JP2001526595A

JP2001526595A - 工作物の機械加工を制御する方法

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Publication number: JP2001526595A
Application number: JP50026199A
Authority: JP
Inventors: マティアスコールハーゼ; パウルディーターシャープフ; ヴォルフ−ディートリッヒフォス
Original assignee: ベーリンガーヴェルクツォイクマシーネンゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2001-12-18
Also published as: DE59801185D1; ES2161542T3; EP0984842A1; DE19722454A1; ATE203944T1; WO1998053944A1; US6506004B1; EP0984842B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、機械加工操作中に移動し、また、複数の工具ユニットが様々な機械加工位置において同時に操作する工作物の機械加工を制御する方法に関し、より特定的には、特に、別々の工具ユニット（ａ、ｂ、...）によって同時に複数の機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）のところにある例えばクランクシャフトなどの回転する工作物の回転フライス機械加工を制御する方法において、各々の機械加工位置（Ａ、Ｂ）に対して別々である工作物（ＫＷ）と工具（ＷＺ）の最適運動パラメータ（ｎＫｗａ、ｎａ、ｘａ、ｙａ、...；ｎｋｗｂ、ｎｂ、ｘｂ、ｙｂ、...）が分かっていて、工作物の回転速度(ｎＫＷａ、ｎＫＷｂ)、特にクランクシャフト(ＫＷ)の回転速度(ｎＫＷａ、ｎＫＷｂ)および工具ユニット(ａ、ｂ、...)の運動速度（ｎａ、ｘａ、ｙａ、...；ｎｂ、ｖｂ、ｙｂ、...）が、同時に機械加工されるすべての機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）の合計（Ｓ）という点において、最適な機械加工結果が全体的に達成されるように選択されることを特徴とする方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】工作物の機械加工を制御する方法本発明は、機械加工操作中に移動し、また上部で複数の工具ユニットが様々な機械加工位置で同時に操作する工作物の機械加工を制御する方法に関する。機械加工操作、特に金属工作物に対する切削機械加工操作は、工作物と工具の運動パラメータ、特に互いに対する運動パラメータを変化させることによって大いに影響されることがある。この点で、機械加工手順において所与の最適化目的すなわち目標を達成するために、例えばできる限り高い表面品質を達成したり、各工作物に対してできる限り全体の機械加工時間を短縮したり、工具の有効寿命をできる限り長くしたりするために努力が払われている。後者の目標は、経費を削減するという主たる目標を考えると、現在最も頻繁に問題とされる最適化目標である。以下具体的に、比較的迅速に回転するフライス機械加工工具が比較的遅く回転するクランクシャフトの周辺表面および／または端面を機械加工する回転または旋回フライス機械加工によるクランクシャフトの機械加工について述べるが、本発明はこれに制限されることはない。回転フライス機械加工、特に高速回転フライス機械加工などの切削機械加工操作において、機械加工手順の最適化は、切削速度、すなわち、それぞれの機械加工位置における工作物に対する工具切削エッジの相対的な速度だけによって異なるのではなく、機械加工位置における温度、切削の最大深さおよび平均深さ、切削エッジが係合解除されてから次に同じ工具の次の切削エッジが新たに係合するまでの時間間隔などの他の複数の要因によっても異なる。運動パラメータという点において、また特にその回転速度という点で互いに独立して制御することが可能な２つ以上のフライス機械加工ユニットは、回転中クランクシャフトに対して例えば様々な軸方向位置において同時に操作するので、すべての機械加工位置のそれぞれをそれ自体で１００％の可能な最適化目標に設定することは不可能である。明らかに自由に選択することができるがすべての機械加工位置に対しても同一であるクランクシャフトの回転速度のために、上記最適化目標は防げられる。したがって、第ＤＥ１９５４６１９７Ｃ１号は、運動パラメータおよび特にクランクシャフトの回転速度を、機械加工が複数の機械加工位置の内の１つの位置で１００％最適化されるように選択することを提案している。