(57)【要約】  ワークピースの切削加工中に、切削工具に静的な負荷の他に、特に動的な負荷が作用する。このことは、ワークピースの損傷ひいてはその使用不能という可能性を伴って、結果的に切削部材の切刃におけるチッピング及びそれどころか切削部材の損壊に繋がる。さらに曲げ・ねじり力が切削工具に作用し、工作機械に負荷をかけ、結果的にワークピースの誤った加工を伴う切削工具のポジション変化をもたらす。さらに振動及びチャタリングはワークピース加工を損なう。従って本発明によれば圧電セラミックス製の変換器（２０，３０）が、切削工具（３）の領域に配置されていて、そこで切削合力の力コンポーネントが変換器に作用する。変換器に作用する力により形成された信号は、工作機械の制御装置に伝送され、この信号を考慮してワークピースの加工は制御される。
2009525196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの切削部材（７；４７）を支持する支持体（６；４６）から成る切削加工用の切削工具（３；４０）であって、該切削工具が、工具ホルダ（９）もしくは工作機械の軸受に支承されており、工作機械に、ワークピースの切削加工を制御（２５）するための装置が備え付けられている形式のものにおいて、
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が設けられており、該変換器が当該切削工具（３；４０）における少なくとも一個所、もしくは当該切削工具（３；４０）の支承部に配置されており、前記個所もしくは前記支承部にて切削加工時に発生する切削合力（−Ｆ）の少なくとも１つのコンポーネント（−Ｆｃ，−Ｆｆ，−Ｆｐ）が、当該切削工具（３；４０）に作用し、変換器（２２，３０；４８，４９）が工作機械の制御装置（２５）に結合されており、力作用に基づき変換器（２２，３０；４８，４９）において形成され、制御装置（２５）によって評価された信号（２３，３１；５０，５３）が、ワークピース（４１）の加工を制御するために使用可能であることを特徴とする、切削加工用の切削工具。
【請求項２】
圧電セラミックス製の変換器が、当該切削工具（３；４０）に作用する切削合力（−Ｆ）の少なくとも１つのコンポーネント（−Ｆｃ，−Ｆｆ，−Ｆｐ）を検出するためのセンサ（２２；４８）である、請求項１記載の切削加工用の切削工具。
【請求項３】
圧電セラミックス製の変換器が電圧発生器（３０；４９）である、請求項１記載の切削加工用の切削工具。
【請求項４】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、切削部材（７；４７）と当該切削工具（３；４０）の支持体（６；４６）との間に配置されている、請求項１から３までのいずれか一項記載の切削加工用の切削工具。
【請求項５】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、切削工具（３）の支持体（６）と工具ホルダ（９）との間、もしくは切削部材（４０）の軸（４３）と工作機械における軸受との間に配置されている、請求項１から３までのいずれか一項記載の切削加工用の切削工具。
【請求項６】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、切削部材（７；４７）と当該切削工具（３；４０）の支持体（６；４６）との間、及び当該切削工具（３）の支持体（６）と工具ホルダ（９）の間、もしくは切削部材（４０）の軸（４３）と工作機械における軸受との間にも配置されている、請求項１から３までのいずれか一項記載の切削加工用の切削工具。
【請求項７】
切削工具を備えた工作機械でのワークピースの切削加工を制御するための方法であって、切削工具が支持体にて少なくとも１つの切削部材を支持していて、切削工具を工具ホルダもしくは工作機械の軸受において支承し、切削加工を制御装置によって制御する方法において、
切削加工時に発生する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントが切削工具に作用する該切削工具の少なくとも一個所もしくは切削工具の支承部に、圧電セラミックス製の変換器を配置し、切削合力の力コンポーネントが変換器に作用し、該変換器への力作用により形成された信号を制御装置に伝送し、前記信号を考慮してワークピースの加工を制御することを特徴とする、切削加工を制御するための方法。
【請求項８】
