JP2000218544A - 自動可削性測定と加工方法及びそのための装置 - Google Patents
自動可削性測定と加工方法及びそのための装置Info
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- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
- G01N3/567—Investigating resistance to wear or abrasion by submitting the specimen to the action of a fluid or of a fluidised material, e.g. cavitation, jet abrasion
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】工学材料の研磨ウォータジェット加工のための
可削性を求め、操作の速度を決めるための方法と装置を
提供することである。 【解決手段】一つは、穴あけ段階の穴あけ持続時間Ｔを
同時に測定しながら被試験材料を通して穴をあけ、穴あ
け持続時間から被削性数を計算することを含む材料の可
削性を測定する。もう一つは、材料の加工速度を決め、
材料を加工するために、材料の被削性数に基づいて材料
の加工速度を計算する方法を提供することによって解決
する。特定の材料に対して被削性数を測定し、加工速度
を計算するするのに用いられるの方法は、ＡＷＪフライ
ス削りプロセスを含むがそれに限られない任意の組合せ
の加工操作を含む。また穴あけ力が材料を通して穴あけ
貫通状態を作るに要する持続時間を検出する装置を提供
する。穴あけ貫通持続時間を測定する装置には圧力セン
サ、音響センサ、光学センサ、ロードセル、機械的スィ
ッチ及びそれらの組合せがある。
可削性を求め、操作の速度を決めるための方法と装置を
提供することである。 【解決手段】一つは、穴あけ段階の穴あけ持続時間Ｔを
同時に測定しながら被試験材料を通して穴をあけ、穴あ
け持続時間から被削性数を計算することを含む材料の可
削性を測定する。もう一つは、材料の加工速度を決め、
材料を加工するために、材料の被削性数に基づいて材料
の加工速度を計算する方法を提供することによって解決
する。特定の材料に対して被削性数を測定し、加工速度
を計算するするのに用いられるの方法は、ＡＷＪフライ
ス削りプロセスを含むがそれに限られない任意の組合せ
の加工操作を含む。また穴あけ力が材料を通して穴あけ
貫通状態を作るに要する持続時間を検出する装置を提供
する。穴あけ貫通持続時間を測定する装置には圧力セン
サ、音響センサ、光学センサ、ロードセル、機械的スィ
ッチ及びそれらの組合せがある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的にいえば機械
加工の方法と装置に関し、さらに詳しくいえば工学材料
の研磨ウォータジェット加工に関する。
加工の方法と装置に関し、さらに詳しくいえば工学材料
の研磨ウォータジェット加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】被削性数は、行われるべき加工操作、フ
ライス削りなど、の種類によって変わる特定の材料の性
質であり、多くの材料の性質に関係する。延性材料の研
摩ウォータジェット加工の場合、被削性数は、主に材料
の流れ応力に関する。脆性材料の研摩ウォータジェット
加工の場合、可削性は、破壊エネルギー、粒度（ガラス
などの材料に対する流れ分布、弾性係数及びポワソン比
に関係する。
ライス削りなど、の種類によって変わる特定の材料の性
質であり、多くの材料の性質に関係する。延性材料の研
摩ウォータジェット加工の場合、被削性数は、主に材料
の流れ応力に関する。脆性材料の研摩ウォータジェット
加工の場合、可削性は、破壊エネルギー、粒度（ガラス
などの材料に対する流れ分布、弾性係数及びポワソン比
に関係する。
【０００３】さまざまな加工物の材料が研摩ウォータジ
ェット加工プロセスを用いてフライス削りされるジョブ
ショップ環境においては、新しい種類の材料が初めてフ
ライス削りされる場合、普通、加工操作を行う前に多数
の経験的フライス削り試験と計算を材料の被削性数を決
めるために行う必要がある。
ェット加工プロセスを用いてフライス削りされるジョブ
ショップ環境においては、新しい種類の材料が初めてフ
ライス削りされる場合、普通、加工操作を行う前に多数
の経験的フライス削り試験と計算を材料の被削性数を決
めるために行う必要がある。
【０００４】ジェイ・ゼング他は、１９８９年のＡＳＭ
Ｅの冬期年会の議事録３７−４２頁の題名「高圧研摩ウ
ォータジェットによる多孔性材料の可削性」という論文
（この論文は本明細書に参照して組み込まれている）に
おいて最初に「被削性数」という概念を導入し、加工さ
れるべき異なる材料に対する所望の表面品質を達成する
ために用いられるべき最適研摩ウォータジェット（ＡＷ
Ｊ）加工基準（例えば、研摩粒子の流量及び横方向速
度）を決めるためのパラメータ予測方法に組み込んだ。
いくつかのＡＷＪ装置メーカー及びその顧客が材料の被
削性数を経験のあるＡＷＪオペレータによって特定の顧
客の材料について行われた手探りの経験的試験からの被
削性数データのデータベースを与えることによって種々
の材料の被削性数を決める問題に着手することを試み
た。しかし、これは、費用と時間のかかるかなりの努力
を必要とする。そのようなデータベースはまた、使うの
に厄介で退屈である。
Ｅの冬期年会の議事録３７−４２頁の題名「高圧研摩ウ
ォータジェットによる多孔性材料の可削性」という論文
（この論文は本明細書に参照して組み込まれている）に
おいて最初に「被削性数」という概念を導入し、加工さ
れるべき異なる材料に対する所望の表面品質を達成する
ために用いられるべき最適研摩ウォータジェット（ＡＷ
Ｊ）加工基準（例えば、研摩粒子の流量及び横方向速
度）を決めるためのパラメータ予測方法に組み込んだ。
いくつかのＡＷＪ装置メーカー及びその顧客が材料の被
削性数を経験のあるＡＷＪオペレータによって特定の顧
客の材料について行われた手探りの経験的試験からの被
削性数データのデータベースを与えることによって種々
の材料の被削性数を決める問題に着手することを試み
た。しかし、これは、費用と時間のかかるかなりの努力
を必要とする。そのようなデータベースはまた、使うの
に厄介で退屈である。
【０００５】コンピュータソフトウェアの発展は、被削
性数が予め得られていた材料に対する最適動作基準を計
算するために経験的に得られた被削性数データのデータ
ベースの使用を容易にした。被削性数が未知の新しい材
料を加工すべき場合には、コンピュータソフトウェアは
また材料の試験片から可削性を決めるのに必要な経験的
試験を実施するときに案内し援助するのに用いられても
よい。
性数が予め得られていた材料に対する最適動作基準を計
算するために経験的に得られた被削性数データのデータ
ベースの使用を容易にした。被削性数が未知の新しい材
料を加工すべき場合には、コンピュータソフトウェアは
また材料の試験片から可削性を決めるのに必要な経験的
試験を実施するときに案内し援助するのに用いられても
よい。
【０００６】しかし、被削性数データを得るために必要
な手探り試験は、材料の多数の試験片を用いる必要があ
るから、不経済である。さらに、その試験は、手動で行
い、テストの結果を評価し、結果とし得られた経験的結
果を入力し、行われるべき次の操作に必要な加工パラメ
ータをプログラムするためにＡＷＪ マシンオペレータ
を必要とするから、費用がかかりかつ時間がかかる。
な手探り試験は、材料の多数の試験片を用いる必要があ
るから、不経済である。さらに、その試験は、手動で行
い、テストの結果を評価し、結果とし得られた経験的結
果を入力し、行われるべき次の操作に必要な加工パラメ
ータをプログラムするためにＡＷＪ マシンオペレータ
を必要とするから、費用がかかりかつ時間がかかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のことは、現在の
加工方法と装置に存在すると知られている限界を示して
