JP2005501749A - ねじれを生じない回転対称面の鋼切削方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、回転対称面の、特に回転金属工作物(1)の中心対称面(1a)の、特に鋼製あるいはねずみ鋳鉄製のものの、また硬化された状態のものの、幾何学的に決定された一つのカッタ(2a)あるいは幾つかのカッタを用いて行う、切削に関する。機械加工される軸線方向範囲及び表面材料は、ほとんど又は全く限定されず、および／または、この方法によれば機械加工の作業時間が低減され、および／または、工具の寿命が延ばされ、および／または、無ねじれ状態が達成される。工作物の回転軸線(10)に対し傾斜した少なくとも一つのカッタ(2a)が、送り動作(3,3')の間回転工作物に接触した状態で案内され、回転軸線の機械工作パラメータ、特に送りの向きにおける前進送り及び長手方向(z)に対するカッタ(2a)の傾斜位置(x)が、機械加工される表面におけるねじれの度合(s)および／またはねじれの深さ(t)、特にねじれの深さが最小化されるように選択され、前進送り動作は軸線方向動を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【利用分野】
【０００１】
本発明は、ある種の形状を有する一つのカッタあるいは幾つかのカッタを用いて行う、回転対称面の、特に回転金属工作物の中心対称面の、特に鋼製あるいはねずみ鋳鉄製のものの、また硬化された状態のものの、鋼切削に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の形状を有するカッタを用いて行う、軟鋼状態及び硬化状態の回転対称面の鋼切削は、当該技術の実情を構成する。それによって、仕上げ、バフ研磨、ホーニング仕上げ及び同様な方法が部分的に代替される。
【０００３】
現在では、硬化された工作物を切削する場合でも十分に長い耐用期間をもたらす切削材が様々な形で入手可能である。
【０００４】
たとえ最初の機械加工が高レベルの精度で行われるとしても、一般に硬化後の機械加工が必要である。なぜなら、硬化後に、一般に硬化に因るかなりの歪みが部分的に生じるからである。それゆえ、工作物の正確なサイズを回復する工程が必須である。
【０００５】
軸線方向旋削は必ず、すなわち、機械加工される材料を問わず、あるいはそれが硬化されているか否かに関係なく、ねじれ面を生じる。
【０００６】
この面は、回転する工作物に沿った工具の前進によって、ねじピッチを生み出す（ねじれた）ねじ山状構造に対応する定常的な構造（溝状突起）を呈する。
【０００７】
このことは、円柱状、円錐状あるいはその他の形状の工作物面にも同じ程度に当てはまる。それゆえ、機械加工する工作物の面は、例えば、ねじ山あるいはねじ山の複数部分の形状を有する。
【０００８】
ねじ山の深さとねじ山形状構造のひだをそれぞれ記述する式による依存性を図３に示す。
【０００９】
切削送り運動は、特に仕上げ面の品位を高めるために硬化された工作物の場合には、一般に非常に小さく、このことは、比較的に緩慢な機械加工の進捗及び低い切削量性能に帰結することがしばしばである。
【００１０】
比較的に低い切削量性能は重大な経済的欠点であるが、ねじれ面は、それらの上に配置されるパッキングに、特に、パッキングが面に対して移動する場合、例えば、固定されたパッキングの内側で軸が回転する場合に、技術的な問題が生じる。このようなパッキングとしては、例えば、よく知られた軸ラジアルパッキングワッシャーがある。
【００１１】
溝あるいはねじ山状突起によって、そのようなねじれ面は、冷却剤、燃料等を、面に沿って、パッキングの廻りに、軸線方向に一方の側から他方の側に搬送する。それゆえ、パッキングのシール効果が甚だしく低下することになる。特に、例えば、衛生上のあるいは環境保全上の理由から漏洩無しで運転しなければならない機械の場合、このことは考慮するに値する問題である。
【００１２】
さらに、これらの溝あるいはねじ山状の突起が原因となって、ねじれ面に設けられた密封要素は、やがてはそれらのライン或いは接触面において劣化し、あるいは少なくとも強く摩耗的ストレスを受けることがしばしば発生する。この摩耗あるいは劣化によって、密封効果もやがては大幅に低下するか失われることがしばしば生じる。
【００１３】
回転工作物の実際の鋼切削においては、上述した問題を考慮すると、下記のような状況が生じる。
【００１４】
回転対称面を回転させる場合には、工作物に対して工具を半径方向に移動させる（横運動旋削）ことによって、ねじ山形状のものが出現することを避ける試みがなされる。軸線方向の運動が無くなるので、ねじれの無い面が得られる。けれども、カッタが軸線方向に得られるべき全回転対称面ほどの幅がある場合、特に硬化面を機械加工する際に、非常に大きな横方向の力が生じることになり、さらに，動的不安定性ゆえに、振動を生じる傾向が高くなる。これらの動的不安定性及び振動は、それぞれ直ちに非常に大きな表面不均質性をもたらすことになって、この場合、表面は同様に完璧な密封を達成するには不均質過ぎることになる。
【００１５】
機械加工される面がより広い場合は、カッタは補充的にそれらの面に沿って、すなわち軸線方向に、移動することになり、これは、カッタを縦方向に正確に平行となるように配置しない限り、当然ながら軸線方向に再びねじれ面が生じる。しかしながら、そのような平行位置関係が達成された場合には、カッタは直ちに振動する傾向を示す。
【００１６】
したがって、当該技術の現状においては、このようにして生じるねじれを、特に旋削の後に残るねじ山状溝を、後続する費用の嵩む補充的な方法によって十分に低減させるか完全に除去して、完全な密封効果をもたらすことが必要である。
【００１７】
面のねじれ（旋削溝）を回避する可能性として、回転ブローチ削り方法が考えられ、そこでは、ブローチ削りカッタが、回転する工作物のまわりで接線方向に移動される。回転ブローチ盤の個々のカッタが、工作物の回転軸に対して平行に向けられる場合は、ここでもカッタに大きな力が作用する問題が発生し、それによって動的不安定性と振動の傾向が生じる。
【００１８】
カッタホルダーの外周にカッタを有する円板状カッタホルダーによって回転ブローチ削りを行う場合、直線カッタを斜めに配置すると、正確な円柱面ではなく凸曲面の工作物が得られてしまう問題が付随的に生じることになる。
【００１９】
さらに、しばしば補助的方法として、面のバフ研磨が用いられる。これは、一般に工作物を別の種類の機械上に取りつける必要があることを意味する。このことは、補助的機械を用いることを含む製造プロセスの拡張によって、工作物当りの費用が高騰することを意味し、それによって経済効率のかなりの悪化につながる。さらに、当該技術の現状においては、工作物の最終機械加工時には、可能ならば、バフ研磨は避けるべきである。なぜなら、これは一般に湿式方法として実施され、それによって、バフ研磨スライムに起因する付随的な環境問題や健康上の問題が発生し、経済効率を悪化させるからである。
【００２０】
さらに、バフ研磨方法の結果、最初に研磨輪上に現れ、最終的に工作物上に生じるねじれ構造が、バフ研磨においても発生する。仕上げにおいても、そこでは仕上げバンドあるいは仕上げ要素が工作物に接触するが、振動と、工作物に対する仕上げ工具の補充的な縦方向移動がそれぞれ原因となって、ねじれ面構造が発生する。
【００２１】
さらに、ＤＥ１９９６３８９７により、工作物の回転軸線に対して斜めに配置されたカッタによる工作物の機械加工が知られており、そこではカッタは工作物に沿って接線方向に移動される。カッタのリードおよび／または斜め配置を調整することで、ねじれ状溝のピッチと深さの双方を最小限に抑えることが可能であり、硬化された工作物の機械加工においてはカッタの切削量能力を最適化することが可能である。
