JP2024524448A - ワークピースの機械加工における工具の偏位を補正する方法及びそのための機械工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、機械工具（１）を用いたワークピース（４）の機械加工における工具（２）の偏位を補正する方法に関し、ａ）Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２の式を参照して、工具半径Ｒ１とワークピース（４）の湾曲の半径Ｒ２との比率に基づいて、且つ／又は、ｂ）Ｅ＝Ｌ／ＬＧの式を参照して、ワークピース（４）における円周方向の工具（２）の現在の係合長さＬと、ワークピース（４）の直線部分（４１）の機械加工における、ワークピース（４）における円周方向の工具（２）の係合長さＬＧとの比率に基づいて、機械工具（１）の制御部（１０）は、工具（２）とワークピース（４）との間の接点（６）における係合状態の寸法Ｅに応じて、直線部分（４１）及び湾曲部分（４２，４３）において異なるように、偏位の補正を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工具を用いたワークピースの機械加工における工具の偏位を補正する方法及び、この方法を実施するように構成される、高精度の機械加工のための機械工具に関する。

切断、切削及び研削機械での機械加工の成果における精度の需要が常に増加している。概して、ワークピースの機械加工には、スピンドルに工具を搭載し、これらの工具を機械加工プロセスのために回転させる。機械加工においては、切断プロセス力がワークピースと工具との間に生じる。上記の力は、切削又は研削工具の偏位を引き起こし、結果として、製造されたワークピースに望ましくない不正確さを引き起こす。この影響は、ワークピースの円周機械加工を行う機械加工作業や、比較的細いシャフトを特に有する工具の場合において、特に深刻となる。ここでは、工具の極めて大きな偏位や、それに応じた、完成品のワークピースにおける大きな寸法のずれが生じうる。

例えば、実験によって工具の偏位が判明した場合、工具のツールパスを偏位の寸法の分だけワークピースの方向に修正して、偏位を補正することができる。これは、ワークピースの直線部分の場合にはうまく機能する。しかしながら、例えば外半径及び内半径を有する円周機械加工の場合に非直線部分が出現した時点で、この補正によっても、ワークピースに対する機械加工の成果が不明確となってしまう。

このため、本発明は、簡易且つ費用効率の高い手法で実施でき、ワークピースの高精度の機械加工を可能とする、ワークピースの機械加工における工具の偏位を補正する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、本発明に係る方法を実施するように構成される機械工具を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法及び請求項１５の特徴を有する機械工具によって達成される。従属請求項によって、各場合における本発明の好適な展開が開示される。

本発明に係る、請求項１の特徴を有する方法は、工具を用いたワークピースの機械加工における工具の偏位の、正確な補正が可能であるという利点を有する。工具は、好ましくは切削工具又は研削工具である。機械加工は機械工具によって実行され、機械工具の制御部により、工具とワークピースとの間の接点における係合状態の寸法Ｅに応じて、ワークピースの直線部分、内半径及び外半径において異なるように、偏位の補正を調整する。この場合、工具とワークピースとの間の接点は、ワークピース面に垂直な直線が工具の中心軸と交差する点として定義される。この場合、Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２の式を参照して、寸法Ｅは、ワークピースの湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率に基づいて決定され、且つ／又は、Ｅ＝Ｌ／ＬＧの式を参照して、ワークピースの直線部分の機械加工における、ワークピースにおける円周方向の工具の係合長さＬＧに対する、ワークピースにおける円周方向の工具の現在の係合長さＬの比率に基づいて決定される。

こうして、湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率に基づいて及び／又は直線の機械加工部分における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率に基づいて、補正を決定することができる。このように、本発明に係る方法は、その瞬間に、機械加工がワークピースの直線部分、内半径又は外半径において実行されているかを考慮する。

工具の偏位の補正は、制御部が、工具半径Ｒ１及び湾曲の半径Ｒ２並びに係合長さＬ及び直線部分における係合長さＬＧの両方に基づいて補正を考慮する場合、そして特に平均を得る場合に、特に良好に調整することができる。

特に好ましくは、制御部は、工具とワークピースとの間の相対速度ＦＢの調節によって、機械加工における工具の偏位の補正を行うように構成される。すなわち、工具偏位の補正を、工具とワークピースとの間の相対速度を調節することによって行う。これは、制御部によって比較的簡易な手法で実現することができ、ワークピースの高精度の機械加工を可能とする。

好ましくは、ワークピースの外半径の機械加工における、接点の速度の修正値ＦＢを算出し、
ａ）ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・Ｅ^ｋの式を用いる場合、
湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率としての寸法Ｅを含み、ＦＢ０は、直線部分における接点の速度の値であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数であり、且つ／又は
ｂ）ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・（１－Ｅ）^ｋの式を用いる場合、
直線部分における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率としての寸法Ｅを含み、ＦＢ０は、直線部分における接点の速度の値であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。

