(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削ヘッド内を半径方向に往復するように配置された切削バイトを持つ、シリンダー、シリンダーライナーおよび同様なものを中ぐりするための切削ヘッド（９）であって、切削バイト（１０）を少なくとも３つ備え、
すべての切削バイト（１０）が、ともに１つの切削ヘッド内に変位可能なように配置された円錐体または角錐体（１２）により直接的または間接的に支持され、これらの錐体により切削ヘッドの半径方向に変位可能であり、
円錐体または角錐体（１２）の軸方向に対して垂直な２次元方向の自由度（１２’、１２’’）を持つ円錐体または角錐体（１２）がフローティングしながら切削ヘッド（９）の中に支持されており、
各切削バイトに予荷重をかけるための第二のスプリング手段（１３）が、円錐体または角錐体（１２）に対抗して設けられていることを特徴とする切削ヘッド。
【請求項２】
切削ヘッドが中心軸（１６'）を有し、隣り合う切削バイト（１０）が、切削ヘッド（９）の中心軸（１６'）方向に見て、それぞれ相互間に類似した角度間隔を取って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の切削ヘッド。
【請求項３】
切削ヘッド（９）が中心軸（１６'）を有し、各切削バイト（１０）が少なくとも１つの刃（３、３'）を有し、異なる切削バイトの刃少なくとも３つが、切削ヘッドの中心軸に回転対称に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削ヘッド。
【請求項４】
円錐体または角錐体（１２）の切削バイト（１０）に対する第一の相対的ポジションを、変更可能な状態で規定するための手段（１５、１５'）を設けていることを特徴とする請求項１に記載の切削ヘッド（９）。
【請求項５】
円錐体または角錐体（１２）に予荷重をかけて第一の相対ポジションに置くための第一のスプリング手段（１４）を設けていることを特徴とする請求項４に記載の切削ヘッド。
【請求項６】
円錐体または角錐体が、予荷重に対抗して、外力である油圧（１６）の利用により、第二の相対ポジションに移動可能であることを特徴とする請求項５に記載の切削ヘッド。
【請求項７】
第二のスプリング手段（１３）が、その作用方向が切削ヘッドの中心を通らないように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の切削ヘッド。
【請求項８】
切削バイト（１０）は案内部（１０'）の中を案内され、案内部の幅に対する長さの比は１．５以上、好ましくは２以上であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の切削ヘッド。
【請求項９】
中心軸と多数の切削バイトを持ち中ぐりされるべき物体の中に挿入される切削ヘッドを用いて、シリンダー、シリンダーライナーおよび同様なものを中ぐりする方法であって、請求項１に記載の切削ヘッドを用い、前記切削ヘッドが、切削ヘッドの中心軸に対して半径方向に移動可能な少なくとも３つの切削バイトを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
各切削バイトが１つ以上の刃を有し、切削ヘッドの中に移動可能なように配置された円錐体または角錐体によって、刃から切削ヘッド中心軸までの間隔を調節できることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
切削バイトが円錐体または角錐体に対抗して予荷重がかけられていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
円錐体または角錐体が、切削バイトに対して第一の相対ポジション（動作ポジション）を取るよう予荷重をかけられることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
