DE102011004236A1

DE102011004236A1 - Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück

Info

Publication number: DE102011004236A1
Application number: DE102011004236A
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Tochigi Nakajima; Akihiro Tochigi Nemoto; Akinori Tochigi Higuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: JP5519316B2; CN102161133A; JP2011167701A; DE102011004236B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück, zum Schneiden eines zylindrischen Werkstücks W aus Metall durch einen Laserstrahl L, welcher durch eine Laserstrahlquelle (18) appliziert wird, in eine Mehrzahl von Metallringen. Die Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück umfasst ein Halteelement (16), welches in ein Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks (W) eingesetzt ist und als eine Kühleinrichtung dient. Wenn eine Seitenwand des Halteelements (16) in das Durchgangsloch eingesetzt ist, wird die Seitenwand des Halteelements (16) zu der Innenwand des Durchgangslochs hin verlagert, um die Innenwand zu drücken, wobei dadurch, das zylindrische Werkstück (W) in eine im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt wird. Die Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück schneidet das derartig umgeformte zylindrische Werkstück (W) durch den Laserstrahl (L).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück zum Schneiden eines hohlen zylindrischen Werkstücks aus Metall unter Einwirkung eines Laserstrahls in eine Mehrzahl von Metallringen.
Beschreibung der verwandten Technik:
Ein Kraftübertragungsriemen, welcher für ein stufenlos verstellbares Getriebe für ein Fahrzeug verwendet wird, setzt einen laminierten Ring ein, welcher durch Laminieren einer Mehrzahl von Metallringen bereitgestellt ist. Wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2005-297074 beschrieben, werden die Metallringe, die in dem laminierten Ring verwendet werden, wie folgt hergestellt: Schweißen von zwei entgegengesetzten Enden einer rechteckigen dünnen Metallplatte, um eine zylindrische Trommel (zylindrisches Werkstück) zu bilden; und anschließend Schneiden der Trommel in Ringe von einer vorbestimmten Breite. In manchen Fällen wird nach dem Schweißen ein Lösungsglühenverfahren auf die Trommel angewendet, um eine innere Qualität der Trommel zu verbessern.
Es war bisher üblich, die Trommel mit einer Schneidevorrichtung, wie beispielsweise eine Schleifscheibe, ein Schneidewerkzeug oder dergleichen, zu schneiden. Es wurden auch Versuche unternommen, einen Laserstrahl einzusetzen, um eine hohle zylindrische Trommel zu schneiden, wie in der japanischen Patentschrift Nr. 63-053912 und in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 59-062879 offenbart.
Wie oben beschrieben kann, wenn zwei entgegengesetzte Enden einer dünnen Metallplatte geschweißt werden, das dadurch erhaltene zylindrische Werkstück bedingt durch die Schweißhitze eine Verzerrung aufweisen. Bekanntlich kann ein Laserstrahl nur eine beschränkte Tiefe eines Objektes schneiden. Dementsprechend ist, wenn die Trommel stark verzerrt ist, der Abstand von einer Innenwand zu einer Außenwand des zylindrischen Werkstücks (d. h. Dicke) nicht leicht innerhalb einer Fokustiefe des Laserstrahls angeordnet. Folglich kann ein Teil der Trommel nicht geschnitten werden. Ferner wird, wenn ein Lösungsglühenverfahren auf die geschweißte Trommel wie oben beschrieben angewendet wird, die Verzerrung verstärkt.
Wenn die Trommel geschnitten wird, ohne die Verzerrung zu korrigieren, bleibt die Verzerrung in dem hergestellten Metallring erhalten. Mit anderen Worten kann ein Metallring ohne große Verzerrung nicht leicht erhalten werden.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück bereitzustellen, welche dazu imstande ist, ein hohles zylindrisches Werkstück in eine im Wesentlichen kreisförmige Form umzuformen und somit das zylindrische Werkstück leicht zu schneiden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück bereitzustellen, welche dazu imstande ist, einen verzerrungsfreien Metallring leicht zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück bereitgestellt zum Schneiden eines hohlen zylindrischen Werkstücks aus Metall durch einen Laserstrahl, welcher durch eine Laserstrahlquelle appliziert wird, in eine Mehrzahl von Metallringen, wobei die Schneidevorrichtung umfasst: ein Halteelement, welches eine Seitenwand aufweist, die in ein Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks eingesetzt ist, wobei das Halteelement als eine Kühleinrichtung zum Kühlen des zylindrischen Werkstücks dient; wobei die Seitenwand des Halteelements zu einer Innenwand des Durchgangsloches des zylindrischen Werkstücks hin und von dieser weg verlagerbar ist; wobei, wenn die Seitenwand des Halteelements in das Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks eingesetzt ist, die Seitenwand zu der Innenwand des Durchgangslochs hin verlagert wird und dadurch die Innenwand derart drückt, dass das zylindrische Werkstück in eine im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt wird, und wobei das zylindrische Werkstück, welches in die im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt wurde, durch den Laserstrahl geschnitten wird. Es sei angemerkt, dass der Begriff „im Wesentlichen kreisförmige Form” gemäß der vorliegenden Erfindung jede Form umfasst, welche keine Schwierigkeiten in dem Schritt des Schneidens des Werkstücks durch den Laserstrahl verursacht.
Gemäß der Erfindung ist die Seitenwand des Halteelements zu der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks hin verlagert (d. h. der Durchmesser des Halteelements ist vergrößert), so dass das zylindrische Werkstück umgeformt wird, um einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufzuweisen. Mit einer derartigen Anordnung kann, auch dann, wenn das zylindrische Werkstück aufgrund des Schweißens zum Bilden des zylindrischen Werkstücks eine Verzerrung aufweist, die groß genug ist, um Schwierigkeiten in dem Schritt des Schneidens durch den Laserstrahl zu verursachen, das zylindrische Werkstück in eine im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt werden, um die Verzerrung zu korrigieren.
Da eine derartig große Verzerrung, welche Schwierigkeiten in dem Schritt des Schneidens durch den Laserstrahl verursacht, nicht länger in dem umgeformten zylindrischen Werkstück vorhanden ist, kann die Entfernung von der Innenwand zu der Außenwand (d. h. Dicke) des zylindrischen Werkstücks leicht innerhalb einer Fokustiefe des Laserstrahls angeordnet werden. Dementsprechend kann das zylindrische Werkstück während der nachfolgenden Laserbearbeitung leicht geschnitten werden.
Ferner kann, da das zylindrische Werkstück umgeformt wurde, ein Metallring ohne eine große Verzerrung erhalten werden.
Ferner kann, da die Seitenwand des Halteelements als eine Kühleinrichtung dient, das zylindrische Werkstück effizient gekühlt werden. Insbesondere wird ein Teil des zylindrischen Werkstücks, welcher durch den Laserstrahl bestrahlt wird, durch den Laserstrahl erwärmt, während die Temperatur bedingt durch die Wärmeleitung in den übrigen Teilen des zylindrischen Werkstücks nicht steigen kann. Dementsprechend wird der Teil des zylindrischen Werkstücks, welcher von dem Teil, welcher geschnitten werden soll, verschieden ist, vom Schmelzen abgehalten, wobei damit ein Erzeugen von geschmolzenem Metall und damit von Schlacke wesentlich reduziert wird.
