JP6917904B2 - 円筒区分と異形区分とを備えた軸状の工作物を研削完全加工する方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともそれぞれ１つの円筒区分と異形区分とを備えた軸状の工作物を１つの同じ研削盤において完全加工として研削する方法に関する。

本発明の範囲では、軸状の工作物とは、例えば、トランスミッション軸、油圧ポンプまたは流量計用のロータ、ベーンポンプ用のロータ、ならびに例えば圧縮機、ブロワ、真空ポンプまたは類似の使用例のためのコンプレッサ用のロータを意味する。しかしながら、以下に説明する本発明は、軸状の工作物という呼称の広い解釈において、カムシャフトやクランクシャフト等のような別の軸部分にも適用すべきである。例えばトランスミッション軸の場合のように、円筒状の区分および異形の区分を備えた軸状の工作物を研削完全加工する公知の方法では、必要な溝、平坦面および直径は、一般的に別個の作業シーケンスでしばしば１つの機械でも研削される。これに対して、同様に軸状の工作物に研削したい異形区分または歯列は、別個の機械で研削される。製造工程においてしばしば相前後して配置される複数の機械を使用するには、工作機械の高い設備投資と、製造工場における付加的なスペースとが必要となる。このことは、円筒区分と異形区分とを有し、同様に様々な使用例のために研削されるロータ部分についてもあてはまる。

しかしながら、円筒区分および異形区分を備えた軸状の工作物を１つの機械で研削することも既に公知である。円筒区分の研削はこの場合、通常、例えば異なる直径を有する隣接する円筒状の外面の間に存在している平坦なショルダ面の研削も含む。独国特許発明第１９９２１７８５号明細書により、少なくとも1つの円板状の軸区分を有する軸に凸状の回転面と外径とを研削する方法ならびにこの方法を実施する相応の研削盤が公知である。研削すべき軸部分は、単数または複数の円筒区分および異形区分に関して完全加工の概念で研削される。異形区分は、この方法では、ここに記載された実施例によれば、凸状の湾曲表面を備えた円板状の軸区分として説明されている。このような形式の凸状の湾曲表面が異形区分である。公知の方法は、研削作業全体、すなわち円板状の軸区分に端面側のコンベックスな回転面を研削する１つの研削作業と、その都度所望の軸部分の外径または円筒状区分を研削する第２の研削作業とを一度のクランプで研削することを目指している。これは、研削加工全体において、工作物主軸台と心押し台との間の少なくともセンタの間に工作物がクランプされたままであることを意味している。すなわち、このようなクランプは、全加工中にわたって解除されない。

国際公開第２０１２／１００３０７号には、円筒区分および異形区分を備えた軸状の工作物を研削完全加工するためのこのような形式の方法が記載されている。異形区分は、例えばコンプレッサのロータ用のスクリュ状に形成されたプロフィールである。この公知の方法では、工作物は、完全加工中、同じく堅固に緊締されたままであるので、クランプは解除されない。予備研削、仕上げ研削、工作物支持台装着部の研削、円筒区分の研削等といった研削作業がいくつ行われるかに関わらず、工作物のクランプは研削作業の最初に行われ、工作物は研削作業全体にわたってこのクランプにおいて緊締されたままとなる。

このことは、狭い製造誤差および改善された形状特性および位置特性を得るために、１つの機械で一度きりのクランプで工作物を研削するという、今日一般的に公知の技術的知識に相応するものである。この公知の知識は、クランプし直すたびに、クランプ替えにおいて生じる恐れのある誤差により製造品質が損なわれるという現在の認識に基づく。

独国特許出願公開第１０２０１０００５６３０号明細書には、上記説明した国際公開第２０１２／１００３０７号に記載の軸状の工作物の加工を行うことができる機械の基本的な技術構造が記載されている。この公知の研削主要部ではとりわけ付加的に貯蔵マガジンを配置できることが記載されている。このマガジンは、各砥石のために必要な交換すべき冷却ノズルまたは冷却ノズルセットを有しており、この公知の研削主要部により行われる研削完全加工でも工作物は完全にクランプされたままである。

これに対し、本発明の課題は、ここで研削したい円筒区分と異形区分とを備えた軸状の工作物のような複雑な構成部品の製造精度をさらに向上させることにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた方法によって解決される。好適な別の構成は従属請求項によって規定される。

少なくともそれぞれ１つの円筒区分と異形区分とを備えた工作物を研削する本発明の方法によれば、このような完全加工は１つの同じ研削盤において行われる。この場合、工作物を研削盤で第１のクランプで第１の研削作業において研削し、次いで第１のクランプを解除し、続いて工作物の第２のクランプを形成した後、第２の研削作業において研削する。

このような本発明による方式では、すなわち同じ機械で行われるクランプを、個々の研削作業の間に、すなわち工作物を加工ステーションから取り外す必要なく、適切に解除し、次いで工作物をさらなる加工のために再び堅固にクランプし、すなわち通常同じクランプ手段を用いて再びクランプする。平均的な専門家の知識により優勢的な考えに反して、驚いたことに、個々の研削作業間にクランプを意識的に適切に解除するこのような方式では、研削後の工作物の、特に寸法誤差、形状誤差、位置誤差に関する仕上げ品質が改善されることが示された。これはとりわけ、工作物の加工においては、例えば機械加工プロセスにおける様々な研削量のもとで様々な熱が発生することに関係している。このような様々な機械加工熱は、工作物における異なる熱膨張または反りにつながる恐れがあり、このような熱膨張や反りは、クランプを一時的に解除することで解消することができる。