【００２２】
この方法の欠点は、機械加工される面の軸線方向長さが、小さな板の軸線方向において可能な長さによって制約されることである。
【発明の開示】
【技術的目的】
【００２３】
したがって、本発明の目的は下記のとおりである。
【００２４】
機械加工される面の軸線方向長さ及び面の追加材質の制約を減らすかあるいは全く制約しないことおよび／または
この方法による機械加工の作業期間を低減させることおよび／または
カッタの耐用期間を増大させることおよび／または
更にねじれなしの効果を得ること。
【目的の達成】
【００２５】
この目的は、請求項１の特徴によって達成される。好都合な実施例は従属請求項に記載されている。
【００２６】
カッタホルダーの軸線方向リードによって、一つのカッタあるいは幾つかのカッタを有するカッタホルダーの一度のパスあるいは幾つかのパスによって機械加工可能な工作物面の軸線方向サイズが影響され得る。
【００２７】
この場合、直線あるいは曲線のカッタは、その隅を回転中心に向けて配置されず、機械加工される面の外周に対して斜めに固定されているので、ねじれの低減あるいは解消が達成され得る。
【００２８】
軸線方向リード成分と接線方向リード成分との関係は、線形送り運動の場合には一定比率であるが、ここでは発生するかもしれない付加的なねじれに、またカッタの形状に影響を及ぼす。特に、曲がったカッタが接平面に配置されない場合、カッタは機械加工される工作物に対して移動されるが、カッタはこの接平面に対して横向きに配置され、この接平面は、送り運動の方向と送り運動の方向から見たカッタリッジ突起（cutter ridge projection）とによって定められる。
【００２９】
接線方向運動と軸線方向運動は互いに対して独立して制御可能であり、一方において、カッタの長手方向範囲に沿って摩耗を制御することが可能であり、特にこの長手方向範囲に沿って摩耗を一定に配分することが可能であり、他方において、最適化の目的によって決まるが、機械加工される回転対称面に生じるねじれは、同様に工作物に対するその長手方向位置を変更することが可能である。
【００３０】
本発明によるこの方法を用いれば、母線（generating line）を有する回転対称面（例えば、円錐）だけでなく、母線を持たない回転対称面、したがってある種の形状を有する回転対称面を機械加工することも可能である。このことは、特に、ある種の形状、したがって凹面あるいは凸面形状を有する回転対称面をも直線カッタを用いてでさえ機械加工可能である。
【００３１】
この目的のためには、直線カッタの場合には、軸線方向運動と接線方向運動に加えて、工作物とカッタが接触する間、半径方向運動を加える必要があり、望みの形状を得るためには、この半径方向運動は、同様に他の二つの成分に対して独立して制御される必要がある。カッタをその送り運動に対する横平面において適切に成形する場合には、面形状の半径方向成分をカッタ形状に組み込むことが可能であり、そうすれば半径方向（Ｙ方向）位置決めが不要となる。
【００３２】
理想的な状況においては、工具を、工作物に対して、少なくとも横方向の一つ（Ｘ方向あるいはＹ方向）の廻りに傾けることが可能であり、したがって、各機械加工点においてカッタ送り面は、工作物の曲線に対し常に接線方向に案内され得る。送り運動の軸線方向成分（Ｚ方向）と共に、これは全体としてねじ運動となる。
【００３３】
望ましいねじれ最小化とカッタの最小使用期間を遵守して、工作物面に対し意図する軸線方向範囲が、小板に得られる軸線方向範囲により達成できない場合は、工作物面の軸線方向長さの機械加工を、異なる複数のカッタを用いる継続的なあるいは同時的な機械加工に分割することができる。
【００３４】
これらのカッタは、全く同一のカッタホルダー基体上に、計画された継続使用に対応して、縦方向に互いにずらして、特に、横方向においては互いに僅かに重なるように配置することができ、縦方向に関しては追加的な横方向離間の必要はない。全く同一の基体上に、あるいは異なる複数の基体上に配置された、同時的にあるいは継続的に用いられるカッタは、異なる機械加工の段階、例えば、荒削りと仕上げとに関連し得る。
【００３５】
カッタホルダーをその縦方向について制御する可能性に関連した理由から、異なるカッタを専ら横方向にずらしたのみの配置で十分であり、従って、最初のカッタの作動後、次のカッタの作動前に、カッタホルダー全体が工作物に対して縦方向に正しく位置決めされる。
【００３６】
カッタホルダーの円形基体、特に円板状基体、の外周に異なるカッタを配置させることが可能であり、その場合、カッタの作動中、カッタホルダーユニットが工作物に対して瞬間的な線形送り運動を専ら行う間、望ましくはカッタホルダーの円形送りが停止される。
【００３７】
カッタ摩耗の均一性が、最適化の目的のためにカッタの縦方向範囲に沿って制御可能であるので、例えば、カッタの耐用期間の最適化が追加的に達成される。
【００３８】
さらに、本発明の方法によれば、工作物上に、例えば縦方向に、硬化された金属から非硬化金属へのあるいはその逆の移行領域が一つあるいはもっと多く存在する面を同様に機械加工することが可能である。このような移行領域はこれまで大きな機械加工上の問題を提起してきた。なぜなら、硬化された金属に対して、及び非硬化金属に対しては、それぞれ適切なカッタ材料が知られていたが、両者を早すぎる摩耗を伴わずに機械加工できるカッタ材料は無かったからである。
【００３９】
けれども、本発明の方法によれば、ＣＢＮ (立方晶窒化ホウ素)および／または超硬合金を用いて、硬化された材料と非硬化材料との双方を、また二つのそのような異なる領域間の移行領域を切削することが可能であり、その場合、カッタ及び小板それぞれの摩耗は正常な範囲内に留まる。この理由は、少なくとも僅かな接線方向成分が常に送り運動に保持される限り、カッタの任意の点は常に非常に短い時間だけ工作物に作用するという事実から、理解されよう。
【００４０】
本発明による方法の別の利点は、仕上げ面のひだの状態のみならず、仕上げ面の真円度についても、非常に品位の良い仕上げ面を得られる可能性である。
【実施形態】
【００４１】
以下に、例として本発明による幾つかの実施形態を、図面を参照しつつより詳細に記述する。
【００４２】
Ｆｉｇ．１は、機械加工状況の斜視図である。
【００４３】
Ｆｉｇ．２は、Ｆｉｇ．１の状況の、回転軸線１０及び送り運動３に対して横方向の図である。
【００４４】
Ｆｉｇ．３は、技術の現状と本発明による解決を示すための、軸線方向旋削の場合の状況図である。
【００４５】
Ｆｉｇ．４及びＦｉｇ．４ａは、別の機械加工状況を示す斜視図である。
【００４６】
Ｆｉｇ．４ｂは、Ｆｉｇ．４ａによる状況の上半径方向図である。
【００４７】
Ｆｉｇ．４ｃは、もう一つの状況を示す上半径方向図である。
【００４８】
Ｆｉｇ．４ｄは、他の一つの状況を示す上半径方向図である。
【００４９】
Ｆｉｇ．５は、それぞれより多くのカッタを備えたカッタホルダーを示す上半径方向図である。
【００５０】
先ず、Ｆｉｇ．３において、例えば軸線方向旋削において、カッタを回転軸線方向に移動させることによって、そしてその頭頂半径ｒＥによって、どのようにしてねじ山状の面が生じるかが表されている。
【００５１】
単位をmm／工作物回転で示される一定リードｆの場合、回転軸線１０方向のピッチが一定リードｆで一定である螺旋形の溝５が生じる。この溝の深さｔ'は、ここでは明らかに、得られる切削の頭頂半径ｒＥのサイズによって決まる。この頭頂半径ｒＥが大きいほど、溝内面はより平らとなり、したがって深さｔ'は小さくなる。式による依存関係を下記に示す。
【数１】
【００５２】
