JP4824238B2 - 玉軸受フライス加工用カッタ及び協働する切削インサート - Google Patents
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Description
本発明は、玉軸受フライス加工用カッタの切削インサートと、適切な玉軸受フライス加工用カッタ自体とに関する。特に、このような切削インサートは、実質的に互いに平行である上面と下面とを備え、周辺の(連続する)切刃面が互いに上面と下面とに接続する。そして切刃は、切刃面と、上面及び/または下面との間の交差線に沿って部分的に少なくとも形成される。この上面と下面とが実質的に互いに平行であるという特徴は、切屑の案内または切屑の破砕構造を備える平行な形態または輪郭からの離脱を明らかに除外するものでない。
【0002】
また、本発明は、シャンクと、切削ヘッドと、フライスカッタ軸とを備える相当する玉軸受フライス加工用カッタに関し、切削ヘッドの前自由端には、適切な切削インサート用のシートが少なくとも一つ備えられる。
【0003】
さらに、本発明は、また、切削インサートが装着される玉軸受フライス加工用カッタを用いた玉軸受の製造方法に関し、切削インサートの作用主切刃と補助切刃とが嵌め込まれる。
【0004】
インサートに相当する玉軸受フライス加工用カッタとカッタと協働する切削インサートとは、先行技術では早くから知られており、且つそり角αで切削することによって玉軸受を製造するためにこのカッタとインサートが使用され、換言すれば溝は丸みを帯びるが一般的に正確な円形断面でない。その代わりに溝断面は、溝のベースの曲率半径がこの軸受に沿って転がる玉の半径より小さくする形態である。また、この溝の深さは一般的に玉の半径より小さくて、断面において、溝の横フランクは、溝に沿って転がる玉の半径より幾分大きい曲率半径を有するので、この玉軸受内を転がる玉が、且つ溝のベースでもなく溝の上側縁部でもなくて、玉軸受のフランク領域のみに実質的に触れる。非常に正確に玉の位置を規定することが可能になると同時に低い転がり摩擦を可能にし、このような玉軸受によって、種々の機械部品が互いに容易に運動することを必要とする接触ができ、機械部品が相対的に重くて大きな負荷である場合、これらの機械部品の間に伝達を必要とする(軸受と機械部品との間に存在する玉を介して)。理想的には、この玉の断面は実質的に楕円形であり1.01〜1.1の離心率と軸受を対称に分割する長軸を備え、短軸は軸受内を転がるこの玉の半径より僅かに大きく、離心率はこの玉の半径と一致し、軸受内の玉の接触点は、玉の横断面から見て、ほぼ70〜90°離間し、それらのベースから35〜45°で玉軸受のフランク上にある。
【0005】
図1は、実施例として断面の内側面がほぼ環状ブッシュの形のいわゆるピボットピンの断面を示し、この内側面には幾つかの玉軸受が軸方向または僅かに軸に向かって傾斜して存在し、断面はほぼ円の一部分の形状を示す。
【0006】
図2は、相当する玉軸受の断面が円形でない代わりに楕円形である玉軸受の拡大詳細図を示し、玉の半径より幾分小さい玉軸受のベースの曲率半径と、溝または玉軸受のフランク領域における玉の半径より大きい曲率半径と、を実質的に特徴とする。
【0007】
既に記載したように、相当する玉軸受は、先行技術においては、加工物の面に対していわゆるそり角αで配置される特別な玉軸受フライス加工用カッタで製造され、その端面領域に、少なくとも一つの特別に形成された切削インサートが配位され、望ましい溝形状がフライス加工される。いわゆるそり角は、フライスカッタ軸と玉軸受の軸との間の角度、すなわちフライスカッタ軸と現に加工される玉軸受の断面の接線との角度である。このそり角は、典型的には10〜40℃の範囲にある。
【0008】
フライスカッタの端面領域に使用される切削インサートは、一般的に、平面的にみてほぼ円形で時には幾分平らである形状、またはほぼ長円形を有する。切削インサートは、主切刃と補助切刃との双方で切削を行い、そして主切刃は、フライスカッタの端面に配置されて、軸方向並びにフライスカッタ軸に垂直な面の双方に方向成分を有し、さらに補助切刃は、フライスカッタの軸により優勢な平行な方向成分を有する。長円またはそれぞれがほぼ円形の切削インサートを使用する場合、主切刃及び補助切刃は、明らかに丸みをおび、主切刃から補助切刃までの遷移部は、主切刃と補助切刃との間に明確な差異が存在せずに、実質的に連続してつながる。しかしながら、一般的に、この先行技術は、主切刃と呼ばれる切刃部分において、切刃の半径方向成分が顕著であるが、しかし補助切刃は優勢な軸方向の成分で定義される。