別の理由は、未加工素材を製造する際に、この素材が研削前であって、例えば硬化のような特別な熱処理をまだ受けていない場合には特に、様々な残留応力が材料内に存在している、または残っているということである。このような場合、製造時の異なるバッチから生じる未加工素材における技術的許容誤差内の僅かな差分であっても影響を与える。何故ならば、個々のバッチにおいて熱処理条件はバッチ間で１００％一定に維持することはできないからである。

素材内の残留応力の別の理由は、例えば未加工材料または未加工素材を製作する際に、スクラップ材料も使用されるか否かに起因することがある。このことは確かに、未加工素材または粗材に関する技術的許容誤差内にあるが、後続の加工ステップにおいては付加的な応力、ひいては、これに関して生じる工作物の変形に通ずる恐れがある。

対象となっている円筒区分と異形区分とを備えた軸状の工作物を製作する場合は通常、同じ仕様の未加工素材のための材料を、様々な生産者から、しばしば異なる国からも仕入れている。仕様が同じであっても、素材は研削加工時に特に固有応力から解放されることにより部分的に全く異なる振る舞いをする。材料組織から加工時に解放される固有応力のこのような問題により、必然的に、仕上げ加工された工作物が、それ以外は同じ研削プロセスパラメータであるにも関わらず、寸法誤差、形状誤差、位置誤差のずれを有することとなる。この場合、寸法の変動は、μｍ範囲から１／１００ｍｍの範囲のオーダで十分考えられ、通常である。特に、スクリューロータに組み込まれ、雄型ロータ軸と雌型ロータ軸の対として極めて正確に互いに噛み合わなければならないロータ軸にとっては、このような変動は甘受されず、摩耗の少ない作動、異形区分の転動時には相応のシール性等が保証されなければならない。しかしながら、研削盤に供給される未加工素材の温度差も、精度に影響を与える。例えば、機械に供給される工作物の温度差および加工機械の内室における温度差は、部分的にもはや看過できないほど影響を及ぼす。このような温度差は、加工機械に供給される工作物の未加工部分温度の変動が顕著であるほど、大きな影響を与える。

このような構成部品の極めて高い精度を得る場合に重要である別の観点は、予備加工の形式である。すなわち、未加工部分または未加工素材は、異形区分である溝または歯列をフライス加工または別の切削加工法により既に予備加工して構成することができる。鋳造部品または鍛造部品の場合には、比較的大きな溝または歯列のもとで部分的に、溝が既に原則的な形状で予備鋳造または予備鍛造され、このような場合、研削盤に供給されるときに、例えば既にフライス加工された溝または歯列の場合よりも高い研削量を有していることもある。いわゆる鋳肌は研削の際に除去されるが、鋳肌を研削する際にその固有応力が解放されるので、研削時に解放される応力の危険は特に高い。上述した全ての欠点を回避するならば、仕上げ品質はさらに著しく向上する。改善された仕上げ品質は、クランプを一時的に解除することにより得られる。この一時的な解除は通常、研削盤における工作物の位置決めを維持し、研削による加工時の上述した理由による工作物のゆがみにいわば「屈する」ように行われる。これは、クランプの解除の際に工作物は一時的に緊締力除去されることを意味しているので、後続の研削作業の際には再び、緊締力除去されて堅固にクランプされた工作物を研削することができる。既に説明したように、工作物のゆがみは、工作物の加工時に解放された応力により材料の組織内に生じる。とりわけこれは特に、研削される個所における工作物の表面における応力に関する。工作物のクランプの解除により、後から改めてクランプし研削加工する際に、少なくともほぼ応力のない工作物をより正確に加工することができる。

一般的に、工作物をまず機械にクランプするが、従来技術において通常公知であるように、工作物を機械においてセンタの間に堅固にクランプする。溝または歯列の異形領域を研削することができるように、加えて工作物を半径方向でさらに遊びなくクランプしなければならない。これは好適には、いわゆる補償機能を有するチャックにより実現される。このようなチャックでは、工作物をセンタによってチャック内でセンタリングし、クランプジョーは、工作物主軸台センタと心押し台センタとの間にクランプされた状態で補償するように工作物の直径に当接する。このクランプにより加えられる緊締力は、工作物を補償し、かつ半径方向で剛性的に、すなわち遊びなしにクランプする。

工作物を加工中、プログラム制御して所望のように回転駆動することができるように、チャックは工作物主軸に堅固に取り付けられており、いわゆるＣ軸を中心として回転駆動が行われる。チャックが工作物をクランプしている軸端部も研削することができるように、チャックまたはクランプジョーは開放状態で引き戻すことができる。したがって、工作物はシャフト側の端部で解放されているので、クランプ直径も研削することができる。この場合、工作物はさらにセンタ間にクランプされるだけでよい。駆動されるセンタと工作物に設けられたセンタ穴との間の摩擦は、工作物を回転させるための研削に必要なトルクを伝達する。研削すべき工作物は、研削加工中、センタ間にクランプされるようにクランプされ、半径方向の連行のためにチャックによりさらに補償するように堅固にクランプされる。軸部分は一般に、加工中支持されなければならないような直径・長さ比を有しているので、好適にはまず、工作物支持台装着部が工作物に研削される。しかしながら工作物支持台装着部は、直径・長さ比が付加的な支持を必要とする場合にのみ必要である。