一般に少なくともカッタリッジ（cutter ridge）の一つを、特に切削隅を生じる第２の切削端のそれをできるだけ小さな角度に、望ましくは回転軸線１０の方向に平行に位置決めすることにより、通常は深さｔ'を最小限にすることが可能となる。事前にタクトタイムが設定されるため、リードｆは、製造段階において望むだけ低減させることができない。
【００５３】
Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．２は、接線方向旋削の状況を示す。
【００５４】
Ｆｉｇ．１に示すように、機械加工される回転対称面１ａを有する工作物１は、回転軸線１０の廻りを回転し、回転軸線１０は、旋盤あるいは回転ブローチ盤の場合には通常Ｚ方向と呼ばれており、通常はこれに対してＸ方向及びＹ方向が設定される。
【００５５】
Ｚ方向１０において、機械加工される回転対称面１ａは幅ｂを有し、一般にその後の使用の際には、回転対称面１ａは、軸ラジアルパッキングワッシャーあるいは別の同様な要素のための位置決め面となる必要がある。
【００５６】
カッタホルダー２は、そのカッタ２ａをＺ方向に対して斜めに向けられた状態で、送り運動(３)の方向に工作物に沿って案内される。送り運動(３)の方向は、回転対称面１ａの接平面の一つに平行であり、回転軸線１０の方向に対して横方向であり、従って個々の切削領域は、回転対称面１ａのうちＺ方向における異なる領域に連続的に接触し、回転軸線１０の方向、従って方向１０におけるカッタ２ａの範囲は、機械加工される面の幅ｂと等しいか幅ｂよりも大きい。カッタホルダーの送り運動３の方向は、工作物回転軸線１０に垂直な平面、従って工作物の半径方向平面内に、あるいは工作物回転軸線１０に対し傾斜した平面内にあってもよい（送り運動３'の方向)。
【００５７】
工作物回転軸線１０の方向において見ると、送り運動３及び３'の方向は常に機械加工される回転対称面の理論直径の接線となる（Ｆｉｇ．１ａ参照）。
【００５８】
機械加工の際に、工作物１は回転方向７に回転し、したがってカッタ２ａと機械加工される面１ａとの間の接触領域において、工作物１の面はカッタ２ａに向かって移動する。
【００５９】
Ｆｉｇ．２のＹ方向を上から見た図は、工作物１の回転軸線１０に対するカッタ２ａの傾斜配置角度αと、カッタ２ａの送り運動３を示し、送り運動３は、上から見るとこの回転軸線に対して直角となる。
【００６０】
機械加工においてＦｉｇ．２のカッタ２ａの右隅から左隅に向かって起きる切削運動により、Ｆｉｇ．２に示すようなねじ山状表面構造が生じる。この面構造は、ねじ山状溝５によって形成され、ねじ山状溝５の螺旋は工作物の長手方向に互いに直接に隣接し、その間にねじ山状突起６を形成する。
【００６１】
この図示において、溝５のサイズは、実際の状況と比較すると非常に誇張されている。溝５の深さはねじれの深さｔとして、そして、回転軸線１０の方向において測定した突起６の二つの螺旋の間の距離及び溝５の二つの螺旋の間の距離はねじれピッチｓとして表される。
【００６２】
カッタ２ａは、工作物１に対して、回転軸線１０に対する横送り運動３'に沿って移動させることが可能である。特にカッタ２ａに直角に移動させることが可能であり、その場合はカッタ２ａの幅を幾分か小さくすることが必要となる。
【００６３】
ねじれのピッチｓは、送り運動３の方向に前進をもたらし且つ工作物の一回転当りのミリメートルの単位で測定されるリードｆと、傾斜配置角度αに、次のように依存する。
【数２】
【００６４】
ねじれの深さｔは、機械加工される面１ａから突起６間の深さ（コア直径)まで測定される工作物半径ｒと、リードｆとに、次のように依存する。
【数３】
【００６５】
Ｆｉｇ．２の表示から、ねじれの深さｔ＝０あるいは少なくともｔ＜１μｍ、特にｔ＜０.４μｍ、特にｔ＜０.２μｍに達すると、ねじれのピッチｓのサイズはもはや何の重要性ももたないことが明らかとなる。
【００６６】
したがって、第一に、リードｆをできるだけ小さく保つこと、特にねじれの深さｔが著しく小さくなるほど小さく、特にこのようにして得られる面のひだの深さＲｚよりも少なくともファクター３ほどあるいは望ましくはファクター５ほど小さくなるように企図される。ひだの深さＲｚはふつうは１.５μｍと６μｍの間の範囲内にある。
【００６７】
Ｆｉｇ．４に示す本発明による解決手段は、カッタ、特に直線の、斜めに設けたカッタを、前述した方法で用いることによって、母線（generating line）を持たないが、生成線（generator line）を有する回転対称面１ａが、Ｆｉｇ．４の工作物１の凹面生成作要素（concave generator）及び面１ａのように実現可能であることを示している。
【００６８】
このためには、送り運動３は、回転軸線１０に向けて径方向を向く運動成分３ｙを有する必要がある。
【００６９】
Ｆｉｇ．４のＹ方向における上半径方向図が示すように、Ｆｉｇ．４の機械加工状況において、面１ａの機械加工中、接線成分３ｘは、軸線方向成分３ｚに対して常に固定された一定関係であることが可能であり、それによってＦｉｇ．４ｂの上から見た図の線形送り運動３'、３''となる。
【００７０】
けれども、この関係３ｙ/３ｚは、軸線方向に機械加工が進む間に、望ましくは変更され、そのため、上から見た場合に線形送り運動が生じないものとなる。接線成分と軸線方向成分のこの独立した制御によって、工作物に作用する接線方向力だけでなく半径方向力を互いにできるだけ独立的に制御可能となる。それによって、例えば、カッタ２ａの使用期間および／または表面の品質および／またはねじれの最小化の最適化が可能となる。
【００７１】
典型的なケース（Ｆｉｇ．４ｂ)では、カッタを使用しはじめる最初の時には、接線成分３ｘを比較的に大きくしてカッタ２ａの前部への負荷を最小に抑える。
【００７２】
面１ａの軸線方向範囲のうち中間領域においては、送り運動の軸線方向成分３ｚは、事前設定された目的が許す限り、ねじれの最小化あるいはカッタ２ａの中間領域のカッタ摩耗を考慮して、目に見えて増加される。
【００７３】
機械加工が完了に近くなり、したがって面１ａの軸線方向範囲のうち終端に近くなると、例えば接線方向成分３ｘが軸線方向成分３ｚに対して再び増加され、今度はカッタ２ａの他端における摩耗を小さく維持する。
【００７４】
Ｆｉｇ．４ｃも機械加工プロセスを示し、先ず、送り運動３、３'は最初に軸線方向成分３ｚと接線方向成分３ｘの双方を持ち、次に、比較的に大きな中間領域においては、軸線方向移動(３ｚ)のみがなされ、それから、送り運動の完了が近くなると再び接線方向成分３ｘが加えられる。これは、非常に長い工作物面１ａを単一のカッタ２ａを用いて軸線方向に機械加工する必要がある状況において典型的なことである。
【００７５】
Ｆｉｇ．４ｄは、やや逆の状況を示す。
【００７６】
この送り運動３''''では、送り運動の始めと完了近くの双方の、極めて大きな領域において、カッタホルダーは専ら軸線方向に(３ｚ１,３ｚ３)移動させられる。中間領域においてのみ、排他的あるいは包含的に接線方向(３ｘ２)のカッタホルダー移動が行われる。これは、中間領域が非硬化材のみであり、前領域及び後領域が硬化されており、カッタ２ａがＣＢＮあるいは超硬合金製である状況において典型的なプロセスであろうし、非硬化領域においてカッタ２ａの一点ができるだけ短い時間内に作用しなければばならない理由である。
【００７７】
補足的に、実現すべき面によっては、半径方向成分Ｙを重ねることが必要であり、半径方向成分Ｙは、軸線方向３ｚの可変移動速度に従って、他成分と同様に別々に制御される。
【００７８】
機械加工点のそれぞれについての接平面へのカッタ移動平面の位置決めを可能とするために、真っ先に、機械加工される面の凸面領域において、カッタ２ａは、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向の成分を含み得る傾け軸線１４の廻りで傾けられることが望ましく、傾け軸線１４は、Ｆｉｇ．４ａに示すように、特にＸ軸と平行である。
