(57)【要約】【課題】凸形状壁部又は凹形状壁部を有する穴等の、壁部が湾曲した輪郭を有する穴を被加工物に形成するための方法及び装置を提供する。【解決手段】形成される穴の頂部及び底直径より小さい切断ヘッド径を基本的に有する略円筒状の切削工具24を使用することにより、被加工物18に円錐形の穴ｈを穿孔する。本方法は、切削工具の長手方向の軸線の傾斜角が形成される円錐形の穴の壁の望ましい傾斜に略対応し、被加工物の法線から平面にオフセットされた所定角度βに切削工具の長手方向の軸線26を配置し、一方で切削工具を回転させ、主軸の回りに円形の経路で移動させ、軸方向に工具を送るステップを含む。湾曲壁断面を有する穴を製造するために、切削工具の長手方向の軸線の傾斜角が、機械加工作業中に変更される。そのような穴を製造するための装置は、主軸に関して切削工具の長手方向の軸線の傾斜角を調整するように構成される機構を含む。
2004533938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状の切断ヘッドを有する切削工具（24）を使用して被加工物（18）に円錐形の穴（ｈ）を穿孔する方法であって、
前記切削工具（24）の長手方向の軸線（26）を、前記被加工物（18）の表面の法線から所定の角度（α）オフセットして配置し、前記切削工具の長手方向の軸線の前記傾斜角（α）を、形成される円錐形の穴（ｈ）の壁の傾斜角に略対応させるステップと、
前記長手方向の軸線を中心として前記切削工具（24）を回転させるステップと、
機械加工される前記穴（ｈ）の長手方向の軸線（ｃ）に対応する主軸を中心として円形軌道（ｏ）で前記切削工具を移動させるステップと、
前記切削工具（24）の長手方向（ｆ）に沿って、前記被加工物に向かって内部に前記切削工具（24）を送り、前記円錐形の穴を形成するステップと、を含む方法。
【請求項２】
略円筒状の切断ヘッドを有する切削工具（24）を使用して被加工物に湾曲壁を有する穴を機械加工する方法であって、
前記切削工具（24）の長手方向の軸線（26）を、被加工物（18）の平面に対する法線から所定の角度（α）オフセットして配置し、前記切削工具の長手方向の軸線を中心として前記切削工具（24）を回転させるステップと、
機械加工される前記穴（ｈ）の長手方向の軸線（ｃ）に対応する主軸を中心として円形軌道（ｏ）で前記切削工具を移動させるステップと
前記切削工具（24）の長手方向の軸線（26）の傾斜角（α）を変化させて、前記切削工具（24）の長手方向（ｆ）に沿い且つ前記被加工物に向かって内部に前記切削工具（24）を送り、穴の湾曲した部分を形成するステップと、を含む方法。
【請求項３】
略円筒状の切断ヘッドを有する切削工具（24）を使用することにより被加工物（18）に円錐形の穴（ｈ）を穿孔するための装置であって、
前記切削工具（24）を長手方向の軸線（26）を中心として回転させ且つ運ぶように構成された主軸ユニットを含む第１の作動装置（20,28,30,32）と、
軸送り方向（ｆ）に前記切削工具（24）を移動するように構成された第２の作動装置（22,54,56）と、
形成される前記穴の長手方向の軸線（ｃ）に対応する主軸を中心として前記切削工具（24）が偏心して回転するように構成される機構（48,50）と、を備え、
前記主軸に対して前記切削工具（24）の長手方向の軸線（26）の傾斜角（α）を定めるように構成される機構（52,58,68）を特徴とする装置。
【請求項４】
前記主軸に対して切削工具の径方向のオフセットを定めるように構成される機構（52,78,82,84）を特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記切削工具（24）の傾斜角（α）を定める前記機構が、交換可能部材（52）を備え、前記主軸に関して垂直な平面に対し、所定の固定傾斜角の方向を向いた平面（52ａ）を有し、前記固定傾斜角が前記切削工具の軸線（26）の傾斜角（α）に対応していることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記定めるための機構が、長手方向の貫通穴（60）を有する内側円筒状スリーブ（58）を備え、前記貫通穴（60）の長手方向の軸線（62）が前記内側円筒状スリーブ（58）の長手方向の軸線（64）に関して角（β）傾けられ、前記内側スリーブ（58）の前記貫通穴（60）が前記切削工具の長手方向の軸線（26）を中心として前記切削工具（24）を回転させるために径方向及び軸方向に主軸ユニット（20,28,30,32）を案内するように配置されており、更に前記機構が長手方向の軸線（72）を中心として所定角（β）傾いた長手方向の軸線（70）を有する穴（66）を有する外側円筒状スリーブ（68）を備え、前記内側円筒状スリーブ（58）が前記切削工具の前記長手方向の軸線（26）の傾斜角（α）を定めるために前記外側円筒状スリーブ（68）の前記穴（66）内に回転可能に支持されている請求項３又は４に記載の装置。
【請求項７】
前記内側円筒状スリーブ（58）と前記外側円筒状スリーブ（68）の前記穴（60,66）の傾斜角（β）が等しく、前記穴（60,66）の位置が、前記内側スリーブ（58）と前記外側スリーブ（68）の第１の相互回転位置において、前記内側スリーブ（58）の前記貫通穴（60）の長手方向の軸線（62）が、前記外側スリーブ（68）の長手方向の軸線（72）と同軸であり、第２の相互回転位置、すなわち前記第１の位置からの１８０°オフセットされた位置で、工具傾斜角の最大角（β）が得られることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、装置自体の軸を中心に回転し且つ機械加工される穴の長手方向の軸線に対応する主軸に関して偏心（オービタル運動）した切削工具によって、被加工物に穴を穿孔するための方法及び数値的に制御されたオービタル機械加工装置に関するものである。更に詳細には、本発明は、形成される穴の頂部及び底部の直径よりも小さい切断ヘッド径を原則的に有する略円筒状の切削工具を使用して、被加工物に円錐形の穴、又は少なくとも１つの円錐形の断面を有する穴又はみぞを穿孔するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、また、凸形状壁部又は凹形状壁部を有する穴等の、壁部が湾曲した輪郭を有する穴を被加工物に形成するための方法及び装置に関するものでもある。
【背景技術】
【０００３】
従来、被加工物に円錐形の穴を穿孔するには、テーパが設けられた切刃を有する円錐形の切削工具（切断ヘッド）を回転させつつ、被加工物内で工具に送りを与える複合動作が用いらている。そのような円錐形の工具は、穿設される穴の最終寸法に正確に対応した形状及び寸法を有しなければならない。そのような円錐形の工具は高価であり、また寸法が減少するため再研磨を何度も繰り返すことができず、すぐに使用不能となってしまう。
【０００４】
国際公開第９９／６２６６１号パンフレットは、被加工物に円錐形の穴を穿孔可能にするための構造上の特徴を備えるオービタル機械加工装置を開示している（例えば、特許文献１参照。）。上記目的のために、当該装置は径方向のオフセット調整機構を含み、径方向のオフセット値（工具のオービタル半径）を連続的に変更し、同時に装置自体の軸線を中心として切削工具を回転させ、被加工物内に軸に沿って工具を送ることが可能になっている。これによると、略円筒状の切削工具を使用して円錐形の穴を穿孔することができるが、穴の表面を十分に滑かにするのは困難である。
【特許文献１】
国際公開第９９／６２６６１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、円筒状又は略円筒状の、即ち一定又は略一定の切断ヘッド径の、穿孔される円錐形の穴の頂部及び底部の直径より本質的に小さな切刃を有する切断ヘッドを備えた切削工具を使用して、被加工物に高品質な円錐形の穴を穿孔することを可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、本発明の方法は以下のステップを含む。
【０００７】
ａ）  切削工具の長手方向の軸線を被加工物の表面の法線からオフセット、即ち所定の角度傾けて配置し、切削工具の長手方向の軸線の傾斜角が、円錐形の穴の壁部の所望の傾斜角に略対応、即ち形成される穴のテーパ角の半分に略対応するようにするステップと、
