DE112016001390B4

DE112016001390B4 - Schneidwerkzeug, Schälvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE112016001390B4
Application number: DE112016001390.6T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Koide; Masataka Kimura
Original assignee: Aisin Kiko Co Ltd
Current assignee: Aisin Kiko Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2036-03-01
Also published as: CN107427929A; DE112016001390T5; JP2019014037A; JPWO2016152396A1; CN107427929B; US10279395B2; JP6428919B2; US20180071827A1; WO2016152396A1

Abstract

Schneidwerkzeug (1), das so ausgelegt ist, dass es eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante (2, 102) dem sich drehenden Werkstück (W) so zugestellt wird, dass sie mit Bezug auf eine Drehachse (A) des Werkstücks (W) geneigt ist,wobei das Schneidwerkzeug (1) so ausgelegt ist, dass der folgende relationale Ausdruck erfüllt ist:tan−1(cosβcos(α−β)⋅tan(cos−1r'r))<φ≤90°wobei „φ“ einen Spanwinkel bezeichnet, „α“ einen Neigungswinkel der Schneidkante (2, 102) in Bezug auf die Drehachse (A) bezeichnet, „β“ einen Winkel zwischen einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs (1) und einer in der Draufsicht auf das Schneidwerkzeug (1) und das Werkstück (W) senkrechten Richtung (y) zur Drehachse (A) bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung bezeichnet,dadurch gekennzeichnet, dass:ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; unddie Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Schneidwerkzeug für einen Schälprozess, eine Schälvorrichtung und ein Verfahren.
HINTERGRUND
Bei einem herkömmlicherweise bekannten Schälverfahren zum Zerschneiden einer rotationssymmetrischen Oberfläche eines sich drehenden Werkstücks (Bearbeitungsobjekts) ist eine Schneidkante in Bezug auf eine Drehachse des Werkstücks geneigt, und die Schneidkante wird entlang des sich drehenden Werkstücks durch eine lineare Vorschubbewegung quer zur Drehachse zugeführt (wie zum Beispiel in Japanischem Patent JP 3984052 gezeigt ist). Wenn durch dieses Verfahren am Werkstück ein Schneidvorgang erfolgt, wird ein Neigungswinkel der Schneidkante in Bezug auf die Drehachse auf größer als 0° und kleiner als 90° eingestellt.
JP 2002-263 903 A offenbart ein Schneidwerkzeug und ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit einer geschnittenen Oberfläche. Dabei ist ein Werkzeug schräg in einem bestimmten Winkel relativ zu einer Werkstückachse angeordnet, so dass die lineare Schneidkante des Werkzeugs relativ zur Werkstückachse verdreht ist. Wenn das Werkzeug in dem Zustand gehalten wird, dass ein Vorschub zum Schneiden um einen Betrag einer gewünschten Schnitttiefe dem Werkzeug in einer X-Richtung gegeben wird, wird dem Werkzeug ein Vorschub F in der tangentialen Richtung zur äußeren Umfangsfläche des Werkstücks gegeben. Wenn ein Schnittpunkt, der mit der linearen Schneidkante auf der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks gekreuzt wird, m ist, wird der Schnittpunkt m kontinuierlich auch in der axialen Richtung des Werkstücks für den Vorschub F bewegt, um den Außendurchmesser des Werkstücks u schneiden, um eine geschnittene fertige Oberfläche mit hoher Oberflächenrauhigkeit zu bilden.
JP 2010 - 221 351 A offenbart ein auswechselbares Schneidwerkzeug mit einer speziell gestalteten Schneidkante eines Inkreises.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei dem vorstehenden Schälverfahren gemäß Japanischem Patent JP 3984052 ist im Vergleich zu herkömmlichen Schneidverfahren die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht und die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach der Bearbeitung reduziert, sodass die Massenproduktivität von zylindrischen oder säulenförmigen Teilen und dergleichen verbessert sein kann. Allerdings ist es nicht leicht, unter Einsatz des herkömmlichen Schälverfahrens die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach der Bearbeitung durch Polieren (eine sogenannte Feinstbearbeitung mit einem Rz-Wert von beispielsweise ≤ 0,8 z) bis auf Spiegelglanzniveau zu bringen.
Eine Aufgabe der Offenbarung besteht darin, die Oberflächenrauigkeit einer Außenumfangsfläche eines mittels eines Schälprozesses geschnittenen Werkstücks zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 6. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Schälvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie des Patentanspruchs 8. Die Aufgabe wird ferner noch gelöst durch ein Schälverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie des Patentanspruchs 10.