その結果得られるクランクシャフト回転速度は、これらの他の機械加工位置に対して受け入れられなければならないが、この場合、上記クランクシャフト回転速度は、他の機械加工位置が１００％の最適化の度合いを達成することが不可能となるような必須の入力パラメータとして受け入れられる必要がある。したがって、クランクシャフトの回転速度は、マスタースレーブ原理に基づいた他の機械加工位置に対するマスター側の設定となるものである。しかしながら、この方法の欠点は、複数の機械加工位置の内の１つの位置に対して機械加工を最適化して実現することが可能であるが、全体の機械加工位置に対して機械加工結果の最適化を達成することは不可能であるという点であることが理解されよう。したがって、本発明の目的は、機械加工操作全体にわたって最適化を可能とするような機械加工手順を制御する方法を提供することである。この目的は請求項１に記載の特徴によって達成される。本発明の好ましい実施態様を添付の請求項に記載する。前記の手順は、運動パラメータ、特にクランクシャフトの回転速度には、個別の機械加工位置という点でそれぞれの対応する最適値とは異なる値を取るが、その一方、最適な機械加工は機械加工手順の全体的な効果という点で可能とされることを意味することが理解されよう。最適な機械加工の結果をその全体的な効果という点で達成することを可能とするには、運動パラメータおよび特に、同時に実行される操作における前記の複数の機械加工位置の内の１つの位置に対して最適値となるクランクシャフトの回転速度から逸脱する以外に方法はない。これは次の数値例に基づいて検証することが可能である：ＫＷと示されているクランクシャフトを見ると、高速外部フライス機械加工カッターａとｂがクランクシャフト上の２つの機械加工位置ＡとＢで操作している。ここで、最適化の目標はそれぞれフライス機械加工カッターの有効寿命を可能な限り長くすることであると仮定する。上記の周知の方法によれば、例えば機械加工位置Ａは、その位置において、次のパラメータ： −クランクシャフトの回転速度ｎＫＷ：１５ｒｐｍと； −フライス機械加工カッターの回転速度ｎａ：１２０ｒｐｍと；を与えられた場合に達成されるカッターの有効寿命ｔａが１０００分となる限り、１００％最適化される。ｎＫＷの値が１５ｒｐｍであるため、フライス機械加工カッターｂが、フライスか加工カッターｂの有効寿命ｔｂが６００分となる４０ｒｐｍというｎｂ値でそこで回転するという事実によって機械加工位置Ｂで相対的な最適化効果が達成される。これと対照的に、クランクシャフトの回転速度ｎＫＷを例えば１７ｒｐｍに増すと、フライス機械加工カッターの回転速度はそれにしたがって１４０ｒｐｍに上げなければならず、これによって有効寿命ｔａはたった９５０分となる。しかしながら、これで例えば５０ｒｐｍという速度でフライス機械加工カッターが回転すると有効寿命は７００分になり得ることに注意されたい。したがって、全体的に言って、９５０＋７００＝１６５０分という工具の有効寿命はたった１０００＋６００＝１６００分という値しか達成できない先行する周知の方法より高い値となる。加えて、同時に操作しているフライス機械加工カッターａとｂの一般的な最短の有効寿命は６００分から７００分に上げられるが、これは、機械加工手順を２つの新しいフライス機械加工カッターａとｂで開始する場合、フライス機械加工カッターは６００分ではなく７００分経過するまでは交換する必要はないことを意味するが、これは機械全体にわたる工具交換の頻度を減少させるという点で最適化目標として重要な役割を演ずる。本特許出願の特徴を次の図面を参照して以下に詳細に例示して説明する：図１Ａは、２つの位置でクランクシャフトを同時に機械加工する機械の平面図であり；図１Ｂは、図１Ａの機械を軸方向から見た線図であり；図２は、切削手順の原理を示す線図であり；図３は、２つの別々のストロークのジャーナルすなわち大端ベアリング・ジャーナルのところで機械加工する際に必要とされる原理を示す線図であり；図４は、クランクウエブ端面を機械加工する際の原理を示す線図であり；図５は、切削されたチップ形態に関する詳細図であり；図６は、２つの機械加工位置における最適化に関する図であり；図７と８は、回転速度または切削速度に関連して有効寿命パターンを示す図である。図１Ａと１Ｂに示すフライス機械加工機械は、チップすなわち切り粉のトラフ３４およびこの中に配置されているチップすなわち切り粉のコンベヤ４５を持ったベッド２０を含んでいる。少なくとも一方のヘッドストック２４がＺ方向に変移可能な２つのヘッドストック２３と２４がトラフ３４の上方に、Ｚ方向に間隔をおいて、また、互いに対向する関係で配置されている。これでヘッドストック２３と２４は、回転駆動可能で、また、少なくとも電子的にさらにたぶん機械的にも回転運動の際に互いに同期をとられる互いに対向して方向付けされているチャック２１と２２を担持している。チャック２１によってその端フランジを把持されチャック２２によってその端ジャーナルを把持され、すなわち、このように、クランクシャフトＫＷの中心線ＭＡ上で、ヘッドストック軸と一致しているクランクシャフトＫＷがこの２つのチャック２１と２２の間で締め付けられている。