JP4522448B2 - ブローチ工具及び穴表面の機械加工のための方法 - Google Patents

Description

本発明は少なくとも１個の切れ刃を有するカッティングヘッドと、カッティングヘッドを支持するボデーとを備えた、穴表面の機械加工、即ち少なくとも１本の溝を凹設するためのブローチ工具並びに請求項１２の上位概念に基づく穴表面の機械加工のための方法に関する。

穴表面の機械加工のためのブローチ工具及び方法は周知である。このブローチ工具及び方法は、とりわけ例えば２０°のねじりを有する少なくとも１本の溝を穴表面に設けるために利用される。即ち溝は、機械加工される穴の長さに沿って計測された例えば２０°の回転角を以って仮想のつる巻き線上に延びている。周知のブローチ工具はこの加工の際に、揺動運動とも呼ばれる揺れ運動を行い、ブローチ工具を支える工具軸がこの運動を遂行する。穴表面の加工方法を実施するときに、ブローチ工具は揺れ運動を行いながら被加工穴に軸方向に挿入される。ねじりを有する溝を実現しようとすると、工具をねじらなければならない。工作物の回転運動は多くの場合まったくできないか又は多額の構造的、財政的な支出をかけなければ行うことができない。またブローチ工具の揺れ運動を行うには、特殊工具が必要である。このことも、ここで予定される穴表面の加工を費用のかかる高価なものにする。

ボデー及びこれと弾性結合されたカッティングヘッドでブローチ工具を構成することが提案された。カッティングヘッドは加工される穴に挿入され、一方、ボデーは適当な工作機械によって、加工される穴表面の中心軸と同心の円軌道上で運動させられる。いいかえれば、大きな質量を運動させることが必要であり、それは特に高い回転数領域で振動を生じる。また所定の溝を凹設するための穴表面の加工時間は、多くの用途にとって長すぎる。

そこで本発明の課題は、簡単かつ安価に実現することができ、使用中に大きな振動が起こらないブローチ工具を提供することである。最終的には、穴表面の機械加工が僅かな時間しかかからないようにすることである。

この課題の解決のために、請求項１に挙げた特徴を有するブローチ工具を提案する。ブローチ工具はカッティングヘッドとボデーを具備する。カッティングヘッドがボデーに対して回転運動可能となりかつボデーに偏心して支承され、カッティングヘッドの中心軸がボデーの中心軸に対して鋭角を成していることを特徴とする。

ブローチ工具のその他の実施態様は従属請求項で明らかである。

また本発明の課題は、穴表面の機械加工、即ち少なくとも１本の溝を凹設するために利用され、工作物の加工が在来の方法より迅速に行われる方法を提供することである。

この課題の解決のために、ブローチ工具のボデーが回転され、加工される穴表面の中心軸と同軸に、工作物に対して相対運動を行うことを特徴とする方法を提案する。その場合通常、ボデーは工作物に対して前進運動をさせられる。軸方向に不動のボデーに対して工作物を変位させ、又は２つの部材を向き合いに運動させることも考えられる。その場合カッティングヘッドも加工される穴表面に対して軸方向運動を行う。

次に図面に基づき発明を詳述する。単一の図はブローチ工具の部分縦断面図を示す。

ブローチ工具１はボデー３と、該ボデー３に偏心してかつ回転可能に支承されたカッティングヘッド５と、を有する。

ここではボデー３のうち、カッティングヘッド５を支える部分だけが示されている。カッティングヘッド５の反対側の、この場合切欠いたボデー端部に、例えばボデー３と工作機械を連結するためのシャンクを設けることができる。

アダプタ、中間片等を介してボデー３と工作機械を結合することも可能である。これらは穴表面を加工して、穴表面に少なくとも１本の溝を作るときに、ボデー３を回転させるために利用される。

こうして工作物の加工の際にボデー３はその中心軸７の周りに回転する。中心軸７は加工される穴表面の中心軸と一致する。

ボデーは窪み部１１を備えた本体部９を有し、窪み部１１に軸受部材１３が挿着される。軸受部材１３はカッティングヘッド５を回転可能に支えるためのものである。即ちカッティングヘッドはボデー３及びその本体部９に対して回転可能に支承される。

