを有している、請求項１又は２記載のスピンドル（１）。
【請求項５】
前記軸受は、リング状又は少なくとも１つのリングセグメント状の中間部材（３０）を有し、該中間部材（３０）は、少なくとも１つの球面セグメント状又は筒周面セグメント状の第１の軸受面（３３）を有し、該第１の軸受面（３３）とは反対の側には、少なくとも１つの平らな又は筒周面セグメント状の第２の軸受面（３４）を有している、請求項３又は４記載のスピンドル（１）。
【請求項６】
前記部分軸受の少なくとも１つは、少なくとも２つの前記軸受面（１３，２４，３３，３４）の間に流体ギャップを備えた静圧軸受である、請求項３から５までのいずれか１項記載のスピンドル（１）。
【請求項７】
前記部分軸受の少なくとも１つの軸受ブロックは、互いに磁気的にバイアスをかけられている、請求項６記載のスピンドル。
【請求項８】
磁気的にバイアスをかけるために、前記２つの相補的な第１の軸受ブロックのうちの少なくとも一方に、少なくとも１つの永久磁石が配置されており、該永久磁石の磁束は、該永久磁石のＮ極から、前記軸受面間の空隙を少なくとも１回架橋して、磁気的なＳ極へ案内される、請求項７記載のスピンドル。
【請求項９】
前記スピンドルヘッド（１０）は、一貫して延びる凹部（１６）を有し、該凹部（１６）の片側には少なくとも１つの緊締手段が装着されており、該緊締手段は、前記凹部（１６）に配置され且つ前記スピンドルヘッド（１０）に対して予荷重を加えられた引張り部材（２８）に結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のスピンドル（１）。
【請求項１０】
前記カップリングは、前記第１及び／又は第２の軸線を挟んで両側に取り付けられた、弾性変形可能な支柱（５１，５２）を有し、これらの支柱（５１，５２）は、前記スピンドルヘッド（１０）と前記スピンドル部分とを、少なくとも間接的に互いに相対回動不能に結合している、請求項１から９までのいずれか１項記載のスピンドル（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具研削盤、特に工具研削盤のコレット用のスピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
工具研削盤は一般に、後に工具となる、少なくともほぼ円柱状のワークを締め込むためのコレットを有している。研削によって製造されるこのような工具の典型的な例は、ドリル及びフライスである。
【０００３】
ワークをあらゆる側から加工するために、ワークは加工中、円柱軸線を中心として回動させられる。この場合、理想的には、ワークの回転軸線と長手方向軸線とは、数学的な意味で同一である。しかしながら実際には、多くの理由から製造誤差が存在している。例えば、ワークの締め込み時の繰り返し精度は変化しやすい。スピンドルの軸受製造誤差や、ワークに作用する加工力も、完成工具の精度を低下させる。但し、ドリル又はフライスに対する精度の要求は、数マイクロメートルの範囲内である。よってワークは大抵、１つ又は複数のバックレストに支持され、これにより加工中のワークの変位を防いでいる。
【０００４】
欧州特許出願公開第１４１９８５２号明細書には、コレット用のスピンドルを備えた工具研削盤が記載されている。コレットは、２つの静圧軸受により軸受ブロックに対して回転可能に支持されたスピンドルのヘッド端部に装着されている。ワークはコレットに受け入れられ、且つ付加的に静的な軸受としてのバックレストを介して付加的に支持される。その他に静圧軸受は、一般的な玉軸受を代替する。ワークに面した側の静圧軸受は、ワークとは反対の側の静圧軸受よりも大きな半径方向の遊びを許容するので、過剰規定された軸受は避けると共に、回転の不正確さを相殺することが望ましい。スピンドルの側方変位は、静圧軸受における相応に高い圧力を介して回避されることが望ましい。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２００５００７０３８号明細書には、工具研削盤用のワークスピンドル台が記載されている。このワークスピンドル台は、ワークを取り付けるために、慣例のようにコレットを備えたスピンドルを有している。締付け時の不正確さを相殺するためには、各締付け過程の後でワークのいわゆる偏心度が測定されて修正される。修正のためにスピンドルは、コレット延いてはワークをスピンドル軸線に対して直角に、モータにより位置調整することを可能にする、取外し可能な位置調整インタフェースを有している。
【０００６】
旧東ドイツ国経済特許第２４０１５７号明細書には、工作機械のスピンドルが記載されている。このスピンドルは、駆動軸と作業スピンドルとを有している。駆動軸と作業スピンドルとは、回転カップリングとしてのフレキシブルなダイヤフラム板を介して互いに連結されている。軸方向に生じる加工力は、アンギュラ玉軸受によって吸収される。ワーク側のアンギュラ玉軸受は、固定側軸受として形成されており、駆動軸側のアンギュラ玉軸受は、揺動相殺を可能にする。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００９０３１０２７号明細書において我々は、静止工具と回転工具とを備えた、コンビネーションフライス−旋削機械のための分割された工具スピンドルを説明している。この工具スピンドルは、スピンドル軸を備えた緊締ヘッドを有し、スピンドル軸は、カップリングを介して駆動モータ軸に結合される。フライス加工のためには、工具スピンドルがチャック内に流体静力学的に固定される。
【０００８】
発明の概要
本発明の根底を成す課題は、従来技術に比べて向上された加工精度と、より簡単な取扱いを可能にする工作機械を提供することにある。
【０００９】
