(57)【要約】  加工物（２４）内またはピン状の非円形の表面内にある非円形の孔（２２）を形成するために、磁気浮上型の高速スピンドルアセンブリ（２０）が設けられる。非円形の孔（２２）は、寸法的に変動する軸方向の軌道によって、高速かつ高精度で形成され得る。第１の磁気軸受クラスタ（５８）および第２の磁気軸受クラスタ（６０）の間にある回転式スピンドル（２６）を支持し、これらの軸受クラスタ（５８、６０）を別々に制御して、成形工具（３２）を所定の楕円形の軌道（Ｂ）にあるスピンドル（２６）の端部に移動させることによって、このことは達成される。複数の入力および複数の出力を制御するストラテジーはＸ軸およびＹ軸におけるスピンドル（２６）の運動を制御するのに使用される。磁気軸受クラスタ（５８、６０）のこの複数の入力および複数の出力を制御しても、成形工具（３２）の切れ刃（３４）および楕円形の軌道（Ｂ）の間の傾斜角は直角のままであり、高速で作動する間に成形精度およびスピンドル（２６）の安定性をさらに改良する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
寸法的に変動する軸方向の軌道のある非円形の孔を加工物に形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリであって、前記アセンブリは、
長手方向に延びる軸心を画定し、かつその成形端部で固定される成形工具を有するスピンドルと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記成形工具に近接して前記スピンドルを支持する第１の磁気軸受クラスタと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記第１の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、前記成形工具から離れた位置で前記スピンドルを支持する第２の磁気軸受クラスタと、
前記第１の磁気軸受クラスタおよび前記第２の磁気軸受クラスタを別々に制御して、前記スピンドルが磁気浮上式に回転する間に前記軸心の半径方向位置を調整し、このことにより、所定の非円形の軌道における前記成形端部で前記軸心を移動させるラジアル軸受制御装置と、
加工物に対して前記軸心に沿って前記成形工具を動かしつつ、同時に前記軌道の形状を変え、それによって、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度で形成することが可能となる軸方向の動作制御装置と、
を備える、アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの磁石固定子を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の磁気軸受クラスタの前記少なくとも３つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの第１の位置検出器をさらに含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記第２の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの磁石固定子を含む、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第２の磁気軸受クラスタの前記少なくとも３つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの第２の位置検出器をさらに含む、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の磁気軸受クラスタは、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を含み、前記Ｘ座標磁石固定子は、前記Ｙ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第１の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＸ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＸ座標位置検出器と、前記第１の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＹ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＹ座標位置検出器とを含む、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の磁気軸受クラスタは、対応する前記Ｘ座標磁石固定子および前記Ｙ座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第１の領域に配置される第１の回転子を含む、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記第２の磁気軸受クラスタは、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向す
るＹ座標磁石固定子を含み、前記Ｘ座標磁石固定子は、前記対向するＹ座標磁石固定子の間に間隔を置いて配置されかつ概して共面である、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第２の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＸ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＸ座標位置検出器と、前記第２の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＹ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＹ座標位置検出器とを含む、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の磁気軸受クラスタは、対応する前記Ｘ座標磁石固定子および前記Ｙ座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第２の領域に配置される第２の回転子を含む、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第１の軸受クラスタの各前記１対のＸ座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるための、可変の電流発生装置を含む、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記軸方向の動作制御装置は加工物保持器を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記軸心を中心として前記成形工具の角位置を決定するための回転位置検出器をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記成形工具が軸心を中心として１回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を１周し終える、