(57)【要約】  荒削り及び特に焼き入れ後に、特にクランクシャフトの材料除去加工の際のプロセスチェーンを短縮するために、本発明により、特に、一点旋削と、その後のタンジェンシャル旋削及び／又は仕上げ及び／又は微細乾式研削及び／又は電気化学エッチングとの組み合わせが、第２の工程として提案される。【選択図】図１ａ
2014531331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称及び必要に応じて非回転対称、同心及び必要に応じて偏心の周面、および隣接する周面を有しすぐに使用できる工作物、特にクランクシャフトを仕上げる方法であって、
前記周面の荒削り加工及びその後の任意の部分焼き入れ後に、前記周面の微細加工を、規定切刃による第１の微細加工工程として、微細旋削が、５μｍ以上の精度の真円度、及び／又は２０μｍ以上の精度の直径になるように、一点旋削によって行われる方法。
【請求項２】
同心及び必要に応じて偏心の回転対称及び必要に応じて非回転対称の周面と、隣接する側面とを有しすぐに使用できる工作物、特にクランクシャフトを仕上げる方法であって、
前記周面の荒削り加工及びその後の任意の部分焼き入れ後に、前記周面の微細加工が、
外フライス削り又は直交フライス削りの形態の旋削フライス削り、又は、特に一点旋削の形態の旋削による、規定切刃による第１の微細加工工程と、
乾式研削、タンジェンシャル旋削、寸法形状仕上げの粗削り、一点旋削、又は、５μｍを超える精度で位置決めされた刃による旋削フライス削りによる、必要に応じて行われる微細中間工程と、
微細乾式研削、特に寸法形状仕上げの微細加工工程の仕上げ、又は、特に前記電極（ＰＣＭ）のパルス負荷による電気化学エッチング（ＥＣＭ）による、第２の微細加工工程と、
レーザ衝撃、又は、電気化学エッチング（ＥＣＭ）による、必要に応じて行われる、空隙の表面を構造化するための微細完了工程と、を含む方法。
【請求項３】
タンジェンシャル旋削の微細中間工程が、特に一点旋削によって行なわれる第１の微細加工工程の後で行なわれる、請求項３に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の微細加工工程、特に一点硬質旋削の直後に、前記第２の微細加工工程が、仕上げ、ＥＣＭ又は微細乾式研削によって行われ、前記第１の微細加工工程が、直径を１０μｍ以上の精度に加工する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
例えば７０〜１００μｍ（粒子をふるいにかけるときの公称粗粒幅）の研磨ディスク粗粒子による微細乾式研削が、前記第２の微細加工工程に使用され、かつ／又は、前記仕上げ、特に寸法形状仕上げの微細工程が選択され、同じ機械で、又は前記工作物の同じ締め付け工程で行なわれる、請求項１〜４いずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第１の微細加工工程としての微細旋削と、微細中間工程としてのタンジェンシャル旋削が、同一工作物の異なる加工位置で、同じ締め付け工程で同時に行なわれるが、タンジェンシャル旋削による加工工程では、この軸受の前記加工が、微細旋削によって予め行なわれる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
仕上げ又は微細乾式研削も別の加工位置で同時に行なわれる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
レーザ衝撃による微細完了工程は、前記第２の微細加工工程が仕上げ、特に寸法形状仕上げの微細工程であった場合に、前記第２の微細加工工程後に行なわれる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の微細加工工程が、
微細旋削、特に一点旋削によって主軸受（ＨＬ）を機械加工する工程を含み、
リフト軸受又はロッド軸受（ＰＬ）を機械加工する工程が、特に周面フライス削りの形式の旋削フライス削りによって行なわれ、及び／又は、
旋削フライス削りが、１５０〜４００ｍ／分の切削速度を使用し、及び／又は、機械加工は、仕上げ又はＥＣＭが続くときに、真円度の精度が少なくとも１０μｍ以上、直径の精度が１０μｍ以上になるように行われ、
一点旋削は、２５０〜４００ｍ／分の切削速度を使用し、かつ／又は、機械加工は、真円度の精度が少なくとも１０μｍ以上、直径の精度が１０μｍ以上になるように行なわれる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の微細加工工程が、電気化学エッチング（ＥＣＭ）の場合に、前記電極が、その有効面上に規定の分布の突起を有し、前記突起は、前記工作物表面に空隙を導入するために、高さが最大１０μｍ、好ましくは最大６μｍ、更に好ましくは２μｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
複数工程仕上げが前記最終仕上げ工程後のレーザ衝撃を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