より好ましくは、ワークピースの内半径の機械加工における接点の速度について、修正値ＦＢを算出し、
ａ）ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・Ｅ^ｋの式を用いる場合、
湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率としての寸法Ｅを含み、ＦＢ０は、直線部分における接点の速度の値であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数であり、且つ／又は
ｂ）ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・（Ｅ－１）^ｋの式を用いる場合、
直線部分における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率としての寸法Ｅを含み、ＦＢ０は、直線部分における接点の速度の値であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。

こうして、制御部は、好ましくは、外半径の場合には２つの算出方法により、そして同様に、内半径の場合にも２つの算出方法により、ワークピースと工具との間の相対速度ＦＢの調節によって、工具の偏位の補正を算出するように構成される。好ましくは、外半径又は内半径の各場合において代替の算出方法の両方を実施して、工具の偏位に対する接点の速度を調節するようにすると、機械加工の精度を上げることができる。

特に好ましくは、制御部は、ツールパスの修正によって、機械加工における工具の偏位の補正を行うように構成される。

好ましくは、外半径の機械加工におけるツールパスの修正値Ｓを算出し、
ａ）Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・Ｅ^ｋの式を用いる場合、
湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率としての寸法Ｅを含み、ＳＧは、ワークピースの直線部分におけるツールパスの修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数であり、且つ／又は
ｂ）Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・（１－Ｅ）^ｋの式を用いる場合、
直線部分における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率としての寸法Ｅを含み、ＳＧは、ワークピースの直線部分におけるツールパスの修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。

より好ましくは、内半径の機械加工におけるツールパスの修正値Ｓを算出し、
ａ）Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・Ｅ^ｋの式を用いる場合、
湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率としての寸法Ｅを含み、ＳＧは、ワークピースの直線部分におけるツールパスの修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数であり、且つ／又は
ｂ）Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・（Ｅ－１）^ｋの式を用いる場合、
直線部分における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率としての寸法Ｅを含み、ＳＧは、ワークピースの直線部分におけるツールパスの修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。

こうして、外半径の場合には２つの算出方法によって、そして内半径の場合にも同様に２つの算出方法によって、工具の偏位がある場合にツールパスの修正を実行することができる。精度を上げるために、外半径及び内半径の各場合において両方の算出方法を同時に実施することができ、特に平均を得ることができる。

特に好ましくは、本発明に係る方法は、ツールパスの修正と、工具とワークピースとの間の相対速度の修正とが組み合わせられた、偏位に対する補正値の算出の組み合わせを用いる。そして、特に高精度なワークピースの機械加工が可能となる。

工具とワークピースとの間の相対速度の調節を決定するための修正値及び／又はツールパスの修正は、好ましくは実験的に決定される。この場合、内半径及び外半径に対して、異なる第１及び第２修正定数を提供することもできる。

特に好ましくは、本発明に係る方法は、補正に際して、未だ機械加工されるワークピース面の進路を考慮する。この結果、特にワークピース面形状に変化がある場合、例えば直線部分から内半径若しくは外半径を有する部分へと、又は逆も同様に、或いは湾曲部分の曲率に変化がある場合、幾何学的に異なるワークピース面間の実際の遷移点に到達する前でも補正が可能であることから、特に高精度なワークピースの機械加工を実行することができる。こうして、例えば、直線部分から半径を有する部分への遷移から、ワークピースにおける遷移点に到達する前に、工具とワークピースとの間の相対速度及び／又はツールパスを調節することができる。この結果、ワークピースに形状変化がある場合の、遷移点における特に高精度な機械加工が可能となる。

本発明に係る方法は、特に好ましくは、外周及び内周の両方を機械加工する、ワークピースの円周機械加工の場合に実施される。本発明に係る方法は、球面の場合にも用いることができる。

また、より高い精度でのワークピースの均一な機械加工を可能とするために、制御部は、工具の軸方向における工具の長さを考慮して、且つ／又は工具シャフトの形状を考慮して、且つ／又はワークピースにおける工具の軸方向における工具の軸係合長さを考慮して、工具の偏位の補正を行うように構成される。

特に好ましくは、第１修正定数及び／又は第２修正定数は、特に直径、シャフト形状、裁断長等の工具形状、工具の種類、工具の切れ刃の品質、切れ刃の素材、特に研削工具の場合における粒度、ワークピースの過大部、ワークピースの回転速度、ワークピースと工具との間の接点の速度、及び／又はワークピースの素材に応じる。

好ましくは、修正定数ＦＫ、ＳＲ及びｋは全ての式において同じである。

より好ましくは、制御部は、修正定数の値を記憶したメモリを備える。

特に好ましくは、制御部は、修正定数の学習システムによって、工具の偏位の補正を行うように構成される。この結果、工具の偏位の補正の精度を経時的に向上させることができる。

