JP3980893B2 - 加工工具の実際の位置データを定める方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工工具の実際の位置データを定める方法及びそのための装置に関し、かつ特に、歯科のＣＡＤ／ＣＡＭ研削機械の研削器を使用して使用し得る歯修復受動体を製作する分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック素材を形状研削加工するために、規定された表面を有する研削ピンが特に適している。自動的な製作法ではこの場合、研削ぴんの位置及び寸法を各加工過程前に、少なくともしかし研削ピンの交換の後に測定することが必要である。この測定は公知の大きさの工作物を走査することによって達成することができる。走査過程は、大体においてわずかな回転数で回転する研削具と、研削具を工作物に対して動かすあるいは工作物を研削具に対して動かすこととによって、行われる。走査過程は、工作物と研削具との摩擦接触によって、摩擦接触により研削具の回転数がゼロに減少したときに、終了する。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第４０３０１７５号明細書から、モータで駆動され送り装置によって加工すべき工作物に接近及び離反するように運動可能な工具を工作物若しくは工作物を受容する保持体に関してキャリブレーションする方法並びにこの方法を実施する装置が公知である。
【０００４】
ここに記載されている方法は、摩擦面の形状が極めて規定されておらず、あるいは小さく、特に先端に向かって先細になっている研削具の場合に先端での軸方向での走査の際に高い位置決め精度をもたらすときに、限界がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、任意の先端形状を有する工具の正確な直線状の位置データを定めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明の方法の手段によれば、回転して加工を行う加工工具の、工作物若しくは工作物と結合された部体の基準面に関する実際の位置データを定める方法であって、加工工具と工作物とを送り軸線に沿って、互いに接近する方向及び互いに離反する方向に相対的に移動させ、加工工具のための駆動モータを設け、この駆動モータの回転数を、加工工具が基準面と接触せしめられると回転数がゼロに減少せしめられる程度に低い始動回転数に調整し、そして、加工工具が基準面と接触せしめられ、それによって駆動モータの回転数が減少せしめられてゼロになると、これを検出して加工工具の位置データを確定する方法において、前記基準面を、加工工具による接触の前に、及び加工工具による接触中に、この加工工具の送り方向に対して垂直に移動させるようにした。
【０００７】
【発明の効果】
加工工具はゆっくりと回転しながら、送り方向に対して垂直にゆっくりと回転する公知の形状を有する工作物に向かって動かされる。工具が工作物に当たると、工具の回転が工作物と工具との間の摩擦負荷によってストップされる。摩擦負荷に対して付加的に、工作物回転によって、加工工具の先端に接線方向の力が作用し、この力は工具の駆動軸の軸受けにおける摩擦力を増大させ、したがって送り方向の位置を著しく正確に定めることができる。
【０００８】
摩擦力によって制動される駆動装置が停止するまでの工作物内への工具の侵入深さ及び特に侵入深さの変化は特定の先端形状において著しく減少せしめられることが分かった。このことは直接的に位置決定の精度に表れる。
【０００９】
有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１０】
更に、本発明による方法を実施するための装置は請求項１３に記載されている。この装置においては、送り装置が設けられており、この送り装置により工具を工作物に接近する方向にかつ離反する方向に動かすことができる。更に、工作物を受容するための第１のスピンドルと、その都度１つの、少なくとも端面側に加工面を有している回転せしめられるその都度少なくとも１つの加工工具を受容するための少なくとも１つの別のスピンドルとが設けられており、その際これらのスピンドルは、加工工具及び工作物が工作物において材料を除去するように互いに接近する方向にかつ離反する方向に運動し得るように、配置され、かつ支承されている。更に、スピンドルを調節するため及び加工工具を駆動するための駆動モータが設けられており、かつ工作物、工作物保持体あるいは締め付け装置に配置されている少なくとも１つの基準面が設けられていて、これに加工工具の端面側の加工面が前進し、その際基準面が接触する場合に加工工具の送り位置を示す信号が生ぜしめられ、この信号は加工工具の回転数が減少せしめられてゼロになった時の加工工具のスタート位置を調べるために使用される。