【００７９】
Ｆｉｇ．５は、上半径方向図であり、もっと多くのカッタ２ａ１、２ａ２...による、面の機械加工を示す。
【００８０】
Ｆｉｇ．５ａによると、これらは、時間的に継続して動作するカッタ２ａ１、２ａ２...であり、単一のカッタによって望みの最適化がもはや達成できない場合に必要不可欠のものである。
【００８１】
Ｆｉｇ．５ａにおいて、これらのカッタ２ａ１、２ａ２...は、接線方向Ｘに互いにずらされており、前のカッタが動作を止めた時に次のカッタが動作する。さらに、ここでは、軸線方向（Ｚ方向）にも離間しており、この方向においてはカッタ２ａ１、２ａ２...は互いに僅かに重なってもよい。
【００８２】
カッタ２ａ１、２ａ２...は、例えば、カッタホルダー１３の共通基体に固定され、この基体は、望ましくは、少なくともＸ及びＺ方向に、そして、非円筒面の機械加工を行うためにはＹ方向に、互いに独立して制御され得るものである。
【００８３】
また、上半径方向図であり、したがってＹ方向に見たものであるＦｉｇ．５ｂの解決手段によれば、カッタ２ａ１、２ａ２...は、軸線方向Ｚに沿って互いにずらされており、Ｚ方向に僅かに重なっていることが望ましい。代わりに、接線方向、すなわちＸ方向においては、位置ずれは無いか、又は最小限の位置ずれであり、全てのカッタ２ａ１、２ａ２...が工作物の面１ａに同時に最初に接触するのを防止する。カッタ２ａ１、２ａ２...の長手方向範囲に関連する傾斜配置が非常に長くて、Ｘ方向のカッタの全位置ずれが、その前部領域においてこの方向における次のカッタの横断面よりも大きい場合には、接線方向Ｘのカッタのずれは回避され得る。
【００８４】
この解決策の利点は、非常に大きな面１ａを、小さな送り運動を用いることで、したがって非常に迅速に、完全に機械加工できることである。一方、Ｘ方向のカッタ２ａ１、２ａ２...の補充的な継続においては、これらのカッタを全て時間的に継続して動作させるには、ずっと大きな前進運動が必要である。
【００８５】
また、Ｆｉｇ．５ｃにおいては、上半径方向図において、したがってＹ方向に見た状態で、より多くのカッタ２ａ１、２ａ２...が同じＺ位置に、したがって接線方向Ｘに一列に、特に互いに平行に配置され、したがって同じ傾斜配置角度αを有する。これらのカッタは、二つの空間方向Ｘ、Ｚあるいは必要ならば三つの空間方向Ｘ、Ｚ、Ｙに可動なカッタホルダー基体に固定することが可能であり、あるいは、回転軸線が望ましくはＦｉｇ．５のＺ方向に平行に設けられた円板状カッタホルダー基体の円周にずらして配置することも可能である。Ｆｉｇ．５はこの円周の少なくとも一部を示す。
【００８６】
面１ａの異なる軸線方向領域を機械加工する上で個々のカッタを継続的に用いるために、一つのカッタ、例えば２ａ１が動作を停止した後、カッタ２ａ２が動作を開始する前に、カッタホルダー１３'のこの基体は、カッタホルダー１３'の基体の傾け軸線１５の廻りに適切な角度傾けられ、そして軸線方向に補充的に移動される。
【００８７】
工作物の機械加工の間に、カッタホルダー１３'の円板状基体の傾斜動が中断され、その間、カッタホルダー基体は専ら線形的にＸ、Ｚ方向に、そして必要ならＹ方向に移動する。
【００８８】
当然のことながら、Ｆｉｇ．５ｃの同じ軸線方向位置に配置されたこれらのカッタは、軸線方向運動無しで同じ面上で継続的に用いることが可能であり、これは、カッタが機械加工の複数段階を、例えば、荒削り、仕上げ及び高度仕上げを継続的に実施する場合に特に便利である。
【００８９】
ここで、一つのカッタ２ａ３の例のように、Ｆｉｇ．５ｃの上半径方向図に示すこのようなカッタは、必ずしも直線である必要は無く、曲がった形状でもよい。例えば凹面でもよく凸面でもよい。
【００９０】
補充的に、あるいは代わりに、このようなカッタは、送り運動の方向に見て、したがってＦｉｇ．５ｃの接線方向Ｘにおいて、送り運動３とカッタ２ａの主方向によって形成される送り平面において曲がっていない切削リッジｋを持つことが可能であり、この切削リッジｋはこの送り面１６に向かって曲がっている。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】機械加工状況の斜視図Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．１ａである。
【図２】Ｆｉｇ．１の状況の、回転軸線１０及び送り運動３に対して横方向の図Ｆｉｇ．２である。
【図３】技術の現状と本発明による解決を示すための、軸線方向旋削の場合の状況図Ｆｉｇ．３である。
【図４】別の機械加工状況を示す斜視図Ｆｉｇ．４及びＦｉｇ．４ａである。
【図５】Ｆｉｇ．４ａによる状況の上半径方向図Ｆｉｇ．４ｂ、もう一つの状況を示す上半径方向図Ｆｉｇ．４ｃ、他の一つの状況を示す上半径方向図Ｆｉｇ．４ｄである。
【図６】それぞれより多くのカッタを備えたカッタホルダーを示す上半径方向図Ｆｉｇ．５である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 工作物
１ａ 回転対称面
２ カッタホルダー
２ａ カッタ
３,３' 送り運動
４ 接線
５ 溝
６ 突起
７ 回転方向
８ 作用線
１０ Ｚ方向、回転軸線
１１ Ｘ方向
１２ Ｙ方向
１３,１３' カッタホルダー基体
１４ 傾け軸線
１５ 傾け軸線
１６ 送り平面
ｆ リード
α 傾斜配置角度
ｒ 工作物半径
ｓ ねじれピッチ
ｔ ねじれ深さ
ｂ 面１ａの幅
Ｒｚ ひだの深さ
ｋ 切削リッジ
ｒＥ 頭頂半径
【０００１】
本発明は、ある種の形状を有する一つのカッタあるいは幾つかのカッタを用いて行う、回転対称面の、特に回転金属工作物の中心対称面の、特に鋼製あるいはねずみ鋳鉄製のものの、また硬化された状態のものの、鋼切削に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の形状を有するカッタを用いて行う、軟鋼状態及び硬化状態の回転対称面の鋼切削は、当該技術の実情を構成する。それによって、仕上げ、バフ研磨、ホーニング仕上げ及び同様な方法が部分的に代替される。
【０００３】
現在では、硬化された工作物を切削する場合でも十分に長い耐用期間をもたらす切削材が様々な形で入手可能である。
【０００４】
たとえ最初の機械加工が高レベルの精度で行われるとしても、一般に硬化後の機械加工が必要である。なぜなら、硬化後に、一般に硬化に因るかなりの歪みが部分的に生じるからである。それゆえ、工作物の正確なサイズを回復する工程が必須である。
【０００５】
軸線方向旋削は必ず、すなわち、機械加工される材料を問わず、あるいはそれが硬化されているか否かに関係なく、ねじれ面を生じる。
【０００６】
この面は、回転する工作物に沿った工具の前進によって、ねじピッチを生み出す（ねじれた）ねじ山状構造に対応する定常的な構造（溝状突起）を呈する。
【０００７】
このことは、円柱状、円錐状あるいはその他の形状の工作物面にも同じ程度に当てはまる。それゆえ、機械加工する工作物の面は、例えば、ねじ山あるいはねじ山の複数部分の形状を有する。
【０００８】
ねじ山の深さとねじ山形状構造のひだをそれぞれ記述する式による依存性を図３に示す。
【０００９】
切削送り運動は、特に仕上げ面の品位を高めるために硬化された工作物の場合には、一般に非常に小さく、このことは、比較的に緩慢な機械加工の進捗及び低い切削量性能に帰結することがしばしばである。
【００１０】
比較的に低い切削量性能は重大な経済的欠点であるが、ねじれ面は、それらの上に配置されるパッキングに、特に、パッキングが面に対して移動する場合、例えば、固定されたパッキングの内側で軸が回転する場合に、技術的な問題が生じる。このようなパッキングとしては、例えば、よく知られた軸ラジアルパッキングワッシャーがある。
