JPH10113833A - 焼入れ可能な鋼から成る工作物の切削工具による精密 旋削方法 - Google Patents

焼入れ可能な鋼から成る工作物の切削工具による精密 旋削方法

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JPH10113833A
JPH10113833A JP9113285A JP11328597A JPH10113833A JP H10113833 A JPH10113833 A JP H10113833A JP 9113285 A JP9113285 A JP 9113285A JP 11328597 A JP11328597 A JP 11328597A JP H10113833 A JPH10113833 A JP H10113833A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼入れされる工作物表面の精密旋削の際冷却
液による切削過程の冷却を不要にするにもかかわらず、
焼戻し作用を防止するか、又は焼入れ可能な鋼から成る
工作物のまだ焼入れされないが焼入れすべき表面の精密
旋削の際別個の焼入れ過程を不要にする。 【構成】 焼入れ可能な銅から成る工作物1の焼入れさ
れる表面の焼戻し作用なしの乾式硬質精密旋削と、焼入
れされない工作物1のほぼ同時の精密旋削及び焼入れと
を可能にするため、工作物1の切削による局部的な短時
間加熱が利用され、刃先5のすぐ後の範囲にある工作物
表面が、切削工具3に統合されるガラス繊維9を介して
のレーザ光線の作用により、切削すべき材料の変態温度
まで局部的に更に加熱され、続いて自己急冷され、それ
により表面近くを焼入れされる。同時にレーザ光線の作
用個所における表面温度を記録温度訃装置13により検
出し、この温度実際信号を介して、目標時間が維持され
るようにレーザ光線の出力を調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼入れ可能な鋼から成
る工作物の切削工具による精密旋削方法、及び切削工具
が工作物側開口を有する通路を持ち、通路に少なくとも
1つのガラス繊維が設けられている、この方法を実施す
るための切削工具に関する。
【0002】
【従来の技術】材料の切削のために現在利用可能な硬い
切削材料のため、現在は非常に硬い工作物材料も旋削に
より切削でき、焼入れされない材料では非常に高い切削
速度が可能である。工作物の精密旋削では、研摩とは異
なり、多くの場合冷却潤滑剤を省くにもかかわらず、必
要な高い表面品質を維持することができる。エネルギー
の観点からも、精密旋削は所定の切削形状寸法のため研
摩に対して利点を持つている。従つて上述した高負荷可
能な切削材料のため、焼入れされる表面都分の範囲で工
作物を精密旋削する、いわゆる硬化精密旋削の方へ移行
している。焼入れされる工作物表面の精密加工の欠点
は、研摩による加工であれ、精密旋削による加工であ
れ、切削により特定の熱が比較的速く工作物へ導入さ
れ、表面近くにあつて焼入れされる材料層の制御不能な
熱による組織変態を回避するため、充分に供給される冷
却液により熱を連続的に外都へ再び放出せねばならない
ことである。しかも外部冷却をやめると、切削による工
作物表面への熱導入のため、表面の近くに熱がたまり、
それにより制御不能な焼戻し作用が生じて、所望の表面
硬度を減少することになる。外部冷却の欠点は、このよ
うな冷却液の循還を維持し、循環する冷却液を熱交換す
るために、かなりの投資を行わねばならないので、冷却
液なしですませるのが好ましいことである。更に種々の
添加剤を含む冷却液から添加剤が一部蒸発し、その結果
そこに滞在する人間の健康が事情によつては損なわれる
ことがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、最初
にあげた種類の方法又はこの方法を実施するための切削
工具を改良して、焼入れされる工作物表面の精密旋削の
際冷却液による切削過程の冷却を不要にするにもかかわ
らず、前述した焼戻し作用を防止するか、又は焼入れ可
能な鋼から成る工作物のまだ焼入れされないが焼入れす
べき表面の精密旋削の際別個の焼入れ過程を不要にする
ことである。
【0004】
【課題を解決するための課題】この課題を解決するため
方法に関して本発明によれば、工作物の表面近くにあつ
て刃先のすぐ近くに局部的に狭く限定される工作物部分
の切削により生ずる短時間の加熱を利用して、切削工具
と共に動かされかつ切削工具に統合される通路内をガラ
ス繊維により刃先の係合個所の所へ供給されるレーザ光
線によつて、切削工具の刃先の作用個所のすぐ後の範囲
で工作物表面を局部的に更に加熱し、レーザ光線と工作
物表面との相対速度を考慮して、材料が表面近くを切削
すべき材料の変態温度まで一時的に加熱されるように、
工作物表面へ向けられるレーザ光線の作用個所における
出力密度の大きさを定め、続いて加熱された材料を、低
い所にある低温の材料容積により自己急冷し、それによ
り工作物を表面近くで焼入れし、工作物の回転時間が表
面近くを変態温度まで加熱される工作物部分の自己急冷
のための時間より小さいように、精密旋削の際の工作物
の回転数を選ぶ。またこの方法を実施するための切削工
具に関して本発明によれば、切削工具に統合される通路
に設けられるガラス繊維により、刃先の下に約2ないし
3mm離れた所で、レーザ光線が切削工具の逃げ面へ供
給可能であり、レーザ光線と工作物表面との相対速度を
考慮して、材料が表面近くを切削すべき材料の変態温度
まで一時的に加熱可能であるように、レーザ光線がその
出力の大きさを定められている。
【0005】本発明により、切削により生ずる小さい面
積の極めて短時間だけ持続する熱導入が利用され、レー
ザ光線の作用により熱導入が変態温度まで高められ、続
いて自己急冷のため整然とした所定の焼入れ組織が形成
される。既に焼入れされた工作物部分の精密旋削の際、
本発明による熱処理によつて、切削による熱導入の焼戻
し作用が補償され、まだ焼入れされないが焼入れすべき
表面部分の精密旋削の際、切削時間中に、加工された表
面も同時に焼入れされる。切削加工する必要のない工作
物の表面部分では、切削工具が係合を解除されるが、レ
ーザ光線が出ている状態で近くに位置せしめられ、回転
する工作物の焼入れすべき表面のそばに沿つて導かれる
ことによつて、切削加工される必要のない工作物の表面
部分も焼入れすることができる。更に切削するか切削す
ることなく切削工具の下を通過する工作物表面を、レー
ザ光線の中断により部分的にのみ焼入れすることも可能
である。しかもこのようにして焼入れ区域の軸線方向中
断を実現できるだけでなく、回転角に関係しかつ回転に
同期するレーザ光線中断によつて、焼入れの際特定の周
範囲を切欠くこともできる。
【0006】ドイツ連邦共和国特許第4233035号
明細書から、使用事例に応じて切削工具のすくい面又は
逃げ面に設けることができる観察窓を切削工具に統合す
ることが公知である。しかしそこには、切削において工
作物から出る熱線を捕捉しかつ記録して評価することし
か示されていない。
【0007】更に例えば旋削の際切削個所でレーザ光線
を同時使用することが公知である(例えば米国特許第4
229640号明細書又はB.Wantzen:″Re
volution in der Fertigung
stechnik−Laserunterstuetz
te Warmzerspanung verhilf
t neuen Werkstoffen zum D
urchbruch″,″Transfer″Nr.
