Method and apparatus for cutting a workpiece according geometrically defined cutting edge

本発明は、被加工物、特に軌道のレールを切削加工するために、少なくとも１つの幾何的に規定された切刃が、軸線の周りの軌道上を移動する方法に関する。 さらに本発明は、被加工物、特に軌道のレールを切削加工するための幾何的に規定された切刃を備えており、回動するように駆動可能な支持体を備えており、この支持体に保持具によって切刃が配置されている装置に関する。

本発明の意味における被加工物は、加工のために基本的に平坦な表面を有する加工すべき物体である。 被加工物は、定義された断面形状を有する長く延びた物体であってよい。 本発明の意味における被加工物は、様々な材料、例えばプラスチックまたは木材から成るものでよいが、特に鋼から成るものでもよい。 このような被加工物は、すべての技術分野で様々な目的に使用されている。 ここでは具体例として、被加工物の使用目的を軌道のレールとして詳しく考察することとする。

被加工物はその製造の枠内で加工されなければならない。 その際、特に注目されるのはたいてい断面形状の厳密さである。 それだけでなく、平坦なおよび／または平面的な表面の製造が重要である。 まさに軌道のレールのような機械的負荷を受ける被加工物の場合、断面形状および表面が規定通りに復元されなければならない。

被加工物の平面的な表面を製造するためには、幾何的に規定された切刃を用いた切削加工法が数多く知られており、例えばプレーナ加工およびフライス加工が知られている。 これに関して一般的には被加工物が、被加工物を加工するための装置を通り抜けておよび／または傍らを通り過ぎて移動する。 レールのように長さが不定の被加工物を加工するには、通常は被加工物を加工するための装置が、定置された被加工物に沿っておよび／またはその上を移動する。

このような被加工物を加工するために通常は特許文献１に記載されているような、回転駆動されるフライスを備えた装置を使用する。 このフライスは、レール頭部をフライス加工するための組合せ切刃を備えており、この切刃の断面形状は、ほぼ円形で半径の異なる部分弧から構成されており、各々の部分弧が軌道のレールの走行面に跡を付ける。 多軌跡のフライスは、並んだ複数の直線的な切刃要素を備えており、これらの切刃要素はレール頭部の輪郭に適合しており、１つの作業工程での輪郭全体の加工を可能にする。 個々の切刃を、フライス上で相互にずらして配置してもよい。 特許文献２も、レールの長手方向に並んだ５本超のフライス跡を有する円周フライス加工により、少なくともレールの走行面を、好ましくはレール、特に鉄道用レールのレール頭部の断面外形のうち走行面を含む凸面部分の輪郭を、成形し直すための方法を記載している。 再切削加工、特に軌道に敷設されたレール頭部のフライス加工のためのさらなる装置は、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、および特許文献１１に記載されている。 フライス加工の場合の欠点は、加工した表面に生じる加工跡、例えば起伏および／または縞目である。

これに対し、いわゆるレールプレーナを用いてレール頭部を加工する装置が知られている。 特許文献１２は、切削プレーナカッタが連続的に前進しつつレールを加工する装置を示している。 レールプレーナは切除深さが大きいので、作業精度が高ければ、強く縞目の付いた軌道区間でさえ凸凹が取り除かれる。 プレーナ加工では、フライス加工に比べてもはや無視し得るほどの加工跡しか有さない平面的な表面を生成することができる。 プレーナ加工の場合の、とりわけフライス加工法に対する欠点は、前進速度が比較的遅いこと、必要な前進方向の力が比較的大きいこと、切削屑が長いこと、および／またはしばしば休止時間が比較的長いことである。

したがって現在のところ一般的には、まず第１の作業工程でレールをフライスによって加工する。 続いてさらなる作業工程で、フライス加工の際に加工された表面に生じた起伏および／または跡形のような加工跡を研磨によって軽減させる。 研磨用の装置は、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、および特許文献１６に記載されている。

特許文献１７は、加工帯に沿って案内される回転工具による、レール頭部の再切削加工装置を記載しており、この工具では偏向ホイールの周りを案内される無端チェーンの輪が構成する支持体内に、切刃が保持されている。

本発明の課題は、被加工物の表面を、１つの作業工程で、かつ速い前進速度で、表面が平面状になるように、かつ起伏および／または跡形のような加工跡が非常に僅かであるように切削加工する可能性を提供することである。 さらに本発明の課題は、被加工物、特に軌道のレールの加工を従来技術の欠点に対して改善することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴に基づく方法によって解決される。 本発明のさらなる形態は従属請求項から読み取ることができる。

