JP4653085B2

JP4653085B2 - オービタル機械加工装置

Info

Publication number: JP4653085B2
Application number: JP2006517057A
Authority: JP
Inventors: ステゥクスバーグ，マッツ; ペッターソン，ビヨルン
Original assignee: ノバトールアーベー
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: US20060198710A1; EP1635975A1; US7189038B2; WO2004113002A8; DE602004025109D1; WO2004113002A1; JP2007521143A; ATE454945T1; ES2337057T3; EP1635975B1

Description

本発明は、一般に、切削工具によって被加工物に孔を開けるためのオービタル機械加工装置に関し、ここでの切削工具は、当該切削工具自体の工具軸を中心として回転し、且つ機械加工される孔の長手方向中心軸に対応する主軸を中心として、偏心（オービタル運動）するものである。更に詳細には、本発明は、主軸に関する切削工具軸の径方向のオフセット（旋回半径）を調整して、機構の内側偏心円筒体に回転運動を伝達するための、前記装置の改良機構に関するものである。

国際公開第03/008136号パンフレットは、切削工具によって、被加工物に孔を開けるためのオービタル機械加工装置を開示している。この装置は、
孔の機械加工中に、切削工具自体の長手方向中心軸を中心として、当該切削工具を回転するように構成された第１の作動部と、
前記工具軸と実質的に平行な軸送り方向に切削工具を移動するように構成され、前記第１の作動部と同時に動作可能である第２の作動部と、
主軸を中心として切削工具を回転させるように構成され、前記主軸が前記工具中心軸と実質的に平行で、且つ機械加工される孔の長手方向中心軸と同軸であり、前記第１の作動部及び前記第２の作動部と同時に動作可能である第３の作動部と、
前記主軸から切削工具の中心軸の径方向の距離を制御するように構成されたラジアルオフセット機構と、を備えており、
前記ラジアルオフセット機構は、偏心円筒孔を有する内側円筒体を備え、この偏心孔は、前記内側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの内側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸を有しており、前記偏心孔は切削工具を動作させるために、スピンドルユニットを径方向に且つ回転可能に支持するように構成されていると共に、
前記ラジアルオフセット機構は、偏心円筒孔を有する外側円筒体を備え、この外側円筒体の前記偏心円筒孔は、前記外側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの外側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸を有しており、前記内側円筒体は外側円筒体の前記偏心孔内に径方向に支持されて、外側円筒体の内部で回転可能であり、それによって前記主軸から切削工具の前記中心軸までの径方向距離を調節できるようになっており、
さらに前記第３の作動部は、外側円筒体がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、外側円筒体に駆動可能に接続される第１のモータと、内側円筒体がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、内側円筒体に駆動可能に接続される第２のモータとを備えており、これら第１のモータ及び第２のモータは、加工動作中に、切削工具の径方向のオフセット位置が変わらないように保つために、外側円筒体及び内側円筒体を同時に回転させて、外側円筒体及び内側円筒体相互の回転位置を維持するように構成されている。

第１のモータ及び第２のモータは、外側円筒体及び内側円筒体を異なる角速度で回転させることによって、切削工具の径方向のオフセット位置を変更するように構成されている。それゆえ、２個のモータ及び伝達装置は、一方では、加工動作中に外側円筒体及び内側円筒体を同時に回転（ただし相互回転ではない）することによって、外側円筒体及び内側円筒体の予め決められた相互の回転位置を維持し、それにより（被加工物に円筒状の孔或いはみぞを加工するための）規定の径方向のオフセットを維持するように構成されており、或いはもう一方では、加工動作中（例えば円錐状の孔或いは凹部の加工中）又は径方向のオフセットを別な所望の値に調節するための非加工中に、外側円筒体及び内側円筒体を異なる角速度（相互回転）で回転することによって、径方向のオフセットを変えられるようにも構成されている。

第２のモータから内側円筒体に回転運動を伝達するための伝達装置或いは機構は、軸継手を含み、それは内側円筒体が主軸を中心としたオービタル運動を行なうが、外側円筒体に対して内側円筒体自体の中心軸を中心とした回転を行なわないように構成されている。軸継手はまた、加工動作中或いは径方向のオフセットを別な所望のオフセット値に調節するための非作業中に、径方向のオフセットを変えるために、内側円筒体が、第２のモータによって外側円筒体に対して内側円筒体自体の中心軸を中心として回転することを可能にする。

この軸継手は、フォーク・アンド・カム回転機構を含む。このフォーク・アンド・カム回転機構に関する問題点は、カム・ローラーの接触面が、経時により磨耗し遊びを生じ、それによって軸継手機構の精度に影響を来たし、ひいてはオービタル機械加工装置の加工過程にも影響を来たすことである。
国際公開第03/008136号パンフレット

