JP6659723B2 - 材料を除去することによって工具を機械加工する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、材料を除去することによって工具を機械加工する方法に及び装置に関する。

新たな工具を製造する間の、又は一定量の摩耗をすでに受けた使用済み工具を再加工する間の、工具の寸法の測定は重要である。品質管理のために、例えば、工具及びその特性がそれぞれ、指定された許容差範囲内に依然としてあるかどうかを検査するための測定が実行される。具体的に判定及び検査される特性は個々の工具タイプによって異なる。例えば、切削工具であってその長手方向軸の周りを回転する切削工具の場合、切削角、逃げ角、円周方向において隣接する刃の間の角ピッチ、工具の長さ、コア径、捩れ角、若しくは捩れの増加量などのパラメータ、又はこれらの任意の組み合わせが評価及び確認されてもよい。

様々な測定方法及び測定機が知られており、それらにおいて工具は非接触の方式で及び／又は機械的な接触感知によって評価されてもよく、特性は測定されるか又は数学的に判定されてもよい。しかしこれらの方法は非常に複雑であり、したがって使用される時間の長さをなるべく最小限に保つために、それらは新たな工具の製造の間に、及び再加工プロセスの間にも、その方法が必要な場合のみ使用される。

特許文献１には、幾何学的に画定されたチップ除去のための工作機械における材料摩耗の判定方法が記載されている。ここで、工具の摩耗は光学記録装置を用いて検知される。結果として得られた工具の実際の状態は、指定された所望の状態と比較され、これに基づいて摩耗値が判定される。摩耗値を使用して、次に機械加工装置内の工具の運動を変更することが可能であり、それにより工作物からの所望の材料除去が達成される。

独国特許出願公開第１０ ２０１２ １０６ １９３ Ａ１号明細書

本発明の目的は、方法又は装置であってそれを用いて工具の製造又はその後の工具の再加工が最適化され得る方法又は装置を提供することであると考えることができる。

この目的は、請求項１に記載の特徴を呈する方法を用いて、及び請求項１６に記載の特徴を呈する装置を用いて達成される。

本発明は、最初に工具の３次元が測定され、これに基づいて３次元仮想工具モデルが生成されることを規定する。３次元測定は、３Ｄスキャナ、例えばレーザスキャナによって、又は別の好適な３Ｄ測定装置によって実行されてもよい。３Ｄ測定ユニットは測定データを、特に、測定される工具のエッジ及び表面を描写するドットクラウドの形態で生成する。前記ドットクラウドは仮想工具モデルを表してもよい。しかし、処理動作を用いて前記ドットクラウドを部分的に又は完全に処理することも可能である。例えば、メッシュ又はグリッドモデルを形成することによって、かつ前記メッシュ又は前記グリッドモデルをテクスチャリングすることによって、前記ドットクラウドから仮想工具モデルを生成することが可能であり、前記工具モデルは描写がより容易である。さらに、視覚化のために、平面工具モデルを前記ドットクラウドから生成することが可能である。さらに、既知のアルゴリズム又は数学的プロセスを用いて前記ドットクラウドを処理すること、並びに前記ドットクラウドの不必要なドット及び／又は明らかなエラードットをなくすことが可能である。

３次元仮想工具モデルを生成した後で、これは有利な一実施形態において測定された工具を特徴付ける少なくとも１つのモデルパラメータを確定するために使用されてもよい。モデルパラメータの確定は必須ではない。

３次元仮想工具モデル及び／又は少なくとも１つの確定されたモデルパラメータは、記憶された工具データセットと比較される。各工具データセットには、材料を除去することによって機械加工するための１つの処理プログラムがそれぞれ割り当てられている。

比較により既存の工具データセットから工具データセットが選択され、前記データセットは３次元仮想工具モデルに対応するものである。工具データセットと３次元仮想工具モデルとの間の一致が判定可能な場合、対応する工具データセットが生成され、続いて選択される。

好ましくは、工具データセットは、基準輪郭及び／又は少なくとも１つの工具パラメータを含む。それに基づいて判定される３次元仮想工具モデルの輪郭又はモデルパラメータは、工具データセットの基準輪郭と、及び／又は工具データセットの工具パラメータと比較される。３次元仮想工具モデルが、指定された許容差内で基準輪郭に一致する場合、及び／又は確定されたモデルパラメータと記憶された工具パラメータとが互いに一致する場合、３次元仮想工具モデルと工具データセットとの一致が確定される。

工具の所望の輪郭が、選択された工具データセットの基準輪郭を使用して生成される。これは、３次元仮想工具モデル内に基準輪郭がはめ込まれることによって実現される。はめ込みは、工具の機械加工されるべきいかなる点においても、基準輪郭が、３次元仮想工具モデルによって描写される輪郭から突出しないことによって実現される。その際に、基準輪郭のはめ込みは、除去される材料の量がなるべく最小限であるという限界条件の下で実現される。これは、工具の機械加工されるべき位置における基準輪郭が、検知された３次元工具モデルから可能な最小距離において配列されることによって達成される。そのために、基準輪郭と３次元仮想工具モデルとは互いに相対的にシフト及び／又は回転されてもよく、その場合、シフト又は回転は、例えばデカルト座標系の１又は複数の軸の周りで行われる。

このようにして生成された工具の所望の輪郭は、続いて、材料を除去することによって工具を機械加工するために使用される。そのために、指定された工具の所望の輪郭に一致する実際の工具輪郭が工具上で形成されるように、材料除去の機械加工ユニットが活動化されてもよい。

