JP2004534666A - 数値的に制御されたオービタル機械加工装置 - Google Patents

数値的に制御されたオービタル機械加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】円筒状の切削工具(14)によって被加工物で円筒状の又は円錐形の孔を開けるためのオービタル機械加工装置(10)を提供する。
【解決手段】
本装置は、主軸から切削工具(14)の中心軸線(16)の径方向の距離を制御するために構成された径方向オフセット機構を含む。径方向オフセット機構は、偏心円筒孔を有する内部円筒体（24）を含み、前記偏心円筒孔は、平行で、且つ径方向に長手方向の中心から前記内部円筒体（24）の軸線をオフセットする長手方向の中心軸線を有し、及び偏心の円筒孔を有している外部円筒体（36）、前記外部円筒体（36）の前記偏心円筒孔は、長手方向の中心軸線（38）を有し、前記外部円筒体の軸線は、平行で且つ長手方向の中心から径方向にオフセットされ、前記内部円筒体（24）は、外部円筒体（36）の前記偏心円筒孔で、径方向に支持されていて及びその中で回転でき、前記主軸から切削工具(14)の前記中心軸線の径方向の距離を調整する。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、装置自体の軸を中心として回転し、且つ機械加工される孔の長手方向の中心軸線に対する主軸を中心として偏心（オービタル運動）する切削工具によって被加工物に孔を開けるための、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、主軸に関する切削工具軸線の径方向のオフセット（オービタル径）を調整するための、前記装置の改良機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第99/62661号パンフレットは、被加工物に孔を機械加工するための装置を開示する（特許文献１参照。）。そのパンフレットにおいて当該装置は、装置自体の軸線を中心として切削工具を回転させるスピンドルモータを含み、当該切削工具は孔の長手方向の中心軸線に対応する主軸を中心として偏心回転する。また当該装置は、主軸に関して軸の径方向オフセットを調整するための機構を含む。径方向のオフセット調整機構は、形成される円錐形の孔の機械加工中に、切削工具自体の軸線を中心として切削工具を回転させつつ被加工物内に切削工具を軸送りしながら、径方向のオフセットが変更できるように構成されている。この機構は、比較的構造的に複雑で、比較的大きな空間を長手方向に占有し、スピンドルモータは、装置の支持構造体から片持ちにされた態様で、実質的に突き出しており、それが開口される孔の機械加工精度に影響を及ぼす可能性がある。
【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】
【０００３】
本発明は、構造的により単純で且つより小型の改良された径方向オフセット調整機構を提供することである。それは、主軸を中心としたオービタル動作を実行し、且つ切削工具を被加工物内に軸方向に送りつつ連続的に径方向にオフセット調整することができるように構成されている。それによって、実質的に円筒状に成形された切削工具を使用して、円筒状の孔又はみぞだけでなく、円錐形又はテーパの付いた形状又は断面を有する孔又はみぞを作成することができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的のために、本発明の装置は、孔の機械加工中、長手方向の軸線を中心として切削工具を回転するように構成された第１の作動装置と、
前記軸線と実質的に平行な軸送り方向に切削工具を移動するように構成された第２の作動装置であって、前記第１の作動装置と同時に使用可能な前記第２の作動装置と、
主軸を中心として切削工具を回転させるように構成された第３の作動装置であって、前記主軸が、工具の前記中心軸線と実質的に平行且つ機械加工される孔の長手方向の中心軸線と同軸であり、前記第１及び第２の作動装置と同時に使用可能である前記第３の作動装置と、