例えばワークピースの最終的な機械加工の前に、ワークピース（実際のワークピース）に未だ存在している過大部を測定することで、機械加工精度を更に上げることができる。過大部は、好ましくは、機械工具、又は或いは個別の測定機械におけるクランプで測定される。この場合、実際のワークピースにおいて除去される過大部は、概して前処理に依存する。しかしながら、前処理でも様々な工具偏位が生じうる。これらが補正されていないと、実際のワークピースの機械加工において過大部が一定でない場合がある。このため、実際のワークピースの最終的な機械加工の前に、実際にある過大部を測定することで、特に、ワークピースにおける各工具位置に対する現在の係合長さＬを算出するように、測定した過大部を参考にすると、精度を大きく向上させることができる。好ましくは、ワークピースの過大部の厚さを、ワークピースにおける任意の数の点において測定し、特に、最終的な機械加工の前に完全に測定する。寸法Ｅが、湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率として算出されると、速度についての第１修正定数ＦＫ及び／又はツールパスについての第１修正定数ＳＲ及び／又は第２修正定数ｋは、好ましくは、実際には除去される、ワークピースにおける過大部に応じて決定される。

特に好ましくは、本発明に係る方法は、工具の軸方向において高速なストロークを行う円筒状の研削工具を用いる研削方法において用いられる。上記の高速ストローク機械加工において、工具は、ワークピースに対して同時に、ワークピースの外形のみに沿って、ゆっくりと移動する。

工具の偏位を補正するためのツールパスの修正は、接点の相対速度の調節と比較して、ツールパスの修正が、ワークピースの機械加工の継続に対して極めて僅かな影響しかもたないという利点を有する。工具とワークピースとの間の相対速度が変化すると、機械加工時間が長引くことがある。

また、本発明は、本発明に係る方法を行うように構成される機械工具に関する。機械工具は、好ましくは、円筒状の研削工具を用いる高速ストローク機械加工のために構成される。

機械工具は、好ましくは、制御部と、機械工具内で用いられる全ての工具が、それらの個別のパラメータ及び修正定数と共に保存されるメモリとを備える。

全てのパラメータ及び修正定数を再び入力する必要がないように、各個別の工具について、各機械加工動作の際に、好ましくは、全てのパラメータ及び修正定数を特定した工具種類が定義される。そして、例えば、工具が摩耗して新しい工具への交換が必要な場合、新しい工具は、古い工具と同一となるように、すなわち、同じ工具ホルダ、同じ機械加工工具、同じ突出長さ等を有するように構成され、これにより、同じパラメータ及び修正定数を有する、先に摩耗した工具と同じ工具種類に割り当てることができる。こうして、好ましくは、機械工具内で用いられる一連の工具種類を定義することができる。

特に好ましくは、機械工具内の各工具及び／又は用いられる各工具種類について、工具の形状に応じた、ずれ補正のための係合状態の寸法Ｅの決定に関わるパラメータを、メモリ（工具データベース）に記憶する。更に、好ましくは、回転速度、除去される過大部、第１及び第２修正定数、ワークピース素材／ワークピース性質、及び／又は作業空間の温度といった、係合状態に関してより関連性のある全てのパラメータを記憶できる。

好ましくは、異なる機械加工プロセスについて、全てのパラメータ及び修正定数をコントローラ内に記憶する。１つの工具を用いる機械で２つの異なる機械加工プロセスを実施する場合、例えば、異なる素材から作られた、又は異なる過大部を有するワークピースの場合、対応するパラメータ及び修正定数を使って各機械加工プロセスを別々に用いることができるように、異なる機械加工プロセスに対して、パラメータ及び修正定数を別々にコントローラに記憶することができる。こうして、パラメータ及び修正定数は、様々な機械加工状況に応じて、工具に基づいてだけでなく、手法、むしろプロセスに応じた手法に基づいても記憶される。

好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
本発明の第１実施形態に係る、本発明に係る方法を実施するように構成される機械工具の概略斜視図。 工具の偏位を誇張して示した、ワークピースと係合した工具の概略側面図。 ワークピースの直線部分に対する、ワークピースの機械加工の概略図。 図３の拡大部分図。 ワークピースの外半径に対する機械加工を示す、図３の拡大部分図。 ワークピースの内半径に対する機械加工の拡大部分図。 外半径に対するツールパスの修正による、工具の偏位の補正を示す概略図。 内半径に対するツールパスの修正による、工具の偏位の補正を示す概略図。

本発明の様々な実施形態を、図１～図８を参照しながら以下に詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係る方法を実施するように構成される機械工具１を概略的に示す。機械工具１は、ワークピース４の機械加工において工具２の偏位を補正するように構成された制御部１０を備える。工具２は、工具ホルダ９によって、スピンドル３内に回転可能に挟着される。工具２は、この実施形態では研削ピンである。

