JP2007223033A - 電子データ記憶装置を有する回転式工具 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の加工機械または切削工具の問題点を克服するとともに工具の主要データを消失することが無いように工具に結合するばかりでなく常に最新の状態に保持することができる、回転式切削工具を備えた工作機械ならびにその種の機械用の工具を提供する。
【解決手段】工作機械上に保持されたワークピースの加工、特に歯面切削装置の切削ウォームのドレッシングを行うための回転式の切削工具（２，１４，１６）が工具の使用に関して重要なデータを記憶するための工具の回転軸と同心に配置された環状の大容量の電子記憶装置（７）を備え、それが同様に環状に形成され工具の回転軸と同心に配置された書き込み／読み取りヘッド（１０）との間で加工プロセス中に工具（２，１４，１６）が回転している際に高い伝送速度をもって工具の使用に関して重要なデータを交換する。
【選択図】図１

Description

この発明は主に、複雑な工具輪郭を有する回転式工具を使用し、例えば工具の切削および磨耗耐久時間等を特徴付けるものであるその現状輪郭座標データならびに場合によってはその他の技術的データが機械の装備ならびに加工における目的に応じた最適な工具の使用のために必要とされる、特に歯切りされた工具の研削工程等の加工プロセスの自動化および最適化に関する。このことによって工具と機械の間において通常よりも多くのデータ量の交換が必要となり、また一般的な加工条件下、例えば高い工具回転数時および冷却潤滑剤等の加工補助剤の付加時においても前記のデータ交換が補償されなければならない。

工具製造のみでなくその他の多くの分野においても、工具あるいはその他の部品にデータ記憶装置を設け、その中に特徴データを記憶するとともに後続の加工ステップが開始する前にレーザヘッドを使用して前記のデータを読み取ることが知られている。機械製造におけるこの技術の別の適用分野は、例えばマシニングセンタの工具における識別ならびに工具設定および寿命データの伝達である。そのため工具は適宜な場所にデータチップを備えており、そのデータは工具の使用前に機械上に取り付けられたレーザヘッドによって読み取られ機械制御系に伝達される。個別のケースにおいては、機械からの取り外しの前にデータ記憶装置に例えば新しい耐用期限が記録される。しかしながら、データ伝送は加工プロセスの最中ではなく工具が静止している状態において保護された位置で実施される。工具あるいは工具ホルダ上の限られた空間状況のため記憶容量は限られているが、一般的な使用要件においては充分である。

これに対して独国特許出願第１０１３５５３１．９号明細書（特許文献１）には加工プロセス中に動作する書き込み／読み取りシステムの使用が記載されている。記憶された工具固有のデータが工具の使用中に読み取られるだけでなく、工具に対して重要な最新の機械制御のデータが工具のデータ記憶装置に書き込まれる。この場合の異常に大きなデータ量のために充分なデータ記憶装置を配置するために充分な空間が確保できないため、データ記憶装置は工具から分離されたケース部材内に設置され、そのデータ伝送部が工具使用中に機械のデータ受信部と取り外し可能に結合される。この解決方式の問題点は、データ記憶装置が工具と固定的に結合されておらずそのため工具の使用の度に取り外して持ち運ぶ必要があることである。

欧州特許第０１３２５２８号明細書（特許文献２）には、多様な工具固有の特徴データを消失しないように安全に記憶するよう結合されたＥＥＰＲＯＭメモリの形式のデータ記憶装置を備えた、数値制御されたマシニングセンタ上の切削加工用の工具あるいは工具ホルダが知られている。そのメモリは適宜な孔部内に予め設定された相対回転位置において収容され、従って稼動中にそのメモリにアクセスすることはできない。

同様に、米国特許第６５８５６２８号明細書（特許文献３）に記載された切削ヘッドにおいてもその不揮発メモリが切削ヘッドの窪み部内に固定され、手動のプローブによってアクセスされる。

