JP2010517799A - ドリル及びリーマ加工用カッター - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特定の航空機では、黒鉛複合材料のような複合材料から作製された航空機の翼を、留め具により航空機の胴体のチタン部分に接合することが必要であり、この場合の留め具には、接合部分に開けられた穴を貫通するピン、ボルト又はリベットが含まれるがこれらに限定されない。胴体に翼を接合する作業は、一般に三段階で行われる従来式穿孔プロセスを要し、三段階とは即ち、順にパイロットドリル、ステップドリル、及び径のリーマ仕上げである。これら三つのステップはそれぞれ、乱雑ならせん状のチップを生成し、細長い穴を形成し、そして潤滑油を後に残す場合がある。また、各ステップにより、スタックの入口がでこぼこになり、出口にバリが生成されてしまう場合がある。
ドリルで穴を開けるための方法はいずれも、ハイブリッドスタックを穿孔するときに切削工具の寿命は大幅に短縮する。従来の三段階式穿孔工程では、前方のカッティングエッジが摩耗するだけでなくカッターの径も減少し、ドリルを再度研磨して再使用することができなくなる。
一部の実施形態では、ドリル用ビットは、第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝と、第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝とを含むことができる。第1のカッティングエッジは複合材料の層を切削するように構成し、第2のカッティングエッジは、チタン、アルミニウム、及びスチールからなる群より選択された材料の層を切削するように構成することができる。
実施形態により提供されうるドリル用ビットは、ドリル用ビット本体の、前記平面内の前記第1の距離及び第2の距離の一方の距離だけ離れた位置に、第3の切削溝を有することができる。
本発明の実施形態は、第1端が工具保持システムに係合し、第2端がパーツに係合するシャフトを有する切削工具を提供することができる。切削工具は、シャフトの中心線から第1の距離だけ離れたシャフト上の位置に第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝と、シャフトの中心線から第2の距離だけ離れたシャフト上の位置に第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝とを含むことができる。第1の距離は第2の距離より短くすることができる。さらに、一部の実施形態では、第1の切削溝は第2の切削溝より長くすることができる。
実施形態により提供されうる切削工具において、第1切削溝は、複合材料の層を切削するように構成することができ、第2の切削溝は、チタン材料の層を切削するように構成することができる。
航空機のパーツのスタックを供給すること、及び
切削工具を用いて穴をドリル又はリーマ加工すること
を含む。切削工具は、切削工具上の、シャフトの中心線から第1の距離だけ離れた位置に第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝と、切削工具上の、シャフトの中心線から第2の距離だけ離れた位置に第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝とを備えることができ、第1の距離は第2の距離より短く、且つ第1のカッティングエッジは第2のカッティングエッジより長い。
種々の実施形態において、穴をドリル又はリーマ加工することは、シャフトの中心線を中心に切削工具を回転させながら、環状穿孔の中心の周りでシャフトの中心線を周回させることを含むことができる。また、種々の実施形態において、ドリル又はリーマ加工することは、航空機のパーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をドリル加工すること、及び航空機のパーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をリーマ加工することの、一方又は両方を含むことができる。
種々の実施形態において、ドリル及び/又はリーマ加工することは、第1の切削溝を用いて航空機パーツのスタック中の層から比較的大きなチップを切削すること、及び第2の切削溝を用いて航空機パーツのスタック中の層から比較的小さなチップを切削することを含むことができる。
種々の実施形態により、穴の中心のまわりで周回運動を行い、且つドリル用ビットの中心軸を中心として回転するように構成することができるドリル用ビットを含む穿孔装置が提供される。ドリル用ビット上の第1のカッティングエッジは、中心軸に垂直な平面内において同中心軸から第1の距離だけ離れた位置に配置することができる。また、第2のカッティングエッジは、ドリル用ビットの、中心軸に垂直な平面内において同中心軸から第2の距離だけ離れた位置に配置することができる。第1の距離は第2の距離より短くすることができる。第1のカッティングエッジは第2のカッティングエッジより長くすることができる。
本発明の特徴、機能及び利点は、本発明の種々の実施形態において独立に達成することができるか、或いはまた別の実施形態において組み合わせることができる。
様々な作業は、種々の実施形態を理解し易くするために、複数の独立した作業として順次説明されるが、説明の順番は、これらの作業がそのような順に行われることを意味するものではない。
