(57)【要約】外ネジが形成されたタップ（１５）を金属要素（１６）と接触配置し要素の内部のネジ形成を実現するための金属要素に内ネジを形成する方法を開示する。方法は、ａ）タップ（１５）を、回転において、瞬時に調整可能な第一の所定の速度と、さらに瞬時に調整可能なタップの長手方向軸（１４）回りの所定のトルク値と、に設定する作業工程と、ｂ）高精度で（したがって移動を金属要素（１６）上の線形距離に換算して±０．０１ｍｍ以上の高い精度で調整可能な変位で）瞬時に調整可能な所定のスラストを設定する作業工程と、ｃ）タップ（１５）によって金属要素（１６）の内面にネジを形成するよう瞬時に調整可能である第二の所定の速度で長手方向軸に沿って金属要素（１６）を線形的に前進させる作業工程と、ｄ）第一速度、トルク値、第二速度およびスラストを非常に高い精度で瞬時にかつ連続的に調整する作業工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外ネジが形成されたタップ（１５）を金属要素（１６）と接触配置し前記要素の内部のネジ形成を実現するための金属要素に内ネジを形成する方法であって、
ａ）前記タップ（１５）を、回転において、瞬時に調整可能な第一の所定速度と、さらに瞬時に調整可能な前記タップの長手方向軸（１４）回りの所定のトルク値と、に設定する作業工程と、
ｂ）非常に高い精度で、したがって移動を前記金属要素（１６）上の線形距離に換算して±０．０１ｍｍ以上の高い精度で調整可能な変位で、瞬時に調整可能な所定のスラストを設定する作業工程と、
ｃ）前記タップ（１５）によって前記金属要素（１６）の内面にネジを形成するよう瞬時に調整可能である第二の所定速度で前記長手方向軸に沿って前記金属要素（１６）を線形的に前進させる作業工程と、
ｄ）前記第一速度、前記トルク値、前記第二速度および前記スラストを非常に高い精度で瞬時にかつ連続的に調整する作業工程と、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記金属要素（１６）は、鋼またはアルミニウムまたはチタンまたは他の金属材料で形成されたナットで構成されている方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
以下のさらなる作業工程ｃ）としての
ｃ’）前記タップ（１５）によって前記金属要素（１６）にネジを形成する作業領域の温度を測定する作業工程
が、作業工程ｃ）および作業工程ｄ）の実行中に含まれており、
前記作業領域の前記温度が所定の値を超えないように作業工程ｄ）が実行される方法。
【請求項４】
請求項２に記載の金属ナットに内ネジを形成する方法であって、
第一の所定速度でかつ軸（１４）回りに所定トルク値で回転するとともに、前記軸（１４）と一致するよう配置された金属ナット（１６）に内ネジを形成可能な外ネジが形成されているタップ（１５）が装着される回転チャック（１０）と、さらに、
移動時に前記軸（１４）に沿って第二の所定速度で、前記タップの外ネジ面に沿って内ネジが形成される前記ナット（１６）を前進させるよう前記ナット（１６）に所定のスラストを印加できる可動な押出し器（１８）を有する、非常に高い変位精度の（したがって移動を線形距離に換算して±０．０１ｍｍ以上の高い精度で調整可能な）シリンダ（１７）と、
を備えるタッピング機械によって金属ナットに内ネジが形成され、
前記機械はさらに、前記第一速度、前記トルク、前記第二速度および前記スラストの値を変更する電子制御ユニット（１２）を備えている方法。
【請求項５】
請求項３かつ４に記載の方法であって、
前記作業領域の直近に配置されたセンサ（１９）によって検出される温度値が、作業中に、前記電子制御ユニット（１２）に送信され、
前記方法は、最大作業温度を設定する作業工程を含んでおり、
前記最大作業温度への到達に応じて、前記押出し器（１８）の前進速度ならびに／もしくは前記タップ（１５）の回転速度の自動低減、および／または前記チャック（１０）の回転によって前記タップ（１５）に加えられる前記トルクならびに／もしくは前記押出し器（１８）によって前記ナット（１６）に加えられる前記スラストの増加が行われる方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、前記電子制御ユニット（１２）は、前記方法のパラメータを変更するデータの入力かつ／または表示装置（１３）を有する方法。
【請求項７】
請求項４〜６の一に記載の方法であって、前記チャック（１０）は、直接連結されたまたは間接的に連結されたサーボモーター（１１）によって作動される方法。
【請求項８】
請求項４〜７の一に記載の方法であって、非常に高い精度で変位する前記シリンダ（１７）は磁気的に作動される方法。
【請求項９】
