(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（４）のワークピース表面（４ｏ）を切削加工するシステムであって、
前記ワークピース表面（４ｏ）を送り方向ｖで加工する工具表面（１ｏ）を備えた工具（１）と、
前記ワークピース（４）を受容するワークピースホルダ（５）であって、前記ワークピース（４）は振動手段によって、前記送り方向ｖに対して傾斜した振動平面Ｅに沿って振動させることができるように形成されている、システムにおいて、
少なくとも前記工具表面（１ｏ）が少なくとも２種の異なる材料から成っていて、前記工具表面（１ｏ）は第１の材料からなる部分と、該第１の材料からなる部分から突出した第２の材料からなる複数の部分とを有しており、前記第２の材料からなる複数の部分のそれぞれが、前記第１の材料からなる部分から突出している各々の使用部分の長さの平均値を平均使用部分長さ（ＬＮ）といい、前記振動手段の振動振幅は、前記平均使用部分長さ（ＬＮ）よりも常に短いように調節可能であることを特徴とする、ワークピースを切削加工するシステム。
【請求項２】
前記工具表面（１ｏ）の前記第１の材料からなる部分が母材（２）であって、前記工具表面（１ｏ）の前記第２の材料からなる複数の部分が、前記母材（２）に埋め込まれた複数のバイト（３）である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記母材（２）は、
合金、金属、セラミック、及び／又は炭素繊維複合材料
のうちの１つ又は複数から成っている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のバイト（３）は、
鉱物、合金、金属
のうちの１つ又は複数から成っている、請求項２又は３記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のバイト（３）の平均的な大きさは、１０００μｍよりも小さい、請求項２から４までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のバイト（３）は、各バイトの体積の一部分が前記母材（２）に埋め込まれている、請求項２から５までのいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
ワークピース（４）のワークピース表面（４ｏ）を切削加工する方法であって、
工具（１）の、少なくとも２種の異なる材料から成る工具表面（１ｏ）で前記ワークピース表面（４ｏ）を送り方向ｖで加工するステップと、
前記ワークピース（４）を受容するワークピースホルダ（５）を、前記送り方向ｖに対して傾斜した振動平面Ｅに沿って振動させるステップと、
を有していて、
前記工具表面（１ｏ）は第１の材料からなる部分と、該第１の材料からなる部分から突出した第２の材料からなる複数の部分とを有しており、前記第２の材料からなる複数の部分のそれぞれが、前記第１の材料からなる部分から突出している各々の使用部分の長さの平均値を平均使用部分長さ（ＬＮ）といい、前記振動の振動振幅は、前記平均使用部分長さ（ＬＮ）よりも常に短い、ワークピース（４）を切削加工する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１によるシステム並びに請求項７による対応する方法に関する。
【０００２】
今日では半製品を、様々な製造技術により短期間で極めて少ない誤差で加工することができる。ワークピースの切削加工及び非切削加工における進歩はとりわけ、工具技術及び工作機械技術の飛躍的な進歩によるものである。工作機械とは、工具を収容し、ワークピースに対してガイドする機械を意味する。工具は、ワークピースを加工するために、加工すべきワークピースに直接作用する構成部分である。様々な工作機械、例えばドリル、フライス、研磨盤、ワイヤ、バイト、ねじ切りヘッド等のために多数の様々な工具が存在している。
【０００３】
このような工具は幅広い分野で使用される。その使用分野を２つの単純な例に基づき示す。
【０００４】
例えばドリルは、その円筒軸線（工具軸線）を中心とした回転運動を行いながら、その回転軸線に対して平行に所定の送り速度で材料内へと駆動される工具である（送り方向）。回転と送りの組み合わせにより、工具特有の材料搬送が生じる。スパイラルドリルはその刃で、螺旋状の刃により表面に搬送される切りくずを発生させる。この場合、送り運動によりドリルはワークピース内にますます深く駆動され、刃は切りくずを穿孔内に発生させる。この場合、送り方向は工具軸線と同じである。
