JP2012501253A - 誘導回転やすり並びにそのようなやすりを使用してバリ取りするための装置及びバリ取りする方法 - Google Patents

Abstract

回転やすり（１０）は、その外表面が少なくとも１つのカッティングエッジを備えた状態で第１及び第２の端部を有する本体（１４）と、本体（１４）の第１の端部から延びかつ回転ツール内に取付けられるようになったシャンク（１２）と、本体（１４）の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面（２２）を形成したパイロット（ＩＳ）（１６）とを含む。機械加工特徴形状部の端縁部をバリ取りするための装置（図７）は、そのような回転やすり（１０）と、基準回転軸線から離れるように弾性的に撓み可能であるスピンドル（２８）とを含む。予めプログラミングしたツールパスに沿って本回転やすり（１０）を移動させるようにして本装置を使用してバリ取りする方法が、開示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には機械加工ツーリングに関し、より具体的には、バリ取り作業のための装置及び方法に関する。

現在では、航空機エンジン部品に見られる特徴形状部のような多くの機械加工特徴形状部が、手作業でバリ取りされている。このことは、完成品の特徴形状部寸法及び形状における不一致を引き起こす。より厳密なプロセス制御の要件を導入している場合には、高応力下の特徴形状部は、一致を保証するために自動バリ取りプロセスを必要とする。航空機用材料を機械加工する困難性の故に、これらの特徴形状部の多くは、超硬カッタ（例えば、回転やすり）を使用して除去しなければならない大きなバリについて、主機械加工作業の範囲外となる。これらのプロセスを自動化して母材を除去しないでバリを除去するようにすることは、困難である。バリの大きさは部品毎で変化しておりまた特徴形状部の位置もまた変化する可能性があり、このことが、バリだけを除去する特定のツールパスを予め設定（予めプログラミング）することを実施不能にしている。

本出願における最新技術は、自動プローブを使用して機械加工特徴形状部の輪郭を測定しかつ次に適応機械加工により既存のＣＮＣツールパスをモーフィングしてバリ取りツールを特徴形状部に沿って追従させると共にバリを除去することである。この技術は、付加的な保守サポートを必要とする非常に費用がかかる解決法となる不利益がある。時としてバリを探査しないで特徴形状部を精査することもまた、非常に困難であって、ツールパスにおける誤差を引き起こすおそれがある。

日本特許出願公開第２００５／０４０９２１号公報

従来技術のこれらの及びその他の欠点は、複雑なプログラミング手順なしにバリ取りを可能にするガイドパイロットを有する回転やすりを提供する本発明によって解決される。

本発明の１つの態様によると、回転やすりは、（ａ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、（ｂ）本体の第１の端部から延びかつ回転ツール内に取付けられるようになったシャンクと、（ｃ）本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットとを含む。

本発明の別の態様によると、加工物内の機械加工特徴形状部の周辺端縁部から１つ又はそれ以上のバリを除去するための装置を提供し、本装置は、（ａ）基準回転軸線から離れるように弾性的に撓み可能である回転スピンドルを有するバリ取りツールと、（ｂ）回転やすりとを含み、回転やすりは、（ｉ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、（ｉｉ）本体の第１の端部から延びかつスピンドル内に取付けられたシャンクと、（ｉｉｉ）本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットとを含む。

本発明の別の態様によると、加工物内の機械加工特徴形状部の周辺端縁部から１つ又はそれ以上のバリを除去する方法を提供する。本方法は、（ａ）基準回転軸線から離れるように弾性的に撓み可能である回転スピンドルを有するバリ取りツールを準備するステップと、（ｂ）スピンドル内に回転やすりを取付けるステップとを含み、回転やすりは、（ｉ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、（ｉｉ）本体の第１の端部から延びかつスピンドル内に取付けられたシャンクと、（ｉｉｉ）本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットとを含み、本方法はさらに、（ｃ）回転やすりを高速回転させると同時に予めプログラミングしたツールパスに沿って該回転やすりを移動させて、パイロットが加工物の第１の部分に接触しながら本体が１つ又はそれ以上のバリを切削するようにするステップを含む。ツールパスは、バリ取り処置の間にわたってスピンドルを横撓み位置に維持するようにプログラミングされる。

本発明は、添付図面の図と関連させて行なった以下の説明を参照することによって最も良く理解することができる。

本発明の態様により構成した回転やすりの側面図。 図１の回転やすりの端面図。 別の回転やすりの側面図。 さらに別の回転やすりの側面図。 さらに別の回転やすりの側面図。 なおさらに別の回転やすりの側面図。 その中に誘導回転やすりが取付けられた状態のバリ取りツールの斜視図。 バリ取り作業前における、その中に特徴形状部が機械加工された状態の加工物の斜視図。 それに対して回転やすりがバリ取り作業を行なっている状態における、図６の加工物の斜視図。 それに回転やすりが隣接している状態の加工物の断面図。 それと回転やすりが係合している状態の加工物の断面図。 バリ取り作業の完了後における、図６の加工物の斜視図。

