JP2014507298A - カッター上に切削油を噴射するためのノズルを備えた、孔内で切り屑を生じる切削機械加工用の装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、切削機械加工により孔内で生じた切り屑を破断するためのユニットを備えた、孔内で切り屑を生じる切削機械加工用の装置に関する。装置は、長手方向軸を有する主要素（２）を備え、この主要素は、その長手方向軸に対して本質的に垂直に移動可能であるカッター（３）を有する少なくとも１つの可動カッターヘッド（１）を備えている。装置は、直線運動用機構を含む。カッター（３）上に切削油を噴射するためのノズル（９）がカッターヘッド（１）上に配置されており、ノズル（９）はカッターヘッドと共に移動可能である。液体ダクト（５）は、高圧の切削油用供給源およびノズルと連通状態にある。

Description

本発明は、切り屑を破断するためのユニットを備えた、孔内で切り屑を生じる切削機械加工用の装置に関する。

例えば航空業界における部品の機械加工においては、破断切り屑が生成される問題のため、機械加工を施すのが困難であるさまざまな材料が存在する。破断切り屑は、材料からの切り屑の排出に関して重要である。安定したプロセスを得るため、そして無人プロセスを使用する機会を向上させるためには、切り屑の排出が重要である。連続切り屑は排出がむずかしく、容易に蓄積し、機械加工プロセスにおいて問題を発生させる可能性がある。

特許文献１は、冷却液を高圧で噴射する被削材の切り屑除去機械加工を開示している。この文献には、切削用工具および高圧でカッター上へ冷却液を噴射するノズルが記載されている。

特許文献２では、非円筒形孔用の数値制御されたドリルロッドが開示されている。ドリルロッドは、パイロット孔内に挿入されてよく、ロッドの半径方向内側でネジ切りされた駆動ユニットの側面に配置されたカッターを格納している。端部に歯部を伴う中央のコネクションロッドを長手方向に調整することによって、カッターおよび適切な歯部を伴う摺動ユニットが、コネクションロッドの歯部に対し係合された状態で、ドリルロッド内へまたはドリルロッドの横方向内外へとコネクションロッド上に押圧される。

カッターがカッターヘッドの横方向内外に押圧される調整可能なカッターヘッドを用いた内部機械加工により、切り屑を破断するために高圧噴射を使用できることが、同様に有利であると思われる。しかしながら、このタイプの切り屑破断には、カッターとの関係における噴流の正確な調整が求められ、したがって本発明によると、カッターに対し固定式取付けで１つまたは複数のスプレーノズルを締結することが必要とされる。しかしながら、これは、主要素との関係において横方向にカッターヘッドを移動させることのできる上述のユニットに関連しては問題がある。

機械加工プロセスについては、カッターのために安定した機械加工条件を確保することが必要である。このことはすなわち、調整可能なカッターを支持している構造が安定しており、機械加工プロセスを妨げる振動が全く発生しないことが必要であることを意味している。孔の機械加工の間、ドリルロッドが利用できる断面サイズには制限があり、工具には、長い突き出し長が求められるかもしれない。このことは、構造の安定性に対し影響を及ぼし、制振のためには減衰された工具の使用が１つの解決法であることが多い。

米国特許第６，７０５，８０５Ｂ２号明細書 独国特許第１９６０５０６９号明細書

本発明は、孔内で切り屑を生じる切削機械加工用の工具から切り屑を破断し除去するための装置に関する。

装置は、長手方向軸を伴う主要素を含み、この主要素にはその長手方向軸上を一定角度で移動可能なカッターを伴う少なくとも１つの可動カッターヘッドが備わっている。この角度は、本質的に垂直であり得る。典型的には、主要素はドリルロッドの最も本質的な部分を構成している。ドリルロッドは通常、円筒形であり、多くの場合一方の端部で工作機械内に締結され、もう一方の端部でカッターに連結されている。カッターヘッドは、直線運動用機構を介して内側位置と外側位置の間を移動できる。カッター上で切削油をフラッシングするためのノズルがカッターヘッド上に組立てられ、カッターヘッドと共に移動することができる。流体ダクトがノズルと連通状態にあり、同じく加圧切削油の供給源とも連通状態にある。主要素とカッターヘッドとの間には、切削油の移送用管が配設されている。管は、ダクトの一部を構成し、そのため孔と管の間の摺動運動が可能となり、こうして切削油を主要素とカッターヘッドの間で移送することができる。