いる。従って、上述の限界の一つ以上を克服することに
向けられた代替品を提供することが有利であることは明
白である。従って、ここに さらに十分に開示される特
徴を備える適当な代替品を提供する。
加工方法と装置に存在すると知られている限界を示して
いる。従って、上述の限界の一つ以上を克服することに
向けられた代替品を提供することが有利であることは明
白である。従って、ここに さらに十分に開示される特
徴を備える適当な代替品を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、穴あけ工程の
穴あけ時間Ｔの測定及び穴あけ時間から被削性数を計算
同時に行いながら、被試験材料を通して穴をあけること
含む材料の可削性を測定する方法を提供する。また、材
料の加工速度を決定する方法及び材料の被削性数に基づ
く材料のための加工速度を計算する材料を加工する方法
も提供される。被削性数を求め特定の材料の加工速度を
計算するのに用いられる方法は、それに限定されない
が、ＡＷＪフライス削りプロセスを含む各種の機械加工
を含むことができる。
穴あけ時間Ｔの測定及び穴あけ時間から被削性数を計算
同時に行いながら、被試験材料を通して穴をあけること
含む材料の可削性を測定する方法を提供する。また、材
料の加工速度を決定する方法及び材料の被削性数に基づ
く材料のための加工速度を計算する材料を加工する方法
も提供される。被削性数を求め特定の材料の加工速度を
計算するのに用いられる方法は、それに限定されない
が、ＡＷＪフライス削りプロセスを含む各種の機械加工
を含むことができる。
【０００９】また、穴あけ力により作られた材料を通る
貫通状態、および貫通状態を作るために穴あけ力が費や
す時間を検出する装置が提供される。この装置は、貫通
状態の存在を測定するために、圧力センサー、音響セン
サー、光学式センサー、ロードセル、機械的スイッチ、
およびそれらの組合せのうちのいずれかを備える。機械
加工用の加工物との予め定められたスタンドオフ距離及
びギャップ距離を得るための制御装置を含む装置もまた
提供される。この制御装置は、、加工されて加工物との
予め定められたギャップ距離を確立したときのノズルア
センブリ装置の位置基づいて被機械加工物の厚さを決定
できる。
貫通状態、および貫通状態を作るために穴あけ力が費や
す時間を検出する装置が提供される。この装置は、貫通
状態の存在を測定するために、圧力センサー、音響セン
サー、光学式センサー、ロードセル、機械的スイッチ、
およびそれらの組合せのうちのいずれかを備える。機械
加工用の加工物との予め定められたスタンドオフ距離及
びギャップ距離を得るための制御装置を含む装置もまた
提供される。この制御装置は、、加工されて加工物との
予め定められたギャップ距離を確立したときのノズルア
センブリ装置の位置基づいて被機械加工物の厚さを決定
できる。
【００１０】前述の一般記述および以下の詳細な記述
は、本発明の例示的なものであって制限的なものでない
ことを理解する必要がる。前述および他の図面は、付随
の図面と連携して読まれるときに、以下の詳細な記述か
ら明白にななる。
は、本発明の例示的なものであって制限的なものでない
ことを理解する必要がる。前述および他の図面は、付随
の図面と連携して読まれるときに、以下の詳細な記述か
ら明白にななる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の装置と方法は、全体を通
じて類似の数字が類似の要素を表す図面に関連して読ま
れるときに、以下の詳細な説明から最もよく理解され
る。慣例に従って、図面において示された装置の様々な
寸法は縮尺を入れてないことを強調しておく。
じて類似の数字が類似の要素を表す図面に関連して読ま
れるときに、以下の詳細な説明から最もよく理解され
る。慣例に従って、図面において示された装置の様々な
寸法は縮尺を入れてないことを強調しておく。
【００１２】次に、図面を参照すると、図１は、研摩ウ
ォータジェット（ＡＷＪ）装置に適用されるような発明
の実施形態の一般的な装置図を示する。
ォータジェット（ＡＷＪ）装置に適用されるような発明
の実施形態の一般的な装置図を示する。
【００１３】研摩ウォータジェット（ＡＷＪ ）プロセ
スは、各種の材料に様々なフライス削りや他の機械加工
を行うために高圧ウォータジェットに巻き込まれた研摩
材料を用いる。利用された高エネルギーウォータジェッ
トビームは、加工物材料の急速な浸食作用を高速固体粒
子の衝突と組合せる。ＡＷＪフライス削り操作におい
て、研摩ウォータジェットは、ウォータジェットによる
急速な冷却を与えられながら、正確に調整された深さで
指定された領域の上の材料を取り去る。
スは、各種の材料に様々なフライス削りや他の機械加工
を行うために高圧ウォータジェットに巻き込まれた研摩
材料を用いる。利用された高エネルギーウォータジェッ
トビームは、加工物材料の急速な浸食作用を高速固体粒
子の衝突と組合せる。ＡＷＪフライス削り操作におい
て、研摩ウォータジェットは、ウォータジェットによる
急速な冷却を与えられながら、正確に調整された深さで
指定された領域の上の材料を取り去る。
【００１４】簡単にいえば、図１において、開口部１２
および高圧水と研摩剤の混合物を動く加工物１６に適用
する焦中管１４から成っているノズルアセンブリ１０が
示されます。ノズルアセンブリ１０は、、オプションの
振動フィーダ２０からの研摩剤と水源２２からの高圧水
を供給されるのが好ましい。振動フィーダを使うことが
示されているが、周知であり当業者に容易に認めらるで
あろう他のタイプの給水装置をこの目的のために用いて
もよいことが分かる。
および高圧水と研摩剤の混合物を動く加工物１６に適用
する焦中管１４から成っているノズルアセンブリ１０が
示されます。ノズルアセンブリ１０は、、オプションの
振動フィーダ２０からの研摩剤と水源２２からの高圧水
を供給されるのが好ましい。振動フィーダを使うことが
示されているが、周知であり当業者に容易に認めらるで
あろう他のタイプの給水装置をこの目的のために用いて
もよいことが分かる。
【００１５】ＡＷＪプロセスを行うときに、水圧、研摩
材の粒度、研摩流の流量、ウォータジェットノズル開口
部の寸法などの多くのパラメータがフライス削りされる
材料のタイプに従って変えられる。振動フィーダ２０か
らの供水および水源２２からの高圧水の供給を制御する
制御装置３０が設けられている。ＡＷＪフライス削りの
操作を行う前に、制御装置３０は、一般に、「ｄｏ、
「ｄｆ」、「ｐ」、「Ａ」及び「Ｄ」を含むＡＷＪ装置
操作パラメータをユーザーによりプリセットされる。Ａ
ＷＪ装置を使ってフライス削り操作を行うためのこれら
の操作パラメータの選択を以下に詳細に詳細に説明す
る。
材の粒度、研摩流の流量、ウォータジェットノズル開口
部の寸法などの多くのパラメータがフライス削りされる
材料のタイプに従って変えられる。振動フィーダ２０か
らの供水および水源２２からの高圧水の供給を制御する
制御装置３０が設けられている。ＡＷＪフライス削りの
操作を行う前に、制御装置３０は、一般に、「ｄｏ、
「ｄｆ」、「ｐ」、「Ａ」及び「Ｄ」を含むＡＷＪ装置
操作パラメータをユーザーによりプリセットされる。Ａ
ＷＪ装置を使ってフライス削り操作を行うためのこれら
の操作パラメータの選択を以下に詳細に詳細に説明す
る。
【００１６】操作において、高圧水と研磨材をノズルに
供給すると、加工物１６は、制御装置３０によって与え
られる制御信号に応じて所望のフライス削り操作をする
ように加工物を操作すする当業界に周知の位置決め装置
（図示なし）によって前後に動かされる。以下に詳細に
説明されるように、制御装置３０は、ＡＷＪ装置の動作
条件についての入力を受けて加工物１６の材料に対する
最適フライス削り速度「ｕｍ」を計算するので、所望の
速度を与えるように加工物１６の運動を制御する動作を
制御する。制御装置３０は、入手可能で、当業者に周知
の、含むかもしれないコンピュータ化数値制御装置（Ｃ
ＮＣ）であるのが好ましく、例えばミネソタ州チャンハ
ッセンのアクロループ・モーション・コントロール・シ
ステムズ社（Ａｃｒｏｌｏｏｐ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｃ．）、から入手可能
