研削のときに回転する工作物を支持する方法、および動圧式の振れ止め
本発明は、研削加工のときに回転する工作物を動圧式に支持およびセンタリングする方法に関し、ならびに、そのために利用可能な振れ止め（１０）に関する。本方法によると、支持されるべき軸受個所は、シャフトが停止状態から始動するときの最小圧力から加工回転数のときの最大値まで回転数依存的に変化する圧着力による作用をうける。振れ止め（１０）は、シャフトを収容する穴（３０）に横穴（３４）の開口部（３５）を有しており、この開口部を介して軸受個所に潤滑剤を圧力流体として供給することができる。本方法は、カムシャフトやクランクシャフトを加工するのに特別に適している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械／研削盤での加工中に回転する工作物を支持して動圧式にセンタリングする方法、およびこの方法を実施するための振れ止めに関する。
【背景技術】
【０００２】
研削加工のときに回転する工作物を支持するために、センタリングをする振れ止めを利用するのが普通である。このような支持は、研削砥石から横方向に働く力の作用のもとでの工作物の撓曲を防ぐために必要である。そのために、工作物に複数の個所で接触し、これを回転軸に関してセンタリングする支持体が用いられる。支持は多くの場合、支持されるべき軸受個所の円周に配置された３つの受け台によって、自動調心式の方法で行われる。このような種類の振れ止めは、たとえばドイツ特許出願公開第１５７７３６９号明細書から公知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような振れ止めの受け台は、通常、磨耗や目に見える摺動痕を少なくするために、接触個所のところでＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）またはＰＫＤ（多結晶ダイヤモンド）によりコーティングされている。振れ止めは受け台のところで工作物と接触するので、支持個所にはいわゆる摺動痕が必然的に生じる。摺動痕は、表面粗さの先端部が平滑になることが原因で生じ、視覚的に目に見える。こうした表面品質の変化は、場合により、軸受の潤滑膜に不都合な影響を及ぼす可能性がある。そのうえ、軸受個所の該当領域における接触面積比が変化してしまう。軸受個所の寸法変化は、摺動痕の領域ではわずかしかない場合が多いものの、軸受個所に関する技術的な要求が高まる一方であるなか、もはや許容できないことも多い。その理由から必要となる、振れ止め使用後における軸受個所の再研削は、研削時間およびこれに伴う単品コストの望ましくない増大につながる。
【０００４】
さらに、３つの点で軸受個所を支持する振れ止めは、加工時に軸受個所で生じる短波形の非真円性がその後も引きつづき軸受個所で転移され、少なくとも部分的に補正することができないという欠点がある。これら両方の現象は、公知の振れ止めでは全面的に防止することができない。
【０００５】
さらに別の態様の振れ止めは、ドイツ特許出願公開第１６２７９９８号明細書や欧州特許出願公開第１２９８３３５Ｂ１号明細書（ドイツ語訳：ドイツ特許出願公表第６０２１０１８７Ｔ２号明細書）に記載されているような、いわゆる静圧式の振れ止めである。このような振れ止めでは、軸受の内側円周に配分された複数の静圧ポケットが圧力下にある流体の作用をうける静圧軸受によって、軸受個所が支持される。それによってシャフトの軸受個所では、シャフトを支持してセンタリングする静力学的な圧力が生成される。制御装置を通じて流体圧力が調整される。このような種類の振れ止めの特別な欠点は、軸受個所が全周囲で振れ止めに取り囲まれているので、支持中には軸受個所を加工できないことである。そのうえ、この態様は支持ポケットとリリーフ溝とを備える特別な構成を必要とするものであり、このことは高いコストのかかる高価な製造につながる。
【０００６】
エルビン・ユンカー・マシーネンファブリーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング（出願人）のドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書では、研削加工中に回転する工作物を支持するために、圧力流体により作用可能な少なくとも１つのクッション体が、研削砥石を向かい合う側から工作物へ当て付けられる。このとき当て付け力は空気圧式または油圧式に調節可能である。クッション体と工作物の間には
、特定の実施形態において、加圧・潤滑剤としての流体を流し込むことができる。このような種類の支持の欠点は、工作物の片側で支持されることと、高いコストのかかる設計にある。
【０００７】
本発明の課題は、従来技術の欠点を回避する、研削加工中に回転する工作物を支持する方法を提供することであり、また、この方法を実施するのに適した低コストな振れ止めを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の構成要件を備える方法によって解決され、ないしは、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の振れ止めによって解決される。この方法のその他の実施形態は請求項２から９に記載されており、また、振れ止めの実施形態は請求項１２から１６に記載されている。
【０００９】
請求項１によると、本発明の方法では、支持されるべき工作物の軸方向の部分領域が、半径方向に作用する圧力すなわち工作物長軸およびこれに伴って回転軸に向かって作用する圧力をうけ、この圧力の大きさは、そのつど生じている回転数に依存して、最小値と最大値の間で制御される。このことは具体的には、振れ止めによる支持のために用いられる、たとえばトランスミッションシャフト、クランクシャフト、またはカムシャフトのような回転する工作物の軸受個所が、振れ止めにおいて圧着力の作用をうけ、この圧着力の値を制御可能であることを意味している。圧着力を生成するために利用される流体は、たとえば研削に用いられる冷却オイルまたは潤滑オイルであってよい。この流体は、振れ止めと軸受個所との間の環状隙間に開口部が連通する横穴（すなわち振れ止めの軸に関して側方にオフセットされている穴）を介して、この環状隙間に供給され、そこで動圧軸受を形成するのが好ましい。加工回転数のときに圧力下にあるこの軸受は、振れ止めの領域で全周囲で工作物を支持する。それにより一方では、振れ止めと軸受個所の表面との間の直接的な接触が回避されるので、摺動痕が生じることがなくなる。また他方では、驚くべきことに、圧力依存的で動的な工作物のセンタリングが軸受個所の領域で行われることが判明している。
【００１０】
横穴の開口部を介して環状隙間に供給される流体の圧力は、本方法が実施されるときには、工作物の始動時における最小値と、最大値との間で制御される。最大値は、本発明によると加工回転数に達したときに生じ、研削加工時間のあいだは実質的にこの値で保たれる。このとき、工作物の加工回転数が可変な研削の場合には、現在の加工回転数に流体圧力を追随させることも本発明の枠内にある。ただし、この場合にも最大値を一定に保つことができる。決定的に重要なのは、このようにして到達される圧力範囲が、始動の開始時に生じている流体圧力よりも大幅に高いことである。
【００１１】
圧力の最小値は、振れ止めと工作物の軸受個所との間の環状隙間にある閉じた潤滑膜に関わる要請に基づいて算定される。このことは、最小値＞０であるのがよいことを意味している。しかしながら、圧力の最小値としてゼロの値が包含されていてもよい。作動のときに決定的に重要なのは、始動時に流体圧力が迅速に生起されることである。この潤滑膜は、停止状態から工作物が始動するときに、すでにできるだけ保証されていなくてはならない。そうしないと、それぞれの金属部品の間で望ましくない直接的な接触が生じるからである。しかしながら圧力が最初から高すぎてはならない。軸受個所が非対称に作用をうけることになり、このことは同じく前述の各部品の間での接触につながるからである。しかも高すぎる流体圧力は、軸受個所のところで工作物の始動を妨げる。なぜならその場合、該当する軸受個所のところで工作物が軸受シェルにおいて供給穴と向かい合う軸受シェルの側でこれと接触する可能性があるため、高すぎる流体圧力がブレーキのように作用するからである。
【００１２】