Zusätzlich kann, da sich das zylindrische Werkstück durch Kühlen zusammenzieht, die auf dem zylindrischen Werkstück erzeugte Verzerrung weiterhin korrigiert werden.
Wie aus dem Obigen zu verstehen, kann die Seitenwand des Halteelements weg von der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks verlagert werden, d. h. das Halteelement kann im Durchmesser abnehmen. Somit werden, um den Durchmesser des Halteelements zu erhöhen und zu verringern, beispielsweise Elemente, welche Nockenabschnitte aufweisen, darin einbezogen.
Insbesondere umfasst die Schneidevorrichtung in dem Aspekt der vorliegenden Erfindung, um den Durchmesser des Halteelements zu vergrößern und zu verringern, ferner ein Druckelement, welches in ein Inneres des Halteelements eingesetzt wird und welches einen ersten Nocken auf einer Innenwand desselben aufweist, wobei der erste Nocken derart verjüngt ist, dass ein Durchmesser desselben in eine Längsrichtung desselben progressiv abnimmt, wobei ein Durchmesser des Druckelements dazu ausgebildet ist, vergrößert und verkleinert zu werden; und ein Durchmesser-Veränderungselement, welches einen zweiten Nocken zum Kontaktieren mit dem ersten Nocken des Druckelements aufweist, wobei das Durchmesser-Veränderungselement längs einer Längsrichtung des Druckelements in Richtungen verlagerbar ist, in welcher es in ein Inneres des Druckelements einzusetzen und von diesem zu trennen ist.
In diesem Fall wird, wenn das Durchmesser-Veränderungselement in die Richtung verlagert wird, in welche es in das Innere des Druckelements einzusetzen ist, der zweite Nocken mit dem ersten Nocken in Kontakt gebracht, um den ersten Nocken derart zu drücken, dass der Durchmesser des Druckelements vergrößert wird, um das Halteelement von dem Inneren her zu drücken, wobei das Halteelement zu der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks hin verlagert wird.
Andererseits wird, wenn das Durchmesser-Veränderungselement in die Richtung verlagert wird, in welche es von dem Inneren des Druckelements zu trennen ist, der erste Nocken von einem durch den zweiten Nocken ausgeübten Druck entlastet, um den Durchmesser des Druckelements in eine Richtung zu verkleinern, in welche es von dem Halteelement zu trennen ist, wobei das Halteelement in eine Richtung weg von der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks verlagert wird.
Wie oben beschrieben, kann der Durchmesser des Halteelements zunehmen und abnehmen.
Auch kann die Schneidevorrichtung vorzugsweise ferner eine Mehrzahl von Kühlmittelkanälen (Umfangskanälen) aufweisen, welche sich in Umfangsrichtung entlang der Seitenwand des Halteelements erstrecken.
In diesem Fall kann die Laserstrahlquelle vorzugsweise an einer Position von einem der Umfangskanäle, welche sich in Umfangsrichtung entlang der Seitenwand des Halteelements erstrecken, stoppen, und den Laserstrahl an der Position abstrahlen. In diesem Fall ist, wenn der Schneidevorgang beendet wird, der Umfangskanal freigelegt und das Kühlmittel, welches den Umfangskanal erreicht hat, läuft dann sofort aus. Folglich werden auch dann, wenn geschmolzenes Metall und Schlacke erzeugt werden, das geschmolzene Metall und die Schlacke zusammen mit dem Kühlmittel entfernt und nach außen abgegeben. Somit können das geschmolzene Metall und die Schlacke daran gehindert werden, in den Schnittabschnitten usw. zu bleiben.
Ferner ist es bevorzugt, eine Saugeinheit bereitzustellen zum Ansaugen eines Kühlmittels, welches durch einen Schnittabschnitt ausgelaufen ist, wenn das zylindrische Werkstück geschnitten wird. Durch Ansaugen des Kühlmittels kann das Kühlmittel und somit das geschmolzene Metall oder die Schlacke, die in dem Kühlmittel enthalten sind, aus dem Schnittabschnitt leicht entfernt werden.
In dem Obigen ist es bevorzugt, dass eine Transfermittel-Abgabeeinheit ferner vorgesehen ist, wobei die Transfermittel-Abgabeeinheit ein Transfermittel abgibt, um das Kühlmittel, welches durch den Schnittabschnitt ausgelaufen ist, zu der Saugeinheit hin zu transferieren. Mit der obigen Anordnung können das Kühlmittel und das geschmolzene Metall oder die Schlacke, welche in dem Kühlmittel enthalten sind, ferner effizient aus dem Schnittabschnitt entfernt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Laserstrahlquelle derart angeordnet ist, dass das zylindrische Werkstück von stromabwärts nach stromaufwärts in einer Richtung geschnitten wird, in welche das Kühlmittel zugeführt wird.
Wenn das zylindrische Werkstück vom stromaufwärts in der Richtung geschnitten wird, in welche das Kühlmittel zugeführt wird, kann das gesamte Kühlmittel, welches in einem Umfangskanal fließt, durch den Schnittabschnitt auslaufen. Folglich läuft das Kühlmittel nicht an dem nächsten Schnittabschnitt aus (d. h. stromabwärts in der Richtung angeordnet, in welche das Kühlmittel zugeführt wird), und somit kann das geschmolzene Metall oder die Schlacke nicht leicht entfernt werden. Im Gegensatz dazu, erreicht im Falle, dass das zylindrische Werkstück vom stromabwärts in der Richtung geschnitten wird, in welche das Kühlmittel zugeführt wird, auch dann, wenn das Kühlmittel durch den Schnittabschnitt ausläuft, das Kühlmittel notwendigerweise den nächsten Schnittabschnitt (d. h. angeordnet stromaufwärts in der Richtung, in welche das Kühlmittel zugeführt wird), wobei das Kühlmittel zwangsläufig an den nächsten Schnittabschnitt ausläuft. Somit kann das geschmolzene Metall oder die Schlacke leicht an dem nächsten Schnittabschnitt entfernt werden.
Die obigen und weiteren Objektmerkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels eines erläuternden Beispiels gezeigt ist, deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, einer Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt von Hauptteilen der Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück aus 1;
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Gesamtheit des Halteelements schematisch darstellt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Gesamtheit eines in das Halteelement einzufügenden Druckelements zeigt;
5 ist eine vordere Seitenansicht der Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück aus 1; und
6 ist eine Seitenansicht im Querschnitt der Hauptteile der Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück, in welcher Durchmesser des Druckelements und des Halteelements aus dem in 2 gezeigten Zustand vergrößert sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, einer Schneidevorrichtung 10 für ein zylindrisches Werkstück, gemäß der bevorzugten Ausführungsform. 2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Hauptteils der Werkstück-Schneidevorrichtung 10. Die Schneidevorrichtung 10 für ein zylindrisches Werkstück umfasst: einen Motor 14 zum Drehen einer Spindel 12; ein Halteelement 16, welches mit der Spindel 12 verbunden ist und zusammen mit der Spindel 12 dreht; und einen Arbeitskopf 18 (siehe 2), welcher als eine Laserstrahlquelle zum Applizieren eines Laserstrahls L auf einen vorbestimmten Punkt auf einem hohlen zylindrischen Werkstück W dient, welches durch das Halteelement 16 gehalten ist.
