JP2023549997A - 固体材料を機械加工するためのディスクカッタ本体 - Google Patents

Abstract

ディスクカッタ本体は、ハブ（１）と、密度が１．５～１．９ｇ／ｃｍ３の範囲である、巻き付けられて積層された炭素繊維を含む複合材料（ＣＦＲＰ）を含む移行部分（２）と、切削インサート（５）を接続するための複数の接続ソケットが設けられたリム（３）とを含む。ハブ（１）とリム（３）とは、ハブ（１）からリム（３）への、逆に、リム（３）からハブ（１）への望ましくない高周波振動の伝達を制限するために、自己支持型の複合材料のみによって連結されている。ハブ（１）と移行部分（２）との間の接続面（１０）および移行部分（２）とリム（３）との間の接続面（１０）には、接着接合が使用されている。移行部分（２）は、複合材料から作製された少なくとも１つのプレート本体（８）を含む。ハブ（１）と移行部分（２）との間の接続面（１０）の境界輪郭（７）および／または移行部分（２）とリム（３）との間の接続面（１０）の境界輪郭（７）が、ハブ（１）から移行部分（２）へのトルク伝達および／または移行部分（２）からリム（３）へのトルク伝達のための、円上の波のピーク同士の間に規定の距離を有する規則的な波打ち形状を有している。

Description

本発明は、工作機械で機械加工するためのフライス工具全体の最終的な動的な特性の改善を達成するために、複合材料（ＣＦＲＰ）から製造された構成要素の各々に個々の鋼製構成要素を接合して構成されるトポロジーを特徴とするハイブリッド機械加工本体の構造の分野に関する。

固体材料（特に自動車のアルミニウム合金）の高精度な機械加工に対する需要が高まっているため、完璧な機械加工品質とフライス工具の長寿命とを提供すべく、正確な材料選択とフライス工具の構造的な実現とが必要である。ＣＺ２，０１９，１３７には、長寿命であり、高品質な機械加工を行うためのフライス工具が開示されている。フライス工具は、少なくとも１つの切削インサートを取り付けるように適合された切削部分に移行部分を介して接続される把持部分を含む。移行部分は、巻き付けられた炭素繊維を含む複合材料（ＣＦＲＰ）を少なくとも部分的に含む。把持部分と切削部分とは、把持部分から切削部分への、逆に、切削部分から把持部分への望ましくない高周波振動の伝達を回避するために、自己支持型の複合材料のみを介して接続される。

回転バージョンの本体の幾何学的形状および構造は、３軸で機械加工するための切削ヘッドを表している。把持部分と移行部分との間の接続面および移行部分と切削部分との間の接続面は、円筒形の回転形状または円錐形の回転形状を有している。

ＣＺ２０１４２９６７７Ｕは、フライス工具用の回転ホルダを開示している。ホルダは、連続炭素繊維とポリマー結合剤の複合巻線が設けられた鋼製の基部本体を備えている。複合巻線は、ホルダに把持されたフライス工具の振動を減衰させるために役立つ。米国特許第６２７３９２４号明細書は、ディスクカッタの形態のフライス工具を開示している。フライス工具は、中央の締結孔が設けられた炭素複合材料のディスク支持体を備える。別個の切削インサートが、ディスク支持体の表面の周にわたって配置される。

当該技術分野における解決手段の共通の欠点は、特にディスクカッタとして実現されたフライス工具による振動の減衰が不十分であることである。したがって、本発明の目的は、高精度な機械加工を実現するために、慣性質量が小さく、かつ機械加工の途中に発生する振動の減衰特性に優れたディスクカッタ本体の構造を提供することである。

