(57)【要約】  工作機械コントロール方法は明らかにされて、ワーク生産プロセスを実行するために、前記プロセスに従って工作物を加工するために切削工具（４０）を有する工作機械を使用して開示された工作機械制御方法であって、切削工具（４０）は、シャンク（３０）を有する第１の部分と、切削面（４８）を有する第２の部分、および、オプションで、工具ホルダ、プロセスの少なくとも一の状態を感知するための切削工具（４０）の第２の部分に備わるセンサー装置（４２、４４）、および機械コントローラ（２４）を有し、プロセスを開始させるために機械コントローラ（２４）のコントロールの下で、機械を作動させるステップと、プロセスの少なくとも一の状態を感知するステップと、プロセス中に感知された状態に従って、コントローラまたはセンサーベースの切削パラメータを適応させるステップとを備える。切削工具（４０）は、プロセス中に交換可能であってもよい。プロセスは、単一の切削動作であってもよい。センサーベースのパラメータは、機械コントローラから独立に適応し得る。
2008524006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク生産プロセスを実行するためにワーク生産プロセスに従って工作物を加工するための切削工具を有する工作機械を用いる工作機械制御方法であって、
前記切削工具は、シャンクを有する第１の部分及び切削面を有する第２の部分；  ワーク生産プロセスの少なくとも一の状態を感知するために前記切削工具の前記第２の部分に備わるセンサー装置；及び、機械コントローラを備え、
ワーク生産プロセスを始まらせるように、機械コントローラのコントロールの下に機械を操作するステップと；
ワーク生産プロセスの少なくとも一の状態を感知するステップと；
感知された状態に従って、ワーク生産プロセスの間に切削パラメータを適応させるステップとを有する、
工作機械制御方法。
【請求項２】
ワーク生産プロセスの間に切削工具が交換可能である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワーク生産プロセスが単一の切削操作を有する、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記切削工具の第２の部分が工具ホルダをさらに含む、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項５】
前記切削パラメータは、コントローラベースまたはセンサーベースである、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項６】
センサーベースのパラメータは、機械コントローラから独立して適応される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記切削パラメータは、スピンドルスピード；送り速度；切り込み深さ；加速度；切削工具ポジション；切削工具形状；  切削面形状のいずれかを含む、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項８】
前記工作機械は、ワーク生産プロセスの適応化を可能にする機械コントローラと切削工具との間のフィードバックループを含む、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項９】
少なくとも一の感知された状態が前記コントローラにリアルタイムに伝達される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサーは、歪ゲージ；サーミスター；熱電対；圧電素子；  コンデンサー；  磁歪素子；  電歪素子；光学式トランスデューサ；  電気回路；又は加速度計である、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項１１】
前記センサーは、前記切削工具の第２の部分に一体化されている、先行する請求項のいずれかに係る工作機械。
【請求項１２】
前記センサーは、前記切削面に備わり、前記切削面は、交換可能である、請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記感知された状態は、切削力を含む、先行する請求項のいずれかに係る方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３の方法で使用するための工作機械コントローラ。
