(57)【要約】リード角、トレーリング角、すくい角、又は逃げ角のような、制御可能な臨界角を有するツールホルダ（５０）は、このツールホルダを工作機械のツール・レスト（４２）に保持するツール・スピンドル（４２ａ）を含む。工作機械（１０）は、例えば３つの互いに垂直な軸である少なくとも１つの直線軸と、１つの旋転軸と、１つの回転軸とを含む。この旋転軸及び／又は回転軸は、直線軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するように制御可能である。アダプタ（５４）が切削ツール（５６）を支持し、この切削ツールはクランプ（５８）によってアダプタに保持される。この切削ツール（５６）は、リード角、トレーリング角、すくい角、及びフランク逃げ角のような臨界角を定義し、直線軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、この臨界角は修正される。さらに、この切削ツール（５６）を工作物の回転中心線の反対側に配置することによって、事実上切削ツールの寿命を倍にすることができる。ツールホルダ（５０）を制御する方法も開示される。
2005537145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの直線軸と、
前記少なくとも１つの直線軸の移動と連続的に又は同時に同期して特定位置に移動するように制御可能な、少なくとも１つの回転軸と、
ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対する臨界角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、
を備える工作機械であって、
前記少なくとも１つの直線軸の移動ベクトルが変更されると、前記臨界角が選択的に決定される、
前記工作機械。
【請求項２】
前記臨界角が、リード角、トレーリング角、すくい角、及びフランク逃げ角のうちの１つである、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記すくい角が、前記少なくとも１つの直線軸及び回転軸を用いて前記切削ツールを位置決めすることにより修正される、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
さらに１つの旋転軸を備え、前記すくい角が、前記少なくとも１つの直線軸及び該旋転軸を用いて前記切削ツールを位置決めすることにより修正される、請求項２に記載の工作機械。
【請求項５】
前記切削ツールが、荒削り工程の際には第１のトレーリング角を定義し、仕上げ工程の際には該第１のトレーリング角とは異なる第２のトレーリング角を定義する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項６】
前記切削ツールが、前記ツールホルダの長手方向軸と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径を含む、請求項１に記載の工作機械。
【請求項７】
前記切削ツールが、前記工作物が第１の方向に回転する際には、前記工作物の中心線の片側に配置され、前記工作物が反対方向である第２の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の反対側に配置される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項８】
前記切削ツールのリード角が、前記切削ツールと前記工作物との干渉を予測するのに用いられる、請求項１に記載の工作機械。
【請求項９】
前記切削ツールの逃げ角が、前記工作物の形状寸法に対して調整される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記切削ツールのリード角が、前記工作物の形状寸法に対して調整される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記切削ツールのすくい面が、前記ツールホルダの長手方向軸に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の工作機械。
【請求項１２】
少なくとも３つの直線運動軸と、
前記少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するように制御可能な、少なくとも１つの回転軸と、
ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対するリード角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、
を備える工作機械であって、
前記少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して、特定速度で前記工作物の特定部分に移動するように、前記旋転軸を制御することにより、前記リード角が選択的に決定される、
前記工作機械。
【請求項１３】
前記直線運動軸のそれぞれが特定時点に前記工作物の前記特定部分に到達するための前記特定速度を逆算する、請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