前記主軸から切削工具の軸線の径方向の距離を制御するように構成された径方向オフセット機構と、を備える。本発明によると、前記径方向のオフセット機構は、偏心した円筒孔を有する内部円筒体を備える。前記偏心円筒孔は長手方向の中心軸線を有し、該中心軸線は前記内部円筒体の長手方向の軸線と平行で且つ径方向にオフセットしており、また前記偏心円筒孔は、前記切削工具を操作するために径方向及び回転可能に主軸ユニットを支持するように構成されている。
【０００５】
更に、本発明の装置は、偏心円筒孔を有する外部円筒体を備える。前記外部円筒体の前記偏心円筒孔は長手方向の中心軸線を有し、それは前記外部円筒体の長手方向の中心軸線と平行で、且つ所定距離だけ径方向にオフセットしている。その距離は、前記内部円筒体の偏心円筒孔の前記中心軸線と前記内部円筒体の前記中心軸線との間の距離と等しく、前記内部円筒体は外部円筒体の前記偏心円筒孔に径方向に支持されて内部で回転可能であり、それによって切削工具の前記主軸からの前記中心軸線の径方向距離を調整するようになっている。
【０００６】
本発明の更なる目的は、上述した種類の径方向オフセット調整機構を提供することであり、径方向オフセット機構の基本的な構造上の構成は、機械加工装置の部品が中心に偏心して回転（オービタル運動）する正確な質量バランシングを可能にし、その結果、装置の加工作業中、振動が排除され且つ実質的に低減される。
【０００７】
この目的のため、前記内部円筒体は、その重心が、内部円筒体の前記偏心円筒孔内で回転可能に支持される主軸ユニットの重心に一致して配置されるように構成され、前記内部円筒体及び前記主軸ユニットの共通重心は、内部円筒体の中心軸線と一致し、また前記外部円筒体は、その重心が内部円筒体及び前記主軸ユニットの前記共通重心に一致して配置されるように構成され、当該外部円筒体及び前記主軸ユニットを備えた内部円筒体の共通重心は、前記外部円筒体の中心軸線と一致する。したがって、これは、回転径方向オフセット機構及びそれと共に回転する全ての部品の共通重心が、切削工具の現行の径方向オフセットに関係なく、主軸と一致又は実質的に一致するように配置されることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に示すように、オービタル機械加工装置10は、一般に主軸モータユニット12を含み、当該主軸モータユニット12は、ユニット自体の軸線16を中心として切削工具14、即ち径方向オフセット機構18、偏心回転機構20及び軸方向送り機構22を回転させる。装置10は、固定スタンド、又は、ロボットアーム等の、移動可能な部材に取り付けられる。
【０００９】
本発明の径方向オフセット機構18は、主軸ユニット12を内部で回転可能に支持する内部中空円筒体24を基本的に備える。主軸モータユニット12は、固定スリーブ28（図1）を介して、円筒体24内の偏心円筒孔26（図3）に回転可能に支持される。偏心円筒孔26は、円筒体24の長手方向の中心軸線32と平行だが径方向に距離eだけオフセットされた長手方向の中心軸線30（図3）を有する。
【００１０】
偏心内部円筒体24は、次に、第２の、外部中空円筒体36の軸方向に延びた偏心円筒孔34の内部に回転可能に支持される。偏心円筒孔34は、平行だが円筒体36（主軸）の中心軸線40から径方向に距離eだけオフセットされた長手方向の中心軸線38（図2）を有する。好ましくは、円筒体24及び36の孔26及び34は、同じだけ偏心している。即ち、孔中心軸線30及び38は円筒体24及び36の各中心軸線32及び40から同じ距離eだけ径方向にオフセットしている。外部円筒体36の偏心円筒孔34の内部での内部円筒体24の回転、又は円筒体24及び36の相互の相対的な回転によって、内部円筒体24の偏心円筒孔26の中心軸線30が、外部円筒体36の中心軸線40、ゆえに主軸ユニット12及び切削工具14の中心軸線16と一致するように位置することが可能である。この場合、径方向のオフセットが、切削工具軸線16の全ておいて存在するわけではない。この径方向オフセットがゼロの位置から離れて内側と外側の円筒体24及び36の180°の相互の相対的な回転を実行することによって、切削工具軸線16の最大オフセットが得られる。
