JP4582729B2 - High-speed and high-precision broaching method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用したブローチ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブローチ加工は、油性・水溶性クーラントでの切削が大部分で、切削速度が 3〜10 m/minが一般的であり、これ以上の高速での加工は、加工物材質がアルミ又はねずみ鋳物の部品（切削速度が20〜30 m/min）などに限られていた。一般的なブローチ加工切削速度が 3〜10 m/minである理由は、ブローチ加工は加工能率が良く、加工精度が安定しており、また刃具の再研削周期が、トータル切削長 50 〜 100 mと、他の加工法より長く、刃具交換頻度が他の加工法より少なくて済み、一般にユーザのブローチ加工ラインではブローチ工程の前後工程より加工サイクルタイムが短く、切削速度を上げる必要が無いのが殆どであったためである。特願平 11-300518号公報では、高速度工具鋼を基材とし、その切刃の少なくとも逃げ面にTiAlNCコーティングを被膜したブローチカッタを使用し、ブローチ加工切削速度が 3 m/minで、ドライ切削又はエアブロー切削を行うブローチ加工方法が開示されているが、それ以上のブローチ加工切削速度でドライ切削又はエアブロー切削を行うことについては開示がない。また特願平 9-108937 号公報では、粉末高速度工具鋼又は超微粒子超硬合金を基材とし、更にそれらに硬質被膜を被膜し、かつ切り込みを少なくしたブローチカッタを使用し、ブローチ加工切削速度が12 m/minで切削を行うブローチ加工方法が開示されているが、それ以上のブローチ加工切削速度で切削を行うことについては開示がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ブローチ加工の加工精度は、例えばインターナルブローチ加工における仕上がり寸法は、ブローチの仕上げ刃寸法を転写するが、ブローチ加工後の寸法精度を高精度に仕上げるために最初はブローチの寸法を大きめに仕上げ、試削り後ブローチを修正を要する場合があった。
本発明の課題は、ブローチカッタの切刃にミストノズルで微量ミストをかけるセミドライ加工において、高速度かつ高精度のブローチ加工方法を提供することにある。
本発明の別の課題は、ブローチカッタの切刃をドライで若しくはエアブルーをかける加工において、高速度かつ高精度のブローチ加工方法を提供することにある。
本発明のさらに別の課題は、ブローチカッタの切刃に切削油をかける湿式加工において、高速度かつ高精度のブローチ加工方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明によると、本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用し、前記ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐磨耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、前記切刃に TiAlN系の多層コーティングを被膜したブローチカッタを使用し、前記切刃にミストノズルで微量ミストをかけ、かつブローチ加工の切削速度を２０〜６０ m/minの高速にしたことを特徴とする高速高精度ブローチ加工方法を提供することにより上記課題を解決した。尚、切削速度２０〜６０ m/minは、現在の油圧シリンダ駆動及びボールねじ駆動での可能な速度である。ここで、 TiAlN系の多層コーティングとは、TiN,TiCN,TiAlN,CrN,DLC系(ダイヤモンドライク) 被膜もしくはこれらの組み合わせを含む多層コーティングをいう。前記微量ミストは、セミドライ加工の一般的な給油量である 2 cc 〜 12 cc/ hour/ 1 ノズル が好ましい。
【０００５】
本出願人は、セミドライブローチ加工を深化し、粉末ハイスに TiAlN系の多層コーティング、即ちTiN,TiCN,TiAlN,CrN,DLC系(ダイヤモンドライク) 被膜もしくはこれらの組み合わせを含む多層コーティング、を施したブローチで切削することにより、従来のハイスブローチでの油性加工と、ハイスに TiNコーティングを施したブローチでの水溶性加工に対し、刃具寿命が長いことを見出した。加工物１ヶ当たりの加工コストは、上記の油性・水溶性加工に対して同等となるが、さらにセミドライ加工のメリットを出すために、刃具寿命をより延長すれば上記の油性・水溶性加工に対しコスト的に優位になることができる。本第１発明は、セミドライでのブローチ加工をさらに発展させ、ブローチ加工の切削速度を２０〜６０ m/minの高速にしたことにより、刃具寿命を延ばし、かつ加工寸法はブローチ仕上げ刃寸法を転写する事ができ加工精度を向上させるものとなった。
【０００６】
本出願人は、切削理論上、高速加工は、切り屑のせん断角が大きくなり切り屑厚さが減少して切削のエネルギーは減少し、刃具寿命が伸びるものと考え研究をした結果、２０〜６０m/min のブローチ加工に於いては、加工物材質により傾向は異なるが、一般的に１０m/min 以下の低速加工に対して切削荷重が約１５％減少し（表３参照）刃具摩耗量も減少となり（表２参照）、刃具寿命が延びることが判った。また、加工精度は、内面ブローチ加工の場合はブローチ仕上げ刃寸法に極力近くなり、６０m/min では、仕上げ刃寸法がそのまま転写される。
【０００７】