Die Offenbarung richtet sich auf ein Schneidwerkzeug. Das Schneidwerkzeug ist so ausgelegt, dass es eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante dem sich drehenden Werkstück so zugestellt wird, dass sie mit Bezug auf eine Drehachse des Werkstücks geneigt ist. Das Schneidwerkzeug ist so ausgelegt, dass der folgende relationale Ausdruck erfüllt ist:
[Math. Ausdruck 1] $t a n^{- 1} (\frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})) < φ \leq 90 °$
wobei „φ" einen Spanwinkel bezeichnet, „α“ einen Neigungswinkel der Schneidkante in Bezug auf die Drehachse bezeichnet, „β“ einen Winkel zwischen einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs und einer in der Draufsicht auf das Schneidwerkzeug und das Werkstück senkrechten Richtung zur Drehachse bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung bezeichnet. Mit dem Schneidwerkzeug wird es möglich, dass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des durch den Schälprozess geschnittenen Werkstücks in zufriedenstellender Weise reduziert wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, in der eine Schälvorrichtung gemäß der Offenbarung dargestellt ist;
2 ist eine Draufsicht, die ein Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung darstellt;
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung darstellt;
4 ist eine schematische Ansicht, in der ein Ablauf eines Schälprozesses dargestellt ist;
5 ist eine schematische Ansicht, in der ein Spitzenradius einer Schneidkante des Schneidwerkzeugs dargestellt ist;
6 ist ein Diagramm, das die Geradheit einer Schneidkante eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs darstellt;
7 ist ein Diagramm, das die Geradheit einer Außenumfangsfläche eines Werkstücks nach einem Schälprozess unter Verwendung eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs darstellt;
8 ist eine schematische Ansicht, in der ein Zustand während des Schälprozesses dargestellt ist, bei dem ein herkömmliches Schneidwerkzeug verwendet wird;
9 ist eine schematische Ansicht, die einen Ablauf zur Bestimmung eines angemessenen Bereichs eines Spanwinkels des Schneidwerkzeugs für den Schälprozess darstellt;
10 ist eine schematische Ansicht, die einen Ablauf zur Bestimmung eines angemessenen Bereichs des Spanwinkels des Schneidwerkzeugs für den Schälprozess darstellt;
11 ist eine schematische Ansicht, die einen Ablauf zur Bestimmung eines angemessenen Bereichs des Spanwinkels des Schneidwerkzeugs für den Schälprozess darstellt;
12 ist eine schematische Ansicht, die einen Ablauf zur Bestimmung eines angemessenen Bereichs des Spanwinkels des Schneidwerkzeugs für den Schälprozess darstellt;
13 ist ein Diagramm, in dem die Geradheit der Schneidkante des Schneidwerkzeugs gemäß der Offenbarung dargestellt ist;
14 ist ein Diagramm, in dem die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach einem Schälprozess dargestellt ist, bei dem das Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung verwendet wurde; und
15 ist eine schematische Ansicht, in der ein Vorgang eines Schälprozesses mittels einer Schälvorrichtung gemäß der Offenbarung dargestellt ist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGFORMEN
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, die eine Schälvorrichtung 10 gemäß der Offenbarung darstellt. Mit der in der Zeichnung dargestellten Schälvorrichtung 10 wird ein zylindrisches oder säulenförmiges Werkstück W mittels eines Schneidwerkzeugs 1 gemäß der Offenbarung durch einen Schälprozess geschnitten, um eine extrem glatte zylindrische Oberfläche am Werkstück W zu bilden. Die Schälvorrichtung 10 ist so ausgelegt, dass sie einen Drehantriebsmechanismus 11, der das Werkstück W um eine Drehachse A (Z-Achse) in Drehung versetzt, und einen Vorschubmechanismus 12 aufweist, der das Schneidwerkzeug 1 in Bezug auf das Werkstück W vor- und zurückbewegt. Das Schneidwerkzeug 1 ist aus cBN (kubisches Bornitrid) oder PCD (polykristalliner Diamant: gesinterter Diamant) gebildet und so ausgelegt, dass einen Schneidkantenabschnitt 3 hat, der eine geradlinig verlaufende Schneidkante 2 aufweist. Zusätzlich zur Schneidkante 2 umfasst der Schneidkantenabschnitt 3 eine Spanfläche 4, die sich an die Schneidkante 2 anschließt, und eine Freifläche 5, die sich auf einer zur Spanfläche 4 entgegengesetzten Seite an die Schneidkante 2 anschließt.
Beim Zerschneiden einer Außenumfangsfläche des Werkstücks W mittels der Schälvorrichtung 10 und des Schneidwerkzeugs 1 wird das Schneidwerkzeug 1 dem Werkstück W durch den Vorschubmechanismus 12 so zugestellt, dass die Schneidkante 2 in Bezug auf die Drehachse A (Z-Achse) um einen Winkel α (wobei 0° < α < 90°) und in Bezug auf eine zur Drehachse A senkrechte Richtung (Y-Achse) um einen Winkel β (wobei -90° + α < β < 90°, zum Beispiel β = 0° in 1) geneigt ist, während das Werkstück W um die Drehachse A vom Drehantriebsmechanismus 11 in einer Richtung in Drehung versetzt ist. Im Ergebnis wird, wie in 4 gezeigt ist, eine Oberflächenschicht des Werkstücks W von der Schneidkante 2 (der Spitze des Schneidkantenabschnitts) des Schneidwerkzeugs 1 weggeschnitten, die der Außenumfangsfläche des Werkstücks W tangential zugestellt wird. Durch einen solchen Schälprozess ist im Vergleich zu herkömmlichen Schneidprozessen die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht und die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach der Bearbeitung extrem reduziert.
Die Erfinder haben eingehende Untersuchungen angestellt, um die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach dem Schälprozess durch einen Poliervorgang (eine sogenannte Feinstbearbeitung mit einem Rz-Wert von beispielsweise ≤ 0,8 z) bis auf Spiegelglanzniveau zu bringen. Zunächst haben die Erfinder ein herkömmliches Schneidwerkzeug untersucht und einen Spitzenradius R der Schneidkante des herkömmlichen Schneidwerkzeugs sowie die Geradheit (Welligkeit) der Schneidkante (der Spitze des Schneidkantenabschnitts) vermessen. Wie in 5 gezeigt ist, entspricht der Spitzenradius R einem Radius eines Inkreises (siehe unterbrochene Linie in 5), der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt (Grenzlinie zwischen der Spanfläche 104 und der Schneidkante 102) der Spanfläche 104 als auch einen spanflächenseitigen Endabschnitt (Grenzlinie zwischen der Freifläche 105 und der Schneidkante 102) der Freifläche 105 verläuft und sowohl an die Spanfläche 104 als auch die Freifläche 105 angelegt ist. Die Erfinder haben den Spitzenradius R der Schneidkante des herkömmlichen Schneidwerkzeugs messtechnisch mit ungefähr 20 µm bestimmt. Die Geradheit der Schneidkante stellt sich durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dar, die mittels eines Oberflächenrauheits-Messinstruments SURFCOM 1400D von TOKYO SEIMITSU Co., Ltd., erhalten wurde. 6 zeigt die Kurve gefilterter Welligkeit, die die Geradheit des von den Erfindern vermessenen herkömmlichen Schneidwerkzeugs darstellt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, lag die Geradheit der Schneidkante des herkömmlichen Schneidwerkzeugs, die durch die Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, bei ungefähr 2 µm. Die Schneidkante 102 ist durch die gesamte Oberfläche gebildet, die in einem Bereich enthalten ist, der von einer Ebene (siehe die Strichpunktlinie in 5), die einen Berührungspunkt zwischen der Spanfläche 104 und dem obigen Inkreis (Grenzlinie zwischen der Spanfläche 104 und der Schneidkante 102) und einen Berührungspunkt zwischen der Freifläche 105 und dem obigen Inkreis (Grenzlinie zwischen der Freifläche 105 und der Schneidkante 102) verbindet, und zwei Ebenen (siehe die Zweistrichpunktlinie in 5) umschlossen ist, die in gedachter Weise die Spanfläche 104 bzw. Freifläche 105 verlängern.