なモデルＡＣＲ２０００の運動制御装置を含めてもよ
い。ＡＷＪフライス削り方程式と動作パラメータ
供給すると、加工物１６は、制御装置３０によって与え
られる制御信号に応じて所望のフライス削り操作をする
ように加工物を操作すする当業界に周知の位置決め装置
（図示なし）によって前後に動かされる。以下に詳細に
説明されるように、制御装置３０は、ＡＷＪ装置の動作
条件についての入力を受けて加工物１６の材料に対する
最適フライス削り速度「ｕｍ」を計算するので、所望の
速度を与えるように加工物１６の運動を制御する動作を
制御する。制御装置３０は、入手可能で、当業者に周知
の、含むかもしれないコンピュータ化数値制御装置（Ｃ
ＮＣ）であるのが好ましく、例えばミネソタ州チャンハ
ッセンのアクロループ・モーション・コントロール・シ
ステムズ社（Ａｃｒｏｌｏｏｐ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｃ．）、から入手可能
なモデルＡＣＲ２０００の運動制御装置を含めてもよ
い。ＡＷＪフライス削り方程式と動作パラメータ
【００１７】ウォータジェットが加工物を横切って加工
物の厚さを貫通せずに深さ「Ｄ」まで材料を取り除くた
めに動くフライス削り操作において、本発明者は、最適
横速度「ｕｍ」を以下の方程式に従って見積りできるこ
とを発見した。
物の厚さを貫通せずに深さ「Ｄ」まで材料を取り除くた
めに動くフライス削り操作において、本発明者は、最適
横速度「ｕｍ」を以下の方程式に従って見積りできるこ
とを発見した。
【式１】
【００１８】ここで、「ｄｏ」はオリフィス１２の穴径
（インチ）、「ｐ」は高圧水源２２によって与えられる
水圧（ｋｓｉ）、「Ｄ」は加工物から取り除かれる材料
の深さ（インチ）、「Ｎｍｍ」は加工物材料をフライス
削りするための可削性数である。
（インチ）、「ｐ」は高圧水源２２によって与えられる
水圧（ｋｓｉ）、「Ｄ」は加工物から取り除かれる材料
の深さ（インチ）、「Ｎｍｍ」は加工物材料をフライス
削りするための可削性数である。
【００１９】１９９７年８月２３−２６日にミシガン州
ディアボーンにおける第９回アメリカ・ウォータジェッ
ト会議でゼング（Ｊ．Ｚｅｎｇ）及びムーニョス（Ｊ．
Ｍｕｎｏｚ）によって提出された題名「研磨ウォータジ
ェットでのセラミックのフライス削り−−実験的研究」
という論文は、フライス削り操作のための代表的パラメ
ータを与えるとして本明細書に参照して組み入れられて
いる。より明確にいえば、上述の装置を使ってＡＷＪフ
ライス削りプロセスを行うための典型的な操作パラメー
タは次の通りである、 ウォータジェット圧力（Ｐ）：５０ｋｓｉに設定された
デフォルト、しかし、水ポンプ容量に従って変動する。 開口部穴径（ｄｏ：０．０１４ｉｎに設定されたデフォ
ルト、しかし、水ポンプ容量によって変動する。
ディアボーンにおける第９回アメリカ・ウォータジェッ
ト会議でゼング（Ｊ．Ｚｅｎｇ）及びムーニョス（Ｊ．
Ｍｕｎｏｚ）によって提出された題名「研磨ウォータジ
ェットでのセラミックのフライス削り−−実験的研究」
という論文は、フライス削り操作のための代表的パラメ
ータを与えるとして本明細書に参照して組み入れられて
いる。より明確にいえば、上述の装置を使ってＡＷＪフ
ライス削りプロセスを行うための典型的な操作パラメー
タは次の通りである、 ウォータジェット圧力（Ｐ）：５０ｋｓｉに設定された
デフォルト、しかし、水ポンプ容量に従って変動する。 開口部穴径（ｄｏ：０．０１４ｉｎに設定されたデフォ
ルト、しかし、水ポンプ容量によって変動する。
【００２０】上述の式１に関して、この式はＡＷＪフラ
イス削りプロセスに対して経験的に導かれ、操作パラメ
ータｄｆ（集束管穴径）の特定値「Ａ」の使用に条件づ
けられることを特記しておく、そしてスタンドオフ距離
は以下の通りである。 焦中間穴径（ｄｆ）：約４．５・ｄｏにほぼ等しい内側
穴径を持つ管を使用。 研摩材流量（Ａ）：７５・ｄｏｌｂ／ｍｉｎに設定（バ
ートンガーネット＃８０を使用） スタンドオフ距離：１６・ｄｆに設定 なお、平行パスを必要とするフライス削りが所望のフラ
イス削り領域をカバーするためには、式１はまた（２／
３）／ｄｆに設定された横送り（すなわち各平行パスの
間のノズルの側方移動）を用いるたときにも適応され
る。
イス削りプロセスに対して経験的に導かれ、操作パラメ
ータｄｆ（集束管穴径）の特定値「Ａ」の使用に条件づ
けられることを特記しておく、そしてスタンドオフ距離
は以下の通りである。 焦中間穴径（ｄｆ）：約４．５・ｄｏにほぼ等しい内側
穴径を持つ管を使用。 研摩材流量（Ａ）：７５・ｄｏｌｂ／ｍｉｎに設定（バ
ートンガーネット＃８０を使用） スタンドオフ距離：１６・ｄｆに設定 なお、平行パスを必要とするフライス削りが所望のフラ
イス削り領域をカバーするためには、式１はまた（２／
３）／ｄｆに設定された横送り（すなわち各平行パスの
間のノズルの側方移動）を用いるたときにも適応され
る。
【００２１】被削性数「Ｎｍｍ」は、フライス削りを行
われるべき材料の種類に左右される。被削性数が特定の
材料の性質なので前にフライス削りされたことのない材
料種類で作られた加工物についてフライス削り操作を行
う前に決められなければならない。本発明によれば、加
工操作を行う前に多数の手探り試験によってある材料に
対する可削性を予め定める必要は、自動可削性測定及び
加工方法並びにそのためにこの中にに与えられた装置を
用いて除くことが出来る。
われるべき材料の種類に左右される。被削性数が特定の
材料の性質なので前にフライス削りされたことのない材
料種類で作られた加工物についてフライス削り操作を行
う前に決められなければならない。本発明によれば、加
工操作を行う前に多数の手探り試験によってある材料に
対する可削性を予め定める必要は、自動可削性測定及び
加工方法並びにそのためにこの中にに与えられた装置を
用いて除くことが出来る。
【００２２】本発明者は、ある材料についてフライス削
り操作のための被削性数は、次の式に従って厚さ「ｈ」
を有する直線穴あけ運動を用いてある材料を穴あけ貫通
するためにＡＷＪによって必要とされる時間「Ｔ」に逆
比例することを発見した。
り操作のための被削性数は、次の式に従って厚さ「ｈ」
を有する直線穴あけ運動を用いてある材料を穴あけ貫通
するためにＡＷＪによって必要とされる時間「Ｔ」に逆
比例することを発見した。
【式２】
【００２３】ここで、「Ｃｔｍ」は定数（１８９，２３
６インチ単位系に対する次元を用いてフライス削り速度
を計算するとき）であり、「Ｐ」はウォータジェット圧
力（ｋｓｉ）であり、「ｄｏ」は開口部１２の穴径（イ
ンチ）であり、「ｄｆ」は、集束管１４の退屈な人直径
（インチ）であり、「Ａ」は、振動フィーダ２０によっ
てノズルアセンブリ１０に与えられる予定の研摩材流量
（ｌｂｓ／ｍｉｎ）である。従って、加工物に取り付け
られた材料の試験クーポンを通して単一試験穴を作り、
ウォータジェットが加工物を穴あけ貫通した瞬間を検出
する手段を組み込むことによって、フライス削りに対す
る被削性数を穴あけ貫通時間に基づいて加工物に対して
自動的に計算できる。
６インチ単位系に対する次元を用いてフライス削り速度
を計算するとき）であり、「Ｐ」はウォータジェット圧
力（ｋｓｉ）であり、「ｄｏ」は開口部１２の穴径（イ
ンチ）であり、「ｄｆ」は、集束管１４の退屈な人直径
（インチ）であり、「Ａ」は、振動フィーダ２０によっ
てノズルアセンブリ１０に与えられる予定の研摩材流量
（ｌｂｓ／ｍｉｎ）である。従って、加工物に取り付け
られた材料の試験クーポンを通して単一試験穴を作り、
ウォータジェットが加工物を穴あけ貫通した瞬間を検出
する手段を組み込むことによって、フライス削りに対す
る被削性数を穴あけ貫通時間に基づいて加工物に対して
自動的に計算できる。
【００２４】厚さ「ｈ」は、フライス削りされる予定の
加工物の寸法によって規定され、ユーザーにより手動で
入力されるか、または、以下に詳細に説明する本発明に
よる厚さセンサーを用いて自動的にかのいずれかで測定
されて、制御装置３０に入力される。
加工物の寸法によって規定され、ユーザーにより手動で