シャフトの回転数が増していく始動プロセスのあいだ、流体圧力は最新の回転数に従って上昇していく。このことは本発明の枠内では連続的に、または適当に選択される段階ごとに行うことができる。このとき圧力上昇は、本発明の１つの態様では、駆動される工作物の回転数の増加にともなって線形に制御される。１つの変形例では、回転数にともなう流体圧力の非線形の累進的な上昇が好ましい場合もある。このことは、たとえば始動プロセスの開始時には比較的ゆっくりとした流体圧力の上昇が行われ、それに対して回転数が高くなると（加工回転数の近傍）比較的急速な流体圧力の上昇が始まるようにして行われる。このような流体圧力の制御は、開始時には加速されるべき工作物の格別に迅速な始動を可能にし、それに対して、加工中の工作物の動的なセンタリングのために有益である高い圧力は、実質的に、始動の終わりごろになって初めて適用される。特定の場合では、圧力上昇を初めのうち特別に急速に行わせるのが好都合な場合があり、それは、たとえば工作物の材料特性に鑑みて、工作物の動的支承の特別に迅速かつ確実な開始が求められるようなときである。
【００１３】
流体圧力の最大値は実験を通じて決めることができる。最大値は、特に、加工のときの工作物の回転数や、圧力生成のために用いる流体に依存して決まる。実験が示すところでは、環状隙間での流体圧力の上昇は、回転軸に関する工作物のセンタリングの圧力依存的な改善につながる。たとえば５から１５０バールの範囲内の圧力で、数μｍの範囲内の振れ精度を実現することができる。このとき所与の回転数での振れ精度は、圧力の上昇にともなって向上する。「最大値」とは、本発明の枠内では、各々の加工状態について必要な最大の圧力値を意味しており、その圧力値のもとで、工作物の研削加工が加工回転数で行われる。
【００１４】
本発明の方策により、一方では、停止状態から加工回転数への、研削されるべきシャフトの回転数の迅速で問題のない急上昇が保証され、また他方では、研削中にシャフトの非常に正確なセンタリングと支持が軸受個所で行われるという利点がもたらされる。これらの利点は、冒頭に述べた従来技術では得られない。従来技術は加工回転数のときの振れ止めの挙動を取り扱っているにすぎず、始動プロセスを考慮に入れていないからである。これに加えて、軸受個所での最善の高い流体圧力による、高い回転数で回転するシャフトの高度に正確なセンタリングという効果にも言及されていない。ただし、高い流体圧力それ自体は始動時の問題につながることになる。短い加工時間でシャフトを最善に加工するためには、工作物の最新の回転数に依存して、振れ止めにおける流体圧力を制御するのが好ましいことを本発明が初めて認識したのである。
【００１５】
本発明に基づく流体圧力の制御のために、そのつど生じている工作物の回転数に反応し、それに応じて流体圧力を開ループ制御ないし閉ループ制御する制御装置が設けられる。もともと存在している研削盤のＣＮＣ制御部を、この目的のために利用するのが好都合である。制御部は、たとえば流量の変更を通じて環状隙間での流体圧力の調整を可能にするバルブに作用する。側方で開いた環状隙間を介して常に流体が外に出ていくので、送出量の調節を通じて圧力の調整が容易に可能である。
【００１６】
制御部は、本発明の実施形態では、そのつど生じている流体圧力を検出し、これを所定の回転数依存的な値と比較する少なくとも１つのセンサを有している。制御装置はそのために、相応にプログラミングされ、入力装置、プロセッサ、記憶装置、およびその他の必要な装置を備える電子コンピュータを有しているのが好ましい。
【００１７】
流体圧力の制御は、工作物の加工の結果として生じる工作物の回転速度の変化にも、若干または複数の回転のあいだに追随するように行われるのが好ましい。その意味で、「流体圧力の最大値」という概念は絶対的に厳しく定義された値とみなすべきではなく、ある
程度の、ただし最高値よりも小さい幅を有することができる。決定的に重要なのは、加工中の流体圧力が工作物の始動の開始時よりもはるかに高く、また、加工時に高い圧力領域で保たれることである。
【００１８】
併記されている請求項１１は、出願人のドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書に示されているものに類似する、請求項１０に記載の振れ止めとは異なる設計形態の振れ止めに関わるものである。本発明による振れ止めは、工作物に圧着可能かつ流体圧力により作用可能な少なくとも１つの軸受領域と、潤滑剤として作用する流体を工作物と軸受領域の間へ供給する手段とを有している。ここでの「軸受領域」とは、支持されるべき工作物をその円周の限られた区域でのみ包囲する振れ止めの部分を意味している。このような種類の振れ止めは、１つまたは複数の軸受領域を有することができる。ドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書では軸受領域は、弾性的な中実材料からなる、または弾性的な圧媒で充填された弾性的な外皮からなるクッション体として構成されており、研削砥石と向かい合う円周領域で、研削されるべきローラに当て付けられるのが好ましい。本発明による振れ止めのこのような設計形態では、軸受領域の圧着力だけでなく、実質的にこれとは無関係に、潤滑・冷却剤として用いられる流体の流体圧力も設定される。後者は本発明によれば回転数に依存して制御され、このことはすでに請求項１０に記載の振れ止めに関して説明したとおりである。このとき流体圧力は、工作物が停止状態から始動するときには当初のうち低く、回転数の増加にともなって加工回転数のときの最大値まで上昇していく。しかしながら流体圧力の最小値は、軸受領域における圧着力よりも低くてはならない。そうしないと潤滑が行われなくなるからである。このとき軸受領域における圧着力それ自体は、実質的に一定に保たれる。圧着力は、たとえば空気圧式または油圧式の手段を通じて、制御部によって設定することができる。
【００１９】
請求項１４によると、少なくとも１つの軸受領域は供給配管を備えており、この供給配管の工作物側の開口部は、軸受領域と工作物の間への流体の流入を可能にする。複数の軸受領域が設けられている場合、これらの軸受領域は請求項１５に基づき、支持されるべき工作物と同心的に、かつ工作物の回転軸と同軸に配置されているのが好ましい。
【００２０】
本発明による方法、およびこれに対応する振れ止めは、シャフト状の部品を加工するために適用される。工作物としては、たとえばトランスミッションシャフト、カムシャフト、またはクランクシャフト等が考慮の対象となる。以下に示す実施形態は、考えられるあらゆるシャフトの支持のために適用することができ、その際の詳細は、そのつどの技術的な所与の条件や研削テクノロジーによって規定される。
【００２１】
本発明による振れ止めは、研削ステーションが工作物の着脱に関して改良された態様を有している研削盤でも利用可能である。このような設計上の態様は、それぞれ２つの支持装置を担持する、研削ステーションのためのタイミング調整台を備えている。これらの支持装置は交互に加工位置に到達する。したがって、次の工作物を次の切削のために２秒間で準備することができ、それ以上の工作物取替時間を待機しなくてよい。工作物の着脱は、研削砥石と反対を向いているほうのタイミング調整台の側で行われ、その間に他方の工作物が加工される。
【００２２】
シャフト部品、カムシャフト、クランクシャフト等の加工が完了した軸受個所のために、分割された軸受台を振れ止めとして利用することができる。このような軸受台により、輪郭、カム、コンロッド等を研削するときにシャフト部品を正確に同じ仕方で受容することが可能である。さらに、振れ止めの支持個所で目に見える摺動痕がシャフトに残ることがない。
【００２３】
このような方策により、シャフト状の工作物の後の利用条件を正確に反映させることが
できるばかりでなく、最善の寸法公差、形状公差、および位置公差が加工のときに実現される。
【００２４】
支持されるべき軸受個所のさまざまに異なる直径に関して、軸受シェル／軸受台を支持直径に合わせて適合化しなければならない。これは、工作物依存的な適当な交換部品によって、工作機械の設備変更時に行われるのが好ましい。
【００２５】
次に、回転する工作物を支持して動的にセンタリングする方法、および本発明に基づく振れ止めについて、図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】工作物を支持する本発明の方法および本発明の振れ止めを適用可能である研削盤を模式図として示す平面図である。
【図２】シャフト状の部品を支持するための旋回可能なジョーを有する、本発明による分割された振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図３】本発明による一体的な振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図４】軸受台として構成された本発明による振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図５】クランクシャフトの複数の軸受個所を受容するために複数の支持個所を備える本発明の支持装置を示す模式的な平面図である。