この課題は請求項１記載のスピンドルにより解決される。本発明の有利な構成は、各従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明は、ワークの精密ガイドは、１つ又は好適には２つのバックレストにより最良に達成される、という認識に基づいている。しかしながら、コレット内にワークを締め込む際の繰り返し精度は、バックレストによるワークのガイドよりも悪化するので、スピンドル及び／又はワークがその長手方向軸線を中心として回転する際に歪み、これにより精度が損なわれる、という危険が生じることになる。従来技術において提案された静圧スピンドル軸受は納得のいくものではない。このような軸受は、揺動を相殺するために柔軟に調節されているか、又は半径方向の加工力を吸収するために剛性に調節されているかの、いずれかであるからである。軸受圧力の調節におけるこのような目的の対立を解消することはできない。
【００１１】
本発明の核心は、スピンドル後方部分、即ち駆動軸と、スピンドルのコレット内に固定されたワークの長手方向軸線との間の揺動相殺及び／又は半径方向ずれの補償を可能にする軸受を備えたスピンドルである。
【００１２】
慣例のように、スピンドルは、スピンドルヘッドと呼ばれ、慣例のようにワーク用コレットを受入れ可能な、即ち例えばコレットを受け入れるための凹部を有する前方部分を有している。対応するコレット受入れ部は、例えばスピンドルヘッドの軸方向の凹部に挿入可能である。択一的にコレット受入れ部は、スピンドルヘッドに一体に統合された構成部材であってもよい。スピンドルヘッドの長手方向軸線は、少なくともほぼコレットの長手方向軸線に対応しており、第１の長手方向軸線とも呼ばれる。更にスピンドルは、第１の長手方向軸線の延長部に配置されたスピンドル後方部分を有している。スピンドル後方部分は、スピンドルヘッドの駆動軸であり且つ第２の長手方向軸線を有している。スピンドル後方部分は、慣例のように工作機械の軸受ブロック若しくはスピンドル台により受入れ且つ駆動可能であり、対応して形成されている。例えばスピンドル後方部分は、軸受ブロックにスピンドル後方部分を回転可能に支持する少なくとも１つの軸受のための、少なくとも１つのシートであってよい。択一的（又は付加的）に、回転軸受の少なくとも１つの軸受面が、スピンドル後方部分に形成されていてもよい。スピンドル後方部分には、複数の別のスピンドル部分が続いていてもよい。スピンドルヘッドとスピンドル後方部分、即ち駆動軸との間には、少なくとも１つの軸受が存在しており、この軸受は、第２の軸線に対する第１の軸線の相対的な傾倒を可能にし且つ／又は（好適には且つ）第２の軸線に対する第１の軸線の相対的な半径方向の移動を可能にする。ここで傾倒とは、両軸線の、互いに線的に関係しない２方向への旋回を意味しており、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分との間の揺動が可能になる。好適には軸受は、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分との間で第１若しくは第２の軸線の軸方向に、押圧力及び／又は引張り力を伝達する。駆動軸からスピンドルヘッドへトルクを伝達するために、軸受はねじり剛性であるか、又はねじり剛性のカップリングにより架橋される。
【００１３】
第１の軸線と第２の軸線とは、実際には極近くで隣接しており、互いに最小限にしか傾倒もしない。典型的な半径方向ずれは、百分の数ミリメートル（１００〜１０μｍに相当）のオーダ内である。傾倒は、典型的には百分の数度のオーダ内である。軸受は、好適には数ミリメートルの半径方向の移動と、数度の傾倒とを可能にすることが望ましい。そうすることによって、とりわけ軸受の機能状態を手で点検することができるからである。
【００１４】
以下では、カップリングが軸受の構成部材であるか否か、という区別は行わない。適当なカップリングが軸受に統合されているかどうか、又はカップリングが付加的な構成部材として見なされるかどうか、ということは、機能的な相違を成すものではないからである。本願の枠内で、軸受とは、スピンドル後方部分に対するスピンドルヘッドの限定された相対運動を可能にする全ての構成部材であると理解される。カップリングとは、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分との間でトルクの伝達を可能にする全ての構成部材であると理解される。この限定によっても、（回転）カップリングは厳密には常に軸受の構成部材である、ということが明確になる。軸受は、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分との間の回転運動を好適には完全に遮断し、延いては運動を制限するからである。
【００１５】
前述したスピンドルを備えた工作機械は、ワークを２箇所で、例えばバックレスト等の固定可能な複数の支持部材により支持し且つ／又は例えば１つ又は複数の緊締フィンガにより固定することを可能にする（この場合、長手方向軸線を中心とした回転は可能なままであることが望ましい）。従って、棒状のワークの位置及び姿勢は専ら、少なくとも半径方向の加工力を吸収して支持する、静的な支持部材によって決定される。これにより特に、棒状のワークに半径方向に作用する加工力を、ワークの姿勢又は位置を大して変えることなく、確実に吸収することができる。コレット内にワークを締め込むことにより場合によっては生じる不正確さは、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分との間の軸受によって相殺され、これにより精密さが向上することになる。