JP2000501656A - 回転フライス加工のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、加工中自軸線を中心にして回転せしめられるワーク（１０）、例えばクランク軸またはこれに類似のものを回転フライス加工するための方法および装置に関し、少なくとも２つの互いに独立に作業する回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）が同時にワーク（１０）の異なる箇所で切削加工を行う。使用工具の寿命を、特にすべての回転フライス工具のできる限り一様な摩耗という点で最大にするためにはワークの回転速度が回転フライス工具の最適な切削加工に関して適合せしめられるかまたは変更せしめられ、かつこの適合または変更によって設定されたワーク回転速度に依存して第２のおよび各他の回転フライス工具が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 回転フライス加工のための方法と装置 本発明は、加工中自軸線を中心にして回転せしめられるワーク、例えばクラン ク軸または類似の部材を回転フライス加工するための方法であって、同時に少な くとも２つの互いに独立して作業する回転フライス工具がワークの異なる箇所で 切削加工を実施する形式のものに関する。 本発明はさらに回転フライス加工のための装置に関する。 回転フライス工具は直交形（orthogonal）回転フライスおよびまたは円板体ま たはその他の円筒体から成り、これらの回転軸線はワークの回転軸線に平行であ る。円板もしくは円筒の周面もしくは套面に配置されたチップがワークに必要な 切削加工を順次実施し、この場合に回転フライス工具は異なる加工目的（例えば 粗加工および精密加工）のために異なるチップを備えることができる。 本発明による方法の主使用分野は主に乗用および実用自動車産業で、特にクラ ンク軸の主支承部（Hauptlager）と行程支承部（Hublager）、カム軸、伝動装置 ピニオンおよび軸脚部の加工にある。 鋳造クランク軸ブランクの加工のためには、クラン ク軸は両端でその都度の主スピンドルを備えた機械のチャック内で締め付けられ る。主スピンドルは２つの同期運転する交流モータで駆動される。この機械でも って軸線方向にずらされて配置された主支承部も行程支承部も加工することがで き、機械のチャックは受容高さを調整可能である。従来技術によれば、加工すべ き主支承部または行程支承部の数に応じて回転フライス工具が支持体を用いて半 径方向に当該支承部上へ、回転フライス工具の周面もしくは套面に配置されたチ ップが加工すべきワーク部分へ係合するまで移動せしめられる。クランク軸回転 軸線に偏心して位置する行程支承部を全円筒周面にわたって加工し得るためには 、回転フライス工具の回転軸線を円弧上で移動せしめる必要がある。２つ以上の 行程支承部を相当数の回転フライス工具で同時に加工することは工具の送り、お よびワークおよび回転フライス工具の各回転速度の調整に関しては何の問題もな い、それというのも同形式の切削加工操作を互いに並行に実施することができる からである。ワークの主支承部の同時加工、またはアーム（Wange）またはカウ ンタウエイトまたは他の同種の部材の同時加工にも同じことが該当する。このよ うな作業では各回転フライス工具のチップは同一の強さで負荷されるので、通常 の場合、同一の切削加工操作のために使用されるすべての回転フライス工具のほ ぼ同じ長さの寿命から出発することができる。 しかし異種のワーク部分、特にクランク軸部分、例えば一方のアームおよび他 方の行程支承部を同時に並行に加工する場合には別の事情が存在する。ワークの 一定の回転速度は、この回転速度が１つの切削加工操作、例えば行程支承部加工 だけについてしか最適化されないという欠点を持つ。そのためワーク部分、例え ばアームでの各切削円弧長さ（Schnittbogenlaenge）は回転対称的ではない輪郭 のために著しく変化する結果になる。 したがって本発明の課題は、使用工具の寿命を最大にすることができ、しかも 特にすべての回転フライス加工工具のできる限り一様な摩耗が得られるような、 回転フライス加工の方法を提供することである。 この課題は、本発明により請求項１による方法によって解決され、該方法は、 ワークの回転速度が回転フライス工具の最適な切削加工に関して適合せしめられ るかまたは変化せしめられ、かつこの適合または変化によって設定されたワーク 回転速度に依存して、第２の、かつ他の各回転フライス工具の回転速度が制御さ れることを特徴とする。この方法は内面フライス加工にも外面フライス加工にも 使用可能である。 本発明による方法は、最適な切断および摩耗条件を目指す工具の切削加工操作 がワークの回転数を規定するという考えに基づく。