Die Schneidevorrichtung 10 für ein zylindrisches Werkstück umfasst: eine Basis (nicht gezeigt); und eine erste Basisplatte 20 und eine zweite Basisplatte 22 (gezeigt in 1), welche auf der Basis angeordnet sind. Der Motor 14 ist durch die erste Basisplatte 20 gestützt. Andererseits ist ein Spindel-Stützelement 24, in welchem die Spindel 12 eingefügt ist, auf der zweiten Basisplatte 22 angeordnet. Eine Lagerung 26 ist derart zwischen dem Spindel-Stützelement 24 und der Spindel 12 angeordnet, dass die Spindel 12 durch das Spindel-Stützelement 24 drehbar getragen ist.
Ein erstes Riemenrad 30 ist äußerlich auf einer Drehwelle 28 des Motors 14 angeordnet. Andererseits ist ein zweites Riemenrad 32 äußerlich auf einem Endabschnitt der Spindel 12 angeordnet. Ein Steuerriemen 34 ist zwischen dem ersten Riemenrad 30 und dem zweiten Riemenrad 32 gewunden. Somit beginnt die Spindel 12 unter Einwirkung des Motors 14 zu drehen, wie weiter unten beschrieben.
Die Spindel 12 ist als ein Hohlkörper vorgesehen. Insbesondere hat die Spindel 12 ein Innenloch 36, welches sich länglich darin erstreckt.
Das Innenloch 36 ist an beiden länglichen Enden der Spindel 12 offen. Ein Stutzen 40 eines Rohranschlussstutzens 38 ist in einer der Öffnungen eingefügt. Ein Luftzufuhrrohr (nicht gezeigt), welches mit einem Hauptkörper 41 des Rohranschlussstutzens 38 über einen Rohranschluss 42 verbunden ist, ist mit einer Zufuhrquelle für komprimierte Luft verbunden, um komprimierte Luft als Kühlmittel zuzuführen. Mit anderen Worten durchläuft die komprimierte Luft, welche durch die Zufuhrquelle für komprimierte Luft zugeführt wird, das Luftzufuhrrohr und den Rohranschluss 42 und strömt anschließend in das Innenloch 36. Wie aus dem Obigen ersichtlich, dient das Innenloch 36 als ein Fließkanal für komprimierte Luft.
Der Stutzen 40 des Rohranschlussstutzens 38 weist eine abgeschnittene, konische Form auf und ist relativ zum Hauptkörper drehbar.
Wie in 2 gezeigt, ist das Halteelement 16 mit der Spindel 12 mittels des ersten Verbindungselements 44 und des zweiten Verbindungselements 46 verbunden. Insbesondere ist ein abgestufter Abschnitt 48 an einem Endabschnitt der Spindel 12 vorgesehen. Ein zylindrischer Vorsprung 50 des ersten Verbindungselements 44 ist in den abgestuften Abschnitt 50 eingefügt und ein erster Verbindungsbolzen 52, welcher von einer Endfläche des ersten Verbindungselements 44 eingefügt ist, ist in den Endabschnitt der Spindel 12 eingeschraubt.
Ein zweiter Verbindungsbolzen 54, welcher von einer Endfläche des zweiten Verbindungselements 46 eingeführt ist, steht mit einem Ende des ersten Verbindungselements 44 durch Einschrauben in Eingriff. Im Übrigen ist der zweite Verbindungsbolzen 54 relativ zum ersten Verbindungsbolzen 52 radial nach innen angeordnet.
Ein ringförmiges Einführloch 56 ist in einem Endabschnitt des zweiten Verbindungselements 46 gebildet. Andererseits, wie in den 2 und 3 gezeigt, ist ein Abschnitt von kleinem Durchmesser 58, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als der andere Abschnitt, auf einem Endabschnitt des Halteelements 16 vorgesehen. Der Abschnitt von kleinem Durchmesser 58 ist in das Einführloch 56 eingefügt. Ein Verbindungsstift 60, welcher sich zu einem Boden des Einführlochs 56 hin erstreckt, ist in dem Abschnitt von kleinem Durchmesser 58 eingebettet. Der Verbindungsstift 60 ist in einem Passloch 62 eingepasst, welches am Boden des Einführlochs 56 vorgesehen ist, um das zweite Verbindungselement 46 mit dem Halteelement 16 zu verbinden.
Ein Abdichtelement 64 ist an einer Innenwand des Einführlochs 56 vorgesehen. Das Abdichtelement 64 dichtet eine Lücke zwischen dem zweiten Verbindungselement 46 und dem Halteelement 16 ab, um das Austreten der komprimierten Luft zu verhindern.
Wie in 3 gezeigt, ist das Halteelement 16 ein Hohlkörper, welcher aufweist: den Abschnitt von kleinem Durchmesser 58; einen im Wesentlichen zylindrischen Halteabschnitt 66, welcher einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der des Abschnitts von kleinem Durchmesser 58; und einen Anschlagabschnitt 68, welcher einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der des Halteabschnitts 66. Insbesondere ist das Halteelement 16 mit einem Einführ-Durchgangsloch 70 vorgesehen, welches sich in einer Längsrichtung des Halteelements 16 erstreckt. Im Übrigen steht das Einführ-Durchgangsloch 70 in Verbindung mit Verbindungslöchern 72 und 74, welche das erste Verbindungselement 44 beziehungsweise das zweite Verbindungselement 46 durchdringen.
Das Halteelement 16 ist mit einer Mehrzahl von Radialkanälen 76 vorgesehen, welche sich von dem Einführ-Durchgangsloch 70 zu einer Seitenwand (Außenwand) radial erstrecken. Mit anderen Worten sind die Radialkanäle 76 in Verbindung mit dem Einführ-Durchgangsloch 70.
Jeder der Radialkanäle 76 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung des Halteelements 16. Einer der Radialkanäle 76, welcher von dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 58 zu einem Teil des Anschlagabschnitts 68 herausgeschnitten ist, ist dem anderen von den Radialkanälen 76 benachbart vorgesehen, welcher von dem Anschlagabschnitt 68 zu einem Teil des Abschnitts von kleinem Durchmesser 58 herausgeschnitten ist.
Eine Mehrzahl von Umfangskanälen (Kühlmittelkanälen) 78 erstreckt sich in Umfangsrichtung auf der Seitenwand des Halteabschnitts 66 des Halteelements 16, um die benachbarten Radialkanäle 76 zu verbinden. Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, reichen die Umfangskanäle 78 nicht bis zum Einführ-Durchgangsloch 70. Mit anderen Worten sind die Umfangskanäle 78 nicht in direkter Verbindung mit dem Einführ-Durchgangsloch 70, sondern stehen mit dem Einführ-Durchgangsloch 70 nur über die Radialkanäle 76 in Verbindung.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Druckelement 80 in das Innere des derart angeordneten Halteelements 16 eingesetzt. Ferner werden ein erstes Durchmesser-Veränderungselement 82 und ein zweites Durchmesser-Veränderungselement 84 in das Innere des Druckelements 80 eingesetzt. Ein vorbestimmter Abstand ist vorgesehen zwischen: dem ersten Durchmesser-Veränderungselement 82; und den Verbindungslöchern 72, 74 der ersten und zweiten Verbindungselemente 44, 46 und des Einführ-Durchgangslochs 70 des Halteelements 16.