本発明の第２発明によると、本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用し、前記ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐摩耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、前記切刃に TiAlN系の多層コーティングを被膜したブローチカッタを使用し、前記ブローチカッタの切刃をドライ若しくはエアブローをかけ、かつ切削速度を２０〜６０ m/minの高速にしたブローチ加工を特徴とする高速高精度ブローチ加工方法を提供することにより上記課題を解決した。本第２発明も同様に、刃具寿命を延ばし、かつ加工寸法はブローチ仕上げ刃寸法を転写する事ができ加工精度を向上させるものとなった。
【０００８】
本発明の第３発明によると、本体の外周に軸方向に多数の切刃を配置したブローチカッタを使用し、前記ブローチカッタの切刃部は粉末ハイス又はこれと同等の耐摩耗性を有する高速度工具鋼を基材とし、前記切刃に TiAlN系の多層コーティングを被膜したブローチカッタを使用し、材質がアルミ又はねずみ鋳物以外の加工物に対し、前記ブローチカッタの切刃に切削油をかけ、かつ切削速度を２０〜６０ m/minの高速にしたブローチ加工を特徴とする高速高精度ブローチ加工方法を提供することにより上記課題を解決した。本第３発明も同様に、刃具寿命を延ばし、かつ加工寸法はブローチ仕上げ刃寸法を転写する事ができ加工精度を向上させるものとなった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１に示す。ブローチ盤本体20上に固定されたジグ 6上に被削物2 を設置して、本体の外周に軸方向に多数の切刃11を配置したブローチカッタ1 を使用する。ブローチカッタ1 の切刃部は粉末ハイスを基材とし、切刃11に TiAlN系の多層コーティングが被膜されている。ブローチカッタ1 を、図１に図示しないブローチ昇降装置を介し被削物2 に挿入し、ブローチ盤本体20に設けたブローチ引っ張り装置21によりブローチカッタ1 を下方向へ引っ張る事により、ブローチ刃形状が被削物2 に転写される事になる。ブローチカッタ1 の切刃11に、ミストノズル3 を加工箇所に向け、4 cc/ hour/ 1 ノズル の微量ミストをかけ、かつブローチ加工の切削速度を２０〜６０ m/minの高速にして加工した。図１（ａ）に示す4 は加工前の被削物2 の断面形状、図１（ｂ）に示す5 は加工後の被削物2 の断面形状をそれぞれ示す。図１（ｂ）では、角四スプラインの場合を示す。ブローチ加工に於いては、図１（ｂ）の角四スプラインの他にインボリュートスプライン、インボリュートセレーション、丸形状、キー溝などの加工形状があり、さらに表面ブローチ加工もあり、図１は加工の一例を示したものである。
【００１０】
本発明の第１実施例の加工テスト結果を表１、表２、表３に示す。
表１は角四スプラインブローチで加工物Ｓ４５Ｃを切削した時の切削速度と大径寸法の関係である。切削速度の増加に伴い、２０〜６０ m/minの高速にしたとき、大径寸法がブローチ仕上げ刃寸法に近くなっている事がわかる。
表２は角４スプラインブローチで加工物Ｓ４５Ｃをトータル切削長５４m 加工した時のブローチ刃の最大逃げ面摩耗量を示す。切削速度４０m/min では、５m/min に対し摩耗量が約６５％になっている。
表３は角四スプラインブローチで加工物Ｓ４５Ｃを切削した時の切削速度と実切削荷重の関係である。切削速度の増加に伴い、２０〜６０ m/minの高速にしたとき、実切削荷重が減っていることがわかる。
【００１１】
本発明の第２実施例として、図１の装置を使用し、切刃部は粉末ハイスと同等の耐摩耗性を有する真空溶解高速度工具鋼を基材とし、切刃11に TiAlN系の多層コーティングが被膜されているブローチカッタ1 を使用し、ミストノズル3 を図示しない切削油ノズルに替えて切削油をかけて、第１実施例と同様な加工条件で、加工テストを行った。
本発明の第２実施例の加工テスト結果も、表１、表２、表３とほぼ同様な結果を得た。
【００１２】
本発明の第３実施例として、図１の装置を使用し、切刃部は粉末ハイスと同等の耐摩耗性を有する真空溶解高速度工具鋼を基材とし、切刃11に TiAlN系の多層コーティングが被膜されているブローチカッタ1 を使用し、ミストノズル3 を図示しないエアブローノズルに替えてエアブローをかけて、第１実施例と同様な加工条件で、加工テストを行った。
本発明の第３実施例の加工テスト結果を表４、表５、表６に示す。本発明の第３実施例の加工テスト結果も、表１、表２、表３とほぼ同様な結果を得た。
【００１３】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
本発明による、高速でのセミドライブローチ加工、ドライ若しくはエアブローをかけ、又は切削油を使用して加工、するブローチ加工は、従来の低速加工速度に対して刃具寿命が延長となり（約１．５倍）、加工物１ヶ当たりの加工コストは下がりメリットが出た。加工精度はインターナルブローチ加工における仕上がり寸法が、ブローチの仕上げ刃寸法の転写性が正確になり（仕上げ刃寸法がそのまま写る）、ブローチ加工後の寸法精度を要求寸法に仕上げるために最初はブローチの寸法を大きめに仕上げ、試削り後ブローチを修正していた工程がある場合はこの工程が不要となり大きなメリットとなった。尚、切削速度６０m/min を超えた領域でも刃具寿命延長と加工精度向上のさらなるメリットが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に使用した装置を示し、図１（ａ）は加工前の被削物2 の断面形状、図１（ｂ）は加工後の被削物2 の断面形状、図１（ｃ）はブローチ加工装置の要部断面図を、それぞれ示す。