【０００５】
フライス工具も、切削加工のために、主として高周波で作業する回転する工具である。しかしながらフライスの形式に応じて、ワークピースを１つのフライスによって多軸に切削加工することができる。フライスはドリルと同様に工具特有のパラメータを有していて、その知識は、ワークピースを迅速かつ効果的、かつ安価に、とりわけ正確に加工するために不可欠なものである。
【０００６】
グラインダは、主として平らな、回転運動時に特に円形の面を有している。グラインダは、圧力をかけながら加工したいワークピース表面に沿って動き、相応にワークピースの材料を全面的に削り取る。これに対して軸付砥石は研磨用の周面を有し、従って湾曲された工具面を有している。
【０００７】
上記３つのこれら工具形式の他にも、極めて特殊な加工条件のために製造された極めて多種の別の工具が存在している。工具を使用目的に応じて分類することはできるが、各工具形式はさらに様々な構成を有している。例えば荒削り用の、即ちワークピースを大まかに切削するための荒削りミルと、ワークピースを相応に微細に加工するための仕上げ用カッターとが存在している。さらに、同じ工具を異なる材料から製造することができる。相応に軟らかい材料から成るワークピースは、僅かな強度と硬度を有する工具によって処理されるべきであることは明らかである。とりわけ、カーバイドセラミックス及び窒化物セラミックスのような高強度材料では、加工すべき工具用の相応の材料は、極めて高い硬度、強度、とりわけ粘性を有していなければならないので、その開発はいっそう困難になっている。即ち正しい工具の選択は、ワークピースの効果的で正確な加工のために重要である。
【０００８】
従って本発明の課題は、冒頭で述べた形式のシステム及び方法を改良して、工具の摩耗を僅かにさせ、相応に耐用期間を長くさせ、加工速度を、即ち単位時間当たりの切りくず体積若しくは切削容積を向上させることができるようにすることである。
【０００９】
この課題は、請求項１及び７の特徴部に記載の構成により解決される。本発明の有利な別の構成は従属請求項に記載されている。明細書、請求の範囲及び／又は図面に記載された少なくとも２つの特徴から成る全ての組み合わせも本発明の範疇にあるものである。規定された値の範囲において、記載した限定内にある値も、制限値として開示されたとみなすべきであって、任意の組み合わせで請求の範囲とすることができる。
【００１０】
本発明は一方では、多相材料と、この多相材料から成る、又は少なくともこの多相材料により被覆された相応の工具とに関する。特に多相材料とは、二相の材料、即ち厳密に２つの相を有した材料である。完全に特別な構成では、この二相材料は機械的合金である。本発明の態様は多相材料によっても実施可能ではあるが、本特許の以下の記載では明示的にこのような二相材料について述べる。
【００１１】
特にこの二相材料は少なくとも１つの母材と、該母材に埋め込まれるダイヤモンドとから成っている。この二相材料は特に、高強度の、硬質の、超硬の材料の加工に適している。この工具は、高い摩耗強度、長い耐用期間、高い送り速度等で優れている。本発明による工具は、本発明による工具と、加工すべきワークピースとの間に振動する相対運動が行われる際に特に効果的に働く。他方では本発明によればこの工具は、加工すべき構成部分（ワークピース）を工具に対して相対的に傾斜平面において振動させることができ、この平面の法線ベクトルが工具軸線及び／又は工具の送り方向に対して平行ではない工作機械と共に使用される場合に特に高い効果を有する。
【００１２】
