JP6376364B2 - 管端部を加工する場合の２つの工具のエネルギー消費を設定する方法 - Google Patents

Description

本発明は加工対象物の加工方法に関する。

特に長側面部形状の加工対象物の加工方法は従来技術で十分公知である。

通常、加工対象物は管の管部として短縮され、管部の両端には洗浄、面取り、ブラッシングのようなさらなる処置が施される。短縮された管部の両端の面取りの際、両管端部それぞれの内面取り及び外面取り及び計画寸法がそれぞれ１つの工具頭部を使って面取りされる。面取り工程の際、管の全長は実際の長さから製造長さに縮小される。両端はそれぞれ完全に平滑な計画寸法及び同様の内面取り及び外面取りを有するべきである。計画寸法から除去された材料量、計画寸法は、材料の無駄を少なくするために可能な限り小さくあるべきである。

面取り中、管部は回動不能に挟み込まれる。製造長さは両方の互いに近づき及び互いから遠ざかる可動工具頭部の間隔によって正確に決定される。そのとき問題となるのは、一方で治具内の管部の正確な位置が出力行程毎に変化でき、もう一方で異なる管部の端部が正確に同じにはならないことである。そのため交差が存在する。従来技術によると両端部は同時に２つの工具によって製造長さより明らかに長すぎる管の実際の長さを有する管部が短縮されるように加工される。明らかに長すぎる管部は挟み込まれ、両工具頭部が互いから製造距離を取るまで両側から工具頭部が材料をそれぞれの管端部から除去する。そのとき実際の長さは上述の公差が等化される程大きいが、ただしより大きな材料除去はできない。

独国特許出願公開第１９６３７１９１Ａ１号明細書（特許文献１）では、加工対象物の加工の際、加工対象物の部分毎の平均体積に関して材料除去の過多も過小も生じないように送りが制御されることで、時間単位毎に一定量の材料が加工対象物から除去されることができる方法が開示されている。

独国特許発明第３３４８１５９Ｃ２号明細書（特許文献２）では、機械制御入力変数が変化し、制御入力信号が時間的に変化する最適な方法で変化する加工パラメータに関係して加工工程の進行において発信されることで加工能力レベルが継続的に調整される研削機の制御装置が開示されている。

独国特許出願公告第１０２００４０５２７９０Ｂ３号明細書（特許文献３）から、ＣＮＣ制御される工具機械のＮＣプログラムの送り速度を最適化する方法が公知である。

独国特許出願公開第２２０８１２３Ａ号明細書（特許文献４）は、実際に最終的な表面加工及び丸みという点で改善された制御を企図する研削機用の制御装置を開示する。

独国特許出願公開第１９６３７１９１Ａ１号明細書 独国特許発明第３３４８１５９Ｃ２号明細書 独国特許出願公告第１０２００４０５２７９０Ｂ３号明細書 独国特許出願公開第２２０８１２３Ａ号明細書

本発明の課題は、材料除去の少ない、実際の長さ及び２つの端部を有する長側面部の加工方法を提供することである。

実際の長さ及び第１及び第２端部を有する長側面部から加工中継続的に第１或いは第２の回転する工具頭部により、好適には長側面部が設定された製造長さに達するまで材料を除去することにより、課題は冒頭で述べられた方法によって解決する。そのとき製造長さは実際の長さより短い。加工時間は時間増分中で分配され時間増分に各工具頭部のそれぞれ１つのトルクが測定され、各時間増分に時間増分中に除去されたそれぞれの材料量に対応する個々のエネルギー消費が算出され、個々のエネルギー消費から一時点までに除去される総材料量に対応する総エネルギー消費が算出される。

時間増分は時間間隔と理解される。時間間隔は非常に短く約０．００１秒から０．０１秒、好適には０．００６秒±０．００１秒でありうる。時間増分は全て同じ、しかしまた異なる長さを有することもできる。