Wie in 2 gezeigt, ist das Druckelement 80 ein Hohlkörper. Wie in 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl von (vier in der vorliegenden Ausführungsform) Schlitzen 86, welche von der Innenwand zu der Außenwand durchdringen, auf dem Druckelement 80 in Längsrichtung vorgesehen. Die Schlitze 86 umfassen erste Schlitze, welche sich von einem linken Ende zu einem rechten Ende in 4 erstrecken, und zweite Schlitze, welche sich von dem rechten Ende zu dem linken Ende erstrecken, die abwechselnd angeordnet sind.
Bedingt durch das Vorhandensein der Schlitze 86, verursacht das Druckelement 80 leicht eine elastische Verformung.
Zwei erste Nocken 88 und 90, welche in Durchmesser derselben in eine Richtung progressiv abnehmen (d. h. verjüngen), die sich von den linken und rechten Enden weg trennt, sind auf einer Innenwand des Druckelements 80 vorgesehen (siehe insbesondere 2). Im Übrigen hat das Druckelement 80 einen konstanten inneren Durchmesser an oder nahe einem Mittelabschnitt desselben über eine vorbestimmte Länge.
Andererseits weist das erste Durchmesser-Veränderungselement 82 einen zylindrischen Abschnitt 92 und einen zweiten Nocken 94 auf, welcher sich allmählich in Durchmesser in eine Richtung reduziert (verjüngt), in welche es in das Druckelement 80 einzusetzen ist. Der zweite Nocken 94 wird in das Druckelement 80 eingesetzt, unter Beibehaltung des gleitbaren Kontakts mit dem ersten Nocken 88.
Das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 ist näherungsweise als ein Kegelstumpf gebildet, mit einer Seitenwand, die in eine Richtung, in welche es in das Druckelement 80 einzufügen ist, sich verjüngt. Die Seitenwand dient als ein Nocken, welcher in gleitbarem Kontakt mit dem ersten Nocken 90 steht. Die Seitenwand wird als ein zweiter Nocken 96 bezeichnet.
Das erste Durchmesser-Veränderungselement 82 und das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 sind jeweils in Längsrichtung durch Einführlöcher 98 und 100 durchdrungen. Eine Verbindungsstange 102 ist in die Einführlöcher 98 und 100 eingesetzt. Ferner ist eine Spiralfeder 104 zwischen dem ersten Durchmesser-Veränderungselement 82 und dem zweiten Durchmesser-Veränderungselement 84 angeordnet, zum elastischen Vorspannen des ersten Durchmesser-Veränderungselements 82 und des zweiten Durchmesser-Veränderungselements 84 in eine Richtung, in welche diese voneinander zu trennen sind.
Ein breiter Flansch 106 ist auf einem linken Ende der Verbindungsstange 102 (in 2) vorgesehen. Eine Endfläche des Flansches 106 ist in einem abgestuften Aufnahmeabschnitt 108 aufgenommen, welcher an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 92 des ersten Durchmesser-Veränderungselements 82 bereitgestellt ist.
Das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 weist an einem Boden desselben (rechtes Ende in 2) einen Scheibenkörper 110 auf. Der Scheibenkörper 110 weist einen Durchmesser auf, welcher dem Durchmesser des Einführ-Durchgangslochs 70 des Halteelements 16 entspricht, und ist in das Loch 70 eingesetzt. Der Scheibenkörper 110 und das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 sind mittels eines dritten Verbindungsbolzens 112 miteinander verbunden.
Ein scheibenförmiges Abdeckelement 116 ist mit einer Außenseite (rechtes Ende in 2) des Scheibenkörpers 110 mittels eines vierten Verbindungsbolzens 114 verbunden. Der Durchmesser des Abdeckelements 116 ist größer als der Durchmesser des Einführ-Durchgangslochs 70. Mit anderen Worten kann das Abdeckelement 116 nicht in das Einführ-Durchgangsloch 70 eingesetzt werden.
Löcher für Vorsprünge 118 bzw. 120 erstrecken sich durch den Scheibenkörper 110 und das Abdeckelement 116.
Der rechte Endabschnitt (in 2) der Verbindungsstange 102 steht nach außen durch das Einführloch 100 des zweiten Durchmesser-Veränderungselements 84 und die Löcher für Vorsprünge 118 und 120 des Scheibenkörpers 110 und des Abdeckelements 116 vor. Ein Gewindeabschnitt 122 ist auf dem rechten vorstehenden Endabschnitt vorgesehen. Zwei Befestigungsmuttern 124 und 126 sind auf den Gewindeabschnitt 122 geschraubt. Die Durchmesser der Befestigungsmuttern 124 und 126 sind kleiner als der Durchmesser des Lochs 120 und sind größer als der Durchmesser des Lochs 118.
In der obigen Anordnung, wie in 5 gezeigt, sind eine Abgabedüse 128 (Abgabemechanismus) zur Abgabe von Argongas, Stickstoffgas, komprimierter Luft oder dergleichen und eine Saugdüse 130 (Saugeinheit) zum Ansaugen des obigen Gases nahe einem Außenumfang des zylindrischen Werkstücks W einander gegenüberliegend angeordnet.
Wie in 5 gezeigt, liegt der Arbeitskopf 18 dem Halteelement 16 gegenüber, wobei er zu einer stromabwärtigen Seite hin in einer Drehrichtung relativ zu einer Linie versetzt ist, welche sich von einem Drehmittelpunkt O des Halteelements 16 erstreckt, d. h. ein Durchmesser des Halteelements 16 (virtuelle Linie M1). Mit anderen Worten bildet eine virtuelle Achsenlinie M2 des Laserstrahls L einen Winkel θ relativ zu der virtuellen Linie M1. in der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber der Winkel θ als ein Einfallswinkel bezeichnet.
Die Schneidevorrichtung 10 für ein zylindrisches Werkstück gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben gezeigt aufgebaut, und als Nächstes werden Funktionsweisen und Effekte derselben detailliert beschrieben.
Um einen Metallring zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens zum Einsatz in einem stufenlos verstellbaren Getriebe zu produzieren, wird zunächst eine rechteckige dünne Metallplatte ausgeschnitten. Die rechteckige dünne Metallplatte wird gebogen und entgegengesetzte Enden derselben werden geschweißt und miteinander verbunden, wodurch das zylindrische Werkstück W (zylindrischer Körper) erhalten wird. Im Übrigen liegt die Dicke der dünnen Metallplatte üblicherweise in einem Bereich von ungefähr 0,3 bis 0,4 mm. Die dünne Metallplatte ist vorzugsweise aus Maraging-Stahl hergestellt.
Um das zylindrische Werkstück W zu schneiden, wird die Seitenwand des Halteelements 16 von der Seite des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 58 her in das Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks W eingesetzt. Die Verlagerung des zylindrischen Werkstücks W wird durch den Anschlagabschnitt 68 des Halteelements 16 gestoppt, wodurch das zylindrische Werkstück W an dem Halteabschnitt 66 positioniert wird. Ein kleiner Abstand wird zwischen der Außenwand des Halteabschnitts 66 und der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W gebildet.