本発明の目的は、継手部を有したオービタル機械加工装置であって、上記の従来装置の不具合を除リ除くオービタル機械加工装置を提供することである。

この目的のために、本装置は、
孔の機械加工中に、切削工具自体の長手方向中心軸を中心として、当該切削工具を回転するように構成された第１の作動部と、
前記長手方向中心軸と平行な軸送り方向に切削工具を移動するように構成され、前記第１の作動部と同時に動作可能である第２の作動部と、
主軸を中心として切削工具を回転させるように構成され、前記主軸が前記切削工具の長手方向中心軸と平行で、且つ機械加工される孔の長手方向中心軸と同軸であり、前記第１の作動部及び前記第２の作動部と同時に動作可能である第３の作動部と、
前記主軸から切削工具の長手方向中心軸の径方向の距離を制御するように構成されたラジアルオフセット機構と、を備えており、
前記ラジアルオフセット機構は、偏心円筒孔を有する内側円筒体を備え、この偏心孔は、前記内側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの内側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸を有しており、前記偏心円筒孔は切削工具を動作させるために、第１の作動部を径方向に且つ回転可能に支持するように構成されていると共に、
前記ラジアルオフセット機構は、偏心円筒孔を有する外側円筒体を備え、この外側円筒体の前記偏心円筒孔は、前記外側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの外側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸を有しており、前記内側円筒体は外側円筒体の前記偏心円筒孔内に径方向に支持されて、外側円筒体の内部で回転可能であり、それによって前記主軸から切削工具の前記長手方向中心軸までの径方向距離を調節できるようになっており、
さらに前記第３の作動部は、外側円筒体がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、外側円筒体に駆動可能に接続される第１のモータと、内側円筒体がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、内側円筒体に駆動可能に接続される第２のモータとを備えており、これら第１のモータ及び第２のモータは、加工動作中に、切削工具の径方向のオフセット位置が変わらないように保つために、外側円筒体及び内側円筒体を同時に回転させて、外側円筒体及び内側円筒体相互の回転位置を維持するように構成され、さらに第１のモータ及び第２のモータは、切削工具の径方向のオフセット位置を変更するために、外側円筒体及び内側円筒体を異なる角速度で回転させるように構成されており、前記第３の作動部は、外側円筒体と同軸で、第１のモータによって駆動される第１の回転駆動部と、外側円筒体と同軸で、第２のモータによって回転される第２の回転駆動部とを備えている。本発明によると、第２の駆動部は、２個の直径上で対向するラジアル駆動ピンによって搬送リングと回転可能に接続されており、この搬送リングが第２の駆動部に対して駆動ピンの長手方向軸に沿って径方向の摺動を行いつつ、これにより搬送リングが回転するようになっていると共に、前記搬送リングは、駆動ピンから円周上で90度隔てて配置され、直径上で対向する２個のラジアル搬送ガイドシャフトによって、内側円筒体に接続されており、内側円筒体が搬送リングに対して径方向の摺動を行ないつつ、これにより内側円筒体が回転するようになっている。

本発明の装置の更なる詳細について、以下の発明を実施するための最良の形態についての解説及び添付の図面により明らかにする。

図１に示すように、従来のオービタル機械加工装置10は、一般に、切削工具自体の軸16を中心として、この切削工具14を回転させるスピンドルモータユニット12と、径方向オフセット機構18と、偏心回転機構20と、軸方向送り機構21とを備えている。装置10は、固定スタンド22、又はロボットアーム等の移動可能な部材（図示せず）に、摺動可能に取り付けることができる。軸送り機構21は固定モータＭを備えており、この固定モータＭは、装置の筺体Ｈに固着されたボールナット23ｂに係合するボールネジ23ａを駆動させる。

図１に示すように、本発明の径方向オフセット機構18は、基本的に、スピンドルモータユニット12をその内部において回転可能に支持する内側中空円筒体24を備える。スピンドルモータユニット12は、内側円筒体24の偏心円筒孔26の内部において、固定スリーブ28及びベアリング29を介して回転可能に支持される。偏心孔26は長手方向の中心軸を有し、この中心軸は内側円筒体24の長手方向中心軸に対し平行であるものの、当該長手方向中心軸から一定距離をもって径方向にオフセットされている。