先行技術によれば、その都度加工すべきワークピースに合わせて正確に工具を選択すること、及び加工パラメータを正確に選択することがとりわけ重要であることが明らかである。これに対し本発明は、ワークピースの加工に大きな影響を有する工具表面のミクロ構造及び／又はナノ構造の構成、とりわけ正確な利用に関するものである。これはとりわけ、工具の表面が、工具とワークピースとの間の伝達面を成していて、ひいてはワークピース表面への工具ジオメトリからの力の伝達及びモーメントの伝達に重要な影響を有しているためである。本発明の利点は、高強度、硬質、超硬質の材料から成るワークピースのために本発明を使用する場合にとりわけ、ワークピースが効果的に加工されることにある。技術には、材料の硬度を検出する様々な複数の検査法が存在している。セラミックス及び／又は焼結材料には、極めて頻繁にヌープ硬度測定が使用される。本発明により好適に加工可能な材料はこの場合、好適には、１よりも大きな、好適には１０よりも大きな、さらに好適には１００よりも大きな、さらに好適には１０００よりも大きな、最も好適には５０００よりも大きなヌープ硬度を有している。比較値として、立方晶窒化ホウ素には約４８００のヌープ硬度が、ダイヤモンドには約７０００のヌープ硬度が用いられる。
【００１３】
別の硬度検査法は、ヌープ法に極めて類似のビッカースによる方法である。ヌープ法とビッカース法の硬度値間は１：１で対応させることはできないが、同様のオーダで動く。ビッカース法によれば、ダイヤモンドは約８０００の、立方晶窒化ホウ素は約５０００の、炭化ホウ素は約３７００の、炭化ケイ素は約３５００の、チタンホウ化物は約３４５０の、酸化アルミニウムは約２１００の、クロムカーバイドは約２１００の、ジルコニアは約１２００の、一窒化クロムは約１１００の、チタンカーバイドは約２２００の硬度を有している。これと比較して建設用鋼材は約１００のビッカース硬度しか有していない。
【００１４】
当業者には全ての硬度検査法及びその利点と欠点並びに換算法及び公式が公知である。本発明による方法は、上記全ての材料を極めて短時間で加工するのに適している（使用）。
【００１５】
本発明は特に、工具の表面について、及び本発明による表面を備えた工具を材料の加工のために最良に使用する方法について記載している。工具表面は、硬質の及び超硬質の材料、例えばカーバイド材料及び／又は窒化材料の組織を粉砕するために使用される。本発明による構成及び方法は、粘性材料、とりわけ金属にも有利な効果を有している。本発明による工具には、表面を効果的に冷却するために、特に主として長手方向にかつ／又螺旋状に延在する冷却溝を設けることができる。
【００１６】
本発明の範囲では基本的に、高強度低粘性の組織の切りくず形成と破壊とを区別しない。従って、以降、切りくずという概念には、その言葉固有の意味、即ち、主として塑性変形可能な材料の切りくずも、高強度低粘性のマイクロ構造から破壊された粒子も含まれる。本発明によれば、切削は、形状的に規定された刃による加工及び形状的に規定されない刃による加工を含み、本発明によれば、形状的に規定されない刃のための使用が好適である。脆弱材料に関しては極めて頻繁にき裂型切りくずの用語が使用される。一般的に、以下の切りくず形式に分けることができる、
・き裂型切りくず
・せん断型切りくず
・流れ型切りくず
・むしれ型切りくず。
【００１７】
本発明によれば、所定の粒度分布を有した粒子状材料から成るワークピースの加工が有利である。
【００１８】
本発明による工具表面は特に、少なくとも２つの構成部分から成る、好適には母材と該母材に埋め込まれたマイクロ細片及び／又はナノ細片とから成る多相の工具表面である。マイクロ細片及び／又はナノ細片は以降、マイクロバイト若しくはナノバイト又は単にバイトと呼ばれる。工具表面材料は好適には複合材料である。本発明による工具表面は基本的に、ワークピースの組織の加工に対して有利な影響を各任意の工具に与える。しかしながら本発明による工具表面は、本発明による好適な構成としての切断工具において特に効果的である。
【００１９】
工具は特に以下の態様のものであって良い、
●切断工具、特に
○フライス、特に
・平フライス
・シェルエンドミル
・等角フライス
・半円形フライス
・サイドカッター
・アンギュラカッター
・エンドミル
・一文字エンドミル
・スリットカッター
・溝切りカッター  又は
・長孔フライス
○ドリル、特に
・スクリュータップ
・ツイストドリル  又は
・段付きドリル
○回転工具、特に
・旋盤
○アウタスピンドル
○のみ  又は
○鋸
●研磨工具
●一般的な工具部品、特に
○スローアウェイチップ。
【００２０】
母材としては本発明によれば好適には以下の材料グループのうちの１つが選択される、
●合金、特に
○鋼、特に
・工具鋼、特に
・高速度鋼（ＨＳＳ）
・熱間鍛造鋼  及び／又は
・冷間鍛造鋼
○硬質金属  及び／又は
○耐熱金属  及び／又は