この方法を使用して、例えば、損傷した又は摩耗した工具を再加工すること、及びかくして材料の除去をなるべく最小限に保つことが可能である。この結果として、高価な工具を、これまで可能であったよりも頻繁に再加工できることが達成され得る。これまでは、工具の再加工の間の材料の除去は、いかなる損傷した又は摩耗した領域も工具上に実際に残らないことを確実にするために、工具の再加工における経験を積んだ作業者によって幾分多めに選択されていた。

本明細書中の方法を使用して、例えば３Ｄ印刷による又は選択的レーザ溶融による、付加的製造プロセスによって形成された工具ブランクを、指定された幾何学的構成を維持するために機械加工することも可能である。付加的製造プロセスは多くの場合、十分に正確ではない。工具ブランクのいくつかの点においては、許容差と表面粗さとは満足なものである可能性があるが、例えば切削エッジ、逃げ面、又は切削空間の領域内で、指定された特性又は工具パラメータを維持するために再加工が行われてもよい。

さらにこの方法は、コーティングを備えた硬質金属工具を機械加工するためにも使用可能である。現在では、硬質金属工具又は固体カーバイド工具がコーティングされる場合、切削エッジの過度の丸みを避けるために非常に薄い層のみがコーティングとして塗布される。本方法を使用して、工具の最適な使用のために必要な又は有利なだけの任意の所望の厚さを有するコーティングを硬質金属コアに塗布することが可能である。続いて、機械加工によって材料を除去することにより実際の工具輪郭が形成されてもよく、前記輪郭は工具の所望の輪郭に一致するものである。

さらに、キャリアとその上に配列された少なくとも１つの切削プレートとを含む製造された工具を機械加工するために、本方法を使用することも可能である。前記少なくとも１つの切削プレートは、多くの場合は材料接合によってキャリア上に配列され、不正確に位置付けられる可能性がある。上記で説明した方法を用いて工具の製造中にかつ前記少なくとも１つの切削プレートの取り付けの後に測定を実行し、切削プレートの機械加工によって、必要に応じてその特性（例えば、キャリア上の基準点に相対的な切削エッジの位置及び／又は整列）を補正するために、材料を除去することが可能である。

材料を除去することによって工具を機械加工するために、例えばレーザ及び／又は研削工具及び／又は放電（ＥＤＭ）工具を含む機械加工ユニットを使用することが可能である。原則的に、目標となる高精度で工具から材料を除去することが可能な任意の材料除去工具が使用されてもよい。

好ましくは、工具の所望の輪郭が形成される間、基準輪郭は少なくとも１つの部分においてシフト及び／又は回転及び／又はスケーリングされる。したがって基準輪郭の位置は、工具からの材料の可能な最小限の除去という限界条件を満たしながら、３次元仮想工具モデルに相対的に配列されてもよい。その際に、例えば切削エッジ及び／又は逃げ面及び／又は切削空間などの、割り当てられた機械加工プログラムを用いて材料を除去することによって続いて機械加工される基準輪郭の部分のみを、工具の所望の輪郭の形成の間に加工すれば十分な場合がある。

工具の所望の輪郭の形成の間に、少なくとも１つの追加の限界条件として、工具の少なくとも１つの特定の特性の維持が指定される場合、有利である。例えば１つの限界条件は、切削角とそれについての許容差範囲とを指定してもよい。これと同様に、工具の他の全ての特性及び幾何学的寸法もそれぞれ指定することが可能である。

３次元仮想工具モデルに一致する工具データセットの比較又は選択の間に、最初に、少なくとも１つの確定されたモデルパラメータが、少なくとも１つのデータセットを含む少なくとも１つの工具パラメータと比較される場合、有利である。これにより、より小さなコンピューティング能力が必要とされ、また、工具データセットであってその中の少なくとも１つの工具パラメータが少なくとも１つのモデルパラメータに一致しない工具データセットを少なくとも非常に迅速に除外することが可能になる。少なくとも１つのモデルパラメータと少なくとも１つの工具パラメータとが一致した場合、３次元仮想工具モデルと基準輪郭との比較が実行されて一致が存在するかどうかが判定される。

この修正形態では、原則的に３次元仮想工具モデルを描写した工具の輪郭のみを、工具データセットのそれぞれの基準輪郭と比較すれば十分である。しかしこれにはより大きなコンピューティング能力が必要とされ、かつより多くの時間が必要とされる。

３次元仮想工具モデルを使用した少なくとも１つのモデルパラメータの確定は、有利には以下の工程を用いて実行されてもよい。
− 測定プログラムを生成及び／又は選択する工程であって、前記測定プログラムは、前記仮想工具モデルを通る少なくとも１つの切断面と、１つの測定タスクとを指定し、前記１つの測定タスクを用いれば、確定されるべき前記少なくとも１つのモデルパラメータを、前記少なくとも１つの切断面と前記仮想工具モデルとの間の少なくとも１つの切断輪郭を用いて確定可能である、工程、
− 前記測定プログラムを起動し、前記少なくとも１つの切断面内の、少なくとも１つの工具モデルの前記少なくとも１つの切断輪郭を用いて、前記少なくとも１つのモデルパラメータを確定する工程。

仮想工具モデルに相対的な切断面の位置に依存して、切断輪郭、例えば縦断面、横断面、又は工具モデルを通って任意に斜めに又は傾斜して延在する断面がもたらされる。この切断面は仮想工具モデルの切断輪郭を含み、その進展が、少なくとも１つのモデルパラメータを確定するために測定プログラムによって評価される。その際に、各切断面内で１又は複数のモデルパラメータが確定されてもよい。いくつかの切断面又は切断輪郭を使用してモデルパラメータを確定することも可能である。