ｂ）  その長手方向の軸線を中心として切削工具を回転させるステップと、
ｃ）  形成される穴の長手方向の軸線を中心として切削工具を偏心して移動させる（オービタル運動）ステップと、
ｄ）  長手方向に沿って軸方向に、すなわち円錐形の穴又は円錐形の穴の部分を形成する被加工物に対して内部に、切削工具を送るステップとを備える。
【０００８】
本方法は、円錐形の穴又はみぞを形成する従来の方法に対して、明瞭な利点を提供する。それは、
１）  安価な円筒状の切削工具を使用することができ、円錐形の切断ヘッドが必要ない。したがって、道具の費用が、実質的に低減される。
【０００９】
２）  穴面の滑らかさが、切削工具を軸方向に送ることにより本質的に改良され、工具の切れ刃の長い部分が、穴形成作業中に被加工物と係合する。一体的な幾何学的形状を有する一個の工具を使用して異なるサイズの穴を機械加工することができる。
【００１０】
３）  工具を何度も再研削する（研ぐ）ことができる。切断ヘッド直径が結果的に低減しても、切削工具の径方向のオフセットを簡単に増加させて補償することができる。
【００１１】
４）  底部径より小さい上部径を有する穴を、切削工具軸線を負値にオフセットすることによって穿孔することができる。
【００１２】
５）  工具の軸送り中に、軸の傾斜角を変えることによって、凸状及び／又は凹の（湾曲した）壁断面を有する穴を同様に形成することができる。
【００１３】
本発明の装置は、
切削工具を工具の長手方向の軸線を中心として回転させ且つ運ぶための主軸ユニットを含む第１の作動装置と、
軸送り方向で切削工具を移動するための第２の作動装置と、
形成される穴の軸線に対応する主軸を中心として、偏心して切削工具を回転させるための機構とを備え、主軸に対して軸の傾斜角を定めるための機構を特徴とする。
【００１４】
本発明の装置の第１の実施形態によると、主軸に対して軸の傾斜角を定めるための機構は、前記主軸と垂直な平面に対し、固定された傾斜角を有する平面を備えた交換可能部材を含み、その傾斜角は前記切削工具軸線の所望の傾斜角に対応している。
【００１５】
本発明の装置の更なる実施形態によると、主軸に対して軸の角度を定めるための機構は、長手方向の貫通穴を有する内側円筒状スリーブを含む。前記穴の軸線は、内側円筒状スリーブの軸線に対して傾いている。内側スリーブの穴は、長手方向の軸線を中心として前記切削工具を回転させるために、径方向及び軸方向に主軸ユニットを案内するように適合されている。内側スリーブは、外側スリーブの長手方向の穴で、回転可能に支持される。外側スリーブの穴の軸線は、同様に外側スリーブの軸線に対して所定の角度傾いている。前記穴の傾斜角と同様に、中の穴の相互の位置の、内側スリーブと外側スリーブの幾何学的なパラメータの適切な選択により、内側スリーブの穴の軸線、したがって径方向に案内される切削工具の軸線は、位置の間の外側スリーブ内で内側スリーブ１８０°を回転させて調整されることができる。切削工具の軸線は、被加工物の上面に対して垂直に向いており、外側スリーブの軸線と同軸である。即ち軸傾斜角α＝０で内側円筒状スリーブと外側円筒状スリーブ内の穴の傾斜角の合計に対応している最大の軸傾斜角による位置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示すように、円錐形の穴ｈ又はみぞを穿孔するための本発明のオービタル機械加工装置10は、一般に筐体12を含む。当該筐体12は、機械的連結部16によってテンプレート14に着脱可能に取り付けられる。テンプレート14は、穿孔される円錐形の穴の中心の軸線ｃ（図２）に対応する位置に軸線を有する合わせ穴15を備えたマトリクスとして用いられる。テンプレート14は、円錐形の穴が形成される被加工物18に着脱可能に連結される。スピンドルモータ20が内部シリンダ22に固定されており、シャフト28によって切削工具24を当該切削工具24自体の軸線26（図２の矢印ｔ）を中心として回転させるようになっている。シャフト28は、連結器30によってスピンドルモータ20に、そしてソケット32によって切削工具に連結されている。