JP2000503604A - 金属を除去する機械加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明がねらいとする課題は、特にクランク軸の素材を除去する切削方法を提供することであり、それは機械加工時間が短時間であるにも拘わらず、すぐれた加工特性を表わし、ひいてはクランク軸の製造コストを低減する。この方法では、切削速度は粗削りの場合、少くとも１８０ｍ／分、特に、少くとも３００ｍ／分であり、仕上げ削りの場合、少くとも２００ｍ／分、特に、少くとも５００ｍ／分である。

Description

【発明の詳細な説明】 金属を除去する機械加工方法 本発明は被加工部材、特にクランク軸、特に乗用車用エンジンのクランク軸の 金属を除去する機械加工に関する。 種々の理由でクランク軸の機械加工は難しい。なぜなら、第一に、それらのク ランク軸は、偏心的に位置づけられた回転対称面、即ち、ビックエンドジャーナ ルの周囲面を有し、その上、その両端だけをつかんだ時、横断方向と縦方向へそ の被加工部材が不安定となるからである。 大量に生産され、価格が著しく抑えられる乗用車用の特定クランク軸において 、生産コストをできるだけ安く保持することに関する焦点は、機械加工時間をで きるだけ短時間にし、しかも機械加工の品質と寸法上の安定性を保持しながら、 操作段階を少なくすることである。 今日まで、現在尚、例えばＧＧＧ６０又は７０のようなグレー鋳鉄で成る乗用 車のクランク軸はターニング法、内側ミリング法、回転ターンブローチング法又 は同様の機械加工法によって必要な表面に対して、即ち、軸受位置の周囲面やウ エブの端面に対して、未硬化状態で機械加工され、例えばミリングの場合、切削 速度は１００〜１６０ｍ／分が一般的である。この場合、一般に内側円形ミリン グカッタとして形成されるミリング工具の切削刃は、負の工具ジオメトリを有す る。そのミリングの後に硬化処理が行われ、それから粗研磨、次に精密研磨が行 われる。 現在一般的に行われている機械加工方法、即ち、ターニング、回転ターンブロ ーチング、及び内側ミリング（即ち、内歯をもつ環状ミリングカッタによるミリ ング、その内側に被加工部材が配置される）は、効果と欠点を有する。 内側ミリングは、好ましくは、クランク軸のビックエンドジャーナルと隣接す るウエブ面とを機械加工するために使用される。その効果は、一方では、その方 法において被加工部材が移動しないか、或いは低速の回転速度でのみ回転し、そ の内側ミリングカッタは機械加工されるジャーナルのまわりを移 動するという点で成る。その切削速度はかくして専ら、又は主に工具によって生 じるので、複数の工具が同一被加工部材に同時に、しかも独立して作業すること ができる。 この方法は単位時間当り、高率の金属除去率で行うのに適しており、そのよう な比率の欠点は高切削力と工具及びチップが高温であるという必然的結果である 。 内側ミリングは特に、不安定な被加工部材、例えば、スプリットピンクランク 軸（その場合、放射方向へ互いに一部重なる２個のクランクピンジャーナルは、 Ｖエンジンに必要とされるように、ジャーナルの幅との比較によりほんのわずか な距離だけ離れて位置する）には一段と適しない。 内側ミリングは、費用の点で回転ターンブローチングより好ましいとされる。 なぜなら、それは１個のジャーナルにつき、機械加工時間がより短くてすむから である。しかしながら、内側ミリングでは、円のゆがみは回転ターンブローチン グの場合より何倍も大きい。 回転ターンブローチングの効果は、かくして、主に、寸法上の精度がすぐれて いることである。特に、円のゆがみが少ないことである。 しかしながら、回転ターンブローチングでは、例えばクランク軸のような被加 工部材は内側ミリングとは異なり、工具それ自体より著しく高速で回転し、その 工具は或る状況では、工具の外周に前後して配置される切削刃を被加工部材に作 用させるために完全な一回転を行わずにピボット動作だけを行うこともある。 切削速度はかくして、主に被加工部材の回転によって生じる。その場合、特定 の切削速度が観察されるところでは、複数の工具ユニットが互いに独立して被加 工部材に作用することができず、むしろ、被加工部材、即ち、例えば４気筒エン ジンのクランク軸の同一角位置に配置される２個のビックエンドジャーナル、又 は複数の中心軸受の互いに対応する部分にしか作用することができない。 