Die Erfinder haben des Weiteren die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche und die Geradheit des zylindrischen Werkstücks vermessen, dessen Oberfläche durch den Schälprozess unter Verwendung des herkömmlichen Schneidwerkzeugs mit den oben genannten Spezifikationen zerschnitten wurde. Bei Verwendung des herkömmlichen Schneidwerkzeugs war es jedoch nicht möglich, durch den Schälprozess eine Oberflächenrauigkeit in der Qualität einer Feinstbearbeitung zu erhalten. Wie in 7 gezeigt ist, lag die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung bei ungefähr 5 µm, was zu hoch ist. Des Weiteren hat sich das herkömmliche Schneidwerkzeug in einem Startabschnitt und Endabschnitt des Prozesses in seiner Maßgenauigkeit verschlechtert, und in einem Zwischenabschnitt in Axialrichtung ergab sich eine unregelmäßige Welligkeit. Darüber hinaus hat sich das herkömmliche Schneidwerkzeug während des Schälprozesses schnell abgenutzt. Deshalb ist es schwierig, den Schälprozess unter Verwendung des herkömmlichen Schneidwerkzeugs viele Male zu wiederholen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei Einsatz eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs schwierig, die nach dem Schälprozess vorliegende Oberflächenrauigkeit und Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks zu verbessern. Das bedeutet, dass das obige herkömmliche Schneidwerkzeug grundsätzlich einem Schneidwerkzeug entspricht, das für einen normalen Schneidprozess verwendet wird, bei dem das Werkstück durch die Spanfläche plastisch verformt und die Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante abgezogen wird. Das herkömmliche Schneidwerkzeug hat einen relativ großen Spitzenradius von beispielsweise ungefähr 20 µm. Demzufolge muss das Schneidwerkzeug für den Schälprozess unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Unterschieds in den Eigenschaften zwischen einem normalen Schneidprozess und dem Schälprozess konzipiert werden, bei dem die Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante (Spitze des Schneidkantenabschnitts) des Schneidwerkzeugs zerschnitten wird.
Auf Grundlage dieser Aspekte haben die Erfinder den Zustand im Bereich um die Schneidkante des herkömmlichen Schneidwerkzeugs während des Schälprozesses eingehend untersucht. Im Ergebnis haben es die Erfinder für unmöglich befunden, einen Abschnitt innerhalb der Schneidkante (Spitze des Schneidkantenabschnitts) mit einer bestimmten Breite (Spanne) genau zu definieren, der tatsächlich zum Zerschneiden des Werkstücks herangezogen wird, wenn das herkömmliche Schneidwerkzeug mit dem relativ großen Spitzenradius von beispielsweise ungefähr 20 µm verwendet wird. Des Weiteren haben die Erfinder herausgefunden, dass wie in 8 gezeigt ein spanflächenseitiger Abschnitt der Schneidkante 102 (Ziehschleifen, siehe den Nahbereich eines in unterbrochener Linie dargestellten Abschnitts in 8) als negative Stegfläche (Freifläche) wirkt, wenn der Abschnitt der Schneidkante 102 nahe der Freifläche 105 (Grenze zwischen der Freifläche 105 und der Schneidkante 102, siehe den Zweipunktlinienkreis in 8) das Werkstück zerschneidet. In so einem Fall wird das Schneidwerkzeug möglicherweise zugestellt, während sich Späne 110 am spanflächenseitigen Abschnitt der Schneidkante 102 befinden, sodass die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach der Bearbeitung möglicherweise verschlechtert ist. Des Weiteren wurden viele kraterförmige Ausbruchstellen in dem Teilbereich der Spanfläche nahe der Schneidkante (an einer Position, die von der Spitze des Schneidkantenabschnitts um ungefähr 0,03 mm entfernt ist) des herkömmlichen Schneidwerkzeugs festgestellt, das mehrere Male bei dem Schälprozess verwendet wurde.
Auf Grundlage dessen haben die Erfinder den Spitzenradius R minimiert, um auf diese Weise die Schneidkante 2 des Schneidwerkzeugs 1 so weit wie möglich zu schärfen. Zusätzlich kann es geschehen, dass sich nach dem Schälprozess die Form der Schneidkante (der Spitze des Schneidkantenabschnitts) an der Außenumfangsfläche des Werkstücks wieder findet, weil bei dem Schälprozess die Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante des Schneidwerkzeugs geschnitten wird. Deshalb haben die Erfinder die Geradheit der Spitze des Schneidkantenabschnitts der Schneidkante 2 am Schneidwerkzeug 1 weitestgehend minimiert. Angesichts der oben beschriebenen Eigenschaften des Schälprozesses wird, wenn die Spanfläche 4 des Schneidwerkzeugs 1 vor einem Kontakt zwischen der Schneidkante 2 und der Oberfläche des Werkstücks mit der Oberfläche des Werkstücks in Kontakt gelangt, das Schneidwerkzeug möglicherweise zugestellt, während sich Späne in dem Teilbereich der Spanfläche 4 nahe der Spitze des Schneidkantenabschnitts befinden (entsprechend dem vorstehend genannten Teilbereich, der als negative Stegfläche (Freifläche) wirkt), sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks, an dem der Schälprozess zur Anwendung kommt, eventuell verschlechtert ist. Dementsprechend haben die Erfinder einen Spanwinkel φ der Spanfläche 4 des Schneidwerkzeugs 1 wie nachstehend erläutert bestimmt.