更に、加工工具の端面の加工面と基準面とが送りによって接触する間に加工工具の送り方向に対して垂直に基準面を運動させる駆動手段が設けられており、かつ、加工工具の端面側の加工面によって基準面に接触面が形成され、この基準面は加工工具の送り方向に関して非対称的であって、加工工具の端面の加工面の一部分にわたって、送り方向の方向成分と、送り方向に対して直交する半径方向の、もちろん単に部分円周にわたっての、方向成分とを有している。有利には、工具は先細になっている先端を有しており、その場合特に球研削具あるいは円すい研削具として構成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面には本発明の１実施例が示されている。
【００１２】
図１に示した原理図は円すい研削具の形の加工工具１を示し、これは図示していないケーシング内で第１の軸受け２及び第２の軸受け３を介して支承されている駆動軸４を介して矢印５で示したように回転せしめられる。このために駆動軸４は第１の軸受け２と第２の軸受け３との間に配置されている歯車６と結合されており、これに図示していない駆動モータが作用する。
【００１３】
加工工具の先端７に対して、基準面１０を有する保持体９上に固定されている工作物８が間隔をおいて配置されている。基準面１０は保持体９及び工作物８と一緒に回転軸線１１を中心として、矢印１２の方向に先端７に対して動かすことができる。
【００１４】
駆動軸４全体ひいてはまた工具１は図示していない手段を介して、加工すべき工作物８に接近する方向にかつこれから離反する方向に動かすことができる。
【００１５】
工作物８若しくは工作物８を受容する保持体９に関する加工工具１の実際の位置データを定めるために、図示の実施例では保持体９は基準面を有しており、これに工具の先端が接触せしめられる。
【００１６】
この場合駆動モータの工具１のための回転数は始動回転数に調整され、この始動回転数は、基準面１０が工具先端７によって接触せしめられる場合に、これによって生ぜしめられる摩擦力によって駆動モータの回転数がゼロになるように、低い。駆動モータは要するに摩擦に基づいて停止するまで制動せしめられる。
【００１７】
点形に先細になっている先端７における摩擦力の構成を助長するために、工作物８若しくは工作物８を受容する保持体９は既に送りによる工具先端７との接触の前にかつ接触中に工具先端に沿って動かされる。このために図示していない駆動手段が設けられている。
【００１８】
既に、工具１の送りだけによって生ぜしめられる先端７と基準面１０との接触によって、摩擦及び一般に基準面における先端自体による材料除去に基づき、駆動モーメント５とは逆向きの制動モーメントが矢印１３の方向に生ずる。直接的に明かであるように、この制動モーメントは、円すい状に先細になっている先端の場合に、最初はほとんど点形の接触面に基づいて極めて小さくなければならず、したがって工作物先端が引き続いて送られた場合にかつ相応して深く基準面内に侵入した場合に初めて、充分に大きな制動モーメントが形成される。
【００１９】
送りによって生ぜしめられる接触及びこれから生じる制動モーメントのほかに付加的に、今や基準面の運動から先端に沿って生じる横力が駆動軸の軸受け内に別の制動モーメントを構成し、これによって駆動軸は基準面の運動なしの場合よりも明確に早期に停止せしめられる。
【００２０】
図２においては、基準面１０内に漬かる工具先端７の横断面が細部で示されている。この場合、工具先端が漬かることによってかつ基準面１０が工具先端７に沿って動くことによって溝１４が構成されていることを認めることができる。
【００２１】
図３においては、工具先端７が保持体９に接触面１５を有し、これは溝１４が形成されることによって非対称的であり、軸方向並びに半径方向の方向成分（ｙ方向及びｘ方向）を有していることを認めることができる。
【００２２】
図４においては、漬かった工具先端７を有する基準面１０の平面図が示されており、これから矢印１２によって示された基準面１０の工具先端７に対する運動が明らかである。基準面１０はこの場合１平面に展開されている。基準面１０内に漬かっている工具先端７に基づいて、制動モーメントが駆動モータを制動する前に、溝１４が生じている。
【００２３】
駆動モータが制動せしめられる場合、基準面１０がそれ以上回転し得ないように、配慮される。このことは、加工工具若しくは駆動モータの回転数が基準面の運動のための案内値として使用されることによって、生ぜしめられる。工具の回転数が低下すると、基準面の運動も減少せしめられる。工具がゼロに制動されると、基準面の運動もゼロになる。さらに、工具の送りも工具の回転数に連結することが可能であり、工具の回転数が減少した場合、基準面に対する工具の送りも減少せしめられる。加工工具の回転が、発生する摩擦に基づいてゼロになると、もはや加工工具の送りは行われない。