直交フライス削りが、円周に沿って不均等に分散されている１〜１０個の切刃、特に４〜６個の切刃を備えたカッターを使用する、請求項１〜１１のいずれか一個に記載の方法。
【請求項１３】
フライス削りが、ウェッジシステムによって前記ツールのベース要素に対して５μｍを超える精度の微調整を容易にする切刃を有するツールを使用する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
直交フライス削りが、前記係合カッターを、Ｙ方向に、その直径の少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも５０％、特に最大６０％前進させる工程を含み、前記工作物が、その時間期間に少なくとも５回転、より好ましくは１０回転、より好ましくは２０回転する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
直交フライス削りが、前記工作物の速度の少なくとも８０倍、より好ましくは少なくとも１００倍、より好ましくは少なくとも１３０倍の前記直交カッターの速度で行なわれる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気化学エッチング（ＥＣＭ）が、最大３０μｍ、好ましくは２０μｍのみ、好ましくは１０μｍのみ、特に少なくとも２μｍの材料除去を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
電気化学的エッチング（ＥＣＭ）が、点火中にロッド圧力を受けるロッド軸受の表面部分、特にそれぞれの周面の半分、だけを処理する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１の微細加工工程で、リフト軸受とロッド軸受が、同一締め付け工程、特に先に行われる粗機械加工と同じ締め付け工程で機械加工され、前記クランクシャフトが前記フランジ及びピニオンで締付けチャックによって支持されている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の微細加工工程で、前記クランクシャフトがそれぞれ、第１の工程で既に微細加工された軸受に垂直支持によって支持されており、
前記垂直支持が、機械加工される前記軸受のすぐ隣りにある主軸受で行なわれ、
最終微細加工工程で、前記機械加工された軸受に形成された前記垂直支持の刻印が除去され、前記支持が、常に、この最終工程で前進方向に側面で提供される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
第１の微細加工工程で、前記中心軸受とリフト軸受に加えて、フランジとピニオンが機械加工され、前記クランクシャフトは、特に締め付け顎が後退された芯出し状態で先端によって前記機械加工位置の近くの端に支持された、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の微細加工工程が、規定切刃で行なわれ、
仕上げ及び／又はレーザ衝撃及び／又は乾式研削及び／又はタンジェンシャル旋削及び／又は一点旋削が、前記工作物の前記同じ機械および前記同じ締め付け工程で行なわれる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
回対対称及び必要に応じて非回転対称、同心及び必要に応じて偏心の周面と、隣接する側面とを有する工作物、特にクランクシャフトの仕上げ加工に使用される旋盤であって、
機械ベッド（１１）と、
締め付けチャック（１３）を備えた主軸台（１２）と、
締め付けチャック（１３）を有する反対の主軸台（１４）と、
制御されたＣ軸と、
少なくとも１つの垂直支持体と、
一点旋削ユニット及び／又はタンジェンシャル旋削ユニットと、
必要に応じて、仕上げユニット及び／又はＣ軸のまわりに回転する研磨ディスク（９）とを有する旋盤。
【請求項２３】
前記旋盤が、前記工作物の周面にインパクトを与えるレーザユニットを含み、及び／又は、
アクティブ化及び非アクティブ化可能な測定ユニット（２２）とを有する、請求項２２に記載の旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対称及び非回転対称構成要素、特にクランクシャフト及び大量生産品に関する。本発明は特に、更なる材料除去なしにクランクシャフトをエンジン内に取り付けることができる「使用状態」に、クランクシャフトの（クランクピン軸受及びジャーナル軸受の）軸受面を機械加工するための方法及び装置に関する。
【０００２】
軸受面は、包絡面、したがって軸受の幅と、いわゆるトランサム面、例えば軸支持に使用される軸受幅に隣接した面である。
【背景技術】
【０００３】
クランクシャフト、特に多数のシリンダを有する自動車エンジン用のクランクシャフトは、機械加工の際に不安定であり、したがって加工し難い工作物であることが知られている。完成したクランクシャフトの寸法適合性の決定は、主に、軸方向の軸受幅に加えて、以下のパラメータを評価することにより提供される。
【０００４】
−直径偏移が、軸受ピニオンの所定の公称径からの最大偏移と等しい。
−真円が、外側及び内側包絡円の距離によって決まる軸受ピンの円基準形状からの巨視的偏移と等しい。
