(57)【要約】  本発明は、クランクシャフト又はカムシャフトを、最終的な寸法誤差Ｒｚ＜１０μｍ、好ましくは５μｍ以下に、及び振れ誤差３０μｍ以下、好ましくは６μｍ以下に精密加工するための方法及び装置に関する。クランクシャフト又はカムシャフトは加工され、少なくとも部分的に硬化されている。本発明によれば、最初の加工、及びそれに続く４５〜６０ＨＲＣ、好ましくは５０〜５３ＨＲＣへの硬化後に、ＣＢＮ又はＰＣＤインレットカッタインサートを使用して、最後の加工が行われる。このために使用される装置は、ＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられたカッタインサート（１２、１３、１４）を有し、横方向、半径方向及び接線方向に向けられたカッタインサートが交互に配置される。
2012530612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削動作によって加工されており、少なくとも部分的に硬化を施されているクランクシャフト又はカムシャフトを、最終的な寸法誤差Ｒｚ＜１０μｍ、好ましくは≦５μｍに、及び同心度誤差≦３０μｍ、好ましくは≦６μｍに精密加工するための方法であって、
最初の切削動作、及びそれに続く４５〜６０ＨＲＣ、好ましくは５０〜５３ＨＲＣへの硬化後に、ＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられた切削インサートを使用して最後の切削動作が行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記切削動作の全てが乾式で、すなわち冷却潤滑剤を使用することなく行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記切削動作が、前記ＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられた調節可能な切削インサートを有する外側又は内側フライスによって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
切削動作によって加工され、少なくとも部分的に硬化を施されているクランクシャフト又はカムシャフトを、最終的な寸法誤差Ｒｚ＜１０μｍ、好ましくは≦５μｍに、及び同心度誤差≦３０μｍ、好ましくは≦６μｍに精密加工するための装置であって、前記装置が、内側又は外側フライスに配置された半径方向又は軸方向に調節可能な切削インサートを備える装置において、
前記切削インサートにはＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられ、横方向、半径方向及び接線方向に所定位置にクランプされた切削インサートが交互に配置されることを特徴とする装置。
【請求項５】
クランクシャフト又はカムシャフトの大端部軸受又は中央軸受を加工するための前記接線方向にクランプされた切削インサートが、互いに１７３°〜１７８°、好ましくは１７５°の角度をなす２つの切れ刃部を有するルーフ状構造の切れ刃を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記切れ刃部の端部が、Ｒ＝０．４ｍｍからＲ＝１．５ｍｍまでのエッジ半径を介して、配置面に対する垂直方向に対して２〜３°、好ましくは２．５°だけ傾斜される二次切れ刃に合流することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
チークを加工するための前記横方向にクランプされた切削インサートが、有効な２つの切れ刃を各々有するＣＢＮ又はＰＣＤインレットを有し、前記有効な２つの切れ刃が、８０°±５°の角度をなし、Ｒ＝１〜１．５ｍｍの切削コーナー半径を介して互いに接続されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項８】
全ての前記切削インサートが設定装置によって前記カセットに締結されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト又はカムシャフトを、最終的な寸法誤差Ｒｚ＜１０μｍ、好ましくは５μｍ以下に、及び同心度誤差を３０μｍ以下、好ましくは６μｍ以下に精密加工するための方法及び装置に関する。クランクシャフト又はカムシャフトは、切削動作によって加工されており、少なくとも部分的に硬化を施されている。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による公知の加工方法では、クランクシャフトは、通常、複数の加工段階を経る。最初に、鋳造又は鍛造されたシャフトには、ターンブローチ加工、ターンターンブローチ加工、内側回転ミリング加工及び外側ミリング加工等の切削動作が、特に高いミリング速度で施され、この場合、鋳造又は鍛造の観点から提供される許容度が、ミリメートルの範囲内の残存値まで低下するように排除される。