この理由で、回転ターンブローチングの機械加工は、主に、中心軸受を機械加 工するために使用されてきた。 そこで、本発明の目的は、機械加工時間が短くてすみ、しかも機械加工の品質 がすぐれていて、クランク軸の生産コストが安価であるような特に、クランク軸 の金属を除去する機械加工方法を提供することである。 ここで２つの対抗するパラメータは、チップ（切削屑）の厚みと切削速度であ る。 被加工部材への撓みを最小限にするために被加工部材のへの切削力の導入をで きるだけ低く保つという理由から、チップの厚みをうすくすることが求められる 。しかしながら、そうすることにより、機械加工時間を長くすることになり、そ れは切削速度を上げることによってしか補うことができない。さらに、切削速度 はしばしば、使用寿命、即ち、切削手段の全体的機械加工容量に影響を与えるの で、この点にも、更に境界条件が適用する。 この目的は、請求項１の特徴によつて達成される。その従属クレームで効果的 な実施例を明らかにする。 機械加工時間をより短縮するには、切削速度を特にミリングの場合、粗削りに ついては、少なくとも１８０ｍ／分、特に２５０〜６００ｍ／分、特に４５０〜 ６００ｍ／分まで大きく上昇させ、仕上げ加工の場合、少なくとも２００ｍ／分 、特に３００〜８００ｍ／分、特に６５０〜８５０ｍ／分まで大きく上昇させ、 そして或る切削材料、例えば、酸化物結合体、ＣＢＮ、ＰＣＤ（多結晶ダイアモ ンド）、例えばＴｉＡＩＮ被覆サーメットのような被覆サーメットを含むサーメ ット（ハードメタルセラミック混合物）を使ったとき、毎分１０００ｍ以上の切 削速度まで上昇させる。これらの切削速度は、例えば、直径８００ｍｍのディス ク状ミリングカッタを使って達成され、その場合、工具は毎分回転数５０〜２０ ００、特に２００〜４００、特に２００〜２５０で回転し、同時に、被加工部材 は、例えば直径５０ｍｍのクランクピンジャーナルの場合、毎分回転数０〜６０ 、特に１５〜２０で回転する。特に、クランク軸を大型ディスク状外側ミリング カッタでミリング加工する時、これは、ミリング加工中、切削に対する中断の頻 度が非常に高いために、１回の切削刃の作用につき、被加工部材への力の伝達力 を低下させる効果がある。 そのことは、従来の負の工具ジオメトリの代わりに、正の工具ジオメトリを使 用し、時々、切削工具のために新材料を使用することによって補助される。この 方法ではディスク状ミリングカッタの切削刃はそのミリングカッタの外周に、お よび／又はミリングカッタの端面と周囲面との間のコーナ部分の端面に位置づけ られ、かくして、クランク軸の周囲面ばかりでなく、特に種々の端部側のウエブ 面を機械加工することができる。しかしながら、ウエブの端面機械加工中に除去 される金属の量は、通常、クランク軸のジャーナルの周囲面を機械加工する時よ り著しく多量であるので、ウエブの機械加工のために別のミリングカッタを使用 し、ジャーナルの機械加工のためにまた別のミリングカッタを使用するのが好ま しい。 さらに、一般に、ジャーナル面とウエブ面との間の移行部分に、放射方向の凹 部、いわゆる切欠部を形成する必要がある。 工具を使って軸受を丁度特定の軸方向の長さ以上の部分を機械加工することが できるように、切削場所を複数か所、異なって配置することも考えられる。即ち 、ジャーナルの周囲面の左端部分と右端部分の各々に別のミリングカッタを備え 、そのカッタの場合に、ジャーナルの周囲面に対して切削刃の表面を従動させ、 切欠部を形成するために切削刃部分を突出させる。 この場合、周囲面を機械加工するための切削刃部分は、通常の状態で重なるよ うにジャーナルの左半分と右半分に対する２個のミリングカッタのこれらの切削 部分の場合、軸方向へ十分に大きなものでなければならず、それによって、軸方 向の長さがそれぞれ異なる軸受に対して軸方向へ補償することができる。重なり 端において、重なり部分に包囲刃を生じさせないために、周囲面を加工する切削 刃は、わずかな急斜面又は相当な丸味によってゆるやかに浅くなっている。 