(57)【要約】  複合加工動作において、フライス工具と工作物とがそれぞれ少なくとも２５ｍ／分の回転速度で回転する。コンピュータ数値制御工作機械、コンピュータ数値制御工作機械を動作させる方法、コンピュータ・プログラム、複合加工のパラメータを決定する方法について説明される。ある実施形態において複合加工の処理パラメータが選択され、それに基づいて他の処理パラメータがアルゴリズムにより決定される。
2009544482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物とフライス工具に関し、工作物とフライス工具とがそれぞれ少なくとも２５ｍ／分で回転する複合加工の動作のための工作物とフライス工具についての少なくとも１つの処理パラメータを選択することと、前期複合加工の動作のための他の処理パラメータをアルゴリズムにより決定することとからなることを特徴とする方法。
【請求項２】
複合加工動作に関して少なくとも２つの処理パラメータを選択することを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項３】
前記工具と工作物との間に所望の相対的回転速度と工具回転のパラメータ及び工作物回転パラメータから選択される少なくとも１つの他の処理パラメータとを選択することを特徴とする請求の範囲２に記載の方法。
【請求項４】
工作物の所望の回転速度及び前記工具と工作物との間の所望のフライス削り速度に近似した相対的回転速度とを選択することと、前記加工物の複合加工に有効な他の処理パラメータをアルゴリズムにより決定することとを含むことを特徴とする請求の範囲２に記載の方法。
【請求項５】
工具の所望の回転速度及び前記工具と工作物との間の所望のフライス削り速度に近似した相対的回転速度とを選択することと、前記加工物の複合加工に有効な他の処理パラメータをアルゴリズムにより決定することとを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項６】
前記他の処理パラメータが少なくとも工具回転速度及び送り速度を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項７】
複合加工に必要な動力を計算することと、使用可能な動力により前記選択された処理パラメータでの複合加工が可能であるか否かを決定することとを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項８】
使用可能な動力により前記選択された処理パラメータでの複合加工が可能でない場合に異なる相対的速度を選択することを含むことを特徴とする請求の範囲７に記載の方法。
【請求項９】
前記他の処理パラメータがコンピュータ数値制御加工機械から遠隔して決定されることを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項１０】
前記他の処理パラメータがコンピュータ数値制御工作機械のコンピュータ制御システムで決定されることを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項１１】
前記相対的速度に等しいかまたはほぼ等しい回転速度で、また前記他の処理パラメータでコンピュータ数値制御工作機械を動作させることを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
【請求項１２】
複合加工の動作のための少なくとも１つの選択された処理パラメータが与えられた工作物とフライス工具との複合加工の動作についての処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体からなることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項１３】
工具と工作物との間の予め選択された相対的回転速度及び工作物回転速度が与えられた工具を用いた加工物の複合加工に有効な処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲１２に記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
前記アルゴリズムにより決定されるパラメータが少なくとも工具回転速度及び送り速度を含むことを特徴とする請求の範囲１３に記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
複合加工に必要な動力を計算するためのコード及び使用可能な動力により前記相対的回転速度で複合加工が可能であるか否かを決定するためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲１２に記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項１６】
それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、該第１のリテーナ及び第２のリテーナの１つに取り付けられて動作する少なくとも１つの切削工具と、前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるように動作するコンピュータ制御システムとからなり、前記コンピュータ制御システムは複合加工の動作のための予め選択された処理パラメータが与えられた工具を用いて工作物の複合加工に有効な処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことを特徴とするコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項１７】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体には工具と工作物との間の予め決定された相対的回転速度及び工作物回転速度が与えられた工具を用いて工作物の複合加工を行うのに有効な処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードが記録されていることを特徴とする請求の範囲１６に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項１８】
工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、
前記第１及び第２のリテーナの各々が少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物を回転させまた前記フライス工具を回転させることと、
前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を前記工作物に複合加工動作となるように接触させることと、
を適切な順序で行うようにしたことを特徴とする複合加工の方法。
【請求項１９】
前記工具及び工作物の回転がコンピュータ数値制御工作機械の動作限度内で同期したものであることを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２０】
前記工作物に対する前記工具の回転が前記工作物に対する前記工具の移動範囲の少なくとも一部にわたって前記加工物から離散した切屑を除去するのに十分なだけ非同期であることを特徴とする請求の範囲１９に記載の複合加工の方法。
【請求項２１】
前記第１のリテーナがチャックからなることを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２２】
前記第２のリテーナがスピンドルリテーナからなることを特徴とする請求の範囲２１に記載の複合加工の方法。
【請求項２３】
前記第２のリテーナがタレットリテーナからなることを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２４】
前記工具及び前記加工物が相互に対して正の方向に回転するようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２５】
前記工具及び前記加工物が相互に対して負の方向に回転するようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２６】
