特許 7556972 力センサを有する切削機、この種の切削機の使用、及びこの種の切削機の力センサを較正する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】力センサを有する切削機、この種の切削機の使用、及びこの種の切削機の力センサを較正する方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20240918BHJP

   B23B 29/24 20060101ALI20240918BHJP

   B23B 27/00 20060101ALI20240918BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20240918BHJP

   G01L 5/167 20200101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 H

B23B29/24 Z

B23B27/00 D

G01L5/00 D

G01L5/167

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022552763

(86)(22)【出願日】2021-01-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-26

(86)【国際出願番号】 EP2021051358

(87)【国際公開番号】W WO2021185496

(87)【国際公開日】2021-09-23

【審査請求日】2022-10-20

(31)【優先権主張番号】20164251.9

(32)【優先日】2020-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】502281471

【氏名又は名称】キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ケイツェル、グンナー

(72)【発明者】

【氏名】コーラー、デニス

【審査官】山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－３０１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８３０７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／００，２９／００，２９／２４－２９／２６；

Ｂ２３Ｑ １７／０９；

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物（９）の切削加工用の切削機（１）であって、切削加工は、幾つかの必要なツール（１４．０１～１４．０６）を用いることによって時系列の製作ステップにて行われ、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）は、横軸ｘと垂直軸ｚとからなる横断面ｘｚ内で切削運動を行い、水平軸ｙに沿って順送り運動を行い、製作ステップごとに、必要なツール（１４．０１～１４．０６）が前記被加工物（９）によって切削抵抗（Ｋｗ）を与えられ、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）を全て同時に保持するツール・ホルダ（１３）を備えるとともに前記ツール・ホルダ（１３）を移動させるツール・スライド（１１）を備え、前記ツール・ホルダ（１３）の移動によって、製作ステップごとに、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）のうちの１つが被加工物（９）と整列することができるとともに、切削加工を行うために、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）と前記被加工物（９）とが互いに対して移動することができる切削機（１）において、前記ツール・ホルダ（１３）が、前記ツール・ホルダ（１３）と前記ツール・スライド（１１）との間に少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）を備え、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、メインパワー接続の状態で、被加工物（９）の前記切削加工の際に、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）のうちの１つによって与えられた切削抵抗（Ｋｗ）を測定することを特徴とする、切削機（１）。

【請求項2】

前記ツール・ホルダ（１３）が、複数の凹部（１３．０７～１３．０９）と少なくとも１つのキャビティ（１３．１０）とを備え、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、前記凹部（１３．０７～１３．０９）に挿入され、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、信号回線（１２．１０、１２．２０、１２．３０）を介して、信号ソケット（１２．４）に電気的に接続され、前記信号回線（１２．１０、１２．２０、１２．３０）が前記キャビティ（１３．１０）に導かれていることを特徴とする、請求項１に記載の切削機（１）。

【請求項3】

前記ツール・ホルダ（１３）が第１の締結手段（１３．３１、１３．３２、１３．３３）と第２の締結手段（１３．４１、１３．４２、１３．４３）とを備え、前記ツール・ホルダ（１３）が前記第１の締結手段（１３．３１、１３．３２、１３．３３）を介するとともに前記第２の締結手段（１３．４１、１３．４２、１３．４３）を介して前記ツール・スライド（１１）に締結されることを特徴とする、請求項２に記載の切削機（１）。

【請求項4】

前記ツール・スライド（１１）に締結された前記ツール・ホルダ（１３）が、前記凹部（１３．０７～１３．０９）の領域内で隙間（ｓ）だけ前記ツール・スライド（１１）から離間されており、前記凹部（１３．０７～１３．０９）に挿入された前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、前記凹部（１３．０７～１３．０９）の前記領域内で第２のハウジング端面（１２．１２、１２．２２、１２．３２）を介して前記ツール・スライド（１１）に面接触していることを特徴とする、請求項３に記載の切削機（１）。

【請求項5】

前記ツール・スライド（１１）に締結された前記ツール・ホルダ（１３）が、前記第２の締結手段（１３．４１、１３．４２、１３．４３）の領域内で接触面（１３．００）を介して前記ツール・スライド（１１）に面接触しており、前記ツール・スライド（１１）に締結された前記ツール・ホルダ（１３）の前記キャビティ（１３．１０）が、前記ツール・スライド（１１）によって、外部に対して封止されていることを特徴とする、請求項４に記載の切削機（１）。

【請求項6】

前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）の前記第２のハウジング端面（１２．１２、１２．２２、１２．３２）の総和が、前記ツール・ホルダ（１３）の前記接触面（１３．００）よりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載の切削機（１）。

【請求項7】

前記第１の締結手段（１３．３１、１３．３２、１３．３３）が、前記ツール・ホルダ（１３）を前記ツール・スライド（１１）に締結することによって、前記凹部（１３．０７～１３．０９）に挿入された前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）を機械的に付勢することを特徴とする、請求項３から６までのいずれか一項に記載の切削機（１）。

【請求項8】

前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）がそれぞれ前記切削抵抗（Ｋｗ）の同じ力成分を測定することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の切削機（１）。

【請求項9】

被加工物（９）の切削加工用の切削機（１）の使用であって、切削加工は、幾つかの必要なツール（１４．０１～１４．０６）を用いることによって時系列の製作ステップにて行われ、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）は、横軸ｘと垂直軸ｚとからなる横断面ｘｚ内で切削運動を行い、水平軸ｙに沿って順送り運動を行い、製作ステップごとに、必要なツール（１４．０１～１４．０６）が前記被加工物（９）によって切削抵抗（Ｋｗ）を与えられ、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）を全て同時に保持するツール・ホルダ（１３）を備えるとともに前記ツール・ホルダ（１３）を移動させるツール・スライド（１１）を備え、前記ツール・ホルダ（１３）の移動によって、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）のうちの１つが被加工物（９）と整列するとともに、製作ステップごとに切削加工を行うために前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）と前記被加工物（９）とが互いに対して移動する切削機１の使用において、前記ツール・ホルダ（１３）が、前記ツール・ホルダ（１３）と前記ツール・スライド（１１）との間に少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）を備え、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、メインパワー接続の状態で、被加工物（９）の前記切削加工の際に、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）のうちの１つによって与えられた切削抵抗（Ｋｗ）を測定することを特徴とする、切削機（１）の使用。

【請求項10】

前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）が前記被加工物（９）の前記切削加工の際に横軸（ｘ）の方向に切削運動を行い、それによって前記切削抵抗（Ｋｗ）が前記横軸（ｘ）の方向に主切削力成分（Ｋｗｘ）を有し、製作ステップごとの各単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、その他の単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）とは独立して、前記切削抵抗（Ｋｗ）を前記主切削力成分（Ｋｗｘ）として測定し、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、測定された前記主切削力成分（Ｋｗｘ）のアナログ測定信号（Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３）を生成することを特徴とする、請求項９に記載の使用。

