JP5107999B2 - 切削インサートおよび回転させた被加工物の機械加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリズム状の基本形状を有し、上面および底面を有し、上面および底面は、互いに平行に配置されかつそれらに対して垂直に配置された４つの側面によって接続されており、そのうちの２つの対向する側面は、突出部および凹部を有し、それらは上面および底面と共にそれぞれ切れ刃を形成し、かつそのうちの他の２つの対向する側面は、平面的にかつ互いに平行に配置されている、切削インサートに関する。

本発明は、少なくとも１つの切削インサートをまず被加工物の半径方向に送り込み、その後被加工物に対して軸方向に移動させることにより、回転させた被加工物、特にクランクシャフトを機械加工する方法にも関する。

そのような切削インサートおよびそのような方法は、例えば、ＥＰ第１ ０８７ ８５３Ｂ２号明細書から公知である。

回転対称的な被加工物の表面、特にクランクシャフトの機械加工方法は、既にＤＥ第４１ ３５ ６８１Ｃ３号明細書から知られており、その方法では、被加工物の表面は機械加工中に回転しており、まず切削チップによって荒削りされてから、少なくとも１つの別の切削チップによって仕上げ削りされ、仕上げ削り中、機械加工される被加工物の表面は、被加工物の表面の軸方向に移動する別の切削チップによる長手方向の施削工程により機械加工される。仕上げ削り中、別の切削チップを有する工具を被加工物の表面に半径方向に送り込み、別の切削チップの少なくとも２つの切刃先によって長手方向の施削をもたらす。２つの切刃先は、軸方向に互いに離間して隣接し、実質的に同時に作動する。このために使用される工具は工具本体を有し、そこに、荒削り用の少なくとも１つの切削チップおよび仕上げ削り用の少なくとも１つの別の切削チップを配置する。前記別の仕上げチップは、長手方向の施削による仕上げ削り用に、軸方向に互いに離間して隣接する少なくとも２つの切刃先、特に歯状のプロファイルを有する切れ刃を有し、そこで、互いに離間して隣接する多数の切刃先はそれぞれ三角形状を有する。これらの三角形の切刃先によって形成された点は、一平面にある。

ＤＥ第４１ ３５ ６８１Ｃ３号明細書から、工具は切削チップを備え、切削チップは、周方向に順に並んでおり、かつクランクシャフトに対して異なる機械加工作業を行うことができることが知られている。荒削りは、第１のセットの、例えば、４つの切削チップを使用してもたらされ、引用例ではその荒削り中、平面図において矩形であるすくい面の切削インサートが、クランクシャフトの方向に半径方向に送り込まれる。クランクシャフトが、溝削り工程によってジャーナルの周面に側方のオイルカラーをほぼ生じさせる程度に機械加工されたら、複数の三角形の切れ刃を有する切削チップを、仕上げ削りのために被加工物に送り込み、長手方向に施削するために長手方向軸を移動する。

プリズム状の基本形状を有する切削インサートが米国特許第４，８７６，６１７号明細書から知られている。この切削インサートは、２つの本質的に平行した上面および底面と、上面および底面に実質的に垂直にある少なくとも３つの側面とを有する。少なくとも１つの側面と上面または底面との間の界面に切れ刃が形成されている。関連する側面は平面的ではなく、突出部および凹部が交互に配置され、それにより少なくとも突出部の領域に主切れ刃の有効部分が形成されている。これらの主切れ刃の間には、傾斜した副切れ刃が延在し、副切れ刃は、主切れ刃に対して部分的に６０°およびコーナー領域では４５°の角度がつけられている。さらに、すくい面は、主切れ刃の各部分に割り当てられた凹部によって形成され、主切れ刃の中心領域では、すくい面と主逃げ面との間の角度が６２°〜７２°の範囲内となる。

これらの切削インサートはフライス工具に取り付けられて、それらの主切れ刃がわずかに重なり、１つの切削インサートの主切れ刃が相互に、続く切削インサートの凹部領域をカバーし、副切れ刃が被加工物と係合するのは、主切れ刃と直接隣接する領域のみであるようにする。半径方向に切り込むためだけに、対応する工具が設けられて、被加工物の例えば溝などをミリングする。

