JP2003181720A - 表面の精密加工のための工具 - Google Patents
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Abstract
を仕上げることのできる工具を提供する。 【解決手段】 加工物の表面を精密加工するための工具
1であって、少なくとも1つの画定された切刃19、2
7を有する少なくとも2つの刃物板5、7を備えたもの
において、前記少なくとも1つの切刃の領域内に、刃物
板が異なる材料を有する。また、予備加工上役立つ刃物
板が少なくともその切刃の領域内に超硬合金、サーメッ
トおよび/またはCBN(立方晶窒化ほう素)を有し、
精密加工に役立つ切刃もしくは刃物板がPCD(多結晶
ダイヤモンド)を有する工具とする。
Description
特に例えば穴等の多少なりとも円筒形の凹部、を精密加
工するための工具に関する。
回転させ、固定された加工物の被加工開口部に入り込ま
せることによって行われる。しかし、工具が固定されて
いる間に加工物を回転させることも基本的に可能であ
る。重要なのは工具と加工物との間の相対回転・送り運
動だけである。以下では、工具が回転し加工物が固定さ
れている通常の事例を前提とする。工具は幾何学的に画
定された切刃を有し、これらの切刃は主に刃物板に設け
られる。切刃は表面の加工時に加工物から切屑を除去す
る。きわめて良好な表面品質を達成するために、切削加
工後一般に付加的操作、例えばホーニングまたはローラ
バニシングが利用され、これにより算術平均粗さRa=
0.1μmの表面が達成される。付加的作業ステップに
よって表面の精密加工は時間も費用もかかる。
は、時間的にも経済的にも好ましく精密加工表面を仕上
げることのできる工具を提供することである。
に、請求項1に指摘した特徴を有する工具が提案され
る。工具が少なくとも2つの刃物板を有し、刃物板はそ
れぞれ少なくとも1つの画定された切刃、すなわち幾何
学的に画定された切刃を有する。この工具は、刃物板が
少なくともその切刃の領域内に異なる材料を有すること
を特徴としている。こうして、刃物板の材料は加工物表
面の加工法に特別良好に合わせることができる。1つの
切刃に予備加工を割当て、別の切刃に精密加工を割当
て、切刃もしくは刃物板用に使用する材料を加工方式に
合わせて、付加的加工ステップを省くことができるほど
に滑らかな表面を生じることがこうして可能である。
切刃の領域内に超硬合金、サーメットおよび/またはC
BN(立方晶窒化ほう素)を有し、精密加工に役立つ切
刃もしくは刃物板がPCD(多結晶ダイヤモンド)を有
することを特徴とする工具の実施例が好ましい。刃物板
用のまさにこの材料組合せが特別良好な表面粗さ値をも
たらす。
備加工に役立つ刃物板の切削円半径から数マイクロメー
トル(μm)だけ相違するにすぎないことを特徴とする
工具の実施例が特別好ましい。精密加工用刃物板が予備
加工の刃物板上に僅かに突出しているだけであることに
よって、仕上加工もしくは精密加工に役立つ刃物板の有
効(active)切刃の切込み量がごく少なくなり、
それとともにその加熱が極力少なくなる。
部を備えた工具の実施例が好ましい。供給部は、特にP
CDを有する刃物板もしくは切刃が特別効果的に冷却さ
れるように設計することができる。それとともに、鋳物
材料または鋼材料の加工時にPCDを利用する場合でも
長い寿命を達成できるようにPCD切刃の領域内で最高
500℃の温度を調整することが可能であり、高い表面
品質を保証することができる。
る。
して設計されており、つまり工具1の本体3に固着され
た2つの刃物板5、7を有する。刃物板は本体3に設け
られた好適な溝9、11に嵌挿されている。刃物板5、
7は通常の仕方で、一般に締付爪によって、本体3に固
着される。刃物板をねじで工具1に直接締付けることも
考えられる。
嵌挿されている。ここに設けられた第1案内片13は、