【請求項11】

前記ツール・ホルダ（１３）が前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）を異なる位置（ｉ）にて保持し、前記切削加工の際に、前記切削抵抗（Ｋｗ）の力の流れが、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）のそれぞれに対する必要なツール（１４．０１～１４．０６）の前記位置（ｉ）に固有であり、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）のそれぞれが前記切削抵抗（Ｋｗ）を位置固有的に測定することを特徴とする、請求項１０に記載の使用。

【請求項12】

前記切削機（１）が少なくとも１つのコンバータ・ユニット（１６．１）を備え、前記コンバータ・ユニット（１６．１）が、必要なツール（１４．０１～１４．０６）によって行われた製作ステップごとのアナログ測定信号（Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３）をデジタル測定信号（Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３）に変換し、前記切削機（１）が少なくとも１つのコンピュータ（１６．２）を備え、前記コンピュータ（１６．２）が製作ステップごとの前記デジタル測定信号（Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３）を合計して位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を得ることを特徴とする、請求項１１に記載の使用。

【請求項13】

前記コンピュータ（１６．２）に、前記被加工物（９）の材料及び必要なツール（１４．０１～１４．０６）の切削材料に関しての基準信号（Ｒ）が記憶され、前記コンピュータ（１６．２）が製作ステップごとの基準信号（Ｒ）を読み出し、前記コンピュータ（１６．２）に、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）に対して、必要なツール（１４．０１～１４．０６）の位置（ｉ）に関しての較正係数（α_ｉ）が記憶され、前記コンピュータ（１６．２）が製作ステップごとの較正係数（α_ｉ）をインポートし、前記コンピュータ（１６．２）が、製作ステップごとに、読み出した較正係数（α_ｉ）を、前記位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）に乗算し、前記コンピュータ（１６．２）が、製作ステップごとに、読み出した較正係数（α_ｉ）を乗算した前記位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）と、読み出した前記基準信号（Ｒ）との差（Δ）を計算することを特徴とする、請求項１２に記載の使用。

【請求項14】

前記コンピュータ（１６．２）に既定の公差値（Ｔ）が記憶され、前記コンピュータ（１６．２）が製作ステップごとの既定の公差値（Ｔ）を読み出し、製作ステップごとに、前記コンピュータ（１６．２）は、差（Δ）を前記既定の公差値（Ｔ）と比較し、前記差（Δ）が前記既定の公差値（Ｔ）以下の場合は、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）は摩耗しておらず引き続き使用されると結論付けられ、前記差（Δ）が前記既定の公差値（Ｔ）よりも大きい場合は、前記必要なツール（１４）は摩耗しており交換されると結論付けられることを特徴とする、請求項１２に記載の使用。

【請求項15】

請求項１から８までのいずれか一項に記載の切削機（１）の単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）を、較正力トランスデューサ（２２）を使用して較正する方法であって、第１の処理ステップ（２１０）で前記切削機（１）のツール・ホルダ（１３）が提供され、前記ツール・ホルダ（１３）が少なくとも１つの必要なツール（１４．０１～１４．０６）と少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）を備えるとともに、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）が前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）に対して相対的な位置（ｉ）に配置され、更なる処理ステップ（２３０）で前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）に較正力（Ｋｋ）が加えられ、更なる処理ステップ（２４０）で前記較正力（Ｋｋ）が前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）及び前記較正力トランスデューサ（２２）によって測定され、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）が、測定された前記較正力（Ｋｋ）のアナログ測定信号（Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３）を生成し、前記測定された較正力（Ｋｋ）のアナログ較正信号（Ｋａ）が前記較正力トランスデューサ（２２）によって生成され、アナログ測定信号（Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３）がデジタル測定信号（Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３）に変換され、アナログ較正信号（Ｋａ）がデジタル較正信号（Ｋｄ）に変換され、更なる処理ステップ（２６０）でデジタル測定信号（Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３）を合計して位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を取得し、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）の前記位置（ｉ）の前記位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）が、前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）の前記位置（ｉ）のデジタル較正信号（Ｋｄ）と比較され、前記比較の結果が、前記単一構成要素力トランスデューサ（１２．１、１２．２、１２．３）に対して相対的に前記必要なツール（１４．０１～１４．０６）の前記位置（ｉ）に固有の較正係数（α_ｉ）となることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力トランスデューサを備えた切削機に関する。更には、本発明は、この種の切削機の使用に関する。更には、本発明は、この種の切削機の力トランスデューサを較正するプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

切削機はよく知られている。周知の切削機としては、旋盤、フライス盤、機械鋸などがある。切削機は、被加工物を切りくず除去機械加工することによって、すなわちくさび形の切削ブレードを用いて被加工物から材料を除去することによって成形するために使用される。切削ブレードは、加工力を与える。被加工物は、金属、木材、プラスチックなどの任意の材料からなる。切削ブレードは、金属、セラミックスなどの硬度、耐力、及び靭性のある切削材料からなる。切りくず除去機械加工に用いられる周知のツールには、チゼル、旋盤チゼル、フライス・カッター、座ぐりカッター、鋸ブレードなどがある。

【0003】

切りくず除去機械加工ができるように、被加工物とツールとは互いに対して移動し合う。このため、被加工物とツールは共に直線で、又は円で移動する。切削機は、この目的のために、電気駆動ユニットや空気圧駆動ユニットなどの幾つかの駆動ユニットを備える。

【0004】

被加工物を費用効率良く且つ安定した品質で製造するには、加工力を測定することが望ましいが、それは、加工力が、切りくず除去機械加工の際に生じる高温とともに、切削ブレードを摩耗させるからである。摩耗により切削ブレードのブレード形状が変わる。更には、摩耗した切削ブレードでは、被加工物の切りくず除去機械加工を行うのにより大きな加工力が必要になり、これは切削機の消費エネルギー増として返ってくるとともに、被加工物の表面品質及び寸法精度を低下させることにもなる。

【0005】

欧州特許出願公開第０４３３５３５Ａ１号は、切削機内の被加工物を切りくず除去機械加工する際に加工力を測定する力トランスデューサを備えた周知の構成を開示する。力トランスデューサは、機械加工部の凹部に圧入方法で挿入されている。