Wie in 9 gezeigt ist, wird eine Erstreckungsrichtung der Drehachse A des Werkstücks W als Z-Achsenrichtung definiert. Eine in der Draufsicht des Schneidwerkzeugs 1 und Werkstücks W zur Drehachse A senkrechte Richtung wird als Y-Achsenrichtung definiert. Eine Richtung, die sowohl zur Z-Achsenrichtung als auch zur Y-Achsenrichtung senkrecht ist, wird als X-Achsenrichtung definiert. Wie in 9 und 10 gezeigt, ist, wenn das Schneidwerkzeug 1 in Y-Achsenrichtung bewegt wird (entlang eines Schnitts D-D in 9, also β = 0), während dabei das Schneidwerkzeug 1 in Bezug auf die Z-Achse (Drehachse A) um den Winkel α (∠ BOB') geneigt ist, ein Spanwinkel φ der Spanfläche 4 in Bezug auf das Werkstück W gleich ∠A'OB' in 10, und die Gleichungen tanφ = AB/OB und tanφ' = A'B'/OB' sind erfüllt. Bei dem Punkt „O“ handelt es sich um einen beliebigen Punkt auf der Schneidkante 2 (Spitze des Schneidkantenabschnitts).
Wie aus 10 ersichtlich ist, sind die Gleichungen OB = OB' · cosα und AB = A'B' erfüllt. Aus diesen Gleichungen lässt sich eine Gleichung tanφ' = A'B'/OB' = AB/(OB/cosα) = cosa · tanφ ableiten, sodass die folgende Gleichung (2) erfüllt ist. Wenn das Schneidwerkzeug 1 entlang eines Schnitts E-E in 9 bewegt wird und dabei die Schneidkante 2 in Bezug auf die Z-Achse um den Winkel α und in Bezug auf die Y-Achse um den Winkel β geneigt ist, ist darüber hinaus eine Gleichung ∠ BOB" = α - β erfüllt, wie anhand 11 ersichtlich ist. Deshalb stellt sich der Spanwinkel φ" (LA"OB" in 11) durch folgende Gleichung (3) wie mit Gleichung (2) dar. $φ' = t a n^{- 1} (c o s α \cdot t a n φ)$
$φ'' = t a n^{- 1} (c o s (α - β) \cdot t a n φ)$
Nun erfüllt der Winkel α (Neigungswinkel) des Schneidwerkzeugs 1 angesichts der Eigenschaften des Schälprozesses einen relationalen Ausdruck 0° < α < 90°. Der Winkel β des Schneidwerkzeugs 1 kann in einer Zustellrichtung des Schneidwerkzeugs 1 einen negativen Wert annehmen, wenn eine Uhrzeigerrichtung in 9 eine positive Richtung darstellt. Des Weiteren rückt das Schneidwerkzeug 1 parallel zur Erstreckungsrichtung der Schneidkante 2 (Spitze des Schneidkantenabschnitts OQ) vor, wenn die Gleichung β = ∠ B'OQ = -(90° - α) erfüllt ist. Demzufolge kann der Winkel β einen Wert innerhalb des Bereichs -90° + α < β < 90° annehmen.
12 zeigt schematisch den Schnitt E-E des Schneidwerkzeugs 1 und des Werkstücks W in 9. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird der Querschnitt des Werkstücks W im Schnitt E-E in 9 zu einer Ellipse. Die Länge der Nebenachse der Ellipse entlang der X-Achse in der Figur entspricht einem Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks W vor dem Schälprozess. Die Länge der Hauptachse der Ellipse entlang der Y-Achse in der Figur stellt sich durch r/cosβ dar, wobei „r“ einen Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks W vor dem Schälprozess bezeichnet. Der Querschnitt des Werkstücks W im Schnitt E-E stellt sich ausgehend von einer elliptischen Gleichung als x² + y² · cos²β = r² dar.
Ein Punkt (Berührungspunkt) der Schneidkante 2 des Schneidwerkzeugs 1, das dem Werkstück W zugestellt wird, und der das Werkstück W berührt, ist als P dargestellt, dessen Koordinaten (r·cosΔθ, -r·sinΔθ)/cosβ) lauten, wenn die Mitte des Werkstücks W (Mitte der Ellipse) als Koordinatennullpunkt definiert wird, wobei „Δθ“ einen Winkel zwischen der X-Achse und einem Liniensegment bezeichnet, das die Mitte des Werkstücks W (die Mitte der Ellipse in 12) und den Punkt P verbindet. Des Weiteren werden die folgenden Gleichungen (4) und (5) erhalten, indem beide Seiten der elliptischen Gleichung x² + y² · cos²β = r² des Querschnitts des Werkstücks W im Schnitt E-E in Bezug auf y differenziert werden. Darüber hinaus ist die folgende Gleichung (6) in Bezug auf den Punkt P erfüllt, wobei „γ“ eine Steigung einer Tangente tl an die Ellipse im Punkt P bezeichnet.
