JP2010524711A - 可動式穴加工ユニットのための固定装置 - Google Patents

Abstract

可動式穴加工装置をテンプレート（１２）上のガイドブッシュ（１６）に位置決めし、および固定するための固定装置であって、単一の位置決めピン（５２）がガイドブッシュ（１６）に関連して且つガイドブッシュ（１６）近傍のドリルテンプレート（１２）内の離間された穴を通って軸方向に延伸している。その装置のクランプ機構（１０）はガイドブッシュ（１６）の一部に同心に取り囲むように形成されており、単一の位置決めピン（５２）と同時に係合するための凹部を備えている。それはハウジング（１８）を確実に係止し、且つ穴加工装置が所定の位置において同心に取り付けられるようにするためである。

Description

本発明は、被加工物内で穴加工する場合に、軌道穴加工ユニット（orbital drilling unit）のような可動式穴加工ユニットをドリルテンプレートに位置決めし且つ固定するための固定装置に関し、特に、切削工具よりも大きい経を備えた穴を形成する場合のものに関する。固定装置はクランプ機構を含み、その機構は穴加工ユニットに遠位端に離脱可能に連結され、テンプレートが取り付けられた被加工物近傍の穴または凹部の加工の間、ドリルテンプレートの穴に取り付けて固定されたガイドブッシュに離脱可能に取り付けられるように形成されている。より具体的には、その固定装置は請求項１の前段で説明された種類の固定装置に関する。

軌道穴加工ユニットは例えば特許文献１および２からすでに公知であり、それらの文献の内容は参照することによりここに組み込まれている。そのような軌道穴加工装置は通常は携帯式または可動式加工装置として構成されており、その装置は特に繊維強化複合材料またはラミネートから成る被加工材中に複数の穴または凹部を加工するのに適しており、その装置自身の中の穴加工ユニットは回転切削工具の軌道変位を提供し、切削工具はスピンドルユニットの調心機構に統合されることによって確実に抑制されている。

材料を加工するのに可動式または携帯式工具を使用する場合、被加工材に対する加工装置の配置の柔軟性および加工装置の動作の自由度のために、多くの利点が達成される。可動式または携帯式加工装置を使用する利点は、加工装置を例えばオーバーヘッドのような静止加工装置によっては実現できないような所定の位置に配置する能力、または工具を配置して大型アセンブリの一部である被加工材を加工する能力含んでおり、それは航空機の複数の穴を形成する場合、または修復作業の場合に発生する。曲面（または平坦でない形状の面）を備えた被加工材の加工は、特有の配置の柔軟性のために、可動式または携帯式工具を使用して容易に行われる。

さらに、テンプレートは加工装置と一緒に使用されて、被加工材のパターンを容易に複製する。テンプレートを使用した場合、加工装置はテンプレートのパターンによってガイドされる。そのパターンはテンプレートパターンによって拘束された加工装置の動作を要求している。可動式または携帯式工具と共にテンプレートを使用することは、テンプレートのパターンを追従するように拘束されなければならない加工装置の固有の配置の柔軟性および動作の自由度によって問題が発生し得る。

特許文献３はクランプ機構を具備した可動式軌道穴加工装置のための固定装置を開示しており、その固定装置は穴加工装置をテンプレート内の径方向反対側および近位側に取り付けられた２つの位置決めピン（図１および２）、または個々のテンプレート穴を備えた同心の開口を形成した中空の単一の位置決めガイドブッシュ（図３および４）のいずれかに離脱可能に取り付けるためのものである。工具自身の長手中心軸周りに回転し且つ主軸周りに軌道周回する間に、穴加工ユニットの切削工具はガイドブッシュの穴を通って軸方向および径方向に被加工材中を進行する。図３および４の実施形態において、クランプ機構は周方向に離間された複数の係止ボールを坦持した円筒形のボールホルダを具備し、係止ボールは外側軸方向に移動可能な圧縮シリンダの手段によって単一のガイドブッシュの外周溝を備えた係合係止部内に配置されてもよい。圧縮シリンダは穴加工ユニットをテンプレートに対して軸方向および回転方向に固定する。圧縮シリンダは付勢ばねの力によって自身の延伸された係止位置に向かって力をかけており、付勢ばねは圧縮シリンダに接続されたピストンに作用している。ピストンはガイドブッシュ内の外周溝の係止ボールの解放の向きと反対の向きの空気圧によって移動されてもよい。

