JP2023500968A - 力トランスデューサを備える切削機、その切削機の操作方法、およびその切削機の力トランスデューサの較正方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ワークピースの切りくず除去加工用の切削機であって、切りくず除去加工は、複数の必要な工具（１４）を使用して、製造ステップの時系列シーケンスで行われ、切削機は、必要な工具を保持するための工具ホルダーと、工具ホルダーを駆動ユニットと接続するための工具アームとを含み、その駆動ユニットは、工具アームを移動させ、工具アームのその移動によって、必要な工具のうちの１つを各々の製造ステップにおいてワークピースと位置合わせさせることができ、工具アームは、上部アームおよび下部アームを含み、上部アームおよび下部アームは、別個のユニットであり、互いに機械的に接続されており、上部アームは、駆動ユニットに接続されており、下部アームは、工具ホルダーに接続されており、少なくとも１つの力トランスデューサが、上部アームと下部アームとの間の位置に配置され、ワークピースの切りくず除去加工中に、力トランスデューサは、力の主流内において必要な工具のいずれかによって及ぼされる工具力を測定することができる、切削機に関するものである。

Description

本発明は、独立請求項の前文に記載された力トランスデューサを備える切削機に関するものである。さらに、本発明は、そのような切削機の操作方法に関するものである。さらに、本発明は、そのような切削機の力トランスデューサの較正方法に関するものである。

切削機は周知であるが、既知の切削機には、旋盤、フライス盤、のこ盤などが含まれる。切削機は、切りくず除去加工によって、つまりくさび形の切削刃によってワークピース（加工物）から材料を除去することによってワークピースを成形するために使用される。切削刃は、工具力を発揮する。ワークピースは、金属、木材、プラスチックなどの任意の材料で作られている。切削刃は、例えば、金属、セラミックスなどの硬くて抵抗力があり丈夫な切削材料で作られている。切りくず除去加工に使用される既知の工具は、チゼル、旋削チゼル、ミリングカッター、皿取錐、鋸刃などである。

切りくず除去加工では、ワークピースと工具は、相対的に移動する。このために、ワークピースと工具の両方が直線または円で移動する。切削機は、この目的のために、電気駆動ユニット、空気圧駆動ユニットなどのいくつかの駆動ユニットを含む。

切りくず除去加工中に発生する工具力ならびに高温は、切削刃の摩耗につながる可能性があるため、一貫した品質のワークピースを費用対効果の高い方法で製造するには、工具力を測定することが望ましい。摩耗は、切削刃の刃形状を変化させる。また、摩耗に受けた切削刃は、ワークピースの切りくず除去加工のためにより大きな工具力を必要とし、それは切削機のより高いエネルギー消費に反映され、またワークピースの表面品質および寸法精度を低下させる。

特許文献１は、切削機でのワークピースの切りくず除去加工中に工具力を測定するための多成分力トランスデューサを含む装置を開示している。多成分力トランスデューサは、摩擦接続によって機械部分の凹部に挿入される。

しかしながら、特許文献１の装置は、工具力がその作用点、すなわち切削刃で測定されず、切削刃から離れた点、すなわち機械部分で測定されるという欠点を有する。さらに、機械部分に発生する機械的応力として間接的に工具力を測定している。次いで、機械的応力は、機械部分の寸法と質量の影響を受ける。また、多成分力トランスデューサは、機械部分の力シャントに配置されている。力シャントで測定できるのは、発生する機械的応力のごく一部のみである。同時に、これは低い精度で測定される工具力をもたらす。工具力を測定するときの精度は、測定された工具力と実際の工具力の差の指標であり、工具力の測定が正確であればあるほど、測定された工具力と実際の工具力の差は小さくなる。

ワークピースの切りくず除去加工は、通常、複数の必要な工具を使用して、製造ステップの時系列シーケンスで実行される。したがって、工具は頻繁に交換される。新しい製造ステップごとに、新しい工具がワークピースと位置合わせされ、工具とワークピースが相互に移動する。この目的のために、切削機は、工具を迅速かつ安価に交換するための、また、迅速かつ安価な方法で工具の位置合わせを達成するための工具ホルダーを含む。工具ホルダーは、各々の製造ステップに必要な工具を保持する。新しい工具が必要で、新しい工具をワークピースと位置合わせする必要がある場合は、工具ホルダーを移動する。工具ホルダーは、この目的のために工具アームに取り付けられている。したがって、工具ホルダー内の工具を位置合わせするために駆動ユニットによって移動され、ワークピースとの特定の製造ステップに必要であり、工具とワークピースを相互に移動させるために必要とされるのは工具アームである。

欧州特許出願公開第０４３３５３５号明細書

本発明の第１の目的は、力トランスデューサを用いて、切削機でのワークピースの切りくず除去加工中に作用する工具力を高精度に測定することである。特に、この目的は、工具アームを介して駆動ユニットによって移動される工具ホルダーを含む切削機に対して達成されなければならない。本発明の第２の目的は、切削機におけるワークピースの切りくず除去機械加工中に工具力を測定するために使用される力トランスデューサを配置するための省スペースソリューションを提供することである。また、本発明の第３の目的は、費用対効果の高い方法で、力トランスデューサを用いて、ワークピースの切りくず除去加工中に作用する工具力を測定することである。

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項の構成によって達成されている。

本発明は、ワークピースの切りくず除去加工用の切削機であって、切りくず除去加工は、複数の必要な工具によって、製造ステップの時系列シーケンスで実行され、切削機は、必要な工具を保持するための工具ホルダーと、工具ホルダーを駆動ユニットと接続するための工具アームとを備え、駆動ユニットは、工具アームを移動させ、工具アームの移動は、必要な工具のうちの１つを各々の製造ステップにおいてワークピースと位置合わせし、工具アームは、上部アームおよび下部アームを備え、上部アームおよび下部アームは、別個のユニットであり、互いに機械的に接続されており、上部アームは、駆動ユニットに接続されており、下部アームは、工具ホルダーに接続されており、少なくとも１つの力トランスデューサが、上部アームと下部アームとの間の位置に配置され、ワークピースの切りくず除去加工中に、力トランスデューサは、力の主流方向において必要な工具のいずれかによって及ぼされる工具力を測定することができる、切削機に関するものである。

本発明は、必要な工具をワークピースに正確に位置合わせし、必要な工具をワークピースに対して正確に移動させるために、必要な工具が非弾性的に工具ホルダーによって保持され、工具ホルダーが非弾性的に工具アームに接続されているという観察に基づく。ここで、本発明者らは、必要な工具の工具ホルダーへの、さらには工具アームへの非弾性的な機械的接続はまた、必要な工具のいずれかから工具アームへの工具力の実質的に減衰されない力の流れを可能にすることを見出した。この理由は、各々の弾性変形が工具力の力の流れを減衰させ、したがって工具力の測定を偽りのものとするためである。力トランスデューサを上部アームと下部アームとの間の位置内の力の主流内に配置することにより、工具力を正確に測定することが可能になることが理解されるであろう。力トランスデューサはツーピースの工具アームの内側に配置されているため、スペースを節約でき、さらに費用対効果が高くなり、これにより、従来の工具アームの事前定義された外形寸法を維持でき、従来の切削機を変更する必要がなくなるであろう。唯一の違いは、従来の工具アームが本発明に係る工具アームに置き換えられていることである。