矢印15で示唆した工具1の回転方向に見て、約40°
だけ第1刃物板5よりも後方に位置する。すなわち、案
内片13の中心を半径方向に延びて工具1の中心軸もし
くは回転軸17と交差する線15は第1刃物板5の切刃
19を通る直径線21とで約40°の角度を成す。
が設けられている。最後に第3案内片25が、第1刃物
板5よりも、工具1の回転方向15に見て、約90°だ
け前方に位置するように工具1の本体3に嵌挿されてい
る。
工具1の回転方向15に見て、約40°だけ前方に位置
するように工具1の本体3に嵌挿されている。すなわ
ち、第2刃物板7の切刃27を通って回転軸17と交差
する線29は直径線21とで約40°の角度を成す。
3に凹部が設けられている。これは切刃19、27に付
設される通常の切屑空間31、33であり、切刃19、
27によって除去された加工物の切屑を受容することが
できる。
の表面、特に穴表面を加工するための工具1が回転させ
られ、工具は矢印15で示唆したように反時計回りに回
転する。次に工具1が被加工穴に導入され(送り運
動)、工具1が案内片13、23、25の外周面で支え
られる間に刃物板5、7は穴表面から切屑を除去する。
刃物板5、7の切刃19、27はそれぞれ想定円、いわ
ゆる切削円上にある。第1刃物板5の切削円半径は第2
刃物板7の切削円半径よりも大きい。刃物板5の切刃1
9(仕上げ切刃)だけが案内片13、23、25の外面
の切削円から突出し、つまり案内片は切刃19に対して
半径方向で後退している。
わち予備加工に役立ち、第1刃物板5の切刃19が仕上
加工、すなわち仕上加工とも称される精密加工/細密加
工に役立つことはこうして確保される。
ち、つまり厚さ100分の数mmの切屑を除去するよう
に、刃物板5、7は半径方向で互いにずらされている。
合6刃カッタとして設計され、つまり6つの刃物板を有
し、これにより、一層高い送り速度が実現可能である。
第2刃物板7はこの場合第1刃物板5と一緒に、互いに
直交する両方の直径線21、21’によって形成される
第1象限内に配置されている。第4象限内で第2刃物板
7の下方に第3刃物板35があり、この刃物板は第1刃
物板5と同様に加工物表面の細密加工に役立つ。第3刃
物板35の反対側にある第4刃物板37は予備加工に役
立つ。第2刃物板7の反対側で第5刃物板39が工具
1’の本体3に嵌挿され、予備加工に役立つ。最後に第
1刃物板5の向かい側に第6刃物板41が設けられてお
り、これは加工物表面の予備加工に役立つ。
役立つ2つの刃物板(第1刃物板5、第3刃物板35)
を有し、残りの刃物板(第2刃物板7、第4刃物板3
7、第5刃物板39、第6刃物板41)は加工物表面の
予備加工に役立つことがわかる。
見て、第1刃物板5よりも約60°だけ前方に位置し、
第5刃物板39が約120°だけ前方に位置する一方、
第6刃物板41は第1刃物板5よりも約180°だけ前
方に位置する。第1刃物板5よりも、工具1’の回転方
向に見て、約60°だけ後方に位置する第2刃物板7は
約60°だけ第3刃物板35よりも前方に位置する。
加工用の各1つの刃物板からなる2対と、予備加工用の
2つの刃物板からなる1対とを有する。
側にあることがわかる。
け後方に位置する第1案内片13を有する。その他の刃
物板にそれぞれ付設された案内片43、45、47、4
9、51は各刃物板よりも約20°だけ後方に位置す
る。
物板でもって、他方で案内片でもって加工物表面に当接
する。刃物板の切刃は想定円周、切削円の上にある。こ
のことは案内片の表面にも当てはまる。ここでも、予備
加工に役立つ刃物板、つまり第2刃物板7、第4刃物板
37、第5刃物板39、第6刃物板41は、細密加工に
役立つ刃物板、つまり第1刃物板5と第3刃物板35が
設けられている切削円の半径よりも小さい半径の切削円
を有する。案内片43〜41の切削円は予備加工に役立
つ刃物板の切削円よりも大きい。