[Math. Ausdrücke 2] $2 x \cdot \frac{d x}{d y} + 2 y \cdot c o s^{2} β = 0$
$\frac{d x}{d y} = - \frac{y \cdot c o s^{2} β}{x}$
$t a n γ = \frac{d x}{d y} = - \frac{y \cdot c o s^{2} β}{x} = - \frac{1}{r \cdot c o s Δ θ} \cdot c o s^{2} β \cdot (- \frac{r}{c o s β} \cdot s i n Δ θ) = c o s β \cdot t a n Δ θ$
Die folgende Gleichung (7) wird ausgehend von den Gleichungen r' = r · cosΔθ, cosΔθ = r'/r und Δθ = cos^-1(r‘/r) erfüllt, wobei „r'“ den Radius des Werkstücks W nach dem Schälprozess bezeichnet. Um den Punkt P an der Schneidkante 2 (Spitze des Schneidkantenabschnitts) in Kontakt mit dem Werkstück W zu bringen, ohne dabei die Spanfläche 4 vor dem Kontakt zwischen der Schneidkante 2 und der Oberfläche des Werkstücks W in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks W zu bringen, ist es notwendig, dass φ"> γ erfüllt ist, d.h. tanφ" > tanγ erfüllt ist. Ausgehend von der Ungleichung tanφ" > tanγ, Gleichungen (3) und (7), wird folgende Ungleichung (8) erhalten. Des Weiteren wird durch Umstellen der Ungleichung (8) folgender relationaler Ausdruck (9) erhalten. Demzufolge wird das Schneidwerkzeug 1 so konzipiert, dass folgender relationaler Ausdruck (10) erfüllt wird, wodurch verhindert ist, dass beim Schälprozess die Spanfläche 4 des Schneidwerkzeugs 1 in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks W gelangt, bevor der Kontakt zwischen der Schneidkante 2 und der Oberfläche des Werkstücks W erfolgt.
[Math. Ausdrücke 3] $t a n γ = c o s β \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})$
$c o s (α - β) \cdot t a n φ > c o s β \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})$
$t a n φ > \frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})$
$t a n^{- 1} (\frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})) < φ \leq 90 °$
Um den relationalen Ausdruck (10) zu erfüllen und das Schneidwerkzeug 1 mit dem kleineren Spitzenradius R und der besseren Geradheit der Schneidkante 2 zu erhalten, haben die Erfinder zur Ausbildung des Schneidkantenabschnitts 3 des Schneidwerkzeugs 1, d.h. zur Ausbildung der Schneidkante 2, der Spanfläche 4 und der Freifläche 5 einen Schleifvorgang mittels Impulslaser (PLG = Pulsed Laser Grinding) übernommen. Bei einem Schleifvorgang mittels Impulslaser wird ein Bündelungssystem mit einer relativ langen Brennweite verwendet, um einen im Wesentlichen zylindrischen Bearbeitungsbereich des Lasers zu bilden, der sich entlang einer optischen Achsenrichtung erstreckt und den Bearbeitungsbereich über eine Bearbeitungsfläche (maschinell bearbeitete Fläche) hinweg so abtastet, dass die Bearbeitungsoberfläche parallel zur optischen Achse wird. Bei einem Schleifvorgang mittels Impulslaser handelt es sich um eine hinlänglich bekannte Bearbeitungstechnologie, die ermöglicht, dass die Oberflächenrauigkeit extrem klein und die Bearbeitungsfläche extrem glatt wird.
Der durch den Schleifvorgang mittels Impulslaser hergestellte Spitzenradius R des Schneidwerkzeugs 1 war größer als Null und kleiner oder gleich 5 µm, insbesondere 3 µm. Wie in 13 gezeigt ist, hatte am Schneidwerkzeug 1 die Geradheit der Schneidkante 2, die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt wurde (erhalten durch ein Oberflächenrauheits-Messinstrument SURFCOM 1400D), einen Wert größer als Null und kleiner oder gleich 0,5 µm. Darüber hinaus hat die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach dem Schälprozess unter Verwendung des Schneidwerkzeugs 1 den Ausdruck 0 < Rz ≤ 0,8 z erfüllt, und die Durchmessertoleranz der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach dem Schälprozess lag bei unter 10 µm. Wie in 14 gezeigt ist, betrug die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach dem Schälprozess unter Verwendung des Schneidwerkzeugs 1 ungefähr 0,5 µm, was zwar größer als Null, aber ausreichend klein ist. Der Schälprozess wurde ferner zweimal an demselben Bearbeitungsobjektbereich durchgeführt, sodass die Maßgenauigkeit im Startabschnitt und Endabschnitt des Prozesses am Werkstück W auf zufriedenstellende Weise verbessert wurde, wie in 14 zu sehen ist.
Ausgehend von diesen Ergebnissen versteht es sich, dass es mit dem Schneidwerkzeug 1, das hergestellt wurde, um den relationalen Ausdruck (10) zu erfüllen, möglich wird, die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W, das im Rahmen des Schälprozesses zerschnitten wird, extrem zu reduzieren. Wenn die Geradheit der Schneidkante 2, die durch die Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, gleich oder kleiner als 0,5 µm ist, ist ferner auch eine Verschlechterung der Oberflächenrauigkeit selbst dann unterbunden, wenn sich die Form der Schneidkante 2 nach dem Schälprozess auf die Außenumfangsfläche des Werkstücks W übertragen hat, sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach der Bearbeitung extrem klein wird. Am Schneidwerkzeug 1 ist die Schneidkante 2 durch jede Oberfläche gebildet, die in dem Bereich enthalten ist, der durch die Ebene, die den Berührungspunkt zwischen der Spanfläche 4 und dem vorstehend beschriebenen Inkreis und den Berührungspunkt zwischen der Freifläche 5 und dem Inkreis verbindet, und zwei Ebenen eingeschlossen ist, die gedanklich die Spanfläche 4 bzw. Freifläche 5 verlängern. Darüber hinaus ist der Spitzenradius R oder der Radius des Inkreises gleich oder kleiner als 5 µm, insbesondere gleich 3 µm. Dadurch kann die Schneidkante 2 an der Oberflächenschicht des Werkstücks W einen gleichmäßigen Schnitt vornehmen, sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach der Bearbeitung extrem klein wird.
