用于机床的高电压防止碰撞设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的用于机床的防止碰撞设备，其防止机床的移动部件与其它机床部件的撞击。
【背景技术】
[0002]用于机床的防止碰撞设备在采用机床的工件机加工领域(例如铣削、车削或电火花机加工(EDM))中是已知的。在机床中使用的刀具一通常是铣、钻或旋转头一通常是可互换的，并且取决于待执行的机加工过程。一个工件的机加工请求经常使用几种不同的刀具。刀具更换可以由操作者手动、半自动或全自动(例如，在计算机机加工中心)执行。这样的刀具更换要求在最外面的情况下机加工头的相应地所使用的刀具的非机加工移动远离工件或者朝向工件以继续机加工过程，待更换的刀具附接在该机加工头上。在正常的机加工移动期间时，在所使用的刀具的这些和其它非机加工移动(例如，新部件设置过程)期间，撞击(相应地机加工头或者在其上夹紧的刀具与工件或者其它机床部件碰撞)的固有风险总是存在。这样的撞击是非常不期望的，因为它可损坏工件、刀具、更糟糕地机床。因为在这样的情况下，刀具总是夹紧在机加工头的卡盘中，撞击可意味着在机加工头的支撑件或安装件或者其它机床元件(例如，电机主轴、刀具或者工件卡盘、机台等)上的严重损坏，随之导致更长时间和更昂贵的维修成本的整个机床的非常昂贵的故障。特别不合意的是发生未被检测到的更小的碰撞导致工件的不精确的(大量)生产(相应地后续的大量丢弃)。
[0003]避免这些类型的撞击和碰撞也因此一直是机床的操作的重要部分。在手动操作的机床中、在数字控制的机床中或者在计算机化的机加工单元中，被夹紧的工件和其精确位置首先被测量。这样做是为了确保:对于使后续的机加工过程开始，刀具不碰撞在工件上，而是由紧挨工件的刀具(相应地机加工头)的非机加工移动首先精确定位。很明显的是，操作者对刀具的非机加工移动的目视观察帮助防止不期望的碰撞(虽然人为故障不能被完全排除)。在半自动特别是全自动机床中，考虑到现代机加工头的行进速度，持续的目视观察当然是不期望的，也是不可能的。因此现今在这个技术领域给出了可靠的防止碰撞系统的需要。
[0004]在过去几年内在这个方向上做出努力。文件US 6481939 B1公开例如一种刀具尖端电导率传感器。当机床的刀具尖端接触工件时，设备进行检测。该装置旨在精确地确定刀具与工件的第一接触以确保工件的正确后续机加工(相应地另外的机加工操作(在给定的示例中，用于采用刀具对工件的后续钻削))。
[0005]另一公开，W0 2006/128892 A1，示出了一种通过使用电导率在机加工操作期间检测刀具破损一此处是钻削头一的设备和方法。所公开的系统测量电变量，电变量不时与阈值比较，以便检测源于可能的刀具故障和破损的偏离。一旦检测到这样的偏离信号，则机床可自动停止。
[0006]文件EP 2 165 803 B1公开了一种类似的但更复杂的控制系统，用于在机加工操作期间控制刀具的状态。该设备可以监测高速微机加工操作，提供控制在这样的应用中使用的微刀具的可能性。该系统为其测量目的使用交流电作为信号。该信号由发生器产生，且由电压测量设备测量。根据所监测的电路(主要由机加工头、刀具和机台构成)，选择交流电的(高)频率一在1至60 MHz的范围内。所使用的微刀具与工件的接触或非接触导致那个电路的阻抗不同，该阻抗由电压测量设备测量。那个电路的替代方案，例如刀具破损，导致阻抗中的电压变化。随之可以的是控制微工具并监测其操作状况，例如正常机加工操作、所使用的工作刀具的破损或者甚至所发生的机械撞击。事实上，系统提供了一旦检测到撞击就预见停止机床的移动的可能性。
[0007]根据EP 2 165 803 B1的控制系统的缺点一如所有其它上文引用的技术方案一样一在于一旦撞击已经发生，就检测到撞击。虽然在微机加工操作一具有最小进给率(相应地刀具移动)一中，根据EP 2 165 803 B1的系统仍然足够防止严重的损坏，但对于具有进给率和工具移动处于完全另外的其它量的普通或者高速铣床，这样的系统是不够的。
[0008]此外，已知在市场上使用避免碰撞系统。这些系统在模型的基础上起作用，根据馈送至系统的数据、设想工件的位置或者其它潜在的撞击元件。刀具/机加工头例如到达所设想的工件位置，系统就减慢移动，以避免与工件的最终撞击。这样的方法的限制在于，只有撞击元件的子组可被模型考虑，或者该模型是不精确的(即，缺少或近似的元件)。公司Heidenhain售卖例如这样的系统，在市场上已知为“DCM”。
