用於測量並且監視刀具的裝置和方法與流程

2023-10-19 16:28:57

本發明涉及一種如權利要求1、9、13和15的前序部分所定義的用於測量並且監視刀具的裝置和方法。

背景技術：

從WO2006/128892A1知道用於檢測工具機的刀具的斷裂的方法和裝置，包括用於斷裂檢測的測量與監視系統，其中工具機包括心軸軸身，該心軸軸身用於加工具有良好導電性的工件的刀具。測量與監視系統測量取決於刀具與工件之間的接觸狀態的至少一個電氣被測量，其中混合軸承支撐心軸軸身並且使心軸軸身對工具機電絕緣，其中接觸元件接觸旋轉著的心軸軸身，以測量在刀具與工件之間可檢測的被測量。

然而，設置接觸元件以測量在刀具與工件之間可檢測的被測量是非常複雜的。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是簡化用於測量並且監視刀具的裝置和方法。

該目的通過權利要求1、9、13和15的特徵來實現。

根據本發明，提供用於測量並且監視工具機的刀具的裝置，其中旋轉發送器接觸旋轉著的心軸軸身，以測量在刀具與工件之間可檢測的被測量，其中旋轉發送器以電絕緣方式與心軸外殼連接。

優選地，陶瓷層被設置用於旋轉發送器與心軸外殼之間的絕緣。與心軸軸身電連接並且機械連接的旋轉發送器中的軸身優選由至少一個導電鋼軸承支撐，而其它軸承很可能是混合軸承。

這是有利的，因為心軸軸身可經由旋轉發送器的外殼以簡單方式被接觸，並且心軸軸身仍相對於心軸外殼電絕緣。

測量與監視系統可包括至少一個第一洩放器電阻，該至少一個第一洩放器電阻可在測量與監視系統不執行測量的狀態下被激活，以使得靜電電荷能夠從心軸軸身耗散。

由於心軸軸身和心軸外殼相互電絕緣的事實，存在缺點，即：心軸軸身的靜電電荷不能夠耗散到心軸外殼或此處所設置的電氣接地。然而，這可在工具機中或在刀具與工件之間或還在心軸中(例如在軸承中或軸承處)導致可能的火花放電(spark over)。這些火花可在工具機中導致爆炸、失火或爆燃和/或對軸承導致顯著損壞。

由於測量與監視系統包括可在測量與監視系統不執行測量的狀態下激活的第一洩放器電阻的事實，能夠從心軸軸身耗散靜電電荷。以此方式，能夠防止火花放電以及火星(sparking)。

測量與監視系統不執行測量的狀態是不檢測或不使用或評估電氣被測量的狀態。

第一洩放器電阻的大小應被選擇成使得考慮到與第一洩放器電阻串聯連接的導電軸承的電阻，該電阻的大小足夠得小，從而以快速且充分的方式將心軸軸身上的最大可能量的電荷耗散到接地。由於與鋼軸承的電阻串聯連接，應該不會顯著增大鋼軸承的電阻(在永久油脂潤滑的情況下，約10到80歐姆)，因此，第一洩放器電阻顯著小於該電阻，並且能夠被配置成具有小於10歐姆的大小。

無論何時不能夠預期到在刀具與工件之間的接觸，都激活第一洩放器電阻，以便以快速、可靠和充分的方式耗散心軸的靜電電荷。因此，排除在工具機操作員在工具機的工作範圍中工作時並且在觸碰心軸軸身或刀具時可能發生的電擊的危險。

在測量與監視系統執行測量的狀態下，即，在刀具與工件之間的接觸存在或能夠預期到在刀具與工件之間的接觸時，不激活第一洩放器電阻，以便允許測量過程。

測量與監視系統可包括至少第二洩放器電阻，該第二洩放器電阻可在測量與監視系統執行測量的操作狀態下被激活。這是在預期到刀具與工件之間的接觸的時期，即當刀具朝向工件行進直到工件/刀具接觸形成為止時完成。必須提供的是，能夠在此行進過程期間最大地產生於軸身中的心軸軸身的電荷能夠經由第二洩放器電阻而立即且安全地耗散，以使得心軸軸身的靜電電荷不能夠在此時間期間出現。

因為在測量過程的此短時段期間可最大地產生於軸身中的電荷顯著小於可最大地產生於心軸軸身中並且藉助於非常小的第一洩放器電阻而安全耗散的靜電電荷，所以第二洩放器電阻能夠被設定大小為顯著大於第一洩放器電阻。第二洩放器電阻也必須顯著大於在刀具/工件接觸的情況下的測量電路的串聯連接的電阻的總和，該總和通過以下零件或部件的電阻而形成：旋轉發送器外殼、鋼軸承和旋轉發送器中的軸身、心軸軸身、刀具、工件以及帶有床臺的拖板(carriage)，因為第二洩放器電阻與測量電路的串聯連接的電阻並聯。