ワークに対して軸方向に作用する加工力も、トルクと同様に軸受を介して、スピンドルヘッドからスピンドル後方部分に伝達され、例えばスピンドル台を介して工作機械の構造体に導入され得る。同じワークシリーズの、１つの新しいワークを加工しようとする場合に、支持部材の、１度見出した調節を変える必要はない。新たなシリーズのために初めて、つまり別の寸法のワークを加工しようとする場合には、新たなシリーズのために、支持部材を一回調節することが必要である。これにより、スピンドルヘッドと駆動軸との間の軸受は、剛性のスピンドルに対する３つの利点を可能にする。即ち：ワークの位置決め精度が向上されるだけでなく、更に装備時間も短縮される。更に、工作機械における駆動軸の支持を、比較的簡単に行うことができる。高価な精密軸受は最早不要だからである。但し、軸受ブロックに対する駆動軸の相対的な支持の精密さが低下される場合には、ワーク若しくは校正ピンの位置を初めに校正若しくは調節するために、バックレストを相応に位置調節せねばならない。よって、軸受ブロックに対する駆動軸の相対的な支持の精度を低下させない方が簡単なことが多い。このことは、ワーク又は校正ピンを位置決め（即ち「校正」）し、次いでバックレストをワーク若しくは校正ピンに当て付けることを可能にする。
【００１６】
好適にはスピンドルは、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分とを互いにセンタリングするために、センタリング装置を有している。「センタリング」とは、スピンドルヘッドとスピンドル後方部分とが互いに位置調整されて、第１の軸線と第２の軸線とが好適には少なくともほぼ整合すること、又は少なくとも互いに所定の位置にあること、を意味する。好適にはセンタリング装置は、スピンドルヘッドを規定された位置でスピンドル後方部分に対してロックし、このロックを再び解除することを可能にする。
【００１７】
このためにスピンドルヘッドと軸部とは、例えばそれぞれ反対の側に位置するセンタリング面を有していてもよく、スピンドルヘッドと軸部との間では少なくとも１つのセンタリングスライダが、少なくとも１つの第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。第１の位置において各センタリング面は、スライダによって互いに荷重を加えられており、これにより軸受がセンタリングスライダによってロックされた状態で架橋されることにより、スピンドルヘッドと後方部分とが互いにセンタリングされることになる。第２の位置においてロックは解除されている。センタリングスライダは、例えば先細領域と肉厚領域とを有していてもよく、この場合、センタリングするためには肉厚領域が各センタリング面間のギャップ内へ押しずらされ、これにより各センタリング面に互いに荷重が加えられることになる。センタリングスライダは、例えばスピンドルヘッドの軸方向のセンタリングピンと、スピンドル後方部分のセンタリングブシュとの間で軸方向に移動可能なリング又はリングセグメントであってよい。もちろん、センタリングブシュがスピンドルヘッドに配置されており、センタリングピンがスピンドル後方部分に配置されていてもよい。
【００１８】
センタリング装置は、ワーク交換時にワークをスピンドルヘッドに正確に挿入すること、及び特にこのためにスピンドルヘッド用の位置検出部を設ける必要無しに、自動装填装置、例えば独国特許第１０２０１１０５２９７６号明細書から公知であるようなロボットグリッパ、を使用することを可能にする。ワークの加工が終了すると直ちに、スピンドルヘッドはセンタリング装置により、スピンドル後方部分に対してセンタリングされる。ワークの位置及び姿勢は、極めて正確に分かっているので、ワークは例えばロボットグリッパによってコレットから取り出すことができ、ワークの位置検出用のセンサが必要とされることはない。更に、新たなワークを極めて正確にコレットに挿入することができる。次いでセンタリング装置が開かれ、これに対応してセンタリングが解消される、即ち軸受は再び解放状態となり、揺動補償及び／又は半径方向の移動を可能にする。好適には今初めて、ワークが少なくとも１つの支持部材に対して予荷重を加えられる。この場合、軸受は、コレットを介してスピンドルヘッドに不動に接続されたワーク長手方向軸線の姿勢若しくは向きと、スピンドル後方部分とにおける差を補償する。これによりワークは、スピンドル後方部分の回転時に、第２の軸線を中心としてではなく、正確にワークの軸線を中心として回転することになる。
【００１９】
好適には、軸受は、第１及び／又は第２の空気軸受を有している。例えば、第１の空気軸受は、球面セグメント状の軸受面を有していてもよく、第２の空気軸受は、面法線が第１又は第２の軸線に対して平行な、平らな軸受面を有していてもよい。軸受を、空気軸受若しくは２つの空気軸受のコンビネーションとして形成することで、静止摩擦を克服する必要無しに、第２の軸線に対する第１の軸線の揺動及び半径方向ずれの補償が可能になる。その結果、精度が更に向上する。更に空気軸受としての構成は、コンパクトな構成形状及び軸方向において極めて高い剛性を可能にする。空気軸受の各軸受面間のギャップは、慣例のように数マイクロメートル（μｍ）なので、目標とするワークの加工精度のオーダ内である。これに対応して空気軸受は、スピンドルの軸方向において極めて剛性であり、これによりワークの位置決め、延いてはワーク加工の可能な精度が更に向上する。空気軸受は簡単に云うと、２つの滑り面がエアクッションにより互いに分離されている滑り軸受である。つまり空気は潤滑剤として働く。軸受の潤滑剤としての空気の代わりに、別の流体が使用されてもよい。よって空気軸受という用語は、静圧軸受の一部である、ということを意味する。例えば、研削時に使用される研削液を、軸受用の潤滑剤として利用することが可能である。これにより、別の（非ガス状の）流体の場合に必要となる、潤滑剤の別個の導出又は排出を省くことができる。