第１の実施例によれば、好適にはピール研削のために構成されている砥石を用いて、直径および平坦面の研削が行われる。工作物における円筒区分は、好適には、円筒状に形成されていない第１の砥石を用いて長手方向ピール研削によって行われる。異形区分は、異形に形成された第２の砥石を用いて異形研削によって製作される。直径と平坦面の研削のために、砥石は好適には、砥石のいわゆる研削始点が所定の角度をもって目立てされるようにドレッシングされる。この場合、ピール研削の際の主切削加工は、砥石の短く円錐状に目立てられた領域で行われる。砥石の外径はこの場合、比較的僅かな除去を行う。すなわち、その表面は、表面の平滑化のためにしか使用されない。このような形式の砥石を用いて、平面研削も行うことができる。工作物の中心軸線に関して砥石の中心軸線が平行である場合、平坦面の研削の際に、研削される表面上にいわゆる放射状の研削痕が残される。このような放射状の研削痕は望ましくない場合が多いので、さらに好適には、斜めに当て付けられる砥石を用いて、相応の工作物の直径と平坦面とが研削される。直径の研削もピール研削法により行われる。次いで、平坦面の研削は、砥石の斜めに目立てされた側面によりアンギュラプランジ研削法で研削される。

しかしながら好適には、アンギュラプランジ研削に適している幅広に構成された砥石を用いて、複数の直径を、１つ以上のプランジ研削過程で同時にまたは相次いで研削することもできる。このような場合、平坦面の研削も、砥石の斜めに目立てされた側面により行われる。

好適には、第１の砥石は第１の砥石台に配置されており、第２の砥石はさらに好適には第２の砥石台に配置されている。第１の砥石および第２の砥石のために別個の砥石台を設ける利点は、研削においてより高い柔軟性が得られることにある。２つの砥石台が設けられており、それが工作物の両側に配置されている場合、さらに、工作物の所定の部分を少なくとも部分的に同時並行で加工することができる。工作物の相応の領域が同時並行で加工され、工作物の両側に砥石台が配置されている場合には、さらに、研削時に一方の砥石から工作物に加えられる研削力は、他方の砥石により少なくとも相当な量、相殺することができる。

１つの実施例によると、工作物は、工作物の端面に設けられており、工作物の長手方向軸線を規定するセンタの間にクランプされる。これらセンタの一方は心押し台に配置され、他方は工作物主軸台に配置されている。第１のクランプにおいて心押し台のセンタは、軸方向に向けられた押圧負荷により相応のクランプ圧を加え、このクランプ圧は少なくとも円筒区分および／または平坦面の研削のために十分な高さである。心押し台に位置しているセンタは、軸方向に向けられた押圧負荷が工作物に加えられる状態から、クランプを解除するために無圧力状態へと移行することができる。このような無圧力状態では、心押し台のセンタは、工作物の、心押し台に面した側で工作物に設けられたセンタ穴内にまだ係合しており、これにより、センタ穴を規定する工作物の長手方向軸線に対する工作物の位置合わせが保証される。心押し台におけるセンタの無圧力状態により、工作物は、研削時に解放される所定の内部応力を解消することができ、これにより次の研削作業のためにセンタ間に再びクランプした状態で、工作物は内部応力からほぼ解放されて研削されることができる。

クランプを解除するために、すなわち心押し台のセンタを無圧力にするために、心押し台センタはＺ軸に沿って移動される。これにより、心押し台センタは心押し台センタに面した工作物に設けられたセンタ穴との係合から解除される。「係合解除」とは、この関連では、工作物に設けられたセンタ穴におけるセンタの無圧力状態を意味しており、この状態では、センタ間におけるクランプを介した工作物の回転駆動はもはや不可能である。

異形区分の研削時には、通常、各砥石から工作物に加えられる比較的高い研削力が生じる。センタ間に工作物が一度だけクランプされた状態で、異形区分の研削時に生じる比較的大きな研削力のもとで、工作物を回転させるために工作物主軸台のセンタにおける摩擦力が十分確実には得られない事態を阻止するために、工作物主軸台には、工作物を円筒区分の外周で付加的にクランプする付加クランプ装置が設けられている。好適には付加クランプ装置は、工作物の周面に係合するクランプジョーで工作物をクランプする。異形研削の個々の研削作業間に、たとえば異形予備研削と異形区分の仕上げ研削との間に、第１のクランプが解除される場合、工作物の完全な緊締力除去のために、すなわち、研削の際に生じる内部応力を解消するために、心押し台のセンタが無圧力になるとクランプ装置も解除される。

比較的長い工作物の場合はとりわけ、第１の研削作業において少なくとも１つの工作物支持台装着部が研削され、次いで、第２の研削作業において異形区分が予備研削される。第３の研削作業では、次いで、円筒区分と、工作物に存在している平坦面とが仕上げ研削され、次いで、第４の研削作業で異形区分の仕上げ研削が行われる。好適には、連続して行われる全ての研削作業の間に、クランプをその都度解除し、次いで、工作物を再びクランプしてから、その都度後続の研削作業を開始する。

工作物支持台装着部が研削された後、工作物支持台装着部の仕上げ研削後に、好適には工作物を支持するために工作物支持台装着部に工作物支持台が当て付けられる。工作物支持台による支持はとりわけ、１つの砥石のみが工作物に係合する研削作業が、比較的長い工作物で行われる場合に有利である。工作物支持台装着部の研削は、第１の加工ステップであり、その間、工作物は機械に堅固に緊締されており、すなわち第１のクランプ状態にある。工作物支持台装着部の研削後には次いで、場合によってはその間にある平坦面を有する別の直径を予備研削し、または同時に仕上げ研削もする。直径のこの研削は、工作物の幾何形状に応じて、異なる直径を有する個々の直径領域を互いに接続している平坦面の研削も含む。