その一方で、内側偏心円筒体24は、第２の外側中空円筒体36の軸方向に伸びた偏心孔34の内部に、回転可能に支持される。偏心孔34は、長手方向の中心軸を有し、この中心軸は外側円筒体36の中心軸（主軸）に対し平行であるものの、当該長手方向中心軸から径方向に一定距離をもってオフセットされている。好ましくは、円筒体24，36の各孔26，34は、は同じ偏心度、すなわち各孔の中心軸が、円筒体24，36の各中心軸から同じ距離だけ径方向にオフセットしている。外側円筒体36の偏心孔34の内部で内側円筒体24を回転させることによって、或いは円筒体24，36をお互いに且つ相対的に回転させることによって、内側円筒体24の偏心孔26の中心軸、ひいてはスピンドルユニット12および切削工具14の中心軸16を、外側円筒体36の中心軸と一致するように配置することができる。この場合、切削工具の軸16は、まったく径方向にオフセットされない。この径方向オフセットがゼロの位置から、内側円筒体24及び外側円筒体36を、お互いに且つ相対的に180度回転させることにより、切削工具の軸16の最大オフセットが得られる。

基本的に、外側円筒体36は、装置10の筺体Ｈ内に回転可能に支持されており、外側円筒体36に連結されたベルトホイール48と係合するベルト46を介して、モータ（図示せず）により回転させることができる。同様に、内側円筒体24は、ベルト52を介してさらに別なモータにより回転させることができ、このベルト52は、フォーク・アンド・カム回転機構を備えた継手55を介して内側円筒体24に連結されたベルトホイール54と係合する。ベルトホイール54は、ベルトホイール48に対して同心位置で回転するように配置されている。継手55は、内側円筒体24が主軸を中心としたオービタル運動を行なうことを許容する一方で、外側円筒体36に対して内側円筒体自体の中心軸を中心として回転しないように構成されている。この継手55はまた、外側円筒体36に対して内側円筒体自体の中心軸を中心として、前記さらに別なモータによって内側円筒体24を回転させることをも許容し、それによって、作業操作中においても、或いは径方向のオフセットを別な所望のオフセット値に調節するための非作業中においても、径方向のオフセットを変えることができるようになっている。

図２〜図５に示すように、本発明は、外側円筒体36に対して内側円筒体24を回転させるための、新たな継手56を備える。ここでは、図１の対応部品の番号と同じ参照番号を用いている。モータ50及びベルト52によって駆動するベルトホイール54は、同軸状に延びて直径上で対向する突起58を２個有する駆動部57に連結する。平板な搬送リング60は、前記突起58の径方向内側に配置され、２個の直径上で対向するラジアル駆動ピン62によって駆動部57に連結し、且つ駆動部57からの駆動力で回転させられるが、このラジアル駆動ピン62は、各突起58から内向きに伸びていて、搬送リング60に固定された直径上で対向する２個のスリーブ59に摺動可能に取り付けられており、搬送リング60が駆動部57に対して駆動ピン62の長手方向軸に沿って径方向の摺動を行ないつつ、これにより搬送リング60が回転するようになる。更に、直径上で対向する２個のラジアル搬送ガイドシャフト64は、駆動ピン62から円周上に90度隔てて配置され、搬送リング60と内側円筒体24とを連結するようになっており、これにより内側円筒体24が回転する一方で、当該内側円筒体24が、搬送リング60に対して搬送ガイドシャフト64の長手方向軸に沿って径方向の摺動を行なえるようになっている。駆動ピン62及びガイドシャフト64は、搬送リング60の中に配置されたそれぞれのリニアベアリング66に隙間なく受け止められる。

加工動作中に、ベルトホイール48，54を同じ角速度で回転すると、円筒体36，24は、各々のモータ44，50とベルト46，52によって、同時に回転する。これは即ち、工具軸16の径方向のオフセット値には、変更を生じないということを意味する。そして、これに組み合わせて、被加工物（図示せず）に対し切削工具14を軸方向に送り込むことで、円筒の孔或いは溝を被加工物に形成することができる。

仮に、ベルトホイール54と48を異なる角速度で回転させることによって、内側円筒体24及び外側円筒体36が相対的な回転を行なうようにすると、切削工具の軸16の径方向のオフセット値が変えられる。これを被加工物に対する切削工具14の軸送りと同時に行うと、円錐状或いはテーパー状の孔、円錐状或いはカーブ状の断面或いは溝を、被加工物に形成することが可能となる。径方向のオフセットの調節は、非加工中或いは切削工具の軸送りの中断中にも行なうことができる。

本発明と共通する部品を多数有する従来のオービタル機械加工装置の概略側断面図である。本発明のオービタル機械加工装置の側面図である。本発明のオービタル機械加工装置の斜視図である。装置の内側偏心円筒体を回転させるための継手部の拡大斜視図である。図４における継手部の端面図である。本発明の装置の後側からの斜視図である。