【0009】
前述した、加工物の表面に対するフライスカッタ軸のそり角は、切削インサートのそれぞれの切刃区域の一部、すなわち軸方向後方にセットされる補助切刃の部分よりも軸方向の比較的前方に備わり且つフライスカッタの軸から比較的近い距離にある切刃区域で、溝のベースを切削するように、調整する。これは次のことを意味する。溝のベースがより小さな軌道上を回転する切刃区域によって形成され、それによって、溝または軸受のそれぞれのフランク部分より小さな曲率半径(そり角に付随的に依存する場合)は、補助切刃領域で切削され、この補助切刃はさらに軸方向後方にあり且つフライスカッタの軸から半径方向に離れていて、加工物の面に対してフライスカッタの傾いた調整のために、しかしながら溝のベースに到達できない。
【0010】
この結果、図2に主要部を示す溝は、少なくともほぼ楕円の横断面形状である。
【0011】
既知の切削インサート及び玉軸受フライス加工用のカッタの欠点は、同一の寸法の玉軸受を必要とする各玉直径に対して、切削インサートまたは相当する玉軸受に単独で一致する切削インサートを、適切な直径を有するフライスカッタで使用する必要があるという点である。相当するボールベアリングまたはボールジョイントのそれぞれは、広範囲の異なるボール直径が使用され且つ設計され、それは一般的に10〜30mmであり、大量の異なる切削インサートを、全ての異なるボール直径用の適切な玉軸受をフライス加工するために保管しとく必要がある。これは次のことを意味する。すなわち、個々のボール直径に対する切削インサートがかなり少量の使用にもかかわらず、このような玉軸受の製造には、所望の寸法の玉軸受を作るためにはこのような切削インサートを大量に貯蔵しとく必要がある。この場合、個々の切削インサート及びこのような玉軸受の双方は非常に高価となる。
【0012】
この先行技術に関しては、本発明の目的は切削インサートと相当する玉軸受フライス加工用カッタを提供することであり、1つの切削インサート及び同一形式のインサートでもって、種々のボール直径の玉軸受を製造すること、また種々のフライスカッタ直径でさえも可能にする。
【0013】
さらに、半発明は、割り出し可能な切削インサートに配置される幾つかの切刃を作り出すようにすることが玉軸受を可能にする。
【0014】
切削インサートに関する本発明に目的は、切削インサートが実質的に端面に配置される主切刃と補助切刃とを、主切刃と補助切刃との間の遷移部に角度切刃とともに備えることで解決され、平面的にみて上面で角度切刃は比較的小さな半径の丸みがつけられ、それによって、同様に平面的にみて、また補助切刃は、角度切刃の半径より明らかに大きな曲率半径を有し、一方切削インサートが備わるフライスカッタの直径の2倍より小さい。
【0015】
したがって、主切刃の延びる方向は最重要でなく、一般的に主切刃は、実質的に半径方向にあり、換言すれば主としてフライスカッタの軸に垂直な面である。角度領域または角度切刃のそれぞれは、比較的小さな角度であり、角度切刃とは対照的に、補助切刃は明らかに軸方向成分を含み、さらに半径方向外側であるが、しかしながらその一部に対して、少なくともフライスカッタの軸に対して僅かに傾斜する。これが角度領域となり、つまり角度切刃は、最も半径方向外側にさらに後方軸方向にある補助切刃の一部に比較して明らかに半径方向内側に隔たっていて、同時にフライスカッタまたは切削インサートの最前端部に配置される。前述のそり角でのフライスカッタ軸の適切な調整は、次のことを意味する。すなわち、溝のベースはこの角度領域または角度切刃で切削され、一方溝のフランクまたは玉軸受のフランクは、後方軸方向及び半径方向外付記に片寄った補助切刃によって切削される。それらの曲率は、フランク区域が所望の曲率を達成することを確実にして、さらにまたフライスカッタ半径とそり角とに依存する。