9,1994,Seite 14〜16参照)。そこで
は、切削個所のすぐ前に先行しかつこれに対する一定の
相対位置で、レーザ光線が外側からまだ加工されていな
い工作物表面へ、いわば切削屑の根元へ導かれ、それに
より材料が軟化するので、材料は僅かな低抗で切削され
る。
【0008】ドイツ民主共和国特許出願公開第2543
48号明細書に示されている切削の際のレーザ光線の同
時使用では、切削工具の逃げ面の範囲で既に離れている
切削屑の外側へレーザ光線が向けられている。レーザ光
線として脈動レーザ光線が用いられ、その作用個所は切
削屑の全断面に及び、そのエネルギー密度は、短い作用
時間中に作用個所で切削屑材料が蒸発するような大きさ
である。それにより工作物からつながつて出る切削屑は
短い部分に細分され、いわば粒体化されるので、切削屑
は流れることができ、機械を容易にきれいに保つことが
できる。切削屑から塊が形成され、また詰まり又は閉塞
を生ずることはない。
【0009】これまで述べた公知のレーザ装置では、レ
ーザ光線は自由に又は直線状管内を導かれ、鏡を介して
偏向された。エネルギーの大きいレーザ光線を可撓ガラ
ス繊維によりその作用個所まで導くことも公知である
(米国特許第4676586号明細書、第479975
−5号明細書又は第4681396号明細書参照)。
【0010】しかし前述した装置又は刊行物のいずれ
も、個々にもまた組合わせてみても、本発明の基礎とな
つている課題の意味で何の示唆も与えるものではない。
【0011】本発明による方法又は切削工具の利点は次
の通りである。乾式硬質精密旋削の際における制御不能
な焼戻し作用が防止される。仕上げ加工又は精密加工と
同時に工作物の時間を節約する表面焼入れが行われる。
焼入れ歪み及びこれにより必要となる研摩又は硬質精密
旋削のような再加工過程が回避される。工作物の回転中
にレーザ光線の投入又は遮断により、場所的に限定され
た特定の表面部分の局部的焼入れが簡単に行われる。硬
い材料から焼入れされない材料への硬度傾斜即ち漸進的
な移行も、この方法で簡単に実現可能である。切削工具
の可動係合個所へのレーザ光線の供給が障害なく行わ
れ、しかもレーザ光線は機械部分により妨げられず、逆
に機械の動作はレーザ光線案内素子によつて妨げられな
い。
【0012】本発明の有効な構成は、従属請求項からわ
かる。なお図面に示されている実施例に基いて、本発明
を以下に説明する。
【0013】
【実施例】図1は、焼入れ可能な鋼から成る工作物1を
精密旋削する際における切削工具3の刃先5の係合を概
略的に示し、その際切削屑2が剥ぎ取られる。刃先5
は、工作物1に面している逃げ面6とすくい面7との間
にあるスローアウエイチツプ4に形成され、離される切
削屑2がすくい面7に沿つて滑る。切削工具3に、図示
した実施例ではスローアウエイチツプ4にも、刃先5よ
り約2ないし3mm(図2の寸法10)だけ下で逃げ面
6に開口する通路8が統合されている。図示した例にお
けるより薄いスローアウエイチツプが使用され、即ち寸
法10より薄いスローアウエイチツプが使用されると、
通路8をスローアウエイチツプに設けるのをやめること
ができる。切削工具に統合される通路8内にはガラス繊
維9が延びて、切削工具3外でレーザ共振器14へ導か
れ、そこで発生されるレーザ光線は、そこから工作物1
へ供給可能である。切削工具に統合される通路8内には
別のガラス繊維12が設けられて、高温計測定装置1
3、従つて検出されるスポツト内で積分される熱線を測
定する装置へ導かれる。その代りにもつと費用のかかる
装置では、記録温度計装置を設け、この装置により、検
出される範囲内における熱線の場所的分布の画像を求め
ることができる。この装置により、工作物表面に生ずる
温度を遅れなしに監視することができる。制御兼調整装
置15を介して、高温計測定装置13から、レーザ光線
を発生するレーザ共振器14を制御することができる。
ガラス繊維9又は12により切削工具3に導かれるレー
ザ光線の積分のため、レーザ光線は加工動作例えば切削
屑の飛行等によつては妨げられず、レーザ光線の案内部
分も機械の運転を妨げない。
【0014】切削過程において大きい内部摩擦のため、
切削屑の根元にあるせん断面16の範囲に非常に多くの
熱が発生され、熱伝導のためこの熱の一部が工作物1へ
も導入されるが、これにより表面近くにあつて刃先5の
すぐ近くへ局部的に狭く限定される工作物部分のみが、
極めて短時間だけ即ち一時的に加熱される。通常この局