主要素上または主要素と連通して、切り屑をプロセスから離れるように噴射する目的で大流量の出口がカッター上への切削油の噴射用に存在してよい。

切削油の移動用管は、高圧での切削油の移送向けに適応されていてよく、主要素内に締結されてよい。それはダクトの一部を構成してよい。管は、カッターヘッド上の孔内に設けられてよく、そのため孔と管の間で摺動運動が可能となり、こうして主要素とカッターヘッドの間で切削油を移送することができる。

あるいは、管はカッターヘッド内に締結されてよく、主要素の孔の中を滑るように配設されてよい。あるいは、管は、カッターヘッドおよび主要素の両方との関係において滑るように配設されることもできる。

直線運動用機構は、主要素の中心軸と平行に設けられた作動ロッドを含んでいてよい。作動ロッドは、カッターヘッド上の傾斜構造との滑動係合用の傾斜した要素を含んでいてよく、こうして作動ロッドの直線運動の結果として、主要素に対し本質的に垂直である方向におけるカッターヘッドの直線運動がもたらされるようになっている。傾斜要素は、楔スロット、溝または尾根部内の１つまたは複数の楔であってよい。ただし、直線運動のために、完全に異なる機構、例えば駆動ネジ、ステップモーター、油圧システムなどを使用してもよい。作動ロッドを、減衰システムを通して導いてもよい。

装置はさらに、主要素上に大流量での切削油の噴射出口を含んでいてよい。一組の孔または１本のスロットが、カッターから離れるような切り屑の輸送向けにさらに大量の切削油を噴射するためにカッターヘッドの近くに配置されていてよい。孔には、ノズルが組立てられて、切削油の噴射を制御していてよい。「ノズル」という用語は、別個のノズルインサート、または出口において特定的に機械加工されたダクト形状の両方のために使用されてよいが、最も単純な実施形態においては、それは単一の孔で構成されていてよい。切削油用のダクトは、ドリルロッドの本質的部分を構成するロッド本体の中に配置されてよい。切削油は、作動ロッドの内部または周囲で流動してよい。

カッターヘッドの直線運動用機構は、振動を除去するため減衰システム内またはそれを越えて通過し得る。

切削油用ダクトは、減衰システム内またはそれを越えて、または作動ロッドの周囲を、あるいは作動ロッド内のダクトの中を通過し得る。

カッターは、カッターヘッド上に固定式に組立てられた別個の取外し可能な部品に締結され得る。

ノズルは、ノズルブロック上に配置され得る。ノズルブロックも同様に、カッターヘッド上に別個の取外し可能な部品として締結され得る。

装置はさらに、弾性体によって締結された減衰用質量を伴う減衰用ユニットを含み、作動ロッドは、減衰用質量および弾性体を通って設けられてもよい。

カッターヘッドの運動方向および主要素の長手方向軸は互いに垂直である。

作動ロッドは、切削油ダクトと、作動ロッドとフロントカバーとの間を流れる切削油の移送のための第２の管とを格納することができる。管はダクトの一部を構成し、そのため孔と管の間の摺動運動が可能となっており、こうして切削油を作動ロッドとカッターヘッドの間で移送することができる。

本発明によると、切り屑を破壊するためには、例えば４０ＭＰａの圧力の切削油を適用してよい。さらに、噴流が、カッター上に精確な衝撃点を有する直接的な噴流であることを拠としなければならない。さらに、スプレーノズル間の距離は、可能なかぎり小さいものであるべきである。より低い圧力を伴う機械も同様に、実際、直接的な噴流の恩恵を著しく享受する。今のところ、機械は主として０．５〜２ＭＰａの圧力で切削油を使用しているが、新しい機械は、最高７ＭＰａの圧力を典型的に送出することができる。カッターの破断は、１００Ｍｐａでテストされた。