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記成形工具は、前記軸心を中心として概して円弧状に等しく配置される複数の点状の切れ刃で終端する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記成形工具は１つの点状の切れ刃で終端する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記切れ刃および前記軌道間の連続した傾斜角を保つための切れ刃制御装置であって、前記傾斜角は、前記軸心から前記切れ刃まで延びる半径、および、前記軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備える切れ刃制御装置をさらに含む、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記傾斜角は実質的に直角である、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記軌道は不規則な形状である、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
ハウジングをさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記ハウジングに対する前記スピンドルの軸方向の動き制限するために、前記スピンドルに関連付けられる磁気スラスト軸受をさらに含む、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記軸心を中心として強制的に前記スピンドルを回転させるために、前記ハウジング内に配置される駆動モータをさらに含む、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記ハウジングは少なくとも２つの補助軸受を含む、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
加工物に非円形の表面を形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリであって、前記アセンブリは、
後端部および成形端部の間を軸心に沿って延びる細長いスピンドルと、
前記成形端部に近接する前記スピンドルから半径方向に外側に延び、点状の切れ刃で終端する成形工具と、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記成形端部に近接する前記スピンドルを支持する第１の磁気軸受クラスタと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記第１の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、前記成形端部から離れた位置で前記スピンドルを支持する第２の磁気軸受クラスタと、
前記第１の磁気軸受クラスタおよび前記第２の磁気軸受クラスタを別々に制御して、前記スピンドルが磁気浮上式に回転する間に前記軸心の半径方向位置を調整し、所定の非円形の軌道で前記成形端部を移動させ、そのため、前記切れ刃は加工物に、対応する非円形の孔を形成することとなるラジアル軸受制御装置と、
前記切れ刃および前記軌道間の連続した傾斜角を保つための切れ刃制御装置であって、前記傾斜角は、前記軸心から前記切れ刃まで延びる半径、および、前記軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備え、それによって、非円形の孔が改良された精度によって成形可能となり、前記アセンブリが高速の回転速度かつより高いスピンドル安定性で作動可能となる切れ刃制御装置と、
を備える、アセンブリ。
【請求項２６】
前記傾斜角は実質的に直角である、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記軌道は不規則な形状である、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記第１の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの磁石固定子を含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記第１の磁気軸受クラスタの前記少なくとも３つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの第１の位置検出器をさらに含む、請求項２８に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記第２の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの磁石固定子を含む、請求項２９に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記第２の磁気軸受クラスタの前記少なくとも３つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの第２の位置検出器をさらに含む、請求項３０に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記第１の磁気軸受クラスタは、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を含み、前記Ｘ座標磁石固定子は、前記Ｙ座標磁石固定子の間に間隔を置いて配置されかつ概して共面である、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第１の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＸ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＸ座標位置検出器と、前記第１の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＹ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＹ座標位置検出器とを含む、請求項３２に記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記第１の磁気軸受クラスタは、対応する前記Ｘ座標磁石固定子および前記Ｙ座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第１の領域に配置される第
１の回転子を含む、請求項３３に記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記第２の磁気軸受クラスタは、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を含み、前記Ｘ座標磁石固定子は、前記対向するＹ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置される、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第２の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＸ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＸ座標位置検出器と、前記第２の磁気軸受クラスタの前記１対の対向するＹ座標磁石固定子に近接する１対の対向するＹ座標位置検出器とを含む、請求項３５に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