このワーク回転速度は第２の 工具の寿命に関しては望ましい切断性能および寿命よ りも劣悪な結果に導くので、第２の工具は、所定のワーク回転速度でここでも最 適な切削加工操作を得るためには回転速度が（第１の工具と比べて）異なるよう に調整もしくは制御される。簡単に言うと、第１の回転フライス工具はマスター 設定（Master-Vorgabe）を提供し、第２の工具は上記の制御によって奴隷のよう にこのマスター設定に従うようにされる（Master-Slave-Prinzip）。 本発明による方法の発展形が従属請求項に記載される。 有利に、回転フライス工具の各切削加工に関してそれぞれ時間間隔を置いて最 適なワーク回転速度が見つけ出され、次いでこの見つけ出されたワーク回転速度 の最低値が設定され、その際にその都度より高い、有利には最適なワーク回転速 度が見つけ出された、他の回転フライス工具の回転速度が相応して制御されるよ うに、本発明による方法は変更せしめられる。この手段は、ワークの回転速度と して特定の回転フライス工具だけが決まって採用されるのではなく、加工中は優 勢なマスター工具も、もしくは当該切削加工操作も、すなわちその都度最低の可 能なワーク回転速度が選択されるように交換し得るという考えから出発する。２ つの同時加工では、先ず、第１の加工がワーク回転速度に関して優勢であり、か つ第２の加工では工具回転速度が第１の切削加工の規定に応じて後制御され、そ れに対して加工中、第２の加工からより低いワーク回転速度が最適値として生じ る一定の時点からは、第２の加工が優勢となり、かつその場合には同時に第１の 加工はワーク速度に関してより低いワーク速度に依存して制御されるという場合 が存在しよう。本発明の上記の発展形の枠内で、付加的に、より高いワーク回転 速度として、見つけ出された最適なワーク回転速度よりも低いものを選択するこ ともでき、この場合にはこの相対的に高いワーク回転速度は常に決められた下限 値を上回らなければならないかまたはこれを下回ってはならない。 本発明による方法の別の発展形によれば、有利には同時に行われるすべての切 削加工において回転フライス工具送りによって一定の切削厚さ（Spanungsdicke ）０．１〜０．３ｍｍ、さらに有利には０．２〜０．２５ｍｍが調整される。こ れによりより低い切削厚さもより高い切削厚さもそれぞれ寿命の減少に導くとい う本発明による認識が考慮される。 有利に２つの回転フライス工具が同時に切削加工を行う場合には、第１の回転 フライス工具の所定の切削厚さと一定の回転速度から、過剰寸法（Aufmass）に 依存して（特にクランク軸のアームの切削加工では）回転フライス工具の最大可 能な寿命に関してのワークの速度プロフィールが見つけ出され、第２の回転フラ イス工具の回転速度がこの速度プロフィールに応じて制 御される。方法のこの発展形は、ワークの回転速度が切削加工操作中変更され、 しかも採用された第１の回転フライス工具のリード役は少なくとも第２の切削加 工操作から寿命の最適化に関してより低いワーク回転速度が得られるまではその ままで（次いでこのより低い回転速度がリードの役割を第１の加工過程から第２ の加工過程へと変更する）あることを包含する。 ワークの回転速度が２つの設定間で直線形に変更されると有利であり、これは ワークの加工箇所において著しい過剰寸法変化がある場合には相応してより短い ワーク回転速度の適合時間を、並びに過剰寸法変化が僅かである場合には該変化 の著しい場合に比して比較的長いワーク回転速度適合を包含する。特にそれぞれ 最適なワーク回転速度が求められる時点の時間的な間隔は、加工すべきワーク輪 郭または切削円弧長さ、特にアームとこれによって与えられる切削円弧長さの変 化に依存して調整せしめられる。 有利には本発明による方法は、クランク軸の行程ピン（Hubzapfen）、主支承 部ジャーナル(Hauptlagerzapfen)およびまたはアームにおいて並置しての同時加 工に使用される。 本発明による別の構成によれば、各工具が少なくとも１つの軸上でワークの回 転角度に依存して、切削加工によりもしくは切削加工の後に円筒形の輪郭（行程 支承部で）が生じるように追従せしめられる。切削円 弧長さ、すなわち工具の、適切なチップでもって係合している長さは全周に関し て全周の１０分の１〜１０００分の１にすぎない。 本発明の別の構成によれば、２つの回転フライス工具のチップが、第１の工具 がジャーナル半部を含む右側の輪郭を、かつ第２の工具がジャーナル半部を含む 左側の輪郭を加工するように分配される。有利には回転フライス工具として直交 形の回転フライスが使用される。 切削条件の最適化のためには、回転フライス工具に存在するチップが、ワーク に対して-５度〜+１５度の間、有利に-５度〜+５度の有効すくい角が得られるよ うに、配置されるかもしくはワークに対して案内される。