【請求項１５】
工作物生産プロセスプログラムをロードするステップ；
あらかじめ選択された回転スピードでスピンドルを回転させ、工作機械のスピンドルと工作物または切削工具との間のあらかじめ選択されたベクトル量の相対移動を発生させることを含む前記機械を制御するためのプログラムを実行するステップ；及び
ワーク生産状態と関連するフィードバックを前記コントローラへ与えるステップ；からなる方法ステップに従って作動可能な工作機械コントローラであって、  
ワーク生産プロセスの間に、前記コントローラとの通信にしたがって、工作物または切削工具に対するスピンドルの回転スピード、または、スピンドルのベクトル量を変更するステップにより特徴付けられる工作機械コントローラ。
【請求項１６】
前記状態を示す少なくとも一の入力は、ワーク生産プロセスのコントロールが実行されている間、継続的に監視され、ワーク生産プロセスは、必要な時に実質的にリアルタイムに更新される、適応制御が可能な請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一の状態が、
前記機械の切削工具、ワーク、またはパーツのいずれかの振動の振幅、周波数、又はそれらの変化量  ；
前記切削工具、工作物チップ／削りくず、又は工作物の温度；
前記スピンドルまたはカッターの個々の歯に及ぼされるトルク又は力；
前記機械、カッター、または工作物の一部における応力または歪またはそれらの変化量；
励起した前記切削工具の振幅または周波数の変化；
前記切削工具の静電容量、電気抵抗、磁歪性又は電歪性プロパティの変化；  
前記切削工具のたわみ；及び
工作機械性能の誤差、
のうちの一以上を含む請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一の状態が、前記切削工具から前記機械のスピンドルを通して前記コントローラに続く経路を介して前記機械コントローラに伝達される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記経路は、前記切削工具と前記工作機械との間のインタフェースのスピンドルにおけるコンタクトと、前記スピンドルと前記機械の固定された部分との間の誘導性等の回転可能リンクとを、含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一の状態は、前記切削工具の切削面または工具ホルダに備わるセンサーを使って感知される、請求項１５ないし１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記切削工具は、回転可能であり、前記状態の感知は、切削工具が回転し、および／または、切削している間に生じ得る、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、素材の切削により工作物を生産するのに使用される機械、及び、そのような機械を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の機械制御は、いわゆるコンピュータ数値制御が中心となっている。このシステムは、例えばスピンドルスピード、クーラントフローなどの開始等のさらなる指令とともに、金属を切削するために工作物に対して様々な方向に動くのを機械に指令するプログラムコードを使用する。プログラムは、一般的に「ＮＣ」と呼ばれる機械のコントローラにロードされ、実行される。プログラムを止め、そして、他の場所の例えば別個のＰＣからそれらの変数を呼び出すことだけによって、プログラムの変数を変更することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機械加工または回転切削手段あるいは装置を形成する作業を使用する機械で動作を生み出す他の作業の間に、問題が発生し得る。例えば、切削装置は、工作物または機械ベッドの予測できない振動を引き起こし得る。振動の開始ポイントおよびその程度は変化に富む。激しい振動は受容することができない表面仕上げを引き起こす。熱変化もまたワークの歪みを引き起こし、正確でない工作物の寸法をもたらし得る。
【０００４】
今のところ、上記の問題を満足いくように克服することができる装置は、発明者に知られていない。現在、工作物の振動及び／又は温度を監視することは可能であるが、機械の作動を直ちに変更する方法が存在しない。代わりに、今のところ、プログラム指令ラインを終了させ、例えば、カッターのスピードや送り等の新しいパラメータを呼び出し、そして、プログラムの次のラインを続行する必要がある。加工プロセスの緊急停止を実行するか、あるいは、アラームを鳴らしてオペレータに警報を出すことが知られているけれども、プロセスを止めると、中断時間を発生させ、アラームの原因を取り除くために、オペレータの介入を必要とする。