○金属基複合材料（ＭＭＣ）  及び／又は
○はんだ
●金属、特に
○結晶金属  及び／又は
○準結晶金属  及び／又は
○非晶質金属（金属ガラス）
●セラミックス  及び／又は
●炭素繊維複合材料。
【００２１】
特に好適にはマイクロバイトははんだによって固定される。
【００２２】
バイトは特に、（モース硬さスケールで）７よりも大きい、好適には８よりも大きい硬さを有する材料、かつ／又は（ロックウェル硬さで）６０よりも大きい、好適には６３よりも大きい硬さを有する材料から成る。好適にはビッカース硬さの記述がより正確である。バイトのビッカース硬さは、１０よりも大きく、好適には１００よりも大きく、さらに好適には１０００よりも大きく、さらに好適には５０００よりも大きく、最も好適にはダイヤモンドのビッカース硬さに等しいかそれよりも大きい。好適にはバイトは、以下の材料のうちの１つ又は以下の材料クラスのうちの１つから成っている、
●鉱物、特に
○元素、好適には
・ダイヤモンド
●合金、特に
○鋼、特に
・工具鋼、特に
・高速度鋼（ＨＳＳ）  及び／又は
・熱間鍛造鋼  及び／又は
・冷間鍛造鋼
○硬質金属  及び／又は
○耐熱金属  及び／又は
○金属基複合材料（ＭＭＣ）
●金属、特に
○結晶金属  及び／又は
○準結晶金属  及び／又は
○非晶質金属（金属ガラス）
●セラミックス、特にＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4  及び／又は
●ガラス、特に石英  及び／又は
●炭素繊維複合材料。
【００２３】
好適には、バイトは本発明によればダイヤモンドである。
【００２４】
本発明による態様によれば基本的にあらゆる形式の組織を加工することができる。しかしながら特に本発明による態様は、マイクロ結晶組織及び／又はナノ結晶組織及び／又は脆性組織を有する高強度の材料に適している。マイクロ結晶組織若しくはナノ結晶組織とは、個々の結晶子、いわゆる粒子がマイクロメートル若しくはナノメートル範囲のサイズを有するマイクロ構造を意味している。とりわけ、炭化ケイ素のようなセラミック材料では粒子は縦長の又は針状の又はプレート状の形態を有していて良い。この場合、粒子の主軸は様々な長さである。
【００２５】
強度とは、材料が塑性変形に抗する耐性であると理解される。本発明による態様はとりわけ脆性材料の加工のために使用されるが、これに限定されるものではない。脆性材料は、塑性変形する傾向を殆ど有していないか全く有しておらず、とりわけいわゆる脆性破壊による破損が特徴である。従って、脆性材料に関する降伏点、液性限界、引張り強さに関する記載は殆ど意味がない。理想的な脆性材料が破壊される応力は破壊応力と言われる。降伏点、引張り強さ、破壊応力の間の正確な違いを詳しく挙げることはしないが、１０Ｎ／ｍｍ2を超える、好適には１００Ｎ／ｍｍ2を超える、さらに好適には１０００Ｎ／ｍｍ2を超える、極めて好適には５０００Ｎ／ｍｍ2を超える降伏点若しくは破壊応力を有する材料の本発明による加工が有利である（使用）。本発明による好適な加工材料は：
●金属、特に
○耐熱金属  及び／又は
○軽金属  及び／又は
○硬質金属  及び／又は
○非鉄金属
●合金
●セラミックス、特に
○Si3N4、h-BN、c-BN、w-BN、WC及び／又はW2C  及び／又は
○鉱物
●ガラス、特に
○金属ガラス及び／又は
○セラミックガラス、特に石英
●ポリマ、である。
【００２６】
本発明により母材に埋め込まれたバイトの平均サイズは、横断面平均で特に、１０００μｍよりも小さく、好適には１００μｍよりも小さく、さらに好適には１０μｍよりも小さく、最も好適には１μｍよりも小さい。
【００２７】
バイトはその容積の大部分で母材に埋め込まれている。好適にはその体積の２０％以上が、有利には４０％以上が、さらに好適には６０％以上が、最も好適には８０％以上が母材に埋め込まれている、若しくは母材に取り巻かれている。
【００２８】
バイト間の中間スペースは切りくずスペースと言われ、とりわけ切りくず又は切りくず破片又は硬質及び脆性材料の破片を収容するために利用される。切りくずスペースの平均サイズ、即ち隣接するバイト間の平均間隔は、本発明によれば特に、搬出すべき切りくずのオーダで調節され、好適には切りくずの平均サイズの±２０％である。ナノ結晶材料及び／又はマイクロ結晶材料ではとりわけ、切りくずスペースのオーダにある部分的に完全な粒子が材料から破壊される場合がある。加工すべき材料が脆性になるほどこのことはあてはまる。