第一の所定速度でかつ軸（１４）回りに所定トルク値で回転するとともに、前記軸（１４）と一致するよう配置された金属ナット（１６）に内ネジを形成可能な外ネジが形成されているタップ（１５）が装着される回転チャック（１０）と、さらに、
移動時に前記軸（１４）に沿って第二の所定速度で、前記タップの外ネジ面に沿って内ネジが形成される前記ナット（１６）を前進させるよう前記ナット（１６）に所定のスラストを加えることができる可動な押出し器（１８）を有する、非常に高い変位精度の、したがって移動を線形距離に換算して±０．０１ｍｍ以上の高い精度で調整可能なシリンダ（１７）と、
を備えるタッピング機械であって、
前記機械はさらに、前記第一速度、前記トルク、前記第二速度および前記スラストの値を変更する電子制御ユニット（１２）を備えている機械。
【請求項１０】
請求項９に記載の機械であって、
前記作業領域の直近に配置されたセンサ（１９）によって検出される温度値が、作業中に、前記電子制御ユニット（１２）に送信され、
前記値は、前記第一速度、前記トルク、前記第二速度および前記スラストの前記値を調整するよう前記電子制御ユニット（１２）によって用いられる機械。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の機械において、前記チャック（１０）は、直接連結されたまたは間接的に連結されたサーボモーター（１１）によって回転が設定される機械。
【請求項１２】
請求項９〜１１の一に記載の機械であって、非常に高い変位精度を有する前記シリンダ（１７）は磁気的に作動される機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ナットに内ネジを形成する方法に関する。より詳細には、本発明は、ナットに所定のネジ部分を形成するように設計されているタップと接触して配置されるそれぞれのナットに加えられる押し込み（スラスト）力および速度と、タップが装着されるチャックの速度および回動トルクと、押し込み要素の定位置におけるリターン（戻り）の速度と、を非常に正確にモニタリングでき、これにより、さらにタップの摩耗の状態をも考慮に入れた各種パラメータを瞬時に調整できる方法に関する。このような方法により、一定で高い品質を有するナットを、不合格品の数をゼロに近付けながら得ることができる。
【０００２】
本発明はまた、鋼、アルミニウム、チタンなど種々のタイプの金属材料にこの方法を実行することができる工作機械に関する。
【０００３】
本発明は主として、概して金属工業分野や建設領域へ応用される、特に、自動車領域、核関連領域および航空宇宙領域を主要な用途とする固定システムを製造する分野に応用される。
【背景技術】
【０００４】
鋼で形成されるナットに内ネジを形成する（タッピングを行う）従来技術の方法は、一般に、それぞれのナットに形成された孔の内部に構成されるネジ部分を有するよう設計された「タップ」と呼ばれる道具を回転させるチャックを備えるタッピング機械を用いて実行される。従来技術の解決法では、チャックは、歯付きベルトまたはチェーンによって回転要素に連結される、エンコーダを備える電気モーターによって回転される。さらに、平行に移動する油圧または空気式シリンダまたは機械的カムが、タップの口におけるネジ部分にそれぞれのナットを移送し、タップがネジ部分を形成するよう所定の力でタップを押し、ネジが形成される新しいナットを位置決めするために前装着位置へと素早く戻る。従来のタイプのこの機械は、工業レベルで一般的に用いられているがいくつかの欠点や短所を有する。油圧または空気圧シリンダを用いる解決法に関しては、調整精度が低いので、タップの摩耗が均一ではなく、頻繁に取り替える必要があるとともに製造された製品の全体的性能を完全に満たすことができず無駄な機械加工が行われる結果となるからである。さらに、シリンダの送り速度と戻り速度とを調整可能とすることは容易ではなく、このことは、もとの場所での停止時間により生産率が低下する可能性があることを意味する。
【０００５】
ネジが形成されるナットを移動させるために機械的カムを用いる技術的解決法はいくつかの欠点や短所を有する。一方では送り精度は正確であるが、他方ではタップの切削性能の漸減に応じて調整することができないからである。その結果、タップの摩耗が均一ではなく、頻繁に取り替える必要がある。さらに、製造された製品の全体的性能を完全に満たすことができない。カムのプロセス・データがチャックのプロセス・データと比較されないからである。もしもその後、例えば新しい道具の試験のために機械加工プロセスの最適化が必要となった場合、製品に内ネジを形成する方法を変更しなければならず、新しいカムを再設計し製造しなければならないことになる。
【０００６】
カム解決法および空気式または油圧式シリンダを有するいくつかの機械にはともに、あらゆる送り不良をも検出するセンサが適用されている。しかしながら、同じ機械で加工された異なる製品間の、または例えば再生したタップの場合など切削性能が異なる道具で同じ製品間の、センサの感度をこれらの機械に設定するのは非常に困難である。