ドリルロッドの前方部分を示す、本発明の一実施形態が提示されている。 前方部分が切断された、図１に示した本発明の詳細図である。 本発明にしたがって、カッターヘッドがノズルと共に外側位置で示されている、図１に示した本発明の詳細図である。 本発明にしたがって、フロントカバーが取外された状態でカッターヘッドが外側位置で示され、カッタースライドと作動ロッドが示されている、図１に示した本発明の詳細図である。 本発明にしたがって、カッタースライド、作動ロッドおよび減衰システム中のその通過、ならびに冷却液の移送が示されている、別の角度からの減衰システムを伴う、切断されたドリルロッドを示す。 切削油が作動ロッド内を導かれている、切断されたドリルロッドの前方部分を示す。

図１を参照すると、主要素２を含むドリルロッドの端部において示した本発明の概観が提示されている。主要素２は、ロッド本体９に締結され、フロントカバー８がネジ１６で主要素上に締結されている。カッターヘッド１は、主要素２の内外へと移動し得る。ノズルブロック５がカッターヘッド１上に組立てられる。この中には、高圧ノズル３が組立てられており、これは高圧でカッター４上に切削油（クーラント）を噴霧するように適応されている。ノズルブロック５をカッターヘッド１上に締結させることにより、ノズル３とカッター４の間のカッター位置とは無関係に、噴流について恒常な距離および同じ衝撃角度が確保される。典型的には、カッター４は、硬質金属または焼結材料で作られた一般的な取外し可能なカッターである。切削油用のダクトまたは出口１１が切削油を外へ噴射して、切削領域から切り屑を除去する。

ロッド本体９は、典型的に、工作機械上に締結するため、ならびに回転する被削材内への導入のための静止ドリルロッドまたは回転型ドリルロッドであり、主要素２およびフロントカバー８を支持する。図示されている通り、ユニットは、側壁内で、すでに機械加工されているパイロット孔内で旋回するように意図されている。図１を参照すると、切削油用の５つの出口が見られ、これらは、高圧ノズル３から噴射されている切削油に比べ高い流量でかつ低い圧力で切削油を噴射する。工具ブロック５上には１つの高圧ノズル３が示されているが、所望される場合には、２つ以上のノズルを使用してもよい。高圧ノズル３は、代替的にはカッターヘッド１に一体化されてよいが、これは融通性が低く、調整の機会は削減されることになる。

カバー８は、カッターヘッド１のための支持を提供する機能を含んでいてよく、構造物を封止または閉鎖してよい。主要素２は、カッターヘッドの支持を担当してよく、作動ロッドのための軸受として役立ってよい。主要素は切削油を導くためのダクトとして役立ってもよい。

図２は、切断されたドリルロッドを示し、カッター４およびノズルブロック５を伴うカッターヘッド１、ならびに主要素２の中心軸との関係におけるカッター４の位置（ｂ）を移動させるための機構を示している。カッターヘッド１は、作動ロッド１０内の整合する傾斜溝と係合すべき傾斜溝１３（図４）と共に示されている。作動ロッド１０は、主要素２およびロッド本体９の内部を軸方向に摺動でき（図１）、軸方向運動の時点で、作動ロッドの軸および運動方向に対して垂直である方向に、カッターヘッド１を押圧する。カッター上への切削油からの噴流の距離（ａ）と角度（α）は、カッターヘッド１までの距離（ｂ）を変更した場合でも、一定にとどまる。作動ロッド１０は、加工機上の制御されたアクチュエータ、または手動補給用のユニットに連結される。