もうひとつの可能性は、特定のミリングカッタで切欠部を形成し、他方のミリ ングカッタはジャーナルを機械加工するための切削刃のみを有し、切欠部用の切 削刃を何ら突出させるものではないことにある。この種のミリングカッタは、専 ら、ジャーナルを切削するためのものであって、比較的狭く作られており、それ は軸受ジャーナルの最短の予定された軸方向の幅より狭い。 軸受ジャーナルの軸方向の全長を機械加工するために、このミリングユニットは さらに、縦方向へ、即ちＺ方向へゆっくりと移動するので、ジャーナルの周囲面 に沿って、螺旋状のストリップ状通路が機械加工される。 その結果、軸方向に隣接してわずかに重なる環状部分を加工する従来の機械加 工に比べて、個々の環状部分間に環状段部は生じない（これは完全に回避するこ とはできない）。 高速の切削速度により、送りとチップの厚みを低レベルに保持することができ 、かくして、機械加工時間を短時間に保持しながら、高品質の機械加工を実現す ることもできる。 高速の金属除去加工、特に、高速ミリングはかくして次のようにいくつかの効 果を有する。 被加工部材は、中心部だけがチャックでつかまれ、即ち、ビックエンドジャー ナルの縦軸位置がつかまれ、ゆっくりと駆動される。従って、被加工部材それ自 体がアンバランスであっても、それは機械加工の方法にほとんど影響を与えるも のではなく、切削速度は主に、例えば、ディスク状の外側ミリングカッタの回転 によって達成される。かくして、原則として、被加工部材に互いに独立して作動 する複数のそのような工具ユニットを使用することが可能になる。そのビックエ ンドジャーナルもまた、被加工部材の中心をチャックでつかんで機械加工され、 外側ミリングカッタだけは、Ｘ軸に沿って移動可能でなければならない。被加工 部材の比較的ゆっくりした回転により、ミリング工具は、クランクピンジャーナ ルの回転中、このＸ方向の移動によってクランクピンジャーナルに一定して従動 することができる。 また、被加工部材の曲率半径が外側ミリングカッタの半径より大である限り、 被加工部材の正接する平面、及び／又は非円形外面を機械加工することができ、 さらに被加工部材の表面の窪部をミル加工することさえ可能である。 被加工部材を接線方向にミリング加工することにより、例えば、被加工部材の 締めつけ中、直接、平衡操作を行うことが可能となり、決定された角度位置にお いて、アンバランスがなくなるまで、被加工部材からその材料が除去される。 周囲面のミリングの典型例として、表面が斜しているにも拘らず、回転ターン ブローチングによって実現されるのと同じ位小さな円のゆがみを実現することは 、高速の外側ミリングによる切削によっても可能であり、これらは内側ミリング によっては得られない。それにも拘らず、高速ミリングの機械加工時間は、回転 ターンブローチングの機械加工時間より約３〜５の係数だけ短く、しかも、内側 ミリングの機械加工時間より約２の係数だけ短い。 チップの厚みが非常にうすく（ここで意味するものは、平均又は最大のチップ の厚みである、なぜなら、例えば、外側円形ミリングによる周囲面の機械加工の 場合、チップの厚みは操作が進展する時に変化するからである）、そして、チッ プの長さが比較的短いために、一方では、被加工部材へ導入される切削刃が小さ く、他方、その過程で生じる熱の大部分がチップへ伝達され、被加工部材や工具 へ多くの熱が伝達されないので、力学的理由と熱に関する理由により、被加工部 材に非常にすぐれた寸法上の精度が実現される。 切削パラメータと切削材料により、被加工部材は一般に、乾燥状態で、即ち、 冷却用潤滑剤を使用しないで機械加工され、そのために、チップの処分が非常に 簡単となる。 さらに、ミリングカッタの直径が、工具から隔ったビックエンドジャーナルの 位置で加工されるクランク軸にとって必要な侵入深さより大きくなるように選択 される場合、即ち、クランク軸の行程が例えば１２０ｍｍで、その侵入深さが約 ２００〜２５０ｍｍの時、外側ミリングカッタの直径は、少なくとも７００ｍｍ 、好ましくは８００〜１０００ｍｍとなるように選択され、所望の切削速度を実 現するためには、工具の回転速度は比較的低速ですむ、即ち、毎分回転数、５０ 〜３００回転でよい。