JP2009538741A - 棒状または管状の工作物を切削加工するための装置 - Google Patents

Abstract

工具（７、２６、４４、４６）の送りが、工具（７、２６、４４、４６）を支持する工具ホルダ（３、２５、４５）と送りスリーブ（４、２４、４７）の相対回転によって初めて生じる、棒状または管状の工作物（１、２７）を切削加工するための装置を提案する。工具ホルダ（３、２５、４５）と送りスリーブ（４、２４、４７）は同じ伝動軸（１７）上に配置された、反対向きのはすばを有する歯車（１９、１８）を介して駆動される。伝動軸（１７）の軸方向運動により、はすばに基づいて、工具ホルダ（３、２５、４５）と送りスリーブ（４、２４、４７）の相対回転が達成される。さらに、フライス（２６、４４）を工具として使用することが提案される。

Description

本発明は、加工すべき工作物用の通路を有し、加工すべき工作物の縦軸線回りに回転可能に支承されかつ駆動される、ほぼ半径方向に送り可能な複数の工具を備えた工具ホルダと、工具ホルダに対して同心的に回転可能に支承されかつ駆動される送りスリーブと、工具ホルダと送りスリーブの相対運動を生じるための相対運動手段と、工具ホルダと送りスリーブの相対運動を工具の送り運動に変換するための送り手段とを備えた、棒状または管状の工作物を切削加工するための装置に関する。

このような装置は、管と棒を皮むきするための機械（回転皮むき機）として特許文献１によって知られている。この種の装置は、棒状または管状の工作物の表面の外周を皮むきし、表面の不具合を除去し、および／または工作物を所望な直径にするためのものである。そのために、工作物はその縦軸線の方向に装置を通って案内される。この場合、この縦軸線回りに回転する複数の皮むき工具が外周を切削加工する。

所定の皮むき直径に調節するために、特にその摩耗を補償するために、工具は半径方向に送り可能である。上記の従来技術では、ほぼ円板状の工具ホルダの周りに、円錐状のスリーブが設けられている。工具ホルダと円錐状スリーブは同じ軸線回りに同じ角速度で回転する。その際、皮むき工具とそれに属する工具支持体の背部が円錐状スリーブの内面に接触する。工具の送り運動を達成するために、円錐状スリーブが工具ホルダと相対的に軸方向に摺動させられるので、円錐状スリーブの縮小する内径に基づいて、工具が回転軸線の方へ半径方向に摺動する。

従って、最大直径を加工する際に、工具または工具支持体は円錐状スリーブの前方外側エッジに接触する。これにより、発生する大きな力に関連して、工具が非対称になり、かつ回転が不均一になり、それに伴い加工された工作物の真円度に望ましくない歪みが生じることになる。

独国特許発明第１９５０３７７２Ｃ２号明細書

本発明の課題は、上記の欠点のない代替的な送り機構を有する冒頭に述べた種類の装置を提供することである。

この課題は、冒頭に述べた種類の装置において、工具ホルダと送りスリーブの相対運動が工具ホルダの回転軸線に対して同心的な相対回転であることによって解決される。

送りスリーブと工具ホルダの相対回転は、送りスリーブと工具ホルダの回転速度を送り運動のために短時間で容易に区別しなければならないことを意味する。工具ホルダと送りスリーブとの間の軸方向相対運動の代わりの相対回転は、送りのための新規で有利なやり方をもたらす。特に、工具または工具支持体を、最大加工直径のために円錐体の外側エッジで案内する必要がなくなる。

本発明に係る装置は、各工具用送り手段が送りスリーブに設けられた工具ガイドを備え、各工具ガイドが、送りスリーブ回転軸線に対する間隔が時計回りに小さくなるように延在配置され、各工具が所属の工具ガイドに直接接触しているかまたは工具支持体を介して接触するように形成可能である。

工具ガイドは例えば平らな軌道である。送りスリーブと工具ホルダの相対回転中に工具の背部または工具支持体がこの軌道に沿って滑動する。その代わりに、回転要素、例えばころがり軸受を介して案内してもよい。