軸直角すくい角（Ruec kspanwinkel）は０度〜１０度である。逃げ角とチップの切刃角の計は７５度〜 ９５度、有利に最大８５度〜９５度である。 ワーク回転軸線に対して偏心して位置する部分、例えば行程支承部の加工では 、工具を１軸線内でのみ一定の回転運動および等しい過剰寸法で追従させること によって不一様な切削厚さが生じる。本発明による方法の一層の発展形によれば 、この予期可能な不一様性を補償して等しい切削厚さとすることが配慮される。 本発明による方法を実施するために使用される装置は、チップを備えた少なく とも２つの回転フライス工具を備えており、これらは高速フライスであり、各フ ライス工具に対して回転駆動装置を持つ支持体が設けられており、かつ回転駆動 装置はそれぞれ回転数制御装置と接続されている。有利に支持体は２つのキャリ ッジを備え、キャリッジは２つの互いに垂直な方向内での工具の走行性を可能に する。これによってアンダーカット等の製作も可能となる。 上記の方法並びに上記の装置は、並置した異種の部材も、すなわち例えば一方 の行程支承部および他方のアームも加工することができるのでワーク加工総時間 、周期時間を著しく減少させることができるという利点を与える。本発明による 方法技術は表面品質および仕上げ加工されたワークの寸法精度の向上を達成する ことができ、その際に高い切削力および高い切削工具加熱が同様に回避される。 本発明の実施例が図面に示されている。図１はクランク軸を閉め込んだ本発明 により装置の原理図、図２は本方法による加工形式の略示図、図３は２つのチッ プの加工形式の略示図、図４は各２つのチップもしくはチップ対の作用形式を示 した図、図５は回転数のグラフである。 図１には切削加工のための装置１００が本発明との関係で重要な構成部材に関 して略示されている。構成部材はすべて図示されない機台内に配置されている。 ワーク１０，すなわちクランク軸は両端部１１，１２でもってその中心縦軸線を 中心にして回転可能に、駆 動可能な、回転可能なチャック１３，１４内に締め込まれている。加工にはディ スク形の回転フライス工具１５，１６が使用され、これらは対応する駆動装置１ ７，１８を介して駆動可能である。各駆動装置１７，１８は支持体１９，２０上 に支承され、このため工具は１軸線上をワーク１０に追従せしめられる。さらに 装置１００内には２つの直交形の回転フライス２１，２２が配置され、これらは 対応する駆動装置２３，２４を介して同様に回転駆動可能である。各直交形の回 転フライス２１，２２はそれぞれ２つのキャリッジ２５，２６；２７，２８を備 えた支持体上に支承され、そのために各直交形の回転フライス２１，２２の追従 は回転中のクランク軸でも可能である。図示の装置でもって４つのクランク軸箇 所の同時加工が可能である。 装置１００で使用することができるような回転フライス工具の作用形式が図２ に略示されている。ワーク１０の回転中心２９の外部に偏心して配置されたクラ ンク軸行程支承部３０の切削加工を実施するためには、ディスク形の回転フライ ス工具１５がその中心軸線３１を中心にして一定のまたは可変の回転数でもって 駆動され、その結果図２に示されない、外周部に配置されたチップが高い加工速 度ｖ_cで加工箇所３２を送り案内せしめられる。加工箇所３２はワーク１０の回 転中心２９を中心とした回転とともに移動し、かつ水 平平面３３から角度β変位せしめられる。工具１５の追従のために、水平平面３ ３内をＲで示される方向に工具は移動されて、その結果工具１５の中心軸線３１ に関して角度α変位せしめられた加工箇所３２が常に到達される。その際に工具 １５は水平平面３３内に位置する、工具追従運動の軸線上をワーク１０の回転角 度βに依存して、各箇所３２で切削加工の後に円筒形の輪郭が得られるように追 従せしめられる。それぞれ高い切削速度並びに切削厚さ０．２〜０．２５ｍｍが ワーク１０への小さな力もしくはチップのできる限り小さな摩耗を示す。以下で 本発明による方法が詳細に述べられる。 図３には、ワーク１０の加工箇所３２で円筒形の輪郭、すなわち具体的にはク ランク軸行程支承部のピン加工を実施するためにどのように異なるチップ３４， ３５が工具１５に配置され得るかが一部断面して略示されている。図示の図では チップ３４が切り込みを形成し、チップ３５はピンの外径を形成する。完全な輪 郭、すなわち２つの切り込みおよびピン加工が唯一の工具１５によって図４によ る切削過程で形成することができ、その際に場合による摩耗の補正のために必要 により後退（Zuruecksetzen）、軸方向の移動および新たな切り込みが適切な箇 所で行われる。 ピン幅の形成が２つの工具を用いて実現される場合には交差部におけるエラー （これは工具１５の同心回 転エラーまたは機台の運動学的なエラーによる可能性がある）ができる限り僅か に保持されなければならない。