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Verweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-035752 , eingereicht am 22. Februar 2012, deren gesamte Inhalte hier per Referenz eingebunden sind, und beansprucht deren Priorität.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein vertiefungsbildendes Glättwerkzeug und ein vertiefungsbildendes Glättverfahren zum Ausbilden einer Vertiefung auf einer Werkstückoberfläche, indem eine Kugel mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Es gibt eine Technik zum Ausbilden feiner Vertiefungen zum Halten eines Schmiermittels auf einer Gleitoberfläche eines Gleitelements, wie etwa eines Lagers, um den Reibungswiderstand der Gleitoberfläche zu verringern. Die Oberflächenbehandlung zum Ausbilden der Vertiefungen auf einer Werkstückoberfläche, wie etwa der Gleitoberfläche war als eine Vertiefungsausbildung durch eine WPC-Behandlung (Kugelstrahlen mit feinen Partikeln), eine Vertiefungsbildung durch maschinelle Laserbearbeitung und ähnliches bekannt.
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Die Vertiefungsbildung durch die WPC-Behandlung ist eine Oberflächenbehandlung des Beschusses mit feinen Partikeln, die kleiner als die für gewöhnliches Kugelstrahlen sind, mit einer hohen Geschwindigkeit, so dass sie auf der Werkstückoberfläche einschlagen, um Vertiefungen zu bilden. Die Vertiefungsbildung durch die maschinelle Laserbearbeitung ist eine Oberflächenbehandlung zum Strahlen eines Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche unter Verwendung einer Bearbeitungsmaschine ausschließlich zum Ausbilden von Vertiefungen.
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Es wird eine andere Oberflächenbehandlung zum Ausbilden von Vertiefungen auf einer Werkstückoberfläche unter Verwendung eines Glättwerkzeugs vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Das Glättwerkzeug umfasst einen zylindrischen Rahmen, der von außen auf einen Dorn montiert ist. Der zylindrische Rahmen hält rollende Elemente, so dass sie radial aus der Außenumfangsoberfläche des Rahmens heraus oder in sie hinein kommen. Wenn der Dorn an einer rotierenden Bearbeitungsmaschine montiert ist, greifen die auf der Außenumfangsoberfläche des Dorns ausgebildeten Vorsprünge in rollende Elemente, wie etwa Kugeln, ein. Die rollenden Elemente rotieren schwingend auf der Innenumfangsoberfläche eines Werkstücks als einer Werkstückoberfläche.
Patentdokument 1:
japanische Patentveröffentlichung Nr. 4575899 -
Wenn jedoch die Oberflächenbehandlung zum Ausbilden von Vertiefungen auf die Werkstückoberfläche eines schmalen Abschnitts, wie etwa die Seitenoberfläche des Nutabschnitts einer Kompressorkomponente angewendet wird, stellte sich das Problem wie folgt.
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Das heißt, die WPC-Behandlung erfordert bei jeder Oberflächenbehandlung das Beschießen mit Partikeln, was die maschinellen Bearbeitungskosten erhöht und nicht effizient ist. Es ist schwierig, die maschinelle Laserbearbeitung auf die Werkstückoberfläche des schmalen Abschnitts, wie etwa eine seitliche Oberfläche des Nutabschnitts, anzuwenden.
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Das Glättwerkzeug, wie in dem Patentdokument 1 beschrieben, ist ein Werkzeug, das für die Oberflächenbehandlung an der Innenumfangsoberfläche eines an einem Werkstück ausgebildeten Lochs verwendet wird, und wird nicht auf die Oberflächenbehandlung einer Werkstückoberfläche, wie etwa einer seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts, angewendet. Wenn das Werkzeug auf der Werkstückoberfläche des schmalen Abschnitts, wie etwa der seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts, verwendet wird, wird ein Werkzeugdurchmesser kleiner, und das Werkzeug wird während der Ausbildung von Vertiefungen gebogen. Dies bewirkt eine Schwierigkeit beim Ausbilden von Vertiefungen durch das sichere Kontaktieren aller rollenden Elemente auf der Arbeitsfläche.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung ist auf ein vertiefungsbildendes Glättwerkzeug und ein vertiefungsbildendes Glättverfahren gerichtet, die effizient und sicher Vertiefungen an einer Werkstückoberfläche eines schmalen Abschnitts, wie etwa einer seitlichen Oberfläche eines Nutabschnitts, bilden.
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Ein erster Aspekt der Erfindung stellt ein vertiefungsbildendes Glättwerkzeug bereit. Das vertiefungsbildende Glättwerkzeug umfasst einen Dorn mit einer Endseite, die an einer Bearbeitungsmaschine montiert und daran fixiert ist, um zu rotieren; und einen Rahmen, der von außen an einer anderen Seite des Dorns montiert ist und Kugeln hält, die eine Außenumfangsoberfläche des Dorns kontaktieren. Die Kugeln auf der Außenumfangsoberfläche kontaktieren eine Werkstückoberfläche, wobei der Dorn und der Rahmen rotiert werden, um Vertiefungen auf der Werkstückoberfläche zu bilden. Die Außenumfangsoberfläche hat eine Kontaktoberfläche mit den Kugeln. Die Kontaktoberfläche ist auf einer Seite der Außenumfangsoberfläche, die näher an der Werkstückoberfläche ist. Die Kontaktoberfläche und die Werkstückoberfläche haben in einer Richtung senkrecht zu der Werkstückoberfläche einen Abstand dazwischen. Ein Abstand auf einer Seite des Dorns näher zu der Bearbeitungsmaschine und ein Abstand auf der zu dieser Seite entgegengesetzten Seite des Dorns haben eine Abstandsdifferenz dazwischen. Ein Durchmesser der Außenumfangsoberfläche auf dem Dorn ist in einer derartigen Weise festgelegt, dass die Abstandsdifferenz, wenn der Dorn während der Ausbildung der Vertiefungen gebogen wird, kleiner wird als vor dem Biegen des Dorns.