圧電セラミックス製の変換器がセンサであって、該センサによって切削工具に作用する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントを検出し、前記信号の大きさから切削部材及び／又は工作機械への負荷の程度を推量する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
センサにより検出された前記信号と予め規定された限界値との比較を行い、所定の限界値の超過時又は下回り時に信号を工作機械の制御装置に送信し、制御装置が、ワークピースもしくは切削工具の回転数、及び／又は送り、及び／又は切込みを変更して、生じた偏差を解消する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
圧電セラミックス製の変換器が電圧発生器であって、該電圧発生器によって形成された電圧を、電子回路に供給するために使用する、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
切削工具の回転時に、切削工具における圧電セラミックス製の変換器と工作機械における制御装置との間のコミュニケーションを無線信号によって行い、変換器の信号を、切削工具における送・受信装置に伝送し、そこから工作機械における受信器に送信する、請求項７から１０までのいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークピース切削加工を制御するための圧電セラミックス製の変換器の使用に関する。
【０００２】
旋削バイト又は平削りバイトといった切削加工用の切削工具は、通常、支持体又はシャフトから成っている。支持体又はシャフトには切削板（チップ）の形をした切削部材が取り付けられている。フライス加工用の工具においては、支持体とフライスヘッドとに、工具の回転のために円形に周面に複数の切削部材が備え付けられている。ワークピースの切削加工中に、切削工具に静的な負荷の他に、特に動的な負荷が作用する。これにより時間の経過と共に切削部材の切刃における材料は、微視的に小さな領域において損なわれる。この領域は巨視的に大きな領域になり、このことは切刃におけるチッピングに繋がり、それどころか切削部材の破壊に繋がり、ワークピースは損壊し、ひいては使用不能になってしまうという結果を伴う恐れがある。
【０００３】
切削過程時にはワークピースと切削工具との間で作用する切削合力は、作業平面における力と、この作業平面に対して垂直な力とに分解することができる。両平面では圧力は切削部材の切刃に作用し、支持体への圧力として転送される。これにより特に旋削バイト又は平削りバイトにおいては、曲げ力及びねじり力が切削部材の支持体に発生し、規定された高さを超えた場合に切削部材が理想的な作業ポジションからずれることになる。このことは作業経過中の妨害に繋がる恐れがあり、この妨害は切削部材の高められた磨耗及び旋削スピンドル又は平削り滑動部の不規則な走行に反映される。フライス盤においても、フライスヘッドの駆動軸に曲げ力が加わる場合にこの現象が生じる。不都合な事例では、ワークピースの不均等で起伏のある表面がもたらされ、特に共鳴が発生する場合には工作機械に著しい負担をかけるチャタリングが起きる。
【０００４】
つまり切削合力は複合的な負荷を引き起こし、ひいては工作機械及びワークピースの変形を引き起こす。このことは限界値の超過時に切削部材の過度に高められた磨耗、及び不都合な事例では切削部材の破壊に繋がる。さらに過負荷による工作機械の損傷及びワークピースの加工ミスが発生し得る。
【０００５】
従って最適な作業結果を得るように、特に切削速度及び送り、切込みといったパラメータを切断部材の材料に関連して加工したい材料に最適に合わせる必要がある。従って可能な負荷の限界値を超えないように、発生する力が測定され監視されると有利である。
【０００６】
ＤＥ１０３１２０２５Ａ１から機械、特に工作機械のポジション調整の誤差を補償するための方法が公知である。機械の種々異なる個所に設けられている歪みゲージにより電圧状態が測定され、加工力又は運動により結果的にもたらされる慣性力、又はクロススライド及び／又は工具の自重により結果的にもたらされる変形が算出され、ポジション制御時に補償される。しかし歪みゲージは、たとえばフライスヘッドといった自体回転する部分での測定には適していない。さらに歪みゲージはその慣性のため、ワークピース切削加工時に発生する高周波の振動に基づく変形の測定には適していない。
【０００７】
