(57)【要約】【課題】公知の工作機械の制限を有さず、非常に小さなエネルギー消費を有する工作機械を提供する。【解決手段】フレーム３と、第１の軸線Ｚに沿って、及び第１の軸線Ｚに垂直な第２の軸線Ｘに沿って、フレーム３に対して工具ホルダスピンドル７を変位させる可動式の部材ホルダアセンブリ５であって、第２の軸線Ｘが、第１の軸線Ｚに対して＋４０°〜＋５０°の角度α１を形成する平面ｐにおいてスライド部９を備えている、前記部材ホルダアセンブリと、第１の軸線Ｚ及び第２の軸線Ｘに垂直な第３の軸線Ｙに沿って、並びに第３の軸線Ｙに平行な第１の回転軸線ｂ周りに、及び第１の回転軸線ｂに垂直な第２の回転軸線ｃ周りにフレーム３に対して部材１５０を変位させる可動式の部材ホルダアセンブリ１１とを含み、フレーム３及び各アセンブリを介して部材１５０を工具２１へ接続する精密経路の長さが１６００ｍｍより短い。
2019515804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（３）と、
第１の並進運動の軸線（Ｚ）に沿って、及び該第１の並進運動の軸線（Ｚ）に対して垂直な第２の並進運動の軸線（Ｘ）に沿って、前記フレームに対して相対的に工具ホルダスピンドル（７）を変位させることができる可動式の工具ホルダアセンブリ（５）であって、前記第２の並進運動の軸線（Ｘ）が、前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）に対して相対的に＋４０°〜＋５０°の角度（α１）を形成する平面（ｐ）においてスライド部（９）を備えている、前記部材ホルダアセンブリと、
前記第１の並進運動の軸線及び前記第２の並進運動の軸線に対して垂直な第３の並進運動の軸線（Ｙ）に沿って、並びに前記第３の並進運動の軸線（Ｙ）に対して平行な第１の回転軸線（ｂ）周りに、及び該第１の回転軸線（ｂ）に対して垂直な第２の回転軸線（ｃ）周りに前記フレームに対して相対的に部材（１５０）を変位させることができる可動式の部材ホルダアセンブリ（１１）と
を含み、前記フレーム及び前記各アセンブリを介して前記部材（１５０）を前記工具（２１）へ接続する精密経路の前記長さが１６００ｍｍより短く、好ましくは１０００ｍｍより短い、少なくとも５軸を有することを特徴とする工作機械（１）。
【請求項２】
前記第１の回転軸線（ｂ）の前記モータ（１３）が前記第３の並進運動の軸線（Ｙ）に沿って可動であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記第１の回転軸線（ｂ）の前記モータ（１３）を収容するキャリッジ（１５）を含み、該キャリッジが、好ましくはパッシブな冷却手段、特にリブを備えつつ前記モータ（１３）を収容するとともに冷却するシリンダ（１７）と、該シリンダの周囲の透かし彫りケージ（１９）とを含んでおり、前記ケージ及び前記シリンダが、単一の鋳造部材で形成されており、前記ケージと前記シリンダの間の前記接触面が、前記モータから前記ケージへの伝熱を最小限にするために１０ｃｍ２よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記第２の回転軸線（ｃ）の前記モータ（２３）が前記第３の並進運動の軸線（Ｙ）に沿って、及び前記第１の回転軸線（ｂ）の周りに可動であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記第２の回転軸線の前記モータ（２３）のための支持部（２５）を含み、該支持部（２５）が、前記第１の回転軸線（ｂ）の前記モータ（１３）の前記軸線に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記第３の並進運動の軸線（Ｙ）が、好ましくは水平な第１の平面においてスライド部（２７）を備えており、前記第１の平面と前記第１の回転軸線（ｂ）の間の前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）に沿った前記間隔（ｄ１）が１０ｃｍより小さく、前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）が、好ましくは垂直な第２の平面においてスライド部を備えており、該第２の平面におけるこれらスライド部の前記下端部と前記第１の平面の間の前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）に沿った前記間隔（ｄ２）が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記スピンドルの前記軸線と前記第２の平面の間の、前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）に対して垂直な前記間隔（ｄ３）が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記スピンドルの前記軸線と前記第１の平面における前記スライド部（２７）の前記端部の間の、前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）に対して垂直な前記間隔（ｄ４）が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