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Wenn der Dorn gemäß der Erfindung während der Ausbildung der Vertiefung gebogen wird, ermöglicht es das Glättwerkzeug mit einem kleineren Durchmesser, dass alle Kugeln, die auf der Außenumfangsoberfläche angeordnet sind, gegen die Werkstückoberfläche gedrückt werden, wobei der Dorn gebogen ist. Dieser Betrieb bildet die Vertiefungen mit einer ungefähr gleichmäßigen Tiefe in einem vorgegebenen gesamten Bereich auf der Werkstückoberfläche eines schmalen Abschnitts, der zum Beispiel eine seitliche Oberfläche eines Nutabschnitts ist.
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Das heißt, die Vertiefungen werden effizient und sicher an der Werkstückoberfläche des schmalen Abschnitts, wie etwa einer seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts ausgebildet.
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Daher wird die Werkstückoberfläche mit sehr feinen und gleichmäßigen Vertiefungen ausgebildet und hält ein Schmiermittel in den Vertiefungen. Dies verhindert, dass ein Schmiermittel ausläuft und verringert den Reibungswiderstand, wodurch die Gleiteigenschaft verbessert wird.
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Das vertiefungsbildende Glättwerkzeug wird für die Verwendung an eine generische Bearbeitungsmaschine (Werkzeugmaschine), wie etwa ein Bearbeitungszentrum oder eine NC-Fräsmaschine montiert, und ist fähig, mit Leichtigkeit und kostengünstig Vertiefungen in einer erforderlichen Form auszubilden.
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Der Dorn hat eine erste Schnittlinie, die auf der Außenumfangsoberfläche und auf der Seite des Dorns, die näher an der Werkstückoberfläche ist, positioniert ist. Die erste Schnittlinie wird mittels Durchschneiden des Dorns durch eine Ebene, die senkrecht zu der Werkstückoberfläche ist, definiert und umfasst eine Achse des Dorns. Die Werkstückoberfläche hat eine zweite Schnittlinie auf der Werkstückoberfläche. Die zweite Schnittlinie wird mittels Durchschneiden der Werkstückoberfläche durch die Ebene definiert. Die erste Schnittlinie und die zweite Schnittlinie haben einen Parallelitätsgrad dazwischen. Ein Durchmesser des Außenumfangs auf dem Dorn auf der entgegengesetzten Seite zu einer Seite näher an der Bearbeitungsmaschine ist größer festgelegt als der auf der Seite nahe der Bearbeitungsmaschine, so dass der Parallelitätsgrad bei dem während der Ausbildung der Vertiefungen gebogenen Dorn kleiner als der vor dem Biegen des Dorns wird.
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Gemäß der Erfindung ist er auf den Fall anwendbar, in dem die Werkstückoberfläche eine Ebene ist. Wenn der Dorn während der Ausbildung der Vertiefungen gebogen wird, ist die Schnittlinie auf der Seite der Außenumfangsoberfläche näher an der Werkstückoberfläche ungefähr parallel zu der Schnittlinie auf der Werkstückoberfläche. Dies erlaubt, dass die auf der Außenumfangsoberfläche angeordneten Kugeln mit einer gleichmäßigeren Stärke gegen die Werkstückoberfläche gedrückt werden.
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Die Außenumfangsoberfläche des Dorns hat eine Seitenform in einem kreisförmigen Kegelstumpf, der in Richtung der zu der Seite näher an der Bearbeitungsmaschine entgegengesetzten Seite divergiert.
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Wenn der Dorn gemäß der Erfindung gebogen wird, ist die Schnittlinie auf einer Seite der Außenumfangsoberfläche, die näher an der Werkstückoberfläche ist, eine richtig gekrümmte Linie, keine gerade Linie. Andererseits wird ein Parallelitätsgrad zwischen der Schnittlinie auf einer Seite der Außenumfangsoberfläche näher an der Werkstückoberfläche und der Schnittlinie auf der Werkstückoberfläche hinreichend kleiner. Hier wird die Bildung der Außenumfangsoberfläche des Dorns in einer Seitenform eines kreisförmigen Kegelstumpfes durch eine geringfügige Änderung von der Bildung des Dorns in einer Seitenform eines geraden Kreiszylinders in dem Herstellungsverfahren des Dorns selbst durchgeführt.
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Die Kugeln sind in einer Umfangsrichtung des Rahmens und in einer Richtung parallel zu der Achse des Rahmens voneinander beabstandet.
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Gemäß der Erfindung wird ferner ermöglicht, die Vertiefungen effizient auf der Werkstückoberfläche auszubilden.
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Der Rahmen umfasst: einen Rahmenkörper, der von außen an den Dorn montiert ist und erste Durchgangslöcher für die daran jeweils zu montierenden Kugeln definiert; und eine Rahmenabdeckung, die von außen an den Rahmenkörper montiert ist, welche die Kugeln von der Außenumfangsoberfläche des Rahmens radial nach außen vorstehen lässt und zweite Durchgangslöcher definiert, deren Position mit den ersten Durchgangslöchern zusammenfällt, um zu verhindern, dass die Kugeln jeweils aus den ersten Durchgangslöchern fallen.
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Gemäß der Erfindung wird die maschinelle Bearbeitung, wie etwa die Bildung von Löchern zum Halten der Kugeln, erleichtert, wodurch die Fertigungsdurchführbarkeit für das vertiefungsbildende Glättwerkzeug verbessert wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein vertiefungsbildendes Glättverfahren bereit, welches das Kontaktieren der Kugeln auf der Werkstückoberfläche umfasst, um unter Verwendung des vertiefungsbildenden Glättwerkzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung Vertiefungen auf der Werkstückoberfläche zu bilden.
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Gemäß der Erfindung ist es fähig, in dem gleichen Betrieb zu dienen, und bietet die gleichen Vorteile wie die des ersten Aspekts der Erfindung.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird ermöglicht, dass die Vertiefungen auf der Werkstückoberfläche des schmalen Abschnitts, wie etwa einer Seitenoberfläche des Nutabschnitts, effizient und sicher ausgebildet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Halbschnittansicht, die eine gesamte Struktur eines vertiefungsbildenden Glättwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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2 ist eine allgemeine Perspektivansicht des Glättwerkzeugs, wie in 1 gezeigt, die ein Beispiel für eine Arbeitsbedingung zeigt.