少なくとも３つの直線運動軸と、該少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するように制御可能な少なくとも１つの回転軸と、を備える工作機械のツール・レストに取り付けられた、制御可能なツールホルダであって、
前記ツールホルダを前記ツール・レストに保持するツール・スピンドルと、
切削ツールを支持するアダプタと、
を備え、
前記切削ツールが、クランプによって前記アダプタに保持されると共に、臨界角を定義し、
前記直線運動軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、前記臨界角が修正される、
前記ツールホルダ。
【請求項１５】
前記臨界角が、リード角、トレーリング角、すくい角、及びフランク逃げ角のうちの１つである、請求項１４に記載のツールホルダ。
【請求項１６】
前記すくい角が、前記直線運動軸の２つ及び前記回転軸を用いて前記切削ツールを位置決めすることにより修正される、請求項１５に記載のツールホルダ。
【請求項１７】
前記すくい角が、前記直線運動軸の３つ及び前記旋転軸を用いて前記切削ツールを位置決めすることにより修正される、請求項１５に記載のツールホルダ。
【請求項１８】
前記切削ツールが、荒削り工程の際には第１のトレーリング角を定義し、仕上げ工程の際には該第１のトレーリング角とは異なる第２のトレーリング角を定義する、請求項１４に記載のツールホルダ。
【請求項１９】
前記切削ツールが、前記ツールホルダの長手方向軸と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径を含む、請求項１４に記載のツールホルダ。
【請求項２０】
前記切削ツールが、前記工作物が第１の方向に回転する際には、前記工作物の中心線の片側に配置され、前記工作物が反対方向である第２の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の反対側に配置される、請求項１４に記載のツールホルダ。
【請求項２１】
少なくとも３つの直線運動軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対する臨界角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、を備える工作機械を制御する方法であって、
前記少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して、前記１つの旋転軸又は回転軸を特定位置に移動するステップと、
前記直線運動軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、前記臨界角を修正するステップと、
を含む前記方法。
【請求項２２】
切削ツールを備えるツールホルダを制御する方法であって、
工作物の回転方向を逆にするステップと、
前記工作物の回転中心線の反対側に前記切削ツールを配置するステップと、
を含む前記方法。
【請求項２３】
少なくとも３つの直線運動軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に切削ツールを含むツールホルダと、を備える工作機械を制御する方法であって、
加工する工作物の形状寸法と前記切削ツールの前記工作物に対する幾何学的関係とを含むマクロを提供するステップを含み、
これにより、前記切削ツールが前記工作物の表面を横断する際、前記マクロが、特定の切削ツール配置を維持するのに必要とされる、前記少なくとも３つの直線運動軸と前記１つの旋転軸又は回転軸との移動を計算する、
前記方法。
【請求項２４】
前記マクロが、前記軸のそれぞれに対する前記切削ツールの速度を計算する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ツール・シャンクを備えるツールホルダであって、
前記ツール・シャンクが、前記ツールホルダをツール・レストに保持し、
前記ツールホルダが、切削ツールを支持するアダプタを含み、
前記切削ツールが、前記アダプタに取り付けられ、
前記切削ツールのすくい面が、前記ツールホルダの長手方向軸に対して実質的に垂直である、
前記ツールホルダ。
【請求項２６】
前記切削ツールが、前記ツールホルダの前記長手方向軸と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径を含む、請求項２５に記載のツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００２年９月３日に出願された米国仮出願第６０／４０７，８６４号の恩典を主張する。
【０００２】
本発明は、リード角、トレーリング角、すくい角、及びフランク逃げ角のような、選択可能な臨界角を有するツールホルダに関する。より詳細には、本発明は、インサート形状と工作物との間の特定関係を、数値制御された工作機械のソフトウェア・プログラムによって選択的に決定することにより、工作物の形状が変化した際にインサートと工作物との間の臨界角を維持することのできる、例えば旋盤又は複合工作機械のような、旋削及びねじ切り作業用の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
