刀具、机床、加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如独立权利要求前述部分所述的刀具、机床以及工件加工方法。
【背景技术】
[0002]利用等离子体加工工件表面已为人所知。这种加工工艺可以有不同用途。它可以用作于清洁工件表面或者去除材料或者表面涂层又或者表面改性。为此，现有很多刀具可用，这些刀具包括等离子体发生器并且具有适当的等离子出口通过其可将产生的等离子体提供给工件表面。这种刀具要么被手动引导，要么由机器人以自动控制的方式引导。
[0003]当工件被手动引导，加工的精度不够高带来了一个问题。而且它很费力。然而，提供一个单独的机器，比如机器人，通过其可使适合于等离子体处理工件表面的刀具在工件表面自动制导，也是很费力的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种刀具、一种机床及一种加工方法，其使得简单实现等离子体处理工件方法成为可能。
[0005]此目的是通过独立权利要求的技术特征实现的。从属权利要求针对本发明的优选实施方案。
[0006]一种用于机床上加工工件的刀具具有一个优选标准化的连接部分用于连接该刀具和数控机床上与之相匹配的连接件，一个用于传导所产生的等离子体或其它流体或粒子流的流体管，以及一个位于流体管末端的出口部分，该出口部分具有一个或多个出口用于给工件表面提供等离子体或流体。
[0007]该刀具可以具有加工气体连接件设在所述连接部分中，和等离子体发生器连接到该加工气体连接件和等离子管。提供有一种供能系统用于供应电能。它可以具有横于接口的滑动接触，或者可以是或包括无线感应供能。
[0008]用于等离子处理工件的传统机床可与一个这样的刀具一起使用。可以使用传统的控制算法。这里也可以使用现有的供能系统，用于向刀具供应能源(穿过一个可能旋转的接口)。
[0009]一种机床具有机架、如上所述的用于连接刀具的刀具连接件、和用于连接该刀具的加工气体连接件，所述加工气体连接件包括刀具侧的加工气体出口和该出口上游的开关器件，所述开关器件与所述出口相连接、为将该出口与加工气体管或冷却剂管或可能是机床冲洗流体或其他流体的流体源进行选择性可控连接而设计。可提供有用于所述出口和开关器件的清洁装置。
[0010]用这种方法，就可以用现已存在的机器侧流体管(例如，用于输送冷却剂、润滑剂的管道)，包括面向机床的接口，为刀具供应加工气体。在该机床上，静止部分中，提供有一个开关系统，通过其用户可以选择是将哪个流体通过流体管供应给刀具。在使用常规刀具的情况下，它可以是冷却剂或润滑剂。在使用本发明的刀具的情况下，其为加工气体。
[0011]所述刀具到机床的连接通过一般可旋转的主轴的适当接口来实现。通常情况下，此连接按照“HSK”空心锥柄(hoi1wtapershank)设计。该主轴自身通常为可转动的，并且在等离子体刀具操作期间，它也可以做成按所需的可控转速旋转。所述流体管通过该主轴上的抗扭型连接件从机床延伸至刀具。这里也一样，都可以使用现有的结构(冷却剂或润滑剂的)。
[0012]对于通过如上所述刀具在机床上加工工件的方法，等离子体是通过安装在机床上的刀具被提供给工件表面的。该刀具，就像传统刀具一样，可以被以数控方式引导扫过工件表面。该刀具可以被安装在机床主轴上。该刀具可在操作期间旋转。所述加工气体可经由一个连接件提供给所述刀具，该连接件还用于给刀具提供冷却剂，此外在该机床上，用户可以根据控制在提供加工气体和提供冷却剂之间进行切换，并且在安装该刀具之前，可进行一个清洁步骤，尤其一个让加工气体或另一种气体吹过该机器侧供给结构的步骤。
[0013]用所述方法，一个等离子体刀具就可被用于传统的或仅略微改装后的数控机床中，而该机床还使用其它刀具。所述等离子体刀具在刀具库中可被分类作为多个其它刀具中的一个并且可由该机床自动访问那里，对于其它刀具也一样。
[0014]下文将参照附图对本发明的各个实施例进行说明。
【附图说明】
[0015]图1展示一个等离子体刀具的立体图、
[0016]图2展示一个等离子体刀具的侧视图、
[0017]图3示意性展示了一台机床、
[0018]图4示意性展示了一个实施例中的一个等离子刀具的内部结构、
[0019]图5示意性展示了该机床的组件、
[0020]图6展示该刀具的另一种内部结构。
【具体实施方式】