そのためにはチップ３５は正のすくい角を有し、 かつワークについてはワークに対して有効すくい角ｒ_f-５度〜+1５度、有利に- ５度〜+５度で配置もしくは案内される。軸直角すくい角（アキシャルすくい角 ）ｒ_pは正であり、かつ１０度までであってよい。チップの逃げ角α（ワークに 対して）と切刃角βの計は７５度〜９５度、有利に８５度〜９５度である。 本発明による方法がクランク軸加工の例で以下で説明される。この例では２つ の互いに独立の回転フライス工具が同時に並置して使用され、その際第１の工具 はクランク軸アームの加工かつ第２の工具は行程支承部の加工に使用される。ク ランク軸アームはこの例では可変の過剰寸法を持つ。第１の寿命最適化のために 、クランク軸加工工具においてアーム加工工具の一定の切削厚さｈ_maxおよび一 定の回転数ｖ_cが与えられる。これから過剰寸法に応じてワーク回転速度に関す る最適な速度プロフィール４０が過剰寸法に応じてもしくは時間に依存して先に 与えられる（図５参照）。クランク軸ピン加工には一定の回転速度４１が最適で あろう。この場合にも一定の切削厚さｈ_max０．２〜０．２５ｍｍが先に与えら れる。同様に、加工されるピンもしくはピン片では過剰寸法は一定である。ワー クの回転数はアーム加工工具によって既に先に与 えられているので、この回転速度に応じてピン加工工具の回転速度が可変に制御 される。 方法の改良実施形によれば、回転数の経過４１もしくは４０から時点ｔ₁まで は回転数４１が低い方であり、そのために時点ｔ₁まではワーク、すなわちクラ ンク軸はこの低い回転数４１で作業される。この時間中はピン加工工具が優勢で あり、アーム加工工具は回転速度については時点ｔ₁まで選択されたワーク回転 速度に依存して制御される。時点ｔ₁から時点ｔ₂までの間は、可変のアーム輪郭 から最適な切削条件に関してより小さな回転速度４０が得られ、したがってこの 期間ｔ₁〜ｔ₂ではアーム加工工具が優勢であり、かつピン加工工具の回転数は相 応して制御される。時点ｔ₁〜ｔ₂ではワークの回転数は変化するので、ピン加工 工具の回転数の相応する変更も必要であり、変更は段階的に行われる、すなわち クランク軸の回転数変化が比較的著しく変わる期間内では適合は比較的短い時間 内で、それぞれ直線形で行われ、変化がより小さい期間では比較的大きな時間で それぞれ直線形に行われる。時点ｔ₂に到達した後はピン加工工具が再び優勢と なり、相応してアーム加工工具の回転数が後制御され、これは直線４１に比べて この場合にはより高い曲線４０の回転数値から得られる。 同様のことが、可変の過剰寸法を持つ２つのワーク（これらのそれぞれ単独で 観察されたワーク回転数に 関する速度プロフィールが曲線４０もしくは４２によって先に与えられる）の加 工でも得られる。この場合も時点ｔ₃までは回転数４２が実際に調整されるワー クの回転数を規定し、時点ｔ₃から時点ｔ₄までは回転数曲線４０に従った回転数 が選択され、時点ｔ₄通過後は再び回転数４２が選択され、その都度別の加工工 具がその回転数制御に関して後制御され、その都度“リード”または“マスター ”工具が一定の回転数で運転される。 本発明の利点は、本発明による方法でもって同時に異なるワーク加工を従来よ りも短い周期時間で行うことができ、かつ各回転フライス工具の寿命も最適化す ることができることである。 具体的な実施例、すなわちアーム加工では、刃の送りが仕上げ直径ｄｗ、フラ イス軌道直径（Fraesbahndurchmesser）ｄＢ、フライス直径Ｄ（回転フライス工 具の直径）および切削厚さｈ_maxに依存して次式：により得られる。 特別な実施例では、以下に掲載されるクランク軸デ ータ、工具データおよび切削データが先に与えられており、その都度工具回転数 フライス軌跡直径並びに加工時間が従来技術で一般的な形式で決定される。これ から特に表１から判る送り速度Ｖ_fに関する速度プロフィールが得られ、かつク ランク軸の回転数プロフィールｎ_KWが得られる。 逆に変化するクランク軸回転数が先に与えられている場合には第２の回転フラ イス工具（例えば行程支承部の加工に使用される）の回転速度を見つけ出するこ とができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加工中自軸線を中心にして回転せしめられるワーク（１０）、例えばクラン ク軸またはこれに類似のものを回転フライス加工するための方法であって、少な くとも２つの互いに独立に作業する回転フライス工具（１５，１６，２１，２２ ）が同時にワーク（１０）の異なる箇所で切削加工を行う形式のものにおいて、 ワークの回転速度（ｎ_KW）が回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）の最 適な切削加工に関して適合せしめられるかまたは変更せしめられ、かつこの適合 または変更によって設定されたワーク回転速度（ｎ_KW）に依存して第２の回転フ ライス工具および各他の回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）が制御さ れることを特徴とする、回転フライス加工のための方法。 ２．回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）の各切削加工に関してそれぞ れ時間的な間隔を置いて最適なワーク回転速度が見つけ出され、次いで見つけ出 されたワーク回転速度の最低のものが設定され、それぞれより高いワーク回転速 度が見つけ出された他の回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）の回転速 度が相応して制御され、その場合に有利にはそれぞれより高いワーク速度が、見 つけ出された最適な速度であるかまたはこれよりも低い、しか し下限値を上回る速度であってもよい、請求項１記載の方法。 ３．同時に実施されるすべての切削加工で回転フライス工具送りによって一定の 切削厚さ（ｈ_max）０．１〜０．３ｍｍ、有利に０．２〜０．２５ｍｍが調整さ れる、請求項１または２記載の方法。 ４．同時に切削加工を実施する２つの回転フライス工具において第１の回転フラ イス工具の所定の切削厚さ（ｈ_max）および一定の回転速度から過剰寸法に依存 して、特にクランク軸のアームの切削加工において、ワークの速度プロフィール （４０）がこの回転フライス工具の最大可能な寿命に関して見つけ出され、かつ 第２の回転フライス工具の回転速度がこの速度プロフィール（４０）に相応して 制御される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．ワークの回転速度変化が２つの設定の間で直線形に変更される、請求項１か ら４までのいずれか１項記載の方法。 ６．それぞれ最適なワーク回転速度が見つけ出される時間的な間隔が加工すべき ワーク輪郭、特にアーム輪郭の変化に依存して適合される、請求項１から５まで のいずれか１項記載の方法。 ７．回転フライス工具（１５，１６，２１，２２）が、並置されてクランク軸（ １０）の行程ピン、主要 支承部ジャーナルおよびまたはアームの同時加工に使用される、請求項１から６ までのいずれか１項記載の方法。 ８．各工具が少なくとも１軸線上でワーク（１０）の回転角度に依存して、切削 加工によってもしくは切削加工の後に円筒形の輪郭が得られるように追従せしめ られる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。 ９．切削円弧長さ、すなわち相応するチップでもって係合する工具の長さが全周 に関して全周の１０分の１〜１０００分の１にすぎない、請求項１から８までの いずれか１項記載の方法。 １０．第１の行程でプロフィール、すなわち仕上げ輪郭のすべての右側の輪郭が 、かつ第２の行程ですべての左側の輪郭が製作される、請求項１から９までのい ずれか１項記載の方法。 １１．加工工程が直交形回転フライスとして実施される、請求項１から１０まで のいずれか１項記載の方法。 １２．チップがワーク（１０）に対して有効すくい角（ｒ_f）-５度〜+１５度、 有利に-５度〜+５度で案内される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の 方法。 １３．軸直角すくい角（ｒ_p）が≧０度、有利に最大+１０度までである、請求項 １から１２までのいずれ か１項記載の方法。 １４．チップの逃げ角（α）と切刃角（β）の計が７５度〜９５度、有利に８５ 度〜９５度である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。 １５．ワーク回転軸線に対して偏心して位置する円筒形のワーク部分、例えば行 程支承部の加工に際して、ワークに対して相対的な回転フライス工具の案内から 得られる異なる切削厚さが回転フライス工具の送りおよびまたは回転速度の変化 によって補償される、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。 １６．回転フライス加工のための装置であって、回転駆動装置を設けられた、チ ップを備えた工具（１５，１６）のための支持体（１８，１９，２３，２４）を 複数備えた形式のものにおいて、工具のための回転駆動装置が回転数制御装置と 接続されていることを特徴とする、回転フライス加工のための装置。 １７．少なくとも１つの支持体が２つのキャリッジ（２５，２６；２７，２８） を備え、キャリッジが工具の互いに垂直な２つの方向での移動性を可能にする、 請求項１６記載の装置。