さらに、相対運動手段が伝動装置を備え、この伝動装置が、以下の特徴、すなわち
ａ） 送りスリーブの歯付きリングにかみ合う、伝動軸上に配置された、第１はすばを有するスリーブ駆動歯車と、
ｂ） 工具ホルダの歯付きリングにかみ合う、同じ伝動軸上に配置された、第１はすばと反対向きの第２はすばを有するホルダ駆動歯車と、
ｃ） 送りスリーブおよび／または工具ホルダと相対的に伝動軸を制御して軸方向に摺動させるための手段とを備えているように、本発明に係る装置を形成すると有利である。

スリーブ駆動歯車とホルダ駆動歯車の両はすばが反対方向に向いていることは、スリーブ駆動歯車が右ねじれの歯を有し、工具ホルダ駆動歯車が左ねじれの歯を有するかまたはその逆であることを意味する。伝動装置の回転中、伝動軸が送りスリーブおよび工具ホルダと相対的に軸方向に摺動すると、これははすばに基づいてこの摺動中にスリーブ駆動歯車またはホルダ駆動歯車の角速度を少しだけ高めるかまたは低くすることになる。例えばホルダ駆動歯車が幾分速く回転し、スリーブ駆動歯車が幾分遅く回転すると、ホルダ駆動歯車とスリーブ駆動歯車の間に相対回転運動が生じることになる。それによって、送り運動のための相対回転が工具ホルダと送りスリーブのための駆動に統合される。

本発明に係る装置は、ホルダ駆動歯車またはスリーブ駆動歯車が１個の主駆動歯車によって駆動されるように形成可能である。

さらに、本発明に係る装置は、工具がカッタであるように形成可能である。

さらに、本発明に係る装置は、工具がフライスであるように形成可能である。

フライスは加工速度が大幅に高められるという大きな利点を有する。フライスは通常は面の加工のために設けられるが、カッタを使用する際にフライスによってさらに、加工された棒状または管状の工作物の真円度の十分な精度が達成される。というのは、フライスが工具の形状および高い回転速度に基づいて実質的に工作物を線状にのみ加工するからである。

本発明に係る装置は、工具が切削工具のセットおよび非切削工具のセットを備えるように形成可能である。切削工具は既に述べたフライスまたはカッタでもよい。

その際、加工すべき材料が先ず最初に切削工具によって加工され、続いて非切削工具によって加工されるように、切削工具と非切削工具が加工すべき材料の前進駆動方向に見て並べて配置されるように、本発明に係る装置が形成されていると有利である。

それによって、非切削工具は後加工のために役立つ。

特に、非切削工具が研磨工具、特に研磨ローラを備えた研磨工具であるように、本発明に係る装置が形成されていると有利である。

本発明に係る装置を、非切削工具が同時に加工すべき材料のためのセンタリング部材としての働きをするように形成可能である。

次に、本発明の例示的な実施形態を図に基づいて説明する。

４個のうちの１個の皮むきカッタを示す、皮むきヘッドの斜視図である。 皮むきヘッドを駆動するための伝動装置を示す図である。 複数のフライスを備えた皮むきヘッドを示す図である。 フライスと研磨ローラを備えた他の皮むきヘッドを示す図である。 図４に対して垂直な方向から、フライスと研磨ローラを示す図である。

図１と２は、棒状工作物１の表面を皮むきするための皮むき機の一部を示している。図１はこのような皮むき機の皮むきヘッド２を示している。この皮むきヘッド２はほぼ円板状の工具ホルダ３と送りスリーブ４とからなっている。この送りスリーブは、工具ホルダ３を取り囲むその前側部分だけが図１において見える。工具ホルダ３は中央に貫通穴５を有し、加工すべき工作物１（図２に示してある）がその加工のためにこの貫通穴を通って案内される。工具ホルダ３には工具支持体６が固定されている。この工具支持体は貫通穴５の方に向いたその端部に、皮むきカッタ７を備えている。図１では、見やすくするために、工具支持体６は１個だけしか示していない。実際には、それぞれ１個の皮むきカッタ７を備えた全部で４個の工具支持体６が設けられている。この工具支持体は工具ホルダ３の保持溝８内に適当な方法で配置される。工具支持体６はほぼ半径方向の工具支持体６の摺動を可能にする案内帯板９によって工具ホルダ３に固定されている。工具支持体６の軸方向の運動を防止するために、案内帯板９は段差部３３を有し、この段差部に工具支持体６が背後から係合する。