軸受部材１３は半径方向の力及び軸方向の力も吸収する。即ちカッティングヘッド５により穴表面を加工するときに、ボデー３を介してカッティングヘッド５に圧縮力を働かせることができる。逆にカッティングヘッド５からボデー３に伝達される軸方向圧縮力は軸受部材１３によって受け止められる。

軸受部材１３はボデー３の回転の際にカッティングヘッド５にトルクが伝達されないように構成されている。

軸受部材１３は固定板１５によって窪み部１１の中に固着される。その場合、軸受部材１３を保持するために、突出する取付け肩部１７が窪み部１１の中に若干入り込むようになっている。固定板１５は適当な固定手段、例えばねじ１９によって本体部９に固着される。

ここに示す実施例では、軸受部材１３はとりわけ２個の互いに同軸に配置されたアンギュラー玉軸受２１及び２３を有する。取付け肩部１７は第１のアンギュラー玉軸受２１の外輪２５の上に接している。この外輪は取付け肩部１７が働かせる圧縮力を、とりわけリング状のスペーサ２７を介して第２のアンギュラー玉軸受２３の外輪２９に伝達する。外輪２９は窪み部１１の空洞の中に突出する取付け段部３１に接する。アンギュラー玉軸受２１及び２３はこうして固定板１５によって取付け肩部１７と取付け段部３１の間に固定される。

アンギュラー玉軸受２１及び２３はそれぞれ内輪３３、３５を有する。内輪３３、３５は窪み部１１の中に配置されたカッティングヘッド５の軸頸部３７に接する。

内輪３３及び３５は、軸頸部の外周面から突出するカッティングヘッド５の支持肩部３９と軸頸部３７の外周面に固着された当接部材４１との間に固定される。当接部材４１は支持肩部３９に対して間隔を置いて配置され、例えばばね輪又はねじ付きリングとして形成することができる。内輪３３及び３５の間にとりわけリング状のスペーサ４３がある。

アンギュラー玉軸受２１及び２３の内輪と外輪の間にそれぞれ複数個の球４５及び４７が設けられている。その場合、内輪及び外輪は、カッティングヘッド５からボデー３の方向に作用する軸方向力が、支持肩部３９、第１のアンギュラー玉軸受２１の内輪３３、スペーサ４３、第２のアンギュラー玉軸受２３の内輪３５を経て、第２のアンギュラー玉軸受２３の球４７によりその外輪２９へ作用し、その結果として取付け段部３１へと作用するように形成されている。こうしてカッティングヘッド５は結局、軸方向において、ボデー３の取付け段部３１に支えられる。

カッティングヘッド５に引張力が働くと、この引張力は当接部材４１に作用する。当接部材４１は第２のアンギュラー玉軸受の内輪３５、スペーサ４３、第１のアンギュラー玉軸受２１の内輪３３を介して、第１のアンギュラー玉軸受の球４５及び外輪２５により固定板１５の取付け肩部１７に支えられる。固定板１５はねじ１９によりボデー３の本体部９に固定連結されているから、ボデー３の両方向の軸方向力は軸受部材１３を介して受け止められる。

さらにこの場合軸頸部３７は、軸頸部３７と同心に配置され、場合によっては軸頸部３７より小さな直径を有した延長部４９を備えるように構成することが好ましい。延長部４９は半径方向において、軸受部材１３の適当な軸受により本体部９に、即ち窪み部１１の内面に支持され、ボデー３の窪み部１１の中のカッティングヘッド５又は軸頸部３７の揺れ運動を回避又は減少する。この場合、外輪５３が窪み部１１の内面に、内輪５５が延長部４９の外周面に接する溝玉軸受５１を設けることが好ましい。外輪及び内輪３３、３５の間に複数個の球５７がある。

固定板１５はカッティングヘッド５の貫通区域に適当な密封装置５９を有する。最後に、さらに固定板１５の上に接する密封板６１が設けられている。密封板６１は、ボデー３、この場合は固定板１５に適当な方法により、例えばねじ６３により取り付けられる。

重要なのは、カッティングヘッド５が中心軸７に対して偏心してボデー３に支承されることである。これに対応して窪み部１１はボデー３の本体部９に偏心するように設けられている。カッティングヘッド５のための固定板１５及び密封板６１の貫通穴も偏心して配置されている。