本発明の課題は、ワークピースを切削加工するための工作機械の切削工具にセンサを備え付けることであり、これによって１つのワークピースの加工時に発生する力を測定して限界値と比較することができるので、加工過程が最適化可能であり、限界値の超過時に制御装置により損壊を回避するために作業経過に自動的に干渉することができる。
【０００８】
課題の解決は本発明によれば、装置に関する請求項１記載の特徴と、方法に関する請求項７の特徴とによってなされる。本発明の有利な構成は、請求項２〜６及び請求項８〜１１において請求される。
【０００９】
切削加工用の切削工具には、本発明によればセンサ及び／又は純粋な電圧発生器の形式の圧電セラミックス製の変換器が備え付けられている。これらの変換器の構成形式及び作用形式は、先行技術から公知であり、従ってここでは詳しく説明しない。本発明によれば、圧電セラミックス製の変換器は、これらの変換器が発揮する機能がそれぞれ最適に発揮されるように配置される。センサと電圧発生器とは、切削部材と直接接触して支持体もしくはフライスヘッドにおいて使用することができる。旋削バイト及び平削りバイトの場合には、センサと電圧発生器とを、各支持体が工作機械に取り付けられている場所、つまり工具ホルダと切削工具との間に配置することもできる。フライス盤の場合には変換器はフライスの軸が支承されている場所に配置することもできる。両方の配置の組合せも可能である。
【００１０】
切削部材の取付け及び工具ホルダでの切削工具の支持体の緊締のため、圧電セラミックス製の変換器は既に規定の圧力下にある。変換器の再現可能な信号を得るために、１つの切削部材又は１つの支持体の各交換後に変換器の予荷重を点検し、測定機器を適切に調整する必要がある。
【００１１】
圧電セラミックス製のセンサによって、切削部材もしくはそのホルダにかかる圧力と引張力と剪断力とが規定される。形成された圧電電圧によって各負荷の程度、高さを規定することができる。電圧発生器はこれらに作用する力に基づき変形し、これにより電圧を形成する。この電圧は電子回路に供給するために使用することができる。これらの電子回路は、たとえばフライス加工時に切削工具と工作機械との間において信号を非接触式に伝達するために働く。
【００１２】
切削工具と工作機械との負荷を検知できるようにするために、切削合力は複数のコンポーネントに分解される。このために立体的な座標系の零点は、ワークピースと切削部材の切刃との接触点に位置している。この場合、軸線は作業平面に位置していて、且つ作業平面に対して垂直な平面に位置している。切削合力は、図１及び図２から明らかなように２つの平面に位置するコンポーネントに分解される。そこでは力は切削部材もしくは支持体に作用するように図示されている。切削合力Ｆは方向−Ｆで旋削バイトもしくはフライスに作用する。支持体の方向で作用する負の力−Ｆｐは切削部材に負荷をかけ、ひいては支持体と工具ホルダとに圧力を加える。正の力−Ｆａは送り分力−Ｆｆと主分力−Ｆｃとに分解することができる。ワークピースの長手方向で延在している送り分力−Ｆｆと、この送り分力−Ｆｆに対して垂直に延在している主分力−Ｆｃとは、それぞれ曲げ力を支持体に加える。この場合、これらの力の合計はフライス盤においては支持体のねじれに繋がり、フライス盤においてはフライスの駆動軸の曲げに繋がる。つまり力コンポーネントを検出するために、センサの形式の少なくとも３つの変換器が必要である。力を検出するためにセンサは、フライス盤では切削部材もしくは支持体の下方に配置する必要があり、且つ送り方向Ｖｆで見て切削部材もしくは支持体の手前で工具ホルダに配置する必要があり、且つワークピースの方向で見て、切削部材または支持体の手前に配置する必要がある。フライス盤の場合には、フライスヘッドにおける切削部材の下方及び後方での配置、及びフライスヘッドの駆動軸の軸受における配置は、軸への曲げ力の検出のために行われる。
【００１３】
ワークピースの切削加工時に発生する力を検出するために使用される変換器は、これらの変換器に作用する力の大きさの継続的な交番に基づき電圧を形成し、この電圧は工作機械においてコンピュータの評価ユニット内で予め規定された限界値と連続的に比較される。切削部材の公知の磨耗特性においては、ワークピースもしくは切削工具の回転数と、送り速度と切込み、つまり切削深さといったパラメータの調節により、切削部材に作用する力を最適な磨耗特性を可能にする値に制限することができる。許容できない偏差が発生する場合、作業経過への干渉により不都合な状況を解消することができる。旋削時にワークピース回転数と切削工具の切込みと送りとを変更することができ、平削り時には送りと切込みとを変更することができる。フライス加工時には通常フライスヘッド回転数及び／又は構成形式に応じて、ワークピース送り又はフライスヘッド送りを変更する。ワークピースもしくはフライスヘッドの周期的な回転数変化、及び支持体、それどころかワークピースの周期的な振動において顕著になるチャタリングの発生は、回転数及び／又は送りの変化により回避される。この手段は、有利には切削工具の寿命、ひいては切削工具の運用寿命の著しい延長に貢献し、且つ加工された表面の品質の改良に貢献する。
