JPH10509381A - 深穴の穿孔通路の方向に影響を与える方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属材料または非金属材料において、深穴の穿孔通路の方向に影響を与えるために、強度および位置を変えることができる押出パッド(6)は、ドリル器具(1)を駆動するドリルロッド(2)またはドリル器具(1)それ自体と、その穿孔通路の内壁との間に介在され、その結果、このドリル器具の方向変化が行われるように、このドリルロッドの曲げを引き起こす。この押出パッド(6)の位置および/または厚さの変更は、このドリル器具(1)の対応する位置の感知にフィードバックでき、この感知結果により制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】 深穴の穿孔通路の方向に影響を与える方法および装置 金属物体において、できるだけ正確に配向させた直線状の深穴の穿孔通路は、 直径と穿孔深さとの比を約１：100にするいわゆる砲身穿孔法により、充分に機 械切削される。しかしながら、この範囲においてさえ、穿孔通路の方向安定性お よび直線性の改良には、依然として、いくつかの課題が残っている。 均一性のない材料の場合だけでなく、非常に長く狭い穿孔通路が関係する場合 には、この穿孔通路の偏向(すなわち、理想的な方向からの逸脱)は、特に問題で ある。このことは、製紙技術および紙仕上げ技術で使用するような、いわゆる外 面を穿孔した加熱ロールの例によって以下で説明する。 このタイプのロールでは、伝熱流体媒体の通路を操作して、それにより、この ロール表面を高い操作温度にすることは、このロール表面のすぐ下に位置してい る軸に平行な穿孔通路にとって望ましく、その結果、紙および他のウェブ材料の 製造および仕上げの際に、生産の品質および経済性が改良される。このロールの 断面と比べて、これらの外面穿孔通路は単一の熱源となる。ロール表面の温度を できるだけ均一にするためには、できるだけ小さい直径を有するできるだけ多く の外面穿孔通路が有利である。このことはまた、操作の際に、このロールの断面 の熱変形に適用される。 このタイプの典型的なカレンダロールは、例えば、ロール体の長さ8,000 mmに 対して、1,350 mmのロール直径を有する。32 mmの直径を有する約45個の外面穿 孔通路が、1,220 mmの直径のピッチ円上に配列される。このようなロールでは、 この外面穿孔通路は、それぞれ、このロールの両末端から、このロールのほぼ中 央まで２段階で穿孔する必要がある。しかしながら、ここで言及した１：100の 直径／穿孔深さの比を維持できるように、これらの寸法を調整することは不可能 な場合が多く、これは、この穿孔通路が「逸れる」、すなわち、許容できない程 度まで、入力および出力をつなぐ直線から離れる理由であり、また、ここで挙げ た螺旋形または全く不定形の逸脱と組み合わせて、方向は、側面(最も近接する 穿孔通路の方向)、ロール表面またはロール中心というように異なっている。 この伝熱媒体を充分に流すには、対応する穿孔通路が、このロールの中央にで きるだけ合致する必要があることは言うまでもなく、この場合、さらに、この外 面穿孔通路ができるだけ直線状になる必要がある理由が種々挙げられている。 特に、チル鋳鉄(この材料を使用するのが好ましい)をカレンダロールする場合 には、このドリルが、このロールに「ダイブする」傾向が認められ、すなわち、 この穿孔通路は、このロールの末端におけるよりも、このロールの中央において 、この表面から離れた位置に間隔を開けて配置される。結果として、このロール の加熱操作では、その熱の流れが、さらに厚い壁厚の形状で、さらに高い抵抗に 直面するために、このロールの中央において、表面温度の低下が起こる。 望ましくないと考えられる他の効果には、個々に分散した穿孔通路の方向によ って、特に、このロールの平衡に最も好ましくない影響がある位置(すなわち、 このロールの中央)にて、このロールの平衡が失われることがある。