目的のさらに有利なソリューションは、従属請求項の構成によって達成される。

以下において、本発明は、以下の図面を参照して例として説明される。

１つの力トランスデューサを有する切削機の第１の実施形態の一部の概略図を示す。 ２つの力トランスデューサを有する切削機の第２の実施形態の一部の分解図を示す。 図１または図２に係る切削機の少なくとも１つの力トランスデューサを較正するためのプロセスステップを示すフローチャートを示す。 図２に係る２つの力トランスデューサを含む切削機の第２の実施形態を用いて、図３に係るプロセスステップを実行するための較正装置の一実施形態の一部の概略図を示す。

図面全体を通して、同じ部品は同じ符号で示されている。

図１および図２は、ワークピース９の切りくず除去加工のための切削機１の２つの実施形態の一部を示している。切削機１は、駆動ユニット１０、機械工具アーム１１、少なくとも１つの力トランスデューサ１２．１、１２．２、工具ホルダー１３、および複数の必要な工具１４を含む。切削機１は、３軸ｘ、ｙ、ｚの直交座標系に配置されており、３軸は、横軸ｘ、水平軸ｙ、垂直軸ｚとも呼ばれる。

ワークピース９は、例えば、金属、木材、プラスチックなどの任意の材料からなる。ワークピース９の切りくず除去機械加工は、複数の必要な工具１４を使用して、製造ステップの時系列シーケンスで実行される。図１に係る切削機１の第１の実施形態では、２つの製造ステップにおいて２つの工具１４．１、１４．２が必要とされる。第１の工具１４．１は、第１の製造ステップで必要とされ、第２の工具１４．２は、第２の製造ステップで必要とされる。しかしながら、当業者は、もちろん、２つを超える工具によるワークピースの切りくず除去加工に本発明を使用することができる。例えば、図２に係る切削機１の第２の実施形態では、８つの製造ステップで８つの工具１４．１～１４．８が必要とされる。

ワークピース９の切りくず除去加工中に、必要な工具１４は、横軸ｘおよび垂直軸ｚによって画定される横断面ｘｙで切削動作を実行する。さらに、ワークピース９の切りくず除去加工中に、必要な工具１４は、水平軸ｙに沿って前進運動を実行する。このようにして、必要な工具１４は、工具力Ｋｗをワークピース９に及ぼす。工具力Ｋｗは、Ｋｗｘ、Ｋｗｙ、Ｋｗｚの３つの力成分を含む。切削動作のため、工具力Ｋｗは、横軸ｘ方向の横剪断成分Ｋｗｘと、垂直軸ｚ方向の垂直剪断成分Ｋｗｚを含む。また、前進運動により、工具力Ｋｗは、水平軸ｙの方向の水平力成分Ｋｗｙを含む。

工具ホルダー１３は、製造ステップに必要な工具１４を保持する。工具ホルダー１３は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的に耐性のある材料で作製される。図１に係る切削機１の第１の実施形態では、工具ホルダー１３は、２つの必要な工具１４．１、１４．２を保持する。図２に係る切削機１の第２の実施形態では、工具ホルダー１３は、８つの必要な工具１４．１～１４．８を保持する。

図１に係る切削機１の第１の実施形態について示されるように、各々の必要な工具１４．１、１４．２は、少なくとも１つの切削刃１４．１１、１４．１２およびシャンク１４．２１、１４．２２を含む。切削刃１４．１１、１４．１２は、例えば、金属、セラミックスなどの硬く、耐性があり、強靭な切削材料で作製される。第１の必要な工具１４．１は、三角形の切削刃１４．１１を含み、第２の必要な工具１４．２は、長方形の切削刃１４．２１を含む。図２に係る切削機１の第２の実施形態では、各々の必要な工具１４．１～１４．８は、切削刃がシャンクの両端に配置されている２つの切削刃およびシャンクを含む。

工具ホルダー１３は、１１０ＧＰａの通常の弾性率を有する従来の鋳鉄製工具ホルダーとは異なる、２００ＧＰａを超える高い弾性率を有する材料で作製される。工具ホルダー１３は、その高い弾性率のために、従来の工具ホルダーと比較して２倍非弾性的に工具力Ｋｗを伝達する。

必要な工具１４は、それらのシャンクを介して工具ホルダー１３に保持される。この目的のために、工具ホルダー１３は、複数の保持手段および複数の凹部を含む。

図１に係る切削機１の第１の実施形態では、第１の凹部１３．２１は、第１のシャンク１４．２１および第１の保持手段１３．１１を受け入れる。第２の凹部１３．２２は、第２のシャンク１４．２２および第２の保持手段１３．１２を収容する。第１および第２の保持手段１３．１１、１３．１２はくさび形であり、傾斜面の機械的原理に基づいて、一定の保持力でシャンク１４．２１、１４．２２を凹部１３．２１、１３．２２内に保持する。第１の凹部１３．２１および第２の凹部１３．２２は、垂直軸ｚに関して上下に配置されている。

図２に係る切削機１の第２の実施形態では、８つの凹部１３．２１～１３．２８がそれぞれ、８つの必要な工具１４．１～１４．８のうちの１つのシャンクならびに保持手段を収容する。保持手段はグラブねじであり、水平軸ｙに対して直角に凹部１３．２１～１３．２８に突き出ている。１本のグラブねじがそれぞれ、必要な工具１４．１～１４．８のシャンクを押し、必要な工具１４．１～１４．８を一定の保持力で凹部１３．２１～１３．２８内に保持する。

工具ホルダー１３内の必要な工具１４の保持力の量は、工具力Ｋｗの量よりも少なくとも１桁大きいので、工具ホルダー１３は、必要な工具１４を非弾性的に保持する。本発明の文脈において、形容詞「非弾性的」は、外力に関係なく、必要な工具１４のすべての点および工具ホルダー１３のすべての点が常に互いに同じ距離にあることを意味する。

工具ホルダー１３は、工具アーム１１に接続されている。工具アーム１１は、鋼、工具鋼などの機械的に耐性のある材料で作製される。工具アーム１１は、上部アーム１１．１、下部アーム１１．２、および少なくとも１つの接続手段１５を含む。工具ホルダー１３は、下部アーム１１．２に接続されている。駆動ユニット１０は、上部アーム１１．１に接続されている。接続は、例えば、ねじ接続、はんだ接続、溶接接続などの任意の固定手段によって達成することができる。

工具ホルダー１３の下部アーム１１．２への接続および駆動ユニット１０の上部アーム１１．１への接続の固定力の量は、工具力Ｋｗの量よりも少なくとも１桁大きいので、接続状態では、工具ホルダー１３は非弾性的に下部アーム１１．２に固定され、駆動ユニット１０は上部アーム１１．１に非弾性的に固定される。

工具アーム１１は、１１０Ｇｐａの通常の弾性率を有する従来の鋳鉄製機械の工具アームとは異なる、２００ＧＰａを超える高い弾性率を有する材料で作製される。技術的な観点から、弾性率が相対的に２倍高いことは、次の２つの理由で理にかなっている。
・第１に、工具アーム１１の外寸は、事前定義されている。しかしながら、工具アーム１１は、その内部空間に力トランスデューサ１２．１、１２．２を収容するように適合されているので、工具アーム１１は、力トランスデューサ１２．１、１２．２のための内部空間を含み、したがって、工具アーム１１は、より少ない材料で作製される。他方、必要な工具１４をワークピース９と正確な位置合わせをし、必要な工具１４をワークピース９に対して正確に移動させるために、工具アーム１１の最小の機械的安定性を維持しなければならない。工具アーム１１のこの最小の機械的安定性は、２００ＧＰａを超える高い弾性率によって達成される。本発明の文脈において、「正確な位置合わせ」および「正確に移動させる」という用語は、３つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って位置合わせおよび移動する間の±１μｍの位置の正確さを意味することを意図する。
・第２に、工具アーム１１は、弾性率が高いため、従来の工具アームよりも２倍非弾性的に工具力Ｋｗを伝達する。