−偏心が、回転軸受の偏心及び／又は理想的円形状からの軸受の形状偏差によって生じる回転工作物の半径寸法偏移と等しい。
−個々の粗さによって表わされる粗さＲｚ＝軸受の表面の微小粗さを表す計算値。
−支持部分＝接触反対面と接触し更にクランクピン軸受のための微視的表面構造の支持面部分。
−ストローク偏移＝公称ストロークからの実ストロークの寸法偏移（クランクジャーナルの実中心からクランクピンの実中心までの距離）。
−角度偏移＝ジャーナル軸に対するクランクピンの実角度位置のその公称角度位置からの偏移。また、ストロークに対して円周方向に提供された角度又は長手方向寸法として指定された残りのクランクピンの角度位置に対する偏移。
【０００５】
これらのパラメータの所定公差の維持は、利用できる機械加工法と、また工作物と加工力の不安定さによって制限される。また、方法の効率と経済性は、実際の用途、特にサイクルタイムと生産コストが極めて重要な大量生産にはきわめて重要なものであるが、単一部品又は試作品は、そのような制限を受けない。
【０００６】
典型的には、鋳物又は鍛造クランクシャフトの軸受からの材料除去は、３つの材料除去機械加工工程で行われている。
【０００７】
工程１：粗削り
規定切刃によるチップ除去機械加工
旋削、回転−ブローチ加工、回転−回転−ブローチ加工、内回しフライス削りと外回しフライス削り、直交フライス削り（特に、高速フライス削りとして行われる）又はこれらの方法の組み合わせが使用される。除去される余剰材料は、数ミリメートルの範囲である。
【０００８】
工程２：微細加工
工作物の事前焼き入れ後の、特に堅くて重厚な研削ツールによる湿式研削。研削ツールは、例えば典型的には機械加工されるクランクシャフトの回転軸と平行な回転軸で回転する研磨ディスクである。除去される余剰材料は、１０分の数ｍｍの範囲である。
【０００９】
余剰寸法が大きいときには、複数工程、例えば予備研磨と仕上研磨による２工程で実行される。
【００１０】
工程３：主表面構造形成：
回転軸受の外周に当てられた一般に振動研削ツール（研磨バンド又は研磨石）による仕上げ。除去される余剰材料は、典型的には１／１００ｍｍの範囲、更にはμｍ程度である。
【００１１】
この処理は、クランクシャフトの材料（鋼又は鋳鉄）により差別化され、特に、高負荷構成要素に使用されることが好ましい鋼クランクシャフトは、第１のチップ除去加工工程後に軸受の表面が焼き入れされる。これにより、研磨と仕上げによって補償されなければならないクランクシャフトの反りが回復される。鋳鉄クランクシャフトの焼き入れは、現在、典型的には省略されており、より高い硬さ（例えば、ＧＧＧ  ６０又は７０）を有し強度値が改善された鋳込材料を使用することによって完全に回避することができる。
【００１２】
クランクシャフトの機械加工のコストを削減するため、軸受の機械加工を３つの異なる機械加工工程から２つの異なる機械加工工程に減らすことが望ましい。
【００１３】
後で微細加工しか必要ないほど十分な精度の成形（典型的には、鍛造）を提供することによって粗削り工程を省略することは、これまで少なくとも連続生産では成功しなかった。少なくともこれは、特に、研削によって提供される材料除去が、これまで行なわれてきた研削工程の材料除去より多くなるという効果を有することになる。
【００１４】
しかしながら、湿式研削により材料を除去する欠点は、次の通りである。−追加の冷却潤滑剤によって生じる研磨かすが破棄し難い。−冷却潤滑剤に含まれる油のため爆発の危険がある（例えば、ＣＢＮ研磨中）。−大量のエネルギーを必要とする高圧噴霧によって研磨ディスクの表面から研削屑を除去するために更に冷却潤滑剤が使用されるので、使用される冷却潤滑剤の量が、チップ除去機械加工法よりも多い。−以上の全てにも増して、工作物を過熱させる危険がきわめて高い。
【００１５】
過去において、部分的に焼き入れした工作物、したがって特に焼き入れ後の機械加工で、複雑さ、投資額、機械加工時間などを最小にする試みが行われてきた。
【００１６】
個々の寸法パラメータに対する規定の移行条件を予め決めながら、ＤＥ１９７  １４６  ６７７  Ａ１によって提案されたように湿式研削をなくし、チップ除去加工から、例えば仕上げに直接移行する試みが行われた。
【００１７】
しかしながら、また、ＥＰ  ２  ３３８  ６２５  Ａ１は、湿式研削の工程に置き換わる規定切刃による特定の微細加工を提案しているが、後で必要に応じて、形状と表面を改善しないだけでなく寸法精度もほとんど改善しない仕上げが提供される。
【００１８】
しかしながら、従来の最適化の試みは、選択肢、特に規定された刃による方法、規定されてない刃による方法、及び刃のない方法の新しい機械加工方法の可能な組み合わせを十分に考慮しておらず、一方、これらの方法は、硬質機械加工用と、したがって焼き入れ工作物表面用に様々な形で提供され、したがって焼き入れ後に工作物で使用することができる。
【００１９】
旋削フライス削り、つまり、回転工作物のフライス削りにおいて、特に微調整可能（１μｍ以上の精度）な切削板が外フライス削りに使用され、円盤形で周囲にギザギザのついたフライス削りビットによるフライス削りにおいて、切削板は、例えばフライス削りビットの基本要素のウェッジシステム上に配列され、切削板は、フライス削りビット上の２０〜５０本の歯の場合に工作物に優れた真円度と直径精度を達成できる精度で調整可能である。