前記工具が前記工作物の回転軸に平行な軸中心に回転するようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２７】
前記工具が前記工作物の回転軸に平行でない軸中心に回転するようにしたことを特徴とする複合加工の方法。
【請求項２８】
前記第１の工具が前記工作物に当たる時に少なくとも第２の工具を前記工作物に当てるようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項２９】
前記加工物の回転が少なくとも５０ｍ／分の周速となるようにしたことを特徴とする請求項１８に記載の複合加工の方法。
【請求項３０】
前記工作物の回転が少なくとも７５ｍ／分の周速となるようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項３１】
前記加工物の回転が少なくとも１００ｍ／分の周速となるようにしたことを特徴とする請求の範囲１８に記載の複合加工の方法。
【請求項３２】
それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、
該第１及び第２のリテーナの１つに取り付けられて動作する少なくとも１つの切削工具と、
前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるように動作するコンピュータ制御システムと、
からなり、前記コンピュータ制御システムは前記工作物及び工具の各々について少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物及び工具を回転させることと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて複合フライス削り動作となるように前記工具を前記工作物に接触させることとを適切な順序で行うようにするためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むようにしたことを特徴とするコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３３】
前記第１のリテーナがチャックからなることを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３４】
前記第２のリテーナがスピンドル及びスピンドル連結部からなることを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３５】
前記第２のリテーナがタレット及びタレット連結部からなることを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３６】
前記コウピュータ読み取り可能な媒体が前記工具と前記工作物とを相互に対して正の方向に回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３７】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記工具と前記工作物とを相互に対して負の方向に回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３８】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記工具を前記加工物の回転軸に対して平行な軸中心に回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項３９】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記工具を前記加工物の回転軸に対して平行でない軸中心に回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項４０】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記第１の工具が前記工作物に当たる時に前記工作物に第２の工具を当てるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項４１】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記工作物を少なくとも５０ｍ／分の周速となるように回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項４２】
前記コンピュータ読み取り可能な媒体が前記工作物を少なくとも１００ｍ／分の周速となるように回転させるためのコードを含むことを特徴とする請求の範囲３２に記載のコンピュータ数値制御工作機械。
【請求項４３】
工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、
前記第１及び第２のリテーナの各々が少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物を回転させまた前記フライス工具を回転させることと、
前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を前記工作物に接触させ材料の除去を行いそれによって前記工作物の面にローレット状パターンを形成するようにすることと、
を適切な順序で行うようにしたことを特徴とする複合加工の方法
【請求項４４】
工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、
工作物の回転速度、工具の回転速度及び該工作物の回転速度と工具の回転速度との位相差を含む前記工作物の面にローレット状パターンを形成するのに有効な処理パラメータを前記工作物に対する前記工具の回転が前記工作物の面に材料を除去してローレット状パターンを形成するのに十分なだけ非同期となるように選択することと、
前記処理パラメータにより前記コンピュータ数値制御工作機械を動作させ材料を除去して前記工作物の少なくとも一部にローレット状パターンを形成することと、
からなることを特徴とする複合加工の方法
【請求項４５】
それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、
該リテーナの１つに連結されて動作する少なくとも１つの切削工具と、
前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて動作し前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるコンピュータ制御システムと、
からなり、前記コンピュータ制御システムは工作物を少なくとも２５ｍ／分の回転速度で回転させるためのコードと、工具を少なくとも２５ｍ／分の回転速度で回転させるためのコードと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を離散した削り屑が前記工作物から除去されるのに有効な処理条件下で前記工作物に接触させるためのコードとが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むようにしたことを特徴とするコンピュータ数値制御工作機械
【請求項４６】
予め選択された寸法及び材料の工作物及び予め選択された形状の工具について該工具と該工作物との相対的回転速度を決定することと、
コンピュータ数値制御工作機械の動力性能が前記相対的接触回転速度で複合加工を可能とするのに十分であるか否かを決定することと、
からなることを特徴とする複合加工のパラメータの適切性を決定する方法。
【請求項４７】
使用可能な動力が不十分である場合に異なる接触回転速度を選択することを含む請求の範囲４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記相対的回転速度でコンピュータ数値制御工作機械を動作させることを含むことを特徴とする請求の範囲４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記コンピュータ数値制御工作機械から遠隔したコンピュータシステムで計算が行われるようにしたことを特徴とする請求の範囲４６に記載の方法。
【請求項５０】