【符号の説明】
1 ・・ブローチカッタ 2 ・・被削物
3 ・・ミストノズル 11・・ブローチカッタの切刃[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a broaching method using a broach cutter in which a large number of cutting blades are arranged in the axial direction on the outer periphery of a main body.
[0002]
[Prior art]
Conventional broaching is mostly performed with oil-based or water-soluble coolant, and a cutting speed of 3 to 10 m / min is generally used. At higher speeds, the workpiece material is aluminum or gray. It was limited to casting parts (cutting speed 20-30 m / min). The reason why the general broaching cutting speed is 3 to 10 m / min is that broaching has good machining efficiency, stable machining accuracy, and the re-grinding cycle of the cutting tool has a total cutting length of 50 to 100 m. It is longer than other processing methods and requires less frequent blade replacement than other processing methods. In general, the user's broaching line has a shorter processing cycle time than before and after the broaching process, and there is no need to increase the cutting speed. It was because it was almost. In Japanese Patent Application No. 11-300518, a broaching cutter with a high-speed tool steel as a base material and a TiAlNC coating coated on at least the flank of the cutting blade is used, and the broaching cutting speed is 3 m / min. A broaching method for performing cutting or air blow cutting is disclosed, but there is no disclosure about performing dry cutting or air blow cutting at a higher broaching cutting speed. In Japanese Patent Application No. 9-108937, broaching cutting is performed by using a broach cutter which is made of powder high-speed tool steel or ultrafine particle cemented carbide and further coated with a hard coating and less incised. A broaching method for cutting at a speed of 12 m / min is disclosed, but there is no disclosure about cutting at a broaching cutting speed higher than that.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As for the processing accuracy of broaching, for example, the finished dimensions in internal broaching transfer the finished blade dimensions of the broach, but in order to finish the dimensional accuracy after broaching with high accuracy, the size of the broach is first finished to be large, In some cases, it was necessary to correct the broach after trial cutting.