確定可能なモデルパラメータは、例えば、切削角、逃げ角、くさび角、刃の数、角ピッチ、工具の長さ、コア径、捩れ角、切削エッジにおけるコーナ半径、又は前述のモデルパラメータの任意の組み合わせである。

仮想工具モデルの生成のために、工具が最初に様々な方向から、好ましくは非接触の方式で記録される場合、有利である。このようにして得られた測定データはドットクラウドを生成し、これは次に、仮想工具モデルとして直接使用されてもよく、又は上記で説明したように、仮想工具モデルを生成するためのアルゴリズム及び数学的プロセスによって引き続き処理されてもよい。

本方法は、共通のキャリア上に配列された幾つかの切削プレートを含む工具においても使用可能である。そのような工具の製造中には、キャリアへの切削プレートの取り付け、例えば切削プレートの材料接合される取り付けに起因して、位置は、通例十分な精度では生成され得ない。本方法の結果として、キャリアの基準軸に相対的な切削エッジの位置、又はエッジ若しくは表面の整列を達成するために、切削プレートにおける材料除去が行われることが可能である。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項、明細書、及び図面から推論され得る。以下では、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

材料を除去することによって工具を機械加工する装置の例示的実施形態のブロック図である。 材料を除去することによって工具を機械加工する方法の例示的実施形態のフローチャートである。 例示的な摩耗していない工具の斜視図である。 使用済みの摩耗した状態における図３の工具である。 工具データセットの基準輪郭の概略図である。 図５の基準輪郭の概略図、及び測定データによって記録された図４の工具の３次元仮想工具モデルである。 図５の基準輪郭の概略図、及び測定データによって記録された図４の工具の３次元仮想工具モデルである。 図５の基準輪郭の概略図、及び測定データによって記録された図４の工具の３次元仮想工具モデルである。 付加的製造プロセスによって層ごとに製造された工具の概略側面図である。 コーティングを備えた固体カーバイド工具の概略側面図である。 図１０における領域ＸＩの詳細を示す図である。 キャリアとキャリア上に配列された切削プレートとを含む例示的工具である。 図１２の工具上の指定された位置にない切削プレートの概略図、及び従来の方法において必要であった、切削プレート上の接触点の概略図である。

図１は、材料を除去することによって工具１６を機械加工する装置１５の、概略ブロック図を示す。工具１６はミリング工具、穴開け工具、又は任意のその他の所望の工具であってもよい。例示的実施形態は、動作中に長手方向軸の周りを回転するように駆動される工具１６である。工具１６は、その工具を特徴付けるパラメータである特性によって記述される。例えば、刃の数、切削角、逃げ角、工具１６の長手方向軸の周りの円周方向において隣接する刃の間の角ピッチ、工具の長手方向軸の方向における長さ、コア径、捩れ角、捩れ増加量、又はコア径と工具刃の軌道軌跡との間の比率が、個別に又は任意の組み合わせで使用されてもよい。また、どの特性が好適であるかは工具のタイプによって異なる。

装置１５は、測定ユニット１７と、機械加工ユニット１８と、測定ユニット１７及び機械加工ユニット１８を制御する制御ユニット１９とを含む。本明細書で説明する例示的実施形態の修正形態では、測定ユニット１７と機械加工ユニット１８とを別個の制御ユニットを用いて制御し空間的に分離することも可能である。それらの制御ユニットの間の必要なデータ交換は、無線又は有線に基づく既知の通信手段によって行われてもよい。

測定ユニット１７は、少なくとも１つの測定装置２３を含む。測定ユニット１７の少なくとも１つの測定装置２３は、測定ユニット１７を使用して、工具１６の当接面及び全ての円周表面上の３次元外部輪郭を検知することが可能であるように実施される。

本例によれば、測定ユニット１７は３Ｄスキャナ２４の形態の測定装置２３を含む。使用可能な３Ｄスキャナ２４は、例えば、工具１６上にレーザビーム２５を向けて前記工具の輪郭を検知するレーザスキャナであってもよい。

本明細書に記載する例示的実施形態では、測定ユニット１７は、カメラ２６の形態の別の測定装置２３をさらに含む。カメラ２６は、ラインスキャンカメラ又はいくつかのラインを有するマトリックスカメラとして実装されてもよい。例えば、カメラ２６は透過光記録を生成するために配置されてもよい。その場合、照明ユニットが工具１６のカメラ２６とは反対の側上に配列され、前記照明ユニットは混乱を避けるために図示されていない。

本例によれば、工具１６は工具ホルダ２９内に配列される。工具１６を検知するために、工具ホルダ２９は少なくとも１つの測定装置２３に相対的に移動されてもよい。例示的実施形態では、工具ホルダ２９は回転軸Ｄの周りを回転可能であるように配列される。工具ホルダ２９は回転駆動装置３０と関連付けられる。

代替として又は加えて、少なくとも１つの測定装置２３は工具ホルダ２９に相対的に位置付けられてもよい。本明細書に記載する例示的実施形態について述べると、工具１６を回転軸Ｄに対して半径方向で、及び／又は回転軸Ｄに対して斜め方向で、及び／又は回転軸Ｄと平行若しくは一直線になって評価するように、３Ｄスキャナ２４は工具ホルダ２９に相対的に位置付けられてもよい。３Ｄスキャナ２４の可能な位置の選択肢は、図１において、破線で示された３Ｄスキャナ２４の例示的位置によって示されている。