つ刃物板から半径方向で張り出す張り出し量はこの場合
やはりごく小さく選定されており、細密加工に役立つ刃
物板は厚さが100分の数mmのごく薄い切屑を除去
し、ここでも微細切削が与えられている。
5と第2刃物板7と案内片13が1平面に投影されてい
る。この図から一方で刃物板相互の、および案内片に対
する前記半径方向ずれを認めることができ、さらには、
ここに指摘した要素が送り方向、つまり工具1もしくは
1’の回転軸17の方向でも互いにずれている事実を認
めることができる。
加工に役立つ第2刃物板7は送り方向に見て、つまり矢
印53の方向で、第1刃物板5および案内片13よりも
前方に位置する。図3は案内片13が矢印53の方向に
見て両方の刃物板5、7よりも後方に位置しており、つ
まり工具1もしくは1’の導入時に最後に被加工物表面
に食い込むことも示す。
半径方向に見て細密加工に役立つ第1刃物板5に対して
後退していることも認めることができる。第1刃物板に
対しては案内片13も多少後退しているが、しかし第2
刃物板7よりは少なく後退しており、こうしていわば、
少なくとも残りの案内片でもって、工具1もしくは1’
の外周を形成する。図1に示す工具1では、例えば、第
2切刃7が付属の第2案内片23に対して約12μm〜
15μmだけ半径方向で後退している。第1刃物板5は
付属の第1案内片13に対して9μm〜12μmだけ半
径方向で突出している。こうして特に第1刃物板5の領
域において前記微細切削が保証される。
が付属の案内片13に対して、工具の送り方向で、0.
20mm〜0.25mmだけ前方に位置するようにする
ことができる。第2切刃について好ましくはこれは付属
の案内片よりも送り方向、つまり矢印53の方向で約
0.50mmだけ前方に位置する。
刃物板、つまり第1刃物板5と第3刃物板35、少なく
ともその切刃が、予備加工に役立つ残りの刃物板もしく
はその切刃とは別の材料から成る。図1、図2の第2刃
物板7、さらには図2に示す刃物板37、39、41、
つまり第4、第5、第6刃物板が予備加工に役立つ。超
硬合金、サーメット、つまり主に炭化チタンまたは窒化
チタンまたは両方から成る超硬合金が予備加工に使用さ
れる。ここではCBNも考えられる。細密加工にはPC
Dが使用される。
は切刃用に異なる材料を選択することによって、その都
度の加工法と加工物素材とに材料を最適に合わせること
が可能である。それゆえに、付加的加工ステップを必要
とすることなく優れた表面品質も達成することができ
る。
料、特にねずみ鋳鉄および/または鋼製の加工物の加工
時に実証された。
こには図示しない冷却剤および/または潤滑剤供給部を
特徴としている。これは、加工された穴の内部で工具の
摩擦を減らすのに役立ち、しかし刃物板の有効切刃、つ
まり加工物表面に食い込む切刃を冷却するのにも役立
つ。冷却剤および/または潤滑剤供給部は、特に有効P
CD切刃が集中的に冷却されてその温度が極力600℃
以下となるように設計される。というのも、約600℃
より上ではPCD切刃で炭素の溶解もしくは組織変態が
起きるからである。いわゆる「黒鉛化」ではダイヤモン
ドの構造が黒鉛構造に変態され、これは刃先の安定性に
関して強い否定的作用を持つ。400℃〜600℃、特
に約450℃〜550℃の温度を生じるほどに効果的な
冷却が実証された。PCDから成る有効切刃(単・複)
が最高500℃の使用温度を達成するような冷却設計が
特に好ましい。冷却剤および/または潤滑剤供給部のこ
の設計に基づいて、アルミニウムや非鉄重金属の切削に
通常使用されるPCD切刃もしくはPCD刃物板を鋳物
および/または鋼の切削に利用することが可能となる。
工物が鋳物および/または鋼から成る場合でも、PCD
から成る有効切刃の領域の温度が主に最高500℃に限
定されることである。これは一方で相応に適合された工
具送り・回転速度によって、他方で相応する冷却によっ
