JP5663136B2 - クランク軸を切削加工するための方法及び該方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受け幅及びオイルカラーの加工が順次又は同時に行われるのが望ましいクランク軸を切削加工するための方法に関する。このためには複数の切断工具を備えたディスク形のアウタフライスを使用し、これらの切断工具のうちの一部は、クランク軸の軸受け底部を加工するために働き且つその他の部分は前記軸受け底部に隣接するオイルカラーを加工するために働く。更に本発明は、前記方法を実施するための装置であって、ディスク形のアウタフライスを有しており、該アウタフライスの円周面に、接線方向で水平に締め込まれたインサート刃物が配置されている形式のものに関する。

クランク軸の加工は難しい。なぜならば、クランク軸はその長さに基づき、クランクピンの周面及びオイルカラーを含むクランクアーム面として加工する必要のある偏心的な回転対称面を有する不安定な工作物であるからである。クランク軸加工に関しては、従来技術に基づき旋削、インナフライス、ターンブローチ、ターン・ターンブローチ又はアウタフライス等の複数の方法が提案されており、これらの方法の中ではアウタフライスが頻繁に用いられる。大量個数のクランク軸を短い加工時間で廉価に製作できるようにするためには、例えばヨーロッパ特許第０８３０２２８号明細書で提案されるフライス切削法では、切削加工をアウタフライスにより、１６０ｍ／ｍｉｎよりも大きな切削速度、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の切削厚さ及びインサート刃物を支持するアウタフライスの小さな切削円弧長さで実施する。クランクピンを加工するためには、接線方向で締め込まれたポジティブなインサート刃物が使用される。このいわゆるクランク軸の高速フライスは、クランク軸の加工時間を著しく最小限化することができたために、コスト面で著しい利点を有している。但し、加工コストに関しては、更に別の要素が重要である。つまり、ここでは検討されていない、刃物の耐用年数を決定するインサート刃物の耐摩耗性及び工具のサイクルタイム、即ち様々な切削段階順序並びに切削段階毎の介入刃物数である。

従来技術では、クランクピン周面（軸受け幅）及びオイルカラーは、連続する切断工具により加工され、この場合はクランク軸の切削代に関連して、送りにより所定の切削厚さのみが実現可能である。但し多くの場合、製作しようとする角隅半径は、オイルカラー切削代よりも小さいので、その結果、特定の切断領域において比較的大きな最大の切削厚さが切断されることになり、このことは、該当するインサート刃物の相応に高い摩耗を生ぜしめる。個別のインサート刃物の刃（刃物縁部）の過負荷は、このインサート刃物を使用不能にするので、他のインサート刃物の刃の摩耗状態とは関係無く、工具の交換が必要であり、この工具の交換は、サイクルタイム延いてはクランク軸毎の加工コストに重要な影響を及ぼす。

従って本発明の課題は、水平に締め込まれたインサート刃物を保護するために切断力が最小限にされる装置及び方法を提供することである。

この課題は、軸受け幅及びオイルカラーの加工が同時に行われるのが望ましいクランク軸を切削加工するための方法であって、このためには複数の切断工具を備えたディスク形のアウタフライスを使用し、前記切断工具のうちの一部を、クランク軸の軸受け底部を加工するために使用し且つ他の部分を、軸受け底部に隣接するオイルカラーを加工するために使用する形式のものにおいて、目下の切削代に関連して、オイルカラーを加工するための切断工具のために、各インサート刃物の有効切削厚さｈｍａｘが予め規定可能な最高値に制限される当付け角κを選択することを特徴とする、クランク軸を切削加工するための方法、若しくは装置であって、ディスク形のアウタフライスを有しており、該アウタフライスの周面に接線方向で水平に締め込まれたインサート刃物が配置されている形式のものにおいて、水平に締め込まれたインサート刃物の当付け角κが、可変に調節可能であることを特徴とする装置により解決される。

本発明では、クランク軸の目下の切削代に関連して、オイルカラーを加工するための切断工具のために所定の当付け角度κが選択され、この当付け角度では、各インサート刃物の有効切削厚さｈｍａｘが予め規定可能な最高値に制限される。このためには、水平に締め込まれたインサート刃物が当付け角度に関して調節可能に、例えばいわゆる工具カセットに配置されている。