前記第２の磁気軸受クラスタは、対応する前記Ｘ座標磁石固定子および前記Ｙ座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第２の領域に配置される第２の回転子を含む、請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３８】
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第１の軸受クラスタの各前記１対のＸ座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるための、可変の電流発生装置を含む、請求項３５に記載のアセンブリ。
【請求項３９】
前記軸心を中心として前記成形工具の角位置を決定するための、回転位置検出器をさらに含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項４０】
前記成形工具が軸心を中心として１回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を１周し終える、請求項３９に記載のアセンブリ。
【請求項４１】
加工物に対して前記軸心に沿って前記成形工具を動かしつつ、同時に前記軌道の形状を変え、それによって、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度で形成することが可能となる軸方向の動作制御装置をさらに含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項４２】
前記軸方向の動作制御装置は加工物保持器を含む、請求項４１に記載のアセンブリ。
【請求項４３】
ハウジングをさらに含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項４４】
前記ハウジングに対する前記スピンドルの軸方向の動き制限するために、前記スピンドルに関連付けられる磁気スラスト軸受をさらに含む、請求項４３に記載のアセンブリ。
【請求項４５】
前記軸心を中心として強制的に前記スピンドルを回転させるために、前記ハウジング内に配置される駆動モータをさらに含む、請求項４３に記載のアセンブリ。
【請求項４６】
前記ハウジングは、少なくとも２つの補助軸受を含む請求項４３に記載のアセンブリ。
【請求項４７】
寸法的に変動する軸方向の軌道を有する不規則な孔を加工物に形成するための高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法であって、前記方法は、
軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、
軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第１の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から離れたスピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第１および第２の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップ
と、
第１および第２の磁気浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道において成形端部を動かすステップと、
第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整する前記ステップと同時に、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、加工物における不規則の軸方向に異なる軌道の孔を形成するステップと、
を備える、方法。
【請求項４８】
スピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの検出器を位置決めすることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
スピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの検出器を位置決めすることを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップが、少なくとも３つの第１の位置検出器を、第１の領域の少なくとも３つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することと、少なくとも３つの第１の位置検出器を、第２の領域の少なくとも３つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することとを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
スピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を位置決めすることと、Ｘ座標磁石固定子を、対向するＹ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
スピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を位置決めすることと、Ｘ座標磁石固定子を、対向するＹ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の軸受クラスタの各前記１対のＸ座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整するためのステップが、各前記磁気固定子に近接して位置検出器を固定することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
加工物に対して成形工具を動かす前記ステップが、加工物を動かす一方でスピンドルを軸方向に固定した状態を保つことを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５６】
孔を形成する前記ステップの間、軸心を中心として成形工具の角位置を瞬間的に決定するステップをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
成形工具が軸心を中心として１回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を１周し終えるように、成形工具の角速度を計時するステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
成形工具の切れ刃および軌道間の連続した傾斜角を保つためステップであって、傾斜角
が軸心から切れ刃まで延びる半径、および、軌道に沿って任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備えるステップをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５９】