て達成できる。このため冷却剤噴流も、細密加工に役立
つ切刃に、および/またはPCD切刃の前の領域に、直
接向けることができる。PCD切刃領域の過熱は、この
切刃が100分の数mmとごく僅かな切込み量で切削
し、つまり微細切削用にのみ使用されることによっても
防止される。このことからも、温度が過度に上昇するこ
とはなくなる。
もしくは刃物板素材として最適であり、Ra=0.10
μmの表面品質が達成可能であることがわかる。しか
も、ここで確保される低い切刃温度によって比較的長い
工具寿命が達成できる。これは、PCD切刃の摩耗が特
別少ないことから得られる。
明された。しかし例えば4つの切刃を有する工具を実現
することも可能であり、そのうち3つの切刃は予備加工
に役立ち、1つの切刃は細密加工に役立つ。重要な観点
として、ここで言及する種類の工具では切刃数にかかわ
りなく予備加工、つまり粗切削が超硬合金等で実施され
る一方、精密加工もしくは細密加工は少なくとも1つの
PCD切刃で実施される。PCDが炭素に移行するほど
に強くPCD切刃(単・複)が加熱されることのないこ
とは微細切削と特殊冷却とによって確保される。
た刃物板はすべてスローアウェイチップとして構成で
き、つまり複数の切刃を有する。したがって、1つの切
刃の摩耗後にスローアウェイチップを回し、他の切刃が
被加工物表面に食い込み得るようにすることが可能であ
る。
れ斜視図で示す図4、図5A、図5Bを基に前記冷却剤
および/または潤滑剤供給部が詳しく説明される。先行
の図を基にすでに説明された部材には同じ符号が付けて
あり、それらに関しては図1〜図3についての説明を参
照されたい。
それ自体公知の締付爪55によって本体3で保持されて
いる。この実施例の場合第1刃物板5はPCDから成る
切刃19を備えた切刃本体57を含む。締付爪55は切
刃本体57と協働する。
剤および/または潤滑剤流出口59は加圧下の冷却剤お
よび/または潤滑剤を吐き出すことができる。第1流出
口59から流出する(図示しない)冷却剤/潤滑剤噴流
が第1刃物板5のPCD切刃19に直接衝突するように
第1流出口59は本体3に設けられかつ相応に構成され
ている。これにより有効PCD切刃19の集中的冷却を
保証することができる。第1流出口59から流出する冷
却剤/潤滑剤噴流はこの実施例の場合送り方向またはそ
の逆方向に延びる方向成分を事実上持たない。第1流出
口59の前記構成と配置とに基づいて特に主切刃と副切
刃はすくい面と刃先が冷却され、切刃19の逃げ面はあ
まり冷却されない。そこでも効果的冷却を達成するため
に、、図5Aに認めることができるように、他の第2冷
却剤および/または潤滑剤流出口61を、工具1の回転
方向に見て、切刃19の直後で工具1に設けることがで
きる。つまり第2冷却剤/潤滑剤流出口61は第1刃物
板5と後続の案内片13との間に配置されている。第2
流出口61は、そこから流出する冷却剤/潤滑剤噴流が
方向付けられて第1刃物板5の切刃19の逃げ面63に
流れ寄るように構成されかつ配置されている。案内片1
3、逃げ面63、穴表面、工具1の表面部分は、工具1
が穴のなかにあるとき、通路を形成し、この通路は流出
口61を通して冷却剤/潤滑剤を流すことができる。そ
れゆえに、利用された冷却剤/潤滑剤は工具1の軸方向
でのみ逃げることができ、このことがやはり切刃19の
逃げ面63の最適な周囲流、したがって冷却をもたら
す。回転方向15に見て冷却剤/潤滑剤はいわば案内片
13によって切刃19の方向にずらされる。
で示す図5Bにおいて第1刃物板5もしくは切刃19は
2つの側から冷却剤/潤滑剤を当てられ、第1流出口5
9から流出する冷却剤/潤滑剤噴流(矢印65)は実質
的に工具1の回転方向15とは逆向きであり、第2流出
口61から噴出される冷却剤/潤滑剤(矢印67)は実
質的に回転方向15を向いている。
えて加熱されることのないように刃物板5の切刃19の
十分な冷却もしくは潤滑を保証できるようにするため
に、第1流出口59または第2流出口61は十分なもの
とすることができる。勿論、冷却剤および/または潤滑
剤用に3つ以上の流出口を第1刃物板5もしくは切刃1
9に付設しておくことも問題なく可能である。図示しな
い他の変更実施形態によれば、第2刃物板7にも少なく
とも1つの冷却剤および/または潤滑剤流出口が付設さ
れている。ちなみに、特に細密加工に役立つ刃物板5、
35に、しかし残りの刃物板にも、もしくは前記刃物板
の切刃に、少なくとも1つ、好ましくは2つの冷却剤お
よび/または潤滑剤噴流を当てることが可能である。
切刃本体57’を有し、締付爪55’によって工具1の
本体3内で保持されている。第2刃物板7の切刃27は
この場合切刃本体57’と一体に構成されている。すな
わち、切刃27は好ましくは超硬合金、サーメットおよ
び/またはCBNから成る切刃本体57’から仕上げら
れ、例えば研磨して仕上げられる。切刃27を切刃本体
57’とは別の素材で構成し、好適な仕方で切刃本体に
固着することも勿論可能である。
影された工具の概略図。
Claims (32)
- 【請求項1】 加工物の表面を精密加工するための工具
であって、少なくとも1つの画定された切刃を有する少
なくとも2つの刃物板を備えたものにおいて、少なくと
も、前記少なくとも1つの切刃の領域内に、刃物板
(5、7;35、37、39、41)が異なる材料を有
することを特徴とする工具。 - 【請求項2】 1つの刃物板(5)はそれが工具の周面
から他の刃物板よりも一層張り出すように配置可能であ
り、および/または刃物板は、工具の長手方向に見て、
互いにずらして配置可能であることを特徴とする、請求
項1記載の工具。 - 【請求項3】 工具(1;1’)の周面から第2刃物板
(7)よりも一層張り出す第1刃物板(5)が、少なく
とも、前記少なくとも1つの切刃の領域内に、PCDを
有し、仕上加工に役立つことを特徴とする、請求項1ま
たは2記載の工具。 - 【請求項4】 工具(1、1’)の周面から第1刃物板
(5)よりも張り出すことの少ない第2刃物板(7)
が、少なくとも、前記少なくとも1つの切刃の領域内
に、超硬合金、サーメットおよび/またはCBNを有
し、予備加工に役立つことを特徴とする、請求項1から
3のいずれか記載の工具。 - 【請求項5】 第1刃物板(5)が、工具の送り方向に
見て、第2刃物板(7)よりも後方に位置することを特
徴とする、請求項1から4のいずれか記載の工具。 - 【請求項6】 少なくとも1つの案内片(13、23、
25)が設けられていることを特徴とする、請求項1か
ら5のいずれか記載の記載の工具。 - 【請求項7】 前記少なくとも1つの案内片が、工具の
送り方向に見て、第1および/または第2刃物板よりも
後方に位置することを特徴とする、請求項1から6のい
ずれか記載の工具。 - 【請求項8】 工具(1)が2刃カッタとして構成され
ており、第1案内片(13)が、工具の回転方向に見
て、約40°だけ第1刃物板(5)よりも後方に位置す
ることを特徴とする、請求項1から7のいずれか記載の
工具。 - 【請求項9】 第2案内片(23)が第1刃物板(5)
の向かい側にあることを特徴とする、請求項1から8の
いずれか記載の工具。 - 【請求項10】 第3案内片(25)が、工具の送り方
向に見て、約90°だけ第1刃物板(5)よりも前方に
位置することを特徴とする、請求項1から9のいずれか
記載の工具。 - 【請求項11】 第2刃物板(7)が、工具の回転方向
に見て、約220°だけ第1刃物板(5)よりも前方に
位置することを特徴とする、請求項1から10のいずれ
か記載の工具。 - 【請求項12】 工具(1’)が6刃カッタとして構成
されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれ
か記載の工具。 - 【請求項13】 工具(1’)が予備加工に役立つ4つ