【0006】

しかし、この周知の構成には、加工力がその作用点すなわち切削ブレードにてではなく、切削ブレードから離れた任意の地点すなわち任意の機械加工部で測定されるという欠点がある。そこでは、加工力は、機械加工部で生じる機械的な応力として間接的な方法で測定される。機械的な応力はそれ自体が機械加工部の寸法及び質量の影響を受ける。

【0007】

更には、この周知の構成による力トランスデューサは、機械加工部内に力の分流の状態で配置される。力の分流の状態では、発生する機械的な応力のほんの一部しか測定できない。これらのことから、加工力の測定の精度は低くなる。加工力を測定する際の精度は、測定した加工力と実際の加工力との差を示し、加工力の測定の精度が高ければ高いほど、測定した加工力と実際の加工力との差は小さくなる。

【0008】

更には、この周知の構成による力トランスデューサは、加工力の幾つかの力成分を測定する。この力トランスデューサは、ｘ方向に送り力を、ｙ方向に受動力を、及びｚ方向に主切削力を測定する。この多構成要素力トランスデューサは、力成分ごとに少なくとも１つの圧電素子を備える。圧電素子は、力成分を高感度で検出するように配置される。少なくとも３つの圧電素子は、ハウジング内部で、ｚ方向に１つずつ積み上げられる。その結果、多構成要素力トランスデューサの構造寸法はｚ方向に比較的大きな高さを有する。この種の多構成要素力トランスデューサは、型式指定９０２７Ｃ及びデータ・シート９０２７Ｃ＿０００－７２６ｄ－０３．１０を用いて本出願人から購入可能である。多構成要素力トランスデューサは、外径２４．０ｍｍ、内径９．６ｍｍ、及び高さ１２．０ｍｍの中空円筒形状である。更には、当該多構成要素力トランスデューサを調達するには比較的費用がかかる。

【0009】

通常、被加工物の切りくず除去機械加工は、複数の必要なツールを用いて、時系列の製作ステップにて行われる。このため、ツールは頻繁に取り換えられる。新しい製造ステップごとに、新しいツールを被加工物と整列させる。従って、切削機は、迅速で費用効率の良いツールの切換えと、迅速で、同じ様に費用効率の良いツールの整列のためのツール・ホルダを備える。ツール・ホルダは、切りくず除去機械加工の製造ステップに必要とされたツールを全て同時に保持する。この目的のために、ツール・ホルダは、必要とされたツールを全て切りくず除去機械加工処理が始まる前に装着する。このようにすることで、切りくず除去機械加工処理中にツールを切削機から取り外す、又は切削機に挿入する必要がなくなる。切りくず除去機械加工の際に、新しいツールに取り換え、この新しいツールを被加工物と整列させるには、ツール・ホルダを被加工物に対して相対的に移動させるだけでよい。新しいツールが被加工物と整列したら、ツール及び被加工物を互いに対して相対的に移動させて切りくず除去機械加工を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】欧州特許出願公開第０４３３５３５Ａ１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の第１の目的は、被加工物を切りくず除去機械加工する際に作用する加工力を切削機内で力トランスデューサによって高い精度で測定することである。本発明の第２の目的は、切削機内で力トランスデューサを省スペースな方法で配置して、被加工物を切りくず除去機械加工する際に作用する加工力を測定することである。更に、本発明の第３の目的は、力トランスデューサによって、費用効率の良い方法で、被加工物を切りくず除去機械加工する際に作用する加工力を測定することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

これらの目的のうちの少なくとも１つは、独立請求項の特徴によって達成された。

【0013】

本発明は、複数の必要なツールを用いる時系列の製作ステップにて行われる、被加工物の切りくず除去機械加工用の切削機に関し、製作ステップごとに、必要なツールが被加工物に加工力を与えることができ、必要なツールを全て同時に保持するツール・ホルダを備えるとともにツール・ホルダを移動させるツール・スライドを備え、ツール・ホルダの移動によって、必要なツールのうちの１つが被加工物と整列することができるとともに、製作ステップごとに切りくず除去機械加工を行うために、必要なツールと被加工物とが互いに対して相対的に移動でき、当該ツール・ホルダが少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサを備え、単一構成要素力トランスデューサが、被加工物の切りくず除去機械加工の際に、必要なツールのうちの１つによって与えられた加工力を力の主結合の方向に測定する切削機に関する。

【0014】

本発明は、この種の切削機の使用にも関する。

【0015】

本発明は、この種の切削機の力トランスデューサを較正する方法にも関する。

【0016】

本目的の更に有利な解決策は、従属請求項の特徴によって達成された。

【0017】

次に、以下の図面を参照して、本発明を実例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ツール・ホルダと力トランスデューサとを備えた切削機の複数の部分の一実施例を示す図である。

【図2】図１による切削機の複数の部分を示す分解図である。

【図3】図１による切削機の複数の部分を概略的に示す、線ＺＺ’に沿った断面図である。

【図4】図１による切削機の複数の部分を概略的に示す、線ＸＸ’に沿った断面図である。

【図5】図１による切削機の力トランスデューサを較正する処理ステップの流れ図である。

【図6】図１による切削機のツール保持用装置上で図５による処理ステップを実行する較正用装置の一実施例の複数の部分を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

全図面にわたり、同じ部分は常に同じ符号により指定する。

【0020】

図１～４は被加工物９を切りくず除去機械加工する切削機１の一実施例の複数の部分を示す。切削機１は、３つの軸ｘ、ｙ、ｚを有する直交座標系内に配列され、これらの３つの軸は、横軸ｘ、水平軸ｙ、及び垂直軸ｚとも呼ぶ。

【0021】

被加工物９は、金属、木材、プラスチックなどの任意の材料からなる。

【0022】

切削機１は複数の必要なツール１４．０１～１４．０６を備える。必要なツール１４．０１～１４．０６によって、被加工物９の切りくず除去機械加工は、時系列の処理ステップにて行われる。図１～４の中で示した実例では、６つのツール１４．０１～１４．０６が６つの処理ステップにて必要となる。第１のツール１４．０１は第１の製作ステップにて必要となり、第２のツール１４．０２は第２の製作ステップにて必要となり、第３のツール１４．０３は第３の製作ステップにて必要となり、第４のツール１４．０４は第４の製作ステップにて必要となり、第５のツール１４．０５は第５の製作ステップにて必要となり、第６のツール１４．０６は第６の製作ステップにて必要となる。必要なツール１４．０１～１４．０６はそれぞれ、冷媒供給部１４．１１～１４．１６を有することが好ましい。