ほとんどの新型工作機械では、機械とその構成要素の移動及び制御は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）によって作動される。これらの工作機械は、通常、１つ以上のタレットを備える。各タレットは、様々なツールを備えることができ、工作物の様々な面においていくつかの作業を行う。
【０００４】
一般的には、旋削作業が、Ｘ軸及びＺ軸のような２つの直線軸において行われる。Ｙ軸のような第３の直線軸を旋削工作機械に加え、この軸において旋削作業ではなくフライス削り作業を支持してもよい。結果として、各所望の固有リード角に対して専用のツールホルダが必要とされ、これにより、加工作業に関するコストが高くなる。
【０００５】
さらに、従来のねじ切りツールにおける切削インサートのすくい面は、Ｘ軸及びＺ軸に位置する。ピッチ角が大きくなると、すくい面とねじ山との間の角度が大きくなる。また、特に、ねじ山の角度が一般的な逃げ角を超えて干渉が生じ得る前方エッジにおいては、逃げ角を変更しなければならない。従って、切削インサートは、特定ピッチ角のねじ山に特別に合わせて研削されることが多い。このため、このような様々なピッチ角を有する製品の製造業者は、各ピッチ角に特別に合わせた切削インサートを購入して在庫揃えをしなければならない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔に言うと、本発明によれば、少なくとも３つの直線運動軸と、該少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と連続的に又は同時に同期して特定位置に移動するように制御可能な、少なくとも１つの回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対する臨界角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダとを備える工作機械であって、前記直線運動軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、前記臨界角が修正される、工作機械が提供される。
【０００７】
本発明の別の態様では、工作機械が、少なくとも３つの直線運動軸と、該少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するように制御可能な、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対するリード角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダとを備え、前記少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して、特定速度で前記工作物の特定部分に移動するように、前記旋転軸を制御することにより、前記リード角が選択的に決定される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、制御可能なツールホルダが、少なくとも３つの直線運動軸と、該少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するように制御可能な少なくとも１つの回転軸と、を備える工作機械のツール・レストに取り付けられる。前記ツールホルダは、前記ツールホルダを前記ツール・レストに保持するツール・スピンドルと、切削ツールを支持するアダプタとを備え、前記切削ツールが、クランプによって前記アダプタに保持されると共に、臨界角を定義し、前記直線運動軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、前記臨界角が修正される。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、少なくとも３つの直線運動軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対する臨界角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、を備える工作機械を制御する方法が、前記少なくとも３つの直線運動軸のうちの１つの移動と同期して、前記１つの旋転軸又は回転軸を特定位置に移動するステップと、前記直線運動軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、前記臨界角を修正するステップとを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、切削ツールを備えるツールホルダを制御する方法が、工作物の回転方向を逆にするステップと、前記工作物の回転中心線の反対側に前記切削ツールを配置するステップとを含む。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、少なくとも３つの直線運動軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に切削ツールを含むツールホルダと、を備える工作機械を制御する方法が、加工する工作物の形状寸法と前記切削ツールの前記工作物に対する幾何学的関係とを含むマクロを提供するステップを含み、これにより、前記切削ツールが前記工作物の表面を横断する際、前記マクロが、特定の切削ツール配置を維持するのに必要とされる、前記少なくとも３つの直線運動軸と前記１つの旋転軸又は回転軸との移動を計算する。