独国特許出願第１０１３５５３１．９号明細書 欧州特許第０１３２５２８号明細書 米国特許第６５８５６２８号明細書

従って、本発明の目的は、従来の加工機械または切削工具の問題点を克服するとともに工具の主要データを消失することが無いように工具に結合するばかりでなく常に最新の状態に保持することができる、回転式切削工具を備えた工作機械ならびにその種の機械用の工具を提供することである。

前記の課題は、本発明に従って請求項１および１５の組み合わせによって解決される。

本発明の核心は、工具の使用に重要なデータを記憶するための電子記憶装置に切削工具を結合し、回転式切削工具による加工プロセス中に電子データ記憶装置へのデータ書き込みおよび／または読み取りを可能にする、非接触式の電子データ記憶装置のデータ書き込みおよび／または読み取り手段を工作機械上に設ける点にある。

本発明の一構成形態は、切削工具が固定的に工具収容部に結合されるとともに、データ記憶装置が工具収容部に取り付けられていることを特徴とする。

別の構成形態は、電子データ記憶装置が直接切削工具上に取り付けられることを特徴とする。

電子データ記憶装置は環状に形成して切削工具の回転軸に対して同心に配置することが好適であり、ここで電子データ記憶装置は環状のデータ伝送面を有していてそれを介して電子データ記憶装置と書き込みおよび読み取り手段との間で非接触式にデータが交換される。

特にデータ伝送面は電子データ記憶装置の端面上あるいは電子データ記憶装置の外周面上に配置される。

本発明に係る工作機械の別の構成形態は、データ記憶装置のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段が固定的に工作機械と結合されるとともに、その工作機械のデータ伝送面が電子データ記憶装置のデータ伝送面と僅かな距離をおいて対向するように構成および配置されることを特徴とする。

好適には、電子データ記憶装置のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段は書き込み／読み取りヘッドを備え、この書き込み／読み取りヘッドも環状に形成されるとともに電子データ記憶装置と同心上に配置され、それらのデータ伝送面の間に半径方向あるいは軸方向の伝送空隙が形成されるように離間していることが好適である。

特に、電子データ記憶装置のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段は誘導方式で動作することが好適である。

伝送空隙は１ｍｍ未満の幅からなることが好適である。

本発明に係る工作機械の別の構成形態は、電子データ記憶装置のデータを書き込みおよび読み取りする手段から非接触方式で電子データ記憶装置に電力が供給されることを特徴とする。

工具を収容するために工具スピンドルケースによって包囲された工具スピンドルを設け、電子データ記憶装置は工具スピンドルケースに向いた側の工具端面上に配置することが好適である。

本発明の別の構成形態によれば、電子データ記憶装置とこの電子データ記憶装置のデータを書き込みおよび読み取りする手段との間で伝送されるデータは以下の工具特性情報のうち少なくとも１つを含む：
− 工具形状寸法データ
− 工具コーティング特性データ
− 工具寿命データ
− 工具使用技術データ
− 過去の工具使用の技術データ

本発明に係る切削工具の好適な一構成形態は、この切削工具が固定的に工具収容部に結合されるとともに、電子データ記憶装置が工具収容部に取り付けられていることを特徴とする。

前記の切削工具が固定的に工具収容部に結合されるとともに、電子データ記憶装置が工具収容部に取り付けられている場合、切削工具の工具収容部上に特にスイッチの形式の付勢手段を配置し、切削工具を工具収容部から取り外す際に電子データ記憶装置のデータが自動的に消去されるよう構成すれば好適である。

しかしながら、電子データ記憶装置を直接切削工具上に取り付けることも可能である。

特に、電子データ記憶装置は環状に形成して切削工具の回転軸に対して同心に配置され、ここで電子データ記憶装置は環状のデータ伝送面を有していてそれを介して電子データ記憶装置と書き込みおよび読み取り手段との間で特に誘導方式によって非接触式にデータが交換される。