それぞれのエネルギー消費は除去された材料量に対応するそれぞれの大きさとして選択される。工具頭部のそれぞれのエネルギー消費は、時間増分中に工具頭部によって除去された材料量に対応する。比例した、好適には直線的な関連がある。関連は経験的に算出される。

好適には各時間増分中に工具頭部の回転角速度が測定され、回転角速度及びトルク及び時間増分の長さからそれぞれのエネルギー消費が乗法によって時間増分中に算出される。

エネルギー消費はそれぞれ作用するトルクに強く関連し、回転角速度は有利には全加工工程の間、実質的に一定に留まり又は僅かにのみ変化する。しかし回転角速度が著しく変化することも考えられる。

本発明の好適な実施形態では工具頭部のそれぞれのエネルギー消費が加算され、工具頭部の総エネルギー消費が決められる。総エネルギー消費は個々の工具頭部によって除去される材料量の正確な大きさを決定することを可能にする。個々の工具頭部によって除去される材料量の大きさの決定によって、２つの工具頭部によって加工対象物の２つの端部から除去された材料量の比較により、特に少量の材料が除去される加工が行われることができる。

総エネルギー消費は一定の時点までの総エネルギー消費と理解される。

長側面部とは特に完全に金属から成る長側面部、特に全側面または管である。

好適には加工対象物は実際の長さ及び２つの端部を有する長側面部として提供され、本発明の方法でさらに加工され、特に面取りされる。両端がそれぞれ１つの工具頭部によって加工される。加工中両工具頭部それぞれの総エネルギー消費が算出される。長側面部はそのとき製造長さまで短縮される。エネルギー消費の差異が確認されたとき、両エネルギー消費は互いに対して等化される。等化はその場合、好適には両総エネルギー消費の差異が限界値を越えた場合に初めて行われる。

そのとき両工具頭部は材料を一方及びもう一方の端部から除去し、両材料量の割合は連続した出力行程のとき同じであり、好適には正確に同じに留まるか又は同じく留まるように調整される。長側面部の両端から、特に連続した出力行程のとき、好適には出力行程毎に等しい量の材料を除去することができる。これは特に長側面の両端の計画寸法及び内外面取りが同様に形成され連続する出力行程の際にもそのように留まるときに該当する。長側面の両端が異なる内外面取りを有するとき、両端の材料除去は異なり、両材料量の前述の割合を有する。除去された両材料量の割合は、両エネルギー消費が同様に留まる割合を有するか、又は等しく留まる割合に調節されることにより、連続する出力行程中同じく留まるように調整される。

好適には両工具頭部の加工は最小限の計画寸法が両端から除去されるように調整される。その上長側面部は両工具頭部の間で、両工具頭部の加工経路つまり加工中に工具頭部から進む距離は最小限となるように加工される。

好適には長側面部の両端の加工方法は左右対称である。両工具頭部の１つの総エネルギー消費がもう１つの工具頭部のものよりも大きいとき、もう１つの両工具頭部の送りが１つの工具頭部よりも拡大されるように両工具頭部は制御される。この方法で１つの出力行程内での長側面部の加工中、すでに長側面部の両端の加工の左右対称化が行われる。

長側面部の加工を完遂し、両工具頭部の総エネルギーを比較し、次の好適には直接後続する出力行程内の次の長側面部の加工の際に特に両工具頭部の送りの制御の変化のために比較結果を使用することが好適に企図される。

両端はそれぞれ１つの工具頭部によって加工され、加工対象物全体が両工具頭部に属する間隔によって互いに決定される製造長さとなる。

好適には長側面部は管部であり、両端でそれぞれ１つの内面取り及び／又は外面取り及び／又は計画測量が切削される。

本発明は１つの実施例を基に３つの図で説明される。

図１は管部の側面概略図及び面取り頭部を示し、 図２は一定の回転角速度の場合の面取り時間と関連するトルクを図示し、 図３は一定の回転角速度の場合の面取り時間と関連するエネルギーを図示する。