【００１２】
本発明のさらなる特徴及び本発明から得られる利点は、図面を参照しながら成された以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面（同じ参照符号は同じ要素を表す）を参照すると、図１は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）によって作動される工作機械１０を示している。この工作機械１０は、主制御部１２、キーボードのような入力部１４、システム・プログラム・メモリ１６、ツール・ファイル１８、加工プログラム・メモリ２０、スピンドル制御部２２、ツール・レスト制御部２４、及びディスプレイ２６を有し、これらは、バス・ライン２８を介して接続されている。スピンドル・モータ３０が、スピンドル制御部２２と接続されている。このスピンドル・モータ３０は、中心軸ＣＴがＺ軸方向に平行なスピンドル３２を回転させる。また、この工作機械１０は、外径Ｄ１の工作物３８を保持したり解放するチャックつめ３６を備えたチャック３４も含む。スピンドル制御部２２は、工作物３８を、矢印Ｃ及びＤで示されているＸ軸方向に移動させることができる。工作物３８がチャックつめ３６に装填されているとき、工作物３８の長手方向軸ＬＷは、スピンドル３２の回転軸である中心軸ＣＴと一致する。
【００１４】
工作機械１０は、ツール・レスト制御部２４に接続された１つ以上のツール・レスト駆動モータ４０を含む。ツール・レスト４２が、このツール・レスト駆動モータ４０に接続され、このツール・レスト４２は、Ｚ軸方向と、矢印Ｅ及びＦで示されているＸ軸方向とに移動することができる。さらに、このツール・レスト４２は、ツール・レスト駆動モータ４０によって、Ｙ軸方向（この図１の用紙を出入りする方向）と、矢印Ｇ及びＨで示されているＢ軸方向とに移動することができる。ＣＮＣによって作動される工作機械の一例が、ＥＰ  １  １８６  ３６７  Ａ１号（この内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【００１５】
ツール・スピンドル４２ａが、ツール・レスト４２上に形成されている。参照番号５０で概略的に示されている本発明に係るツールホルダは、このツール・スピンドル４２ａと共に、取り付けたり、取り外したり、交換することができる。このツール・スピンドル４２ａは、米国特許第６，４１５，６９６号（この内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているような、素早く交換できるタイプのものであってよい。このツール・スピンドル４２ａは、ツールホルダ５０及びその他のツールを自由に固定して所定の保持状態に保持すると共に、回転軸（中心軸）ＣＴ２の周囲を自由に回転し、進行し、位置決めする。従って、工作機械１０は、旋転軸（Ｂ軸）、回転軸（ＣＴ２）、及び３つの直線運動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）を含む。ツールホルダ５０がツール・レスト４２に装填されているとき、ツールホルダ５０の長手方向軸Ｌ即ち中心線は、ツール・レスト４２の回転軸ＣＴ２と一致する。
【００１６】
ここで、図２〜図４を参照すると、ツールホルダ５０は、ツールホルダ５０をツール・レスト４２（図１）に保持するツール・シャンク５２を含む。また、ツールホルダ５０は、切削ツール５６を支持するアダプタ５４も含み、この切削ツール５６は、クランプ５８のような当該分野で周知の手段によって、アダプタ５４に対し、取り付けられるか静止位置にしっかりと固定される。図３に最も良く見られるように、すくい角６１は、切削ツール５６の頂面（すくい面５７）と、工作物３８の長手方向軸ＬＷ即ち中心線を通る面との間に形成される角として定義される。フランク逃げ角６３は、切削ツール５６の切削エッジと工作物３８との間に形成される角として定義され、端部逃げ角と呼ばれることもある。図４に最も良く見られるように、リード角６０は、切削ツール５６の前方エッジと工作物３８との間に形成される角として定義される。さらに、トレーリング角６２は、切削ツール５６の後方エッジと工作物３８との間に形成される角として定義される。切削ツール５６は、ツールホルダ５０の長手方向軸Ｌ即ち中心線と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径６４を含むことにより、切削ツール５６のリード角６０を再度方向付ける際にプロジェクション・エラーを回避するのが好ましい。しかしながら、本発明は、ツールホルダ５０の長手方向軸Ｌ即ち中心線と実質的に同心であるこの切削ツール・ノーズ半径６４を含まずに、実施してもよい。
【００１７】