【００２４】
更に、駆動軸の送り装置内にあるいは駆動軸自体に、前緊縮されたばねエレメントを設けておくことができ、これは負荷の下で弾入することによって、停止している工具に作用する力を受け止める。弾入はこの場合、有利には送りの方向とは逆に行われ、その際ばねエレメントの前緊縮は充分に大きく選んで、加工中に予定通りに生ずる所定の工具負荷を超えるようにしなければならない。弾入はしたがって単に工具を過負荷に対して保護するために行われる。これによって、一面では工具先端の過負荷による損傷が回避され、かつ他面では、工具先端による工作物の正確な加工が行われる。
【００２５】
図５には、図４の工具先端７が拡大して、半径方向力の経過とともに示されている。各半径方向力に対して、矢印５で示した回転方向に対して逆向きの摩擦力が生じ、これは接線方向で先端７の外周面に作用し、一面ではレバー腕ｒの制動モーメントを生ぜしめ、他面では非対称的な分配によって駆動軸における軸受け力を生ぜしめる。
【００２６】
工具の工作物に対する運動中に工作物の基準面は、最高で所望の加工精度の１０倍、有利には０．２ｍｍ以下の運動を行う。
【００２７】
これにより、別の形式で調べられ、公知である基準面の偏心度が工具先端の位置決定に影響を及ぼすことがないようにする。円柱状の基準面の場合に、工具の基準面の中心軸線に対する整列の小さな偏差は単にわずかな作用しか有していない。それにもかかわらず、円柱状の基準面の中心軸線の位置は前もって正確に定めておくべきであり、接触は中心軸線と一線になる送り方向で行うべきである。
【００２８】
ダイヤモンドを付けた研削具をアルミニウムより成る基準面に位置決定する場合に、加工工具が接触の前に、加工に使用される回転数の１００分の１よりも小さい回転数で、特に毎秒１〜１０回転で回転させれば充分であると分かった。
【００２９】
工具１及び基準面１０は本来の接触の前に工具先端７の位置決定のために互いに整列せしめられ、その際、ここでは基準面１０に対する間隔に関しての粗い位置決定である。続いて行われる位置決定に比して明らかに大きな送り速度で行うことのできるこの粗い位置決定の後に初めて、基準面に対する工具のゆっくりとした送りが行われ、したがって全体として短い時間が必要である。
【００３０】
加工工具１は送り軸線に関して円柱状の基準面１０の回転中心点１１に一線状に整列される。基準面の回転中心点の正確な位置がこの時点においてまだ公知でない場合には、この正確な位置は、工具が送り方向で基準面１０に接触するまで送られることによって、決定することができる。基準面１０の公知の直径から、次いで回転中心点に対する工具の絶対的な間隔を調べることができる。偏心度を考慮するために、有利には１８０°回転した基準面に対する別の接触を行うことが必要なことがある。
【００３１】
本来の位置決定の前に、基準面１０の回転中心点１１を有している、送り方向にあるいはそれに平行に延びる平面及び基準面１０の偏心度が確定される。このためには、加工工具１は基準面の側方にもたらされる。加工工具は少なくとも２つの箇所において側方に前進せしめられ、基準面の直径を使用して、円の方程式が立てられる。別の箇所は種々の方向での偏心度を定めることを可能にする。
【００３２】
基準面１０に関する工具１の本来の位置決定の前に、静止した基準面１０で単数又は複数の走査過程を行うことができる。
【００３３】
位置決定の後に、確定された位置を所定の修正値だけ変化させることができ、例えば慣性に基づくシステム特性を考慮することができる。これによって精度を更に改善することができる。
【００３４】
図６は仮定的な力の経過を、かつ図７は仮定的なモーメントの経過を、円すい先端を有する研削ピンを例にして示す。各研削過程の前に、研削具は軸方向で円柱状の工作物の回転中心点に対して位置決めされる。研削具先端と工作物との間の間隔が極めて短く、これにより単に短い走査距離を前進させればよく、工作物の回転の際に表れる偏心度の影響が無視し得るほど小さいことが考慮される。このことは、静止している工作物での前もっての粗い走査過程によって行うことができる。
【００３５】
次いで研削具がゆっくりとした回転（１〜１０Ｈｚ）をせしめられる。この場合、歯車６をもって駆動軸４に係合する駆動モータは、丁度実際の軸受け及び伝動装置グリースの摩擦モーメントが克服されるだけの出力を供給する。研削具の生ぜしめられる回転数は、研削具の前損傷が生じない程度に低くされている。
【００３６】
