JP2021534986A - 振動の傾向が低減された歯切り盤用の調節装置 - Google Patents

Abstract

工作機械用の調節装置は、基体１と、基体に対して移動方向Ｘに沿って移動可能な可動体２と、可動体を基体に対して移動させるドライブ３とを備える。可動体と基体との間の振動（特に、いわゆる偶発振動）を効果的に減衰しながらも、基体に対する可動体の素早い位置移動を可能にするために、調節装置は、補助体１０を備える。補助体１０は、基体に解放可能に固定することができるとともに、解放された状態において、可動体と共に基体に対して移動することができる。また、調節装置は、補助体と可動体との間に配置される少なくとも１つの制振ダンパー１１も備える。【選択図】図１

Description

本発明は、歯切り盤用のモーター駆動の調節装置、それが設けられた歯切り盤、及びこのような歯切り盤を用いてワークを機械加工する方法に関する。

歯切り盤が製造され始めた頃から、設計者は、歯切り盤内に生じる不要な振動に直面してきた。非特許文献１では、８４頁〜１６１頁、及び４７１頁〜５７１頁において、近代の歯切り盤の設計及び機能について記載されている。このような歯切り盤は、通常、千を優に超える構成部品を備えており、作動中にこれらの部品が制御不能な数の自由度で振動する。この振動システムにより、ツールとワークとの間で望ましくない相対移動が引き起こされ、これが必然的にチップ厚さひいては切削力が変化することにつながり、生産結果に直接的に影響を及ぼす。切削力が変化することで、剛性が有限である機械構造の反作用が引き起こされ、切削処理と機械構造との間に動的相互作用の閉ループが生じるとともに、自励振動が引き起こされる。これらの現象は、歯切り盤のアセンブリ内における振動であると考えられている。

いわゆる偶発振動等によって引き起こされ得る、ツールとワークとの間のマイクロメートル範囲内の最小の相対移動であっても、妨げとなる製造偏差につながる可能性がある。このような製造偏差は、特に歯車の仕上がりに悪影響を及ぼす。なぜなら、歯車は、仕上げ後に更に処理が施されることなくギアボックス内に設置されるからである。特に、このような製造偏差は、歯面上に波紋となって現れ得て、ギアボックス内で使用される際に、通常は周波数の高い耳障りなノイズが生じる。このようなノイズは、「ゴースト周波数」とも呼ばれる。特に自動車両において、エンジンノイズはより小さくなってきている。このため、伝達ノイズ、及び特にそれらの高周波数成分は、耳障りなものとして認識されつつある。電動車両において、これらのノイズは、或る特定の状況下では駆動ノイズの大半を占めることがある。

非特許文献２では、「ゴースト周波数」につながる歯面上の波形を正しく検知することの難しさを強調するとともに、この目的のための新しい評価方法を提案している。

歯切り盤内の望ましくない振動を回避又は抑制する数々の努力がなされてきた。

非特許文献３では、３頁〜３１頁において、当該分野における先行技術を要約するとともに、これに基づき、アクティブ減衰システム（アクティブ振動制御、ＡＶＣ）によって振動を抑制することを提案している。特に、６７頁〜７０頁、及び１２９頁〜１３９頁において、歯車研削盤のワークスピンドルに対してアクティブ減衰システムを使用することを提唱している。

特許文献１では、切削動作及び／又はフィード動作に対して追加の変調動作を加えることによって、金属切削ワーク機械加工用の工作機械内におけるびびり振動を回避することを提案している。

特許文献２では、歯車の歯面に対して周期的な波形修正又は波形変化を加えることが提案されている。この目的のために、歯車対の回転距離誤差測定が歯車測定装置又はギアボックス内で行われ、回転誤差の程度が判定される。この測定結果は、振幅、周波数、及び位相位置を定義する入力変数として、歯車対の歯面に対する周期的な歯車波形修正に使用される。この手順は、問題の根本に対処するものではなく、単に症状への対策となる。

工作機械において、特に、工作機械の異なる部品の位置を互いに変化させるための調節装置は、潜在的に振動システムを構成する。このような調節装置は、通常、数値制御軸（ＮＣ軸）で理解される。典型的な直線ＮＣ軸はスライドを含み、スライドは、基体上の１つ以上のリニアガイド要素上で案内され、基体に対するスライドの位置は、ＮＣ制御ドライブによって調節可能である。ドライブは、例えば、ボールねじを介してスライドを駆動するサーボモータを含み得る。回転ＮＣ軸（回転軸又は旋回軸）は、通常、スピンドルを含み、スピンドルは、駆動により回転させることができるとともに、回転体又は旋回体を直接又は歯車ユニットを介して動かす。

独国特許出願公開第１０２０１００２３１９０号 欧州特許出願公開第２７７４７０９号

H. Schriefer他，「Kontinuierliches Waelzschleifen von Verzahnungen （Continuous Generating Gear Grinding 「歯車の連続生成研削」）」，Reishauer AG 2008, ISBN 978-3-033-01447-3 Guenther Gravel，「Bestimmung von Welligkeiten auf Zahnflanken （Determination of waviness on tooth flanks 「歯面のうねりの測定」）」，GETPRO Congress on Gear Production, Wuerzburg, March 2009 Matthias Baur，「Aktives Daempfungssystem zur Ratterunterdrueckung an spanenden Werkzeugmaschinen （Active damping system for chatter suppression on metal-cutting machine tools 「金属切削工作機械のびびり抑制のためのアクティブダンピングシステム」）」，論文、Technische Universitaet Muenchen 2014