上部アーム１１．１と下部アーム１１．２は別個の実体である。本発明の目的のために、「別個の実体」という用語は、上部アーム１１．１および下部アーム１１．２が互いに別個の物体であることを意味する。好ましくは、上部アーム１１．１および下部アーム１１．２は、横断面ｘｚ内で互いに機械的に接続されている。上部アーム１１．１および下部アーム１１．２は、接続手段１５によって互いに機械的に接続されている。

図１に係る切削機１の第１の実施形態では、接続手段１５は、第１の接続手段１５．１である。第１の接続手段１５．１は、ねじ１５．１１、下部アーム１１．２内のボア１５．１２、および上部アーム１１．１内の雌ねじ１５．１３からなるねじ接続である。ねじ接続は、水平軸ｙに平行に作製される。ねじ１５．１１の雄ねじは、ボア１５．１２と雌ねじ１５．１３を貫通して延在する。雄ねじを雌ねじ１５．１３にねじ込むと、ねじ１５．１１のねじ頭が下部アーム１１．２を上部アーム１１．１に押し付ける。

図２に係る切削機１の第２の実施形態では、接続手段１５は、２つの接続手段１５．１、１５．２を含む。第１の接続手段１５．１は、ねじ１５．１１、下部アーム１１．２内のボア１５．１２、および上部アーム１１．１内の雌ねじ１５．１３を含むねじ接続である。第２の接続手段１５．２は、ねじ１５．２１、下部アーム１１．２内のボア１５．２２、および上部アーム１１．１内の雌ねじ１５．２３を含むねじ接続である。２つの接続手段１５．１、１５．２は、横軸ｘおよび水平軸ｙによって画定される水平面ｘｙ内において互いに平行に配置されている。２つのねじ接続は、水平軸ｘに平行である。ねじ１５．１１、１５．２１の雄ねじは、ボア１５．１２、１５．２２と雌ねじ１５．１３、１５．２３を貫通して延在する。雄ねじを雌ねじ１５．１３、１５．２３にねじ込むと、ねじ１５．１１、１５．２１のねじ頭が下部アーム１１．２を上部アーム１１．１に押し付ける。

接続手段１５による上部アーム１１．１と下部アーム１１．２との間の機械的接続の接続力の量は、工具力の量Ｋｗよりも少なくとも１桁大きいので、上部アーム１１．１は、非弾性的に下部アーム１１．２に機械的に接続されている。しかしながら、ねじ接続の代わりに、本発明を知った当業者は、もちろん、はんだ付け接続、溶接接続などを使用することができる。

駆動ユニット１０は、電気駆動ユニット、空気圧駆動ユニットなどである。駆動ユニット１０は、機械工具アーム１１を３つの軸ｘ、ｙ、およびｚに沿って移動させる。しかしながら、当業者は、もちろん、本発明を複数の駆動ユニットと共に使用することができる。

図１に係る第１の実施形態では、切削機１は、力トランスデューサ１２．１を含む。図２に係る第２の実施形態では、切削機１は、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２を含む。少なくとも１つの力トランスデューサ１２．１、１２．２は、接続１１．３の平面内の上部アーム１１．１と下部アーム１１．２との間の位置に配置されている。しかしながら、本発明を知る当業者は、上部アームと下部アームとの間にいくつの力トランスデューサを配置するかを自由に決定することができる。工具力を測定するには、単一の力トランスデューサを使用するだけで十分である。２つの力トランスデューサを使用すると、工具の力の測定を冗長にすることができ、２つの力トランスデューサは、互いに独立して工具力を測定し、測定された工具力に対する測定信号を互いに独立して生成し、これらの測定信号から算術平均を計算できるため、工具力のこの測定方法は、単一の力トランスデューサで実行されるよりも統計的に正確である。

図１に係る切削機１の第１の実施形態では、力トランスデューサ１２．１は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性材料で作製されたハウジング１２．１１を含む。図２に係る切削機１の第２の実施形態では、第１の力トランスデューサ１２．１は、第１のハウジング１２．１１を含み、第２の力トランスデューサ１２．２は、第２のハウジング１２．２１を含む。

以下では、力トランスデューサ１２．１、１２．２の詳細な説明が、図１に係る切削機１の第１の実施形態を参照して与えられる。力トランスデューサ１２．１のこの詳細な説明は、図２に係る切削機１の第２の実施形態の２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２にも適用される。

力トランスデューサ１２．１は中空円筒形で、２つのハウジング端面１２．１１’、１２．１１’’とハウジングボア１２．１１’’を含む。第１のハウジング端面１２．１１’によって、力トランスデューサ１２．１は、下部アーム１１．２と表面接触し、第２のハウジング端面１２．１１’’’によって、力トランスデューサ１２．１は、上部アーム１１．１と表面接触する。第１のハウジング端面１２．１１’は横断面ｘｚに平行であり、第２のハウジング端面１２．１１’’’は横断面ｘｚ内にある。ハウジングボア１２．１１’’の長手軸は、水平軸ｙに平行である。ハウジングボア１２．１１’’の直径は、ねじ１５．１１がそこから突き出ることができるのに十分な大きさである。

ハウジングの端面１２．１１’、１２．１１’’を介して、測定される工具力Ｋｗが力トランスデューサ１２．１に作用する。ハウジングの端面１２．１１’、１２．１１’’の表面積は、ねじ１５．１１の断面積よりも少なくとも１桁大きい。力トランスデューサ１２．１は、少なくとも９０％の工具力Ｋｗの一部を測定する。したがって、力トランスデューサ１２．１は、力の主流内の上部アーム１１．１と下部アーム１１．２との間に配置される。このため、力トランスデューサ１２．１は、非常に高い感度で工具力Ｋｗを測定する。本発明の目的のために、感度は、工具力Ｋｗ、および力トランスデューサ１２．１に作用する工具力Ｋｗの作用下で、力トランスデューサ１２によって生成されるアナログ測定信号Ｓａの量の比である。

力トランスデューサ１２．１は、例えば、水晶（ＳｉＯ２）、ガロゲルマニン酸カルシウム（Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４またはＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４またはＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの単結晶と、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１－ｘ］Ｏ３、０≦ｘ≦１）などの圧電セラミックスでできた圧電材料１２．１２を含む圧電力トランスデューサである。

圧電材料１２．１２は、中空円筒形を有し、ハウジング端面１２．１１’、１２．１１’’’に平行であり、したがって、横断面ｘｚに平行である端面を含む。このようにして、測定される工具力Ｋｗは、圧電材料１２．１２の端面に作用する。圧電材料１２．１２の向きは、工具力Ｋｗが作用するそれらの端面で測定される工具力Ｋｗに対して最大の感度を有するようになっている。最大感度の場合、圧電材料１２．１２は最大数の電気分極電荷を生成する。この目的のために、単結晶からなる圧電材料１２．１２は、端面に作用する工具力Ｋｗに対して最大数の電気分極電荷を生成するように方向付けられた中空円筒に切断される。そして、圧電セラミックスからなる圧電材料１２．１２は、電界中で分極され、機械的プレスによって中空円筒形に形成され、その結果、端面に作用する工具力Ｋｗに対して最大数の電気分極電荷を生成する。