【００１４】
さらに本発明は、切削部材の磨耗を監視することを可能にする。磨耗するにつれて、一定の送り及び一定のワークピース回転数における切削合力が連続的に変化する。切削部材に特有の予め測定された限界値への到達時には、切削部材の使用可能な部分が使い果たされ、且つ交換を行う必要があるということを前提にしていることがある従って有利には本発明は切削部材の可能な限り最善の使用を可能にする。切削部材の予め計算可能な運用寿命に基づき、適当な時期に交換を行うことが可能である。この交換はプロセス経過に組み込むことができ、たとえばワークピース交換時点である。
【００１５】
切刃の損壊、それどころか切削部材の破壊が起こる、ということは切削合力の突然の変化において表面化する。この種の信号を工作機械のスイッチを即座に切るために使用することができ、これによってワークピースの損壊は回避される。
【００１６】
特に工作機械の制御回路と回転しているフライスヘッドとの間の信号の伝達が困難であるフライス盤においては、ワイヤレスな信号伝達が有利である。フライスヘッドにおける送信器、場合によっては受信器への電圧供給は、設けられているセンサに対して付加的に同じ個所で並んで、又は下方に配置される圧電素子により行うことができる。
【００１７】
切削部材の状態のデータ、及び切削部材とその支持体と、ひいては工作機械とに作用する力の監視により、過負荷及び発生する振動、特にチャタリングを防ぐことが可能である。このことはやはり良好なワークピース品質と切削部材の高い運用年数とを可能にする安定的な加工の経過に繋がる。
【００１８】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、少なくとも１つの切削部材を支持する支持体から成る切削加工用の切削工具であって、該切削工具が、工具ホルダもしくは工作機械の軸受に支承されており、工作機械に、ワークピースの切削加工を制御するための装置が備え付けられている形式のものにおいて、圧電セラミックス製の変換器が設けられており、該変換器が当該切削工具における少なくとも一個所、もしくは当該切削工具の支承部に配置されており、前記個所もしくは前記支承部にて切削加工時に発生する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントが、当該切削工具に作用し、変換器が工作機械の制御装置に結合されており、力作用に基づき変換器において形成され、制御装置によって評価された信号が、ワークピースの加工を制御するために使用可能であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が、当該切削工具に作用する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントを検出するためのセンサである。
【００２０】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が電圧発生器である。
【００２１】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が、切削部材と当該切削工具の支持体との間に配置されている。
【００２２】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が、切削工具の支持体と工具ホルダとの間、もしくは切削部材の軸と工作機械における軸受との間に配置されている。
【００２３】
本発明に係る切削加工用の切削工具は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が、切削部材と当該切削工具の支持体との間、及び当該切削工具の支持体と工具ホルダの間、もしくは切削部材の軸と工作機械における軸受との間にも配置されている。
【００２４】