本発明の目的は、望ましくない振動を回避することができる又は少なくとも効率的に減衰することができるように設計された、工作機械用のモーター駆動の調節装置を提供することにある。振動を回避又は減衰させるための手段は、調節装置を用いることによる素早い位置決め動作を妨げるものであってはならない。

この目的は、請求項１の特徴を備える調節装置によって達成される。更なる実施形態は、従属請求項において規定されている。

したがって、歯切り盤用の調節装置、特に仕上げ作業用の調節装置が提供され、調節装置は、
基体と、
基体に対する移動の方向に沿って移動可能な可動体と、
基体に対して可動体を移動させる（好ましくはＮＣ制御の）ドライブと、
を備える。

調節装置の振動の傾向を低減するために、調節装置は補助体を備え、補助体は、補助体と基体とが固く接続することができるように基体に解放可能に固定されるように構成されるとともに、解放された状態で可動体と共に移動するように構成される。調節装置は、補助体と可動体との間に配置される少なくとも１つの制振ダンパーを更に備える。

「基体」及び「可動体」という用語は、基体と可動体との間の相対移動が可能であるものとして理解される。基体は、それ自体は必ずしも機械ベッドに対して静止したものとする必要はなく、それ自体を機械の移動部上に配置しても良い。

補助体は、少なくとも１つの制振ダンパーを介して可動体に接続される。ワークの加工中、補助体を基体に固定することができる。これにより、補助体及び基体が比較的質量の大きい剛性ユニットを構成する。可動体と、補助体及び基体からなるユニットとの間の振動は、少なくとも１つの制振ダンパーによって効率的に減衰される。補助体と可動体との間に相対移動がある場合、制振ダンパーは、好ましくは移動の方向とは反対方向の減衰力を発生させる。これにより、調節装置の全体的な振動の傾向が効果的に低減される。

基体に対する可動体の位置が素早く及び／又は広範囲にわたって変更されると、補助体と基体との間の接続を解除することができる。ここで、補助体は、制振ダンパーと共に、基体に対する可動体の移動に追従することができ、この追従は、制振ダンパーの減衰力がこのような移動を打ち消すことなく行われる。補助体及び制振ダンパーは、比較的小さい質量を有することもでき、このため、これらの部品の移動がドライブに対して大きな追加の荷重を加えることがない。概して、この方法により、素早い位置決め移動時における高い軸荷重が回避される。加えて、これにより、小さい機械加工ストローク又は小さい振幅のみに対して設計された制振ダンパーを使用することが可能となる。この方法により、可動体の動きの全範囲にわたって効果を発揮しなければならない制振ダンパーと比して制振ダンパーの効率を大幅に向上させることができるとともに、制振ダンパーが導入位置に関わらず同じ動作点において常に動作することができる。

減衰特徴の非対称を回避するために、調節装置が、補助体と可動体との間に配置される２つの制振ダンパーを備え、２つの制振ダンパーが移動の方向に対して垂直に延在する法平面に対して可動体上で対称的に配置されると、有利である。好ましくは、２つの制振ダンパーが同一に構成される。

制振ダンパーのそれぞれは、アクティブ制振ダンパー又はパッシブ制振ダンパーとしてもよい。アクティブ制振ダンパーとパッシブ制振ダンパーとの組合せも考えられる。

パッシブ制振ダンパーが使用される場合、例えば、流体ダンパー又は摩擦ダンパーとすることができる。両タイプの制振ダンパーは、先行技術で既知のものである。摩擦ダンパーは、互いに相対的に移動する２つの固体間の摩擦プロセスによってシステムから振動エネルギーを取り出す。流体ダンパーは、以下のサブタイプ、すなわち、（ｉ）互いに法線方向に振動する２つのプレートの間の隙間から流体が変位するスクイーズフィルムダンパー、（ｉｉ）平行に振動する２つのプレート間の隙間内の流体がせん断応力を受けるせん断ダンパー、及び（ｉｉｉ）流体がスロットルを押し通される変位ダンパー（ピストンダンパー）に分けられる。本発明との関係においては、変位ダンパーが特に適していることが証明されている。なぜなら、変位ダンパーは、比較的大きな調節移動にわたって良好な減衰特性を発揮するからである。

アクティブ制振ダンパーが使用される場合、外部から供給されるエネルギーを変換することによって機械エネルギーを発生させる、少なくとも１つのアクチュエータを備える。特に、アクチュエータは、動電アクチュエータ又は圧電アクチュエータとすることができる。アクチュエータは、好ましくは、補助体と可動体との間の力の流れの中に位置する。さらにまた、アクティブ制振ダンパーは、可動体の振動を検知する少なくとも１つのセンサー、特に、変位センサー、力センサー、及び／又は加速度センサー（慣性センサー）、並びに制御装置を備えることができる。そして、制御装置は、少なくとも１つのセンサーからセンサー信号を受信するとともに、これらのセンサー信号を用いて少なくとも１つのアクチュエータを制御してアクチェータが振動を打ち消すように設計される。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つの制振ダンパーは、調節可能な減衰特徴を有することができる。制振ダンパーの減衰特徴は、ＮＣ制御、特に、適した設定装置によって調節可能とすることができる。例えば、変位ダンパーの場合、知られているように、スロットルの自由断面積を設定機構によって変更することができる、及び／又は制振ダンパー内の圧縮可能な流体の圧力を圧力アクチュエータによって変更することができる。せん断ダンパーの場合、例えば、その隙間の大きさを変更することができる。アクティブ制振ダンパーの場合、例えば、アクティブ制振ダンパーの減衰特性に影響を与える、制御装置のパラメーター、例えば、アクティブ制振ダンパーの制御装置内における中心周波数及び／又はフィルタの減衰、を変更することができる。これにより、それぞれの歯切り盤及び機械加工タスクに対して減衰特性を最適化することができる。

