JP2010532275A - 軌道穿孔工具ユニット - Google Patents

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Abstract

定置式機械工具の回転スピンドルに対して着脱可能に取り付けられる軌道穿孔工具ユニット(10)。当該ユニットは、偏心した長手方向に延在する円筒孔(16)を有する外側偏心体(14)と、その偏心孔(16)内で回転可能に支持されると共に偏心した長手方向に延在する円筒孔(25)を有する内側偏心体(18)と、カッティング工具(24)を取り外し可能に支持すると共に偏心孔(25)内で回転可能に支持されたスピンドルモーター(22)とを備える。外側偏心体(14)の機械工具端部は、外側偏心体を回転させるためにスピンドルに対して取り付けられた工具ホルダー(12)に対して同心状に取り付けられるよう構成される。半径方向オフセット調整手段(26,30)は、スピンドル中心軸線に対してモーター中心軸線の半径方向オフセットを調整するために外側偏心体(14)に対して内側偏心体(18)を回転させるよう構成され、工具(24)を回転させるモーター(22)に動力を伝達する手段(38)が設けられる。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の定置式機械工具の回転スピンドルに対して着脱可能に取り付けられるよう構成される軌道(orbital)穿孔工具ユニットに関する。
ポータブル型の、すなわちハンドホールド型の軌道穿孔工具ユニットは従来公知であるが(たとえば特許文献１参照)、これは、偏心した、長手方向に延在する円筒孔を有する回転可能な外側偏心円筒体用の固定ハウジングと、外側円筒体の偏心孔内で回転可能に支持されると共に、同様に、偏心した、長手方向に延在する円筒孔を有する内側偏心円筒体と、カッティング工具を着脱可能に支持すると共に内側円筒体の偏心孔内で支持されたスピンドルモーターとを備える。そうしたポータブル型軌道穿孔工具ユニットは、好ましくは、航空機および宇宙産業において使用され、かつ、たいてい、繊維強化複合素材(これに対してテンプレートが取り付けられる)の被加工物に孔をあけるためのドリルテンプレートに対して一時的に固定される。そうした素材を穿孔処理する間、カッティング工具の軌道移動によって、高品質な孔壁が実現される。カッティング工具の回転を実行するためには、外側円筒体に対して内側円筒体を回転させることによって主(孔)軸線に対する、その半径方向オフセットを調整し、外側円筒体を回転させることによってカッティング工具を軌道周回させ、そして四つの異なるモーターすなわち駆動ユニットまで被加工物内へカッティング工具を軸方向に前進させることが必要となる。
たとえばＣＮＣ機械工具などの、ある定置式機械工具は、定置式機械工具スピンドルに対して協調ｘおよびｙ方向に被加工物ホルダーをスライドさせることによって、あるいは、静止被加工物に対して相応協調ｘおよびｙ方向に工具スピンドルヘッドを移動させることによって、回転するカッティング工具と被加工物との間で、相互軌道移動自体を実現することは可能であるが、そうした定置式機械工具は、ポータブル軌道穿孔機械におけるように、スピンドルモーターおよびカッティング工具の軌道移動を実現することはできず、ところが、被加工物ホルダー全体あるいは定置式機械工具の機械スピンドルヘッドは、複雑な駆動機構によって、座標系に従って動かされる必要がある。
米国特許第6,382,890号明細書