第二洩放器電阻的大小還必須被選擇成使得該電阻的大小足夠得小，從而在測量期間安全地耗散上述靜電電荷。另一方面，第二洩放器電阻必須顯著大於在刀具/工件接觸的情況下的上述測量電路的總電阻，以使得將在刀具與工件之間測量的被測量仍是可檢測的。

在刀具與工件之間的接觸的情況下，測量電路電阻小於150歐姆。因此，第二洩放器電阻應該大於1千歐，優選大於1.5千歐。

心軸軸身和心軸外殼相互電絕緣，並且在正常狀態下，在心軸軸身與心軸外殼之間的氣隙的絕緣電阻大於1兆歐。如果由於洩漏或其它情形，冷卻潤滑劑進入到心軸軸身與心軸外殼之間的空間中，那麼心軸軸身與心軸外殼之間的電阻因此明顯減小。如果冷卻潤滑劑存在於心軸軸身與心軸外殼之間的空間中，那麼心軸軸身與心軸外殼之間的電阻小於50千歐。

此第三狀態也可在刀具不與工件接觸的時段期間通過使兩個洩放器電阻失效持續一個非常短的時間而藉助於測量與監視系統進行檢測，以便在沒有來自洩放器電阻的影響的情況下檢測電氣被測量。通過處理的短中斷，可以一天一次或一周一次執行此測量，並且每次花費少於一秒。能夠因此及時檢測到由於洩漏所致的初期心軸損壞，並且因此能夠減少或防止實際的心軸損壞。

取決於刀具與工件之間的接觸狀態並且能夠被檢測到的電氣被測量可以是電阻、電導率、電感、電容或電阻抗。

使用取決於刀具與工件的可檢測的電氣被測量，能夠檢測例如刀具斷裂、掉刀或工件/刀具接觸。

可以提供工具機，該工具機包括具有如權利要求1至8中的任一項所定義的裝置的測量與監視系統。

根據本發明，可提供用於測量並且監視工具機的刀具的方法，該工具機包括：用於刀具的心軸軸身，該軸身布置在心軸外殼中；以及測量與監視系統。使用測量與監視系統，測量取決於刀具與工件之間的接觸狀態的至少一個電氣被測量，其中加工具有良好導電性的工件(例如，金屬)，其中心軸外殼與心軸軸身絕緣。旋轉發送器接觸旋轉著的心軸軸身，以測量在刀具與工件之間可檢測的被測量，其中旋轉發送器以電絕緣方式與心軸外殼連接，並且在其軸身與其外殼之間具有至少一個導電軸承。

在測量與監視系統中，如上所述，當測量與監視系統不執行測量時，至少第一洩放器電阻能夠被激活，以耗散靜電電荷。

如上所述，當測量與監視系統執行測量時，第二洩放器電阻可被激活，而不是第一洩放器電阻被激活，該第二洩放器電阻大於第一洩放器電阻，以使得新形成的靜電電荷也能夠在測量期間被耗散。

當刀具不與工件接觸時，第一洩放器電阻，並且如果存在的話，則同時還有第二洩放器電阻可以失效持續一個短時間，以使得使用電氣被測量，測量與監視系統能夠測量心軸軸身與心軸外殼之間的被測量，以便確定冷卻劑潤滑劑是否存在於心軸軸身與心軸外殼之間。

此外，根據本發明，可提供用於測量並且監視工具機的刀具的裝置，該裝置的特徵在於，為了檢測工件相對於工具機的定向，通過刀具來對工件進行接觸或鑽孔(刀具觸碰)，並且測量與監視系統使用電氣被測量而在接觸的時刻檢測刀具與工件之間的接觸，並且存儲工件的相關聯的位置，或使工件的相關聯的位置存儲在工具機控制器中。在任一情況下所需的與工具機控制器的通信優選經由現場總線來實現。

以此方式，能夠以簡單且快速的方式檢測工件相對於工具機的定向。不需要額外的機械或光學探頭(feeler)裝置來確定工件的定向。在工具機的工作空間中的探頭裝置和必要的無線數據發送裝置以及伴隨這些裝置出現的重新裝備(retooling)可由於本發明而被淘汰。