別の固定装置が特許文献４に開示されており、それによると、係止ボールホルダは空気圧で作動される軸方向に移動可能なピストンとして形成され、外側静止ハウジングの内側テーパ部はガイドブッシュの環状溝を備えた係合係止部内でそれぞれのボールを押圧するように作用する。

単一のガイドブッシュを備えたクランプ機構の場合、回転切削工具が何らかの理由で被加工材中で詰まった場合、このことは全穴加工ユニットの望ましくない回転を引き起こしてしまう。それは高トルクが発生してガイドブッシュを備えたクランプ機構の摩擦固定係合を破壊してしまうかもしれないためである。また、トラブルへのアクセスは、穴加工ユニットを正確にガイドブッシュ上で周方向に位置決めおよび固定する場合に発生し、それは通常は穴加工ユニットのハウジングの非対称形状によるものである。このことは特にテンプレート穴が狭く限定された空間に配置される場合に発生し得る。

米国特許第６，６６３，３７２号明細書 米国特許第６，７１９，５０５号明細書 国際公開第０２／１０２５３５号パンフレット 米国特許第６，９７１，８２４号明細書

本発明の目的は、携帯式穴加工ユニットを組み付けるための装置を提供することであり、その装置は、穴加工ユニットが稼動サイクルの間単一の位置決めガイドブッシュに対して常に軸方向に且つ所望の所定の回転位置において固定されるように形成されている。

この目的のために、本発明の固定装置は、請求項１に規定された特徴によって特徴付けられている。したがって、本発明の固定装置のガイドブッシュは、ドリルテンプレートの予備加工された穴にぴったりと適合し、離間して、径方向にオフセットされた軸方向位置決めピンと連携している。そのピンはテンプレート内の離間された予備加工穴を通って延在し、ドリルテンプレートの外側面から突出して、クランプ機構の関係したピン受容凹部によって係合されることが可能である。このピン受容凹部は円筒形のボールホルダの遠位端領域において、溝として形成されてもよい。

好適に、ガイドブッシュは周方向に離間された複数の開口部を備えた径方向取り付けフランジを供え、その開口部はドリルテンプレートの後ろ側にブッシュを固定するためのねじを受容するためのものである。このフランジはその組み付けられる位置において位置決めピンを軸方向に支持してもよい。

本発明の別の側面によれば、形成される穴の識別を含んだ特別な、固有の穴情報キャリアが、テンプレート内のそれぞれのガイド穴近傍の位置決めピンに対して径方向にほぼ反対側にある凹部内に組みつけられてもよい。穴情報キャリアは任意の適切なタイプの可読性ＩＤを含んでいてもよく、それはＲＦＩＤタグまたはチップである。穴情報キャリアは形成される個々の穴の全ての関連情報を含んでいてもよく、それは例えば穴のタイプ、様々な処理工程および寸法パラメータであり、例えば直径、深さ、穴形状、切削送り速度、皿穴加工などである。例えばＲＦＩＤチップなどの情報は、クランプ機構上のＲＦＩＤチップ近傍に配置されたアンテナを介して、軌道穴加工装置のリーダまたはセンサによって特定されてもよい。