【図６】図２の分割された振れ止めを示す模式的な部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、研削盤１の平面図を模式図として示しており、この研削盤では、本発明による方法と、この方法を実施するための振れ止め１０での研削されるべきシャフト状の工作物１２の支持とが適用されている。研削盤１は機械ベッド２を有しており、その上に研削ステーション３が配置されている。この研削ステーション３は機械ベッド２の上に、ＣＮＣ制御式の両方の移動軸を含む複式刃物台６を有している。Ｚ軸２１は工作物の長軸２０と平行に延びており、Ｘ軸２２は送り軸としてＺ軸２１に対して直角に、すなわち工作物長軸２０に対して直角に向いている。
【００２８】
図１では、複式刃物台の上に、ＣＮＣ制御によりＸ軸２２の方向で工作物のほうへ送ることができる送り台を備える研削主軸台１３がＸ軸２２の方向に取り付けられている。研削主軸台１３は、前側領域に少なくとも１つの研削砥石１５を受容する少なくとも１つの研削主軸１４を受容する役目をする。研削砥石１５と研削主軸１４は共通の中心軸を有しており、この中心軸は、非円筒研削の場合には工作物１２の中心軸に対して軸平行に向いているのが好ましい。機械ベッド２の上には前側領域に、たとえば軸受台１８として構成された本発明による振れ止め１０を備える、加工されるべきシャフト（工作物１２）の支持装置８を受容する研削台５が配置されている。研削台５はチャックを備える工作物主軸台７も支持しており、チャックのジョーは浮動式に支承されており、それにより工作物長軸２０に対して直角に補正をするようになっており、工作物は半径方向で遊びなく固定的にＣ軸２３（回転軸）を中心として駆動される。
【００２９】
研削ステーション３のＺ軸２１の案内軌道のためのカバー１７が同じく設けられており、また、研削砥石１５のための少なくとも１つの目直し装置１６も研削台５に設けられている。研削盤１を取り囲むハウジング、および研削盤１の動作のために必要なその他のモジュールなども存在しており、当業者には周知である。図１では図面を見やすくするために、これらは図示されていない。
【００３０】
図２には、支持装置８における本発明による振れ止め１０の一実施例が、模式的な部分破断図として示されている。支持装置８は本体９を有しており、その上に１つないし複数の振れ止め１０が配置されるとともに、ねじ３８およびこれに付属するクランプ爪３９によって、研削台５へ堅固に組み付けることができる。振れ止め１０は分離個所２５のところで２分割されており、付属の旋回軸３３によって支持装置８の本体９に支承された２つのジョー１１を備えている。符号１１’は、ジョー１１が外方旋回した位置を図示している。研削加工中にシャフト状の工作物１２を支持するために、ジョー１１は旋回軸３３を中心として内方旋回し、このことは、（ここには図示しない）油圧式の駆動装置によって行われるのが好ましい。そうすればジョー１１が工作物１２の支持されるべき軸受個所４２を全面的に取り囲み、工作物は、振れ止め１０の両方のジョー１１により形成される穴３０のなかで、その長軸を中心として回転することができる。
【００３１】
本発明による振れ止め１０の一方のジョー１１は、振れ止め１０の中央の穴３０へ開口部３５を介して連通する横穴３４を備えている。開口部３５を通じて、図２には示さない本体９の別の穴３７を介して、および／またはその他の供給配管３６（図６参照）を介して、工作物１２と穴３０の壁部との間に形成される環状隙間６２へ本発明による圧力流体を導入可能である。それぞれのジョー１１の間の分離個所２５は特別に入念に加工されており、ジョー１１が閉じられた位置にあるとき、圧力流体が分離個所２５に入ってそこから外に逃げることができる隙間が形成されないように製作されている。そのために、分離個所２５における両方のジョー１１の平面的な金属接触が意図されており、このような接触は、好ましくは油圧式の調節力によってジョー１１に及ぼされる圧着力との関連で、分離個所２５の高い密封性につながる。
【００３２】
図２を参照して説明した態様は、たとえばカムを管材に装着してから、さらに軸受個所４２のところで軸受個所４２を加工しなければならない、膨らんだカムシャフトが製造される場合に適用される。振れ止め１０ないし軸受台１８の分割された構成は、鋳造カムシャフトを加工する場合にも必要である。その場合、軸受個所４２が完全に加工された後で初めて、軸受台１１を組み付けのために装着することができるからである。
【００３３】
図３には、本発明による振れ止め１０の別の設計形態をもつ支持装置８のクランプ原理が示されている。ここでは、分割されていない軸受台１８として構成された振れ止め１０が、後の組み付けのときの組み付け平面に相当する平面１９で支持装置８に受容されている。軸受台は、相応の穴を備え、後の組み付けにも利用することができる側方の付加部またはラグ２４を備えるように構成されている。軸受台１８は、旋回軸３３を中心として油圧式に旋回可能な２つのクランプレバー３２によって、支持装置８の本体９に固定されている。これらのクランプレバーは、後で工作物１２をエンジン内部空間へ組み付けるときに用いられる取付ねじの代役である。支持装置８の本体９で軸受台を正確に位置決めするために、本体９には、ここでは一例としてストッパ３１として図示されている位置決め手段が設けられている。当然ながら、センタリングスリーブやセンタリングピンといったこれ以外の位置決め手段も適用可能である。クランプレバー３２の支承とその油圧式の操作は、ここでは簡略化した形でのみ図示されている。たとえば符号３２’は、クランプレバー３２の外方旋回した位置を表している。支持装置８の取付は、研削台５の上で本体９を介して行われ、そのためにねじ３８とクランプ爪３９が設けられている。
【００３４】
図３に見られるように、軸受台１１は、研削されるべき工作物１２の相応の軸受個所４２を収容するための穴３０を有している。軸受台は、穴３０に関して偏心的に配置された横穴３４も有しており、その開口部３５は穴３０に連通している。この横穴３４は、支持装置８の本体９にある別の穴３７と一直線上に並んでおり、さらに、この別の穴は供給配管３６と接続されている。このように、横穴３４の開口部３５を介して、供給配管３６から穴３１へと潤滑剤を導入可能である。
【００３５】
図４は、図３の振れ止めと同じく軸受台１８として施工された、分割されていないさらに別の本発明の振れ止め１０を示している。この軸受台１８は、ねじ２６によって支持装置８の本体９に組み付けられている。使用時には、軸受台１８は支持されるべき軸受個所４２に向かって軸方向に変位させられ、または、軸受個所４２が軸受台１８の穴３０へ挿入される。
【００３６】
図５には、本発明に基づく支持個所としての、軸受台１８として構成された振れ止め１０とともに、クランクシャフト４０の全長が模式図として示されている。クランクシャフトは５つの軸受個所４２を有しているので、支持装置８の長さ全体にわたって、軸受台１８のためのクランプ個所も５つ配置されている。それにより、たとえばコンロッドベアリング４３の加工のために、クランクシャフト４０がその全長にわたって軸受個所４２で支持される。軸受個所での支持は、高度に正確な研削のために必要な剛性をもたらす。研削力が軸受個所で受け止められるからである。したがって研削時には、工作物主軸台７のチャックによるクランクシャフト４０の端部の浮動式のクランプと、ＣＮＣ制御されるＣ軸２３での駆動しか必要ない。
【００３７】
図６には、すでに図２を参照して説明したような２つのジョー１１を備える分割された振れ止め１０が、クランクシャフト４０の部分片６１を含む詳細図として軸受個所４２の領域で示されている。振れ止め１０は、軸受個所４２を受容するための穴３０を備えている。この穴３０の直径はたとえば２５ｍｍであり、約１５μｍの直径公差で製作されている。穴３０には横穴３４が開口部３５で連通している。この横穴は、本発明による方法を実施するときに潤滑油供給の役目をする。この場合にも、振れ止め１０の両方のジョー１１の間の分離個所２５が、圧力流体としての役目をする潤滑油の流入に関して、絶対的に封止された状態で施工されるように留意すべきである。そのために、分離個所２５での両方のジョー３３の直接的な金属接触が良いことが実証されており、そのためには相応の接触面が十分に正確に加工されていなくてはならない。図６に示すジョー１１が内方旋回した状態のときに工作物１２の軸受個所４２を受容するための開口部３０を形成する、ジョー１１に構成される両方のシェル半体の製作にも、当然ながら高い精度が必要である。
【００３８】