予め選択された寸法の工作物及び予め選択された形状の工具について該工具と該工作物との相対的回転速度を決定し、また、コンピュータ数値制御式工作機械の動力性能が前記相対的接触回転速度で複合加工を可能とするのに十分であるか否かを決定することとからなる複合加工のパラメータの適切性を決定するためのコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ読み取り可能な媒体からなることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に関し、特にコンピュータにより数値制御される工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライス削り、旋削、ブローチ削り、形削り、ホブ切り等の加工工程は、工作物と工具との間の相対的運動を必要とする工程である。従来の直線工程（形削り、ブローチ削り）において、切削速度すなわち工作物と工具との間の相対的速度は送り速度に等しい。従来の回転工程（旋削、ホブ切り、フライス削り）において、工作物または工具の回転は典型的には送り速度より２ケタ以上大きい切削速度となる。
【０００３】
従来、各々の切削工程はその工程のために特に設計され製作された機械により行われている。例えば、典型的な旋削機械すなわち旋盤は低速で直線経路を移動する工具に対して工作物を高速で回転させる。従来のフライス盤は低速で直線経路を移動する工作物に対して工具を高速で回転させる。
【０００４】
さらに最近では、コンピュータで数値制御されるフライス盤／旋盤が利用可能になっている。これらの工作機械でのフライス削りは低速での直線的送りに対して非常に低速での工作物の回転に代えることによってなされている。工作物の回転速度は従来のフライス削りの送り速度と同等で、典型的には０．３〜３ｍ／分（１〜１０フィート／分）である。フライス削り工具の回転速度は典型的には３０〜３０００ｍ／分（１００〜１００００フィート／分）であり、多くの場合動作は１５０〜６００ｍ／分（５００〜２０００フィート／分）でなされる。
【発明の概要】
【０００５】
工具を工作物に当てながら工作物と工具との両方が移動する（多くの場合それぞれを回転させて）複合加工動作を行うように工作機械を作動させられることが知られている。例えば、回転する工作物と回転する工具とがあり、工具と工作物とが相互に接触する時に各々を回転させる。ある実施形態では、これによって例えば従来の回転動作に対して工作物に加わる力が増大することになる。
【０００６】
工具と工作物とをともに回転させると工具と工作物との間に相対的な回転速度を生じることになる。工具の回転速度、工作物の回転速度、送り速度を含む種々の処理パラメータにおいても同じ相対的速度が得られよう。ある実施形態では、本発明は与えられた１つまたはそれより多くの選択的なパラメータで複合加工動作がなされるようにする処理パラメータの決定アルゴリズムを考慮対象とする。
【０００７】
例えば、相対的速度、工作物の回転速度を選択し、それらにより送り速度や工具の回転速度等の他の処理パラメータが決定されよう。ある実施形態では、コンピュータ数値制御工作機械のように工作機械でアルゴリズム演算がなされよう。他の実施例では、アルゴリズム演算は手動的に、あるいは工作機械から遠隔した演算装置でなされよう。
【０００８】
ある実施形態において本発明は、演算を行うためのコード及び／または記載された主題事項に従って機械作動を行うためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を有するコンピュータ・プログラムを与えるものである。コンピュータ読み取り可能な媒体はコンピュータで数値制御される機械のコンポーネント（メモリーまたはその蓄積装置等）でもよく、あるいは機械のコンポーネントではないコンピュータ読み取り可能な媒体（例えば、別個の演算装置のメモリーまたは蓄積装置等）でもよい。
【０００９】
ある実施形態において、コンピュータ数値制御工作機械が与えられる。このコンピュータ数値制御工作機械は演算を行うためのコード及び／または記載された主題事項に従って機械作動を行うためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を有するコンピュータ・プログラムを含むようにしてもよい。
【００１０】
ある実施形態において、少なくとも第１のリテーナ及び第２のリテーナを有する工作機械が与えられる。第１のリテーナは工作物を保持し、第２のリテーナは回転工具を保持する。適切な場合として、工作物及び工具はそれぞれ少なくとも２５ｍ／分の周速で回転する。第１のリテーナは第２のリテーナに対して少なくとも工具を工作物に接触させるＺ軸成分を有する方向に移動する。工作物に対する工具の回転は工作物から材料を除去し、ある場合には工作物から離散的な材料の切屑を除去するのに十分なものである。工具と工作物とは同期していても非同期でもよく、あるいは工作物から離散的な材料の切屑を除去するのに十分なだけ工作物に対する工具の移動範囲の一部で非同期であるようにしてもよい。機械はコンピュータ数値制御式としてもよい。
【００１１】
他の実施形態において、本発明は前述したことを行うためのプログラムを含むコンピュータ読み取り可能な媒体を備えたコンピュータ制御工作機械を与える。
ある実施形態において、本発明は多くの利点を与える。工作物及び工具を回転させることにより、従来の荒削り動作に関する実施例において、工作物または主スピンドルへのトルクをそれほど増大させずに全体的な処理力が増大させられよう。
【００１２】
ある実施形態において、工具のデューティーサイクルを減少させて、工具に熱的破損を生じることなく従来許容されたものより高い回転速度で工具を回転させられるようになる。ある実施形態において、１つの細分されない切屑でなく離散的に細分された切屑を工作物から除去するように機械が作動して、機械の中断時間を減少させ処理を容易にすることができよう。
【００１３】
フライス削り及び他の工具の動作は一般的に、典型的には比較的多量の材料が工作物から除去される１回またはそれより多くの荒削り動作を含み、また典型的には比較的少量の材料が工作物から除去される仕上げ動作を含む複数のステップでなされよう。本発明は、ある実施形態においてコンピュータ数値制御工作機械でなされる荒削り動作を考慮している。ローレット切りあるいは溝切りのような実施形態において、複合加工動作の後に生じた面自体が仕上げ面とみられよう。
【００１４】
実際に本発明のある実施形態によるコンピュータ数値制御機械の動作で表面にローレット状パターンを有する工作物が形成される。本発明は工作物にローレット面を形成するための方法及び装置を意図している。さらに本発明は、所望のローレット状パターンを形成するのに有効な処理パラメータが選択され、工作物の面にローレット状パターンを形成するために工作物から材料を除去するように選択されたパラメータによりコンピュータ数値制御工作機械が動作する形態の例を考慮している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１つの実施形態によるコンピュータ制御工作機械を安全ドアが閉じた状態で示す正面図である。
【図２】安全ドアが開いた状態で示した図１のコンピュータ数値制御工作機械の正面図である。
【図３】加工スピンドル、第１のチャック、第２のチャック及びタレットを示した図１及び２に示されるコンピュータ数値制御工作機械のいくつかの部品の斜視図である。
【図４】加工スピンドルと加工スピンドルが移動するための水平方向及び垂直方向に配設されたレールとを示す図３に対して拡大した斜視図である。
【図５】図１に示されるマシーニング・センターの第１のチャック、加工スピンドル及びタレットの側面図である。
【図６】図５と同様であるが加工スピンドルがＹ軸方向に移動した状態を示す図である。
【図７】加工スピンドルの回転動作の可能な経路を示す線を含む図１に示されたコンピュータ数値制御工作機械の加工スピンドル、第１のチャック及び第２のチャックの正面図である。
【図８】図３に示された第２のチャックを図３に対して拡大して示した斜視図である。
【図９】図２におけるタレットの位置に対してタレット及びタレット台がＺ軸方向に移動した状態を示す図２に示された第１のチャック及びタレットの斜視図である。
【図１０】従来技術のフライス削り工程によるコンピュータ数値制御工作機械の部品を示す図である。
【図１１】複合加工の動作を示す本発明によるコンピュータ数値制御工作機械の部品を示す図である。