中ぐりされた物体の中でその物体を加工せずに切削ヘッドを移動させるため、円錐体または角錐体が、外力である油圧の力を加えることによって、予荷重に対抗して第二の相対ポジションに押しつけられ、そのポジションでは、刃から切削ヘッド中心軸までの半径方向の間隔が、動作ポジションにおける刃から切削ヘッド中心軸までの半径方向の間隔より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削ヘッドを使用のもとにシリンダー、シリンダーライナーおよび同様なものを中ぐりする切削ヘッドと方法に関するものであり、この場合この切削ヘッドは、切削ヘッドの中を半径方向に往復するように配置された多数の切削バイトを持つ。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法と切削ヘッドは、例えばＤＥ２２２３９６９またはＤＥ２７２３６２２から知られている。これらは特に、たとえば油圧シリンダーおよびシリンダーライナーに設けられているもののような、円筒形ボア内壁の精細加工に用いられる。このようなボア内壁は、切削とロール仕上げによって精細加工するのがもっとも経済的である。原材料は通常、引き抜き精密スチールチューブまたは中ぐりによって準備された鋳造スチールチューブであって、これらの持つ仕上げ代は、直径において約０．３〜１ｍｍというわずかなものである。これらのチューブには製造法上やむを得ない直線性誤差があるが、この誤差はチューブの使用目的を損なうものではなく、従って切削によって補正する必要はない。
【０００３】
とはいえボア内壁の表面は、シリンダーが湾曲している場合でも表面全体を切削し、ロール仕上げしなければならない。これはあたえられた条件下では、切削バイトがほとんど一定の切削深さで、チューブのマクロな形状に追随することが前提となる。このためにはフローティング取り付けされた切削バイト、たとえば上記のＤＥ２７２３６２２またはＤＥ２５１８１７０から知られているような切削バイトが真価を認められている。この場合の切削ヘッドはツールに対して２つの平面を半径方向に自由に移動することができ、その上単数または複数の切削バイトも半径方向に移動することができる。
【０００４】
この既知の切削バイトの配置は、切削ヘッドの回転が外力の影響によって心合わせされないときでも、２つの刃の受動的切削力によってバイトの自動心合わせを得られる。しかしこの配置の欠点は、向かい合って配置された２つの刃で形成される切削バイトは、かならずしも円形のボアを生成しないことである。むしろこの種の切削バイトは、切削ヘッドが回転する間半径方向の振動運動を行い、その際円形を逸脱するボア断面を生じる。この運動が生じるのは、すでにチューブ内に存在する円形に対する誤差によって、または力の釣り合いのわずかな障害、たとえば規則的に行いたいチップ切断の際の受動切削力の変動によってである。そしてこの運動は、開始されると加工長さ全体にわたって続くことがある。
【０００５】
この種のボア断面に特徴的なのは、このボアは２つの向かい合うポイント間で測定すればたしかに一定の直径を示すが、その２点法で測定された切削切削直径よりも、内側包絡円は小さく、外側包絡円は大きいことである。この場合３、５、７個、あるいはそれ以上の数の「角」を持つ「多角形」が生じる。この円形に対する誤差は、ピストンとシールを組み合わせる際に問題を生じる原因となることがある。しばしばこの円形に対する誤差はチューブ長さ全体にわたって、その角度ごとのずれがツールの回転から回転へと続き、その結果シリンダーボアに、通常は品質欠陥と見なされるようならせん形の輪郭が生じることがある。
【０００６】
往復式バイトを持たないツールも知られている。たとえばＤＥ１９６２１８１Ｂ、ＤＥ１６５２７９０Ａ、ＤＥ７３２１７４６ＵおよびＵＳ２６３８０２０に記載されているようなリーマーも、それに数えられる。これらのリーマーバイトは、すべてツール本体に対していっしょに同程度調節できるだけであり、従って半径方向に往復するようには取り付けられていない。リーマーはその構想当初から、できるだけ直線性誤差が少ないボアを生じるように考えられている。従って加工前進を続ける場合は、ボアのそれまでの方向を継続して行われる。未加工ボアが湾曲している場合、リーマーはこの湾曲をできるだけ完全に除去することが期待される。
【０００７】