入力されるか、または、以下に詳細に説明する本発明に
よる厚さセンサーを用いて自動的にかのいずれかで測定
されて、制御装置３０に入力される。
【００２５】加工物の穴あけ貫通を検出する装置ウォー
タジェットが加工物を穴あけ貫通した瞬間を検出するた
めに、多数の手段を組み込みできる。図ｌに示された本
発明の一つの実施形態によれば、ノズルアセンブリ１０
には集束管１４を囲むノズルシールド１５がある。ノズ
ルシールド１５は導管４１を介して空気または他のガス
供給源４０に接続されてそれと流体連通される。圧力ー
センサー４２が導管４１に接続されて、ノズルシールド
１５と空気源４０の間に置かれ、ノズルシールド１５の
中の圧力条件を検知して圧力センサ信号４３を制御装置
３０に与える。
タジェットが加工物を穴あけ貫通した瞬間を検出するた
めに、多数の手段を組み込みできる。図ｌに示された本
発明の一つの実施形態によれば、ノズルアセンブリ１０
には集束管１４を囲むノズルシールド１５がある。ノズ
ルシールド１５は導管４１を介して空気または他のガス
供給源４０に接続されてそれと流体連通される。圧力ー
センサー４２が導管４１に接続されて、ノズルシールド
１５と空気源４０の間に置かれ、ノズルシールド１５の
中の圧力条件を検知して圧力センサ信号４３を制御装置
３０に与える。
【００２６】ウォータジェットフライス削り操作が加工
物の材料の一部分を除くだけで加工物材料の厚さを貫通
しないので、加工物材料をフライス削りするための被削
性数Ｎｍｍが未知の場合、穴あけ試験が加工物としての
その同じ材料で作られた試験片について先ず行われる。
物の材料の一部分を除くだけで加工物材料の厚さを貫通
しないので、加工物材料をフライス削りするための被削
性数Ｎｍｍが未知の場合、穴あけ試験が加工物としての
その同じ材料で作られた試験片について先ず行われる。
【００２７】自動ＡＷＪフライス削りを行うための操作
図１に示されたＡＷＪ装置の操作は、本発明によりＡ
ＷＪフライス削り操作を行うことに関して説明する。図
４及び５の流れ図に移ると、制御装置３０は、ステップ
３００において、「ｄｏ」、「ｄｆ」、「Ｐ」及び
「Ａ」を含む特定のＡＷＪ操作パラメータを入力するこ
とによって開始される。
図１に示されたＡＷＪ装置の操作は、本発明によりＡ
ＷＪフライス削り操作を行うことに関して説明する。図
４及び５の流れ図に移ると、制御装置３０は、ステップ
３００において、「ｄｏ」、「ｄｆ」、「Ｐ」及び
「Ａ」を含む特定のＡＷＪ操作パラメータを入力するこ
とによって開始される。
【００２８】ウォータジェットフライス削り操作が加工
物の材料の一部分を除くだけで、加工物材料の厚さを貫
通しないので、加工物フライス削りするための被削性数
Ｎｍが未知であれば、穴あけ試験はまず加工物と同じ材
料で作られた試験片について行われる。
物の材料の一部分を除くだけで、加工物材料の厚さを貫
通しないので、加工物フライス削りするための被削性数
Ｎｍが未知であれば、穴あけ試験はまず加工物と同じ材
料で作られた試験片について行われる。
【００２９】Ａ．ノズルアセンブリの予め定めたスタン
ドオフ距離への位置決め 制御装置３０は、フライス削りシーケンスを開始するユ
ーザの命令を受けると、ステップ３１０において穴あけ
サイクルをステップ３１０において制御信号３９を空気
供給源４０に送って導管４１を介して空気流をノズルシ
ールド１５に入れ始める。制御装置３０は運動装置（図
示なし）にステップ３２０においてノズルシールドを下
げるように命令する制御信号１１を発生し、スタンドオ
フ距離（すなわち、集束管１４と加工物１６の間の距
離）にほぼ等しい予め定められた高さを有するエアギャ
ップを形成する。
ドオフ距離への位置決め 制御装置３０は、フライス削りシーケンスを開始するユ
ーザの命令を受けると、ステップ３１０において穴あけ
サイクルをステップ３１０において制御信号３９を空気
供給源４０に送って導管４１を介して空気流をノズルシ
ールド１５に入れ始める。制御装置３０は運動装置（図
示なし）にステップ３２０においてノズルシールドを下
げるように命令する制御信号１１を発生し、スタンドオ
フ距離（すなわち、集束管１４と加工物１６の間の距
離）にほぼ等しい予め定められた高さを有するエアギャ
ップを形成する。
【００３０】これは、ノズルシールド１５が目標表面に
向かって移動するとき加工物１６とノズルシールド１５
の間に作られた絞り作用によって生じた圧力増加をステ
ップ３３０において監視する近接スィッチとしての圧力
センサ４２を用いて達成される。したがって、スタンド
オフ及びエアギャップ距離は、まず、図２に示されてい
るように、値が制御装置３０にプログラムされている予
め定めた圧力Ｐｇに相当する既知のエアギャップ距離を
確立することによって確立される。ステップ３３０にお
いてノズルシールド１５内の圧力が所定の圧力Ｐｇに達
したことが検出されると、制御装置３０は、所望のスタ
ンドオフ距離を設定するためにステップ３４０において
ノズルアセンブリ１０の動きを止める制御信号を発生す
る。
向かって移動するとき加工物１６とノズルシールド１５
の間に作られた絞り作用によって生じた圧力増加をステ
ップ３３０において監視する近接スィッチとしての圧力
センサ４２を用いて達成される。したがって、スタンド
オフ及びエアギャップ距離は、まず、図２に示されてい
るように、値が制御装置３０にプログラムされている予
め定めた圧力Ｐｇに相当する既知のエアギャップ距離を
確立することによって確立される。ステップ３３０にお
いてノズルシールド１５内の圧力が所定の圧力Ｐｇに達
したことが検出されると、制御装置３０は、所望のスタ
ンドオフ距離を設定するためにステップ３４０において
ノズルアセンブリ１０の動きを止める制御信号を発生す
る。
【００３１】Ｂ．加工物の穴あけと被削性数の計算 ステップ３５０において、制御装置３０は、それぞれ水
源２２からの高圧水及び振動フィーダ２０からの研磨材
の供給を水ノズルアセンブリ１０内の研磨ウォータジェ
ットを確立するために開始するために制御信号２１及び
１８を発生する。制御装置３０は、また計時シーケンス
を始めて、穴あけされるまで続ける。穴あけ操作が行わ
れている時間の間、空気供給源４０はノズルシールド１
５へ空気の定常流れを与え続け、一方、圧力センサ４２
は「ｔｇ」及び「ｔｐ」の間の水平信号によって表され
た制御装置３０への定常出力信号を監視し与える。加工
物１６を通るウォータジェットの貫通（すなわち、「穴
あけ貫通」）したとき、図２に示されるように、穴あけ
貫通が起こる瞬間である「ｔｐ」における圧力センサ４
２によって検出された圧力の事実上瞬間的な降下を生ず
る真空がノズルシールド１５ないに作られる。
源２２からの高圧水及び振動フィーダ２０からの研磨材
の供給を水ノズルアセンブリ１０内の研磨ウォータジェ
ットを確立するために開始するために制御信号２１及び
１８を発生する。制御装置３０は、また計時シーケンス
を始めて、穴あけされるまで続ける。穴あけ操作が行わ
れている時間の間、空気供給源４０はノズルシールド１
５へ空気の定常流れを与え続け、一方、圧力センサ４２
は「ｔｇ」及び「ｔｐ」の間の水平信号によって表され
た制御装置３０への定常出力信号を監視し与える。加工
物１６を通るウォータジェットの貫通（すなわち、「穴
あけ貫通」）したとき、図２に示されるように、穴あけ
貫通が起こる瞬間である「ｔｐ」における圧力センサ４
２によって検出された圧力の事実上瞬間的な降下を生ず
る真空がノズルシールド１５ないに作られる。
【００３２】穴あけ貫通時に生じたステップ３６０にお
ける圧力の増加を検出すると、制御装置３０はステップ
３７０において計時シーケンスを止め、穴あけ貫通時間
「Ｔ」を得て記録する。ステップ３７５において、制御
装置３０は、制御装置３０にプログラムされている上述
の式２に従ってフライス削りのための被削性数「Ｎｍ
ｍ」を計算して記憶する。
ける圧力の増加を検出すると、制御装置３０はステップ
３７０において計時シーケンスを止め、穴あけ貫通時間
「Ｔ」を得て記録する。ステップ３７５において、制御
装置３０は、制御装置３０にプログラムされている上述
の式２に従ってフライス削りのための被削性数「Ｎｍ
ｍ」を計算して記憶する。