【0016】
本発明の割り出し可能切削インサートを使用し、広範囲の直径のフライスカッタを、例えば、12〜18mmのフライスカッタ直径を固定することを可能にし、同程度の12〜18mmの大きさの種々のボール直径の玉軸受を製造するために、これと及び同一切削インサートを固定することを可能にする。12から例えば27mmの標準直径範囲を包含するために、たった二つの異なる切削インサートを必要とし、この曲率半径は角度切刃と補助切刃上で適切に一致する。
【0017】
玉軸受けフライスカッタ用に特別の切削インサートを製造し且つ貯蔵しておく費用は、この方法によって著しく削減することができる。さらに、切削インサートの形状は、1つの工具に複数の切削インサートを簡単な装着方法で可能にし、例えば、同じ離間配置に、或いはほぼ同一角の離間配置で二つまたは三つの装着を可能にする。同一角の離間配置に意図的に与えた小さな変動が、共振することなく且つ工具のより長い運転を可能にする。
【0018】
本発明の実施態様は、角度領域が相当する補助切刃とまた主切刃とに向かってそれぞれの接線方向に合流することが好ましい。
【0019】
本発明の実施態様は、補助切刃半径へと変わる角度切刃半径の遷移は、遷移角度またはそり角αより小さな接触角τにあることが特に好ましく、この接触角τは、この遷移点でのそれぞれの切刃の接線と切削インサートの予め決めた挿入状態におけるフライスカッタの仮想軸とよって定義される。この方法においては、溝のベース(底面)は小さな半径を有する角度領域によって実質的に切削され、一方補助切刃はその部分が丸みをおびていてフランク(側面)領域を切削する。
【0020】
接触角は10〜25°の範囲が好ましく、一方そり角αは例えば12〜45°の範囲にすることができる。一般的に接触角τは、好ましくは2〜12°の間でありそり角未満であるので、この小さな異な値はさらに小さなそり角を考慮することができる。
【0021】
角度切刃の半径は、好ましくは0.2〜5mmであり特に0.4〜2.4mmである。一方、補助切刃の半径は明らかに大きくて、本発明の好ましい実施態様においては、5〜30mmであり特に8〜25mmであり、それでもこの半径はフライスカッタの直径に依存する。都合よいことには、補助切刃の半径は、したがって切削インサートが備えられるフライスカッタの直径に依存して決められ、この場合、補助切刃の半径はフライスカッタの直径の0.7倍〜0.95倍にする必要があり、これは、逆に所定の補助切刃半径を備える切削インサートに対して、フライスカッタの直径は、上記の基準を満足するためにかなり変化できることを意味して、この相互関係の僅かの増加または低下を容易に容認できる。
【0022】
例えば、切削インナートは、先行技術のように矩形または任意に3角基本形状を備え、この場合、用語「3角」はいわゆる3角形も含み、用語「矩形はひし形板を包含する。3角形または矩形のインサートは主切刃の端面としての適用が判明し、且つ補助切刃が上記接触角角度切刃と接触し、且つ上記曲率を有することが単に重要である。
【0023】
割り出し可能切削インサートとしての切削インサートの形状は、ひとつの切刃が摩耗したら、別の切刃を使用できるようにするのが特に好ましい。矩形の割り出し可能切削インサートの場合、このようなインサートは、上面に好ましくは対角線上の向かい合うコーナ領域に、主切刃と補助切刃との間の遷移部を備え、上側上に二つの主切刃と二つの補助切刃が、互いに対角線上に、それらの間に存在する角度切刃とともに、に存在する。
【0024】
このような矩形の割り出し可能切削インサートでは、それにもかかわらず、インサートの下面は、好ましくは、正確に上面と同じように残りの対角線上コーナに切刃を備えることができる。
【0025】
玉軸受けフライスカッタは此処に記載したインサート用の適切なインサートシートを特徴とすする。好ましくは、本発明にしたがう玉軸受フライス加工用カッタは、適切なインサート用の複数のシートを、カッタの前方外周区域に沿って、同一或いはほぼ同一の角度離間距離で備える。
【0026】