【図１２】工作物がコンピュータ数値制御工作機械のチャックに保持されホーニング工具がコンピュータ数値制御工作機械のスピンドルに保持されている本発明による複合加工の作動時の工具及び工作物を示す正面図である。
【図１３】工作物がコンピュータ数値制御工作機械のチャックに保持されホーニング工具がコンピュータ数値制御機械のスピンドルに保持されている本発明による複合加工の作動時の工具及び工作物を示す斜視図である。
【図１４】工作物がコンピュータ数値制御工作機械のチャックに保持され外周切削エンドミルがコンピュータ数値制御工作機械のスピンドルに保持されている本発明の他の実施形態によりなされる複合加工の動作開始時の工具及び工作物を示す正面図である。
【図１５】Ａ：工作物がコンピュータ数値制御式工作機械のチャックに保持され外周切削エンドミルがコンピュータ数値制御工作機械のスピンドルに保持されている本発明の他の実施形態によりなされる複合加工の動作中の工具及び工作物を示す斜視図ある。Ｂ〜Ｄ：他の複合加工の動作における工具及び工作物を示す斜視図である。
【図１６】旋削工具とフライス工具とを組み合わせて使用する場合を示す本発明の他の実施形態による複合加工の動作時の工具及び工作物の描象的な図である。
【図１７】ローレット状パターンを有する面を示す本発明の１つの実施形態による荒削り加工された工作物の斜視図である。
【図１８】相互に異なる向きにした工具及び工作物を概略的に示す図である。
【図１９】相互に異なる向きにした工具及び工作物を概略的に示す図である。
【図２０】相互に異なる向きにした工具及び工作物を概略的に示す図である。
【図２１】相互に異なる向きにした工具及び工作物を概略的に示す図である。
【００１６】
これらの図では尺度を意図していない。例えば、図１０及び１１において工作物の初期の径と加工後の径との差は説明上誇張されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、１つの実施形態において、工作物とフライス工具に関し、工作物とフライス工具とがそれぞれ少なくとも２５ｍ／分で回転する複合加工の動作のための工作物とフライス工具についての少なくとも１つの処理パラメータを選択することと、前記複合加工の動作のための他の処理パラメータをアルゴリズムにより決定することとからなる方法を提供する。
【００１８】
本発明は、他の実施形態において、複合加工の動作のための少なくとも１つの選択された処理パラメータが与えられた工作物とフライス工具との複合加工の動作についての処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体からなるコンピュータ・プログラムを提供するものである。
【００１９】
本発明は、他の実施形態において、それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、該第１のリテーナ及び第２のリテーナの１つに取り付けられて動作する少なくとも１つの切削工具と、前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるように動作するコンピュータ制御システムとからなり、前記コンピュータ制御システムは複合加工の動作のための予め選択された処理パラメータが与えられた工具を用いて工作物の複合加工に有効な処理パラメータをアルゴリズムにより決定するためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むようにしたコンピュータ数値制御工作機械を提供するものである。
【００２０】
本発明は、他の実施形態において、工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、前記第１及び第２のリテーナの各々が少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物を回転させまた前記フライス工具を回転させることと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を前記工作物に複合加工動作となるように接触させることとを適切な順序で行うようにした複合加工の方法を提供するものである。
【００２１】
本発明は、他の実施形態において、それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、該第１及び第２のリテーナの１つに取り付けられて動作する少なくとも１つの切削工具と、前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるように動作するコンピュータ制御システムとからなり、前記コンピュータ制御システムは前記工作物及び工具の各々について少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物及び工具を回転させることと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて複合フライス削り動作となるように前記工具を前記工作物に接触させることとを適切な順序で行うようにするためのコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むようにしたコンピュータ数値制御工作機械を提供するものである。
【００２２】
本発明は、他の実施形態において、工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、前記第１及び第２のリテーナの各々が少なくとも２５ｍ／分の周速となるように前記工作物を回転させまた前記フライス工具を回転させることと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を前記工作物に接触させ材料の除去を行いそれによって前記工作物の面にローレット状パターンを形成するようにすることとを適切な順序で行うようにした複合加工の方法を提供するものである。
【００２３】
本発明は、他の実施形態において、工作物を保持する第１のリテーナとフライス工具を保持する第２のリテーナとを少なくとも有するコンピュータ数値制御工作機械を用意し、工作物の回転速度、工具の回転速度及び該ワートの回転速度と工具の回転速度との位相差を含む前記工作物の面にローレット状パターンを形成するのに有効な処理パラメータを前記工作物に対する前記工具の回転が前記工作物の面に材料を除去してローレット状パターンを形成するのに十分なだけ非同期となるように選択することと、前記処理パラメータにより前記コンピュータ数値制御工作機械を動作させ材料の除去を行い前記工作物の少なくとも一部にローレット状パターンを形成することとからなる複合加工の方法を提供するものである。
【００２４】
本発明は、他の実施形態において、それぞれスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック及び第２のチャックのいずれか１つを含む少なくとも第１及び第２のリテーナと、該リテーナの１つに連結されて動作する少なくとも１つの切削工具と、前記第１のリテーナ及び第２のリテーナに連結されて動作し前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させるコンピュータ制御システムとからなり、前記コンピュータ制御システムは工作物を少なくとも２５ｍ／分の回転速度で回転させるためのコードと、工具を少なくとも２５ｍ／分の回転速度で回転させるためのコードと、前記第１のリテーナを前記第２のリテーナに対して移動させて前記工具を離散した切屑が前記工作物から除去されるのに有効な処理条件下で前記工作物に接触させるためのコードとが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むようにしたコンピュータ数値制御工作機械を提供するものである。
【００２５】
本発明は、他の実施形態において、予め選択された寸法及び材料の工作物及び予め選択された形状の工具について、該工具と該工作物との相対的回転速度を決定することと、コンピュータ数値制御工作機械の動力性能が前記相対的接触回転速度で複合加工を可能とするのに十分であるか否かを決定することとからなる複合加工のパラメータの適切性を決定する方法を提供するものである。
【００２６】
