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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Drehoperation eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine, und eine Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, das Verfahren durchzuführen.
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Wenn ein Werkstück, wie etwa ein Edelstahl, eine Titanlegierung, oder eine hitzebeständige Legierung, durch Drehen bearbeitet wird, gibt es das Problem, dass die Werkzeuglebensdauer aufgrund des Auftretens von Grenzflächenverschleiß verkürzt wird. Als eine Gegenmaßnahme dafür ist es, wie in 3 dargestellt, wirksam, eine Drehoperation unter Verwendung eines Einstahlwerkzeugs 10 durchzuführen, das einen kleinen (beispielsweise geringer als 90°) Schneidkantenwinkel α (Winkel zwischen einer Hauptschneidkante 12 eines Einsatzes 11 und einer Rotationsachsenrichtung eines Werkstücks 20) hat. Wenn eine Drehoperation eines stufenförmigen Werkstücks 20, das einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 21 und einen Abschnitt mit großem Durchmesser 22 enthält, durchgeführt wird, verursacht jedoch der kleine Schneidkantenwinkel α aufgrund einer Überlagerung von dem Einsatz 11 und dem Werkstück 20, die nahe einem Wandabschnitt 23 auftritt (eine Stirnfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 22, der sich in dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 21 fortsetzt), einen Schneidüberrest 24. Dementsprechend ist es erforderlich, den Schneidüberrest 24 durch ein anderes Werkzeug zu bearbeiten, wodurch die Anzahl von Werkzeugen erhöht und eine Bearbeitungszeitdauer verlängert wird.
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Daher offenbart das japanische Gebrauchsmuster
JP-A-62-138503 eine Drehmaschine, in der ein Werkzeughalter einen kleinen Motor enthält, ein Einstahlwerkzeug drehbar an einem Schaft des Motors montiert ist, und die Drehmaschine das Einstahlwerkzeug synchron mit einer Zustelloperation des Einstahlwerkzeugs dreht wenn eine Kurbelwelle mit mehrstufigem Durchmesser durch Drehen bearbeitet wird. Mit der Drehmaschine wird das Einstahlwerkzeug gedreht, um so an einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Werkstücks einen kleinen Schneidkantenwinkel und an einem Wandabschnitt einen großen Schneidkantenwinkel (beispielsweise 90° oder mehr) zu haben. Daher kann die Operation durch einen Werkzeughalter durchgeführt werden, ohne jegliche Schneidüberreste zu erzeugen während ein Grenzflächenverschleiß unterdrückt wird.
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Jedoch wird, da die Drehmaschine des japanischen Gebrauchsmusters
JP-A-62-138503 einen speziellen Aufbau hat, bei dem der Motor in dem Werkzeughalter enthalten ist um das Einstahlwerkzeug zu drehen, der Werkzeughalter kostspielig. Zusätzlich gibt es das Problem, dass die Drehmaschine, aufgrund der verringerten Steifigkeit verglichen mit einem gewöhnlichen Werkzeug, für eine Schruppbearbeitung nicht verwendet werden kann.
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Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Drehoperationsverfahren für ein Werkstück und eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die eine Steifigkeit eines Werkzeugs bei einem einfachen Aufbau und bei geringen Kosten aufrecht erhält und jeweils dazu konfiguriert ist, selbst mit einem Einstahlwerkzeug, eine Drehoperation ohne Erzeugen von jeglichem Schneidüberrest durchzuführen während ein Grenzschichtverschleiß unterdrückt wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Drehoperationsverfahren gemäß Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2 gelöst.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird ein Drehoperationsverfahren zum Bearbeiten eines stufenförmigen Werkstücks bereitgestellt. Das stufenförmige Werkstück enthält einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der sich von dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser fortsetzt. Das Drehoperationsverfahren enthält ein Zustellen eines Werkzeugs in entweder einer Rotationsachsenrichtung eines Werkstücks oder einer radialen Richtung des Werkstücks oder in beiden Richtungen während das Werkstück rotiert wird, unter Verwendung eines Werkzeugs, das einen Einsatz mit einer Hauptschneidkante, die einen geradlinigen Abschnitt hat, enthält und einer Werkzeugmaschine, die auf der Seite der Maschine eine Drehachse hat. Das Drehoperationsverfahren enthält auch ein Bearbeiten einer Umfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser unter Drehen der Drehachse, um so einen Schneidkantenwinkel von kleiner als 90° zu haben, wobei der Schneidkantenwinkel einen Winkel zwischen dem geradlinigen Abschnitt der Hauptschneidkante und der Rotationsachsenrichtung hat. Zusätzlich enthält das Drehoperationsverfahren ein Bearbeiten einer Stirnfläche und einer Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser unter Drehen der Drehachse, um so einen Schneidkantenwinkel von 90° oder mehr vor dem Abschnitt mit großem Durchmesser zu haben.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Werkzeugmaschine bereitgestellt. Die Werkzeugmaschine ist dazu konfiguriert, das Drehoperationsverfahren gemäß dem ersten Aspekt zum Durchführen einer Drehoperation eines Werkstücks durchzuführen.
