DE102007055842B4

DE102007055842B4 - Nutbearbeitungsprozess und ausgebildetes Drehschneidwerkzeug

Info

Publication number: DE102007055842B4
Application number: DE102007055842.4A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tsuzuki
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: CN101301691B; DE102007055842A1; JP2008279547A; CN101301691A

Abstract

Nutbearbeitungsprozess zum Schneiden einer Nut (64; 72) einer vorbestimmten Form in ein Werkstück (10; 70) durch Verwenden eines geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs (30) und eines geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50), wobei der Nutbearbeitungsprozess Folgendes aufweist:(i) einen Schruppschritt zum Schneiden einer grob bearbeiteten Nut (44; 74) in das Werkstück durch Bewegen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, und(ii) einen Schlichtschritt zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut (44; 74) in dem Werkstück durch Bewegen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, dadurch gekennzeichnet, dassdas geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug einen Bodenabschnitt (43) der grob bearbeiteten Nut in dem Schlichtschritt nicht schlichtet,wobei das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug (30) eine Schruppbearbeitungsendkante (40) hat, die axial weiter vorragt als eine Schlichtbearbeitungsendkante (60) des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50), so dass eine Vertiefung (42; 68) an dem Bodenabschnitt der grob bearbeiteten Nut in dem Schruppschritt ausgebildet wird, um einen Kontakt des Bodenabschnitts mit der Schlichtbearbeitungsendkante in dem Schlichtschritt zu vermeiden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nutbearbeitungsprozess und ein geformtes Drehschneidwerkzeug, und insbesondere auf Techniken zum Reduzieren eines Schneidmoments, das beim Schlichten einer grob bearbeiteten Nut erfordert ist, um dadurch die Nutbearbeitung bei einer hohen Effizienz auszuführen.
Erörterung des Stands der Technik
7 zeigt eine Anordnung zum Befestigen eines Turbinenrads, wie z.B. einer Gasturbine, an eine Drehwelle 10. In dieser Anordnung ist eine Vielzahl von Schaufeln 14 in eine entsprechende Vielzahl von baumförmigen Nuten 12 eingepasst, die in einem Umfang der Drehwelle 10 ausgebildet sind. 8 ist eine vergrößerte Ansicht im Querschnitt, die eine der baumförmigen Nuten 12 zeigt. Wie in 8 offensichtlich ist, hat die Nut 12 in ihrem Querschnitt eine umgedrehte Christbaumform, die seitensymmetrisch (Links-Rechts-Richtung) ist mit Hinblick auf ihre Nutmittellinie S. Die Breite der Nut 12 verringert sich mit einer gleichmäßigen Zunahme/Abnahme in einer Nuttiefenrichtung von einer äußeren Umfangsfläche in Richtung einer Achse der Drehwelle 10, das heißt, in der nach unten gehenden Richtung in 8. Auf den gegenüberliegenden Seitenflächen 16a, 16b der Nut 12 sind eine Vielzahl von vertieften Abschnitten 18 und eine Vielzahl von vorragenden Abschnitten 20 wechselweise und stetig ausgebildet.
Zum Bearbeiten, das heißt, zum Schneiden der baumförmigen Nut 12 auf der Drehwelle 10, wird zuerst ein Schruppschritt ausgeführt, um eine grob bearbeitete Nut oder grob geschnittene Nut 22 zu schneiden, die sich der baumförmigen Nut 12 annähert, unter Verwendung eines geformten Drehschneidwerkzeugs für ein grobes Schneiden, das heißt schruppen. Die geformte Drehschneideinrichtung (z.B. Fräser) zum Schruppen, das heißt, die geformte schruppende Drehschneideinrichtung, wird in der Richtung senkrecht zu deren Achse drehend um deren Achse bewegt.
Dann wird ein Endbearbeitungsschritt bzw. Schlichtschritt ausgeführt, um eine Oberflächenschicht als eine Schlichtmaterialschicht bzw. ein Schlichtmaterial 24 zu entfernen, zum Schlichten der schruppend geschnittenen Nut 22, um die vorgegebene baumförmige Nut 12 zu erhalten, unter Verwendung eines geformten Drehschneidwerkzeugs zum schlichtenden Schneiden, d.h. schlichten. Die geformte Drehschneideinrichtung (z.B. Fräser) zum Schlichten, d.h. die schlichtende Drehschneideinrichtung, wird in der Richtung senkrecht zu ihrer Achse (die gleiche Richtung wie die geformte schruppende Drehschneideinrichtung) um ihre Achse in der Nut gedreht bewegt. JP-2000 - 326133 A (japanische Patentoffenlegungsschrift) offenbart solch einen Bearbeitungsprozess der baumförmigen Nut. In dem offenbarten Nutbearbeitungsprozess wird die schruppend geschnittene Nut 22 unter Verwendung der geformten schruppenden Drehschneideinrichtung geschnitten.
Jedoch wird in dem vorangehend erwähnten konventionellen Schlichtschritt ein gesamter Bereich der schruppend geschnittenen Nut einschließlich gegenüberliegenden Seitenflächen und einer Bodenfläche um eine vorbestimmte Stärke als die Schlichtmaterialschicht geschnitten. Ein großes Schneidmoment (Schneidwiderstand) wird auf das Schneidwerkzeug aufgebracht, was dazu neigt, eine Neigung, das heißt, eine Schräge der Nut, zu erzeugen. Dies macht es schwierig, die Nutbearbeitung mit einer hohen Effizienz durch eine erhöhte Schneidgeschwindigkeit und Vorschubrate auszuführen.
Die „Neigung einer Nut“ oder Nutneigung ist ein Phänomen, dass eine Bodenseite der Nut sich in eine vorbestimmte Richtung neigt, wenn die schruppend geschnittene Nut dem Schlichtschritt unterzogen wird. Das heißt, eine und die andere der gegenüberliegenden Seiten werden bei dem Schlichten einem Überschneiden und einem Unterschneiden unterzogen, so dass verschiedene Stärken der Schneidwiderstände erzeugt werden. Aus diesem Grund, wie durch Strichlinien in 5 gezeigt ist, neigt sich die Bodenseite der Nut in Richtung der überschneidenden Seite (linke Seite). Hier zeigt 5 einen Zustand, wenn die Nut durch ein Drehen des Schneidwerkzeugs im Uhrzeigersinn ausgebildet wird, die von der Schaftseite (die obere Seite in 5) gesehen wird, in dem die baumförmige Nut in einer vereinfachten Art und Weise dargestellt ist.
Dem vorangehend erwähnten Problem wird begegnet, zusätzlich zu dem Bearbeiten der baumförmigen Nut, mit dem Bearbeiten der Nut unter Verwendung verschiedener geformter Drehschneidwerkzeuge mit einer Umfangsschneidkante, deren Nasendurchmesser sich in Richtung eines distalen Werkzeugendes ändert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorangehend erwähnten diskutierten Situation gemacht, und hat ein Ziel, ein Schneidmoment (Schneidwiderstand) zu reduzieren, das in dem Schlichtschritt zum Schlichten der grob geschnittenen Nut erforderlich ist, um dadurch die Schneidgeschwindigkeit und die Vorschubrate zum Ausführen der Nutbearbeitung mit hoher Effizienz zu erhöhen, bei einem Beibehalten der Nutneigung innerhalb eines zulässigen Bereichs.