本発明は、他の実施形態において、予め選択された寸法の工作物及び予め選択された形状の工具について、該工具と該工作物との相対的回転速度を決定し、また、コンピュータ数値制御式工作機械の動力性能が前記相対的接触回転速度で複合加工を可能とするのに十分であるか否かを決定することとからなる複合加工のパラメータの適切性を決定するためのコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ読み取り可能な媒体からなるコンピュータ・プログラムを提供するものである。
【００２７】
前述の実施形態は相互に排他的なものではない。
いくつかの実施形態において、本発明はコンピュータ数値制御工作機械を用いて行われる種々の複合加工動作を考慮したものである。本発明は特定の種類の複合加工動作に限られるものではなく、本発明の示すところにより、ローレット加工、溝加工、荒削り等の動作を行うことが考えられる。ある実施形態において、本発明は複合加工動作のための処理パラメータをアルゴリズムにより決定することを考慮しており、他の実施形態においてはプログラムコードが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラムを考慮している。また、これらの実施形態において本発明は特定の種類の複合加工動作に限られることはない。
【００２８】
本発明としては、工具と工作物との両方が回転する実施形態に限られることはない。例えば、複合加工動作は工具に対して早送りされる工作物を用いてもよい。しかしながら多くの実施形態においては工具と工作物とがそれぞれ回転する。同様に、本発明としては、コンピュータ数値制御工作機械での動作には限られず、工作機械は他の形で動作可能であると考えている。
【００２９】
複合加工動作工作物と工具との両方を回転させることにより、材料が工作物から除去されよう。一般的に複合加工動作には多くの変量が作用し得る。これらの可変変量は例えば工作物の直径（ＤＷ）、工具の回転速度（ＮＴ）（例えばＲＰＭ等１／時間で表す）、工作物の回転速度（ＮＷ）、工具の幅（ＷＴ）、工具の直径（ＤＴ）、工具の切削刃の数（ＺＴ）、送り速度（ＦＲ）（１刃当たりのり速度（ＦＴ）とも表される）、工作物及び工具の所望回転速度（それぞれ工作物及び工具の面上の点の速度を表すＶＷ，ＶＴ）、切削の深さ（ＤＯＣＴ）、工作物の組成、工作物への工具の当たり角、他の要因を含むものとしてよいが、それらに限られるものではない。さらに複合加工を行う能力はコンピュータ数値制御工作機械で可能な動力により制限される。
【００３０】
工具と工作物との相対的回転速度（Ｖｇ）は次の式で関係づけられる。
ＶＲ＝ＤＩＲ１＊（ＶＷ）＋ＤＩＲ２＊（ＶＴ）
ここで、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２は工具の工作物への当たり角及び／または工具と工作物の回転の方向についての変量である。ＶＲは面フィート／分（ＳＦＭ）等の単位で表されるような速度の数字である。工具と工作物との相対的速度（ＶＲ）が０に近いと加工工程に問題が生じるであろう。切削刃の隙間角や工具の半径のような加工工程と工具のある特性はＶＲがどの程度０に近くなるかに影響する。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、複合加工のための１つまたはそれより多くの処理パラメータが選択され、１つまたはそれより多くの他のパラメータがアルゴリズムにより決定される。例えば、１つの実施形態においてはＶＲが予め決定された、あるいは予め選択された所望のフライス削り速度にほぼ等しくなるように選択され、それに基づいて複合加工動作の他の１つまたはそれより多くのパラメータが決定される。ある実施形態においては、ＶＲと別のパラメータとがともに選択され、それに基づいて他の処理パラメータが選択される。例えば、ある実施形態においてＶＲ及びＶＷの両方が選択され、それに基づいて他の処理パラメータが決定される。またある実施形態においてはＶＲ及びＮＷの両方が選択され、それに基づいて他の処理パラメータが決定される。
【００３２】
コンピュータ制御数値制御工作機械と使用する工具についての制限、さらに考えられる他の制限や制約により処理パラメータの選択が影響を受けるであろう。例えば、選択されたＶＲ及びＶＷがコンピュータ数値制御工作機械の最高回転速度を超える工具の回転速度を必要とする場合に、新たな処理パラメータを選択すべきことになろう。同様に、必要とされる処理動力がコンピュータ数値制御工作機械の動力を超える場合に、新たなパラメータを選択すべきであろう。
【００３３】
ある実施形態において、工具と工作物との回転が工作機械の動作限度内で同期されよう。他の実施形態において、工具と工作物との回転が工作物に対する工具の全移動範囲にわたって非同期とされよう。非同期の回転は、工具と工作物との間に位相角の差がある回転となって工具と工作物とが最初の接触時にある所定の期間にわたって同じ回転位置にならなくなる回転と言える。工作物に対する工具の回転は複合加工動作の全過程にわたって完全に非同期となろう。
【００３４】
ある実施形態において、工作物に対する工具の回転は工作物から材料の離散した切屑を除去するのに十分な工作物に対する工具の移動範囲部分にわたって非同期となる。例えば、工具及び工作物の回転は工作物から材料の離散した切屑が除去されるのに十分に同期されよう。工作物の回転に対する工具の回転の回転比は特に送り速度を含む係数によるであろう。一般的に、非同期の工具回転速度：工作物回転速度の比は小さい整数の比（１：１，２：１，３：１等）でなく、１．０００１：１のような比あるいは他の適当な値である。
例えば、適切な複合加工動作のパラメータを決定する１つの方法は次のようになされる（示された段階まで行う必要はない）。
【００３５】
（１）ＶＷを選択してから、加工物の回転速度を計算する。
【００３６】
【数１】
2009544482.tif 000003
この式でＶＷは周速（ＳＦＭ）で与えられ、ＤＷはインチで与えられる。メートル系または他の単位系でも同様の計算がなされよう。 
【００３７】
（２）加工物の回転速度がコンピュータ数値制御工作機械（例えば旋盤の主スピンドル）の能力を超えないことを確認する。
【００３８】
（３）所望の工具の速度を計算する。
【００３９】
【数２】
2009544482.tif 000004
【００４０】
（４）所望の面特性に応じて工具または工作物の速度、あるいは工具：工作物の回転比（ＲＷ）を調整する。例えば、工具と工作物とは工作物に対する工具の移動範囲の一部または全体にわたって非同期で回転し、あるいは工作機械の動作限度内で同期してか回転するようにしてもよい。
【００４１】
（５）送り速度を計算する。
ＦＲ＝ＦＴ＊ＮＷ＊ＺＴ
コンピュータ数値制御工作機械で使用可能な動力に対して複合工作機械の動作の必要な動力が計算されよう。
【００４２】
（６）フライス削り及び旋削の場合の材料除去速度（ＭＲＲ）を計算する。
ＭＲＲ（フライス削り）＝ＷＴ＊ＦＴ＊ＶＷ＊１２    
ＭＲＲ（旋削）＝１２＊ＶＷ＊ＦＴ＊ＤＯＣＴ
【００４３】
（７）フライス削り及び旋削の場合に必要な動力を計算する。
動力（フライス削り）＝ＭＲＲ（フライス削り）＊材料係数Ｋ
動力（旋削）＝ＭＲＲ（旋削）＊材料係数Ｋ
【００４４】
（８）旋削に使用可能な全動力を計算する。
伝達されるトルク＝動力（フライス削り）＊ＤＷ／２＊ＶＴ
付加旋削動力＝伝達されるトルク＊ＶＷ／ＲＷ
使用可能な全動力＝動力（主スピンドル）＋付加旋削動力
【００４５】
（９）フライス削りに使用可能な全動力が工具スピンドルの動力を超えないことを確認する。
（１０）旋削に必要な動力が旋削に使用可能な全動力を超えないことを確認する。
ある実施形態において、工具及びスピンドルの動力はスピンドル動力曲線を参照して決定されよう。
【００４６】
所望の送り速度及び工作物の回転速度の選択に関して前述したが、他のパラメータを選択してもよい。例えば、ある実施形態において、所望の送り速度及び工具の回転速度が選択され、工作物の回転速度及び送り速度がアルゴリズムにより決定されよう。他の実施形態において、他のパラメータが選択される。ある実施形態においては少なくとも２つのパラメータが選択される。
【００４７】
例えば、ある実施形態において２つのパラメータが選択され、１つは相対的回転速度とし他は工具の回転パラメータ（回転数ないし回転速度）と工作物の回転のパラメータ（回転数ないし回転速度）のうちの１つが選択され、少なくとも送り速度を含む他の処理パラメータはアルゴリズムにより決定される。アルゴリズムによる決定は前述の式に限らず、他のアルゴリズムも用いられるものである。