今や工作物はゆっくりと回転せしめられ、研削具は軸方向で工作物に向かって動かされる。工作物の回転数はこの場合極めて小さく選ばれており、したがって研削具の先端は工作物の単にわずかな部分円周を送り距離に対して擦過するに過ぎない。これにより、工作物の偏心度の影響を無視することができる。
【００３７】
研削具が工作物と接触すると、ダイヤモンドを付けた研削具先端によって、摩擦モーメントがダイヤモンドと工作物表面との間に生じ、これは研削具の回転に逆作用をする。研削具の静止はモータ軸のセンサを介して検出することができ、実際の送り位置は貯蔵することができる。
【００３８】
研削具により摩擦によって生ぜしめられ、軸方向で作用し、わずかな制動モーメントを軸に導入する力Ｆ_{（Ｓ、ａｘｉａｌ）}に対して付加的に、基準面の回転によって生ぜしめられる接線方向の力Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}も作用する。これにより付加的な力Ｆが軸受けＡ及びＢ若しくは図１の２及び３に作用する。これにより、次式：
Ｆ_{（Ｂ、ａｘｉａｌ）}−Ｆ_{（Ｓ、ａｘｉａｌ）}＝０
Ｆ_{（Ｂ、ｒａｄｉａｌ）}−Ｆ_{（Ａ、ｒａｄｉａｌ）}＋Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}＝０
が生ずる。
【００３９】
発生するモーメントは：
Ｆ_{（Ｂ、ｒａｄｉａｌ）}＊間隔（Ｂ、Ａ）＝Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}＊間隔（Ａ、Ｓ）
である。
【００４０】
これにより付加的な半径方向の力成分が軸受けＡ、Ｂに生ずる：
Ｆ_{（Ｂ、ｒａｄｉａｌ）}＝Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}＊［間隔（Ａ、Ｓ）／間隔（Ｂ、Ａ）］
Ｆ_{（Ａ、ｒａｄｉａｌ）}＝Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}＊［１＋間隔（Ａ、Ｓ）／間隔（Ｂ、Ａ）］
これらの半径方向の力成分は摩擦値を介して付加的な制動モーメントを図１に示した歯車６及び駆動モータに生ぜしめる。
【００４１】
図７に示したモーメントの経過において、点Ｐ１−Ｐ２のモーメントの相違は工作物の回転のない制動モーメントに相応しており、差Ｐ３−Ｐ４は工作物の回転のある生ぜしめられた制動モーメント、要するに接線方向の力Ｆ_{（Ｓ、ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）}に相応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具への接触過程中の駆動軸を有する加工工具の原理図である。
【図２】基準面内に漬かる工具先端の横断面を示した細部の図である。
【図３】基準面との工具の非対称的な接触面を示すための図２の拡大図である。
【図４】漬かった工具先端を有する基準面の平面図である。
【図５】工具における半径方向力の経過を示した図４の拡大図である。
【図６】仮定的な力の経過を示した図である。
【図７】仮定的なモーメントの経過を示した図である。
【符号の説明】
１ 加工工具、 ２ 軸受け、 ３ 軸受け、 ４ 駆動軸、 ５ 矢印、 ６ 歯車、 ７ 先端、 ８ 工作物、 ９ 保持体、 １０ 基準面、 １１回転軸線、 １２ 矢印、 １３ 矢印、 １４ 溝、 １５ 接触面、 ｒレバー腕

Claims (15)

1. 回転して加工を行う加工工具（１）の、工作物（８）若しくは工作物（８）と結合された部体（９）の基準面（１０）に関する実際の位置データを定める方法であって、
   加工工具（１）と工作物（８）とを送り軸線に沿って、互いに接近する方向及び互いに離反する方向に相対的に移動させ、
   加工工具（１）のための駆動モータを設け、この駆動モータの回転数を、加工工具（１）が基準面と接触せしめられると回転数がゼロに減少せしめられる程度に低い始動回転数に調整し、そして、加工工具（１）が基準面と接触せしめられ、それによって駆動モータの回転数が減少せしめられてゼロになると、これを検出して加工工具（１）の位置データを確定する方法において、
   前記基準面（１０）を、加工工具（１）による接触の前に、及び加工工具（１）による接触中に、この加工工具（１）の送り方向に対して垂直に移動させることを特徴とする、加工工具の実際の位置データを定める方法。