本発明のさらに別の側面によれば、クランプ機構のピストンは二重作用空圧スリーブ状ピストンであり、圧縮シリンダを軸方向に変位させて係止ボールをガイドブッシュの溝内の係止位置に拘束する。周方向に離間された圧縮ばねはピストンの側部に作用して、ボール係止方向においてピストンを変位させてもよい。また、圧縮空気がピストンの反対側に導入されて、ばねの作用に対向してピストンを変位させ、ブッシュのみぞ内の係止位置からボールを解放してもよい。ピストンは二重作用空圧ピストンであるので、ピストンのばね側のチャンバに導入される圧縮空気は、ブッシュの溝内のボールにかけられたクランプ力を増加させるために利用される。適切な実施形態において、穴加工ユニットをガイドブッシュに取り付けて適切な面接触がガイドブッシュの内側端面とその端面に支持されて係合するクランプ機構の要素（ボールホルダ）との間で達成されているかどうかをチェックする場合に、この圧縮空気はガイドブッシュの内側端面の関連した接触面を清掃するために使用されてもよい。この目的のために、エアダクトがピストンのばね側のエアチャンバから延在し、ボールホルダの個々の接触面内に開口している。そのエアチャンバに接続された圧力センサは、圧力降下が検出された場合に係止不良の指示としてアラームを鳴らすように適合されていてもよい。

本発明の上述のおよび他の特徴ならびに利点、ならびにそれらを実現する方法は、添付図とともに取り入れられた本発明の実施形態の以下の記載を参照することによって、より理解されるだろう。

ガイドブッシュ上でアンロック位置にある軌道穴加工装置のためのクランプ機構の断面の概略を示した図である。 ガイドブッシュ上でロック位置にある図１のクランプ機構の側面の断面の概略を示した図である。 ガイドブッシュの関連した端面に支持された清掃のためのエアダクトを示した図であり、図１および２と類似しているが回転方向に異なった断面を示した図である。 クランプ機構の遠位端の斜視図を示している。 本発明の機ランプ機構と共に使用される位置決めピンとＲＦＩＤチップとを備えたガイドブッシュの上面の斜視図を示している。 図５のガイドブッシュの底面の斜視図を示している。 ドリルテンプレート内に組み付けられたガイドブッシュの上からの図を示している。

図１〜３は軌道穴加工ユニット（図示略）をドリルテンプレート１２に離脱可能に連結するためのクランプ機構１０を開示している。ドリルテンプレートは例えば航空機の構造部材のような被加工材（図示略）の近傍に取り付けられており、そのテンプレートには複数の予備加工ガイド穴１４が設けられている。予備加工ガイド穴１４は加工中の製品の穴加工される穴の位置に一致した所定のパターンで配置されている。それぞれの予備加工ガイド穴１４は中空のガイドブッシュ１６であり、穴加工ユニットが、穴加工工程の間、クランプ機構１０によってそこに締め付けられて固定される。

クランプ機構１０はハウジング１８を具備し、それは一端において穴加工ユニットに離脱可能に連結されて（図示略）、他端において固定ユニット２０に接続されている。固定ユニット２０は径方向内部円筒部２２を具備し、その軸方向の内側端部はハウジング１８に取り付けられ、一方で、その軸方向の外側端部は、少なくとも１つであるが好適には複数の係止ボール２４のためのホルダ２３を形成している。係止ボール２４は例えば円周上に等間隔に離間されて径方向に移動可能な５つのボールである。軸方向の内側端部２２は径方向外側円筒部２８および凹部３０とともに圧空チャンバ２６を画定しており、それは内側円筒部２２の内側端部の周囲に均等に分配された圧縮ばね３２の一端をその内部に受容するためである。圧縮ばね３２の他端は、チャンバ２６内でスライド可能な環状ピストン部材３４の頂部に作用する。ピストン部材３４の軸方向の外側端部は係止ボール２４と相互作用するように構成された円筒形圧縮スリーブ３６を形成し、図２に示されたように、ピストン部材３４と圧縮スリーブ３６とが、圧縮ばね３２とチャンバ２６のばね側に導入された圧縮空気との結合動作によって軸方向外側に向かって変移する場合、係止ボール２４をガイドブッシュ１６の外側環状溝３８内に係合させて係止する。