なお、カッティングヘッド５はボデー３の中心軸７に対して傾斜している。即ちこのことは、カッティングヘッド５の中心軸６５はボデー３の中心軸７に対して、例えば１°１５“の鋭角αを成していることを意味している。この鋭角はカッティングヘッド５から見て、ボデー３の方向に開いている。同様にボデー３の本体部９の窪み部１１も傾斜している。

カッティングヘッド５は少なくとも１個の切れ刃６９を具備する切れ刃リング６７を有する。穴表面にただ１本の溝だけを凹設しようとするときは、単一の切れ刃６９で十分である。しかし等しい相互間隔で配置された複数個の溝を穴表面に設けることが好ましい。そこでこれに対応して多数の切れ刃６９を切れ刃リング６７に設けなければならない。これらの切れ刃は通常等しい相互間隔で配置され、切れ刃リングの外周面７１から突出している。

カッティングヘッド１は一体に形成しないことが好ましい。むしろカッティングヘッド１は、ボデー３の内部にある一方の端部に軸頸部３７を、反対側の端部には別個に形成された切れ刃リング６７のための固定区域７５を具備するシャンク７３を有する。固定区域７５は例えば固定ピンを有し、その上に切れ刃リング６７が螺着又は嵌着され、止めねじ７７によって固定される。シャンク７３の適当な切欠部に係合する慣用のクランプピン又はクランプコーンを切れ刃リング６７に設けることも考えられる。

カッティングヘッド５の二つの部分からなる実施形態は、ブローチ工具１に様々な切れ刃リング６７を装着できる利点がある。また、摩耗したときは、切れ刃リング６７をたやすく交換することができる。

この場合カッティングヘッド５は、１個の完結した又は個別の案内区域を有するガイドリング８１からなる案内部材７９を有する。

図示のブローチ工具１のようにカッティングヘッド５が冠状の外面を備えたガイドリング８１を有するならば、その中心８３はカッティングヘッド５の中心軸６５（切れ刃リング８７の中心軸及びガイドリング８１の中心軸と一致する）と、ボデー３の中心軸７との交点にある。従って中心８３はブローチ工具１の揺れ運動の中心をなす。この点については以下で改めて詳しく触れる。

カッティングヘッド５を有するブローチ工具１で案内部材７９が省略される場合は、切れ刃リング６７の中心８４と中心軸６５及び中心軸７の交点とが一致するように、切れ刃リング６７とボデー３の間隔及びカッティングヘッド５の中心軸６５とボデー４の中心軸７との間の角αを選定しなければならない。その場合揺れ運動の中心はここに図示した中心８３の左側にある。従って切れ刃リング６７の区域の揺れ運動の中心は、外周面７１にある切れ刃６７の中心、即ちカッティングヘッド５の回転の際に切れ刃６９がある軌道円の中心をなす。

図で明らかなように、ブローチ工具は冷却／潤滑剤供給装置を備えている。そのためにこの場合、ボデー３に中心軸７と同心の中心冷却／潤滑剤通路８５が設けられている。中心軸７に対してある角をなす移送管８７によって、冷却／潤滑剤がカッティングヘッド５の中心軸６５と同心の冷却／潤滑剤通路８９に導かれる。冷却／潤滑剤通路８９の中にあって、移送管８７に密接して結合され、又はこれと一体に形成された供給管９１を設けることが好ましい。

適当な密封対策によって、冷却／潤滑剤が冷却／潤滑剤通路８５から冷却／潤滑剤通路８９へ無損失で移送され、軸受部材１３に入り込まないことが保証される。特に溝玉軸受５１は密封軸受として形成されている。

冷却／潤滑剤通路８９がカッティングヘッド５又はシャンク７３の固定区域７５まで伸びており、シャンク７３の中心軸６５に対してある角度で通る通路９３を経て切れ刃リング６７へと延長されることを図１に示した。めくら穴の穴表面を加工する場合は、通路９３の開口部は−この図の図示では−切れ刃リング６７の右側に設けることができる。通し穴の穴表面を加工しようとするときは、切れ刃リング６７の左側に開口する。