この点で、締め付け表面、すなわち、端フランジと端ジャーナルのところの周辺表面は前もって機械加工され、特に前もって切削機械加工を受け、同時にその上、クランクシャフトを所定の回転位置でチャック２１と２２中にはめ合わせるために適切な当接表面が事前機械加工によってクランクシャフト上に与えられる。ヘッドストック２３と２４はクランクシャフトを回転駆動するだけでなく、その回転位置（Ｃ軸と定義される）も位置決めすることが可能であり、これによって、そこで締め付けられるクランクシャフトＫＷは機械加工操作間に所望の回転位置にいつでも、より具体的には所定の速度で移動させることが可能である。Ｚガイド３３は図１Ａの方向から見てトラフ３４の背後に、そしてトラフ３４から後方に傾斜して立ち上がるように配置され、フライス加工機械のベッド２０上に支持されている。図１Ａに見られる、工具サポート２５と２６の下方スライドすなわちサドル２９と３０はガイド３３上でＺ方向に変移可能である。スライドすなわちキャリッジ２９と３０の各々の上に、Ｚ軸に平行な軸の周りに回転駆動することが可能なそれぞれのディスクフライス機械加工カッターａとｂを担持している上方スライドすなわちキャリッジ２７と２８が変移可能に担持されている。この配置では、上方スライドすなわちキャリッジ２７と２８は中心線ＭＡに向かってＸ方向垂線に対して４５度未満の角度で上から比較的急峻に変移可能である。上方スライドすなわちキャリッジ２７および２８と下方スライドすなわちキャリッジ２９と３０間のＸガイドはそれぞれディスクフライス機械加工カッターａとｂの中心点の接続部および中心線ＭＡと一致するのが望ましい。外部歯付きディスク型フライス機械加工カッターを持つようなフライス機械加工機械を大端ベアリング・ジャーナルＨ１とＨ２の周辺部をその全体にわたって機械加工する目的で使用できるようにするためには、中心線ＭＡ上で締め付けられているクランクシャフト１は機械加工手順中に少なくとも１回は完全に回転しなければならない。図１Ａから最もよく分かるように、クランクシャフト１が回転運動しているときに、別々の機械加工位置で同時に操作するディスクフライス機械加工カッターａとｂは、工具サポート２５と２６によって、Ｘ方向に絶え間なく調整される。したがって、以下により詳述するように、２つの工具サポート２５と２６の運動は、一緒に機械加工されているクランクシャフトの回転運動と機械加工される偏心表面の幾何学的形状に依存するかぎり間接的に互いに依存する。この点で、機械加工手順の最適化をこれらの複数の相互依存する制御可能サポートによって実現する、例えば切削の所与のチップ厚さまたは深さを達成するという点で、または、クランクシャフトに対するその全体に関連する最適な長さである工具有効寿命を達成するという点で実現する場合には、ディスク・フライス機械加工カッターａとｂはＸ方向に別々に移動するだけではなくまた、大抵、絶え間なく適応した別々の回転速度で回転する。フライス機械加工カッターａとｂおよびそのサポート２５と２６ならびに、ヘッドストックすなわちクランクシャフトＫＷの回転運動を一緒に制御する機械制御システムをさらに適切に、１連の工作物の内の最初の品目に対する実際の状況で得られた機械加工結果に基づいて、機械の入力パネルによって補正値で補正することが可能である。図２は、周辺部表面例えばクランクシャフトのジャーナルと、さらに丸くない周辺表面を、外部フライス機械加工によって機械加工するという基本的な状況を示すＺ軸方向から見た図である。機械加工位置を拡大したものを図２の右側に示す。工作物はより大きい粗（未加工）寸法からより小さい最終寸法に機械加工される。この場合、１つだけ示されている複数の切削エッジＳは、材料を放射方向に除去できるように工具の主本体を越えてその放射状に突出する。この場合、工具主本体はＸ方向に所定のように変移可能であり、また、反時計回り方向に回転する。フライス機械加工手順は同方向関係で実現されるので、工具と工作物が機械加工位置で同じ方向に移動するように、工作物は時計回り方向に回転する。図２に拡大して示すように、新しい切削エッジＳは、２つの凸状弧部と１つの凹状弧部によって断面で画定され平坦形状の不規則三角形であるチップすなわち切り粉２を発生する。この構成では、凹状の側は前もって切削されて側面となっており、長い凸状の側は新しい切削エッジＳによって側面となっている。短い凸状の側面はそれぞれの工作物部分の周辺部に沿って測定してΔＩＵという長さとなっている、すなわち工具の連続して配置されている２つの切削エッジは工作物の周縁部に突き当る。実際問題として、チップすなわち切り粉２は図２に示す形状に留まることはなく、切削エッジのレーキ表面の偏向効果によって螺旋状に巻き上げられることが理解されよう。