本発明の根底にある思想は、相前後して行われる研削作業間にクランプを解除すると同時に、研削すべき工作物を、工作物主軸台におけるセンタと、心押し台におけるセンタと、工作物の端面に設けられたセンタ穴とによって規定される、研削のための基準軸線を成す長手方向軸線上に保持することを保証することにより、内部応力が解消されるということである。工作物のその後の研削作業の際には、このような内部応力から解放されて、または少なくとも内部応力が著しく減じられて、研削を行うことができる。クランプをその都度解除した後に、続く別の研削を、工作物内部にほぼ応力のない状態が存在しているところで行うことにより、研削結果はいずれにせよ改善される。すなわち、できれば全研削作業にわたって堅固に、一時的にクランプを解除することなくこのクランプにおいて工作物を保持すべきであるという主流の考えに反するものである。

心押し台側のセンタの解除は、センタを所定の量だけ引き戻す、すなわちもはやセンタ穴に当接しないように行うこともできる。この場合、工作物はこの状態で、いわゆる受容プリズムの上に載置され、次いで再びクランプされる。このような作業方式により、前述した作業方式の場合と同様の技術的作用が得られる。

本発明による方法のさらなる利点および態様は、以下の図面の説明により明らかである。

１つの砥石台と工作物をクランプするステーションとを備えた、本発明による方法を実施するための研削盤を示す平面図である。 ２つの砥石台と工作物をクランプするステーションとを備えた、本発明による方法を実施するための研削盤を示す平面図である。 工作物支持台装着部の研削開始前の、本発明による方法を実施するためにセンタ間にクランプされた工作物を示す部分平面図である。 支持する工作物支持台を用いて、歯列または溝の形の異形区分を予備研削する際の図３の部分平面図を示した図である。 異形区分の研削中である、図４Ａの工作物の方向Ａで見た部分図である。 直線長手方向溝として形成された工作物の異形区分の研削中である、図４ＢのＢ−Ｂ線に沿って断面した部分断面図である。 本発明による方法で工作物の中心直径および平坦面を仕上げ研削する際の、図３の部分平面図を示す図である。 本発明による方法で工作物の歯列または溝を仕上げ研削する際の、図３の部分平面図を示す図である。 本発明の方法により研削可能な、円筒区分、平坦ショルダ区分、異形区分を備えた工作物の例を示す図である。

図１には、本発明による方法を実施するための研削盤が平面図で示されている。この研削盤では、軸状の工作物または軸部分１０を研削完全加工するための本発明による方法の実施が可能となるように、工作物がクランプされている。平面図に示した研削盤は、研削の主要部として、機械ベース１と、この機械ベース１に配置された工作物主軸台２と、心押し台３とを有しており、工作物主軸台２はＣＮＣ制御されるＣ軸を含んでいる。工作物主軸台２と心押し台３との間に、工作物の形状に関する長手方向軸線がクランプ・回転軸線４と同軸となるように工作物（図示せず）がクランプされる。複合スライドは、工作物の回転軸線４に対して平行に（Ｚ軸として両方向矢印で示されている）、かつ垂直に（Ｘ軸と言われる別の両方向矢印で示されている）、ＣＮＣ制御されて移動可能である。複合スライドは、垂直ガイド軌道１９に沿ってＣＮＣ制御されて移動可能であるように（同じく両方向矢印として示されたＹ軸により示されている）、第１の砥石台５を支持しており、この砥石台には砥石１１を備えた砥石軸９が取り付けられている。ＣＮＣ制御された別の移動の可能性は、工作物の回転軸線４に対して垂直に配置されたＣＮＣ制御される水平旋回軸線１２により示される。この水平旋回軸線１２をＡ軸と言う。

軸部分に円筒領域または円錐領域を研削するためのアンギュラプランジ研削法において砥石を使用することができるように、好適にはＺ軸に関してスライドの上方に旋回軸が設けられている。この旋回軸は、垂直に配置された旋回軸線１３を有し、図２にＢ軸として示されている。この旋回軸は、ピール研削またはアンギュラプランジ研削のために傾斜して当て付けられる砥石１１による研削のためにしか必要ないので、図１には示されていない。このことは、アンギュラプランジ研削法で研削できること、またはＢ軸の旋回によって円錐も研削することができることを意味している。しかしながら、このＢ軸、すなわち旋回軸線１３が設けられていない場合でも、この加工を上方から軸直径上に行うことができる。

さらに、ドレッシングスピンドル８が設けられている。ドレッシングスピンドルはダイヤモンド砥石を支持しており、砥石１１の目立てのために使用される。さらに、砥石１１を交換するための装置１４が示されている。砥石はマガジン形式のホルダ内に収容されており、交換ロボット１５を用いてマガジンからその都度の砥石軸へと供給される。交換ロボット１５はグリッパユニット１６を有しており、このグリッパユニット１６を用いて交換ロボット１５は貯蔵マガジンから必要に応じて所望の砥石を取り出し、かつ選択的に、砥石に所属の所定の冷却ノズルセット１７を取り出し、これらを工作物における砥石の作用個所の領域へと供給する。冷却ノズルセット１７を砥石とは独立して交換ロボットを用いて把持し、研削作用個所へと送ることもできる。これは研削中に行うことができる。