An object of the present invention is to provide a high-speed and high-precision broaching method in semi-dry machining in which a minute amount of mist is applied to a cutting edge of a broach cutter with a mist nozzle.
Another object of the present invention is to provide a high-speed and high-accuracy broaching method in a process in which the cutting edge of a broach cutter is dry or air blue is applied.
Still another object of the present invention is to provide a high-speed and high-precision broaching method in wet machining in which cutting oil is applied to the cutting edge of a broach cutter.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the first invention of the present invention, a broach cutter in which a large number of cutting blades are arranged in the axial direction on the outer periphery of the main body is used, and the cutting blade portion of the broach cutter has a powder high speed or equivalent wear resistance. Using a broach cutter with a high-speed tool steel as a base material and a TiAlN multi-layer coating on the cutting edge, a small amount of mist is applied to the cutting edge with a mist nozzle, and the cutting speed of broaching is 20 to 60 m. The above problem was solved by providing a high-speed and high-precision broaching method characterized by a high speed of / min. The cutting speed of 20 to 60 m / min is a speed that can be achieved with the current hydraulic cylinder drive and ball screw drive. Here, the TiAlN-based multilayer coating refers to a multilayer coating including a TiN, TiCN, TiAlN, CrN, DLC-based (diamond-like) coating or a combination thereof. The minute mist is preferably 2 cc to 12 cc / hour / 1 nozzle, which is a general oil supply amount for semi-dry processing.
[0005]
Applicant has deepened the semi-drive roach process and broached with a TiAlN-based multilayer coating on the high-speed powder, that is, a multilayer coating containing a TiN, TiCN, TiAlN, CrN, DLC (diamond-like) coating or a combination thereof. We found that cutting tool life is longer than conventional oil-based processing with a high-speed broach and water-soluble processing with a broach with a TiN coating on the high-speed steel. The processing cost per workpiece is equivalent to the above oil-based and water-soluble processing. However, in order to further benefit from semi-dry processing, if the tool life is further extended, the above oil-based and water-soluble processing can be achieved. On the other hand, it can be advantageous in terms of cost. In the first invention, the semi-dry broaching process is further developed, the cutting speed of the broaching process is increased to 20 to 60 m / min, thereby extending the tool life and transferring the broaching finish blade dimensions. It was possible to improve the processing accuracy.
[0006]
As a result of studying that the high-speed machining is considered to increase the shear angle of the chip, reduce the thickness of the chip, reduce the cutting energy, and increase the tool life in terms of cutting theory. In broaching at 60 m / min, the tendency varies depending on the workpiece material, but the cutting load is generally reduced by about 15% for low speed machining at 10 m / min or less (see Table 3). It was reduced (see Table 2), and it was found that the blade life was extended. Further, the machining accuracy is as close as possible to the broach finish blade size in the case of internal broaching, and the finish blade size is transferred as it is at 60 m / min.