シリンダーライナーは、長さ１０ｍまでの引き抜き精密スチールチューブから製造される。それまではチップを生じない製造方法であるため、このチューブの示す直線性誤差は２ｍｍ／ｍ以下である。しかし同時にコスト上の理由から、そして材料を節約するため、直径で１ｍｍ以下の仕上げ代により作業が行われる。これは、湾曲したボアからまっすぐなボアを作るには、十分な仕上げ代を利用できないことを意味する。そのためには上記の湾曲の場合、直径で少なくとも４ｍｍの仕上げ代が必要となるであろう。上記のリーマーのように、できるだけまっすぐなボアを製造するために考えられているツールであれば、ある箇所では大量の材料を削り出す代わりに、他の箇所では加工しないまま放置することになろう。従ってシリンダー、シリンダーライナーおよび同様なものを中ぐりするための切削ヘッドには、切削ツールは加工の際ボアのマクロな形状に追随し、従って既存の直線性誤差を複製しなければならないという要件が課される。これらのリーマーはこの要件に対応するものではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記から出発して、本発明の課題は、円形に対する誤差を大幅に除去してらせん状の波形の発生を防止できるような、中ぐりのための切削ヘッドと方法を挙げることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、切削ヘッドの中に半径方向に往復するように配置された切削バイトを持つ、しかもその切削バイトを少なくとも３つ持つ切削ヘッドによって解決される。切削ヘッドのこのような形態によって、切削バイトセットの自動的心合わせに対する要求も、切削深さを等しく維持しながらの円形の切削ジオメトリーに対する要求も満足することができる。
【００１０】
さらに本発明には、切削バイトを少なくとも３つ備えることによって、切削バイトを２つしか持たない既知の切削ヘッドよりも、切削性能を向上できるという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの好ましい実施形態は切削ヘッドが１つの中心軸を持つというものであるが、この場合隣り合う切削バイトは、切削ヘッドの中心軸方向に見て、それぞれ相互間に類似した角度間隔を取って配置されている。これにより、切削ヘッドのいかなる回転ポジションにおいても、可能な限り大きな心合わせ確率が得られる。そのためこの角度間隔は、切削バイトが３つの場合は１２０°、４つの場合は９０°、５つの場合は７２°、そして６つの場合は６０°となる。そうするのがチャタリングマークを防止するために役に立つならば、セクターからセクターに代わるときこれらの角度もわずかずつ変えることができる。
【００１２】
本発明のもう一つの好ましい実施形態は、切削ヘッドが１つの中心軸を、そして各切削バイトが刃を１つ以上持つものであるが、この場合異なる切削バイトの刃のうち少なくとも３つが、切削ヘッドの中心軸に対して回転対称に配置されている。これが意味するのは、１つの切削バイトの１つの刃に対して、他の少なくとも２つの切削バイトにおいて対応する刃が設けられており、その結果対応する刃の対応するポイントは、それぞれ１つの平面を決定し、その平面は切削ヘッドの中心軸に垂直に伸びていることである。切削ヘッドが動作するとき切削ヘッドの中心軸は主要回転軸であるから、各刃のこの配置は、中ぐりされるボアの中で切削ヘッドを心合わせするのにもよい影響をあたえる。
【００１３】
各切削バイトが刃を２つ以上持つことにより、切削性能をさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明の特に有利な実施形態の場合、すべての切削バイトは、ともに切削ヘッド内を変位できるように配置された円錐体または角錐体によって直接的または間接的に支持され、これら錐体を用いて切削ヘッドの半径方向に変位できる。その際切削ヘッドの形状に応じて、錐体は円錐または円錐台の形状をも、角錐または角錐台の形状をも取ることができる。角錐をドイツ語でピラミッドというが、これはその名から世間一般が連想するような、正方形の底面と、合同であって共通の辺を持つ４つの三角形の側面からなるような、規則的多面体とは限らない。角錐という概念は幾何学的定義の意味で理解されるべきであり、とくにその備える切削バイトと同数の側面をともなう１つの底面を持つものとすることができる。