【0023】

被加工物９を切りくず除去機械加工する際に、必要なツール１４．０１～１４．０６は、横軸ｘと垂直軸ｚとからなる横断面ｘｚ内で切削運動を行う。更には、被加工物９を切りくず除去機械加工する際に、必要なツール１４．０１～１４．０６は、水平軸ｙに沿って順送り運動を行う。このプロセスで、必要なツール１４．０１～１４．０６は、被加工物９に加工力Ｋｗを与える。加工力Ｋｗは３つの力成分を含む。切削運動をすることによって、加工力Ｋｗは、横軸ｘの方向に主切削力成分Ｋｗｘ、及び垂直軸ｚの方向に受動力成分Ｋｗｚを有する。更には、順送り運動をすることによって、加工力Ｋｗは、水平軸ｙの方向に順送り力成分Ｋｗｙを有する。この主切削力成分Ｋｗｘは、様々なタイプの切りくず除去機械加工の中で量の点から最大の力成分である。更には、様々なタイプの切りくず除去機械加工の力成分をそれぞれ互いに比較すると、主切削力成分Ｋｗｘの量のばらつきが最も小さい。このため、主切削力成分Ｋｗｘは、様々なタイプの切りくず除去機械加工で必要とされるツール１４．０１～１４．０６の摩耗を示すインジケータとして適している。

【0024】

切削機１はツール・ホルダ１３を備える。ツール・ホルダ１３は、製作ステップで必要とされるツール１４．０１～１４．０６を異なる位置ｉ、ｉ＝１～６にて保持する。切りくず除去機械加工の作業が始まる前にツール・ホルダ１３に必要なツール１４．０１～１４．０６を全て装着し、その後ツール・ホルダ１３が必要なツール１４．０１～１４．０６を全て同時に保持する。ツール・ホルダ１３は、鋼や工具鋼などの機械的に耐力のある材料からなる。図１～４による実例において、ツール・ホルダ１３は、６つの必要なツール１４．０１～１４．０６を保持する。

【0025】

ツール・ホルダ１３は、必要なツール１４．０１～１４．０６を、必要なツール１４．０１～１４．０６の１本のシャフトで保持する。このため、ツール・ホルダ１３は、複数のツール凹部１３．０１～１３．０６と複数の保持手段１３．１１～１３．１６、１３．２１～１３．２６とを備える。

【0026】

６つのツール凹部１３．０１～１３．０６のそれぞれは、６つの必要なツール１４．０１～１４．０６のいずれかの１本のシャフトに対応するのが好ましい。保持手段１３．１１～１３．１６、１３．２１～１３．２６は、保持プレートと、保持プレート内にねじ孔と、保持ねじと、ツール・ホルダ１３内に内側ねじ溝とを備えたねじ締結部である。ツール凹部１３．０１～１３．０６のそれぞれは、第１の保持手段１３．１１～１３．１６及び第２の保持手段１３．２１～１３．２６に関連付いている。第１の保持手段１３．１１～１３．１６はそれぞれ１つの保持プレートと１つの保持ねじとを備え、第２の保持手段１３．２１～１３．２６はそれぞれ１つの保持プレートと２つの保持ねじとを備えていることが好ましい。第１の保持手段１３．１１～１３．１６はそれぞれ必要なツール１４．０１～１４．０６のシャフト上に保持プレートを載せて据わり、第２の保持手段１３．２１～１３．２６のそれぞれは必要なツール１４．０１～１４．０６のシャフト上に保持プレートを載せて据わる。保持ねじの外側ねじ溝は、保持プレート内のねじ孔を通って、ツール・ホルダ１３内の内側ねじ溝まで延在する。ねじは、水平軸ｙと平行に締結される。外側ねじ溝を内側ねじ溝にねじ締結すると、保持ねじが、必要なツール１４．１～１４．８のシャフトに対して保持プレートを押圧し、保持力で必要なツール１４．０１～１４．０６をツール凹部１３．０１～１３．０６に保持する。

【0027】

切削機１はツール・スライド１１を備える。ツール・スライド１１はツール・ホルダ１３を搭載する。作用反作用の原理によれば、ツール・スライド１１は、ツール・ホルダ１３から加工力Ｋｗを受け、同じ量だが反対方向に作用する反力を、ツール・ホルダ１３に与える。

【0028】

必要なツール１４．０１～１４．０６を装備したツール・ホルダ１３は、３つの第１の締結手段１３．３１、１３．３２、１３．３３と３つの第２の締結手段１３．４１、１３．４２、１３．４３とを介して、簡単且つ迅速に、ツール・スライド１１に締結するとともにツール・スライド１１から取り外すことも可能である。ツール・ホルダ１３は、３つの第１の締結手段１３．３１、１３．３２、１３．３３と３つの第２の締結手段１３．４１、１３．４２、１３．４３とを備えることが好ましい。締結手段１３．３１、１３．３２、１３．３３、１３．４１、１３．４２、１３．４３は、締結ねじと、ツール・ホルダ１３内にねじ孔と、ツール・スライド１１内に内側ねじ溝とを備えたねじ締結部である。ねじは、水平軸ｙと平行に締結される。締結ねじの外側ねじ溝は、ツール・ホルダ１３内のねじ孔を通ってツール・スライド１１内の内側ねじ溝まで延在する。締結ねじのねじ頭はツール・ホルダ１３内に据わる。外側ねじ溝を内側ねじ溝にねじ締結すると、締結ねじが、締結力でツール・スライド１１に対してツール・ホルダ１３を押圧する。

【0029】

ツール・スライド１１はツール・ホルダ１３を移動させる。この目的のために、ツール・スライド１１は、電気駆動ユニットや空気圧駆動ユニットなどの駆動ユニットを備える。駆動ユニットは、ツール・ホルダ１３を３つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って移動させる。

【0030】

切削機１は力トランスデューサ１２を備える。本発明によれば、力トランスデューサ１２は少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３からなる。図１～４による実例において、力トランスデューサ１２は３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３からなる。

【0031】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、鋼や工具鋼などの機械的に耐力のある材料からなるハウジングを備える。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は中空円筒形状で、２つのハウジング端面と、２つの側面と、中央のハウジング孔とを備える。ハウジング端面は垂直面ｘｚと平行に配置される。外側面は、半径方向にハウジング孔から離してハウジングを区切る。内側面は、ハウジング孔でハウジングを区切る。ハウジング孔の長手方向の軸は、水平軸ｙと平行に配置される。

【0032】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、ツール・ホルダ１３とツール・スライド１１との間に空間的に配置される。図１～４及び図６による実例では、３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、横軸ｘに沿って延びる線ＺＺ’上に配置される。