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3 ist eine schematische Ansicht des vorderen Umfangs eines Dorns, bevor der Dorn gebogen wird.
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4 ist eine schematische Ansicht des vorderen Umfangs des Dorns, wobei der Dorn während des Ausbildens von Vertiefungen gebogen ist.
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5 ist eine Perspektivansicht des Dorns, welche den vorderen Umfang des Dorns schematisch zeigt, wobei der Dorn während des Ausbildens von Vertiefungen gebogen ist.
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6A und 6B sind Ansichten, die den Zustand des Ausbildens von Vertiefungen durch ein Glättwerkzeug zeigen, 6A ist eine allgemeine Ansicht aus der zu der Werkstückoberfläche entgegengesetzten Position gesehen, und 6B ist eine vergrößerte Ansicht der auf der Werkstückoberfläche, wie in 6A gezeigt, ausgebildeten Vertiefungen.
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7A, 7B und 7C sind schematische Ansichten eines Dorns, der mit der variierenden Eindruckgröße in die Werkstückoberfläche gepresst wird, 7A zeigt einen Fall einer kleineren Eindruckgröße, 7B zeigt einen Fall einer passenden Eindruckgröße und 7C zeigt einen Fall einer größeren Eindruckgröße.
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In den Figuren zeigt das Symbol F1 eine vordere Richtung in einer Längsrichtung des Glättwerkzeugs an, und das Symbol R1 zeigt eine hintere Richtung in einer Längsrichtung des Glättwerkzeugs an.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Als nächstes wird eine Ausführungsform gemäß der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Halbschnittansicht eines vertiefungsbildenden Glättwerkzeugs (auf das hier nachstehend als ein Glättwerkzeug Bezug genommen wird) gemäß der Ausführungsform der Erfindung. In 1 ist die Oberseite des Glättwerkzeugs in Bezug auf die Achse CL durch die Schnittansicht gezeigt, und ihre Unterseite ist durch die Seitenansicht gezeigt. Es wird bemerkt, dass die vordere Richtung F1 und die hintere Richtung R1 des Glättwerkzeugs, wie in 1 gezeigt, für die deutliche Beschreibung festgelegt sind.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Glättwerkzeug 1: einen Dorn 2 mit einer hinteren Endseite, die drehbar an eine Bearbeitungsmaschine (in den Figuren nicht gezeigt), wie etwa ein Bearbeitungszentrum einer NC-Fräsmaschine, montiert ist; und einen Rahmen 4, der von außen an die vordere Endseite des Dorns montiert ist und der Kugeln 3 hält, welche die Außenumfangsoberfläche 23 auf dem Dorn 2 kontaktieren.
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Der Dorn 2 ist als Ganz es in einer runden Stabform ausgebildet. Der Dorn 2 umfasst einen Schaftabschnitt 21, der an die Bearbeitungsmaschine montiert ist, und einen Körperabschnitt 22, an welchen von außen der Rahmen 4 montiert ist. Der Dorn 2 besteht aus einem integralen Element mit dem Schaftabschnitt 21 und dem Körperabschnitt 22, die integral miteinander ausgebildet sind, wodurch verhindert wird, dass zusätzliche Schwingungen übertragen werden, die Steifheit vergrößert wird und eine stabile Flexibilität sichergestellt wird.
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Der Schaftabschnitt 21 nimmt, wie in 1 gezeigt, eine gerade Form und außerdem verschiedene Formen, wie etwa eine konisch zulaufende Form, zum Anpassen an eine Bearbeitungsmaschine zum Anmontieren an. Der Körperabschnitt 22 umfasst einen Rumpfabschnitt 24, der mit dem Schaftabschnitt 21 zusammenhängend ist; und einen vorderen Abschnitt 25, dessen Durchmesser kleiner als der Rumpfabschnitt 24 ist und der eine Außenumfangsoberfläche 23 hat, welche die Kugeln 23 kontaktiert. Der vordere Abschnitt 25 muss nicht notwendigerweise einen kleineren Durchmesser als der Rumpfabschnitt 24 haben.
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Der Rahmen 4 ist als Ganzes mit einer ungefähren Zylinderform ausgebildet. Der Rahmen 4 umfasst einen Rahmenkörper 41, der von außen an den Dorn 2 montiert ist, und eine Rahmenabdeckung 42, die von außen an den Rahmenkörper 41 montiert ist.
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Der Rahmenkörper 41 umfasst einen Halteabschnitt 44, der mit ersten Durchgangslöchern 43 für die Kugeln 33, die hinein montiert werden sollen, ausgebildet ist. Der Rahmenkörper 41 umfasst einen Montageabschnitt 45, dessen Durchmesser größer als der Halteabschnitt 44 zum Montieren des Rahmens 4 an dem Dorn 2 ist. Der Rahmenkörper 41 umfasst einen Zwischenabschnitt 46, der den Halteabschnitt 44 und den Montageabschnitt 45 verbindet. Jedes der ersten Durchgangslöcher 43 hat einen Innendurchmesser, der ein wenig größer als der Durchmesser jeder Kugel 3 ist. Die jeweiligen Kugeln 3 sind in die entsprechenden ersten Durchgangslöcher 43 zum Halten montiert.