【００１５】
円錐体も角錐体も、切削ヘッドの中心軸にそって錐体を単純に変位させることによって、切削バイトを半径方向外側に押しつけ、対応する切削直径をとくに簡単な方法で調節できるのが利点である。
【００１６】
この場合円錐体または角錐体をフローティングさせながら切削ヘッド内に配置するのが、動作上とくに有利であることがわかっている。切削バイトに対して円錐体または角錐体の第一の相対ポジションを変更可能な状態で規定する手段を設けることも有利である。この場合この円錐体または角錐体を、対応するスプリング手段を用いて予荷重をかけ、第一の相対ポジションに置くことができる。この第一の相対ポジションは通常は切削ヘッドの動作ポジションであって、従ってここでは切削バイトが希望の切削直径に調節される。
【００１７】
容易にかつマーキングを生じることなく、中ぐりされる物体から切削ヘッドを引き戻すことができるように、円錐体または角錐体を次のように形成する。すなわち錐体は、予荷重に対抗して、外からのとくに油圧の力を利用することにより、切削バイトに対する第二のポジションに移動でき、その際この第二のポジションは切削バイトが引き戻されたポジションに対応する。そのため切削バイトは中ぐりされる面にもはや密接して接触することはなく、切削ヘッドが中ぐりされる物体の中で容易に移動、位置決めできるように形成する。
【００１８】
切削ヘッドが円錐体または角錐体につねに良好に直接的または間接的に接触し、従って切削直径の次のような調節に、すなわち円錐体または角錐体と切削バイトの相対ポジションを変化することによって望まれた調節に追随することができるようにするため、円錐体または角錐体に対抗して切削バイトに予荷重をかけるスプリング手段を設けることができ、また設けるのが有利である。
【００１９】
この第二のスプリング手段は、その作用方向がツールの中心を通らないように配置するのが有利である。
【００２０】
切削バイトが倒れるのを防止するため、切削バイトは案内部の中を案内されるものとし、その案内部の幅に対する長さの比が１．５以上、好ましくは２以上とすることをさらに提案する。良好な案内を得るためには、この幅に対する長さの比を４〜５とすることもできる。この場合の長さとは半径方向における案内部の長さのことであり、他方で幅とは軸方向における案内部の長さのことである。
【００２１】
上記の課題はさらに、シリンダー、シリンダーライナーおよび同様のものを中ぐりするための次のような方法によって解決される。すなわち、中ぐりされる物体の中に挿入される切削ヘッドとして、１つの中心軸と多数の切削バイトを持つものを用い、その際１つの切削ヘッドが、切削ヘッドの中心軸に対して半径方向に移動できる切削バイトを少なくとも３つ持つものを使用するという方法である。
【００２２】
この方法の１つの好ましい実施形態は、使用される切削バイトはいずれも刃を１つ以上持つものであるが、この場合、刃から切削ヘッドの中心軸までの半径方向の間隔を、従って切削直径を、切削ヘッドの中に移動可能なように配置された円錐体または角錐体を用いて調節することを意図する。
【００２３】
【実施例】
本発明のそのほかの詳細と利点を下記に図を用いて説明するが、これは単なる例であって、本発明の切削ヘッドの実施形態はこの説明に限られるものではない。
【００２４】
図１〜３は切削ヘッド全体を示してこれに番号９を付し、この切削ヘッドには合計３つの切削バイト１０が、１つの円筒形ハウジング１１の中に、半径方向に変位可能なように配置されている。
【００２５】
いずれの切削バイト１０も、この実施形態では刃３および３’を２つより多く持つ。切削バイト１０は、長さ／幅比の大きい案内部１０’の中を案内され、この案内部は切削バイトが倒れるのを防止する。ここに示す実施形態では、この案内部の長さは幅の３倍以上、厳密に行うならば５倍以上、である。切削バイトの間では案内部２５がその都度配置されている。
【００２６】