本発明に係る切削加工を制御するための方法は、切削工具を備えた工作機械でのワークピースの切削加工を制御するための方法であって、切削工具が支持体にて少なくとも１つの切削部材を支持していて、切削工具を工具ホルダもしくは工作機械の軸受において支承し、切削加工を制御装置によって制御する方法において、切削加工時に発生する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントが切削工具に作用する該切削工具の少なくとも一個所もしくは切削工具の支承部に、圧電セラミックス製の変換器を配置し、切削合力の力コンポーネントが変換器に作用し、該変換器への力作用により形成された信号を制御装置に伝送し、前記信号を考慮してワークピースの加工を制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る方法は、有利には、圧電セラミックス製の変換器がセンサであって、該センサによって切削工具に作用する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントを検出し、前記信号の大きさから切削部材及び／又は工作機械への負荷の程度を推量する。
【００２６】
本発明に係る方法は、有利には、センサにより検出された前記信号と予め規定された限界値との比較を行い、所定の限界値の超過時又は下回り時に信号を工作機械の制御装置に送信し、制御装置が、ワークピースもしくは切削工具の回転数、及び／又は送り、及び／又は切込みを変更して、生じた偏差を解消する。
【００２７】
本発明に係る方法は、有利には、圧電セラミックス製の変換器が電圧発生器であって、該電圧発生器によって形成された電圧を、電子回路に供給するために使用する。
【００２８】
本発明に係る方法は、有利には、切削工具の回転時に、切削工具における圧電セラミックス製の変換器と工作機械における制御装置との間のコミュニケーションを無線信号によって行い、変換器の信号を、切削工具における送・受信装置に伝送し、そこから工作機械における受信器に送信する。
【００２９】
本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００３０】
図１には長手方向旋削時に発生する力及び速度の経過が示されている。矢印方向２で回転するワークピース１に沿って、切削工具３が矢印方向４で切削加工するために案内される。切削部材の切削コーナに立体的な座標系の零点５が位置している。ワークピース１が位置する系の平面には送り方向が位置していて、これに対して垂直な平面にて切削工具３のエンゲージもしくは切込み（Ｚｕｓｔｅｌｌｕｎｇ）が行われる。切削加工時つまり旋削時、平削り時、フライス加工時の運動は、切削部材の切刃とワークピースとの間の相対運動である。前記運動は工作機械によって作用個所（ここでは点５）において形成され、静止状態のワークピースに関連している。主切歯は作用速度Ｖｅをもってワークピース１に沿って運動し、この場合、切削合力−Ｆは切削部材、ひいては支持体、最終的には工作機械に作用する。
【００３１】
既述したように、切削合力（Ｚｅｒｓｐａｎｋｒａｆｔ）−Ｆは作業平面における力と、この作業平面に対する垂直な力とに分解することができる。作業平面には切削出力の算出にとって重要である正の力（Ａｋｔｉｖｋｒａｆｔ）−Ｆａがあり、作業平面に対して垂直には、切削出力に貢献しない負の力（Ｐａｓｓiｖｋｒａｆｔ）−Ｆｐがあるが、切削部材、ひいては切削工具3と最後には工作機械とには負荷がかかっている。正の力−Ｆａは送り・切削方向に応じて作業平面において、曲げ力もしくはねじり力として切削工具３に作用するコンポーネントである主分力（Ｓｃｈｎｉｔｔｋｒａｆｔ）−Ｆｃと送り分力（Ｖｏｒｓｃｈｕｂｋｒａｆｔ）−Ｆｆとに分解できる。
【００３２】
図２に示した上向きフライス加工の切削過程中には、図１に示した長手方向旋削時と同じ力が平削り時に発生する。もちろん、フライスの切削部材がフライスの周面の半部にわたってワークピースに係合していて、ここに図示した座標系は力分解を係合している一点だけしか示していないという相異はある。上向きフライス加工時にワークピース１１は矢印方向１２で定置の切削工具の下方、つまり矢印方向１４で回転するドラムフライス１３の下方を通過する。切削部材の切刃の１つの係合点には、この点において切削合力−Ｆを分解するために座標系の中心点１５が位置している。
【００３３】
切削過程中にセンサに形成される電圧は、切削部材及び工作機械の各負荷のための尺度である。予め規定した限界値を超える場合、工作機械の制御回路に干渉して、これによってたとえば送り及び／又は回転数を変化させる。
【００３４】