Dieses Ziel wird errreicht mit einem Nutbearbeitungsprozess gemäß Anspruch 1, einem Satz aus geformten Drehschneidwerkzeugen zum Schneiden einer Nut gemäß Anspruch 2 sowie einem geformten schruppenden Drehschneidwerkzeug gemäß Anspruch 3.
Der erste Aspekt dieser vorliegenden Erfindung sieht einen Nutbearbeitungsprozess zum Schneiden einer Nut von vorbestimmter Form in ein Werkstück durch Verwenden eines geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs und eines geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs vor, wobei der Nutbearbeitungsprozess (i) einen Schruppschritt zum Schneiden einer grob bearbeiteten Nut in das Werkstück durch Bewegen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück bei einem Drehen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, und (ii) einen Schlichtschritt zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut in dem Werkstück aufweist, durch Bewegen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs in eine Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück, bei einem Drehen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug eine Bodenfläche der grob bearbeiteten Nut in dem Schlichtschritt nicht schlichtet.
Insbesondere ist eine Beziehung zwischen dem Schruppbereich in dem Schruppschritt und dem Schlichtbereich in dem Schlichtschritt, das heißt, eine Beziehung zwischen der Schneidklinge des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs und der Schneidklinge des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs gewählt, um die vorangehend erwähnte Bedingung zu erfüllen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug in dem ersten Aspekt eine Schruppbearbeitungsendkante, die axial weiter als eine Schlichtbearbeitungsendkante des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs vorragt, so dass eine Vertiefung an dem Bodenabschnitt, d.h. eine Bodenfläche der grob bearbeitenden Nut, in dem Schruppschritt ausgebildet wird, um eine Berührung des Bodenabschnitts mit der Schlichtbearbeitungsendkante in dem Schlichtschritt zu vermeiden.
Der dritte Aspekt dieser vorliegenden Erfindung sieht einen Satz von geformten Drehschneidwerkzeugen zum Schneiden einer Nut einer vorbestimmten Form in ein Werkstück vor, wobei der Satz von geformten Drehschneidwerkzeugen (i) ein geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug zum Schneiden einer grob bearbeiteten Nut in das Werkstück durch ein Bewegen in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück drehend um dessen Achse, und (ii) ein geformtes schlichtendes Drehschneidwerkzeug zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut in dem Werkstück hat, durch ein Bewegen in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück drehend um dessen Achse, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug eine Schruppbearbeitungsendkante hat, das heißt, eine Schneidkante, die axial weiter als eine Schlichtbearbeitungsendkante, das heißt eine Schneidkante des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs, vorragt.
Der Vorsprungsbetrag der Schruppschneidendkante und jener der Schlichtschneidendkante werden basierend auf der gemeinsamen Position verglichen, zum Beispiel der Zielposition der geschlichteten Fläche des Werkstücks, oder dem Teil auf der Umfangsschneidkante, der der Endschneidkante am nächsten ist.
Der vierte Aspekt dieser vorliegenden Erfindung sieht ein geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug vor, das eine Schruppbearbeitungsumfangskante, d.h. Schneidkante, und eine Schruppbearbeitungsendkante, d.h. Schneidkante, hat und drehend um dessen Achse in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück bewegt wird, um eine grob bearbeitete Nut von vorbestimmter Form zu bearbeiten, das heißt zu schneiden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schruppbearbeitungsendkante axial weiter vorragt als eine Schlichtbearbeitungsendkante eines geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs, das zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut verwendet wird.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem vierten Aspekt hat die Schruppbearbeitungsendkante einen Vorsprungsabschnitt, der axial vorragt und sich innerhalb einer Begrenzung zwischen einer Schlichtbearbeitungsendkante und einer Schlichtbearbeitungsumfangskante des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs befindet. Hier befindet sich der Vorsprungsabschnitt radial innerhalb der Begrenzung. Die Position der Schruppschneidendkante und die der Begrenzung zwischen der Schlichtschneidumfangskante und der Schneidendkante werden unter der Annahme verglichen, dass sie sich in dem Raum überlappen, oder basierend auf der gemeinsamen Position auf dem Werkstück.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem vierten oder fünften Aspekt ist eine Vorsprungsabmessung der Schruppbearbeitungsendkante von der Schlichtbearbeitungsendkante basierend auf einer Zielposition der Schlichtschneidendkante größer gewählt als eine zulässige Abmessungstoleranz der Schlichtbearbeitungsendkante und ist kleiner als eine Summe der zulässigen Abmessungstoleranz und 0.1 mm.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung in irgendeinem von dem vierten bis sechsten Aspekt hat die Schruppbearbeitungsaußenumfangskante konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte, deren Nasendurchmesser in Richtung einem distalen Werkzeugende zunimmt und abnimmt.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem siebten Aspekt ist die Schruppbearbeitungsaußenumfangskante gestaltet, um in einem Durchmesser in Richtung des distalen Werkzeugendes zum Schneiden einer baumförmigen Nut, die eine umgekehrte Christbaumform hat, geringer zu werden.
In dem Nutbearbeitungsprozess, der in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, wird der Schlichtschritt ohne ein Schneiden der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut durch das schlichtende Drehschneidwerkzeug ausgeführt. Ein Schneidmoment (Schneidwiderstand), das in dem Schlichtschritt zum Schlichten der grob geschnittenen Nut erforderlich ist, ist verringert, so dass die Nutbearbeitung mit der erhöhten Schneidgeschwindigkeit und der Vorschubrate mit einer hohen Effizienz ausgeführt wird, mit einem Beibehalten der Nutneigung innerhalb eines zulässigen Bereichs.
Ein Schneidtest, der von dem Erfinder ausgeführt wurde, zeigte, dass der vorliegende Nutbearbeitungsprozess das Schneidmoment auf den Betrag reduziert, der ungefähr einem Zehntel von dem entspricht, was in einem konventionellen Prozess erfahren wird, und erhöht die Vorschubrate auf einen Betrag, der ungefähr einem 7,5-fachen von dem des konventionellen Prozesses entspricht. Daher erhöht der vorliegende Nutbearbeitungsprozess bemerkenswerterweise die Effizienz in dem Schlichtschritt.
In dem Nutbearbeitungsprozess, der in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, ragt die Schruppschneidendkante des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs axial mehr als die Schlichtschneidendkante des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs vor. Der grob geschnittenen Nut, die von dem geformten schruppenden Drehschneidwerkzeug geschnitten wird, wird die Vertiefung in der Bodenfläche von dieser in dem Schruppschritt gegeben, so dass die Bodenfläche nicht in Kontakt mit dem geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeug ist. In dem vorliegenden Nutbearbeitungsprozess kann das konventionelle geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug verwendet werden, so wie es ist.