図１は図示されていない治具に挟み込まれた管部１を示す。管部１は外側が側面図で長方形の枠によって示された実際の長さＬ１を有する形状内に挟み込まれ、加工工程中図１で斜線で示された領域２が除去され、管部１が製造長さＬ２に短縮される。

管部１は管切断機により管から短縮される。短縮によって管部１はその１つの管端部３及びそのもう１つの管端部３’に鋭利な縁を有する。管部１は管からその実際の長さＬ１に短縮され、特に鋸切されるか又は切断される。実際の長さＬ１は管部１のその長方形の輪郭の長手方向Ｌの長手伸張に相当する。短縮後、管部１は同時に反対方向に同じ回転軸Ｒ上で回転する２つの工具頭部６、７を使って加工される。工具頭部６、７のそれぞれが１つの外面取り８、８‘、１つの内面取り９、９‘及び１つの計画寸法１０、１０‘を２つの管端部３、３‘のそれぞれに着接する。両工具頭部６、７を使った両管端部３、３‘の加工により実際の長さＬ１は所望の及び実際の長さＬ１より短い製造長さＬ２に短縮される。製造長さＬ２は両工具６、７の予め設定可能な間隔によって両管端部３、３‘の加工終了後に生じる。工具頭部６、７はそれぞれ図１に相応し工具頭部６、７の回転運動によって対応する外面取り８、８‘、内面取り９、９‘及び計画寸法１０、１０‘を両管端部３、３‘で面取りしそのとき材料を両管端部３、３‘から除去する３つの切断板１１、１２、１３或いは１１‘、１２‘、１３‘を有する

両工具頭部６、７それぞれの駆動装置は１つのトルクＭ（ｔ）及びもう１つのトルクＭ‘（ｔ）を１つの管端部３或いはもう１つの管端部３‘に生じさせる。まず１つの管部３に作用する１つのトルクＭ（ｔ）は、それに属する工具頭部６が１つの管端部３と接触しないとき図２で０である。工具頭部６と１つの管端部３の接触がｔａ時点で生じるとすぐに、１つのトルクＭ（ｔ）は工具頭部６に作用する。工具頭部６が１つの管端部３の材料に深く侵入するほど、３つの切断板１１、１２、１３に加工される１つの管端部３の面は大きくなり、作用する１つのトルクＭ（ｔ）はそれに従い図２で実質的に直線的に上昇する。１つの管端部３がｔｂ時点で面取りによりその所望の外側輪郭、つまり所望の大きさを有する１つの内外面取り９、８及び１つの計画寸法１０に達するとき、１つのトルクＭ（ｔ）はもはや変化しない。工具頭部６によって加工される面はｔｂ時点後のさらなる加工時間中同じ大きさを有するため、１つのトルクＭ（ｔ）は図２でｔｂ時点後一定に留まる。ｔｂ時点後管部１の長さのみが短縮される。

同じことがもう１つの管端部３‘にも適用される。上記の説明はもう１つのトルクＭ‘（ｔ）、もう１つの管端部３‘の切断板１１‘、１２‘、１３‘によって材料が除去されることによって制作されるもう１つの内面取り９‘、もう１つの外面取り８‘及びもう１つの計画寸法１０‘にも適用される。

材料の除去を可能な限り少なく留めることが問題となる。外輪郭がｔｂ時点に達した後両トルク Ｍ（ｔ）、 Ｍ‘（ｔ）は１つの又はもう１つの工具頭部６、７が長手方向Ｌに或いは長手方向Ｌに逆行してそれぞれの管端部３、３‘にどこまで押し出されたかについての手掛りを提供しない。