【０００７】
また、従来技術の機械は、プロセス・データを常に測定することができない。したがって、このデータを、用いられる道具と関係付けて種々の製品のための機械加工方法を把握し最適化するために、送信して帰納的に研究することができない。
【０００８】
最後に、従来技術の機械は、その場でタップの摩耗の状態をモニタリングすることができず、そのため、通常では、失敗の後またはナットのネジを正確に形成できなくなったときにタップが取り替えられることになる。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、ネジが形成されるナットを一定で高い品質に維持でき、したがって、不合格品の数をゼロにまたは限りなくゼロに近付けるとともに、取り替えるタップの数を最小限に低減することができる、鋼または他の金属材料で形成されたナットの内ネジを形成する新しい方法を提供することにある。
【００１０】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項は、本発明にかかる方法の有用な態様を特に記載している。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、金属要素に特に限定するものではないが金属ナットに内ネジを形成する機械であって、ネジが形成されるナットを一定で高い品質に維持することができる機械を提供することにある。この目的は、請求項９に記載の特徴を有する機械によって達成される。これに従属する請求項は、本発明にかかる機械の有用な態様を特に記載している。
【００１２】
本発明にかかる方法により、生産方法においていかなる時点においても
タップが装着される電子スピンドルモータ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｐｉｎｄｌｅ  ｍｏｔｏｒ）の速度、
電子スピンドルモータのトルク、
タップに向かうナットの送り移動の速度、
タップに向かうナットの送り移動のトルク
の以上のパラメータを非常に正確に調整し、制御することができる。
【００１３】
本発明にかかる方法では、シリンダによって作動される押出し器によってナットに加えられる力と押出し器の送り速度とさらにチャックの回転速度およびトルクとに関連するタップの切削速度およびトルクが、加工される一のナットの応答の関数として、すなわちナットの硬度と幾何学的構造の関数として、瞬間瞬間ごとに設定されるよう、内ネジ形成方法の実行に関係するある技術パラメータが、ネジが形成されるナットを移動させるための好適には磁気作動の非常に高い精度の移動シリンダから、さらにチャックの回転を実行するモーターから、得られる情報に応じて瞬時に調整される。
【００１４】
本発明にかかる方法の特に有用な態様では、内ネジ形成動作が行われる領域における温度変化も測定される。実際に、出願人が行った実験では、タップの切削要素の摩耗が速い場合、タップの領域における温度は著しく上昇し、タッピングの品質も同じように低下することが分かった。このために、一般にＰＶＤ（物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））と呼ばれる表面処理のまたはタップの切削面の硬度をネジが形成されるナットの鋼よりも相当に大きくする他のタイプの表面処理の、タップの表面からの漸進的な剥がれ（ｒｅｍｏｖａｌ）によって、内ネジ形成の間の温度がどのくらい著しく上昇し、この上昇によりタップの切削面の摩耗がさらに速まるかを確認した。この理由で、本発明の特に有用な態様では、温度が所定の閾値に到達するまたは超える場合には、チャックの回転速度およびトルクを低減し、したがって、温度を常に閾値より低く維持するよう、内ネジ形成方法は内ネジ形成領域における温度を瞬時にモニタリングする工程を含む。このように、予め予測していなかった結果が得られる。これにより、ＰＶＤコーティングの耐用寿命が長くなり、その結果、切削性能が向上し、タップの摩耗を低減できるからである。本発明にかかる方法は、したがって、ネジが形成されるナットの量および品質を瞬時に測定されるタップの切削性能と関連付けて、後者のパラメータに、タップにナットを差し込む速度および力を、さらにタップの回転速度を、適合させる。本発明にかかる方法を実行することにより、タップの切削性能が低下した場合、タップの回転速度およびタップへのナットの差し込み速度を低減し、同時に、差し込み力を増加させるので、その結果、一定の品質を有するナットが得られる。ナットを移動させるための油圧式または空気式シリンダを用いる従来技術の解決法に対して、本発明にかかる方法は、シリンダの送り速度および戻り速度を調整できるという利点が得られ、これにより停止時間を最小限に低減でき、したがって生産性の向上を達成できることを記載しておく。