本発明による方法の改良では、有効切削厚さを更に減少させるために、オイルカラー加工用の切断工具の数を増大し、有利には倍増し、その結果、有効最大切削厚さを二分の一にする。

当該方法及び装置の利点は、いわゆる耐用年数の向上及び製作個数毎のコストの最小限化の意味でのコスト削減にある。フライス切削過程が切削代状況とは無関係に確実に生ぜしめられ、特に個別の工具により除去される有効切削厚さが互いに合わせられるので、支持体、つまりディスク形のアウタフライスに設けられた作動切断工具は均等に負荷される。全体として、加工使用とするクランクシャフトにより与えられる規定に関して、全切削過程が最適化される。特に、オイルカラーを形成するために使用される水平なインサート刃物は、クランク軸の目下の切削代に関連して、工具支持体において所定の当付け角度で挿入若しくは調節することができ、これにより、あらゆる切削動作において、予め規定された値ｈｍａｘ ｅｆｆが得られる。オイルカラー加工用の作動刃物の数を増やすと、有効切削幅は適宜最小化され得る。水平に締め込まれたインサート刃物が当付け角に基づき既に小さな有効寸法ｈｍａｘを得ている領域では、付加的な刃物は必要とされない。

工具コストは複数の要素から構成される。これらの要素には特に、純粋な製作コストの他に耐用年数によっても規定される工具コストが所属する。更に、加工時間及び工具改造用費用が検討される。いわゆるスローアウェイチップは複数の利用可能な刃物を有しているが、その数は構造的に制限されている。従って、冒頭で述べたインサート刃物における利用可能な刃物縁部の数は４つに制限されている。

刃物縁部輪郭により拡張される加工手段を可能にするためには、少なくとも一対の刃物
縁部が段状に形成されており、２つの凸状区分と、これらの凸状区分の間に位置する１つ
の凹状区分とを有する、水平に締め込まれたインサート刃物を提案する。この場合、外側
の凸状区分は半円形の断面形状を備える。

このような刃物縁部の形状により、例えばクランク軸のオイルカラー等の段状輪郭が切削され得、しかもクランクアーム、オイルカラー及びジャーナル軸受け角隅部若しくはアンダカットをも同時に加工成形することができる。

次に、インサート刃物の改良について説明する。

上で述べたように、有利には２対の刃物縁部が段状に形成されており、これにより、このインサート刃物は横方向軸線を中心として１８０°回動させると回転対称であるか、又は所定の横断面に対して鏡像対称的である。従って、合計４つの合同の刃物縁部が得られ、これらの刃物縁部は順次利用可能である。

刃物縁部の安定化のためには、当該の刃物縁部に沿って傾斜面が設けられており、この傾斜面は、有利には−１５°の（負の）傾斜角未満で且つ／又は０．１〜０．２ｍｍの傾斜面幅を備えて配置されている。

使用されるすくい角、特に前記傾斜面に続くすくい角は０°〜２０°であり、有利には正の１０°に選択される。

チップ座にインサート刃物をより良好に支持するためには、インサート刃物は中間領域に、それぞれ平らなベース面に対して垂直な、平らな側面を有している。

既に冒頭で述べたように、刃物縁部の曲率半径は、当該刃物縁部で以て１操作で段状の輪郭が所望の最終寸法で切削されるように選択され得る。特に、クランク軸の加工に関しては、刃物縁部の凹状の領域の曲率半径は１．５±０．１ｍｍに選択され、刃物縁部の凸状の領域では、一方の側が１．５±０．１ｍｍに、且つ他方の側が１．４±０．１ｍｍに選択される。但し、本発明では別の刃物縁部曲率半径も用いられる。

同様に、有利には前記凸状領域に接する共通の接線が、ベース面と相俟って３５°±５°の角度を形成するインサート刃物の構成を選択することができる。

本発明の別の構成では、半円形の断面形状の刃物縁部領域が、直線的な刃物縁部部分を介して、隣接するベース面に移行しており、この場合、前記の直線的な刃物縁部部分はベース面に対して所定の角度≦５°を形成している。