部的な″せん光温度″は、低い所にある低温の材料容積
としての材料層11へ導出される。工作物の回転速度を
考慮して、表面温度は刃先5から約4ないし5mm離れ
た後既に甚だしく低下している。
【0015】焼入れされる工作物表面の精密旋削の際外
部冷却なしでも焼戻し作用の生ずるのを防止し、まだ焼
入れされていないが焼入れすべき表面の精密旋削の際別
個の焼入れ過程を不要にするため、本発明によれば、切
削による表面のまだ高い短時間加熱を利用して、この表
面が局都的に更に加熱される。しかもガラス繊維9によ
り、切削工具の刃先5の作用個所のすぐ後の範囲にある
工作物表面へレーザ光線が供給される。工作物表面へ向
けられるレーザ光線は、このレーザ光線と工作物表面と
の相対速度を考慮して、材料の表面近くが切削すべき材
料の変態温度まで一時的に加熱されるように、作用個所
における出力密度の大きさを定められている。続いて初
めて、加熱された材料は、低い所にある低温の材料容積
11により自己急冷され、それにより材料が表面近くを
焼入れされる。その際工作物の回転数は、工作物の回転
時間が表面近くを変態温度まで加熱される工作物部分の
自己急冷のための時間より小さいように、選ばれてい
る。これにより、刃先5の作用個所の範囲に、周囲が閉
じかつ表面に近い加熱区域が得られる。
【0016】別のガラス繊維12を介して、レーザ光線
の作用個所における表面温度が同時に遅れなく記録温度
計で検出され、この温度実際信号を介して、目標温度を
維持するようにレーザ光線の出力が調整される。この目
的のため記録温度計装置13に制御兼調整装置15が接
続され、この装置15からレーザ共振器14が、装置1
5の所で設定可能でレーザ光線により生ずる表面温度を
所望の値に維持するように、自動的に調整される。
【0017】作用が共通なレーザ熱処理を伴う本発明に
よる精密旋削により、切削加工される工作物表面を焼入
れできるだけでなく、切削工具の係合をそこで解除する
けれども焼入れすべき表面のすぐ近くに沿うように切削
工具を保つことによつて、加工すべきでない表面も焼入
れすることができる。更にレーザ光線を中断することに
よつて、工作物表面を場所的に一部だけ焼入れすること
も可能である。しかもこうして焼入れ区域の軸線方向中
断が可能なだけでなく、回転角に関係しかつ回転に同期
するレーザ光線中断により、焼入れの際特定の周範囲も
切欠くことができる。
【 0018】図3に示す本発明の変形例でも、切削工
具3′のスローアウエイチツプ4′に形成される刃先
が、工作物1′の回転の際材料へ係合し、その際切削屑
2′が離される。切削工具3′及びスローアウエイチツ
プ4′には通路8′が統合され、逃げ面6′へ開口して
いる。スローアウエイチツプ4′にある通路8′の上端
は、スローアウエイチツプに統合される例えばダイヤモ
ンド製の透明な窓17により閉鎖され、この窓17はレ
ーザ光線を容易に通す。切削工具に統合される通路8′
にはガラス繊維9′が敷設されて、レーザ共振器14′
へ導かれ、このレーザ共振器14′からそこに発生され
るレーザ光線が、離される切削屑2′へ供給可能で、レ
ーザ光線は切削屑の全断面に及ぶ。レーザ光線は脈動的
に供給され、レーザ光線が発生される短い区間内に切削
屑の局部的な蒸発が行われるように、大きさを定められ
ている。それにより工作物1′につながつて流出する切
削屑2′が、たまつて流動可能な短い断片に連続的に細
分され、いわば粒体化される。このような措置は、とり
わけ塊を形成する傾向のある切削屑を生ずるような材料
及び/又は切削パラメータにおいて適切である。このよ
うな切削屑塊は、特に自動運転の際規則正しい機械動作
を、事情によつては著しく妨げることがある。この流動
可能に粒体化される乾いた切削屑断片は、重力により容
易に流下する。危険な場合、特定の個所が脈動的に又は
間欠的に供給される圧縮空気を吹付けられ、扱い難く蓄
積されている場合吸出しによる整然とした切削屑導出が
行われるか、又は少なくとも援助されるようにすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】切削工具の刃先のすぐ後における工作物表面の
切削による短時間加熱を利用しかつレーザ光線による工
作物表面の同時熱処理を行う精密旋削過程を示す概略図
である。
【図2】図1の部分II即ち切削工具の刃先の拡大図で
ある。
【図3】旋削の際切削屑を切断するため同時にレーザ光
線熱処理を行う変形例の概略図である。
【符号の説明】