ミリングカッタの直径が比較的大直径であることにより、 一個の同一切削刃による２つの連続する切削干渉間の時間が長くなり、その結果 また、その切削刃とその隣接する工具本体を冷却する時間も長くなり、かくして その工具にかかる熱の負荷が低下し、その使用寿命が延びることになる。 ミリングカッタの直径が増大する時、工具本体に対する正確な円形通路上での 個々の切削刃の整列も容易となる。 ミリング時に以前使用されていて、主にチップの薄い平均厚み、又は最大厚み に関連した負の工具ジオメトリの代わりに、正の工具ジオメトリを更に使用する と、切削手段を十分な工具寿命に導き切削力を低下させ、その結果、その工具に とって必要とされる必要駆動力をも低下させ、この駆動力は内側ミリング又は回 転ターンブローチングにとって必要とされる駆動力の約１／２〜約１／３に相当 する。これはまた、そのようにエネルギーコストが低い上に、駆動体の熱の浪費 問題を最小限にする。この熱問題は、機械全体にとっても、機械加工の結果に対 してもマイナスの影響を与えるものである。 本発明の高速ミリングは、この場合、特に、未硬化被加工部材に対して行うこ とができるばかりではなく、硬化（例えば、特に、完全硬化のロックウェル硬度 、ＨＲ６０〜６２）、被加工部材にも行うことができる。この場合、好んで使用 される切削材料は、サーメット又は多結晶窒化ボロン（ＰＣＢ）であって、特に 、その後者は、立方晶系窒化ボロン（ＣＢＮ）である。この場合、第一に、カー バイドの切削工具先端を焼結するのが好ましいが、これは、例えば切削刃へ向か って開いた工具面のような切削刃部分に空隙を有する。ＣＢＮパウダをベース本 体のこれらの空隙に埋めて、それから焼結する。 このようにして補強されるのは、切削工具のスローアウェイ先端ばかりでなく 、切削刃全体も、複数のＣＢＮペレットを切削刃に沿って互いに隣り合わせて配 置することにより、又はバー形ＣＢＮインサートを備えることによって、補強す ることができる。その結果、未硬化鋼や鋳鉄をミリングによってさえ、機械加工 することができる。 これらの切削材料はまた、冷却用潤滑剤なしで、即ちドライで使用することも できるので、それは処分にかかる費用を節約でき、環境問題にも貢献する。 かくして、金属を除去する機械加工中、硬化工程により、通常の作業（硬化前 の金属を除去する機械加工）時に生じる被加工部材のゆがみをできるたけ早く回 避することさえ可能である。高速ミリングを使用する時、特に、硬化被加工部材 に高速ミリングを使用する時、被加工部材の仕上げ状態として容認されるような 表面の品質を実現することは可能であるので、その結果、 高速ミリングの使用時、特に、硬化被加工部材に高速ミリングを使用する時、被 加工部材の最終状態として容認することのできる表面の品質を実現することがで きるので、その結果、少なくとも粗削りの研削操作を省略することができる。 鋳鉄又はスチールで構成されるクランク軸のジャーナル及びウエブ面を機械加 工する時、そして、外側円形ミリングカッタによって、特に、周囲部分に切削刃 をもつディスク状ミリングカッタによって未硬化状態で機械加工する時、以下の パラメータを観察することが特に効果的であることがわかった。 即ち、 − 粗削り機械加工中の切削速度、毎分少なくとも１８０ｍ、好ましくは２５０ 〜６００ｍ／分。 − 仕上げ加工中の切削速度、毎分少なくとも２００ｍ、好ましくは３００〜８ ００ｍ／分。 − チップの厚み：０．０５〜０．５ｍｍ、特に、０．１〜０．３ｍｍ。 ここで使用される工具は一般に、挿入されるスローアウェイ切削工具先端を有 し、回転駆動されるディスク状工具本体である。この場合、切削工具先端の形状 は、意図する目的によって異なり（ウエブの端面の機械加工や、主軸受点及びビ ックエンドジャーナル点のジャーナル上の周囲面の機械加工、周囲面と端面との 間の移行部における切欠部の形成）それら切削工具先端はまた、工具キャリヤ又 は、被加工部材に対して異なって位置づけられる。 基本材料に関するデータは、従来のＩＳＯ出願グループに関する。そこで、 Ｋ１０：これは、９４．２％のタングステンカーバイド（ＴＣ）と、５．５％ のコバルト（ＣＯ）と、０．３％・・・（Ｔａ／Ｃ）とで成る。 Ｋ２０：これは、９３．２％のＴＣと、６％のＣｏと０．６％のＴａ／Ｃと、 ０．