力トランスデューサ１２．１は、工具力Ｋｗの３つの工具力成分Ｋｗｘ、Ｋｗｙ、Ｋｗｚを測定する。この目的のために、力トランスデューサ１２．１は、圧電材料１２．１２からなる３つの圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’を含む。第１の圧電素子１２．１２’は、横軸ｘの方向の剪断力成分Ｋｘに対して最大の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられている。この例では、第２の圧電素子１２．１２’’は、垂直軸ｚの方向の剪断力成分Ｋｚに対して最高の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられている。さらに、この例では、第３の圧電素子１２．１２’’’は、水平軸ｙの方向の法線力成分Ｋｙに対して最高の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられている。

電気分極電荷は、端面から取り出す必要がある。この目的のために、力トランスデューサ１２．１は電極１２．１３を含む。電極１２．１３は、例えば、銅、金などの導電性材料１２．３で作製され、中空円筒形である。１つの電極１２．１３がそれぞれ、圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’の端面の１つに直接配置される。したがって、力トランスデューサ１２．１は、合計６つの電極１２．１３を含む。３つの信号電極１２．１３’、１２．１３’’、１２．１３’’’は、第１の端面からアナログ測定信号Ｓａとして電気分極電荷を受け取り、３つの接地電極１２．１３’’’’は、第２の端面から電気分極電荷を受け取る。アナログ測定信号Ｓａは、工具力Ｋｗの量に比例する。３つの信号電極１２．１３’、１２．１３’’、１２．１３’’’は、ハウジング１２．１１から電気的に絶縁されており、３つの接地電極１２．１３’’’’は、ハウジング１２．１１に電気的に接続されており、ハウジング１２．１１の電気的接地電位にある。すべての接地電極１２．１３’’’’はすべて、同じ電気的接地電位にあるため、同じ符号で示される。３つの信号電極１２．１３’、１２．１３’’、１２．１３’’’は、信号ケーブル１２．１４に電気的に接続されている。信号ケーブル１２．１４は、アナログ測定信号Ｓａを信号電極１２．１３’、１２．１３’’、１２．１３’’’から評価ユニット１６に伝送する。

必要な工具１４を使用して実行される各々の製造ステップに対して、力トランスデューサ１２．１は、アナログ測定信号Ｓａ１を生成する。アナログ測定信号Ｓａは、横軸ｘの方向の横剪断成分Ｋｗｘに対するアナログ横剪断信号Ｓａ１’、垂直軸ｚの方向の垂直剪断成分Ｋｗｚに対するアナログ垂直剪断信号Ｓａ１’’、および水平軸ｙの方向の水平力成分Ｋｗｙに対するアナログ水平力信号Ｓａ１’’’を含む。各々の製造ステップには１秒から１００秒かかる。力トランスデューサ１２．１は、１ｋＨｚ～５０ｋＨｚの周波数範囲の時間分解能でアナログ測定信号Ｓａ１を生成する。

電極１２．１３は、圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’の端面に対して機械的に予圧をかけられ、その結果、電極１２．１３は、圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’の端面から生成されたすべての電気分極電荷を拾い上げ、圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’の端面には電気分極電荷は残っておらず、これは工具力Ｋｗの測定を偽りのものとする。力トランスデューサ１２．１の機械的予圧は、電極１２．１３と圧電素子の端面１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’’’との間の界面の微細孔を閉鎖する。力トランスデューサ１２．１の機械的予圧は、接続手段１５によって提供される。接続手段１５．１は、下部アーム１１．２のボア１５．１２とハウジング１２．１内のハウジングボア１２．１１’’を貫通して延在するねじ１５．１１と、上部アーム１１．１の雌ねじ１５．１３とによって形成されたねじ接続からなる。雄ねじを雌ねじ１５．１３にねじ込むと、ねじ１５．１１のねじ頭が下部アーム１１．２を上部アーム１１．１に押し付け、電極１２．１３を圧電素子１２．１２’、１２．１２’’、１２．１２’ １２．１２’’’の端面に機械的に予圧をかける。上部アーム１１．１が下部アーム１１．２に機械的に接続されているため、接続手段１５は、力トランスデューサ１２．１にさらに機械的に予圧をかける。機械的予圧は、上部アーム１１．１から下部アーム１１．２への機械的接続の接続力に等しい。

評価ユニット１６は、少なくとも１つのコンバータユニット１６．１、少なくとも１つのコンピュータ１６．２、少なくとも１つの入力ユニット１６．３、および少なくとも１つの出力ユニット１６．４を含む。

力トランスデューサ１２．１は、信号ケーブル１２．１４を介してコンバータユニット１６．２に電気的に接続されている。コンバータユニット１６．１は、信号電極１２．１３’、１２．１３’’、１２．１３’ １２．１２’’’から信号ケーブル１２．１４を介して受信したアナログ測定信号Ｓａ１をデジタル測定信号Ｓｄ１に変換する。必要な工具１４を用いて実行される各々の製造ステップに対して、コンバータユニット１６．１は、アナログ測定信号Ｓａ１をデジタル測定信号Ｓｄ１に変換する。コンバータユニット１６．１は、アナログ横剪断信号Ｓａ１’をデジタル横剪断信号Ｓｄ１’に変換し、アナログ垂直剪断信号Ｓａ１’’をデジタル垂直剪断信号Ｓｄ１’’に変換し、アナログ水平力信号Ｓａ１’’’をデジタル水平力信号Ｓｄ１’’’に変換する。デジタル測定信号Ｓｄ１には、デジタル横剪断信号Ｓｄ１’、デジタル垂直剪断信号Ｓｄ１’’、およびデジタル水平力信号Ｓｄ１’’’が含まれる。

コンピュータ１６．２は、少なくとも１つのデータプロセッサおよび少なくとも１つのデータメモリを含む。コンピュータ１６．２は、入力ユニット１６．３によって操作することができる。入力ユニット１６．３は、制御コマンドを入力するためのキーボードとすることができる。本発明の文脈において、動詞「操作する」は、コンピュータ１６．２が、入力ユニット１６．３を介して使用者によって入力された制御コマンドによって起動、制御、およびスイッチオフされることを意味する。コンピュータ１６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ１をロードする。コンピュータ１６．２は、ロードされたデジタル測定信号Ｓｄ１を出力ユニット１６．４に表示する。出力ユニット１６．４は、評価されたデジタル測定信号のグラフィック表現を表示するための画面とすることができる。
デジタル測定信号Ｓｄ１の評価のために、コンピュータ１６．２は、基準信号Ｒおよび較正係数αｉをロードする。
基準信号Ｒは、ワークピース９の材料ならびに必要な工具１４の切削材料に対して固有である。この点で重要なのは、強度、靭性、硬度などの材料と切削材料の特性である。基準信号Ｒは、ワークピース９の各々の材料および必要な工具１４の各々の切削材料に対して、コンピュータ１６．２のデータメモリに格納され、コンピュータ１６．２によってデータメモリからロードすることができる。各々の必要な工具１４に対する基準信号Ｒは、横剪断基準信号Ｒ’、垂直剪断基準信号Ｒ’’、および水平力基準信号Ｒ’’’を含む。

さらに、力トランスデューサ１２．１、１２．２によって測定される工具力Ｋｗは、力トランスデューサ１２．１、１２．２に対する必要な工具１４の位置ｉに対して固有である。図２に係る実施形態の第２の例では、切削機１の工具アーム１１は、８つの異なる位置ｉ（ｉ＝１～８）に８つの凹部１３．２１～１３．２８を含み、切削機１は、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２を含む。８つの凹部１３．２１～１３．２８のそれぞれは、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２の各々から異なる距離に配置されている。２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２のそれぞれに対する各々の凹部１３．２１～１３．２８のこれらの異なる距離は、力トランスデューサ１２．１、１２．２に対して固有の位置ｉに配置される各々の必要な工具１４をもたらし、それにより、工具力Ｋｗの力の流れもまた、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２のそれぞれに対する必要な工具１４の前記位置ｉに対して固有である。