序文に記載した玉軸受の製造方法に関しては、本発明の基本とする目的は、一つまたは複数の切削インサートの使用を解決することであり、この方法においては主切刃と補助切刃とが角度切刃によって分離されており、角度切刃の曲率半径は0.2〜5mm好ましくは0.4〜2.5mmの間にあり、一方、主切刃と補助切刃との曲率半径はそれぞれが、少なくとも角度切刃の曲率半径の5倍好ましくは十倍以上の曲率半径を有する。
【0027】
本発明にしたがう方法の実施態様においては、主切刃は実質的には真っ直ぐであって、これは半径方向において非常に大きな或いは極度に大きな曲率半径に相当し、一方、補助切刃の曲率半径は、フライスカッタの半径の半分から2倍の範囲にある(玉軸受の最大半測定(maximum half-measurement))。さらに、本発明にしたがう方法の使用においては、切削インサートは全て特許請求の範囲に定義した特長を備える。
【0028】
上記及び特許請求の範囲及び前述のしたことまでは、所定の半径に湾曲した切刃または切刃区域が存在し、これらは一定の曲率半径を備えることが絶対でなく、これらの半径は特許請求の範囲の限定枠内で変化することができ、或いは、多概観して角度をなしより短くて真っ直ぐな区域の多角形に置き換えることができ、中心において、かかる部分を越えて、平均曲率半径が請求された範囲になるように作られる。
【0029】
さらに有利なことは、本発明の適用に関する特徴および可能性は好ましい実施態様及び添付された図面を参照した次の記載から明確になる。
【0030】
先行技術を参照してすでに上述したように、玉軸受は玉を案内するために必要であり、軸受部分に対して、それぞれの部品の間で締まり嵌めであり、しかし摩擦無し状態で少なくとも一方向の嵌合を与える必要があり、且つ互いに関して限定内で移動可能である。このことに関して最も良く知られている例は、慣用のボールベアリングで明らかであるが、それはさらに多くの機械素子が含まれ、それらが低摩擦力であり互いに関して限定された範囲で移動可能であるように互いに接触する必要がある。
【0031】
図1に中空環形状のピボットピン20を示し、それらの内側面に溝6の形状で合計6個の玉軸受がフライス加工され、そこでは明確でないが、ピン20の軸に関して僅かに傾斜して実質的に軸方向に延在している。
【0032】
丸い形状の溝6が実質的に存在する玉軸受の横断面は、図2にしたがう拡大図に最も良く示すように、円の区域の形状は正確ではないが、代わりに溝のベース11は、溝のフランク12より小さな曲率半径を備え、溝は溝の上側縁部領域に大きな幅を有し、いわゆる通常のアンダーカットでなくとはいえ、主にアンダーカットされた溝のフランク12も考慮される。
【0033】
図2から明らかなように、破線で示される玉13は、溝6のフランク12上を転がり、溝のベース11には接触しない。このような方法においては、しかしながら、溝6の断面方向における玉13の位置は、玉が溝のベースを実際に転がる場合よりもさらに正確に定義される。円断面で玉の直径に正確に一致した溝では、寸法許容差がほんの僅か超過しても、かなりの摩擦が発生する。溝のフランク12における二つの相対して離間配置する玉13の点接触によって、大きな力を伝達することもできる。
【0034】
図3は本発明にしたがうフライス工具10を示し、図ではより正確に工具シャンク形態を依存していないが、代わりに、この場合には、図4の好ましい実施態様に示すように、切削インサート1用の切削シートが前方の切削ヘッドに設けられている。図3には、加工物面と加工方向とが水平線で示され、フライスカッタ7の軸はこの水平に対して角度αで調整され、この実施例においては20°より幾分大きくする。割り出し可能の切削インサート1の主切刃2は、フライスカッタの前端面に示され、半径面を実質的に移動し、加工物の最も大きな材料部分を切り出しする。溝のベースまたは内側溝面のそれぞれは、図4にさらに明確に示される角度切刃4と補助切刃3とによって切削される。
【0035】
