JP2009513369A - 複合材料部品を機械加工する工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複合材料部品を機械加工するための工具と、このような工具を備えた工作機械に関する。
【解決手段】工具はほぼ円筒形の本体を有する。本発明に従って、本体は主軸線（２）を有し、直径がＤ_１の研磨部分（１）と、直径がＤ_２の研削部分（３）とを備え、この場合Ｄ_２＜Ｄ_１であり、研削部分（３）が前記主軸線に対してセンタリングされている。さらに、研削部分（３）がその端部（４）に、複合材料部品への工具の貫入を可能にする少なくとも１つの切削素子（５）を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合材料部品を機械加工するための工具と、このような工具を備えた工作機械に関するものである。

複合材料は多くの工業分野においてきわめて重要になってきた。当初主として航空と宇宙であった複合材料の用途分野は、現在では自動車、鉄道または娯楽産業（セールボード等）のようないろいろな部門に広がっている。

航空部品工業では、機械加工が重要な方法である。この機械加工は製造部品の正確な寸法を得るのを助けるだけでなく、さもなければ変形が困難である材料から、複雑な部品を得ることを可能にする。

複合材料に関して、部品のトリミング作業は最終表面処理で直接的に行われ、この場合、部品の厚さ内で１回または複数回の切り込みを行う機械加工工具が用いられる。必要な切り込み回数は厚さに依存する。

しかしながら、複合材料のトリミングが部品の欠陥を生じることが分かった。このようにして得られる最終製品は、期待される機械的性質に達しない。繊維の折り曲げの増大によって生じるこのような欠陥は、「金属剥離（ｓｐａｌｌｉｎｇ）」と呼ばれる。品質管理のときに部品が排除されないと、このような欠陥は使用中の部品の破壊につながる。

このような部品の厚さにおける切り込みの深さをチェックしないことによって生じるこのような機械加工工具の多少早い摩耗は、２回の切り込みの間で認められる。工具のこのような早すぎる摩耗は、工作機械と熟練した職人の行動を頻繁に停止する。工具の交換コストと、操作人の作業時間による生産性低下は、航空部品産業の経済的債務と両立できない。

更に、複合材料部品を機械加工するために使用される従来技術の機械加工工具は、このような部品に穴または空所を形成することができない。

このような機械加工工具で大きな寸法の板を切断することによって部品を機械加工することは、切断すべき第１部分に到達するためにこのような板の１つのエッジから開始する必要がある。機械は部品の切断開始点に直接行くことはできない。なぜなら、この切断開始点が板の座標である位置決めグリッド内でのその座標によって配置されるからである。

従って、付加的な材料の切断は、板から部品を切断するために必要な時間を大幅に増大し、機械加工工具の早すぎる摩耗を伴う。

複合材料の機械加工は、削り屑量を大幅に増大し、それに伴い複合材料部品のトリミング加工のための時間を減らす更に進んだ切削工具を必要とする。

そこで、本発明の目的は、設計および作業手順が簡単で、経済的で、このような工具の切り込み深さのチェックを行うことができ、切り込みを通じて深さが一定であり、そしてトリミング中部品の予備加工と仕上げ加工を同時に行う、複合材料部品を機械加工するための工具を提供することである。

本発明の他の目的は、部品の材料内に直接貫入することによって予備加工と仕上げ加工を同時に行うことができる機械加工工具を提供することである。

これらの目的のために、本発明はほぼ円筒形の本体を備えた、複合材料部品を機械加工するための工具に関する。

本発明に従い、本体は、主軸線を有し、直径がＤ_１の研磨部分と、直径がＤ_２の研削部分とを備え、この場合Ｄ_２＜Ｄ_１であり、研削部分は主軸線に対してセンタリングされている。更に、研削部分はその端部に、前記部品への工具の侵入を可能にする少なくとも１つの切削素子を備え、研削部分のこのような切削素子は逆截頭円錐形をした凹部である。

このような機械加工工具の種々の特別な実施形はそれぞれ特有の利点を有し、この実施形のために多くの技術的組み合わせが可能である。

−工具はその潤滑のための少なくとも１つの中央通路を備え、この中央通路は研削部分の外面に開口している。

工具の潤滑が工具の本体の中央に配置されかつ切削素子の高さレベルで研削部分の端部に開口している通路によって行われると有利である。

−中央通路は更に、研削部分の外面に開口する少なくとも１つの付属の溝に流体接続している。

このような付属の溝は好ましくは、研削部分の外面を均一に潤滑するために、研削部分の幾つかの高さレベルに配置されている。使用される潤滑液は例えば切削油または乳濁液である。