【００２０】
一方、直交フライス削りビットの場合は、許容可能な材料除去性能が、表面品質を過度に悪影響を及ぼすことなく表面の１〜１０個の切刃を使用して達成される。その理由は、切削歯を互いに対して完全に調整又は研削できないからである。このことは、切刃が例えばきわめて細かい粒構造で最も細かい粒度硬質材料から作成される外フライス削りビットにも当てはまる。これは、特に、切刃の剛性と弾性の事前の相互排他性を克服するのに役立つ。
【００２１】
軸受位置を長手方向に微小旋削する際、これまで以下のような問題があった。左側及び右側角部分を旋削するために様々なエルボを備えた旋削ツールが必要とされて、典型的には、２つの機械加工位置の遷移部分に１０〜３０マイクロメートルの避けられない段が形成されてしまっていた。この段差は、仕上げツールの自動案内支持が比較的不正確なので、段差を除去するために何度も材料除去を行わなければならず、仕上げに長時間かかるので、仕上げだけでは効率的に除去できない。
【００２２】
軸受を、Ｘ方向に送り、Ｚ方向に移動し、更にＢ軸のまわりに回転できる一点旋削ツールによって機械加工することができ、それにより、肩部を作成せずに軸受を旋削することができる。
【００２３】
一方、切刃が工作物の回転軸に対して斜めに向けられ、接線方向又はアーチ形に沿って動かされるタンジェンシャル旋削は、中心軸受だけでなくロッド軸受用にも連続生産で使用することができる。作成面に回転溝がないことが主目的でないときは、高い表面品質が高効率で作成される。
【００２４】
液冷却媒体と潤滑剤を使用しない乾式研削は、ツールの冷却と洗浄が圧縮空気によって行われるときでも、きわめて小さい材料除去（特に、約１０〜３０μｍ）しか提供できない。
【００２５】
仕上げの際、寸法形状仕上げと呼ばれる複数工程が使用されることがあり、粗粒による第１工程により、最大３０μｍの大量の材料除去が行われ、測定後に終了又は継続されることがある。
【００２６】
より細かい粒により仕上げの第２工程（外形の仕上げと測定）と第３工程（表面構造形成）は、５〜１５μｍの範囲の材料除去を作成し、時間ベースで最終的に表面構造形成に使用される。
【００２７】
更に、バリ取りと特殊な表面倣い削り、特に微細表面構造のピークの除去に使用される表面の電気化学エッチングがある。
【００２８】
ピークを除去する構造化に妥当であるだけでなく、谷を油溜めとして開けたままにすることも重要であることは周知である。これが、仕上げのような既知の方法で十分に達成できない場合、例えばレーザービーム処理を含む既知の方法を積極的に含めることができる。
【００２９】
顧客側の精度要件は、典型的には真円度が５μｍで直径精度がＩＳＯ品質レベル６、したがって、例えば自動車クランクシャフトは約１６μｍ、同心度に関しては０．０５〜０．１ｍｍと高まってきていることは確かである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
ＩＩＩ．発明の詳細な説明
ａ）技術的目的
したがって、本発明の目的は、特に焼き入れ後の利便性を提供する前述の工作物の微細加工を減らし、特に工程の数を減らすことである。
【００３１】
ｂ）解決策
目的は、請求項１、２及び２２の特徴によって達成される。有利な実施形態は、従属クレームから得ることができる。
【００３２】
したがって、本発明の目的は、０．１ｍｍの精度を達成するチップ除去粗削りと追加の反りを生じる可能性のあるその後に行う焼き入れ後に、前述の工作物と特にその軸受を機械加工することである。
【００３３】
後述する処理工程は、典型的には、同じ機械加工位置に関する。
【００３４】
本発明によれば、粗削り後に第１の仕上げ工程が必要とされ、第１の仕上げ工程が、寸法精度を達成するために使用され、第２の仕上げ工程が、それぞれの表面品質を達成するために使用されると考えられる。
【００３５】
第１の微細加工工程は、規定切刃による削り取りである。これは、機械加工中に工作物に対して平行に回転する外フライス削りビット、又は回転軸が工作物の回転軸に対して垂直又は斜めに向けられた直交フライス削りビットによる旋削フライス削りでよいが、旋削（特に、全て約１０μｍの公差に機械加工することができる一点旋削の形）は、本発明によるプロセスチェーンに必ず利用されるとは限らない。
【００３６】
第１の微細加工工程は、規定切刃による削り取りである。これは、機械加工中に工作物に対して平行に回転する外フライス削りビット又は工作物の回転軸に対して垂直若しくは斜めに向けられた回転軸を有する直交フライス削りビットによる旋削フライス削り、あるいは約１０μｍの公差まで機械加工できるが本発明によるプロセスチェーンで完全には利用されるわけではない特に一点旋削又は長手方向旋削の形態の旋削でよい。
【００３７】
第２の微細加工工程では、不規定切刃による材料除去（例えば、微細乾式研削又は仕上げ）、したがって特に寸法形状仕上げの微細加工工程が利用でき、又は電極のパルス負荷を使用するか使用しない電気化学エッチングが利用できる。
【００３８】
理想的には、粗削り後のプロセスチェーンは、第１と第２の微細加工工程だけを含む。