本発明のツールホルダ５０の一態様では、切削ツール５６のリード角６０及び／又はトレーリング角６２のような臨界角は、３つの直線軸のうちの１つの移動ベクトルが変更されると、ＣＮＣのソフトウェア・プログラムによって、工作物３８の幾何学的形状の各部分に合わせて選択的に決定される。このリード角６０及び／又はトレーリング角６２は、工作機械１０の旋転軸（Ｂ軸）及び／又は回転軸（ＣＴ２）を制御して、３つの直線運動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）のうちの１つの移動と同期的に特定位置に移動させることにより、選択的に決定することができる。さらに、工作機械１０は、３つの直線運動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）のうちの１つの移動と連続的に又は同時に同期して特定速度で移動するようにプログラミングすることができる。
【００１８】
具体的には、このリード角６０及び／又はトレーリング角６２のような臨界角は、直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）とは独立して、旋転軸Ｂ及び／又は回転軸ＣＴ２を制御することにより、選択的に決定することができる。直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）が旋転軸（Ｂ）及び回転軸（ＣＴ２）とは独立してプログラミングされる場合、速度はインチ／分又はｍｍ／分の単位で表されるのが一般的である。しかしながら、ほとんどの制御では単位を混合することはできないため、同時に行われる直線運動及び回転運動は「逆時間」で特定されることが多い。この場合、様々な軸を再配置するのにかけられる時間が特定され、制御システムは、各軸がこの特定時点に目的座標に到達するのに必要とされる速度を逆算する。
【００１９】
具体的には、工作機械１０は、プログラマに供給されるマクロを用いてプログラミングすることができる。プログラマは、このマクロ内に、加工する部分の形状寸法と、切削ツール５６の工作物３８に対する幾何学的関係とを特定する。このマクロは、切削ツール５６が工作物３８の表面を横断する際、特定の切削ツール配置を維持するのに必要とされる直線軸及び旋転軸の移動を計算する。或いは、プログラマが、切削ツール５６が工作物３８を横断する速度を手動で特定し、マクロが、各軸に対して必要とされる速度を計算してもよい。
【００２０】
ここで、図５を参照すると、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されているように、リード角６０は、切削ツール５６が工作物３８に対して移動すると、工作物３８の形状寸法に対して動的に再度方向付けられる。具体的には、（特定の基準軸に対して補間する面又は初期条件に見られるような）切削ツール５６のリード角６０は、プログラム・ソフトウェアにおいて特定することができ、ＣＮＣは、直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸、又はＺ軸）のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、切削ツール５６のリード角６０が調整され、工作物３８の形状寸法に対して連続的に又は継続的に再配置されることにより、特定値が維持されるように、旋転軸（Ｂ軸）及び／又は回転軸（ＣＴ２）の周囲における切削ツール５６の回転を計算して命令することができる。
【００２１】
さらに、このリード角６０は、切削ツール５６と工作物３８の形体との干渉を予測するのにも用いることができる。例えば、このプログラム・ソフトウェアは、ある予測された干渉に対して、いくつかの方法で対処することができる。１つの方法は、警告を発して、予測された干渉のオペレータに通告する方法である。別の方法は、オペレータが介入する必要なく、自動的にその特定の逃げ角６０を無効にして、予測された干渉を防ぐ方法である。
【００２２】
同様に、トレーリング角６２も、このプログラム・ソフトウェアにおいて特定することができ、ＣＮＣは、直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸、又はＺ軸）のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更されると、トレーリング角６２が修正され、工作物３８の形状寸法に対して連続的に又は継続的に再配置されることにより、特定値が維持されるように、旋転軸（Ｂ軸）及び／又は回転軸（ＣＴ２）の周囲における切削ツール５６の回転を計算して命令することができる。リード角６０及び／又はトレーリング角６２を工作物３８の形状寸法に対して動的に再配置することにより、特に、切削ツール５６が旋削作業においてワイパー・インサートを備える場合に、切削ツール５６の性能が最適化される。
【００２３】
ここで、図６を参照すると、ワイパー切削ツール５６のトレーリング角６２は、（ａ）及び（ｂ）に示されているように、ワイパーが、荒削り工程の際には工作物３８に接触せず、仕上げ工程の際にのみ工作物３８に接触するように、工作物３８に対して選択的に方向付けることができ、これにより、ワイパー切削ツール５６の寿命は長くなる。工作物３８の形状の各部分に対してトレーリング角６２を選択的に最適化することにより、複雑な形状をした工作物２８の表面に優れた表面仕上げが施される。さらに、仕上げが行われているときにのみ、トレーリング角６２を仕上げに最適な値に小さくして、切削ツール５６の、その他の切削作業の際に用いられる部分を保護することにより、切削ツール５６の寿命を最適化することができる。さらに、トレーリング角６２を最適な値になるように選択的に制御することにより、通常はワイパー・インサートを用いた場合にのみ得られる、高速の送り速度での優れた表面仕上げを、従来のインサートで施すことができ、これにより、ツールの在庫品目が減少し、装置の複雑性が軽減される。或いは、インサートのワイパー部分が実質的に工作物２８に接したままになるように、トレーリング角６２を最適な値に選択的に制御することにより、従来のワイパー・インサートで、改良された表面仕上げを得ることができる。