【0033】

ツール・ホルダ１３は単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を保持する。この目的のために、ツール・ホルダ１３は複数の凹部１３．０７～１３．０９を備える。凹部１３．０７～１３．０９は垂直面ｘｚと平行に配置される。凹部１３．０７～１３．０９の直径は、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３が凹部１３．０７～１３．０９に挿入可能であり、且つ挿入された単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３が、凹部１３．０７～１３．０９の領域内で半径方向外側の側面を介して保持されるような寸法である。第１の凹部１３．０７は、第１の単一構成要素力トランスデューサ１２．１を保持し、第２の凹部１３．０８は、第２の単一構成要素力トランスデューサ１２．２を保持し、第３の凹部１３．０９は、第３の単一構成要素力トランスデューサ１２．３を保持する。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を凹部１３．０７～１３．０９内にこのように保持することは、そうすることによって従来のツール・ホルダが任意の外形寸法で保持可能であり且つ変更しなくてもよいので、省スペースであり且つ費用効率も良い。

【0034】

凹部１３．０７～１３．０９の領域内で、ツール・スライド１１に締結されたツール・ホルダ１３は、ツール・スライド１１から隙間ｓだけ離間される。第２の締結手段１３．４１、１３．４２、１３．４３の領域において、ツール・スライド１１に締結されたツール・ホルダ１３は、接触面１３．００を介してツール・スライド１１に面接触している。

【0035】

凹部１３．０７～１３．０９に挿入された単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、第１の締結手段１３．３１～１３．３３を介してツール・スライド１１に締結される。第１の締結手段１３．３１～１３．３３は、締結ねじと、ツール・スライド１１内に内側ねじ溝とを備えたねじ締結部である。ハウジング孔の直径は、締結ねじが中を通って突出するような寸法である。締結ねじの外側ねじ溝は、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のハウジング孔を通ってツール・スライド１１内の内側ねじ溝まで延在する。締結ねじのねじ頭はツール・ホルダ１３内に据わる。外側ねじ溝を内側ねじ溝にねじ締結すると、締結ねじが、締結力でツール・スライド１１に対して単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を押圧する。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３をツール・ホルダ１３とツール・スライド１１との間にこのように締結することで非弾性的になり、且つ測定対象の加工力Ｋｗが単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３に作用しても実質的な減衰はないという利点にもなる。これは、弾性変形が生じると加工力Ｋｗが減衰され、加工力Ｋｗを正しく測定しないからである。

【0036】

このタイプの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、データ・シート９１４３Ｂ＿０００－１１３ｄ－０３．１６を伴う型式指定９１４５Ｂを用いて本出願人から購入可能である。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、外側面によって区切られた外径２４．０ｍｍ、内側面によって区切られた内径１０．１ｍｍ、及びハウジング端面間のｙ軸に沿って高さ３．５ｍｍを有する。

【0037】

先述の型式指定９０２７Ｃを備えた多構成要素力トランスデューサが高さ１２．０ｍｍを有するのに比べて、型式指定９１４５Ｂを備えた単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、ｙ軸に沿った高さが３分の１未満となる。図４による縮尺の断面図では、ｙ軸に沿って３倍を超える高さを有する多構成要素力トランスデューサを凹部内において保持するための空間であって、第１の締結手段でツール・スライド１１に対して多構成要素力トランスデューサを押圧するための空間が、ツール・ホルダ１３内にないことが分かる。

【0038】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、第１のハウジング端面１２．１１、１２．２１、１２．３１を介してツール・ホルダ１３に面接触しており、第２のハウジング端面１２．１２、１２．２２、１２．３２を介してツール・スライド１１に面接触している。ツール・ホルダ１３の接触面１３．００が凹部１３．０７～１３．０９の領域内でツール・スライド１１から隙間ｓだけ離間されるので、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のみが、凹部１３．０７～１３．０９の領域内でそれぞれの第２のハウジング端面１２．１２、１２．２２、１２．３２を介してツール・スライド１１に面接触する。

【0039】

少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の第２のハウジング端面１２．１２、１２．２２、１２．３２の総和は、ツール・ホルダ１３の接触面１３．００よりも大きくなることが好ましい。これにより、測定対象の加工力Ｋｗの大部分が、ハウジング端面１２．１２、１２．２２、１２．３２の総和によって、ツール・スライド１１に作用する。測定対象の加工力Ｋｗの若干分のみが、接触面１３．００を介してツール・スライド１１に作用する。従って、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、力の主結合の状態でツール・ホルダ１３とツール・スライド１１との間に空間的に配置される。

【0040】

少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、接触面１３．００よりも、必要なツール１４．０１～１４．０６までの距離を短くして配置されることが好ましい。例えば、図４による縮尺の断面図では、単一構成要素力トランスデューサ１２．３から必要なツール１４．０６までの距離は、接触面１３．００から必要なツール１４．０６までの距離の６６％しかない。その結果、測定対象の加工力Ｋｗの最大部分は、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３に作用し、測定対象の加工力Ｋｗの若干分のみが接触面１３．００に作用する。これは、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を力の主結合の状態でツール・ホルダ１３とツール・スライド１１との間に空間的に配置する、もう１つの理由である。

【0041】

この力の主結合は、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の代わりに１つの多構成要素力トランスデューサを使用した場合には達成されない。この理由は、先述の型式指定９０２７Ｃを備えた多構成要素力トランスデューサと型式指定９１４５Ｂを備えた単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３とが同じ外径２４．０ｍｍを有するからである。このため、多構成要素力トランスデューサの第２のハウジング端面の場合、ツール・ホルダ１３の接触面１３．００よりも小さくなるはずであり、多構成要素力トランスデューサをツール・ホルダ１３とツール・スライド１１との間に空間的に配置した場合、力の分流の状態になるはずである。

【0042】

更には、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の第２のハウジング端面１２．１２、１２．２２、１２．３２とツール・ホルダ１３の接触面１３．００とからなる総接触面の大きさは、垂直面ｘｚ内の、ツール・スライド１１の総接触面１１．００の大きさの少なくとも半分になる。このため、ツール・ホルダ１３とツール・スライド１１とは、それぞれの面の大部分にわたり互いに接触しており、そのことが、切削機１０は非常に剛性があり、したがって垂直面ｘｚ内に機械的な変形の可能性はないので、固有振動数が高くなるという利点になる。この利点は、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の代わりに１つの多構成要素力トランスデューサを使用した場合にはやはり達成されない。これは、先述の型式指定９０２７Ｃを備えた多構成要素力トランスデューサと型式指定９１４５Ｂを備えた単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３とが同じ外径２４．０ｍｍを有するからである。多構成要素力トランスデューサの場合、多構成要素力トランスデューサの第２のハウジング端面とツール・ホルダ１３の接触面１３．００とからなる総接触面の大きさは、垂直面ｘｚ内のツール・スライド１１の総接触面１１．００の大きさの半分未満になるはずである。