【００３９】
必要に応じて、微細中間工程が間に実行される（請求項２による）。例えば最大１５０μｍの湿式研削と比べてごく少ない材料しか除去しない乾式研削、又はタンジェンシャル旋削を使用でき、したがって規定切刃による方法、又は寸法形状仕上げの荒削り工程、又は一点旋削は、これらが第１の微細加工工程にまだ選択されていない場合には、別の選択肢となる。
【００４０】
表面を構造化するために第２の微細仕上げ工程後に最終微細仕上げ工程が必要かどうかは、顧客要求に大きく依存する。
【００４１】
これは、特に工作物表面に油溜めとして空隙を導入して、潤滑とそれにより長期摺動特性を改善するために使用されることがある。
【００４２】
この目的のため、特にそのような空隙を作成するための最終加工工程として特に標的レーザ衝撃が適切であり、又は第２の微細加工工程の機械加工方法としてまだ選択されてない場合には電気化学エッチングが適切である。
【００４３】
即ち、この場合、工作物に空隙を彫るための特に最大１０μｍ、好ましくは最大６μｍ、より好ましくは最大２μｍの高さを有するそれぞれの突起が、電気化学エッチング用の電極に既に加工され、空隙が導入され、微視的表面構造のピークが、１つの機械加工工程で切り取られる。
【００４４】
こうして、従来のプロセスチェーンよりも優れ、また高い顧客要求にもかかわらず、プロセスチェーンが短縮される。これは、特に湿式研削が防止され、更に特定の組み合わせにより、幾つかの工程工程を同じ機械で同じ締め付け工程で実行できるという利点を有する。
【００４５】
したがって、電気化学エッチングに加えて第１と第２の微細処理工程の機械加工法を、１台の機械でまとめて実施することができ、これにより工作物を１つの締め付け工程で機械加工することができる。
【００４６】
更に、この微細中間工程のための機械加工方法の実際の選択に関係なく、追加の微細中間工程を含めることができる。
【００４７】
更に、基本的に旋盤の工作機械に、したがって規定又は既知の（Ｃ軸）回転位置での処理中に駆動可能な工作物のために、工作物表面に衝撃を与えるレーザユニットを追加で使用することができる。
【００４８】
更に、工作物表面に衝撃を与えるためのレーザユニットを、基本的には旋盤である機械内で、したがって加工中に駆動可能で回転位置（Ｃ軸）に対して規定された工作物に使用することができる。
【００４９】
しかしながら、本発明によれば、規定切刃による第１の微細加工工程として微細旋削を使用し、特に少なくとも主軸受に一点旋削又はタンジェンシャル旋削を使用することが有利に提案される。ロッド軸受は、旋削フライス削り、特に直交カッターによって加工することができる。これは、切削速度が１５０〜４００メートル／分で好ましくは達成される。微細旋削が行なわれる最大精度は、後の加工工程に依存する。
【００５０】
第１の微細加工工程が、一点旋削によって行なわれ、次の工程が、タンジェンシャル旋削による微細中間工程の場合、機械加工は、円形が約５μｍの精度、直径が約２０μｍの精度になるまでしか行われず、その理由は、タンジェンシャル旋削が、後の問題なしにより高い精度を達成できるからである。
【００５１】
第２の微細加工工程で達成されなければならない材料除去が、経済的にそれ以上達成できない場合、定められた微細中間工程が行なわれる。
【００５２】
しかしながら、仕上げ微細乾式研削又は電気化学エッチングが、微細旋削直後の第２の微細加工工程として使用されるとき、微細旋削は、直径が少なくとも１０μｍの精度になるまで行なわれ、その理由は、余剰寸法が大きいほど、仕上げと微細研磨に時間がかかるからである。
【００５３】
この目的のため、仕上げ又は乾式研削が、特に粗粒子（例えば、７０〜１００μｍ（粒子をふるいにかけるときの公称粗粒子幅）の研磨ディスク）によって行われることが好ましく、その理由は、そのような機械加工方法を、規定切刃による第１の微細加工工程と一緒に、同じ機械で、また工作物の同じ締め付け工程で、必要に応じて別の加工位置で同時に行なうこともでき、また個々の工程を異なる加工位置で互いに平行に実行できるので、投資と必要な加工時間が減少するからである。
【００５４】
第２の微細加工工程で電気化学エッチングが選択された場合、本発明によれば、この目的に使用される電極の有効面に突起又はカバーを直接配置することが提案され、その場合、突起又はカバーは、空隙を工作物の表面に規定の分布、規定の深さで作成する。
【００５５】
しかしながら、第２の微細加工工程で仕上げが選択された場合、同一機械内にレーザユニットをきわめて良好に集積化できるので、レーザ衝撃によって、空洞を規定の方法と規定の数、サイズ及び分布で作成することができる。
【００５６】
第１の微細加工工程での精度を更に改善するために、ウェッジシステムによってバイトの基本要素に対して５μｍ以上の精度に微調整し、１０μｍ以下の範囲の精度を達成できるバイトが使用される。
【００５７】
更に、直交カッターを使用するとき、１〜１０個の切刃、特に面に４〜６の切刃を有するカッターが使用されるが、切刃は、共振を引き起こさないように周囲に不均等に分散されてもよい。
【００５８】