内側ガイドスリーブ４０は内側円筒部２２の内向きのショルダ４２によって支持されており、ガイドブッシュ１６の穴４４内にぴったりと適合して、穴加工ユニットをガイドブッシュ１６に対して径方向に固定している。中空のガイドブッシュ１６上のクランプ機構１０と穴加工ユニットとの係止位置において、内側円筒部２２の内向きのショルダ４２の低位側のランド４６は、ガイドブッシュ１６の軸方向の内側端面４８によって確実に支持されている。これらの構造的な大きさは穴加工ユニットを径方向だけでなく軸方向および周方向にも固定する。

エアダクト５０（図３参照）はチャンバ２６のばね側とランド４６とを連通させており、ガイドブッシュ１６のクランプ機構１０の取り付けに先立って、圧縮空気でガイドブッシュ１６の内側端面４８をクリーニングするための手段を提供している。エアチャンバ２６に接続された圧力センサ（図示略）は、そのセンサによって圧力異常が検出された場合に、係止不良の表示としてアラームを発するようにされていてもよい。

図１に見られるように、ボール２４をガイドブッシュ１６の溝３８への係止から解放するために、圧縮空気が環状ピストン部材３４の反対（低位）側のチャンバ２６内に導入され、ピストン部材３４と圧縮スリーブ３６とを圧縮ばね３２の軸方向内向きの作用に抵抗して変移させる。このことは、係止ボール２４が径方向外向きに移動して穴加工ユニットがガイドブッシュからはずされることを可能にしている。

係止ボール２４は通常はガイドブッシュへの十分なクランプ作用を提供し、切削工具がいくつかの理由のために被加工材の中で詰まった場合に、穴加工ユニットが周方向に移動することを防止しているが、本発明によれば、位置決めピン５２が穴加工ユニットを周方向に確実に係止するためにガイドブッシュ１６と関わっていてもよい。図１〜３、５および７に示されているように、位置決めピン５２は、ガイドブッシュ１６の近傍のドリルプレート１２内の離間した穴５４を軸方向に貫通して延在していてもよい。好適に、ピン５２の脚部５６はガイドブッシュ１６の下側フランジ５８の上面に支持されていてもよく、位置決めピン５２の上端面は、ボールホルダ２３の下端面の溝状の凹部６０内に突出していてもよい。ガイドブッシュ１６は締結ねじ６２によってドリルテンプレートに取り付けられている。位置決めピン５２には穴加工ユニットの周方向の確実な係止だけでなく、ガイドブッシュに対して穴加工ユニットの適切な所定の回転位置を設けることを可能にしてもよく、それは通常は穴加工ユニットのハウジングの非対称の形状を提供する。このことはとくに、テンプレートの穴が狭く且つ限定された空間に配置される場合であってもよい。

本発明によれば、形成される穴の識別を含んだ独自の個性的な穴情報キャリア６４（図５および７参照）が、ドリルテンプレート１２内のそれぞれのガイド穴１４の近傍の位置決めピン５２にほぼ径方向に対向した凹部に組み付けられてもよい。穴情報キャリア６４は任意の適切なタイプの可読性のＩＤからなり、それはＲＦＩＤタグまたはチップであり且つ形成される個々の穴の全ての関連情報を含んだものである。その情報は穴のタイプ、様々な処理工程および寸法パラメータであり例えば穴深さ、穴形状、切削送り速度、皿穴などである。例えばＲＦＩＤチップ６４のような情報は、テンプレート１２内のＲＦＩＤチップ６４の近傍に配置されたアンテナ（図示略）を通して軌道穴加工装置のリーダまたはセンサ（図示略）によって特定されてもよい。