一方、ネジが形成されるナットを移動させるためにカムを用いる従来技術の解決法に対して、本発明にかかる方法は、作業者によって映像によりデジタル方式で送出されて機械加工される新しい製品に関して予め設定されたプログラムを呼び出す簡単なコマンドで、カムの変更を置き換えることにより、一の製品から他の製品に変更するための時間をなくすことができる。したがって、製品毎の特定の工作機械整備（ｔｏｏｌｉｎｇ）によるコストを低減でき、カムのコストを完全になくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、限定するものではない例として提供する一の実施形態の以下の説明を読むことによって明らかとなろう。
【図１】チャックに接続されたロータリー・タップのネジ部分の口への磁気シリンダによって調整可能な速度で、ネジが形成されるナットが押される、本発明にかかる方法の第一ステップの概略的な側面図である。
【図２】チャックの回転によって加えられるトルクの関数として、所定の位置まで、所定のスラストでタップの内ネジ形成本体に沿ってナットが押される第二ステップの概略的な側面図である。
【図３】チャックによって生成されるトルクの関数として、ナットの幾何学的構造に仕上げを行うよう、最後のネジ部分のために異なる力でシリンダによって押されるネジ部分が関連する幾何学的構造に形成されたナットの概略的な側面図である。
【図４】開始位置へと戻る磁気シリンダの調整可能な速度での後退移動と、同時に次の取り外しのためのチャックの軸に沿ったナットの送り動作と、の概略的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、金属ナットにネジ部分を形成するための内ネジ形成機械に備えられるチャック１０を示す。チャック１０は、サーボモーター１１に直接または間接的に連結される。適当な表示部１３を有する電子制御ユニット１２に、サーボモーター１１は接続される。それぞれの金属ナット１６に形成された孔の内部にネジ部分を形成するよう設計されたタップ１５が、チャック１０の長手方向軸１４上で回転する（矢印Ａを参照）。内ネジ形成機械は、金属ナット１６の装着および装着解除を行うためのさらなる装置（図面には示さず）を備えることもできる。
【００１７】
本発明では、機械はまた、非常に高い精度で移動できるシリンダ１７を備える。ナット１６を所定の力および速度でタップ１５のネジ形成面に押し込むよう、チャック１０によって定義される軸１４に沿って直線的に作用する（矢印Ｂを参照）押出し器１８を、シリンダ１７は備える。非常に高い精度で移動できるシリンダ１７は、次いで１２の上述の電子制御ユニットに接続されている。
【００１８】
語「非常に高い精度」は、±０．０１ｍｍ以上の高い精度で送り動作を調整できることを意味する。
【００１９】
さらに、非常に高い精度で移動できるシリンダ１７は好適には、磁気的に作動するシリンダを備える。しかしながら、±０．０１ｍｍ以上の精度で制御できる移動を実行可能なシリンダを備える他のタイプの非常に高い精度で移動できるシリンダを用いることもできる。
【００２０】
最後に、本発明の有用な特徴に関して、温度センサが、典型的には赤外線センサ１９が、機械加工の領域の直近に、すなわち、ナット１６の内ネジ形成を行うようタップ１５が動作する領域の直近に、配置される。温度センサ１９は、検出された瞬間的な温度変化に関係するデータを電子制御ユニット１２に送信するよう設計されている。
【００２１】
本発明にかかる方法を、図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
図１は、シリンダ１７の押出し器１８によって調整可能な速度でナット１６がタップ１５のヘッド上の初期入口位置へ押される瞬間の位置を示す。
【００２３】
図２は、ナット１６が軸１４に沿って所定の力および速度でシリンダ１７の押出し器１８によって押されると同時にタップが所定トルクで印加される所定速度で回転する第二瞬間の位置を示す。この工程の間に、ナットの実際の内ネジ形成が行われ、そしてこの工程の間に、センサ１９による温度変化の瞬間的なモニタリング（監視）が行われる。この温度変化は、電子制御ユニット１２に自動的に瞬時に送信される。
【００２４】