前記可動式の工具ホルダアセンブリ（５）が、５００００ｒｐｍより大きい、好ましくは５００００〜１０００００ｒｐｍの回転速度で前記工具ホルダスピンドル（７）を回転させるように設定するように構成されたアクチュエータを含んでいることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１０】
当該工作機械（１）が、前記部材を機械加工するために動作可能に位置決めされている場合に、前記第１の並進運動の軸線（Ｚ）が垂直方向へ向けられ、前記第２の並進運動の軸線（Ｘ）が水平方向へ向けられ、前記第３の並進運動の軸線（Ｙ）が水平方向に向けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１１】
互いの頂部に重ねられた、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複数の工作機械（１）を含むことを特徴とするマイクロファクトリ（３０）。
【請求項１２】
互いに対して並置された、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複数の工作機械（１）を含むことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロファクトリ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械（１）により行われることを特徴とする高速機械加工、特にＨＳＭのための方法。
【請求項１４】
機械加工されるべき部材（１５０）に対して工具ホルダスピンドル（７）を変位させることができる少なくとも１つの可動式のアセンブリ（５，１１）を含む工作機械（１）を製造するための方法であって、
−工作機械（１）により最大限機械加工可能な、好ましくは立方体である体積を決定するステップと、
−前記軸線の前記構造のファクタに前記工作機械により最大限機械加工可能な体積を乗算することで、前記工作機械の前記軸線の構造を寸法設定するステップと、
−前記工作機械の前記軸線の構造の寸法設定の関数として、前記工作機械の前記精密経路を寸法設定するステップとを含んでおり、
前記軸線の構造の前記ファクタが、３〜７の値から選択され、好ましくは並進の前記ファクタが５に等しいことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記精密経路が、経路ファクタに前記軸線の構造の寸法のうち１つを乗算することで寸法設定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記軸線の構造が立方体形状を有しており、前記軸線の構造の前記寸法が、前記立方体の側のうち１つであり、前記経路ファクタが０．３〜０．９の範囲から選択され、好ましくは前記経路ファクタが０．６に等しいことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの可動式のアセンブリ（５，１１）が、実質的に閉鎖されたシェル構造を用いて生産されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５軸工作機械と、この５軸工作機械を製造するための方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械、特に数値制御（ＣＮＣ）工作機械の機械加工精度は、特にその剛性に依存し、非常に剛直であり、したがって非常に重い（工作）機械は、特にミクロンに及ぶ精度である必要がある場合に、高度な精度で部材を機械加工するために用いられる。
【０００３】
しかしながら、このような機械は、コストがかかるとともにかさばるものである。このような機械を構成する大きな部材は、機械を空調する必要があるほど著しく膨張する。大きい寸法のこれら部材は、比較的低く、機械加工プロセスを妨害し、一般的には非常に重いフレーム及び支持部材を用いて減衰される必要がある固有周波数を有している。さらに、可動式の部材のかなりの量は、高速での加速又は方向転換の可能性を制限するかなりの慣性を部材へ提供する。したがって、高速での湾曲した表面の機械加工の能力が制限されている。
【０００４】