−研削部分は研削粒を有し、この研削粒の平均粒度は約３００〜１０００μｍである。

−研削部分は研削粒を有し、この研削粒の平均粒度は約１００〜６００μｍである。

研削粒の大きさは一般的に、研削粒の最も大きな直径によって決定される。勿論、このような研削粒平均粒度の周囲に粒度分布が存在する。それでもなお、粒度分布の一層重要な制御を行うことができるので、このようにして決定された研磨部分は複合材料部分の一層均一な仕上げを行う。

−研磨部分は研削粒の間に空隙を有する。

このような空隙の平均的な大きさは１０〜５００μｍである。

−研磨部分は工具の掴みを可能にする少なくとも１つの連続表面領域または非連続表面領域を有する。

本発明は、切削工具を受け入れるための少なくとも１個の工具保持装置を備えた、複合材料部品のための工作機械に関する。

本発明に従い、このような切削工具は上記のような工具である。

添付の図を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の特別な一実施の形態による複合材料部品を機械加工するための工具を示している。このような工具はほぼ円筒形の本体を有する。このような本体はその一端に、直径Ｄ_１の研磨部分１を有し、他端に直径Ｄ_２の研削部分３を有する。この研磨部分は主軸線２を有する。この場合Ｄ_２＜Ｄ_１である。研削部分３が上記主軸線２に対してセンタリングされているので、両部分の直径の差（Ｄ_２−Ｄ_１）／２は、工具の側方仕上げ加工厚さを決定する。

本体のこれらの２つの部分１，３の間の直径の差によって生じる肩部は、トリミングすべき部品の厚さがどうであろうとも、工具の切り込みを一定の深さに保つことができる。

更に、研磨部分１と研削部分３は、工作機械で工具を交換しないで、部品の予備加工と仕上げ加工を同時に行うことができる。本体は一体部品である。本体を金属、例えば鋼から作ると有利である。

本体の研削部分３はその端部４に、部品内への工具の貫入を可能にする少なくとも１つの切削素子５を備えている。このような切削素子５は例えば複合材料部品に穴または凹部をあけることができる。

切削工具５は研削部分３の端部に位置する逆截頭円錐形をした凹部によって形成されている。図２は部品６の材料内に貫入したこのような工具の断面を示している。工具は矢印７で示した貫入方向に右から左へ移動する。工具は材料内に入り込む切刃８を研削部分内に備えている。

研削部分３はほぼ３００〜１０００μｍ、好ましくは４００〜８５０μｍの平均粒度を有する研削粒を備えている。

このような研削粒が立方晶窒化ホウ素、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、炭化物およびこれらの素子の組み合わせを含む郡から選択されると有利である。

研削部分３の研削粒が多結晶ダイヤモンドである場合、これらの粒の付着は、電気めっきによって、ろう付け金属の付着またはろう付け多結晶ダイヤモンドの付着によってあるいは化学蒸着技術（ＣＶＤ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるダイヤモンド層の付着を介して行うことができる。当業者に知られているこのような付着技術はここでは説明しない。

直径Ｄ_２を有する研磨部分１はほぼ１００〜６００μｍ、好ましくは２５０〜５００μｍの平均粒度を有する研削粒を備えている。

研磨部分１のための研削粒はダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよびこれらの素子の組み合わせを含む郡から選択可能である。

研磨部分１の研削粒が多結晶ダイヤモンドの場合、このような粒の付着は、電気メッキによるダイヤモンドの付着によって行うことができる。

研磨部分１は好ましくは、工具を工作機械の工具ホルダに取付けるためあるいは工具ホルダから取り外すために職人による工具の掴みを可能にする、図示しない少なくとも１つの連続面または非連続を有する。

工具は更に、工具の本体の背後に位置する部分を有する。この部分の形状は、工具ホルダへの工具の挿入を可能にする。このような部分は、当業者に知られているすべての種類の連結部に取付けられるように、いろいろな方法で形成可能である。この場合、このような部分は修正円筒ハンドルを備えているので、工具はＳＡタイプ、クランプタイプまたは焼結タイプの連結ハンドルに有利に取付け可能である。

研磨部分１の直径Ｄ_１は好ましくは１０〜３２ｍｍ±１０％であり、研削部分３の直径Ｄ_２は直径Ｄ_１よりも小さい。直径Ｄ_２は例えば６〜２８ｍｍ±１０％である。

このような直径の研削部分３と研磨部分１を有する工具に関して、截頭円錐部５は４〜２４ｍｍ±１０％の直径を有する底面１１と、２〜２０ｍｍ±１０％の直径を有する上面１２を備えている。切削素子のこのような形状寸法は工具の最大貫入角度を決定する。

工具は研削部分３の外面に開口する中央通路９を有する。この中央通路は中央からの工具の液体冷却を可能にする。中央通路９は好ましくは、切削素子５の潤滑のために切削素子の高さレベルで研削部分３の端部４に開口している。中央通路９は研削部分３の外面に出口１０を有する。