図２は、ワークピース４における係合の際に生じうる工具２の偏位を、概略的に且つ誇張して示す。この場合、偏位５が、工具２の、その中心軸Ｘ－Ｘにおける典型的な鉛直配向からの、工具２の横方向への変位として定義される。

図３は、工具２を用いたワークピース４の機械加工を示す概略平面図である。この場合、図示のワークピースは、厚さＤを有する過大部４０を未だ有する。このように、図３は、ワークピースの実際の状態（実際のワークピース）を示す。工具２によって過大部４０全体が除去されると、製造されるワークピース４（目標のワークピース）が達成される。

図３の工具２は工具半径Ｒ１を有する。目標のワークピース４は、直線部分４１と、湾曲の半径Ｒ２を有した外半径を有する部分４２とを備える。

図４は、ワークピース４の直線部分４１に対する工具２の係合状態を概略的に示す。この場合、過大部４０は、実際のワークピースから除去される。また、接点６を図４に示す。接点６は、鉛直線がワークピース面から工具２の中心軸Ｘ－Ｘを通って通過する、工具２がワークピース４に接触する点として定義される。

また、図４は、工具２とワークピース４の過大部４０との間の現在の係合長さＬを示す。この例では、ワークピース４に対する工具２の現在の係合長さＬが、ワークピース４の直線部分４１の機械加工における、ワークピース４の過大部４０における円周方向の工具２の係合長さＬＧに対応することから、Ｌ＝ＬＧである。

また、図４は、制御部１０によって、ワークピース４との係合における工具２の偏位に必要な補正をすでに実施した、ツールパス７を示す。図４では、ワークピース４の直線部分４１が機械加工されていることから、ツールパス７は直線部分４１に対して直線的且つ平行である。

図５は、ワークピース４の湾曲部分における、湾曲の半径Ｒ２を有する外半径４２に対する工具２の係合を概略的に示す。この場合、接点６は、すでにワークピース４の湾曲部分上に位置している。

また、工具２とワークピース４の過大部４０との間の現在の係合長さＬを図５に示す。この場合、工具２は外半径４２をすでに機械加工しており、直線部分４１及び外半径４２における過大部４０の厚さＤは同じであることから、示される現在の係合長さＬは、直線部分４１における、図４に示す係合長さＬＧよりも短い。

図６は、内半径Ｒ２を有する内半径４３における機械加工状況を概略的に示す。この場合、接点６は、内半径４３の領域内に位置する。また、現在の係合長さＬを図６に概略的に示す。図６から分かるように、すでに内半径４３が機械加工されていることにより、ここでも、直線部分４１及び内半径４３における過大部４０の厚さＤが同じであることから、現在の係合長さＬは、直線部分４１における、図４に示す係合長さＬＧよりも長い。

図４～図６では、各場合において、同じ工具２が同じ工具半径Ｒ１を有する様子を示し、各場合のこの工具は、同じ厚さＤの過大部４０を切削又は研削する。図４、図５及び図６の比較から直接的に明らかであるように、各場合の現在の係合長さＬは、ワークピース４において機械加工される面の形状に応じる。内半径４３の場合では、現在の係合長さＬは、直線部分４１における係合長さＬＧよりも長い（図６）。外半径４２の機械加工の場合（図５）、現在の係合長さＬは、直線部分４１における係合長さＬＧよりも短い。従って、ワークピース４との係合の際に、変更させた工具２の偏位の補正を実行する必要がある。

図７は、外半径４２に対する機械加工における工具２の偏位の補正を詳細に示す。この場合、参照符号７が、補正を含まないツールパスを一点鎖線で示す。参照符号７’が、補正を含むツールパスを誇張して示す。図７から分かるように、補正を含むツールパス７’の場合、工具２のツールパス７’は、直線部分４１上と比べて、外半径４２の領域内の方が修正が少ない。補正されたツールパス７’と補正されていないツールパス７との距離が、直線部分４１上よりも外半径４２の領域内の方が短い。この結果、外半径４２の機械加工における工具２の偏位をより正確に補正することができる。

図７は、本発明に係る、外半径４２に対するワークピース４の機械加工における工具の偏位２を補正する方法を、例として示す。ワークピース４は過大部４０を未だ有するが、これは、過大部４０を含まない所望の目標のワークピースを製造するために工具２によって除去される。工具２は、ワークピース４と係合し、所定のツールパス７’上を矢印Ａの方向に移動する。

ワークピース４の所望の目標状態が外半径４２上に製造されるのを防止するために、工具２の偏位の補正を実行する。この実施形態では、工具２の偏位の補正は、ツールパス７の修正によって実施されることを意図している。これは、下記のように基本的に２つの方法で実施でき、補正の種類を互いに組み合わせることもできる。このため、ツールパス７の修正には、