Die Schruppschneidendkante ragt axial weiter als die Schlichtschneidendkante vor. Dies erhöht den Schneidbetrag (Material) durch das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug, um dadurch die darauf aufgebrachte Last zu erhöhen. Jedoch sieht dies keinen wesentlichen Nachteil vor, da die Stärke des zu schneidenden Materials in dem Schruppschritt grundsätzlich groß ist.
Der dritte und vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf den Satz von geformten Drehschneidwerkzeugen oder das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug, das vorteilhaft in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Sie bringen im Wesentlichen die gleichen technischen Vorteile, wie der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Schruppschneidendkante den Vorsprungsabschnitt, der axial vorragt und sich radial innerhalb der Begrenzung zwischen der Schlichtschneidendkante und der Schlichtschneidumfangskante befindet. Das heißt, die Schruppschneidendkante ragt axial in einem ganzen Bereich von dieser vor, der einer Gesamtheit der Schlichtschneidendkante entspricht. Die Schlichtschneidendkante schneidet nicht die grob geschnittene Nut, was darin resultiert, dass das Schneidmoment effektiv verringert ist.
In dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorsprungsabmessung d der Schruppschneidendkante größer als die zulässige Abmessungstoleranz A der Schlichtschneidendkante gewählt. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Schruppschneidendkante mehr als die Schlichtschneidendkante axial vorragt, ungeachtet des Abmessungsfehlers der Schlichtschneidendkante. Die vorangehend erwähnten technischen Vorteile, wie z.B. eine Verringerung des Schneidmoments und eine Erhöhung der Schneideffizienz, sind konstant und dauerhaft sichergestellt, welche durch ein Fernbleiben eines Schneidens durch die Schlichtschneidendkante erbracht werden. Der Vorsprungsabstand d, der kleiner als die Summe der zulässigen Abmessungstoleranz und 0,1 mm ist, kann einen Einfluss auf eine Nutbodenabmessung (Nuttiefe) minimieren, und kann eine Festigkeit des Werkstücks geeignet beibehalten, in das die Nut geschnitten ist.
In dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Schruppschneidumfangskante konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte, deren Nasendurchmesser in Richtung eines distalen Werkzeugendes zunimmt und abnimmt. In dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schruppschneidumfangskante gestaltet, um in dem Nasendurchmesser in Richtung des distalen Werkzeugendes zum Schneiden einer baumförmigen Nut mit einer umgedrehten Christbaumform geringer zu werden.
In beiden Nuten, die durch das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug bearbeitet sind, die in sowohl dem siebten als auch achten Aspekt definiert sind, sind konvexe Abschnitte, das heißt vorragende Abschnitte, und die konkaven Abschnitte, das heißt vertiefte Abschnitte, an beiden Seiten von diesem ausgebildet. Eingreifende Körper, wie z.B. das Turbinenrad, gelangen in Eingriff mit den vertieften Abschnitten und vorragenden Abschnitten, um relativ zu der Nut positioniert zu werden. Aufgrund eines Spalts, der in dem Nutboden zurückbleibt, ist die Nutbodenabmessung (Nuttiefe) ausreichend größer als die vorbestimmte Abmessung, was bedeutet, dass eine kleine Variation der Nutbodenabmessung erlaubt ist, was aus einem Vorsprung der geformten schruppenden Drehschneidendkante resultiert.
Die vorliegende Erfindung wird vorteilig auf den Fall angewendet, der in dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, wobei die Schruppschneidumfangskante konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte hat, deren Nasendurchmesser in Richtung eines distalen Werkzeugendes zunimmt und abnimmt, oder dem Fall, wie in dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, wobei die Schruppschneidumfangskante gestaltet ist, um in dem Nasendurchmesser in Richtung des distalen Werkzeugendes zum Schneiden der baumförmigen Nut mit einer umgekehrten Christbaumform geringer zu werden.
Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf ein anderes Drehschneidwerkzeug angewendet werden, wie z.B. einem konischen Langlochfräser mit dem Nasendurchmesser, der durch die Umfangsschneidkante definiert ist, die sich bei einer konstanten Rate in der axialen Richtung ändert, und auf einen Nutbearbeitungsprozess, der solch ein geformtes Drehschneidwerkzeug verwendet. In dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der konkave Abschnitt durch einen Abschnitt der Umfangsschneidkante vorgesehen sein, an dem sich der kleine Nasendurchmesser zu dem großen Nasendurchmesser ändert, und der konvexe Abschnitt kann durch einen Abschnitt der Umfangsschneidkante vorgesehen sein, an dem sich der große Nasendurchmesser zu dem kleinen Nasendurchmesser ändert.
Die Bedingungen der Schruppschneidumfangskante und der Schruppschneidendkante, und der Schlichtschneidumfangskante und der Schlichtschneidendkante werden erläutert werden. Sie werden verwendet, um lediglich die Schneidkanten des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs und jene des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs zu unterscheiden. Daher sei vermerkt, dass die Schruppschneidumfangskante und die Schlichtschneidumfangskante in einer Form nicht verschieden sein müssen, und die Schruppschneidendkante und die Schlichtschneidendkante in einer Form nicht unterschiedlich sein müssen.
Wie jedoch in einem gewöhnlichen Fall gibt es einen Unterschied zwischen den Schneidkanten zum Schruppen und Schneidkanten zum Schlichten in dem Spanwinkel, Freiwinkel und Schrägungswinkel der Spanentfernungsnut, aufgrund eines Unterschieds in einem erwarteten Verhalten. Ferner können die Schneidkanten zum Schruppen je nach Bedarf mit Kerben oder einer geriffelten Form versehen sein.
Das schruppende Drehschneidwerkzeug wird zum Schneiden der grob geschnittenen Nut verwendet, die sich einer gewünschten Nutform annähert. Ein einzelnes geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug oder eine Vielzahl von geformten Drehschneidwerkzeugen werden verwendet zum Schneiden der grob geschnittenen Nut. Wenn die grob geschnittene Nut in der Vielzahl von Schneidschritten geschnitten wird, wird die vorliegende Erfindung auf das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug angewendet, das zum Schneiden der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut in dem letzten Schritt des Schruppens verwendet wird.
Andererseits wird das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug verwendet zum Schlichten der grob geschnittenen Nut durch ein Schneiden einer Oberflächenschicht der grob geschnittenen Nut um einen vorbestimmten Betrag des Schlichtmaterials (z.B. ungefähr 0,1 bis 1,0 mm) zu der Nut der gewünschten Form mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit.
In dem Nutbearbeitungsprozess, der in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, wird der Schlichtschritt ausreichend ausgeführt, so dass das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug nicht die Bodenfläche der grob geschnittenen Nut schneidet. Die Schruppschneidendkante ist wünschenswert gestaltet, um axial weiter als die Schlichtschneidendkante vorzuragen. Die durch das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug geschnittene grob geschnittene Nut hat die Vertiefung, die in deren Bodenfläche ausgebildet ist, um nicht mit der Schlichtschneidendkante in dem Schlichtschritt in Berührung zu kommen. Zu diesem Zweck kann die Schlichtschneidendkante gestaltet sein, um konkav zu sein, oder um weggelassen zu werden. Der Schlichtschritt wird wünschenswert derart ausgeführt, dass die Bodenfläche der grob geschnittenen Nut in ihrer Gesamtheit nicht durch das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug geschnitten wird.