Bei der obigen Schälvorrichtung 10 kann der Winkel β in der Zustellrichtung des Schneidwerkzeugs 1 einen negativen Wert annehmen, wenn die Uhrzeigerrichtung in 9 die positive Richtung ist, wie vorstehend beschrieben. Wie in 15 gezeigt ist, kann der Winkel β zwischen der Y-Achse und der Zustellrichtung (siehe die dicke Linie in der Figur) des Schneidwerkzeugs 1 so bestimmt werden, dass der Schneidprozess am Werkstück W einsetzt, wenn ein Ende 2a der Schneidkante 2 ein Ende (unteres Ende in 15) des Werkstücks W in Erstreckungsrichtung der Drehachse A berührt, und der Schneidprozess (Schälprozess) am Werkstück W beendet ist, wenn das andere Ende 2b der Schneidkante 2 das andere Ende (oberes Ende in 15) des Werkstücks W in Erstreckungsrichtung der Drehachse A erreicht. Dadurch kann das Werkstück W mit der gesamten Schneidkante 2 geschnitten werden, und zwar selbst dann, wenn eine projizierte Länge 2L der Schneidkante 2 in Bezug auf die Drehachse A länger ist als eine Länge h des Bearbeitungsobjektbereichs des Werkstücks W in Erstreckungsrichtung der Drehachse A. Im Ergebnis werden ungleichmäßiger Verschleiß und dergleichen der Schneidkante 2 unterbunden, wodurch sich die Standzeit des Schneidwerkzeugs 1 verbessert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist ein Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung so ausgelegt, dass es eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante dem sich drehenden Werkstück so zugestellt wird, dass sie in Bezug auf eine Drehachse des Werkstücks geneigt ist. Das Schneidwerkzeug ist so ausgelegt, dass es den obigen relationalen Ausdruck (10) erfüllt, wobei „φ" einen Spanwinkel bezeichnet, „α“ einen Neigungswinkel der Schneidkante in Bezug auf die Drehachse bezeichnet, „β“ einen Winkel zwischen einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs und einer in Draufsicht des Schneidwerkzeugs und Werkstücks zur Drehachse senkrechten Richtung bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung bezeichnet.
Bei dem Schälprozess wird eine Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante (Spitze des Schneidkantenabschnitts) des Schneidwerkzeugs zerschnitten. In dieser Hinsicht unterscheidet sich der Schälprozess deutlich von einem normalen Schneidprozess, bei dem das Werkstück durch die Spanfläche plastisch verformt und die Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante abgezogen wird. Wenn bei dem Schälprozess die Spanfläche des Schneidwerkzeugs die Oberfläche des Werkstücks berührt, bevor ein Kontakt zwischen der Schneidkante und der Oberfläche des Werkstücks erfolgt, ist die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung verschlechtert. Auf Grundlage dessen ist das Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung so ausgelegt, dass es den obigen relationalen Ausdruck (10) erfüllt. Dadurch wird verhindert, dass beim Schälprozess die Spanfläche des Schneidwerkzeugs in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks gelangt, bevor der Kontakt zwischen der Schneidkante und der Oberfläche des Werkstücks stattfindet. Im Ergebnis wird es mit dem Schneidwerkzeug gemäß der Offenbarung möglich, dass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des im Rahmen des Schälprozesses geschnittenen Werkstücks in zufriedenstellender Weise reduziert wird.
Die Geradheit der Schneidkante, die sich durch eine Kurve gefilterter Welligkeit darstellt, kann kleiner oder gleich 0,5 µm sein. Das heißt, dass nach dem Schälprozess die Form der Schneidkante (der Spitze des Schneidkantenabschnitts) auf die Außenumfangsfläche des Werkstücks übertragen sein kann, weil bei dem Schälprozess die Oberflächenschicht des Werkstücks durch die Schneidkante des Schneidwerkzeugs zerschnitten wird. Dementsprechend wird die Geradheit der Schneidkante, die sich durch eine Kurve gefilterter Welligkeit darstellt, auf kleiner oder gleich 0,5 µm eingestellt. Dies unterbindet eine Verschlechterung der Oberflächenrauigkeit selbst dann, wenn die Form der Schneidkante nach dem Schälprozess auf die Außenumfangsfläche des Werkstücks W übertragen ist, sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung extrem reduziert ist.
Die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks W nach der Bearbeitung, die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kann kleiner oder gleich 0,5 µm sein.
Bei dem Schneidwerkzeug kann der Radius eines Inkreises, der durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche und einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche verläuft und sowohl an die Spanfläche als auch die Freifläche angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm sein. Wenn der Radius des Inkreises groß ist, ist es unmöglich, einen Teilbereich innerhalb der Schneidkante (der Spitze des Schneidkantenabschnitts) mit einer gewissen Breite (Spanne) genau anzugeben, der tatsächlich zum Zerschneiden des Werkstücks herangezogen wird. Darüber hinaus wirkt ein spanflächenseitiger Abschnitt der Schneidkante als negative Stegfläche (Freifläche), wenn das Werkstück durch den Teilbereich der Schneidkante nahe der Freifläche (dem Spitzenabschnitt) zerschnitten wird. Dies verursacht dasselbe Problem, wie es dann vorliegt, wenn die Spanfläche in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks tritt, bevor der Kontakt zwischen der Schneidkante und der Oberfläche des Werkstücks erfolgt, wie vorstehend beschrieben ist. Wenn dagegen der Radius des obigen Inkreises kleiner oder gleich 5 µm ist, kann die Schneidkante die Oberflächenschicht des Werkstücks gleichmäßig zerschneiden, sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung extrem reduziert ist.
Die Schälvorrichtung gemäß der Offenbarung ist so ausgelegt, dass sie die Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks mit einem Schneidwerkzeug zerschneidet, das eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist. Die Schälvorrichtung ist so ausgelegt, dass sie einen Drehantriebsmechanismus, der dazu ausgelegt ist, das Werkstück um eine Drehachse zu drehen, und einen Vorschubmechanismus umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Schneidwerkzeug dem Werkstück zuzustellen, während dabei die Schneidkante in Bezug auf die Drehachse um einen Winkel α und in Bezug auf eine zur Drehachse senkrechte Richtung um einen Winkel β geneigt ist. Das Schneidwerkzeug ist so ausgelegt, dass es den obigen relationalen Ausdruck (10) erfüllt, wobei „φ" einen Spanwinkel bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks vor der Bearbeitung bezeichnet und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung bezeichnet. Mit der Schälvorrichtung wird es möglich, dass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des durch das Schneidwerkzeug zerschnittenen Werkstücks in zufriedenstellender Weise reduziert ist.