図２からわかるように、切削エッジを通過する方向から見ると、チップ２は最初に急速にそのチップの厚さ例えばｈ₁を最大のチップ厚さｈ_maxにまで増す。ここから、チップの厚さは連続的に比較的ゆっくりと端に向けて減少する(例えばｈ_x)。この図から明らかなように、工作物の粗寸法と最終寸法の差が不変であり、また、工作物の回転速度も不変である場合、工具の回転速度が減少することによって切削距離ΔＩ_Uが増し従ってｈ_maxも増す。図３に、再度Ｚ方向から見た、例えば、中心すなわち主ベアリングＭＬに対する回転位置が互いに異なって位置付けされている３つの大端ベアリングＨ１〜Ｈ３を持つ６シリンダ直立エンジン用のクランクシャフトを示す。２つの別々の工具、例えばディスク形状外部フライス機械加工カッターａおよびｂは操作中ではそのクランクシャフト上で別々の軸方向位置にある。図３に示すように、この工具の内の一方は例えば大端ベアリング・ジャーナルＨ１を機械加工中であり、他方が例えば大端ベアリング・ジャーナルＨ２を機械加工しているということがあり得るが、同様に、この工具の一方が大端ベアリング・ジャーナルを機械加工し、他方がクランク・ウエブの端面を機械加工中であるということがあり得る。後者の場合、理論上は、クランクウエブの機械加工操作は、問題となっている工具ａまたはｂが、自由な方向すなわちＸ方向にクランク・ウエブの端面に沿って操作する手順によって、部分的にはクランクシャフトによって、その静止状態で実行され得る。しかしながら、クランクシャフトが静止状態にあると、大端ベアリング・ジャーナルＨの表面であれ主ベアリングＭＬの表面であれ、周辺表面上の別の軸方向位置で実行中の機械加工手順では機械加工操作がなんら進行できないので、クランク・ウエブ表面を機械加工する手順もまたクランクシャフトが回転中に実行するのが望ましい。この場合、図４に示すクランクシャフト位置でクランク・ウエブ機械加工手順とそれに続くクランクシャフトのさらなる回転運動が開始されるときには、操作手順には切削運動経路Ｓａ、Ｓｂ、ＳｍおよびＳｘが伴うが、その１部を図４に示す。これから分かるように、フライス機械加工カッターは工作物の回転運動と同方向モードで回転するので、これらの切削経路は、その始まりにおいては、その端、すなわち切削エッジがクランク・ウエブの側部表面を通り過ぎるポイントにおいてその相互間隔がより大きいものとなる。図５に、２つの分離した工具ＷＺ１とＷＺ２が２つの別々の大端ベアリング・ジャーナルＨ１とＨ２を同時に機械加工しているときのより詳細な関係を示す。工具ＷＺ１とＷＺ２はＸ方向に互いに無関係に所定のように移動されることが可能であり、その回転速度を調整することが可能である。しかしながら、リンキング係数は、主ベアリングの周りでこれまた制御されて回転駆動され、また、ある種の作業操作で停止させることも可能な、工作物としての回転運動である。図５に示す状況の下では、大端ジャーナルＨ２は主ベアリングＭＬ１ならびに、工具ＷＺ１とＷＺ２の中心点Ｍ₁およびＭ₂と同一線上にある。大端ベアリング・ジャーナルＨ１は主ベアリングに対して時計回り方向に約１２０度だけ移動される。すでに述べたように、工具ＷＺ１とＷＺ２はそれぞれが反時計回り方向に回転し、クランクシャフトはその主ベアリングＭＬのところで示されているように時計回り方向に回転する場合、フライス機械加工は、上記の理由で必要とされるように同方向手順を用いて大端ベアリング・ジャーナルＨ１のところで実施されることが分かる。大端ベアリング・ジャーナルＨ２のところでは、これによって、工具ＷＸ２はその位置から下向きに移動し、一方、大端ベアリング・ジャーナルＨ２は上向きに移動するので、逆方向のフライス機械加工が実行されるような印象を受けるかもしれない。しかしながら、この状況が同方向のフライス機械加工を伴うか逆方向のフライス機械加工を伴うかを判断するに際して、大端ベアリング・ジャーナルの絶対的な運動は重要な関心事ではなく、むしろ、大端ベアリング・ジャーナルＨ２が、機械加工位置における自身の表面を常にフライス機械加工カッターと同じ方向に移動させる回転運動を自身の中心点を基準として実行しているか否かが重要な関心事である。しかしながら、絶対的な見地から考えると、図５に示すように上向きに移動する大端ベアリング・ジャーナルＨ２は工具ＷＺ２に沿って上向きにローリングし、これによって、大端ベアリング・ジャーナルＨ２の中心点を基準として、大端ベアリング・ジャーナルが時計回り方向に回転運動をし、このように、実際には機械加工位置で同方向関係が存在することが分かる。図５もまた２つの大端ベアリング・ジャーナルＨ１における機械加工とＨ２における機械加工との間には必然的に発生する関係があるが、これは、例えば所与のチップ厚さまたは深さに関して、特に複数の同時発生機械加工操作を最適化することに関連して考慮すべきである。