Jedoch ist es für die Bodenfläche der grob geschnittenen Nut ausreichend, dass wenigstens ein Teil von dieser nicht durch das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug geschnitten wird. Ein Teil der Seitenfläche der grob geschnittenen Nut kann in dem nicht zu schneidenden Teil enthalten sein.
Die Schruppschneidendkante ragt axial weiter als die Schlichtschneidendkante vor, um die Vertiefung an der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut auszubilden. Damit wird in dem Schichtschritt eine Berührung der Schlichtschneidendkante mit der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut vermieden. In diesem Fall kann das konventionelle geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug als das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Jedoch kann das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug je nach Bedarf verschieden modifiziert werden. Zum Beispiel ist die Schlichtschneidendkante gestaltet, um einen größeren Konkavitätswinkel bzw. Wölbungswinkel zu haben, um einen Kontakt mit der Bodenfläche mit der grob geschnittenen Nut verlässlicher zu verhindern.
Wenn das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug senkrecht zu der Achse in dem Schruppschritt bewegt wird, kann es entlang einer geraden Linie oder einer gebogenen Linie bewegt werden. Wenn das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug senkrecht zu der Achse in dem Schlichtschritt bewegt wird, wird es eigentlich in der grob geschnittenen Nut entlang einer verlängerten Richtung von dieser bewegt.
In dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Schruppschneidendkante einen Vorsprungsabschnitt, der axial vorragt und sich radial innerhalb einer Begrenzung zwischen der Schlichtschneidendkante und der Schlichtschneidumfangskante des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs befindet. Damit führt die Schlichtschneidendkante das Schlichten nicht in dem gesamten Bereich der Schlichtschneidendkante aus.
Jedoch, wenn die anderen Aspekte der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, ist wenigstens ein Teil der Schlichtschneidendkante ausreichend gestaltet, um das Schlichten nicht auszuführen. Ein Teil der Schlichtschneidumfangskante kann gestaltet sein, um das Schlichten nicht auszuführen, zusätzlich zu der Schlichtschneidendkante. Ein von der Schlichtschneidendkante zu schneidender Schnittbereich und die Bodenfläche der grob geschnittenen Nut, das heißt der Abschnitt, der durch die Schruppschneidendkante zu schneiden ist, sind im Wesentlichen übereinstimmend, aber sind nicht notwendigerweise gänzlich übereinstimmend.
In dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die axial vorragende Abmessung d der Schruppschneidendkante von der Schlichtschneidendkante basierend auf einer Zielposition der Schlichtschneidendkante größer gewählt als eine zulässige Abmessungstoleranz A der Schlichtschneidendfläche, und ist kleiner als eine Summe der zulässigen Abmessungstoleranz und 0,1 mm. Jedoch, wenn die anderen Aspekte der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, kann die Vorsprungsabmessung größer als die Summe der zulässigen Abmessungstoleranz und 0,1 mm gewählt sein, oder kann ausreichend groß gewählt sein, ohne Berücksichtigung der Abmessungstoleranz.
Figurenliste
Die vorangehend erwähnten und andere Ziele, Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung dieser vorliegenden Erfindung werden durch ein Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser verstanden werden, wenn in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen betrachtet.

1 ist ein Satz von Ansichten, die einen Christbaumfräser zum Schruppen erläutern, der in dem Nutschneideprozess der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei 1A eine Vorderansicht von diesem ist, wobei 1B eine Schnittansicht einer grob geschnittenen Nut ist, und wobei 1C eine Ansicht ist, die einen Wölbungswinkel θ1 zeigt, der an einer Schneidendkante vorgesehen ist;
2 ist ein Satz von Ansichten, die einen Christbaumfräser zum Schlichten erläutern, der in dem Nutschneideprozess der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei 2A eine Vorderansicht von diesem ist, wobei 2B eine Schnittansicht ist, die ein Schlichtmaterial in dem Schlichtschritt zeigt, wobei 2C eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Teil IIC in 2B zeigt, und wobei 2D eine Ansicht ist, die einen Wölbungswinkel θ2 erläutert, der durch eine Schneidendkante des Fräsers von 2A definiert wird;
3 ist ein Satz von Ansichten, die eine baumförmige Nut zeigen, die durch die Christbaumfräser von 1 und 2 geschnitten wird, wobei 3A eine Querschnittsansicht von diesen und der grob geschnittenen Nut ist, und wobei 3B eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Teil IIIB von 3A zeigt;
4 ist ein Satz von Tabellen, die Testergebnisse zum Überprüfen eines Schneiderfolgs der baumförmigen Nut zeigen, die durch den Nutbearbeitungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung und der konventionellen Technik geschnitten ist, wobei 4A die Testbedingungen zeigt, und 4B die Testergebnisse zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine „Nutneigung“ erläutert;
6 ist ein Satz von Ansichten, die eine andere Nutform zeigen, auf die der vorliegende Nutbearbeitungsprozess angewandt ist, wobei 6A eine Querschnittsansicht ist, die die finale Form der Nut zeigt, 6B ist eine Querschnittsansicht, die die grob geschnittene Nut und eine Stärke eines Schlichtmaterials zeigt, und 6C ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil VIC in 6B zeigt;
7 ist eine Ansicht, die ein Vielfaches von baumförmigen Nuten zeigt, in welche Schaufeln eines Turbinenrades eingepasst werden sollen;
8 ist eine Querschnittsansicht, die in Vergrößerung eine der baumförmigen Nuten von 7 zeigt; und
9 ist eine Querschnittsansicht, die die grob geschnittene Nut und eine Stärke des Schlichtmaterials in dem Schlichtschritt zeigt, während eines Schneidens der baumförmigen Nut von 8.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf angefügte Zeichnungen erläutert.
Ausführungsform
1 zeigt eine Christbaumschneideinrichtung 30 für das Schruppen und 2 zeigt eine Christbaumschneideinrichtung 50 für das Schlichten, wobei beide eine Art von Fräswerkzeugen sind. Beide Schneideinrichtungen bzw. Fräser 30 und 50 werden zum Schneiden von der vorangehend erwähnten baumförmigen Nut 12 von 8 verwendet, und sind eine Art von Drehschneideinrichtungen, die sich mit einem Drehen um ihre Achse relativ zu einem Werkstück (Drehschaft 10) in einer Richtung senkrecht zu ihrer Achse bewegen. Der Christbaumfräser 30 zum groben Schneiden, der manchmal als „Schruppfräser“ bezeichnet wird, der dem beanspruchten geformten schruppenden Drehschneidwerkzeug entspricht, wird zum Ausbilden der grob geschnittenen Nut 22 verwendet.