【００１１】
基本的に外部円筒体36は、装置10の筐体42内に回転可能に支持されており、外部円筒体36に連結されたベルトホイール48と係合するベルト46を介してモータ44によって回転可能である。同様に、内部円筒体24はベルト52を介して更なるモータ50によって回転可能である。当該ベルト52は、いわゆるオールダム連結器56、又はあらゆる同等の連結器部材によって内部円筒体24に連結したベルトホイール54と係合し、それによってベルトホイール54は、偏心内部円筒体24の回転を発生させる間、ベルトホイール48に関して固定された同心位置で回転することが可能となる。円筒体24,36が同期して回転する場合、即ちそれらの各モータ50,44に及びベルト52、46によって同じ角速度である場合、加工作業中の軸16の径方向のオフセット値eの変更は起こらない。被加工物（図示せず）内への切削工具14の軸方向の送りと結合して、円筒孔又はみぞを内部で形成することができる。
【００１２】
内側と外側の円筒体24及び36が異なる速度で回転して相対的な回転が実行される場合、切削工具軸線16の径方向オフセット値eが変更される。これが、被加工物への切削工具14の軸方向の送りと結合したとき、被加工物に、円錐形の又はテーパの付いた孔、又は孔又はみぞの一部を形成することができる。
【００１３】
本発明の重要な側面によると、径方向オフセット機構の内側と外側の偏心円筒体24及び36の上記実施形態は、アンバランスの問題を克服することができる。そしてそれは、一般に前に既知の機械加工装置の回転及びオービタル運動部品の共通の重心が非中心位置にあることに起因する。
【００１４】
図２、４及び５で、外部円筒体36の重心をＡで示し、図３〜５で、内部円筒体24の重心をＢで示す。
【００１５】
中心軸線40からの外部円筒体36の孔34の、偏心又は固定径方向オフセットeは、中心軸線32からの内部円筒体24の孔26の偏心（即ち固定径方向オフセットe）と等しい（同じ距離にある）。したがって、主軸ユニット12及び切削工具中心軸線16は、外部円筒体36に関する位置に、内部円筒体24によって円弧状経路ｐ（図４及び５）に沿って移動することができる。その位置とは、図４で示すように、同じ角速度、即ち相互の相対的な回転なしで円筒体24及び36を回転させた場合、工具中心軸線16が外部円筒体36の中心軸線40と一致し、切削工具軸線16の径方向オフセットemin＝0になる位置である。図５で示し、上述したように、切削工具軸線16の最大径方向オフセット位置emaxは、内部円筒体24が図４の位置からの外部円筒体36に関して180°回転されたときに得られる。
【００１６】
２つの偏心体24及び36の上記の幾何学的なパラメータにより、作業中に、軸16の一般の径方向オフセットにかかわりなく、機械加工装置の回転及びオービタル部品のかなりの正確なバランシングを達成することができる。
【００１７】
このために、内部円筒体24の重さ及び重心Ｂは、孔26に取り付けられる主軸ユニット12の重さ及び重心Ｃに一致するように適合されており、当該内部円筒体24及びユニット12（及び一緒にそれと共に回転している全ての部品）の共通重心Ｄは、内部円筒体24の中心軸線32と一致する。したがって、重心Ｄは、内部円筒体24に関して主軸ユニット12が回転する位置と無関係で、中心軸線32で実質的に静止したままでなければならない。外部円筒体36の重さ及び重心Ａを外部円筒体36の共通重心Ｅ及び主軸ユニット12と内部円筒体24は、外部円筒体36（主軸で）の中心軸線40に位置するように適合させることによって、装置の回転及びオービタル運動部品が、作業中に実質的に振動を発生しないようにバランシングされることが一般に確保される。切削工具14の外部円筒体36及びしたがって周回速度の回転速度は、一般に100-300rpmのオーダである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に記載の径方向オフセット機構を備えオービタル機械加工装置の概略側断面図である。