【０００５】
さらに、問題が存在しない場合に、増大する生産性を工作機械に要求することは望ましい。同様に、即座に、すなわち、リアルタイムにそのような増加を提供することは可能ではなく、また、上で述べられるタイプの問題が発生した場合に、直ちに要求を取り消す能力なしで、増大した生産性を要求することは多少危険である。増大した生産性へのそのような要求は繰り返しなされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ワーク生産プロセスに従って工作物を加工するための切削工具を有し、かつ、ワーク生産プロセスを実行するための工作機械を採用する工作機械制御方法を提供する。切削工具は、シャンクを有する第１の部分と切削面を有する第２の部分；ワーク生産プロセスの少なくとも一の状態を感知するために切削工具の第２の部分に備わるセンサー装置；及び機械コントローラ、を備え、前記方法は、適切な順序で以下のステップを備える：  ワーク生産プロセスを始まらせるように機械コントローラの制御の下で機械を操作するステップ；  ワーク生産プロセスの少なくとも一の状態を感知するステップ；感知された状態に従って、ワーク生産プロセスの間の切削パラメータを適応させるステップ。
【０００７】
先行技術を超える本発明の利点は、このようにワーク生産プロセスの間に切削パラメータが適応することであり、切削工具を変更する、あるいは、先行技術において開示されたように、中断するプロセスの背後にある原因の調査を許容するために、プロセスを止めるより、むしろ、本発明は、例えば、切削工具が長持ちするなどの状態変更として、プロセス中の切削パラメータの変更を許容する。そのような変更は、現在の方法に比べて、増大した生産性および減らされた機械中断時間を結果として生むワーク生産プロセスの追加的な調整である。
【０００８】
ワーク生産プロセスは、単一の切削または機械加工と、多くの分離した切削または機械加工との双方を含む。
【０００９】
例えば切削面がインサートとして提供される場合には、しばしば、切削工具の第２の部分は工具ホルダも含む。工具ホルダは切削面とシャンクの間に配置され、センサーも、切削工具、すなわち切削面の第２の部分または工具ホルダに備わる。切削面は、ワーク生産プロセスを実行する、すなわち、素材を工作物から除去する切削工具の部分である。一体鋳造の工具では、切削面は、工作機械のスピンドルに取り付けられるシャンクに直接接続されている。切削工具の他のタイプは、インサートであり得る切削面とこれらの２つの機能を分離するシャンクとの間の工具ホルダセクションを有する。
【００１０】
好適には、工作機械は、機械コントローラと切削工具と間に工作物生産プロセスの変更を可能にするフィードバックループを含む。
【００１１】
好適には、切削工具は交換可能で、ワーク生産プロセスの間に自動的に有利に交換されてもよい。
【００１２】
好適には、ワーク生産プロセスの感知された状態は、（加速を含む）力を遮断することを含む。ワーク生産プロセスの変更化または適応化は、工作物に対する切削工具の位置の修正を含む。
【００１３】
本発明は、上記の方法を使用するための工作機械コントローラにまで及ぶ。
【００１４】
本発明は、以下の方法ステップに従って操作可能な工作機械コントローラにまでさらに及ぶ：ワーク生産プロセスプログラムをロードするステップ；  あらかじめ選択された回転スピードでスピンドルを回転させて、工作機械のスピンドルと工作物または切削工具との間であらかじめ選択されたベクトル量の相対移動を起こすことを含む機械をコントロールするためにプログラムを実行するステップ；  加工状態に関連するフィードバックをコントローラへ提供するステップ；そして、スピンドルの回転スピード、または、工作物または切削工具に対するスピンドルのベクトル量を、ワーク生産プロセスの間に、コントローラと通信した状態に従って変更するステップにより特徴付けられる。
【００１５】
機械がフライス盤である場合には、相対移動はスピンドルと工作物の間である。機械が旋盤である場合には、相対移動はスピンドルと切削工具の間である。
【００１６】