ＥＰ第１ ０８７ ８５３Ｂ２号明細書に述べられている課題は被加工物の機械加工方法を提供することであり、ここで、被加工物の機械加工中、切削インサートは、半径方向だけでなく軸方向にも送り込まれ、対応する被加工物の表面は、効率的に高品質に、すなわち許容誤差が小さく製造される。

そこで説明される方法によれば、冒頭に説明したタイプの少なくとも１つの切削インサートが、回転対称的な表面を製造するために使用される。特にこの切削インサートは、ある角度、すなわち、すくい面と主逃げ面の平面（この平面は、主切れ刃に隣接する側面の領域によって規定される）との間に形成され７２°〜７６°の間にある第１の角度、さらに７５°〜７０°の副切れ刃と主切れ刃との間の角度、８°〜１２°の有効逃げ角が形成される切削インサートの傾斜角度を特徴とする。そのような角度の選択によってまず、被加工物への半径方向および軸方向の双方の切り込み中、切削ジオメトリを明確にすることが可能となるとともに、発生する反作用の力を比較的小さく保つことが強調されている。この工具はまた、微細加工にのみ好適である。

それゆえ、従来技術からの公知の方法全てに、まず、クランクシャフトベアリングを製造するために、第１の切削インサートを使用して荒削りを行うという欠点がある。このようにするために、１．２ｍｍのコーナーの半径を有する「三角形のスローアウェイチップ（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｉｎｄｅｘａｂｌｅ ｉｎｓｅｒｔ）」を使用することが多い。そこで、微細加工の場合には、櫛状の切れ刃を有する上述の切削インサートの１つを使用し、それを用いて、ベアリングの谷底の最終的な外形を長手方向の施削工程によって機械加工する。クランクシャフトを製造可能とするために、異なるジオメトリを有し異なるグレードである一定数の切削インサートを、在庫として持っている必要がある。異なるタイプのスローアウェイチップの変形例の数はかなりあり、それにより、不都合なことに取り付け中に取り違える危険性があり、取り付けた工具の不調という犠牲を払い得る。必要とされる切削インサートが多数であることにより、組立時間もまた長くなる。

最終的に、工具コストは、機械加工される被加工物の製造コストに対して実質的効果を有する。

本発明の目的は、上述の欠点を回避すること、特にクランクシャフトまたはカムシャフトなどの回転させた被加工物の機械加工を、より効率的に行い得る切削インサートを提供することにある。対応して同じことが、そのような被加工物の機械加工の方法の提供に当てはまる。

この目的は、請求項１による切削インサートおよび請求項９による方法によって達成される。

本発明によれば、切削インサートは、互いに平行に配置された上面および底面と、それらに対して垂直に配置された４つの側面とを有し、そのうちの２つの対向する側面は突出部および凹部を有し、かつそのうちの他の２つの対向する側面は平面的にかつ互いに平行に配置される。互いに隣接する２つの側面によって形成された少なくとも１つの切削コーナーを切れ刃として設計する。従来技術から公知のように、櫛状の切れ刃の一方の側に隣接して、溝削り中の第１の作業においてセンターベアリングの面削りに好適なコーナー切れ刃がある。その後、長手方向の軸移動による長手方向の施削中に櫛状の切れ刃を使用する。そのような設計によって、これまで使用されてきた、平面図において三角形または矩形のすくい面を有しかつ第１の作業において使用された切削インサートを、完全に省略することができる。それゆえ、新規の切削インサートは、クランクシャフトの機械加工に必要なスローアウェイチップを大幅に少なくするためコストの優位性を提供するのみならず、総収容数も削減できる複合工具を提供する。間違えて取り付けるという意味での取り違えの危険性も、この複合工具の使用により低減される。最後に、以前のそれぞれの２つのスローアウェイチップの代わりに、取り付ける必要があるのは１つのスローアウェイチップのみとなるため、組立時間も短くなる。

最後に、荒削りおよび微細加工のためにこれまで使用されてきた異なる切削インサートの様々なカセットの変形例を、本発明による切削チップを有する１つのカセットタイプで置き換えることにより、機械加工の効率が増大する。それゆえ、必要なカセットを半減することによって、同様にコストの優位性をもたらす。最終的に、第１のスローアウェイチップを有するカセットと櫛状のスローアウェイチップを有するカセットとの間の旋回時間を削減できるので、加工ライン内の機械加工時間を短縮できる。