図１の上方に示された、研削盤の後方領域には、スイッチキャビネット１８が設けられている。このスイッチキャビネットは、研削盤を制御する、研削盤のＣＮＣ制御装置を有している。

図２には、本発明による方法を実施するための研削盤が平面図で示されている。この研削盤は、第１の砥石台５と第２の砥石台２０とを有している。この場合、研削盤の基本構造のみが平面図で示されている。この研削主要部においては、機械ベース１には工作物主軸台２と心押し台３とが配置されている。工作物主軸台２と心押し台３との間に、工作物１０のためのクランプ・回転軸線４が形成されており、このクランプ・回転軸線４は工作物の長手方向軸線に同軸である。工作物主軸台２の工作物主軸２ａ（Ｃ軸）にはチャック６が取り付けられており、このチャックは、中心で回転するセンタ（図示せず）を収容しており、付加的に補償するクランプジョー６ａ（同じく図示せず）を有している。このクランプジョーは、工作物の周面をしっかりとクランプする。このチャックはとりわけ、比較的大きな駆動モーメントを工作物に導入するために設けられている。これは例えば、少なくとも工作物１０の異形区分を研削する際に必要である。クランプ・回転軸線４により形成される中心に関する偏心誤差ならびに、クランプ個所におけるその他全ての寸法誤差、形状誤差、位置誤差を補償することができるように、チャック６のクランプジョー６ａは補償可能に形成されている。チャックのこのような使用例は先行技術において既に公知であるので、その機能形式についての記載はこの明細書では省略する。

図２左側に示されている第１の複合スライドは、工作物１０の回転軸線４に対して平行に（両方向矢印としてＺ１軸により示されている）、かつ垂直に（図２の左側に同様に両方向矢印としてＸ１軸により示されている）、ＣＮＣ制御されて移動可能である。第１の複合スライドは、第１の砥石台５を支持しており、この第１の砥石台５には第１の砥石１１を備えた第１の砥石軸９が取り付けられている。ＣＮＣ制御による別の調節可能性は、工作物長手方向軸線４（Ａ１軸）に対する水平な調節可能性と、工作物１０の回転軸線４に対して直角に配置されたＣＮＣ制御される垂直旋回軸（Ｂ１軸）を介した調節可能性とが設けられていることにより規定される。図２の前方領域には、第１の砥石軸９が取り付けられることが示されており、この砥石軸は砥石１１を受容するために用いられる。この砥石軸９では、図示されていない砥石交換装置によって、砥石１１を全自動でプログラミング制御により交換することができる。次いで、公知の形式で、砥石のために適切な冷却・潤滑剤ノズルまたは適切な冷却・潤滑剤ノズルセットが共に交換されなければならない。このことは図２には特に示していない。

図２の左側に示された第１の砥石台５を用いて、工作物１０の円筒状の直径と平坦面とが研削される。

さらに、図２には左側に、工作物主軸２ａ（Ｃ軸）に対して軸平行にドレッシングスピンドル８が配置されている。ドレッシングスピンドル８のダイヤモンド砥石は、第１の砥石台５の第１の砥石１１を目立てするために用いられる。砥石１１を交換するための装置は図２には別個に示されていない。第１の砥石台５の砥石１１は、軸部分にシャフト部分または円筒区分を研削するように作用する。すなわち、この砥石により、円筒区分の外径全体および円錐区分、および類似の輪郭が研削される。

図２右側では、第２の複合スライドが、工作物１０の回転軸線４に対して平行に（Ｚ２軸として両方向矢印で示されている）、かつ垂直に（図２にＸ２軸として同様に両方向矢印で示されている）、ＣＮＣ制御されて移動可能である。この第２の複合スライドは、ＣＮＣ制御により垂直に移動可能な（Ｙ２軸）第２の砥石台２０を支持しており、この第２の砥石台には第２の砥石２１を備えた砥石軸２２が取り付けられている。ＣＮＣ制御による別の調節可能性は、工作物１０の回転軸線４に対して水平に配置されたＣＮＣ制御される旋回軸から成る。この旋回軸は図２にＡ２軸として示されている。図２によれば、研削盤の前方領域には、砥石２１を受容するために用いられる砥石軸が取り付けられている。この砥石軸２２（図４Ｂ参照）では、同じく図示されていない砥石交換装置によって、この砥石を全自動でプログラミング制御して交換することができる。次いで、第２の砥石２１のために必要であるならば、公知の形式で、適切な冷却・潤滑剤ノズルまたは適切な冷却・潤滑剤ノズルセットが一緒に交換されるが、このことも特に図示していない。

図２の右側に配置された砥石台２０について砥石２１を目立てするための第２のドレッシング装置２３が、研削盤の前方、右機械側に設けられている。

研削盤の後方領域には、図２は示されていないスイッチキャビネットが配置されている。このスイッチキャビネットは、機械の電気的制御装置全てを収容している。

研削のために、ロードまたはアンロード工程では、例えば、内側に位置するロードポータルを介して、または研削盤の上方に配置されたロードポータルを通して、公知の方法で各工作物１０が研削盤に供給されるか、または研削盤から取り出される。

図１および図２に示した研削盤の原理的な構造は、研削盤のこの基本的な構造により、円筒区分、平坦面、異形区分を有する工作物の完全加工が実現可能であるので、本発明による方法を実施するために使用される。この場合、加工により、または加工中に工作物内に生じた内部応力を、研削作業間に除去または解消することができ、これにより後続の研削作業は常に、少なくともほぼ内部応力から解放された工作物において実行可能であるようになっている。本発明による方法の工程を、以下に図面につき詳しく説明する。