更に、直交カッターは、処理される包絡面と接触して移動され、典型的には、接触中に工作物の回転軸に対してＹ方向の直交カッターの面の外周で始まり、直交カッターの直径の少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも５０％、特に最大６０％まで移動され、したがって、連続実行される軸オフセットによって、軸受の全ての長さ部分が十分な精度で加工されるので、直交カッターの中心で減少するか切刃がないために全く存在しない切削性能と切削方向の問題が解決される。
【００５９】
この目的のため、工作物は、直交カッターの軸オフセットの実行中に少なくとも５回回転し、工作物は、好ましくは少なくとも１０回、更に好ましくは少なくとも２０回回転する。
【００６０】
したがって、直交カッターの速度は、工作物の速度の少なくとも８０倍、より好ましくは１００倍、又は更に好ましくは１３０倍でなければならない。
【００６１】
第２の微細処理工程で電気化学エッチングが選択された場合は、最大３０μｍ、好ましくはわずか２０μｍ、かつ少なくとも２μｍの材料除去が行なわれるが、その理由は、これだけで、第２の微細加工工程の一般的な目的である、少なくとも５０％、特に８５％以下の支持体部分に対する微視的表面構造の十分な滑らかさが達成されるからである。
【００６２】
第２の微細加工工程、特に電気化学エッチングは、リフト軸受の周辺部分、したがって点火時に常に同一周辺部分であり連接棒の圧力で負荷がかけられるクランクシャフトのロッド軸受だけを機械加工するので、生産工程を更に加速させることができる。
【００６３】
特に、ロッド軸受のそれぞれの周囲半分が、第２の微細加工工程で処理される。
【００６４】
このように、第１の微細加工工程を使用して、リフト軸受を機械加工し、したがって同じ締め付け工程、特に先行する粗機械加工と同じ締め付け工程でロッド軸受を機械加工し、これは、特に、焼き入れが間で行われないとき、又は同じ機械の同じ締め付け工程で誘導焼き入れた行われるときに対象となる。
【００６５】
これを第１の微細加工工程で確実に行なうこともできるが、特に第２の微細加工工程では、クランクシャフトは、垂直支持体によって、したがって加工される軸受のすぐ隣りの軸受に支持される。
【００６６】
これは、支持軸受周面に垂直支持体の窪みを生成するが、これらの窪みは、寸法と表面品質には関係なく、光学的目的のため、最終微細加工工程で除去されることによって仕上げられなければならず、最終微細加工工程は、隣り合った垂直支持体を通る支持体が、常に最終微細加工工程の進行方向側に配置され、したがって第１工程で既に微細加工された軸受に配置され、軸受位置は、特に加工される軸受のすぐ隣りにあるので容易になる。
【００６７】
第１の微細加工工程で、フランジとピニオンは、好ましくは、クランクシャフトが、特に垂直支持体によってそれぞれの加工位置の近くの主軸受に少なくとも半径方向に支持されるか隣接軸受にチャックによって支持されている間に、機械加工される。
【００６８】
本発明による方法を実行するために、制御されたＣ軸を備えた旋盤は、機械ベッド、締め付けチャックをそれぞれ備えた主軸台及び反対の主軸台、並びに必要に応じて垂直支持体などの典型的な構成要素に加えて、一方の側に微細旋削ユニット、特に一点旋削ユニット及び／又はタンジェンシャル旋削ユニットと、更に必要に応じて、Ｃ軸に対して平行軸のまわりに回転する研磨ディスクによる仕上げユニット及び／又は研磨ユニットを必要とする。
【００６９】
また、このタイプの旋盤は、有利には、工作物の周面に衝撃を与えるレーザユニット及び／又は測定ユニットを含む。
【００７０】
ｃ）実施形態
本発明の実施形態は、以下で図面を参照してより詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
［図１ａ］典型的なクランクシャフトの側面図と個別軸受の拡大図を示す。
［図１ｂ］典型的なクランクシャフトの側面図と個別軸受の拡大図を示す。
［図２ａ］支持体が旋削軸の上と下に配置された旋盤を示す図である。
［図２ｂ］支持体が旋削軸の上と下に配置された旋盤を示す図である。
［図３］支持体が旋削軸の上だけに配置された旋盤の図である。
［図４ａ］工作物の様々な処理状況を示す模式図である。
［図４ｂ］工作物の様々な処理状況を示す模式図である。
【図５】軸受の断面の寸法誤差を示す図である。
【図６】工作物表面の微細表面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
図１ａは、４気筒内燃機関、つまり、隣り合って配置された４つの偏心リフト又はロッド軸受ＰＬ１〜ＰＬ４と合計５つの主軸受ＨＬ１〜ＨＬ５を有する典型的なクランクシャフト１の側面図を示す。主軸受は、クランクシャフト１が、詳細に示されていない旋盤内に留められた後続回転軸（クランクシャフトのＺ軸）上に配置される。また、この回転軸は、図１の説明図では回転軸２とも呼ばれる。クランクシャフト１の一端のフランジ４と他端のピニオン３とにある掴み部６による半径方向の締め付けによって留められる。
【００７３】
本発明は、特に、軸受の包絡面の機械加工に関し、したがって主軸受とロッド軸受は、ミラー面と呼ばれる隣接側面を有する。
【００７４】
クランクシャフト１の上と下に、次のような機械加工ツールを左上から右に例示的に示す。
【００７５】