工具ホルダ６がほぼ半径方向に案内可能であるので、工具ホルダを所望な加工直径に調節することができ、かつ皮むきカッタ７の進行する摩耗に合わせて切込み送りを調節することができる。

送りスリーブ４は各工具ホルダ６のために案内要素１０を備えている。この案内要素１０は工具ホルダ３の方に向いた平らな案内面１１を有するブロックの形をしている。図１では、斜視図のため、この案内面は２つだけしか見えない。この案内面にはそれぞれ、工具支持体６の背壁側の端部に取付けられた交換可能な支持要素１２によって、工具支持体６が支持されている。案内面１１は送りスリーブ４ひいては工具ホルダ３に対して同心的ではなく、半径が図１において時計回りに連続的に小さくなっている。工具ホルダ３が送りスリーブ４と相対的に時計回りに回転すると、案内軌道１１の半径が小さくなるので、工具支持体６は支持要素１２を介してほぼ半径方向内側へ摺動させられる。これにより、所望な半径に調節されるかまたは工具支持体６ひいては皮むきカッタ７が送られる。案内面１１全体にわたって、工具支持体６は案内要素１０に対して同じように接触する。それによって、加工可能なすべての半径で、皮むきカッタ７は同じ力で工作物１に作用することができる。

図２は、工作物１の加工中に工具ホルダ３と送りスリーブ４の相対回転がどのようにして行われるかを明らかにする。図２は送りスリーブ４と工具ホルダ３を駆動するための駆動装置の断面を概略的に示している。図２において、工具ホルダ３は工作物１に作用する１個の皮むきカッタ７によって略示してある。工作物１を案内するための要素は、見やすくするために図示していない。工具ホルダ３は工具ホルダ歯付きリング１４を備えた中空軸１３に固定連結されている。工作物１は中空軸１３を通って案内されている。送りスリーブ４は送りスリーブ歯付きリング１５に固定連結され、ボールベアリング１６を介して中空軸１３上に回転可能に支承されている。共通の伝動軸１７には、ホルダ駆動歯車１８とスリーブ駆動歯車１９が固定されている。この場合、ホルダ駆動歯車１８は工具ホルダ歯付きリング１４にかみ合い、スリーブ駆動歯車１９は送りスリーブ歯付きリング１５にかみ合っている。ホルダ駆動歯車１８は主駆動歯車２０によって駆動され、この主駆動歯車はさらに図示していないモータによって駆動される。本明細書において図示したすべての歯車１８〜２０および歯付きリング１４、１５ははすばを有する。例えばホルダ駆動歯車１８は右ねじれの歯を有する。スリーブ駆動歯車１９は反対向きの、すなわち左ねじれの歯を有する。ホルダ駆動歯車１８およびスリーブ駆動歯車１９と協働する歯付きリング１４、１５は、ホルダ駆動歯車１８にかみ合う主駆動歯車２０と同様に、かみ合いに適したそれぞれ反対向きの歯を有する。歯車１８、１９と歯付きリング１４、１５は、伝動軸１７がその軸方向位置を変更しないかぎり、工具ホルダ３と送りスリーブ４が同じ角速度で回転するように互いに調和している。

既に述べたように、皮むきカッタ７の送りのために、送りスリーブ４と工具ホルダ３の相対回転が必要である。このような相対回転を生じるために、伝動装置回転時に、伝動軸１７は軸方向駆動装置２１によって所定の距離だけ軸方向に摺動させられる。それと同時に、ホルダ駆動歯車１８とスリーブ歯付きリング１９が摺動させられる。摺動中、ホルダ駆動歯車１８とスリーブ駆動歯車１９が送りスリーブ歯付きリング１５または工具ホルダ歯付きリング１４および主駆動歯車２０にかみ合ったままになるように、工具ホルダ歯付きリング１４、送りスリーブ歯付きリング１５および主駆動歯車２０の軸方向長さが適切に採寸されている。