[0007]
According to the second invention of the present invention, a broach cutter in which a large number of cutting blades are arranged in the axial direction on the outer periphery of the main body is used, and the cutting blade portion of the broach cutter has high wear resistance equivalent to powder high speed steel. Using a broach cutter with a speed tool steel as a base material and coating the cutting blade with a TiAlN-based multi-layer coating, dry or air blow the cutting blade of the broach cutter, and a cutting speed of 20-60 m / min. The above problems have been solved by providing a high-speed and high-precision broaching method characterized by high-speed broaching. Similarly, in the second invention, the tool life is extended, and the machining dimensions can transfer the broach finish blade dimensions, thereby improving the machining accuracy.
[0008]
According to the third aspect of the present invention, a broach cutter in which a large number of cutting blades are arranged in the axial direction on the outer periphery of the main body is used, and the cutting blade portion of the broaching cutter has a powder high speed or high wear resistance equivalent thereto. Using a broach cutter with a speed tool steel as a base and a TiAlN multilayer coating on the cutting edge, apply cutting oil to the cutting edge of the broach cutter on workpieces other than aluminum or gray casting. And the said subject was solved by providing the high-speed high-precision broaching method characterized by the broaching which made the cutting speed 20-20 m / min high speed. Similarly, in the third invention, the tool life is extended, and the machining dimension can transfer the broach finish blade dimension, thereby improving the machining accuracy.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. A workpiece 2 is placed on a jig 6 fixed on the
[0010]
Tables 1, 2 and 3 show the processing test results of the first embodiment of the present invention.
Table 1 shows the relationship between the cutting speed and the large diameter when the workpiece S45C is cut with a square four-spline broach. It can be seen that when the cutting speed is increased, when the speed is increased to 20 to 60 m / min, the large diameter dimension is close to the broach finish edge dimension.
Table 2 shows the maximum flank wear of the broach blade when the workpiece S45C is machined with a square 4 spline broach to a total cutting length of 54 m. At a cutting speed of 40 m / min, the wear amount is about 65% with respect to 5 m / min.
Table 3 shows the relationship between the cutting speed and the actual cutting load when cutting the workpiece S45C with a square four-spline broach. It can be seen that the actual cutting load decreases when the cutting speed is increased to 20 to 60 m / min as the cutting speed increases.
[0011]
As a second embodiment of the present invention, the apparatus of FIG. 1 is used, and the cutting edge portion is made of a vacuum melting high-speed tool steel having wear resistance equivalent to that of powder high speed steel. Using a broach cutter 1 coated with a coating, the
The processing test results of the second example of the present invention were almost the same as those in Tables 1, 2, and 3.
[0012]
As a third embodiment of the present invention, the apparatus of FIG. 1 is used, and the cutting edge portion is made of a vacuum melting high-speed tool steel having wear resistance equivalent to that of powder high speed steel. Using a broach cutter 1 coated with a coating, the
Tables 4, 5 and 6 show the processing test results of the third embodiment of the present invention. The processing test results of the third example of the present invention were also almost the same as those in Tables 1, 2, and 3.
[0013]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
[Table 5]
[Table 6]
【The invention's effect】
According to the present invention, high-speed semi-drive roaching, dry or air blowing, or broaching that uses cutting oil increases the tool life (1.5 times longer than conventional low-speed machining speeds). ), The machining cost per workpiece decreased, and merit came out. The processing accuracy is the finished dimension in internal broaching, the transferability of the finished blade dimension of the broach is accurate (the finished blade dimension is reflected as it is), and in order to finish the dimensional accuracy after broaching to the required dimension at first, If there is a process that finishes with larger dimensions and corrects the broach after trial cutting, this process becomes unnecessary, which is a great merit. Even in the region where the cutting speed exceeds 60 m / min, further advantages of extending the tool life and improving the machining accuracy can be considered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an apparatus used in a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a sectional shape of a workpiece 2 before machining, and FIG. 1 (b) is a sectional view of the workpiece 2 after machining. FIG. 1 (c) shows a cross-sectional view of the main part of the broaching apparatus.
[Explanation of symbols]
1 ·· Brooch cutter 2 ·· Workpiece
3 ・ ・
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