好適には、工作機械コントローラは、ワーク生産プロセスのコントロールが進行中で、必要な時にリアルタイムにワーク生産プロセスを実質的にアップデートする間、前記状態を示す少なくとも一の入力を継続的（例えば、ミリ秒毎）に監視することにより適応制御が可能である。
【００１７】
切削工具の第２の部分に存在する少なくとも一つのセンサーに加えて、工作物又は工作機械における状態を監視するために追加センサーを備えることができる。例えば、切削工具及びスピンドルにおいて特徴が測定された場合、正常な状態のもとで、これらの値の間で相互関係が予期され、例えば、スピンドルの特徴が増加する場合には、一のセンサも、切削工具の特徴が増大することを予期する。そのような関連した特徴の例は、切削工具力とスピンドルトルクである。この相互関係における偏差は、切削工具のダメージ、破損あるいは摩耗のような問題を示し得る。
【００１８】
好適には、上記のパラグラフにおいて言及された少なくとも一の状態は、以下のうちの一以上を含む：
切削工具、ワーク及び工作機械の部品のいずれかの振動振幅、周波数、またはそれらのバリエーション；  
切削工具、工作物チップ／削りくず、または、工作物の温度；
スピンドルまたはカッターの個々の歯に及ぼされたトルクまたは力；
機械の一部、カッター又は工作物の応力又は歪、あるいはそれらのバリエーション；
励起した切削工具の振幅または周波数の変化；
切削工具の静電容量、電気抵抗、磁気歪又は電歪特性の変化；
切削工具のたわみ；  及び、
工作機械性能における誤差。
【００１９】
好適には、少なくとも一の状態が、切削工具から機械のスピンドルを通してコントローラに向かう経路を介して機械コントローラに伝達される。好適には、経路は、スピンドル、切削工具と工作機械と誘導性等の回転可能なリンクとの間のインタフェース、スピンドルと機械の固定された部分との間にコンタクトを含む。
【００２０】
代替的に、経路は、切削工具に送電線を備える機械スピンドル内に埋められるスリップリングを備えている。あるいは、切削工具はバッテリー、トランスミッター及びレシーバーを備えてもよく、電磁送信は、切削工具と工作機械またはその近くに配置された通信トランスミッター及びレシーバーとの間で使用される。
【００２１】
好適には、少なくとも一の状態は、切削工具の第２の部分に搭載されるセンサーを使って感知される。切削工具は、回転可能とすることができ、切削工具が回転し、および／または、切削する間に状態の感知は発生し得る。
【００２２】
センサーを切削工具上に配置するほうが、センサーが切削工具から離れている、例えば、工作機械または工作物上よりも、正確なセンサー信号を与えてくれるので有利である。さらに、パラメータのより小さい変化が検出され得る。そのようなセンサーは、スピンドルから刃先の変位を起こし、システムの剛性を低下させてワーク生産プロセスを正確ではなく、反復可能ではなくするものとして有利であるが、機械と刃先との間のロードパス長さは、そのようなセンサーによっては増加しない。
【００２３】
本発明の更なる観点は、例えば、工具の表面に内蔵、一体化又は装着された歪ゲージ等の内蔵又は一体化されたセンサーを有する切削工具を提供する。
【００２４】
そのような内蔵センサーは、切削面または工具ホルダの一部として提供され得る。好適には、センサーは、摩耗又はダメージを受けたときに交換され得る切削面の一部である。この場合、電力及び信号経路は、切削工具と、その切削工具の取り付け台と、誘導性リンク、スリップリングまたは電磁送信を介して駆動される機械コントローラとの間の電気的接続を介して、機械コントローラから、および、機械コントローラへ供給され得る。
【００２５】
代替的には、内蔵センサーは、切削工具と関連する切削パラメータを機械コントローラと独立に選択的に変更できるが、しかしながら、少なくとも電力経路は、これを促進するのに必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は図面の補助によってさらに説明される。
ＣＮＣ工作機械１０は、モーター（図示されない）により駆動可能なスピンドル１２を有している。工作機械は、スピンドルに対して回転しない固定された部分１４を有する。スピンドルは、通常、切削工具受容領域１６に搭載された切削工具４０と共に回転する。切削工具４０は、補足的な切削工具受容領域１６に嵌る第１の部分またはシャンク３０を有する。
【００２７】
切削工具がスピンドルに取り付けられる際には、ロードパス長さ５０は、切削面とスピンドルの近接端部との間の距離である。
【００２８】