調節装置は、自動周波数応答解析を行う装置を含むことができ、該装置は、周波数応答解析の結果に基づいて減衰特徴を自動的に変更するために、少なくとも１つの制振ダンパーに動作可能に接続される。周波数応答解析において、調節装置によって調節可能な軸の振動特徴は、自動的に判定される。これに基づき、制振ダンパーの減衰特性をＮＣ制御下で自動的に変更することができる。例えば、或る特定の周波数で特に強い振動が生じたことを周波数応答解析が示す場合、アクティブ制振ダンパーの場合には制御装置の１つ以上のパラメーターを自動的に調節することができ、これにより、アクティブ制振ダンパーがこの周波数における振動を特に効果的に減衰する。周波数応答解析を行う装置は、近代の歯切り盤における標準的な機器であることが多い。

有利な実施形態において、補助体は、クランプ装置によって基体に固定されるように構成される。クランプ接続は、特に容易に確立及び解除することができる。

調節装置は、補助体を基体に固定する及び／又は補助体を基体から解放する少なくとも１つのＮＣ制御アクチュエータを備えることができる。補助体がクランプ装置によって基体に固定されるように構成される場合、アクチュエータは、好ましくはこのようにＮＣ制御下でクランプを確立及び／又は解除することができる。

調節装置は、補助体と可動体との間の距離、補助体と可動体との間の力、及び補助体に対する可動体の加速度といった変数のうちの１つ以上を判定する、少なくとも１つのセンサーを備えることができる。これは、アクティブ制振ダンパーのみに有用ということではなく、上述のように、パッシブ制振ダンパーにも有用であり、例えば、可動体の振動挙動を特徴付ける。

基体に対する可動体の移動は、特に、直線移動または回転移動とすることができる。

移動が直線移動である場合、可動体は摺動キャリッジとして構成することができる。そして、調節装置は、可動体を基体上で案内する少なくとも１つのリニアガイドを含み得る。

リニアガイドは、それ自体が既知の態様でローリングガイドとして構成することができる。本発明は、ローリングガイドの場合に特に価値がある。なぜなら、ローリングガイドは、その設計に起因して、通常、例えば摺動ガイドよりも減衰特性がかなり悪いからである。

リニアガイドは、基体に対して固く又は少なくとも軸方向に動くことができないように固定される、例えばレール等のリニアガイド要素を備え、可動体は、このリニアガイド要素上で案内される。そして、いくつかの実施形態において、補助体もリニアガイド上で案内される。この場合、補助体用の別体のリニアガイドは必要ない。補助体は、特にクランプにより、基体に対して相対的にリニアガイド要素に固定することができる。

他の実施形態において、調節装置は、リニアガイドとは別体であってそれに対して平行な補助ガイドを含むことができる。そして、補助体は基体上で補助ガイドによって案内される。補助ガイドは、例えばレール又はロッドの形態の、基体に対して固く又は少なくとも軸方向に動くことができないように固定されるリニアガイド要素を含むことができる。そして、補助体は、補助ガイドのリニアガイド要素上で案内され得るとともに、特にクランプにより、補助ガイドのリニアガイド要素に対して固定され得る。

いくつかの実施形態において、可動体は、旋回体として設計され得て、この場合、旋回体は旋回するように基体上で支持される。そして、調節装置は、リング又は一部がリング（円弧）の形態で延在する、例えばレールの形態のガイド要素を備え、ガイド要素は、固く又は少なくとも旋回軸に対して回転しないように基体に接続され、補助体はこのガイド要素上で案内され得る。補助体は、クランプによってガイド要素及び基体に固定され得る。

また、少なくとも１つの上記のタイプの調節装置を備える工作機械、特に歯切り盤、が開示される。特に、上述のタイプの調節装置は、機械ベッドに対して歯切り盤のカラムを移動させるように構成され得る。この場合、基体は、機械ベッドによって構成され、一方、可動体は、カラムによって構成される。上述のタイプの調節装置は、歯切り盤の供給スライドをカラムに対して移動させるためにも使用され得る。この場合、カラムは、基体を構成し、供給スライドは、可動体を構成する。このタイプの調節装置は、ねじれ角を設定するために歯切り盤用のツールヘッドを供給スライドに対して旋回させるためにも使用され得る。この場合、供給スライドは、基体を構成し、ツールヘッドは、可動体を構成する。工作機械に対する上記の調節装置の様々な他の可能な用途が考えられる。

また、前述のタイプの工作機械を用いて、ワーク、特に歯が形成される前のワークを機械加工する方法が開示される。処理は、以下のステップを含む：
補助体を基体から解放するステップと、
補助体が基体から解放されている間に、ドライブによって可動体を基体に対して移動させるステップであって、可動体が補助体を受ける、ステップと、
補助体を基体に固定するステップと、
補助体が基体に固定されている間に、ワークを機械加工するステップ。