【０００３】
クランクシャフトの耐磨耗性を向上させるために、シャフトが、さらなるステップにおいて、例えば高周波焼入れによって少なくとも部分的に硬化されることで、所望の材料構造又は微細構造を実現する。硬化中のクランクシャフト又はカムシャフトの歪み及びわずかな寸法変化を無視することはできず、これは次の加工ステップで補償しなければならない。
【０００４】
クランクシャフトは、通常、第３の加工ステップで例えば研削砥石を使用して研削され、この研削砥石の回転軸線は、回転しているクランクシャフト又はカムシャフトの回転軸線に対して平行に移動する。研削は、主に、冷却潤滑剤を添加して行われることで、後続の研削動作中におけるクランクシャフトの過熱を回避する。研削されたシャフトの粒子及び研削砥石の引き剥がされた研磨粒子の両方を含む、結果として生じる研削スラッジの処分に費用がかかるという事実の他に、研削スラッジを特殊廃棄物として処理しなければならないので、ワークピースの大きな加熱も、粉砕中における高い加工圧力により微小な範囲内の望ましくない表面構造を発生させるようなワークピースの表面に対する好ましくない影響も完全に無視することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このことから、本発明の目的は、上記欠点が回避されるような冒頭に記載した種類の方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、最初に、クランクシャフト又はカムシャフトには、最初の切削動作が施され、それに続いて、例えば４５〜６０ＨＲＣ、好ましくは５０〜５３ＨＲＣの値への硬化が施される。この後に、ＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられる切削インサートを使用して、最後の切削動作が行われ、これにより、形状が正確な最終的な寸法に形成される。この目的のために機器に関しては、内側又は外側フライスからなる装置が使用され、内側又は外側フライスの周囲には、半径方向及び／又は軸方向に調節可能な切削インサートが締結され、これらの切削インサートの各々にはＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられ、この場合、横方向、半径方向及び接線方向に所定位置にクランプ（固定）された切削インサートが互い違いに追随する（交互に配置される）。しかし、大端部軸受又は主軸受を平滑化する働きをする接線方向にクランプされた切削インサートの数は、チークを加工するために及びアンダーカットをそれぞれ形成するために必要となる横方向にクランプされた切削インサートの数よりもはるかに少なくてよい。
【０００７】
硬化に続く研削を切削動作に置き換えることにより、製造ライン全体を乾式モードで、すなわち冷却潤滑剤を使用することなく動かすことができるようになり、これによって、特に、チップ及び粉砕スラッジによって妨げられる潤滑剤の処分、又は潤滑剤の再処理が不要となるという利点が得られるだけでなく、製造精度も向上するという利点も得られる。しかし、このことは、切削作業がＣＢＮ又はＰＣＤ切れ刃によって行われ、これらのＣＢＮ又はＰＣＤ切れ刃により、最初に、低い誤差を維持しつつ、クランクシャフト又はカムシャフトを正確な最終的な寸法に十分に正確に形成することが可能になることを想定している。硬化後の研削方法を、従来のカーバイド切削インサートを使用する切削動作に単に置き換えるだけでは、どのようにしても所望の最終的な寸法は形成されないので、このような切削動作に続いて、例えば研磨ベルトによる精密な研削も行わなければならない。ＣＢＮ又はＰＣＤ切れ刃の使用により、範囲Ｒｚ＜１０μｍ内の誤差及び３０μｍ未満、好ましくは約６μｍ以下の同心度誤差に維持することを可能にする表面構造が得られる。
【０００８】
作業が、規定された切れ刃、すなわち、硬化の前後の切削動作によって行われる場合、最初の加工ステージにおける比較的大きな非円形性（丸み）を最後の切削動作で除去することができるが、その理由は、研削位置の受動的な力が研削中におけるよりも著しく小さいからである。上述の欠点では、研削中に繰り返し回転が必要であったが、最後の切削動作中では、非円形性を除去するには１回又は２回のミリング回転で十分である。