【００３３】Ｃ．加工物のフライス削り 被フライス削り加工物１６は、次にノズルアセンブリ１
０の下に置かれる。加工物から除かれるべき材料の所望
の深さ「Ｄ」は、制御装置３０の中にプログラムされて
いており、ノズルアセンブリ１０によって作られたフラ
イス削りパスの数を追跡するカウンタがステップ３８０
においてゼロに設定される。ステップ３９０においてフ
ライス削りシーケンスを開始するユーザの命令を受ける
と、制御装置３０は運動装置（図示なし）にステップ４
００、４１０、及び４１５においてノズルアセンブリ１
０の位置決めをし、それぞれ上述の穴あけ操作のための
ステップ３２０、３３０及び３４０において説明したの
と同じようにして加工物１６の上のスタンドオフ及びエ
アギャップ距離を確立する。ＡＷＪフライス削り操作の
ために用いられる代表的スタンドオフ距離は、比較的大
きい（普通は約２．５４ｃｍ（１ｉｎ）に設定される）
ので、ステップ４１０においてノズルシールド１５内の
圧力が所定の圧力Ｐｇに達したことを検知したとき、制
御装置３０は、ステップ３０においてノズルアセンブリ
１０の動きを逆にして所望のスタンドオフ距離を設定す
る。
０の下に置かれる。加工物から除かれるべき材料の所望
の深さ「Ｄ」は、制御装置３０の中にプログラムされて
いており、ノズルアセンブリ１０によって作られたフラ
イス削りパスの数を追跡するカウンタがステップ３８０
においてゼロに設定される。ステップ３９０においてフ
ライス削りシーケンスを開始するユーザの命令を受ける
と、制御装置３０は運動装置（図示なし）にステップ４
００、４１０、及び４１５においてノズルアセンブリ１
０の位置決めをし、それぞれ上述の穴あけ操作のための
ステップ３２０、３３０及び３４０において説明したの
と同じようにして加工物１６の上のスタンドオフ及びエ
アギャップ距離を確立する。ＡＷＪフライス削り操作の
ために用いられる代表的スタンドオフ距離は、比較的大
きい（普通は約２．５４ｃｍ（１ｉｎ）に設定される）
ので、ステップ４１０においてノズルシールド１５内の
圧力が所定の圧力Ｐｇに達したことを検知したとき、制
御装置３０は、ステップ３０においてノズルアセンブリ
１０の動きを逆にして所望のスタンドオフ距離を設定す
る。
【００３４】Ｄ．加工物の厚さの決定 加工物１６の厚さ「ｈ」は、自動的に測定されて制御装
置３０に入力される。これはステップ４２０において切
断位置におけるノズルアセンブリ１０の高さを既知の基
準位置と比較して、加工物の厚さを計算することによっ
て達成され。代わりに、厚さ「ｈ」は、オペレータによ
って手動で測定されてステップ４２０において制御装置
３０に入力されてもよい。
置３０に入力される。これはステップ４２０において切
断位置におけるノズルアセンブリ１０の高さを既知の基
準位置と比較して、加工物の厚さを計算することによっ
て達成され。代わりに、厚さ「ｈ」は、オペレータによ
って手動で測定されてステップ４２０において制御装置
３０に入力されてもよい。
【００３５】ステップ４３０において、制御装置３０は
まず集束管１４の穴径「ｄｆ］を所望のフライス削り深
さ「Ｄ」に対して比較する。所望のフライス削り深さ
「Ｄ」が「ｄｆ」より大きければ、フライス削り操作
は、次に、次式
まず集束管１４の穴径「ｄｆ］を所望のフライス削り深
さ「Ｄ」に対して比較する。所望のフライス削り深さ
「Ｄ」が「ｄｆ」より大きければ、フライス削り操作
は、次に、次式
【式３】Ｎ＝Ｄ／ｄｆ によってステップ４４０において決めれた整数「Ｎ」の
重なったフライス削りパスの範囲内で行われる。
重なったフライス削りパスの範囲内で行われる。
【００３６】「Ｄ」の値は、次にステップ４４０におけ
る集束管１４の穴径に等しくリセットされて、重なった
フライス削りパスに対する横速度「ｕｍ」は上述の式１
に従ってステップ４６０において計算される。
る集束管１４の穴径に等しくリセットされて、重なった
フライス削りパスに対する横速度「ｕｍ」は上述の式１
に従ってステップ４６０において計算される。
【００３７】しかし、ステップ４３０において、所望の
深さ「Ｄ」が「ｄｆ」以下であればステップ４５０にお
いて、「Ｎ」は１に等しく設定され所望の深さ「Ｄ」
は、ステップ４６０において、記憶された被削性数「Ｎ
ｍｍ」と一緒に用いられて上述の式１による横速度「ｕ
ｍ」を計算する。
深さ「Ｄ」が「ｄｆ」以下であればステップ４５０にお
いて、「Ｎ」は１に等しく設定され所望の深さ「Ｄ」
は、ステップ４６０において、記憶された被削性数「Ｎ
ｍｍ」と一緒に用いられて上述の式１による横速度「ｕ
ｍ」を計算する。
【００３８】なお、自由選択ステップ４６５において
は、制御装置３０はＡＷＪ装置の限界速度の限界である
最大速度「ｕｍａｘ」に対して必要な計算された横速度
「ｕｍ」を検査するようにプログラムされてもよい。も
し「ｕｍ＞ｕｍａｘ」であれば、制御装置３０はフライ
ス削り操作を止めて操作が実行できないという誤りメッ
セージを発生する。
は、制御装置３０はＡＷＪ装置の限界速度の限界である
最大速度「ｕｍａｘ」に対して必要な計算された横速度
「ｕｍ」を検査するようにプログラムされてもよい。も
し「ｕｍ＞ｕｍａｘ」であれば、制御装置３０はフライ
ス削り操作を止めて操作が実行できないという誤りメッ
セージを発生する。
【００３９】所望のフライス削り操作は、次にステップ
４７０において制御装置３０によって開始されて、それ
ぞれ水源２２からの高圧水及び振動フィーダ２０からの
研磨材の供給を始めて水ノズルアセンブリ１０内に研磨
ウォータジェットを確立する制御信号２１及び１９を同
時に発生する。制御装置３０はまた、ノズルアセンブリ
１０の移動を開始するための制御信号１１及び／又は計
算されたフライス削り速度「ｕｍ」において加工物の移
動を開始するための制御信号２６を送る。できれば、マ
スクを加工物部分のＣＡＤファイルに基づいて切り、フ
ライス削りされる必要のない周囲の加工物材料における
より良いエッジ品質を保護し達成するのに用いるのが良
い。
４７０において制御装置３０によって開始されて、それ
ぞれ水源２２からの高圧水及び振動フィーダ２０からの
研磨材の供給を始めて水ノズルアセンブリ１０内に研磨
ウォータジェットを確立する制御信号２１及び１９を同
時に発生する。制御装置３０はまた、ノズルアセンブリ
１０の移動を開始するための制御信号１１及び／又は計
算されたフライス削り速度「ｕｍ」において加工物の移
動を開始するための制御信号２６を送る。できれば、マ
スクを加工物部分のＣＡＤファイルに基づいて切り、フ
ライス削りされる必要のない周囲の加工物材料における
より良いエッジ品質を保護し達成するのに用いるのが良
い。
【００４０】フライス削りプロセスは所望フライス削り
面積を覆う並列パスを備えていてもよい。できれば、制
御装置３０は、多重並列パス及び所望のフライス削り面
積及びフライス削りの深さをカバーする多層のパスの両
方を行うためにプログラムされるのが良い。
面積を覆う並列パスを備えていてもよい。できれば、制
御装置３０は、多重並列パス及び所望のフライス削り面
積及びフライス削りの深さをカバーする多層のパスの両
方を行うためにプログラムされるのが良い。
【００４１】制御装置がフライス削り操作の一つが完了
していることをステップ４８０において検出すると、ス
テップ５１０においてカウンタが１だけ増やされ、次に
ステップ５２０においてフライス削り層の所望の設定数
「Ｎ」が行われたかどうかを決めるために比較される。
行われていなければ、フライス削り操作はステップ５３
０においてノズルアセンブリ１０及び／又は加工物１６
を移動しステップ４７０における別のフライス削り層を
始めるために戻ることによってノズル位置をリセットす
る制御装置３０によって繰り返す。フライス削り操作
は、フライス削り操作が終了にされるステップ５２０に
おいて所望のフライス削り層の数「Ｎ」が行われて検出
されるまで続けられる。
していることをステップ４８０において検出すると、ス
テップ５１０においてカウンタが１だけ増やされ、次に
ステップ５２０においてフライス削り層の所望の設定数
「Ｎ」が行われたかどうかを決めるために比較される。
行われていなければ、フライス削り操作はステップ５３
０においてノズルアセンブリ１０及び／又は加工物１６