様々な図全体にわたって同じ参照符号が同様の要素を表している図面を参照すると、図１及び図２は、本発明の態様により構成した回転やすり１０を示している。回転やすり１０は、シャンク１２と、本体１４と、パイロット１６とを含む。回転やすり１０は、鋳造、鍛造、ビレットストックの機械加工などのような多くの公知の方法で製作することができる。一般的に、回転やすり１０は、単一の一体形構造とされることになるが、例えば互いにロウ付け又は溶接した構成要素で構築することもできる。回転やすり１０のための好適な材料の非限定的な実施例には、工具鋼、タングステンカーバイド及び同様のものが含まれる。

シャンク１２は、図示するように円筒形とすることができるか、若しくはマシンテーパ、ネジ、或いは１つ又はそれ以上の平坦面、ファセット又はタブ（図示せず）のような公知のタイプの保持及び／又は駆動特徴形状部を組入れることができる。

本体１４は、フルート２０によって分離されたカッティングランド１８のアレイを含む。この図示した実施例では、カッティングランド１８は、従来型のやすり歯プロフィールを有するが、しかしながらカッティングランド１８には、異なるカッティングプロフィール又は間隔を使用することができる。

パイロット１６は、弓形断面を有する少なくとも１つの外周表面２２を含む。弓形形状の目的は、以下により詳細に説明するように、回転やすり１０が様々な角度で加工物に接触するのを可能にすることである。図１に示す例示的な実施形態では、外周表面２２は、本体１２と交差したほぼ完全な球形を形成している。図３は、パイロット１１６を有する別の回転やすり１１０を示しており、パイロット１１６は、平坦端面１２４によって境界付けられた弓形断面を備えた環状外周表面１２２を有する。

パイロット１６の寸法、特にその全体直径は、特定の用途に合せて変化させることができる。図１では、パイロット１６は、本体１４の外径「Ｄ２」よりも僅かに小さい第１の外径「Ｄ１」を有するものとして示している。図４は、パイロット２１６を有する別の回転やすり２１０を示しており、パイロット２１６は、本体２１４の直径「Ｄ２」よりも大きい直径「Ｄ３」を有する。

任意選択的に、パイロット１６又は少なくとも外周表面２２は、減摩表面を組入れることができる。例えば、減摩表面は、焼入れしかつ微細研磨することができる。それに代えて、減摩表面には、伝統的な金属カッティングツールに施すポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、窒化アルミニウム又はその他の皮膜のような減摩皮膜を施工することができる。

パイロットはまた、ネジ付きファスナによって本体に取付けることができる。パイロット本体３１８は、低摩擦性でありかつ金属加工物を損傷させる傾向がない、硬質ゴム又はプラスチック材料で構成することができる。また、この二部品構成の方法を使用してツールの生産性を増大させるようにすることができる。

分離パイロット構成の別の実施例として、図６は、パイロット４１６、シャンク４１２及び本体４１４を有する別の回転やすり４１０を示している。パイロット４１６は、上記したようにその外側レースが環状外周表面４２２を形成した軸受４１８を含む。軸受４１８は、例えば摩擦又は締り嵌めによって或いは接着又はネジ付きファスナで本体４１４から突出したスタッド４２４に固定される。この例示した実施例では、軸受４１８は従来型の回転要素タイプのものである。図７に示すように、回転やすり１０は従来型のバリ取りツール２４と組合せて使用することができ、バリ取りツール２４は、該回転やすり１０のシャンク１２を受けるコレット３０を備えたコンプライアント回転スピンドル２８を有する回転モータ２６（このケースでは、空気モータ）を含む。バリ取りツール２４は、公知のタイプの産業ロボットの一部であるマニピュレータアーム３２によって又は別の好適な位置決め機構によって支持される。詳細には図示していないが、マニピュレータアーム３２は、多自由度でバリ取りツール２４を移動させるつまり平行移動及び／又は回転させてスピンドル２８を予めプログラミングしたツールパスに追従させるように構成されていることを理解されたい。

スピンドル２８は、「半径方向にコンプライアント」である。言い換えれば、スピンドル２８は、それに対して半径方向力つまり「横力」が加わった時に該スピンドル２８を取付けている回転モータの基準回転軸線Ａから離れる方向に該スピンドル２８が枢動することができるように支持されている。「横力」が加わらなくなると基準つまり中心位置に向けてスピンドル２８を付勢するような復元力が与えられる。