【０００９】
さらにプラスの効果として、ＰＣＤ又はＣＢＮ切れ刃を使用することにより、ワークピースの高い表面品質に加えて、耐用年数も長くなり、これによって、処理方法の経済効率が向上する。さらに、ＰＣＤ又はＣＢＮ切れ刃の高い耐磨耗性は、高い加工信頼性及び高い設定精度を実現することを可能にする。結果として生じる切削インサートの価格上昇（一片のカーバイド切削インサートと比較して）は、切れ刃毎のより大きな工具寿命量の結果として、より短いサイクル時間で補償されるだけでなく、その結果、全体としてクランクシャフト又はカムシャフトの製造がそれほど高価ではなくなる。
【００１０】
ピーク−バレイ高さＲｚは、規定された試験区分内における微細表面構造の最高の突出部と最深の凹部との間の距離を表し、このようにして決定される５つの試験区分の値が、Ｒｚを決定するために決定される。このようにして、表面プロファイルからの異常値（ｆｒｅａｋ  ｖａｌｕｅ）、すなわち、非常に高いピーク及び非常に深いバレイは過大評価されない。
【００１１】
同心度は、ワークピースの実際の輪郭に対して内側及び外側に配置される円によって決定される。ワークピースの実際の断面形状はこれらの２つの円の間の空間に位置するように、２つの円は互いに同心に配置される。本発明は、特に、外側又は内側フライスによる切削工程が、過度の研削よりも高い同心精度を保証し、この同心精度において、いずれにせよ材料の除去が比較的少なくなるという知識に基づく。長い工具寿命にわたって精密である正確な切削インサートの位置決めが、切削工具の選択と外側又は内側フライスの調節性とによって保証される場合、研削を行っていないにもかかわらず、優れた結果を達成することができ、これらの結果は、最終的な寸法誤差及び同心度誤差について請求項１に記載の要件を満たす。
【００１２】
ＣＢＮ又はＰＣＤインレットが取り付けられる切削インサートの好ましい形態が従属請求項に記載される。このように、特に、クランクシャフト又はカムシャフトの大端部軸受又は中央軸受を加工するための切削インサートの各々には、ルーフ状構造の切れ刃が設けられ、この切れ刃は、互いに１７３°〜１７８°、好ましくは１７５°の角度をなす２つの切れ刃部を有する。このように形成された有用な２つの切れ刃によって使用範囲が大きくなり、すなわち、右側及び左側の両方の切削作業に切削インサートを使用することができる。それぞれの切れ刃を再研削して、切削インサートの耐用年数を延ばすことができる。
【００１３】
前記切れ刃部の端部は、Ｒ＝０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ（寸法に依存する）のエッジ半径を介して、切削インサートの配置面の垂直方向に対して２〜３°、好ましくは２．５°だけ傾斜される二次切れ刃に合流する。
【００１４】
本発明の別の形態によれば、チークを加工するための横方向にクランプされた切削インサートは、有用な２つの切れ刃を各々有するＣＢＮ又はＰＣＤインレットを有し、有用な２つの切れ刃は８０°±５°の角度をなし、２つの切れ刃はＲ＝１〜１．５ｍｍの切削コーナー半径を介して互いに接続される。これらの切れ刃も再研削することができる。
【００１５】
内側又は外側フライスに配置された全ての切削インサートは、好ましくは、工具ホルダに対する切削インサートの位置の正確な調節を可能にする設定装置によって、カセットに締結される。
【００１６】
軸受の加工中、軸受の冠状部は好ましくは０〜４μｍであるべきである。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態を図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】３つの異なるカセットを有する工具セグメントの斜視図を示す。
【図２ａ】横方向に配置された切削インサートを有するカセットの詳細図を示す。
【図２ｂ】横方向に配置された切削インサートを有するカセットの詳細図を示す。
【図３ａ】図２ａ、図２ｂによる実施形態の分解図を示す。
【図３ｂ】図２ａ、図２ｂによる実施形態の分解図を示す。
【図４ａ】横方向にクランプされることができる切削インサートの３つの図を示す。
【図４ｂ】横方向にクランプされることができる切削インサートの３つの図を示す。
【図４ｃ】横方向にクランプされることができる切削インサートの３つの図を示す。
【図５】接線方向にクランプされることができる切削インサートの側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