【００２９】
本発明によればとりわけ、工具、工具表面、工作機械への負荷を最小に維持するために、発生した切りくずを切りくずスペースから迅速に排出することも所望される。従って極めて好適な構成では、切りくずは、その後の切りくずが形成され得るよりも速く又は少なくとも同程度の速さで工具とワークピースとの中間スペースから排出される。単位時間当たりに収容される切りくずの量並びに切りくずのサイズは複数のパラメータに依存している。従って、切りくずが切りくずスペースから搬出され得るよりも速く、工具は高い送り速度で材料内へと進入する。工具の切断速度が高くなるほど切りくずもより迅速に切りくずスペースから搬出される。従って本発明によれば切断速度は、所定の送り速度の場合に切りくずが十分迅速に搬出されるように調節される。パラメータは特に経験に基づき規定される。
【００３０】
好適な態様では本発明による工具は、生じる１つ又は複数の切りくずが平均して、ワークピース材料の粒子の平均粒径の１０倍未満の大きさ（特にそれぞれ平均直径として測定して又は最も長い直径として測定して）、好適には５倍未満の大きさ、さらに好適には３倍未満の大きさ、特に好適には平均粒径と同様の大きさであるように使用される。
【００３１】
好適には装置は、完全な粒子がワークピース表面から切り出されるように調節される。この場合、各切りくず若しくは発生する複数の切りくずは平均して、平均粒径よりも小さくて良い。特に切りくず若しくは発生する複数の切りくずは平均して、ワークピース材料の粒子の平均粒径の０．０１倍よりも大きく、好適には０．１倍よりも大きく、さらに好適には０．５倍よりも大きく、特に好適には０．８倍よりも大きい。多くの粒子がプレート状若しくは針状に形成されている、かつ／又はそのサイズが基本的に異なっていて良いという事実に基づき、本発明によれば特に、粒子サイズについては平均粒径を基準としている。この場合、平均粒径は１００μｍ〜１ｎｍ、好適には５０μｍ〜１０ｎｍ、さらに好適には１０μｍ〜０．１μｍ、最も好適には１０μｍ〜１μｍである。母材から突出したバイトの部分は本発明によれば使用部分と呼ばれる。母材に埋め込まれた、かつ／又は固定されたバイトの部分は固定部分と呼ばれる。使用部分は本発明で使用される場合、ワークピースの組織に侵入し粒子を崩すことができる機械的なレバーである。
【００３２】
使用部分の長さ、即ちバイトの最も外側の点と工具表面との間の平均間隔は、平均バイト突出長さ又は平均使用部分長さと呼ばれる。平均使用部分長さは特に、１ｍｍよりも小さく、好適には１００μｍよりも小さく、好適には１０μｍよりも小さく、さらに好適には１μｍよりも小さい。
【００３３】
マイクロバイト間の平均間隔は、特に１ｍｍよりも小さく、好適には１００μｍよりも小さく、好適には１０μｍよりも小さく、さらに好適には１μｍよりも小さい。理想的には表面は１００％に到るまでマイクロバイトによって覆われている。
【００３４】
工具半径は通常、工具表面におけるマイクロバイト間の平均間隔よりも著しく大きい。これにより工具表面領域は、２つのマイクロバイト間の平均間隔の大きさでは平坦とみなすことができ、切りくずスペースの計算は、バイト突出長さと２つのマイクロバイト間の平均間隔という両パラメータに帰することができる。本発明によれば切りくずスペースは、特に１００ｎｍ3よりも大きく、好適には１μｍ3よりも大きく、さらに好適には１０μｍ3よりも大きく、さらに好適には１００μｍ3よりも大きく、最も好適には１ｍｍ3よりも大きい。
【００３５】
切断速度とは、切断方向での切削刃の速度を意味する。送り速度は、工具をワークピースの加工領域へとさらに駆動する速度である。基本的に、切断速度を高めると、バイトにおける付加的な力を発生させることなく送り速度を高めることができる。
【００３６】
場合によっては生じる付加的な振動（プロセス制御された軸励振、後述する）に依存しない、工具の移動ピリオドの周波数（例えば回転するフライス又はドリルの回転又はスロッタの工具の振動運動）は、本発明によれば特に１０Ｈｚよりも大きく、好適には５０Ｈｚよりも大きく、さらに好適には１００Ｈｚよりも大きく、さらに好適には１０００Ｈｚよりも大きく、最も好適には１００００Ｈｚよりも大きい。
【００３７】