切削工具は歯車製造用の工具、特にダイアモンドドレッシングロール、ダイアモンドドレッシングギア、または切削ウォームとすることが好適である。

次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。

図１に示された本発明の好適な実施例は、歯切り切削を行うためのドレッシング砥石車をドレッシングするためのチャック１上に配置され、締付け要素３を使用して工具スピンドル４と取り外し可能に結合された２つの構成部分からなるダイアモンドドレッシングロール２から形成された工具である。前記の工具スピンドル４は歯切り切削機械上に配置された工具スピンドルケース部材５上に回転可能に支承されている。

砥石車をドレッシングするための溝ロールおよび特別な場合においてはシリンダ状の切削ウォームの形状寸法は、ダイアモンドドレッシングロール２の直径、切削機械に対してのドレッシングロールの軸方向相対位置、ならびに具体的なドレッシング工具輪郭等のデータによって示される。

切削工程または研削耐用特性を決定するドレッシングロールの技術的パラメータは、一般的にドレッシングロールの切削空間の大きさ、材料特性、ドレッシングプロセス中の切削速度、ならびに以前の全ドレッシング工程中に達成された総切削延長によって示される。これらのデータは新たなドレッシング工程の度に更新する必要があり、それらを機械制御系に伝送可能であるとともに高性能なソフトウェアによって処理可能であれば、目的に応じて最適なドレッシングプロセスの制御が可能になる。

そのため、工具２上にその回転軸６と同心に工具周囲輪郭内に統合された環状のデータ記憶装置７が設けられ、これは端面側の伝送面８を備えている。それに対して２ｍｍ未満の空隙もって軸方向にずらして、同様に環状で工具２の回転軸６と同心に配置されるとともに工具スピンドルケース部材５に固定的に取り付けられていてさらに機械制御系と結合されている書き込み／読み取りヘッド１０の端面側伝送面９が位置している。データ記憶装置７と機械との間のデータ交換は、稼動条件下において工具２が回転しているドレッシングプロセス中にデータ記憶装置７と書き込み／読み取りヘッド１０の間のデータ伝送空隙１１を介して誘電あるいは静電方式によって非接触式に行われる。その際、（例えば１つのドレッシング工程あるいはドレッシングストロークの終了後に）前後してあるいは並行して最新のデータが機械制御系から書き込み／読み取りヘッド１０を介して工具２のデータ記憶装置７に伝送されそこに記憶される。それによって工具２側のデータ記憶装置内に記憶されているデータが常に最新であることが保持される。

図２に示されている本発明の第２の好適な実施例において工具は、ギアを研削するための切削ウォームをドレッシングするための、スピンドル１２上に締付けられたダイアモンドドレッシングギア１４から形成されている。スピンドル１２は機械上に回転可能に支承されている。

第１の実施例と同様に、工具２上にその回転軸６と同心に工具周囲輪郭内に統合された環状の、工具固有のデータのためのデータ記憶装置７が設けられ、これは端面側の伝送面８を備えている。その上に配置された同様に環状の書き込み／読み取りヘッド１０は伝送空隙１１の分、データ記憶装置７から離間させるために、支持部材１３を介して機械と固定的に結合されている。

図３に示された第３の実施形態において、工具は切削ウォームフランジ１５上に取り付けられたギア研削用の切削ウォーム１６から形成されている。切削ウォームフランジ１５は切削スピンドルヘッド１７と取り外し可能に結合されている。本発明によれば、切削ウォームの場合において、同様に環状に形成され周囲側に形成されたデータ伝送面８を備えた工具データ記憶装置７は実用上の理由から砥石車フランジ上に配置されており、短時間に磨耗する切削ウォーム上には配置されず、従って工具と機械との間のデータ交換によって切削ウォームのコストは影響を受けない。書き込み／読み取りヘッド１０は伝送空隙分の距離をおいてデータ記憶装置７をその周囲全体あるいは一部に亘って包囲している。