したがって、各々の位置ｉに対する較正係数αｉは、コンピュータ１６．２のデータメモリに格納され、コンピュータ１６．２によってデータメモリからロードすることができる。各々の較正係数αｉには、横剪断較正係数αｉ’、垂直剪断較正係数αｉ’’、および水平剪断較正係数αｉ’’’が含まれる。

コンピュータ１６．２は、評価を実行するために、必要な工具１４のデジタル測定信号Ｓｄ１に、力トランスデューサ１２．１、１２．２に対する必要な工具１４の位置ｉの較正係数αｉを掛けることによって必要な工具１４のデジタル測定信号Ｓｄ１を較正する。各々のプロセスステップに対して、コンピュータ１６．２は、ワークピース９の材料および必要な工具１４の切削材料について、較正されたデジタル測定信号Ｓｄ１とロードされた基準信号Ｒの差Δを計算する。

少なくとも１つの事前定義された許容量Ｔがコンピュータ１６．２のデータメモリに格納され、その事前定義された許容値Ｔが各々の製造ステップに対してロードされる。各々の事前定義された許容値Ｔは、事前定義された横剪断許容値Ｔ’、事前定義された垂直剪断許容値Ｔ’’、および事前定義された水平力許容値Ｔ’’’を含む。
差Δは、各々の製造ステップに対して事前定義された許容値Ｔと比較される。差Δが事前定義された許容値Ｔ以下の場合、必要な工具１４は摩耗を受けず、使用を継続することができ、差Δが事前定義された許容値Ｔよりも大きい場合、必要な工具（１４）は摩耗を受けやすく、交換されるであろう。第１の近似として、事前定義された許容値Ｔは、基準信号Ｒの１０％に等しい。

コンピュータ１６．２は、工具力成分Ｋｗｘ、Ｋｗｙ、Ｋｗｚの工具力Ｋｗのデジタル測定信号Ｓｄ１’、Ｓｄ１’’、Ｓｄ１’’’に対しても評価を行う。

各々のプロセスステップに対して、コンピュータ１６．２は、ワークピース９の材料および必要な工具１４の切削材料に対する、較正されたデジタル横剪断測定信号Ｓｄ１’とロードされた横剪断基準信号Ｒ’の横剪断差Δ’を計算する。横剪断差Δ’が事前定義された横剪断許容値Ｔ’以下の場合、必要な工具１４は摩耗を受けずに使用され続け、事前定義された横剪断公差値Ｔ’よりも大きい横剪断差Δ’の場合、必要な工具（１４）は摩耗しやすく、交換されるであろう。第１の近似として、事前定義された横剪断許容値Ｔ’は、横剪断基準信号Ｒ’の１０％に等しい。

各々のプロセスステップに対して、コンピュータ１６．２は、ワークピース９の材料および必要な工具１４の切削材料に対する、較正されたデジタル垂直剪断測定信号Ｓｄ１’’とロードされた垂直剪断基準信号Ｒ’’の垂直剪断差Δ’’を計算する。垂直剪断差Δ’’が事前定義された垂直剪断許容値Ｔ’’以下の場合、必要な工具１４は摩耗を受けずに使用され続け、事前定義された垂直剪断許容値Ｔ’’よりも大きい垂直剪断差Δ’’の場合、必要な工具（１４）は摩耗しやすく、交換されるであろう。第１の近似として、事前定義された垂直剪断許容値Ｔ’’は、垂直剪断基準信号Ｒ’’の１０％に等しい。

各々のプロセスステップに対して、コンピュータ１６．２は、ワークピース９の材料および必要な工具１４の切削材料に対する、較正されたデジタル水平力測定信号Ｓｄ１’’’とロードされた水平力基準信号Ｒ’’’の水平力差Δ’’’を計算する。水平力差Δ’’が事前定義された水平力許容値Ｔ’’’以下の場合、必要な工具１４は摩耗を受けずに使用され続け、事前定義された水平力許容値Ｔ’’’よりも大きい水平力差Δ’’’の場合、必要な工具（１４）は摩耗しやすく、交換されるであろう。第１の近似として、事前定義された水平力許容値Ｔ’’’は、水平力基準信号Ｒ’’’の１０％に等しい。

同様に、図２に係る切削機の第２の実施形態のように２つの力トランスデューサが使用される場合、２つの力トランスデューサは、第１および第２のアナログ測定信号を生成し、これらの第１および第２のアナログ測定信号は、コンバータユニットによって第１および第２のデジタル測定信号に変換される。コンピュータは、各々の必要な工具に対する第１および第２のデジタル測定信号の合計を計算し、この第１および第２のデジタル測定信号の合計に、必要な工具の位置に対する較正係数を乗算し、第１および第２のデジタル測定信号のこの較正された合計から、ワークピースと必要な工具の切削材料の一対の材料の基準信号を減算する。

図３は、図１または図２に係る２つの実施形態の切削機１の少なくとも１つの力トランスデューサ１２．１、１２．２の較正のためのプロセスステップ２１０～２６０を示すフローチャートを示す。図４は、図２に係る切削機１の第２の実施形態を用いて、図３に係るプロセスステップを実行するための較正装置２の一実施形態の一部を示す。

較正装置２は、較正接点２１、較正力トランスデューサ２１、較正駆動ユニット２０、および評価ユニット２６を含む。

第１のプロセスステップ２１０において、必要な工具１４および少なくとも１つの力トランスデューサ１２．１、１２．２を備えた機械工具アーム１１が提供される。

さらなるプロセスステップ２２０において、力トランスデューサ１２．１、１２．２は、評価ユニット２６と接触させられる。評価ユニット２６は、少なくとも１つのコンバータユニット２６．１、少なくとも１つのコンピュータ２６．２、少なくとも１つの入力ユニット２６．３、および少なくとも１つの出力ユニット２６．４を含む。

図４に係る較正装置２の実施形態では、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２が、信号ケーブル１２．１４、１２．２４を介してコンバータユニット２６．２に電気的に接続されている。

さらなるプロセスステップ２３０において、較正装置２は、較正力Ｋｋを必要な工具１４に印加する。

較正装置２は、較正駆動ユニット２０、較正接点２１、および較正力トランスデューサ２２を含む。

較正駆動ユニット２０は、電気駆動ユニット、空気圧駆動ユニットなどである。較正駆動ユニット２０は、較正接点２１および較正力トランスデューサ２２を３つの軸、ｘ、ｙ、およびｚに沿って移動させる。較正駆動ユニット２０は、較正接点２１を、工具ホルダー１３内の位置ｉで必要な工具１４と正確に位置合わせし、較正力Ｋｋを必要な工具１４に印加する。較正力Ｋｋは、３つの較正力成分Ｋｋｘ、Ｋｋｙ、Ｋｋｚを含む。較正力Ｋｋは、横軸ｘの方向の横剪断較正成分Ｋｋｘ、垂直軸ｙの方向の垂直剪断較正成分Ｋｋｚ、および水平軸ｚの方向の水平力較正成分Ｋｋｚを含む。

図４に係る較正装置２の実施形態では、較正接点２２は、指のような形状であり、較正力Ｋｋを及ぼすための先端を含む。較正接点２２は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的に耐性のある材料で作製される。較正接点２２は、２００ＧＰａを超える高い弾性率を有する材料で作製される。その高い弾性率のために、較正接点２２は、より低い弾性率を有する材料で作製された較正接点よりも非弾性的に較正力Ｋｋを伝達する。