Anschließend wird das Halteelement 16 mit dem zweiten Verbindungselement 46 über den Verbindungsstift 60 derart verbunden, dass das zylindrische Werkstück W durch die Schneidevorrichtung 10 für ein zylindrisches Werkstück gehalten wird.
Wie oben beschrieben, kann das zylindrische Werkstück W aufgrund von Schweißhitze verzerrt werden. Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform der Durchmesser des Halteelements 16 vergrößert, um das zylindrische Werkstück W zu drücken.
Insbesondere werden die Befestigungsmuttern 124 und 126 in eine Befestigungsrichtung geschraubt. Somit werden die Befestigungsmuttern 124 und 126 zu dem zweiten Durchmesser-Veränderungselement 84 hin verlagert. Da die Durchmesser der Befestigungsmuttern 124 und 126 größer als der Durchmesser des Lochs 118 sind, drücken die Befestigungsmuttern 124 und 126 den Scheibenkörper 110, um das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 zu dem ersten Durchmesser-Veränderungselement 82 hin zu drücken.
Gleichzeitig wird, wenn die Befestigungsmuttern 124 und 126 geschraubt werden, der Gewindeabschnitt 122 der Verbindungsstange 102 nach rechts in 2 gezogen. Somit wird die Verbindungsstange 102 zu dem zweiten Durchmesser-Veränderungselement 84 hin verlagert.
Wie oben beschrieben, ist der Flansch 106 der Verbindungsstange 102 in dem abgestuften Aufnahmeabschnitt 108 des ersten Durchmesser-Veränderungselements 82 gelagert. Dementsprechend wird das erste Durchmesser-Veränderungselement 82 von der Verbindungsstange 102 gezogen, welche zu dem zweiten Durchmesser-Veränderungselement 84 hin verlagert wird. Mit anderen Worten wird das erste Durchmesser-Veränderungselement 82 zu dem zweiten Durchmesser-Veränderungselement 84 hin zusammen mit der Verbindungsstange 102 verlagert.
Insbesondere werden, wie in 6 gezeigt, sowohl das erste Durchmesser-Veränderungselement 82 als auch das zweite Durchmesser-Veränderungselement 84 in Längsrichtung verlagert, um tief in das Druckelement 80 eingesetzt zu werden, begleitend zur Kompression der Sprungfeder 104. Die Verlagerung bringt die jeweiligen zweiten Nocken 94 und 96 des ersten und des zweiten Durchmesser-Veränderungselements 82 und 84 in Kontakt mit den ersten Nocken 88 und 90 des Druckelements 80 an Abschnitten mit größeren Durchmessern. Folglich werden die ersten Nocken 88 und 90 durch die zweiten Nocken 94 und 96 gedrückt. Die durch die zweiten Nocken 94 und 96 angewandte Druckkraft ist nach außen in eine radiale Richtung des Druckelements 80 gerichtet.
Die Druckkraft vergrößert den Durchmesser des Druckelements 80. Der Grund dafür ist, dass das Druckelement 80 radial nach außen durch die ersten Nocken 88 und 90 gedrückt wird, welche auf der Innenwand davon vorgesehen sind. Wie oben beschrieben vergrößert sich, da sich das Druckelement 80 leicht elastisch verformt, der Durchmesser ebenfalls leicht.
Das vergrößerte Druckelement 80 drückt im Wesentlichen gleichmäßig den Halteabschnitt 66 des Halteelements 16 radial nach außen. Wie in 3 gezeigt, ist das Halteelement 16 mit der Mehrzahl der Radialkanäle 76 und der Umfangskanäle 78 bereitgestellt. Somit ist das Halteelement 16 ebenfalls reich an Elastizität. Insbesondere verformt sich das Halteelement 16 leicht elastisch, wenn es durch das Druckelement 80 gedrückt wird, und erhöht sich dadurch im Durchmesser im Wesentlichen gleichförmig.
Zum Beispiel berührt dann, wenn das zylindrische Werkstück W derart verzerrt ist, dass es einen unregelmäßigen inneren Durchmesser aufweist, die Seitenwand des Halteabschnitts 66 als erstes einen Teil des zylindrischen Werkstücks W mit dem kleinsten Innendurchmesser in dem Durchmesser-Vergrößerungsprozess. Andererseits bleiben die anderen Teile des zylindrischen Werkstücks W mit einem Durchmesser größer als der des Teils mit dem kleinsten Innendurchmesser von der Seitenwand des Halteabschnitts 66 weg beabstandet.
Wenn der Halteabschnitt 66 sich weiter im Durchmesser vergrößert, vergrößert sich auch der Teil mit dem kleinsten Innendurchmesser im Durchmesser. Dann berührt die Seitenwand des Halteabschnitts 66 einen anderen Teil des zylindrischen Werkstücks W mit einem leicht größeren Innendurchmesser.
Wenn der Halteabschnitt 66 weiterhin im Durchmesser vergrößert wird, vergrößert sich auch der Teil mit dem kleinsten Innendurchmesser weiterhin im Durchmesser, und der Teil mit dem leicht größeren Innendurchmesser vergrößert sich ebenfalls im Durchmesser. Auf diese Weise tritt, wenn der Halteabschnitt 66 progressiv im Durchmesser größer wird, die Seitenwand des Halteabschnitts 66 schließlich in Kontakt mit einem Teil des zylindrischen Werkstücks W mit dem größten inneren Durchmesser.
Zu diesem Zeitpunkt sind der Teil mit dem kleinsten Innendurchmesser und der Teil mit einem etwas größeren Innendurchmesser auf ungefähr denselben Innendurchmesser wie der größte Innendurchmesser vergrößert. Mit anderen Worten wird das zylindrische Werkstück W umgeformt, um im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufzuweisen.
Somit ist das zylindrische Werkstück W umgeformt. Im Übrigen, wenn die Befestigungsmuttern 124 und 126 übermäßig geschraubt werden, wird die Verlagerung des Abdeckelements 116 durch den Anschlagabschnitt 68 des Halteelements 16 derart gestoppt, dass die Verlagerung des Scheibenkörpers 110 und ebenfalls die Verlagerung des ersten und des zweiten Durchmesser-Veränderungselements 82 und 84 verhindert werden. Somit wird auch die Durchmesservergrößerung des Druckelements 80 und des Halteabschnitts 66 gestoppt.
Anschließend können die Befestigungsmuttern 124 und 126 in einer Richtung gedreht werden, um die Muttern zu lösen. Zu diesem Zeitpunkt spannt die Spiralfeder 104 in elastischer Weise das erste und das zweite Durchmesser-Veränderungselement 82 und 84 in eine Richtung vor, um voneinander getrennt zu werden. Folglich werden des erste und das zweite Durchmesser-Veränderungselement 82 und 84 verlagert, um von dem Inneren des Druckelements 80 getrennt zu werden.