再び、方法のこの工程に関して、出願人によって実行された実験では、種々の動作条件に基づく異なるタップの切削性能を調査した。より具体的には、タップが新しく、かつ一般にＰＶＤ（物理気相成長）と呼ばれる表面処理のまたはタップの切削面の硬度をネジが形成されるナットの鋼（または場合によっては金属）よりも相当に大きくする他のタイプの表面処理も新しい場合、切削性能は最大レベルにあり、ある期間の間は一定のままであるが、その後、略線形的に次第に低下することを確認した。タップにＰＶＤ処理がもはや存在しない、タップの摩耗の状態に達した後は、切削性能は急激に低下する。驚くべきことに、動作領域における温度を所定限度より低く維持することによって、ＰＶＤ処理の剥がれの進行が、従来の方法と比較して、大きく遅くなることが分かった。より具体的には、タップ１５の切削性が急激に低下しないよう超えてはならない温度上限を設定した後、センサ１９によって測定された作業温度が徐々に近づいてくると、タップを冷却できるよう機械を瞬間的に一時停止させ、動作領域における温度が上限を超過するのを防止する。したがって、このように、作業温度を常にモニタリングし、タップ１５の回転速度およびシリンダ１７の押出し器１８を送る速度と、さらに押出し器１８によるナット１６へのスラスト力と、を自動調整するので、本発明にかかる方法は、一定の品質を有するとともにネジが形成されたナットを生産でき、加えて、タップの切削性能を長持ちさせてその結果として動作寿命を長くすることができる。しかしながら、タップの作業領域における温度を制御し続ける方法を実行するこの態様は、本発明にかかる方法の有用な実施形態を表現しており、非常に高い精度で移動できるシリンダを備える主要な態様に必須ではないことを付言しておく。なお、主要な態様における非常に高い精度で移動できるシリンダの瞬時かつ連続的な制御によって、従来技術の解決法と比較して、卓越した利点を驚くほど達成できる。
【００２５】
図３は、回転を続けるタップ１５にナット１６が差し込まれたままであるが、ピストン１７の押出し器１８はナット１６に異なる力を加えており矢印Ｂによって示す軸に沿った戻りストローク（行程）を開始した第三作動位置を示す。ナット１６は、そのストロークをタップ１５に沿って完了し（図４を参照）、次に装着解除されるよう軸１４に沿って送られる。この位置において、非常に高い精度のピストン１７が磁気作動を行うシリンダであり、機械加工の間にタップの温度を瞬間的に測定するセンサ１９を備える場合、センサ１９によって測定された温度に応じて、磁気シリンダは自動的に停止し、作業者によって予め設定された温度にタップが再び達した場合にのみ、図１に示すサイクルを再開する。後半の二つの加工工程の間に、作業領域における温度は、新しいナット１６に内ネジを形成する新しいサイクルを作動させるために電子制御ユニット１２によって用いられる所定下限値に温度が達するよう、センサ１９によって常に瞬時に制御される。
【００２６】
上述した方法により、従来技術の方法と比較して、一連の卓越した利点を得ることができる。より具体的には、本発明にかかる方法は、新しいタップによって、したがって切削性能が次第に低下している既に部分的に摩耗したタップと比較して最大切削性能を有している新しいタップによって、得ることができる性能を自動的に識別することができ、これにより、タップが新しいときには、例えば、押出し器の最大の送り速度および押出し器の最小の送り力を維持し、タップの耐用寿命にわたってタップの作業温度を参照値として考慮に入れながら速度を次第に減少させて力を増加させることができる。このように、ネジが形成される任意のタイプの製品に対する切削道具の寿命のあらゆるフェーズにおいて最適な調整を実行するように、生産プロセスに影響するそれぞれのパラメータ（例えば硬化および焼き戻しの前後のナットの硬度、ナットの高さ、その結果切削除去される材料の量、またそれだけでなくタップの幾何学的構造、タップの新品条件または再生条件、さらには選択された冷却液（例えば切削油またはエマルジョン））を測定することができる。
【００２７】
電子制御ユニット１２における適切なソフトウェアによって実質的に自動的に実行される本発明にかかる方法を、さらに、方法の実行の間に表示部１３で処理パラメータを観察し評価する作業者によって手動で瞬時に制御することもできる。要求に応じて各種パラメータの測定の周期的な特性を調査可能である（１〜３０ｍｓ）。別のキーボードまたはタッチスクリーン（図示せず）を用いて手動で入力することにより（例えば、チャックおよび／またはシリンダによって加えられるトルク限界、異なる最小および最高温度、または異なるタップ冷却時間を入力することにより）、必要に応じて補正が行われる。
【００２８】
さらなる実施形態では、ソフトウェアはまた、用いられるタップの特定タイプに対してそれぞれの機械加工を設定するためのパラメータをすべてサーバーに送信することもでき、これにより、特定のグラフを利用して種々の製造バッチの道具の動作および出力を制御することもできる。
【００２９】
以上の通り、一の特定の実施形態に関して本発明を説明した。添付の特許請求の範囲に記載される保護の枠内において、本開示の範囲内にある種々の変形を本発明に行えることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2018528087.tif 000007
2018528087.tif 000008
2018528087.tif 000009