為了藉助於刀具來對工件鑽孔，刀具尖端能夠移動到已定義的端部位置中。

工件的定向能夠通過使用刀具在一個或多個位置處接觸工件或對工件鑽孔來確定，諸如在現有技術中，這通過使用如今在心軸前端部(spindle nose)中使用的機械探頭來完成，該探頭在現有技術中代替刀具而使用。

此外，根據本發明，可提供用於測量並且監視工具機的刀具的方法，該工具機包括用於刀具的心軸軸身，該軸身布置在心軸外殼中，並且包括測量與監視系統，通過該測量與監視系統來測量取決於刀具與工件之間的接觸狀態的至少一個電氣被測量，其中加工具有良好導電性的工件，其中心軸外殼與心軸軸身絕緣，該方法的特徵在於：為了確定工件相對於工具機的定向，通過刀具來對工件進行接觸或鑽孔(刀具觸碰)，並且使用電氣被測量來檢測刀具第一次接觸工件的時刻，並存儲刀具的相關聯的位置。

附圖說明

將參照附圖詳細解釋本發明的實施例。

圖1圖示用於測量並且監視工具機的刀具的裝置以及工具機，

圖2圖示處於第一狀態下的測量與監視系統，

圖3圖示處於第二狀態下的測量與監視系統，

圖4圖示處於第三狀態下的測量與監視系統，

圖5圖示被刀具鑽孔的工件以及所測量的電氣被測量的相關聯的過程。

具體實施方式

圖1圖示工具機2以及用於測量和監視的裝置1。工具機2具有心軸8。心軸8包括心軸外殼18和用於刀具6的心軸軸身32，其中軸身布置在心軸外殼18中。使用刀具6，能夠加工具有良好導電性的工件4。心軸軸身32與心軸外殼18電絕緣。在所圖示的實施例中，心軸軸身32使用陶瓷軸承10而與心軸外殼18電絕緣。

使用測量與監視系統14，能夠測量取決於刀具6與工件4之間的接觸狀態的至少一個電氣被測量。此電氣被測量可以是電阻、電導率、電感、電容或電阻抗。以此方式，能夠確定刀具6與工件4之間的接觸狀態。測量與監視系統14使得能夠在處理周期或處理階段的開始、在此期間或在此結束或在測試周期中測量刀具與工件之間的電氣被測量，並且將參數與閾值比較，以使得在從正常信號過程的偏差超出已定義的閾值極限或由信號過程違背(infringement)閾值極限的情況下，能夠斷定刀具斷裂或掉刀或簡單地斷定刀具與工件之間的接觸的位置或時間。經由電氣工具機接口40(優選地現場總線)，工具機2的工具機控制器39能夠被導致中斷，或停止處理操作或測試周期。

如圖1中可見，旋轉發送器16的軸身33與旋轉著的心軸軸身22機械連接並且電連接，以測量在刀具6與工件4之間可檢測的被測量，其中旋轉發送器16的外殼35以電絕緣方式與心軸外殼18連接。在所圖示的實施例中，電絕緣體20設置在旋轉發送器外殼35與心軸外殼18之間，該絕緣體優選由陶瓷材料製成。心軸軸身32與旋轉發送器16的軸身33兩者優選是中空的，以允許引入冷卻潤滑劑。

旋轉發送器16的軸身33至少通過導電軸承22而與旋轉發送器16的外殼35電接觸或連接，該導電軸承22優選是鋼軸承。

來自測量與監視系統14的電信號流因此成為可能，該電信號流經由以下部件而流到也和測量與監視外殼14連接的心軸外殼18：旋轉發送器外殼35、導電軸承22、旋轉發送器的軸身33、心軸軸身32、刀具6、工件4和接地拖板或接地床臺12。當然，信號流在刀具6與工件4電接觸或不電接觸的兩種狀態之間顯著不同。

圖2至圖4中更詳細地示出了對應於本發明的測量與監視系統14的實施例。圖2中可見，測量與監視系統優選具有至少第一洩放器電阻24，該第一洩放器電阻24可藉助於可控制開關28激活。第一洩放器電阻24是在測量與監視系統14在正常操作中不執行測量操作的狀態下激活的，以使得在此情況下，經由導電軸承22和洩放器電阻24，靜電電荷能夠從心軸軸身32經由測量與監視系統14朝向接地或機殼(mass)耗散。

第一洩放器電阻24的大小必須被選擇成使得考慮到與第一洩放器電阻24串聯連接的導電軸承的電阻22，該大小足夠得小，從而以快速且充分的方式將心軸軸身32上的最大可能量的電荷耗散到接地。由於與鋼軸承的電阻22串聯連接，不應該顯著增大鋼軸承的電阻22(在永久油脂潤滑的情況下，約10到80歐姆)，因此，第一洩放器電阻24顯著小於電阻22，並且因此能夠被配置成例如小於10歐姆。