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Der Montageabschnitt 45 des Rahmenkörpers 41 hat auf seiner Rückseite Durchgangslöcher 47 (zum Beispiel drei Stück), die in gleich großen Winkelabständen auf dem kreisförmigen Umfang ausgebildet sind und die sich radial von dem Rahmenkörper 41 erstrecken. Der Dorn 2 hat den Rumpfabschnitt 24, der auf der Außenumfangsoberfläche mit einem ringförmigen vertieften Abschnitt 26 mit einem V-förmigen Schnitt ausgebildet ist. Anschlagschrauben 61 sind in die Gewindelöcher 47 geschraubt, um gegen die Innenoberfläche des ringförmigen vertieften Abschnitts 26 gedrückt zu werden, der an dem Rumpfabschnitt 24 ausgebildet ist, der den Rahmen 4 an dem Dorn 2 fixiert. Hier sind die Gewindelöcher 47 und der ringförmige vertiefte Abschnitt 26 in der Längsrichtung in einer derartigen Weise angeordnet, dass die distalen Enden der Anschlagschrauben 61 mit der vorderen schrägen Oberfläche der Innenoberfläche auf dem ringförmigen vertieften Abschnitt 26 in Kontakt kommen. Daher kommt die hintere Endoberfläche auf dem Zwischenabschnitt 46 des Rahmenkörpers 41 in Kontakt mit der vorderen Endoberfläche des Rumpfabschnitts 24 des Dorns 2, was den Rahmen 4 sicher an dem Dorn 2 positioniert.
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Der Rahmenkörper 41 des Rahmens 4 hat eine gestufte Form, in welcher der Halteabschnitt 44 und der Montageabschnitt 45 mit einem größeren Durchmesser als der Halterungsabschnitt 44 durch den Zwischenabschnitt 46 verbunden sind, und ist an dem Montageabschnitt 45 mit einem größeren Durchmesser an dem Dorn 2 fixiert. Dieser Aufbau verstärkt die Steifheit im Vergleich zu einem Rahmen in einer zylindrischen Form mit einer kleinen Stufe und ist fähig, den Rahmen 4 starr an dem Dorn 2 zu fixieren. Dieser Aufbau verhindert, dass das distale Ende (Vorderseite) des Glättwerkzeugs 1 verschoben wird, und erreicht dadurch eine höhere Stabilität.
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Die Rahmenabdeckung 42 mit einer zylindrischen Form ist mit zweiten Durchgangslöchern 48 ausgebildet, deren Position jeweils mit den ersten Durchgangslöchern 43 zusammenfällt. Jedes der zweiten Durchgangslöcher 48 hat einen Innendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser jeder Kugel 3 ist. Die zweiten Durchgangslöcher 48 lassen zu, dass die Kugeln 3 von der Außenumfangsoberfläche des Rahmens 4 radial nach außen vorstehen und haben eine Funktion, um zu verhindern, dass die Kugeln 3 aus den ersten Durchgangslöchern 43 heraus fallen.
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Die Rahmenabdeckung 42 ist von außen an den Rahmenkörper 41 montiert, wobei die Position der ersten Durchgangslöcher 43 und der zweiten Durchgangslöcher 48 miteinander zusammenfällt, und ist durch Klammern 5 (zum Beispiel zwei Stück) an dem Rahmenkörper 41 fixiert. Jede der Klammern 5 mit einer L-Form umfasst einen Montageabschnitt 51 mit einem Durchgangsloch 53, in das ein Schraubenelement 62 eingesetzt werden soll, und einen Halteabschnitt 52, der die Rahmenabdeckung 42 zwischen dem Halteabschnitt 52 und dem Rahmenkörper 41 hält. Der Rahmenkörper 41 hat den Montageabschnitt 45, der an der Vorderseite Gewindelöcher 49 (zum Beispiel zwei Stück) hat, die in gleich großen Winkelabständen auf dem kreisförmigen Umfang ausgebildet sind und sich radial von dem Rahmenkörper 41 erstrecken. Das Schraubenelement 62 wird durch das Durchgangsloch 53 eingesetzt, um in das Gewindeloch 49 geschraubt zu werden, und dadurch wird die Rahmenabdeckung 42 zwischen der Klammer 5 und dem Rahmenkörper 41 gehalten.
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Der Rahmen 4 wird durch zwei getrennte Elemente des Rahmenkörpers 41 und der Rahmenabdeckung 42 gebildet. Dieser Aufbau erleichtert die maschinelle Bearbeitung zum Ausbilden von Löchern zum Halten der gehaltenen Kugeln 3 und verbessert die Fertigungsdurchführbarkeit für das Glättwerkzeug 1. Es wird bemerkt, dass der Rahmen 4 durch ein integrales Element gebildet werden kann, wobei der Rahmenkörper 41 und die Rahmenabdeckung 42 integral miteinander ausgebildet sind.
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Die Kugeln 3 sind in Winkelabständen in der Umfangsrichtung des Rahmens 4 angeordnet und sind in einer Richtung parallel zu der Achse CL (auf die als eine Axialrichtung Bezug genommen wird) des Rahmens (gemeinsame Achse mit der des Glättwerkzeugs 1) in Abständen angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht, dass Vertiefungen 71 (siehe 4) auf der Werkstückoberfläche 7 (siehe 2) effizienter ausgebildet werden. Hier werden die Positionen der ersten Durchgangslöcher 43 in dem Rahmenkörper 41 und die Positionen der zweiten Durchgangslöcher 48 in der Rahmenabdeckung 42 abhängig von dem Anordnungslayout der Kugeln 3 bestimmt.
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In 1 sind die Kugeln an den jeweiligen vier Umfangspositionen, die in Abständen von 90 Grad in der Umfangsrichtung des Rahmens 4 beabstandet sind, axial in Kugelreihen angeordnet. Die Kugeln 3 in benachbarten Kugelreihen sind ein wenig axial gegeneinander beabstandet. Es wird bemerkt, dass die Anordnungszahl der Kugeln 3 und das Anordnungslayout der Kugeln 3, wie etwa Umfangs- oder axiale Anordnungsabstände der Kugeln 3, abhängig von einer Größe oder einem Material der Werkstückoberfläche 7 variieren können (siehe 2).