【００２０】
例えば軸受は、リング状又は少なくとも１つのリングセグメント状の中間部材を有していてもよい。中間部材は、好適には少なくとも１つの第１の球面セグメント状の軸受面を有し、球セグメント状の軸受面とは反対の側には、少なくとも１つの第２の平らな軸受面を有している。この意味で中間部材は、中間ブロックと呼ぶこともできる。平らな軸受面に基づいて、第２の軸線に対する第１の軸線の半径方向の移動が可能になる。球セグメント状の軸受面に基づいて、第２の軸線に対する第１の軸線の傾倒が可能になる。つまり球セグメントの球中心点は、好適には第１又は第２の軸線上にある。特に好適には、球中心点、つまりこれを中心としてスピンドルヘッドが後方部分に対して旋回可能な点は、コレットの手前の対応する軸線上に位置している。これにより必然的に、揺動により補償されるワークの長手方向軸線とスピンドル後方部分の長手方向軸線との間の角度は、より小さくなる。特に好適には、球中心点は、（好適にはワークが締め込まれた）スピンドルヘッドの重心の上側に位置している。この場合、鉛直方向のスピンドル軸線において、コレット開口は常に上向きである。
【００２１】
択一的に、中間ブロックの両軸受面は、筒周面のセグメントであってよい。これに対応して、スピンドルヘッド及びスピンドル後方部分の相補的な各軸受面も、筒周面のセグメントである。換言すると、軸受は第１及び／又は第２の、好適には空気軸受（全般的な静圧軸受）として構成された部分軸受を有し、この場合、第１の部分軸受は、第１の筒周面セグメント状の軸受面を備える、互いに相補的な２つの第１の軸受ブロックを有し、第２の部分軸受は、第２の筒周面セグメント状の軸受面を備える、互いに相補的な２つの第２の軸受ブロックを有している。両部分軸受はそれぞれ、中心軸線が、各筒周面セグメントの長手方向軸線に直交する平面内での、対応する各軸受ブロックの傾動、及び前記平面に直交する平面内での並進を可能にする。同時に、前記両平面が交わる軸線を中心とした回転運動、延いてはトルクが、各軸受ブロック間で伝達され得る。ただ、完全を期すために述べておくと、両筒周面セグメントの筒長手方向軸線は、互いに平行であるべきではなく、好適には少なくとも第１及び／又は第２の軸線に沿った軸方向投影図において、好適には直角を形成している。好適には、両筒長手方向軸線は、１平面内に位置しており、これによりボールジョイントの場合と同様に、スピンドルを１点を中心として、線的に関係しない２方向に旋回させる可能性が生じる。筒長手方向軸線はそれぞれ、各筒セグメント面の半径の適当な適合及び／又は各筒セグメント面の位置合わせにより、重ね合わせることができる。
【００２２】
揺動補償を省いてよい場合には、筒周面セグメント状の軸受面の代わりに、非回転対称的な軸受面、例えば角柱状の軸受面を使用することもできる。最も簡単なケースでは、軸受面はＶ字形である。
【００２３】
軸受面は、典型的には対応する相補的な各軸受ブロックの表面であり、各軸受ブロック間には、各軸受面によって仕切られた空隙（一般的な流体ギャップ）が存在している。好適には、少なくとも１つの空気軸受の、互いに向かい合った、即ち相補的な各軸受面若しくは対応する各軸受ブロックは、好適には磁気的に互いにバイアスをかけられている。「バイアスをかける」とは、各軸受面を押し合わせる力を加えることを意味しており、この力は、軸受を通る所定の空気流量において、ギャップ幅を確定する。このことは、特にコンパクトで剛性の空気軸受を可能にする。バイアス力は、好適には軸方向に作用する加工力を上回っているので、加工力が重大な軸受遊びを惹起することは一切ない。好適には、バイアス力Ｆｖは、軸方向で吸収されるべき加工力ＦＢａｘの１．２倍である（Ｆｙ≧１．２×ＦＢａｘ、特に好適にはＦｙ≧２×ＦＢａｘ、更に好適にはＦｙ≧１０×ＦＢａｘ）。このように高いバイアス力は、各軸受ブロックに挿入された永久磁石によって容易に得られる。
【００２４】
磁気的なバイアスは、好適には、互いに相補的な各軸受ブロックに挿入された永久磁石によってかけられてよい。最も簡単なケースでは、ギャップの両側に磁石が配置され、これにより磁束がギャップを架橋する、つまり第１の軸受ブロックに設けられた第１の磁石のＮ極からギャップを通過して、向かい合った第２の軸受ブロックに設けられた少なくとも１つの第２の磁石のＳ極に向かって延びるようになっている。但し、磁石の両極が、少なくとも１つの磁気的な導体を介して互いに接続され、このとき磁束がギャップを通過する場合には、単一の磁石で十分なこともある。全てのケースにおいて、磁束は少なくとも１つの磁石又は少なくとも２つの異なる磁石のＮ極とＳ極との間で、各軸受面間の空隙を架橋するように案内される。
【００２５】
このために相補的な各軸受ブロックに設けられた磁石のＮ極とＳ極とは、各磁石が引き付け合い、延いては各軸受面を押し合わせる力を各軸受ブロックに加えるように、互いに位置合わせされてよい。もちろん磁界を案内するためには、磁束の帰路板等が使用されてもよい。便宜上、本出願の枠内ではＮ極若しくはＳ極にしか言及していない。それというのも、Ｎ極若しくはＳ極から出る磁力線、若しくはＮ極若しくはＳ極に入る磁力線は、これらの磁力線を包囲している、一般に磁束の帰路板に使用されるような材料よりも良好な導磁性を有する磁気的な導体によって、ほぼ任意の場所に「移される」からである。重要なのは、通常磁界線によって示される磁束が、第１の軸受ブロックに支持された磁石の磁気的なＮ極から、好適には各軸受面の対応軸受面に直交するように空隙に進入し、且つ反対側では向かい合った軸受ブロックに支持された磁石のＳ極に進入する、ということだけである。択一的に、磁束は磁石のＮ極から空隙を通って、磁気的な導体により向かい合った軸受ブロックを通過して案内されてよく、これにより磁束は空隙を改めて通過して、別の又は同じ磁石のＳ極に向かって流れることになる。よってＮ極及びＳ極は、磁束が例えば磁気的な導体を介して空隙を通過して案内される限りは、ほぼ任意の姿勢及び位置で配置可能である。