砥石車および特に連続創成歯切り用の切削ウォームの形状寸法を示すために、特に、最終のドレッシング工程までに達成された、切削ウォームの直径実際値、必要に応じて校正された実際モジュール、口数および具体的な輪郭形状寸法、ならびにドレッシングされた切削ウォームスレッドの総延長に関するデータが必要となる。それらのデータは使用中において常に更新され、切削ウォームのデータ記憶装置７上においてその切削ウォームの耐用期間にわたって常に使用可能となっている。

最後のドレッシング工程において取り付けられた切削ウォームが依然として収容フランジ内に取り付けられていてその間に交換されていない限り、前述した特性によって特に切削ウォームの実際形状寸法が完全に示される。切削工具とドレッシング工具の間の接触を防止するために、切削ウォームの交換によって前記のデータが無効となり、すなわち間違って次のドレッシング工程に使用することは許容されない。そのため、砥石車の交換に際して記憶されている切削ウォームデータが消去されるよう配慮する必要がある。本発明によれば、砥石車フランジ１５上における砥石車の交換に際して工具側に記憶されたデータを消去するために、フランジ蓋部１８の少なくとも１本の締付けネジ２１あるいはフランジ蓋部自体がスイッチ１９を付勢し、ネジ２１あるいは蓋部材１８の解除に際してのそのスイッチの開放によってデータ記憶装置７上のデータの消去が作動される。従って、新しく締付けられた切削ウォームの最初のドレッシングに際しては実際値データは全く存在しておらず、ドレッシングプロセスは機械制御系内に保存されている予定値に従って実施されるが、これは場合によって機械データ中に保存された以前のドレッシング工程における校正を含むこともできる。

工具スピンドル上に締付けられた円盤形状のドレッシング工具を示す概略図である。 工具スピンドル上に締付けられた歯車形状のドレッシング工具を示す概略図である。 工具スピンドル上に締付けられた歯車切削するための切削ウォームを示す概略図である。

符号の説明

１ チャック
２ ダイアモンドドレッシングロール
３ 締付け要素
４ 工具スピンドル
５ 工具スピンドルケース部材
６ 工具回転軸
７ データ記憶装置
８ データ記憶装置の伝送面
９ 書き込み／読み取りヘッドの伝送面
１０ 書き込み／読み取りヘッド
１１ データ伝送空隙
１２ スピンドル
１３ 支持部材
１４ ダイアモンドドレッシングギア
１５ 切削ウォームフランジ
１６ 切削ウォーム
１７ 切削スピンドルヘッド
１８ フランジ蓋部
１９ スイッチ
２０ 支持部材
２１ 締付けネジ

Claims (21)