このようなプロセスでは、特に、ワークの機械加工中に、ドライブによって可動体が基体に対して移動される一方、補助体が基体に固定されたままとなることが考えられる。例えば、可動体が供給スライドである場合、補助体を基体から解放することなく、ワークの機械加工中に送り動作を行うことが考えられる。この場合、制振ダンパーが対応する大きな作業範囲（移動）を有するように制振ダンパーを設計することが必要である。

既に述べたように、例えば、減衰特性を或る特定の処理状況に適合させるように、このような手順の範囲内で少なくとも１つの制振ダンパーの減衰特性を変更することが考えられるとともに、これを周波数応答解析に基づいて行うことが考えられる。

本発明の好ましい実施形態について、以下で図面を参照しながら説明する。図面は、説明のためのものであり、限定として解釈すべきものではない。

本発明の第１の実施形態に係る調節装置を示す概略斜視図である。 図１の領域Ａ１における拡大部分を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る調節装置を示す平面図であって、一部が切り欠き図である。 図３の調節装置の面Ａ２−Ａ２における切断面を示す拡大概略断面図である。 図３の領域Ａ３における拡大部分を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る歯切り盤の一部を示す概略斜視図である。 図６の領域Ａ４における拡大部分を示す図である。 リング形状のガイド要素とクランプ用の関連する装置と共に図７の補助体の案内を概略的に表す図であり、一部が切り欠き図である。 図８の構成を示す面Ｅ１における断面図である。 工作機械の概略図である。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を概略的に示す。スライド２の形態の可動体は、基体１上に変位可能に配置される。２つの平行なプロファイルレール８ａが、基体１に固く接続される。プロファイルレールは、Ｘ方向に沿って延在する。４つのガイドキャリッジ８ｂが、スライド２に固く接続される。２つのガイドキャリッジ８ｂは各プロファイルレール８ａに割り当てられ、これらのガイドキャリッジのうちの一方は、Ｘ方向におけるスライド２の前端に位置し、他方のガイドキャリッジは、Ｘ方向におけるスライド２の後端に位置する。プロファイルレール８ａと共に、キャリッジ８ｂは直線転がりガイドを構成する。この目的のために、転がり要素がそれ自体既知の方法でキャリッジ８ｂ内に配置される。

ＮＣ制御サーボモーター３が、関連するドライブハウジング４と共に、基体１上に取り付けられている。サーボモーター３は、ボールねじドライブのねじスピンドル６ａを駆動して回転させる。ねじスピンドル６ａは、スライド２を通って延在するとともに、スライド２内においてスライド２に固く接続する図示しないスピンドルナットと相互作用する。従って、サーボモーター３は、ボールねじドライブと共に、基体１に対して直線的にスライド２を移動させるドライブを構成する。

Ｘ方向に沿って延在するとともに基体１に固く接続される補助ガイドのガイドロッド１３が、スライド２の側方に隣接する領域に配置される。補助体１０は、ガイドロッド１３上を案内される。ＮＣ制御クランプ装置９が、ガイドロッド上でＸ方向における補助体１０の前後にそれぞれ配置される。クランプ装置９は、補助体２に固く接続される。クランプ装置９が解除されると、補助体１０は、クランプ装置９と共にガイドロッド１３に沿って移動することができる。クランプ装置９が作動されると、これらは補助体１０をガイドロッド１３に固定し、補助体１０を基体１に対してＮＣ制御で固定することが可能となる。

ガイドロッド１３の上方に、２つのダンパー取付部１５がスライド２上に配置され、スライド２に固く固定される。Ｘ方向におけるダンパー取付部１５の間には隙間がある。補助体１０は、下方からこの隙間内に突出する。

２つのダンパー取付部１５のそれぞれは、流体制振ダンパー１１を保持する。流体制振ダンパー１１は、図１及び図２において非常に概略的な態様でのみ図示されている。具体的には、制振ダンパーは、変位ダンパー（ピストンダンパー）である。このような制振ダンパーにおいては、流体で満たされたシリンダ内をピストンが移動する。流体は、ピストンの２つの側を接続するスロットルを通って押し通され、減衰効果を実現する。減衰特性は、流体の種類及びスロットルの自由断面に影響される。流体が圧縮可能なガスである場合、減衰特性はガス圧力によっても影響される。このような制振ダンパーは、先行技術で既知のものである。

この例において、制振ダンパーのシリンダは、スライド２に固く接続されるダンパー取付部１５によって構成される。制振ダンパーのピストンは、補助体１０に接続される。この方法により、制振ダンパー１１は、補助体１０とスライド２との間の振動を減衰するように設計される。

ＶＤＩ規格３８３３、第１部、２００９において、「減衰」という用語は、以下のように定義されている。「減衰とは、運動エネルギーを、考慮の対象となる振動システムに対して効果を失わせるエネルギーの形態に変換することである（中略）。このため、それは、振動システムにおいて考えられる限度を超えてこのエネルギーを除去すること（エネルギー拡散）である。」「減衰」という用語は、本明細書においては、この定義に基づいて理解される。

本実施形態においては、２つの同タイプの制振ダンパーがあり、鏡面Ｅ１に対して互いに対称に補助体１０上で配置される。鏡面はＸ方向に対して垂直である。これにより、スライド２が補助体１０に対してＸ方向に沿ってプラス側又はマイナス側へ移動しているかに関わらず、常に同じ減衰効果が確実に得られる。