様々な品詞及び活用で「連結」及び「接続」という表現が使用される。これらの用語は、互いの同義語ではないことに注意されたい。そうではなく、特定の実施形態において、「接続」は、二つ以上の要素が直接物理的又は電気的に互いに接していることを意味するために使用することができる。「連結」は、二つ以上の要素が直接物理的又は電気的に接することを意味しうる。しかしながら、「連結」は、二つ以上の要素が互いに直接接してはいないが、互いに協働又は相互作用することを意味することもできる。
本説明で、「種々の実施形態」、「一実施形態」又は「実施形態」などの語法を使う場合、それぞれ、一又は複数の同じ又は異なる実施形態に言及している場合がある。さらに、本発明に記載の実施形態に関して使用される「備える」、「含む」、「有する」等の表現は、同義である。
本明細書に記載される種々の実施形態により、特定のスタックに使用される材料に適用されると環状穿孔工程に使用することができるカッターが提供される。これら実施形態により、厚いハイブリッドスタックに良質の穴を形成することが可能となり、且つカッターの寿命が延びる。ドリル用ビット及びカッターという用語は、本明細書及び請求の範囲に亘り、いずれかの用語が使用されるとき、穿孔に使用される装置、又はフライス削りに使用される装置、或いはその両方に言及していると考えられるという点で、交換可能な用語である。
種々の実施形態において、一又は複数の先導歯が提供され、この先導歯は、一又は複数の追跡歯より大きな直径を失い易い。これらの及び他の実施形態では、一又は複数の先導歯が磨耗の大部分を受けるため、一又は複数の追尾歯の直径は非常に精密に維持することができる。
種々の実施形態において、各カッティングエッジ16及び22を、処理又は注入、或いはそれ以外の方法で変化させることにより、その切削特性を変更することができる。例えば、限定しないが、多結晶ダイヤモンド(PCD)で第1のカッティングエッジ16を処理することができ、立方晶窒化ホウ素(CBN)で第2のカッティングエッジ2を処理することができる。
例えば、図1Cに示すように、一実施形態は、一又は複数の、同様に構成され、互いに対向して配置される切削溝17及び17’からなる第1の対であって、各々がシャフトの中心軸14から放射方向に第1の距離18だけ離れた位置に第1のカッティングエッジ16及び16’を有する切削溝17及び17’からなる第1の対と、一又は複数の、同様に構成され、互いに対向して配置される切削溝23及び23’からなる第2の対であって、各々がシャフトの中心軸14から放射方向に第2の距離24だけ離れた位置に第2のカッティングエッジ22及び22’を有する切削溝23及び23’からなる第2の対とを含むことができる。
種々の実施形態は、カッター本体、或いは、一又は複数の貫通孔38を有するドリル用ビット本体12を含むことができ、この貫通孔により、ドリル用ビット本体12は、加工物(図示しない)への流体を通過させることができる。この流体は、加工物の表面に出て、加工物から切削されたチップなどの破片を作業エリアから吹き飛ばすか、他の方法で移動させることができる。この流体は、例えば空気とすることができる。他の流体も使用可能である。一実施形態では、潤滑流体を穴38に通すことができる。
第1の挿入物50は、第1の材料、例えば炭素繊維複合材料のドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製することができる。第2の挿入物52は、第2の材料、例えばチタン、アルミニウム、又はスチールのドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製することができる。種々の実施形態において、第1の挿入物は多結晶ダイヤモンド(PCD)から作成することができ、第2の挿入物は立方晶窒化ホウ素(CBN)から作製することができる。
種々の実施形態は環状穿孔装置に使用することができる。図4は、本発明による種々の実施形態を示す概略的平面図である。ドリル用ビット10は環状穿孔の中心40のまわりで周回運動することができ、且つドリル用ビットの中心軸14を中心として回転することができる。第1のカッティングエッジ16は、「先導」カッティングエッジと考えることができ、通過の度に加工される材料の大部分を切削することができるもので、中心軸14から放射方向に第1の距離18だけ離れた位置に配置することができる。一方、第2のカッティングエッジ22は、「追尾」カッティングエッジと考えられ、中心軸14から放射方向に第2の距離だけ離れた位置に配置されて、通過の度に、加工される材料の最も外側の部分だけを切削することができる。このようにして、ドリル用ビットの直径の摩耗を低減することができ、よって一定の直径を有する穴の数を増やすことができる。
図5A及び5Bは、異なるチップの側面図であり、それぞれ種々の実施形態による機械加工作業において形成することが可能な大きさを示す。種々の実施形態において、図4に示す第1のカッティングエッジ16は、図5Aに示すような比較的大きなチップ60を切削することができ、一方第2のカッティングエッジ22は、図5Bに示すような比較的小さなチップ62を切削することができる。
種々の実施形態において、本方法の、穴70をドリル又はリーマ加工することは、中心軸14を中心に切削工具10を回転させながら、環状穿孔の中心40のまわりでシャフトの中心線14を周回させることを含むことができる。ドリル又はリーマ加工は、航空機のパーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をドリル加工すること、及び航空機のパーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をリーマ加工することの、一方又は両方を含むことができる。