連続した傾斜角を保つためステップが、傾斜角を実質的に直角に保つことを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
軌道を不規則な形状に向けるステップをさらに含む、請求項５８に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
加工物に非円形の孔を形成するための高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法であって、前記方法は、
成形工具に切れ刃を形成するステップと、
切れ刃が軸心から半径方向に外側に配置されるように、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、
軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第１の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から離れたスピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第１および第２の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップと、
第１および第２の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道に切れ刃を動かして加工物に非円形の孔を形成するステップと
切れ刃および軌道の間の連続した傾斜角を保つステップであって、傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および非円形の軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備え、そのため、非円形の孔が改良された精度で成形されることが可能となり、かつスピンドルがより高速の回転速度およびより高い安定性で作動可能となるステップと、
を備える、方法。
【請求項６２】
連続した傾斜角を保つためステップが、傾斜角を実質的に直角に保つことを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
軌道を不規則な形状に向けるステップをさらに含む、請求項６１に記載のアセンブリ。
【請求項６４】
孔を形成する前記ステップの間、軸心を中心として成形工具の角位置を瞬間的に決定するステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
成形工具が軸心を中心として１回転を終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を１周し終えるように、成形工具の角速度を計時するステップをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、加工物における不規則の軸方向に異なる軌道の孔を形成するのと同時に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整する前記ステップを備えるステップをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６７】
加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かす前記ステップが、加工物を動かす一方でスピンドルを軸方向に固定した状態を保つことを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
スピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心
として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの検出器を位置決めすることを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６９】
スピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの検出器を位置決めすることを含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップが、少なくとも３つの第１の位置検出器を、第１の領域の少なくとも３つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することと、少なくとも３つの第１の位置検出器を、第２の領域の少なくとも３つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することとを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
スピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を位置決めすることと、Ｘ座標磁石固定子を、対向するＹ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項７２】
スピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、１対の対向するＸ座標磁石固定子および１対の対向するＹ座標磁石固定子を位置決めすることと、Ｘ座標磁石固定子を、対向するＹ座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１の軸受クラスタの各前記１対のＸ座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例して変動させるステップをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整するためのステップが、各前記磁気固定子に近接して位置検出器を固定することを含む、請求項７２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００４年２月２６日付け出願の米国仮特許出願第６０／５４７８９１号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、一般に、非円形の表面を成形するための磁気浮上型の高速スピンドルアセンブリに関し、より詳細には、加工物に非円形孔を形成するためのかかるアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
製品の用途によっては、非円形の孔の形成が必要となるものがある。たとえば、内燃機関のためのピストンの製造において、リストピンまたはピストンピンのために形成されるいわゆるピンホールは、たいていリストピン内の撓みに適応するために、中心に向かって開口するわずかなトランペット形状を有する。さらに、ピンホールのこのトランペット形状は、わずかな楕円率によって最適に設計され、様々なサイクルによってリストピンが動くために、リストピンの歪曲するさらなる原因となる。ピンホールのこのトランペット形状であり非円形の横断面は、厳しい公差で形成されなければならない。たとえば、３から５ミクロンの範囲内の公差が、これらのタイプを使用するのにたいてい必要である。
【０００４】