より小さく、作業台に配置可能であるか、又はケース内へ入れられることが可能な工作機械も知られている。しかしながら、剛性の欠如及びこれら機械の単独使用により、精密な機械加工も、高いレベルのフレキシビリティも可能でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、公知の工作機械の制限を有さない工作機械を提供することにある。
【０００６】
別の目的は、非常に小さなエネルギー消費を有する工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、これら目的は、特に、非常に高速での、及び非常に高いレベルの精度での機械加工の場合に、しばしば膨張によるエラーが剛性による問題よりも重大であることを監視することによって達成される。
【０００８】
この監視に基づき、本発明の目的は、本質的に膨張の問題が改善される機械を生産することにある。
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、特に、力ループとも呼ばれる「精密経路」の長さを縮小することを目指すものである。精密経路は、機械加工されるべき部材を剛直な部材、特に構造上剛性があり軽量な、機械の軸線の構造を形成する部材を通して工具に接続する経路の長さである。この経路が短くなればなるほど、膨張はより重大でなくなるとともにより不都合でなくなる。
【００１０】
この経路を短縮することで、可動の部材の体積の低減、フレームの体積の低減、したがって剛性のロスの低減が必然的に生じる。したがって、本発明の目的の１つは、必要以上に剛性を損なうことなくこの経路を短縮できる構造を提供することにある。
【００１１】
本発明のやや矛盾した目的は、特に、請求項１の要素を含む工作機械と、請求項１４の製造方法とを用いて達成される。
【００１２】
特許請求される工作機械は、特に、小さな部材、例えば８０ｍｍより小さな、好ましくは５０ｍｍより小さな最大寸法を有する部材の機械加工に適している。小さな部材の機械加工に限定することで、精度に影響を与える精密経路と、部材の長さと、その膨張とに起因して、よりコンパクトで、とりわけより応答性がよくより精緻な機械を生産することができる。
【００１３】
剛性を向上させ、幾何形状エラーの作用を最小化するために、片持ち式の要素の長さを低減することが効率的であることが観察された。スライド部における数ミクロンの表面エラー（誤差）は、当該スライド部に沿って変位するキャリッジが大きな寸法を有していると増幅される。
【００１４】
特許請求された構造により、軸線間の空間又は角度間隔を工具と部材の間で実質的に同等な態様で分配することができ、これにより、それぞれ個別の軸線の構造上の影響を低減することができる。
【００１５】
例えば、第１の軸線と第２の軸線Ｘの平面の間の角度は４５°であり、この平面と第３の軸線Ｙの間の角度もやはり４５°である。第３の軸線Ｙと回転軸線Ｃの間の角度は９０°であり、第１の回転軸線は、ＹとＣの間のセグメントに配置されている。
【００１６】
機械加工されるべき部材へ向けて軸線が収束する軸線の空間構成（力の三角形）により、機械加工エラーを低減することができる。なぜなら、この特別な構成により、幾何形状エラーの累積及び／又は軸線の構造の熱膨張が防止されるためである。
【００１７】
５：１の割合は、機械の軸線の構造とこの機械が機械加工する部材の間、特に部材の機械加工可能な体積と機械の軸線の構造の間（すなわち可動式の部材ホルダの各可動な要素を有する機械の体積と中央位置における可動式の部材ホルダアセンブリの間）で規定されている。
【００１８】
空間についての増加は、従来の機械に比して少なくとも３〜５倍である。
【００１９】
剛性を増大させるために、２つの可動式のアセンブリ及びフレームを介して部材に工具を接続する精密経路の長さは、６００ｍｍより短い。
【００２０】
この精密経路の形状は、実質的に半だ円を形成しており、すなわち、軸線ｂと第１の軸線のスライド部の下端部の間の垂直方向の最大の距離も、できる限り低減されるが、それにもかかわらず軸線Ｚとスライド部の水平方向の端部Ｙの間の水平方向な間隔よりも大きい。このたまご状の形状により、アセンブリの剛性を増大させることが可能である。
【００２１】
可動の部材の質量を低減することで、エネルギー効率が改善される。典型的には、従来の工作機械は、１０〜２０ｋＷの設定された電力を有しており、同等の機械加工速度における３５０〜５００Ｗは、特許請求された機械に対して十分である。
【００２２】
エネルギーについての目標とする増加は、従来の機械に比して少なくとも１０倍である。機械加工性の損失は予想され得ない。
【００２３】
このエネルギー効率により、機械は、重大な程度まで加熱されない。また、膨張の影響も受けにくい。したがって、この機械を空調する必要がない。