２％のチタンカーバイド（ＴｉＣ）とで成る。 その曲がり強度はＫ１０の場合、１９００Ｎ／ｍ²で、Ｋ２０の場合、２００ ０Ｎ／ｍ²である。 指定のコーティングにおいて、個々の化合物は内側から外側へ向かって指定の 順序で順々に層をなして塗着される。 工具、特に、外側円形ミリングカッタに対するスローアウェイ切削工具先端の 形状寸法に関するパラメータについては、図面に関連しながら以下、詳述する。 第１図は、工具刃の概略図を示す。 第２図は、ターニング工具の切削部分の切削刃と切削面を示す。 第３と４図は、工具基準システムの限定面を示す。 第５と６図は、平坦ターニング（第５図）と面ターニング（第６図）に対する ターニング工具の例を使って示す工具基準システムにおける切削刃の角度位置を 示す。 第７ａ〜７ｆ図は、第３図、第４図と一致して述べた面におけるターニング工 具の種々の断面図を示す。 第８図は、ミリングカッタヘッドの断面図を示す。 第９ａ〜９ｆ図は、第８図のミリングカッタヘッドの工具の断面図を示す。 第１０ａ図は、Ｙ方向から見たウエブ切削先端のインサートを示す。 第１０ｂ図は、Ｙ方向からみたジャーナル切削先端のインサートを示す。 第１１図は、Ｚ方向からみた時のジャーナルの機械加工状態を示す。 第１２図は、Ｚ方向からみた時のウエブの機械加工状態を示す。 第１３図は、クランク軸の機械加工される面の概略図を示す。 図面の対応する符号はドイツ工業規格ＤＩＮ６５８１に規定されているもので ある。 第１図は金属を除去する工具ＷＺ、例えば、第２図に斜視図で示す回転工具の 断面図であり、そのほとんどの符号と角度は回転とミリングの両方に適用される 。ここで、切削工具、例えば、主切削刃Ｓは、工具の面Ａγと主フランクＡαと によって形成される刃で構成され、第２切削刃Ｓ′（第２図参照）は、工具面Ａ γと、主フランクＡαに対して或る角度をもって伸長する第２フランクＡ'αと で形成される。第１図に鋭い刃として示される切削刃Ｓは、実際上、完全に鋭い ものではなくて、むしろ、切削刃の歯こぼれを防ぐために、或る程度の丸味、即 ち、切削刃の丸味（ＣＥＲ）を有している必要がある。 工具に対する種々の方向と面が、第３図、第４図に示される。 これらの図面において、工具の基準面Ｐｒは選択された切削刃の先端を通る面 であって、想定の切削方向に対して垂直をなす面である。工具の基準面Ｐｒはこ の場合、それが工具の軸に平行に、又は垂直に位置するように選択される。それ は各々の型の工具に対して個々に規定されなければならない。回転工具の場合、 工具の基準面Ｐｒは通常の回転工具では、軸部の基部に平行な面であり、ミリン グ工具の場合、その基準面Ｐｒはミリング工具の軸を含む面である。 想定の作業面Ｐｆは選択される切削刃の先端を通る面であって、それは工具の 基準面Ｐｒに垂直をなし、想定の送り方向に対して平行をなす。 工具の後面Ｐｐは選択される切削刃の先端を通る面であって、それは工具の基 準面Ｐｒに直角をなし、想定の作業面Ｐｆに対して直角をなす。かくして、Ｐｒ 、Ｐｐ、Ｐｆは想定の切削先端を通る座標システムを構成する。 工具の切削刃の面Ｐｓ（第４図参照）は、切削刃の先端を通り、切削刃Ｓに対 して正接し、工具の基準面Ｐｒに対して直角をなす面である。工具の切削刃Ｓが 送り方向に対して直角をなす場合、工具の切削刃の面Ｐｓと工具の後面Ｐｐは一 致する。 工具の直交面Ｐｏは、切削刃の先端を通り、工具の基準面Ｐｒに対して垂直を なし、工具の切削刃の面Ｐｓに対して垂直をなす面である。従って、工具の切削 刃Ｓが送り方向に対して直角をなす場合、工具の直交面Ｐｏと想定 の作業面Ｐｆが一致する。 被加工部材に対する個々の工具切削刃の方位は、第５図の平坦部のターニング と第６図のフェース面のターニングからより明白である。この平面図で考えると 、工具はその切削刃の先端部に工具のノーズ角εｒを有し、この工具のノーズ角 εｒは工具の基準面Ｐｒで測定した時、主切削刃の工具切断面Ｐｓと第２切削刃 の工具切削刃面Ｐ'ｓとの間の角度である。 この場合、主切削刃は工具の基準面Ｐｒで測定した時、工具の切削面Ｐｓと想 定の作業面Ｐｆとの間の工具の調整角κｒをなす。 第７ａ図〜第７ｆ図と第９ａ図〜９ｆ図は直接、個々の部分や個々の図の位置 を示し、その一部は第５図、第６図からのものである。 