本発明による方法を実施するときには、振れ止め１０としての役目をする軸受台１８の横穴３４の開口部３５を通じて、研削サイクル中に潤滑油が軸受個所４２へ供給される。この潤滑油は、穴３０の壁部と工作物１２の軸受個所４２との間に形成された環状隙間６２に入り、そのようにしてこれらの構成部品を潤滑する。この潤滑油は圧力下にあるので、環状隙間６２を通って損失オイルとして研削盤１の機械内部空間へ逃げる。したがって軸受個所を潤滑するために、研削で冷却潤滑剤として用いられるのと同じ潤滑油が利用される。ただしこの潤滑油は、研削の残滓が工作物１２の軸受個所４２へ入らないようにするために、別途ろ過される。
【００３９】
環状隙間６２を通じてのオイル損失は、同時に、外部から軸受個所４２への汚れ粒子の侵入に対して軸受個所４２を封止する役目を果たす。穴３０に収容される軸受個所４２は、直径に関して、穴直径よりも約４０から６０μｍだけ小さく製作されている。それにより、環状隙間６２に応じて約２０から３０μｍの厚さの潤滑隙間が生じており、そこで作動時に動圧軸受が形成される。この動圧軸受は、潤滑膜を生成するために、回転するシャフト／軸受個所４２の最低回転数を必要とし、この最低回転数は本発明によるとカム形状やコンロッドベアリングの研削をするときの研削回転数を明らかに下回っている。この研削回転数は、通常、約５０から５００ｍｉｎ−１の範囲内である。
【００４０】
たとえばトランスミッションシャフト、クランクシャフト、カムシャフトのような工作物の研削で優れた結果を得るために、本発明による方法では、次のように手順が進められ
る。すなわち、研削されるべきシャフトを停止状態から始動させるときに、軸受個所４２の開口部３５を介して供給される潤滑油の圧力は低く調整され、その後、研削のための目標回転数まで工作物１２が高速化するあいだに連続的に上昇していく。このとき潤滑油の圧力の上昇は、研削のための目標回転数およびこれに伴う圧力目標値に達するまで、工作物１２のそのつどの回転数に依存して行われる。圧力制御は、ＣＮＣ制御部を通じて操作される特別なバルブを介して行われる。
【００４１】
このような方策の根底には、潤滑油の供給圧が上昇すると軸受個所の半径方向の剛性が高まるという本発明の知見がある。研削のための目標回転数で潤滑圧力が最善に調整されていれば、軸受個所４２の１から２μｍの振れ精度を実現可能である。実験が示すところでは、驚くべきことに、本発明による方法がトランスミッションシャフト、クランクシャフト、またはカムシャフトの研削のために特別に好適であるのは、動圧式の潤滑個所／軸受個所４２における圧力が、工作物１２の研削のための圧力に合わせて適合化される場合である。最善の圧力は、回転数に応じて、約５から１５０バールの範囲内である。
【００４２】
過度に高い潤滑油圧、ならびに低すぎる潤滑油圧は、満足のいく結果をもたらさない。軸受個所４２における潤滑油圧が低すぎる場合、潤滑油膜が破れてしまう。潤滑油圧の設定が高すぎると、開口部３５と向かい合うほうの穴３０の側へシャフトが押し付けられる。いずれの場合でも軸受が損傷をうけることになり、満足のいくような結果は得られないことになる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 研削盤、２ 機械ベッド、３ 研削ステーション、５ 研削台、６ 複式刃物台、７
工作物主軸台、８ 支持装置、９ 本体、１０ 振れ止め（支持個所）、１１ ジョー、１１’ 外方旋回したジョー、１２ シャフト状の工作物、１３ 研削主軸台、１４ 研削主軸、１５ 研削砥石、１６ 目直し装置、１７ カバー、１８ 軸受台、１９ 平面、２０ 工作物長軸、２１ Ｚ軸、２２ Ｘ軸、２３ Ｃ軸（回転軸）、２４ 付加部、２５ 分離個所、２６ ねじ、３０ 穴、３１ ストッパ、３２ クランプレバー、３２’ 外方旋回したクランプレバー、３３ 旋回軸、３４ 横穴、３５ 開口部、３６ 供給配管、３７ 穴、３８ ねじ、３９ クランプ爪、４０ クランクシャフト、４２ 軸受個所、４３ コンロッドベアリング、６２ 環状隙間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械／研削盤での加工中に回転する工作物を支持して動圧式にセンタリングする方法、およびこの方法を実施するための振れ止めに関する。
【背景技術】
【０００２】
研削加工のときに回転する工作物を支持するために、センタリングをする振れ止めを利用するのが普通である。このような支持は、研削砥石から横方向に働く力の作用のもとでの工作物の撓曲を防ぐために必要である。そのために、工作物に複数の個所で接触し、これを回転軸に関してセンタリングする支持体が用いられる。支持は多くの場合、支持されるべき軸受個所の円周に配置された３つの受け台によって、自動調心式の方法で行われる。このような種類の振れ止めは、たとえばドイツ特許出願公開第１５７７３６９号明細書から公知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような振れ止めの受け台は、通常、磨耗や目に見える摺動痕を少なくするために、接触個所のところでＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）またはＰＫＤ（多結晶ダイヤモンド）によりコーティングされている。振れ止めは受け台のところで工作物と接触するので、支持個所にはいわゆる摺動痕が必然的に生じる。摺動痕は、表面粗さの先端部が平滑になることが原因で生じ、視覚的に目に見える。こうした表面品質の変化は、場合により、軸受の潤滑膜に不都合な影響を及ぼす可能性がある。そのうえ、軸受個所の該当領域における接触面積比が変化してしまう。軸受個所の寸法変化は、摺動痕の領域ではわずかしかない場合が多いものの、軸受個所に関する技術的な要求が高まる一方であるなか、もはや許容できないことも多い。その理由から必要となる、振れ止め使用後における軸受個所の再研削は、研削時間およびこれに伴う単品コストの望ましくない増大につながる。
【０００４】
さらに、３つの点で軸受個所を支持する振れ止めは、加工時に軸受個所で生じる短波形の非真円性がその後も引きつづき軸受個所で転移され、少なくとも部分的に補正することができないという欠点がある。これら両方の現象は、公知の振れ止めでは全面的に防止することができない。
【０００５】
さらに別の態様の振れ止めは、ドイツ特許出願公開第１６２７９９８号明細書や欧州特許出願公開第１２９８３３５Ｂ１号明細書（ドイツ語訳：ドイツ特許出願公表第６０２１０１８７Ｔ２号明細書）に記載されているような、いわゆる静圧式の振れ止めである。このような振れ止めでは、軸受の内側円周に配分された複数の静圧ポケットが圧力下にある流体の作用をうける静圧軸受によって、軸受個所が支持される。それによってシャフトの軸受個所では、シャフトを支持してセンタリングする静力学的な圧力が生成される。制御装置を通じて流体圧力が調整される。このような種類の振れ止めの特別な欠点は、軸受個所が全周囲で振れ止めに取り囲まれているので、支持中には軸受個所を加工できないことである。そのうえ、この態様は支持ポケットとリリーフ溝とを備える特別な構成を必要とするものであり、このことは高いコストのかかる高価な製造につながる。
【０００６】
エルビン・ユンカー・マシーネンファブリーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング（出願人）のドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書では、研削加工中に回転する工作物を支持するために、圧力流体により作用可能な少なくとも１つのクッション体が、研削砥石を向かい合う側から工作物へ当て付けられる。このとき当て付け力は空気圧式または油圧式に調節可能である。クッション体と工作物の間には
、特定の実施形態において、加圧・潤滑剤としての流体を流し込むことができる。このような種類の支持の欠点は、工作物の片側で支持されることと、高いコストのかかる設計にある。
【０００７】
本発明の課題は、従来技術の欠点を回避する、研削加工中に回転する工作物を支持する方法を提供することであり、また、この方法を実施するのに適した低コストな振れ止めを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の構成要件を備える方法によって解決され、ないしは、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の振れ止めによって解決される。この方法のその他の実施形態は請求項２から９に記載されており、また、振れ止めの実施形態は請求項１２から１６に記載されている。
【０００９】