本実施形態では、切削工具の第２の部分または切削面４８が、部分的に切断された断面４１で示されるセンサー４２と４４を有している。センサー４２は、振動を測定するための加速度計であり、センサー４４は、切削工具の歯４５に接近する温度を測定するための温度センサーである。これらのセンサーは、介在回路４６を介してコンタクト３２に接続されている。使用において、シャンク３０は領域１６に位置決めされ、コンタクト３２は、スピンドル１２における補足的コンタクト１８に隣接する。
【００２９】
機械１０の作動において、センサー４２／４４からの信号は、コンタクト３２／１８を通って誘導性リンク２０と、そして外部インタフェース２２へ送られる。本実施形態では、信号は、それからＮＣ２４へ送られる。代替的には、信号は、通常的には、インタフェース２２によりプロセスされ得る。スピンドルの動作は、ＮＣからの指令を使用するインタフェースによりコントロールされ、センサーデータは、スピンドル動作に必要な変化をインタフェースに伝達すると、前記データをプロセスした後にＮＣによりプロセスされる。
【００３０】
ＮＣ２４は、インタフェース２２からの入力を実質的に連続的に監視するために、新規な方法で作動する。実際には、ＮＣはプログラム言語の従来のラインを実行するけれども、１ミリ秒ごとにインタフェースから入力を監視する。ＮＣにおいてアルゴリズムは連続的に実行され、そして、入力は評価される。
【００３１】
特定の入力がそのとき実行されるプログラムのラインでの修正を引き起こすように、入力はプロセスされる。この修正は、開始されたプログラムのラインよりも前に設定されたパラメータを変更できる。この場合には、過剰な切削工具温度または振動が、プログラムラインが実行されている間に、切削工具の送り速度または切削スピードを遅くさせる。非常に低い温度または振動が送り速度または切削工具切削スピードを増加させることは可能である。従って、加工プログラムはリアルタイムに変更される。
【００３２】
さらに、入力は、最適なワーク生産パラメータが得られるように、前プロセスされ得る（ＮＣ２４、インタフェース２２、ＰＣ２６の中、またはＭＭＩ２８でのオペレータ介入により）。例えば、一定の状態が、工作物が一定の周波数で自然に振動するような一定の悪い効果を引き起こすということが知られている場合には、そして、それらの状態にまさに達しようとしている場合には、ワーク生産プロセスのためのプログラムは予測的に修正され得る。
【００３３】
コントローラの応答がリアルタイムであると考えられる時には、応答がｌＯミリ秒以下で発生することを概して意味する。例えば、補間の間にフライス工具たわみを測定するためにトランスデューサが備わり、そして、工具たわみがモニターされ、プロセスされ、その結果がリアルタイムに機械コントローラパスに適用される。従って、工具チップパスは、このように、フライスプロセスの間に、所定のパスから修正され、要求された切削形状が生み出される。切削パラメータを変更するためにプロセスを中断し機械プログラムを修正する必要がなくなる。
【００３４】
代替的に、コントローラは、加工部分プログラムの一定間隔または所定のポイントでインタフェースからの入力をモニターする。従って、実質的にはリアルタイムではないけれども、本発明のこの実施形態では、加工プロセス中に切削パラメータの適応化がさらに起こる。この場合、データは収集され、インタフェースにおいてプロセスされる。部分プログラムの所定時間またはポイントにおいて、コントローラは、インタフェースからのプロセス値をチェックし、それらを期待値と比較し、プロセスでの期待値からの偏差を訂正するために、その後の動作を実行する。例えば、トランスデューサが補間中に工具たわみを測定するために使用される時には、インタフェースは計算し、形体位置または寸法エラーを記憶する。プログラムの所定のポイント、例えば、部分プログラムのその後に続くラインでは、形体サイズが期待される形体サイズ及び計算されたエラーと比較され、あるいは、エラー値が読み込まれる；  エラーが公差に対してチェックされ、公差の範囲外にある場合には、正しいサイズの形体を生み出すために、形体を再加工するためにマクロが新しいパスコマンドとともに実行される。
【００３５】
従って、パラメータ：  切削工具送り速度；  切削工具スピード；及び、切削工具／ワークパスは、その時動いているプログラムラインとは無関係にリアルタイムにアップデートされる。
【００３６】