つまり本発明によれば、被加工物を切削加工するために、切刃が被加工物の切削加工中は真っ直ぐな軌道に沿って移動する方法が提案される。 これにより、速い前進速度で、起伏を生じさせずに被加工物の表面を再加工できるようになる。 この場合、プレーナ加工の利点がフライス加工の利点と組み合わされる。 フライス加工の場合のように回動する切刃は、速い速度で被加工物に対して相対移動することができる。 切削加工中の切刃の直線的な移動は、被加工物をプレーナ加工と同じように加工する。 この組合せでは、１つの作業工程で、少ない力の消費および強い切除での速い前進速度が可能であり、その際、加工された被加工物の表面は、平面的であり、かつ起伏がない。 この回転プレーナ加工法では、後加工、例えば研磨は必要ない。 中断のない回転プレーナ加工は、理論的にはエンドレスに長く、任意の断面形状の被加工物の平面加工を可能にする。

支持体の軌道上での切刃の移動に、軸線に対する切刃の間隔を広げていくさらなる移動を重畳させることが有利である。 これにより、切刃がフライス加工する動きを、速い回転速度で、かつ大きな力を受けて実現できるようになる。 加工領域で少なくとも局所的に切刃に施される、重畳された移動によって、切刃は、被加工物の前進方向に平行に移動する。 移動が重畳されると、切刃は回動に対して相対的に旋回、回転、および／または摺動する。 回動を移動に重畳させると、切刃は特に直線的に被加工物の方向で摺動する。 前進方向に平行な切刃の移動は、同方向または逆方向に行われる。

重畳されたさらなる移動によって、切刃が支持体の軌道から外へ移動することが有利である。 これにより切刃が回転するだけの場合より長い時間、切刃が被加工物に食い込んでいられるようになる。 同時に、切刃の食込み深さに、局所的に個別に影響を及ぼせるようになる。 したがって切刃の食込みを、回動を中断せずに、変更または中断することができる。

支持体が、移動の際には軸線の周りの軌道上を回転し、かつ／または円軌道上を移動するのが有利である。 円軌道上を回転する回動は、作業能率および作業結果への作用においても、技術的実施可能性においても特に有利である。

本発明によれば、さらに請求項５の特徴に基づく装置によって課題が解決される。 本発明のさらなる形態は従属請求項から読み取ることができる。

つまり本発明によれば、被加工物を切削加工するための幾何的に規定された切刃を備えており、この切刃が保持具によって、支持体に対して相対的に移動可能に支持体に配置された装置が提案される。 これにより切刃は、駆動された支持体の回動により、速い速度で、少ない力の消費で、被加工物に対して相対的に移動可能であり、同時に少なくとも一時的には、被加工物の表面に平行に移動することができる。 これは、一般に知られたプレーナ加工の場合のように、被加工物上で、起伏のない平面状の表面を生成する切削切除を可能にする。 このような装置は、ほぼエンドレスに長い被加工物、例えば軌道のレールを中断なく加工することができる。 避けられない切刃の磨滅により、前進を中断しないわけにはいかない。 切刃を、保持具および／または支持体に取外し可能に固定できることが有利である。 これにより装置、特に切刃の保守および修理のための中断を短くすることができる。

装置が作動体を備えており、この作動体を用いて、切刃および／または保持具を支持体の軌道から外へ偏向できることが有利である。 これにより、切刃の重畳された移動を、切刃の支持体の回動とは独立なものとすることが可能となる。 その際、保持具が特にその長さを調整できることが有利である。 これにより特に切刃の零位での、支持体の軸線と切刃の間隔を調節することができる。

力学的実現のために、支持体は、軸線の周りを回転して円軌道上を移動可能な物体として、特に車輪またはディスクとして形成するのが有利であることが分かった。 これにより切刃は、少ないエネルギー消費で被加工物に大きな力をかけることができ、かつ速い回動速度で移動することができる。 その際、切刃は支持体の外周面に配置される。 この形成形態は既にいわゆるホブ盤で実証されている。

作動体は、支持体の軌道の内側で、スライドおよび／または自由に回転するよう支持体に当てがえるように配置するのが有利である。 これにより作動体は、複雑なメカニズムを介して装置、特に支持体の駆動部と接続されることなく、少なくとも間接的に切刃に影響を及ぼすことができる。 したがって作動体は、支持体および切刃の移動から独立している。 作動体は、切刃に対して対向受部を構成しており、その際、作動体と支持体のその時々の間隔は調整可能である。 これにより切刃の食込みを調整することができ、かつ／または回動を中断せずに切刃を被加工物の加工から離脱させることができる。 例えば軌道のレールを再加工する場合、転轍器の領域では、被加工物の表面の規定区間を加工してはならない。 切刃のこのような離脱によって、装置の連続的な前進の中断が回避される。 支持体に接して自由に回転するように配置された作動体は、磨滅が特に少ない。