クランプ装置９の補助により、補助体１０は、ガイドロッド１３ひいては基体１に固定することができる。したがって、制振ダンパー１１は、スライド２と基体１との間で効果的に作用する。スライド２と基体１との間で振動が起こると、振動は制振ダンパー１１によって効果的に減衰される。

他方、キャリッジ２を別の位置へ素早く移動させる場合、クランプ装置９を解除することができる。ここで、モーター３の助けによりキャリッジ２を別の位置へ移動させることが可能であり、これにより、キャリッジ２は、この移動中、制振ダンパー１１を介して補助体１０及びクランプ装置９を伴う。クランプ装置９、補助体１０、及び制振ダンパー１１は、合わせてもスライド２よりも質量がかなり小さいことから、ドライブは、大きな追加の荷重を受けることがない。

実際には、スライド２は、工作機械の他の構成部品を運ぶことが多くなる。そして、クランプ装置９は、工作機械２５のツール２２がワーク２３に対して機械加工で接触するような作業段階において主に起動される。クランプにより、制振ダンパー１１は、機械加工中におけるスライド２と基体１との間の妨げとなる振動を効果的に打ち消す。ツールとワークとの間の異なる相対位置が想定される場合、クランプ装置９が解除されている間にスライド２を別の位置へ移動させることができる。新しい相対位置で機械加工が再開されるとすぐにクランプ装置９が再起動される。結果として、制振ダンパー１１は、スライド２の位置に関わらず常に同じ動作点で動作し、制振ダンパー１１は、基体１に対するスライド２の移動の全範囲にわたるような長い移動を必要としない。

コネクタ１２を通じて（図２参照）、制振ダンパー１１内の流体の圧力を変更することができる。これにより、制振ダンパー１１の減衰特性を外部から変更することができる。これにより、減衰特性を特定の動作状況に具体的に適合させることが可能となる。ＮＣ制御の圧力アクチュエータを設けることにより、動作中であってもこのような調節を行うことができる。流体圧力を変更する代わりに、減衰特性は、他の方法、例えば制振ダンパー１１のピストン内のスロットルの自由断面を変更することによって適合させることもできる。

本発明に係る調節装置の第２の実施形態が図３〜図５に示される。同一又は同様に作用する部品には、図１及び図２と、同一の参照符号が付される。

再び、キャリッジ２’は、２つの平行なプロファイルレール８ａによって基体１’上で直線的に案内される。この目的のために、図１に関連して説明したように、ここでも４つのガイドキャリッジ８ｂがキャリッジ２’の角部に配置されるが、これらのガイドキャリッジ８ｂは、図３〜図５では視認できない。

ここでも、スライド２’は、サーボモーター３の助けによりプロファイルレール８ａ上でＸ方向に沿って移動することができる。ねじスピンドル６ａを備えたボールねじドライブは、力を伝達するために使用される。図１と対比してみると、図３では、既に述べたスピンドルナット６ｂ、アキシアルベアリング６ｄを介してドライブハウジング４内に回転可能に取り付けられるボールねじドライブのベアリングナット６ｃ、及びサーボモーター３とねじスピンドル６ａとの間のカップリング５も示される。

スライド２’及び基体１’は、ここでもＸ方向に沿った振動システムを構成し、それは概略的なバネ１８によって図３において概略的に示される。Ｘ方向に沿った振動を減衰するために、ここでも図１及び図２で示した機構と同様の機構が設けられる。しかし、直前の実施形態と対比してみると、スライド２’の両側に２つの補助体１０’が配置されており、これらの補助体は、スライド２’も基体１’上で案内される同じプロファイルレール８ａにクランプ装置９’によって固定することができる。

この目的のために、キャリッジ２’は、その２つの側面のそれぞれに凹所を有し、この凹所内に補助体１０’の一つが配置されている。そして、各補助体１０’は、２つの対称に配置された制振ダンパー１１’を介してキャリッジ２’に接続される。各補助体１０’の下方には、それぞれの補助体１０’に固く接続されるクランプ装置９’がある。クランプ装置９’自体は、クランプ装置が起動されない限りそれぞれのプロファイルレール８ａ上で摺動するように支持されるキャリッジを構成する。クランプ装置９’が起動されると、クランプ装置９’とプロファイルレール８ａとの間にクランプ接続を確立し、補助体１０’を基体１’に固定する。

クランプ可能な補助体１０’を２つの対称に配置された制振ダンパー１１’と共にキャリッジ２’の両側のそれぞれに配置することにより、一方側に配置する場合と比して、向上した減衰効果を実現することができる。さらに、この実施形態はよりコンパクトである。

図５に示されるように、補助体１０’とスライド２’との間の軸方向のギャップは、スライド２’とクランプされた補助体１０’との間の運動距離Ｈを非常に正確に測定するために使用することができる。この目的のために、適した変位センサーをこのギャップ内に配置することができる。変位センサーの代わりに、又は変位センサーに加えて、例えば、加速度センサー又は力センサーをスライド２’と補助体１０’との間に設けることもできる。この方法により、スライド２’とクランプされた補助体１０’との間の相対移動を、例えば、調節可能な制振ダンパー１１’の減衰設定を最適化することを意図して、非常に正確に特徴付けることができる。図５では、様々なタイプのセンサーが、センサー１７として概略的に示される。