一方の側には、典型的には旋盤の三寸法座標系でＺ軸として定義された回転軸２に垂直な回転軸５’を有するミル５が示されている。
【００７６】
−エンドミルの表面には、エンドミル５の周面に延在する１つ又は複数（好ましくは２〜８個）の切刃７が配置されている。軸受は、回転軸受の包絡面で回転エンドミル５と接触することによって、チップ除去され、機械加工される。
【００７７】
切刃７の隣りには円盤カッター８が配置されている。円盤カッター８の回転軸８’はＺ軸と平行であり、その周面には多数の切刃７’が配置されている。切刃７’は、周面の幅全体に沿って、円盤カッター８の円盤形のベース要素の外縁部分に径方向に延在している。
【００７８】
例えば直径７００ｍｍの円盤カッター８には調整しなければならない切刃又は切削板２３が多数（典型的には８０個）あるので、全ての切削板で整合した半径方向と軸方向の正確な調整は、きわめて時間がかかる。
【００７９】
その右隣りには、Ｚ方向に定められた回転軸９’回りに回転する研磨ディスク９が示され、研磨ディスク９は、包絡部分との隣接面部分が研磨砂（典型的には、硬質合金、セラミック又はＣＢＮ）で覆われ、典型的には円盤カッター８と同じようにＺ方向に区分された軸方向拡張部を有し、この軸方向拡張部は、それぞれの軸受に対応する。
【００８０】
クランクシャフトの下には、一点旋削ツールとして構成された旋削ツール１０が示され、旋削ツールは、正確にＸ方向ではなく、軸受の方向にわずかな傾斜角で延在し、軸受と接触して、軸受の角部の１つを旋削することができる。
【００８１】
包絡面を有する両方の角部を、同じ旋削ツール１０で、停止することなく、肩部を形成することなく、旋削するために、この旋削ツール１０は、図１ｂに詳細に示されたように、Ｘ方向に動くだけなくＢ軸のまわりに旋回可能であり、特に軸受内で動くのに十分に細長い。
【００８２】
主軸受軸のまわりに回転するクランクシャフトのロッド軸受ＰＬ１〜ＰＬ４のうちの１つを機械加工するとき、係合ツールは、更に、Ｘ方向の送り運動を行わなければならず、エンドミル７と切削工具１０の場合は、旋回するロッド軸受に従うことができるように、Ｙ方向の追加の送り運動が必要であることが分かる。
【００８３】
図２ａと図２ｂは、本発明の方法によるクランクシャフトのような工作物の機械加工に使用できる旋盤の一実施形態をＺ方向の正面図で示す。
【００８４】
図２ｂに示されたように、主軸台１２は、マシンベッド１１の垂直前面の上側部分に配置される。主軸台１２は、回転駆動することができ掴み具６を備えた締付けチャック１３を支持する。反対主軸台１４は、主軸台１２の反対側に配置され、反対主軸台１４はやはり締付けチャック１３を支持し、それにより、工作物（例えば、クランクシャフト１）をその両端で回転軸２（Ｚ方向に延在する）上に、それぞれの締付けチャック１３内に収容し回転駆動させることができる。
【００８５】
ベッド１１の前側には、回転軸より下でベッド１１の平坦上面に、それぞれＺ方向に対で延在する長手方向ガイド１５が配置され、ツールユニットが、長手方向ガイド上で移動可能であり、この場合、下側の長手方向ガイド上に１つのツールユニットがあり、上側の長手方向ガイド１５上に２つのツールユニットがある。
【００８６】
各ツールユニットは、長手方向ガイド１５に沿って移動可能なＺスライド１６と、Ｚスライド上に延在しＸ方向に移動可能なＸスライド１７とからなり、ツール又はツールユニットは、Ｘスライドに取り付けられる。
【００８７】
回転軸２の下のユニットには、旋削ツール１０が挿入されスターリボルバとして構成され、Ｚ方向に延在する枢動軸を有する典型的なツールリボルバ１８がある。
【００８８】
左上ユニットは、一点構成の個別旋削ツール１０である。個別旋削ツール１０は、ほぼＸ方向に延在するＢ軸のまわりに枢動できかつ枢動によってＸ方向にも動くことができる。
【００８９】
右上ユニットは、工作物の周面を滑らかにできる仕上げツール１９である。
【００９０】
図２ｂでは、この仕上げツール１９が、Ｚ方向から示されている。このツールが、取り付けられる工作物の凸状周面（例えば、半円として構成された）に応じた空洞を有する仕上げ形状部品２０と、形状部品２０の接触面の上に延在し、それぞれの貯蔵用ロールに端が巻き付けられた仕上げバンド２１とを有することは明らかである。
【００９１】
また、図２ｂでは、一点旋削ツール１０が、隣りに示されている。
【００９２】
図３は、旋削フライス盤を示し、この場合も、図２の旋盤と同じように、クランクシャフト１が、工作物として、互い向かい合わされた２つの締付けチャックの間に、Ｃ軸として構成された回転軸２のまわりに回転可能に、主軸台と反対主軸台１４とによって支持される。
【００９３】
この場合、長手方向ガイド１５は、マシンベッド１１の回転軸２の上にのみ配置され、Ｚスライド１６とＸスライド１７が上に延在する２つのツールユニットが提供される。
【００９４】
この場合、右側Ｘスライド１７は、図１に示されたように回転軸と平行に回転する円盤カッター８を支持し、左側Ｚスライド１７は、やはりＺ軸と平行な軸のまわりに回転する研磨ディスク９を支持する。
【００９５】