管７は、流体ダクトブロック６内に締結され、このようにして切削油用の高圧ポンプに連結され、このポンプはそれ自体主要素２およびロッド本体９内でダクトと連通状態にある（図１）。管は、カッターヘッド１の孔の中に設けられ、カッターヘッド１との関係において摺動してよい。好適なガスケットまたはシーリング材１２が、カッターヘッド１の内部に配置されて、管との間を封止してよい。あるいは、ガスケットまたはシーリング材１２を管７上に組立てることができると考えられる（図示せず）。このようにして、カッターヘッドが管７上で前後に摺動できるようにすることによって、主要素２とカッターヘッドの間の高圧での切削油の可動式移送が可能となる。切削油のための工具内のダクトは、点線で示されている。あるいは、管は、カッターヘッド１内に締結されてよく、流体ダクトブロック６内の孔から内外に移動可能である。しかしながら、これには、図に示されているものとは異なる寸法決定が必要となる。クーラントのためのダクト１４が、概略的に示されている。ダクトは、高圧ポンプから、主要素２内のダクトを通り、流体ダクトブロック６を通り、カッターヘッド１内の孔を通して流体ダクトブロック６内に締結されている管を通り、ノズルブロック５を通り、ノズル３を通って延びている。高圧ポンプは、およそ４０ＭＰａの圧力を送出できるポンプであり得る。

図３は、外側半径方向位置で、カッター４、ノズルブロック５およびノズル３を伴うカッターヘッド１を示す。ノズル３を伴うノズルブロック５は、カッターの上に配置されている。この図から、カッターの上方後ろのノズルの場所が、明らかにわかる。ノズル３は、ここでもカッターヘッド１上に据えつけられたノズルブロック５上に位置することから、カッター上の切削油の衝撃点は一定に保たれる。ノズルブロック５は、カッターヘッド１上に別個の部品として締結される（これは図５に、より明確に示されている）。こうして、角度α（図２に図示）および距離（ａ）を変更するようにノズルブロック５を変更して、ノズルがカッター上に異なる衝撃点を提供するようにするかあるいはユニットを異なる切削に適応可能なものにすることが可能となる。同様に、異なる形で切削油の拡がりを提供するノズルまたは、カッターヘッド１全体またはノズルブロック５を交換する必要なく異なる状況にユニットを適応させるため異なる圧力および流速を提供するノズルを挿入してもよい。フロントカバー８は、それ自体ロッド本体９内に締結されている主要素２との間の所定の場所にカッターヘッドを保つ。

図４は、フロントカバー８が取外されている、主要素２を示す。ここでもまた、カッターヘッド１がカッター４と共に示されている。カッターヘッド１および主要素２の前方部分は、互いに整合する軸受溝１５を含んでいる。カッターヘッド１の溝１５は、主要素２の整合する溝に対し圧迫され、カッターヘッドがゆるみなく前後に運ばれ得ることを確保し、こうして、作業中に充分な許容誤差を守ることができる。傾斜溝１３は、作動ロッド１０内の溝と係合した状態で示されている。作動ロッドが長手方向に運動した時点で、カッターヘッドも同様に長手方向運動で移動し、ここで、以上で説明した通り、この運動は作動ロッドに対し本質的に垂直である。傾斜溝１３は、例えば楔スロット内の楔などの他の機構に置き換えられてもよい。

図５は、振動を除去するための減衰システムを伴う、切断されているドリルロッドの前面を示す。減衰システムは、中心管１８、ディスク１９、バネまたは弾性体２０および減衰用質量２１を含む。作動ロッド１０は、減衰システムの中心管１８の中を通過させられ、減衰システムの機能に影響を与えることなく軸方向に前後に導かれ得る。