本発明の有利な形態は、装置が複数の作動体を備えており、この作動体と支持体のそれぞれの間隔が、互いに独立に調整可能なことである。 これにより、複数の並んで配置された切刃を備えた装置の場合、切刃の幾つかを、隣接する切刃とは独立にその食込みについて調整することができ、かつ／または離脱させることができる。 この調整可能性は、作動体を偏心シャフトに配置する場合に特に容易に実現できる。

切刃の回動に重畳されるさらなる移動を生成するために、保持具が突出部を備えたプランジャとして実施されることが有利である。 これにより、支持体に影響を及ぼすことなく、切刃を支持体の軌道から偏向させることができる。 この突出部を用いて、突出部と作動体が接触した際に保持具を偏向させることができる。 保持具の移動軸線は、支持体の軌道の接線に対して傾斜している。 移動軸線は、支持体の軌道の接線にちょうど平行ではない。

切刃の食込み深さが、調整可能な作動体により、被加工物の加工中に変更できることが有利である。 これにより装置を被加工物の断面形状の変化に適合させることが、時間のかかる工具交換なしで可能となる。 個々の切刃の食込み深さを変更することで、被加工物の断面形状を加工中に絶え間なく変えることができる。

支持体は、切刃を備えた保持具を、作動体の傍らを通り過ぎるように案内し、その際、突出部を作動体に向かって押し付ける。 作動体は突出部を避けないので、突出部と作動体が接触することで、切刃を支持体の軌道から外へ偏向させることができる。 突出部と作動体の接触により保持具が、したがって切刃も、支持体の軌道から外へ移動する。 その際、突出部の形状は、切刃の所望の移動進路に適合されている。 切刃は保持具に取外し可能に固定できることが有利である。 保持具は、バネおよび／または加圧流体として実施された戻り機構を備えている。 この戻り機構により、作動体に向けられた力を保持具にかけることができる。 作動体は、回転するストッパとして実施可能である。 これにより作動体で、突出部で、したがって切刃でも磨滅をより軽減することができる。 この作動体により、支持体の回転の改善が、より少ない回転エラーで可能となる。

支持体に、多数の切刃を相前後しておよび／または並んで、特に相互にずれて配置することが有利である。 複数の相前後して配置された切刃により、個々の切刃の磨滅を軽減し、こうして２度の整備中断の間の装置の利用期間を延長することができる。 複数の並んで、特にずらして配置された切刃は、加工した表面に跡形が残らないことを可能にする。 したがって被加工物の、プレーナで加工したような平面状の表面を製造するには、１つの作業工程で十分である。 例えば研磨のような後加工は必要ない。 整備作業および修理作業を短縮するために、支持体は複数のセグメントおよび／またはリングから構成することが有利であり、その際、１つのセグメントおよび／またはリングに複数の切刃が、その切刃に保持具を配して配置されている。 装置から、１つのおよび／または同時に複数の相互に接続されたリングおよび／またはセグメントを、保守作業および／または修理作業のために取り出すことができる。 これにより１つおよび／または複数の切刃および／または保持具の交換が短時間で可能となる。

装置と被加工物が互いに相対的に移動可能であることが有利である。 その際、装置は、特に軌道のレールの形に形成された被加工物上を移動可能である。 これにより装置を例えば車両、特に軌道車両に組み込むことができ、かつ／または装置をそのような車両として形成することができる。 このように形成された装置により、定置された被加工物も迅速かつ精密に加工することができる。

装置がカバーを備えることが有利である。 これにより装置を外部からの影響による汚れおよび／または損傷から保護することができる。

並んでおよび／または相前後して配置された切刃が、被加工物の断面形状に対応して形成されることが利点である。 これによりこの装置を用いて、複雑な断面形状を有する被加工物を加工することができる。 幾何的に規定された切刃は、様々な断面形状、例えば直線、曲線、および／または多角形の加工を可能にする。 個々の切刃の偏向の大きさが調整できることにより、加工中に被加工物の断面形状に変化を付けることができる。 これにより、被加工物の長手軸での形状にも影響を及ぼすことができる。