Dementsprechend kommen die jeweiligen zweiten Nocken 94 und 96 des ersten und des zweiten Durchmesser-Veränderungselements 82 und 84 mit den ersten Nocken 88 und 90 des Druckelements 80 an Abschnitten mit kleinerem Durchmesser in Kontakt. Dementsprechend werden die ersten Nocken 88 und 90 von dem durch die zweiten Nocken 94 und 96 ausgeübten Druck entlastet. Mit anderen Worten nimmt, da die Druckkraft zum Vergrößern des Durchmessers des Druckelement 80 nicht länger einwirkt, das Druckelement 80 im Durchmesser ab.
Dementsprechend nimmt ebenfalls der Halteabschnitt 66 des Halteelements 16 im Durchmesser ab. Der Grund dafür ist, dass das Halteelement 16 aus der Druckkraft des Druckelements 80 freigegeben wird.
Wenn der Halteabschnitt 66 im Durchmesser abnimmt, kann der Halteabschnitt 66 zu dem Zustand zurückgebracht werden, wie in 2 gezeigt (d. h. Anfangszustand vor der Durchmesservergrößerung) oder in einen Zustand zurückgebracht werden, in welchem der Halteabschnitt 66 einen Durchmesser aufweist, welcher leicht größer als der Durchmesser in dem Anfangszustand ist. In der folgenden Beschreibung wird es angenommen, dass der Halteabschnitt 66 zu dem Anfangszustand zurückgebracht wird.
Im Übrigen wird auch dann, wenn der Halteabschnitt 66 des Halteelements 16 und das Druckelement 80 zu dem Anfangszustand zurückgebracht werden, da das zylindrische Werkstück W nicht genügend Elastizität aufweist, das zylindrische Werkstück W, nachdem es umgeformt wurde, nicht in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt. Mit anderen Worten wird die im Wesentlichen kreisförmige Form nach der Umformung aufrechterhalten.
Als nächstes wird der Motor 14 angetrieben. Danach beginnt die Drehwelle 28 des Motors 14 zu drehen. Das erste Riemenrad 30 dreht sich in Verbindung mit der Drehung der Drehwelle 28, um den Steuerriemen 34 zu drehen und verursacht folglich die Drehung des zweiten Riemenrads 32. In Verbindung damit, beginnen die Spindel 12 und das mit der Spindel 12 verbundene Halteelement 16 zu drehen.
Die Drehantriebskraft des Motors 14 ist vorzugsweise derart eingestellt, dass das zylindrische Werkstück W, welches durch das Halteelement 16 gehalten ist, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 30 bis 200 m/Min dreht. Im Übrigen dreht sich, da die Lagerung 26 zwischen der Spindel 12 und dem Spindel-Stützelement 24 wie oben beschrieben angeordnet ist, das Spindel-Stützelement 24 nicht. Ferner dreht sich in dem Rohranschlussstutzen 38 nur der Stutzen 40, ohne die Drehung des Hauptkörpers 41 zu begleiten.
Gleichzeitig werden die Abgabeeinrichtung und die Ansaugeinrichtung angetrieben, um die Abgabe von komprimierter Luft und dergleichen (Transfermittel) von der Abgabedüse (Transfermittel-Abgabeeinheit) 128 zu starten und um ein Ansaugen durch die Saugdüse 130 zu starten. Da die Abgabedüse 128 und die Saugdüse 130 einander gegenüberliegen, strömt die komprimierte Luft und dergleichen, welche durch die Abgabedüse 128 abgegeben werden, zu der Saugdüse 130 hin.
Vor oder nach dem Durchströmen wird komprimierte Luft (Kühlmittel) von der Quelle für komprimierte Luft zugeführt. Die komprimierte Luft strömt zu dem Rohranschlussstutzen 38 durch das Luftzufuhrrohr und den Rohranschluss 42, um dem Innenloch 36 der Spindel 12 über den Stutzen 40 zugeführt zu werden.
Die komprimierte Luft strömt in das Innenloch 36 und durchläuft den Abstand zwischen: dem zylindrischen Abschnitt 92 des ersten Durchmesser-Veränderungselements 82; und den Verbindungslöchern 72 und 74 des ersten und des zweiten Verbindungselements 44 und 46 und dem Einführ-Durchgangsloch 70 des Halteelements 16. Danach erreicht die komprimierte Luft das Innere des Halteelements 16, d. h. das Einführ-Durchgangsloch 70. Die komprimierte Luft bewegt sich weiter zu der Außenwand (Seitenwand) über die Radialkanäle 76 (siehe 3) in das Halteelement 16, welche in Verbindung mit dem Einführ-Durchgangsloch 70 stehen, so dass ein Teil der komprimierten Luft in Längsrichtung mit der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W in Kontakt tritt. Der Rest der komprimierten Luft strömt in den Umfangskanälen 78 entlang der Seitenwand des Halteabschnitts 66, während sie in Umfangsrichtung mit der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W in Kontakt tritt.
Wenn der Durchmesser des Halteabschnitts 66 des Halteelements 16 und der Durchmesser des Druckelements 80 von dem umgeformten Durchmesser des zylindrischen Werkstücks W reduziert werden, ist ein kleiner Abschnitt zwischen der Seitenwand des Halteabschnitts 66 und der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W vorhanden. Dementsprechend bildet die komprimierte Luft eine Luftschicht an dem Abstand. Derweilen dient, da die komprimierte Luft zur Seitenwand des Halteelements 16 strömt, die Seitenwand als eine Kühleinrichtung mit exzellenter Kühleffizienz.
Im Übrigen strömt dann, wenn der Durchmesser des Halteabschnitts 66 und der Durchmesser des Druckelements 80 unverändert von dem umgeformten Durchmesser des zylindrischen Werkstücks W bleiben, die komprimierte Luft immer noch zwischen der Seitenwand des Halteabschnitts 66 und der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W hinein, um eine Luftschicht zu bilden.
Anschießend wird der Laserstrahl L von dem Arbeitskopf 18 auf das zylindrische Werkstück W appliziert. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Laserstrahl L zuerst in einer Nachbarschaft des rechten Endes (in 2) des zylindrischen Werkstücks W appliziert, d. h. auf die am weitesten stromabwärts liegende Seite in die Zuführrichtung der komprimierten Luft. Zu diesem Zeitpunkt entsprechen der Abschnitt, auf welchen der Laserstrahl L appliziert ist, und die Position von einem der Umfangskanäle 78 im Wesentlichen einander.
Wenn der Laserstrahl L auf den Abschnitt des zylindrischen Werkstücks W appliziert wird, erhöht sich die Temperatur des Abschnitts und der Abschnitt schmilzt, so dass ein Metallring aus dem zylindrischen Werkstück W an dem geschmolzenen Abschnitt herausgeschnitten wird. Während des Schmelzens wird das Metallmaterial (z. B. Maraging-Stahl) des zylindrischen Werkstücks W sublimiert, um ein Sublimationsmetallgas zu erzeugen. Es ist zu verstehen, dass das Sublimationsmetallgas ebenfalls erzeugt wird, auch dann, wenn das zylindrische Werkstück W aus einem Metall hergestellt ist, welches von Maraging-Stahl verschiedenen ist, wie beispielsweise Edelstahl oder dergleichen.