このような非円形の孔を厳しい公差規格で作成するための工業的方法があり、この方法は油圧作動式フライス工具および電解加工技術を含むものである。従来技術はまた、能動型磁気軸受を備える特別な工作機械スピンドルを使用して、非円形の形状を穿孔することを提案している。能動型磁気軸受は、電磁石固定子によって発生する磁界に支持される回転軸が、強磁性物質から、または、強磁性物質によって形成される原理に従って作用する。適切なパワー増幅器を備えた制御システムが磁場を調整し、スピンドルが回転する間、所望の半径方向位置にスピンドルを保持する。たとえ荷重条件が変化しても、この半径方向位置を保つことが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
能動型磁気軸受システムの利点は、スピンドルの移動を制御し、意図的にスピンドルの回転の偏差を生じさせ、このことにより、所望の軌道で成形工具を動かすことが可能なことにある。それにもかかわらず、従来技術には数多くの欠点および制限がある。たとえば、特に３次元で作成可能な非円形の孔の形状が、とりわけ制限される。さらに、正確に工具の切れ刃の位置を制御し、このことにより、公差の変動を５ミクロン未満にすることが可能であるかは、確かなものではない。それゆえに、本発明の目的は、これらの問題点および制限を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明は、寸法的に異なる軸方向の軌道がある非円形の孔を加工物に形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリを備える。アセンブリは、長手方向に延びる軸心を画定し、かつその成形端部で固定される成形工具を有するスピンドルを備える。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第１の磁気軸受クラスタは、成形工具に近接してスピンドルを支持する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第２の磁気軸受
クラスタは、第１の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、成形工具から遠くの位置でスピンドルを支持する。ラジアル軸受制御装置は、第１および第２の磁気軸受クラスタを別々に制御し、スピンドルが磁気浮上式に回転する間に軸心の半径方向位置を調整し、このことにより、所定の非円形の軌道の成形端部で軸心を移動させる。本発明の本態様によると、改良は、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かしつつ、同時に軌道の形状を変えるための、軸方向運動の制御装置を備える。そのため、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度に形成することが可能となる。したがって、磁気軸受クラスタと加工物に対する成形工具の軸方向の位置とを別々に、しかしながら同時に制御することによって、連続的に変動する横断面域および横断面形状を有する非円形の孔を形成することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様によると、加工物に非円形の孔を形成するために、磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリを設ける。アセンブリは、後端部および成形端部の間を軸心に沿って延びる、細長いスピンドルを備える。成形工具は、成形端部に近接してスピンドルから半径方向に外側に延び、配置された切れ刃で終端する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第１の磁気軸受クラスタは、成形端部に近接してスピンドルを支持する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第２の磁気軸受クラスタは第１の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、成形端部から遠くの位置でスピンドルを支持する。ラジアル軸受制御装置は、第１および第２の磁気軸受クラスタを別々に制御し、スピンドルが磁気浮上式に回転する間に軸心の半径方向位置を調整し、所定の非円形の軌道における成形端部で軸心を移動させるために設けられる。そのため、高速の切れ刃は、対応するように成形された非円形の孔を加工物に形成することとなる。本発明の本態様によると、切れ刃および軌道の間に連続的な傾斜角を保つために、切れ刃制御装置が設けられる。傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備え、そこで非円形の孔は改良された精度で成形可能であり、アセンブリはより高いスピンドル安定性を提供しつつ、より高速の回転速度で作動することができる。
【０００８】
主題発明のさらに別の態様によると、高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法を備える。寸法的に変動する軸方向の軌道を有する不規則な孔を加工物に形成するために、この方法が実施される。この方法は、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第１の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から遠くにあるスピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第１および第２の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップと、別々に第２の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道の成形端部で軸心を動かすステップとを備える。この方法には、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、不規則な軸方向に変動する軌道の孔を加工物に形成するのと同時に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップを備えるという特徴がある。
【０００９】
本発明のさらなる別の態様によると、高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法を目的とする。この方法は、加工物に非円形の孔を形成するために実施され、成形工具に切れ刃を形成するステップと、切れ刃が軸心から半径方向に外側に配置されるように、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第１の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第１の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から遠くにあるスピンドルの第２の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第１および第２の磁気浮上領域内で軸心なしでスピンドルを回転させるステップと、第１お