【００２４】
しかしながら、様々な特殊の旋削作業があり、例えば、急ピッチ角旋削（溝切り及びねじ切り）では、切削インサートはすくい面がＸ−Ｙ面に位置するように従来の方式で方向付けられるため、ツール性能は最適化されない。本発明は、切削ツール５６が工作物３８の周囲を移動する際に、すくい面５７（図３）を切削ツール５６の経路に対して垂直に方向付けることによって、ツール性能を最適化する、切削ツール方向付け方法及びデバイスを提供する。
【００２５】
通常、本発明は、旋転軸Ｂ及び／又は回転軸ＣＴ２を利用することによって、加工するねじ山のピッチ角６５に対して垂直に切削ツール５６を位置決めすることができる。旋転軸Ｂ及び／又は回転軸ＣＴ２が基準位置にある場合、すくい角６１が本質的に０であると、すくい面５７は本質的にＸ−Ｚ面に位置し、（切削ツール５６の両側にある）逃げ角は本質的に対称的である。ねじ切りサイクルの開始前に、旋転軸Ｂ及び／又は回転軸ＣＴ２を回転させることによって、すくい面５７がねじ山のピッチに対して垂直にされる。次に、Ｘ軸及びＺ軸において行われるねじ切りサイクルが開始される。
【００２６】
切削ツール５６が工作物３８の周囲を移動する際に、すくい角６１の向きを最適化する１つの手法が、図７に示されている。第１の手法は、切削ツール５６がＺ軸に沿って移動して工作物３８にねじ山を形成する際に、切削ツール５６のすくい面５７をピッチ角６５に対して直角即ち垂直に位置決めする。これは、工作機械１０の回転軸ＣＴ２をピッチ角６５に実質的に等しくなるように回転させて、切削ツール５６のすくい面５７をピッチ角６５に対して直角に位置決めすることにより達成される。この手法では、切削深さは、ツールホルダ５０がＸ軸に沿って移動する際に、ツールホルダ５０によって決定される。このように、この手法は、加工物３８が（矢印で示されているように）回転する工作機械構造と、切削ツール５６を位置決めするための２つの直線運動軸（Ｘ軸及びＺ軸）と、切削ツール５６を位置決めするための回転軸ＣＴ２（中心線がＸ−Ｚ面にありＸ軸に平行）とを用いる。当然のことながら、ピッチ角６５を工作物３８及び切削ツール５６の形状寸法の関数として選択することにより、切削ツール５６の逃げ面と工作物３８との間の角として定義される所望の逃げ角を得ることができる。
【００２７】
すくい角６１の向きを最適化する別の手法が、図８に示されている。この手法も、ツールホルダ５０がＺ軸に沿って移動して工作物３８にねじ山を形成する際に、切削ツール５６のすくい面５７をピッチ角６５に対して直角即ち垂直に位置決めする。これは、工作機械１０の旋転軸Ｂをピッチ角６５に実質的に等しくなるように回転させて、切削ツール５６のすくい面５７をピッチ角６５に対して直角に位置決めすることにより達成される。この手法では、切削深さは、ツールホルダ５０がＹ軸に沿って（図面の紙面に突き刺さる方向に）移動する際に、ツールホルダ５０によって決定される。
【００２８】
本発明の別の態様では、図９に示されているように、工作物３８の長手方向軸ＬＷ即ち中心線のいずれの側にも切削ツール５６を配置することができる。図９（ａ）では、切削ツール５６は、工作物３８の中心線ＬＷの片側（下方）に配置されている。この位置では、工作物３８が第１の方向に回転している間、切削ツール５６の逃げ面５６ａが利用されて加工作業が行われる。工作物３８の長手方向軸ＬＷ即ち中心線の各側に位置するＹ軸を利用することによって、図９（ｂ）に示されているように、工作物３８が反対方向である第２の方向に回転している間、切削ツール５６の逃げ面５６ｂが利用されて加工作業が行われる。工作物の回転方向を逆にして、工作物の回転中心線の反対側に切削ツールを配置することにより、加工処理に利用される逃げ面の数が倍になり、事実上ツール寿命が倍になる。本発明のこの態様は、最終的なツール故障モードがＤＯＣ（切削深さ）において生じる場合、特に、最も激しいツール摩耗が切削ツール５６の逃げ面５６ａ及び５６ｂ上の点において生じるステンレス耐熱合金を加工する場合に、用いるのが非常に望ましい。
【００２９】
本発明のさらに別の態様では、図１０に示されているように、工作物３８の長手方向軸ＬＸのいずれの側にも距離Ｈだけ離間させて、切削ツール５６のすくい面５７を配置することができる。この長手方向軸ＬＸは、Ｙ軸に実質的に垂直であり、Ｘ軸に実質的に平行である、ということに注意されたい。この距離Ｈが工作物３８の直径に正比例することに注目すれば、切削ツール５０を、切削ツール５０が材料を切除して工作物３８の中心に向かって移動する際にこの距離Ｈを変更するようにプログラミングすることができる。従って、逃げ角６３を、切削ツール５０が工作物３８の中心に向かって移動する際に一定のままになるようにプログラミングすることができる。当然のことながら、この距離Ｈは、切削ツール５６のすくい面５７の向きに応じて、Ｘ軸だけでなくＹ軸に沿っても変更することができる。