を移動しステップ４７０における別のフライス削り層を
始めるために戻ることによってノズル位置をリセットす
る制御装置３０によって繰り返す。フライス削り操作
は、フライス削り操作が終了にされるステップ５２０に
おいて所望のフライス削り層の数「Ｎ」が行われて検出
されるまで続けられる。
【００４２】上述のようにフライス削り操作は引き続き
フライス削りされるはずの加工物１６から離される試験
片についての予備穴あけ試験を含むとして説明されてい
るので、ステップ３７５と３８０の間で加工物によって
置き換えるための試験片を必要とする。代わりに、「ド
ロップ・アンド・ミル」操作を与えるために、試験クー
ポンをフライス削り操作が穴あけ操作にすぐ続いていて
行なえるように加工物に設けられてもよい。次に試験片
はＡＷＫ操作を完了した後に切り離される。
フライス削りされるはずの加工物１６から離される試験
片についての予備穴あけ試験を含むとして説明されてい
るので、ステップ３７５と３８０の間で加工物によって
置き換えるための試験片を必要とする。代わりに、「ド
ロップ・アンド・ミル」操作を与えるために、試験クー
ポンをフライス削り操作が穴あけ操作にすぐ続いていて
行なえるように加工物に設けられてもよい。次に試験片
はＡＷＫ操作を完了した後に切り離される。
【００４３】圧力センサ及び代替の穴あけ貫通検出装置
圧力センサ４２として組込むことのできる装置に関し
ては、ノズルシールドの内部で穴が貫通したとき起こる
圧力の減少を検知できる装置であればどんなものでも組
み込みできる。代表的な装置にはコネチカット州モンロ
ウにあるオーキーフ・コントロールズ社（Ｏ’Ｋｅｅｆ
ｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｃｏ．）から入手できるモデル
ＯＫＣ−４２４空気近接センサがあるが、これに限られ
ない。穴あけ時間の検出に圧力センサ４２及び空気供給
源４０を用いることに関して上述したが、他のセンサを
ウォータジェットによる穴あけ貫通の瞬間を検出するた
めに組み込みできることがこの開示の教えに基づいて読
むとき容易に分かるであろう。図６にはそれぞれＡＷＪ
操作が行われている加工物１６に取付けられ又は近くで
用いられることのできる代替の穴あけ貫通検出器５０と
５５が示されている。穴あけ貫通検出器５０と５５は、
個別に又は組合せて用いられてもよい。このような具合
に用いることのできる代表的な装置には穴あけ貫通時の
ウォータジェットの存在を直接に検出する（例えば光学
センサによって）か又は穴あけ貫通の時に起こる何らか
の特性変化を間接に検出する（例えば音響センサ又はロ
ードセルによって）かのいずれかをできる従来のセンサ
があるが、それらに限られない。
圧力センサ４２として組込むことのできる装置に関し
ては、ノズルシールドの内部で穴が貫通したとき起こる
圧力の減少を検知できる装置であればどんなものでも組
み込みできる。代表的な装置にはコネチカット州モンロ
ウにあるオーキーフ・コントロールズ社（Ｏ’Ｋｅｅｆ
ｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｃｏ．）から入手できるモデル
ＯＫＣ−４２４空気近接センサがあるが、これに限られ
ない。穴あけ時間の検出に圧力センサ４２及び空気供給
源４０を用いることに関して上述したが、他のセンサを
ウォータジェットによる穴あけ貫通の瞬間を検出するた
めに組み込みできることがこの開示の教えに基づいて読
むとき容易に分かるであろう。図６にはそれぞれＡＷＪ
操作が行われている加工物１６に取付けられ又は近くで
用いられることのできる代替の穴あけ貫通検出器５０と
５５が示されている。穴あけ貫通検出器５０と５５は、
個別に又は組合せて用いられてもよい。このような具合
に用いることのできる代表的な装置には穴あけ貫通時の
ウォータジェットの存在を直接に検出する（例えば光学
センサによって）か又は穴あけ貫通の時に起こる何らか
の特性変化を間接に検出する（例えば音響センサ又はロ
ードセルによって）かのいずれかをできる従来のセンサ
があるが、それらに限られない。
【００４４】これに関して有用な音響センサは、穴あけ
貫通の時に起こる音響レベルの変化を検出できるもので
あり、ウィスコンシン州オコノモーク（Ｏｃｏｎｏｍｏ
ｗｏｃ）にあるクウェスト・テクノロジーズ社（Ｑｕｅ
ｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）から入手
できるモデル２８００積分音響レベルメータのような音
響センサを含む。図３にＡＷＪ穴あけ操作の間に得られ
た音響の読みがウォータジェット操作の開始と穴あけ貫
通の瞬間を二つの離れた異なるピークによって明らかに
指示している複製が示されている。これに関してやはり
有用なロードセルは加工物１６に加わる力の減少を穴あ
け貫通時に起こるウォータジェットによって検出できる
ものであり、コネチカット州サジングトンにあるセンス
−オール社（Ｓｅｎｓ−Ａｌｌ，Ｉｎｃ．）から入手で
きるようなロードセルを含めることができる。
貫通の時に起こる音響レベルの変化を検出できるもので
あり、ウィスコンシン州オコノモーク（Ｏｃｏｎｏｍｏ
ｗｏｃ）にあるクウェスト・テクノロジーズ社（Ｑｕｅ
ｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）から入手
できるモデル２８００積分音響レベルメータのような音
響センサを含む。図３にＡＷＪ穴あけ操作の間に得られ
た音響の読みがウォータジェット操作の開始と穴あけ貫
通の瞬間を二つの離れた異なるピークによって明らかに
指示している複製が示されている。これに関してやはり
有用なロードセルは加工物１６に加わる力の減少を穴あ
け貫通時に起こるウォータジェットによって検出できる
ものであり、コネチカット州サジングトンにあるセンス
−オール社（Ｓｅｎｓ−Ａｌｌ，Ｉｎｃ．）から入手で
きるようなロードセルを含めることができる。
【００４５】代わりに、図７に示されているように、当
業界に周知の従来の機械的スィッチを直接加工物の下に
置いてウォータジェットによる貫通時に、スイッチ６０
がトリップされて制御装置３０に穴あけ貫通状態のあっ
たことを指示するようにする。
業界に周知の従来の機械的スィッチを直接加工物の下に
置いてウォータジェットによる貫通時に、スイッチ６０
がトリップされて制御装置３０に穴あけ貫通状態のあっ
たことを指示するようにする。
【００４６】本発明の装置及び方法の結果として、従来
のフライス削り及び機械加工プロセスに多くの利益を与
ええるＡＷＪ装置が提供される。これらの利益の中には
多数の手探り試験又は新しい材料を加工するための膨大
なユーザの経験を必要とすることなくＡＷＪ操作に用い
る最適加工パラメータを決めるために本発明による自動
加工プロセスを用いて決めることができることがある。
さらに、本発明によれば、連続フライス削りプロセスを
加工物に試験クーポンを組み込むことによってできる。
試験クーポンにある試験穴を逐次に開けてフライス削り
操作を中断することなく進めることによって、連続フラ
イス削り操作を達成できる。試験片は後で切断によって
除かれる。
のフライス削り及び機械加工プロセスに多くの利益を与
ええるＡＷＪ装置が提供される。これらの利益の中には
多数の手探り試験又は新しい材料を加工するための膨大
なユーザの経験を必要とすることなくＡＷＪ操作に用い
る最適加工パラメータを決めるために本発明による自動
加工プロセスを用いて決めることができることがある。
さらに、本発明によれば、連続フライス削りプロセスを
加工物に試験クーポンを組み込むことによってできる。
試験クーポンにある試験穴を逐次に開けてフライス削り
操作を中断することなく進めることによって、連続フラ
イス削り操作を達成できる。試験片は後で切断によって
除かれる。
【００４７】しかし、操作中の加工速度の自動プログラ
ミングをどんなユーザの干渉又は調整も必要なく、また
そのように決められた最適加工速度の精度を大きくしな
がら達成できる。さらに、種々の制御及び測定機能をウ
ォータジェットノズルに関する加工物の近接検出及び加
工物の厚さを測定することを含む本発明の装置と方法を