1. 工作機械上に保持されたワークピースを加工するための回転式の切削工具（２，１４，１６）を備え、前記切削工具（２，１４，１６）は工具の使用に関して重要なデータを記憶するための電子記憶装置（７）に結合されている工作機械であり、回転する切削工具（２，１４，１６）による加工プロセス中に電子データ記憶装置（７）のデータ書き込みおよび／または読み取りを可能にする、非接触式の電子データ記憶装置（７）のデータ書き込みおよび／または読み取り手段（１０）を工作機械上に設けることを特徴とする工作機械。
2. 切削工具（１６）が固定的に工具収容部（１５）に結合されるとともに、データ記憶装置（７）が工具収容部（１５）に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
3. 電子データ記憶装置（７）が直接切削工具（２，１４）上に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
4. 電子データ記憶装置（７）は環状に形成して切削工具（２，１４，１６）の回転軸（６）に対して同心に配置し、ここで電子データ記憶装置（７）は環状のデータ伝送面（８）を有していてそれを介して電子データ記憶装置（７）と書き込みおよび読み取り手段（１０）との間で非接触式にデータが交換されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の工作機械。
5. データ伝送面（８）が電子データ記憶装置（７）の端面上に配置されることを特徴とする請求項４記載の工作機械。
6. データ伝送面（８）が電子データ記憶装置（７）の外周面上に配置されることを特徴とする請求項４記載の工作機械。
7. データ記憶装置（７）のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段（１０）が固定的に工作機械と結合されるとともに、その工作機械のデータ伝送面（９）が電子データ記憶装置（７）のデータ伝送面（８）と僅かな距離をおいて対向するように構成および配置されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の工作機械。
8. 電子データ記憶装置（７）のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段が書き込み／読み取りヘッド（１０）からなり、この書き込み／読み取りヘッド（１０）も環状に形成されるとともに電子データ記憶装置（７）と同軸上に配置され、それらのデータ伝送面（８，９）の間に半径方向あるいは軸方向の伝送空隙（１１）が形成されるように離間していることを特徴とする請求項７記載の工作機械。
9. 電子データ記憶装置（７）のデータを非接触式に書き込みおよび読み取りする手段は誘導方式で動作することを特徴とする請求項８記載の工作機械。
10. 伝送空隙は１ｍｍ未満の幅からなることを特徴とする請求項８または９記載の工作機械。
11. 電子データ記憶装置（７）のデータを書き込みおよび読み取りする手段（１０）から非接触方式で電子データ記憶装置（７）に電力が供給されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の工作機械。
12. 工具（２）を収容するために工具スピンドルケース（５）によって包囲された工具スピンドル（４）を設け、電子データ記憶装置（７）は工具スピンドルケース（５）に向いた側の工具（２）の端面上に配置することを特徴とする請求項３記載の工作機械。
13. 電子データ記憶装置（７）とこの電子データ記憶装置（７）のデータを書き込みおよび読み取りする手段（１０）との間で伝送されるデータは以下の工具特性情報：
    − 工具形状寸法データ
    − 工具コーティング特性データ
    − 工具寿命データ
    − 工具使用技術データ
    − 過去の工具使用の技術データ
    のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の工作機械。
14. 切削工具（１６）の工具収容部（１５）上に特にスイッチ（１９）の形式の付勢手段を配置し、切削工具（１６）を工具収容部（１５）から取り外す際に電子データ記憶装置（７）のデータが自動的に消去されるよう構成することを特徴とする請求項２記載の工作機械。
15. 工具の使用に関して重要なデータを記憶するための電子データ記憶装置（７）と結合された請求項１の工作機械用の切削工具（２，１４，１６）であり、電子データ記憶装置（７）は回転する切削工具（２，１４，１６）による加工プロセス中に非接触式にデータに書き込みおよび／または読み取りを行うよう設計されることを特徴とする切削工具。
16. 固定的に工具収容部（１５）に結合されるとともに、データ記憶装置（７）が工具収容部（１５）に取り付けられていることを特徴とする請求項１５記載の切削工具。
17. 電子データ記憶装置（７）が直接切削工具（２，１４）上に取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の切削工具。
18. 電子データ記憶装置（７）は環状に形成して切削工具（２，１４，１６）の回転軸（６）に対して同心に配置し、ここで電子データ記憶装置（７）は環状のデータ伝送面（８）を有していてそれを介して電子データ記憶装置（７）と書き込みおよび読み取り手段（１０）との間で特に誘導方式によって非接触式にデータが交換されることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の切削工具。
19. データ伝送面（８）が電子データ記憶装置（７）の端面上に配置されることを特徴とする請求項１８記載の切削工具。
20. データ伝送面（８）が電子データ記憶装置（７）の外周面上に配置されることを特徴とする請求項１８記載の切削工具。
21. 切削工具（２，１４，１６）は歯車製造用の工具、特にダイアモンドドレッシングロール（２）、ダイアモンドドレッシングギア（１４）、または切削ウォームとすることを特徴とする請求項１５ないし２０のいずれかに記載の切削工具。

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