In dieser Ausführungsform wird der Schruppfräser 30 zum Ausbilden der grob geschnittenen Nut 44 verwendet, die mit einer Vertiefung 42 an einer Bodenfläche 43 von dieser versehen ist. Dieser Schruppfräser 30 schneidet die grob geschnittene Nut 44 durch einen einzelnen Schritt oder auf einen Schlag. Der Christbaumfräser 50 zum Schlichten, der manchmal als „Schlichtfräser“ bezeichnet wird, der dem beanspruchten geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeug entspricht, hat die gleiche Gestalt wie ein konventioneller Schlichtfräser, der zum Schlichten der vorangehend erwähnten baumförmigen Nut 12 verwendet wird.
1A ist eine Vorderansicht, die den Schruppfräser 30 zeigt, teilweise im Querschnitt, wenn in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse betrachtet. 1B ist eine Querschnittsansicht der grob geschnittenen Nut 44, die durch den Schruppfräser 30 geschnitten ist. Der Schruppfräser 30 hat einen Schaftabschnitt 32 und einen Klingenabschnitt 34, die einstückig miteinander sind. Der Klingenabschnitt 34 hat eine umgedrehte Christbaumform, die einer Gestalt der grob geschnittenen Nut 44 entspricht, die durch den Schruppfräser 30 geschnitten werden soll. Der Klingenabschnitt 34 definiert einen Nasendurchmesser, der sich in Richtung eines distalen Werkzeugendes (unteres Ende in 1) weg von dem Schaftabschnitt 32 mit einer sich wiederholenden gleichmäßigen Zunahme/Abnahme verringert.
Der Klingenabschnitt 34 hat eine Vielzahl von z.B. drei Spanentfernungsrillen 36, die gleichwinklig um die Achse herum angeordnet sind. Entlang jeder der Spanentfernungsrillen 36 sind eine Vielzahl von Schneidumfangskanten 38 und Schneidendkanten 40, die sich daran anschließen, zusammenwirkend ausgebildet, um die Schneidarbeit auszuführen, wenn der Schruppfräser 30 im Uhrzeigersinn gedreht wird, der von einer Seite des Schaftabschnitts 32 aus gesehen ist. Jede der Spanentfernungsrillen 36 ist in einer rechtsseitigen Schrägungsrichtung um einen vorbestimmten Schrägungswinkel gedreht.
Die Schneidumfangskante 38, die der beanspruchten schruppenden Schneidumfangskante entspricht, definiert einen Nasendurchmesser, der sich allmählich in Richtung des distalen Werkzeugendes in Übereinstimmung mit einer Form des Klingenabschnitts 34 mit einem gleichmäßigen Zunehmen und Abnehmen verringert. Jede der Schneidumfangskanten 38 ist durch eine Schruppschneidkante konstruiert, in der winzige geriffelte Vorsprünge und Vertiefungen in Folge auf einer Flankenfläche ausgebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht eine Gesamtheit der Schneidumfangskanten 38 dem beanspruchten konvexen/konkaven Abschnitt, dessen Nasendurchmesser in der axialen Richtung gleichmäßig zunimmt und abnimmt. Die Schneidendkante 40, die der beanspruchten schruppenden Schneidendkante entspricht, ist vorgesehen, um in Richtung des distalen Endes vorzuragen, um effektiv die vorangehend erwähnte Vertiefung 42 zu schneiden.
1C ist eine Ansicht, die in einer Vergrößerung einen Ort zeigt, der durch die Schneidumfangskante 38 und die Schneidendkante 40 beschrieben ist, wenn der Schruppfräser 30 gedreht wird. Wie aus 1C offensichtlich ist, ragt ein Außenumfang der Schneidendkante 40 um eine Höhe h weiter als ein Innenumfang der Schneidumfangskante 38 vor, um eine Stufe 39 dazwischen auszubilden. Die Schneidendkante 40 ist in dem Mittelteil von dieser konkav gewölbt, um einen vorbestimmten Wölbungswinkel θ1 mit Q als den Startpunkt auszubilden.
2 A ist eine Vorderansicht, die den Schlichtfräser 50 zeigt, teilweise im Querschnitt, wenn in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse betrachtet. 2B ist eine Querschnittsansicht, die ein Schlichtmaterial 62, das in einem Schlichtschritt entfernt werden soll, zum Schlichten der grob geschnittenen Nut 44 durch den Schlichtfräser 50. 2C ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil IIC der 2B zeigt. Der Schlichtfräser 50 hat einen Schaftabschnitt 52 und einen Klingenabschnitt 54, die einstückig miteinander sind. Der Klingenabschnitt 54 hat eine umgedrehte Christbaumform, die einer Gestalt der Nut 12 entspricht, die durch den Schlichtfräser 50 geschnitten werden soll. Der Klingenabschnitt 54 definiert einen Nasendurchmesser, der sich im Allgemeinen in Richtung des distalen Werkzeugendes (unteres Ende in 1) weg von dem Schaftabschnitt 52 mit einer wiederholenden gleichmäßigen Zunahme/Abnahme verringert.
Der Klingenabschnitt 54 hat eine Vielzahl (z.B. vier) von Spanentfernungsrillen 56, die gleichwinklig um die Achse herum angeordnet sind. Entlang jeder der Spanentfernungsrillen 56 ist eine Vielzahl von Schneidumfangskanten 58 und Schneidendkanten 60 zusammenhängend ausgebildet. Die Schneidumfangskante 58 und die Schneidendkante 60 wirken zusammen, um das Schneiden auszuführen, wenn der Schruppfräser 30 im Uhrzeigersinn gedreht wird, von dem Schaftabschnitt 32 aus betrachtet. Jede der Spanentfernungsrinnen 56 erstreckt sich linear, mit anderen Worten, besteht aus einer linearen Nut.
Die Schneidumfangskante 58, die der beanspruchten Schlichtschneidumfangskante entspricht, definiert einen Nasendurchmesser, der sich allmählich in Richtung des distalen Werkzeugendes in Übereinstimmung mit einer Form des Klingenabschnitts 54 mit einem gleichmäßigen Zunehmen und Abnehmen verringert. Die Schneidumfangskante 58 hat als ein Ganzes eine konvexe/konkave Gestalt. Das Schlichtmaterial 62, das durch die Schneidumfangskanten 58 geschnitten werden soll, reicht z.B. von 0,1 mm zu 1,0 mm. Wie aus 2C offensichtlich ist, ist die Schneidendkante 60, die der beanspruchten Schlichtschneidendkante entspricht, gestaltet, das Schlichtschneiden auf der grob geschnittenen Nut 44 nicht an dem Abschnitt auszuführen, an dem die Vertiefung 42 ausgebildet ist.
In 2C bezeichnet ein Bezugszeichen „P“ eine Zielposition im Entwurf, das heißt die Zielposition auf der Schlichtoberfläche. Die vorangehend erwähnten Schneidendkanten 40 des Schruppfräsers 30, der die Vertiefung 42 schneidet, sind angeordnet, um axial von der Bezugsposition P um eine Stärke nicht kleiner als eine zulässige Abmessungstoleranz A der Schneidendkanten 60 vorzuragen. Zum Beispiel ist ein Vorsprungsabstand d von der Zielposition P größer als die zulässige Abmessungstoleranz A eingestellt und kleiner als eine Summe der zulässigen Abmessungstoleranzen A und 0,1 mm (A < d < (A + 0,1)). Zum Beispiel bei der zulässigen Abmessungstoleranz A von 0,05 mm ist der Vorsprungsabstand d vorzugsweise größer als 0,05 mm eingestellt und ist kleiner als 0,15 mm.