さらに、装置１５は機械加工ユニット１８を含み、これを用いて工具１６は、材料を除去することによって機械加工され得る。そのために、機械加工ユニット１８は機械加工工具３０を含む。機械加工工具３０は、例えば、研削ディスク３１であってもよい。レーザ３２又は放電（ＥＤＭ）工具を使用して工具１６を機械加工することも可能である。したがって機械加工ユニット１８は、研削機、レーザ処理機、放電工具、又は組み合わせられた加工機であってもよい。

測定ユニット１７及び本例によれば３Ｄスキャナ２４は、測定データをドットクラウドＰＷの形態で提供する。これらは制御ユニット１９に、又は代替として、測定ユニット１７の機械加工装置に、若しくは外部コンピュータに伝送される。この場合、測定ユニット１７はデータ伝送のための適切なインタフェースを有してもよい。さらに、制御ユニット１９はメモリユニット２０を含み、かつ／又は外部のメモリユニット２０に接続される。

さらに、装置１５は、ディスプレイ又はユーザデスクトップを用いた図示されていないユーザインタフェースを含んでもよい。ユーザインタフェースは、タッチセンシティブイメージスクリーン、コンピュータマウス、キーボード、タッチパッド、傾斜角を用いたコントロール、及び／若しくは加速度センサ、又は類似のものなどの、既知のユーザオプションを備えてもよい。コンピューティング能力若しくはメモリ容量を必要に応じて増加するために、又はデータをインポート若しくはエクスポートするために、制御ユニット１９を、１つ若しくはいくつかの外部コンピューティングユニットに、及び／又は、１つ若しくはいくつかの外部メモリユニットに、インタフェースを介して接続することも可能である。

図２は例示的方法のフローチャートを示す。以下では、使用済みの摩耗を呈する工具１６を再加工するための処理フローについて図４〜図８を参照して説明する。図３は、元の未使用状態における工具１６を示す。図４は、使用済みの損傷した工具１６を概略的にのみかつ縮尺通りではなしに示し、この図では凹み３５が例として概略的に示されている。図４の使用済みの損傷した工具１６は、凹み３５などの損傷をなくすために、及び工具１６を使用した機械加工結果を向上するために、装置１５及び方法Ｖをそれぞれ使用して再加工される。

方法Ｖは第１の方法工程Ｖ１を用いて開始され、工具１６が工具ホルダ２９内に搭載された後は、それにより前記工具１６は測定ユニット１７を使用して３次元で測定可能になる。後続の第２の方法工程Ｖ２の間、測定ユニット１７の測定データが使用されて３次元工具モデルＭが生成される。３次元仮想工具モデルＭは、図６〜図８において、図４の矢印３６と一致する方向から仮想工具モデルＭを見た場合の２次元輪郭として非常に概略化されて示されている。損傷した工具１６は、凹み３５に加えて、例えば切欠き３７を示し、これは生成された３次元仮想工具モデルＭ（図６〜図８）によって示される。

３次元仮想工具モデルＭはドットクラウドＰＷに基づいて確定される。例示的実施形態では、ドットクラウドＰＷは３Ｄスキャナ２４のスキャンデータによって生成される。ドットクラウドＰＷは、直接に又は加工の後に３次元工具モデルＭを形成することが可能である。例えば、アルゴリズムによりドットクラウドＰＷからエラー検知点をなくすことが可能である。代替として又は加えて、グリッドモデル又はテクスチャモデルが形成され仮想工具モデルＭとして使用されてもよい。そのために、既知のアルゴリズム及び数学的方法が使用されてもよい。

本例示的実施形態では、仮想工具モデルＭは、第３の方法工程Ｖ３において仮想工具モデルＭの１又は複数のモデルパラメータＭＰを確定するために使用される。モデルパラメータＭＰは特に、切削エッジの数、角ピッチ、切削角、逃げ角などの、工具における特性として働く測定値又は値である。第３の方法工程Ｖ３の間にどのモデルパラメータＭＰが、及びいくつのモデルパラメータＭＰが確定されるかは、工具１６のタイプによって異なる。

第３の方法工程Ｖ３は必須ではない。方法Ｖはまた、モデルパラメータＭＰの確定なしに実行されてもよい。しかし、第３の方法工程Ｖ３の間に少なくとも１つのモデルパラメータＭＰを確定することは、後続の処理フローの間により少ないコンピューティング時間とより小さなコンピューティング能力とがそれぞれ必要となるため、有利である。

第３の方法工程において、少なくとも１つのモデルパラメータＭＰを確定するために、好ましくは測定プログラムが選択され、これにより仮想工具モデルＭを通る１つ以上の切断面が設定される。前記切断面内で、それぞれ１つの切断輪郭が、前記切断面と仮想工具モデルＭとの間に形成される。既知の画像処理方法を使用して１又はさらには複数の切断輪郭を用い、１又は複数のモデルパラメータＭＰをそれぞれ確定することが可能である。

第４の方法工程Ｖ４において、仮想工具モデルＭ及び少なくとも１つのモデルパラメータＭＰは、制御ユニット１９のメモリユニット２０内に又は制御ユニット１９と通信しているコンピューティングユニット内に記憶された工具データセットＷＤと比較される。本例によれば、各工具データセットＷＤは、基準輪郭Ｒと少なくとも１つの工具パラメータＷＰとを含む。工具パラメータＷＰは、工具１６を記述する１又は複数の特性である。基準輪郭Ｒは、工具１６のエッジ及び表面のための縮尺通りの理想的な輪郭を指定する。