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2 ist eine allgemeine Perspektivansicht des Glättwerkzeugs, die ein Beispiel für die Verwendung zeigt. 3 ist eine schematische Perspektivansicht des vorderen Umfangs des Dorns, bevor der Dorn gebogen wird. 4 ist eine schematische Ansicht eines vorderen Umfangs des Dorns, wobei der Dorn während des Ausbildens von Vertiefungen gebogen wird. 5 ist eine Perspektivansicht, welche den vorderen Umfang des Dorns schematisch zeigt, wobei der Dorn während des Ausbildens von Vertiefungen gebogen ist. In 3 und 4 ist die Form des Dorns 2 für die zweckmäßige Beschreibung übertrieben gezeichnet, und die Anzahl von Kugeln 3 ist verschieden zu der Tatsächlichen gezeichnet (7 ist der gleiche). In 5 ist die Form des Dorns 2 für die zweckmäßige Beschreibung übertrieben gezeichnet, und die Kugeln 3 sind in der Figur nicht gezeigt.
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Wie in 2 gezeigt, ist das Glättwerkzeug 1 ein Werkzeug zum Kontaktieren der Kugeln 3 auf der Außenumfangsoberfläche 23 (siehe 1), wobei die Werkstückoberfläche 7 auf dem Werkstück W mit dem Dorn 2 und dem Rahmen 4 rotiert, um dadurch die Vertiefungen 71 (siehe 4) auf der Werkstückoberfläche 7 auszubilden. Die Werkstückoberfläche 7 ist eine seitliche Oberfläche auf einem Nutabschnitt S, der auf dem Werkstück W ausgebildet ist.
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Wie in 3 bis 5 gezeigt, wird das Glättwerkzeug 1 mit einer vorgegebenen Eindruckgröße in eine Richtung von P (siehe 2) aus der Position (siehe 3), in welcher die Kugel 3 auf der am weitesten distal gelegenen Endseite (Vorderseite F1) die Werkstückoberfläche 7 gerade oder ein wenig kontaktiert (siehe 4) in die Werkstückoberfläche 7 gedrückt. Zu dieser Zeit biegt sich der Dorn 2 entgegengesetzt zu der Werkstückoberfläche 7, während er sich in Richtung der distalen Endseite erstreckt, wobei die Achse CL (gemeinsame Achse mit der des Glättwerkzeugs 1) die maximale Biegung 6 an dem distalen Ende des Dorns 2 hat, wodurch die Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 gebildet werden.
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In der Ausführungsform ist der Durchmesser des Außenumfangs 23 auf dem Dorn 2 derart festgelegt, dass er sich entlang der Achse CL abhängig von der Form der Werkstückoberfläche 7 ändert, wenn der Dorn 2 während des Ausbilden der Vertiefungen 71 gebogen wird (siehe 4 und 5). Daher wird die Abstandsdifferenz zwischen der Seite näher an der Bearbeitungsmaschine (Bearbeitungsmaschinenseite oder hintere Seite) und der entgegengesetzten Seite (Vorderseite) zu der Maschinenbearbeitungsseite in Bezug auf den Abstand L zwischen der Kontaktoberfläche 28a der Außenumfangsoberfläche 23 auf einer Seite näher zu der Werkstückoberfläche 7 und der Werkstückoberfläche 7 senkrecht zu der Werkstückoberfläche 7 kleiner als die vor dem Biegen des Dorns 2 (siehe 3). Um spezifisch zu sein, ist der Abstand L zwischen der Kontaktoberfläche 23a und der Werkstückoberfläche 7 auf der Vorderseite kleiner als der auf der Rückseite vor dem Biegen des Dorns 2 (siehe 3), Wenn der Dorn 2 gebogen ist (siehe 4 und 5), hat die Vorderseite der Außenumfangsoberfläche 23 ungefähr den gleichen Abstand wie den ihrer Rückseite. Hier ist der Dorn 2, bevor er gebogen wird, ein Dorn 2 ohne gebogen zu sein, wenn angenommen wird, dass die Werkstückoberfläche 7 keine Reaktionskraft anwendet.
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Der Durchmesser der Außenumfangsoberfläche 23 auf dem Dorn 2 auf der zu der Bearbeitungsmaschinenseite entgegengesetzten Seite (Vorderseite) ist größer festgelegt als der auf der Bearbeitungsmaschinenseite (Rückseite). Daher wird ein Parallelitätsgrad zwischen der Schnittlinie 27 und der Schnittlinie 72, wenn der Dorn 2 während des Ausbildens der Vertiefungen 71 gebogen ist, kleiner als der vor dem Biegen des Dorns 2. Die Schnittlinie 27 auf der Außenumfangsoberfläche 23 wird definiert, indem die Außenumfangsoberfläche 23 durch die Ebene M durchschnitten wird, und ist auf einer Seite der Außenumfangsoberfläche 23 näher an der Werkstückoberfläche 7 (Werkstückoberflächenseite) positioniert. Die Ebene M umfasst die Achse CL des Dorns 2 und ist senkrecht zu der Werkstückoberfläche 7. Die Schnittlinie 72 auf der Werkstückoberfläche 7 ist mittels Durchschneiden der Werkstückoberfläche 7 durch die Ebene M definiert. Die Werkstückoberfläche 7 ist ein Konzept, das eine Ebene bedeutet, die nicht nur die Werkstückoberfläche 7 selbst ist, sondern die Werkstückoberfläche 7 auch enthält. Um genau zu sein, kommen die Schnittlinie 27 auf der Außenumfangsoberfläche 23 auf der Seite der Werkstückoberfläche 7 und die Schnittlinie 72 auf der Werkstückoberfläche 7 in Richtung der Vorderseite F1 näher aneinander, wobei sie nicht parallel zueinander sind, während sie ungefähr parallel zueinander sind, wenn der Dorn 2 gebogen ist (siehe 4). Dieser Parallelitätsgrad definiert eine Größe einer Abweichung (Fehler) von einer geraden Linie, die parallel zu der Normgeraden sein soll.
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Dieser Aufbau wird auf den Fall angewendet, in dem die Werkstückoberfläche 7 der Ausführungsform eine Ebene ist. Wenn der Dorn 2 während des Ausbildens der Vertiefungen 71 gebogen wird, sind die Schnittlinie 27 auf der Außenumfangsoberfläche 23 auf der Seite der Werkstückoberfläche 7 und die Schnittlinie 72 auf der Werkstückoberfläche 7 ungefähr parallel zueinander, was ermöglich, dass alle Kugeln 3, die auf der Außenumfangsoberfläche 23 angeordnet sind, mit einer einheitlicheren Stärke gegen die Werkstückoberfläche 7 gedrückt werden.