コントローラは、また、センサーまたは他の入力からの履歴データに基づいてパラメータを動作中に修正するのにも使用できる。カッターのパスの形態（例えば、円形のパス）を訂正することは今のところできない。このため、そのようなパスの中心と半径は変更できるが、工作機械が円形パスを不正確に切削した場合には、不正確な形体が生み出される。本発明のコントローラは、切削工具パスの修正によって形状エラーを訂正するための入力を切削操作中に受け入れるように動作可能である。この例における感知される状態は、工作機械の固有の不正確さを前提として、正確な工作物を生産するために必要な工作機械精度および矯正パスに関連する保存されたデータである。
【００３７】
図２は、第１の部分すなわちシャンク１３０および切削面１４８ａ（これが切削インサートである）および工具ホルダ１４８ｂを含む第２の部分１４を有する切削工具１４０を示している。センサー１４２と１４４は、工具ホルダ１４８ｂの切削面１４８ａに隣接して又は近接して備わる。
【００３８】
この例では、センサー１４２，１４４は、以下のうちの１つ以上を含む：  歪ゲージ；  サーミスター；  熱電対；  圧電素子；  コンデンサー；  磁気ひずみ素子；  電歪素子；  光学式のトランスデューサ（ＰＳＤ、エンコーダ、カメラ）；  加速度計；  電気回路；  マイクロフォン。
【００３９】
多くの種々の状態またはパラメータは、これらのセンサーによって測定される。例えば、切削工具と工作物との間の摩擦に比例し、そして、切削面の摩耗を示す温度は、サーミスター；熱電対；  バイメタルストリップ；  あるいは、赤外線測定。
【００４０】
切削工具により荒い切削を引き起こす振動またはびびりは、以下のものにより測定できる。圧電素子；  内部オプティカルトランスデューサ；  歪ゲージ；あるいは加速度計。スピンドルまたはスピンドルベアリングの振動または不均衡は、ベアリングなどの機械部品の摩耗に影響し、加速度計を使って測定できる。
【００４１】
切削工具にかかる力は、切削工具をたわませ、あるいは、破損させるほど過剰な時には、圧電素子；動力計または加速度計により測定できる。
【００４２】
切削面の位置エラーの結果として生じ、切削工具にかかる力に比例し、この状態を算出するのに使用される切削工具のたわみは、内部オプティカルトランスデューサ；  圧電素子；  歪ゲージ；  またはコンデンサーを使って測定できる。
【００４３】
切削工具の破損またはチッピングを示すアコースティック・エミッションは、圧電素子またはマイクロフォンによって測定できる。
【００４４】
切削面に置かれた電気回路の抵抗は、切削工具の摩耗を示す。
【００４５】
ニューラルネットワークは、一以上のセンサからのデータを結合するのに使用でき、このセンサは、工具破損が起こりそうで、この発生に先がけてプロセスを停止又は工具を変更するとき、破損の発生した場合に、工作物／機械へのダメージを防止するべく、全体的に解釈し、補間するための一以上のパラメータを測定する。
【００４６】
状態またはパラメータのいくつかは、加工プロセスの間に、操作し、または動的に変更できる。例えば、切削工具または工作物の温度は、例えば、液体窒素による内部または外部極低温冷却によりコントロールできる。
【００４７】
クーラントの供給レートは、温度状態を維持するために、加工プロセスの間に変更できる。
【００４８】
振動、びびり、または工作物の不安定さは、例えば、切削工具の共振周波数の影響を和らげるために、切削工具の物理的な性質を変更して共振周波数を変える、あるいは、スピンドルスピードを変更して振動の周波数を変更し切削工具を共振周波数ゾーンから移動させることによってコントロールできる。  スピンドルまたはスピンドルベアリングの振動または不均衡は、サーボドライブ荷重；  または、圧電素子の操作によりコントロールできる。
【００４９】
切削工具への電力の供給は、例えば、スピンドルに対する移動を許容する等の切削工具の特別な機能を有効にする。そのような機能は、バルブシートの加工、面削りヘッドおよび単一穴あけヘッドの使用を含む多くの環境において有利である。独立して移動可能な切削工具の別の適用は、インテリジェントな深さ加工工具としてである。切削工具の独立の移動は、正確な穴深さと直径寸法（スピンドルに対する切削工具の移動より小さいか、または、同一）を可能にする。
【００５０】