好適なバリ取りツール２４の１つの実施例は、米国、ＮＣ２７５３９、Ａｐｅｘ所在のＡＴＩ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎから入手可能なモデルＲＣ ＦＬＥＸＤＥＢＵＲＲ装置である。この特定の装置では、空圧作動機構によって、復元力が与えられる。例えば、バリ取りツール２４に対して約１．０〜４．１バール（１５〜６０ｐｓｉ）が与えられた時に、得られた復元力は、コレット３０において測定して約１２．７〜４２Ｎ（２．８〜９．５ポンド）になることになる。作動中に、スピンドル２８の復元力は、特定の用途に合せて変化することになる。復元力は、あらゆるバリ又はチップが加工物特徴形状部から効果的に機械加工して取去られることになるような十分高い値に設定される。復元力が低すぎる場合には、回転やすり１０はそれら特徴形状部を切削加工するのではなくて該特徴形状部を「ライドオーバする（上に乗る）」傾向になる。

図８は、その中にスロット又はグルーブのような特徴形状部を有する加工物の一部分を示している。特徴形状部は、周辺端縁部「Ｅ」において加工物Ｗの外表面と交差した周壁「Ｐ」を有する。１つ又はそれ以上のバリＢが、周辺端縁部Ｅから延びる。これらのバリＢは、公知の機械加工プロセスの当然の結果である。

図９は、加工物Ｗ内の特徴形状部Ｆからバリを除去している、作動中の回転やすり１０を示している。スピンドル２８は、高速回転（例えば、約３０，０００ＲＰＭ）で回転し、かつプログラミングしたツールパスに沿って該スピンドル２８の回転軸線Ｒに対して横の方向に移動つまり平行移動する。プログラミングしたツールパスは、特徴形状部Ｆの基準ジオメトリに基づいておりかつ一般的に周壁Ｐに追従している。このプログラミングしたツールパスは、バリＢの特定のジオメトリ（未知である）とは独立している。ツールパスは最初に、回転やすり１０を特徴形状部Ｆの開放部分に挿入させる。次に図１０に示すように、ツールパスは、周表面Ｐからパイロット１６の外周表面２２までの「Ｏ」で示す一定量の横干渉又はオフセットを有するように回転やすり１０を位置決めする。オフセット「Ｏ」の量は、周表面Ｐとの間のパイロット１６の一定の接触を保証するのに充分な大きさになるように選択される。約９．５３ｍｍ（０．３７５インチ）の外径を有する本体１２を備えた回転やすり１０を使用する場合における好適なオフセット寸法Ｏの１つの実施例は、約３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）〜約６．２５ｍｍ（０．２５インチ）である。プログラミングしたオフセットＯの場合には、ツールパスにより、バリ取りプロセスを実施している全ての時間の間において、スピンドル２８が撓み又はコンプライアント位置にあるようになる。パイロット１６と周表面Ｐとの間の接触は、回転やすり１０が加工物Ｗ内により深く切込むのを防止し、その結果、バリＢのみが除去されるようになる。図１２は、仕上げ加工物Ｗを示している。

任意選択的に、回転やすり１０は、バリＢを除去すると同時に周辺端縁部Ｅ内に「プリブレーク部」又は面取り部を機械加工するために使用することができる。この面取り加工は、純粋なバリ取り作業の場合となるよりも大きく加工物に対して回転やすり１０を撓ませる又は傾斜させることによって行なうことができる。このプロセスは図４に示すように、本体の外径よりもパイロット外径を実質的に大きくすることによって適応させることができる。より大きなパイロットは、フルートのエッジが面取りの代りにカウンタボアを切削しない状態で撓ませるのを可能にする。

上記の回転やすり１０及びプロセスを使用することにより、加工物Ｗを連続的にバリ取りすることができる。これにより、個々の機械加工した特徴形状部を基準にしてプログラミングしたツールパスが、過剰機械加工又はバリの一部の残存のおそれなしにバリを除去することを可能にする。従って、自動プロセスの一貫性が、精査及び設定処置において過大な時間を必要とせずに達成される。

以上、回転やすり及びその使用方法について説明している。本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱せずにそれらに対して様々な修正を加えることができることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態についての上記の説明は、例示の目的のためのみに示したものであって、限定の目的のために示したものではない。

１０、１１０、２１０、３１０、４１０ 回転やすり
１２、３１２、４１２ シャンク
１４、２１４、３１４、４１４ 本体
１６、１１６、２１６、３１６、４１６ パイロット
１８ カッティングランド
２０ フルート
２２、１２２、３２２、４２２ 外周表面
２４ バリ取りツール
２６ 回転モータ
２８ スピンドル
３０ コレット
３２ マニピュレータアーム
１２４ 平坦端面
３１８ パイロット本体
４１８ 軸受
４２４ スタッド
Ａ 回転モータの基準回転軸線
Ｂ バリ
Ｄ１ パイロットの外径
Ｄ２ 本体の外径
Ｄ３ パイロットの外径
Ｅ 特徴形状部の周辺端縁部
Ｆ 加工物の特徴形状部
Ｏ オフセット
Ｐ 特徴形状部の周壁、周表面
Ｒ スピンドルの回転軸線
Ｗ 加工物