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In der Ausführungsform hat der Dorn 2 den vorderen Abschnitt 25 mit der Außenumfangsoberfläche 23 in einer Seitenform eines kreisförmigen Kegelstumpfes, dessen Durchmesser relativ zu der Bearbeitungsmaschinenseite in Richtung der entgegengesetzten Seite (Vorderseite) divergiert. Das heißt, die Außenumfangsoberfläche 23 des Dorns 2 ist in einer konisch zulaufenden Form mit einem dicken distalen Ende ausgebildet, die einen vorgegebenen Neigungswinkel (zum Beispiel 10 Minuten oder 1/6 Grad) hat.
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Gemäß diesem Aufbau wird die Schnittlinie 27 auf der Seite der Werkstückoberfläche der Außenumfangsoberfläche 23, wenn der Dorn 2 gebogen ist, grundsätzlich eine gekrümmte Linie, keine gerade Linie, wobei ermöglicht wird, dass der Parallelitätsgrad zwischen der Schnittlinie 27 auf der Seite der Werkstückoberfläche der Außenumfangsoberfläche 23 und der Schnittlinie 72 auf der Werkstückoberfläche hinreichend kleiner wird. Die Ausbildung der Außenumfangsoberfläche 23 des Dorns 2 in einer Seitenform eines kreisförmigen Kegelstumpfes wird durch eine geringfügige Modifikation gegenüber der Ausbildung des Dorns 2 in einer Seitenform eines geraden kreisförmigen Zylinders in dem Herstellungsverfahren des Dorns 2 selbst vorgenommen.
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Es ist erforderlich, dass der Dorn 2, die Kugeln 3 und der Rahmen 4 haltbar sind, aus einem speziellen Legierungsstahl sind und wärmebehandelt werden, um die Härte und Belastbarkeit zu verbessern. Sie können abhängig von den Arbeitsbedingungen durch eine Oberflächenbeschichtung, wie etwa DLC, TIN oder TICN zur Verbesserung der Haltbarkeit behandelt werden. Der Dorn 2 und die Kugeln 3 können aus einem Material, wie etwa Hartmetall oder einem keramischen Material, bestehen.
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Als nächstes wird ein vertiefungsbildendes Glättverfahren unter Verwendung des vorstehend strukturierten Glättwerkzeugs 1 unter Bezug auf 1 bis 5 und 6 und 7 beschrieben.
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6A und 6B sind Ansichten, welche das Ausbilden von Vertiefungen durch das Glättwerkzeug zeigen. 6A ist eine allgemeine Ansicht aus der zu der Werkstückoberfläche entgegengesetzten Position gesehen. 6B ist eine vergrößerte Ansicht der auf der Werkstückoberfläche ausgebildeten Vertiefungen, wie durch 6A gezeigt. 7A, 7B und 7C sind schematische Ansichten des Glättwerkzeugs und der Werkstückoberfläche, wenn das Glättwerkzeug mit variierender Eindruckgröße in die Werkstückoberfläche gedrückt wird. 7A zeigt einen Fall einer kleineren Eindruckgröße; 7B zeigt einen Fall einer passenden Eindruckgröße; und 7C zeigt einen Fall einer größeren Eindruckgröße.
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Zuerst wird eine elektrische Quelle (in den Figuren nicht gezeigt) gestartet, um zuzulassen, dass das Glättwerkzeug 1, das an eine Bearbeitungsmaschine (in den Figuren nicht gezeigt), zum Beispiel eine NC-Fräsmaschine montiert ist, mit einer vorgegebenen Drehzahl in eine Richtung von R2 rotiert (siehe 2). Zu dieser Zeit ist der Rahmen 4 an dem Dorn 2 fixiert, und der Dorn 2 und der Rahmen 4 rotieren integral miteinander.
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Anschließend wird das Glättwerkzeug 1 mit einer vorgegebenen Vorschubgröße in eine Richtung des Pfeils Q oder eine Verlängerungsrichtung des Nutabschnitts S befördert, wobei die Eindruckgröße zum Drücken der Kugeln 3 in die Werkstückoberfläche auf einen vorgegebenen Wert festgelegt wird.
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Wie in 6 gezeigt, erlaubt dieser Betrieb, dass die Kugeln 3, die von dem Rahmen 4 auf der Außenumfangsoberfläche 23 des Dorns 2 gehalten werden, rotieren, um die Werkstückoberfläche 7, die einer Seitenoberfläche auf dem Nutabschnitt 2 des Werkstücks W entspricht, intermittierend zu kontaktieren, wodurch über einen gesamten vorgegebenen Bereich der Werkstückoberfläche 7 Vertiefungen 71 ausgebildet werden. Die Tiefen der Vertiefungen 71 werden aufgrund einer Rückstoßkraft von dem Werkstück W und ähnlichem kleiner als die Eindruckgrößen der Kugeln 3.
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Die Vertiefungen 71 werden auf der Werkstückoberfläche 7 in Abständen mit einem horizontalen Anordnungszwischenraum P1 in einer Umfangsrichtung des Dorns 2 oder einer Richtung des Pfeils Q und in Abständen eines vertikalen Anordnungszwischenraums P2 in einer Axialrichtung parallel zu der Achse CL des Dorns 2 ausgebildet (siehe 6B). Der horizontale Anordnungszwischenraum P1 entspricht einer Vorschubgröße in einer Richtung des Pfeils Q pro Drehung des Glättwerkzeugs 1. Der vertikale Anordnungszwischenraum P2 entspricht jedem axialen Abstand zwischen den Kugeln 3 in jeder der Kugelanordnungen, die in Abständen von 90 Grad auf dem kreisförmigen Umfang des Rahmens 4 benachbart sind.
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Wenn das Ausbilden der Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 beendet ist, wird das Glättwerkzeug 1 von dem Werkstück W getrennt, um seine Rotation zu stoppen.