用いて達成できる。なお、プロセスパラメータ（例え
ば、水圧の変化、研磨材の流量、研磨材の種類、ノズル
の直径、など）の補整をも自動的に行える。
ミングをどんなユーザの干渉又は調整も必要なく、また
そのように決められた最適加工速度の精度を大きくしな
がら達成できる。さらに、種々の制御及び測定機能をウ
ォータジェットノズルに関する加工物の近接検出及び加
工物の厚さを測定することを含む本発明の装置と方法を
用いて達成できる。なお、プロセスパラメータ（例え
ば、水圧の変化、研磨材の流量、研磨材の種類、ノズル
の直径、など）の補整をも自動的に行える。
【００４８】追加の加工技術に対する代替実施形態 二
三の特定の実施形態、すなわちＡＷＪフライス削りエネ
ルギービーム加工プロセスに関してここに図示して説明
したが、本発明はそれにもかかわらず、示された詳細に
限定されると意図しているものではない。むしろ種々の
変更形を本発明の精神から逸れることなく各請求項の等
価物の範囲内で詳細部においてなすことができる。その
ような変更形は、ＡＷＪフライス削りプロセスを用いて
被削性数を決める装置と方法の用途を含むことができ
る。さらに、一つのエネルギービームを用いる本発明に
従って工学材料の被削性数の決定をエネルギービーム加
工プロセスの他の形式において用いるためのプロセスパ
ラメータを計算することに適用できるし又はそれと相関
させることができる。
三の特定の実施形態、すなわちＡＷＪフライス削りエネ
ルギービーム加工プロセスに関してここに図示して説明
したが、本発明はそれにもかかわらず、示された詳細に
限定されると意図しているものではない。むしろ種々の
変更形を本発明の精神から逸れることなく各請求項の等
価物の範囲内で詳細部においてなすことができる。その
ような変更形は、ＡＷＪフライス削りプロセスを用いて
被削性数を決める装置と方法の用途を含むことができ
る。さらに、一つのエネルギービームを用いる本発明に
従って工学材料の被削性数の決定をエネルギービーム加
工プロセスの他の形式において用いるためのプロセスパ
ラメータを計算することに適用できるし又はそれと相関
させることができる。
【００４９】そのようなエネルギー技術は原材料を仕上
がり材料に切削又は作製、成形、調整又は仕上げするた
めに材料除去を行うのに集中ビームエネルギーを利用す
るものを含む。例として、本発明の装置と方法を純ウォ
ータジェット、レーザ、プラズマアーク、炎切断、及び
エレクトロンビーム技術を含むがそれらに限られない他
の形式のエネルギービーム技術に組み入れるために組み
入れできることが考えられる。これらの各々は材料を取
り除くために異なる物理現象を用いるが、それらは本発
明の装置と方法を採用できるように性質及び方法論にお
いてウォータジェットエネルギーと同様に挙動する。
がり材料に切削又は作製、成形、調整又は仕上げするた
めに材料除去を行うのに集中ビームエネルギーを利用す
るものを含む。例として、本発明の装置と方法を純ウォ
ータジェット、レーザ、プラズマアーク、炎切断、及び
エレクトロンビーム技術を含むがそれらに限られない他
の形式のエネルギービーム技術に組み入れるために組み
入れできることが考えられる。これらの各々は材料を取
り除くために異なる物理現象を用いるが、それらは本発
明の装置と方法を採用できるように性質及び方法論にお
いてウォータジェットエネルギーと同様に挙動する。
【００５０】さらに、本発明を適用できる他のエネルギ
ービームの選択は単に例示的であるに過ぎないこれらの
特定例に限られない。むしろ、これらのエネルギービー
ム技術は、以下の特徴及び本発明によって教えられ、Ａ
ＷＪプロセスに関して以下に述べられることを解析する
と容易に当業者によって認められ選択されることができ
るであろう。
ービームの選択は単に例示的であるに過ぎないこれらの
特定例に限られない。むしろ、これらのエネルギービー
ム技術は、以下の特徴及び本発明によって教えられ、Ａ
ＷＪプロセスに関して以下に述べられることを解析する
と容易に当業者によって認められ選択されることができ
るであろう。
【００５１】エネルギー送出関係 ＡＷＪ：加えられる流量／圧力（ｈｐ／ｗ）が高いほ
ど、材料除去速度が速い。 レーザ：加えられる流量／圧力（ｈｐ／ｗ）が高いほ
ど、材料除去速度が速い。 レーザ：加えられる出力パワ（ｈｐ／ｗ）が高いほど、
材料除去速度が速い。
ど、材料除去速度が速い。 レーザ：加えられる流量／圧力（ｈｐ／ｗ）が高いほ
ど、材料除去速度が速い。 レーザ：加えられる出力パワ（ｈｐ／ｗ）が高いほど、
材料除去速度が速い。
【００５２】解析関係 ＡＷＪ：機械加工（例えば、フライス削り、旋削）除去
速度を被削性数に関係づけることができる。 レーザ：機械加工除去速度を被削性数に関係づけること
ができる。
速度を被削性数に関係づけることができる。 レーザ：機械加工除去速度を被削性数に関係づけること
ができる。
【００５３】したがって、本発明の方法と装置をウォー
タジェットプロセスに対して上述したものと同様な材料
応答を生ずる他のエネルギービームプロセス（例えば、
レーザ及びプラズマエネルギービーム）に対する被削性
数を決めるために用いることができると考えられる。
タジェットプロセスに対して上述したものと同様な材料
応答を生ずる他のエネルギービームプロセス（例えば、
レーザ及びプラズマエネルギービーム）に対する被削性
数を決めるために用いることができると考えられる。
【図１】は、本発明による研摩ウォータジェット装置の
コンポーネントの一般的な象徴的な図である。
コンポーネントの一般的な象徴的な図である。
【図２】は、本発明の１つの実施形態によるフライス削
り方法の一部として行われた穴あけ操作の間に圧力セン
サーによって読まれた圧力信号の表現である。
り方法の一部として行われた穴あけ操作の間に圧力セン
サーによって読まれた圧力信号の表現である。
【図３】は、実際本発明の１つの実施形態において使わ
れた音響センサーにより生成された波形の複製を示す
る。
れた音響センサーにより生成された波形の複製を示す
る。
【図４】は、本発明の実施形態によるフライス削り方法
を行うための図ｌのプログラム可能な制御装置にあるソ
フトウェアプログラムのためのプログラムのフローチャ
ートである。
を行うための図ｌのプログラム可能な制御装置にあるソ
フトウェアプログラムのためのプログラムのフローチャ
ートである。
【図５】は、本発明の実施形態によるフライス削り方法
を行うための図ｌのプログラム可能な制御装置にあるソ
フトウェアプログラムのためのもう一つのプログラムの
フローチャートである。
を行うための図ｌのプログラム可能な制御装置にあるソ
フトウェアプログラムのためのもう一つのプログラムの
フローチャートである。
【図６】は、本発明による穴あけ貫通検出の代替の実施
形態を示す一般的象徴図である。
形態を示す一般的象徴図である。
【図７】は、本発明による穴あけ貫通検出のもう一つの
代替の実施形態を示す一般的象徴図である。
代替の実施形態を示す一般的象徴図である。
１０ ノズルアセンブリ １４ 集束管 １５ ノズルシールド １６ 加工物 ２０ 振動フィーダ ２２ 水源 ３０ 制御装置 ４０ 空気供給源 ４２ 圧力センサ
Claims (26)
- 【請求項１】 ａ）材料を用意する段階、 ｂ）前記材料を穴あけする段階、 ｃ）前記穴あけ段階の穴あけ貫通時間Ｔを同時に測定す
る段階、 ｄ）前記穴あけ貫通時間から穴あけ被削性数と異なる被
削性数を計算する段階を含む材料の可削性を測定する方
法。 - 【請求項２】前記穴あけ段階が研磨ウォータジェットに
よって行われる請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記被削性数を計算する段階がフライス削
りプロセスのための被削性数Ｎｍｍを次式 によって得るを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】前記フライス削りプロセスが研磨ウォータ
ジェットフライス削りプロセスである請求項３２に記載
の方法。 - 【請求項５】 ａ）材料を用意する段階、 ｂ）前記材料を穴あけする段階、 ｃ）前記穴あけ段階の穴あけ貫通時間Ｔを同時に測定す
る段階、 ｄ）前記穴あけ貫通時間から穴あけ被削性数と異なる被