その運動は図５を簡略化するために現時点で機械加工中の主ベアリングＭＬならびに２つの大端ベアリング・ジャーナルＨ１およびＨ２だけが示されているが、フライス機械加工カッターＷＺ２はクランクシャフト１に対して非常に急速に回転しているので、工具ＷＺ２の２つの連続する切削エッジが大端ベアリング・ジャーナルＨ２と係合する合間に、クランクシャフトは角度Δαだけ続けて回転してしまっていると推測される。図５では、大端ベアリング・ジャーナルＨ２の中心点とクランクシャフトすなわち主ベアリングＭＬの中心点は工具ＷＺ２の中心Ｍ２と同一線上にあるので、ピボット旋回角度Δαによって、旧い切削エッジに対して新しい切削エッジの当たる点がａ₂だけ変移するが、このような変移はほぼ正確にＹ方向に伸張する。そのおかげで、工具ＷＺ２の対応するＸ移動によってはほんの少しのＸ成分ｘ₂ しか発生せず、その結果得られる切削間隔ΔＩ_U2によってチップの横断切片がもたらされるが、この厚さは最適なチップ厚さに応じたものでなければならない。もし可能であれば、同じチップ厚さがまた、大端ベアリング・ジャーナルＨ１上の機械加工位置で達成される。工具ＷＺ１とＷＺ２の回転層度と直径が同じであると仮定すると、大端ベアリング・ジャーナルＨ１の中心点もまた、大端ベアリング・ジャーナルの中心に対して角度Δαだけピボット旋回しており、これによって、工具ＷＺ１の次の切削エッジが係合状態となる。この点では、これによって機械加工位置で生じた変移ａ₁はａ₂より大きいが、その理由は、主ベアリングＭＬの中心から大端ベアリング・ジャーナルＨ１の機械加工位置までの距離が大端ベアリング・ジャーナルＨ１までの距離より少し大きいからである。この変移ａ１はＸ方向の断定的成分ｘ１を有しているが、この成分はそれに対応して工具ＷＺ１がｓＸ方向に移動することによって補償される。これはすなわち、ａ１に対しては、Ｙ方向の切削間隔ΔＩ_U1としてほんの比較的小さい比率しか残っていないことを意味する。これによって、図５の外部右側に示す薄いチップがもたらされ、その最大厚さはたったｈ_1maxであり、これは最適チップ厚さより遙かに小さい値である。ここでまた、その機械加工位置において最適チップ厚さを達成するためには、切削間隔ΔＩ_U1が大端ベアリング・ジャーナルＨ１のところで所望のチップ厚さがまた達成されるまで増加するように、工具ＷＺ１の回転速度は工具ＷＺ２の回転速度に対して減少させなければならない。この点で、工具ＷＺ１の回転速度は工具ＷＺ２の回転速度の約３０％にまで減少させる必要がある。所与の、平均のまたは最大のチップ厚さに関連する上述の第１の最適化目標のほかに、第２の最適化目標として、所定の目標ウインドウの範囲に収まるまたは所与の最大値を越えないような切削速度がある。図５に示す相互依存性は、特に所与のチップ厚さを維持するときには、クランクシャフト上の複数の同時機械加工位置の内のどこか一カ所で図４に示すようにクランク・ウエブの端面が機械加工される場合、かなりの程度にまで発生する。図４に、例えば大端ベアリング・ジャーナルＨ１とＨ２が主ベアリングＭＬを基準として放射状に互いに対向する関係に置かれている４シリンダ式直列エンジン用のクランクシャフトを示す。工具ＷＺによるクランク・ウエブ表面３に対する機械加工が図４に示す位置から開始される場合、クランクシャフトは、時計回り方向の指定された向きに主ベアリングＭＬの中心の周りをさらに回転し、一方、工具ＷＺは同方向フライス機械加工を実行するために反時計回り方向に回転する。切削運動経路Ｓａ、Ｓｂ、ＳｍおよびＳｘの内の１部はクランク・ウエブ表面３上に示されている。クランクシャフトが同時に回転運動をするために、前記の手順によって、チップの横断切片は、チップの端の近傍でよりチップの始まりで再び顕著に大きくなり、加えて、チップはチップ長が、クランク・ウエブ表面３上での切削経路のそれぞれの位置によって大いに異なる。場合によっては、クランクシャフト上の別の位置でまさに発生中のベアリング・ジャーナルの機械加工がもはやなにも機械加工を進行させないので、クランクシャフトを回転させることなく完了することは一般に不可能である。したがって、複数のクランク・ウエブ側表面をクランクシャフト上で同時に機械加工する場合またはベアリング・ジャーナルを機械加工することによってクランク・ウエブ表面を同時に機械加工する場合、工具がすべて同じ直径で同じ回転速度である状態で、図５に例示するチップ厚さの食い違いが様々な機械加工位置同士間でかなりの程度まで発生し、このため、所望の最適チップ厚さを機械加工手順の各段階とすべての機械加工位置において同時に維持しようとすれば、回転速度および／またはクランク・ウエブ機械加工中の横断方向すなわち横断方向の運動もまた、フライス機械加工カッターによって連続的にさらなる程度まで変更する必要がある。しかしながら、第１の最適化目標が切削エッジの有効寿命であるが、一方では工具取り替え操作によって引き起こされる搭載の際の無駄時間やアイドリング時間が層であったり、また他方では、搭載の効率に最も深刻に影響する要因である工具交換の経費であったりすることは大いにあり得ることである。