請求項１によると、本発明の方法では、支持されるべき工作物の軸方向の部分領域が、半径方向に作用する圧力すなわち工作物長軸およびこれに伴って回転軸に向かって作用する圧力をうけ、この圧力の大きさは、そのつど生じている回転数に依存して、最小値と最大値の間で制御される。このことは具体的には、振れ止めによる支持のために用いられる、たとえばトランスミッションシャフト、クランクシャフト、またはカムシャフトのような回転する工作物の軸受個所が、振れ止めにおいて圧着力の作用をうけ、この圧着力の値を制御可能であることを意味している。圧着力を生成するために利用される流体は、たとえば研削に用いられる冷却オイルまたは潤滑オイルであってよい。この流体は、振れ止めと軸受個所との間の環状隙間に開口部が連通する横穴（すなわち振れ止めの軸に関して側方にオフセットされている穴）を介して、この環状隙間に供給され、そこで動圧軸受を形成するのが好ましい。加工回転数のときに圧力下にあるこの軸受は、振れ止めの領域で全周囲で工作物を支持する。それにより一方では、振れ止めと軸受個所の表面との間の直接的な接触が回避されるので、摺動痕が生じることがなくなる。また他方では、驚くべきことに、圧力依存的で動的な工作物のセンタリングが軸受個所の領域で行われることが判明している。
【００１０】
横穴の開口部を介して環状隙間に供給される流体の圧力は、本方法が実施されるときには、工作物の始動時における最小値と、最大値との間で制御される。最大値は、本発明によると加工回転数に達したときに生じ、研削加工時間のあいだは実質的にこの値で保たれる。このとき、工作物の加工回転数が可変な研削の場合には、現在の加工回転数に流体圧力を追随させることも本発明の枠内にある。ただし、この場合にも最大値を一定に保つことができる。決定的に重要なのは、このようにして到達される圧力範囲が、始動の開始時に生じている流体圧力よりも大幅に高いことである。
【００１１】
圧力の最小値は、振れ止めと工作物の軸受個所との間の環状隙間にある閉じた潤滑膜に関わる要請に基づいて算定される。このことは、最小値＞０であるのがよいことを意味している。しかしながら、圧力の最小値としてゼロの値が包含されていてもよい。作動のときに決定的に重要なのは、始動時に流体圧力が迅速に生起されることである。この潤滑膜は、停止状態から工作物が始動するときに、すでにできるだけ保証されていなくてはならない。そうしないと、それぞれの金属部品の間で望ましくない直接的な接触が生じるからである。しかしながら圧力が最初から高すぎてはならない。軸受個所が非対称に作用をうけることになり、このことは同じく前述の各部品の間での接触につながるからである。しかも高すぎる流体圧力は、軸受個所のところで工作物の始動を妨げる。なぜならその場合、該当する軸受個所のところで工作物が軸受シェルにおいて供給穴と向かい合う軸受シェルの側でこれと接触する可能性があるため、高すぎる流体圧力がブレーキのように作用するからである。
【００１２】
シャフトの回転数が増していく始動プロセスのあいだ、流体圧力は最新の回転数に従って上昇していく。このことは本発明の枠内では連続的に、または適当に選択される段階ごとに行うことができる。このとき圧力上昇は、本発明の１つの態様では、駆動される工作物の回転数の増加にともなって線形に制御される。１つの変形例では、回転数にともなう流体圧力の非線形の累進的な上昇が好ましい場合もある。このことは、たとえば始動プロセスの開始時には比較的ゆっくりとした流体圧力の上昇が行われ、それに対して回転数が高くなると（加工回転数の近傍）比較的急速な流体圧力の上昇が始まるようにして行われる。このような流体圧力の制御は、開始時には加速されるべき工作物の格別に迅速な始動を可能にし、それに対して、加工中の工作物の動的なセンタリングのために有益である高い圧力は、実質的に、始動の終わりごろになって初めて適用される。特定の場合では、圧力上昇を初めのうち特別に急速に行わせるのが好都合な場合があり、それは、たとえば工作物の材料特性に鑑みて、工作物の動的支承の特別に迅速かつ確実な開始が求められるようなときである。
【００１３】
流体圧力の最大値は実験を通じて決めることができる。最大値は、特に、加工のときの工作物の回転数や、圧力生成のために用いる流体に依存して決まる。実験が示すところでは、環状隙間での流体圧力の上昇は、回転軸に関する工作物のセンタリングの圧力依存的な改善につながる。たとえば５から１５０バールの範囲内の圧力で、数μｍの範囲内の振れ精度を実現することができる。このとき所与の回転数での振れ精度は、圧力の上昇にともなって向上する。「最大値」とは、本発明の枠内では、各々の加工状態について必要な最大の圧力値を意味しており、その圧力値のもとで、工作物の研削加工が加工回転数で行われる。
【００１４】
本発明の方策により、一方では、停止状態から加工回転数への、研削されるべきシャフトの回転数の迅速で問題のない急上昇が保証され、また他方では、研削中にシャフトの非常に正確なセンタリングと支持が軸受個所で行われるという利点がもたらされる。これらの利点は、冒頭に述べた従来技術では得られない。従来技術は加工回転数のときの振れ止めの挙動を取り扱っているにすぎず、始動プロセスを考慮に入れていないからである。これに加えて、軸受個所での最善の高い流体圧力による、高い回転数で回転するシャフトの高度に正確なセンタリングという効果にも言及されていない。ただし、高い流体圧力それ自体は始動時の問題につながることになる。短い加工時間でシャフトを最善に加工するためには、工作物の最新の回転数に依存して、振れ止めにおける流体圧力を制御するのが好ましいことを本発明が初めて認識したのである。
【００１５】
本発明に基づく流体圧力の制御のために、そのつど生じている工作物の回転数に反応し、それに応じて流体圧力を開ループ制御ないし閉ループ制御する制御装置が設けられる。もともと存在している研削盤のＣＮＣ制御部を、この目的のために利用するのが好都合である。制御部は、たとえば流量の変更を通じて環状隙間での流体圧力の調整を可能にするバルブに作用する。側方で開いた環状隙間を介して常に流体が外に出ていくので、送出量の調節を通じて圧力の調整が容易に可能である。
【００１６】
制御部は、本発明の実施形態では、そのつど生じている流体圧力を検出し、これを所定の回転数依存的な値と比較する少なくとも１つのセンサを有している。制御装置はそのために、相応にプログラミングされ、入力装置、プロセッサ、記憶装置、およびその他の必要な装置を備える電子コンピュータを有しているのが好ましい。
【００１７】
流体圧力の制御は、工作物の加工の結果として生じる工作物の回転速度の変化にも、若干または複数の回転のあいだに追随するように行われるのが好ましい。その意味で、「流体圧力の最大値」という概念は絶対的に厳しく定義された値とみなすべきではなく、ある
程度の、ただし最高値よりも小さい幅を有することができる。決定的に重要なのは、加工中の流体圧力が工作物の始動の開始時よりもはるかに高く、また、加工時に高い圧力領域で保たれることである。
【００１８】
併記されている請求項１１は、出願人のドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書に示されているものに類似する、請求項１０に記載の振れ止めとは異なる設計形態の振れ止めに関わるものである。本発明による振れ止めは、工作物に圧着可能かつ流体圧力により作用可能な少なくとも１つの軸受領域と、潤滑剤として作用する流体を工作物と軸受領域の間へ供給する手段とを有している。ここでの「軸受領域」とは、支持されるべき工作物をその円周の限られた区域でのみ包囲する振れ止めの部分を意味している。このような種類の振れ止めは、１つまたは複数の軸受領域を有することができる。ドイツ特許出願公開第１０２３２３９４Ｂ４号明細書では軸受領域は、弾性的な中実材料からなる、または弾性的な圧媒で充填された弾性的な外皮からなるクッション体として構成されており、研削砥石と向かい合う円周領域で、研削されるべきローラに当て付けられるのが好ましい。本発明による振れ止めのこのような設計形態では、軸受領域の圧着力だけでなく、実質的にこれとは無関係に、潤滑・冷却剤として用いられる流体の流体圧力も設定される。後者は本発明によれば回転数に依存して制御され、このことはすでに請求項１０に記載の振れ止めに関して説明したとおりである。このとき流体圧力は、工作物が停止状態から始動するときには当初のうち低く、回転数の増加にともなって加工回転数のときの最大値まで上昇していく。しかしながら流体圧力の最小値は、軸受領域における圧着力よりも低くてはならない。そうしないと潤滑が行われなくなるからである。このとき軸受領域における圧着力それ自体は、実質的に一定に保たれる。圧着力は、たとえば空気圧式または油圧式の手段を通じて、制御部によって設定することができる。
【００１９】