ここに関連する角度は次の通りである。 − 工具の側部傾斜度γｆ：作業面Ｐｆで測定したときの工具面Ａγと工具の基 準面Ｐｒとの間の角度。 − 工具の後部傾斜度γｐ：工具の後部面Ｐｐで測定したとき、工具面Ａγと工 具の基準面Ｐｒとの間の角度。 − 工具の通常の切削傾斜度γｎ：工具の切削刃の通常面Ｐｎで測定したとき、 工具面Ａγと工具の基準面Ｐｒとの間の角度。この角度γｎ（正又は負）値は通 常、一般化した方法で“正又は負の工具ジオメトリー”と呼ばれる。 − 工具の切削刃の傾斜角λｓ（第７ｅ図，第９ｅ図）：工具の切削刃面Ｐｓで 測定した時、切削刃Ｓと工具の基準点Ｐｒとの間の角度。 この工具の切削刃の傾斜角λｓは鋭角であって、その先端は工具のノーズへ向 かって対面する。この角度は、工具ノーズから見た時、切削刃が想定の切削方向 から離れた工具基準面Ｐｒ側に位置する時に正となる。 αは一般に、切削刃のクリアランス角を示す。 第１０図は、ミリングカッタのディスク状ベース本体の端部側に、好ましくは 両側に螺合されるウエブの切削先端を示し、かくして、これはベース本体をこえ て放射方向と端部側の両方向へ突出する。ミリングカッタの回転により、ウエブ の端面から材料を研削するために、そのミリングカッタは、Ｘ方向へ、即ち、送 り方向と同じく被加工部材に対して放射方向へ前進移動す る。ここで、ビット状ウエブ切削先端の面、即ち、工具の切削刃面Ｐｓは、作業 面Ｐｆに対して小さな角度κをなして位置づけられ、前記作業面Ｐｆは、送り方 向（Ｘ方向）と、Ｘ−Ｙ面にある切削方向とで成る。その結果、切削ビットの約 １．６ｍｍのノーズ半径で丸味をもつ外側刃は、ベース本体から外方へ斜めに突 出し、ミリングカッタのベース本体に対して軸方向へ最も遠くまで突出する。 角度κが大きくなればなるほど、第１０図のすでに機械加工された部分から分 かるように、ウエブの機械加工端面がそれだけ多く波形となる。 ウエブの端面全体を機械加工することができるように、例えば、ウエブ面をク ランクピンジャーナルＨ₂とそのまわりまで機械加工する場合、ミリングカッタ のＸ方向へ、第１０ａ図に示すように送りと共に、クランク軸をさらに回転させ る必要がある（第１２図参照）。 第１２図はウエブを完全に機械加工するために必要な多数の個々のカットの一 部Ｓａ〜Ｓｘを示す。ここでは、第１に、それら各カット内で、そのカットのス タート部分にある最大チップ厚みと通常サイズの異なる（欠文）端部で生じる最 小チップ厚みとの間に比率があることがわかる。さらに、チップの厚みは、ミリ ングカッタのＸ方向への送りと、被加工部材の回転速度とによって影響を受ける 。 できるだけ均一な平均チップ厚みｈ_mittを達成し、第２目標として、主に、ミ リングカッタの回転によって影響される所望の適切な高速切削度を実現するため に、被加工部材の回転速度及びミリングカッタのＸ方向への送りと、ミリングカ ッタの回転速度とを一定して調整する必要がある。 第１０ａ図に示すようなウエブ切削先端の場合、ミリングカッタの本体の放射 方向へのウエブ切削先端の幅は、その切削先端の長さと呼び、その工具のディス ク状本体の正接方向への幅は幅と呼び、切削ビットの軸方向へ最寄りの方向への 幅は厚みと呼ぶ。 第１０ｂ図は第１０ａ図と同示方向で、ジャーナル切削先端によるクランク軸 のジャーナルの周囲面の機械加工を示す。この種の先端の場合、長さと幅は、第 １０ｂ図の平面図で示される側部を意味するものとし、四角形のス ローアウェイ切削工具先端がジャーナル切削先端として使用される。これらスロ ーアウェイ切削工具先端はかくして、連続して４回使用される。 Ｚ−Ｙ面内で、Ｚ軸からの偏りがある場合、ディスク状ミリングカッタの本体 上で、Ｚ−Ｘ面内でＺ方向から小角度の偏りをもってその外側切削刃に取付けら れる。 第１１図のＺ方向に見てジャーナルの機械加工の図で示されるように、機械加 工先端に対する昇り切削工程（ミリングカッタの切削刃の移動方向＝被加工部材 の表面の移動方向）は主に、ジャーナルの機械加工に使用されるが、また、ウエ ブの機械加工にも使用される。その結果、チップが生じ、そのチップの厚みは、 スタート部（Ｈ₁）が比較的肉厚でその後、そのチップの端部へ向かって薄くな る（ｈ_x）。 