［数１］ Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・Ｅ^ｋ

の式を用いてツールパスの修正値Ｓを算出し、ここでは、ＳＧは、ワークピースの直線部分４１におけるツールパス７の修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。そして、工具２とワークピース４との間の接点６における係合状態についての寸法Ｅの値が、外半径４２の湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率によって算出される：Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２。

この数式１に係る補正を図７に示す。元のツールパス７及び工具２の偏位の補正を考慮したツールパス７’は、ワークピース４の直線部分４１に対して平行に延在する。この場合、偏位の補正を含むツールパス７’は、ワークピース４のやや近くに延在する。しかしながら、外半径４２の領域では、元のツールパス７と偏位の補正を含むツールパス７’との間の距離が変化する。

外半径４２についてのツールパス７の修正値Ｓの算出についての２つ目の代替案を、

［数２］ Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・（１－Ｅ）^ｋ

の式を用いて算出でき、ここでは、ＳＧは、ワークピース４の直線部分４１におけるツールパス７の修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。この場合、工具２とワークピース４との間の接点６における係合状態についての寸法Ｅが、直線部分４１における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率によって算出される：Ｅ＝Ｌ／ＬＧ。

工具２の偏位の補正における精度を上げるために、上述した数式１及び数式２の両方を用いることができ、補正のために平均を得ることができる。

精度を更に上げるために、外半径４２の機械加工の場合において、工具２とワークピース４との間の相対速度の調節による、工具２の偏位の補正を実施することができる。この場合、

［数３］ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・Ｅ^ｋ

の式を用いて接点６の速度ＦＢを算出でき、ここでは、ＦＢ０は、直線部分４１における接点６の速度であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。寸法Ｅは、湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率によって算出される：Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２。

或いは、又は更に、接点６の速度ＦＢの算出について、

［数４］ ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・（１－Ｅ）^ｋ
の式を用いても算出でき、ここでは、ＦＢ０は、直線部分４１における接点６の速度であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。寸法Ｅは、直線部分４１における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率によって算出される：Ｅ＝Ｌ／ＬＧ。

この場合、精度を上げるために、上述した数式３及び数式４の両方を組み合わせて、工具２の偏位を補正するための速度を調節するようにすることも可能である。

当然のことながら、接点６の速度ＦＢについての２つの算出方法（数式３及び数式４）と、ツールパス７の修正についての２つの算出方法（数式１及び数式２）とは互いに組み合わせることができ、工具２とワークピース４との間の相対速度の調節及びツールパス７の修正によって、補正を同時に実施することができる。

こうして、接点６の相対速度の調節に関する２つの算出方法及び／又はツールパス７の修正についての２つの算出方法によって、外半径４２における工具２の偏位の補正を実施することができ、算出方法のいかなる組み合わせも可能である。

図８は、ワークピース４の内半径４３における、ワークピース４の機械加工における工具２の偏位の補正を概略的に示す。内半径４３における偏位の補正の場合においても、基本的に、算出のために４つの異なる可能性が存在し、２つの算出方法が、偏位の補正のためのツールパス７の修正に関し、２つの算出方法が、接点６におけるワークピース４と工具２との間の相対速度の調節に関する。

内半径４３の場合におけるツールパス７の修正には、

［数５］ Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・Ｅ^ｋ

の式を用いてツールパス７の修正値Ｓを算出することにより、工具２の偏位の補正を算出でき、ここでは、ＳＧは、直線部分４１におけるツールパス７の修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。この場合、工具２とワークピース４との間の接点６における係合状態の寸法Ｅの値が、内半径の湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率によって算出される：Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２。

図８は、数式５を用いた元のツールパス７の補正及び、その結果、内半径４３におけるものと比較した、工具２の偏位の補正のための、誇張して描かれたツールパス７’を示す。ワークピース２の直線部分４１において、２つのツールパス７，７’は互いに対して平行に延在し、直線部分４１におけるツールパス７の修正値ＳＧが示される。修正されたツールパス７’は、工具２の偏位を調整するために、内半径４３の領域内における偏位の補正によってワークピース４に近付けられ、製造される目標のワークピース４の外形の修正が最終的に達成されるようにする。この場合、ツールパス７の修正は、数式５を用いて算出される。

或いは、又は更に、ツールパス７の修正は、

［数６］ Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・（Ｅ－１）^ｋ

の式を用いても算出でき、ここでは、ＳＧは、直線部分４１におけるツールパス７の修正値であり、ＳＲは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。寸法Ｅは、直線部分４１における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率である：Ｅ＝Ｌ／ＬＧ。