図３及び図４には、切削工具３つまり旋削バイトが、圧電セラミックス製の変換器を備えた本発明による構成で示されている。図面は概略的である。図３には切削工具を上から見た図が示されている。
【００３５】
支持体６にはチップの形をした切削部材７が、ここでは詳しく図示していないが、公知の形式では支持体６の切欠き８に取り付けられている。支持体６もやはり工具ホルダ９において切欠き１０に取り付けられている。取付けは、制御された運動が工具ホルダ９に対して可能であるように行われる。
【００３６】
本実施例では、切削部材７と支持体６との間、及び支持体６と工具ホルダ９との間に変換器が配置されていて、これらの変換器は切欠き２０もしくは２１にて支持される。切削部材への力作用を規定するために付加的には、工作機械への力作用を規定することもできる。変換器を組み付けるために提供されているスペースが僅かなため、変換器を重ねて配置することは有利である。
【００３７】
切削部材７及び支持体６には差し当たりセンサ２２が接触している。これらのセンサ２２は切削部材７もしくは工具ホルダ９、ひいては工作機械への力作用を検出するために用いるようになっている。これらのセンサは信号形成のために働くので、構成上の変更を可能な限り僅かにするために単層圧電素子を使用することができる。これらのセンサ内で力作用により形成された電圧は、信号２３としてまず信号受信器及びトリガ回路２４へと送られる。そこで信号は限界値超過を検査され、予め規定された力が切削部材７又は工具ホルダ９における支持体６にて超過された場合、又は下回った場合には所定の信号が工作機械の制御装置２５に転送される。制御装置２５は工作機械の運転経過に干渉することができ、工作機械の駆動２６、つまり回転数及び／又は送り２７、切込み２８を変えることができる。ブロック図は信号処理を明示している。
【００３８】
絶縁された支持板２９により互いに分離してセンサ２２と支持体６との間に電圧発生器３０の形をした変換器を配置することができる。センサとは異なり、ここでは積層素子が有利である。交番的な力作用によりセンサ内で形成された電圧３１は整流器ユニット３２に送られ、電子回路への供給のために、たとえば信号受信器及びトリガ回路２４において使用することができる。
【００３９】
図４には図３の旋削バイトの側面図が示されている。従って同じように機能する部材は、図３と同じ符号で示した。切削部材及び旋削バイトの取付け部材は、図面を見やすくするために省いた。支持体６は切削部材７と工具ホルダ９の緊締個所との領域にて断面して示されていて、これによって変換器を、切削部材の下側及び工具ホルダにて支持体の下側に配置することが可能であるということが示される。切削部材の領域では、変換器と支持プレートとが断面して示されている。変換器を切削部材及び支持体の下側に配置することにより、切削部材と支持体とに垂直に作用する切削合力のコンポーネントを検出することが可能である。
【００４０】
図５にはワークピース４１の加工時の、切削工具である正面フライス４０が示されている。定置に配置されたフライス４０がその軸４３を中心とした方向４２で回転している間に、ワークピース４１は方向４４でフライスの下側を通過し、この場合、切粉４５は除去される。フライスヘッド４６の周面において同じ間隔をもって切削部材４７が配置されている。フライスの回転方向４２で見て、切削部材４７の手前でフライスヘッド４６に変換器を配置し、これらの変換器において切削部材４７が支持される。本実施例では変換器は、切削部材及びフライスヘッドへの力作用を検出するためのセンサ４８と電圧発生器４９とである。本実施例では変換器は並んで配置されている。図３及び図４における実施例に基づき示したように重ねた配置も同様に可能である。
【００４１】
フライス４０は回転するので、センサによって検出されたデータの、工作機械の制御装置への信号伝達は困難である。この理由から本実施例では、ここでは図示されていないように、フライスヘッド４６から受信器及びこの送信器からフライスヘッド４６への無線伝達装置が工作機械に設けられている。力作用によりセンサ４８に形成された電圧は、信号５０としてまず信号受信器とトリガ回路とに送られる。そこで信号は限界値超過を検査され、切削部材４７において予め規定した力を超過した又は下回った場合には、信号が工作機械の制御装置に転送される。回転中のフライス４０から工作機械への信号伝達は送信器５２を介して行われる。このために必要な電気的なエネルギ５３は、電圧発生器として形成された変換器４９に形成され、整流器ユニット５４に送られる。整流器ユニット５４は信号受信器、トリガ回路５１及び送信器５２に必要な電圧を与える。