【図２】本発明の径方向オフセット機構の外部円筒体の概略横断面図である。
【図３】本発明の径方向オフセット機構の内部円筒体の概略横断面図である。
【図４】外部円筒体の中心軸線と一致するように外部円筒体の偏心円筒孔に位置する内部円筒体の概略横断面図である。
【図５】軸の最大の径方向オフセットが得られるように外部円筒体内に位置する、内部円筒体の概略横断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
10 オービタル機械加工装置
12 主軸モータユニット
14 切削工具
16 （切削工具）軸線
18 径方向オフセット機構
20 偏心回転機構
22 軸送り機構
24 偏心内円筒体
26 偏心円筒孔
28 固定スリーブ
30 長手方向中心軸線
32 （円筒体24の)長手方向中心軸線
34 偏心孔
36 外部中空円筒体
38 （偏心孔34の)長手方向中心軸線
40 （外部中空円筒体36の)長手方向中心軸線
42 ハウジング
44 モータ
46 ベルト
48 ベルトホイール
50 モータ
52 ベルト
54 ベルトホイール
56 オールム連結器

Claims (2)

  1. 孔の機械加工中、切削工具(14)を長手方向の軸線(16)を中心として回転するように構成された第１の作動装置と、
    前記工具の軸線(16)と実質的に平行な軸送り方向に前記切削工具(14)を移動するように構成された第２の作動装置であって、前記第１の作動装置と同時に使用可能な前記第２の作動装置(22)と、
    前記切削工具(14)を主軸を中心として回転するように構成された第３の作動装置であって、前記主軸が、工具の前記中心軸線(16)と実質的に平行で、且つ機械加工される孔の長手方向の中心軸線と同軸であり、前記第１の作動装置及び前記第２の作動装置と同時に使用可能である前記第３の作動装置と、
    前記切削工具の軸線の、前記主軸からの径方向の距離を制御するように構成された径方向オフセット機構と、
    を備える、切削工具によって被加工物に孔を穿孔するためのオービタル機械加工装置において、前記径方向のオフセット機構が、
    偏心円筒孔(26)を有する内部円筒体(24)であって、前記偏心円筒孔(26)が長手方向の中心軸線(30)を有し、該中心軸線(30)が前記内部円筒体(24)の長手方向の中心軸線(32)と平行で且つ径方向にオフセットされており、更に前記偏心円筒孔(26)が、前記切削工具(14)を動作するために、主軸ユニット(12)を径方向に回転可能に支持するように構成された内部円筒体(24)と、
    偏心円筒孔(34)を有する外部円筒体(36)であって、前記外部円筒体(36)の前記偏心円筒孔(34)が長手方向の中心軸線(38)を有し、該中心軸線(30)が前記外部円筒体(36)の長手方向の中心軸線(38)と平行で且つ径方向に所定距離(e)だけオフセットされており、当該距離(e)が前記内部円筒体(24)の偏心円筒孔(26)の前記中心軸線(30)と内部円筒体(24)の前記中心軸線(32)との間の距離と等しく、前記切削工具(14)の前記中心軸線(16)の前記主軸からの径方向距離を調整するように、前記内部円筒体(24)が外部円筒体(36)の前記偏心円筒孔(24)に径方向に支持されて内部で回転可能なことを特徴とする装置。
  2. 前記内部円筒体(24)は、重心が前記内部円筒体(24)の前記偏心円筒孔(24)内で回転可能に支持される主軸ユニット(12)の重心(Ｃ)と一致して配置されるように構成され、前記内部円筒体(24)及び前記主軸ユニット(12)の共通重心(Ｄ)は内部円筒体(24)の中心軸線(32)と一致し、前記外部円筒体(36)は重心が前記内部円筒体(24)及び前記主軸ユニット(12)の前記共通重心(Ｄ)と一致して配置されるように構成され、前記外部円筒体(36)及び前記主軸ユニット（12)を備えた内部円筒体(24)の共通重心(Ｅ)は前記外部円筒体の中心軸線と一致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
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