図５を見ると、高圧で切り屑を破断するための切削油ダクト１４がロッド本体９の内部で長手方向に設けられていること、そして噴射用切削油ダクト１７が切り屑を破断するための切削油ダクト１４の反対側にロッド本体９を通って同じ要領で設けられていることが、さらに示されている。噴射用切削油ダクト１７は、噴射出口１１で終結し、この出口はカッター４上に切削油を噴射して切り屑を遠くへ運ぶ。切り屑を破断するための切削油ダクト１４は、主要素２を通って流体ダクトブロック内へと進んでいく。管７は、流体ダクトブロック６内に締結され、切り屑を破断するための切削油ダクト１４の延長部分を形成する。管７は、カッターヘッド１内の孔の中に設けられている。０リングの形または類似の形をしたシーリング材（図２中の参照番号１２）は、流体密封性の滑動連結を管７とカッターヘッド１の間に提供している。こうして、結果として、カッターヘッドが主要素２などとの関係において運動できるようになると同時に高圧を伴う切削油をカッターヘッドまで導くことも可能になる。このとき、ダクトは、カッターヘッドに締結されているノズルブロック５内へ延びている。ノズルブロック５はノズル（図１中の参照番号３）を含み、このノズルは、すでにより小さい塊に細断された切り屑を破断するためにカッター４上に切削油を噴射するように適応されている。ノズルブロック５全体、またはノズルブロック５内の１本のノズルだけを交換して、展延または衝撃点を変更することができる。フロントカバー８は、ロッド本体９の長手方向軸との関係において垂直方向にカッターヘッドが前後に運動できるようにするのと同時に、カッターヘッドを所定の場所に保つ。ダクト１４および１７は、ロッド本体９、主要素２、流体ダクトブロック６、カッターヘッドおよびノズルブロック５の中に、共通の孔として作製されてよい。先に説明した通り、傾斜溝１３は、作動ロッド１０の傾斜溝内へと延びている。高圧を伴う切削油ダクト１４内の圧力は、外側部分に対しカッターヘッド１を圧迫し、カッターヘッドと工具の残りの部分との間に考えられる振動運動の減衰に貢献してよい。図５から、フロントカバー８と主要素２の間に形成されている空間内でいかにしてカッターヘッドが滑動する形で配置されているかが明らかに分かる。

代替的には、管７は当然、カッターヘッドに締結されてよく、このとき、シーリング材または０リングを流体ダクトブロック６内に据えつけてよい。切削油は場合によって、カッターヘッドに切削油を導入する目的で他の手段により管７まで移送されてよい。

図６は、可動カッターヘッド１までの切削油の代替的移送を伴う、切断された状態のドリルロッドの前面を示している。切削油は、作動ロッド１０内の切削油ダクトを通って導かれる。その結果、通常は、シーリング材の数が多くなるが、その場合主要素の側面内に切削油を導く必要は全くない。図から、さらに、高圧での切り屑の破断用の切削油ダクト１４が、作動ロッド１０の内側で長手方向に設けられていることがわかる。

このとき、切削油ダクトは、作動ロッド１０上に組立てられている第２の管２２内へと導かれる。第２の管２２は、作動ロッド１０と前方部分またはカバー８との間に滑るように配置される。管２２は、フロントカバー８内の孔の中に設けられている。０リングの形または類似の形をしたシーリング材２３が、管２２とフロントカバー８の間の流体気密性の滑動連結を提供する。フロントカバー８から、切削油用ダクト１４は、流体ダクトブロック６、管７およびカッターヘッド１に導かれる。その結果、同様に、高圧の切削油は、主要素２などとの関係において運動できるようになる。たとえそれがより多くのシーリング材を意味し不必要に複雑化するものであるにせよ、例えば作動ロッド１０の外側で切削油を導くことも可能である。

作動ロッド１０とフロントカバー８との間を流れる切削油の移送のための第２の管２２は、管がフロントカバー８内、作動ロッド１０内またはその両方の中に滑るように配置されていることによって、ダクト１４の一部を構成し、したがって孔と管２２の間の摺動運動を可能にする。第２の管のためのカバー８内の孔および作動ロッド１０内の孔は、作動ロッド１０についての運動方向と並行である。過度の漏出無く切削油を移送する好適なシーリング材が使用される。示された解決法において、カッターヘッドは主要素の軸に対して垂直に移動している。しかしながら、この角度は幾分か偏向していてよく、それにより本発明の範囲から逸脱することはない。