切削中に外側フライスの長手方向軸線を中心に回転し、かつ周囲にカセットが配置されたディスク状工具ホルダを有する外側フライスであって、上記周囲に配置されたカセットの各々には、切削インサートが取り付けられ、機械スピンドルに直接的に又は機械スピンドルにアダプタを介して間接的に着脱可能に締結された環状又は部分的に環状又はセグメント状の（部分的な）ホルダに固定される外側フライスが、例えば、独国特許出願公開第１０  ２００７  ０１３  １５３Ａ１号明細書に記載されている。
【００２０】
図１は、このような外側フライスのセグメント状ホルダ１１を示している。このホルダ１１は底部領域に開放スロット状凹部２９を有し、この凹部は盲端し、凹部の端部にねじシャンク用の停止点を有する。このセグメント状ホルダ１１は、クランプウェッジを介してスピンドル（図示せず）に軸方向にクランプされる。適切なクランプ部品を介して互いに接して締結される複数のセグメント１１は、既存のスピンドルに固定される完全なリングを形成する。完全な一体の環状体と比較して、個々のセグメントは、切削インサートを変更するために部分的交換が可能であるという利点を有する。図１では、左側横方向にクランプされた切削インサート１２、右側横方向にクランプされた切削インサート１３、及び中央に締結された切削インサート１４が周面１５に締結される。切削インサート１２と１３は、半径方向及び軸方向の両方、並びに「反り」を設定するための切削インサート１２と１３の切れ刃の傾斜に関して調節可能であり、これに対して切削インサート１４では軸方向の調節機能は不要である。
【００２１】
図２ａ及び図２ｂから並びに図３ａ及び図３ｂから、切削インサート１３が、クランプねじによって、配置面２１及び２つの側面２２と２３とを有するインサートシートを有するカセット２０のインサートシートに締結されることが詳細に理解できる。切削インサート１３は、皿頭を有するクランプねじ１６によって固定される。クランプねじは、そのシャンクが切削インサート１３の中央穴を通過し、タップ穴２４の所定位置にねじ止めされる（図３ａ、図３ｂ参照）。切削インサートは、以下に説明するＣＢＮインレットの一部分である切れ刃１７を有する。切れ刃１７は、外側に向かって凸状に湾曲しつつ延びる。切削インサート１３と同様に、切削インサート１２がカセットに配置され、切削インサート１２と１３用のカセットが鏡面対称に、さもなければ同一に構成される。同様に、カセットの所定位置に切削インサート１４がねじ止めされ、この切削インサートの幅は、軸受面２３をさらに左側に配置することができるようにより大きく選択される（図１参照）。全てのカセットは、二条ねじ１９を介して作動させることができるクランプ体１８によって均一に固定される。クランプ体１８はその底端で角度付けされ、選択された鈍角は、カセットの対応する角度輪郭と同一になるように選択される。
【００２２】
二条ねじ２６を介して変位させることができる調節体２５が、カセット２０を軸方向に調節する働きをする。この調節体はウェッジ面２５１を有し、このウェッジ面の長手方向変位によってカセット、したがって切削インサート１３を軸方向に移動させることができる。ウェッジ面２７１を有する調節体２７は、半径方向に調節する働きをし、二条ねじ２８によって変位させることができる。カセット２０は、ほぼ平行六面体状の構造であり、スロット状溝３０を有し、この溝は、特に図３ｂから分かるように、クランプ体２０を通って比較的遠くまで、その後壁３１の近くにまで延びる。溝３０の上にある部分２０１は、溝３０を広げることによってほぼ矢印３２の方向に移動され、これにより、角度α（非常に誇張して図示）の切れ刃１７の対応する傾斜が生じる。このようにして、切削インサートの又は切れ刃の反りの細かい設定を行うことができる。部分２０１と２０２に存在する穴に係合しかつキャプスタンねじ３３として設計される二条ねじは、間隙幅を調節する働きをし、キャプスタンねじ３３の頭部は組立状態において止めねじ３４に載置する。図３ａにはソケットレンチ３５と３６が示されており、これにより、これらのレンチがどのように挿入されて作動されるかが明らかになる。キャプスタンねじの作動は、カセットの横方向にアクセス可能な凹部３７を介して可能である（図３ａ参照）。
【００２３】
切削インサート１２又は１３の軸方向、半径方向及び角度の調節では、最初に、嵌合された工具によりねじ１９を作動させてクランプ体１８を解放しなければならない。その後、六角形のソケットキーを介して調節ねじ２６と２８を作動させることができ、これによって切削インサートを軸方向及び半径方向に変位させることができる。さらに、自由に選択可能な角度でキャプスタンねじ３３を回転させることによって、切れ刃の反り、すなわちその角度位置を設定することができる。この設定可能な範囲は当然、カセットの変形性に従って変更できる溝の距離（長さ）が限定される事実により、選択されたスロット構成によって制限される。切削インサートの設定が選択された後に、各インサートはねじ１９を締め付けることによりクランプ体２８を介して固定される。切削インサート１４は、半径方向に及び切れ刃の角度位置に関してのみ調節することができる。