図６及ぶ図７は、いくつかの調節装置を備えた歯切り盤２６の一部が概略的に示され、図示されたすべての調節装置には、補助体及び制振ダンパーが設けられる。

図示された調節装置のうちの最初のものは、その構成が、図３〜図５の調節装置に対応する。この調節装置の基体１’は、機械ベッドによって構成され、一方、この調節装置の可動体は、ツールキャリアのカラム１’’が取り付けられるスライド２’によって構成される。この調節装置は、スライド２’の補助により、カラム１’’を基体（ここでは機械ベッド）１’に対してＸ軸（径方向の送込み軸）に沿って移動させるために使用される。図６は、特に、図３〜図５では視認できないガイドキャリッジ８ｂ、及びそれぞれのクランプ装置９’に接続される補助体１０’の下方におけるそれぞれのクランプ装置９’の配置を示す。

第２の調節装置は、Ｚスライド２’’を、カラム１’’に対して、鉛直な送込み軸Ｚに沿って移動させるために使用され、ツールヘッド用の旋回装置は、Ｚスライド２’’に取り付けられている。この調節装置も、図３〜図５の設計の原理に基づいて設計されている。このため、ここでの基体は、カラム１’’であり、一方、Ｚスライド２’’は、可動体として機能する。補助体１０’’は、クランプ装置９’’と共に、Ｚスライド２’’に割り当てられる。対応する制振ダンパー１１’’は、図６では視認できないが、矢印で示されている。

第３の調節装置は、旋回軸１４ａを中心に旋回体１４をＺスライド２’’に対して旋回方向Ａに沿って旋回させるために使用される。ここでの基体１’’’は、Ｚスライド２’’であり、一方、旋回体１４は、可動体２’’’として機能する。旋回体１４は、Ｚスライド２’’（基体１’’’としての機能を有する）上で回転可能に支持される。旋回体１４（可動体２’’’）のＺスライド２’’（基体１’’’）に対する旋回動作を生じさせる旋回ドライブは、図６においては視認できない。旋回体１４（可動体２’’’）には、クランプによってＺスライド２’’（基体１’’’）に固定することができる補助体１０’’’が割り当てられ、２つの対称に配置された制振ダンパー１１’’’を介して旋回体１４（可動体２’’’）に接続される。この目的のために、制振ダンパー１１’’’のピストンは、旋回継手を介して補助体１０’’’に接続される。したがって、効果的な制振を、旋回角δに対する旋回方向Ａに沿って実現することもできる。

実際には、旋回体１４は、ここでは図示しないがＹスライドを備えた更なる調節装置を運ぶことが多くなり、いわゆるシフト軸Ｙを実現する。そして、ツールスピンドルを備えたツールヘッドがＹスライド上に位置する。この調節装置も、Ｘ軸及びＺ軸に沿った調節装置と同様に構築することができる。

図８及び図９は、旋回体１４（可動体２’’’）に割り当てられた補助体１０’’’をＺスライド２’’（基体１’’’）上で案内及びクランプする可能な実施形態を示す。基体１’’’は、いくつかの油圧作動式クランプ装置９’’’を収容する。リング形状のガイドレール１９が、これらのクランプ装置９’’’の軸方向に移動可能なピストンに固く接続される。この態様により、ガイドレール１９は、クランプ装置９’’’によって、旋回軸１４ａを中心として基体１’’’に対して回転方向に固定されるが、短い距離だけ基体１’’’に対して軸方向において近づく方向及び離れる方向に移動することができる。補助体１０’’’は、キャリッジとしてこのガイドレール１９上を走行する。ガイドレール１９が基体１’’’へ向けて軸方向に移動されると、ガイドレール１９と基体１’’’の表面との間で補助体１０’’’を軸方向にクランプする（図９に概略的にのみ示される）。逆に、ガイドレール１９が再び基体１’’’から離れるように移動されると、このクランプが再び解除される。

ガイドレール１９の軸方向の移動は、クランプ装置９’’’によって油圧により行われる。クランプ装置は、油圧により動作するアクチュエータとして設計される。クランプ装置９’’’の流体コネクタ２９に高い油圧が加えられると、クランプ装置９’’’は、リング形状のガイドレール１９と基体１’’’との間での補助体１０’’’のクランプを解除し、そして補助体１０’’’は、ガイドレール１９に沿った円形経路上で妨げられずに移動することができる。従って、旋回体１４（可動体２’’’）は所望の旋回角まで旋回することができる一方、補助体１０’’’は妨げらずに移動することができる。油圧が解除されると、クランプ装置９’’’は、ばね力を用いてガイドレール１９を基体１’’’の方向における後方へ移動させ、これにより、補助スライド１０’’’を基体１’’’に対して再びクランプする。これにより、補助体１０’’’と基体１’’’との間が任意の角度で固く接続される。

図８及び図９に描画された配置の代わりに、補助体１０’’’を基体１’’’上で円形の経路に沿って案内するとともに、これを基体１’’’に固定する他の配置も考えられる。例えば、補助体１０’’’を、可動体２’’’（旋回体１４）の外周上で案内することもできる。補助体１０’’’を、基体１’’’に固く接続されたガイドレール上で案内することができる。そして、クランプ装置を補助体１０’’’自体の上に配置することで、解除時にクランプ装置を補助体と共に移動させることができる。特に、市販の回転クランプシステムをこの目的のために使用することができる。