さらなる実施形態および利点は従属請求項から得られる。

それゆえ、本発明による切削コーナーは丸みのある設計であり、コーナーの半径は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍである。スローアウェイチップという意味でのさらなる最適化を、上面および底面に２つのそれぞれ直径方向に対向した切削コーナーを配置して、すなわち、本明細書では切削インサート毎に、４つの切削コーナーを配置して４つの櫛状の切れ刃を隣接させることによって達成する。切削コーナーは好ましくは側面に実質的に半円筒の部分を規定する。従来技術から原理上公知の櫛状の切れ刃に関しては、ＤＥ第４１ ３５ ６８４１Ｃ３号明細書またはＥＰ第０ ５４２ ０２６Ｂ１号明細書から公知の実施形態またはＥＰ第１ ０８７ ８５３Ｂ２号明細書による実施形態を参照する必要がある。しかしながら、突出部および凹部は、好ましくは平面図から見ると台形の設計であり；特に、互いに隣接してある突出部は主切れ刃を形成し、主切れ刃は、一列に並んでおり、それぞれ側方において副切れ刃と１つになり、副切れ刃は主切れ刃と１２０°〜１６０°の角度をなす。本発明によるさらなる構成によれば、突出部によって形成された切れ刃に位置決めされた接線が、切削コーナーに、一点でのみ接触する。

本発明によるさらなる構成によれば、切削コーナーならびに突出部および凹部に隣接するすくい面は、好ましくは１０°〜２０°である正のすくい角で傾斜している。さらに、上面および底面は、***した設計の中心平坦領域を有し、それに隣接して、すくい面への移行領域として凹面の逃げ面がある。この中心平坦部は、２つの対向する側面と共に、切削インサートを切削インサートホルダの適所に確実なクランプを保証する働きをする。移行領域は、すくい面上を通過する切屑を「上に曲げ」て、迅速な切屑破断を行い、それにより、長い切屑がもつれ合うことを回避する働きをする。

本発明によるさらなる構成によれば、上述した切削インサートを、回転させた被加工物、特にクランクシャフトの機械加工に使用し、少なくとも１つの切削インサートをまず被加工物の半径方向に送り込み、その後、被加工物に対して軸方向に動かす。この切削インサートは溝削り動作中センターベアリングを面削りし、その後、仕上げ削りのために、円筒形のジャーナルの滑面を軸方向に動くことにより機械加工する。

本発明のさらなる詳細は図面から得られる。

図１は、本発明による切削インサート１０を示し、切削インサートは、上面１１と、この上面に対向する面とを有する。これらの面は少なくとも実質的に平行であり、ここで、中心平坦部１１１、凹面状に落ち込んでいる逃げ面１１２、および中心平坦部１１１の両側にあるすくい面１１３が、それぞれ両側に形成される。面１１を、締め付けネジを収容するための穴１２が貫通している。上面および底面１１は、それに垂直に配置された４つの側面によって互いに接続され、互いに平行に配置された対向側面１３、および突起と凹部で形成された対向面１４が、上面および底面１１を互いに接続する。原理上従来技術から公知の櫛状のプロファイルは台形の突起で構成され、台形の突起は主切れ刃１５を有し、主切れ刃１５は一列に並びかつ両側面には、同様の平面的な谷底１７に延びる副切れ刃１６がある。この場合は台形のプロファイルは６度繰り返され、主切れ刃１５は全て同様に、同時に切削コーナー１８の接線も形成する線上に並ぶ。この切削コーナー１８を全側面１４にわたって、切削コーナーの半径が０．４ｍｍである実質的な半円筒体として設計する。そのような切削コーナー１８を各側に互いに直径方向に対向して形成し、４つの有用な櫛状プロファイルの切刃先および４つの切削コーナーを形成する。