1 工作物 2 切削屑 3 切削工具 5 刃先 8 通路 9 レーザ光線 11 材料容積 13 レーザ共振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23P 15/28 B23P 15/28 Z (72)発明者 ペーテル・リンデン ドイツ連邦共和国バイメルシユテツテン・ ローベルト−ボツシユ−シユトラーセ14 (72)発明者 シヤオイ・リイウ ドイツ連邦共和国ウルム・ゼーレングラー ベン2 (72)発明者 マテイアス・メルケル ドイツ連邦共和国イフエツツハイム・ヨー ゼフシユトラーセ46 (72)発明者 ペーテル・ミユレル−フンメル ドイツ連邦共和国エルビンゲン−タルフイ ンゲン・ノイエル・ヴエーク14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工作物の表面近くにあつて刃先(5)の
    すぐ近くに局部的に狭く限定される工作物部分の切削に
    より生ずる短時間の加熱を利用して、切削工具(3)と
    共に動かされかつ切削工具に統合される通路(8)内を
    ガラス繊維(9)により刃先(5)の係合個所の所へ供
    給されるレーザ光線によつて、切削工具(3)の刃先
    (5)の作用個所のすぐ後の範囲で工作物表面を局部的
    に更に加熱し、 レーザ光線と工作物表面との相対速度を考慮して、材料
    が表面近くを切削すべき材料の変態温度まで一時的に加
    熱されるように、工作物表面へ向けられるレーザ光線の
    作用個所における密度の大きさを定め、 続いて加熱された材料を、低い所にある低温の材料容積
    (11)により自己急冷し、それにより工作物を表面近
    くで焼入れし、 工作物(1)の回転時間が表面近くを変態温度まで加熱
    される工作物部分の自己急冷のための時間より小さいよ
    うに、精密旋削の際の工作物(1)の回転数を選ぶこと
    を特徴とする、焼入れ可能な鋼から成る工作物の切削工
    具による精密旋削方法。
  2. 【請求項2】 切削工具に統合される通路(8)内に導
    かれる別のガラス繊維(12)を介して、レーザ光線の
    作用個所における表面温度を高温計又は記録温度計によ
    り検出し、この温度実際信号を介して、目標温度を維持
    するようにレーザ光線の出力を調整することを特徴とす
    る、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 切削工具が工作物側開口を有する通路を
    持ち、通路に少なくとも1つのガラス繊維が設けられて
    いる切削工具において、切削工具(3)に統合される通
    路(8)に設けられるガラス繊維(9)により、刃先
    (5)の下に約2ないし3mm離れた所で、レーザ光線
    が切削工具(3)の逃げ面(6)へ供給可能であり、レ
    ーザ光線と工作物表面との相対速度を考慮して、材料が
    表面近くを切削すべき材料の変態温度まで一時的に加熱
    可能であるように、レーザ光線がその出力の大きさを定
    められていることを特徴とする、請求項1又は2に記載
    の方法を実施するための切削工具。
  4. 【請求項4】 切削工具に統合される通路(8)に、記
    録温度計装置(13)へ導かれる別のガラス繊維(1
    2)が設けられ、レーザ光線を発生するレーザ共振器
    (14)がこの記録温度計装置(13)から制御可能で
    あることを特徴とする、請求項3に記載の切削工具。
JP09113285A 1996-04-02 1997-03-27 焼入れ可能な鋼から成る工作物の切削工具による精密旋削方法 Expired - Fee Related JP3101870B2 (ja)

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DE19613183A DE19613183C1 (de) 1996-04-02 1996-04-02 Verfahren und Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstückes aus einem härtbaren Stahl mittels Drehmeißel
DE19613183.9 1996-04-02

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