【００４８】
適切ないずれの装置でも本発明による方法に関連して用いられよう。ある実施形態において、図１〜９に概略的に示されるコンピュータ数値制御工作機械を用いて本発明による方法が行われる。コンピュータ数値解析工作機械自体は本発明の他の実施形態として与えられる。図１〜９に示される工作機械１００は本発明の出願人であるモリセイキ・ユーエスエー・インコーポレーテッドから市販されているＮＴシリーズの工作機械である。他の好適なコンピュータ数値制御工作機械はやはりモリセイキ・ユーエスエー・インコーポレーテッドから市販されているタレットを有するＮＬシリーズ（図示せず）を含む。それ以外の工作機械も本発明に関して用いられよう。
【００４９】
図１〜３に示されるＮＴシリーズの工作機械に関して概略説明すると、好適なコンピュータ数値制御工作機械１００は少なくとも第１のリテーナ及び第２のリテーナを有しており、それらはそれぞれスピンドル１４４に対応するスピンドルリテーナ、タレット１０８に対応するタレットリテーナあるいはチャック１１０，１１２のいずれかとされよう。図１〜３に示される実施形態においては、コンピュータ数値制御工作機械１００にはスピンドル１４４、タレット１０８、第１のチャック１１０及び第２のチャック１１２が設けられている。
【００５０】
以下により詳細に説明するように、コンピュータ数値制御工作機械１００はまた第１のリテーナ及び第２のリテーナを制御するようにそれらに連結されて動作するコンピュータ制御システム１１４を有している。ある実施形態においてはコンピュータ数値制御工作機械１００は前述の部分全てを含むのではなく、また他の実施形態においてはコンピュータ数値制御工作機械１００はここに示すもの以外の付加的部分を含むようにしてもよいことがわかる。
【００５１】
図１及び図２に示されるように、コンピュータ数値制御工作機械１００は一般的に工作物（図示せず）に種々の動作が行われる機械チャンバ１１６を有する。スピンドル１４４、タレット１０８、第１のチャック１１０及び第２のチャックの各々は全体的に、あるいは部分的に機械チャンバ１１６内に配置されよう。図示の実施形態においては、コンピュータ数値制御工作機械１００の動作時にユーザーあるいはインタフェースに損傷を与えるのを防ぐために２つの可動な安全ドア１１８がユーザーとチャンバ１１６とを分離している。図２に示されるように、チャンバ１１６にアクセス可能になるように安全ドア１１８は開くことができる。コンピュータ数値制御工作機械１００は図４に示されより詳細に説明されるように直交３軸系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に関して説明されよう。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を中心とする回転軸はそれぞれ「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」として示される。
【００５２】
コンピュータ数値制御工作機械１００にはそれに備えられる種々の機器類を制御するためのコンピュータ制御システムが設けられる。図示の実施形態において、工作機械にはユーザーインタフェースシステム（図１において全体的に１１４で示される）を含む第１のコンピュータシステム（図１において全体的に１１４で示される）と第１のコンピュータシステムに接続されて動作する第２のコンピュータシステム（図示せず）との２つの相互に接続されたコンピュータシステムが備えられている。
【００５３】
第２のコンピュータシステムはスピンドル、タレット及び工作機械の他の機器類を直接制御し、ユーザーインタフェースシステム１１４によりオペレータは第２のコンピュータシステムを制御できる。機械制御システムとユーザーインタフェースとは工作機械の動作制御のための種々の機構とともに総合的に単一のコンピュータ制御システムと考えられよう。ある実施形態において、ユーザーは工作機械にプログラミングを行うようにユーザーインタフェースシステムを操作する。
【００５４】
他の実施形態において、外部のソースを介してプログラムが工作機械にローディングされ、あるいは移行するようにできる。例えば、ＰＣＭＣＩＡインタフェース、ＲＳ−２３２インタフェース、ユニバーサルシリーズ・バスインタフェース（ＵＳＢ）あるいは特にＴＣＰ／ＩＰネットワーク・インタフェースのようなネットワーク・インタフェースを介してプログラムがローディングされることが考えられる。他の実施形態において、従来のＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）の機構（図示せず）を介して工作機械が制御されよう。
【００５５】
図１及び図２にさらに示されるように、コンピュータ数値制御工作機械１００は工具マガジン１４２及び工具交換装置１４３を有する（図１、図２）。これらはスピンドル１４４が多様な切削工具（図１において工具１０２′で示される）を動作させられるようにスピンドル１４４と協動する。スピンドル１４４はＸ軸方向及びＺ軸方向に移動できるようにするキャリッジ組立体１２０とスピンドル１４４がＹ軸方向に移動できるようにするラム１３２とに装着されている。
【００５６】
ラム１３２は以下により詳細に説明するようにスピンドルをＢ軸中心に回転させるモータが備えられている。図示のように、キャリッジ組立体は２本のねじ状の垂直レール（一方のレールが１２６で示されている）に載架された第１のキャリッジ１２４を有していて第１のキャリッジ１２４及びスピンドル１４４がＸ軸方向に移動できるようにする。キャリッジ組立体はまた２本の水平方向に配設されたねじ状のレール（図３において一方が１３０で示されている）に載架された第２のキャリッジ１２８を有していて第２のキャリッジ１２８及びスピンドル１４４がＺ軸方向に移動できるようにする。
【００５７】
各々のキャリッジ１２４，１２８は複数のボールスクリュー装置を介してレールに係合し、それによってレール１２６，１３０が回転するとキャリッジがそれぞれＸ方向またはＺ方向に移動する。水平方向に配設されたレール及び垂直方向に配設されたレールに対しそれぞれモータ１７０及び１７２が備えられている。
【００５８】
スピンドル１４４はスピンドル連結部及び工具ホルダー１０６により切削工具１０２を保持している。スピンドル連結部１４５（図２に示される）がスピンドル１４４に連結されてスピンドル１４４内に収容されている。工具ホルダー１０６はスピンドル連結部に連結されていて切削工具１０２を保持する。種々の型のスピンドルが従来知られており、コンピュータ数値制御工作機械１００に用いられる。典型的には、スピンドル連結部はスピンドルの寿命のためスピンドル１３３内に収容される。図５及び図６にスピンドル１４４のアクセスプレート１２２が示されている。
【００５９】
第１のチャック１１０にはジョー１３６が設けられコンピュータ数値制御工作機械１１０の基台１１１に対して固定された台１５０に配置されている。第２のチャック１１２もジョー１３７が設けられているが、第２のチャック１１２はコンピュータ数値制御工作機械１００の基台１１１に対して可動である。より詳細には、工作機械１００には前述したようなボールスクリュー機構を介して第２の台１５２をＺ軸方向に移動させるようにねじ状のレール１３８及びモータ１３９が設けられている。
【００６０】
切屑の除去を補助するために、台１５２には傾斜端面１７４とＺ方向斜面１７７，１７８を有する側部フレーム１７６とが設けられている。チャック１１０，１１２のための油圧制御部とそれに付随する指示器が図１及び図２に示されるように圧力ゲージ１８２、制御ノブ１８４のように設けられている。各台にはチャックを回転させるためのモータ（１６１，１６２）が設けられている。
【００６１】
タレット１０８は図５及び図６に最もよく示されるようにレール１３８に載架されボールスクリュー装置を介してＺ軸方向に移動するタレット台１４６に装着されている。タレット１０８には図９に示される種々のタレットコネクタ１３４が設けられている。各々のタレットコネクタ１３４は工具への連結１０２を行うための工具ホルダー１３５または他の連結部に連結されている。タレット１０８は種々のタレットコネクタ１３４及びタレットホルダー１３５を有することが可能であるので、タレット１０８により多種の切削工具１０２を保持し動作させることができる。タレット１０８は工具ホルダーのうちの異なるもの（多くの実施形態において異種の工具）を加工物に適用するためにＣ′軸中心に回転するであろう。