【００２４】
空冷（自然又は強制）を行うことは可能である。
【００２５】
可動の質量の低減により、個の質量の慣性を低減することができ、したがって、コーナ部の周りにおいて、又は行程の終端において、工具を減速させる必要なく一定の速度で動作させることが可能である。
【００２６】
可動の質量の重さは、好ましくは１０ｋｇより小さい。
【００２７】
２０ｍ／分以上の機械加工速度は、０．５ｍｍの曲率半径において得られる。
【００２８】
工具の２．５Ｇの加速度が得られる。
【００２９】
事実上一定の速度でのこの機械加工により、機械加工された部材の表面品質を改善することができるとともに、工具の耐用年数の長さを延長することが可能である。
【００３０】
機械の軸線及びスライド部は、摩擦を低減するように最適化されている。したがって、ノイズも大幅に低減されている。
【００３１】
機械の体積の低減により、作業場における必要空間を低減することができ、したがって、工場のスペースについての必要性を低減することができる。
【００３２】
提案された工作機械は、特に、５００００ｒｐｍより大きく、好ましくは１０００００ｒｐｍまでの回転速度に設定されたスピンドルを用いる高速機械加工（ＨＳＭ）に適したものである。
【００３３】
したがって、潤滑の必要性が低減されるか、又は省略される。
【００３４】
可動の質量の小さなサイズによって、軸線の構造における固有振動数を、機械加工プロセスを阻害しない大きな値へ押し戻す（変更する）ことが可能である。この幾何形状及び寸法により、２５０Ｈｚ以上の振動数を得ることができる。
【００３５】
本発明の主題は、工作機械の数を増大させるために工作機械のサイズを低減することから恩恵を受けることができるマイクロファクトリである。
【００３６】
本発明の主題は、高速機械加工ＨＳＭのための方法でもある。
【００３７】
添付の図面に図示された本発明の例示的な実施例を以下の説明において示す。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による、５軸を有する工作機械１を示す図である。
【図２】本発明による、５軸を有する工作機械１を示す図である。
【図３】本発明による、５軸を有する工作機械１を示す図である。
【図４】本発明による、５軸を有する工作機械１を示す図である。
【図５】可動式のキャリッジを示す図である。
【図６】可動式のキャリッジを示す図である。
【図７】複数の工作機械を含むマイクロファクトリを示す図である。
【図８】複数の工作機械を含むマイクロファクトリを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１〜図４には、本発明による、５軸を有する工作機械１が図示されている。
【００４０】
工作機械１は、この機械１を介してオペレータが機械加工を行うことができるように、テーブル又は機械加工ワーク台のような作業面上での操作のための機械１を位置決めするためにフレーム３を含んでいる。機械１は、工具ホルダスピンドル７をフレームに対して相対的に変位させることができる可動式の工具ホルダアセンブリ５と、部材１５０を切削加工しフレームに対して相対的に変位させることができる可動式の部材ホルダアセンブリ１１とを含んでいる。
【００４１】
可動式の工具ホルダアセンブリ５は、第１の並進運動の軸線（Ｚ）及びこの第１の軸線に垂直な第２の並進運動の軸線（Ｘ）に沿った、フレームに対して相対的な工具ホルダスピンドル７の変位を許容するために配置されている。第２の並進運動の軸線（Ｘ）は、第１の並進運動の軸線（Ｚ）に対して＋４０°〜＋５０°の範囲の角度α１を形成する平面（ｐ）においてスライド部９を備えている。
【００４２】
可動式の部材ホルダアセンブリ１１は、上記第１及び第２の並進運動の軸線Ｚ，Ｘに対して垂直な第３の並進運動の軸線（Ｙ）、第３の並進運動の軸線（Ｙ）に対して平行な第１の回転軸線（ｂ）及び第１の回転軸線（ｂ）に対して垂直な第２の回転軸線（ｃ）に従って、機械加工されるべき部材をフレーム３に対して相対的に変位させるように設定されている。
【００４３】
第１の並進運動の軸線（Ｚ）は、部材の機械加工の方向に対応している。図３には、垂直に、すなわち重力の方向に配向された第１の軸線（Ｚ）を有する機械１の好ましい位置決めが図示されている。
【００４４】
垂直な機械加工のこの好ましい位置決めによれば、第１の並進運動の軸線Ｚは垂直である一方、第２の並進運動の軸線Ｘは水平である。第３の並進運動の軸線（Ｙ）及び第１の回転軸線（ｂ）は、Ｘに対し垂直に水平に配向されている。
【００４５】
当然、第１の軸線Ｚを水平に（重力の方向に対して垂直に）又は重力の方向に対して相対的に傾斜した態様で配置するために、機械を回転させることが可能である。したがって、本文の要件のために、垂直方向は、軸線Ｚの方向として規定されている。