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Hier bestimmte das vorhergehende Experiment die Eindruckgröße, um welche das Glättwerkzeug 1 aus der Position für die Kugel 3 auf der am weitesten distal gelegenen Endseite (Vorderseite) weiter in die Werkstückoberfläche 7 eingedrückt wird, um die Werkstückoberfläche 7 gerade und ein wenig zu kontaktieren.
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Wenn die Eindruckgröße, wie in 7A gezeigt, zu klein ist, wird eine Biegung des Dorns 2 kleiner. Die Kugeln 3, die sich auf der Vorderseite auf der Außenumfangsoberfläche 23 befinden, welche in Richtung der distalen Endseite (Vorderseite) divergiert, werden fester gegen die Werkstückoberfläche 7 gedrückt als die Kugeln 3, die sich auf der Rückseite befinden. Daher werden die auf der Vorderseite ausgebildeten Vertiefungen 3 tiefer als die auf der Rückseite ausgebildeten Vertiefungen 71. Im schlimmsten Fall besteht eine Möglichkeit, dass auf der Rückseite keine Vertiefungen 71 ausgebildet werden. Wenn die Eindruckgröße, wie in 7C gezeigt, zu groß ist, wird die Biegung des Dorns 2 größer. Die Kugeln 3, die sich auf der Rückseite der Außenumfangsoberfläche 23 befinden, werden stärker gegen die Werkstückoberfläche 7 gedrückt als die, die sich auf der Vorderseite befinden. Daher werden die auf der Rückseite ausgebildeten Vertiefungen 3 tiefer als die auf der Vorderseite ausgebildeten Vertiefungen 71. Im schlimmsten Fall besteht eine Möglichkeit, dass auf der Vorderseite keine Vertiefungen 71 ausgebildet werden. Wenn andererseits, wie in 7B gezeigt, eine Eindruckgröße passend ist, werden die Schnittlinie 27 auf der Seite der Werkstückoberfläche 7 der Außenumfangsoberfläche 23 und die Schnittlinie 72 auf der Werkstückoberfläche 7 ungefähr parallel zueinander, wobei der Dorn 2 gebogen ist. Die Kugeln 3, die sich auf der Vorderseite der Außenumfangsoberfläche 23 befinden, und die Kugeln 3, die sich auf der Rückseite befinden, werden mit einer gleichmäßigeren Stärke gegen die Werkstückoberfläche 7 gedrückt. Dieser Betrieb lässt zu, dass die Tiefen der auf der Vorderseite ausgebildeten Vertiefungen 71 und die Tiefen der auf der Rückseite ausgebildeten Vertiefungen 71 ungefähr gleichmäßig werden.
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Daher bestimmte das Experiment, wie in 7B gezeigt, die Eindruckgröße zum Ausbilden der Vertiefungen 71 mit einer ungefähr gleichmäßigen Tiefe auf der Werkstückoberfläche.
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Eine Größe, eine Tiefe, ein Anordnungszwischenraum und ein Anordnungsaspekt der Vertiefungen 71 kann modifiziert werden, indem geändert werden: eine maschinelle Bearbeitungsbedingung (eine Drehzahl des Glättwerkzeugs 1 und eine Vorschubgröße); ein Durchmesser, ein Anordnungslayout, die Anzahl, das Anordnungslayout und die Masse der Kugeln 3; ein Neigungswinkel (Kegelwinkel) der Außenumfangsoberfläche 23 auf dem Dorn 2; eine Kraft zum Drücken der Kugeln 3 gegen die Werkstückoberfläche 7 und ähnliches. Demzufolge kann eine Materialeigenschaft (Harte) der Werkstückoberfläche 7 auf dem Werkstück W berücksichtigt werden.
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Das Glättwerkzeug 1 ist derart strukturiert, dass es auf das Ausbilden der Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 angewendet wird, welche der seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts S entspricht, der eine Tiefe von etwa 20 mm bis etwa 50 mm und eine Breite von etwa 20 mm hat. Wenn das Glättwerkzeug 1 auf einen anderen Nutabschnitt S mit einer anderen Größe und ähnlichem angewendet wird, kann als Maßnahme getroffen werden, dass im Konstruktionsstadium ein Glättwerkzeug 1 mit einer anderen Größe des Durchmessers und der Länge hergestellt wird oder dass der Rahmen 4 und die Kugeln 3 von dem Dorn 2 entfernt werden, um durch welche mit einer anderen Spezifikation ersetzt zu werden.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst das Glättwerkzeug 1 der Ausführungsform: den Dorn 2 mit einer hinteren Endseite, der zum Rotieren an die Bearbeitungsmaschine montiert ist; und den Rahmen 4, der von außen an die vordere Endseite des Dorns 2 montiert ist, um die Kugeln 3 zu halten, welche die Außenumfangsoberfläche 23 auf dem Dorn 2 halten. Wenn der Dorn 2 und der Rahmen 4 rotieren, kontaktieren die Kugeln 3 auf der Außenumfangsoberfläche 23 die Werkstückoberfläche 7, wodurch die Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 ausgebildet werden. Hier ist der Durchmesser des Außenumfangs auf dem Dorn 2 in einer derartigen Weise festgelegt, dass die Abstandsdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite, wenn der Dorn 2 während des Ausbildens der Vertiefungen 71 gebogen wird, in Bezug auf den Abstand L zwischen der Kontaktoberfläche 23a mit den Kugeln 3 auf der Seite der Werkstückoberfläche der Außenumfangsoberfläche 23 und der Werkstückoberfläche 7 senkrecht zu der Werkstückoberfläche 7 kleiner als vor dem Biegen des Dorns 2 wird.