較正力トランスデューサ２２は、較正力Ｋｋの３つの較正力成分、Ｋｋｘ、Ｋｋｙ、Ｋｋｚを測定する。較正力トランスデューサ２２は、任意の測定原理に従って機能することができる。しかしながら、較正を実行するための前提条件は、較正力トランスデューサ２２が、較正力Ｋｋの較正力成分Ｋｋｘ、Ｋｋｙ、Ｋｋｚを、少なくとも１つの力トランスデューサ１２．１、１２．２の精度よりも少なくとも１桁以上高い精度で測定することである。較正力トランスデューサ２２は、較正信号ケーブル２２．１４を介してコンバータユニット２６．２に電気的に接続されている。

さらなるプロセスステップ２４０において、較正力成分、Ｋｋｘ、Ｋｋｙ、Ｋｋｚは、力トランスデューサ１２．１、１２．２、および較正装置２の較正力トランスデューサ２２によって測定される。

第１の力トランスデューサ１２．１は、第１のアナログ測定信号Ｓａ１を生成する。前記第１のアナログ測定信号Ｓａ１は、横軸ｘの方向の横剪断較正成分Ｋｋｘに対する第１のアナログ横剪断信号Ｓａ１’、垂直軸ｚの方向の垂直剪断較正成分Ｋｋｚに対する第１のアナログ垂直剪断信号Ｓａ１’’、および水平軸ｙの方向の水平力較正成分Ｋｋｙに対する第１のアナログ水平力信号Ｓａ１’’’を含む。

第２の力トランスデューサ１２．２は、第２のアナログ測定信号Ｓａ２を生成する。第２のアナログ測定信号Ｓａ２は、横軸ｘの方向の横剪断較正成分Ｋｋｘに対する第２のアナログ横剪断信号Ｓａ２’、垂直軸ｚの方向の垂直剪断較正成分Ｋｋｚに対する第２のアナログ垂直剪断信号Ｓａ２’’、および水平軸ｙの方向の水平力較正成分Ｋｋｙに対する第２のアナログ水平力信号Ｓａ２’’’を含む。

較正力トランスデューサ２２は、アナログ較正信号Ｋａを生成する。較正信号Ｋａは、横軸ｘの方向の横剪断較正成分Ｋｋｘに対するアナログ横剪断較正信号Ｋａ’、垂直軸ｚの方向の垂直剪断較正成分Ｋｋｚに対するアナログ垂直剪断較正信号Ｋａ’’、および水平軸ｙの方向の水平力較正成分Ｋｋｙに対するアナログ水平力較正信号Ｋａ’’’を含む。

さらなるプロセスステップ２５０において、力トランスデューサ１２．１、１２．２の測定信号Ｓａおよび較正力トランスデューサ２２の較正信号Ｋａは、評価ユニット２６に送信される。

図４に係る較正装置２の実施形態では、２つの力トランスデューサ１２．１、１２．２の信号ケーブル１２．１４、１２．２４を介して信号電極から送信されたアナログ測定信号Ｓａ１、Ｓａ２は、コンバータユニット２６．１によってデジタル測定信号Ｓｄ１、Ｓｄ２に変換される。

コンバータユニット２６．１は、第１のアナログ横剪断信号Ｓａ１’を第１のデジタル横剪断信号Ｓｄ１’に変換し、第１のアナログ垂直剪断信号Ｓａ１’’を第１のデジタル垂直剪断信号Ｓｄ１’’に変換し、第１のアナログ水平力信号Ｓａ１’’’を第１のデジタル水平力信号Ｓｄ１’’’に変換する。第１のデジタル測定信号Ｓｄ１は、第１のデジタル横剪断信号Ｓｄ１’、第１のデジタル垂直剪断信号Ｓｄ１’’、および第１のデジタル水平力信号Ｓｄ１’’’を含む。

コンバータユニット２６．１は、第２のアナログ横剪断信号Ｓａ２’を第２のデジタル横剪断信号Ｓｄ２’に変換し、第２のアナログ垂直剪断信号Ｓａ２’’を第２のデジタル垂直剪断信号Ｓｄ２’’に変換し、第２のアナログ水平力信号Ｓａ２’’’を第２のデジタル水平力信号Ｓｄ２’’’に変換する。第２のデジタル測定信号Ｓｄ２は、第２のデジタル横剪断信号Ｓｄ２’、第２のデジタル垂直剪断信号Ｓｄ２’’、および第２のデジタル水平力信号Ｓｄ２’’’を含む。

信号ケーブル２２．１４を介して較正力トランスデューサ２２から送信されたアナログ較正信号Ｋａは、コンバータユニット２６．１によってデジタル較正信号Ｋｄに変換される。

コンバータユニット２６．１は、アナログ横剪断較正信号Ｋａ’をデジタル横剪断較正信号Ｓｄ’に変換し、アナログ垂直剪断較正信号Ｋａ’’をデジタル垂直剪断較正信号Ｋｄ’’に変換し、アナログ水平力較正信号Ｋａ’’’をデジタル水平力較正信号Ｋｄ’’’に変換する。デジタル較正信号Ｋｄは、デジタル横剪断較正信号Ｋｄ’、デジタル垂直剪断較正信号Ｋｄ’’、およびデジタル水平力較正信号Ｋｄ’’’を含む。

さらなるプロセスステップ２６０において、送信された測定信号Ｓａ１および送信された較正信号Ｋａは、評価ユニット２６において比較される。

コンピュータ２６．２は、少なくとも１つのデータプロセッサおよび少なくとも１つのデータメモリを含む。コンピュータ２６．２は、入力ユニット２６．３によって操作することができる。入力ユニット２６．３は、制御コマンドを入力するためのキーボードとすることができる。本発明の文脈において、動詞「操作する」は、コンピュータ２６．２が、入力ユニット２６．３を介して使用者によって入力された制御コマンドによって起動、制御、およびスイッチオフされることを意味する。コンピュータ２６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ１、Ｓｄ２をデジタル較正信号Ｋｄと共にロードする。コンピュータ２６．２は、比較されたデジタル測定信号Ｓｄ１、Ｓｄ２およびデジタル較正信号Ｋｄを出力ユニット２６．４に表示する。出力ユニット２６．４は、評価されたデジタル測定信号をグラフィカルに表すための表示画面とすることができる。

コンピュータ２６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ１、Ｓｄ２をデジタル較正信号Ｋｄと比較する。この比較は、必要な工具１４の位置ｉに固有のものである。較正接点２２は、第３の凹部１３．２３に収容された第３の必要な工具１４．３に較正力Ｋｋを印加する。第３の凹部１３．２３は、第３の位置ｉ＝３であり、必要な工具１４．３は、第３の位置ｉ＝３に配置される。

図４に係る較正装置２の実施形態によって実行されるときの比較のために、コンピュータ２６．２は、第１および第２のデジタル測定信号Ｓｄ１、Ｓｄ２の位置固有の合計（Ｓｄ１＋Ｓｄ２）ｉを計算し、それをデジタル較正信号Ｋｄｉと位置固有の方法で比較する。この比較の結果は、位置固有の較正係数αｉとなる。

位置固有の合計（Ｓｄ１＋Ｓｄ２）ｉがデジタル較正信号Ｋｄｉと同じである場合、位置固有の較正係数αｉ＝１．００である。通常、位置固有の較正係数αｉは、０．８５～１．１５の範囲で変化する。

同様に、図１に係る切削機の第１の実施形態のように単一の力トランスデューサが使用される場合、前記力トランスデューサは、コンバータユニットによってデジタル測定信号に変換されるアナログ測定信号を生成する。コンピュータは、位置固有の基準で、デジタル測定信号をデジタル較正信号と比較する。力トランスデューサが１つだけ使用される場合、デジタル測定信号は、この力トランスデューサからのみ利用できるため、２つの力トランスデューサのデジタル測定信号の位置固有の合計は計算されない。