そり角αは、切削インサート1が通常に作用する位置で、図4に再び示される。明らかに、主切刃2は、比較的小さな半径r1を備えた角度切刃4を介して補助切刃に合流し、この補助切刃は半経r1より明らかに大きな曲率半径r2をその部分に備える。さらに、図4において、角度切刃4と補助切刃3との間の遷移点での接線は、フライスカッタ7の軸に対するこの接線の角度によって定義されるいわゆる接触角τを示す(この場合、補助切刃3の真っ直ぐ後方の拡張部まで、しかしながら、フライスカッタ軸7まで平行に)。図3のY字に連結したこれは、この接触角τのために、溝のベースはこの接触領域の前方に存在する角度切刃4の一部によって切削され、しかるに、さらに前方にある溝のフランク部は大きな直径を備えて配置される補助切刃3の切刃区域によって作り出される。
【0036】
フライス工具の半径を変更した場合でも、すなわち、図1の像を半径方向外側または内側への切削インサート1の移動は初めと同様に残留し、そり角αは、接触角τより大きく残留すれば、所定の範囲内で変化できる。これが、相当する種々の玉用及び切削インサートの同一タイプ用の異なる直径または異なる寸法を備える玉軸受を製造することを可能にする。
【0037】
明らかに、図3に示すフライスカッタは好ましくはさらに180°の位置隔たり、或いはいくつかの位置に切削インサートを備え、互いに関して示された切削インサート1に関しては同一またはほぼ同一の角度離間距離で配置され、高速度生産を考慮する場合は特に好ましく、さらにフライスカッタの移動を実質的により静かにさせることに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、横断面を実質的に見分けがつく合計6個の玉軸受を有するピボットピンの断面図である。
【図2】 図2は、破線で示された軸受内を走行する玉と玉軸受の断面を示す。
【図3】 図3は、玉軸受フライス加工用カッタを示す。
【図4】 図4は、本発明にしたがう玉軸受フライス加工用カッタの割り出し可能な切削インサートの拡大図を示す。
Claims (17)
- シャンクと、切削ヘッドと、切削軸(7)とを備えた玉軸受フライス加工用カッタであって、該切削ヘッドは切削インサート(1)を備え、該切削インサートは、上面と、前記上面と平行な下面と、前記上面と前記下面とが互いに接続する連続刃面と、を有する玉軸受フライス加工用カッタであって、
切刃が、前記刃面と前記上面との間の交差線の少なくとも一部に形成され、
主切刃が、フライスカッタの軸に実質的に垂直なフライスカッタの端面すなわち半径方向の面に配置される玉軸受フライス加工用カッタにおいて、
主に軸方向後方に向かい且つ部分的に半径方向外側に向かって伸びる補助切刃(3)が、前記主切刃(2)と補助切刃(3)との間の遷移部の角度切刃(4)と共に、備えられ、
前記上面からみて、前記角度切刃が半径(r1)を有し、
前記補助切刃(3)が、前記角度切刃(4)の半径(r1)より確実に大きく且つフライスカッタの直径の2倍より小さい半径(r2)を有し、
半径r1とr2の間の遷移部の角度(τ)は、10°〜35°の範囲である、
ことを特徴とする玉軸受フライス加工用カッタ。 - 前記補助切刃(3)と前記主切刃(2)とのそれぞれが、丸みおびた角度切刃(4)と接線方向で接続することを特徴とする請求項1記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記角度切刃(4)の半径が、0.2〜5mmであり、前記補助切刃の半径(r2)が、5〜35mmである、
ことを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタ。 - 前記角度切刃(4)の半径が0.4〜2.4mmであり、前記補助切刃の半径(r2)が7〜25mmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記補助切刃の半径(r2)が前記フライス加工用カッタの直径の0.7〜0.95倍であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記切削インサートが、少なくとも2枚の主切刃と補助切刃とを備えた割出し可能な切削インサートとしての形状である請求項1〜5のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記切削インサートの基本形状が、矩形または長方形、或いは三角形または菱形である請求項5記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記切削インサートが長方形の基本形状を有し、切削インサートの上面の対角線上で対向する各コーナ上に主切刃と補助切刃(2、3)とが形成され、切削インサート(1)の下面において残りの対角線上で対向する各コーナ上に主切刃と補助切刃とが形成される請求項6記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 