【００２４】
図４ａ〜図４ｃ及び図５から、使用される切削インサート１３と１４の詳細を理解することができる。切削インサート１３は、例えばスチール又はカーバイドから製造することができる支持体１３２の所定位置にろう付けされるＣＢＮインレット１３１を有する。
【００２５】
ＣＢＮインレット１３１は、頂部切れ刃１３３と、それに対する垂直方向に対して１０°の角度βだけ傾斜されるより短い切れ刃１３４とを有する。これらの切れ刃１３３、１３４は例えば１ｍｍの半径を介して互いに合流する。ＣＢＮインサート１３１の、角度αによって決定される傾斜（図４ａ参照）は６°であることが好ましい。切削インサートは、Ｍ４ねじに適切な皿穴１３５を有する穴を有する。
【００２６】
図５は、切削インサート１４の側面図を示している。切削インサート１４のＣＢＮインレットは１４１で示されている。このインレットは、１７５°の角度γをなす切れ刃部１４２と１４３を有する２つに分割された切れ刃を有する。切れ刃１４２と１４３は、端部において、例えば０．４ｍｍの半径を介して傾斜エッジに合流し、上記傾斜エッジは、２．５°の角度δ（図面に誇張して図示）で傾斜する。図５から理解できるように、ＣＢＮインレット１４１は切削インサートの全高にわたって延びる必要がない。
【００２７】
ＣＢＮインレットが取り付けられた外側フライスは、特に、クランクシャフト又はカムシャフトの後続の加工のために使用される。
【００２８】
最初に、主軸受及び大端部軸受を形成するために及びチークを加工するためにクランクシャフト又はカムシャフトの複数の位置に位置決めされる外側フライスによって、鋳造又は鍛造されたクランクシャフト又はカムシャフトに最初の切削動作が施される。可能な限り最高の表面品質（Ｒｚ＜５０μｍ及び同心度誤差＜１００μｍを有する）を実現することは、既に、この最初の切削動作の目的である。次に、クランクシャフト又はカムシャフトには高周波焼入れが施され、この場合、必要ならば、大きな負荷が引き続き加えられる軸受に対して硬化を制限することができる。最後の切削動作では、ＣＢＮインレットが取り付けられる外側又は内側フライスを使用して、最終的な寸法誤差Ｒｚ＜１０μｍ及び同心度誤差≦３０μｍを有する必要な最終的な寸法品質が設定される。全ての切削作業は乾式で、すなわち冷却潤滑剤を使用することなく行われる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  セグメント状ホルダ
１２、１３、１４  切削インサート
１３１  ＣＢＮインレット
１３２  支持体
１３３、１３４  切れ刃
１３５  皿穴
１４１  ＣＢＮインレット
１４２、１４３  切れ刃部
１５  ホルダ１１の周面
１６  クランプねじ
１７  切れ刃
１８  クランプ体
１９  二条ねじ
２０  カセット
２０１、２０２  カセットの頂部及び底部
２１  インサートシートの配置面
２２、２３  インサートシートの側面
２４  タップ穴
２５  軸方向設定のための調節体
２５１  ウェッジ面
２６  二条ねじ
２７  半径方向設定のための調節体
２７１  ウェッジ面
２８  二条ねじ
２９  スロット状凹部
３０  カセット２０のスロット状溝
３１  カセット後壁
３２  矢印
３３  キャプスタンねじ
３４  止めねじ
３５、３６  ソケットレンチ
３７  横方向凹部
【図１】
2012530612.tif 000003
【図２ａ】
2012530612.tif 000004
【図２ｂ】
2012530612.tif 000005
【図３ａ】
2012530612.tif 000006
【図３ｂ】
2012530612.tif 000007
【図４ａ】
2012530612.tif 000008
【図４ｂ】
2012530612.tif 000009
【図４ｃ】
2012530612.tif 000010
【図５】
2012530612.tif 000011
【国際調査報告】
2012530612.tif 000012
2012530612.tif 000013
2012530612.tif 000014
2012530612.tif 000015
2012530612.tif 000016
2012530612.tif 000017