本発明は、回転切削工具の供給も可能にする。これは、加工プロセスにおいて補助するように高速であるか、あるいは、例えば、円形の切削面とともに、低速のいずれかであり、そこでは、切削工具は回転し、加工プロセス時間の長さを延ばす切削面摩耗は、工具交換操作が必要とされる前まで続く。回転は、例えば、円形面では連続的であり、あるいは、三角形状の切削面では、断続的である。３以上の側面をもつ切削面の場合には、例えば、圧電素子等のアクチュエーターを備えることができる。ここで、自動的な切削チップの割り出しを備えていても良い。圧電素子は、チップを持ち上げることにより、加工プロセスを通じて、所定の時間間隔で切削ポジションへの工具の回転及び順次の再配置を可能にする。
【００５１】
また、マニュアルの介入または工具交換装置を必要としないで、自動的なツール置換を与えることも可能である。一の例では、大量の切削面またはチップが切削工具内に備えられ、使用中の切削チップが破損したとき、それは機械的に、例えば、備わる圧電素子またはピストン切削工具により排出され、新しい切削面が工作物に対して露出するのを許容する。代わりに、セグメント化された切削チップが与えられ、使用中のセグメントが摩耗したときに、例えば、セグメント化された切削チップをスピンドル面と等しいレベルまで下降させ、ジョイントを留めるために表面に対して切削チップを突き当てることで、これと隣接するセグメントとの間の弱いジョイントが壊れると、それにより、次のセグメントが工作物に対して与えられる。
【００５２】
本発明は、内部最小量潤滑システムの使用をさらに可能にする。冷却剤の容器は切削工具に隣接してまたは一体的に提供され、そして、潤滑油は、切削面でリリースされるように、導かれる。
代替的に、または、付加的に、冷却剤は、工具シャンクを通じて汲み上げることができる。圧縮され、または、冷却された空気は、代わりに、切削面で排出するために、工具シャンクを通して与えられる。
【００５３】
切削パラメータは、送り速度；切り込み深さ；加速度；スピンドルスピード；などのコントローラベースパラメータ、及び、切削工具ポジション；切削工具形状；切削面形状などの、センサーベースパラメータを含む。これらのパラメータのすべては、ＮＣまたは外部のインタフェースによりモニターできる。さらに、センサーベースパラメータは、モニターでき、そして、ＮＣと独立に内部的に、すなわち、内部ＭＥＭＳを使用する切削工具、または、部分的または完全に一体化された切削工具ベースインタフェースを使っている切削工具に適応され得る。
【００５４】
一の例において、感知された状態は、切削力であってもよい。力は、多くの方法、例えば工作機械のスピンドルに作用するトルク、切削工具または切削工具または工作物、工具ホルダ、または他の機械部品の応力／歪、あるいは、切削工具における速度の変化において、切削工具、またはその近傍で測定できる。
【００５５】
一定の力による切削工具のたわみは、例えば、切削し、そして、有効な切り込み深さに対して切削力を測定することによって、あるいは、オフラインで切削工具を前もってキャリブレーションすることにより決定できる。
【００５６】
その時の切削力値あたりのたわみが知られているならば、切削力がワーク生産とＮＣでの入力の間に感知される時に、切削工具の切削パスを変更し、したがって、より正確な切削を生み出すために、切削プログラムを修正することができる。
切削工具のたわみは、また、切削工具パスが変更される場合に、切削効率を高めるために使用され、例えば最大の切削力は継続的に適切な場所に適用される。代替的に、減少された、スピード、送り及び／または切り込み深さは、切削工具の寿命を延長するために適用できる。
【００５７】
図３は、一体化された歪ゲージ２５０を備える切削面２４８を有する切削工具２４０を示している。切削工具が工具シャンク又は工作機械の工具ブロックに挿入された場合に、スピンドルにおける相補的コンタクト（図１）に接触し、電力が歪ゲージ２５０に供給され、シャンク２３０のコンタクト２３２で２６２を終端する電気経路２６０を介して歪ゲージから信号が取得される。
【００５８】
一体化された歪ゲージは、切削工具のたわみと力を示すことができる。高いたわみは、加工プロセスが許容外であることを意味し、力は、最適な切削スピードが使われているかどうかを判断するために使用できる。さらに、切削面または工具ホルダの重量、釣り合い、または速度は、加速度計によりモニターされ、重大な変化が発生すると、そのような変化は切削面へのダメージを示すものとして、これが機械コントローラにフィードバックされる。
【００５９】