この場合、２つの算出方法（数式５及び数式６）の組み合わせ及び平均の取得によって、偏位の補正のためのツールパス７の修正を実行することも可能である。

或いは、内半径４３の場合、工具２とワークピース４との間の相対速度の調節も実施することができる。この場合、

［数７］ ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・Ｅ^ｋ

の式を用いて接点６の速度ＦＢを算出でき、ここでは、ＦＢ０は、直線部分４１における接点６の速度であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。寸法Ｅは、湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率によって決定される：Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２。

或いは、内半径の場合における接点６の速度ＦＢの修正は、

［数８］ ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・（Ｅ－１）^ｋ

の式を用いて算出でき、ここでは、ＦＢ０は、直線部分４１における接点６の速度であり、ＦＫは第１修正定数であり、ｋは第２修正定数である。寸法Ｅは、直線部分４１における係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率によって決定される：Ｅ＝Ｌ／ＬＧ。

内半径４３の場合における速度ＦＢの調節の場合においても、数式７及び数式８の２つを互いに組み合わせることが可能である。また、内半径４３における工具２の偏位の補正の場合、上述した数式５、数式６、数式７及び数式８のうちの２つ又は３つ又は４つ全ての組み合わせを実施することができる。

なお、図７及び図８について、寸法Ｅを算出する場合、内半径又は外半径であることに関わらず、ワークピース４の半径Ｒ２には正の値を用いることが好ましい。

なお、更に、第１修正定数ＦＫ及び第２修正定数ｋについて、内半径４３及び外半径４２の修正定数は異なってもよい。この結果、工具の偏位の補正において、より高い精度が達成される。

この点において、本発明によれば、ワークピース４の形状に応じた、特に直線部分４１、内半径４３、及び外半径４２に応じた、ワークピース４の機械加工における工具２の偏位の補正を行うことが可能となる。この場合、ワークピース４の、湾曲の半径Ｒ２に対する工具半径Ｒ１の比率によって、及び／又は、ワークピース４の過大部４０における円周方向の工具２の係合長さＬＧに対する現在の係合長さＬの比率によって、補正を算出できる。そして、工具２とワークピース４との間の相対速度ＦＢの調節及び／又はツールパス７の修正によって、修正を実施することができる。

例えば、いずれの式の修正定数も実験的に決定することができ、機械工具１の制御部１０に記憶することができる。この場合、制御部１０を学習システムとして構成することもでき、各機械加工動作によって、ワークピース４における係合の際の工具２の偏位をより良好に調整するように、修正定数の調節が可能となる。

また、個別の工具２及び／又は工具種類についての更なるパラメータを機械工具１の制御部１０に記憶することができ、工具２の偏位の補正に用いることができる。例えば、いずれの修正定数も、工具形状、特にシャフトの長さ及び／又はシャフトの円錐性及び／又はシャフトの直径、工具２の種類、工具２の切断又は工具２の造粒の品質、ワークピース４の過大部の大きさ、工具２の回転速度、接点６の所望の速度、及び／又はワークピース４の素材に応じることができる。

制御部１０は、ワークピース面が未だ機械加工されるワークピース４に関する工具２の機械加工方向における、ワークピース面の今後の進路を考慮するように構成することもできる。特に、直線部分４１と湾曲部分４２，４３との間、又は変化する湾曲の半径Ｒ２を有する湾曲部分の間の、遷移点８における遷移領域を考慮することができる。

図５又は図７において、工具２のツールパス７に沿った移動を意図しており、この目的のために、式２を用いて修正されたツールパス７’を算出する場合、工具２とワークピース４との間の各接点６について、正確な現在の係合長さＬを算出することができる。

特に図５から分かるように、現在の係合長さＬは、接点６が遷移点８に達してすぐに変化するのではなく、現在の係合長さＬは、すでに接点６が遷移点８に到達する直前から、接点６が遷移点８に到達するときまで連続的な変化を開始し、以下の直線部分４１について値Ｌ＝ＬＧが設定される。

この状況は、工具２が直線部分４１から外半径４２内へと移動する際も同じである。現在の係合長さＬは、すでに接点６が遷移点８に到達するよりも前に、接点６が遷移点８に到達するまでの間に縮小し始め、上記の長さは、外半径４２における湾曲の半径Ｒ２に対して得られる値が想定される。この状況は、内半径における遷移において式２を明確に用いる場合も同様である。この動作は、パスの修正値が比較的小さい場合にもワークピースにマーキングを引き起こしうる、パスの修正における急な変化を生じさせないようにするために望ましい。

数式１又は数式５を参照し、工具２の半径Ｒ１及びワークピース４の湾曲の半径Ｒ２を用いて、修正されたツールパス７’を算出すると、制御部１０における対応する平滑化によって、パス修正の連続的で段階的な変化を設けることができ、修正が、修正されたツールパス７’における遷移点８に飛躍するのを防止するようになっている。