種々の実施形態には、多結晶ダイヤモンド(PCD)で第1のカッティングエッジ16を処理すること、及び立方晶窒化ホウ素(CBN)で第2のカッティングエッジ22を処理することの、一方又は両方を含む方法が含まれる。他の実施形態では、本方法は、多結晶ダイヤモンド(PCD)からなる第1の挿入物50を第1のカッティングエッジ16として供給すること、及び立方晶窒化ホウ素(CBN)からなる第2の挿入物52を第2のカッティングエッジ22として供給することの、一方又は両方を含むことができる。第1の挿入物50及び第2の挿入物52を供給することには、ドリル用ビット上に、第1及び第2の挿入物の一方又は両方を、蝋着すること、はんだ付けすること、溶接すること又は接着することが含まれうる。
種々の実施形態には、第1の切削溝と第2の切削溝がほぼ同時に切削不能となるように、航空機パーツのスタックの材料特性に基づいて、第1の距離と第2の距離との関係を選択することが含まれうる。
Claims (34)
- 中心軸を有するドリル用ビット本体、
ドリル用ビット本体の、中心軸に垂直な平面内において中心軸から半径方向に第1の距離だけ離れた位置に配置される第1のカッティングエッジ、及び
ドリル用ビット本体の、中心軸に垂直な平面内において中心軸から半径方向に第2の距離だけ離れた位置に配置される第2のカッティングエッジ
を備えたドリル用ビットであって、第1の距離が第2の距離よりも短いドリル用ビット。 - 第1のカッティングエッジが第2のカッティングエッジよりも長い、請求項1に記載のドリル用ビット。
- ドリル用ビットの、前記平面内の第1の距離及び第2の距離のうちの一方の距離だけ離れた位置にカッティングエッジを有する第3の切削溝をさらに備える、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝、及び第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝をさらに備える、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1のカッティングエッジが複合材料の層を切削し、第2のカッティングエッジがチタン、アルミニウム、及びスチールからなる群より選択された材料の層を切削する、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 切削工具が環状穿孔装置において使用可能である、請求項1に記載のドリル用ビット。
- ドリル用ビット本体を貫通していることにより加工品への流体を通過させる一又は複数の穴をさらに含む、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1の挿入物を受けることにより第1のカッティングエッジを形成する第1の切削溝と、第2の挿入物を受けることにより第2のカッティングエッジを形成する第2の切削溝とをさらに含む、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1の挿入物が多結晶ダイヤモンド(PCD)から作製されており、第2の挿入物が立方晶窒化ホウ素(CBN)から作製されている、請求項8に記載のドリル用ビット。
- 第1の挿入物が、炭素繊維複合材料のドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製されており、第2の挿入物が、チタン及びスチールの一方又は両方のドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製されている、請求項8に記載のドリル用ビット。
- 第1のカッティングエッジが多結晶ダイヤモンド(PCD)で処理されており、第2のカッティングエッジが立方晶窒化ホウ素(CBN)で処理されている、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1のカッティングエッジが加工物を機械加工するとき、第2のカッティングエッジが加工物を機械加工するときより大きいチップを形成する、請求項1に記載のドリル用ビット。
- 第1端が工具保持システムに係合し、第2端がパーツに係合するシャフト、
シャフトの、同シャフトの中心線から第1の距離だけ離れた位置に第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝、及び
シャフトの、同シャフトの中心線から第2の距離だけ離れた位置に第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝
を備えた切削工具であって、第1の距離が第2の距離より短く、第1のカッティングエッジが第2のカッティングエッジより長い、切削工具。 - シャフトの中心線から第1の距離だけ離れた位置に第3のカッティングエッジを有する、第1の切削溝に対向する第3の切削溝と、シャフトの中心線から第2の距離だけ離れた位置に第4のカッティングエッジを有する、第2の切削溝に対向する第4の切削溝とをさらに備える、請求項13に記載の切削工具。
- 第1の切削溝が、各々がシャフトの中心線から第1の距離だけ離れた位置に第1のカッティングエッジを有し、互いに対向して配置された同じ構成の切削溝からなる一又は複数の第1の対のうちの一つであり、第2の切削溝が、各々がシャフトの中心線から第2の距離だけ離れた位置に第2のカッティングエッジを有し、互いに対向して配置された同じ構成の切削溝からなる一又は複数の第2の対のうちの一つである、請求項13に記載の切削工具。