【0043】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、石英（ＳｉО_２）、カルシウムガロ－ゲルマネート（ｃａｌｃｉｕｍ ｇａｌｌｏ－ｇｅｒｍａｎａｔｅ：Ｃａ_３Ｇａ_２Ｇｅ_４Ｏ_１４、又はＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４、又はＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの単結晶からなり、且つチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［Ｚｒ_ｘＴｉ_１－ｘ］Ｏ_３、０≦ｘ≦１）などの圧電セラミックスからなる、圧電性の材料を備えた圧電性の力トランスデューサである。

【0044】

圧電性の材料は、中空円筒形状で、ハウジング端面と平行に配置され、それによって横断面ｘｚとも平行な端面を有する。このため、測定対象の加工力Ｋｗは、圧電性の材料からなる端面に作用する。圧電性の材料は、測定対象の加工力Ｋｗが作用する端面上で、加工力Ｋｗに対して最大感度を有するように配向させる。本発明の意味においては、感度とは、圧電性の材料に作用する加工力Ｋｗに対する、該加工力Ｋｗの影響下で発生した電気的な分極電荷の数の割合である。最大感度では、圧電性の材料は、最大数の電気的な分極電荷を発生する。従って、単結晶からなる圧電性の材料は、端面に作用する加工力Ｋｗに対して最大数の電気的な分極電荷を発生するような配向で、中空円筒形状に切る。この理由から、圧電セラミックスからなる圧電性の材料は、端面に作用する加工力Ｋｗに対して最大数の電気的な分極電荷を発生するように、電場で分極され、機械的な押圧によって中空円筒形状に成形される。

【0045】

少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、加工力Ｋｗの同じ力成分を測定することが好ましい。主切削力の力成分はｘ方向に測定されることが好ましい。以下では、主切削力のｘ方向の力成分を主切削力成分Ｋｗｘとも呼ぶ。この目的のために、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれは、主切削力成分Ｋｗｘに対して最大感度で電気的な分極電荷を発生するように配向された圧電性の材料を有する。このため、主切削力成分Ｋｗｘは冗長的に測定される。図１～４による実例において、３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、ハウジング端面を垂直面ｘｚと平行にして配置する。３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれは、横せん断の効果に応じて、横軸ｘに沿ったせん断力として、同じ主切削力成分Ｋｗｘを測定する。

【0046】

加工力Ｋｗの測定は、必要なツール１４．０１～１４．０６の位置ｉに固有のものである。図１～４による実例において、ツール・ホルダ１３は６つの必要なツール１４．０１～１４．０６を６つの異なる位置ｉ、ｉ＝１～６、にて保持し、切削機１は３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を備える。６つの必要なツール１４．０１～１４．０６のそれぞれは、３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれからは異なる距離に配置される。必要なツール１４．０１～１４．０６のそれぞれから単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれまでの距離が異なることによって、加工力Ｋｗの力の流れは、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれに対する必要なツール１４．０１～１４．０６の位置ｉに固有なものとなり、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のそれぞれは、若干異なる量の加工力Ｋｗを測定することとなる。典型的には、測定した加工力Ｋｗの量は０．７５から１．２５までの範囲で変動する。加工力Ｋｗを測定する際のこの位置固有性は、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３で行う加工力Ｋｗの冗長した測定によって低減される。これは、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の測定信号が加算されて位置固有平均化測定信号が得られるからである。

【0047】

電気的な分極電荷は端面からピックオフしなければならない。この目的のために、単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は電極を備える。電極は、銅や金などの導電性材料からなり、中空円筒形状である。１つの電極はそれぞれ、圧電性の材料からなる端面のうちの１つの上に直接配置される。

【0048】

第１の単一構成要素力トランスデューサ１２．１では、第１の信号電極が、電気的な分極電荷をアナログ測定信号Ｓａ_１として第１の端面からピックアップし、第１の接地電極が、電気的な分極電荷を第２の端面からピックアップする。第２の単一構成要素力トランスデューサ１２．２では、第２の信号電極が、電気的な分極電荷をアナログ測定信号Ｓａ_２として第１の端面からピックアップし、第２の接地電極が、電気的な分極電荷を第２の端面からピックアップする。更に、第３の単一構成要素力トランスデューサ１２．３では、第３の信号電極が、電気的な分極電荷をアナログ測定信号Ｓａ_３として第１の端面からピックアップし、第３の接地電極が、電気的な分極電荷を第２の端面からピックアップする。アナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３は、加工力Ｋｗの量に比例する。

【0049】

３つの信号電極はハウジングとは電気的に絶縁させ、３つの接地電極はハウジングに電気的に接続するとともにハウジングの接地電位上に配置する。３つの接地電極は全て同じ接地電位上にあるので、同じ符号により指定する。

【0050】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、信号回線１２．１０、１２．２０、１２．３０を介して、信号ソケット１２．４に電気的に接続する。第１の信号回線１２．１０は、第１の単一構成要素力トランスデューサ１２．１の第１の信号電極を信号ソケット１２．４に接続し、第２の信号回線１２．２０は、第２の単一構成要素力トランスデューサ１２．２の第２の信号電極を信号ソケット１２．４に接続し、第３の信号回線１２．３０は、第３の単一構成要素力トランスデューサ１２．３の第３の信号電極を信号ソケット１２．４に接続する。３つの信号回線１２．１０、１２．２０、１２．３０は、ツール・ホルダ１３の少なくとも１つのキャビティ１３．１０に導く。キャビティ１３．１０は、ツール・ホルダ１３をツール・スライド１１に締結する際に、ツール・ホルダ１３によって外部に対して封止されていることが好ましい。このように封止することによって、切りくず除去機械加工する際に、キャビティ１３．１０に導かれた信号回線１２．１０、１２．２０、１２．３０を外からの悪影響から保護する。信号ソケット１２．４はツール・ホルダ１３の外側に取り付ける。

【0051】

信号ケーブル１２．５は、外側から信号ソケット１２．４に電気的に接続することが可能である。ツール・ホルダ１３をツール・スライド１１に取り付ける度に、信号ケーブル１２．５も、クイック・リリース連結部を介して簡単且つ迅速に信号ソケット１２．４に電気的に接続される。一方、ツール・ホルダ１３をツール・スライド１１から取り外す際にも、クイック・リリース連結部を介して簡単且つ迅速に信号ケーブル１２．５は信号ソケット１２．４から電気的に分離される。信号ソケット１２．４と電気的に接触している信号ケーブル１２．５は、アナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３を信号ソケット１２．４から評価ユニット１６へと導く。