過大部４０は、必ずしもワークピース４のどの場所においても一定の厚さＤを有さなくても良いため、機械加工の前に、ワークピース４の全ての場所において、過大部４０の厚さＤの測定を設けることが好ましい。これには、特に数式２、数式４、数式６又は数式８を用いた工具２の偏位の補正の算出において、測定した過大部４０の厚さＤに応じて、工具２とワークピース４との間の各接点６に対する現在の係合長さＬを決定することができ、補正がより正確になるという利点がある。過大部４０の厚さＤに基づいて決定した現在の係合長さがＬ＜ＬＧであり、修正されたツールパス７’を算出する場合は、関連する修正定数を含む数式２が用いられ、こうして決定した現在の係合の長さがＬ＞ＬＧ又はＬ＝ＬＧである場合は、関連する修正定数を含む数式６が用いられる。そして、式の選択は、外半径４２又は内半径４３であることに関わらなくなり、比率Ｌ／ＬＧに基づく。

数式４又は数式８を参照する、現在の係合長さＬに応じた手法で接点６の速度ＦＢを算出する場合も同様である。この場合も、対応する式の選択は、Ｌ／ＬＧの比率に基づいて決定される。

そしてＬＧは、直線部分４１における現在の係合長さＬではなく、ツールパス７の修正値ＳＧ又は接点６の速度ＦＢ０が工具２の偏位を最適に補正した、現在の係合長さＬとなる。

本発明の上記の記載のほか、その補足的な開示のために、図１～図８における本発明の図示を明示的に参照する。

１ 機械工具
２ 工具
３ スピンドル
４ ワークピース
５ 偏位
６ 接点
７ ツールパス
７’ 偏位の補正を含むツールパス
８ 遷移点
９ 工具ホルダ
１０ 制御部
２０ シャフト
４０ 過大部
４１ 直線部分
４２ 外半径
４３ 内半径
Ａ 工具の移動方向
Ｄ 過大部の厚さ
ＦＢ 接点の速度
ＦＢ０ 直線部分における接点の速度
ＦＫ 第１修正定数
ｋ 第２修正定数
Ｌ 工具の係合長さ
ＬＧ 直線部分における工具の係合長さ
Ｒ１ 工具半径
Ｒ２ ワークピースの湾曲の半径
Ｓ ツールパスの修正値
ＳＧ ワークピースの直線部分におけるツールパスの修正値
ＳＲ 第１修正定数
ｋ 第２修正定数
Ｘ－Ｘ 工具の中心軸

Claims (15)