Während des Schneidens kann, wenn die Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Werkstücks W zwischen 30 und 200 m/Min ist, genügend Energie zum Schneiden des zylindrischen Werkstücks W eingesetzt werden. Mit anderen Worten kann das zylindrische Werkstück W leicht geschnitten werden. Wenn die Drehgeschwindigkeit innerhalb des obigen Bereichs liegt, wird eine kleine Menge von geschmolzenem Metall pro Zeiteinheit aus den folgenden Gründen generiert.
Da das zylindrische Werkstück W gedreht wird, fällt der Laserstrahl L intermittierend auf den gleichen Abschnitt des zylindrischen Werkstücks W ein.
Der Grund dafür ist, dass der Abschnitt nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl L, als ein Ergebnis der Drehung des zylindrischen Werkstücks W, von dem Laserstrahl L entfernt wird.
Im Allgemeinen ist die Energiedichte des Laserstrahls L an dem Mittelpunkt einer Spotbreite hoch und an einer Peripherie derselben niedrig. Mit anderen Worten zeigt der Laserstrahl L eine Verteilung der Energiedichte. Dementsprechend wird ein Teil des zylindrischen Werkstücks W, auf welchen der zentrale Bereich der Spotbreite des Laserstrahls L einfällt, leicht sublimiert, während ein anderer Teil des zylindrischen Werkstücks W, auf welchen der Seitenabschnitt der Spotbreite einfällt, nicht leicht sublimiert wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit innerhalb des obigen Bereichs liegt, wird der Teil, auf welchen der zentrale Bereich der Spotbreite (hohe Energiedichte) einfällt, sofort sublimiert, um in Sublimationsmetallgas umgewandelt zu werden. Andererseits, obwohl die Temperatur des Teils, auf welchen der Seitenabschnitt davon (niedrige Energiedichte) einfällt, größer wird, bleibt die Temperatur im Wesentlichen unterhalb des Schmelzpunktes davon. Aufgrund der Drehung des zylindrischen Werkstücks W wird der Teil von dem Laserstrahl L entfernt, wodurch verhindert wird, dass die Temperatur des Teils ansteigt, so dass es schwierig ist, dass die Temperatur des Teils den Schmelzpunkt überschreitet. Somit ist es schwierig, geschmolzenes Metall zu erzeugen, wodurch das Erzeugen von Schlacke verhindert wird.
Im Übrigen wird der Teil sublimiert, wenn der Mittelpunkt der Spotbreite des Laserstrahls L in der zweiten oder nachfolgenden Umdrehung des zylindrischen Werkstücks W bestrahlt wird. Dementsprechend wird, wie oben beschrieben, das zylindrische Werkstück W geschnitten, um einen Metallring zu erhalten.
Ferner kann, da im Wesentlichen das gesamte erzeugte Sublimationsmetallgas durch die Saugdüse 130 angesaugt werden kann, eine Ablagerung des Sublimationsmetallgases auf dem zylindrischen Werkstück W und somit das Entstehen von Schlacke verhindert werden.
Ferner dient die Seitenwand des Halteelements 16 als eine effektive Kühleinrichtung durch die zugeführte komprimierte Luft. Dementsprechend wird die Temperatur von Teilen des zylindrischen Werkstücks W, die von dem Teil verschieden sind, der durch den Laserstrahl L bestrahlt wird, nicht erhöht, so dass die Teile vom Schmelzen abgehalten werden und ein Erzeugen von Schlacke an den Teilen verhindert werden kann.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Luftschicht zwischen der Seitenwand des Halteelements 16 und der Innenwand des zylindrischen Werkstücks W gebildet. Somit wird, auch dann, wenn geschmolzenes Metall und Schlacke erzeugt werden, das geschmolzene Metall und die Schlacke durch die Luftschicht absorbiert.
Wenn sich das geschmolzene Metall, welches während des Schneidens erzeugt wurde, sich verfestigt, wird eine Schichtmarkierung (Zugmarkierung) auf dem zylindrischen Werkstück W entlang des Laserstrahls L erzeugt. Allerdings ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, der Arbeitskopf 18 an einer Position angeordnet, welche von der Drehmittellinie des Halteelements 16 versetzt ist. Dementsprechend fällt der Laserstrahl L auf das zylindrische Werkstück W mit einem Einfallwinkel θ ein.
In diesem Verfahren wird eine Zugmarkierung geradlinig von der Außenwand zu der Innenwand des zylindrischen Werkstücks gebildet, d. h. in der dicken Richtung des zylindrischen Werkstücks. In dieser Anordnung haftet die Schlacke kaum daran (lagert sich kaum an).
Mit anderen Worten kann, da der Arbeitskopf 18 an einer Position angebracht ist, welche von der Rotationsmittellinie des Halteelements 16 versetzt ist, und der Laserstrahl L auf das zylindrische Werkstück W mit einem Einfallswinkel θ appliziert wird, die Ablagerung der Schlacke ferner effektiv verhindert werden.
Wenn das zylindrische Werkstück W geschnitten wird, ist, da der durch den Laserstrahl L bestrahlte Teil und die Position des Umfangskanals 78 im Wesentlichen einander entsprechen, der Umfangskanal 78 nach außen freigelegt, und dann entweicht Luft der Luftschicht nach außen. Anschließend wird die Luftschicht zentrifugal zerstreut. Der Grund dafür liegt in der Drehung des Halteelements 16.
Die Luftschicht trägt das geschmolzene Metall oder die Schlacke. Mit anderen Worten kann, auch dann, wenn das geschmolzene Metall oder die Schlacke erzeugt werden, das geschmolzene Metall oder die Schlacke effizient von der Schnittposition entfernt werden.
In dieser Anordnung wird komprimierte Luft usw. aus der Abgabedüse 128 abgegeben, während die komprimierte Luft durch die Saugdüse 130 angesaugt wird. Da die komprimierte Luft und dergleichen zu der Saugdüse 130 hin strömt, wird die Luftschicht durch die komprimierte Luft und dergleichen transferiert und strömt zu der Saugdüse 130 hin. Wie aus dem Obigen zu verstehen ist, dient die komprimierte Luft und dergleichen als ein Transfermittel zum Transferieren der Luftschicht zu der Saugdüse 130 hin, wobei dadurch die Luftschicht effizient entfernt wird.
Zusätzlich werden das Sublimationsmetallgas, das geschmolzene Metall und dergleichen, welche an dem Schnittabschnitt in dem Schneidevorgang durch den Laserstrahl L erzeugt wurden, ebenfalls durch die komprimierte Luft oder dergleichen zu der Saugdüse 130 hin transferiert. Somit wird der Schnittabschnitt sauber gehalten.
Nachdem ein Metallring wie oben beschrieben erhalten wurde, wird der Arbeitskopf 18, wie in 2 gezeigt, bewegt, um einen anderen Teil des zylindrischen Werkstücks W mit dem Laserstrahl L zu bestrahlen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Arbeitskopf 18 ebenfalls zu einer Position bewegt, welche einem anderen der Umfangskanäle 78 entspricht. Anschießend wird das zylindrische Werkstück W, in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben, geschnitten.