の刃物板と仕上加工に役立つ2つの刃物板とを有するこ
とを特徴とする、請求項12記載の工具。 - 【請求項14】 仕上加工に役立つ第1刃物板(5)
が、工具の回転方向に見て、約60°だけ、予備加工に
役立つ第2刃物板(7)よりも前方に位置することを特
徴とする、請求項12または13記載の工具。 - 【請求項15】 仕上加工に役立つ第3刃物板(35)
がさらに設けられていることを特徴とする、請求項11
から14のいずれか記載の工具。 - 【請求項16】 予備加工に役立つ少なくとも1つ、好
ましくは3つの刃物が、工具の回転方向に見て、第1刃
物板(5)よりも前方に位置することを特徴とする、請
求項11から15のいずれか記載の工具。 - 【請求項17】 予備加工に役立つ第4刃物板(37)
が、工具(1)の回転方向に見て、約60°だけ第1刃
物板(5)よりも前方に位置することを特徴とする、請
求項11から16のいずれか記載の工具。 - 【請求項18】 予備加工に役立つ第5刃物板(39)
が、工具の回転方向に見て、約120°だけ第1刃物板
(5)よりも前方に位置することを特徴とする、請求項
11から17のいずれか記載の工具。 - 【請求項19】 予備加工に役立つ第6刃物板(41)
が第1刃物板(5)の向かい側にあることを特徴とす
る、請求項11から18のいずれか記載の工具。 - 【請求項20】 刃物板が対で向かい合わせに配置可能
であることを特徴とする、請求項1から19のいずれか
記載の工具。 - 【請求項21】 案内片が刃物板の少なくとも1つに付
設されていることを特徴とする、請求項1から20のい
ずれか記載の工具。 - 【請求項22】 案内片が、工具の回転方向に見て、約
20°だけ付属の刃物板よりも後方に位置することを特
徴とする、請求項11から21のいずれか記載の工具。 - 【請求項23】 各刃物板に案内片が付設されているこ
とを特徴とする、請求項11から22のいずれか記載の
工具。 - 【請求項24】 案内片が対で向かい合わせに配置され
ていることを特徴とする、請求項11から23のいずれ
か記載の工具。 - 【請求項25】 第1刃物板(5)が、工具の送り方向
に見て、約0.20mmから0.25mmだけ付属の案
内片(13)よりも前方に位置することを特徴とする、
請求項1から24のいずれか記載の工具。 - 【請求項26】 第2切刃(27)が、工具の送り方向
に見て、約0.50mmだけ付属の案内片よりも前方に
位置することを特徴とする、請求項1から25のいずれ
か記載の工具。 - 【請求項27】 第2刃物板(7)が付属の案内片の表
面下に半径方向で12μmから15μmだけ突出してい
ることを特徴とする、請求項1から26のいずれか記載
の工具。 - 【請求項28】 第1刃物板(5)が付属の案内片(1
3)の外面上に9μmから12μmだけ突出しているこ
とを特徴とする、請求項1から27のいずれか記載の工
具。 - 【請求項29】 冷却剤および/または潤滑剤供給部が
設けられていることを特徴とする、請求項1から28の
いずれか記載の工具。 - 【請求項30】 少なくとも細密加工に役立つ刃物板の
冷却は、この刃物板、特にその有効(active)切
刃が、加工物表面の加工時に600℃以下、好ましくは
400℃から600℃、特に約450℃から550℃の
範囲内の温度となるように設計可能であることを特徴と
する、請求項1から29のいずれか記載の工具。 - 【請求項31】 冷却は、刃物板もしくは少なくともそ
の有効切刃の温度がほぼ最高500℃の範囲内となるよ
うに設計可能であることを特徴とする、請求項29記載
の工具。 - 【請求項32】 請求項1から31のいずれか記載の工
具の、鋳物材料製、特にねずみ鋳鉄および/または鋼製
加工物を加工することへの使用。
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