よび第２の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第１および第２の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道に切れ刃を動かして加工物に非円形の孔を形成するステップとを備える。改良は、切れ刃および軌道の間の連続した傾斜角を保つ工程を含み、そのため、非円形の孔が改良された精度で成形されることが可能となり、かつスピンドルがより高速の回転速度でより高い安定性で作動可能となる。傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および非円形の軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備える。
【００１０】
孔を形成するアセンブリ、および、主題発明による方法は、高速で高精度に形成可能な孔の形状および構成の利用可能な範囲を拡大することによって、特に立体感において、従来技術の問題点および欠点を解決するものである。
【００１１】
これらおよび他の本発明の特徴および効果は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連して考慮すると、より容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好ましい実施形態の詳細な説明
図を参照すると、いくつかの図全体を通して同一の符号は同一のあるいは対応する部分を示しており、磁気浮上型高速スピンドルアセンブリは、図１および図２において全体として２０で示される。スピンドルアセンブリ２０は、加工物２４に非円形の孔２２を形成するためのタイプである。図１において、内燃機関のためのピストンを備えるだけの実施例のために、加工物２４が示される。非円形の孔２２は、従来技術においてよく知られているリストピン（図示せず）を含むためのピンホールとして図示される。しかしながら、加工物２４は任意の構成部品を備えてもよく、ピストン、エンジン、さらには自動車の用途に限定されるものではない。むしろ、どのような活動分野においても、高精度の公差を持つ非円形の孔２２に適用可能である。
【００１３】
アセンブリ２０は剛性の軸状のスピンドルを含み、全体として２６で示され、後端部２８および成形端部３０の間を軸心Ａに沿って延びる。成形工具３２は、スピンドルの成形端部３０に近接してスピンドル２６から半径方向に外側に延び、点状の切れ刃３４で終端する。成形工具３４は、たとえば、商業的に入手可能な任意の形状を有する着脱可能な超硬チップを備えることが可能である。図２の横断面図に示すように、成形工具３２は、テーパおよびボルト装置３８を介して、スピンドル２６に固定される着脱可能なツールホルダ３６に保持されてもよい。スピンドル２６は、スピンドルの後端部２８および成形端部３０に近接するレンチ面４０を備え、メンテナンスのために成形工具３２を取りはずし、工具保持器３６を交替するのを容易にする。
【００１４】
アセンブリ２０は、スピンドルの後端部２８およびスピンドル２６の成形端部３０が中を通って延びるハウジング４２をさらに含む。図２において全体として４４で示される駆動モータが、ハウジング４２内に配置され、スピンドルの軸心Ａを中心としてスピンドル２６を強制的に回転させるよう作動する。駆動モータ４４は、知られているいかなる種類のものでもよく、交流または直流で作動する。あるいは、駆動モータ４４は、流体で駆動するか、空気で駆動するか、または、他の任意のタイプのエネルギー源により駆動することができる。ここに示される実施例において、駆動モータ４４は、ハウジング４２内に固定される電気固定子４６、および、スピンドル２６に固定される回転子または電機子４８を含む。
【００１５】
１対の補助軸受５０がハウジング４２の対向する端部に支持され、スピンドル２６の間に実質的なすきまを備える。補助軸受５０は、後備安全機構（ｂａｃｋ  ｕｐ  ｓａｆｅｔｙ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）としての役割を果たすので、磁気浮上型システムが故障した
場合には、いかなる構成部品も損傷せずに、高速で回転するスピンドル２６は補助軸受５０で安全に停止することができる。
【００１６】
ハウジング４２内でスピンドル２６を適切に軸方向に確実に整列するために、全体として５２で示される磁気スラスト軸受が、ハウジング４２およびスピンドル２６の間に挿置される。磁気スラスト軸受５２は、ロータディスク５６の対向側に配置される２つの固定子５４を備える。固定子５４は、中実鋼、または、くさびの中間に半径方向溝を有する中実鋼のくさびで作製され、積層で充てんされることが可能である。固定子５４はまた、コイルで充てんされ、ロータディスク５６を含む領域における軸方向の力を相殺する。図示していないが、アセンブリ２０はまた、スラスト軸受５２と連動して作用する軸方向の位置検出器およびパワー増幅器を含むことができ、スピンドル２６の軸方向の位置を決定し制御する。
【００１７】
次に図３を参照する。全体として５８で示される第１の磁気軸受クラスタが、スピンドルの軸心Ａを中心として磁気浮上式に回転させるために成形工具３２に最も近くでスピンドル２６を支持する。同様に、軸心Ａを中心として磁気浮上式に回転させるため、全体として６０で示される第２の磁気軸受クラスタが、スピンドル２６を成形工具３２からもう一方の側で支持するために磁気軸受クラスタ５８から間隔を置いて配置される。換言すれば、第１の磁気軸受クラスタ５８がスピンドル２６の成形端部３０に近接するのに対して、第２の磁気軸受クラスタ６０がスピンドル２６の後端部２８に近接する。
【００１８】
第１の磁気軸受クラスタ５８は、軸心Ａに垂直な共通面内に全体として円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも３つの、そして、好ましくは４つの磁石固定子を含む。磁石固定子は、通常、１対の対向するＸ座標の磁石固定子６２および６２’と、１対の対向するＹ座標の磁石固定子の６４および６４’の２つ１組で配置される。Ｘ座標固定子６２および６２’は、軸心Ａを斜めに貫通し、水平面に対して約４５度の角度で向きを定められる、いわゆるＸ平面にそれ自体が含まれる。上側のＸ座標固定子６２が軸心Ａより上に位置するのに対して、下側のＸ座標固定子６２’が軸心Ａの下に位置する。Ｙ座標固定子６４および６４’は、水平面に対して約４５度である軸心Ａを含む、いわゆるＹ平面に配置される。Ｙ平面はＸ平面に垂直である。したがって、スピンドル２６が第１の軸受クラスタ５８および第２の軸受クラスタ６０内で完全に中心におかれる場合、軸心ＡはＸ平面およびＹ平面の交点と一致する。Ｘ平面をＹ平面に固定して交差させることによって、軸受軸心Ｚを形成する。したがって、スピンドル２６が中立で中心におかれた位置にある場合、軸受軸心Ｚおよび軸心Ａが一致する。しかしながら、電流の変動および他の外部の衝撃によってスピンドル２６が作動されるにつれて、軸心Ａが移動し、固定された軸受軸心Ｚに対して回転する。
【００１９】
同様に、第２の磁気軸受クラスタ６０は、第１の磁石軸受クラスタ５８の固定子と同様に向きを定められるＸ座標固定子６６および６６’とＹ座標固定子６８および６８’とを含む。Ｘ座標固定子６２、６２’、６６、６６’はすべてＸ平面に置かれ、Ｙ座標固定子６４、６４’、６８、６８’はすべてＹ平面に置かれる。図３において、これらの磁石固定子は、概略的にＵ字形の固定磁石として示される。しかしながら、実際には、これらの固定子はまた、内径に電極を有する多くの積層リングで作製されることができる。コイルが各電極の周囲に巻付けられるので、各軸受クラスタが４分割されることができる。各４分割のコイルは、単一の電磁石として機能する。記載されるように、そして、特にスピンドル２６が全体として水平な状態で支持される状況において、重力反力を分配するように、４分割部が垂直面から４５度に整列配置される。