【００２６】
特に簡単な実施形態において、各軸受ブロックは、それぞれ少なくとも１つの凹部を有し、該凹部には、それぞれ少なくとも１つの永久磁石が配置されている。例えばこの永久磁石は、対応する各軸受面の凹部に配置されていてもよい。（少なくとも１つの）永久磁石を前記凹部に挿入した後で、凹部は例えばポリマーによって閉鎖されてよく、これにより好適には閉鎖により支持面が続くことになる。これは、各支持面間のギャップが可能な限り一様である、ということを意味する。静圧軸受の軸受面は一般に研削されるので、これに対応して、最初に磁石を挿入する場合は、凹部をポリマーによって閉鎖し、硬化後に軸受面を研削若しくは研磨し、特に好適にはこの場合にＮ極又はＳ極、或いはＮ極又はＳ極に接続される磁気的な導体、延いては軸受面の部分を露出させることは、容易に可能である。これにより、特に高いバイアスが達成され得る。択一的に（少なくとも１つの）磁石は、軸受面とは反対の側の背面から、又は軸受面を背面に接続する狭副側から、例えば止まり穴状の凹部に挿入されてよく、この場合、軸受面からの磁石の距離は、できるだけ小さいことが望ましい。磁石のＮ極及び／又はＳ極は、好適には向かい合う各軸受面の方に向けられていることが望ましい。
【００２７】
もちろん、軸受ブロック全体、又は軸受ブロックの１つのセグメントが、永久磁石材料から製造されていてもよい。
【００２８】
スピンドル後方部分とスピンドルヘッドとの間のトルク伝達は、軸受を架橋しているカップリングによって行うことができる。
【００２９】
例えばカップリングは、第１及び／又は第２の軸線に対して自由に移動可能な、好適には傾動可能なカップリング部材を有していてもよい。このカップリング部材は環状に、好適には軸受けを取り囲んでいるか、又は軸受けの一部を取り囲んでいる。スピンドル後方部分は、少なくとも１つ、但し好適には２つの、少なくともほぼ平行な（±１５°）第１支柱を介して、カップリング部材に結合されている。第１支柱は、好適には第１及び／又は第２の長手方向軸線を挟んで向かい合う側において、駆動軸及びカップリング部材の側方に配置されており、好適には第１及び／第２の軸線に少なくともほぼ（±１５°）直交する平面内に延在している。この平面を上から見ると、カップリング部材に固定された両端部はそれぞれ、好適には少なくともほぼ（±１５°）正反対の方向を向いている。これにより支柱を介して駆動軸からカップリング部材にトルクを伝達する際は、トルクの方向とは関係なく、２つの支柱のうちの一方に常に引張り力が加えられることになるので、カップリングは極めて剛性である。カップリング部材は同様に、つまり少なくとも１つの、好適には２つの、互いに少なくともほぼ（±１５°）平行な第２支柱を介して、スピンドルヘッドに結合されている。２つの第２支柱も、好適には第１及び／又は第２の軸線を挟んで互いに向かい合った２つの側に配置されており、互いに少なくともほぼ（±１５°）平行である。好適には、第２支柱の長手方向軸線は、第１支柱の長手方向軸線と同一平面内、又はこの平面に対して少なくともほぼ（±１５°）平行な平面内に位置しているが、第１支柱に対して回動されている、即ち各支柱の長手方向軸線は、少なくとも前記両平面のうちの一方に対する投影図において、平行四辺形を形成している。カップリング部材に固定された両端部はそれぞれ、好適には少なくともほぼ（±１５°）正反対の方向を向いている。
【００３０】
各支柱を介してトルクを確実に、スピンドルヘッド用の駆動軸として用いられるスピンドル後方部分からスピンドルヘッドに伝達することができる。後ろ側の、一般に工作機械の軸受ブロック内に受け入れられるスピンドル後方部分に対するスピンドルヘッドの、即ち第２の軸線に対する第１の軸線の半径方向の移動は、スピンドルが回転してもカップリングにより妨げられず、各支柱は、やや弾性変形させられるに過ぎない。しかしながら、このような半径方向の補償の動きは比較的小さく、典型的には１００分の数ミリメートル（約１０〜１００μｍ）の範囲内である。よって、例えば１０ｃｍの長さの支柱の場合、軸受に作用する戻し力は無視し得る程度である。傾動に際して、支柱は軽くねじられ、且つその長手方向軸線に沿って曲げられる。但しこれにより生じる戻し力は、第２の軸線に対する第１の軸線の、典型的には１００分の数度に過ぎない工具スピンドルにおける僅かな傾倒に基づき極めて小さいので、バックレストにおいてガイドされたワークの回転を、測定可能な程には妨げない。カップリングは、高いねじり剛性と同時に、所要空間が極めて少なく好適な費用での、第１と第２の軸線相互の半径方向ずれ並びに揺動の補償、という利点を提供する。後者は特に、支柱が帯状の弾性材料から、例えばばね鋼ストリップから成っている場合に当てはまる。このような帯状の支柱は、例えば所定の横方向平面内で中間ブロックの周りに連続的に配置されていてもよい、即ち各支柱の長手方向軸線は、前記平面内に位置している。前記横方向平面には、好適には中間ブロックの長手方向軸線が直交して貫通している。中間ブロックの長手方向軸線は、好適には第１及び／又は第２の軸線と合致している。
【００３１】
好適には、スピンドルヘッドは一貫して延びる凹部を有し、この凹部の片側にはコレットが装着されている。コレットは、前記凹部内で摺動可能であり且つスピンドルヘッドに対して予荷重を加えられた引張り部材、例えばロッドに結合されていてもよい。これによりコレットは、ロッドの摺動によって開放及び／又は閉鎖され得るようになっている。好適には、ロッドは所定の引張り方向に予荷重を加えられている。この場合、コレットを開くためには、例えばスピンドル後方部分又は後方に接続されたスピンドル部分に配置されたピストンで以て、ロッドを予荷重に抗して緊締チャックに向かって押しずらせば十分である。