In dem gesamten Bereich der Schneidendkante 60 des Schlichtfräsers 50, das heißt in dem gesamten Bereich radial einwärts einer Begrenzung Q zwischen der Schneidumfangskante 58 und der Schneidendkante 60, ragt die Schneidendkante 40 axial weiter vor als die Schneidendkante 60. Aufgrund der Vertiefung 42, die durch die Schneidendkanten 40 ausgebildet ist, wird die Schlichtschneidendkante 60 davon abgehalten, mit der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut 44 in Kontakt zu treten. In 2C, die eine Schnittgestalt zeigt, erhält eine Position, die der Begrenzung Q zwischen der Schneidumfangskante 58 und der Schneidendkante 60 entspricht, das gleiche Zeichen Q.
2d ist eine Ansicht, die in einer Vergrößerung einen Ort zeigt, der durch die Schneidumfangskante 58 und die Schneidendkante 60 beschrieben ist, wenn der Schlichtfräser 50 gedreht wird. Wie aus 2D ersichtlich ist, ist die Schneidendkante 60 an deren Mittelteil konkav gewölbt, um einen vorbestimmten Wölbungswinkel θ2 mit Q als den Startpunkt auszubilden.
Eine Stärke bzw. Magnitude des Wölbungswinkels θ2 kann die selbe sein als jene des konventionellen Schlichtfräsers. Das heißt, der konventionelle Schlichtfräser kann verwendet werden, wie er ist, ohne eine Modifikation. Jedoch sei bemerkt, dass diese Schneidendkante 60 nicht dazu beträgt, das Werkstück zu schneiden. In Anbetracht dessen kann die Magnitude des Wölbungswinkels θ2 größer eingestellt sein als jene des Wölbungswinkels θ1 der Schneidendkanten 40, oder größer als jene des Wölbungswinkels des konventionellen Schlichtfräsers, um seinen Kontakt mit den Boden der Vertiefung 42 sicher zu verhindern.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine baumförmige Nut 64 zeigt, die durch ein Verwenden des vorangehend erwähnten Schruppfräsers 30 und des Schlichtfräsers 50 geschnitten wird. Die Nut 64 hat eine Gestalt, die im Grunde genommen identisch mit der vorangehend erwähnten baumförmigen Nut 12 ist. Wie in der vorangehend erwähnten Nut 12 sind auf jeder der gegenüberliegenden Seitenflächen 66a und 66b eine Vielzahl von vertieften Abschnitten 18 und vorragenden Abschnitten 20 wechselweise und stetig ausgebildet, symmetrisch hinsichtlich der Mittellinie S. Jedoch ist die Nut 64 darin verschieden von der vorangehend erwähnten Nut 12, dass eine extrem flache Vertiefung 68 in einer Bodenfläche von dieser vorgesehen ist.
Diese flache Vertiefung 68 stammt von der vorangehend erwähnten Vertiefung 42, die durch die schruppenden Schneidendkanten 40 ausgebildet ist, und hat eine Tiefe, die sich abhängig von der zulässigen Abmessungstoleranz der Schneidendkante 60 verändert. Sie reicht von einem Rest, der durch ein Subtrahieren der zulässigen Abmessungstoleranz A von dem Vorsprungsabstand d erhalten wird, zu einer Summe, die durch ein Addieren der zulässigen Abmessungstoleranz A zu dem Vorsprungsabstand d erhalten wird. 3B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil IIIB von 3A zeigt.
4 ist eine Tabelle, die Testbedingungen und Testergebnisse für ein Testen der Schneidleistungen in dem Nutschneideprozess gemäß der vorliegenden Erfindung und jenen in der konventionellen Technik zeigt. In dem Schneidprozess gemäß der vorliegenden Erfindung wird die baumförmige Nut 64 durch ein Verwenden des Schruppfräsers 30 und des Schlichtfräsers 50 geschnitten, die wie vorangehend beschrieben konstruiert sind. In dem konventionellen Schneidprozess wird die baumförmige Nut 12 bearbeitet, wobei der Bodenabschnitt der Nut sowohl in dem Schruppschritt als auch in dem Schlichtschritt geschnitten wird, wie in 9 gezeigt ist.
4A (Tabelle A) zeigt Schneidbedingungen, die in dem Schneidprozess gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind. In der Rubrik „Durchmesser des Fräsers“ oder Fräserdurchmesser bedeutet maximaler Durchmesser einen Durchmesser, der an einem von radial konvexen Abschnitten (entsprechend zu den vertieften Abschnitten 18 der Nut) gemessen ist, der am nächsten zu dem Schaftabschnitt 32 oder 52 ist. Minimaler Durchmesser bedeutet einen Durchmesser, der an einem von radial konkaven Abschnitten (entsprechend zu den vorragenden Abschnitten 20 der Nut) gemessen ist, d.h. dem am nächsten Liegenden zu dem Werkzeugende. Die Stärke bzw. Magnitude des Schlichtmaterials ist 0,3 mm in dem äußeren Umfang, wie in der untersten Rubrik „Schlichtmaterial“ gezeigt ist. D.h., der Durchmesser des Schlichtfräsers ist um 0,6 mm größer als der des Schruppfräsers 30.
Des Weiteren bedeutet in Rubrik „Tiefe der Nut“ oder Nuttiefe die tatsächliche Tiefe des Schnittabschnitts, der durch sowohl den Schruppfräser 30 als auch den Schlichtfräser 50 ausgebildet ist. Die tatsächliche Schnitttiefe durch den Schlichtfräser 50 ist durch eine Magnitude, die dem vorangehend erwähnten Vorsprungsabstand d (0,1 mm in der vorliegenden Ausführungsform) entspricht, kleiner als jene durch den Schruppfräser 30.
Ein Schlichtfräser, der in dem konventionellen Nutbearbeitungsprozess verwendet wird, ist identisch mit dem vorangehend erwähnten Schlichtfräser 50. Währenddessen ist ein Schruppfräser, der in dem konventionellen Nutbearbeitungsprozess verwendet wird, unterschiedlich zu dem vorangehenden Schruppfräser 30, darin dass eine Schneidendkante axial nicht vorragt. In der konventionellen Technik wird die Bodenfläche der Nut durch die Schneidendkanten des Schlichtfräsers 50 um 0,3 mm als das Schlichtmaterial bzw. Schlichtmaterialschicht geschlichtet. Andere Testbedingungen, wie z.B. ein Material des verwendeten Werkstücks in dem konventionellen Prozess sind die gleichen, wie die in dem vorliegenden Prozess.
4B (Tabelle B) zeigt die Testergebnisse in dem Schlichtschritt durch den Schlichtfräser 50 in sowohl dem vorliegenden Prozess als auch dem konventionellen Prozess. „Vibration“, „Schneidgeräusch“ und „Schlichtoberfläche“ beziehen sich auf die Schneidleistung. „Vibration“ bedeutet eine Schwingungsmagnitude bzw. Schwingungsstärke der gesamten Maschine, „Schneidgeräusch“ bedeutet Beschaffenheit und Lautstärke und „Schlichtoberfläche“ bedeutet einen Oberflächenzustand der bearbeiteten Fläche. Alle von diesen werden durch die Sinne des Testausführenden bewertet. „Schneidmoment“ bedeutet einen maximalen Wert des Motormoments, das erforderlich ist, um den Schlichtfräser während des Schneidens anzutreiben und zu drehen.