【００４６】
フレーム、上記部材ホルダ及び部材ホルダアセンブリを通過する、部材を工具に接続する力ループとも呼ばれる機械の精密経路の長さは、１０００ｍより短い。
【００４７】
小さな力ループ（短い間隔）に加えて、この機械の軸方向の構成により、工具ホルダスピンドルと機械加工されるべき部材の間の相対的な位置決めにおけるこれらアセンブリの熱膨張の作用の伝播及び増幅を低減する工作機械を提案することが可能である。これは、機械の始動のための時間を大幅に短縮するものである。
【００４８】
機械は、第３の並進運動の軸線Ｙに沿って可動式のキャリッジ１５を含んでいる。図５及び図６により図示されたこのキャリッジは、第１の回転軸線（ｂ）周りに部材１５０を回転させることができるモータ１３を収容している。キャリッジは、このモータ１３を収容し、冷却するためのリブを備えたシリンダ１７と、このシリンダの周囲の透かし彫りケージ１９とを含んでいる。
【００４９】
有利には、ケージ及びシリンダは単一の鋳造部品で形成されており、ケージとシリンダの間の接触面は、モータからケージへの伝熱を最小にするために１０ｃｍ２より小さい。
【００５０】
機械は、部材が第２の回転軸線（ｃ）周りに回転できるように構成されたモータ２３を備えている。第１の回転軸線（ｂ）のモータ１３の軸線に取り付けられた支持部２５によってモータが保持されているため、モータ２３は、第３の並進運動の軸線（Ｙ）に沿って、及び第１の回転軸線（ｂ）周りに可動であるように取り付けられている。
【００５１】
機械は、第１の平面に配置され、第３の並進運動の軸線Ｙに沿って動作するスライド部２７を含んでいる。機械が垂直な機械加工のために構成されている場合には、好ましくは第１の平面は水平である。
【００５２】
有利には、機械１は、この第１の平面と第１の回転軸線（ｂ）の間の機械加工の方向（第１の並進運動の軸線Ｚ）における間隔（ｄ１）が１０ｃｍより小さいように配置されている。
【００５３】
機械は、第２の平面に配置され、第１の並進運動の軸線Ｚに沿って動作するスライド部を含んでいる。有利には、機械１は、これら垂直なスライド部の下端と上記第１の平面の間の機械加工の方向（第１の並進運動の軸線Ｚ）における間隔ｄ２が１０ｃｍより小さいように配置されている。
【００５４】
有利には、機械１は、スピンドルの回転軸線と第２の平面の間の機械加工の方向（第１の並進運動の軸線Ｚ）に対して垂直な間隔ｄ３が１０ｃｍより小さいように配置されている。
【００５５】
有利には、機械１は、スピンドルの回転軸線と第１の平面の上記スライド部２７の端部の間の機械加工の方向（第１の並進運動の軸線Ｚ）に対して垂直な間隔ｄ４が１０ｃｍより小さいように配置されている。
【００５６】
機械加工されるべき部材へ向けて収束するスライド部により、機械加工エラーを低減することができる。なぜなら、この構成は、幾何形状エラー及び／又は各スライド部の膨張の累積及び／又は増幅を妨害するためである。
【００５７】
小さな寸法の公知の工作機械に比して向上された機械１の剛性により、高速で（ＨＳＭ）工作機械を使用することが可能である。
【００５８】
高速機械加工は、従来の機械加工中よりも一般的に少なくとも４〜１０倍速い切削速度によって特徴付けられた機械加工技術である。
【００５９】
鋼の機械加工に関して、ＨＳＭ切削速度は５００〜２０００ｍ／分（毎分５００〜２０００メートル）の速度範囲に対応する一方、従来の機械加工速度は、３０〜２００ｍ／分に制限されている。したがって、スピンドルの回転速度は、典型的には２００００ｒｐｍ、例えば５００００〜１０００００ｒｐｍのオーダーにある。
【００６０】
ＨＳＭ機械加工条件により、特に、機械加工操作中に放出される熱の機械の構成要素、特に部材ホルダへの伝播についての低減が可能である。従来の機械加工に関して、より大きな機械加工速度により、切削くずを介して熱の大部分を除去することができる。
【００６１】
つづいて、この解決手段により、機械の構造の熱膨張を危機的な閾値より低く制限することが可能である。
【００６２】
部材と軸線の構造の間の１：５の割合により、機械の電力消費を低減することが可能である。より具体的には、従来の機械加工に比して高められた切削速度におけるＨＳＭ機械加工ストラテジに関連した軸線の構造の小型化（部材と軸線の構造の間の比率１：５）により得られる慣性の著しい低減により、部材の機械加工に必要なエネルギー、例えば１０ＫＷ〜５５０Ｗにわたるか、又は３００Ｗの総消費量を低減することが可能である。つづいて、この解決手段は、機械を操作するコストと、機械を作動させるための装置により生じる熱エネルギーとを低減し、工作機械の構造の熱的な安定性を空調解決手段から解放することが可能である。
【００６３】