【００２０】
再び図２を参照する。スピンドル２６の第１の領域７２に配置される第１の回転子７０を含む第１の磁気軸受クラスタ５８が示される。第１の回転子７０は、スリーブに取り付
けられスピンドル２６に嵌合される多くの積層リングから構成される。積層は、第１の磁気軸受クラスタ５８の反応を向上するのに効率的である。また、第２の磁気軸受クラスタ６０は、スピンドル２６の第２の領域７６に配置される第２の回転子７４を含む。第１の回転子７２および第２の回転子７４は、概して構造上同一であるが、アセンブリ２０への設計用途によってわずかに寸法および形状において変動してもよい。
【００２１】
少なくとも３つの、そして、好ましくは４つの第１の位置検出器が、軸心Ａに垂直な共通面内に全体として円弧状に等しい間隔に配置され、第１の磁気軸受クラスタ５８に近接して配置される。好ましくは、図３に示すように、第１の位置検出器は、１対の対向するＸ座標検出器７８および７８’を第１のＸ座標固定子６２および６２’それぞれに近接して含み、１対の対向するＹ座標検出器８０および８０’を対応するＹ座標固定子６４および６４’に隣接して含む。同様に、第２の位置検出器である対向するＸ座標位置検出器８２および８２’とＹ座標位置検出器８４および８４’とは、それぞれのＸ座標およびＹ座標固定子６６、６６’、６８、６８’に近接して配置される。スピンドル２６の位置に関する情報を電圧の形で送ることによって、すべての位置検出器が作動する。通常、スピンドル２６が中立にある場合に検出器がゼロ電圧を発生するように、これらの位置検出器が調整される。スピンドル２６が中立位置より上に移動する場合、プラスの電圧が発生する。スピンドル２６が中立位置より下に移動する場合、マイナスの電圧が結果として生じる。
【００２２】
ラジアル軸受制御装置は第１の磁気軸受クラスタ５８および第２の磁気軸受クラスタ６０を別々に制御し、スピンドル２６が磁気浮上式に回転する間、軸受軸心Ｚに対して軸心Ａの半径方向位置を調整する。第１の磁気軸受クラスタ５８および第２の磁気軸受クラスタ６０に対するスピンドル２６の位置を別々に制御することによって、成形端部３０での軸心Ａが調整され、高度に制御された非円形軌道Ｂを描くことができるようになる。成形端部３０を所望に調整するために、ラジアル軸受制御装置はすべての検出器から入力を調整し、すべての軸受クラスタへ出力を出す、集中化したタイプであってもよい。
【００２３】
あるいは、ラジアル軸受制御装置は、Ｘ軸制御装置８６および分離したＹ軸制御装置８８を含むことができる。この構成において、Ｘ軸制御装置８６は、Ｘ座標位置検出器７８、７８’、８２、８２’から電圧信号を受け、たとえば切れ刃３４までのアキシアル距離や軸心Ａから切れ刃３４まで測定される工具半径等の寸法関係を含む数学的モデルでこの情報を処理し、電流（または電圧）の要求を一体化されたか独立型の増幅器に送信する。したがって、Ｘ軸制御装置８６は、複数の入力、すなわちＸ平面におけるあらゆる検出器からの入力を受け、Ｘ平面図におけるすべての固定子に複数の出力を出して、力学的にスピンドル２６を制御する。Ｘ軸制御装置８６は、アンチエリアシングフィルタと、アナログ−ディジタル変換器と、ディジタル信号処理装置と、パルス幅変調器とを含むことができる。位置検出器７８、７８’、８２、８２’からの電圧は、アンチエリアシングフィルタを通過して信号から高周波雑音を取り除く。高い周波数コンテンツが取り除かれたあと、電圧信号をディジタル信号処理装置によって処理可能な形に変換するアナログ−ディジタル変換器によって、位置信号がサンプリングされる。ついで、ディジタル情報がディジタルフィルタを通過し、既定値にしたがってスピンドル２６の位置を修正または調整するのに必要とされる電流（または電圧）の量に比例した出力を出す。要求された電流は、磁気軸受クラスタ５８に供給された実際の電流と比較されるが、その電流はまた送られ、選択されて、アナログ−ディジタル変換器によってサンプリングされる。実際の電流および要求された電流間の誤差は、増幅器に送信されるパルス幅変調信号を特徴づけるのに使用される。この情報は、ついで、増幅器に送信されるパルス幅変調波形を発生するパルス幅変調器に送信される。同じように、Ｙ軸制御装置８８は、Ｙ座標検出器８０、８０’、８４、８４’から複数の入力信号を受け、第２の磁気軸受クラスタ６０への出力を介して複数の修正処置をする働きをする。
【００２４】
Ｘ軸制御装置８６およびＹ軸制御装置８８は、Ａ級チューニング（Ｃｌａｓｓ  Ａ  ｔｕｎｉｎｇ）、またはＢ級チューニング（Ｃｌａｓｓ  Ｂ  ｔｕｎｉｎｇ）のどちらにも設計可能である。Ｂ級チューニングでは、Ｘ軸制御装置８６によって各Ｘ座標固定子６２、６２’、６６、６６’に送られた電流供給は、それぞれの対向する固定子間で非線形に比例して増加して変動する。Ｂ級チューニングのこの方法は、軌道Ｂの形状の生成の自由度をより高めるのに有用であり、また、軸受の中心から離れて大きく動くときに、スピンドル２６の剛性および安定性を制御するのに役立つ。
【００２５】
スピンドル２６をより強く制御するために、スラスト軸受制御装置８９が選択的に構成可能である。スラスト軸受制御装置８９は、上述のように、軸方向の位置検出器（図示せず）からの入力を受け、磁気スラスト軸受５２に修正出力を出す。この場合、図３に示すように、ラジアル軸受６２、６４、６６、６８と一緒に磁気スラスト軸受５２を意図的に作動するように、スラスト軸受制御装置８９がＸ軸制御装置５８およびＹ軸制御装置６０に伝達可能である。あるいは、単一端末から軸受すべてを制御する集中化した軸受制御装置の実施形態において、ラジアル軸受およびスラスト軸受をこのように調整して制御することができる。
【００２６】
次に図４を参照する。軌道Ｂを中心として軸心Ａが動くときの成形工具３２の動きを示す。示される成形工具３２は中実であり、軸受軸心Ｚからずれているスピンドルの軸心Ａを備える。切れ刃３４が加工物２４の非円形孔２２と接触する点によって、評価の基準が定まる。軸受軸心Ｚから切れ刃３４まで引かれる線は、形状半径９０を備える。軸受軸心Ｚから軸心Ａまで引かれる線は、軌道半径９２を備える。軸心Ａから切れ刃３４まで引かれる線は、工具半径９４を備える。本発明の好ましい実施形態において、傾斜角、すなわち、軌道Ｂ上の接線９６に対する工具半径９４の角度は一定のままであり、成形操作全体を通して直角であるのが好ましい。工具半径９４はまた、孔２２との接点で引かれる接線９８に対して直角のままである。図４において仮想的に示すように、軌道Ｂの周囲の軸心Ａの動きの全体を通して、この傾斜角は、一定の（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ）ままである。複数の入力および複数の出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｐｕｔ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ）を制御するストラテジーを使用して、第１の磁気軸受クラスタ５８および磁気軸受クラスタ６０を調整して制御することは、このように保たれる連続的な傾斜角を達成するのに必要となる。形状半径９０および軌道半径９２の間の角度１００が軌道のサイクル全体にわたって正および負の数値間を変動する場合であっても、この連続的な、好ましくは直角の傾斜角が保たれる。Ｘ軸制御装置８６およびＹ軸制御装置８８を用いて、それぞれ第１の磁気軸受クラスタ５８および第２の磁気軸受クラスタ６０を制御することによって、切れ刃３４および軌道Ｂ間の連続した傾斜角を保つことができ、そのため、非円形の孔２２が高精度に成形可能となる。また、軌道Ｂに沿ってあらゆる点で傾斜角を保つことによって、アセンブリ２０がより高速の回転速度で、かつより高いスピンドル安定性で作動することができるのは、成形工具３２からの反力がほとんど変動しないからである。もちろん、最適な傾斜角が９０°以外のものであってもよく、成形サイクル全体にわたって最適角度を保つように、制御装置８６および８６’がプログラムされることができる。