最後に、本発明の有利な構成では、凸状の刃物縁部区分及び凹状の刃物縁部区分が最大２０°、有利には１０°の角度だけ、インサート刃物の長手方向中心軸線に対して傾斜している。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

従来技術では、いわゆるディスク形のアウタフライスが公知であり、このアウタフライスは、その円周面において接線方向及び半径方向で締め込まれた切断工具を有しており、これらの切断工具は、それぞれクランクピン周面、隣接するクランクアームを含む、いわゆるオイルカラー又はアンダカットを製作するために使用可能である。

従来技術に基づき、種々異なる切断動作をそれぞれ別個のフライスにより相次いで実施することが公知であり、この場合、アウタフライスの回転軸線が、クランク軸の回転及び長手方向軸線に対して平行に位置するあらゆる切削動作に関して、アウタフライスはクランク軸の加工箇所に半径方向で送り込まれる。クランク軸及びアウタフライスは両方とも回転させられ、この場合、フライスの回転速度はクランク軸の回転速度よりも著しく高い。有利には、クランク軸及び加工時のフライスの回転方向は同じである。前記の異なる回転速度に基づき、１フライス作業の過程で、クランクピンのあらゆる周面ポイント若しくは完全なオイルカラーを製作することができる。

図１にはクランク軸の横断面と共に３つのインサート刃物が示されており、これらのインサート刃物のうちの、インサート刃物９，１０は、その作動主要刃１１で以て角隅半径１２及び周面１３の輪郭を規定する。更に、図１にはクランクアーム面１５及びオイルカラーの角隅半径１６を製作するために使用されるインサート刃物１４が示されている。インサート刃物９，１０，１４は、適宜形成された別のチップに隣接してアウタフライスに配置されており、このアウタフライスは、二重矢印１７の方向の軸方向にも、二重矢印１８の方向の半径方向にも可動に配置されている。図２には互いに重なり合った３つの曲線、つまり、角隅半径１２を有する第１の曲線、製作しようとするオイルカラーに対応する角隅半径Ｒを有する第２の曲線１９及び切削代を備えた、加工しようとするクランク軸の横断面を第３の曲線２０が示されている。特に、角隅半径がオイルカラー切削代よりも小である場合には、自動的に特定の切断領域に関して仕上げ用に最大の切削厚さをフルに形成することが必要になる。図２に示した異なる点ｈｍａｘ_１，ｈｍａｘ_２，ｈｍａｘ_３は、各有効値である。生ぜしめられた接線方向角度κ_１又はκ_２に応じて、それぞれ異なる除去寸法Ｈが得られる。これは、直線的に形成された刃物縁部の場合とは異なり、寸法ｈｍａｘが当付け角に応じて変わるためである。対応する特性曲線が図３に示されており、この図３では、当付け角κに対する、曲線２１におけるｈｍａｘの推移が示されている。第２の曲線２２は、インサート刃物の当付け角に関連した、その時々の切削代を示している。

本発明の課題は、公知の切削代において、インサート刃物の当付け角を、有効切削厚さが均質化されるように、即ち、特定の刃物領域におけるピーク値が回避されるように生ぜしめる点にある。図２から判るように、何れにしろ異なる当付け角は、必然的に異なる有効切削厚さｈｍａｘをもたらす。予め規定された切削厚さが達成されるところでは、本発明による方法の有利な構成手段に基づき、刃物の数、即ちインサート刃物の数が２倍にされるので、送りが同じでも、切削厚さは半分になる。図２及び図４にｈｍａｘ_３若しくはｈｍａｘ_３ａで示した領域では、要求される切削性能が低いために、最小限の数の刃物で足りる。

その都度半径方向で、即ち軸方向に対して垂直に延びる面区分から得られる間隔寸法Ｈを、どの程度の大きさに選択せねばならないかという決定に関しては、図２に示された曲線１９の半径Ｒが、特定の点に存在する値ｈｍａｘを規定する。前記半径及び切削代は切削加工の開始前に判っているので、当付け角κを多方向で調節することにより、予め規定可能な値を中心として最大３０％変動する、ほぼ均等な切削厚さが達成される。この手段により、不連続の刃物縁部の個々の切断力過負荷が防止されるので、「最も弱い部材」により規定される、インサート刃物セット全体の耐用年数が増大され得る。