【００３０】
上述したように、本発明は、少なくとも１つの直線軸及び少なくとも１つの旋転軸及び／又は回転軸に沿って移動する工作機械用の制御可能なツールホルダを提供する。当然のことながら、上述した実施形態は、本発明の原理を適用することができる実施可能な工作機械構造のうちのほんのいくつかの例にすぎず、本発明の原理は、移動範囲が適切であればどのような工作機械構造にも適用することができる。
【００３１】
本明細書中に挙げた文献、特許、及び特許願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３２】
本発明をその様々な実施形態に関して具体的に説明してきたが、当然のことながら、これは例示を意図するものであって限定を意図するものではなく、添付の特許請求の範囲は従来技術が許容する最大範囲で解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のツールホルダを備えた工作機械の制御ブロック図である。
【図２】本発明に係るツールホルダの斜視図である。
【図３】図２のツールホルダの側面図である。
【図４】図２のツールホルダの頂面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、制御可能なリード角及び／又はトレーリング角で工作物と係合している、本発明に係るツールホルダの頂面図である。
【図６】（ａ）は、荒削り工程において比較的大きなトレーリング角で工作物と係合している、ワイパー・インサートのような切削ツールを示す斜視図であり、（ｂ）は、仕上げ工程において最小のトレーリング角で工作物と係合している、ワイパー・インサートのような切削ツールを示す斜視図である。
【図７】切削ツールが工作物の周囲を移動する際に切削ツールのすくい角を最適化するツールホルダを備えた、工作機械を示す図である。
【図８】切削ツールが工作物の周囲を移動する際に切削ツールのすくい角を最適化するツールホルダを備えた、工作機械の別の実施形態を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、工作機械及びツールホルダを、Ｙ軸に沿って移動させることができると共に、工作物の長手方向軸のいずれの側にも配置することができる、本発明の一態様を示す図である。
【図１０】工作物の中心線とツールホルダのすくい面とをずらした、図２のツールホルダの側面図である。
【図１】
2005537145.tif 000003
【図２】
2005537145.tif 000004
【図３】
2005537145.tif 000005
【図４】
2005537145.tif 000006
【図５】
2005537145.tif 000007
【図６】
2005537145.tif 000008
【図７】
2005537145.tif 000009
【図８】
2005537145.tif 000010
【図９】
2005537145.tif 000011
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月13日(2004.8.13)
【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つの直線軸と、
前記少なくとも１つの直線軸の移動と連続的に又は同時に同期して特定位置に移動するようにプログラミング可能な、１つの旋転軸又は回転軸と、
ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対するリード角又はトレーリング角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、
を備える工作機械であって、
前記少なくとも１つの直線軸の移動とは独立して、前記工作物の中心線以外の軸の周囲における前記１つの旋転軸又は回転軸の移動を制御することにより、前記リード角又は前記トレーリング角が一定のままである、
前記工作機械。
【請求項２】
前記切削ツールが、荒削り工程の際には第１のトレーリング角を定義し、仕上げ工程の際には該第１のトレーリング角とは異なる第２のトレーリング角を定義する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記切削ツールが、前記ツールホルダの長手方向軸と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径を含む、請求項１に記載の工作機械。
【請求項４】
前記切削ツールが、前記工作物が第１の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の片側に配置され、前記工作物が反対方向である第２の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の反対側に配置される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項５】
前記切削ツールの前記リード角が、前記切削ツールと前記工作物との干渉を予測するのに用いられる、請求項１に記載の工作機械。
【請求項６】