【００１１】
溝あるいはねじ山状突起によって、そのようなねじれ面は、冷却剤、燃料等を、面に沿って、パッキングの廻りに、軸線方向に一方の側から他方の側に搬送する。それゆえ、パッキングのシール効果が甚だしく低下することになる。特に、例えば、衛生上のあるいは環境保全上の理由から漏洩無しで運転しなければならない機械の場合、このことは考慮するに値する問題である。
【００１２】
さらに、これらの溝あるいはねじ山状の突起が原因となって、ねじれ面に設けられた密封要素は、やがてはそれらのライン或いは接触面において劣化し、あるいは少なくとも強く摩耗的ストレスを受けることがしばしば発生する。この摩耗あるいは劣化によって、密封効果もやがては大幅に低下するか失われることがしばしば生じる。
【００１３】
回転工作物の実際の鋼切削においては、上述した問題を考慮すると、下記のような状況が生じる。
【００１４】
回転対称面を回転させる場合には、工作物に対して工具を半径方向に移動させる（横運動旋削）ことによって、ねじ山形状のものが出現することを避ける試みがなされる。軸線方向の運動が無くなるので、ねじれの無い面が得られる。けれども、カッタが軸線方向に得られるべき全回転対称面ほどの幅がある場合、特に硬化面を機械加工する際に、非常に大きな横方向の力が生じることになり、さらに，動的不安定性ゆえに、振動を生じる傾向が高くなる。これらの動的不安定性及び振動は、それぞれ直ちに非常に大きな表面不均質性をもたらすことになって、この場合、表面は同様に完璧な密封を達成するには不均質過ぎることになる。
【００１５】
機械加工される面がより広い場合は、カッタは補充的にそれらの面に沿って、すなわち軸線方向に、移動することになり、これは、カッタを縦方向に正確に平行となるように配置しない限り、当然ながら軸線方向に再びねじれ面が生じる。しかしながら、そのような平行位置関係が達成された場合には、カッタは直ちに振動する傾向を示す。
【００１６】
したがって、当該技術の現状においては、このようにして生じるねじれを、特に旋削の後に残るねじ山状溝を、後続する費用の嵩む補充的な方法によって十分に低減させるか完全に除去して、完全な密封効果をもたらすことが必要である。
【００１７】
面のねじれ（旋削溝）を回避する可能性として、回転ブローチ削り方法が考えられ、そこでは、ブローチ削りカッタが、回転する工作物のまわりで接線方向に移動される。回転ブローチ盤の個々のカッタが、工作物の回転軸に対して平行に向けられる場合は、ここでもカッタに大きな力が作用する問題が発生し、それによって動的不安定性と振動の傾向が生じる。
【００１８】
カッタホルダーの外周にカッタを有する円板状カッタホルダーによって回転ブローチ削りを行う場合、直線カッタを斜めに配置すると、正確な円柱面ではなく凸曲面の工作物が得られてしまう問題が付随的に生じることになる。
【００１９】
さらに、しばしば補助的方法として、面のバフ研磨が用いられる。これは、一般に工作物を別の種類の機械上に取りつける必要があることを意味する。このことは、補助的機械を用いることを含む製造プロセスの拡張によって、工作物当りの費用が高騰することを意味し、それによって経済効率のかなりの悪化につながる。さらに、当該技術の現状においては、工作物の最終機械加工時には、可能ならば、バフ研磨は避けるべきである。なぜなら、これは一般に湿式方法として実施され、それによって、バフ研磨スライムに起因する付随的な環境問題や健康上の問題が発生し、経済効率を悪化させるからである。
【００２０】
さらに、バフ研磨方法の結果、最初に研磨輪上に現れ、最終的に工作物上に生じるねじれ構造が、バフ研磨においても発生する。仕上げにおいても、そこでは仕上げバンドあるいは仕上げ要素が工作物に接触するが、振動と、工作物に対する仕上げ工具の補充的な縦方向移動がそれぞれ原因となって、ねじれ面構造が発生する。
【００２１】
さらに、ＤＥ１９９６３８９７により、工作物の回転軸線に対して斜めに配置されたカッタによる工作物の機械加工が知られており、そこではカッタは工作物に沿って接線方向に移動される。カッタのリードおよび／または斜め配置を調整することで、ねじれ状溝のピッチと深さの双方を最小限に抑えることが可能であり、硬化された工作物の機械加工においてはカッタの切削量能力を最適化することが可能である。
【００２２】
この方法の欠点は、機械加工される面の軸線方向長さが、小さな板の軸線方向において可能な長さによって制約されることである。
【発明の開示】
【技術的目的】
【００２３】
したがって、本発明の目的は下記のとおりである。
【００２４】
機械加工される面の軸線方向長さ及び面の追加材質の制約を減らすかあるいは全く制約しないことおよび／または
この方法による機械加工の作業期間を低減させることおよび／または
カッタの耐用期間を増大させることおよび／または
更にねじれなしの効果を得ること。
【目的の達成】
【００２５】
この目的は、請求項１の特徴によって達成される。好都合な実施例は従属請求項に記載されている。
【００２６】
カッタホルダーの軸線方向リードによって、一つのカッタあるいは幾つかのカッタを有するカッタホルダーの一度のパスあるいは幾つかのパスによって機械加工可能な工作物面の軸線方向サイズが影響され得る。
【００２７】
この場合、直線あるいは曲線のカッタは、その隅を回転中心に向けて配置されず、機械加工される面の外周に対して斜めに固定されているので、ねじれの低減あるいは解消が達成され得る。
【００２８】
軸線方向リード成分と接線方向リード成分との関係は、線形送り運動の場合には一定比率であるが、ここでは発生するかもしれない付加的なねじれに、またカッタの形状に影響を及ぼす。特に、曲がったカッタが接平面に配置されない場合、カッタは機械加工される工作物に対して移動されるが、カッタはこの接平面に対して横向きに配置され、この接平面は、送り運動の方向と送り運動の方向から見たカッタリッジ突起（cutter ridge projection）とによって定められる。
【００２９】
接線方向運動と軸線方向運動は互いに対して独立して制御可能であり、一方において、カッタの長手方向範囲に沿って摩耗を制御することが可能であり、特にこの長手方向範囲に沿って摩耗を一定に配分することが可能であり、他方において、最適化の目的によって決まるが、機械加工される回転対称面に生じるねじれは、同様に工作物に対するその長手方向位置を変更することが可能である。
【００３０】
本発明によるこの方法を用いれば、母線（generating line）を有する回転対称面（例えば、円錐）だけでなく、母線を持たない回転対称面、したがってある種の形状を有する回転対称面を機械加工することも可能である。このことは、特に、ある種の形状、したがって凹面あるいは凸面形状を有する回転対称面をも直線カッタを用いてでさえ機械加工可能である。
【００３１】
この目的のためには、直線カッタの場合には、軸線方向運動と接線方向運動に加えて、工作物とカッタが接触する間、半径方向運動を加える必要があり、望みの形状を得るためには、この半径方向運動は、同様に他の二つの成分に対して独立して制御される必要がある。カッタをその送り運動に対する横平面において適切に成形する場合には、面形状の半径方向成分をカッタ形状に組み込むことが可能であり、そうすれば半径方向（Ｙ方向）位置決めが不要となる。
【００３２】
理想的な状況においては、工具を、工作物に対して、少なくとも横方向の一つ（Ｘ方向あるいはＹ方向）の廻りに傾けることが可能であり、したがって、各機械加工点においてカッタ送り面は、工作物の曲線に対し常に接線方向に案内され得る。送り運動の軸線方向成分（Ｚ方向）と共に、これは全体としてねじ運動となる。
【００３３】