図１０は、歯が形成される前のワークを創成歯車研削によって精密に機械加工する歯切り盤２６の全体を概略的に示す。創成研削ツール２２を備えるツールヘッド（研削ヘッド）２７がツールキャリア２４上に配置される。歯が形成される前のワーク２３を取り付けた２つのワークスピンドルが、タレットとして設計されたワークキャリア２５上に配置される。タレットにより、ワークスピンドルを機械加工位置とワーク変更位置との間で旋回させることができる。上記の直線及び旋回調節装置内のアクチュエータ及びセンサーが、圧力線、信号線、及び電力線を介してＮＣ制御システムのＮＣモジュール２１に接続される。ＮＣ制御の制御パネル２０により、ＮＣモジュール２１を操作することができる。これについてのデータの流れは、矢印２８及び２８’によって概略的に示される。ＮＣモジュールのうちのいくつかは、特に、様々な補助体１０’、１０’’、及び１０’’’用のクランプ装置（例えば、クランプ装置９’、９’’）を制御するように設計され得る。ＮＣモジュール２１の別の部分は、１つ以上のアクティブ制振ダンパーを制御する、及び／又はアクティブ若しくはパッシブ制振ダンパーの減衰特性を変更するように設計することもできる。

示される全ての設計において、制振ダンパーは、好ましくは２０Ｈｚ〜約５ｋＨｚの周波数範囲内の減衰力を生成し、これにより、妨げとなる振動が全ての関連する周波数範囲内において抑制又は低減される。

使用される制振ダンパーの移動の範囲（ストローク長さ）の寸法設定に際しては、以下の点が考慮され得る。実際には、径方向の送込み軸Ｘについては、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍの非常に小さい範囲の移動で足りる。これは、クランプされた補助体１０’を用いてワークを機械加工している間は、通常、例えば、歯車にクラウン形状又は錐形状を施すために、この軸に沿った移動が非常に小さい移動に限られるからである。一方、鉛直方向の送込み軸Ｚについては、補助体１０’’のクランプを解除することなく、歯車幅の全体にわたって機械加工することができるように、制振ダンパーの移動の範囲を十分に大きく選択すべきである。これは、実際には１００ｍｍ又はそれ以上の移動の範囲が必要となり得ることを意味している。シフト軸Ｙについても、同様に大きな範囲の移動が必要となり得る。

鉛直方向の軸Ｚのクランプ装置９’’は、不具合の際の落下に対してＺスライド２’’を固定する追加の機能を実行することもできる。この目的のために、クランプ装置を、非通電（電気的に制御されるクランプ装置の場合）又は無圧力（油圧で制御されるクランプ装置の場合）にクランプ効果をもたらすように設計することができる。

上記の調節装置は、新しい機械に設置することができるが、改造して既存の機械に取り付けることもできる。形状を決定する直線軸Ｘ、Ｙ、及びＺの全てにこれらを設置することにより、工作機械内に全体的な減衰構造を実現することができる。これは、偶発振動のエネルギーが発生する箇所においてこれらを効果的に減衰することに非常に適している。これにより、歯車の形状に対するこれらの妨げとなる影響を防止又は最小化するとともに、「ゴースト周波数」の発生を大きく回避することができる。

本発明に係る調節装置は、歯車の歯面に対して仕上げ作業を行う全てのタイプの歯切り盤に使用することができ、特に、創成研削、部分創成研削、輪郭研削、ハードホビング、ハードスカイビング、ホーニング等に用いられる歯切り盤に使用することができる。

１ 基体
１’ 基体（機械ベッド）
１’’ 基体（カラム）
１’’’ 基体（スライド）
２，２’，２’’ 可動体（キャリッジ）
２’’’ 可動体（旋回体）
３ サーボモーター
４ ドライブハウジング
５ カップリング
６ａ ねじスピンドル
６ｂ スピンドルナット
６ｃ ベアリングナット
６ｄ アキシアルベアリング
８ａ プロファイルレール
８ｂ ガイドキャリッジ
９，９’，９’’，９’’’ クランプ装置
１０，１０’，１０’’，１０’’’ 補助体
１１，１１’，１１’’，１１’’’ 制振ダンパー
１２ コネクタ
１３ 補助ガイド
１４ 旋回体
１４ａ 旋回軸
１５ ダンパー取付部
１６ ギアボックス
１７ センサー
１８ バネ
１９ ガイドレール、リング形状
２０ ＮＣ制御システムの制御パネル
２１ ＮＣモジュール
２２ ツール（研削ウォーム）
２３ ワーク（歯車）
２４ ツールキャリア
２５ ワークキャリア
２６ 歯切り盤
２７ ツールヘッド（研削ヘッド）
２８，２８’ データ伝送
２９ 流体接続
Ａ 旋回方向
Ａ１〜Ａ４ 詳細な断面図
Ｅ１ 鏡面
Ｈ 移動
Ｘ 変位方向
Ｙ 変位方向
Ｚ 変位方向
δ 旋回角

Claims (22)