平均チップ厚さまたは最大チップ厚さを越えない厚さに対する所与の帯域幅を維持するという主題は、他のインジケータが無い状態で工具の有効寿命を向上させる補助パラメータのように頻繁に選ばれる主題である。この点で、重要な関心事は特に、工具の有効寿命をできる限り高くすることである。この意味するところは次の通りであり得る： −例えば、隣接するクランク・ウエブ・フェースを含んで６箇所またはさらにそれ以上のベアリング位置が、例えば２つのディスクフライス機械加工カッターで機械加工している場合における、この２つの工具ユニットａとｂすなわち一般的に同時に操作中であるＷＺ１とＷＺ２のそれぞれ個々の最長可能有効寿命化、または −機械上にある２つさらにそれ以上の工具ａ、ｂ、…、ができる限り同時に摩耗しまた同時に変更され得ることを目的とした有効寿命の最適化(工具交換周期の最大化)。クランクシャフトまたはクランクシャフトのブランクの構成が完全には対称的ではないために工具ａとｂは必ずしも均一にそして急速には摩耗しないが、この意味するところは、ある種の環境下では、工具ａ、ｂおよびｃのそれぞれが、それ自身で考慮すれば機械加工中にできる限り長い有効寿命という点で最適化され、またある種の環境下では、最適化機械加工ではより遅い工具、例えば工具ｂは、例えばより高い切削速度などでまたはチップの切削厚さや深さがより大きくしようとして取り外しという点でより徹底するように注意して操作され、工具ａの摩耗時間を越えてその工具ｂの摩耗限界を遅延させるという目的はない。このようにすれば、機械上のすべての工具、すなわち工具ａ、ｂ、...などが一緒に変更されるようにすることが可能である。この目的のために、また、できる限り機械時間を短縮するという点では、どんな場合でもより急速に摩耗する工具ａによって実現される機械加工操作のためのある種の環境下で、工具ｂによって注意深くそして特定的に実行することが必要である。図６に、クランクシャフトが工具ａとｂによって２つの機械加工位置ＡとＢで同時に機械加工される所与の機械加工状態を示す。この場合、機械加工位置Ａではクランクウエブ端が（たぶん隣接する大端ベアリング・ジャーナル表面と一緒に）機械加工され、その一方では機械加工位置Ｂにおいて、大端ベアリング・ジャーナルが機械加工される。各ベアリング位置に対してそれ自身で考慮すると、機械加工位置Ｂに対してすなわち大端ベアリング・ジャーナルの機械加工に対して、クランクシャフトが完全に１回転するまで常に一様な最適な回転速度ｎＫＷＢが存在する。機械加工する、すなわちクランクウエブを機械加工する位置Ａに対してクランクシャフトの、ｎＫＷＡで識別される最適回転速度のそれに応じた特性曲線は、逆転ハットの形状とは対照的であり、機械加工状況Ｂの場合の最適回転速度から見て部分的にはその下にまたは部分的にその上に延びている。この点で、採用される基本的な開始点は特に、同一のフライス機械加工カッターの回転速度である(ｎａ＝ｎｂ)。同一のクランクシャフト回転速度を達成しなければならないので、ＳｔｄＴのところで実線で示されているように、各角度位置で発生する低回転速度を選択する開発済みの方法がすでに周知である。これに応じて、開発済みの最適化手順では、その回転速度ｎＫ_WBが選択され、この結果１００％という最適度が機械加工位置で得られるが、機械加工位置Ａではたった７０％という最適度しか得られないことになる。本発明による最適化手順によって、例えばクランクシャフト位置０度の真上の領域では、機械加工位置Ｂにとっては高すぎる回転速度のためにその機械加工位置Ｂでの最適度が悪化するが、それとは対照的に、機械加工位置Ａでの最適度は、具体的に言えば、機械加工位置Ｂで悪化する効果よりも大きい分量だけ向上することが理解されよう。したがって、しかしながら、機械加工位置Ａ、Ｂ、... に対して全体で考えると、そうすることによって開発済みの技術による最適化手順を用いた場合よりも良好な最適化効果が得られる。図６だけに、クランクシャフト位置に対するクランクシャフト回転速度の依存性を示す。しかしながら、クランクシャフトの回転速度とは無関係に、また、機械加工位置ＡとＢで操作するフライス機械加工カッターａとｂのフライス機械加工カッター回転速度ｎａを変更させることが可能である。図７と８に、この点に関連して、工具有効寿命ｔ_s、チップの切削厚さもしくは深さと切削速度ｖ_sとの間の関係を示す。図７に示すように、チップの厚さｈに対してプロットされた有効寿命ｔ_sは、有効寿命ｔ_sがチップ厚さｈ_optで極大値に達するように非対称的なキャップ形状となっている。このキャップ形状の曲線がそれでも比較的浅く落ちる領域±Δｈ内では、有効寿命ｔ_sはそれでもほぼ最適化された値である。その点では、フライス機械加工カッターの回転速度が一定のままであればチップの厚さはクランクシャフト速度ｎＫＷに対応しており、その点では、基本的開始点としてチップの最大チップ厚さｈ_maxが採用されるか平均チップ厚さが採用されるかということは二次的な関心事である。