比較を実行するために、コンピュータ２６．２は、デジタル横剪断信号Ｓｄ１’、Ｓｄ２’の位置固有の合計（Ｓｄ１’＋Ｓｄ２’）ｉを計算し、それを位置固有のデジタル横剪断較正信号Ｋｄｉ’と比較する。この比較の結果は、横剪断較正係数αｉ’となる。

比較を実行するために、コンピュータ２６．２は、デジタル垂直剪断信号Ｓｄ１’’、Ｓｄ２’’の位置固有の合計（Ｓｄ１’’＋Ｓｄ２’’）ｉを計算し、それを位置固有のデジタル垂直剪断較正信号Ｋｄｉ’’と比較する。この比較の結果は、垂直剪断較正係数αｉ’’となる。

比較を実行するために、コンピュータ２６．２は、デジタル水平力信号Ｓｄ１’’’、Ｓｄ２’’’の位置固有の合計（Ｓｄ１’’’＋Ｓｄ２’’’）ｉを計算し、それを位置固有のデジタル水平力較正信号Ｋｄｉ’’’と比較する。この比較の結果は、水平力較正係数αｉ’’’となる。

較正係数αｉは、評価ユニット１６のコンピュータ１６のデータメモリに格納することができる。また、各々の横剪断較正係数αｉ’、各々の垂直剪断較正係数αｉ’’、および各々の水平力較正係数αｉ’’’は、評価ユニット１６のコンピュータ１６のデータメモリに格納することができる。

１ 切削機
２ 較正装置
９ ワークピース
１０駆動ユニット
１１ 機械工具アーム
１１．１ 上部アーム
１１．２ 下部アーム
１２．１、１２．２ 力トランスデューサ
１２．１１、１２．１２ ハウジング
１２．１１’、１２．１１’’’ ハウジング端面
１２．１１’’ ハウジングボア
１２．１２ 圧電材料
１２．１２’～１２．１２’’’ 圧電素子
１２．１３ 導電性材料
１２．１３’～１２．１３’’’ 信号電極
１２．３’’’’ 接地電極
１２．１４、１２．２４ 信号ケーブル
１３ 工具ホルダー
１３．１１、１３．１２ 保持手段
１３．２１－１３．２８ 凹部
１４、１４．１～１４．８ 必要な工具
１４．１１、１４．１２ 切削刃
１４．２１、１４．２２ シャンク
１５、１５．１、１５．２ 接続手段
１５．１１、１５．２１ ねじ
１５．１２、１５．２２ ボア
１５．１３、１５．２３ 雌ねじ
１６、２６ 評価ユニット
１６．１、２６．１ コンバータユニット
１６．２、２６．２ コンピュータ
１６．３、２６．３ 入力ユニット
１６．４、２６．４ 出力ユニット
２０ 較正駆動ユニット
２１ 較正接点
２２ 較正力トランスデューサ
２２．１４ 較正信号ケーブル
２１０～２６０ プロセスステップ
α 較正係数
α’ 横剪断較正係数
α’’ 垂直剪断較正係数
α’’’ 水平力較正係数
Δ 差
Δ’ 横剪断差
Δ’’ 垂直剪断差
Δ’’’’ 水平力差
ｉ 位置
Ｋｗ 工具力
Ｋｗｘ、Ｋｗｙ、Ｋｗｚ 工具力成分
Ｋｋ 較正力
Ｋｋｘ、Ｋｋｙ、Ｋｋｚ 較正力成分
Ｓａ１、Ｓａ２ アナログ測定信号
Ｓａ１’、Ｓａ２’ アナログ横剪断信号
Ｓａ１’’、Ｓａ２’’ アナログ垂直剪断信号
Ｓａ１’’’、Ｓａ２’’’ アナログ水平力信号
Ｓｄ１、Ｓｄ２ デジタル測定信号
Ｓｄ１’、Ｓｄ２’ デジタル横剪断信号
Ｓｄ１’’、Ｓｄ２’’ デジタル垂直剪断信号
Ｓｄ１’’’、Ｓｄ２’’’ デジタル水平力信号
Ｒ 基準信号
Ｒ’ 横剪断基準信号
Ｒ’’ 垂直剪断基準信号
Ｒ’’’ 水平力基準信号
Ｋａ アナログ較正信号
Ｋａ’ アナログ横剪断較正信号
Ｋａ’’ アナログ垂直剪断較正信号
Ｋａ’’’ アナログ水平力較正信号
Ｋｄ デジタル較正信号
Ｋｄ’ デジタル横剪断較正信号
Ｋｄ’’ デジタル垂直剪断較正信号
Ｋｄ’’’ デジタル水平力較正信号
Ｔ 事前定義された許容値
Ｔ’ 事前定義された横剪断許容値
Ｔ’’ 事前定義された垂直剪断許容値
Ｔ’’’ 事前定義された水平力許容変数
ｘ 横軸
ｙ 水平軸
ｚ 垂直軸
ｘｙ 横断面

Claims (13)