更に、右側Ｘスライド１７には測定ユニット２２が提供され、測定ユニットは、旋回によってアクティブ化／非アクティブ化（de-active）され、Ｘ方向に近づく測定プローブが周面と接触するので、工作物を解放したり締め付け直したりすることなく、周面で、トランサム面の直径、真円度、長手方向位置を測定することができる。
【００９６】
図４ａは、クランクシャフトに対してではなくリフト軸受又はロッド軸受の周面の周辺工作物に対する周面の一部分を、タンジェンシャル旋削によって加工する工程を示す。
【００９７】
回転工作物の回転軸に対して斜めに配置された直線又は凹状切刃が、接線移動方向２４に移動して工作物の周面と接触し、接線直線方向の真っ直ぐな縁と、回転軸２に平行に延在する旋回軸のまわりの接線円弧方向の凸状縁を作成する。
【００９８】
したがって、きわめて小さい過剰寸法しか除去できないが、機械加工結果は、きわめて正確であり、優れた面を有する。
【００９９】
図４ｃでは、電気化学エッチングが示される。
【０１００】
これにより、作成される工作物の周囲の形状に有利に適合され、それぞれ空洞を有する接触面を有するＥＭＣ電極２５が、工作物の方に近づけられ、一方の側の工作物と他方の側の電極２５との間に電流又は電圧が印加され、更に、それら両方の間に食塩水又は酸が導入される。
【０１０１】
これらのパラメータが適切に選択されたとき、表面に近づく部分、特に工作物の微細表面構造のピークが、食塩水でエッチング除去される。改良のため、電極２５をパルス式に半径方向と軸方向に移動させて、食塩水又は酸による抽出を最適化することができる。
【０１０２】
原理的には、工作物を回転軸２のまわりに回転させることができる。
【０１０３】
しかしながら、図示した事例のように、複数の小さい微小突起２６が、電極表面２５の接触面に提供され、微小突起２６が、工作物の表面に後で油溜めとして使用されるそれぞれの微小空洞を作成するために使用されるときは、工作物は、必ず静止状態のまま機械加工されなければならない。
【０１０４】
他の状況では、そのような微小空洞（典型的には深さがわずか数μｍ）は、レーザ衝撃によって作成されてもよい。
【０１０５】
したがって、図６は、規定切刃による様々なチップ除去機械加工法に一般的な様々な微細表面構造を有する。
【０１０６】
長手方向旋削は、粗さＲｚが３〜１０μｍの範囲のほぼ均一な鋸歯形状を生成する。
【０１０７】
タンジェンシャル旋削後の表面構造は、長手方向旋削の周期よりも構造を不均一にし、ピークと谷との距離がＲｚの約１．５〜５μｍと小さくなる。
【０１０８】
しかしながら、外回しフライス削りの場合、典型的には、表面構造は、工作物に次々とかかる個別フライス削り歯の衝撃による様々なレベルの微視的な部分と、これにより形成された工作物上の微小面を含む。
【０１０９】
図６の下側部分は、軸受にほぼ望ましい、ピークを除去した後の拡大微小構造と望ましい５０％支持部分とを示す。
【０１１０】
したがって、また、特に仕上げの際に、ピークの除去が増え、支持部分が増え、ツールによって機械加工される面積が次第に大きくなり、したがって半径方向の除去が次第に遅くなることが明らかになる。
【０１１１】
図５は、例えば基準形状が正確に円形状のクランクシャフトの軸受の断面図をＺ軸方向から示す。しかしながら、実際には、特定の干渉パラメータのインパクトにより、少なくとも規定切刃によるチップ除去機械加工後に非円形形状が作成される。
【０１１２】
したがって、真円度を決定するために、内側包絡円Ｋｉと外側包絡円Ｋａが、実形状に適用され、２つの包絡円の距離が真円度を定義する。
【０１１３】
更に、それぞれの軸受の実中心は、公称中心と正確に一致しないことがあり、これは、特にリフト軸受ピンに当てはまり、同心度に悪影響を与える。
【０１１４】
更に、仕上げ後の基準形状が定義され、これにより、規定切刃による削り取り後に半径方向に基準形状内の最終形状が完成する。
【符号の説明】
【０１１５】
１  クランクシャフト
２  回転軸
３  ピニオン
４  フランジ
５  エンドミル
５’  回転軸
６  掴み具
７，７’  切刃
８  円盤カッター
８’  回転軸
９  研磨ディスク
９’  回転軸
１０  旋削ツール
１１  マシンベッド
１２  主軸台
１３  締付けチャック
１４  反対主軸台
１５  長手方向ガイド
１６  Ｚスライド
１７  Ｘスライド
１８  ツールリボルバ
１９  仕上げツール
２０  仕上げ形成部品
２１  仕上げバンド
２２  測定ユニット
２３  切削板
２４  接線移動方向
２５  ＥＣＭ電極
２６  突起
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2014531331.tif 000009
【図４ｃ】
2014531331.tif 000010
【図５】
2014531331.tif 000011
【図６】
2014531331.tif 000012
【国際調査報告】
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2014531331.tif 000014
2014531331.tif 000015
2014531331.tif 000016
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