望ましいねじれ最小化とカッタの最小使用期間を遵守して、工作物面に対し意図する軸線方向範囲が、小板に得られる軸線方向範囲により達成できない場合は、工作物面の軸線方向長さの機械加工を、異なる複数のカッタを用いる継続的なあるいは同時的な機械加工に分割することができる。
【００３４】
これらのカッタは、全く同一のカッタホルダー基体上に、計画された継続使用に対応して、縦方向に互いにずらして、特に、横方向においては互いに僅かに重なるように配置することができ、縦方向に関しては追加的な横方向離間の必要はない。全く同一の基体上に、あるいは異なる複数の基体上に配置された、同時的にあるいは継続的に用いられるカッタは、異なる機械加工の段階、例えば、荒削りと仕上げとに関連し得る。
【００３５】
カッタホルダーをその縦方向について制御する可能性に関連した理由から、異なるカッタを専ら横方向にずらしたのみの配置で十分であり、従って、最初のカッタの作動後、次のカッタの作動前に、カッタホルダー全体が工作物に対して縦方向に正しく位置決めされる。
【００３６】
カッタホルダーの円形基体、特に円板状基体、の外周に異なるカッタを配置させることが可能であり、その場合、カッタの作動中、カッタホルダーユニットが工作物に対して瞬間的な線形送り運動を専ら行う間、望ましくはカッタホルダーの円形送りが停止される。
【００３７】
カッタ摩耗の均一性が、最適化の目的のためにカッタの縦方向範囲に沿って制御可能であるので、例えば、カッタの耐用期間の最適化が追加的に達成される。
【００３８】
さらに、本発明の方法によれば、工作物上に、例えば縦方向に、硬化された金属から非硬化金属へのあるいはその逆の移行領域が一つあるいはもっと多く存在する面を同様に機械加工することが可能である。このような移行領域はこれまで大きな機械加工上の問題を提起してきた。なぜなら、硬化された金属に対して、及び非硬化金属に対しては、それぞれ適切なカッタ材料が知られていたが、両者を早すぎる摩耗を伴わずに機械加工できるカッタ材料は無かったからである。
【００３９】
けれども、本発明の方法によれば、ＣＢＮ (立方晶窒化ホウ素)および／または超硬合金を用いて、硬化された材料と非硬化材料との双方を、また二つのそのような異なる領域間の移行領域を切削することが可能であり、その場合、カッタ及び小板それぞれの摩耗は正常な範囲内に留まる。この理由は、少なくとも僅かな接線方向成分が常に送り運動に保持される限り、カッタの任意の点は常に非常に短い時間だけ工作物に作用するという事実から、理解されよう。
【００４０】
本発明による方法の別の利点は、仕上げ面のひだの状態のみならず、仕上げ面の真円度についても、非常に品位の良い仕上げ面を得られる可能性である。
【実施形態】
【００４１】
以下に、例として本発明による幾つかの実施形態を、図面を参照しつつより詳細に記述する。
【００４２】
Ｆｉｇ．１は、機械加工状況の斜視図である。
【００４３】
Ｆｉｇ．２は、Ｆｉｇ．１の状況の、回転軸線１０及び送り運動３に対して横方向の図である。
【００４４】
Ｆｉｇ．３は、技術の現状と本発明による解決を示すための、軸線方向旋削の場合の状況図である。
【００４５】
Ｆｉｇ．４及びＦｉｇ．４ａは、別の機械加工状況を示す斜視図である。
【００４６】
Ｆｉｇ．４ｂは、Ｆｉｇ．４ａによる状況の上半径方向図である。
【００４７】
Ｆｉｇ．４ｃは、もう一つの状況を示す上半径方向図である。
【００４８】
Ｆｉｇ．４ｄは、他の一つの状況を示す上半径方向図である。
【００４９】
Ｆｉｇ．５は、それぞれより多くのカッタを備えたカッタホルダーを示す上半径方向図である。
【００５０】
先ず、Ｆｉｇ．３において、例えば軸線方向旋削において、カッタを回転軸線方向に移動させることによって、そしてその頭頂半径ｒＥによって、どのようにしてねじ山状の面が生じるかが表されている。
【００５１】
単位をmm／工作物回転で示される一定リードｆの場合、回転軸線１０方向のピッチが一定リードｆで一定である螺旋形の溝５が生じる。この溝の深さｔ'は、ここでは明らかに、得られる切削の頭頂半径ｒＥのサイズによって決まる。この頭頂半径ｒＥが大きいほど、溝内面はより平らとなり、したがって深さｔ'は小さくなる。式による依存関係を下記に示す。
【数１】
一般に少なくともカッタリッジ（cutter ridge）の一つを、特に切削隅を生じる第２の切削端のそれをできるだけ小さな角度に、望ましくは回転軸線１０の方向に平行に位置決めすることにより、通常は深さｔ'を最小限にすることが可能となる。事前にタクトタイムが設定されるため、リードｆは、製造段階において望むだけ低減させることができない。
【００５３】
Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．２は、接線方向旋削の状況を示す。
【００５４】
Ｆｉｇ．１に示すように、機械加工される回転対称面１ａを有する工作物１は、回転軸線１０の廻りを回転し、回転軸線１０は、旋盤あるいは回転ブローチ盤の場合には通常Ｚ方向と呼ばれており、通常はこれに対してＸ方向及びＹ方向が設定される。
【００５５】
Ｚ方向１０において、機械加工される回転対称面１ａは幅ｂを有し、一般にその後の使用の際には、回転対称面１ａは、軸ラジアルパッキングワッシャーあるいは別の同様な要素のための位置決め面となる必要がある。
【００５６】
カッタホルダー２は、そのカッタ２ａをＺ方向に対して斜めに向けられた状態で、送り運動(３)の方向に工作物に沿って案内される。送り運動(３)の方向は、回転対称面１ａの接平面の一つに平行であり、回転軸線１０の方向に対して横方向であり、従って個々の切削領域は、回転対称面１ａのうちＺ方向における異なる領域に連続的に接触し、回転軸線１０の方向、従って方向１０におけるカッタ２ａの範囲は、機械加工される面の幅ｂと等しいか幅ｂよりも大きい。カッタホルダーの送り運動３の方向は、工作物回転軸線１０に垂直な平面、従って工作物の半径方向平面内に、あるいは工作物回転軸線１０に対し傾斜した平面内にあってもよい（送り運動３'の方向)。
【００５７】
工作物回転軸線１０の方向において見ると、送り運動３及び３'の方向は常に機械加工される回転対称面の理論直径の接線となる（Ｆｉｇ．１ａ参照）。
【００５８】
機械加工の際に、工作物１は回転方向７に回転し、したがってカッタ２ａと機械加工される面１ａとの間の接触領域において、工作物１の面はカッタ２ａに向かって移動する。
【００５９】
Ｆｉｇ．２のＹ方向を上から見た図は、工作物１の回転軸線１０に対するカッタ２ａの傾斜配置角度αと、カッタ２ａの送り運動３を示し、送り運動３は、上から見るとこの回転軸線に対して直角となる。
【００６０】
機械加工においてＦｉｇ．２のカッタ２ａの右隅から左隅に向かって起きる切削運動により、Ｆｉｇ．２に示すようなねじ山状表面構造が生じる。この面構造は、ねじ山状溝５によって形成され、ねじ山状溝５の螺旋は工作物の長手方向に互いに直接に隣接し、その間にねじ山状突起６を形成する。
【００６１】
この図示において、溝５のサイズは、実際の状況と比較すると非常に誇張されている。溝５の深さはねじれの深さｔとして、そして、回転軸線１０の方向において測定した突起６の二つの螺旋の間の距離及び溝５の二つの螺旋の間の距離はねじれピッチｓとして表される。
【００６２】
カッタ２ａは、工作物１に対して、回転軸線１０に対する横送り運動３'に沿って移動させることが可能である。特にカッタ２ａに直角に移動させることが可能であり、その場合はカッタ２ａの幅を幾分か小さくすることが必要となる。
【００６３】
ねじれのピッチｓは、送り運動３の方向に前進をもたらし且つ工作物の一回転当りのミリメートルの単位で測定されるリードｆと、傾斜配置角度αに、次のように依存する。
【数２】
ねじれの深さｔは、機械加工される面１ａから突起６間の深さ（コア直径)まで測定される工作物半径ｒと、リードｆとに、次のように依存する。
【数３】