本発明により１つの管端部３の加工のために１つの加工時点ｔまでの総エネルギー消費Ｅ（ｔ）が算出される。総エネルギー消費Ｅ（ｔ）は図３に示される。それは単調に上昇することで総加工時間に渡り継続して変化する。ｔ時点までの総エネルギー消費Ｅ（ｔ）はこのｔ時点までの材料除去と相関する。両管端部３、３‘は同時に加工され、１つの総エネルギー消費Ｅ（ｔ）及びもう１つの総エネルギー消費Ｅ‘（ｔ）がｔ時点まで算出される。両総エネルギー消費 Ｅ（ｔ）、Ｅ’（ｔ）の比較は、両管端部３、３‘がどの程度左右対称に加工されるか、つまりどの程度同量の材料が両管端部３、３‘から除去されるかを判断する基準となる。目的は加工時間終了時に両管端部３、３‘ から可能な限り同量の材料を除去することである。

１つの総エネルギー消費 Ｅ（ｔ）の算出は１つの工具６の例で解説される。それは相応する符号を置き換えることでもう１つの工具７に同様に適用することができる。

それぞれのエネルギー消費Ｅ（Δｔｉ）は異なる時間増分Δｔｉ、ｉ＝１、...、ｎ中に算出される。時間増分Δｔｉは全て同じ長さ又は異なる長さも有することができる。時間増分Δｔｉはこの実施例で全て同じ長さΔｔｉ＝０．００６秒を有する。時間増分Δｔｉ中のそれぞれのエネルギー消費Ｅ（Δｔｉ）は時間増分Δｔｉ中の工具頭部６の１つのトルク Ｍ（ｔｉ）が算出されることで決定される。トルク Ｍ（ｔｉ）は１つのｔｉ時点で非常に短い時間増分Δｔｉ内で測定される。トルク Ｍ（ｔｉ）は時間増分Δｔｉ中実質的に一定である。トルクＭ（ｔｉ）に加えて回転角速度ω（ｔｉ）が時間増分Δｔｉ中のｔｉ時点で決定される。時間増分Δｔｉ持続中実質的に一定であること、及びｔｉ時点がここでも任意に短い時間増分Δｔｉ内で選択できることは回転角速度ω（ｔｉ）に関しても適応される。

１つのトルク Ｍ（ｔ）がモータの中で又は回転する工具頭部６のトルク測量機を使って自ずから算出され、それぞれのｔｉ時点のトルク Ｍ（ｔｉ）及びｔｉ時点での回転角速度ω（ｔｉ）からそれぞれのエネルギー消費Ｅ（Δｔｉ）が時間増分Δｔｉ中にＥ（Δｔｉ）＝Ｍ（ｔｉ） * ω（ｔｉ）* Δｔｉに従って算出される。

同時に同様の方法でもう１つの工具頭部７の総エネルギー消費 Ｅ‘（ｔ）が算出される。両総エネルギー消費 Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ）は互いに比較され、互いに対して差異が生じた場合、より多い総エネルギーＥ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ）を消費した工具頭部６、７の送りがより少ない総エネルギーＥ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ）を消費した工具頭部６、７のそれに対して、総エネルギー消費 Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ）が再び等化されるまで減衰される。そのため両総エネルギー消費 Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ）の判定ユニットと接続した両工具頭部６、７の電気制御が企図される。

全体で管部１が実際の長さＬ１から製造長さＬ２に短縮されるほどの量の材料が除去される。

１ 管部
２ 領域
３ 管端部
３‘ 管端部

６ １つの工具頭部
７ もう１つの工具頭部
８ １つの外面取り
８‘ もう１つの外面取り
９ １つの内面取り
９‘ もう１つの内面取り
１０ １つの計画寸法
１０‘ もう１つの計画寸法