本発明の目的は、機械工具ヘッドあるいは被加工物を旋回させることを要さずに、それが被加工物において軌道穿孔作業を実施できるように定置式機械工具の回転可能なスピンドルに対して着脱可能に取り付けられるよう構成された軌道穿孔工具ユニットを提供することである。この目的のために、本発明に係る軌道穿孔工具ユニットは、請求項１に記載の構成によって特徴付けられる。さらに詳しく言うと、本発明に係る軌道穿孔工具ユニットは、偏心した、長手方向に延在する円筒孔を有する外側偏心体と、この外側偏心体の偏心孔内で回転可能に支持されると共に、同様に、偏心した、長手方向に延在する円筒孔を有する内側偏心体と、カッティング工具を取り外し可能に支持すると共に、内側偏心体の偏心孔内で回転可能に支持されたスピンドルモーターと、それと共に外側偏心体が回転するよう機械工具スピンドルに対して、それを着脱可能に取り付けるために外側偏心体の機械工具端部に対して同心状に取り付けられた工具ホルダーと、機械工具スピンドルの中心軸線に対してスピンドルモーター中心軸線(およびカッティング工具軸線)の半径方向オフセットを調整するために、外側偏心体に対して内側偏心体を回転させるべく構成された半径方向オフセット調整手段と、スピンドルモーターおよび半径方向オフセット調整手段に対して動力を伝達するための手段とを具備してなる。そうした軌道穿孔工具ユニットを使用することによって、定置式機械工具の回転スピンドルに対して取り付けられたとき、軌道穿孔／加工は、座標系に基づくｘおよびｙ方向に、スピンドルヘッドあるいはその被加工物ホルダーを移動させることを要さずに、定置式機械工具によって容易に実施することができる。
本発明に係る軌道穿孔工具ユニットにおいては、カッティング工具の回転はスピンドルモーターによって生じ、一方、カッティング工具の軌道運動は、機械工具のスピンドルによって穿孔工具ユニットの外側偏心体を直接回転させることによって生じる。カッティング工具の軸方向の進みあるいは送りは、ｚ方向に機械工具のスピンドルヘッドを変位させることによってなされる。
最も一般的な態様では、カッティング工具の半径方向オフセット調整は、米国特許第6,382,890号明細書の図３に開示されるものと同様の様式で、ハウジングと内側円筒体との間でタンジェンシャルスクリューを回転させることによって手作業で行えるが、半径方向のオフセット調整は、好ましくは、穿孔工具の回転可能な外側偏心体に対して取り付けられかつたとえばベルトトランスミッションによって内側偏心体に対して連動可能に接続された第２のモーターによって、外側偏心体に対して内側偏心体を回転させることによって実施される。これによって、穿孔処理の間に、半径方向オフセットを変更することが、たとえば、孔あるいは凹部を広げることが、あるいは、そのカッティングエッジの損耗によるカッティング工具の減径を補償することが可能となる。
カッティング工具を回転させるためのスピンドルモーターに対して、かつ、スピンドルモーターの半径方向オフセットを調整するためのモーターに対して動力を伝達するための手段は、好ましくは、機械工具に対して静止状態である、すなわちそれに対して回転不可能に取り付けられる相補的スイベル部材の同心スリップリングと係合するべく構成されたスリップリングフォロアを具備してなる。スイベル部材はまた、スピンドルモーターを冷却するための流動媒体を供給するための流体通路を備えていてもよい。
本発明に係る穿孔工具ユニットのさらなる特徴および利点について、図面を参照して、さらに詳しく説明する。
本発明に係る軌道穿孔工具ユニットの長手方向断面図である。 図１の軌道穿孔工具ユニットの前方斜視図である。 図１の軌道穿孔工具ユニットの後方斜視図である。 図１の軌道穿孔工具ユニットの端面図である。
本発明に係る軌道穿孔工具ユニット１０は、中間工具ホルダー１２によって、定置式機械工具、たとえばＣＮＣ機械工具(図示せず)の回転スピンドル(出力シャフト)に対して交換可能に取り付けられるよう構成されている。工具ホルダー１２は、いわゆるＨＳＫ、ＫＭ、Captoなどの、いかなる適当な公知の形式のものであってもよい。図１は「ＨＳＫ」工具ホルダー１２を示している。
軌道穿孔工具ユニット１０は、それと共に回転可能であるよう工具ホルダー１２に対して機械的に連結された外側偏心体１４を具備してなる。したがって、機械工具スピンドルが回転するとき、外側偏心体１４および工具ホルダー１２は、同じ角速度で一緒に回転する。外側偏心体１４は偏心孔１６を有するが、その中には、一対のベアリング２０を用いて、内側偏心体１８が回転可能に配置される。