【００４２】
センサの配置は、たとえばフライスの軸の工作機械における１つ又は複数の軸受の周面において行うことができる。
【００４３】
これにより工作機械に作用する力を検出することができ、フライス盤の工具ホルダにおける力の検出と比較可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】旋削時の力のベクトルと速度のベクトルとの経過の基本図である。
【図２】上向きフライス加工時を示した図である。
【図３】切削部材における変換器の配置と、支持体の緊締個所の領域を示した側面図である。
【図４】図４を上から見た図である。
【図５】正面フライスにおける変換器及び信号伝達部材の配置を示した図である。
【図１】
2009525196.tif 000003
【図２】
2009525196.tif 000004
【図３】
2009525196.tif 000005
【図４】
2009525196.tif 000006
【図５】
2009525196.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月26日(2007.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの切削部材（７；４７）を支持する支持体（６；４６）から成る切削加工用の切削工具（３；４０）であって、該切削工具が、工具ホルダ（９）もしくは工作機械の軸受に支承されており、工作機械に、ワークピースの切削加工を制御（２５）するための装置が備え付けられており、圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）がセンサ（２２；４８）として、場合によっては付加的に電圧発生器（３０；４９）として設けられており、前記変換器が、当該切削工具（３；４０）の少なくとも一個所もしくは当該切削工具（３；４０）の支承部に配置され、当該切削工具（３；４０）に作用する、切削加工時に発生する切削合力（−Ｆ）の少なくとも１つのコンポーネント（−Ｆａ，−Ｆｆ，−Ｆｐ）により負荷される形式のものにおいて、
変換器（２２，３０；４８，４９）が、工作機械の制御装置（２５）に結合されており、センサ（２２；４８）内で力作用に基づき形成され、制御装置（２５）によって評価された信号（２３；５０）が、ワークピースもしくは当該切削工具の駆動装置（２６）の回転数、又は／及び送り（２７）又は／及び切込み（２８）の制御のために使用可能であることを特徴とする、切削加工用の切削工具。
【請求項２】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、切削部材（７；４７）と、当該切削工具（３；４０）の支持体（６；４６）との間に配置されている、請求項１記載の切削加工用の切削工具。
【請求項３】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、当該切削工具（３）の支持体（６）と工具ホルダ（９）との間、もしくは当該切削部材（４０）の軸（４３）と工作機械における軸受との間に配置されている、請求項１記載の切削加工用の切削工具。
【請求項４】
圧電セラミックス製の変換器（２２，３０；４８，４９）が、切削部材（７；４７）と当該切削工具（３；４０）の支持体（６；４６）との間、及び当該切削工具（３）の支持体（６）と工具ホルダ（９）との間、もしくは切削部材（４０）の軸（４３）と工作機械における軸受との間にも配置されている、請求項２または３記載の切削加工用の切削工具。
【請求項５】
センサ（２２；４８）と電圧発生器（３０；４９）とが、切削部材（７；４７）と当該切削工具（３；４０）の支持体（６；４６）との間、もしくは当該切削工具（３）の支持体（６）及び／又は工具ホルダ（９）の間、もしくは切削部材（４０）の軸（４３）と工作機械における軸受との間において重なり合って配置されており、場合によっては絶縁支持板（２９）により互いに分離して配置されている、請求項１から４までのいずれか一項記載の切削加工用の切削工具。
【請求項６】
電圧発生器（３０；４９）が、整流器ユニット（３２；５４）を介して給電のための電子回路（２４；５１，５２）に結合されている、請求項１から５までのいずれか一項記載の切削加工用の切削工具。
【請求項７】