„Neigung der Nut“ oder Nutneigung bedeutet, wie in 5 gezeigt ist, einen Durchschnittswert von Abweichungsmaßen ΔX₁ , ΔX₂ bei einem minimalen Durchmesserabschnitt der geschlichteten baumförmigen Nut 64 oder 12. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Grenzwert oder zulässiger Maximalwert der „Neigung der Nut“ gewählt, um 0,05 mm zu sein. Übrigens sind, wie in 5 die schematisch baumförmige Nut 64 oder 12 zeigt, die Seitenflächen als die einfach geneigten Flächen gezeigt, mit einem Vernachlässigen einer Änderung in der Breitenrichtung von diesen.
Wie aus 4B ersichtlich ist, die die Testergebnisse zeigt, werden folgende Effekte gemäß der vorliegenden Erfindung erbracht. Wenn der Schlichtschritt durch den Schlichtfräser 50 ausgeführt wird, nach einer Ausbildung der grob geschnittenen Nut 44 durch den Schruppfräser 30 der vorliegenden Erfindung, ist das Schneidmoment, das in dem Schlichtschritt erforderlich ist, auf die Stärke reduziert, die ungefähr einem Zehntel oder weniger von jenem in dem konventionellen Schneidprozess entspricht. Die Nutneigung wird innerhalb des zulässigen Bereichs beibehalten. Die Schneidgeschwindigkeit kann zumindest doppelt so groß wie in jene in dem konventionellen Prozess sein, und die Vorschubrate kann ungefähr 7,5-mal (= 180/24) so groß wie die in dem konventionellen Prozess sein.
In dem Nutbearbeitungsprozess der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Schruppfräsers 30 ist die Vertiefung 42 in dem Bodenabschnitt der grob geschnittenen Nut 44 in dem Schruppschritt ausgebildet. Entsprechend erfordert der Schlichtfräser 50 in dem Schlichtprozess nicht, den Schlichtprozess mit der Schneidendkante 60 auszuführen. Daher ist das Schneidmoment reduziert, das für den Schlichtschritt erforderlich ist, so dass die Schneidgeschwindigkeit und die Vorschubrate erhöht werden, was in einer Erhöhung der Bearbeitungseffizienz resultiert, mit einer Beibehaltung der Nutneigung innerhalb des zulässigen Bereichs.
Ferner ragen in der vorliegenden Ausführungsform die Schneidendkanten 40 des Schruppfräsers 30 axial weiter vor als die Schneidendkanten 60 des Schlichtfräsers 50. Folglich ist die grob geschnittene Nut 44 mit der Vertiefung 42 auf der Bodenfläche von dieser durch den Schruppfräser 30 versehen, was bei einem Verhindern eines Kontakts der Bodenfläche mit den Schneidendkanten 60 des Schlichtfräsers 50 wirksam ist. Da die Bodenfläche 43 der grob geschnittenen Nut 44 nicht dem Schlichtschritt durch den Schlichtfräser 50 unterzogen wird, kann der konventionelle Christbaumfräser als der Schlichtfräser 50 verwendet werden.
Ein Schneidumfang von dem Schruppfräser 30 ist größer als der von dem Schlichtfräser 30, da die Schruppschneidendkanten 40 axial weiter vorragen als die Schlichtschneidendkanten 60. Daher kann die Belastung, die auf dem Schruppfräser 30 bei dem Schneiden aufgebracht wird, groß werden. Jedoch wird der Schruppfräser 30 nicht wesentlich durch diese große Belastung beeinflusst, da er entworfen ist, die grob geschnittene Nut 40 in einem einzigen Schneidschritt mit einem großen Schneidumfang zu schneiden.
Ferner ragt die Schneidendkante 40 des Schruppfräsers 30 in der vorliegenden Ausführungsform axial in dem Bereich vor, der der Gesamtheit der Schneidendkanten 60 des Schlichtfräsers 50 entspricht, d.h. in dem Bereich, der sich radial einwärts der Begrenzung Q zwischen der Schneidumfangskante 58 und der Schneidendkante 60 befindet. Folglich erfordert es die Schlichtschneidendkante nicht, das Schneiden in dem gesamten Bereich davon auszuführen, so dass das erforderliche Schneidmoment effektiv verringert werden kann.
Ferner ist der Vorsprungsabstand d der Schruppschneidendkanten 40 größer gewählt als die zulässige Dimensionstoleranz bzw. Abmessungstoleranz A der Schlichtschneidendkanten 60. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Schruppschneidendkanten 40 axial weiter als die Schlichtschneidendkanten 60 vorragen, ungeachtet eines Abmessungsfehlers der Schlichtschneidendkanten 60. Die vorangehend erwähnten technischen Effekte, wie z.B. eine Verringerung des Schneidmoments und eine Erhöhung der Schneideffizienz, können konstant und dauerhaft sichergestellt werden, aufgrund eines Mangels oder Fehlens eines Schneidens durch die Schlichtschneidendkanten 60.
Hier sei vermerkt, dass der Vorsprungsabstand d kleiner als die Summe der Abmessungstoleranz A und 0,1 mm gewählt ist, was darin resultiert, dass ein Einfluss auf die Nutbodenabmessung (Nuttiefe) unterdrückt wird, und eine Stärke bzw. Festigkeit der Drehwelle 10, in der die baumförmigen Nuten 64 ausgebildet sind, kann geeignet beibehalten werden.
In der vorliegenden Ausführungsform schneidet der Schneidprozess die umgedreht christbaumförmige Nut 64, die mit dem vertieften Abschnitt 18 und dem vorragenden Abschnitt 20 an Seitenflächen 66a und 66b von dieser versehen ist. Die Schaufel 14 des Turbinenrads, die mit der baumförmigen Nut 64 in Eingriff gelangen soll, ist so durch die vertieften Abschnitte 18 und die vorragenden Abschnitte 20 beschränkt (positioniert). Hier, aufgrund eines Spalts, der an dem Nutbodenabschnitt (zwischen der in Eingriff stehenden Schaufel 14 und der Bodenfläche der baumförmigen Nut 64) verbleibt, ist die Nutbodenabmessung (Nuttiefe) ausreichend gewählt, um größer zu sein als die vorbestimmte Abmessung und kann einen etwas größeren Wert haben, der von einem Vorsprung der Schruppschneidendkanten 40 abhängt.