Der Winkel β kann so bestimmt sein, dass der Schneidprozess am Werkstück einsetzt, wenn ein Ende der Schneidkante ein Ende des Werkstücks in einer Erstreckungsrichtung der Drehachse berührt, und der Schneidprozess am Werkstück beendet wird, wenn das andere Ende der Schneidkante das andere Ende des Werkstücks in Erstreckungsrichtung der Drehachse erreicht. Dadurch wird es möglich, dass das Werkstück über die gesamte Schneidkante hinweg geschnitten wird, selbst wenn eine projizierte Länge der Schneidkante in Bezug auf die Drehachse länger ist als eine Länge des Bearbeitungsobjektbereichs des Werkstücks in Erstreckungsrichtung der Drehachse. Im Ergebnis kann ein ungleichmäßiger Verschleiß und dergleichen an der Schneidkante unterbunden werden, wodurch sich die Standzeit des Schneidwerkzeugs verbessert.
Bei dem Schälverfahren gemäß der Offenbarung wird zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks ein Schneidwerkzeug verwendet, das eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist. Bei dem Verfahren wird das Schneidwerkzeug dem sich um eine Drehachse drehenden Werkstück zugestellt, während gleichzeitig die Schneidkante in Bezug auf die Drehachse um einen Winkel α und in Bezug auf eine zur Drehachse senkrechte Richtung um einen Winkel β geneigt ist. Der Winkel β ist so bestimmt, dass der Schneidprozess am Werkstück einsetzt, wenn ein Ende der Schneidkante ein Ende des Werkstücks in Erstreckungsrichtung der Drehachse berührt, und der Schneidprozess am Werkstück beendet wird, wenn das andere Ende der Schneidkante das andere Ende des Werkstücks in Erstreckungsrichtung der Drehachse erreicht. Das Schneidwerkzeug ist so ausgelegt, dass der obige relationale Ausdruck (10) erfüllt wird, wobei „φ" einen Spanwinkel bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung bezeichnet.
Bei dem Verfahren wird ermöglicht, dass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des durch das Schneidwerkzeug zerschnittenen Werkstücks in zufriedenstellender Weise reduziert wird, und das Werkstück von der gesamten Schneidkante zerschnitten werden kann, selbst dann, wenn die projizierte Länge der Schneidkante in Bezug auf die Drehachse länger ist als die Länge des Bearbeitungsobjektbereichs des Werkstücks in Erstreckungsrichtung der Drehachse.
Ein Schneidwerkzeug gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist so ausgelegt, dass es eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante dem sich drehenden Werkstück so zugestellt wird, dass sie in Bezug auf eine Drehachse des Werkstücks geneigt ist. Ein Radius eines Inkreises, der durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche und auch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche verläuft und sowohl an die Spanfläche als auch die Freifläche angelegt ist, ist gleich oder kleiner als 5 µm.
Gemäß dem Schneidwerkzeug wird durch die Schneidkante die Oberflächenschicht des Werkstücks gleichmäßig geschnitten, sodass die Oberflächenrauigkeit der Außenumfangsfläche des Werkstücks nach der Bearbeitung einen extrem kleinen Wert annimmt.
Die Offenbarung ist in keiner Weise auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Erstreckungsumfangs der Offenbarung auf verschiedene Weise geändert, umgewandelt oder modifiziert werden. Des Weiteren handelt es sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur um konkrete Beispiele einiger Aspekte der Offenbarung, die in der Zusammenfassung beschrieben sind, und sie sollen die Elemente der Offenbarung nicht beschränken, die in der Zusammenfassung beschrieben sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die technischen Vorgehensweisen gemäß der Offenbarung lassen sich auf das Gebiet der Herstellung unter Einsatz eines Schälprozesses anwenden.

Claims

Schneidwerkzeug (1), das so ausgelegt ist, dass es eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante (2, 102) dem sich drehenden Werkstück (W) so zugestellt wird, dass sie mit Bezug auf eine Drehachse (A) des Werkstücks (W) geneigt ist, wobei das Schneidwerkzeug (1) so ausgelegt ist, dass der folgende relationale Ausdruck erfüllt ist: $t a n^{- 1} (\frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})) < φ \leq 90 °$
wobei „φ“ einen Spanwinkel bezeichnet, „α“ einen Neigungswinkel der Schneidkante (2, 102) in Bezug auf die Drehachse (A) bezeichnet, „β“ einen Winkel zwischen einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs (1) und einer in der Draufsicht auf das Schneidwerkzeug (1) und das Werkstück (W) senkrechten Richtung (y) zur Drehachse (A) bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 1, wobei die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung, die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schälvorrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, eine Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mit einem Schneidwerkzeug (1) zu zerschneiden, das eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) umfasst, wobei die Schälvorrichtung (10) aufweist: einen Drehantriebsmechanismus (11), der dazu ausgelegt ist, das Werkstück (W) um eine Drehachse (A) zu drehen; einen Vorschubmechanismus (12), der dazu ausgelegt ist, das Schneidwerkzeug (1) dem Werkstück (W) zuzustellen, während dabei die Schneidkante (2, 102) in Bezug auf die Drehachse (A) um einen Winkel α und in Bezug auf eine zur Drehachse (A) senkrechte Richtung (y) um einen Winkel β geneigt ist, wobei das Schneidwerkzeug (1) so ausgelegt ist, dass es den folgenden relationalen Ausdruck erfüllt: $t a n^{- 1} (\frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})) < φ \leq 90 °$
wobei „φ“ einen Spanwinkel bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schälvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei der Winkel β so bestimmt ist, dass ein Schneidprozess am Werkstück (W) einsetzt, wenn ein Ende (2a) der Schneidkante (2, 102) ein Ende des Werkstücks (W) in einer Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) berührt, und der Schneidprozess am Werkstück (W) beendet ist, wenn das andere Ende (2b) der Schneidkante (2, 102) das andere Ende des Werkstücks (W) in der Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) erreicht.