切削工具を備えた工作機械でのワークピースの切削加工を制御するための方法であって、切削工具が支持体にて少なくとも１つの切削部材を支持していて、切削工具を工具ホルダもしくは工作機械の軸受において支承し、切削加工を制御装置によって制御し、切削加工時に発生する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントが切削工具に作用する、該切削工具の少なくとも一個所もしくは切削工具の支承部に、圧電セラミックス製の変換器を配置し、切削合力の力コンポーネントが変換器に作用する方法において、
変換器への力作用により形成された信号を、予め規定された限界値と比較し、限界値の超過時又は下回り時に前記信号を工作機械の制御装置に送信し、制御装置が、ワークピースもしくは切削工具の回転数、又は／及び送り又は／及び切込みを変更して発生した偏差を解消することを特徴とする、切削工具を備えた工作機械においてワークピースの切削加工を制御するための方法。
【請求項８】
センサによって、切削工具に作用する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントを検出し、切削合力が予め規定した限界値を超過した場合、切削部材を交換するための信号を形成する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
センサによって、切削工具に作用する切削合力の少なくとも１つのコンポーネントを検出し、信号の大きさから、切削部材又は／及び工作機械の負荷の程度を推量し、予め規定された限界値の超過時に工作機械を停止させる、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
電圧形成器によって形成された電圧を、電子回路に供給するために使用する、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
切削工具の回転時に、該切削工具における圧電セラミックス製の変換器と、工作機械における制御装置との間のコミュニケーションを無線信号によって行い、変換器の信号を切削工具における送・受信装置に送り、そこから工作機械における受信器に送信する、請求項７から１０までのいずれか一項記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
切削過程時にはワークピースと切削工具との間で作用する切削合力は、作業平面における力と、この作業平面に対して垂直な力とに分解することができる。両平面では圧力は切削部材の切刃に作用し、支持体への圧力として転送される。これにより特に旋削バイト又は平削りバイトにおいては、曲げ力及びねじり力が切削部材の支持体に発生し、規定された高さを超えた場合に切削部材が理想的な作業ポジションからずれることになる。このことは作業経過中の妨害に繋がる恐れがあり、この妨害は切削部材の高められた磨耗及び旋削スピンドル又は平削り滑動部の不規則な走行に反映される。フライス盤においても、フライスヘッドの駆動軸に曲げ力が加わる場合にこの現象が生じる。不都合な事例では、ワークピースの不均等で起伏のある表面がもたらされ、特に共鳴が発生する場合には工作機械に著しい負担をかけるチャタリングが起きる。
特許明細書ＵＳ２００５／０１０９１７４Ａ１には、ワークピース切削加工のための工作機械における振動制御のための方法及び装置が記載されている。少なくとも１つの切削工具を支持する工作機械の工具ホルダには、少なくとも１つの振動センサと、それぞれ圧電素子の形をした有効な素子を備えたアクチュエータとが配置されている。振動センサの信号は、ワークピース加工により形成された振動に対向されている制御振動が、アクチュエータの有効な素子の寸法変化により形成されるように、前記有効な素子に制御電圧である交番電圧を負荷するために使用される。ここでは振動センサの信号は、妨害振動を取り除くために工具ホルダに作用する別の圧電素子に直接作用する。
ＷＯ２００５／０６３４３７Ａ１から、工具ホルダの回転挙動に影響を与えるための、電気歪性のアクチュエータボディを備えた工具ホルダが公知である。工具ホルダはアクチュエータボディにより、緊締された工具を含む工具ホルダの質量体が、アクチュエータボディの変形状態において可能な限り仮想回転軸線を中心にして対称的に分割されているように適切に変形可能である。このためにアクチュエータボディは圧電素子センサの信号により、適切な電位で負荷される。
【国際調査報告】
2009525196.tif 000008
2009525196.tif 000009
2009525196.tif 000010
2009525196.tif 000011
2009525196.tif 000012
2009525196.tif 000013