無論何時不能夠預期到在刀具與工件之間的接觸，都激活第一洩放器電阻24，以便以快速、可靠和充分的方式耗散心軸的靜電電荷。因此，排除在工具機操作員在工具機的工作範圍中工作時並且在觸碰心軸軸身32或刀具6時可能發生的電擊的危險。

在測量與監視系統14執行測量的狀態下，即，在刀具與工件之間的接觸存在或能夠預期到在刀具與工件之間的接觸時，不激活第一洩放器電阻24，以便允許測量過程。

如圖2中可見，測量與監視系統14可包括至少第二洩放器電阻26。圖3圖示不激活第一洩放器電阻24，而是使用可控制開關30來激活第二洩放器電阻26的狀態。在能夠預期到在刀具與工件之間的接觸的時期，即，當刀具6行進到工件4直到工件/刀具接觸形成為止時，此洩放器電阻26用於立即地並且安全地耗散在此行進過程期間可能最大地產生於軸身中的心軸軸身32的電荷。

因為在此短時段期間可能最大地產生的電荷顯著小於可能最大地產生於心軸軸身32中並且藉助於非常小的第一洩放器電阻24而安全耗散的靜電電荷，所以洩放器電阻26能夠被設定大小為顯著大於洩放器電阻24。洩放器電阻26也必須顯著大於測量電路的串聯連接的電阻的總和，該總和由零件或部件35、22、32、33、6、4和12的電阻形成，在圖3中被替代為測量電路電阻25。因為洩放器電阻26與測量電路電阻25並聯連接，所以洩放器電阻26應被選擇成顯著大於在刀具與工件接觸的情況下的測量電路電阻25。還應該在以下狀態下選擇第二洩放器電阻26，即：如果應該在測量期間中斷工件4與刀具6之間的接觸，那麼確定所測量電氣參數的清楚變化。

在刀具與工件之間的接觸的情況下，測量電路電阻26小於150歐姆。因此，第二洩放器電阻26應該大於1千歐，優選大於1.5千歐。

第二洩放器電阻26在測量與監視系統14執行測量的操作狀態下被激活。這意味著，在刀具與工件之間的接觸存在或能夠預期到在刀具與工件之間的接觸的狀態下。

圖4圖示經由兩個可控制開關28和30而使與測量電阻25並聯布置的兩個洩放器電阻24和26一起失效持續一個短時間的第三狀態。在此狀態下，測量與監視系統14針對心軸軸身32與心軸外殼18之間的呈冷卻潤滑劑的形式的洩漏的不期望存在而檢查心軸8，其中刀具6與工件4必須在此短時段期間不接觸。通過處理的短中斷，可一天一次或一周一次執行此測量，並且每次花費少於一秒。能夠因此及時檢測到由於洩漏所致的初期心軸損壞，並且因此能夠減少或防止實際心軸損壞。

如圖1所圖示，用於測量和監視刀具的裝置可另外或作為替代用於確定工件4相對於工具機2的定向。為此目的，通過刀具6來對工件4進行緩慢地接觸或鑽孔(刀具觸碰)，並且測量與監視系統14能夠使用電氣被測量而檢測刀具6接觸工件4的時刻，並且能夠經由與工具機2的工具機控制器或NC控制器39的快速數據傳送而檢索刀具6的相關聯的位置，並且自身存儲相關聯的位置。或者，在接觸的時刻，測量與控制系統14將快速接觸命令發送到工具機控制器或NC控制器39，這使在此時由工具機控制器或NC控制器39測量的位置儲存在工具機控制器或NC控制器中。優選地，現場總線40用於測量與監視系統14與工具機控制器39之間的數據傳送。

圖5圖示工件4，其中刀具6已鑽孔到工件4中。被測量的過程圖示在工件下方。在坐標系中，被測量被繪製在Y軸上，並且刀具6的尖端的相關聯的位置被繪製在X軸上。在刀具6的尖端與工件4之間的接觸的時刻，被測量Y突然改變到另一水平。能夠存儲刀具6的相關聯的位置。

為了確定工件4的定向，能夠使用刀具6在一個或多個位置處接觸工件4或對工件4鑽孔，諸如在現有技術中通過使用如今在心軸端部中使用的機械探頭來完成，該探頭在現有技術中代替刀具6而使用。刀具6移動到預定義的端部位置。工件被鑽孔所在的點被選擇成使得與小孔或衝壓標記在這些點處保持在工件中的工件的另外的功能不相關。