曲線２３に応じた輪郭を製作するためには、予めプレス加工され且つ焼結されているが、後加工は施されていないインサート刃物１０を使用することもできる。輪郭１９を切削するために使用されるチップ１４は、チップ１０に軸方向でも半径方向でも先行するので、このインサート刃物１４は正確な輪郭形状に研削されているのが望ましい。

図５から図８に示したインサート刃物は、水平方向で締め込まれたインサート刃物１０，１４を代替する。なぜならば、このインサート刃物は段状に形成された刃物縁部に基づいて、クランクアーム及びオイルカラーの完全な輪郭を、角隅半径１２に至るまで、半径方向の１送込み運動で切削可能だからである。インサート刃物を１８０°だけ回動させた後は、アンダカットも製作可能である。

図５から図８に示したインサート刃物は、互いに平行に配置された２つの平らなベース面１１０，１１１を有しており、これらのベース面１１０，１１１は、１つの貫通孔１１２により貫通される。この孔は、インサート刃物を半径方向若しくは水平方向でフライス盤に固定する緊締ねじを収容するために役立つ。ベース面１１０，１１１は、その短い方の縁部が、丸みの付けられた、側方をそれぞれ刃物縁部により制限された端面に移行している。刃物縁部は、段状に形成されており且つ２つの凸状の刃物縁部区分１１３，１１４及びこれらの刃物縁部区分１１３，１１４間に位置する１つの凹状の刃物縁部区分１１５から成っている。凸状の刃物縁部区分の半径Ｒ_１，Ｒ_３の大きさは同じく例えば１．５ｍｍであるか、又はそれぞれ異なっていてよい。同じことは、凹面の刃物縁部区分の半径Ｒ_２についても言える。

インサート刃物は、刃物縁部区分１１３〜１１５に沿って延びる傾斜面１１６を有している。この傾斜面は、−１５°未満の傾斜角ａで傾斜している。同様に、図８に示したすくい角ｂも＋１０°である。傾斜面幅は、例えば０．ｌ５ｍｍである。

平らなベース面１１０，１１１に対して垂直な中間領域には、それぞれ平らな側面１１７，１１８が設けられている。

図示の特別な形状において、凸状の刃物縁部区分１１３，１１４の共通の接線１１９は、ベース面１１０；１１１と相俟って約３５°の角度を形成している。更に図７に示した接線１２０は、各ベース面への移行部のける刃物縁部区分１１３の移行区分に接している。当該接線１２０は、ベース面と相俟って約４°の角度を形成している。

図５に対応して、刃物縁部１１３〜１１５はインサート刃物の長手方向中心軸線１２１に対して、有利には最大１０°の傾斜角ｃだけ傾斜している。

当該インサート刃物は、合計４つの能動的に使用可能な刃物縁部を有しており、これらの刃物縁部で以て特に段状のオイルカラー輪郭を加工することができる。この場合、前記移行区分１２２，１２３はインサート刃物の緊締方向に応じて、クランクアーム輪郭を製作するために使用される。

図９に示したインサート刃物が、図５〜８に示したインサート刃物と主に相違している点は、図９に示したインサート刃物が軸線に対して回転対称なのではなく、横断面２００に対して回転対称である、という点にある。これにより、比較的長いベース面２１０と、比較的短いベース面２１１とが得られる。更に、０．５ｍｍ未満の凹状の半径Ｒ_２’において、約２．３ｍｍの凸状の半径Ｒ_３’，Ｒ_１’は、別の切削目的に対応して異なって選択されている。

上で説明したインサート刃物は、すくい面上にチップ成形エレメント及びチップ案内エレメントを凹部又は隆起部の形で有していてよい。当該インサート刃物は超硬合金又はサーメット材料から成っており、このサーメット材料は場合によってはコーティングされていてもよい。典型的なコーティング材料は、ＩＶａ〜ＶＩａ金属のカーバイド、窒化物、酸化物、並びに酸化アルミニウムであるが、ダイヤモンドコーティングでもよい。