工具のこのような周波数から切断速度ｖcが生じる。切断速度ｖｃは、特に１０ｍ／分よりも高く、好適には１０００ｍ／分よりも高く、さらに好適には２０００ｍ／分よりも高く、さらに好適には３０００ｍ／分よりも高く、最も好適には５０００ｍ／分よりも高い。
【００３８】
上記本発明による態様との組み合わせで、本発明のさらなる基本的思想は、プロセス制御された軸励振により改善された切削作用が得られることにある。本発明によれば、工具がワークピースに作用する際、即ち切削の際、ワークピースホルダと、ひいてはワークピースと工具との間で振動する斜めの相対運動が行われる。この場合、ワークピースのマイクロ構造は、良好な切削作用が達成されるように負荷される。特に工具ホルダは少なくとも２つの部分から成っていて、これら２つの部分は斜めの面に沿って振動手段により互いに振動させられる。これにより２つの振動成分、即ち工具送り方向での第１の振動成分と、送り方向に対して横方向の第２の振動成分とが生じる。特に第１の振動成分及び／又は第２の振動成分に対して直交方向に延在する切断方向と共に、同じ力をかけた場合に切削を著しく加速させる本発明による「バイト効果」が達成される。この効果を発生させる装置は、これに関して参照される文献国際公開第２０１２／０８４７７９号に開示されている。プロセス制御された軸励振と本発明による工具の組み合わせが本特許の主要な態様の１つであり、先行技術に対する明確な相違点である。というのも、先行技術に記載された工具は確かに使用することはできるが、組織の破壊に必要な力の作用がプロセス制御された軸励振によるものでないので、工具の極めて短い使用期間後に表面の、特にダイヤモンドの極端に高い摩耗を有するからである。さらにダイヤモンドは極めて熱に弱く、高温では、とりわけ酸素を含む雰囲気では極めて容易に気化してしまう。従って工具の、特にダイヤモンド工具の冷却が特に行われる。本発明による工具を５００℃よりも低い、好適には３００℃よりも低い、さらに好適には１００℃よりも低い、最も好適には５０℃よりも低い作業温度に維持する冷却が使用される場合、本発明による工具は特に効果的に作業することができる。
【００３９】
振動手段の振動周波数を１ＧＨｚよりも小さく、特に１００ＭＨｚよりも小さく、好適には１ＭＨｚよりも小さく、さらに好適には１００ｋＨｚよりも小さく、さらに好適には１ｋＨｚよりも小さく、理想的には１００Ｈｚ〜６００Ｈｚに調節可能である場合には良好な切削作用が得られる。これと同時に、又はこれとは関係なく、振動手段の振動振幅を１００μｍよりも小さく、特に５０μｍよりも小さく、好適には１０μｍよりも小さく、理想的には１μｍ〜１０μｍに調節可能であることにより、本発明の一態様による装置の切削作用はさらに向上される。振動振幅は、理想的にはダイヤモンドの平均使用長さＬＮよりも常に小さいように選択されるべきである。
【００４０】
好適には、第１の振動成分及び／又は第２の振動成分の振動振幅は最大で、平均使用部分長さと同じである。第１の振動成分及び／又は第２の振動成分の振動振幅と平均使用部分長さとの比は、１以下であり、好適には１０-2よりも小さく、さらに好適には１０-4よりも小さく、さらに好適には１０-6よりも小さく、さらに好適には１０-8よりも小さく、最も好適には１０-10よりも小さい。
【００４１】
一般的に、本発明の工具による互いに極めて異なる２つの主な加工状態がある。第１の望ましい所望される加工状態は、材料の完全な粒子の形で少なくとも殆どの切削加工が行われる本発明によるバイト効果を生ぜしめる本発明による工具による組織の振動加工である。従って個々の切りくずは特にワークピースの材料の粒子の大きさに相当する。
【００４２】
第２の望ましくない加工状態は組織の摩耗であり、それは本発明による工具の振動がもはや維持することができない、過剰に減衰される又はなくなる加工状態である。このような状態では組織の効果的な切削が保証されない。このようなことは特に、斜めの振動運動と関連して、切りくずが少なくともほぼ完全な粒子としてワークピースの材料から切り出される本発明によるバイト効果を得るために十分な送り速度ではない場合に生じる。
【００４３】
上記記載によれば、即ち送り速度の本発明によるパラメータが超過された場合には、過熱の問題が生じる恐れがあるので、本発明によれば特に、上記バイト効果を生ぜしめるパラメータコリドーが設けられている。