シャフト28は、ころ軸受34及びニードル軸受36を介してシリンダ22に回転可能に支持されている。シリンダ22は、更にシリンダ38に取り付けられ、そのシリンダ38はフランジ部材40に機械的に固定され、ニードル軸受44及び46によって更にもう一つのシリンダ42に回転可能に取り付けられている。モータ48は、伝達装置、例えばベルト又は歯車（図示せず）を介して外部シリンダ50を回転する。矢印ｓで示すように、環状の滑動部材52は止めねじ（図示せず）によって外部シリンダ50に対して径方向に可変であり、シリンダ42，38及び22の組立品、ゆえに、スピンドルモータ20を径方向に移動させることができ、それによって切削工具の軸線26の径方向のオフセットを調整することができる。この構成により、切削工具24は、モータ48によって外部シリンダ50を回転させ、図２で矢印ｏで示されるように、形成される穴ｈの軸線ｃを中心とした円形オービタル運動を実行することができる。
【００１７】
円筒状の切削工具ヘッドによって円錐形の穴を穿孔できるようにするために、本発明の装置は、穴ｈの軸線ｃに対する切削工具の軸線26のオフセット角αを定めるための機構を含む。図１の実施形態で、オフセットは、滑動部材52の下面52ａに、角αに対応した、上面52ｂに対する傾斜又は勾配を与えることによって達成される。円錐形の穴のテーパ角、ゆえに工具の角度αを変更する場合、滑動部材52を取り外すことができ、穴ｈの所望のテーパに対応して、上面52ｂに対して傾斜した下面52ａを有する他の滑動部材52によって置き換ることができる。このようにして、望ましい工具取付角αを予め定めることができる。
【００１８】
シリンダ38に対して、スピンドルモータ20と共に内部シリンダ22を移動させることによって、切削工具24を矢印ｆに沿って軸方向に且つ被加工物18内部に送ることができる。これは、シリンダ22と38との間の上部空洞54を加圧することによって達成することができる。また、これらのシリンダ間の下部空洞56を加圧することによって、切削工具24を被加工物18から後退させることができる。
【００１９】
被加工物18内に円錐形の穴ｈを形成するために、関連傾斜角を有する下面52ａを備えた滑動部材52を取り付けることによって、軸26の所望の角αが穴のテーパに合致するように予め設定される。切削工具24の径方向のオフセット値（オービタル径）は、ゆえに円錐形の穴の上部直径に合致するように設定される。そして軸線26を中心として切削工具24を回転させながら、形成される穴の中心の軸線ｃを中心として工具24を回転させ（楕円運度させ）、矢印ｆ（図２）に沿って軸方向に被加工物18内に切削工具24を送り、円錐形の穴ｈを中に形成する。
【００２０】
図３及び４は、本発明の装置10ａの更なる実施形態を示す。この実施形態では、切削工具の軸線26の角αを、装置の機械的部品のいずれをも交換せずに、工具軸26が穴の軸線ｃと同軸の値０から望ましい傾斜角値まで連続的に調整することができる。このために、軸26の角αを定める機構は、長い貫通穴60を有する内側円筒状スリーブ58を含んでいる。穴60の軸線62は、円筒状スリーブ58の軸線64に対して角βだけ傾けられている。内側スリーブ58の穴60は、軸受64を介してスピンドルモータ20ａが支持される内部シリンダ22ａを径方向及び軸方向に案内するように適合されている。内側円筒状スリーブ58は、更に外側円筒状スリーブ68の長い穴66内に回転可能に支持されている。穴66の軸線70は、外側スリーブ68の軸線72に対して角βだけ傾けられている。
【００２１】
内側スリーブ58と外側スリーブ68の幾何学的パラメータ及び各々の位置及びその中の穴の傾斜角の適切な選択により、内側スリーブ58の穴60の軸線、ゆえに、それによって径方向に案内される切削工具24の軸線26は、内側スリーブ58を外側スリーブ68の中で１８０°を回転させて、外側スリーブ68、すなわち切削工具24の軸線26が、被加工物の上面に対して垂直に向く位置と、外側スリーブ68の軸線72と同軸の位置との間、即ち軸傾斜角α＝０の位置と最大の軸傾斜角α＝２βを有する位置との間で調整されることができる。
【００２２】