クランク軸の部分横断面を２つの加工工具と一緒に示した原理図である。 出発輪郭、製作しようとする輪郭及び有効切削厚さに対する当付け角の作用を有するクランク軸区分の横断面を示した図である。 当付け角に関連した切削代若しくは切削厚さの関連性を示した図である。 本発明により最適化された完成成形部の別の図面である。 水平に配置されたインサート刃物を上から見た図である。 図５に示したインサート刃物の側面を、刃物縁部輪郭を上から見た図と一緒に示した図である。 インサート刃物の刃物縁部輪郭の拡大図である。 インサート刃物の刃物縁部の領域を部分的に断面した図である。 別のインサート刃物の側面図である。

Claims (11)

1. 第１の平らな端面(１１０)と、前記第１の平らな端面(１１０)に平行に対向する第２の平らな端面(１１１)と、前記２つの平らな端面に交差する孔（１１２）と、前記第１の平らな端面(１１０)に垂直な第１の平らな側面(１１７)と、前記第１の平らな側面(１１７)に対向し、前記第２の平らな端面(１１１)に垂直な第２の平らな側面(１１８)と、を備える切削インサートであって、
   前記第１の平らな側面(１１７)及び前記第２の平らな側面(１１８)のそれぞれの端は切削エッジで終端し、
   前記切削エッジは第１の凸状の切削エッジ部(１１３)と、第２の凸状の切削エッジ部(１１４)と、前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)と第２の凸状の切削エッジ部(１１４)との間の凹状の切削エッジ部(１１５)とを含み、
   前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)は全体が曲面で、前記第１の平らな端面(１１０)と前記凹状の切削エッジ部(１１５)の間に延び、
   前記第２の凸状の切削エッジ部(１１４)は全体が曲面で、前記第２の平らな端面(１１１)と前記凹状の切削エッジ部(１１５)の間に延び、
   前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)は、前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)と前記第１の平らな端面(１１０)との間に第１の移行部（１２２）をさらに有し、前記第１の移行部（１２２）は前記第１の平らな端面(１１０)に対して４度の角度を形成する、切削インサート。
2. 前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)は、第１の半径（Ｒ３）を備え、前記第２の凸状の切削エッジ部(１１４)は、第２の半径（Ｒ１）を備え、前記凹状の切削エッジ部(１１５)は第３の半径（Ｒ２）を備える、請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第１の半径（Ｒ３）と第２の半径（Ｒ１）は互いに等しく、前記第３の半径（Ｒ２）は、前記前記第１の半径（Ｒ３）及び第２の半径（Ｒ１）と異なる、請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記第１の半径（Ｒ３）、第２の半径（Ｒ１）、第３の半径（Ｒ２）は、互いに異なる請求項２に記載の切削インサート。
5. 前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)、第２の凸状の切削エッジ部(１１４)、凹状の切削エッジ部(１１５)は、切削インサートの長手方向の中心軸（１２１）と平行な、前記第１の平らな側面(１１７)及び記第２の平らな側面(１１８)に沿った仮想線に対して傾斜角（ｃ）を形成する、請求項１に記載の切削インサート。
6. 前記傾斜角（ｃ）は１０度以下である、請求項５に記載の切削インサート。
7. さらに、前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)、第２の凸状の切削エッジ部(１１４)、凹状の切削エッジ部(１１５)に沿って延びる傾斜面(１１６)を備える、請求項１に記載の切削インサート。
8. 前記傾斜面（１１６）は傾斜角（ａ）で傾斜し、前記傾斜角（ａ）は−１５度未満である、請求項７に記載の切削インサート。
9. 前記第１の凸状の切削エッジ部(１１３)、第２の凸状の切削エッジ部(１１４）に沿って延びる接線(１１９)は、前記第１の平らな端面(１１０)及び第２の平らな端面(１１１)に対して角度を形成する、請求項１に記載の切削インサート。
10. 前記角度が３５度である、請求項９に記載の切削インサート。
11. 前記第１の平らな端面(１１０)の面積は、第２の平らな端面(１１１)の面積と異なる、請求項１に記載の切削インサート。

Images