本明細書には、固体材料を機械加工するためのディスクカッタ本体の構造が開示される。ディスクカッタが対象とする固体材料は、特に、合金、熱可塑性プラスチック、反応プラスチック、または複合材料を含んでよい。本体は、当該技術分野で周知の工作機械にカッタを締結するためのハブを備えている。ハブには、巻き付けられて積層された炭素繊維を含む複合材料（ＣＦＲＰ）を含む移行部分が取り付けられている。複合材料の密度は、１．５～１．９ｇ／ｃｍ^３の範囲である。移行部分には、切削インサートを接続するための一連の接続ソケットが設けられたリムが取り付けられている。切削インサートを本体に取り付けると、ディスクカッタになる。

ハブとリムとは、自己支持型の複合材料のみを介して連結されている。前記配置の目的は、ハブからリムへの、逆に、リム（３）からハブ（１）への機械加工中の望ましくない高周波振動の伝達を制限することである。ハブと移行部分との間の接続面および移行部分とリムとの間の接続面には、接着接合が使用される。

移行部分は、複合材料製の少なくとも第１のプレート本体を含む。ハブと移行部分との間の接続面の境界輪郭および／または移行部分とリムとの間の接続面の境界輪郭は、円上の波のピーク同士の間に規定の距離を有する規則的な波打ち形状を有している。境界輪郭は、接続面を本体側面に投影したものである。換言すれば、規則的な波打ち形状は、仮想ピッチ円上に、規定された波のピークピッチを有している。接続面の成形の目的は、振動の減衰を改善する本体の剛性を向上させることと、接続がハブから移行部分および／または移行部分からリムに伝達することができるトルク制限を向上させることである。

高レベルのトルク伝達と本体の高剛性とを実現するためには、接続面の境界輪郭が、直線セグメントと円セグメントとから構成された一連の平滑な連結された曲線を含むことが好ましい。さらに、接続面の境界輪郭は、少なくとも３のより高い次数の多項式関数によって数学的に規定されていてよい。接続面の境界輪郭の任意の最小の曲率半径Ｒは、少なくとも０．５ｍｍである。

本体の剛性とトルク伝達限界とを向上させるために、本体の第１の側（例えば右側）における接続面の境界輪郭は、他方の本体側（例えば左側）における接続面の境界輪郭に対して、形状または大きさに関して異なっていてよく、かつ／または本体の回転軸線の周りに位相回転していてよい。

好適な実施形態では、移行部分は、第１のプレート本体に接続された少なくとも第２のプレート本体をさらに備えてよい。プレート本体同士は、共通の回転軸線を有するように位置している。特に、第１のプレート本体と第２のプレート本体との相互連結のために接着接合を使用してもよい。これは、特に製造上の理由（移行部分を容易に製造することができる材料の厚さ）によるものである。しかしながら、場合によっては、接合プレート本体同士で構成される移行部分が、本体の剛性と振動の減衰とにプラスの影響を与える可能性がある。第１のプレート本体および第２のプレート本体に加えて、移行部分は、第１のプレート本体および第２のプレート本体と同様に位置しかつ接続された複数の他のプレート本体を備えてもよい。

説明された少なくとも２つのプレート本体を使用する場合、第１のプレート本体の接続面の境界輪郭は、少なくとも第２のプレート本体の接続面の境界輪郭に対して、形状または大きさに関して異なっていてよく、かつ／または本体の回転軸線の周りに位相回転していてよい。これにより、機械加工時に発生する応力および振動が複数の波のピーク（第１のプレート本体の波のピークおよび少なくとも第２のプレート本体の不均等に位置する波のピーク）に分散される。これにより、減衰特性が向上し、本体剛性が高くなる。

少なくとも２つのプレート本体を使用する場合、第１のプレート本体には複数の孔が設けられており、これらの孔には、ボルトが、第１のプレート本体の表面に対して垂直に配置されていることが好ましい。次いで、各ボルトの本体が、少なくとも第２のプレート本体の領域の外側に配置され、ハブまたはリムのいずれかに締結されている。これは、第１のプレート本体の波のピークが、少なくとも第２のプレート本体の２つの隣り合う波のピークの間の谷に入る、プレート本体同士の前記位相回転によって有利に実現することができる。第１のプレート本体からの各ボルトが締結されるねじ山が設けられたハブの突出部またはリムの突出部は、少なくとも第２のプレート本体の前記谷に対して貫通する。

接着接合の最大強度を実現するために、ハブの表面および／またはリムの表面および／または移行部分の表面が、接着剤を受け入れるために、接続面の少なくとも一部で粗面化されていることが好ましい。そのような粗面部分は、特に一連の溝の形態を有していてよい。

提案された技術の例示的な実施形態を、図面を参照して説明する。

第１のプレート本体と第２のプレート本体とから構成されるカッタの移行部分を有する、本体を備えたカッタの右側から見た概略的な斜視図であり、ハブと移行部分との間の接続面の境界輪郭、および移行表面とリムとの間の接続面の境界輪郭は、直線セグメントと円セグメントとから構成される一連の平滑に連結された曲線である。 図１のカッタの左側から見た概略的な斜視図である。 図１および図２のカッタの断面図である。 図１から図３までの本体の第１のプレート本体と第２のプレート本体を形状適合させるための２つの接続面を有する半完成リム（切削インサートを取り付けるための接続ソケットをまだ備えていない）である。

固体材料を機械加工するためのディスクカッタ本体の例示的な実施形態は、カッタを工作機械に締結するためのハブ１を備えている。ハブ１には、巻き付けられて積層された炭素繊維を含む複合材料（ＣＦＲＰ）を含む移行部分２が取り付けられている。この場合、複合材料の密度は１．７ｇ／ｃｍ^３である。

移行部分２には、切削インサート５を接続するための一連の接続ソケットが設けられたリム３が取り付けられている。ハブ１とリム３とは、自己支持型の複合材料のみを介して連結されている。これにより、ハブ１からリム３への、逆に、リム３からハブ１への機械加工中の望ましくない高周波振動の伝達、およびその逆の伝達が制限される。ハブ１と移行部分２との間の接続面１０、および移行部分２とリム３との間の接続面１０には、接着接合が使用される。

移行部分２は、前記複合材料から作製された第１のプレート本体８と第２のプレート本体８’とを備えている。第２のプレート本体８’は、接着接合を使用して第１のプレート本体８に接続され、第１のプレート本体８と第２のプレート本体８’とが共通の回転軸線を有するように配置される。

ハブ１と移行部分２との間の、第１のプレート本体８と第２のプレート本体８’との接続面１０の境界輪郭７は、円上の波のピーク同士の間に規定の距離を有する規則的な波打ち形状を有しており、これによって、本体剛性と、ハブ１から移行部分２へのトルク伝達限界とが向上する。接続面１０の境界輪郭７は、直線セグメントと少なくとも１ｍｍの半径Ｒの円セグメントとから構成される一連の平滑に連結された曲線である。移行部分２からリム３へのトルク伝達のために、移行部分２とリム３との間の接続面１０の境界輪郭７にも同一の形状が使用される。

第１の本体側（したがって第１のプレート本体８側）の接続面１０の境界輪郭７は、他の本体側（したがって第２のプレート本体８’側）の接続面１０の境界輪郭７に対して、本体の回転軸線の周りに位相回転している。

第１のプレート本体８には複数の孔が設けられており、ボルト９が第１のプレート本体８の表面に対して垂直に複数の孔に配置される。各ボルト９の本体は、第１のプレート本体８を貫通し、第２のプレート本体８’の領域の外側に配置され、ハブ１またはリム３に締結される。

同様に、第２のプレート本体８’には複数の孔が設けられており、ボルト９が第２のプレート本体８’の表面に対して垂直に複数の孔に配置される。各ボルト９の本体は、第２のプレート本体８’を貫通し、第１のプレート本体８の領域の外側に配置され、ハブ１またはリム３に締結される。接着剤を塗布するために、ハブ１の接続面１０およびリム３の接続面１０の一部に粗面が作製される。