本発明の利点は、図２および３を参照すると明らかとなる。図２には、クランクシャフトのセンターベアリングを製造するために必要な機械加工ステップを示す。このようにするために、図２による第１のステップでは、スローアウェイチップを使用する。スローアウェイチップは、平面図では三角形であり、コーナーの半径が例えば１．２ｍｍであり、かつそれは、図の左側に示すウェブ２１を面削りする。工具２０が被加工物に対して半径方向に（図の上部から下部へ）送り込まれる溝削り動作後、次に工具２０は、湾曲した矢印２２に従って右に向けられ、ジャーナル表面に沿って長手方向に施削するように向けられる。この後、工具２０は外へ揺動され、同じ外形を有する別の工具２３がウェブ２４の機械加工および仕上げ削り用に送り込まれる。半径方向の溝削りおよび所定の位置への揺動で構成される動作は、矢印２５によって概略的に明示される。このようにして、まず荒削りを行い、その後、ベアリングの谷底の長手方向軸の長さよりも短い櫛状の切れ刃を有する工具２６を送り込み、矢印２７から分かるように、ベアリングの谷底にわたって長手方向軸の施削を行うために方向付ける。しかしながら、図３に従って、本発明による工具１０を使用して作業を行うと、機械加工回数をはるかに減少させることができる。この工具１０は工具２０または２３と２６を組み合わせたものである。切削インサート１０をまず図３に示すように半径方向に送り込み、切削コーナー１８をセンターベアリングの面削りに使用する。続く所定の位置への揺動によって、連続矢印２８から分かるように、工具はベアリングの谷底に向けられ、それによりベアリングの谷底のほぼ半分を仕上げ削りする。次に別の工具１０を、同様に半径方向に送り込み、面削りされたセンターベアリングの仕上げ削り後に、連続矢印２９に従ってベアリングの谷底にわたって長手方向の軸に向け、完全に機械加工されたベアリング面が全体的に得られるようにする。それゆえ、切削インサート１０を用いて２つの複合動作を行うことができ、これは、これまで必要とされた工具２０または２３および２６の代わりとなる。これにより、在庫管理を単純化し機械加工回数を減少させる。

切削インサート１０は、非鉄金属、鉄および鋳造金属の機械加工、特にクランクシャフトの機械加工に好適である。切削インサート１０は、被加工物および機械加工のパラメータに依存して、コーティングされていないカーバイドもしくはサーメットまたは適切にコーティングされた被加工物で製造され得る。

本発明による切削インサートの斜視図である。 従来技術に従って可能な異なる機械加工順序の略図である。 本発明による切削インサートを使用して可能な異なる機械加工順序の略図である。

Claims (8)