Wenn das zylindrische Werkstück W von einem linken Ende desselben nahe dem zweiten Verbindungselement 46 geschnitten wird, d. h. an einer stromaufwärtigen Seite, in welche die komprimierte Luft zugeführt wird, kann die gesamte komprimierte Luft, welche zu dem Inneren des Halteelements 16 zugeführt wird, durch den Schnittabschnitt austreten, so dass die Luftschicht zwischen der Seitenwand des Halteabschnitts 66 und dem zylindrischen Werkstück W nicht gebildet werden kann. Allerdings strömt, da der Schneidevorgang des zylindrischen Werkstücks W an der stromabwärtigen Seite der Richtung beginnt, in welcher die komprimierte Luft zugeführt wird, die komprimierte Luft, welche dem Inneren des Halteelements 16 zugeführt wird, zu einem Bereich zwischen der Seitenwand des Halteabschnitts 66 und der Innenwand eines noch zu schneidenden Abschnitts des zylindrischen Werkstücks W hin. Dementsprechend kann, da die Luftschicht kontinuierlich gebildet wird, das geschmolzene Metall und die Schlacke, welche an dem Schnittabschnitt generiert wurden, leicht entfernt werden.
Im Übrigen, obwohl die komprimierte Luft als ein Kühlmittel in der obigen Ausführungsform verwendet wird, können andere Gase oder Flüssigkeiten benutzt werden. Wenn eine Flüssigkeit verwendet wird, wird eine Flüssigkeitsschicht anstelle der oben beschriebenen Luftschicht gebildet. Die Flüssigkeitsschicht dient ebenfalls dazu, das geschmolzene Metall oder die Schlacke effizient aus dem Schnittabschnitt zu entfernen. In Bezug auf eine exzellente Kühleffizienz und niedrige Kosten ist die Flüssigkeit vorzugsweise Wasser.
Ferner kann das Transfermittel, welches von der Abgabedüse 128 abgegeben wird, eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser sein. Mit dieser Anordnung kann der Schnittabschnitt effizienter gekühlt werden und der Schnittabschnitt kann sauberer gehalten werden. Im Übrigen versteht es sich, dass, wenn Flüssigkeit verwendet wird, die Abgabedüse 128 und die Saugdüse 130 derart angeordnet sind, dass die Strahlung des Laserstrahls L nicht blockiert wird.
Ferner muss die Bestrahlungsposition des Laserstrahls L nicht der Position des Umfangskanals 78 entsprechen. Der Grund dafür ist, dass auch dann, wenn die Bestrahlungsposition des Laserstrahls L und die Position des Umfangskanals 78 einander nicht entsprechen, das Austreten der Flüssigkeitsschicht oder der Luftschicht nicht blockiert ist.
Ferner es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung anwendbar ist, um einen Metallring herzustellen, in einer Struktur, die verschieden ist von einem Kraftübertragungsriemen, welcher in einem stufenlos verstellbaren Getriebe eines Fahrzeugs eingesetzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-297074 [0002]
JP 63-053912 [0003]
JP 59-062879 [0003]

Claims

Schneidevorrichtung für ein zylindrisches Werkstück zum Schneiden eines hohlen zylindrischen Werkstücks (W) aus Metall durch einen Laserstrahl (L), welcher durch eine Laserstrahlquelle (18) appliziert wird, in eine Mehrzahl von Metallringen, wobei die Schneidevorrichtung umfasst: ein Halteelement (16), welches eine Seitenwand aufweist, die in ein Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks (W) eingesetzt ist, wobei das Halteelement als eine Kühleinrichtung zum Kühlen des zylindrischen Werkstücks (W) dient; wobei die Seitenwand des Halteelements (16) zu einer Innenwand des Durchgangsloches des zylindrischen Werkstücks (W) hin und von dieser weg verlagerbar ist; wobei, wenn die Seitenwand des Halteelements (16) in des Durchgangsloch des zylindrischen Werkstücks (W) eingesetzt ist, die Seitenwand zu der Innenwand des Durchgangslochs hin verlagert wird und dadurch die Innenwand derart drückt, dass das zylindrische Werkstück (W) in eine im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt wird; und wobei das zylindrische Werkstück (W), welches in die im Wesentlichen kreisförmige Form umgeformt wurde, durch den Laserstrahl (1) geschnitten wird.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Druckelement (80), welches in ein Inneres des Halteelements (16) eingesetzt wird und welches einen ersten Nocken (88, 90) auf einer Innenwand desselben aufweist, wobei der erste Nocken (88, 90) derart verjüngt ist, dass ein Durchmesser desselben in eine Längsrichtung desselben progressiv abnimmt, wobei ein Durchmesser des Druckelements (80) dazu ausgebildet ist, vergrößert und verkleinert zu werden; und ein Durchmesser-Veränderungselement (82, 84), welches einen zweiten Nocken (94, 96) zum Kontaktieren mit dem ersten Nocken (88, 90) des Druckelements (80) aufweist, wobei das Durchmesser-Veränderungselement (82, 84) längs einer Längsrichtung des Druckelements (80) in Richtungen verlagerbar ist, in welcher es in ein Inneres des Druckelements (80) einzusetzen und von diesem zu trennen ist, wobei dann, wenn das Durchmesser-Veränderungselement (82, 84) in die Richtung verlagert wird, in welche es in das Innere des Druckelements (80) einzusetzen ist, der zweite Nocken (94, 96) mit dem ersten Nocken (88, 90) in Kontakt gebracht wird, um den ersten Nocken (88, 90) derart zu drücken, dass der Durchmesser des Druckelementes (80) vergrößert wird, um das Halteelement (16) von dem Inneren her zu drücken, wobei das Halteelement (16) zu der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks (W) hin verlagert wird; und wobei dann, wenn das Durchmesser-Veränderungselement (82, 84) in die Richtung verlagert wird, in welche es von dem Inneren des Druckelements (80) zu trennen ist, der erste Nocken (88, 90) von einem durch den zweiten Nocken (94, 96) ausgeübten Druck entlastet wird, um den Durchmesser des Druckelements (80) in einer Richtung zu verkleinern, in welche es von dem Halteelement (16) zu trennen ist, wobei das Halteelement (16) in eine Richtung weg von der Innenwand des Durchgangslochs des zylindrischen Werkstücks (W) verlagert wird.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Mehrzahl von Kühlmittelkanälen (78), welche sich in Umfangsrichtung entlang der Seitenwand des Halteelements (16) erstrecken, und durch welche das Kühlmittel strömt.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 3, wobei die Laserstrahlquelle (18) an einer Position von einem von den Kühlmittelkanälen (78), welche sich in Umfangsrichtung entlang der Seitenwand des Halteelements (16) erstrecken, stoppt, und den Laserstrahl (L) an der Position abstrahlt, um das zylindrische Werkstück (W) zu schneiden.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Saugeinheit (130) zum Ansaugen des Kühlmittels, welches durch einen Schnittabschnitt ausläuft, wenn das zylindrische Werkstück (W) geschnitten wird.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Transfermittel-Abgabeeinheit (128) zur Abgabe eines Transfermittels, welches das Kühlmittel, welches durch den Schnittabschnitt ausgelaufen ist, zu der Saugeinheit (130) hin transferiert.
Schneidevorrichtung (10) für ein zylindrisches Werkstück nach Anspruch 1, wobei die Laserstrahlquelle (18) das zylindrische Werkstück (W) von stromabwärts nach stromaufwärts in einer Richtung schneidet, in welche das Kühlmittel zugeführt wird.