[0009]此外，机械碰撞减缓系统也是已知的，且如在文件EP 1 398 110 A1和DE 102007 032 498 A1中公开。这种系统防止更大和严重的损坏，但不能有助于避免所有的损坏，例如在所有可能的速度下或者具有所有可能的刀具几何形状，并且因此要求机床在降低的速度下使用。
[0010]在普通的特别是在高速铣床中，碰撞不应该仅被减缓，优选地即将发生的碰撞应该在它们实际发生之前被检测到，以允许刀具/机加工头的移动随之立即停止，完全避免刀具碰撞工件或者碰撞其它机床元件。只有用那种方式，才可以避免任何损坏。
[0011]在此方向上的方法由Ott-Jakob Spanntechnik GmbH公司的文件EP 2 402 11 B1中公开的系统给出。该文件公开了多个距离传感器，此多个距离传感器分配在电机主轴的端部、周向地围绕主轴的轴线(相应地围绕安装的刀具)。这些传感器具有重叠的检测领域，且与雷达或者超声波传感机构一起工作。这样的系统能够防止碰撞，然而所请求的用于检测系统的设备更加复杂和繁复。此外它要求非常昂贵的传感器机构，且现今这些系统对于工业应用仍然不够精确。
【发明内容】
[0012]因此本发明的目的是提出一种设备，所述设备防止刀具与工件或者其它机床部件撞击并且不太复杂、相对更简单地实现且更稳健。
[0013]这个发明的目的是通过根据权利要求1的特征设计的防止碰撞设备来实现的。
[0014]由于本发明的防止碰撞设备，一旦机床的移动部件(例如刀具或者移动的机加工头的一部分)在导电的工件或者另一个机床部件的附近，就可以检测放电，导电的工件或者另一个机床部件经由连接器电连接到本发明的检测系统。放电经由电弧发生，且随其发出机床的移动部件距离另一个机床部件某一距离的信号，所述另一个机床部件连接至所述防止碰撞设备和它的检测系统。用这种方式，即将发生的碰撞可以在它实际发生之前被检测，留下足够的时间将信号发送至机床控制器，所述机床控制器在撞击实际发生之前停止刀具(相应地机床头)的前进。使昂贵的传感器被分配在机床主轴或者机加工头的几个位置以确保较宽的检测领域被避免，具有复杂的传感器系统也同样被避免。
【具体实施方式】
[0015]现在将会参照示意图解释本发明及其技术效果。
[0016]图1示出了一种机床2，机床2与根据本发明的防止碰撞设备1连接。在此示例中，唯一被监测的移动部件是刀具3。旨在机加工工件5的刀具3被附接至机加工头19的机床主轴10的卡盘4夹紧。刀具3被隔离机构9关于卡盘(相应地刀具保持件4)以及关于机床2的剩余部分(例如，机加工头19)电隔离。电压经由刚性连接器13 (例如电缆)机床到被夹紧和电隔离的刀具3。
[0017]正连接器13因此配备有非接触式连接部件21。非接触式连接部件21被设计为:在刀具3的移动期间，一旦在所监测的刀具3和工件5之间、或者在所监测的刀具3与分配在机床2的工作区域8中的另一个机床部件(例如，夹紧系统6或者机台7)之间发生放电16，就允许形成电弧。代替使用非接触式连接部件，还可能使用传统的电接触刷或者类似物。但是这样的接触刷的使用是不利的，因为此部件可能受到磨损的快速影响。
[0018]正连接器13将刀具3与本发明的防止碰撞设备1连接。防止碰撞设备1也经由负连接器14与工件5、工件5的夹紧系统6、机台7连接，且最终还包围位于机床2的工作区域8中的机床部件，该机床部件可潜在地与可动刀具3或者另一个移动部件(例如，卡盘
4、机床主轴10或者机加工头19的其它部件)撞击。由金属制成的工件5、夹紧系统6和机台7通常无论如何是彼此电连接的。通常，这些元件还是电接地的。正连接器13和负连接器14分开连接到本发明的防止碰撞设备1。
[0019]图1中显示的本发明的设备1还包含检测系统11，检测系统11包括产生可定义值的高电压(DC、AC或者脉动电压)的高电压发生器12，且所述高电压被应用到正连接器13。高电压发生器12还经由负连接器14连接至工件，且还包围机床部件(参见上文给出的解释)。检测系统11还包括放电检测机构15 (例如，电流被检测)，放电检测机构15能够检测刀具3和机床2的工作区域8中的另一个元件(例如工件5、夹紧系统6或机台7)之间发生的放电16。放电检测机构15 (相应地检测系统11)能够处理并最终甚至评估所检测和所测量的放电16。为此目的，处理单元可以在放电检测机构15中(相应地在检测系统11中)被预见。所检测的放电16作为信号从检测系统11