【００３２】
工作機械は、ワークをできるだけ正確に締め込むための緊締装置、例えばワーク用のコレットを備える、上述したスピンドルを有している。この意味でコレットという用語は、任意の緊締手段の同義語として用いられる。スピンドル後方部分は、少なくとも１つの軸受ブロックに支持されている。更に工作機械は好適には、少なくとも１つ、好適には２つのバックレスト若しくは振れ止めを有し、このうち少なくとも１つは、ガイド角柱体として形成されている。このようなガイド角柱体は、大抵Ｖ字形の溝を備えた角柱ブロックであり、ワークを当て付けることができるようになっている。緊締フィンガがワークをガイド角柱体に対して押圧してよい。更に工作機械は慣例のように、研削ヘッド及び／又はフライスヘッドと、機械制御装置と、大抵は室及び／又は着脱装置とを有している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
以下に、本発明の思想全般を制限することなく、本発明を図面に関する複数の実施例に基づき例示的に説明する。
【図１】スピンドルの等尺図である。
【図２】スピンドルの第１の側面図である。
【図３】スピンドルの第２の側面図である。
【図４】スピンドルを上から見た図である。
【図５】カバーが取り付けられたスピンドルの側面図である。
【図６】図５に示した平面Ａ−Ａに沿ったスピンドルの縦断面図である。
【図７】図６に示した平面Ｂ−Ｂに沿ったスピンドルの縦断面図である。
【図８】部分的に組み立てられた工具研削盤におけるスピンドルを示した図である。
【００３４】
図１に示すスピンドル１は、コレット受入れ部４１を備えたスピンドルヘッド１０を有し、コレット受入れ部４１内にはコレット４２が装着されている。スピンドルヘッド１０は軸受ブロック１１を有し、軸受ブロック１１の後部は、カバー５０によって保護され得る（カバーは図６及び図７参照）。図示の実施形態では、コレット受入れ部４１は、軸受ブロック１１に結合された構成部材である。択一的に軸受ブロック１１は、コレット受入れ部として形成された凹部を有していてもよい。
【００３５】
スピンドル１は、後方に、つまりコレット４２とは反対の側に、スピンドル後方部分２０とも呼ばれる駆動軸２０を有している。駆動軸２０には、空気供給兼操作ユニット６０が続いている。駆動軸２０を介してスピンドル１は工作機械に結合可能である、即ち、駆動軸２０は駆動装置に結合され、且つ工作機械の軸受ブロックに受け入れられ得る。この場合、軸受ブロックは、慣例のように駆動軸の長手方向軸線、即ち第２の軸線を中心とした駆動軸の回転だけを可能にする。
【００３６】
図６及び図７に基づいて最も良く分かるように、スピンドル１は、駆動軸２０とスピンドルヘッド１０相互の傾倒と同様、駆動軸２０とスピンドルヘッド１０との半径方向の移動も可能にする軸受を有している。この軸受は、前方の部分軸受と後方の部分軸受とを形成する２つの部分軸受から成っている。後方の部分軸受は、対向して位置し且つ互いに摺動可能な軸受面２４，３４を有している。このため駆動軸２０は、平らな円環状の後部軸受面２４を有していてもよく、後部軸受面２４は、好適には駆動軸２０、即ちスピンドル後方部分２０の長手方向軸線に直交して交差している。この意味において、スピンドル後方部分２０は軸受ブロックである、又は軸受ブロックを有している。後方の軸受の第１の軸受面２４に対向して、この第１の軸受面２４に対して相補的な、中間ブロック３０の第２の軸受面３４が位置している。両軸受面２４，３４の間には、好適には例えば空気通路４６を介して圧縮空気を供給可能な、細い空隙が存在している。また、択一的な流体が潤滑剤として用いられてもよい。よってスピンドル後方部分２０と中間ブロック３０とは、２自由度を有するリニア軸受を形成している。換言すると、中間ブロック３０は、スピンドル後方部分２０に対して半径方向に移動可能である。中間ブロック３０は、以下で更に説明するカップリング無しでは、駆動軸２０に対して回動可能でもあるので、厳密に言うと、後方の部分軸受は３自由度を有している。
【００３７】
前方の部分軸受もやはり、第１の軸受面３３と第２の軸受面１３とによって形成され、第１の軸受面３３と第２の軸受面１３とは、好適には互いに相補的な球面セグメントである。このため、中間ブロック３０の、円環状の軸受面３４とは反対の側が、第１の球面セグメント状の軸受面３３であってよい。この軸受面３３には、スピンドルヘッド１０の軸受面１３が対向して位置している。軸受面３３，１３の間のギャップにも、やはり圧縮空気又は別の流体を供給可能である。したがって前方の部分軸受は、各球面セグメント（２自由度）の共通の中心点を中心とした、スピンドル後方部分２０に対して相対的なスピンドルヘッド１０の傾倒を可能にする。スピンドルヘッド１０は、以下で更に説明するカップリング無しでは、中間部材３０に対して回動可能でもあるので、前方の部分軸受も厳密に言うと、３自由度を有している。図示の例では、球面セグメントの中心点は、ワーク（図示せず）の範囲内にある。このことは、揺動補償において半径方向ずれが極めて小さく保たれる、及びスピンドルヘッドの重心が、傾倒時に支点の下側に位置していることから、スピンドルヘッドは傾倒せず、スピンドルが直立して取り付けられている場合は垂直線に対してセルフセンタリングするようになっている、という利点を有している。
【００３８】