伝動軸１７が矢印２２で示す回転方向の際に軸方向前方へ、すなわち図２において左側へ摺動させられると、はすばに基づいて送りスリーブ歯付きリング１５が軸方向運動しない場合よりも幾分ゆっくり駆動される一方、工具ホルダ歯付きリング１４は上記よりも幾分速く駆動される。すなわち、伝動軸１７の軸方向摺動中、工具ホルダ３は送りスリーブ４と比較して幾分高い角速度で回転する。その結果、工具ホルダ３と送りスリーブ４の所望な相対回転が生じる。工具ホルダ３の高い角速度により、工具ホルダ３は送りスリーブ４に対して図１において時計回りに回転させられるので、工具支持体６は案内面１１の延長形状に基づいて半径方向内側に送られる。

図示していない測定技術によって、加工された工作物１の半径を測定し、伝動軸１７の軸方向位置の制御のために使用することができる。

図３は送りスリーブ２４と工具ホルダ２５を備えた皮むきヘッド２３を例示的に示している。ここでは、棒状工作物２７を加工するための４個のフライス２６が工具として設けられている。フライス２６はそれぞれ、フライスヘッド２９の回転のための電動機２８によって駆動される。送りスリーブ２４は各フライス２６のために、案内面３１を有する案内要素３０を備えている。フライス２６の支持要素３２がそれぞれ案内面に支持されている。図３の皮むきヘッド２３は図１の皮むきヘッド２と全く同じように、図２の伝動装置を備えた機械において使用可能である。送りスリーブ２４と相対的な工具ホルダ２５の時計回りの相対回転によって、支持要素３２が案内面３１上を滑ることにより、フライス２６は工具ホルダ２５の回転軸線の方へ半径方向に送られる。回転軸線からのこの案内面の半径はその延長方向に（図３において時計回りに）連続的に小さくなっている。

図４は３個のフライス４４を備えた他の皮むきヘッド４３を示している。このフライスは図示していない方法で工具ホルダ４５に固定されている。同様に工具ホルダ４５に固定された３個の研磨工具４６が付加的に設けられている。

図５は、１個のフライス４４および１個の研磨工具４６と共に、加工すべき工作物１を示す側面図である。工作物１の上方に記入した矢印は、加工のための工作物１の前進駆動方向を示している。各フライス４４および研磨工具４６は互いに直径方向に対向するように配置されているので、フライス４４によっておよび研磨工具４６によって工作物１に加えられる半径方向力は互いに反対向きである。フライス工具４４の縦軸線は研磨工具４６の縦軸線と同様に、工作物１の駆動方向に対して垂直な１つの共通の平面内に位置している。研磨工具４６はその先端に、研磨ローラ５３を備えている。この研磨ローラは、図５の右上の部分拡大図に示すように、ある程度の長さにわたって工作物１に押し付けられて接触している。一平面内に配置された研磨工具４６によって、研磨作用のほかに同時に、フライス４４と協働して、センタリング作用が付与される。フライス４４と研磨工具４６は、図３の例のフライス２６のように、送りスリーブ４７によって工作物１の方へ送られる。これは工具ホルダ４５と相対的に工作物と同心的な軸線の回りに送りスリーブ４７を回転させることによって行われる。フライス４４と研磨工具４６は支持要素４８によって、それぞれの案内要素５０の案内面４９に半径方向に支持されている。工具ホルダ４５を送りスリーブ４７と相対的に時計回りに回転させると、時計回りに小さくなっている案内面４９の半径に基づいて、その都度のフライス４４またはその都度の研磨工具４６が工作物の方へ軸方向に送られる。工作物１を加工するために、皮むきヘッド４３全体が例えば時計回りに回転させられる。その際、工作物１の前進駆動と皮むきヘッド４３の回転速度は、フライスヘッド５１が工作物全周を加工するように互いに調和させられる。その際、フライスヘッド５１はその縦軸線回りに回転する。工具ホルダ４５に対して固定されたスリーブ部分５２はフライスヘッド５１を駆動するフライス軸５４を取り囲んでいる。