請求項１４によると、少なくとも１つの軸受領域は供給配管を備えており、この供給配管の工作物側の開口部は、軸受領域と工作物の間への流体の流入を可能にする。複数の軸受領域が設けられている場合、これらの軸受領域は請求項１５に基づき、支持されるべき工作物と同心的に、かつ工作物の回転軸と同軸に配置されているのが好ましい。
【００２０】
本発明による方法、およびこれに対応する振れ止めは、シャフト状の部品を加工するために適用される。工作物としては、たとえばトランスミッションシャフト、カムシャフト、またはクランクシャフト等が考慮の対象となる。以下に示す実施形態は、考えられるあらゆるシャフトの支持のために適用することができ、その際の詳細は、そのつどの技術的な所与の条件や研削テクノロジーによって規定される。
【００２１】
本発明による振れ止めは、研削ステーションが工作物の着脱に関して改良された態様を有している研削盤でも利用可能である。このような設計上の態様は、それぞれ２つの支持装置を担持する、研削ステーションのためのタイミング調整台を備えている。これらの支持装置は交互に加工位置に到達する。したがって、次の工作物を次の切削のために２秒間で準備することができ、それ以上の工作物取替時間を待機しなくてよい。工作物の着脱は、研削砥石と反対を向いているほうのタイミング調整台の側で行われ、その間に他方の工作物が加工される。
【００２２】
シャフト部品、カムシャフト、クランクシャフト等の加工が完了した軸受個所のために、分割された軸受台を振れ止めとして利用することができる。このような軸受台により、輪郭、カム、コンロッド等を研削するときにシャフト部品を正確に同じ仕方で受容することが可能である。さらに、振れ止めの支持個所で目に見える摺動痕がシャフトに残ることがない。
【００２３】
このような方策により、シャフト状の工作物の後の利用条件を正確に反映させることが
できるばかりでなく、最善の寸法公差、形状公差、および位置公差が加工のときに実現される。
【００２４】
支持されるべき軸受個所のさまざまに異なる直径に関して、軸受シェル／軸受台を支持直径に合わせて適合化しなければならない。これは、工作物依存的な適当な交換部品によって、工作機械の設備変更時に行われるのが好ましい。
【００２５】
次に、回転する工作物を支持して動的にセンタリングする方法、および本発明に基づく振れ止めについて、図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】工作物を支持する本発明の方法および本発明の振れ止めを適用可能である研削盤を模式図として示す平面図である。
【図２】シャフト状の部品を支持するための旋回可能なジョーを有する、本発明による分割された振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図３】本発明による一体的な振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図４】軸受台として構成された本発明による振れ止めを備える支持装置を示す簡略化した側面図である。
【図５】クランクシャフトの複数の軸受個所を受容するために複数の支持個所を備える本発明の支持装置を示す模式的な平面図である。
【図６】図２の分割された振れ止めを示す模式的な部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、研削盤１の平面図を模式図として示しており、この研削盤では、本発明による方法と、この方法を実施するための振れ止め１０での研削されるべきシャフト状の工作物１２の支持とが適用されている。研削盤１は機械ベッド２を有しており、その上に研削ステーション３が配置されている。この研削ステーション３は機械ベッド２の上に、ＣＮＣ制御式の両方の移動軸を含む複式刃物台６を有している。Ｚ軸２１は工作物の長軸２０と平行に延びており、Ｘ軸２２は送り軸としてＺ軸２１に対して直角に、すなわち工作物長軸２０に対して直角に向いている。
【００２８】
図１では、複式刃物台の上に、ＣＮＣ制御によりＸ軸２２の方向で工作物のほうへ送ることができる送り台を備える研削主軸台１３がＸ軸２２の方向に取り付けられている。研削主軸台１３は、前側領域に少なくとも１つの研削砥石１５を受容する少なくとも１つの研削主軸１４を受容する役目をする。研削砥石１５と研削主軸１４は共通の中心軸を有しており、この中心軸は、非円筒研削の場合には工作物１２の中心軸に対して軸平行に向いているのが好ましい。機械ベッド２の上には前側領域に、たとえば軸受台１８として構成された本発明による振れ止め１０を備える、加工されるべきシャフト（工作物１２）の支持装置８を受容する研削台５が配置されている。研削台５はチャックを備える工作物主軸台７も支持しており、チャックのジョーは浮動式に支承されており、それにより工作物長軸２０に対して直角に補正をするようになっており、工作物は半径方向で遊びなく固定的にＣ軸２３（回転軸）を中心として駆動される。
【００２９】
研削ステーション３のＺ軸２１の案内軌道のためのカバー１７が同じく設けられており、また、研削砥石１５のための少なくとも１つの目直し装置１６も研削台５に設けられている。研削盤１を取り囲むハウジング、および研削盤１の動作のために必要なその他のモジュールなども存在しており、当業者には周知である。図１では図面を見やすくするために、これらは図示されていない。
【００３０】
図２には、支持装置８における本発明による振れ止め１０の一実施例が、模式的な部分破断図として示されている。支持装置８は本体９を有しており、その上に１つないし複数の振れ止め１０が配置されるとともに、ねじ３８およびこれに付属するクランプ爪３９によって、研削台５へ堅固に組み付けることができる。振れ止め１０は分離個所２５のところで２分割されており、付属の旋回軸３３によって支持装置８の本体９に支承された２つのジョー１１を備えている。符号１１’は、ジョー１１が外方旋回した位置を図示している。研削加工中にシャフト状の工作物１２を支持するために、ジョー１１は旋回軸３３を中心として内方旋回し、このことは、（ここには図示しない）油圧式の駆動装置によって行われるのが好ましい。そうすればジョー１１が工作物１２の支持されるべき軸受個所４２を全面的に取り囲み、工作物は、振れ止め１０の両方のジョー１１により形成される穴３０のなかで、その長軸を中心として回転することができる。
【００３１】
本発明による振れ止め１０の一方のジョー１１は、振れ止め１０の中央の穴３０へ開口部３５を介して連通する横穴３４を備えている。開口部３５を通じて、図２には示さない本体９の別の穴３７を介して、および／またはその他の供給配管３６（図６参照）を介して、工作物１２と穴３０の壁部との間に形成される環状隙間６２へ本発明による圧力流体を導入可能である。それぞれのジョー１１の間の分離個所２５は特別に入念に加工されており、ジョー１１が閉じられた位置にあるとき、圧力流体が分離個所２５に入ってそこから外に逃げることができる隙間が形成されないように製作されている。そのために、分離個所２５における両方のジョー１１の平面的な金属接触が意図されており、このような接触は、好ましくは油圧式の調節力によってジョー１１に及ぼされる圧着力との関連で、分離個所２５の高い密封性につながる。
【００３２】
図２を参照して説明した態様は、たとえばカムを管材に装着してから、さらに軸受個所４２のところで軸受個所４２を加工しなければならない、膨らんだカムシャフトが製造される場合に適用される。振れ止め１０ないし軸受台１８の分割された構成は、鋳造カムシャフトを加工する場合にも必要である。その場合、軸受個所４２が完全に加工された後で初めて、軸受台１１を組み付けのために装着することができるからである。
【００３３】
図３には、本発明による振れ止め１０の別の設計形態をもつ支持装置８のクランプ原理が示されている。ここでは、分割されていない軸受台１８として構成された振れ止め１０が、後の組み付けのときの組み付け平面に相当する平面１９で支持装置８に受容されている。軸受台は、相応の穴を備え、後の組み付けにも利用することができる側方の付加部またはラグ２４を備えるように構成されている。軸受台１８は、旋回軸３３を中心として油圧式に旋回可能な２つのクランプレバー３２によって、支持装置８の本体９に固定されている。これらのクランプレバーは、後で工作物１２をエンジン内部空間へ組み付けるときに用いられる取付ねじの代役である。支持装置８の本体９で軸受台を正確に位置決めするために、本体９には、ここでは一例としてストッパ３１として図示されている位置決め手段が設けられている。当然ながら、センタリングスリーブやセンタリングピンといったこれ以外の位置決め手段も適用可能である。クランプレバー３２の支承とその油圧式の操作は、ここでは簡略化した形でのみ図示されている。たとえば符号３２’は、クランプレバー３２の外方旋回した位置を表している。支持装置８の取付は、研削台５の上で本体９を介して行われ、そのためにねじ３８とクランプ爪３９が設けられている。