前記本体には、接続ソケットに取り付けられた複数の切削インサート５が設けられており、それによってディスクカッタが形成される。

例示的な実施形態は、図１から図４に示されている。

１ ハブ
２ 移行部分
３ リム
５ 切削インサート
７ 境界輪郭
８ 第１のプレート本体
８’ 第２のプレート本体
９ ボルト
１０ 接続面

Claims (7)

1. 工作機械にカッタを締結するためのハブ（１）を備える、固体材料を機械加工するためのディスクカッタ本体であって、
   前記ハブ（１）には、巻き付けられて積層された炭素繊維を含む複合材料（ＣＦＲＰ）を含む移行部分（２）が取り付けられており、前記複合材料の密度が、１．５～１．９ｇ／ｃｍ^３であり、
   前記移行部分（２）には、切削インサート（５）を接続するための一連の接続ソケットが設けられたリム（３）が取り付けられており、
   前記ハブ（１）と前記リム（３）とは、前記ハブ（１）から前記リム（３）への、逆に、前記リム（３）から前記ハブ（１）への望ましくない高周波振動の伝達を制限するために、自己支持型の複合材料のみによって連結されており、前記ハブ（１）と前記移行部分（２）との間の接続面（１０）および前記移行部分（２）と前記リム（３）との間の接続面（１０）に接着接合が存在している、
   ディスクカッタ本体において、
   前記移行部分（２）は、前記複合材料から作製された少なくとも第１のプレート本体（８）を含み、前記ハブ（１）と前記移行部分（２）との間の接続面（１０）の境界輪郭（７）および／または前記移行部分（２）と前記リム（３）との間の接続面（１０）の境界輪郭（７）が、前記ハブ（１）から前記移行部分（２）へのトルク伝達および／または前記移行部分（２）から前記リム（３）へのトルク伝達のための、円上の波のピーク同士の間に規定の距離を有する規則的な波打ち形状を有していることを特徴とする、ディスクカッタ本体。
2. 前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）は、直線セグメントと円セグメントとからなる一連の平滑な連結された曲線を含み、かつ／または少なくとも３のより高い次数の多項式関数によって数学的に規定されており、前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）の曲率半径Ｒが、少なくとも０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のディスクカッタ本体。
3. 前記本体の第１の側における前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）は、他方の本体側における前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）に対して、形状または大きさに関して異なっており、かつ／または前記本体の回転軸線の周りに位相回転していることを特徴とする、請求項１または２記載のディスクカッタ本体。
4. 前記移行部分（２）は、前記第１のプレート本体（８）に接続された少なくとも第２のプレート本体（８’）をさらに備え、これによって、前記第１のプレート本体（８）と前記第２のプレート本体（８’）とは共通の軸線を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のディスクカッタ本体。
5. 前記第１のプレート本体（８）の前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）は、少なくとも第２のプレート本体（８’）の前記接続面（１０）の前記境界輪郭（７）に対して、形状に関して異なっており、かつ／または前記本体の回転軸線の周りに位相回転していることを特徴とする、請求項４記載のディスクカッタ本体。
6. 前記第１のプレート本体（８）には複数の孔が設けられており、該孔には、ボルト（９）が、前記第１のプレート本体（８）の表面に対して垂直に配置されており、
   各ボルト（９）の本体が、少なくとも第２のプレート本体（８’）の領域の外側に配置され、前記ハブ（１）または前記リム（３）のいずれかに締結されている
   ことを特徴とする、請求項５記載のディスクカッタ本体。
7. 前記ハブ（１）の表面および／または前記リム（３）の表面および／または前記移行部分（２）の表面には、接着剤を塗布するための粗面が、前記接続面（１０）上に少なくとも部分的に設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のディスクカッタ本体。

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