ＨＳＭ機械加工及び可動の部材の小さな寸法により、従来の機械に関して、２５０Ｈｚ又はこれにより大きなオーダーの相対的に高い固有周波数を得ることができる。これら比較的高い固有周波数は、あまり機械加工プロセスを妨げず、したがって、非常に重いフレーム及び支持部を用いて減衰される必要がなく、このことは、加速及び高速での方向転換のための能力を制限するものではない。
【００６４】
機械の動作における質量、特に１０ｋｇ未満への制限により、特により大きな加速度及びカーブにおいて減速の必要性を回避する慣性の低減に起因して、従来技術の機械に比してより大きな機械加工能力を得ることが可能である。
【００６５】
図７及び図８には、複数の工作機械１を含むマイクロファクトリ３０が図示されている。
【００６６】
マシニングセンタ３０は、工作機械１を作動可能に収容するようそれぞれ設定された複数の構成要素を含んでいる。
【００６７】
機械１の縮小された寸法により、これら構成要素は、他のものに対して並置されるだけではなく、他の頂部に重ねられて配置されることが可能である。
【００６８】
有利には、第２の部材の機械加工中に第２の機械により発生する振動の伝播を弱め、及び／又は低減するために、これら工作機械の第１のものは、これら工作機械の第２のものと同期して特に第１の部材を機械加工するために動作するよう構成されている。
【００６９】
この解決手段により、マシニングセンタの構造において発生し伝播する振動を低減することができ、これにより、センタの機械の機械加工精度に対するそのネガティブな影響を弱めることが可能である。
【００７０】
マシニングセンタは、工具のマガジン３２と、部材のマガジン３４とを含んでおり、これらマガジンは、マシニングセンタの機械１の一部、有利には全てに対して利用可能であるように形成されている。センタは、部材を機械加工することができるように、マガジン３２，３４のうち１つとこれら機械のそれぞれとの間で部材及び／又は工具を搬送することができるように構成されたロボット３６を含んでいる。
【００７１】
有利には、部材３２のマガジンは、機械加工されるべき部材と、中間部材と、完成部材とを貯蔵するように構成されている。
【００７２】
有利には、マシニングセンタは、センタの複数の機械、特に給電部、煙除去のための排出装置、切りくずを取り出すためのシステム（４０）、消火器、安全ドア及び／又はスプリンクラーシステムに共通な共有ステーション又は共有装置のうち１つ又は複数を含むことができる。
【００７３】
マイクロファクトリは、各工作機械の制御信号を生成するための個別の増幅器３８を収容している。
【００７４】
マトリクス状、すなわち複数の行及び列でのマイクロファクトリ３０の機械の配置により、第１に、機械加工空間において使用可能なスペースのより良好な使用と、機械の配置のコストの削減とを可能とすることができる。この配置によって、工作機械から又は工作機械への部材及び／又は工具の搬送時にロボットの変位の距離を短縮することも可能である。
【００７５】
さらに、有利には、マトリクス状の工作機械の空間配置により、これらスペースの１つ又は複数において、これら工作機械を較正し、生産された部材の品質を確認するために設定された測定機械を収容することが可能である。
【００７６】
マシニングセンタは、上記スペースのうち１つにおいて、少なくとも１つの仕上げ機及び／又は洗浄機を含むことも可能である。
【００７７】
マシニングセンタは、マシニングセンタ全体、特にその工作機械、そのステーション若しくは共有装置、測定機械、仕上げ機及び／又は洗浄機を監視するためのタブレット５０のようなユーザインターフェースも含むことができる。
【００７８】
さらに、本発明は、機械加工されるべき部材１５０に対して工具ホルダスピンドル７を変位させることができる少なくとも１つの可動式のアセンブリ５，１１を含む上述の工作機械１のような工作機械を製造するための方法に関するものである。
【００７９】
工作機械を製造する方法は、工作機械の空間要件を決定するステップと、構成を選択するステップと、機械の剛性を最適化するステップと、動作における質量を低減するステップとを含んでいる。
【００８０】
工作機械の空間要件の決定は、とりわけ、工作機械のサイズの寸法設定、すなわち機械によって機械加工可能な部材の最大サイズの関数としての幾何の軸線の構造の寸法設定を含んでいる。
【００８１】
機械によって機械加工可能な部材の最大のサイズは、工作機械によって最大限機械加工可能な体積として規定されることができる。この体積は、機械加工されるべき部材の類型を表す幾何形状を用いて規定されることが可能である。時計製造及び宝飾類の分野では、有利には、体積は、時計製造及び宝飾類の最も多様な部材をその向きにかかわらずより効果的に表すために、立体形状によって記載されることが可能である。