【0052】

必要なツール１４．０１～１４．０６による製作ステップごとに、第１の単一構成要素力トランスデューサ１２．１は、第１のアナログ測定信号Ｓａ_１を主切削力成分Ｋｗｘについて生成する。必要なツール１４．０１～１４．０６による製作ステップごとに、第２の単一構成要素力トランスデューサ１２．２は、第２のアナログ測定信号Ｓａ_２を主切削力成分Ｋｗｘについて生成する。更に、必要なツール１４．０１～１４．０６による製作ステップごとに、第３の単一構成要素力トランスデューサ１２．３は、第３のアナログ測定信号Ｓａ_３を主切削力成分Ｋｗｘについて生成する。各製作ステップは、１秒から１００秒まで継続する。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、時間分解能を１ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの周波数帯域にしてアナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３を生成する。

【0053】

電極が圧電性の材料からなる端面から発生した電気的な分極電荷を全てピックオフすることと、加工力Ｋｗが誤って測定されることになる圧電性の材料からなる端面に電気的な分極電荷が一切残らないこととを確実にするために、電極は、圧電性の材料からなる端面に対して機械的に付勢される。単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を機械的に付勢することで、電極と圧電性の材料からなる端面との間の微小孔が閉じる。凹部１３．０７～１３．０９に挿入された単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を機械的に付勢するには、第１の締結手段１３．３１、１３．３２、１３．３３で、ツール・ホルダ１３をツール・スライド１１に締結すればよい。

【0054】

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と、少なくとも１つのコンピュータ１６．２と、少なくとも１つの入力ユニット１６．３と、少なくとも１つの出力ユニット１６．４とを備える。

【0055】

単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３は、信号ケーブル１２．５を介してコンバータ・ユニット１６．１に電気的に接続される。コンバータ・ユニット１６．１は、信号電極によって送信されたアナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３をデジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３に変換する。

【0056】

コンピュータ１６．２は、少なくとも１つのデータ・プロセッサと少なくとも１つのデータ・メモリとを備える。コンピュータ１６．２は、入力ユニット１６．３を介して動作可能である。入力ユニット１６．３は、制御命令を入力するように、キーボードであってもよい。本発明の意味においては、動詞「動作する」とは、任意の人が入力ユニット１６．３で制御命令を入力することによって、コンピュータ１６．２を起動し、制御し、電源を切ることを意味する。コンピュータ１６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３をインポートする。コンピュータ１６．２は、読み込んだデジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３の合計を計算して位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を出す。コンピュータ１６．２は、位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を出力ユニット１６．４上に表示する。出力ユニット１６．４は、評価したデジタル測定信号のダイアグラムを表示するスクリーンであってもよい。

【0057】

コンピュータ１６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３を評価する際に、基準信号Ｒと位置固有の較正係数α_ｉとをインポートする。

【0058】

基準信号Ｒは、被加工物９の材料に対して、及び必要なツール１４．０１～１４．０６の切削材料に対して固有のものである。このケースで重要なのは、強度、靭性、硬度などの材料の特性及び切削材料の特性である。しかし、基準信号Ｒは、切りくず除去機械加工の処理パラメータに対しても固有である。この種の処理パラメータとは順送り速度、供給量、ツールの形状などである。被加工物９の材料ごと及び必要なツール１４．０１～１４．０６の切削材料ごとに、並びに金属切削成形の処理パラメータごとに、基準信号Ｒは、コンピュータ１６．２のデータ・メモリ内に記憶され、コンピュータ１６．２によってデータ・メモリから読み出し可能であることが好ましい。

【0059】

加工力Ｋｗを測定する際に位置固有性を更に低減するために、位置ｉごとに固有の較正係数α_ｉは、コンピュータ１６．２のデータ・メモリ内に記憶され、コンピュータ１６．２によってデータ・メモリから読み出すことができる。

【0060】

評価を実行するにあたり、コンピュータ１６．２は、位置ｉにおける必要なツール１４．０１～１４．０６の位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を、必要なツール１４．０１～１４．０６の位置ｉの位置固有の較正係数α_ｉをそれに乗算することによって較正する。処理ステップごとに、コンピュータ１６．２は、位置ｉの位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）と、読み出した被加工物９の材料及び位置ｉにおける必要なツール１４．０１～１４．０６の切削材料の基準信号Ｒとの差Δを計算する。
α_ｉ＊（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）－Ｒ＝Δ≦Ｔ＝１０％＊Ｒ
少なくとも１つの既定の公差値Ｔは、コンピュータ１６．２のデータ・メモリ内に記憶され、この既定の公差値Ｔは、製作ステップごとに読み出される。製作ステップごとに、差Δを既定の公差値Ｔと比較する。差Δが既定の公差値Ｔ以下の場合、必要なツール１４．０１～１４．０６は摩耗しておらず引き続き使用すると結論付け、及び差Δが既定の公差の大きさＴよりも大きい場合、必要なツール１４．０１～１４．０６は摩耗しており交換されると結論付ける。第１の概算として、既定の公差値Ｔは基準信号Ｒの１０％に等しい。

【0061】

図５は、図１による切削機１０の単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を較正する処理ステップ２１０～２６０の流れ図を示す。図６は、図１による切削機１０のツール・ホルダ１３上で、図５による処理ステップを実行する較正装置２０の一実施例の複数の部分を示す。

【0062】

較正装置２０は、較正接点部２１と、較正力トランスデューサ２１と、較正駆動ユニット２０と、評価ユニット２６とを備える。

【0063】

第１の処理ステップ２１０で、ツール・ホルダ１３に、少なくとも１つの必要なツール１４．０１～１４．０６と、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３とを提供する。図６による実例では、切削機１０は、３つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を備える。

【0064】

次の処理ステップ２２０で、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３を評価ユニット２６に連結する。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と、少なくとも１つのコンピュータ２６．２と、少なくとも１つの入力ユニット２６．３と、少なくとも１つの出力ユニット２６．４とを備える。

【0065】

次の処理ステップ２３０で、必要なツール１４．０１～１４．０６に較正装置２０で較正力Ｋｋを加える。

【0066】

較正装置２０は、較正駆動ユニット２１と、較正接点部２３と、較正力トランスデューサ２２とを備える。

【0067】

較正駆動ユニット２１は、電気駆動ユニットや空気圧駆動ユニットなどである。較正駆動ユニット２１は、較正接点部２３及び較正力トランスデューサ２２を、３つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って移動させる。較正駆動ユニット２１は、ツール・ホルダ１３の位置ｉで較正接点部２３を必要なツール１４．０１～１４．０６と正確に整列させ、必要なツール１４．０１～１４．０６に較正力Ｋｋを加える。較正力Ｋｋは、横軸ｘの方向に主切削力較正成分Ｋｋｘを有する。