このことは 、正しい回転が損なわれることと併せて、高い操作速度では、このロールの震動 を引き起こし、この装置の正しい操作を著しく損なう場合がある。 このドリルの「ダイビング」の主な原因は、チル鋳鉄ロール(これは、極めて 硬い「白色の」外殻および軟らかい「灰色の」核を示す)の構造にある。この外 面穿孔通路が、このロールの断面の「灰色」領域に配列できるように、冷却をで きるだけ良好に制御するために、注意が向けられているものの、この鋳型の冷却 効果は、この「白色の」外殻にまで及ぶ。この「灰色」領域の構造の強度は、外 側にいく程、強くなる。さらに、顕微鏡で見える程度に小さい孤立した硬いカー バイドの混入は、内側よりも外側に多く、それゆえ、このドリルが内側よりも外 側に大きな抵抗に直面し、すなわち、より軟らかい物質の方向に偏向していく。 「ダイビング」に対抗するために、最初に、このロールの末端からこのロール 表面の方向に穿孔する試みがなされ、その穿孔通路は、その穿孔方向がこのロー ル中心の方向に戻る前に、まず、この表面から1,000〜2,000 mmに達する。この トリックにより著しい改良が達成される。しかしながら、ロール体の長さが8,00 0 mmを越える場合には、その結果は充分ではない。 その材料および器具のパラメーター(スポット穿孔、立体配列、摩耗など)には 、 回避できない許容範囲があるために、この穿孔通路の方向に分散が起こり、それ を支配する法則は必ずしも予測できるものではない。次いで、これにより、この ロール表面にホットスポットが生じる。このロールは、熱膨張の違いのために曲 がり、正しく作動しない。 均一な材料においてさえ、穿孔通路は直線から逸れる傾向にあり、その逸脱は 、この穿孔長の平方として増加する。この原因は、おそらく、このドリルヘッド よりもある程度小さい直径を有するドリルロッドが、自由に曲がる長さに達する とすぐに、ドリル圧で偏向するという状況による。次いで、このドリルロッドは 、この穿孔通路内でぐらつき、このドリルヘッドのガイドは、自動的にその効果 を失う。この仮定が当てはまる１つの徴候は、ドリル圧が低くなるほど、偏向が 後で起こるので、この穿孔通路を直線に近くできるという事実から、明らかであ る。しかしながら、ドリル圧が低いと、ドリルの耐久性に望ましくない伸長が起 こる。 深穴の穿孔通路の方向をいかにして改良できるかに関して、それほど多くの提 案が知られているわけではない。このような提案の１つは、このドリルロッドの 前方部分に、この穿孔通路の壁と接触しているドリルヘッドの約500 mm後方に、 さらに一組のガイドビーズを付けて、残りのドリルロッドとの「軟らかい」接触 (これは、このぐらつき運動を吸収するのに必要である)を作り出すことにより、 このドリルロッドのドリル器具の方向からの偏向を解消するという最終効果を有 する。この設計は、しかしながら、それほど顕著な改善が得られない。 他の提案では、このドリル器具と同じ方向に繰り返し推力を与える回転数を有 する圧力パルスによって、この削りくずを取り除くために、潤滑性を与えるドリ ル流体の圧力を重ね合わせることがある。この提案が試作以上になったかどうか は不明である。 両方の解決法はまた、穿孔開始時に、点穿孔のエラーを矯正する理論には、既 に不適当である。 請求項１の前提部分に従った、深穴の穿孔通路を機械切削する装置は、DE-C-7 67138から周知である。この装置の欠点は、この深穴の穿孔通路の方向が、偏向 に関して影響を受け得ないことにある。 DE-C-3720837からは、ドリルヘッドの偏向制御を与えることが周知である。こ こで記述の矯正装置は、この深穴の穿孔通路の方向において、できるだけ少ない 偏向またはゼロの偏向を達成するために、使用されている。