示された解決法では、カッターヘッドの直線運動は、カッターヘッドと作動ロッド内の傾斜溝または楔を用いて提供される。しかしながら、作動ロッドとカッターヘッドの間の運動の移送のためには、他の機構も使用してよい。例えば、作動ロッドを、直線運動させる代りに工具ヘッドとの関係において回転させることができ、この場合、移送機構には、係合用歯、カッターヘッド上の溝内のロッド上のピン、あるいは他の公知の機構が含まれていてよい。しかしながら、示された実施形態は、優れた精度および有利な機械的条件を提供するものと考えられている。

Claims (12)

1. 孔内で切り屑を生じる切削機械加工用の装置において、
   長手方向軸を伴う主要素（２）を含み、主要素には、直線運動用機構を介して内側位置と外側位置との間を主要素（２）の長手方向軸に対して一定の角度を成す方向に移動可能であるカッター（４）を有する少なくとも１つの可動カッターヘッド（１）が備わっている、装置であって、
   カッター（４）上へ切削油を噴射することによって切り屑を破断するためのノズルであって、カッターヘッド（１）上に配置され、カッターヘッドと共に移動可能であるノズルと、
   ノズル（３）および加圧切削油用供給源と連通状態にある流体ダクト（１４）と、
   主要素（２）とカッターヘッド（１）との間を延びる切削油移送用管（７）であって、ダクト（１４）の一部を構成しており、そのため孔と管（７）との間の摺動運動が可能となっており、こうして切削油を主要素（２）とカッターヘッドとの間で移送することができる管と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 管（７）が、主要素（２）に固定式に連結され、カッターヘッド（１）の孔の中を滑るように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 管（７）がカッターヘッド（１）上に締結されダクト（１４）の一部を構成しており、管（７）が主要素（２）の孔の中を滑るように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 直線運動用機構が、主要素（２）の中心軸と平行に設けられた作動ロッド（１０）を含み、作動ロッドが、カッターヘッド（１）上の傾斜構造（１３）と滑動係合するための傾斜要素を含み、このため作動ロッドの直線運動の結果として、主要素（２）に対し本質的に垂直である方向におけるカッターヘッドの直線運動がもたらされるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. カッターヘッド（１）の直線運動用機構が、振動を除去するための減衰システム内またはそれを越えて通過していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 切削油用ダクトが、減衰システム内またはそれを越えて、または作動ロッドの周囲を、あるいは作動ロッド（１０）内のダクトの中を通過していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. ノズル（３）が、カッターヘッド（１）上に別個の取外し可能な部品として締結されたノズルブロック（５）内に配置されていることをさらに特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
8. カッター（４）がカッターヘッド（１）上の別個の取外し可能な部品上に配置されていることをさらに特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
9. 弾性体（２０）によって締結された減衰用質量（２１）を伴う減衰用ユニットによってさらに特徴づけされ、作動ロッド（１０）が減衰用質量と弾性本体（２０）を通って配設されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. ロッド本体（９）の中または作動ロッド（１０）の外側／周囲の切削油用のダクト（１７）と、切削油によって破断した細断切り屑をカッターヘッド（１）上のノズル（３）から離れるように外部へ噴射するための、主要素（２）内のノズル付きまたはノズル無しの少なくとも１つの噴射出口（１１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. カッターヘッド（１）の運動方向および主要素（２）の長手方向軸が互いに垂直であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 作動ロッド（１０）が、切削油用ダクトと、作動ロッド（１０）とフロントカバー（８）との間を流れる切削油の移送のための第２の管（２２）とを含み、管がダクト（１４）の一部を構成し、そのため孔と管（２２）の間の摺動運動が可能となっており、こうして切削油を作動ロッド（１０）とカッターヘッド（１）との間で移送することができることをさらに特徴とする請求項４に記載の装置。

Images