【００４４】
本発明によれば工具は好適には、工具が振動状態に維持されるように調節可能である。
【００４５】
移動ピリオドの周波数は特に、フライスの固有の軸を中心とした回転周波数である。とりわけ国際公開第２０１２／０８４７７９号により公知の機器と共に使用する場合、回転周波数と送り速度との互いの比は、組織を破壊する作用が、組織を摩耗させる作用へと移行しないようになっていなければならない。このために、文献国際公開第２０１２／０８４７７９号により公知の、付加的な振動成分をシステムにもたらすプロセス制御された軸励振が行われる。このようなパラメータも本発明によれば、システムに作用する別の全てのパラメータとの関連で、工具がどの時点でも研磨プロセスに移行せずに、常に組織に関して上記のバイト効果を伴って振動するように選択することができる。特に、全ての必要なパラメータ及び最適なパラメータセットは経験的に規定され、この際、好適には切りくず流の時間測定及び／又は切りくずの粒子サイズの分布が評価される。
【００４６】
本発明の態様によれば、振動手段は振動を発生させるピエゾ素子を有していると特に有利である。
【００４７】
本発明のさらなる利点、特徴、詳細は、図示した好適な実施態様の説明に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるシステムの１つの態様を概略的に示す図である。
【図２ａ】マイクロバイトの密度が高い工具の本発明による第１の表面を示す概略的な平面図である。
【図２ｂ】図２ａの切断線Ａ−Ａに沿った表面の概略的な側面図である。
【図３ａ】マイクロバイトの密度が低い工具の本発明による第２の表面を示す概略的な平面図である。
【図３ｂ】図３ａの切断線Ｂ−Ｂに沿った表面の概略的な側面図である。
【図４】Ｓｉ3Ｎ4組織を概略的に示す図である。
【図５】ワークピースに対する本発明によるバイトの移動を拡大して概略的に示した図である。
【００４９】
図１には、工具表面１ｏを有した工具１（この場合、荒削りミル）が正確な縮尺ではなく概略的に示されている。この工具は、送り方向ｖで送り行程を行い、特別な態様では、回転軸線Ｒ又は工具長手方向軸線Ｗを中心として回転する。回転方向Ｒから、加工すべきワークピース４のワークピース表面４ｏに沿った切断方向ｓが生じる。
【００５０】
工具１の工具表面１ｏはワークピース４のワークピース表面４ｏに接触する。ワークピース４はワークピースホルダ５に取り付けられている又は固定されている。ワークピースホルダ５に関しては、国際公開第２０１２／０８４７７９号に記載されている。ワークピースホルダ５は、ワークピース４が平面Ｅに沿って振動できるように構成されており、平面Ｅの法線ベクトルＥnは工具長手方向軸線Ｗに対して所定の傾斜角度αを有していて、かつ／又は送り方向ｖ及び／又は切断方向ｓに対して傾斜している。
【００５１】
このためにワークピースホルダ５は、第１の振動エレメント８と、該第１の振動エレメント８の反対側で傾斜平面Ｅに沿ってガイドされる第２の振動エレメント９とから成っている。振動エレメント８，９の互いに相対的な移動を実施するために、好適にはピエゾ素子１０の形の振動手段が設けられている。
【００５２】
ピエゾ素子１０は、ピエゾ素子１０を交互に電気的に負荷することにより両振動エレメント８，９の間で相対移動が行われるように両振動エレメント８，９を互いに接続している。ピエゾ素子１０の電気的負荷により、両振動エレメント８，９の間で高周波の振動運動が可能である。勿論、ピエゾ素子１０の代わりに、機械的、空気圧的、又は液圧的なエレメントの利用も考えられる。
【００５３】
図２ａには工具１の工具表面１ｏの拡大された一部が示されていて、工具表面１ｏは複数のマイクロバイト３、この場合ダイヤモンドから成っている。間隔ＬDは２つのマイクロバイト間の間隔を示している。マイクロバイト３は一般に母材２に均一には分配されていないので、マイクロバイト３間の（算術的に）平均された間隔を表す平均間隔Ｌｍが示される。
【００５４】
図２ｂには、切断線Ａ−Ａに沿った工具表面１ｏの断面が示されている。
【００５５】
工具表面１ｏは１つの母材２と、この母材２に埋め込まれた複数のバイト３とから成っている。
【００５６】
バイト３は、工具表面１ｏから突出する使用部分３ｎと、母材２に埋め込まれている固定部分３ａとを有している。使用部分３ｎの平均長さは使用長さＬNであり、固定部分の平均長さはＬAである。