深穴の穿孔通路の方 向に効果的に影響を与えること(さらに特定すると、方向が可変なこと)は、この 文献で記述の装置では、示されていない。 以下で記述のような本発明によって、機械切削した深穴の穿孔通路の方向に効 果的な影響を与えることが可能になる。この配列では、穿孔中において、引き続 き効果的な装置、およびこの穿孔方向を測定することに対して、穿孔方向に引き 続き影響を与える効果の両方に、用途が見出されている。 本発明は、直径38 mmのドリルヘッド(1)を有する砲身ドリルの一例によって、 図１を参照して、さらに詳細に記述されている。このドリルは、28 mmの外径お よび18 mmの内径を有する中空のドリルロッド(2)により回転駆動される。ドリル 流体(4)は、フィーダー(3)を介して、このドリルヘッド(1)に加圧供給され、こ のフィーダー(3)は、穿孔通路とドリルロッド(2)との間の間隙における、いわゆ るDOF(ドリルオイルフィーダー)である。この削りくずは、このドリルロッドの 内部穿孔通路を通って流出するドリル流体(5)と共に取り出される。 ここで記述しているドリル流体の流れ方向は、このドリルヘッドを削りくずの ない流体に導いて、それゆえ、このガイドが摩耗に晒されることが少なくなると いう利点を有する。また、いわゆる単独のリップ穿孔は周知であり、ここで、そ のオイルフィードは、このドリルロッドを通って供給される。この場合、DOFを 省くことができる。本発明それ自体にとっては、この相違は、それほど重要では ない。 上記のように、対応する自由ドリルロッド長(穿孔深さ)に対して、さらに他の 手段がないと、ドリルロッド(2)は、いずれの場合にも、この穿孔通路にて偏向 し、次いで、無制限にぐらつく。 本発明に従って、このぐらつき運動は、この穿孔通路とドリルロッド(2)との 間の間隙に規定のごとく挿入した押出パッド(6)により、防止され、その結果、 このドリルロッド(2)は、このドリルヘッドを所望の方向に強制的に向けるよう に、特に曲げられる。その機能は、最初は直径38 mmの直線穿孔通路の一例によ って例示され、この経路では、本発明の矯正装置は、このドリルを直線方向から 効果的に離れさせるために、利用される。もちろん、本発明の実際の実用的な用 途は、既に作動している穿孔通路を所望の方向に戻すこと、またはいずれかの逸 脱が起こり始めるとすぐに、それを各自防止することにある。 選択した例(図１および２)では、一面では、押出パッド(6)がこの穿孔通路壁 それ自体と接触し、他面では、28 mm厚のドリルロッド(2)が反対側の穿孔通路壁 に押し付けられるように、この押出パッド(6)は、ドリルヘッド(1)から間隔ａ＝ 500 mmはなれて、ガイド管(示されていない)の凹部に配置されている。このドリ ルヘッドにおいて、三角形に相当する角度が現れること、そのベースがこのドリ ルヘッドから押出パッドまでの距離ａと等しいこと、およびその高さがこの偏向 ｃの1.5倍に等しいことは、このドリルロッドの曲げ線から得られる(図２)。さ らに1,000 mmの穿孔路に外挿すると、例示の矯正は、このドリルが新しい方向に 穿孔し続けると仮定したとき、９ mmになる。 この矯正の規模は、それほど厚くない押出パッドを用いるかまたはドリルヘッ ドからの押出パッドの距離を変えることにより影響を受ける。 一定厚の押出パッド(6)のドリルヘッド(1)からの距離を連続的に変えることは 、図３(ここでは、ガイド管(7)が、さらに例示されている)に示されている。こ のガイド管は、ドリルヘッド(1)の位置とは無関係に、軸に沿って移動可能に配 列されている。本発明の目的上、ガイド管(7)は、DOF(3)により導かれ、DOF(3) のさらに後方にて、このドリルロッドを封鎖している。次いで、穿孔流体(4)が 、直接およびこのDOFを介して、ガイド管(4a)に供給される。 この場合、ガイド管の軸に沿って移動可能な駆動を与えるのは、適当な方策で あり、ガイド管は、通常、ドリルヘッドのフィードと同時に動く。