Ｆｉｇ．２の表示から、ねじれの深さｔ＝０あるいは少なくともｔ＜１μｍ、特にｔ＜０.４μｍ、特にｔ＜０.２μｍに達すると、ねじれのピッチｓのサイズはもはや何の重要性ももたないことが明らかとなる。
【００６６】
したがって、第一に、リードｆをできるだけ小さく保つこと、特にねじれの深さｔが著しく小さくなるほど小さく、特にこのようにして得られる面のひだの深さＲｚよりも少なくともファクター３ほどあるいは望ましくはファクター５ほど小さくなるように企図される。ひだの深さＲｚはふつうは１.５μｍと６μｍの間の範囲内にある。
【００６７】
Ｆｉｇ．４に示す本発明による解決手段は、カッタ、特に直線の、斜めに設けたカッタを、前述した方法で用いることによって、母線（generating line）を持たないが、生成線（generator line）を有する回転対称面１ａが、Ｆｉｇ．４の工作物１の凹面生成作要素（concave generator）及び面１ａのように実現可能であることを示している。
【００６８】
このためには、送り運動３は、回転軸線１０に向けて径方向を向く運動成分３ｙを有する必要がある。
【００６９】
Ｆｉｇ．４のＹ方向における上半径方向図が示すように、Ｆｉｇ．４の機械加工状況において、面１ａの機械加工中、接線成分３ｘは、軸線方向成分３ｚに対して常に固定された一定関係であることが可能であり、それによってＦｉｇ．４ｂの上から見た図の線形送り運動３'、３''となる。
【００７０】
けれども、この関係３ｙ/３ｚは、軸線方向に機械加工が進む間に、望ましくは変更され、そのため、上から見た場合に線形送り運動が生じないものとなる。接線成分と軸線方向成分のこの独立した制御によって、工作物に作用する接線方向力だけでなく半径方向力を互いにできるだけ独立的に制御可能となる。それによって、例えば、カッタ２ａの使用期間および／または表面の品質および／またはねじれの最小化の最適化が可能となる。
【００７１】
典型的なケース（Ｆｉｇ．４ｂ)では、カッタを使用しはじめる最初の時には、接線成分３ｘを比較的に大きくしてカッタ２ａの前部への負荷を最小に抑える。
【００７２】
面１ａの軸線方向範囲のうち中間領域においては、送り運動の軸線方向成分３ｚは、事前設定された目的が許す限り、ねじれの最小化あるいはカッタ２ａの中間領域のカッタ摩耗を考慮して、目に見えて増加される。
【００７３】
機械加工が完了に近くなり、したがって面１ａの軸線方向範囲のうち終端に近くなると、例えば接線方向成分３ｘが軸線方向成分３ｚに対して再び増加され、今度はカッタ２ａの他端における摩耗を小さく維持する。
【００７４】
Ｆｉｇ．４ｃも機械加工プロセスを示し、先ず、送り運動３、３'は最初に軸線方向成分３ｚと接線方向成分３ｘの双方を持ち、次に、比較的に大きな中間領域においては、軸線方向移動(３ｚ)のみがなされ、それから、送り運動の完了が近くなると再び接線方向成分３ｘが加えられる。これは、非常に長い工作物面１ａを単一のカッタ２ａを用いて軸線方向に機械加工する必要がある状況において典型的なことである。
【００７５】
Ｆｉｇ．４ｄは、やや逆の状況を示す。
【００７６】
この送り運動３''''では、送り運動の始めと完了近くの双方の、極めて大きな領域において、カッタホルダーは専ら軸線方向に(３ｚ１,３ｚ３)移動させられる。中間領域においてのみ、排他的あるいは包含的に接線方向(３ｘ２)のカッタホルダー移動が行われる。これは、中間領域が非硬化材のみであり、前領域及び後領域が硬化されており、カッタ２ａがＣＢＮあるいは超硬合金製である状況において典型的なプロセスであろうし、非硬化領域においてカッタ２ａの一点ができるだけ短い時間内に作用しなければばならない理由である。
【００７７】
補足的に、実現すべき面によっては、半径方向成分Ｙを重ねることが必要であり、半径方向成分Ｙは、軸線方向３ｚの可変移動速度に従って、他成分と同様に別々に制御される。
【００７８】
機械加工点のそれぞれについての接平面へのカッタ移動平面の位置決めを可能とするために、真っ先に、機械加工される面の凸面領域において、カッタ２ａは、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向の成分を含み得る傾け軸線１４の廻りで傾けられることが望ましく、傾け軸線１４は、Ｆｉｇ．４ａに示すように、特にＸ軸と平行である。
【００７９】
Ｆｉｇ．５は、上半径方向図であり、もっと多くのカッタ２ａ１、２ａ２...による、面の機械加工を示す。
【００８０】
Ｆｉｇ．５ａによると、これらは、時間的に継続して動作するカッタ２ａ１、２ａ２...であり、単一のカッタによって望みの最適化がもはや達成できない場合に必要不可欠のものである。
【００８１】
Ｆｉｇ．５ａにおいて、これらのカッタ２ａ１、２ａ２...は、接線方向Ｘに互いにずらされており、前のカッタが動作を止めた時に次のカッタが動作する。さらに、ここでは、軸線方向（Ｚ方向）にも離間しており、この方向においてはカッタ２ａ１、２ａ２...は互いに僅かに重なってもよい。
【００８２】
カッタ２ａ１、２ａ２...は、例えば、カッタホルダー１３の共通基体に固定され、この基体は、望ましくは、少なくともＸ及びＺ方向に、そして、非円筒面の機械加工を行うためにはＹ方向に、互いに独立して制御され得るものである。
【００８３】
また、上半径方向図であり、したがってＹ方向に見たものであるＦｉｇ．５ｂの解決手段によれば、カッタ２ａ１、２ａ２...は、軸線方向Ｚに沿って互いにずらされており、Ｚ方向に僅かに重なっていることが望ましい。代わりに、接線方向、すなわちＸ方向においては、位置ずれは無いか、又は最小限の位置ずれであり、全てのカッタ２ａ１、２ａ２...が工作物の面１ａに同時に最初に接触するのを防止する。カッタ２ａ１、２ａ２...の長手方向範囲に関連する傾斜配置が非常に長くて、Ｘ方向のカッタの全位置ずれが、その前部領域においてこの方向における次のカッタの横断面よりも大きい場合には、接線方向Ｘのカッタのずれは回避され得る。
【００８４】
この解決策の利点は、非常に大きな面１ａを、小さな送り運動を用いることで、したがって非常に迅速に、完全に機械加工できることである。一方、Ｘ方向のカッタ２ａ１、２ａ２...の補充的な継続においては、これらのカッタを全て時間的に継続して動作させるには、ずっと大きな前進運動が必要である。
【００８５】
また、Ｆｉｇ．５ｃにおいては、上半径方向図において、したがってＹ方向に見た状態で、より多くのカッタ２ａ１、２ａ２...が同じＺ位置に、したがって接線方向Ｘに一列に、特に互いに平行に配置され、したがって同じ傾斜配置角度αを有する。これらのカッタは、二つの空間方向Ｘ、Ｚあるいは必要ならば三つの空間方向Ｘ、Ｚ、Ｙに可動なカッタホルダー基体に固定することが可能であり、あるいは、回転軸線が望ましくはＦｉｇ．５のＺ方向に平行に設けられた円板状カッタホルダー基体の円周にずらして配置することも可能である。Ｆｉｇ．５はこの円周の少なくとも一部を示す。
【００８６】
面１ａの異なる軸線方向領域を機械加工する上で個々のカッタを継続的に用いるために、一つのカッタ、例えば２ａ１が動作を停止した後、カッタ２ａ２が動作を開始する前に、カッタホルダー１３'のこの基体は、カッタホルダー１３'の基体の傾け軸線１５の廻りに適切な角度傾けられ、そして軸線方向に補充的に移動される。
【００８７】
工作物の機械加工の間に、カッタホルダー１３'の円板状基体の傾斜動が中断され、その間、カッタホルダー基体は専ら線形的にＸ、Ｚ方向に、そして必要ならＹ方向に移動する。
【００８８】
当然のことながら、Ｆｉｇ．５ｃの同じ軸線方向位置に配置されたこれらのカッタは、軸線方向運動無しで同じ面上で継続的に用いることが可能であり、これは、カッタが機械加工の複数段階を、例えば、荒削り、仕上げ及び高度仕上げを継続的に実施する場合に特に便利である。