図２が示すバイトの例のように、いずれの切削バイト１０もスプリング手段によって、ここでは圧縮スプリングエレメント１３によって、半径方向内側に、切削直径を調節するのに用いる円錐体、ここでは円錐台１２に向かって押しつけられる。そのために各切削バイト１０はそれぞれ圧縮スプリングエレメント１３の収容部１３’を持ち、その際ここで再度強調するが、図２に示すのとは異なり、いずれの切削バイト１０も圧縮スプリングエレメント１３により円錐の方向に予荷重をかけられる。このことを図２および３の矢印１３”が示しているが、見やすくするためそれらのうちの一部しか参照番号をつけていない。円錐台１２はそれによって自由度１２‘と１２”を持ち切削ヘッドの中でフローティングされる。
【００２７】
圧縮スプリングエレメント１３によって切削の間も、そして引き込み状態においても、すなわち切削バイトが半径方向に見て中心軸の方向に引き込まれたポジションにある状態においても、バイト１０が円錐台１２に常時接触することになる。
【００２８】
円錐台１２と切削バイト１０の第一の相対ポジションを規定するために、ネジ−スペーサーエレメント−組合せ物１５を設ける。スプリング手段ここではコイルバネ１４は、円錐台に予荷重をかけてこの相対ポジションに、すなわちツールが切削態勢にある動作ポジションに相当する相対ポジションに置く。
【００２９】
例えば既知のここではこれ以上説明しない油圧装置を用い、矢印１６の方向に力を作用させることによって、切削ヘッド９と円錐台１２の共通の中心軸１６’にそって、スプリング１４の予荷重に対抗して、円錐台１２を変位させることができる。これにより切削バイト１０は半径方向内側の引き込みポジションに移動することができる。
【００３０】
円錐台１２はフローティングしながら切削ヘッド９の中に配置されている。図３に示すように、中ぐりされるシリンダーライナーに寸法１９だけの直線性誤差があると、ボア輪郭１７とボア軸１７ａが、寸法１９だけポジション１８および１８ａに変更されることになる。これは、刃が図の中央より上で動作するときはすべて受動的切削力が増大し、同時に図の下では力が減少することにつながる。これに対して円錐台１２は、寸法１９だけ半径方向に下降運動２０することによって反応する。このようにしてバイトセット全体が、包絡円を維持しながら新しいチューブ中心に心合わせする。これにより、切削バイトセットの自動心合わせ、円形の切削ジオメトリー、切削深さの一定性という要求が満足される。補償運動は切削ツールの回転の下で、またはツールが停止し加工品が回転する場合でも連続して行われ、チューブの湾曲に従って任意の方向に実行することができる。
【００３１】
図４が示す実施形態では、力１６”が円錐台１２”’の広い側面に働き、コイルバネ１４’はネジ−スペーサーエレメント−組合せ物１５’を介して円錐台１２”’の小さい方の直径に働く。この配置もまた、ハウジング１１’に対する刃３”と切削バイト１０”の変位を生じる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の考えの場合、たとえば切削バイトおよび刃の個数と配置に関して、数多くの変形と発展形が可能である。従ってたとえばとくに直径の大きい中ぐりのためには、切削バイトを例に示した３つより多く備える切削ヘッドを用いることができる。いずれにせよ本発明で重要なのは、２つより多い切削バイトを設けることであって、意図せずして半径方向の振動が生じる確率は、これにより明らかに減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による切削ヘッドの中心軸にそった側面図の一部断面図であり、（ａ）は図１の切削ヘッドのバイト領域の詳細図である。
【図２】図２は、図１の切削ヘッドを中心軸の方向に見た外観図の一部断面図である。
【図３】図３は、切削ヘッド動作中、心合わせ力の作用の仕方を説明する図である。
【図４】図４は、切削ヘッドのもう一つの実施形態の中心軸にそった側面図の一部断面図である。
【図１】
0004123332.tif 000002
0004123332.tif 000003
【図２】
0004123332.tif 000004
【図３】
0004123332.tif 000005
【図４】
0004123332.tif 000006