図３は複合材料部品を機械加工するための工具の他の実施の形態を示している。図１の構成素子と同じ参照符号を付けた図３のこれらの構成素子は、同じ目的を有する。本体の研削部分３はその端部４に、部品への工具の貫入を可能にする切削素子５を備えている。研削部分３の外面の部分１３はダイヤモンドで被覆されている。中央通路９は幾つかの高さレベルに配置され出口１０で開口する付属の噴霧溝１４〜２０のセットに接続している。このような付属の噴霧溝１４〜２０は好ましくは、工具の外面、特にダイヤモンド被覆部分１３に液体を均一に噴霧するように、研削部分３の本体内に分配されている。付属の噴霧溝１４〜２０において一定である常に十分な噴霧圧力が得られるように、中央通路９の直径は付属の噴霧溝１４〜２０の直径よりも大きくなっている。研磨部分１側における中央通路９の端部が加圧潤滑液供給システムに接続されていると有利である。このような加圧圧力は好ましくは、工具ホルダ／工具アセンブリを通る潤滑液の流れを確保するために、１０バール以上である。

工具の中央からのこのような液体冷却は、工具の寿命が延び、従来技術の装置で知られているスケーリングが減少し、機械加工品質を守るためのこのような工具の切削速度が低下するという利点がある。

多結晶ダイヤモンドエッジ（ＰＣＤ）を有する切削工具を用いた技術と比べた、複合材料部品を機械加工するための本発明による工具によって得られる工具コスト／生産性の比として示した増幅率は、９５〜９８％のオーダーである。

複合材料部品を機械加工するための、本発明の実施の形態による工具の概略的に示す側面図である。 複合材料部品を機械加工するための、本発明の実施の形態による工具の概略的に示す断面図である。 部品の材料内に貫入した研削部分を示す、図１の工具の部分断面図である。 複合材料部品を機械加工するための他の実施の形態による工具の概略的を示す端部を切断して示す側面図である。 複合材料部品を機械加工するための他の実施の形態による工具の概略的を示す機械加工工具の研削部分の端部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 研磨部分
２ 主軸線
３ 研削部分
４ 研削部分の端部
５ 切削素子
６ 部品
７ 矢印
８ 切刃
９ 中央通路
１０ 出口
１１ 底面
１２ 上面
１３ 被覆部分
１４〜２０ 噴霧溝

Claims (13)

1. ほぼ円筒形の本体を有する、複合材料部品を機械加工するための工具において、
   主軸線（２）を有し、直径がＤ_１の研磨部分（１）と、
   直径がＤ_２の研削部分（３）とを備え、この場合Ｄ_２＜Ｄ_１であり、前記研削部分（３）が前記主軸線（２）に対してセンタリングされており、
   前記研削部分（３）がその端部に、前記部品への前記工具の貫入を可能にする少なくとも１つの切削素子（５）を備え、
   前記研削部分（３）の前記切削素子（５）が逆截頭円錐形をした凹部であることを特徴とする工具。
2. 工具がその潤滑のための少なくとも１つの中央通路（９）を備え、この中央通路が前記研削部分（３）の外面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 前記中央通路（９）が更に、前記研削部分（３）の外面に開口する少なくとも１つの付属の溝（１４〜２０）に流体接続していることを特徴とする請求項２に記載の工具。
4. 前記研削部分（３）が研削粒を有し、この研削粒の平均粒度が約３００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具。
5. 前記研削部分（３）が立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド、炭化物およびこれらの素子の組み合わせを含む郡から選択された研削粒を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工具。
6. 前記研磨部分（１）が研削粒を有し、この研削粒の平均粒度が約１００〜６００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工具。
7. 前記研磨部分（１）が研削粒の間に空隙を有することを特徴とする請求項６に記載の工具。
8. 前記研磨部分（１）がダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよびこれらの素子の組み合わせを含む郡から選択された研削粒を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の工具。
9. 前記研磨部分（１）が前記工具の掴みを可能にする少なくとも１つの連続表面領域または非連続表面領域を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の工具。
10. 工具が本体の背後に位置する部分を有し、この部分の形状が工具ホルダへの前記工具の挿入を可能にすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の工具。
11. 前記研磨部分（１）の直径Ｄ_１が１０〜３２ｍｍ±１０％であり、前記研削部分（３）の直径Ｄ_２が６〜２８ｍｍ±１０％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工具。
12. 前記円錐台が４〜２４ｍｍ±１０％の直径の底面（１１）と、２〜２０ｍｍ±１０％の直径の上面（１２）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の工具。
13. 切削工具を受け入れるための少なくとも１個の工具保持装置を備えた、複合材料部品を機械加工するための機械において、前記切削工具が請求項１〜１２のいずれか１項に記載の工具であることを特徴とする機械。

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