12 スピンドルモータユニット（第１の作動部）
14 切削工具
16 軸（長手方向中心軸）
18 径方向オフセット機構
20 偏心回転機構（第３の作動部）
21 軸方向送り機構（第２の作動部）
24 内側円筒体
26，34 偏心円筒孔
36 外側円筒体
44 モータ（第１のモータ）
48 ベルトホイール（第１の回転駆動部）
50 モータ（第２のモータ）
54 ベルトホイール
57 駆動部（第２の回転駆動部）
58 突起
60 搬送リング
62 駆動ピン
64 ラジアル搬送ガイドシャフト

Claims

孔の機械加工中に、切削工具（14）自体の長手方向中心軸（16）を中心として、この切削工具（14）を回転するように構成された第１の作動部（12）と、
前記長手方向中心軸（16）と平行な軸送り方向に切削工具（14）を移動するように構成され、前記第１の作動部（12）と同時に動作可能な第２の作動部と、
主軸を中心として前記切削工具（14）を回転させるように構成され、前記主軸が前記切削工具（14）の長手方向中心軸（16）と平行で、且つ機械加工される孔の長手方向中心軸と同軸であり、前記第１の作動部（12）及び前記第２の作動部（21）と同時に動作可能である前記第３の作動部（20）と、
前記主軸から前記切削工具（14）の長手方向中心軸（16）の径方向の距離を制御するように構成されたラジアルオフセット機構（18）と、を備えており、
前記ラジアルオフセット機構（18）は、偏心円筒孔（26）を有する内側円筒体（24）を備え、この偏心円筒孔は、前記内側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの内側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向中心軸を有し、前記偏心円筒孔(26)は前記切削工具（14）を動作させるために、第１の作動部（12）を径方向に且つ回転可能に支持するように構成されていると共に、
前記ラジアルオフセット機構（18）は、偏心円筒孔（34）を有する外側円筒体（36）を備え、前記外側円筒体（36）の前記偏心円筒孔は、前記外側円筒体の長手方向中心軸に対して平行で、且つこの外側円筒体の長手方向中心軸から径方向にオフセットした長手方向中心軸を有し、前記内側円筒体（24）は外側円筒体（36）の前記偏心円筒孔（34）内に径方向に支持されて、外側円筒体の内部で回転可能であり、それによって前記主軸から切削工具（14）の前記長手方向中心軸（16）までの径方向距離を調節できるようになっており、
また前記第３の作動部（20）は、外側円筒体（36）がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、外側円筒体（36）に駆動可能に接続される第１のモータ（44）と、内側円筒体がその長手方向中心軸を中心として独立に回転するように、内側円筒体に駆動可能に接続される第２のモータ（50）とを備えており、前記第１のモータ（44）及び第２のモータ（50）は、加工動作中に、切削工具（14）の径方向のオフセット位置が変わらないよう保つために、外側円筒体（36）及び内側円筒体（24）を同時に回転させて、外側円筒体及び内側円筒体相互の回転位置を維持するように構成されており、
さらに第１のモータ（44）及び第２のモータ（50）は、切削工具（14）の径方向のオフセット位置を変更するために、外側円筒体（36）及び内側円筒体（24）を異なる角速度で回転させるように構成されており、
前記第３の作動部（20）は、外側円筒体（36）と同軸で、第１のモータ（44）によって駆動される第１の回転駆動部（48）と、外側円筒体（36）と同軸で、第２のモータ（50）によって回転される第２の回転駆動部（57）とを備えた切削工具により被加工物に孔を形成するオービタル機械加工装置において、
前記第２の回転駆動部（57）は、２個の直径上で対向するラジアル駆動ピン（62）によって、搬送リング（60）に回転可能に接続されており、この搬送リング（60）が第２の駆動部（57）に対して駆動ピン（62）の長手方向軸に沿って径方向の摺動を行ないつつ、これにより搬送リング（60）が回転するようになっていると共に、
前記搬送リング（60）は、駆動ピン（62）から円周上で90度隔てて配置され、直径上で対向する２個のラジアル搬送ガイドシャフト（64）によって、内側円筒体（24）に接続されており、内側円筒体（24）が搬送リング（60）に対して径方向の摺動を行ないつつ、これにより内側円筒体（24）が回転するようになっていることを特徴とするオービタル機械加工装置。
前記第２の回転駆動部（57）はベルトホイール（54）と同軸に接続され、このベルトホイール（54）は無端状ベルト（52）を介して第２のモータ（50）によって回転するものであることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記第２の回転駆動部（57）は、直径上で対向して軸方向に伸びる２個の突起（58）を有し、前記突起（58）は前記駆動ピン（62）により搬送リング（60）を案内支持するものであることを特徴とする請求項１または２記載の装置。