【0068】

図６による実例では、較正接点部２３は指の形状をし、較正力Ｋｋを出す先端部を有する。較正接点部２３は、鋼や工具鋼などの機械的に耐力のある材料からなる。

【0069】

較正力トランスデューサ２２は、主切削力較正成分Ｋｋｘを測定する。較正力トランスデューサ２２は、任意の測定原理に応じて動作することができる。しかし、較正にとって必要なのは、較正力トランスデューサ２２が、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３の精度よりも少なくとも１桁大きい精度で、主切削力較正成分Ｋｋｘを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２２．５を介してコンバータ・ユニット２６．２に電気的に接続される。

【0070】

次の処理ステップ２４０で、主切削力較正成分Ｋｋｘを、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３、及び較正装置２０の較正力トランスデューサ２２で測定する。図６による実例では、第１の単一構成要素力トランスデューサ１２．１は、第１のアナログ測定信号Ｓａ_１を主切削力較正成分Ｋｋｘについて生成し、第２の単一構成要素力トランスデューサ１２．２は、第２のアナログ測定信号Ｓａ_２を主切削力較正成分Ｋｋｘについて生成し、第３の単一構成要素力トランスデューサ１２．３は、第３のアナログ測定信号Ｓａ_３を主切削力較正成分Ｋｋｘについて生成する。較正力トランスデューサ２２は、アナログ較正信号Ｋａを主切削力較正成分Ｋｋｘについて生成する。

【0071】

次の処理ステップ２５０で、少なくとも２つの単一構成要素力トランスデューサ１２．１、１２．２、１２．３のアナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３及び較正力トランスデューサ２２のアナログ較正信号Ｋａを評価ユニット２６に送信する。

【0072】

コンバータ・ユニット２６．１は、送信されたアナログ測定信号Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３をデジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３に変換する。図６による実施例では、コンバータ・ユニット２６．１は、第１のアナログ測定信号Ｓａ_１を第１のデジタル測定信号Ｓｄ_１に変換し、コンバータ・ユニット２６．１は、第２のアナログ測定信号Ｓａ_２を第２のデジタル測定信号Ｓｄ_２に変換し、コンバータ・ユニット２６．１は、第３のアナログ測定信号Ｓａ_３を第３のデジタル測定信号Ｓｄ_３に変換する。

【0073】

コンバータ・ユニット２６．１は、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をデジタル較正信号Ｋｄに変換する。

【0074】

次の処理ステップ２６０で、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３とデジタル較正信号Ｋｄとを評価ユニット２６内で比較する。

【0075】

コンピュータ２６．２は、少なくとも１つのデータ・プロセッサと少なくとも１つのデータ・メモリとを備える。コンピュータ２６．２は、入力ユニット２６．３を介して動作可能である。入力ユニット２６．３は、制御命令を入力するように、キーボードであってもよい。本発明の意味においては、動詞「動作する」とは、任意の人が入力ユニット２６．３で制御命令を入力することによって、コンピュータ２６．２を起動し、制御し、電源を切ることを意味する。コンピュータ２６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３及びデジタル較正信号Ｋｄをインポートする。コンピュータ２６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３の合計を計算して位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を得る。コンピュータ２６．２は、位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を出力ユニット２６．４上に表示する。出力ユニット２６．４は、評価したデジタル測定信号のダイアグラムを表示するスクリーンであってもよい。

【0076】

コンピュータ２６．２は、デジタル測定信号Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３をデジタル較正信号Ｋｄと比較する。この比較は、必要なツール１４．０１～１４．０６の位置ｉに対して特異的に行われる。位置ｉに関する情報は、入力ユニット２６．３を介して入力することができる。図６による実例では、較正接点部２３は、第３のツール凹部１３．０３内に配置された第３の必要なツール１４．３に対して較正力Ｋｋを与える。第３のツール凹部１３．０３は第３の位置ｉ＝３に対応し、必要なツール１４．３を第３の位置ｉ＝３＊＊に配置する。

【0077】

コンピュータ２６．２は、位置ｉの位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）を位置ｉのデジタル較正信号Ｋｄと比較する。この比較の結果は、位置ｉの較正係数α_ｉとなる。
α_ｉ＊（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）＝Ｋｄ ｉ＝１～６
位置固有平均化測定信号（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３）がデジタル較正信号Ｋｄと同一の場合、較正係数α_ｉ＝１．００となる。典型的には、較正係数α_ｉは、０．８５から１．１５までの範囲で変動する。較正係数α_ｉは、評価ユニット１６のコンピュータ１６のデータ・メモリ内に記憶させることができる。

【符号の説明】

【0078】

９ 被加工物
１０ 切削機
１１ ツール・スライド
１１．００ 総接触面
１２ 力トランスデューサ
１２．１、１２．２、１２．３ 単一構成要素力トランスデューサ
１２．１０、１２．２０、１２．３０ 信号回線
１２．１１、１２．２１、１２．３１ 第１のハウジング端面
１２．１２、１２．２２、１２．３２ 第２のハウジング端面
１２．４ 信号ソケット
１２．５ 信号ケーブル
１３ ツール・ホルダ
１３．００ 接触面
１３．０１～１３．０６ ツール凹部
１３．０７～１３．０９ 凹部
１３．１０ キャビティ
１３．１１～１３．１６ 第１の保持手段
１３．２６～１３．２６ 第２の保持手段
１３．３１～１３．３３ 第１の締結手段
１３．４１～１３．４３ 第２の締結手段
１４．０１～１４．０６ 必要なツール
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 較正装置
２１ 較正駆動ユニット
２２ 較正接点部
２３ 較正力トランスデューサ
２３．５ 較正信号ケーブル
２１０～２６０ 処理ステップ
α_ｉ 位置固有の較正係数
Δ 差
ｉ 位置
Ｋｗ 加工力
Ｋｗｘ 主切削力成分
Ｋｗｙ 受動力成分
Ｋｗｚ 順送り力成分
Ｋｋ 較正力
Ｋｋｘ 主切削力較正成分
Ｓａ_１、Ｓａ_２、Ｓａ_３ アナログ測定信号
Ｓｄ_１、Ｓｄ_２、Ｓｄ_３ デジタル測定信号
（Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋Ｓｄ_３） 位置固有平均化測定信号
Ｒ 基準信号
Ｋａ アナログ較正信号
Ｋｄ デジタル較正信号
ｓ 隙間
Ｔ 既定の公差値
ｘ 横軸
ｙ 水平軸
ｚ 垂直軸
ｘｙ 横断面
ｘｚ 垂直面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】