軸26の所望の径方向のオフセットを得るために、外側スリーブ68のテーパ面76（図３）又はスリーブ68に固定される別個の１ブロック78のテーパ面80（図４）と係合する軸方向に移動可能な滑動部材74により、外側スリーブ68を径方向に移動することができる。図４で示すように、ブロック78及び外側スリーブ68は、図の面と垂直な横方向に、２つの平行の接線方向の案内82に沿って共に滑動可能である。滑動部材74は、ブロック78の半周で動作し、滑動部材74がテーパ面80を滑り降りると、外側スリーブは横に変位する。ブロック78は、圧縮ばね（図示せず）の動作に抗して変位する。切削工具を支持する組立品は、中央に支持され、滑動ブロック78が取り付けられたベース部材84に回転を送るモータ（図示せず）によって主軸ｃの回りに回転又は楕円運動するようにされることができる。
【００２３】
このように図３及び４の中で図で示される実施形態は、装置のいかなる部品を交換することなく連続的に切削工具軸線26の取付角αの設定を変更又は調整することを可能にする。これは、単に１８０°外側スリーブ68に対して内側スリーブ58を回転させることによって達成される。軸26は、被加工物に円筒穴を穿設することができるα＝０と、最大のテーパ角度を有する円錐形の穴を穿孔することができるα＝２βとの間で定めることができる。
【００２４】
内側スリーブ58の回転位置は、一般に手動で調整され、適切な機械的ロック装置によって外側スリーブ68に固定される。なお、機械的ロック装置はどのようなものであってもよい。しかし、内側スリーブ58の回転位置の設定は、軸線の傾きを補償する、ベルト伝動、歯車及び連結器等の適切な伝達装置を介してステップモータ（図示せず）によって達成することが考えられる。そのような構成によって軸方向に切削工具を送りながら、軸傾斜角を加工作業中に連続的に変えることが可能であり、凸又は凹面壁断面を有する穴を穿孔することができる。
【００２５】
また、底部直径より小さい上部直径を有する円錐形の穴は、負値に切削工具軸線26をオフセットすることによって開口することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従った、被加工物に円錐形の穴を穿孔するための装置の第１実施形態の長手方向の横断面図である。
【図２】本発明の原理に従った、穿孔する円錐形の穴の軸線に対して角αで傾けられた、回転及びオービタル切削工具の概略側面図である。
【図３】本発明に従った、被加工物に円錐形の穴を穿孔する装置の第２実施形態の長手方向の横断面図である。
【図４】切削工具の傾斜角を調整するための機構を図示した長手方向の横断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
18  被加工物
20  スピンドルモータ
22  内部シリンダ
24  切削工具
26,62,64,70,72  軸線
28  シャフト
30  連結器
32  ソケット
48  モータ
50  外部シリンダ
52  滑動部材
54  上部空洞
56  下部空洞
58  内側円筒状スリーブ
60,66  貫通穴
68  外側円筒状スリーブ
【国際公開パンフレット】
2004533938.tif 000003
2004533938.tif 000004
2004533938.tif 000005
2004533938.tif 000006
2004533938.tif 000007
2004533938.tif 000008
2004533938.tif 000009
2004533938.tif 000010
2004533938.tif 000011
2004533938.tif 000012
2004533938.tif 000013
2004533938.tif 000014
2004533938.tif 000015
2004533938.tif 000016
2004533938.tif 000017
2004533938.tif 000018
【国際調査報告】
2004533938.tif 000019
2004533938.tif 000020
2004533938.tif 000021