Claims (23)

1. 回転やすりであって、
   （ａ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、
   （ｂ）前記本体の第１の端部から延びかつ回転ツール内に取付けられるようになったシャンクと、
   （ｃ）前記本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットと、を含む、
   回転やすり。
2. 前記パイロットの外周表面の外径が、前記本体の外径よりも実質的に大きい、請求項１記載の回転やすり。
3. 前記パイロットが、前記本体と交差したほぼ球形状を形成する、請求項１記載の回転やすり。
4. 前記パイロットが、その遠位端における平坦表面によって境界付けられる、請求項１記載の回転やすり。
5. 前記本体が、フルートによって分離された複数のカッティングランドを含む、請求項１記載の回転やすり。
6. 前記本体、シャンク及びパイロットが、単一の一体形部材を形成する、請求項１記載の回転やすり。
7. 前記外周表面が、減摩表面を含む、請求項１記載の回転やすり。
8. 前記パイロットが、少なくともその一部が前記本体の材料とは異種の材料で構成される、請求項１記載の回転やすり。
9. 前記パイロットが、前記本体に固定された軸受を含み、
   前記軸受が、前記外周表面を形成した外側レースを有する、
   請求項１記載の回転やすり。
10. 加工物内の機械加工特徴形状部の周辺端縁部から１つ又はそれ以上のバリを除去するための装置であって、
    （ａ）基準回転軸線から離れるように弾性的に撓み可能である回転スピンドルを有するバリ取りツールと、
    （ｂ）回転やすりと、
    を含み、前記回転やすりが、
    （ｉ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、
    （ｉｉ）前記本体の第１の端部から延びかつ前記スピンドル内に取付けられたシャンクと、
    （ｉｉｉ）前記本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットと、を含む、
    装置。
11. 前記パイロットの外周表面の外径が、前記本体の外径よりも実質的に大きい、請求項１０記載の装置。
12. 前記パイロットが、前記本体と交差したほぼ球形状を形成する、請求項１０記載の装置。
13. 前記パイロットが、その遠位端における平坦表面によって境界付けられる、請求項１０記載の装置。
14. 前記本体が、フルートによって分離された複数のカッティングランドを含む、請求項１０記載の装置。
15. 前記本体、シャンク及びパイロットが、単一の一体形部材を形成する、請求項１０記載の装置。
16. 前記外周表面が、減摩表面を含む、請求項１０記載の装置。
17. 前記パイロットが、少なくともその一部が前記本体の材料とは異種の材料で構成される、請求項１０記載の装置。
18. 前記パイロットが、前記本体に固定された軸受を含み、
    前記軸受が、前記外周表面を形成した外側レースを有する、
    請求項１０記載の装置。
19. 加工物内の機械加工特徴形状部の周辺端縁部から１つ又はそれ以上のバリを除去する方法であって、
    （ａ）基準回転軸線から離れるように弾性的に撓み可能である回転スピンドルを有するバリ取りツールを準備するステップと、
    （ｂ）前記スピンドル内に回転やすりを取付けるステップと、
    を含み、ここで、前記回転やすりが、
    （ｉ）第１及び第２の端部並びに少なくとも１つのカッティングエッジを備えた外表面を有する本体と、
    （ｉｉ）前記本体の第１の端部から延びかつ前記スピンドル内に取付けられたシャンクと、
    （ｉｉｉ）前記本体の第２の端部から延びかつ弓形断面を有する環状外周表面を形成したパイロットと、
    を含み、該方法が、
    （ｃ）前記回転やすりを高速回転させると同時に予めプログラミングしたツールパスに沿って該回転やすりを移動させて、前記パイロットが前記加工物の第１の部分に接触しながら前記本体が前記１つ又はそれ以上のバリを切削するようにするステップを、さらに含み、
    （ｄ）ここで、前記ツールパスが、前記バリ取り処置の間にわたって前記スピンドルを横撓み位置に維持するようにプログラミングされる、
    方法。
20. 復元力が前記スピンドルに加えられて、基準位置に向けて該スピンドルを付勢し、
    前記復元力が、前記周辺端縁部から最大の観察バリを除去するのを保証するのに十分な大きさのものである、
    請求項１９記載の方法。
21. 前記ツールパスが、前記回転やすりと前記加工物との間の予め選択した量の干渉を表現している、請求項１９記載の方法。
22. 前記ツールが、前記周辺端縁部上に面取り部を機械加工するように移動される、請求項１９記載の方法。
23. 前記ツールパスが、前記機械加工特徴形状部の基準形状だけを基準にしてプログラミングされる、請求項１９記載の方法。

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