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Entsprechend der Erfindung kann, ohne einen Schneidüberrest zu erzeugen, eine Drehoperation sogar mit einem Werkzeug durchgeführt werden während ein Grenzschichtverschleiß reduziert wird. Im Speziellen ist, da ein Schneidkantenwinkel durch Verwenden einer Drehachse auf der Seite der Werkzeugmaschine verwendet wird, der Aufbau ohne der Notwendigkeit für einen speziellen Aufbau des Werkzeugs bei geringen Kosten einfach. Da die Steifigkeit des Werkzeugs beibehalten werden kann, ist die Erfindung auf eine Schruppoperation anwendbar.
- 1 ist eine erklärende Ansicht einer Multifunktionswerkzeugmaschine und eines Drehoperationsverfahrens für ein Werkstück.
- 2A ist eine vergrößerte Fotografie eines Grenzflächenabschnitts eines Einsatzes, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird.
- 2B ist eine vergrößerte Fotografie eines Grenzflächenabschnitts eines Einsatzes, wenn das konventionelle Verfahren verwendet wird.
- 3 ist eine erklärende Ansicht eines konventionellen Drehoperationsverfahrens für ein Werkstück.
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Das folgende beschreibt Ausführungsformen der Erfindung basierend auf den Zeichnungen.
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1 ist eine erklärende Ansicht, die einen Teil einer Multifunktionswerkzeugmaschine als ein Beispiel einer Werkzeugmaschine darstellt. Eine Multifunktionswerkzeugmaschine 1 enthält einen Werkzeughalter 2 und einen Spindelstock 3. Der Wechselhalter 2 ist auf einer vorderen Fläche eines in den drei axialen Richtungen beweglichen mittleren Bettschlittens (nicht dargestellt) montiert und ist um die B-Achse, die parallel zu der Y-Achse ist, drehbar. Der Werkzeughalter 2 enthält eine Werkzeugspindel 4, an der ein Einstahlwerkzeug 10 montierbar ist. Das Einstahlwerkzeug 10 enthält einen rautenförmigen Einsatz 11 mit einer Hauptschneidkante 12, die in der B- Achsenrichtung gesehen geradlinig geformt ist.
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Der Spindelstock 3 ist auf einem Bett (nicht dargestellt) angeordnet und enthält eine Werkstückspindel 5, die um die Z-Achse rotierbar ist. Ein Werkstück 20 ist an der Werkstückspindel 5 montierbar.
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Die Multifunktionswerkzeugmaschine 1 rotiert die Werkstückspindel 5 und stellt den Werkzeughalter 2 in der X-Achsen-Richtung und/oder der Z-Achsen-Richtung zu, um das Werkstück 20 durch Drehen in eine stufenförmige Form, bei der ein Abschnitt mit kleinen Durchmesser 21 auf einer positiven Z-Achsen-Seite und ein Abschnitt mit großem Durchmesser 22 auf der negativen Z-Achsen-Seite ist, zu formen.
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Zuerst wird an dem Bearbeitungsstartpunkt a, der ein Endabschnitt des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 21 ist, der Werkzeughalter 2 so um die B-Achse gedreht, dass das Einstahlwerkzeug 10 einen Schneidkantenwinkel α kleiner als 90° (beispielsweise 62,5°) hat. Bei dem Schneidkantenwinkel α wird eine Zustelloperation in der Z-Achsen-Richtung durchgeführt während die Umfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 21 durch Drehen bearbeitet wird. Wenn die Hauptschneidkante 12 den Zwischenpunkt b des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 21 erreicht, wird der Werkzeughalter 2 synchron zu der Zustelloperation um die B-Achse gedreht und der Winkel wird so geändert, dass das Einstahlwerkzeug 10 an dem Punkt c, der vor dem Wandabschnitt 23 (Stirnfläche) des Abschnitts mit großem Durchmesser 22 ist, einen Schneidkantenwinkel β von 90° oder mehr (beispielsweise 93°) hat. Während der Schneidkantenwinkel β beibehalten wird, wird die Drehoperation bis zu dem Ende des Abschnitts mit kleinen Durchmesser 21 durchgeführt, und der Wandabschnitt 23 und die Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 22 werden durch Drehen bearbeitet.
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Somit reduziert die Drehoperation mit dem Schneidkantenwinkel α kleiner als 90° von dem Bearbeitungsstartpunkt a bis zu dem zu dem Zwischenpunkt b einen Grenzschichtverschleiß an dem Einsatz 11. Nachfolgend kann ein Durchführen der Drehoperation mit dem Schneidkantenwinkel β von 90° oder mehr eine Überschneidung zwischen dem Einsatz 11 und dem Werkstück 20 an dem Wandabschnitt 23 unterdrücken. Dementsprechend kann die Drehoperation mit einem Einstahlwerkzeug 10 vollendet werden, ohne jeglichen durch ein Einstahlwerkzeug mit einem kleinen Schneidkantenwinkel verursachten Schneidüberrest zu erzeugen.