第４の方法工程Ｖ４において、仮想工具モデルＭ及び少なくとも１つのモデルパラメータＭＰは、既存の工具データセットＷＤと今や比較される。これを実現するための手順は、好ましくは、最初に、少なくとも１つのモデルパラメータＭＰが工具データセットＷＤの工具パラメータＷＰと比較され、一致の観点から検査されるというものである。例えば、検知された工具１６が４つの螺旋切削エッジを有する工具であることをモデルパラメータＭＰのうちの１つが示す場合、データセットＷＤとの比較の間に、４つの螺旋切削エッジを有する工具に関連するデータセットを非常に迅速に見出すことが可能である。他の全ての工具データセットＷＤは、さらなる一致検査の間、考慮されずに残されてもよい。この比較は非常に迅速に、かつ時間を節約するように実行可能である。確定されたモデルパラメータＭＰ、及び工具データセットＷＤ内に含まれる工具パラメータＷＰによって、工具がより正確に記述されていれば、引き続きの処理のための関連する工具データセットＷＤをより高速に確定することが可能である。

工具データセットＷＤ内の全ての工具パラメータＷＰが、確定されたモデルパラメータＭＰに一致する場合−本明細書に記載する例示的実施形態−においては、工具データセットＷＤの基準輪郭Ｒが仮想工具モデルＭと比較され、一致について検査される。基準輪郭Ｒと仮想工具モデルＭとがやはり一致した場合に限り、対応する工具データセットＷＤが見出される。

仮想工具モデルＭと少なくとも１つのモデルパラメータＭＰとに一致する工具データセットＷＤが見出されたかどうかが、第５の方法工程Ｖ５において質問される。これが真である場合、方法Ｖは、第６の方法工程Ｖ６にわたって継続される（第５の方法工程Ｖ５の分岐Ｊ）。これが真でない場合、方法Ｖは、第７の方法工程Ｖ７にわたって継続される（第５の方法工程Ｖ５の分岐Ｎ）。

第６の方法工程Ｖ６において機械加工プログラムＰＲが選択される。好ましくは、各工具データセットＷＤには正確に１つの機械加工プログラムが割り当てられている。したがって、工具データセットＷＤを発見することにより、機械加工プログラムＰＲの選択はすでに自動的に行われており、前記機械加工プログラムは、工具１６の再加工中の機械加工ユニット１８の制御のために配置されるものである。

使用可能なデータセットＷＤを発見できなかった場合、対応するデータセットＷＤ７が第７の方法工程Ｖ７の間に生成され、機械加工プログラムが割り当てられるか又はやはり新たに生成される。

第６の方法工程Ｖ６又は第７の方法工程Ｖ７に続いて、方法Ｖは、第８の方法工程Ｖ８にわたって継続される。

第８の方法工程Ｖ８において、機械加工プログラムＰＲの１又は複数の機械加工パラメータが確定されスケジュールされる。第８の方法工程Ｖ８の手順は、図６〜図８によって概略的に示されている。基準輪郭Ｒが、検知された仮想工具モデルＭ内にはめ込まれる。ここで、図５〜図８においては２次元のみの表現であるにもかかわらず、基準輪郭Ｒ及び仮想工具モデルＭは３次元であることが再び指摘されるべきである。２次元表現は、明確さを向上するために、説明のために選択されたものである。基準輪郭Ｒは、１又は複数の限界条件を考慮に入れて仮想工具モデルＭ内にはめ込まれる。その際に、基準輪郭Ｒ又はこの基準輪郭Ｒの一部は、例えばデカルト座標系の１又は複数の軸の周りで、仮想工具モデルＭに相対的に回転及び／又は移動される。基準輪郭Ｒは、全体的にスケーリングされても、部分的にスケーリングされてもよい。基準輪郭Ｒの、仮想工具モデルＭ内へのはめ込みは、回転及び／又はシフト及び／又はスケーリングによって基準輪郭Ｒが修正され、それにより修正された基準輪郭Ｒ^＊がもたらされるように実現される。この修正された基準輪郭Ｒ^＊は、修正された基準輪郭Ｒ^＊の長手方向軸と仮想工具モデルＭの長手方向軸とが一致するように、仮想工具モデルＭの内側に位置付けられる。工具１６の機械加工されるべき領域において、修正された基準輪郭Ｒ^＊は、仮想工具モデルＭから突出しない。その後の機械加工の間に、工具１６の部分において、修正された基準輪郭Ｒ^＊と仮想工具モデルＭとの間に接触点が存在してもよく、ここで、切削点又は切削エッジは好ましくは除外される。

さらに、少なくとも１つの限界条件、すなわち、仮想工具モデルＭと修正された基準輪郭Ｒ^＊との間の体積の差は最小限であるべきという限界条件が指定される。この結果として、除去される材料が最小限にされることが可能であるため、これは重要である。再加工の間に、必要なだけの材料のみが工具１６から除去される場合、工具１６の可能な再加工処理の回数が、したがって総有効寿命が増加されることが可能である。

材料の除去が最小限であるべきという限界条件に加えて、追加の限界条件を指定することも可能である。例えば、基準輪郭のどの領域において材料の除去が可能又は必要であるかを規定することが可能である。さらに特定の特性について、例えば、逃げ角、切削角、切削エッジの軌道軌跡に関連するコア径の関係などについて、維持されるべき寸法を指定することが可能である。