Schälverfahren zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mit einem Schneidwerkzeug (1), das eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Zustellen des Schneidwerkzeugs (1) zum Werkstück (W), das um eine Drehachse (A) gedreht wird, während dabei die Schneidkante (2, 102) mit Bezug auf die Drehachse (A) um einen Winkel α und mit Bezug auf eine zur Drehachse (A) senkrechte Richtung (y) um einen Winkel β geneigt ist, wobei der Winkel β so bestimmt ist, dass ein Schneidprozess am Werkstück (W) einsetzt, wenn ein Ende (2a) der Schneidkante (2, 102) ein Ende des Werkstücks (W) in einer Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) berührt, und der Schneidprozess am Werkstück (W) beendet ist, wenn das andere Ende (2b) der Schneidkante (2, 102) das andere Ende des Werkstücks (W) in der Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) erreicht, und wobei das Schneidwerkzeug (1) so ausgelegt ist, dass folgender relationaler Ausdruck erfüllt ist: $t a n^{- 1} (\frac{c o s β}{c o s (α - β)} \cdot t a n (c o s^{- 1} \frac{r'}{r})) < φ \leq 90 °$
wobei „φ“ einen Spanwinkel bezeichnet, „r“ einen Radius einer Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) vor der Bearbeitung bezeichnet, und „r'“ den Radius der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schneidwerkzeug (1), das so ausgelegt ist, dass es eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) aufweist und zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mittels eines Schälprozesses verwendet wird, bei dem die Schneidkante (2, 102) dem sich drehenden Werkstück (W) so zugestellt wird, dass sie mit Bezug auf eine Drehachse (A) des Werkstücks (W) geneigt ist, wobei das Schneidwerkzeug (1) dazu ausgelegt ist, die Schneidkante (2, 102) in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks (W) zu bringen, bevor ein Kontakt zwischen der Spanfläche (4, 104) und der Oberfläche des Werkstücks (W) erfolgt, wenn das Schneidwerkzeug (1) dem Werkstück (W) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schneidwerkzeug (1) nach Anspruch 6, wobei die Geradheit der Außenumfangsfläche des Werkstücks (W) nach der Bearbeitung, die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schälvorrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, eine Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mit einem Schneidwerkzeug (1) zu zerschneiden, das eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) umfasst, wobei die Schälvorrichtung (10) aufweist: einen Drehantriebsmechanismus (11), der dazu ausgelegt ist, das Werkstück (W) um eine Drehachse (A) zu drehen; einen Vorschubmechanismus (12), der dazu ausgelegt ist, das Schneidwerkzeug (1) dem Werkstück (W) zuzustellen, während dabei die Schneidkante (2, 102) in Bezug auf die Drehachse (A) um einen Winkel α und in Bezug auf eine zur Drehachse (A) senkrechte Richtung (y) um einen Winkel β geneigt ist, wobei das Schneidwerkzeug (1) dazu ausgelegt ist, die Schneidkante (2, 102) in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks (W) zu bringen, bevor ein Kontakt zwischen der Spanfläche (4, 104) und der Oberfläche des Werkstücks (W) erfolgt, wenn das Schneidwerkzeug (1) dem Werkstück (W) durch den Vorschubmechanismus (12) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.
Schälvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei der Winkel β so bestimmt ist, dass ein Schneidprozess am Werkstück (W) einsetzt, wenn ein Ende (2a) der Schneidkante (2, 102) ein Ende des Werkstücks (W) in einer Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) berührt, und der Schneidprozess am Werkstück (W) beendet ist, wenn das andere Ende (2b) der Schneidkante (2, 102) das andere Ende des Werkstücks (W) in der Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) erreicht.
Schälverfahren zum Zerschneiden einer Oberfläche eines zylindrischen oder säulenförmigen Werkstücks (W) mit einem Schneidwerkzeug (1), das eine Schneidkante (2, 102), eine Spanfläche (4, 104) und eine Freifläche (5, 105) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Zustellen des Schneidwerkzeugs (1) zum Werkstück (W), das um eine Drehachse (A) gedreht wird, während dabei die Schneidkante (2, 102) mit Bezug auf die Drehachse (A) um einen Winkel α und mit Bezug auf eine zur Drehachse (A) senkrechte Richtung (y) um einen Winkel β geneigt ist, wobei der Winkel β so bestimmt ist, dass ein Schneidprozess am Werkstück (W) einsetzt, wenn ein Ende (2a) der Schneidkante (2, 102) ein Ende des Werkstücks (W) in einer Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) berührt, und der Schneidprozess am Werkstück (W) beendet ist, wenn das andere Ende (2b) der Schneidkante (2, 102) das andere Ende des Werkstücks (W) in der Erstreckungsrichtung der Drehachse (A) erreicht, wobei das Schneidwerkzeug (1) dazu ausgelegt ist, die Schneidkante (2, 102) in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks (W) zu bringen, bevor ein Kontakt zwischen der Spanfläche (4, 104) und der Oberfläche des Werkstücks (W) erfolgt, wenn das Schneidwerkzeug (1) dem Werkstück (W) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Radius (R) eines Inkreises, der sowohl durch einen freiflächenseitigen Endabschnitt der Spanfläche (4, 104) als auch durch einen spanflächenseitigen Endabschnitt der Freifläche (5, 105) verläuft und sowohl an die Spanfläche (4, 104) als auch die Freifläche (5, 105) angelegt ist, kleiner oder gleich 5 µm ist; und die Geradheit der Schneidkante (2, 102), die durch eine Kurve gefilterter Welligkeit dargestellt ist, kleiner oder gleich 0,5 µm ist.