【００２７】
スピンドル２６の角位置、およびその結果として軸心Ａに対する成形工具３２の位置を決定するための、ロータリエンコーダ１０２の形の回転位置検出器が、図３において概略的に図示される。ロータリエンコーダ１０２は、Ｘ軸制御装置８６およびＹ軸制御装置８８と通信し、第１の磁気軸受クラスタ５８および第２の磁気軸受クラスタ６０を調整することが可能となる。成形工具３２が軸心Ａを中心として１回転を終えると同時に、スピンドル２６の成形端部３０が軌道Ｂの周囲を１周し終えるような方法で、これらの制御装置８６および８８は、成形工具３２を制御するのが好ましい。このことによって、軌道Ｂを完全に掃引することにより最適に傾斜角を保つことが容易となる。しかしながら、複雑な
孔２２の形状のために、スピンドル２６が移動する間に孔２２の表面から成形工具３２を持上げる必要があり得る。したがって、複雑な孔の形状によって、軌道Ｂを中心とする１周ごとに対して、成形工具３２を複数回転させる必要があり得る。
【００２８】
軸方向の動作制御装置は、図１において１０４で概略的に示される。軸方向動作制御器１０４は、概して軸心Ａと平行の方向に成形工具３２を加工物２４に移動させると同時に、成形工具３２が非円形の孔２２を形成する。同時に、制御装置８６および８８が、磁気軸受クラスタ５８および６０を作動させ、その結果、加工物２４の孔２２の軸方向の軌道を寸法的に変動する。軸方向動作制御装置１０４は、固定された加工物２４を保持しスピンドルアセンブリ２０を移動させることにより作動可能であり、または、図１に示すように、固定されたスピンドルアセンブリ２０に対して移動する加工物保持器１０６を含んでもよい。あるいは、両方の構成部品は、同時に移動可能である。
【００２９】
軸、または連続的に変動する軌道Ｂに結びつけられる軸方向の動きを組合せることによって、図５に示されるような幾何学的に複雑な形状を作成することが可能となる。この場合、孔２２は加工物２４の開口部で概して楕円断面を有して示され、ここにおいて楕円部は概して垂直の長軸１０８を有する。孔２２が加工物２４の中により深く延びるにつれて、楕円部の寸法は減少しつつ、長軸１０８が時計回り方向に回転する。このことは、中間点１１０での仮想の楕円横断面図によって示される。孔２２が続いて加工物２４の中により深く延びるにつれて、孔２２の形状が拡大する一方で、終端点１１２に達するまで長軸１０８が続いて時計回りに回転し、ここでは楕円形状の長軸１０８が次には概して水平となる。加工物２４の孔２２の複雑であり寸法的に変動する軸方向の軌道は、図５に示される構成に限定されない。たとえば、図６は、２つのローブのある（２−ｌｏｂｅｄ）カム状の形状をした非楕円形状の不規則な孔２２’を示す。あるいは、図７は、孔２２’’の複数のローブのある（ｍｕｌｔｉ−ｌｏｂｅｄ）形状を示す。当業者には明らかなように、主題のスピンドルアセンブリ２０と制御装置８６および８８の複数の入力と複数の出力を制御するストラテジーとを使用して、あらゆる幾何学的に考え得る形状をほとんど作成することができる。
【００３０】
図８および図９は、２つ以上の切れ刃３４’を使用可能な成形工具３２’の様々な代替装置を示す。あるいは、切れ刃３４’’は、研削ディスクまたは研削ホイールの形（図示せず）で連続的に成形端部３０’’の周囲に延びることができる。
【００３１】
図１０および図１１は、理論上の円１１４および１１６による末端スピンドル２６の配向の可能性を示し、それぞれ第１の磁気軸受クラスタ５８および第２の磁気軸受クラスタ６０内におけるスピンドル２６の第１の領域７２および第２の領域７６の最大限の可動域を示す。切れ刃３４の切断半径は、仮想の理論上の円１１８によって示される。明らかなように、記載される可能な運動範囲内で作動する制御装置８６および８８によって配置される複数の入力と複数の出力を制御するストラテジーによって、連続的にアキシアル方向に変動し得る無限の種類の孔２２の形状が使用可能となる。かつ、この制御ストラテジーは、高速の製造作業に容易に適応可能である。たとえば、高速の製造作業において、スピンドル２６が１０，０００回転数／分よりも高速に駆動する。
【００３２】
この発明の例示的実施形態がより従来の意味において孔の形成と関連して記載されたにもかかわらず、当業者には明らかなように、これらの新規な技術は外表面に実行することができる。したがって、おす部の数に成形工具３４を直接変形するだけで、非円形の表面を成形することが可能である。それゆえに、本発明は、寸法的に変動する軌道を備える孔および非丸形の形状を必要とする孔およびピン状の特徴部に等しい効果で使用可能な、表面成形の方法および装置を意図するものである。
【００３３】
明らかに、上述の教示を考慮して、本発明の数多くの変形および変更を行うことは可能である。それゆえに、添付の請求の範囲を逸脱することなく、本発明は、特にここに記載したもの以外でも実施可能であることが理解されるであろう。
【００３４】
本発明は、請求項によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】主題発明によるスピンドルアセンブリ、および、孔を形成する操作のために用意されたピストン加工物の概略正面図である。
【図２】本発明による磁気浮上型高速スピンドルアセンブリの概略横断面図である。
【図３】磁石固定子のためのそれぞれのラジアル軸受制御装置と、それぞれのＸ座標面およびＹ座標面における位置検出器とを備える、第１および第２の磁気軸受クラスタの間を磁気的に浮上する、主題発明によるスピンドルを示す概略図である。
【図４】軌道の周りの様々な位置を仮想的に示す、成形工具を用いて加工物に形成される非円形の孔の拡大横断面図である。
【図５】連続的に軸方向に変動する軌道が成形工具によって作製される、加工物の典型的な孔のジオメトリーを示す概略斜視図である。
【図６】２つの不規則なローブを有する別の例示的な非円形の孔のジオメトリーを示す。
【図７】複数のローブを有するさらに別の非円形の孔のジオメトリーをさらに示す、図６に類似した図である。
【図８】２つの対向する切れ刃を含む、代替成形工具の構成の端面図である。
【図９】複数の切れ刃を含む成形工具のさらに別の代替実施形態をさらに示す、図８に類似した端面図である。
【図１０】スピンドルの軸心がその軌道全体にわたって平行なままである状況の、第１および第２の磁気軸受クラスタ内における上側および下側の軌道の範囲を示す、スピンドルアセンブリの概略図である。
【図１１】反対側の末端の限度で第１および第２の磁気軸受クラスタによってスピンドルが制御される場合の、軌道の末端部の範囲を示す、図１０に類似した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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