最後に、少なくとも１つの限界条件を考慮に入れて、修正された基準輪郭Ｒ^＊は、全ての限界条件を満たし、かつ少なくとも必要な部分において仮想工具モデルＭの内側に配列され、この修正された基準輪郭Ｒ^＊は工具の所望の輪郭ＳＫを表す。

この処理は図６〜図８によって概略的に示されている。図６から、修正された基準輪郭Ｒ^＊は、仮想工具モデルＭの内側に位置するという条件を満たさないことが推論され得る。工具１６上の凹み３５及び切欠き３７が存在する位置において、修正された基準輪郭Ｒ^＊は、仮想工具モデルＭと交差し、したがって工具の所望の輪郭ＳＫとして使用することはできない。

図７による概略図から、修正された基準輪郭Ｒ^＊は仮想工具モデルＭの内側に実際に位置しているが、修正された基準輪郭Ｒ^＊と凹み３５又は切欠き３７との間に不必要な材料除去をもたらす不必要に大きな距離が残っているため、材料の除去が多くなりすぎることが推論され得る。

図８は、工具の所望の輪郭ＳＫを形成する、最適化された、修正された基準輪郭Ｒ^＊を概略的に示す。この場合、再加工の間に工具の所望の輪郭ＳＫによっていずれの損傷３５、３７もなくされ、同時に、材料の除去は、所望により存在する追加の限界条件を考慮に入れて最小限にされる。

方法工程Ｖ８において工具の所望の輪郭ＳＫが確定された後で、第９の方法工程Ｖ９において工具１６は工具の所望の輪郭ＳＫと機械加工プログラムＰＲとに基づいて機械加工され、それにより工具１６の実際の工具輪郭は、技術的に可能な精度の枠内で工具の所望の輪郭ＳＫに一致する。

続いて、方法Ｖは第１の方法工程Ｖ１０で完了される。

図２における例の方法フローの代替として、第９の方法工程Ｖ９の後に測定ユニット１７を用いて新たな測定を実行し、結果として得られた仮想工具モデルＭを、第８の方法工程Ｖ８で生成された所望の輪郭ＳＫと比較して偏差を判定することも可能である。所望により、変更された所望の輪郭がそこから計算されてもよく、かつ新たな機械加工が機械加工ユニット１８を用いて実行されてもよい。通例、そのような反復処理フローは必要ない。

上記では、方法Ｖについて、使用済み工具１６（図４）を再加工するための例として説明した。しかし方法Ｖは、新たな工具の製造の枠内でも好適である。

図９は、例えば３Ｄ印刷による又は連続する層における選択的レーザ溶融による、付加的製造プロセスによって製造された工具１６を、例示的に、概略的に示す。この製造方法について述べると、達成可能な精度は多くの場合、工具１６の仕様を満たすのに十分ではない。さらに、このようにして製造された工具１６の表面は比較的粗い。そのように形成された工具ブランク１６は、その特性及び表面品質が仕様を満たすように、方法Ｖに従って測定され再加工されることが可能である。

別の使用選択肢が図１０及び図１１に概略的に示されている。図１０は、固体カーバイドコア４１と固体カーバイドコア４１の少なくとも部分に塗布されたコーティング４２とを有する工具１６を示す。現在ではそのようなコーティングは３μｍ未満の極端に小さな層厚さを有する。これは、より大きな層厚さによって切削エッジの極端すぎる丸みがもたらされるという事実による。しかし最小限の層厚さは、工具１６の使用及び有効寿命の観点から不適切である。本発明によれば、固体カーバイドコア４１は、明らかにより厚いコーティング４２を備えてもよく、例えば最大３０μｍの厚さを有するコーティング４２を備えてもよい。実際にはこの場合、工具１６の特性が変わり、もはや仕様を満たさないが、上記で説明した方法Ｖが続いて実行され、それにより必要な特性が再び達成される。例えば、エッジ半径、切削角、逃げ角、コーティング４２によって隠される構造、刃溝寸法などが再び露出されるか又は回復されることが可能である。したがって、最大３０μｍの明らかにより大きな層厚さが達成されてもよい。それにもかかわらず、必要な特性を呈する工具１６を迅速にかつ効率的に製造可能である。図１１によって概略的に示すように、例えば、固体カーバイドコア４１へのコーティング４２の塗布による極端な丸み４２ａは、切削エッジにおける工具の輪郭が所望の輪郭ＳＫに一致するようにコーティング４２の材料体積４２ｂが除去されることによって補正される。

図１２及び図１３は、工具１６の新たな製造の別の例示的実施形態を示す。この場合、キャリア４３とキャリア４３上に配列された少なくとも１つの切削プレート４４とを有する工具１６が示されている。多くの場合、切削プレート４４は、例えば鑞付けによってキャリア４３に材料接合される。その際に、場合によっては、切削プレート４４の必要な位置が正確には達成されない。図１３において、切削プレートの所望の位置４４ｓは破線で概略的に示されている。特に鑞付けによる、材料接合される取り付けの間、切削プレート４４は変形され、実際の位置４４ｉを占める。鑞付けの間に １又は複数の空間方向における位置的偏差に加えて切削プレートの半径方向外側輪郭における輪郭偏差が、キャリア４３への切削プレート４４の鑞付けの結果として発生する可能性がある。切削プレートは曲がる場合があり、その結果としてまた、工具における材料の除去を規定する半径方向外側エッジに湾曲が付与される。