第１の部分軸受と第２の部分軸受とは、複数の永久磁石によって互いにバイアスをかけられているが、これらの永久磁石は、互いに９０°だけずらされた断面の外側に位置しているので見えない。各磁石は、軸受ブロックの凹所に設けられた適当な構成部材の長手方向軸線の周りに環状に配置されている。
【００３９】
図示の構成とは異なり、前方の部分軸受はリニア軸受であってもよく、且つ後方の部分軸受はボールジョイントであってもよい。本発明にとって重要なのは、部分軸受が共に、好適にはスピンドルヘッド１０とスピンドル後方部分２０の各長手方向軸線の、２自由度を有する傾倒と、（やはり２自由度を有する）半径方向の移動の両方を可能にすると共に、可能な限りねじり剛性であり、このためにはカップリングが設けられていてもよい、という点だけである。
【００４０】
軸受をねじり剛性にするために、軸受は、図示の例では回転カップリングにより架橋されている。回転カップリングの要素は、図１〜図４において最も良く示されている。スピンドル後方部分２０は、互いに平行な２つの第１支柱５１を介してカップリング部材５３に結合されている（図１〜図４並びに図５及び図６）。カップリング部材５３は、２つのリング半部から構成されており、中間ブロック３０を環状に取り囲んでいるが、少なくともその静止状態では、中間ブロック３０に接触していない。カップリング部材５３は、第１支柱５１と第２支柱５２とを介して所定の位置に保たれる。
【００４１】
第１支柱５１を固定するために、スピンドル後方部分２０は、駆動軸の長手方向軸線に対して互いに正反対の２つの側に、それぞれ固定部材５５、例えば図示の山形部材５５を有し、これらの固定部材５５にはそれぞれ、第１支柱５１の一方の端部が固定されている。第１支柱５１の他方の端部は、カップリング部材５３と摩擦接続的に結合されている。図示のように、第１支柱５１の各長手方向軸線は、好適には互いに少なくともほぼ平行に（±１５°、特に好適には±５°、更に好適には±１°）、中間部材の長手方向軸線に直交して交差する１平面内に延在している。好適には、同じ平面内に２つの別の（第２）支柱５２が配置されていてもよい。別の支柱５２は同様に、互いに正反対の２つの側において、カップリング部材５３に結合されているが、第１支柱５１に対して９０°だけずらされている。第２支柱５２の他方の端部は、第２の固定部材５６（例えば山形部材５６）を介してスピンドルヘッド１０と摩擦接続的に結合されている。つまり支柱５１，５２は、カップリング部材５３と共に、回転カップリング（図５参照）を形成している。スピンドル後方部分２０に対するスピンドルヘッド１０の半径方向ずれは、支柱５１，５２の小さな戻し力によってしか影響を及ぼされない。同じことは、スピンドル後方部分２０に対するスピンドルヘッド１０の揺動にも当てはまる。
【００４２】
図６及び図７において良好に認識されるように、スピンドルはセンタリング装置を有し、このセンタリング装置により、例えばコレット４２に対するワークの着脱に際して、スピンドルヘッド１０を、スピンドル後方部分２０で以てセンタリングすることができる、即ち、軸受がロックされるようになっている。このためにスピンドル後方部分２０は、少なくとも１つの第１のリング状又はリングセグメント状のセンタリング面４４を有し、センタリング面４４は、図示の例ではスピンドルヘッド１０に向かって円錐形に先細になっている。第１のセンタリング面４４には、センタリングスライダ４３として、リング状又は択一的にはリングセグメント状のピストンが、スピンドルヘッド１０に向かって先細になる周面部分４５で以て当接している。センタリングスライダ４３は、スピンドルヘッド１０の軸方向ピン１４の、好適には筒状の接触面１４１上を軸方向に摺動可能であり、接触面１４１は、第２のセンタリング面を形成している。（図７だけに見られる）弾性部材４７によって、センタリングスライダ４３はスピンドルヘッド１０に向かって予荷重を加えられているので、センタリングスライダ４３は、その周面部分４５で以て第１のセンタリング面４４に対して緊締され、これによりスピンドルヘッド１０が、スピンドル後方部分２０に対して相対的にセンタリングされることになる。センタリングを解除し、これにより軸受を解放するためには、ピストンのスピンドルヘッド側に流体、例えば圧縮空気を供給することができるようになっており、これによりピストンを弾性部材に抗して押しずらすことで、周面部分４５は最早第１のセンタリング面４４に接触しなくなる。
【００４３】
後端部においてコレット４２は、引張り部材４８、ここではロッドに結合されている（図６及び図７参照）。ロッド４８は、スピンドルヘッド１０の一貫して延びる凹部１６内に装着されており、スピンドルヘッド１０に支持された緊締部材４９（図示されているのは皿ばね積層体）によりスピンドル後方部分２０の方に引っ張られて、予荷重を加えられている。このためにロッド４８には、緊締部材４９に作用する緊締リング５９が装着されている。緊締部材４９は、スピンドルヘッド１０の室４０内に存在している。コレット４２を開くためには、ロッド４８がコレット４２に向かって軸方向に押しずらされる。
【００４４】
ロッド４８は軸方向凹部４６を有し、軸方向凹部４６は、軸受に対して圧縮空気（又は別の流体）を供給すると同時に、センタリング装置を開放するための空気通路４６として用いられる。このために空気通路４６は、対応する複数の孔４６１若しくは溝４６２を介して、軸受面１３，３３間の空隙と、軸受面２４，３４間の空隙とに接続されているのと同様に、センタリングスライダ４３が装着された、シールされた環状ギャップ４３１にも接続されている。空気通路４６に圧縮空気が供給されると、まず最初にセンタリングスライダ４３が押しずらされて、軸受が解放される。圧力が十分に大きくなると直ちに、磁気バイアスが相殺され、軸受は自由に運動可能になる。
【００４５】