１１ １つの切断板
１２ もう１つの切断板
１３ １つの切断板
１１‘ もう１つの切断板
１２‘ もう１つの切断板

Ｅ（ｔ）１つの総エネルギー消費
Ｅ（Δｔｉ）それぞれのエネルギー消費
Ｅ‘（ｔ）もう１つの総エネルギー消費
Ｅ‘（Δｔｉ）もう１つのそれぞれのエネルギー消費

Ｌ 長手方向
Ｌ１ 実際の長さ
Ｌ２ 製造長さ

Ｍ（ｔ） １つのトルク
Ｍ‘（ｔ） もう１つのトルク
Ｍ（ｔｉ） ｔｉ時点の１つのトルク
Ｍ‘（ｔｉ） ｔｉ時点のもう１つのトルク
ω（ｔｉ） ｔｉ時点の１つの回転角速度
ω‘（ｔｉ） ｔｉ時点のもう１つの回転角速度

Ｒ 回転軸

ｔ 時点
ｔａ 時点
ｔｂ 時点
ｔｉ 時点

Δｔｉ 時間増分

Claims (9)

1. 第１及び第２端部（３、３‘）が１つの第１或いは１つの第２工具頭部（６、７）によって加工され、加工時間中継続的に材料が前記第１及び第２回転工具頭部（６、７）によって除去され、加工時間（ｔ）が時間増分（Δｔｉ）に分割され、前記時間増分（Δｔｉ）に前記工具頭部（６、７）のそれぞれ１つのトルク（ Ｍ（ｔｉ）、 Ｍ‘（ｔｉ））が測定され、各時間増分（Δｔｉ）に１つの前記時間増分（Δｔｉ）中に除去されたそれぞれの材料量に対応するそれぞれのエネルギー消費 （Ｅ（Δｔｉ）、Ｅ‘（Δｔｉ））が算出され、前記それぞれのエネルギー消費 （Ｅ（Δｔｉ）、Ｅ‘（Δｔｉ））から前記除去された総材料量に対応する前記第１及び前記第２工具頭部（６、７）の１つの総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））が算出されることで１つの実際の長さ（Ｌ１）及び１つの第１及び１つの第２端部（３、３‘）を有する加工対象物である長側面部（１）を加工する方法。
2. 前記両総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））の比率が所定の割合に調節されることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 各時間増分（Δｔｉ）中に前記工具頭部（６、７）の回転角速度（ω（ｔｉ）、ω‘（ｔｉ））が測定され、回転角速度（ ω（ｔｉ）、ω‘（ｔｉ））及び前記トルク（Ｍ（ｔｉ）、Ｍ‘（ｔｉ））及び前記時間増分（Δｔｉ）の持続時間から前記時間増分（Δｔｉ）中のそれぞれのエネルギー消費（Ｅ（Δｔｉ）、Ｅ‘（Δｔｉ））が算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 各前記工具頭部（６、７）の前記それぞれのエネルギー消費(Ｅ（Δｔｉ）、Ｅ‘（Δｔｉ））が合計され、各前記工具頭部（６、７）の総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））が決定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記両総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））が同様に設定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記長側面部（１）が左右対称にその両端（３、３‘）で加工されることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 継続的に前記第１及び前記第２端部（３、３‘）の前記除去される材料量が決定され、前記両工具頭部（６、７）が、前記１つの工具頭部（６）の前記総エネルギー消費（Ｅ（ｔ））が前記もう１つの工具頭部（７）の前記総エネルギー消費（Ｅ‘（ｔ））よりも大きいとき、前記もう１つの工具頭部（７）の送りが１つの工具頭部（６）に比べて拡大されるように制御されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記両工具頭部（６、７）のそれぞれの前記総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））が、長側面部（１）の加工を開始してから完遂するまでの出力工程中に決定され、前記両総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））が互いに相違するとき、次に加工される長側面部（１）が前記出力工程の前記総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））を顧慮して加工され、前記総エネルギー消費（Ｅ（ｔ）、Ｅ‘（ｔ））の差異を減少させることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 前記長側面部が管部（１）であり前記両端部（３、３‘）でそれぞれ１つの内面取り（９、９‘）及び／又は外面取り（８、８‘）及び／又は計画寸法（１０、１０‘）が除去されることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の方法。

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