1. ワークピース（９）の切りくず除去加工用の切削機（１）であって、前記切りくず除去加工は、複数の必要な工具（１４）を使用して、製造ステップの時系列シーケンスで行われ、前記切削機（１）は、
   前記必要な工具（１４）を保持するための工具ホルダー（１３）と、
   前記工具ホルダー（１３）を駆動ユニット（１０）と接続するための工具アーム（１１）とを備え、
   前記駆動ユニット（１０）は、前記工具アーム（１１）を移動させ、前記工具アーム（１１）の前記移動によって、前記必要な工具（１４）のうちの１つを各々の製造ステップにおいて前記ワークピース（９）と位置合わせさせることができるようになっている、切削機（１）において、
   前記工具アーム（１１）は、上部アーム（１１．１）および下部アーム（１１．２）を備え、
   前記上部アーム（１１．１）および前記下部アーム（１１．２）は、別個のユニットであり、互いに機械的に接続されており、
   前記上部アーム（１１．１）は、前記駆動ユニット（１０）に固定されており、
   前記下部アーム（１１．２）は、前記工具ホルダー（１３）に固定されており、
   少なくとも１つの力トランスデューサ（１２．１、１２．２）が、前記上部アーム（１１．１）と前記下部アーム（１１．２）との間の位置に配置され、
   前記ワークピース（９）の切りくず除去加工中に、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）は、前記必要な工具（１４）のいずれかによって及ぼされる工具力（Ｋｗ）を力の主流方向で測定できるようになっていることを特徴とする、切削機（１）。
2. 前記上部アーム（１１．１）および前記下部アーム（１１．２）が接続手段（１５）によって互いに機械的に接続されており、
   さらに、前記上部アーム（１１．１）と前記下部アーム（１１．２）との機械的に接続された前記接続手段（１５）は、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）に機械的に予圧をかけるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の切削機（１）。
3. 前記工具ホルダー（１３）は、２００ＧＰａを超える高い弾性率を有する材料で作製されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の切削機（１）。
4. 前記工具アーム（１１）は、２００ＧＰａを超える高い弾性率を有する材料で作製されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の切削機（１）。
5. ワークピース（９）の切りくず除去加工用の切削機（１）の工具アーム（１１）の使用であって、前記切りくず除去加工は、複数の必要な工具（１４）を使用して、製造ステップの時系列シーケンスで行われ、
   前記切削機（１）は、前記必要な工具（１４）を保持するための工具ホルダー（１３）を備え、
   前記工具アーム（１１）は、前記工具ホルダー（１３）を駆動ユニット（１０）と接続し、
   前記駆動ユニット（１０）は、前記工具アーム（１１）を移動させ、前記工具アーム（１１）の前記移動によって、前記必要な工具（１４）のうちの１つを各々の製造ステップにおいて前記ワークピース（９）と位置合わせさせることができるようになっている、工具アーム（１１）の使用において、
   前記工具アーム（１１）は、上部アーム（１１．１）および下部アーム（１１．２）を備え、
   前記上部アーム（１１．１）および前記下部アーム（１１．２）は、別個のユニットであり、互いに機械的に接続されており、
   前記上部アーム（１１．１）は、前記駆動ユニット（１０）に接続されており、
   前記下部アーム（１１．２）は、前記工具ホルダー（１３）に接続されており、
   少なくとも１つの力トランスデューサ（１２．１、１２．２）が、前記上部アーム（１１．１）と前記下部アーム（１１．２）との間の位置に配置され、
   前記ワークピース（９）の切りくず除去加工中に、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）は、前記必要な工具（１４）のいずれかによって及ぼされる工具力（Ｋｗ）を力の主流方向で測定できるようになっていることを特徴とする、工具アーム（１１）の使用。
6. 前記ワークピース（９）の切りくず除去加工のために、前記必要な工具（１４）のうちの１つが、各々の製造ステップで前記ワークピース（９）と位置合わせされ、
   前記ワークピース（９）の切りくず除去加工中に前記必要な工具（１４）によって及ぼされる工具力（Ｋｗ）は、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）によって測定されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の切削機（１）の操作方法。
7. 前記ワークピース（９）の切りくず除去加工中に、前記必要な工具（１４）は、横軸（ｘ）および垂直軸（ｚ）によって画定される横断面（ｘｚ）において切削動作を実行し、その結果、前記工具力（Ｋｗ）は、前記横軸（ｘ）の方向の横剪断成分（Ｋｗｘ）と、前記垂直軸（ｚ）の方向の垂直剪断成分（Ｋｗｚ）とを含み、
   前記ワークピース（９）の切りくず除去加工中に、前記必要な工具（１４）は、水平軸（ｙ）の方向に前進運動を実行し、これによって前記工具力（Ｋｗ）は、前記水平軸の方向（ｙ）に水平力成分（Ｋｗｙ）を含み、
   製造ステップで測定された各々の工具力（Ｋｗ）に対して、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）は、アナログ測定信号（Ｓａ１、Ｓａ２）を生成することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）によって測定された前記アナログ測定信号（Ｓａ１、Ｓａ２）は、前記横軸（ｘ）の方向の前記横剪断成分（Ｋｗｘ）に対するアナログ横剪断信号（Ｓａ１’、Ｓａ２’）、前記垂直軸（ｚ）の方向の前記垂直剪断成分（Ｋｗｚ）に対するアナログ垂直剪断信号（Ｓａ１’’、Ｓａ２’’）、および前記水平軸（ｙ）の方向の前記水平力成分（Ｋｗｙ）に対するアナログ水平力信号（Ｓａ１’’’、Ｓａ２’’’）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記切削機（１）は、少なくとも１つのコンバータユニット（１６．１）を備え、前記必要な工具（１４）を用いて実行される各々の製造ステップに対して、前記コンバータユニット（１６．１）は、アナログ測定信号（Ｓａ１）をデジタル測定信号（Ｓｄ１）に変換することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
10. 前記切削機（１）は、少なくとも１つのコンピュータ（１６．２）を含み、各々の製造ステップに対して、前記コンピュータ（１６．２）は、デジタル測定信号（Ｓｄ１、Ｓｄ２）をロードし、
    前記コンピュータ（１６．２）には、前記ワークピース（９）の材料および前記必要な工具（１４）の切削材料に対する少なくとも１つの基準信号（Ｒ）が格納され、前記基準信号（Ｒ）は、各々の製造ステップに対してロードされ、
    前記コンピュータ（１６．２）には、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）に対する前記必要な工具（１４）の位置（ｉ）に対して少なくとも１つの特定の較正係数（αｉ）が格納され、前記較正係数（αｉ）は、各々の製造ステップに対してロードされ、
    各々の製造ステップに対してロードされた前記デジタル測定信号（Ｓｄ１）は、ロードされた前記較正係数（αｉ）を掛けることによって較正され、
    各々の製造ステップに対して、較正された前記デジタル測定信号（Ｓｄ１）とロードされた前記基準信号（Ｒ）との間の差（Δ）が計算されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記コンピュータ（１６．２）には、少なくとも１つの事前定義された許容値（Ｔ）が格納され、前記事前定義された許容値（Ｔ）は、各々の製造ステップに対してロードされ、
    各々の製造ステップに対して、前記差（Δ）が前記事前定義された許容値（Ｔ）と比較され、
    前記差（Δ）が前記事前定義された許容値（Ｔ）以下である場合、前記必要な工具（１４）は摩耗を受けておらず、引き続き使用され、
    前記事前定義された許容値（Ｔ）よりも大きい前記差（Δ）がある場合、前記必要な工具（１４）は摩耗を受けており、交換されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記力トランスデューサ（１２．１）は、第１の圧電素子（１２．１２’）を含み、前記第１の圧電素子（１２．１２’）は、前記横剪断成分（Ｋｗｘ）に対して最大の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられており、
    前記力トランスデューサ（１２．１）は、第２の圧電素子（１２．１２’’）を含み、前記第２の圧電素子（１２．１２’’）は、前記垂直剪断成分（Ｋｗｚ）に対して最大の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられており、
    前記力トランスデューサ（１２．１）は、第３の圧電素子（１２．１２’’’）を含み、前記第３の圧電素子（１２．１２’’’）は、前記水平力成分（Ｋｗｙ）に対して最大の感度で電気分極電荷を生成するように方向付けられていることを特徴とする、請求項７～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 較正力トランスデューサ（２２）を使用することによる、請求項１～４のいずれか一項に記載の切削機（１）の力トランスデューサ（１２．１、１２．２）の較正方法であって、
    第１のプロセスステップ（２１０）において、前記切削機（１）の機械工具アーム（１１）が提供されるステップであって、前記機械工具アーム（１１）は、必要な工具（１４）および少なくとも１つの力トランスデューサ（１２．１、１２．２）を備え、前記必要な工具（１４）は、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）に対してある位置（ｉ）に配置され、
    さらなるプロセスステップ（２３０）において、較正力（Ｋｋ）が、前記必要な工具（１４）に印加され、
    さらなるプロセスステップ（２４０）において、前記較正力（Ｋｋ）が、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）および前記較正力トランスデューサ（２２）によって測定され、
    前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）は、測定された前記較正力（Ｋｋ）に対してアナログ測定信号（Ｓａ１、Ｓａ２）を生成し、
    前記較正力トランスデューサ（２２）は、測定された前記較正力（Ｋｋ）に対してアナログ較正信号（Ｋａ）を生成し、
    前記アナログ測定信号（Ｓａ１、Ｓａ２）が、デジタル測定信号（Ｓｄ１、Ｓｄ２）に変換され、
    前記アナログ較正信号（Ｋａ）が、デジタル較正信号（Ｋｄ）に変換され、
    さらなるプロセスステップ（２６０）において、前記デジタル測定信号（Ｓｄ１、Ｓｄ２）と前記デジタル較正信号（Ｋｄ）との比較が実行され、前記比較の結果は、前記力トランスデューサ（１２．１、１２．２）に対する前記必要な工具（１４）の前記位置（ｉ）に対して固有の較正係数（αｉ）であることを特徴とする、方法。

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