【００３４】
図３に見られるように、軸受台１１は、研削されるべき工作物１２の相応の軸受個所４２を収容するための穴３０を有している。軸受台は、穴３０に関して偏心的に配置された横穴３４も有しており、その開口部３５は穴３０に連通している。この横穴３４は、支持装置８の本体９にある別の穴３７と一直線上に並んでおり、さらに、この別の穴は供給配管３６と接続されている。このように、横穴３４の開口部３５を介して、供給配管３６から穴３１へと潤滑剤を導入可能である。
【００３５】
図４は、図３の振れ止めと同じく軸受台１８として施工された、分割されていないさらに別の本発明の振れ止め１０を示している。この軸受台１８は、ねじ２６によって支持装置８の本体９に組み付けられている。使用時には、軸受台１８は支持されるべき軸受個所４２に向かって軸方向に変位させられ、または、軸受個所４２が軸受台１８の穴３０へ挿入される。
【００３６】
図５には、本発明に基づく支持個所としての、軸受台１８として構成された振れ止め１０とともに、クランクシャフト４０の全長が模式図として示されている。クランクシャフトは５つの軸受個所４２を有しているので、支持装置８の長さ全体にわたって、軸受台１８のためのクランプ個所も５つ配置されている。それにより、たとえばコンロッドベアリング４３の加工のために、クランクシャフト４０がその全長にわたって軸受個所４２で支持される。軸受個所での支持は、高度に正確な研削のために必要な剛性をもたらす。研削力が軸受個所で受け止められるからである。したがって研削時には、工作物主軸台７のチャックによるクランクシャフト４０の端部の浮動式のクランプと、ＣＮＣ制御されるＣ軸２３での駆動しか必要ない。
【００３７】
図６には、すでに図２を参照して説明したような２つのジョー１１を備える分割された振れ止め１０が、クランクシャフト４０の部分片６１を含む詳細図として軸受個所４２の領域で示されている。振れ止め１０は、軸受個所４２を受容するための穴３０を備えている。この穴３０の直径はたとえば２５ｍｍであり、約１５μｍの直径公差で製作されている。穴３０には横穴３４が開口部３５で連通している。この横穴は、本発明による方法を実施するときに潤滑油供給の役目をする。この場合にも、振れ止め１０の両方のジョー１１の間の分離個所２５が、圧力流体としての役目をする潤滑油の流入に関して、絶対的に封止された状態で施工されるように留意すべきである。そのために、分離個所２５での両方のジョー３３の直接的な金属接触が良いことが実証されており、そのためには相応の接触面が十分に正確に加工されていなくてはならない。図６に示すジョー１１が内方旋回した状態のときに工作物１２の軸受個所４２を受容するための開口部３０を形成する、ジョー１１に構成される両方のシェル半体の製作にも、当然ながら高い精度が必要である。
【００３８】
本発明による方法を実施するときには、振れ止め１０としての役目をする軸受台１８の横穴３４の開口部３５を通じて、研削サイクル中に潤滑油が軸受個所４２へ供給される。この潤滑油は、穴３０の壁部と工作物１２の軸受個所４２との間に形成された環状隙間６２に入り、そのようにしてこれらの構成部品を潤滑する。この潤滑油は圧力下にあるので、環状隙間６２を通って損失オイルとして研削盤１の機械内部空間へ逃げる。したがって軸受個所を潤滑するために、研削で冷却潤滑剤として用いられるのと同じ潤滑油が利用される。ただしこの潤滑油は、研削の残滓が工作物１２の軸受個所４２へ入らないようにするために、別途ろ過される。
【００３９】
環状隙間６２を通じてのオイル損失は、同時に、外部から軸受個所４２への汚れ粒子の侵入に対して軸受個所４２を封止する役目を果たす。穴３０に収容される軸受個所４２は、直径に関して、穴直径よりも約４０から６０μｍだけ小さく製作されている。それにより、環状隙間６２に応じて約２０から３０μｍの厚さの潤滑隙間が生じており、そこで作動時に動圧軸受が形成される。この動圧軸受は、潤滑膜を生成するために、回転するシャフト／軸受個所４２の最低回転数を必要とし、この最低回転数は本発明によるとカム形状やコンロッドベアリングの研削をするときの研削回転数を明らかに下回っている。この研削回転数は、通常、約５０から５００ｍｉｎ−１の範囲内である。
【００４０】
たとえばトランスミッションシャフト、クランクシャフト、カムシャフトのような工作物の研削で優れた結果を得るために、本発明による方法では、次のように手順が進められ
る。すなわち、研削されるべきシャフトを停止状態から始動させるときに、軸受個所４２の開口部３５を介して供給される潤滑油の圧力は低く調整され、その後、研削のための目標回転数まで工作物１２が高速化するあいだに連続的に上昇していく。このとき潤滑油の圧力の上昇は、研削のための目標回転数およびこれに伴う圧力目標値に達するまで、工作物１２のそのつどの回転数に依存して行われる。圧力制御は、ＣＮＣ制御部を通じて操作される特別なバルブを介して行われる。
【００４１】
このような方策の根底には、潤滑油の供給圧が上昇すると軸受個所の半径方向の剛性が高まるという本発明の知見がある。研削のための目標回転数で潤滑圧力が最善に調整されていれば、軸受個所４２の１から２μｍの振れ精度を実現可能である。実験が示すところでは、驚くべきことに、本発明による方法がトランスミッションシャフト、クランクシャフト、またはカムシャフトの研削のために特別に好適であるのは、動圧式の潤滑個所／軸受個所４２における圧力が、工作物１２の研削のための圧力に合わせて適合化される場合である。最善の圧力は、回転数に応じて、約５から１５０バールの範囲内である。
【００４２】
過度に高い潤滑油圧、ならびに低すぎる潤滑油圧は、満足のいく結果をもたらさない。軸受個所４２における潤滑油圧が低すぎる場合、潤滑油膜が破れてしまう。潤滑油圧の設定が高すぎると、開口部３５と向かい合うほうの穴３０の側へシャフトが押し付けられる。いずれの場合でも軸受が損傷をうけることになり、満足のいくような結果は得られないことになる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 研削盤、２ 機械ベッド、３ 研削ステーション、５ 研削台、６ 複式刃物台、７
工作物主軸台、８ 支持装置、９ 本体、１０ 振れ止め（支持個所）、１１ ジョー、１１’ 外方旋回したジョー、１２ シャフト状の工作物、１３ 研削主軸台、１４ 研削主軸、１５ 研削砥石、１６ 目直し装置、１７ カバー、１８ 軸受台、１９ 平面、２０ 工作物長軸、２１ Ｚ軸、２２ Ｘ軸、２３ Ｃ軸（回転軸）、２４ 付加部、２５ 分離個所、２６ ねじ、３０ 穴、３１ ストッパ、３２ クランプレバー、３２’ 外方旋回したクランプレバー、３３ 旋回軸、３４ 横穴、３５ 開口部、３６ 供給配管、３７ 穴、３８ ねじ、３９ クランプ爪、４０ クランクシャフト、４２ 軸受個所、４３ コンロッドベアリング、６２ 環状隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械／研削盤での加工中に回転する工作物を支持して動圧式にセンタリングする方法において、
工作物が軸方向の部分領域で半径方向に作用する全周囲の流体圧力をうけ、該流体圧力の大きさはそのつどの回転数に依存して所定の最小値と所定の最大値との間で制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
工作物の始動時に流体圧力はその最小値を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
流体圧力は回転数の増加にともなって上昇することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
流体圧力は回転数にともなって実質的に線形に上昇することを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
流体圧力は回転数にともなって非線形に累進的に上昇し、それにより、回転数が高いときには回転数が低いときよりも急勾配で上昇が行われることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項６】
流体圧力は加工回転数のとき実質的にその最大値に達し、加工中には実質的に当該値で保たれることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
流体圧力は制御装置によって調整されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項または複数項に記載の方法。