削性数を計算する段階、ｅ）前記材料が加工されるべき
速度を前記被削性数から計算する段階を含む材料の加工
速度を求める方法。 - 【請求項６】前記穴あけ段階が研磨ウォータジェットに
よって行われる請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】前記被削性数を計算する段階がフライス削
りプロセスのための被削性数Ｎｍｍを次式 によって得ることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】前記材料が加工されるべき速度を計算する
段階が以下の式 によって研磨ウォータジェットフライス削りのためのフ
ライス削り速度ｕｍ得る請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 ａ）加工されるべき材料をを含む試
料用意する段階、 ｂ）前記試料を通して穴を開ける段階、 ｃ）前記穴あけ段階の穴あけ貫通時間Ｔを同時に測定す
る段階、 ｄ）前記穴あけ貫通時間から穴あけ被削性数と異なる前
記材料に対する被削性数を計算する段階、 ｅ）前記材料を含む加工物が加工されるべき速度を前記
被削性数から計算する段階 ｆ）前記材料を前記計算された速度で加工する段階 を含む材料を加工する方法。 - 【請求項１０】前記穴あけ段階が研磨ウォータジェット
プロセスによって行われる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】前記加工する段階がフライス削りプロセ
スを含み、そして前記被削性数を計算する段階がフライ
ス削りプロセスのための被削性数Ｎｍｍを次式 によって得ることを特徴とする請求項１０に記載の方
法。 - 【請求項１２】前記加工する段階が研磨ウォータジェッ
トフライス削りプロセスを含み、前記加工物が加工され
るべき速度を計算する段階が以下の式 によって研磨ウォータジェットフライス削りのためのフ
ライス削り速度ｕｍ得る請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記加工段階で加工される前記加工物が
前記穴あけ段階で穴あけされる前記試料を含む請求項９
に記載の方法。 - 【請求項１４】穴あけ力によってなされた材料を貫く穴
あけ状態を検出する手段と、 前記穴あけ状態を生じるための前記穴あけ力の穴あけ持
続時間を検出する計時手段を備える穴あけされている材
料を貫通する穴あけ力の穴あけ持続時間を検出する装
置。 - 【請求項１５】前記検出する手段が、 前記穴あけ力の源を囲むシールド手段と、 前記シールド手段の中に圧力を作る気体を供給する手段
と、 前記シールド内に生じた圧力の減少を前記穴あけ力によ
って作られた前記貫通状態によって検出する検知手段と
を備える請求項１４に記載の装置。 - 【請求項１６】前記検知手段が前記気体を供給する手段
と前記シールドとの間に配置されて流体連通している請
求項１５に記載の装置。 - 【請求項１７】前記貫通状態を検出する手段が音響セン
サ、光センサ、ロードセル、機械的スィッチ、及びそれ
らの組み合わせからなる群から選択される請求項１４に
記載の装置。 - 【請求項１８】前記穴あけ段階が集中ビームエネルギー
を用いて行われる請求項１に記載の材料の可削性を測定
する方法。 - 【請求項１９】前記集中ビームエネルギーが研摩ウォー
タジェット、純ウォータジェット、レーザー、プラズマ
アーク、炎切断及び電子ビームからなる群から選択され
たビームエネルギーである請求項１８に記載の装置。 - 【請求項２０】前記穴あけ段階が集中ビームエネルギー
を用いて行われる請求項５に記載の材料の加工速度を求
める方法。 - 【請求項２１】前記集中ビームエネルギーが研摩ウォー
タジェット、純ウォータジェット、レーザー、プラズマ
アーク、炎切断及び電子ビームからなる群から選択され
たビームエネルギーである請求項２０に記載の装置。 - 【請求項２２】前記穴あけ段階が集中ビームエネルギー
を用いて行われる請求項９に記載の材料を加工する方
法。 - 【請求項２３】前記集中ビームエネルギーが研摩ウォー
タジェット、純ウォータジェット、レーザー、プラズマ
アーク、炎切断及び電子ビームからなる群から選択され
たビームエネルギーである請求項２０に記載の装置。 - 【請求項２４】前記加工する段階が集中ビームエネルギ
ーを用いて行われる請求項９に記載の材料を加工する方
法。 - 【請求項２５】前記集中ビームエネルギーが研摩ウォー
タジェット、純ウォータジェット、レーザー、プラズマ
アーク、炎切断及び電子ビームからなる群から選択され
たビームエネルギーである請求項２４に記載の装置。 - 【請求項２６】前記加工する段階が穴あけ、きりもみ、
旋削操作及びそれらの組合せからなる群から選択された
機械加工操作である請求項９に記載の材料を加工する方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/143,822 US6021682A (en) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | Automatic machinability measuring and machining methods and apparatus therefor |
| US09/143822 | 1998-08-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000218544A true JP2000218544A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=22505815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11244226A Pending JP2000218544A (ja) | 1998-08-31 | 1999-08-31 | 自動可削性測定と加工方法及びそのための装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6021682A (ja) |
| EP (1) | EP0984264A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000218544A (ja) |
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| US6359251B1 (en) | 2000-04-10 | 2002-03-19 | Hypertherm, Inc. | Centralized control architecture for a plasma arc system |
| US7186947B2 (en) * | 2003-03-31 | 2007-03-06 | Hypertherm, Inc. | Process monitor for laser and plasma materials processing of materials |
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- 1998-08-31 US US09/143,822 patent/US6021682A/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-27 EP EP99306819A patent/EP0984264A3/en not_active Withdrawn
- 1999-08-31 JP JP11244226A patent/JP2000218544A/ja active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0984264A3 (en) | 2001-01-24 |
| US6021682A (en) | 2000-02-08 |
| EP0984264A2 (en) | 2000-03-08 |
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