有利に、一体化されたセンサーは、スマートツーリングシステムとして備えられ、センサーは、切削条件において変化をもたらすために機械コントローラへ必ずしもフィードバックしない。この実施形態では、センサーは、例えば、マイクロ−電機機械なシステムまたはＭＥＭＳを含む、切削面または工具ホルダ内の小型回路の一部です。小型回路は外部のインタフェースの機能のすべてまたは部分を含むことができる。内部で、どのようなセンサーベースパラメータでも、一体化されたインタフェースまたはＭＥＭＳを使って変更可能である。どのようなコントローラベースパラメータ、すなわち外部パラメータでも、ＮＣまたは外部のインタフェースを使って適応する。
【００６０】
切削面または工具ホルダの様々な特徴は、モニターされ得る。例えば、一体化された圧電素子が使われ、切削工具の力が高すぎる場合には、マイクロ回路は、切り込み深さを減らすために、圧電素子に変化を生じさせる。切削面は、摩耗の均一性を改善し、加工スピードを増加させるために、回転され、あるいは、パルス化され得る。加工される工作物の面の角度に依存して、加工プロセスを再び最適化するために、圧電素子は、切削面の傾斜角度および／またはクリアランス角度、あるいは、丸溝のジャッキングを変更するために使用し得る。
【００６１】
切削工具は、機械コントローラおよび／またはスマートツーリングからの信号に応答するアクチュエーターを有利に備える。例えば、歪ゲージまたは光学式のトランスデューサにより測定されるような切削工具の力またはたわみが、許容外である場合には、例えば、切削工具の圧電素子装置などのアクチュエーターは、切削力／たわみに変化をもたらし、このパラメータを許容範囲に戻すために、切削工具の直径を変更する。また、切削工具ポジションに対して工作物表面を配置することができるセンサーを備えている場合には、予期される位置からの変位は、切削工具の直径を変更することによって明らかにされ得る。そのようなアクチュエーターは、また、研磨機でブローチを使用する際に有益である。その長さに沿った可変の直径のブローチを有することよりも、より短いブローチを使用し、そして、研磨プロセスの間に前記のアクチュエーターを使うことを拡張できる。このタイプの切削工具は高価な現在の入手可能な調整可能な形態の工具の代わりに使うことができる。
【００６２】
別のタイプの適応的な工具は、可変長のうちの１つである。  例えば、しかし、深いボアを加工する必要があるときには、伝統的に、適切な寸法の工具が使用されるが、工具の長さが増大すると、工具はより不安定になり、切削の精度をコントロールすることがより難しくなることに遭遇する。また、スピンドルへの電力の供給は、備えられる切削工具の長さを変更することを可能にする。従って、ボアの穴あけの開始時には、短く、剛性の高い工具が使用される。この初期の切削は、工具を徐々伸ばすことに導き、より速い穴あけプロセスおよびより正確なボアの穴あけが可能となる。
【００６３】
別の例において、あらかじめ決められた状態が感知される時に信号が切削工具に送られるように、ＮＣプログラムを修正可能である。具体的な例において、切削工具は、励起される切削ポイントまたは個々の切削ポイントにピエゾ素子を備える。励起の程度は、ＮＣによってコントロールできる。従って、例えば貴重な材料の除去が必要とされる場合には、励起の程度は、増大するかもしれない。代わりに、もし切削工具で振動が感知されるならば、励起はその振動をキャンセルするのに使用できる。代わりに、切削工具の効果的なポジションは、切削工具の励起を変えることによって変更できる。
【００６４】
より一般的に、ワーク生産プロセスを変更できるＮＣからのどのようなフィードバックでも可能である。図面に示された実施形態は、このフィードバックが、上に説明されたパスを経て送られ、例えば、
切削のモードを変更しまたは他のワーク生産状態を変化させる。特にフィードバックは、工作機械の不正確を訂正するために用いられる。
【００６５】
本発明は、一般的に、複数の歯で回転カッターを使うフライスタイプの機械だけでなく、単一の切削工具を使う旋盤タイプの機械に適用可能である。
【００６６】
本発明は、工作機械切削素材に関連して説明されたけれども、発明、例えば、研磨、レーザー物質的除去、および放電加工を使う、どのようなタイプの工作機械の工作物生産にも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る方法を実行することに適応したＣＮＣ機械の要素を示す図である。
【図２】本発明に係る切削工具を示す図である。
【図３】本発明に係る代替の切削工具を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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