図３には、本発明による方法を実現する研削盤の一部を示す部分平面図が示されている。この研削盤では工作物がセンタ間にクランプされ、その後、工作物支持台装着部の研削が行われる。図３では、１つの工作物１０のこのような完全加工を１つの軸部分として原則的に示している。この軸部分を、ＣＮＣ制御されるＣ軸を有する工作物主軸台２と、心押し台３との間で一度のクランプで、センタ２ｂ，３ａの間に収容する。研削作業時に必要なトルクを、すなわち特に異形区分の研削のためにもたらすために、シャフト側の軸端部１０ａでは、先行技術により既に公知の、補償機能を備えた軸方向引き戻し可能なチャック６が工作物主軸２ａに一緒に受容されている。チャック６またはクランプジョー６ａの延伸位置では、工作物１０のシャフト側の軸端部１０ａで工作物１０を堅固にクランプすることができ、これにより極めて高い半径方向トルクが工作物１０に研削加工中、伝達される。これは、溝または歯列ジオメトリとしての異形区分１０ｃを研削する場合に主として必要とされる。図３によれば、チャックのクランプジョー６ａが工作物のクランプ領域に、すなわちシャフト側の軸端部に当接されている。したがって、このようなクランプされた状態では、このシャフト側の軸端部の円筒状の外側輪郭は研削することはできない。したがって、このクランプ領域の研削のために、クランプジョー６ａを工作物１０から解除して、クランプジョー６ａと共にチャック６を引き戻す必要がある。しかしながら、このような円筒状の外側領域を研削するために、工作物はセンタ２ｂ，３ａの間に堅固にクランプされたままである。この場合、チャックにおけるセンタ２ｂと、このセンタ２ｂが係合する、工作物１０に設けられたセンタ穴との間の摩擦により、工作物の回転のために工作物１０の連行が行われる。工作物主軸台に向かい合って位置する側に心押し台３が設けられている。この心押し台は、好適には油圧操作により、心押し台３のセンタ３ａに面した側に配置されたセンタ穴に係合する。心押し台センタ３ａは工作物の軸方向で移動可能であるので、軸方向圧力が相応に形成された場合に、工作物は両センタ２ｂ，３ａの間にセンタリングされて保持され、工作物主軸台２による回転連行が保証される。

次いで、工作物支持台装着部２５の研削が、図３に示した形式で、斜めに当て付けられる砥石１１を用いてピール研削法により行われる。工作物支持台装着部の研削のこのような研削作業終了後、工作物１０のクランプが解除されるので、工作物１０は緊締力除去されて内部応力は解放される。さらに、チャックのクランプジョーが工作物から解除される。このような状態で、心押し台センタ３ａは無圧力状態となり、軸部分のセンタ穴に単に接触している。これにより、工作物はもはや堅固にクランプされていないが、それでも、クランプ・回転軸線４、すなわち工作物の形状的な長手方向軸線４に関するセンタリング位置は維持されている。精度が失われることはなく、連続して行われる２つの研削作業の間に、工作物が緊締力除去される可能性を有していることにより、むしろ研削結果の精度が高まり、その後の研削作業を、緊締力除去された、すなわち内部応力がほぼなくなった工作物で行うことができる。

原則的には、心押し台センタ３ａを完全にクランプのためのセンタ穴から解除することも考えられる。しかしながら、このような場合には、例えば付加的なグリッパまたは別の支持により、工作物をこの状態で支持するようにしなければならない。緊締力除去工程の間は勿論、研削工程は中断されており、緊締力除去工程の後、工作物は再びクランプされるので、後続の研削作業を続けることができる。

図４Ａには、当て付けられるまたは支持する工作物支持台を用いて、歯列の形のまたは溝の形の異形区分を予備研削する際の、図３の部分平面図が示されている。異形区分１０ｃの予備研削は、電気めっきされた砥石２１を用いて行われる。これは公知の方法で、ＣＮＣ制御される軸を介して、またはＣＮＣ制御される軸によって補間法により行われる。得るべき精度に関して、電気めっきされた砥石２１は、単位時間あたり極めて高い切削量を実現することができるので、予備研削にとりわけ良好に適している。

異形区分１０ｃの予備研削としてのこのような研削作業後に、研削により工作物内に場合によっては存在する内部応力を解消するために、工作物のクランプが解除される。すなわち、チャック６のクランプジョー６ａが解除されて、心押し台センタ３ａはなお無圧力状態でのみ工作物１０のセンタ穴に留まる。これにより、工作物はもはや堅固にクランプされてはいないが、その所定の位置を保持している。このことは、後続の研削作業の精度に関して重要である。クランプ解除により工作物内の内部応力が解放されてから、工作物１０の緊締力除去が行われた後、工作物１０は公知の形式で再び堅固にクランプされる。この場合、工作物の緊締力除去は好適には予備研削後かつ個々の区分の仕上げ研削後に、いずれにせよ、工作物における完全加工がまだ終了しない間はずっと行われるのが有利である。

図４Ａには、チャック６がそのクランプジョー６ａで同時に当接する際にセンタ２ｂと３ａとの間にクランプされた工作物１０が示されている。工作物は、シャフト側の軸端部１０ａと、平坦面によって画定された円筒区分１０ｂと、異形区分１０ｃとを有している。研削された工作物支持台装着部２５には、比較的長い軸状の工作物を支持するための工作物支持台２６が当て付けられる。チャック６の内側に位置するセンタ２ｂが、工作物主軸台２の工作物主軸２ａ上に取り付けられる。図４Ａに示したように、異形区分１０ｃが砥石２１を用いて研削されるとき、クランプ装置６のクランプジョー６ａはシャフト側の軸端部１０ａにクランプされたままである。相応の異形区分を研削できるように、砥石台（図示せず）と、この砥石台で砥石２１を支持する砥石軸とを介して、砥石２１を、両軸Ｘ２およびＺ２に沿って異形区分の形状的な形に合わせて送ることができる。