１ 工作物
２ 皮むきヘッド
３ 工具ホルダ
４ 送りスリーブ
５ 貫通穴
６ 工具支持体
７ 皮むきカッタ
８ 保持溝
９ 案内帯板
１０ 案内要素
１１ 案内面
１２ 支持要素
１３ 中空軸
１４ 工具ホルダ歯付きリング
１５ 送りスリーブ歯付きリング
１６ ボールベアリング
１７ 伝動軸
１８ ホルダ駆動歯車
１９ スリーブ駆動歯車
２０ 主駆動歯車
２１ 軸方向駆動装置
２２ 回転方向
２３ 皮むきヘッド
２４ 送りスリーブ
２５ 工具ホルダ
２６ フライス
２７ 工作物
２８ 電動機
２９ フライスヘッド
３０ 案内要素
３１ 案内面
３２ 支持要素
３３ 段差部
４３ 皮むきヘッド
４４ フライス
４５ 工具ホルダ
４６ 研磨工具
４７ 送りスリーブ
４８ 支持要素
４９ 案内面
５０ 案内要素
５１ フライスヘッド
５２ スリーブ部分
５３ 研磨ローラ
５４ フライス軸

Claims (11)

1. ａ） 加工すべき工作物（１、２７）用の通路（５）を有し、加工すべき工作物（１、２７）の縦軸線回りに回転可能に支承されかつ駆動される、ほぼ半径方向に送り可能な複数の工具（７、２６）を備えた工具ホルダ（３、２５）と、
   ｂ） 工具ホルダ（３、２５）に対して同心的に回転可能に支承されかつ駆動される送りスリーブ（４、２４）と、
   ｃ） 工具ホルダ（３、２５）と送りスリーブ（４、２４）の相対運動を生じるための相対運動手段と、
   ｄ） 工具ホルダ（３、２５）と送りスリーブ（４、２４）の相対運動を工具（７、２６）の送り運動に変換するための送り手段とを備えた、
   棒状または管状の工作物（１、２７）を切削加工するための装置において、
   ｅ） 工具ホルダ（３、２５）と送りスリーブ（４、２４）の相対運動が工具ホルダ（３、２５）の回転軸線に対して同心的な相対回転であることを特徴とする装置。
2. ａ） 各工具（７、２６）用送り手段が送りスリーブ（４、２４）に設けられた工具ガイド（１１、３１）を備え、各工具ガイド（１１、３１）が、送りスリーブ回転軸線に対する間隔が時計回りに小さくなるように延在配置され、
   ｂ） 各工具（７、２６）が所属の工具ガイド（１１、３１）に直接接触しているかまたは工具支持体（６）を介して接触していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 相対運動手段が伝動装置を備え、この伝動装置が、以下の特徴、すなわち、
   ａ） 送りスリーブ（４、２４）の歯付きリング（１５）にかみ合う、伝動軸（１７）上に配置された、第１はすばを有するスリーブ駆動歯車（１９）と、
   ｂ） 工具ホルダ（３、２５）の歯付きリング（１４）にかみ合う、同じ伝動軸（１７）上に配置された、第１はすばと反対向きの第２はすばを有するホルダ駆動歯車（１８）と、
   ｃ） 送りスリーブ（４、２４）および／または工具ホルダ（３、２５）と相対的に伝動軸（１７）を制御して軸方向に摺動させるための手段（２１）とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. ホルダ駆動歯車（１８）またはスリーブ駆動歯車（１９）が１個の主駆動歯車（２０）によって駆動されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 工具がカッタ（７）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 工具がフライス（２６）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
7. 工具が切削工具（７、２６、４４）のセットおよび非切削工具（４６）のセットを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 加工すべき材料（１、２７）が先ず最初に切削工具（７、２６、４４）によって加工され、続いて非切削工具（４６）によって加工されるように、切削工具（７、２６、４４）と非切削工具（４６）が加工すべき材料（１、２７）の前進駆動方向に見て並べて配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 非切削工具が研磨工具（４６）であることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 研磨工具（４６）が研磨ローラ（５３）を備えていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 非切削工具（４６）が同時に、加工すべき材料（１、２７）のためのセンタリング部材としての働きをすることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置。

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