【００６２】
このように広範囲の多様な動作がなされることがわかる。工具ホルダー１０６に保持された工具１０２を参照すると、この工具１０２はチャック１１０，１１２の一方または両方に保持された工作物（図示せず）に当接させられることになろう。工具１０２を交換することが必要であるかあるいは望ましい時に、工具交換装置１４３により工具マガジン１４２から交換用工具１０２が取り出されよう。
【００６３】
図４及び図５を参照すると、スピンドル１４４はＸ軸方向及びＺ軸方向（図４に示される）に移動しまたＹ軸方向（図５及び図６に示される）に移動するであろう。図７にＢ軸中心の回転が示されており、図示の例では垂線のいずれかの側に１２０°の範囲内で回転が可能である。Ｙ軸方向の移動とＢ軸中心の回転はキャリッジ１２４の背後に配置されたモータ（図示せず）での駆動によりなされる。一般的に図２及び図７に示されるように、工作機械には複数の垂直に配置された隔板１８０及び水平方向に配置された隔板１８１が設けられてチャンバ１１６の壁部をなし切屑がチャンバから出ないようにする。
【００６４】
工作機械１００の構成部分は前述のものに限られない。例えばある実施形態において、付加的なタレットが設けられよう。他の実施形態においては、付加的なチャック及び／またはスピンドルが設けられよう。一般的に工作機械にはチャンバ１１６内に冷却液を導くための１つまたはそれより多くの機構が設けられる。
【００６５】
図示の実施形態において、コンピュータ数値制御工作機械１００には多くのリテーナが設けられる。ジョー１３６を備えたチャック１１０はジョー１３７を備えたチャック１１２と同様にリテーナを形成する。多くの場合、これらのリテーナはまた工作物を保持するために用いられよう。例えば、チャックと付随する台は回転する加工物の主軸台及び任意的な心押台として旋盤状に作用する。スピンドル１４４及びスピンドル連結部１４５は他のリテーナを形成する。同様に、タレット１０８は複数のタレット連結部１３４が設けられると複数のリテーナとなる（図９に示される）。
【００６６】
コンピュータ数値制御工作機械１００は従来知られている、あるいは好適であると考えられる切削工具について異なる型のものを何個用いてもよい。例えば、切削工具１０２はフライス工具、ドリル工具、研削工具、ブレード工具、ブローチ工具、旋削工具あるいはコンピュータ数値制御工作機械１００に用いるのに好適と考えられるいずれの種類のものとしてもよい。前述したように、コンピュータ数値制御工作機械１００には１種類またはそれより多くの切削工具が設けられ、工具交換装置１４３の機構及びマガジン１４２を介してスピンドル１４４は１つの工具が他の工具に交換されよう。同様に、タレット１０８には１つまたはそれより多くの切削工具１０２が設けられ、オペレータは新たなタレット連結部１３４が適切な位置にくるようにタレット１０８を回転させて切削工具を切り換えるであろう。
【００６７】
コンピュータ数値制御工作機械の他の特徴は例えば切屑の除去、清掃のためのブロワー、種々のカメラ、工具較正装置、プローブ、プローブレシーバ及び照明具等を含む。図１〜９に示されるコンピュータ数値制御工作機械は本発明による唯一のものではなく、他の形態のものが考えられる。
【００６８】
従来技術による動作では、図１０に示されるように、工具２０１が２０２の方向に回転し、工作物２０３が２０４の方向に回転する。工作物は初期の直径は２０５であり、工作物から材料を削り取った結果として加工された直径２０６となる。工具は工作物に接して材料を削り取る刃２０７を有している。加工物は矢印で示される方向に、典型的には１０ｍ／分以下の周速となるのに十分な程度の非常に低い速度で回転する。逆に矢印２０４固定した工作物に対する工具の運動を表すものとしてもよい。
【００６９】
１つの実施形態により前述のあるいは他の好適な工作機械が与えられる。この工作機械は工作物を保持する第１のリテーナと工具を保持する第２のリテーナとを有する。複合工作機械に用いられる工具はフライス工具、すなわち規定の切削面を有する工具（研削工具とは異なる）としてもよいと考えられる。従来多くのフライス工具が知られており、公知の工具あるいは他の好適な工具が本発明に関して用いられるものである。
【００７０】
例えば図１２及び図１３に示されるように、工具２０８がスピンドル１４４（図１２には示されていない）に保持され加工物２０９が工作機械のチャック１１０に保持されるようにしてもよい。あるいは、工具がタレットリテーナのような他のリテーナに保持されるようにしてもよい。ある実施形態において工具及び工作物がそれぞれ回転して少なくとも２５ｍ／分の周速を与える。第１のリテーナが第２のリテーナに対して少なくともＺ軸方向成分を有する方向（例えば図１４及び図１６に示される２２５の方向）に移動して工具を加工物に接触させる。工具またはチャックまたはその両方が工作機械に対して移動するであろう。加工物の１回転当たりの送り量は工具が工作物に当接した時と離れる時との間の切削刃の間隙形状を最小にするのに十分小さくされる。
【００７１】
図１１に示される実施形態において、工具２１０は２１１の方向に回転し工作物２１２は２１３の方向に回転する。工具は材料を削り取るように加工物に接触する工具刃２０７Ａを有している。図示の実施形態において、工具は加工物の回転軸に平行な回転軸を中心として回転する。工具と加工物との両方は２５ｍ／分またはそれ以上の周速となるのに十分な回転となろう。例えば、周速は少なくとも７５ｍ／分、少なくとも１００ｍ／分、少なくとも１５０ｍ／分、少なくとも２００ｍ／分、少なくとも２５０ｍ／分、少なくとも３００ｍ／分、少なくとも４００ｍ／分、少なくとも５００ｍ／分、少なくとも１０００ｍ／分、少なくとも２０００ｍ／分、少なくとも５０００ｍ／分、少なくとも６０００ｍ／分あるいは他の適切な値としてもよい。
【００７２】
図１１は加工物の回転軸に平行な軸中心の工具の回転を示しているが、他の方向も可能である。例えば、図１５Ｃ，図１５Ｃに示されるように、工具が加工物の回転軸を含みまた工具と工作物との接触点を含む平面に垂直な軸中心に回転するようにしてもよい。これらの実施形態において、一般的に螺旋状工具が用いられよう。ＶＲは螺旋角に関する方向係数ＤＩＲを用いて計算されよう。
【００７３】
他の実施形態において、例えば図１５Ａ，図１５Ｂに示されるように、加工物の回転軸を含みまた工具２２０と工作物２２２との接触点を含む平面に対して傾斜した軸中心に回転する。
工具は回転する工作物に対して正の方向または負の方向に回転するであろう。負の回転方向の場合に、工具面上の接触点と工作物面上の接触点とは相互に同じ接線方向に進む。言い換えると、正の回転方向の場合に、工具と工作物とは少なくとも部分的に相互に相手側「とともに」回転している。負の方向への工具の回転は図１５Ａにおいて矢印２１１，２１３で示されている。
【００７４】
正の回転方向の場合に、工具面上の接触点と工作物面上の接触点とは相互に反対の接線方向に進む。言い換えると、正の回転方向の場合に、工具と工作物とは少なくとも部分的に相互に相手側と「反対方向に」回転する。正の方向への工具の回転は図１５Ｂに矢印２１４，２１５で示されている。フライス工具が負の方向に回転する時に、一般的に言えば螺旋度の大きい工具が望ましい。切削力の一部が軸方向に加わって、フライススピンドルに必要なトルクが減少するであろう。
【００７５】
図１８〜２１はそれぞれ矢印で示される方向に回転する工作物２３０と切削刃２３６を備えたインサート２３４を有する工具２３２との種々の形態を示している。図１８は工具と工作物との間の負の方向の相対的回転を示しており、ＶＲを求めるには減算的になる。この形態で工具インサート２３４の切削刃２３６が適切に工作物に当たるようにＶＷ＞ＶＴとなった時に切削加工が良好に行われるであろう。前述したように、ＶＲが０に近づくと（すなわちＶＷがＶＴに近づくと）、工具の破損等の問題が生じよう。
【００７６】
図１９も工具と工作物との間の負の方向の相対的回転を示しており、ＶＲを求めるには減算的になる。この形態で工具インサート２３４の切削刃２３６が工作物に適切に当たるようにＶＷ＜ＶＴとなった時に切削加工が良好に行われるであろう。前述したように、ＶＲが０に近づくと工具の破損等の問題が生じよう。
【００７７】