- 第1の切削溝が複合材料の層を切削し、第2の切削溝がチタン材料の層を切削する、請求項13に記載の切削工具。
- 環状穿孔装置に使用することが可能な、請求項13に記載の切削工具。
- シャフトを貫通していることによりパーツから破片を除去するための流体を通過させることが可能な一又は複数の穴をさらに備える、請求項13に記載の切削工具。
- 第1の切削溝が第1の挿入物を受けることにより第1のカッティングエッジが形成され、第2の切削溝が第2の挿入物を受けることにより第2のカッティングエッジが形成される、請求項13に記載の切削工具。
- 第1の挿入物が多結晶ダイヤモンド(PCD)から作製されており、第2の挿入物が立方晶窒化ホウ素(CBN)から作製されている、請求項19に記載の切削工具。
- 第1の挿入物が、炭素繊維複合材料のドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製されており、第2の挿入物が、チタン及びスチールの一方又は両方のドリル加工に適した特徴を有することにより選択された材料から作製されている、請求項19に記載の切削工具。
- 第1のカッティングエッジが多結晶ダイヤモンド(PCD)により処理されており、第2のカッティングエッジが立方晶窒化ホウ素(CBN)により処理されている、請求項13に記載の切削工具。
- 航空機の異種コンポーネントのスタックをドリル及び/又はリーマ加工する方法であって、
航空機パーツのスタックを供給すること、及び
切削工具を使用して穴をドリル又はリーマ加工すること
を含み、前記切削工具が、
シャフトの中心線から第1の距離だけ離れた位置に第1のカッティングエッジを有する第1の切削溝と、
シャフトの中心線から第2の距離だけ離れた位置に第2のカッティングエッジを有する第2の切削溝と
を含み、第1の距離は第2の距離より短く、且つ第1のカッティングエッジは第2のカッティングエッジより長いものである、方法。 - 穴をドリル又はリーマ加工することが、シャフトの中心線を中心に切削工具を回転させながら、環状穿孔の中心の周りでシャフトの中心線を周回させることを含む、請求項23に記載の方法。
- ドリル又はリーマ加工することが、航空機パーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をドリル加工することと、航空機パーツのスタックに含まれる少なくとも一つの層をリーマ加工することとの、一方又は両方を含む、請求項23に記載の方法。
- 航空機パーツのスタックを供給することが、航空機の翼の、複合材料を含む部分と、航空機の胴体の、チタン、スチール、及びアルミニウムからなる群より選択された材料から作製された部分とを整列させることを含む、請求項23に記載の方法。
- 多結晶ダイヤモンド(PCD)で第1のカッティングエッジを処理することと、立方晶窒化ホウ素(CBN)で第2のカッティングエッジを処理することとの、一方又は両方をさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 第1カッティングエッジとして多結晶ダイヤモンド(PCD)からなる第1の挿入物を供給することと、第2のカッティングエッジとして立方晶窒化ホウ素(CBN)からなる第2の挿入物を供給することとの、一方又は両方をさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 第1の挿入物を供給することと、第2の挿入物を供給することとの一方又は両方が、切削工具上に第1の挿入物と第2の挿入物の一方又は両方を、蝋着すること、はんだ付けすること、溶接すること、及び接着することからなる群より選択された一つを含む、請求項28に記載の方法。
- ドリル及び/又はリーマ加工することが、航空機パーツのスタックに含まれる層から第1の切削溝により比較的大きなチップを切削することと、航空機パーツのスタックに含まれる層から第2の切削溝により比較的小さなチップを切削することとを含む、請求項28に記載の方法。
- 第1の切削溝と第2の切削溝がほぼ同時に切削不能となるように、航空機パーツのスタックの材料特性に基づいて第1の距離と第2の距離との関係を選択することをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 穴の中心のまわりを周回運動し、且つそれ自体の中心軸を中心に回転するドリル用ビット、
ドリル用ビットの、中心軸に垂直な平面内において中心軸から第1の距離だけ離れた位置に配置された第1のカッティングエッジ、及び
ドリル用ビットの、中心軸に垂直な平面内において中心軸から第2の距離だけ離れた位置に配置された第2のカッティングエッジ
を備えた穿孔装置であって、第1の距離が第2の距離よりも短い装置。 - 第1のカッティングエッジが第2のカッティングエッジよりも長い、請求項32に記載の装置。
- 第1のカッティングエッジが、炭素繊維複合材料のドリル及び/又はリーマ加工に適した特徴を有することにより選択された第1の材料を含むか、又は同第1の材料から作製されており、第2のカッティングエッジが、チタン、アルミニウム、及びスチールからなる群より選択された一つのドリル及び/又はリーマ加工に適した特徴を有することにより選択された第2の材料を含むか、又は同第2の材料から作製されている、請求項32に記載の装置。
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