【００８２】
機械の軸線の構造の寸法設定は、軸線の構造のファクタに、機械により最大限機械加工可能な体積を乗算することで行われる。
【００８３】
出願人により行われたテストにより、３〜７の軸線の構造のファクタによりコンパクトな工作機械の生産が可能である一方、それでも効率的なままであることが証明された。出願人による研究により、特に５０〜１００ｍｍの側を有する立方体体積の機械加工のための、機械加工されるべき最大の部材の寸法（最大限機械加工可能な体積の寸法）と機械の寸法（機械の体積の寸法、すなわち機械の軸線の構造）の間の５：１の比率が確認された。
【００８４】
従来の機械に比して短縮された最大経路を有する可動式のアセンブリにより、機械のエネルギー消費の著しい低減が可能である。なぜなら、動きにおいて（特にモータによって）駆動される必要がある質量がより軽量であるためである。
【００８５】
工作機械のスペース要件の決定は、上記機械の軸線の構造の寸法設定の関数としての、すなわち工作機械により最大限機械加工可能な体積の関数としての精密経路（力ループ）の定義を更に含んでいる。
【００８６】
力ループとも呼ばれる精密経路は、全てのスライド部が中央にあるときに機械の剛直な部分を介して通過する工具へ機械加工されるべき部材を接続する最短経路によって規定されている。したがって、精密経路は、機械の異なる構造を通過する、特に工具から部材へ可動式のアセンブリ５，１１を通過する力の線を表している。
【００８７】
最適な精密経路は、軸線の構造の寸法設定のうち１つ、特に軸線の構造が立体形状を有している場合のその側のうちの１つを経路ファクタに乗算することで決定される。
【００８８】
出願人により行われたテストにより、軸線の構造を表す立方体体積の側の１つによって乗算される０．３〜０．９の経路ファクタにより、機械の構成要素、特に可動式のアセンブリ５，１１の剛直な構造の膨張を低減することが可能であることが示された。出願人の研究により、０．６に等しい経路ファクタが特に有利であることが証明された。
【００８９】
機械の剛性を最適化するステップは、好ましくは（実質的に）閉鎖されたシェル構造を用いた、機械、特に可動式のアセンブリの剛直な構造の生産を含んでいる。
【００９０】
シェル構造は、近傍に位置しほぼ互いに並行な２つの主面によって画成された固体（立体）である。（実質的に）閉鎖されたシェル構造は、それ自体において閉鎖された、及び／又は２つの主面を結合する主面（エッジ）によって画成されたシェル構造である。
【００９１】
この解決手段により、剛直であるものの軽量なままである構造を実現することができ、つづいて、この構造により、機械、特に可動式のアセンブリを駆動するそのモータのエネルギー消費を低減することが可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月22日(2018.10.22)
【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】
フレームと、
第１の並進運動の軸線に沿って、及び該第１の並進運動の軸線に対して垂直な第２の並進運動の軸線に沿って、前記フレームに対して相対的に工具ホルダスピンドルを変位させることができる可動式の部材ホルダアセンブリであって、前記第２の並進運動の軸線が、前記第１の並進運動の軸線に対して相対的に＋４０°〜＋５０°の角度を形成する平面においてスライド部を備えている、前記部材ホルダアセンブリと、
前記第１の並進運動の軸線及び前記第２の並進運動の軸線に対して垂直な第３の並進運動の軸線に沿って、並びに前記第３の並進運動の軸線に対して平行な第１の回転軸線周りに、及び該第１の回転軸線に対して垂直な第２の回転軸線周りに前記フレームに対して相対的に部材を変位させることができる可動式の部材ホルダアセンブリと
を含み、前記フレーム及び前記各アセンブリを介して前記部材を工具へ接続する精密経路の長さが１６００ｍｍより短く、好ましくは１０００ｍｍより短い、少なくとも５軸を有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記第１の回転軸線のモータが前記第３の並進運動の軸線に沿って可動であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記第１の回転軸線の前記モータを収容するキャリッジを含み、該キャリッジが、好ましくはパッシブな冷却手段、特にリブを備えつつ前記モータを収容するとともに冷却するシリンダと、該シリンダの周囲の透かし彫りケージとを含んでおり、前記ケージ及び前記シリンダが、単一の鋳造部材で形成されており、前記ケージと前記シリンダの間の接触面が、前記モータから前記ケージへの伝熱を最小限にするために１０ｃｍ２よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記第２の回転軸線のモータが前記第３の並進運動の軸線に沿って、及び前記第１の回転軸線の周りに可動であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記第２の回転軸線の前記モータのための支持部を含み、該支持部が、前記第１の回転軸線の前記モータの軸線に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記第３の並進運動の軸線が、好ましくは水平な第１の平面においてスライド部を備えており、前記第１の平面と前記第１の回転軸線の間の前記第１の並進運動の軸線に沿った間隔が１０ｃｍより小さく、前記第１の並進運動の軸線が、好ましくは垂直な第２の平面においてスライド部を備えており、該第２の平面におけるこれらスライド部の下端部と前記第１の平面の間の前記第１の並進運動の軸線に沿った間隔（ｄ２）が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記スピンドルの軸線と前記第２の平面の間の、前記第１の並進運動の軸線に対して垂直な間隔が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記スピンドルの前記軸線と前記第１の平面における前記スライド部の端部の間の、前記第１の並進運動の軸線に対して垂直な間隔が１０ｃｍより小さいことを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
前記可動式の工具ホルダアセンブリが、５００００ｒｐｍより大きい、好ましくは５００００〜１０００００ｒｐｍの回転速度で前記工具ホルダスピンドルを回転させるように設定するように構成されたアクチュエータを含んでいることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１０】
当該工作機械が、前記部材を機械加工するために動作可能に位置決めされている場合に、前記第１の並進運動の軸線が垂直方向へ向けられ、前記第２の並進運動の軸線が水平方向へ向けられ、前記第３の並進運動の軸線が水平方向に向けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１１】
互いの頂部に重ねられた、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複数の工作機械を含むことを特徴とするマイクロファクトリ。
【請求項１２】
互いに対して並置された、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複数の工作機械を含むことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロファクトリ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械により行われることを特徴とする高速機械加工、特にＨＳＭのための方法。
【請求項１４】
機械加工されるべき部材に対して工具ホルダスピンドルを変位させることができる少なくとも１つの可動式のアセンブリを含む工作機械を製造するための方法であって、
−工作機械により最大限機械加工可能な、好ましくは立方体である体積を決定するステップと、
−前記軸線の構造のファクタに前記工作機械により最大限機械加工可能な体積を乗算することで、前記工作機械の前記軸線の構造を寸法設定するステップと、
−前記工作機械の前記軸線の構造の寸法設定の関数として、前記工作機械の精密経路を寸法設定するステップとを含んでおり、
前記軸線の構造の前記ファクタが、３〜７の値から選択され、好ましくは並進の前記ファクタが５に等しいことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記精密経路が、経路ファクタに前記軸線の構造の寸法のうち１つを乗算することで寸法設定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記軸線の構造が立方体形状を有しており、前記軸線の構造の前記寸法が、前記立方体の側のうち１つであり、前記経路ファクタが０．３〜０．９の範囲から選択され、好ましくは前記経路ファクタが０．６に等しいことを特徴とする請求項１５に記載の方法。 
【請求項１７】
前記少なくとも１つの可動式のアセンブリが、実質的に閉鎖されたシェル構造を用いて生産されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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