1. 歯切り盤（２６）用の調節装置であって、
   基体（１；１’；１’’；１’’’）と、
   前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に対する移動の方向（Ｘ；Ｙ；Ｚ；Ａ）に沿って移動可能な可動体（２；２’；２’’；２’’’）と、
   前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に対して前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）を移動させるドライブ（３）とを備え、
   前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に解放可能に固定可能であるとともに、解放された状態で前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）と共に前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に対して移動可能な補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）と、
   前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）と前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）との間に配置される少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）とを備えることを特徴とする調節装置。
2. 前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）と前記可動体（２；２’；２’’；１４）との間に配置される２つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）を備え、前記２つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’）は、前記移動の方向（Ｘ；Ｙ；Ｚ；Ａ）に対して垂直に延在する法平面（Ｅ１）に対して前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）上で対称に配置される、請求項１に記載の調節装置。
3. 前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）は、パッシブ制振ダンパー又はアクティブ制振ダンパーである、請求項１又は２に記載の調節装置。
4. 前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）は、変更可能な減衰特徴を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の調節装置。
5. 周波数応答解析を行う装置を備え、前記装置は、前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）に動作可能に接続され、前記周波数応答解析の結果に基づいて前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）の減衰特徴を自動的に変更する、請求項４に記載の調節装置。
6. 前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）は、クランプ装置（９；９’；９’’；９’’’）によって前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に固定可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の調節装置。
7. 少なくとも１つのＮＣ制御アクチュエータを前記クランプ装置（９；９’；９’’；９’’’）に備え、前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）を前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に固定する、及び／又は前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）を前記基体（１；１’；１’’；１’’’）から解放する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の調節装置。
8. 少なくとも１つのセンサー（１７）を備え、前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）と前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）との間の変位、前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）と前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）との間の力、及び前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）に対する前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）の加速度のうちの１つ以上を判定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の調節装置。
9. 前記可動体（２；２’；２’’）は、キャリッジとして構成され、
   前記調節装置は、リニアガイド（８ａ，８ｂ）を備え、
   前記可動体（２；２’；２’’）は、前記リニアガイド（８ａ，８ｂ）によって、前記基体（１；１’；１’’）上で案内される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の調節装置。
10. 前記リニアガイド（８ａ，８ｂ）は、ローリングガイドとして構成される、請求項９に記載の調節装置。
11. 前記リニアガイド（８ａ，８ｂ）は、特にレールの形態であるリニアガイド要素（８ａ）を備え、
    前記リニアガイド要素（８ａ）は、軸方向に移動できないように前記基体（１’；１’’）に接続され、
    前記可動体（２’；２’’）は、前記リニアガイドの前記リニアガイド要素（８ａ）上で案内され、
    前記補助体（１０’；１０’’）も前記リニアガイドの前記リニアガイド要素（８ａ）上で案内される、請求項９又は１０に記載の調節装置。
12. 前記補助体（１０’；１０’’）は、クランプ装置（９’；９’’）によって前記リニアガイドの前記リニアガイド要素（８ａ）に固定可能である、請求項１１に記載の調節装置。
13. 補助ガイド（１３）を備え、該補助ガイド（１３）は、前記リニアガイド（８ａ，８ｂ）とは別体で構成され、
    前記補助体（９）は、前記補助ガイド（１３）によって前記基体（１）上で案内される、請求項９又は１０に記載の調節装置。
14. 前記補助ガイド（１３）は、特にレール又はロッドの形態のリニアガイド要素を備え、
    前記補助ガイドの前記リニアガイド要素は、軸方向に移動しないように前記基体（１）に接続され、
    前記補助体（９）は、前記補助ガイド（１３）の前記リニアガイド要素上で案内され、
    前記補助体（９）は、クランプによって前記補助ガイド（１３）の前記リニアガイド要素に固定可能である、請求項１３に記載の調節装置。
15. 前記可動体（２’’’）は、旋回軸（１４ａ）を中心に旋回するように前記基体（１’’’）に取り付けられる旋回体（１４）として構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の調節装置。
16. ガイド要素（１９）を備え、該ガイド要素（１９）は、少なくとも部分的なリングに沿って延在するとともに、前記旋回軸（１４ａ）に対して回転が固定されるように前記基体（１’’’）に接続され、前記補助体（１０’’’）は、前記ガイド要素（１９）上で案内される、請求項１５に記載の調節装置。
17. 前記補助体（１０’’’）は、クランプ装置（９’’’）によって、少なくとも部分的なリングに沿って延在する前記ガイド要素（１９）に固定可能である、請求項１６に記載の調節装置。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の調節装置を備える、歯切り盤（２６）。
19. 歯が形成される前のワーク（２３）を請求項１８に記載の歯切り盤（２６）を用いて機械加工する方法であって、
    前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）を前記基体（１；１’；１’’；１’’’）から解放するステップと、
    前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）が前記基体（１；１’；１’’；１’’’）から解放されている間に、前記ドライブ（３）によって前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）を前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に対して移動させるステップと、
    前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）を前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に固定するステップと、
    前記補助体（１０；１０’；１０’’；１０’’’）が前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に固定されている間に、前記ワーク（２３）を機械加工するステップとを含む、方法。
20. 前記可動体（２；２’；２’’；２’’’）は、前記補助体（２；２’；２’’；２’’’）が前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に固定されたままとなっている間に、前記ドライブ（３）によって、前記ワーク（２３）の機械加工中に前記基体（１；１’；１’’；１’’’）に対して移動される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）の減衰特徴を変更することを含む、請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 周波数応答解析を行うことと、
    前記周波数応答解析の結果に基づいて前記少なくとも１つの制振ダンパー（１１；１１’；１１’’；１１’’’）の前記減衰特徴を自動的に変更することとを含む、請求項２１に記載の方法。
    
    

Images