前記切削ヘッドの端部に且つ切削ヘッドの周囲に沿って、同一またはほぼ同一の角度の離間距離で、請求項1〜7のいずれか1項に記載の切削インサートを複数配置させた請求項8記載の玉軸受フライス加工用カッタ。
- 切削インサートを装着した請求項1〜9のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタを用いて、切削インサートの活動する主切刃と補助切刃のそれぞれが加工物に係合する玉軸受の製造方法であって、
主切刃と補助切刃とが角度切刃によって分離されていて、角度切刃の半径が0.2〜5mmであり、一方、主切刃と補助切刃の曲率半径のそれぞれが、角度切刃の少なくとも5倍であり、一つまたは複数の切削インサートを使用し、
前記フライスカッタを、フライスカッタ軸(7)に対して12°〜45°のそり角に設定された加工方向に沿って移動させる
ことを特徴とする玉軸受の製造方法。 - 主切刃が実質的に真っ直ぐで半径方向を向き、補助切刃の曲率半径が、フライスカッタの半径の半分から2倍の範囲にあることを特徴とする請求項10記載の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の玉軸受フライス加工用カッタを使用することを特徴とする請求項10または11記載の方法。
- 請求項10〜12のいずれか1項に記載の玉軸受を製造する方法であって、該切削インサートの装着時に、該角度切刃(4)と該補助切刃(3)の接線同士がこれら2つの切刃間の遷移部でフライスカッタ軸(7)と成す角度(τ)は、玉軸受フライス加工用カッタのそり角(α)よりも小さいことを特徴とする玉軸受を製造する方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載された玉軸受フライス加工用カッタおよび請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法に用いる切削インサートであって、該切削インサートは、上面と、前記上面と実質的に平行な下面と、前記上面と前記下面とが互いに接続する連続刃面とを有し、
切刃が、前記刃面と前記上面との間の交差線の少なくとも一部に形成された切削インサートにおいて、
該切削インサートは、基本形状が矩形であり、回転軸に対して垂直に配置された真っ直ぐな主切刃と、主として該主切刃に対して垂直で部分的に該主切刃に対して平行で半径方向の補助切刃(3)と、該主切刃(2)と該補助切刃(3)との間の遷移部にある角度切刃(4)とを有し、該角度切刃(4)は前記上面から見て半径0.2mm〜5mmの丸形状であり、該補助切刃(4)は該角度切刃(4)の半径r1より大きくて5〜35mmの半径r2を有し、該半径r2はフライスカッタの直径の2倍よりも小さく、該主切刃に対する垂直線に対して測定した半径r1と半径r2の間の遷移部の角度τは10°〜35°であることを特徴とする切削インサート。 - 該角度切刃(4)の半径が0.4〜2.4mmであり、該補助切刃の半径(r2)が7〜25mmであることを特徴とする請求項14に記載の切削インサート。
- 少なくとも2枚の主切刃と補助切刃とを備えた割出し可能な切削インサートとしての形状であることを特徴とする請求項14または15に記載の切削インサート。
- 長方形の基本形状を有し、切削インサート(1)の上面の対角線上で対向する各コーナ上に主切刃と補助切刃(2、3)とが形成されており、切削インサート(1)の下面において対角線上で対向する各コーナ上に主切刃と補助切刃とが形成されていることを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の切削インサート。
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