図７中のキャップ形状の曲線は各々が所与の切削速度ｖ_sに対応している。図８に示すように、一方の有効寿命ｔ_sと他方の切削速度ｖ_sとの間では逆比例関係が得られ、これによって、有効寿命はしたがって大幅に向上し、切削速度は減少する。個々の大端ベアリング・ジャーナルの直径は同一である限り、図７に示すような状況は、機械加工されるクランクシャフトのすべての大端ベアリング・ジャーナルに対しても同様に適用される。ここで工具の有効寿命がすべての機械加工位置にわたって全体的に、または同時に機械加工される少なくとも２つの機械加工位置ＡとＢに対して最適化される場合、用いられる手順は以下の通りである：図８では所与の切削速度ｖ_s2に対応する有効寿命の下限は図８に示す曲線に対する最小必要条件として前もって定められる。したがって、ハッチングされた領域、すなわちｖ_s≦ｖ_smaxである領域は機械加工操作が許容される領域である。これは図７では、１群のｖ_s2曲線とその上に対応している。ここで、同時に機械加工される機械加工位置Ａ、Ｂ、...、において最適化効果を達成するためには、例えば図７の機械加工位置Ａに対して、なお許容される最高切削速度すなわち切削速度ｖ_s2を持つ曲線が選択され、次に、これによってチップ厚さｈ_optに対応する最長有効寿命を持つ点が選択されるような手順となる。チップ厚さｈ_optがこのように固定され切削速度ｖ_s2がこれまた固定されている、前記の機械加工位置Ａに対してはクランクシャフト回転速度ｎＫＷＡが必然的に適用される。図７に示すように、ｔ_s＝ｆ（ｈ）の曲線群の最高位の点は上から上に実質的に縦方向に位置している。有効寿命が最適化されるために、チップ厚さｈ_optがまた機械加工位置Ｂに対して選択される。クランクシャフトの回転速度がすでにｎＫＷ_B＝ｎＫＷ_Aに固定されているので、図７に示す曲線群から所与の曲線が選択される。例えば許容される領域に曲線例えばｖ_s3が存在する場合、その切削速度ｖｓ３に対応するフライス機械加工カッターの回転速度ｎｂが選択され、同時に、これで既知となったパラメータｎＫＷ、ｎａおよびｎｂで機械加工が機械加工位置ＡとＢに対して実行される。しかしながら、この手順の結果として、例えば図７の曲線ｖ_s1などのように機械加工位置Ｂに対しては許容されない切削速度が与えられると、その曲線の代わりにいまだ許容される曲線ｖ_s2が機械加工位置Ｂに対して採用され、従ってこの結果、機械加工位置Ｂにおいては、チップ厚さｈ_optが不変のままであるので、切削速度と一緒にクランクシャフト回転速度ｎＫＷＢもまた必然的に減少する。クランクシャフトの一般的な回転速度によるフィードバック効果のために、機械加工位置Ａに関しては、この機械加工位置Ａでは図７で最初に任意に設定されたような切削速度ｖ_s2に対応する曲線は必要なく、より高いところにある曲線例えばｖ_s3が用いられる。任意に設定された初期状況と比較して機械加工位置Ａでは、したがって切削速度とクランクシャフトの回転速度は減少するが、これで最適なチップ厚さが維持されるという恩典が得られる。加えて、図８に示すように、切削速度ｖ_sは所望の通りに減少させることはできないが、その理由はクランクシャフトが機械加工終了状態にある最大サイクル時間が一般的に顧客によって製造手順に対してあらかじめ定められるからである。これによってまた、機械加工位置ＡとＢでの同時機械加工に対する最大利用可能時間が決まる。これによって図８の最小必要切削速度ｖ_sminが決まる。さらに考えられる変更例では、図７のチップ厚さを設定する場合、採用された正にｈ_optという値ではなく、このパラメータはｈ_opt±Δｈという帯域幅の中にあり、その点では、クランクシャフトの一定回転速度がｎＫＷとして、その範囲内では最適チップ厚さからの逸脱による有効寿命の減少が切削速度の同様な増加による有効寿命の減少より小さい範囲限界±Δｈが選択される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フォスヴォルフ−ディートリッヒドイツ国ボル 73087 エルレングルント 17／１

Claims