昇り切削では、切削刃が被加工部材へくい込む時、正確にかみつくという事実 により、即ち、チップの厚みが最初の段階で肉厚となるために、被加工部材がＸ 方向へほとんど押しのけられないという事実により、その昇り切削は好ましい。 加工中、チップの厚みが基本的に増大するような従来のミリングが使用される場 合、この効果は実際上、肉厚を増す部分まで生じ、その結果、円のゆがみが一層 著しくなる。 第１１図に示すようなジャーナルの機械加工において、ミリングカッタの中心 点は、公称サイズに設定した後、ジャーナルが中心軸受用の場合、そのジャーナ ルの周囲の研削中、固定状態のままである。それとは対照的に、クランクピンジ ャーナルが機械加工される場合、ミリングカッタは、主軸受の軸のまわりで毎分 回転数約１５で回転するクランクピンジャーナルの回転に一定して従動しなけれ ばならない。なぜなら、ミリングカッタはＸ方向へのみ専ら移動するが、クラン クピンジャーナルはＸ方向のみならずＹ方向へも移動するからである。 軸受ジャーナルの周囲の寸法が一定したままである場合、所望の平均のチップ の厚みｈ_mittは、専らその中心軸のまわりで回転する軸受ジャーナルの回転速度 によって決まり、クランクピンジャーナルの場合、ビックエンドジャーナルの中 心のまわりで回転する周囲面の機械加工点の回転によって決 まる。 しかしながら、クランク軸は、クランクピンジャーナルを機械加工する時、ま た、ビックエンドジャーナルの周囲の寸法が一定している時でさえ、主軸受の軸 上で、即ちその対称軸上でチャックでつかまれるので、被加工部材の回転速度は 回転中、連続的に調整されなければならない。 第１３図は、機械加工を待機するクランク軸の表面を示す。 これらの表面の第１は、ウエブの外側輪郭１０である。これは円の形に曲げら れた外側輪郭であり、不規則に曲げられる凸状外側輪郭であり、或いは一部、平 坦外面を備えたその他の外側輪郭である。外側ミリングは種々の輪郭を製造する ことができ、その輪郭は、クランク軸の回転軸に対して正接して、又はそれに対 して或る角度をもって伸長する平坦面を含み、さらに湾入する面さえ含む。但し 、その曲率半径が外側ミリングカッタの曲率半径より大である限りにおいてであ る。 ウエブの外側輪郭１０には、そのウエブの側面３が隣接し、その側面はジャー ナルの周囲面１６まで、即ちビックエンドジャーナルＨの又は中心軸受ＭＬの周 囲面まで放射方向で内方へ伸長する。ウエブの側面３の放射方向の内端は、丸味 のあるウエブの移行部分１１に隣接し、これは短い周囲面１２に合流してウエブ の移行部分１１の一部を構成する。 ジャーナルの周囲面１６の軸方向の外端は、切欠部１５に隣接し、その切欠部 １５は、前記周囲面１６から隔った端部が端部側オイルカラ１４に合流し、その オイルカラ１４が軸受の幅を決定する。 更なる段部１３は端部側オイルカラ１４とウエブの移行部２との間に配置され る。 これらの機械加工面の場合、ジャーナルの周囲面１６は一般に、ウエブ４の周 囲の輪郭１０とほとんど同様に、ジャーナル切削先端を使ってミル加工される。 切欠部１５は、それに隣接するオイルカラ１４と共に、別の切欠部切削先端によ って一つの操作で製造される。 端部側のウエブ面３は原則として、別々のウエブ切削用先端を使って製造され 、その工程で、ウエブの移行部１１は周囲面１２と共に製造される。 ウエブの側面３を機械加工するために、別のウエブ切削用先端が使用される。 なぜなら、この操作のために、多量のチップを除去する必要があるからであり、 従って、例えばジャーナル切削用先端を使って、ウエブの側面を製造しなければ ならない場合には、そのジャーナル切削用先端は、急速に摩耗してしまう。 そこで、ウエブ切削用先端だけを配置することが可能であり、或いは、切欠部 切削用先端と共にウエブ切削用先端をミリングカッタのベース本体に配置するこ とも可能である。その結果、例えば、切欠部１５及びオイルカラ１４と共に、周 囲面１６を機械加工することが可能である。 この切欠部切削用先端はまた、別のミリングカッタに配置することもできる。 ウエブ切削先端はまた、一般に、二側使用の場合、別のミリングカッタの本体 の両側に配置される。