１０ ・・・クランプ機構
１２ ・・・ドリルテンプレート
１４ ・・・予備加工穴ガイド穴
１６ ・・・ガイドブッシュ
１８ ・・・ハウジング
２０ ・・・固定ユニット
２２ ・・・径方向内部円筒部
２３ ・・・ホルダ
２４ ・・・係止ボール
２６ ・・・圧空チャンバ
２８ ・・・径方向外側円筒部
３０ ・・・凹部
３２ ・・・圧縮ばね
３４ ・・・環状ピストン部材
３６ ・・・圧縮スリーブ
３８ ・・・外側環状溝
４２ ・・・ショルダ
４６ ・・・ランド
５０ ・・・エアダクト
５２ ・・・位置決めピン
５６ ・・・脚部
５８ ・・・下側フランジ
６２ ・・・締結ねじ

Claims (10)

1. テンプレート上に可動式穴加工装置を位置決めし、および固定するための固定装置であって、前記テンプレートは少なくとも１つの穴と、該穴に挿入され且つ前記テンプレートから外側に向かって突出した位置決めガイドブッシュと、を備え、
   前記固定装置は前記穴加工装置と連結されるための第１の端部である近位端と、第２の端部である遠位端とを備えたハウジングと、該ハウジングの前記第２の端部である遠位端において、該ハウジングを前記位置決めガイドブッシュに離脱可能に接続するためのクランプ機構と、を備え、
   該クランプ機構は円筒形のチャンバ（２６）内でスライド可能とされ且つピストン近位端面とピストン遠位端面とを備えたピストン状のスリーブと、前記ガイドブッシュ上の前記ハウジングのピストン係止位置に向かってピストンに力をかけるために前記ピストン近位端面に作用するように形成されたクランプアクチュエータと、前記ピストン状スリーブがその遠位端において前記テンプレートから突出した前記ガイドブッシュの一部を同心円状に取り囲むように形成されたボールホルダを形成しているピストン状スリーブの軸セクションと、前記ボールホルダの開口部内に配置された少なくとも１つの係止ボールと、を含み、
   前記ガイドブッシュは、前記クランプアクチュエータが作動している間少なくとも１つの前記係止ボールが内部に係合し、且つ前記アンクランプアクチュエータが作動している間前記係止ボールが内部から離脱する環状の溝を含んだ固定装置において、
   離間された位置決めピン（５２）は前記ガイドブッシュ（１６）と関わりを持ち、前記ガイドブッシュ（１６）近傍のドリルテンプレート（１２）内の離間された穴（５４）を通って軸方向に延在し、前記クランプ機構（１０）は、前記ハウジング（１８）を確実に係止し且つ前記穴加工装置を所定の位置において周方向に取り付けるために、前記位置決めピン（５２）を受容するための凹部（６０）を備えていることを特徴とする固定装置。
2. 前記位置決めピン（５２）の脚部（５６）は前記ガイドブッシュ（１６）のフランジ（５８）上に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の固定装置。
3. 前記ピン受容凹部（６０）は前記ボールホルダ（２３）の遠位端上の溝として形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固定装置。
4. 前記クランプアクチュエータは周方向に配置された複数の圧縮ばね（３２）を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定装置。
5. 前記クランプアクチュエータは前記ピストン近位端面に作用する空圧システムを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定装置。
6. 少なくとも１つのエアダクト（５０）が前記チャンバ（２６）側に連通されており、前記チャンバは前記クランプアクチュエータによって前記クランプ機構の遠位支持面（４６）に作用され、前記ガイドブッシュ（１６）の近位端面（４８）と係合することを特徴とする請求項５に記載の固定装置。
7. 前記アンクランプアクチュエータは前記ピストン遠位端面に作用する空圧システムを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固定装置。
8. 形成される穴の識別を含んだ個々の穴情報キャリア（６４）が、前記ドリルテンプレート（１２）内の前記ガイドブッシュ近傍に組み付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の固定装置。
9. 前記穴情報キャリア（６４）は前記ドリルテンプレート（１２）とほぼ径方向に対向して組み付けられていることを特徴とする請求項８に記載の固定装置。
10. 前記穴情報キャリア（６４）はＲＦＩＤチップであることを特徴とする請求項８または９に記載の固定装置。

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