複数の刃、特に（例えば図１２によって示されるものなどの）長い刃を有する工具の場合、鑞付け処理によって発生するプレートの反り（切削プレート４４の湾曲）の測定を可能にするために、切削プレート４４の刃に沿った複数の走査点４５がこれまでは必要であった。これは機械加工ユニットにおいて実行され、非常に長い時間を要した。この時間の間、機械加工ユニットは非生産的である。本発明により、プレートシート測定、及び所望により補償計算も、測定ユニット１７内で別個に実行することが可能なため、機械加工ユニット１８における機械加工時間（ＥＤＭ及び／又は研削及び／又はレーザ機械加工）を大幅に減らすことが可能である。３次元測定、及び所望の輪郭ＳＫの確定は、測定ユニット１７によって先行して実行されてもよく、工具１６についてのデータは機械加工ユニット１８に渡されてもよい。先行した測定により、及び必要に応じて、所望の輪郭ＳＫに一致する実際の輪郭の生成のための機械加工データを前もって確定することにより、機械加工プロセスをより効率的にすることが可能である。刃又は切削プレート４４の３Ｄスキャニングは、個々の走査点４５における接触よりはるかに効率的である。加えて、３Ｄスキャニングによって、所望の輪郭ＳＫに相対的な切削プレート４４の材料公差を正確に判定することも理想的に可能である。タッチ接触のみを用いると、特に輪郭プロセシングの場合、これは非常に複雑である。

上記で説明した方法Ｖを用いて、切削プレート４４を装備したキャリア４３を３次元で測定すること、及び仮想工具モデルＭを生成することが可能である。続いて、工具１６の特性が維持されるように、切削プレート４４が必要に応じて再加工されることが可能である。

本発明は、材料を除去することによって工具１６を機械加工する装置１５及び方法Ｖに関する。工具１６は最初に測定ユニット１７を使用して３次元で測定され、そこから３次元仮想工具モデルＭが形成される。この仮想工具モデルＭは、特定の工具データセットＷＤからの基準輪郭Ｒと比較される。一致が判定された場合、工具データセットＷＤに割り当てられた機械加工プログラムＰＲが選択され、３次元工具モデルＭ内に基準輪郭Ｒをはめ込むことによって所望の輪郭ＳＫが確定される。工具１６は次に、この所望の輪郭ＳＫに基づいて機械加工されてもよい。

１５ 装置
１６ 工具
１７ 測定ユニット
１８ 機械加工ユニット
１９ 制御ユニット
２０ メモリユニット

２３ 測定装置
２４ ３Ｄスキャナ
２５ レーザビーム
２６ カメラ

２９ 工具ホルダ
３０ 機械加工工具
３１ 研削ディスク
３２ レーザ

３５ 凹み
３６ 矢印
３７ 切欠き

４０ 層
４１ 固体硬質金属コア
４２ コーティング
４２ａ 丸みのある領域
４２ｂ 材料体積
４３ キャリア
４４ 切削プレート
４４ｉ 切削プレートの実際の位置
４４ｓ 切削プレートの所望の位置
４５

ＡＷ 軸角度位置
Ｄ 回転軸
Ｍ ３次元仮想工具モデル
ＭＰ モデルパラメータ
Ｒ 基準輪郭
ＳＫ 工具の所望の輪郭

Ｖ 方法
Ｖ１ 第１の工程
Ｖ２ 第２の工程
Ｖ３ 第３の工程
Ｖ４ 第４の工程
Ｖ５ 第５の工程
Ｖ６ 第６の工程
Ｖ７ 第７の工程
Ｖ８ 第８の工程
Ｖ９ 第９の工程
Ｖ１０ 第１０の工程

ＷＤ 工具データセット
ＷＰ 工具パラメータ

Claims (16)