コレット４２を開くためには、スピンドル後方部分２０の軸方向延長部に、空気供給兼操作ユニット６０のピストンロッド６１が装着されており、ピストンロッド６１は（少なくとも１つの）ピストン６２に結合されている。ピストン６２は、ピストン６２用のシリンダとして働く、空気供給兼操作ユニット６０のケーシング６４の凹部６３内に装着されており、戻し部材６５の力に抗して圧力を供給することができ、これによりピストン６２延いてはピストンロッド６１がコレットの方向に押しずらされ、延いては引張り部材、即ちロッド４８に加えられる荷重が軽減されることになる。ピストンロッド６１とピストン６２も軸方向通路６６を有し、軸方向通路６６は、空気通路４６と連通するように接続されている。軸方向通路６６と空気通路４６とを接続するために、ロッド４８はその末端に半径方向突出部を有し、この半径方向突出部は、ピストンロッド６１の相補的な凹部に挿入してから９０°だけ回動させて、前記凹部内に係止することができる。
【００４６】
図８には、スピンドルが工具研削盤のいくつかの要素と共に描かれている。スピンドルブロック、任意の室、研削ヘッド並びに駆動装置及び移動ユニットは、見やすくするために図示されていない。好適には、スピンドルは図示のように直立して配置されている、即ち、スピンドルの長手方向軸線は、少なくともほぼ（±１５°）、垂直線に等しい。機械フレーム（付加的にのみ図示）に摩擦接続的に結合された支持ユニット８０には、緊締フィンガ７１を備える角柱体７０と、バックレスト若しくは振れ止め７５とが配置されている。ガイド角柱体７０は溝７１１を有し、溝７１１内でワークを緊締フィンガによって固定することができるようになっている。支持ユニット８０、延いてはスピンドルに対して相対的なガイド角柱体７０の位置及び姿勢は、目標位置に到達するまで、調節ユニット７３によって変化させることができる。目標位置でガイド角柱体７０は緊締フィンガ７１と共に固定され得る。同様に、バックレスト７５の位置及び姿勢も、別の調節ユニット７６を介して目標位置にもたらすことができ、そこで固定可能である。
【００４７】
ワークを研削するためにはまず、ワーク又は好適には校正ピンがコレットに挿入される。このとき軸受は、スピンドルヘッド１０とスピンドル後方部分２０との間で、好適にはセンタリング装置によってロックされている。次いでガイド角柱体とバックレストとが校正ピン若しくはワークに当て付けられて、適当な位置に固定されてよい。ガイド角柱体７０の位置及び姿勢を固定する前に、好適には緊締フィンガ７１がガイド角柱体７０に向かって押圧され、これによりガイド角柱体７０がワークに正確に当て付けられることになる。換言すると、今やワークはガイド角柱体若しくはバックレストの対応する溝７１１，７５１に当接している。ここで必要な場合には、校正ピンをワークに交換することができる。次にセンタリング装置が開かれ、即ち軸受けが解放されて、ワークの加工が開始可能になる。加工力がワークに対して半径方向に作用する限り、加工力は専ら、ガイド角柱体７０若しくはバックレスト７５によって吸収される。Ｖ溝７１１，７５１内のワークの旋削に際しても、（少なくとも半径方向において）ワークの姿勢は、ガイド角柱体７０及びバックレスト７５によってのみ決定される。またワークの旋削に際して、スピンドルヘッド１０とスピンドル後方部分２０との間の軸受に基づき、ワークに対する半径方向の力が、スピンドル後方部分からワークに伝達されることは一切ないので、加工時のワークの位置決め精度が改善される。
【符号の説明】
【００４８】
１０  スピンドルヘッド（略称：「ヘッド」）
１１  スピンドルヘッドの軸受ブロック（略称：「ヘッドブロック」）
１３  軸受面
１４  軸方向のピン
１４１  センタリングリング／センタリング面用の接触面
１６  一貫して延びる凹部
２０  スピンドル後方部分／駆動軸
２４  軸受面
３０  中間部材／中間ブロック
３３  軸受面
３４  軸受面
４０  緊締部材用の室
４１  コレット受入れ部、一般には緊締手段受入れ部
４２  コレット、一般には緊締手段
４３  センタリングスライダ／先細になっているスライダ
４３１  環状ギャップ
４４  円錐状の周面部分
４５  センタリングスライダの円錐状の当接面
４６  空気通路
４６１  孔
４６２  溝
４７  弾性部材
４８  引張り部材、ここではロッド
４９  緊締部材、例えば皿ばね
５０  カバー
５１  第１支柱（駆動軸２０から中間ブロック３０）
５２  第２支柱（中間ブロック３０からスピンドルヘッド１０）
５３  カップリング部材
５５  支柱５１用の第１の固定部材（例えば山形部材）
５６  支柱５２用の第２の固定部材（例えば山形部材）
６０  空気供給兼操作ユニット
６１  ピストンロッド
６２  ピストン
６３  凹部／シリンダ
６４  ケーシング
６６  通路
７０  角柱体／ガイド角柱体／支持角柱体
７１  緊締フィンガ
７５  バックレスト（振れ止め）
７３  支持角柱体用の調節ユニット
７６  バックレスト用の調節ユニット
８０  支持ユニット
【図１】
2016535683.tif 000003
【図２】
2016535683.tif 000004
【図３】
2016535683.tif 000005
【図４】
2016535683.tif 000006
【図５】
2016535683.tif 000007
【図６】
2016535683.tif 000008
【図７】
2016535683.tif 000009
【図８】
2016535683.tif 000010
【国際調査報告】
2016535683.tif 000011
2016535683.tif 000012
2016535683.tif 000013
2016535683.tif 000014
2016535683.tif 000015
2016535683.tif 000016