電動(あるいは、ことによると空気圧)スピンドルモーター２２(これに対してカッティング工具２４が交換可能に取り付けられる)は、内側偏心体１８の偏心孔２５内に配置され、そしてその中心軸線を中心としてカッティング工具２４を回転させる。
電動サーボモーター２６は、外側偏心体１４に対して取り付けられたブラケット２７に対して配置される。サーボモーター２６は、遊びのない(play-free)ギアボックス２８およびベルトドライブ３０を介して、内側偏心体１８に対して連動可能に連結されている。ベルトテンション部材３２(図４)は、所定値まで、それを緊張させるために、ベルト３４と係合する。電動モーター２６がそれと関連付けられたベルトホイール３５を回転させるよう作動させられたとき、内側偏心体１８は、ベルト３４によって、外側偏心体１４に対して回転させられ、この結果、半径方向オフセット(すなわち工具ホルダー１２の中心軸線とカッティング工具２４のそれとの間の距離)は、最小値(普通穿孔のためのゼロ値)と最大値との間で変更すなわち調整可能である。したがって、機械工具スピンドルが回転するとき、カッティング工具２４は、工具ホルダー１２の中心軸線と同心的に回転でき(ゼロ半径方向オフセット)、あるいは電動モーター２６およびベルトドライブ３０によって制御される半径方向オフセットを伴って、工具ホルダー１２の中心軸線に対して偏心したすなわち軌道周回経路を移動することができる。軌道周回動作と同時に、スピンドルモーター２２はその中心軸線を中心としてカッティング工具２４を回転させ、そして、孔、凹部、あるいはその他のスロットまたは溝状部を被加工物に形成するために、カッティング工具２４の軸方向送り(ｚ方向)が機械工具ヘッドによって実行される。
軌道穿孔工具ユニット１０はさらに、電動サーボモーター２６のための駆動制御ユニット３６を具備してなる。制御ユニット３６は、ブラケット２７に対して取り付け可能であり、かつ、関連するデータメモリー、エンコーダーなどを含んでいてもよい。
使用時、モーター２２および２６と制御ユニット３６とに電力および関連する制御信号を供給するために、スイベル部材３８(これは、工具ホルダー１２の軸部分を取り囲み、かつ、二つのベアリング３９によって支持されている)は、機械工具に対して固定的にドッキングした状態で保持される。静止スイベル部材３８はスリップリング４０,４２および４４の群を備えるが、これらは、回転サーボモーター２６のハウジングに対して取り付けられたスリップリングフォロア４６の対応する接触要素(図示せず)によって係合させられている。さらに、スイベル部材３８は、スピンドルモーター２２を冷却するための空気あるいは液体媒体用の流体接続部４８を有する。また、スイベル部材３８は、電力および信号をスリップリング４０,４２,４４に対して伝送するための端子５０を具備してなる。電気信号は、「profibus」のようなバスコネクションを経て転送可能である。
外部機械工具コントローラ(図示せず)は、被加工物に関連する穿孔あるいはカッティング処理を施すために、軌道穿孔工具ユニット１０の動作プロセスを制御するようプログラムされる。したがって、本発明に係る軌道穿孔工具ユニット１０によれば、カッティング工具２４の軌道回転運動は機械工具のスピンドルを回転させることによって実施され、一方、機械工具スピンドル(および工具ホルダー１２)の中心軸線に対するカッティング工具の半径方向オフセット調整は、サーボモーター２６およびベルトドライブ３０によって、外側偏心体１４に対して内側偏心体１８を回転させることによって実施される。カッティング工具２４の軸方向の送りは、機械工具スピンドルを、すなわち軌道穿孔工具ユニット１０を全体として、軸方向に変位させることによって実施される。
カッティング工具２４の半径方向オフセット調整のためのモーター２６が外側偏心体１４と一緒に回転するので、回転する軌道穿孔工具ユニット１０の重量バランスをとるための関連する手段およびステップは排除される。