1. 材料を除去することによって工具（１６）を機械加工する方法（Ｖ）であって、
   − 前記工具（１６）の測定を３次元で実行し、３次元測定の測定データに基づいて工具（１６）の３次元仮想工具モデル（Ｍ）を生成する工程、
   − 前記工具（１６）のそれぞれ１つの基準輪郭（Ｒ）を有する、及び／又は前記工具（１６）の１つの特性に対応する少なくとも１つの工具パラメータ（ＷＰ）を有する、いくつかの工具データセット（ＷＤ）を提供する工程であって、各工具データセット（ＷＤ）にはそれぞれ１つの機械加工プログラム（ＰＲ）が割り当てられている工程、
   − 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）をそれぞれの基準輪郭（Ｒ）と比較する、及び／又は前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）に応じて確定された、かつ前記工具（１６）の特性に対応するモデルパラメータ（ＭＰ）を、記憶された工具データセット（ＷＤ）のそれぞれの工具パラメータ（ＷＰ）と比較する工程、
   − 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）及び／若しくは少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）に対応する前記工具データセット（ＷＤ）を選択する、又は前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）及び若しくは前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）に対応する工具データセット（ＷＤ）を生成し選択する工程、
   − 前記工具データセット（ＷＤ）に基づいて確定された又は前記工具データセット（ＷＤ）内に含まれる基準輪郭（Ｒ）を、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）内に、材料の除去が最小限であるという限界条件の下ではめ込むことによって、工具の所望の輪郭（ＳＫ）を生成する工程、
   − 前記工具の所望の輪郭（ＳＫ）に対応する実際の工具輪郭を形成するために、材料を除去することによって前記工具（１６）を機械加工する工程、
   を有する、方法。
2. 前記方法は、摩耗した又は損傷した切削工具（１６）を再加工するために用いられる（ｅｉｎｇｅｒｉｃｈｔｅｔ）ことを特徴とする、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、付加的製造プロセスによって形成された工具ブランクを機械加工するために用いられることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記方法は、コーティング（４２）を備える固体カーバイド工具を機械加工するために用いられることを特徴とする、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法は、キャリア（４３）と前記キャリア（４３）上に配列された少なくとも１つの切削プレート（４４）とを備える工具（１６）を機械加工するために用いられることを特徴とする、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. １又は複数の切削プレート（４４）の半径方向外側エッジの経路は、機械加工ユニット（１８）によって、前記所望の輪郭（ＳＫ）に応じて補正されることを特徴とする、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）の前記工具データセット（ＷＤ）との比較の間に、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）を基準とした座標系の少なくとも１つの軸の周りでの、前記基準輪郭（Ｒ）のシフト及び／又は回転が実行されることを特徴とする、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記工具の所望の輪郭（ＳＫ）の生成の間に、前記基準輪郭（Ｒ）は少なくとも１又は複数の部分においてシフト及び／又は回転及び／又はスケーリングされることを特徴とする、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記工具の所望の輪郭（ＳＫ）の生成の間に、少なくとも１つの追加の限界条件として、少なくとも１つの指定された特性の維持が前記工具（１６）のために指定されることを特徴とする、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記工具の所望の輪郭（ＳＫ）と前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）との間の差は、除去される材料の体積を表すことを特徴とする、
    請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 各工具データセット（ＷＤ）は、基準輪郭（Ｒ）と少なくとも１つの工具パラメータ（ＷＰ）とを含むことを特徴とする、
    請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. １つの工具データセット（ＷＤ）の選択の前の比較の間に、最初に、前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）が前記少なくとも１つの工具パラメータ（ＷＰ）と比較され、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）の前記基準輪郭（Ｒ）との比較は、前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）が前記少なくとも１つの工具パラメータ（ＷＰ）に一致した工具データセット（ＷＤ）についてのみ実行されることを特徴とする、
    請求項１１に記載の方法。
13. ３次元仮想工具モデル（Ｍ）を使用した少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）の確定は、
    − 測定プログラムを生成及び／又は選択する工程であって、前記測定プログラムは、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）を通る少なくとも１つの切断面と、１つの測定タスクとを指定し、前記１つの測定タスクを用いれば、確定されるべき前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）を、前記少なくとも切断面と前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）との間の少なくとも１つの切断輪郭を用いて確定可能である、工程、
    − 前記測定プログラムを起動し、前記少なくとも１つの切断面内の、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）の前記少なくとも１つの切断輪郭を用いて、前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）を確定する工程、
    を含むことを特徴とする、
    請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記モデルパラメータ（ＭＰ）として、切削角、及び／又は逃げ角、及び／又はくさび角、及び／又は刃の数、及び／又は角ピッチ、及び／又は工具の長さ、及び／又はコア径、及び／又は捩れ角、及び／又は切削エッジにおけるコーナ半径が確定されることを特徴とする、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）は、
    − 前記工具（１６）をいくつかの方向から評価し、測定データをドットクラウド（ＰＷ）の形態で生成すること、
    − 前記ドットクラウド（ＰＷ）に基づいて前記工具（１６）の前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）を生成すること、
    によって生成されることを特徴とする、
    請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 材料を除去することによって工具（１６）を機械加工する装置（１５）であって、
    材料を除去することによって前記工具（１６）を機械加工するために配置された機械加工ユニット（１８）を有し、
    前記工具（１６）の３次元仮想工具モデル（Ｍ）の生成のための測定データを生成するために配置された少なくとも１つの測定装置（２３）を有し、
    いくつかの工具データセット（ＷＤ）が記憶されたメモリユニット（２０）を有し、各前記工具データセット（ＷＤ）は、前記工具（１６）の基準輪郭（Ｒ）、及び／又は前記工具（１６）の特性に対応する少なくとも１つの工具パラメータ（ＷＰ）を含み、各工具データセット（ＷＤ）にはそれぞれ１つの機械加工プログラム（ＰＲ）が割り当てられており、
    制御ユニット（１９）を有し、前記制御ユニット（１９）は、
    − 前記少なくとも１つの測定装置（２３）を用いて前記工具（１６）の測定を３次元で実行する工程、
    − 前記測定装置（２３）の測定データに基づいて前記工具（１６）の３次元仮想工具モデル（Ｍ）を生成する工程、
    − 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）をそれぞれの基準輪郭（Ｒ）と比較する、及び／又は前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）に応じて確定されたかつ前記工具（１６）の特性に対応するモデルパラメータ（ＭＰ）を、記憶された工具データセット（ＷＤ）のそれぞれの工具パラメータ（ＷＰ）と比較する工程、
    − 前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）及び／若しくは少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）に対応する前記工具データセット（ＷＤ）を選択する、又は前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）及び若しくは前記少なくとも１つのモデルパラメータ（ＭＰ）に対応する工具データセット（ＷＤ）を生成し選択する工程、
    − 前記工具データセット（ＷＤ）に基づいて確定された又は前記工具データセット（ＷＤ）内に含まれる基準輪郭（Ｒ）を、前記３次元仮想工具モデル（Ｍ）内に、材料の除去が最小限であるという限界条件の下ではめ込むことによって、工具の所望の輪郭（ＳＫ）を生成する工程、
    − 前記工具の所望の輪郭（ＳＫ）に対応する実際の工具輪郭を形成するために、材料を除去することによって前記工具（１６）を機械加工する工程、
    を実行又は制御するために配置される、
    装置（１５）。

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