この矯正を変 えるには、この同時移動を遮断し、この距離を再調整する。 好ましくは、図４に示すように、押出パッド(6a)を使用してもよく、その厚さ は、連続的にまたは少しずつ変えることができる。この操作は、例えば、細い油 圧管(8)を、ガイド管(7)から押出パッド(6a)のところまで通すことによって行う ことができ、押出パッド(6a)は、次いで、例えば、油圧ラムまたは圧力クッショ ンとして形成される。例えば、くさび移動によって押出パッドの厚さを変える他 の技術的な解決法は考慮できる。この押出パッドの位置および厚さを適当に組み 合わせることにより、ドリル深さに影響を与える手段をかなり増やし、これらの 手段は、当該技術分野で周知の技術的な法則および計算を適用すると当業者に理 解できるのでこれ以上詳述しない。 図３の(5)で示した方向またはこの方向と反対の方向に、ガイド管(7)を回転さ せることにより、押出パッド(6)を、このロール体に対して半径に角度をつけた 位置にすることが可能であり、それゆえ、この穿孔通路の方向の矯正がいずれの 方向でも可能になる。これが特に有利な理由は、透明なチル鋳造で穿孔するとき 、その材料の均一性の不足により、ドリルもまた周囲に逸れるという別の影響が あるからである。このことは、ドリルの「ダイブ」と併せて、深穴が、このロー ルの断面に対して六時の位置に形成されるとき、時計の針の二時の方向を指す偏 向が生じるために、「二時効果」と呼ばれている。それゆえ、この効果を考慮し て、ドリルの逸脱を完全に取り除くために、押出パッドを八時の位置に合わせる ことが適当な方策である。 しかしながら、矯正方向に影響を与える際に、ガイド管(7)の回転能力は、こ れに関与する特定の状況に対応して、ドリルの逸脱を全ての方向で矯正できると いう点でずっと重要である。 本発明の他の局面に従って、図５および６に示すように、押出パッド(6b)をド リルロッド(2)に統合させるとき、ガイド管を省くことが可能である。穿孔通路 の壁に対する押出パッド(6b)の圧力は、例えば、油圧管(9)をドリルロッド(2)と は別個に操作することにより、その回転数で変わり、この油圧管は、回転ブシュ ガイド(10)を介して、圧力変化器(示されていない)に接続されている。しかしな がら、この方法でドリル深さに影響を与えることは、上記の方法ほど効果的では なく、その原因は、ドリルロッド(2)の所望の曲げが、その回転の一定期間にお いて、穿孔通路の逸脱エラーに直面していない穿孔通路壁の側にぐらつかせて位 置させることによってのみ達成できることにある。 この穿孔通路の方向を完全に制御することは、一定間隔を置いてまたは連続的 に、ドリルヘッドの瞬間的な位置を感知することで達成される。これは、例えば 、超音波方法、または金属体に効果的な近接感知方法により行うことができる。 感知した逸脱をこの矯正手段にフィードバックすることにより、穿孔通路のほと ん ど理想的な直線方向だけでなく、穿孔通路でのいずれか一定の曲線を自動的に形 成することができる。本発明の装置および方法はまた、この方向を自動的に矯正 する機械手段および/または電子手段に特に適当である。 ここで例示した全ての装置および方法は、もちろん、製紙に使用するチル鋳鉄 などのロールに制限するものではなく、これは、本発明では、単に、対象を明ら かにするための例として述べていることが理解できる。