1. 第１の面、当該第１の面に対向する第２の面、及び４つの側面を備えた切削インサートであって、
   前記第１の面及び前記第２の面は、互いに実質的に平行に配置されると共に前記４つの側面によって接続され、
   前記４つの側面は、前記第１及び第２の面に横切るように配置され、
   前記４つの側面は、対向しかつ実質的に互いに平行となるように配置された第１及び第２の平らな側面と、互いに対向するように配置された第１及び第２の曲げられた側面と、を有し、
   前記第１の曲げられた側面は、複数の交互に配置された突出部及び凹部を有し、当該交互に配置された突出部及び凹部は、前記第１及び第２の面と共に、第１の複数の切れ刃を形成し、
   前記第２の曲げられた側面は、複数の交互に配置された突出部及び凹部を有し、当該交互に配置された突出部及び凹部は、前記第１及び第２の面と共に、第２の複数の切れ刃を形成し、
   前記第１の複数の切れ刃は、前記第１の曲げられた側面及び前記第１の平らな側面の交線において配置された、丸められた、コーナの切れ刃を有し、
   前記第２の複数の切れ刃は、前記第２の曲げられた側面及び前記第２の平らな側面の交線において配置された、丸められた、コーナの切れ刃を有することを特徴とする切削インサート。
2. 前記第１の複数の切れ刃は更に、複数の台形の切れ刃を有し、
   前記第２の複数の切れ刃は更に、複数の台形の切れ刃を有し、
   前記第１の複数の切れ刃及び前記第２の複数の切れ刃の前記複数の台形の切れ刃の各々は、第１の面と、前記第１の面から伸びる２つの側面とにより形成され、当該２つの側面は、前記第１の面に対して１２０度及び１６０度の間の鈍角で配置され、
   前記台形の切れ刃を形成する前記第１の面は、主切れ刃を形成し、かつ、前記台形の切れ刃を形成する前記側面は、副切れ刃を形成し、
   前記第１の複数の切れ刃の前記複数の台形の切れ刃の各々の主切れ刃は、同一の第１の直線上に位置し、
   前記第２の複数の切れ刃の前記複数の台形の切れ刃の各々の主切れ刃は、同一の第２の直線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記複数の切れ刃の部分を形成する前記第１及び第２の面の各々は、すくい面を有し、当該すくい面は正のすくい角で傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記すくい面は、１０度及び２０度の間の正のすくい角で傾斜されていることを特徴とする請求項３に記載の切削インサート。
5. 前記第１及び第２の面の各々は、持ち上げられた中心部を有し、
   前記第１及び第２の面の各々は、前記すくい面及び前記持ち上げられた中心部の間でかつ前記すくい面及び前記持ち上げられた中心部を接続するように配置された凹側面を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
6. 前記第１の複数の切れ刃の前記台形の切れ刃の前記主切れ刃が位置する前記第１の直線は、１つの点において対応するコーナの切れ刃に接触すると共に、前記第２の複数の切れ刃の前記台形の切れ刃の前記主切れ刃が位置する前記第２の直線は、１つの点において対応するコーナの切れ刃に接触することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
7. 前記コーナの切れ刃の各々は、０．３ミリ〜０．５ミリの曲率半径を有し、または、０．４ミリの曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
8. 機械加工道具配置を用いてクランクシャフトを機械加工する方法であって、前記機械加工道具配置は、クランクシャフトのはん製品を支持すると共に回転するように構成かつ配置された旋盤装置、前記旋盤装置によって接続されかつ支持された制御及び移動配置、前記制御及び移動配置によって接続されかつ支持された第１の道具及び第２の道具を有し、前記制御及び移動配置は機械加工動作において前記第１の道具及び前記第２の道具の移動を制御するように構成され、前記第１の道具及び前記第２の道具の各々は、請求項１に記載の切削インサートを有し、
   前記方法は、
   クランクシャフトはん製品を前記旋盤装置内に配置するステップと、
   前記クランクシャフトはん製品を回転するように前記旋盤装置を稼働するステップと、
   前記制御及び移動配置を稼働すると共に前記クランクシャフトのはん製品のベアリング部の中心回転の軸に関して半径方向に前記クランクシャフトはん製品の方向に前記第１の道具を移動するステップと、
   前記半径方向への前記第１の道具及び前記切削インサートの移動を継続すると共に、前記第１の複数の刃の前記コーナの切れ刃と共に、前記ベアリング部の第１の端から離れるように半径方向に伸びるように配置された第１の基礎部を機械加工するステップと、
   前記半径方向への前記第１の道具の移動を継続すると共に、望ましい切削の深さが達成されるまで前記ベアリング部の前記中心回転の軸に平行な前記ベアリング部の長手方向の面の部分を、前記第１の複数の刃と共に機械加工し、前記第１の基礎部から離れ、前記ベアリング部の前記中心回転の軸に関して軸方向に前記第１の道具の移動を少なくとも実質的に同時に開始するステップと、
   前記ベアリング部の前記長手方向の面に沿って前記軸方向への前記第１の道具の移動を継続すると共に、前記第１の複数の切れ刃と共に前記ベアリング部の前記長手方向の面の実質的な部分を機械加工するステップと、
   前記第１の道具を、前記クランクシャフトのはん製品とのかみ合わせから外れるように移動するステップと、
   前記半径方向での前記クランクシャフトのはん製品の方向へ前記第２の道具を移動するステップと、
   前記半径方向での前記第２の道具及び切削インサートの移動を継続すると共に、前記第１の複数の刃の前記コーナの切れ刃と共に、前記ベアリング部の第２の端から離れるように半径方向に伸びるように配置された第２の基礎部を機械加工するステップと、
   前記半径方向への前記第２の道具の移動を継続すると共に、前記第１の複数の刃と共に、望ましい切削の深さが達成されるまで前記ベアリング部の前記長手方向の面の他の部分を機械加工し、前記第１の基礎面から離れて、前記軸方向への前記第２の道具の移動を少なくとも実質的に同時に開始するステップと、
   前記ベアリング部の長手方向に沿った前記軸方向への前記第２の道具の移動を継続すると共に、前記第１の複数の切れ刃と共に、前記ベアリング部の前記長手方向の面の残った仕上げられていない部分を機械加工するステップと、
   前記クランクシャフトのはん製品とのかみ合わせから外れるように前記第２の道具を移動するステップと、
   を備えた前記方法。

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