In der vorangehend erwähnten Ausführungsform wurde der Fall zum Schneiden der umgedreht christbaumförmigen Nut 64 in die Drehwelle 10 erläutert. Jedoch kann das Prinzip der vorliegenden Erfindung auf das Bearbeiten für andere Nutformen angewendet werden. 6 ist ein Satz von Ansichten, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 6A ist eine Querschnittsansicht, die eine finale Form einer flaschenförmigen Nut 72 zeigt, die in einem Werkstück 70 ausgebildet ist, und 6B ist eine Querschnittsansicht, die eine grob geschnittene Nut 74 und ein Schlichtmaterial 76 zeigt. Die grob geschnittene Nut 74 ist durch eine geformte schruppende Drehschneideinrichtung geschnitten, während das Schlichtmaterial 76 durch den Schlichtschritt mit einer geformten schlichtenden Drehschneideinrichtung entfernt wird. 6C ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil VIC von 6B zeigt.
Die Nut 72 hat in der Nähe ihres Bodenabschnitts einen ausgebuchteten Abschnitt 80, in dem die Nutbreite allmählich und gleichmäßig in einer bogenförmigen Form zunimmt. Die geformte schruppende Drehschneideinrichtung und die geformte schlichtende Drehschneideinrichtung, die zum Schneiden der Nut 72 verwendet werden, haben entsprechend einer Gestalt des ausgebuchteten Abschnitts 80 konvexe Abschnitte/konkave Abschnitte, bei denen der Nasendurchmesser der äußeren Umfangsklinge ausgebuchtet ist.
Die Schneidendkante der geformten schruppenden Drehschneideinrichtung (Schruppschneidendkante) ragt axial in dem gesamten Bereich der Schneidendkante der geformten schlichtenden Drehschneideinrichtung (schlichtende Schneidendkante) um die Vorsprungsabmessung d von der Schlichtschneidendkante vor. Die Schruppschneidendkante kann anders ausgedrückt werden als der Abschnitt, der sich radial einwärts von der Begrenzung Q zwischen der Schneidumfangskante und der Schneidendkante befindet. Folglich wird eine Vertiefung 82 durch die Schruppschneidendkante in der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut 74 ausgebildet.
Damit wird die Schlichtschneidendkante davon abgehalten, in Kontakt mit der Bodenfläche der grob geschnittenen Nut 74 gebracht zu werden. Daher kann der Vorgang und Effekt, welche dieselben in der vorangehend ausgeführten Ausführungsform sind, wie z.B. eine Verringerung des Schneidmoments und eine Verbesserung in der Schneideffizienz bei dem Schlichtschritt, erbracht werden.
Hier zuvor wurden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es soll verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Details der dargestellten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen basierend auf einem Wissen des Fachmanns ausgeführt werden kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Auf einer Bodenfläche 43 des groben Schnitts ist eine Nut 44, die durch eine geformte schruppende Drehschneideinrichtung 30 geschnitten ist, mit einer Vertiefung 42 versehen, die durch eine Schneidendkante 40 von dieser geschnitten ist. Wenn ein geformtes schlichtendes Drehschneidwerkzeug 50 einen Schlichtschritt ausführt, schlichtet eine Schneidendkante 60 von diesem nicht den Bodenabschnitt. Daher wird ein Schneidmoment reduziert, das zum Schlichten der grob geschnittenen Nut durch das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug erforderlich ist, so dass die Nut durch die erhöhte Schneidgeschwindigkeit und die Vorschubrate mit einer hohen Effizienz bearbeitet wird, wobei die Nutneigung innerhalb eines zulässigen Bereichs beibehalten wird.

Claims

Nutbearbeitungsprozess zum Schneiden einer Nut (64; 72) einer vorbestimmten Form in ein Werkstück (10; 70) durch Verwenden eines geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs (30) und eines geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50), wobei der Nutbearbeitungsprozess Folgendes aufweist: (i) einen Schruppschritt zum Schneiden einer grob bearbeiteten Nut (44; 74) in das Werkstück durch Bewegen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen des geformten schruppenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, und (ii) einen Schlichtschritt zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut (44; 74) in dem Werkstück durch Bewegen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs um dessen Achse, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte schlichtende Drehschneidwerkzeug einen Bodenabschnitt (43) der grob bearbeiteten Nut in dem Schlichtschritt nicht schlichtet, wobei das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug (30) eine Schruppbearbeitungsendkante (40) hat, die axial weiter vorragt als eine Schlichtbearbeitungsendkante (60) des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50), so dass eine Vertiefung (42; 68) an dem Bodenabschnitt der grob bearbeiteten Nut in dem Schruppschritt ausgebildet wird, um einen Kontakt des Bodenabschnitts mit der Schlichtbearbeitungsendkante in dem Schlichtschritt zu vermeiden.
Satz aus geformten Drehschneidwerkzeugen (30, 50) zum Schneiden einer Nut (64; 72) einer vorbestimmten Form in ein Werkstück (10; 70), wobei der Satz aus geformten Drehschneidwerkzeugen Folgendes aufweist: (i) ein geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30) zum Schneiden einer grob bearbeiteten Nut (44; 74) in das Werkstück durch ein Bewegen in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen um dessen Achse, und (ii) ein geformtes schlichtendes Drehschneidwerkzeug (50) zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut (44; 74) in dem Werkstück durch ein Bewegen in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück mit einem Drehen um dessen Achse, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte schruppende Drehschneidwerkzeug eine Schruppbearbeitungsendkante (40) hat, die axial weiter vorragt als eine Schlichtbearbeitungsendkante (60) des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50).
Geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30), das eine Schruppbearbeitungsumfangskante (38) und eine Schruppbearbeitungsendkante (40) hat, und das in einer Richtung senkrecht zu dessen Achse relativ zu dem Werkstück (10; 70) drehend um dessen Achse bewegt wird, um eine grob bearbeitete Nut (22; 44; 74) einer vorbestimmten Form zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schruppbearbeitungsendkante (40) axial weiter vorragt als eine Schlichtbearbeitungsendkante (60) eines geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50), das zum Schlichten der grob bearbeiteten Nut verwendet wird.
Geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30) nach Anspruch 3, wobei die Schruppbearbeitungsendkante (40) einen Vorsprungsabschnitt hat, der axial vorragt und sich innerhalb einer Begrenzung (Q) zwischen einer Schlichtbearbeitungsendkante (60) und einer Schlichtbearbeitungsumfangskante (58) des geformten schlichtenden Drehschneidwerkzeugs (50) befindet.
Geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei eine Vorsprungsabmessung (d) der Schruppbearbeitungsendkante (40) von der Schlichtbearbeitungsendkante (60) basierend auf einer Zielposition (P) der Schlichtschneidendkante größer als eine zulässige Abmessungstoleranz (A) der Schlichtbearbeitungsendkante gewählt ist und kleiner als eine Summe der zulässigen Abmessungstoleranz und 0,1 mm ist.
Geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Schruppbearbeitungsaußenumfangskante (38) konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte hat, deren Nasendurchmesser in Richtung eines distalen Werkzeugendes zunimmt und abnimmt.
Geformtes schruppendes Drehschneidwerkzeug (30) nach Anspruch 6, wobei die Schruppbearbeitungsaußenumfangskante (38) gestaltet ist, um im Durchmesser in Richtung des distalen Werkzeugendes zum Schneiden einer baumförmigen Nut, die eine umgedrehte Christbaumform hat, geringer zu werden.