冷却／潤滑剤供給装置によって切れ刃リング６７の区域、即ち少なくとも１個の切れ刃６９によって工作物の穴表面が加工され、少なくとも１本の溝が凹設される区域に冷却／潤滑剤を直接供給することが可能である。

ブローチ工具１によって被加工穴表面の中心軸と平行な１本の溝を作製しようとする場合は、単一の切れ刃６９しか必要でない。該切れ刃の刃先９４は前進方向において前方へ向いており、その案内面９５、９５’はカッティングヘッド５又は切れ刃リング６７の中心軸６５と平行に延びている。但しここに示す実施例では案内面９５、９５’は中心軸６５に対してある角度で配置されている。この角は穴表面の加工で生じる少なくとも１本の溝のねじり角を決定する。

このようにして刃先９５はおおむね仮想の円筒面上に配置され、円筒面の中心軸はカッティングヘッドの中心軸６５と一致する。図示のように切れ刃はこの円筒面上で、図に示したようにある角をなすことができる。

次にブローチ工具の機能、それと共に穴表面の加工、即ち幾何学的に確定された切れ刃による溝の作製のための方法について詳述する。

まずボデー３の中心軸７を、加工される穴表面の中心軸と同心に配置する。ボデー３はその中心軸７の周りに回転する。それと共にカッティングヘッド５の軸頸部３７は円錐角２αの円錐面上で回転する。

仮想の円錐の頂点は揺れ運動の中心と一致し、案内部材７９を備えたブローチ工具１の図示の実施例では、中心８３と一致する。

ブローチ工具１で案内部材７９が省略される場合は、仮想の円錐の頂点は少なくとも１個の切れ刃６９の軌道円の中心８４と一致する。

案内部材７９のガイドリング８１がある平面及び切れ刃リング６７の端面９７がある平面に対して、カッティングヘッド５の中心軸６５は垂直である。従ってガイドリング８１又は端面９７の平面はボデー３の中心軸７及び加工される穴表面の中心軸に対して角αだけ傾いている。

ボデー３が回転すると、切れ刃リング６７の端面９７は中心軸７に対して揺れ運動を行うので、少なくとも１個の切れ刃６９の刃先６４はボデー３と加工される工作物の間の軸方向相対運動に対して、重ね合わせられた軸方向運動を行ない、工作物の穴表面に少しずつ切り込んでゆき、そこに溝を作る。生じる溝の中で切れ刃６９が焼きつかないように、案内面９５、９５’はとりわけ互いに平行でなく、むしろ−溝の中の前進運動と逆向きに−テーパが設けられている。

図示のように少なくとも１個の切れ刃６９の案内面９５、９５’が切れ刃リング６７の中心軸６５に対してある角をなすならば、少なくとも１本の溝が、穴表面の仮想のつる巻線上に延びて形成され、該穴表面に、切れ刃リング６７が案内される。その場合、切れ刃リング６７は仮想のつる巻き線上の溝の中で案内面９５、９５’によって、この溝に沿って回転運動を行うように案内される。２０°のねじりの場合は切れ刃リング６７も２０°回転する。

こうして穴表面の加工の際にボデー３が回転させられ、その中心軸７の周りに回る。その場合ボデー３に偏心して挿着されたカッティングヘッド５は仮想の円錐面上で運動する。ボデー３が前進運動すると、軸方向力が、ボデー３から軸受部材１３を経てカッティングヘッド５へ伝達され、結果として切れ刃リング６７に伝達される。そうすることにより、少なくとも１個の切れ刃６９の刃先６４が穴表面からある範囲の材料を機械加工で削りとり、結果として、少なくとも１本の溝を作る。切れ刃リング６７の回転運動は受動的に行われる。即ちカッティングヘッド５はもっぱら追従運動を行う。この運動は直線的に又はつる巻き線に沿って行われる。いずれにせよボデー３から切れ刃リング６７へトルクが伝達されない。従って切れ刃リング６７はむしろ穴表面に作られた溝によって案内され、−少なくとも１個の切れ刃６９の案内面９５、９５’が傾いていれば−このねじれに対応して、形成される溝がねじられる。

慣用の工具のようにボデー３が工作機械によって回転され、その中心軸７の周りに回転することが特に好ましい。中心軸７に対して半径方向へのボデー３の変位は設けられていない。従って工具を使用するために、特別のプログラミング又は制御は必要でない。なおブローチ工具１は構造が比較的簡単であり、従って安価に実現することができ、故障が起こりにくいことは明らかである。