【特許請求の範囲】１．同時に別々の工具ユニット（ａ、ｂ、...）によって複数の機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）おいて実行される移動中の工作物の機械加工、特に、例えばクランクシャフトなど回転中の工作物に対する回転フライス機械加工を制御する方法において、工作物（ＫＷ）と工具（ＷＺ）の、各機械加工位置（Ａ、Ｂ）によって別々である最適運動パラメータ（ｎＫｗａ、ｎａ、ｘａ、ｙａ、...；ｎｋｗｂ、ｎｂ、ｘｂ、ｙｂ、...）が分かっていれば、前記工作物の運動速度特に前記クランクシャフト（ＫＷ）の回転速度（ｎＫＷａ）および前記工具ユニット（ａ、ｂ）の運動速度（ｎａ、ｘａ、ｙａ、...；ｎｂ、ｘｂ、ｙｂ、...）が、同時に機械加工されるすべての機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）の合計（Ｓ）という点で、最適な機械加工の結果が全体的に達成される；ことを特徴とする方法。２．前記機械加工操作が切削機械加工操作であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．前記工作物の運動が前記工作物の自身の軸の周りの回転運動であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。４．前記最適化の目標が前記合計（Ｓ）においてできる限り長い工具有効寿命であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。５．前記最適化目標が、様々な同時操作工具ユニット（ａ、ｂ、...）と共に操作する前記機械工具に対する前記工具の交換操作間の最大時間間隔を達成することであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。６．前記設定された運動パラメータ、特に前記クランクシャフト（ＫＷ）の前記設定済み回転速度（ｎＫＷ）が、前記それぞれの機械加工位置（Ａ、Ｂ、... ）に対してそれぞれ別々に設定された前記最適回転速度（ｎＫＷａ、ｎＫＷｂ、 ...）の最大値と最小値の間にあることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。７．前記設定済み運動パラメータが、各機械加工位置に対して別々に考慮された前記最適運動パラメータ（ｎＫＷａ、ｎａ、ｙａ、...；ｎＫＷｂ、ｎｂ、ｘｂ、ｙ７ｂ、...）とは異なることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。８．別々の工具ユニット（ａ、ｂ、...）が同時に操作する複数の機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）における、移動中の工作物の機械加工、特に例えばクランクシャフトなどの回転中の工作物の回転フライス機械加工を制御する方法であり、すべての同時に機械加工される機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）の前記合計（Ｓ）という点で最大可能工具有効寿命が全体的に達成される前記方法において、前記同時機械加工された機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）の各々に対してチップ厚さ（ｈ）が前記最適範囲（ｈ_opt±Δｈ）内にあり；その点で、前記機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）または前記全体的なクランクシャフト（ＫＷ）の機械加工の所定のサイクル時間を維持しながらも、前記最大工具有効寿命が達成されるように、前記機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）における前記切削速度（ｖ_s）が選択される；ことを特徴とする方法。９．採用された前記チップ厚さ(ｈ)が、前記工具有効寿命(ｔ_s＝ｈ(ｈ))、... という関係式に対応する前記最適チップ厚さ（ｈ_opt）であることを特徴とする請求項８に記載の方法。１０．最適化手順の始めにおいて、最大許容切削速度が、維持される最小工具有効寿命（ｔ_smin）に対応するように前もって定められることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。１１．同時に機械加工される前記機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）の最初の位置（Ａ）に対する前記最適化手順の始めにおいて、前記最大許容切削速度（ｖ_smax ）が：前記設定値に基づいて、他の機械加工位置（Ｂ、...）に対して適用される前記切削速度（ｖ_s）が確認され；前記他の機械加工位置（Ｂ、...）に対して適用される前記切削速度の内のどれか１つでも前記許容限界値（ｖ_smax）を越える場合、すべての機械加工位置（Ａ、Ｂ、...）が、特に同じ値だけ増加される；ように設定されることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の方法。１２．前記切削速度のための前記最適化手順の始めにおいて、低い方の限界値（ｖ_smin）が、特に前記所定のサイクル時間に依存して設定されることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の方法。