このように本発明は、中間工具ホルダーインターフェースによって、さまざまな従来型の機械工具に交換可能に適合するよう構成可能な軌道穿孔工具ユニット１０を提供する。既存のポータブル型軌道穿孔ユニット(このものでは、三つあるいは四つのモーターが工具ユニット内で組み合わされている)とは対照的に、本発明に係る軌道穿孔工具ユニットは、たった二つのモーターを、すなわちスピンドルモーター２２および半径方向オフセット調整モーター２４を備えるだけである。
１０ 軌道穿孔工具ユニット
１２ 中間工具ホルダー
１４ 外側偏心体
１６ 偏心孔
１８ 内側偏心体
２０ ベアリング
２２ 電動スピンドルモーター
２４ カッティング工具
２５ 偏心孔
２６ 電動サーボモーター
２７ ブラケット
２８ ギアボックス
３０ ベルトドライブ
３２ ベルトテンション部材
３４ ベルト
３５ ベルトホイール
３６ 駆動制御ユニット
３８ スイベル部材
３９ ベアリング
４０,４２,４４ スリップリング
４６ スリップリングフォロア
４８ 流体接続部
５０ 端子

Claims (7)

  1. 定置式機械工具の回転可能なスピンドルに対して着脱可能に取り付けられるよう構成された軌道穿孔工具ユニット(１０)であって、
    偏心した、長手方向に延在する円筒孔(１６)を有する外側偏心体(１４)と、
    前記外側偏心体(１４)の前記偏心孔(１６)内で回転可能に支持されると共に、同様に、偏心した、長手方向に延在する円筒孔(２５)を有する内側偏心体(１８)と、
    カッティング工具(２４)を取り外し可能に支持すると共に、前記内側偏心体(１８)の前記偏心孔(２５)内で回転可能に支持されたスピンドルモーター(２２)と、
    それと共に前記外側偏心体(１４)が回転するよう前記機械工具スピンドルに対して、それを着脱可能に取り付けるために前記外側偏心体(１４)の機械工具端部に対して同心状に取り付けられた工具ホルダー(１２)と、
    前記機械工具スピンドルの中心軸線に対して前記スピンドルモーター(２２)の中心軸線の半径方向オフセットを調整するために、前記外側偏心体(１４)に対して前記内側偏心体(１８)を回転させるべく構成された半径方向オフセット調整手段(２６,３０)と、
    前記スピンドルモーター(２２)および前記半径方向オフセット調整手段(２６,３０)に対して動力を伝達するための手段(３８)と、
    を具備してなることを特徴とする軌道穿孔工具ユニット(１０)。
  2. 前記半径方向オフセット調整手段は、前記外側偏心体(１４)に対して固定的に取り付けられ、かつ、前記内側偏心体(１８)に対して連動可能に接続された電動モーター(２６)を具備してなることを特徴とする請求項１に記載の軌道穿孔工具ユニット。
  3. 前記電動モーター(２６)は、ベルトトランスミッション(３０)によって、前記内側偏心体(１８)に連動可能に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の軌道穿孔工具ユニット。
  4. 動力を伝達するための前記手段(３８)は、前記半径方向オフセット調整手段の前記モーター(２６)に対して電力を供給するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軌道穿孔工具ユニット。
  5. 動力を伝達するための前記手段は、前記機械工具に対して固定的に取り付けられるよう構成された相補的スイベル部材(３８)の同心スリップリング(４０,４２,４４)と係合するべく構成されたスリップリングフォロア(４６)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の軌道穿孔工具ユニット。
  6. 前記スイベル部材(３８)は、前記スピンドルモーター(２２)を冷却するための流動媒体を供給するための流体通路(４８)を備えることを特徴とする請求項５に記載の軌道穿孔工具ユニット。
  7. 前記スイベル部材(３８)は、その中に前記工具ホルダー(１２)を回転可能に収容するための貫通開口を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の軌道穿孔工具ユニット。
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