心押し台３には圧力制御手段３０が示されており、この圧力制御手段３０により、工作物の端面側の端部に配置されたセンタ穴への心押し台センタ３ａの軸方向圧力を予め選択可能にＣＮＣ制御装置に設定することができる。この軸方向圧力は、研削工程中のクランプ力の保証のために機能する。緊締力除去のためには、心押し台センタ３ａが、工作物１０の対応するセンタ穴内で無圧力状態となり、したがって工作物はクランプに関して応力のない状態となる。

図４Ｂには、図４Ａの研削状態に相当する、すなわち異形区分の研削中である、工作物に対する方向Ａで見た部分図が示されている。

図４Ｂに示したクランプ状態はこの場合、図４Ａに示したクランプ状態に相当する。この部分図によると、工作物１０はちょうど異形区分１０ｃが研削されている。調節軸Ａ２、Ｙ２、Ｚ２はそれぞれ両方向矢印で示されている。工作物は、センタ２ｂと３ａとの間に保持された状態で前側に示されている。異形区分１０ｃを研削するための砥石２１は、図４Ｂの図平面に関して工作物の後方に示されており、砥石軸２２は、異形区分１０ｃにおいて傾斜して延在する直線溝を、相応の補間作業法により軸Ｚ２とＣとの間で研削することができるように、傾けられている。

図４Ｃには、図４Ｂの断面Ｂ−Ｂに沿って切断した研削状態が示されている。工作物１０には、歯列または工作物の長手方向に延在する全周にわたって分配された複数の溝の形の異形区分１０ｃが示されている。砥石２１は砥石軸２２によって受容されており、傾斜して延在する歯列の傾斜角度内でＣＮＣ制御されてＡ２軸を介して旋回可能である。Ｃ軸、Ｙ２軸、Ｘ２軸も概略的にそれぞれ両方向矢印で示されている。必要に応じて、本発明による方法によれば、ねじロータのような湾曲されて延在する溝を備えた異形区分も研削することができる。

図５には、本発明による方法で工作物の円筒区分および平坦面を仕上げ研削している状態の図３の部分平面図が示されている。基本構造は図３に相応するものであるので、ここで基本構造について再度説明はしない。

基本原理は、研削作業が行われている間、工作物をクランプしたままとし、しかしながらその後、クランプを解除し、これにより工作物内の内部応力を解放することができ、後続の研削作業のために工作物の応力がない状態を保証することができるというものである。該当する区分の仕上げ研削が、図５に示した形式で、斜めに当て付けられる砥石１１を用いてピール研削法により行われる。原則的には、この区分の研削は、斜めに当て付けられる砥石１１を用いて、多重に行わなければならないプランジ研削により行うこともできる。この場合、アンギュラプランジ研削法において円筒区分が研削される。円筒区分が仕上げ研削されたら、工作物１０が再び緊締力除去される。すなわち、この研削作業後、工作物１０のクランプは、工作物が緊締力除去されるように解除され、すなわちチャック６のクランプジョー６ａは解除されて、心押し台センタ３ａはなお無圧力状態でのみ工作物１０のセンタ穴に接触する。これにより、工作物はもはやクランプされていないので、研削時に解放されたまたは発生した内部応力は解放され、再び研削する際に、内部応力から解放された作業状態が工作物のために存在している。

図６には、工作物がクランプされている、すなわち本発明の方法により異形区分１０ｃが研削される際の、研削盤の領域の側方図が示されている。

基本構造および研削の際の手順または個々の研削作業間の手順は、特に図３および図５につき上述した説明に相応するので、この基本構造について再度説明はしない。図６では、異形区分１０ｃの仕上げ研削が行われる。この例では、異形区分１０ｃは、斜めに切られた歯列として形成されており、研削は、電気めっきされたまたはセラミック加工された砥石２１を用いて行われる。セラミック加工された砥石は、好適には、異形区分１０ｃを仕上げ研削するために使用することができる。仕上げ研削は公知の方法で、第２の砥石２１のための様々なＣＮＣ制御される軸の補間法により行われる。極めて高い精度を得るために、仕上げ研削用の電気めっきされた砥石２１は極めて高い精度を有していなければならないことは自明である。セラミック加工された砥石２１の使用時には、砥石２１には目立てにより必要な異形の形状が設けられる。この最後の作業工程は、最終的な工作物１０において必要な精度が、異形区分のための上述した予備研削工程により既に得ることができる場合には、不要である。このような場合、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに記載した予備研削は、仕上げ研削作業と同じである。異形区分１０ｃの仕上げ研削作業が終了した後、工作物のクランプが解除され、適切な処理システムにより機械から取り出される。