前記切削ツールの逃げ角が、前記工作物の形状寸法に対して調整される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項７】
前記切削ツールの前記リード角が、前記工作物の形状寸法に対して調整される、請求項１に記載の工作機械。
【請求項８】
前記切削ツールのすくい面が、前記ツールホルダの長手方向軸に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の工作機械。
【請求項９】
少なくとも３つの互いに垂直な直線軸と、
前記少なくとも３つの互いに垂直な直線軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するようにプログラミング可能な、１つの旋転軸又は回転軸と、
ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対するリード角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、
を備える工作機械であって、
前記少なくとも３つの互いに垂直な直線軸のうちの１つの移動と同期して、前記工作物の長手方向軸以外の軸の周囲において、特定速度で前記工作物の特定部分に移動するように、前記１つの旋転軸をプログラミングすることにより、前記リード角が選択的に決定される、
前記工作機械。
【請求項１０】
前記直線軸のそれぞれが特定時点に前記工作物の前記特定部分を横断するための前記特定速度を逆算する、請求項９に記載の工作機械。
【請求項１１】
少なくとも３つの互いに垂直な直線軸と、該少なくとも３つの互いに垂直な直線軸のうちの１つの移動と同期して特定位置に移動するようにプログラミング可能な１つの旋転軸又は回転軸と、を備える工作機械のツール・レストに取り付けられた、プログラミング可能なツールホルダであって、
前記ツールホルダを前記ツール・レストに保持するツール・スピンドルと、
切削ツールを支持するアダプタと、
を備え、
前記切削ツールが、クランプによって前記アダプタに保持されると共に、リード角又はトレーリング角を定義し、
前記少なくとも３つの互いに垂直な直線軸の移動とは独立して、前記工作物の中心線以外の軸の周囲において、前記１つの旋転軸又は回転軸を移動することにより、前記リード角又は前記トレーリング角が一定のままである、
前記ツールホルダ。
【請求項１２】
前記切削ツールが、荒削り工程の際には第１のトレーリング角を定義し、仕上げ工程の際には該第１のトレーリング角とは異なる第２のトレーリング角を定義する、請求項１１に記載のツールホルダ。
【請求項１３】
前記切削ツールが、前記ツールホルダの長手方向軸と実質的に同心である切削ツール・ノーズ半径を含む、請求項１１に記載のツールホルダ。
【請求項１４】
前記切削ツールが、前記工作物が第１の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の片側に配置され、前記工作物が反対方向である第２の方向に回転する際には、前記工作物の前記中心線の反対側に配置される、請求項１１に記載のツールホルダ。
【請求項１５】
少なくとも３つの互いに垂直な直線軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に、工作物に対するリード角又はトレーリング角を定義する切削ツールを含む、ツールホルダと、を備える工作機械をプログラミングする方法であって、
前記少なくとも３つの互いに垂直な直線軸のうちの１つの移動と同期して、前記工作物の中心線以外の軸の周囲において、前記１つの旋転軸又は回転軸を特定位置に独立して移動するステップと、
前記直線軸のうちの少なくとも１つの移動ベクトルが変更される際に、前記リード角又は前記トレーリング角を一定に維持するステップと、
を含む前記方法。
【請求項１６】
切削ツールを備えるツールホルダをプログラミングする方法であって、
工作物の回転方向を逆にするステップと、
前記工作物の回転中心線の反対側に前記切削ツールを配置するステップと、
を含み、
これにより、前記切削ツールの逃げ面が、加工作業を行うのに利用される、
前記方法。
【請求項１７】
少なくとも３つの互いに垂直な直線軸と、１つの旋転軸又は回転軸と、ツール・レストに取り付けられると共に切削ツールを含むツールホルダと、を備える工作機械をプログラミングする方法であって、
加工する工作物の形状寸法と前記切削ツールの前記工作物に対する幾何学的関係とを含むマクロを提供するステップを含み、
これにより、前記切削ツールが前記工作物の表面を横断する際、前記マクロが、特定の切削ツール配置を維持するのに必要とされる、前記少なくとも３つの互いに垂直な直線軸の移動と、前記工作物の中心線以外の軸の周囲における前記１つの旋転軸又は回転軸の移動とを計算する、
前記方法。
【請求項１８】
前記マクロが、前記軸のそれぞれに対する前記切削ツールの速度を計算する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記切削ツールが前記工作物の中心線に向かって移動する際、前記切削ツールの逃げ角が一定のままであるように、前記マクロが、前記切削ツールと前記工作物との間の距離を変更する、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2005537145.tif 000013