【請求項８】
工作物のそのつどの回転数が判定されて流体圧力の前記制御装置に供給されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項または複数項に記載の方法。
【請求項９】
前記制御装置はそのつど最新の流体圧力も検出し、これを所定の回転数依存的な値と比較することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項または複数項に記載の方法を実施するための振れ止めであって、
前記振れ止め（１０）は工作物を軸方向の部分領域で環状隙間を形成しながら全周囲で取り囲み、前記環状隙間に連通する少なくとも１つの開口部を介して潤滑剤および／または冷却剤として作用する流体の流体圧力により動圧軸受の形式で作用可能である、そのような振れ止めにおいて、
流体圧力は工作物（１２）の目下の回転数に依存して制御可能であり、加工回転数のときに工作物のセンタリングが行われるように工作物（１２）へ印加可能であり、
前記振れ止めは流体圧力についての圧力センサを備えており、もしくは圧力センサと接続されていることを特徴とする振れ止め。
【請求項１１】
流体圧力は付属の制御装置によって変更可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の振れ止め。
【請求項１２】
前記制御装置は回転数センサおよび少なくとも１つの圧力センサと作用接続されており、前記センサから送られる信号に依拠して流体圧力の制御信号を生成するようになっていることを特徴とする、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の振れ止め。
【請求項１３】
前記振れ止めは工作物側の開口部を備える少なくとも１つの流体の供給配管を有しており、該供給配管を介して前記振れ止めの内壁と工作物との間の環状隙間へ流体を導入可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の振れ止め。
【請求項１４】
前記振れ止め（１０）は一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【請求項１５】
前記振れ止め（１０）は多部分でできており、個々の部分すなわちジョー（１１）の間では分離個所（２５）が圧密に形成されていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【請求項１６】
流体圧力は０から１５０バールの間の範囲内で制御可能であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【請求項１】
工作機械／研削盤での加工中に回転する工作物を支持して動圧式にセンタリングする方法において、
工作物が軸方向の部分領域で半径方向に作用する全周囲の流体圧力をうけ、該流体圧力の大きさはそのつどの回転数に依存して所定の最小値と所定の最大値との間で制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
工作物の始動時に流体圧力はその最小値を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
流体圧力は回転数の増加にともなって上昇することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
流体圧力は回転数にともなって実質的に線形に上昇することを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
流体圧力は回転数にともなって非線形に累進的に上昇し、それにより、回転数が高いときには回転数が低いときよりも急勾配で上昇が行われることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項６】
流体圧力は加工回転数のとき実質的にその最大値に達し、加工中には実質的に当該値で保たれることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
流体圧力は制御装置によって調整されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項または複数項に記載の方法。
【請求項８】
工作物のそのつどの回転数が判定されて流体圧力の前記制御装置に供給されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項または複数項に記載の方法。
【請求項９】
前記制御装置はそのつど最新の流体圧力も検出し、これを所定の回転数依存的な値と比較することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項または複数項に記載の方法を実施するための振れ止めであって、
前記振れ止め（１０）は工作物を軸方向の部分領域で環状隙間を形成しながら全周囲で取り囲み、前記環状隙間に連通する少なくとも１つの開口部を介して潤滑剤および／または冷却剤として作用する流体の流体圧力により動圧軸受の形式で作用可能である、そのような振れ止めにおいて、
流体圧力は工作物（１２）の目下の回転数に依存して制御可能であり、加工回転数のときに工作物のセンタリングが行われるように工作物（１２）へ印加可能であり、
前記振れ止めは流体圧力についての圧力センサを備えており、もしくは圧力センサと接続されていることを特徴とする振れ止め。
【請求項１１】
流体圧力は付属の制御装置によって変更可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の振れ止め。
【請求項１２】
前記制御装置は回転数センサおよび少なくとも１つの圧力センサと作用接続されており、前記センサから送られる信号に依拠して流体圧力の制御信号を生成するようになっていることを特徴とする、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の振れ止め。
【請求項１３】
前記振れ止めは工作物側の開口部を備える少なくとも１つの流体の供給配管を有しており、該供給配管を介して前記振れ止めの内壁と工作物との間の環状隙間へ流体を導入可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の振れ止め。
【請求項１４】
前記振れ止め（１０）は一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【請求項１５】
前記振れ止め（１０）は多部分でできており、個々の部分すなわちジョー（１１）の間では分離個所（２５）が圧密に形成されていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【請求項１６】
流体圧力は０から１５０バールの間の範囲内で制御可能であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項または複数項に記載の振れ止め。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５３２２７０（Ｐ２０１０−５３２２７０Ａ）
【公表日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１３９８７（Ｐ２０１０−５１３９８７）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５８５８５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００７３０１
【国際公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（５００２７１００７）エルビン・ユンカー・マシーネンファブリーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５８５８５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００７３０１
【国際公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（５００２７１００７）エルビン・ユンカー・マシーネンファブリーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (11)
【Ｆターム（参考）】
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