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2A ist eine vergrößerte Fotografie eines Grenzschichtabschnitts eines Einsatzes wenn ein aus SUS304 hergestelltes stufenförmiges Werkstück mit dem in 1 dargestellten Drehoperationsverfahren (das Verfahren der Erfindung) bearbeitet wurde. In dem Drehoperationsverfahren wird der Winkel um die B-Achse so geändert, dass der Schneidkantenwinkel beim Start der Bearbeitung 62,5° beträgt und der Schneidkantenwinkel vor dem Wandabschnitt 93° beträgt. Im Vergleich dazu zeigt 2B eine vergrößerte Fotografie des Grenzschichtabschnitts des Einsatzes wenn dasselbe Werkstück, während der Schneidkantenwinkel von 93° beibehalten wurde ohne den Winkel um die B-Achse zu ändern (das konventionelle Verfahren), durch Drehen bearbeitet wurde. In jeder Fotografie zeigt die obere Seite eine Spanfläche und die untere Seite zeigt eine Flankenfläche.
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Beim Vergleichen der zwei Fotographien ist es offensichtlich, dass, während ein großer Grenzschichtflächenverschleiß an dem Einsatz bei dem konventionellen Verfahren erzeugt wird, der Grenzschichtflächenverschleiß in dem Verfahren gemäß der Erfindung verringert ist.
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Dementsprechend verwenden das Drehoperationsverfahren eines Werkstücks 20 und die Multifunktionswerkzeugmaschine 1 in der obigen Ausführungsform das Einstahlwerkzeug 10 (Werkzeug), das den Einsatz 11 hat, bei dem die Hauptschneidkante 12 einen geradlinigen Abschnitt hat, und die Multifunktionswerkzeugmaschine 1 (Werkzeugmaschine), die die B-Achse (Drehachse des Einstahlwerkzeugs 10) auf der Seite der Maschine hat. Die Drehoperation wird an der Umfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 21 durchgeführt, während so um die B-Achse gedreht ist, um den Schneidkantenwinkel α, der durch die Hauptschneidkante 12 und die Richtung der Rotationsachse gebildet ist, kleiner als 90° zu haben. Dann wird um die B-Achse gedreht, um vor dem Abschnitt mit großen Durchmesser 22 den Schneidkantenwinkel β von 90° oder mehr zu haben, und auf diese Weise wird die Drehoperation an der Stirnfläche und der Umfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 22 durchgeführt.
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Mit dieser Konfiguration wird die Drehoperation selbst mit einem Einstahlwerkzeug 10 ohne Erzeugen eines Schneidüberrests ermöglicht während der Grenzschichtverschleiß verringert wird. Insbesondere ist der Aufbau einfach und kostengünstig, da der Schneidkantenwinkel durch Verwendung der B-Achse der Multifunktionswerkzeugmaschine 1 geändert wird, ohne dass ein spezieller Aufbau des Einstahlwerkzeugs 10 nötig ist. Da die Steifigkeit des Einstahlwerkzeugs 10 beibehalten werden kann, ist dieser Aufbau auch für eine Schruppbearbeitung anwendbar.
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Es sollte beachtet werden, dass die Einstellung des Schneidkantenwinkels nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und, sofern notwendig, geändert werden kann. Der Zeitablauf, um den Winkel des Werkzeugs durch Drehen zu ändern, ist auch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Ein stufenförmiges Werkstück, das mehrere Abschnitte mit großem Durchmesser und ein stufenförmiges Werkstück, das als einen Abschnitt mit kleinen Durchmesser eine Nut hat, unterliegen auch der Drehoperation der Erfindung. Ein Werkstück kann auch eine kegelige Form haben, bei der der Wandabschnitt geneigt ist.
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Darüber hinaus ist, obwohl die B-Achse in der oben beschriebenen Ausführungsform als eine Drehachse verwendet wird, eine andere Drehachse, wie etwa, in Abhängigkeit von einer Werkzeugmaschine, eine A-Achse oder eine M-Achse auch verfügbar. Dementsprechend ist eine Werkzeugmaschine nicht auf eine Multifunktionswerkzeugmaschine beschränkt.
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Die Form eines Einsatzes eines Werkzeugs ist nicht auf eine Rautenform beschränkt. Ein Einsatz mit einer anderen Form, wie etwa ein Quadrat oder ein Dreieck, kann auch verwendet werden, sofern die Hauptschneidkante einen geradlinigen Abschnitt enthält.
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Es wird explizit festgestellt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale dazu gedacht sind, separat und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offenbar zu sein. Es wird explizit festgestellt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Zwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen, offenbaren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 62138503 A [0003, 0004]