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Wenn der Dorn 2 gemäß dieser Ausführungsform während des Ausbildens der Vertiefungen 71 aufgrund des Glättwerkzeugs 1 mit einem kleineren Durchmesser gebogen wird, werden alle Kugeln 3, die auf der Außenumfangsoberfläche 23 angeordnet sind, mit einer einheitlicheren Stärke gegen die Werkstückoberfläche 7 gedrückt, wobei der Dorn 2 gebogen wird. Dieser Betrieb bildet zum Beispiel auf dem gesamten vorgegebenen Bereich auf der Werkstückoberfläche 7 eines schmalen Abschnitts, wie etwa einer seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts S, Vertiefungen 71 mit einer ungefähr gleichmäßigen Tiefe. Das heißt, es wird ermöglicht, dass die Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 des schmalen Abschnitts, wie etwa der seitlichen Oberfläche des Nutabschnitts S, effizient und sicher ausgebildet werden.
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Daher wird die Werkstückoberfläche 7 auf dem Werkstück W mit sehr feinen und gleichmäßigen Vertiefungen 71 ausgebildet, die fähig sind, Schmiermittel zu halten. Diese Funktion verhindert, dass Öl aus der Werkstückoberfläche 7 herausläuft, und verringert den Reibungswiderstand, wodurch die Gleiteigenschaft verbessert wird.
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Das Glättwerkzeug 1 wird auf eine generische Bearbeitungsmaschine (eine Werkzeugmaschine), wie etwa eine NC-Fräsmaschine, montiert und ist fähig, mit Leichtigkeit und zu einem günstigen Preis Vertiefungen mit einer erforderlichen Form auszubilden.
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Wenngleich die Ausführungsform der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, erklärt wird, ist die Erfindung nicht auf den in der Ausführungsform beschriebenen Aufbau beschränkt. Wenngleich die Erfindung vorstehend unter Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Geeignete Modifikationen und Variationen des Aufbaus einschließlich der geeigneten Kombination und Auswahl der Aufbauten, wie in der Ausführungsform beschrieben, können innerhalb des Erfindungszwecks vorgenommen werden.
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Zum Beispiel erklärt die Ausführungsform, dass das Glättwerkzeug 1 auf eine Bearbeitungsmaschine von einem vertikalen Typ montiert wird, wobei die Achse CL sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Aspekt beschränkt, und das Glättwerkzeug 1 kann zum Beispiel auf eine Werkzeugmaschine von einem horizontalen Typ angewendet werden, bei der sich die Achse CL für die Verwendung in einer horizontalen Richtung erstreckt.
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Wenngleich die vorstehend beschriebene Ausführungsform erklärt, dass die Werkstückoberfläche 7 eine zu einer vertikalen Achse parallele Ebene ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auf den Fall anwendbar, in dem die Werkstückoberfläche 7 in einem Abschnitt gekrümmt ist, der mittels Durchschneiden der Werkstückoberfläche 7 durch eine horizontale Ebene definiert wird (planare Ansicht). Um genau zu sein, ist die Erfindung auf den Fall, in dem die Werkstückoberfläche 7 eine seitliche Oberfläche einer Spiralnut in einer Kompressorkomponente ist, oder den Fall, in dem die Werkstückoberfläche 7 eine Innenumfangsoberfläche 7 eines auf dem Werkstück W ausgebildeten Lochs ist, und ähnliches anwendbar. Die Erfindung ist auf den Fall anwendbar, in dem die Werkstückoberfläche 7 eine Ebene ist, die zu der vertikalen Achse geneigt ist.
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In diesem Fall ist das Glättwerkzeug 1 zum Beispiel an die Bearbeitungsmaschine mit fünf Achsen montiert und wird verwendet, wobei die Achse CL parallel zu der Werkstückoberfläche 7 ist. Das heißt, unter Berücksichtigung einer Form und eines Winkels der Werkstückoberfläche 7 werden eine Bewegungssteuerung und eine Rotations-(Drehbewegung)Steuerung kombiniert und durchgeführt, um die Vertiefungen 71 auf der Werkstückoberfläche 7 des Werkstücks W auszubilden. Die Bewegungssteuerung ist eine Steuerung zum Bewegen in drei Achsenrichtungen, der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, die orthogonal zueinander sind, eines maschinellen Bearbeitungskopfes (in den Figuren nicht gezeigt) zum Montieren des Glättwerkzeugs 1. Die Rotationssteuerung ist eine Steuerung zum Rotieren um zwei Achsen oder die A/B-Achse und die C-Achse eines Werkstück-Fixierungsabschnitts (in den Figuren nicht gezeigt) zum Fixieren des Werkstücks W.
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Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf den Fall anwendbar, in dem die Werkstückoberfläche 7 (von vorne gesehen) in einem Schnitt gekrümmt ist, der mittels Durchschneiden der Werkstückoberfläche 7, zum Beispiel durch die vertikale Ebene, definiert wird. In diesem Fall ändert sich während des Ausbildens der Vertiefungen 71 der Durchmesser der Außenumfangsoberfläche 23a entlang der Achse CL, wenn der Dorn 2 gebogen wird, abhängig von einer Form der gekrümmten Werkstückoberfläche 7 und wird in einer derartigen Weise festgelegt, dass der Abstand L zwischen der Kontaktoberfläche 23a und der Werkstückoberfläche 7 auf der Vorderseite der Außenumfangsoberfläche auf dem Dorn 2 ungefähr gleich wie auf deren Rückseite wird.
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Wenngleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine Kugel 3 an ein kreisförmiges Loch montiert ist, das an dem Rahmen 4 ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Der Rahmen 4 kann mit länglichen kreisförmigen Durchgangslöchern ausgebildet sein, in welche eine Vielzahl von Kugeln 3 montiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- vertiefungsbildendes Glättwerkzeug
- 2
- Dorn
- 23
- Außenumfangsoberfläche
- 23a
- Kontaktoberfläche
- 27
- Schnittebenenlinie
- 3
- Kugel
- 4
- Rahmen
- 41
- Rahmenkörper
- 42
- Rahmenabdeckung
- 43
- erstes Durchgangsloch
- 48
- zweites Durchgangsloch
- 7
- Werkstückoberfläche
- 71
- Vertiefung
- 72
- Schnittebenenlinie
- CL
- Achse
- L
- Abstand
- M
- Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-035752 [0001]
- JP 4575899 [0005]