2. 加工工具が工作物に向かって運動する間に、基準面を、最高で所望の加工精度の１０倍の距離だけ、移動させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 加工工具を、接触の前に、加工回転数の１００分の１よりも小さい回転数、特に毎秒１〜１０回転の回転数で駆動することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 加工工具（１）と基準面（１０）とを、実際の位置データを決定する前に、加工工具（１）の送り軸線と円柱状の基準面（１０）の回転中心点（１１）とが一直線になるように互いに整列させることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 基準面に関する加工工具（１）の実際の位置データを決定する前に、加工工具（１）を、停止している基準面（１０）に対して少なくとも１回接触させることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 加工工具（１）を、送り軸線に関して、円筒状の基準面（１０）の回転中心（１１）と一直線になるように整列させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
7. 実際の位置データを決定する前に、基準面（１０）の回転中心点（１１）を含み、かつ送り方向に又は送り方向に対して平行に延びる平面と、前記基準面（１０）の偏心度とを決定することを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. 基準面（１０）の運動を工具（１）のための駆動モータの回転数に関連させ、駆動モータの回転数の減少によって基準面（１０）の運動が減少せしめられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
9. 基準面（１０）の運動若しくは工具（１）の送り運動を、工具の駆動モータの回転数がゼロになるときに、停止させることを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 工具（１）の送りを、工具（１）のための駆動モータの回転数に関連させ、駆動モータの回転数の減少によって工具の送りが減少せしめられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
11. 工具先端（７）を基準面（１０）に接触させる際に、加工工具（１）の駆動軸（４）を支承する軸受け（２，３）の摩擦モーメント及び該軸受のすべての潤滑剤の摩擦モーメントに丁度打ち勝つ程度の出力を駆動モータに供給することを特徴とする、請求項１記載の方法。
12. 加工工具（１）の確定された位置データを、慣性に基づくシステム特性により決定される所定の修正値だけ変化させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置であって、送り装置が設けられており、この送り装置により加工工具（１）を工作物（８）に接近及び離反するように動かすことができ、工作物（８）を受容するための第１のスピンドルを有しており、端面に加工面（７）を備えた、回転せしめられる加工工具（１）を受容するための、少なくとも１つの別のスピンドルを有しており、これらのスピンドルは、加工工具（１）と工作物（８）とが互いに接近及び離反するように、配置されかつ軸受けされており、スピンドルを調節するため及び加工工具を駆動するための駆動モータを有しており、更に、工作物（８）、工作物保持体（９）あるいは工作物と結合されている部体に配置されている少なくとも１つの基準面（１０）を有しており、この基準面に向かって加工工具（１）の端面の加工面（７）が走行し、基準面に接触した時に加工工具（１）の送り位置を示す信号が生ぜしめられ、この信号は、加工工具（１）の回転数が減少せしめられてゼロになった時の加工工具（１）のスタート位置を定めるために使用される形式のものにおいて、
    加工工具（１）の端面の加工面（７）と基準面とが送りによって接触する間に加工工具（１）の送り方向に対して垂直に基準面（１０）を運動させる駆動手段が設けられており、加工工具（１）の端面側の加工面によって基準面（１０）に接触面（１５）が形成され、この接触面（１５）は、加工工具（１）の送り方向（ｙ）に関して非対称的であって、加工工具（１）の端面の加工面（７）の一部分にわたって、送り方向の方向成分と、送り方向に対して直交する半径方向の方向成分とを有していることを特徴とする、加工工具の実際の位置データを定める装置。
14. 工具が先細の先端を有しており、かつ円すい研削具として構成されていることを特徴とする、請求項１３記載の装置。
15. 基準面を動かすための駆動手段が加工工具の回転数に関連されていて、加工工具の回転数が減少することによって、駆動手段によって生ぜしめられる運動が減少せしめられることを特徴とする、請求項１３記載の装置。

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