なお、ガイドリング８１又は−案内部材７９がないブローチ工具では−切れ刃リング６７の端面９７がボデー３の中心軸７に対して同軸であるから、カッティングヘッド５を被加工穴に非常に簡単に挿入することができる。ガイドリング８１を備えた案内部材７９が設けられていれば、中心軸６５の方向に見て軸方向に間隔を置いて配置された少なくとも１個の切れ刃６９が穴表面と接触するまで、ブローチ工具１を被加工穴の中に少しずつ挿入することができるから、穴表面の加工が特に簡単である。

またボデー３へのカッティングヘッド５の偏心取付けにかかわらず、切れ刃リング６７の区域に接続する冷却／潤滑剤供給を保証することができ、少なくとも１本の溝を作るためにめくら穴も通り穴も加工し得るように設計することができることも有利である。

ブローチ工具の部分縦断面図を示す。

Claims (14)

1. 少なくとも１個の切れ刃（６９）を有するカッティングヘッド（５）と、カッティングヘッド（５）を支持するボデー（３）とを備えた、穴表面の機械加工、即ち少なくとも１本の溝を凹設するためのブローチ工具において、カッティングヘッド（５）がボデー（５）対して回転運動可能となりかつ偏心して支承され、カッティングヘッド（５）の中心軸（６５）がボデー（３）の中心軸（７）に対して鋭角αを成していることを特徴とするブローチ工具。
2. カッティングヘッド（５）がシャンク（７３）を具備し、シャンク（７３）が一方の端部に切れ刃リング（６７）を有し、反対側の他方の端部がボデー（３）に回転可能に支承されることを特徴とする請求項１に記載のブローチ工具。
3. カッティングヘッド（５）がシャンク（７３）に交換可能に取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のブローチ工具。
4. 少なくとも１個の切れ刃（６９）がカッティングヘッド（５）の中心軸（６５）の周りの仮想の軌道円上にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブローチ工具。
5. 複数個の切れ刃（６９）が設けられており、該複数の切れ刃は、カッティングヘッド（５）の中心軸（６５）の周りの仮想の軌道円上にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブローチ工具。
6. 切れ刃（６９）は、等しい相互間隔で配置されていることを特徴とする請求項５に記載のブローチ工具。
7. 少なくとも１個の切れ刃（６９）が、カッティングヘッド（５）の中心軸（６５）に対してある角度で傾斜した案内面（９５）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のブローチ工具。
8. カッティングヘッド（５）が案内部分を備えた案内部材（７９）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のブローチ工具。
9. 少なくとも１個の切れ刃（６９）の軌道円の中心（８４）又は案内部分の中心（８３）が、ボデー（３）の中心軸（７）とカッティングヘッド（５）の中心軸（６５）の交点にあることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載のブローチ工具。
10. シャンク（７３）が半径方向力及び軸方向力を受ける軸受部材（１３）によって支持されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のブローチ工具。
11. 軸受部材（１３）が少なくとも１個のアンギュラー玉軸受（２１、２３）及び１個の溝玉軸受（５１）を有することを特徴とする請求項１０に記載のブローチ工具。
12. 軸受部材（１３）が２個のアンギュラー玉軸受（２１、２３）及び１個の溝玉軸受（５１）を有することを特徴とする請求項１１に記載のブローチ工具。
13. ボデー（３）を経て、カッティングヘッド（５）を経て少なくとも１個の切れ刃（６９）に冷却／潤滑剤を送る冷却／潤滑剤供給装置を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のブローチ工具。
14. 少なくとも１個の切れ刃を備えたカッティングヘッド及びこれを支持するボデーを有するブローチ工具、特に請求項１〜１１のいずれか１項に記載のブローチ工具による穴表面の機械加工、即ち少なくとも１本の溝を凹設するための方法にであって、カッティングヘッドが機械加工を行うために工作物の被加工穴に挿入され、ボデーの回転運動及びブローチ工具と工作物との軸方向相対運動の間、表面に少なくとも１本の溝が凹設されるように、カッティングヘッドが揺れ運動及び追従運動をもたらすことを特徴とする方法。

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