これらの装置および方法 は、主に、硬い材料(これは、必ずしも、金属的な性質のものでなくてもよい)に て、ドリルヘッドが、直線または感知できるいずれかの一定方向に保持されるよ うに、ドリルヘッドを自動的にガイドする可能性なしに、長く比較的に狭い穿孔 通路をあける必要がある全ての場合に適用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属材料または非金属材料において、深穴の穿孔通路を機械切削する装置 であって、該装置は、以下のa)およびb)またはc)を包含し、d)により特徴付けら れる： a)１個またはそれ以上の切削エッジを包含する機械切削ドリル器具(1)であっ て、該器具は、形成される該穿孔通路の直径よりも小さい外径を有する駆動され た中空ドリルロッド(2)の先端と接続されている；および b)該ドリルロッドと該形成された穿孔通路との間の間隙にある流体または圧縮 気体(4)のフィード(3)であって、該間隔(3)は、その削りくずの冷却用、潤滑用 および除去用であり、かつ該中空ドリルロッド(2)を通って、該削りくずと共に 、該流体または圧縮気体を排出するためである；または c) b)の流れ方向とは反対である、該流体または該圧縮気体の流れ方向； d)該深穴の穿孔通路の方向に影響を与えるために、該ドリルロッド(2)と該穿 孔通路の内壁との間にて、該ドリル器具(1)の後方位置において、種々調整可能 な距離(a)で、押出パッド(6)を配置し、該押出パッドは、該ドリルロッドに圧力 を加え、所定方向にて、該ドリルロッドの半径の偏向に影響を与える。 ２．前記押出パッド(6)が、好ましくは、前記穿孔通路の直径よりも僅かに小 さい外径を有する管によって、該穿孔通路から出ているマウント(7)により、該 穿孔通路に関して軸方向および角度をつけて位置しているか、および/またはガ イドされている、請求項１に記載の装置。 ３．前記押出パッド(6)の厚さ、および/または該押出パッドが前記ドリルロッ ド(22)に加える力が、油圧手段、電気手段、空気手段または機械手段により、変 えることができる、請求項１に記載の装置。 ４．前記請求項２および３の事項が共に達成される、請求項１に記載の装置。 ５．前記押出パッド(6)用の前記ガイド管(7)が、前記穿孔流体用の前記フィー ド(3)を通って、前記穿孔通路から出ており、該フィードが、前記加工品および 前記ガイド管の両方に関して、密封されている、請求項１または４に記載の装置 。 ６．前記押出パッド(6)用の前記ガイド管(7)が、該ドリルロッドに関して、該 穿孔通路の外側に封鎖されており、該穿孔流体が、該ガイド管(7)と該ドリルロ ッド(2)との間で補助的にまたは交互に選択可能な前記ドリル器具(1)に供給され る、請求項５に記載の装置。 ７．前記押出パッド(2b)が、前記ドリルロッド(2)と統合されて、共に回転さ れ、該押出パッドの厚さおよび/または圧力が、油圧手段、電気手段、空気手段 または機械手段により、その回転数で定期的に変えることができる、請求項２に 記載の装置。 ８．前記ドリルヘッド(1)と前記押出パッド(6)との間の前記距離が、実際には 、０に等しく、該押出パッドが、それゆえ、該ドリルヘッドそれ自体またはその 上に適用されている、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。 ９．金属材料または非金属材料において、深穴の穿孔通路の方向に影響を与え る機械切削方法であって、ここで、ドリル器具(1)を駆動しているドリルロッド( 2)は、曲げ力を受け、厚さおよび位置を変えることができる押出パッド(6)によ って、前記穿孔通路に関して、効果的に調整され、該押出パッドは、該ドリルロ ッド(2)と該ドリル器具(1)との間に配置されている。 10．前記押出パッド(6)の案内および調整が、前記ドリルロッド(2)から僅かに 間隔をおいて取り囲んでいるガイド管によって、行われ、該ガイド管が、縦線に 沿ってまたは回転軸に沿って、一定位置に移動可能および停止可能である、請求 項９に記載の方法。 11．前記押出パッド(6)の厚さおよび/または圧力の変更が、油圧手段、電気手 段、空気手段または機械手段により、行われる、請求項９および10に記載の方法 。 12．前記押出パッド(6)の厚さおよび/または圧力の変更が、前記ドリル器具(1 )の位置を感知することに対応して、所定の設計操作に従って、手動または自動 で制御される、請求項９〜11のいずれかに記載の方法。