1. 機械工具（１）を用いたワークピース（４）の機械加工における工具（２）の偏位を補正する方法であって、
   ａ）Ｅ＝Ｒ１／Ｒ２の式を参照して、工具半径Ｒ１と前記ワークピース（４）の湾曲の半径Ｒ２との比率に基づいて、
   且つ／又は
   ｂ）Ｅ＝Ｌ／ＬＧの式を参照して、前記ワークピース（４）における円周方向の前記工具（２）の現在の係合長さＬと、前記ワークピース（４）の直線部分（４１）の機械加工における、前記ワークピース（４）における円周方向の前記工具（２）の係合長さＬＧとの比率に基づいて、
   前記機械工具（１）の制御部（１０）が、前記工具（２）と前記ワークピース（４）との間の接点（６）における係合状態の寸法Ｅに応じて、前記直線部分（４１）及び湾曲部分（４２，４３）において異なるように、偏位の補正を調整する方法。
2. 前記制御部（１０）が、前記工具（２）と前記ワークピース（４）との間の相対速度ＦＢの調節によって、機械加工における前記工具（２）の偏位の補正を行うように構成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ワークピース（４）の外半径（４２）の機械加工における、前記接点（６）の前記速度（ＦＢ）を、
   ａ）前記湾曲の半径Ｒ２に対する前記工具半径Ｒ１の比率としての前記寸法Ｅを含み、ＦＢ０が、前記直線部分（４１）における前記接点（６）の速度の値であり、ＦＫが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・Ｅ^ｋの式を用いて、
   且つ／又は
   ｂ）前記直線部分（４１）における前記係合長さＬＧに対する前記現在の係合長さＬの比率としての前記寸法Ｅを含み、ＦＢ０が、前記直線部分（４１）における前記接点（６）の速度の値であり、ＦＫが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、ＦＢ＝ＦＢ０＋ＦＫ・（１－Ｅ）^ｋの式を用いて算出する、請求項２に記載の方法。
4. 前記ワークピース（４）の内半径（４３）の機械加工における、前記接点（６）の前記速度（ＦＢ）を、
   ａ）前記湾曲の半径Ｒ２に対する前記工具半径Ｒ１の比率としての前記寸法Ｅを含み、ＦＢ０が、前記直線部分（４１）における前記接点（６）の速度の値であり、ＦＫが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・Ｅ^ｋの式を用いて、
   且つ／又は
   ｂ）前記直線部分（４１）における前記係合長さＬＧに対する前記現在の係合長さＬの比率としての前記寸法Ｅを含み、ＦＢ０が、前記直線部分（４１）における前記接点（６）の速度の値であり、ＦＫが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、ＦＢ＝ＦＢ０－ＦＫ・（Ｅ－１）^ｋの式を用いて算出する、請求項２に記載の方法。
5. 前記制御部（１０）が、ツールパス（７）の修正によって、機械加工における前記工具（２）の偏位の補正を行うように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 外半径（４２）の機械加工における、前記ツールパス（７）の修正値Ｓを、
   ａ）前記湾曲の半径Ｒ２に対する前記工具半径Ｒ１の比率としての前記寸法Ｅを含み、ＳＧが、前記ワークピース（４）の前記直線部分（４１）における前記ツールパス（７）の修正値であり、ＳＲが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・Ｅ^ｋの式を用いて、
   且つ／又は
   ｂ）前記直線部分（４１）における前記係合長さＬＧに対する前記現在の係合長さＬの比率としての前記寸法Ｅを含み、ＳＧが、前記ワークピース（４）の前記直線部分（４１）における前記ツールパス（７）の修正値であり、ＳＲが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、Ｓ＝ＳＧ－ＳＲ・（１－Ｅ）^ｋの式を用いて算出する、請求項５に記載の方法。
7. 内半径（４３）の機械加工における、前記ツールパス（７）の修正値Ｓを、
   ａ）前記湾曲の半径Ｒ２に対する前記工具半径Ｒ１の比率としての前記寸法Ｅを含み、ＳＧが、前記ワークピース（４）の前記直線部分（４１）における前記ツールパスの修正値であり、ＳＲが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・Ｅ^ｋの式を用いて、
   且つ／又は
   ｂ）前記直線部分における前記係合長さＬＧに対する前記現在の係合長さＬの比率としての前記寸法Ｅを含み、ＳＧが、前記ワークピース（４）の前記直線部分（４１）における前記ツールパス（７）の修正値であり、ＳＲが第１修正定数であり、ｋが第２修正定数である、Ｓ＝ＳＧ＋ＳＲ・（Ｅ－１）^ｋの式を用いて算出する、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記制御部（１０）が、前記工具（２）の偏位の補正において、前記工具（２）によって未だ機械加工されるワークピース面の進路を考慮するように構成される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記制御部（１０）が、ワークピース面の形状が前記直線部分（４１）から前記湾曲部分（４２，４３）及び逆も同様に変化する、又は前記湾曲部分（４２，４３）の曲率が変化する、遷移点（８）を決定するように構成され、補正において、前記接点（６）を通って前記遷移点（８）に到達する前に連続的変化を開始するように構成されることで、前記遷移点（８）において、前記遷移点（８）よりも後の部分についての速度ＦＢ及び／又は修正値Ｓに到達するように、且つ前記速度ＦＢ又は前記修正値Ｓにおける飛躍するような変化を防止するようになっている、請求項８に記載の方法。
10. 前記制御部（１０）が、更に、前記工具（２）の軸方向における前記工具（２）の長さを考慮して、前記工具（２）の偏位の補正を行うように、且つ／又は
    前記工具（２）の工具シャフト（２０）の形状を考慮して、前記工具（２）の偏位の補正を行うように、且つ／又は
    前記工具（２）の軸方向における、前記ワークピース（４）における前記工具（２）の軸係合長さを考慮して、前記工具（２）の偏位の補正を行うように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 修正定数が、前記工具（２）の種類、切れ刃の品質、前記工具（２）の素材及び粒度、前記ワークピース（４）の過大部（４０）、前記工具（２）の回転速度、前記接点（６）の速度、及び／又は前記ワークピース（４）の素材に応じる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記制御部（１０）が、修正定数の値が記憶され、特に前記制御部（１０）の学習システムによって、修正定数の値が連続的に調節されるメモリを備える、請求項３～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ワークピース（４）の過大部（４０）の厚さＤが、最終的な機械加工の前に、前記ワークピース（４）における任意の数の場所で測定される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 寸法Ｅが、前記ワークピース（４）の前記湾曲の半径Ｒ２に対する前記工具半径Ｒ１の比率として算出された場合、前記制御部（１０）が、偏位の補正の際に、過大部（４０）の厚さＤを考慮するように構成され、又は、前記制御部（１０）が、前記工具（２）の前記現在の係合長さＬを算出する際に、前記過大部（４０）の前記厚さＤを考慮するように構成される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成される機械工具（１）。
    

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