【００８９】
ここで、一つのカッタ２ａ３の例のように、Ｆｉｇ．５ｃの上半径方向図に示すこのようなカッタは、必ずしも直線である必要は無く、曲がった形状でもよい。例えば凹面でもよく凸面でもよい。
【００９０】
補充的に、あるいは代わりに、このようなカッタは、送り運動の方向に見て、したがってＦｉｇ．５ｃの接線方向Ｘにおいて、送り運動３とカッタ２ａの主方向によって形成される送り平面において曲がっていない切削リッジｋを持つことが可能であり、この切削リッジｋはこの送り面１６に向かって曲がっている。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】機械加工状況の斜視図Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．１ａである。
【図２】Ｆｉｇ．１の状況の、回転軸線１０及び送り運動３に対して横方向の図Ｆｉｇ．２である。
【図３】技術の現状と本発明による解決を示すための、軸線方向旋削の場合の状況図Ｆｉｇ．３である。
【図４】別の機械加工状況を示す斜視図Ｆｉｇ．４及びＦｉｇ．４ａである。
【図５】Ｆｉｇ．４ａによる状況の上半径方向図Ｆｉｇ．４ｂ、もう一つの状況を示す上半径方向図Ｆｉｇ．４ｃ、他の一つの状況を示す上半径方向図Ｆｉｇ．４ｄである。
【図６】それぞれより多くのカッタを備えたカッタホルダーを示す上半径方向図Ｆｉｇ．５である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 工作物
１ａ 回転対称面
２ カッタホルダー
２ａ カッタ
３,３' 送り運動
４ 接線
５ 溝
６ 突起
７ 回転方向
８ 作用線
１０ Ｚ方向、回転軸線
１１ Ｘ方向
１２ Ｙ方向
１３,１３' カッタホルダー基体
１４ 傾け軸線
１５ 傾け軸線
１６ 送り平面
ｆ リード
α 傾斜配置角度
ｒ 工作物半径
ｓ ねじれピッチ
ｔ ねじれ深さ
ｂ 面１ａの幅
Ｒｚ ひだの深さ
ｋ 切削リッジ
ｒＥ 頭頂半径
Claims (17)
- 工作物(１)の回転軸線(１０)に対して斜めに設けられた少なくとも一つのカッタ(２ａ)が、回転する工作物(１)に沿って接触する送り運動(３,３')を行い、
機械加工パラメータ、特に送り運動(３)の方向に生じるリード(ｆ)、及び回転軸線(１０)の縦方向(ｚ)に対するカッタ(２ａ)の傾斜配置角度αが、機械加工された面(１ａ)に現れるねじれがねじれピッチ(ｓ)および／またはねじれ深さ(ｔ)について最小となるように、特にねじれ深さ(ｔ)が最小となるように選択され、送り運動(３,３')が軸線方向運動(３ｚ,３'ｚ)を含むことを特徴とする、回転する工作物(１)の回転対称面(１ａ)を鋼切削する方法。 - 送り運動(３,３')が接線方向運動(３ｘ,３'ｘ)を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 工作物(１)の回転軸線(１０)に対して斜めに設けられた少なくとも一つのカッタ(２ａ)が、回転する工作物(１)に沿って接触する送り運動(３,３')を行い、
機械加工パラメータ、特に硬化された回転対称面(１ａ)の機械加工において送り運動(３)の方向に生じるリード(ｆ)が、鋼切削量性能が最大となるように選択され、送り運動(３,３')が軸線方向運動(３ｚ,３'ｚ)を含むことを特徴とする、回転する工作物(１)の回転対称面(１ａ)を鋼切削する方法。 - 送り運動(３,３')が接線方向運動(３ｘ,３'ｘ)を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
- 送り運動(３,３')が回転対称面(１ａ)の接平面において行われ、
送り運動の接線方向運動(３ｘ,３'ｘ)及び軸線方向運動(３ｚ,３'ｚ)が互いに独立して制御されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。 - 線形送り運動(３,３')が行われる接平面内に、カッタ(２ａ)が位置することを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 機械加工パラメータ、特に接線方向運動(３ｘ,３'ｘ)と軸線方向運動(３ｚ,３'ｚ)との関係及び両者の関係の変更が、それぞれ、カッタ(２ａ)の全範囲が用いられ、特にカッタ(２ａ)の摩耗がその全範囲に亙って一定となり、特にカッタ(２ａ)によって実行されなければならない作業量が最大となるように、制御されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- カッタ(２ａ)が直線カッタであることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 回転対称面(１ａ)が円柱あるいは円錐であり、線形送り運動(３,３')が円柱の接平面内であるいは円錐の接平面内で行われることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 縦断面図において、回転対称面は凹面状あるいは凸面状に湾曲しており、カッタ(２ａ)は直線カッタであり、この直線カッタは、接線方向運動(３ｘ)及び軸線方向運動(３ｚ)に加えて、工作物(１)と接触する間に半径方向運動(３ｙ)を受けることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 回転軸線(１０)に対するカッタ(２ａ)の傾斜配置角度αが０°と９０°の間、特に２０°と５０°の間であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 切削速度と共に、カッタ(２ａ)の傾斜配置角度αに対するリード(ｆ)及び機械加工される回転対称面(１ａ)の直径が、機械加工によって工作物(１)の表面に現れる溝（５）がねじ山効果を全く持たないかあるいはねじれピッチ(ｓ)及びねじれ深さ(ｔ)のそれぞれに関して無視できるほどのねじ山効果しか持たないように選択されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- より多くの斜めに隣接するカッタ(２ａ１,２ａ２...)を用いる場合に、これらのカッタ(２ａ１,２ａ２...)が軸線方向に互いにずれて、特に重なって、同じカッタホルダー基体上に、特に円板状カッタホルダー基体(１３)の円周に配置されていることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- より多くの斜めに隣接するカッタ(２ａ１,２ａ２...)を用いる場合に、これらのカッタ(２ａ１,２ａ２...)が横方向に互いにずれて、特に円板状カッタホルダー基体(１３)の周方向に互いにずれて配置されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 送り運動(３)が線形運動であることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 工作物の同一面(１ａ)において、荒削り工具及び剪断工具が継続的に用いられることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
- 全く同一のカッタ(２ａ)、特にＣＢＮおよび／または超硬合金製のものを用いて、硬化された工作物あるいは非硬化工作物の双方が、特に全く同一の工作物における硬化された領域及び非硬化領域が、特に硬化された領域から非硬化領域への移行部及び逆の移行部を含んで、機械加工され得ることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。
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