【００５７】
図３ａと図３ｂとには相応の工具表面１ｏの同様の概略図が示されているが、この工具表面１ｏはより少ないマイクロバイト３の密度・数を有している。１平方ミリメータあたりのマイクロバイト３の数は、１よりも大きく、好適には１０1よりも大きく、さらに好適には１０2よりも大きく、さらに好適には１０3よりも大きく、さらに好適には１０4よりも大きく、さらに好適には１０6よりも大きい。
【００５８】
図４には、高強度材料、この場合セラミック材料の概略的な組織６が示されている。概略的な組織６は、好適には窒化ケイ素（Si3N4）組織である。組織６は特に、細長い、特に針状の見かけを有した粒子７を特徴とする。殆ど円形として見える粒子７は単なる球状である。実際には同じ細長い粒子である。粒子７は図面（カット面）では、その最も長い軸がカット平面に対してほぼ垂直となるように位置している。
【００５９】
図５には、高強度の、硬質の、超硬の組織６の本発明による効果的な加工が示されている。母材２から突出するマイクロバイト３を備えた工具表面１ｏと傾斜した振動負荷との本発明による組み合わせにより、ワークピース表面４ｏは、一定の、とりわけ再現可能な角度αを成してマイクロバイト３へと動かされることになる。ワークピース表面４ｏにおける粒子７とマイクロバイト３とが接触する際に、粒子７への力成分ＦHを有した水平の力と力成分ＦVを有した鉛直の力とが生じる。以下の本発明による側面が、本発明では極めて重要である。
・平面Ｅに沿ったワークピースホルダ５ひいてはワークピース４の運動は、工具１の送り移動ｖ及び／又は切断方向ｓ若しくは回転方向とは独立してかつ／又はこれらに対して横方向に行われ、任意に調節できる。
・平面Ｅに沿った振動により、マイクロバイト３がワークピース表面４ｏの組織６の粒子７と接触する際に、特に傾斜平面Ｅに沿った２つの振動エレメントの相対運動により、水平の力成分及び鉛直の力成分が常に形成される。
・これにより生じた力が累積して、移動する工具１の工具力となり、特に切断力かつ／又は送り力となる。
【００６０】
上記３つの点により、組織６は、粒子７を極めて高い効率で組織６から分離する力（工具力）を受ける。
【００６１】
先行技術では、図示した組織６、特にセラミック組織の加工は今日に到るまで一般に可能ではあったが、極めて早期の工具の摩耗、極めて長い加工時間、極めて僅かな許容誤差を伴ってしか行われなかった。これにより比較的高い製造コストが生じていた。本発明による工具は、良好な切りくず形成を行うためにマイクロバイトを有した表面を使用している。本発明による工具は、特許文献国際公開第２０１２／０８４７７９号により公知の機器と共に特に効果的に使用される。特許文献国際公開第２０１２／０８４７７９号により公知の機器を用いてワークピースを傾斜平面に沿って振動移動させる場合、本発明による工具によるワークピースの良好な加工が行われる。
【００６２】
本発明による重要な態様はとりわけ、ワークピースホルダ５に固定されたワークピース４のワークピース表面４ｏを効果的に加工するために、マイクロバイト３を備えた工具表面１ｏを使用することである。この場合とりわけ、ワークピース表面４ｏをマイクロバイトによって水平方向の力及び鉛直方向の力によって負荷するために傾斜平面Ｅに沿ったワークピース４の振動が利用される。
【符号の説明】
【００６３】
１    工具
１ｏ  工具表面
２    母材
３    マイクロバイト
３ｎ  埋め込まれた材料の外側部分
３ａ  埋め込まれた材料の内側部分
４    ワークピース
４ｏ  ワークピース表面
５    ワークピースホルダ
６    組織
７    粒子
８    第１の振動エレメント
９    第２の振動エレメント
１０  ピエゾ素子
ｖ    送り方向
ｓ    切断方向
Ｒ    回転軸線
Ｗ    工具長手方向軸線
Ｅ    振動平面
Ｅn   振動平面に対する法線
α    傾斜角度
Ｌ    使用長さ
ＬA   固定長さ
ＬD   間隔
Ｌm   平均間隔
ＦH   水平方向の力作用
ＦV   鉛直方向の力作用
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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