最後に図７に例として、本発明による方法で研削することができる軸状の工作物を示す。この軸状の工作物は、円筒区分および異形区分を有している。これは、トランスミッション軸２７ａと、３つの異形区分を有する別のトランスミッション軸２７ｂと、コンプレッサ、ブロア型真空ポンプ、または容積型ポンプのための２つのロータ軸２８，２９とである。単なる例として示したこのような異形区分を備えた軸状の構成部品により、これらの構成部品は極めて複雑に研削された表面形状であることがわかる。この表面形状はさらに、この軸の正確に適合された波形の頂部と各側面とが互いに沿って転動するので、極めて高度な製造精度を必要とする。図示した軸が、コンプレッサまたは容積型ポンプのために使用されなければならない場合、単純な転動だけでなく、互いに完成されたこのような形式の２つの軸が噛み合う際に異形部においてシール機能が保証されなければならないので、この要求はさらに高くなる。

驚いたことに、このような形式の比較的複雑な形状の軸状の工作物の研削完全加工には、寸法精度、位置精度、形状精度を改善するために、全加工中解除されない唯一のクランプが必要ないことが示された。

１ 機械ベース
２ 工作物主軸台
２ａ 工作物主軸
２ｂ 工作物主軸台センタ
３ 心押し台
３ａ 心押し台センタ
４ クランプ・回転軸線
５ 第１の砥石台
６ チャック
６ａ クランプジョー
８ 第１のドレッシングスピンドル
９ 第１の砥石軸
１０ 工作物／軸部分
１０ａ シャフト側の軸端部
１０ｂ 円筒区分
１０ｃ 異形区分
１１ 第１の砥石
１２ 旋回軸線（Ａ軸）
１３ 旋回軸線（Ｂ軸）
１４ 砥石交換装置
１５ 交換ロボット
１６ グリッパユニット
１７ 冷却ノズルセット
１８ スイッチキャビネット
１９ 垂直ガイド軌道
２０ 第２の砥石台
２１ 第２の砥石
２２ 第２の砥石軸
２３ 第２のドレッシングスピンドル
２４ 冷却・潤滑剤ホース
２５ 工作物支持台装着部
２６ 工作物支持台
２７ａ トランスミッション軸
２７ｂ トランスミッション軸
２８ コンプレッサ、ブロワ、真空ポンプ等用のロータ軸
２９ 容積型ポンプ用のロータ軸
３０ 圧力制御手段

Claims (10)

1. 少なくともそれぞれ１つの円筒区分（１０ｂ）と異形区分（１０ｃ）とを備えた、端面に存在するセンタ穴を備えた工作物（１０）を、１つだけの工作物主軸台（２）と心押し台（３）とを備えた１つの同じ研削盤（１００）で研削する方法であって、前記円筒区分（１０ｂ）を、円筒状に形成されていない第１の砥石（１１）を用いて研削し、前記工作物（１０）を前記研削盤（１００）で第１のクランプで、センタ（２ｂ，３ａ）の間で第１の研削作業において研削する方法において、
   前記第１の研削作業後に、前記第１のクランプを、前記センタ穴内にセンタ（２ｂ，３ａ）がまだ残っている無圧力状態へと解除し、
   次いで、前記センタ（２ｂ，３ａ）の軸方向に向けられた押圧負荷を前記工作物（１０）に加える第２のクランプを形成し、
   次いで前記工作物（１０）を第２の研削作業において研削し、前記異形区分（１０ｃ）を、異形に形成された第２の砥石（２１）を用いて異形研削により製作することを特徴とする方法。
2. さらなる研削作業の際に、前記クランプをその都度、無圧力状態へと解除し、次いで、前記工作物（１０）を再びクランプしてから後続の研削作業を開始する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の砥石（１１）を第１の砥石台（５）に配置する、請求項２記載の方法。
4. 前記第２の砥石（２１）を第２の砥石台（２０）に配置する、請求項２または３記載の方法。
5. 前記工作物（１０）を、該工作物の端面に設けられたセンタ穴に係合するセンタ（２ｂ，３ａ）の間にクランプし、該センタは前記工作物のクランプ・回転軸線（４）を規定しており、前記センタのうちの一方のセンタ（３ａ）は前記心押し台（３）に配置されており、前記第１のクランプの際に軸方向に向けられた押圧負荷を前記工作物（１０）に加え、前記クランプを解除するために前記センタを無圧力状態へと移行させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記クランプを解除するために、前記心押し台センタ（３ａ）をそのＺ軸に沿って移動させ、前記工作物（１０）の、前記心押し台センタ（３ａ）に面した前記センタ穴との係合を解除させるが、前記センタ（２ａ,３ｂ）は前記センタ穴内にまだ係合している、請求項５記載の方法。
7. 前記クランプの際に、前記工作物（１０）の円筒区分（１０ｂ）の外周に、特にクランプジョー（６ａ）によって係合する付加的なクランプ装置（６）を用いて前記工作物（１０）をクランプする、請求項５または６記載の方法。
8. 前記第１の研削作業において、少なくとも１つの工作物支持台装着部（２５）を研削し、前記第２の研削作業において、前記異形区分（１０ｃ）を予備研削し、第３の研削作業において、前記円筒区分（１０ｂ）と、前記工作物（１０）に設けられた平坦面とを仕上げ研削し、第４の研削作業において、前記異形区分（１０ｃ）を仕上げ研削し、相次いで行われる前記全ての研削作業の間に、前記クランプをその都度、無圧力状態へと解除し、次いで前記工作物（１０）を再度クランプしてから、後続の研削作業を開始する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記工作物支持台装着部（２５）が研削された後、前記工作物（１０）を支持するために前記工作物支持台装着部（２５）に工作物支持台（２６）を当て付ける、請求項８記載の方法。
10. 前記円筒区分（１０ｂ）を長手方向ピール研削またはプランジ研削により、前記異形区分（１０ｃ）を異形研削により製作する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。

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