しかしながら、周囲面を機械加工するジャーナル切削先端 と共に、これらのウエブ切削先端をミリングカッタ本体の辺縁部分に配置するこ ともまた可能である。 周囲面１６等の軸方向の長さがもっと長いものを加工することができるように 、工具はその加工中、Ｚ方向へ移動することができ、かくして、周囲面の螺旋通 路をミル加工することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 シャープフ パウル ディーター ドイツ国 シュラート 73114 ヴァイラ ーバッハヴェーク 13／１ (72)発明者 コールハーゼ マティアス ドイツ国 シュラムベルク―ズルゲン 78713 カスタニーンヴェーク 16 (72)発明者 キーファー ヘルベルト ドイツ国 シュタイスリンゲン 78256 ブルックネル シュトラーセ ６ (72)発明者 シュライバー レオ ドイツ国 シュヴェービッシュ―グミュン ト 73529 フィルスタールシュトラーセ 58

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．切削速度が粗削り時、少なくとも１８０ｍ／分、特に少なくとも３００ｍ／ 分、仕上げ削り時、少なくとも２００ｍ／分、特に少なくとも５００ｍ／分であ ることを特徴とする、特定の切削刃により被加工部材の金属を除去する機械加工 方法。 ２．金属を除去する機械加工はミリング機械加工であることを特徴とする、請求 の範囲第１項記載の方法。 ３．ミリング機械加工は少なくとも１個の外側ミリングカッタ（５）によって行 われることを特徴とする、請求の範囲第２項記載の方法。 ４．外側ミリングカッタ（５）はディスク状の設計を有し、その周囲部分に切削 刃（Ｓ）を備えていることを特徴とする、請求の範囲第３項記載の方法。 ５．クランク軸の金属を除去する機械加工中、クランク軸（１）のウエブ表面（ ３）もまた機械加工されることを特徴とする、前述の請求の範囲の１つに記載の 方法。 ６．ウエブ表面（３）と中心軸受（ＭＬ）又はビックエンドジャーナル（Ｈ１， Ｈ２・・・）の隣接周囲面とが１つの操作で機械加工されることを特徴とする、 請求の範囲第５項記載の方法。 ７．大端ジャーナル（Ｈ１，Ｈ２）及び／又はウエブ（４）の機械加工中、クラ ンク軸（１）は中心軸受（ＭＬ）の対称軸のまわりで回転し、外側ミリングカッ タ（５）は、その回転外側ミリングカッタ（５）の切削刃がビックエンドジャー ナル（Ｈ１，Ｈ２）の周囲面を機械加工するような方法で少なくともＸ方向へビ ックエンドジャーナル（Ｈ１，Ｈ２）の回転に従動するように作られることを特 徴とする、前述の請求の範囲の１つに記載の方法。 ８．ビックエンドジャーナル（Ｈ１，Ｈ２）の機械加工中、クランク軸（１）は 中心軸受（ＭＬ）の対称軸のまわりで回転し、外側ミリングカッタ（５）は、そ の回転外側ミリングカッタ（５）がビックエンドジャーナル（Ｈ１，Ｈ２）の周 囲面を機械加工するような方法で、少なくともＸ方向とＺ方向へビックエンドジ ャーナル（Ｈ１，Ｈ２）の回転に従動するように作られるこ とを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．工具、特に外側ミリングカッタ（５）の回転速度は、被加工部材、特にクラ ンク軸の回転速度の倍数であることを特徴とする前述の請求の範囲の１つに記載 の方法。 １０．工具、特に外側ミリングカッタ（５）の回転速度は、被加工部材、特にク ランク軸（１）の回転速度の少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍であること を特徴とする、請求の範囲第９項に記載の方法。 １１．外側ミリングカッタ（５）の切削刃（Ｓ）は正の工具ジオメトリ、特に正 の工具の通常の切削傾斜度（γｎ）を有することを特徴とする前述の請求の範囲 の１つに記載の方法。 １２．被加工部材、特にクランク軸の回転速度は０〜６０回転／分、特に１０〜 ２０回転／分であることを特徴とする、前述の請求の範囲の１つに記載の方法。 １３．被加工部材はビックエンドジャーナル（Ｈ１，Ｈ２・・・）を有するクラ ンク軸やウエブの側面（３）を有するウエブ（４）や、適切であれば、中心軸受 （ＭＬ）等であることを特徴とする、前述の請求の範囲の１つに記載の方法。