図２０は工具と工作物との間の正の方向の相対的回転を示しており、ＶＲを求めるには加算的になる。この形態では、工具インサート２３４の切削刃２３６が常に適切に工作物に当たるので、常時切削加工が良好になされよう。図２１は工具と工作物との間の正の方向の相対的回転を示している。この形態では工具インサート２３４の切削刃が工作物に不適切な当たり方となるので、切削加工が良好にはなされないであろう。
【００７８】
図１２，１３，１４及び１６に示されるように、種々の工具が工作物面に当てられよう。図１４は工具２２４及び工作物２２６を示しており、図１６は２つの工具２２７，２２８及び工作物２２９を示している。図示したもの以外の工具も用いられ、本発明は特定の種類の工具に限られないものである。一般的にコーティングされた工具あるいはコーティングされていない工具でも用いられ、それぞれの工具の刃は加工材料や経費の許容性に応じて多様な材料で形成されよう。例えば、超硬合金は工具及び被加工物として典型的に用いられ、また鉄や高温合金を加工するためにセラミックスが普通に用いられる。焼入れした鋼や鉄には典型的にはＣＢＮが用いられる。アルミニウム、チタン、ある種のプラスチック等にはダイアモンド（天然または合成）が用いられる。
【００７９】
切削工具は寿命を長くするためにコーティングしてもよい。破損モードが摩耗であれば、コーティングを基部より硬くしてもよい。破損モードが熱に関するものであれば、コーティングは耐火性のものとするのがよい。工具は冷却手段を設けるのがよいことがあり、典型的には油または水によるものであるが、液化窒素や他の物質が用いられることもある。これらの例、ガイドラインは例示的なものであり、実際にはいずれの適切な工具を用いてもよい。工具には冷却用流体の挿通手段が設けられよう。この流体は典型的には油または水によるものであるが、液化窒素や他の物質が用いられることもある。
【００８０】
ある実施形態では、複合加工の動作において図１６に示される工具２２８のような旋削用または他の切削刃がフライス工具２２７と同時に、あるいは順次的に用いられる。旋削工具は典型的には切れ目のない切屑を生じるが、単に離散し多数に破砕された切屑が望ましい場合に、このような切削工具は通常用いるべきではない。旋削工具またはフライス工具は旋削動作において使用するのに適切ないずれの工具でもよく、本発明の場合には米国特許第７１５６００６号（２００７年１月２日発行）に示されるような旋回ないし回転するインサートを有する可動工具を包含するものである。
【００８１】
さらに他の実施形態では、複合加工の動作において複数の工具が用いられる。例えば、モリセイキ・ユーエスエー・インコーポレーテッドから市販されているある種のコンピュータ数値制御工作機械は複数のタレットを有しており、各々の動作するタレットリテーナ及びスピンドルリテーナにおいて旋削工具またはフライス工具が用いられるものである。コンピュータ数値制御工作機械のチャックで工具が用いられるものである。
【００８２】
図１７に示されるように、複合加工動作で形成される面はローレット状パターンを有する面となろう。ローレット状パターン２１９を有する面が本発明により形成される唯一の面形状であるのではなく、多くの面形状を代表して示したものである。多くの場合滑らかな面を形成するためにローレット状パターンを有する面をさらに切削加工するために後処理としての仕上げ動作がなされよう。
【００８３】
また、ある実施形態においてはローレット状パターン自体が望ましい。本発明は工作物にローレット状パターンを形成する際に有効な処理パラメータ、工作物の回転速度、工具の回転速度、送り速度及び工作物の回転速度と工具の回転速度との位相差を含む処理バラメータを選択することを考えている。さらに、工具の回転は工作物に対して工作物にローレット状パターンを形成するのに十分なように非同期とすべきである。
【００８４】
本発明は工作物を切削する方法だけでなく、コンピュータ数値制御工作機械も対象とする。一般的にコンピュータ数値制御工作機械は少なくとも第１及び第２のリテーナ及び少なくとも１つの切削工具を有している。第１及び第２のリテーナはスピンドルリテーナ、タレットリテーナ、第１のチャック、第２のチャックから選択されよう。前述したコンピュータ制御システム１１４のようなコンピュータ制御システムは所定の速度で工作物を回転させるためのコードと、工作物の回転と工具の回転との間で位相差を有するように工具を所定の速度で回転させるためのコードとを記録したコンピュータ読み取り可能な媒体を含む。
コンピュータ読み取り可能な媒体はまた工具を工作物に接触させるように第１のリテーナを第１のリテーナに対して少なくともＺ軸成分を有する方向に移動させるためのコードを含む。また、工具の回転は工作物の回転に対して材料の離散した切屑が加工物から除去されるのに十分なだけ非同期とされる。材料の除去によりローレット状パターンを形成するように工作物と工具との動作及び送り速度を制御するコンピュータシステムを含むコンピュータ数値制御工作機械が本発明の他の実施形態となる。
【００８５】
次の表はモリセイキＮＴシリーズのフライス／旋盤センターにおいて好適なパラメータを与えるものである。複合加工は０でない工具速度でなされる。
［表１］
2009544482.tif 000005
［表２］
2009544482.tif 000006
【００８６】
前述の例の各々において、工具及び工作物の相対的回転速度は超硬合金の工具による軟鋼の切削の場合に典型的な値として３００ｍ／分（１０００フィート／分）となる。異なる工具の回転速度の値を選択することにより、工具の回転速度及び送り速度を含む他のパラメータは前述したことによりアルゴリズムで決定される。
【００８７】
このように、本発明はある実施形態において工具と工作物との間の相対的回転速度を考慮しアルゴリズムによる処理パラメータの計算できるようにする工具と工作物との相対的速度の関係を利用する。ある実施形態では、本発明は複合加工の動作において工作物から材料の離散した切屑が除去される方法を与える。他の実施形態において、特定のコンピュータプログラムを有するコンピュータ数値制御工作機械が与えられものである。
【００８８】
ある実施形態において、本発明の方法は従来の切削工具で通常の速度の２〜１０倍の速度で動作させられる。加工動作は通常の動力の２〜１０倍の動力を用いることができるが、動力の増大は速度の増大に正比例するので、ピークトルクの増大は必要とされず、最大トルクが維持される速度の増大のみが必要とされる。ある実施形態において、複合加工の動作により工具が従来可能であったより高いＶＴで動作可能となる工具のデューティーサイクルとされる。
【００８９】
説明中では請求の範囲について言及している。ここにあげた公報、特許出願、特許は参照に付したものである。特に指示することがなければ、ここにあげた可能な要素ないし構成部分、可能な要素ないし構成部分の組み合わせが考慮されるものである。「好適な」実施形態としてのある実施形態、他の実施形態、特徴、好適な範囲についての記載事項、内包される事項は限定的なものではなく、本発明は現在では好適性の低いとされる実施形態をも包含するのである。
【００９０】
ここに説明した全ての方法は他の形での指示がなく、あるいは文脈上明らかに否定されるのでなければ、適切な程度において実施可能である。この説明でのいずれかの、また全ての例、例示の語（「……等」のような）は発明を明確に示すためのものであり、発明の範囲を制限するものではない。発明または好ましい実施形態についての特性ないし特徴の説明は限定的なものではなく、発明の範囲はこの説明で限定されるものではない。
【００９１】
より一般的には、説明上の文言は発明の構成要素でないものが発明の実施に不可欠となることを示すものと解すべきではない。本発明は適用される法で認められるように請求の範囲に示された主題事項についての全ての態様及び均等物を含むものである。さらに、他の形での指示がなく、あるいは文脈上明らかに否定されるのでなければ、前述の要素についての可能な全ての変更を加えたいかなる組み合わせも本発明の範囲内にある。ここでの参照文献、特許または装置についての説明は、「従来技術」とされるものであっても、このような参照文献または特許が本発明に対する従来技術とされるものとはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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