本発明は様々な実施形態が可能である。 本発明の基本原理をさらに明らかにするために、実施形態の１つを図面に示し、以下に説明する。

装置の側面概略図である。

図１に示した装置の断面図である。

図１に示した装置の保持具の拡大断面図である。

図１に示した装置における複数の切刃の配置図である。

図１から３は、被加工物３を切削加工するための幾何的に規定された切刃２を備えた装置１を示している。 これらの図面で切り取られて表されている被加工物３は、軌道のレールである。 装置１は、被加工物３を加工するために用いられる。 レールの場合、所定の稼働期間後および／または磨滅が生じた際に、細かいひびを取り除くためおよび／または断面形状を復元するために、表面を再加工、つまり平滑にしなければならず、走行面の材料を切除しなければならない。 その際、特に注目されるのは、とりわけ車輪が走る領域での、できるだけ平滑な表面の製造である。 被加工物３の加工は切刃２によって行われ、この切刃は、軸線９の周りを回動するように駆動可能な支持体４に、保持具５を用いて配置されている。 カバー８は、汚れおよび異物が装置１に入り込み、装置を損傷させるのを防止する。 整備作業をスムーズに実施できるよう、カバー８はネジによって取外し可能に固定することができる。

図３に示した例示的実施形態では、切刃２が支持体４によって、円形の軌道１５上で矢印１１に対応して移動される。 切刃２のこの移動は、従来技術から既知のホブ盤での移動に対応する。 本発明によれば、切刃２は保持具５によって、支持体４に移動可能に配置されており、切刃２および保持具５は、支持体４に対して相対的に移動可能である。 保持具５の移動により、切刃は所定の期間にわたって被加工物３の表面に平行に移動する。 被加工物３の表面に平行な切刃２の移動は、従来技術から既知のプレーナの移動に対応する。 切刃２のこの一時的な平行移動は、回動と、支持体の軌道から外への切刃２の移動との重畳によって達成される。 この外への移動は矢印１２によって示唆されている。 矢印１１および１２で示唆される移動の重畳は、図３では破線で表した切刃２の作業移動１６の軌道を生じさせる。

装置は、それぞれ保持具５に取外し可能に固定された複数の切刃２を備えている。 支持体４の周囲に図１に示したように多数の保持具５が相前後して、および図４に示したように並んで配置されている。 図３では、プランジャとして形成された保持具５を詳細に示している。 保持具５は、支持体４内で移動可能に配置されており、突出部６を備えている。 支持体４の回動中、保持具５の突出部６は、摺動せずに自由に回転可能な作動体の傍らを通り過ぎる。 作動体と突出部６が接触すると、保持具５は突出部６の形状に対応して作動体７から離れるように移動する。 この移動は矢印１２によって示唆されている。 保持具５は戻り機構１４を備えている。 突出部６が作動体７に接触しなくなると、戻り機構１４により保持具５はその最初の位置に移動する。

図２は、装置１の断面を示している。 軸線９の周りを回転する支持体４は、回動する数多くの並んで配置された保持具５を備えている。 被加工物３を加工するために作動体７が保持具５に作用することにより、保持具５に固定された切刃２が、保持具５と共に被加工物３の方向に移動する。 示した実施形態では、装置１が、２つの互いに独立にシャフト１０上で自由に回転できるように配置された作動体７を備えている。 切刃２を偏向させるために作動体７が受ける力は、シャフト１０を介して取り去られる。 シャフト１０は、フレーム１９を介して装置１と接続している。 図１に示したフレーム１９はシャフト１０を、力の影響を受けた際に逸脱しないように支持する。

カバー８に面した作動体７は、シャフト１０の偏心領域１３上で自由に回転可能に配置されている。 これは図２が特によく示している。 シャフト１０は回転可能である。 シャフト１０の例えば１８０°の回転により、偏心領域１３の位置は、偏心領域１３に配置された作動体７がこの作動体７に配された保持具５に影響を及ぼせなくなるように変化する。 この保持具５は偏向されなくなり、それによりこの保持具５の切刃２は被加工物３を加工しなくなり、一方、他の切刃２はその後も被加工物３を加工する。 ただし偏心領域１３の変位によって幾つかの切刃２の離脱が可能なだけではない。 シャフト１０が少しだけ、例えば２０°回転すると、これで切刃２の被加工物３への食込みは減るが、中断はされない。 したがって装置１による加工の最中に、および／または装置１による加工によって、被加工物３の断面形状に変化を付けることができる。

図４は、複数の相前後しておよび並んで配置された切刃２を備えた支持体４の傾斜面の一部分を示している。 切刃２は、図１から３に示した被加工物３の加工後の表面での跡形を防ぐために、相互にずれた経路１８上に配置されている。 矢印１１の方向に移動する支持体４は、幾つかのセグメント１７から構成されている。 セグメント１７は、互いに重ねて、支持体４に対して取外し可能に固定することができる。 支持体４をセグメント１７に分割することにより、切刃２の迅速な交換が可能になる。