[0021]在下面的说明中和附图中，相同的附图标记指代相同的部件。本发明的特征是被视为可互相结合的，即使它们的结合没有被明确提到、但只要它们的结合在技术上不是不可能的。对方法步骤的描述也被认为是对实现这些方法步骤的装置/手段的说明，反之亦然。
[0022]图1和图2示意性地展示了一个用于在机床中加工工件的刀具10的立体图和侧视图。刀具10包括一个机器侧的连接部分11和一个刀具侧的出口部分13。二者之间可能存在中心部分12用于其它组件。在该刀具10的内部有一个等离子管，其将等离子体输送到出口部分13、尤其是等离子出口 22那里，所述这些出口被设置在等离子管44的端部。在出口部分13中可以提供一个或多个等离子出口 22。
[0023]21代表一个刀具轴。该刀具可以具有旋转对称结构或者旋转不变结构。它可以在操作期间转动。
[0024]优选地，所述连接部分11是根据某一标准构造的。它可以是HSK空心锥柄结构(DIN69893)或者大锥度形状(DIN69871)。所述连接部分11或该刀具另一部分可以具有自动换刀装置的夹持部分。
[0025]等离子管44将等离子体输送至(多个)等离子出口 22。该等离子体可由外部提供，也可在刀具10自身内生成。它可以是由周围空气生成的大气压等离子体。
[0026]以这种方式就可以获得一个就像其他刀具一样可以在一台机床中使用的刀具(即插入、去除、沿/跨工件表面平移和/或旋转制导、刀具库内的刀具管理、机器程序设计、…)。
[0027]如果等离子体是要在刀具自身内产生，该刀具则包括等离子体发生器45，其可以被容纳在刀具中心部分12内和可以一方面包括电气电子零部件、且另一方面还包括机械结构部件。此外，在这种情况下可以设有供能系统14、43。该供能系统优选为非接触/感应式。在刀具侧，它具有一个接收线圈14，其被一个交变磁场穿过。有利的是，它进一步包括一个电压整形电路43a，其将存在于线圈中的交流电压转换成合适的物理量(频率、振幅、稳态分量、...)。所述刀具侧线圈14可以被设计和布置为关于轴线21对称。它可以具有环形设计。
[0028]为了提供等离子体或还未离子化的加工气体，可以使用一个与旋转轴21同轴的通道。这里尤其可以使用一个另用于其他刀具其它流体的通道，尤其是用于提供冷却剂和/或润滑剂的通道。在这方面，已知的和标准化的结构已在使用中。所述加工气体供给可以相应地进行设计。
[0029]图3示意性展示了一台机床30。31是一个或多或少刚性的机架。32象征一系列致动器，通过其刀具10可以被平移地和/或旋转地调整和移动。33象征主轴，其可以使刀具10旋转。所述刀具10按如上或如下所述来设计的。34象征工件台35的致动器，其在适当情况下也可以平移地和/或旋转地调整工件台35。36象征工件本身。
[0030]37象征一个开环/闭环控制，其一方面向进程方向传输信号，尤其是向所述的各个致动器32、34，在适当情况下也向刀具10本身，在适当情况下也向其他未显示的组件传输。此外，它也能接收信号，尤其是接收从图3中未示的传感器、还从该刀具中的一个或多个传感器所反馈的信号。所述控制系统37根据工件36的加工程序运作。
[0031]38象征一个流体源，尤其是加工气体源或等离子源。相应地，从源38经过致动器32和主轴33到刀具10存在一个流体管道。所述加工气体可以是周围空气，也可能是净化过的空气。就此，进气口或一个适当的泵或过滤器出口可视为源38。所述源并不需要固定地安装在机架31上。根据流体的种类，它也可以位于较靠近刀具10的地方。在刀具10和主轴33之间设有标准化的刀具固定结构(“HSK”、大锥度、...)。
[0032]所述系统可以包括一个未示出的流体驱动器用于将流体从源输向工件方向。它可以设计成一个泵或者可压缩性流体增压容器，其在适当情况下包括流量控制阀。该驱动器可位于该刀具自身内或机床上。
[0033]图4示意性展示了刀具10的内部结构。48象征刀具侧流体入口或加工气体入口。该入口可位于连接部分11中与转动轴21同轴延伸。它可以根据行业标准或规范来设计，尤其是就像其他刀具的冷却剂入口或润滑剂入口那样设计。45象征一个等离子体发生器，其与上游流体管44a和下游流体管44b相连接。通过入口 48加工气体被提供给发生器45。
[0034]14象征一个能量源。它可以是一个线圈/环形线圈，其以感应地方式接收能量。43a象征一个电压整形电路，其与所述环形线圈14相连。它可以包括，例如，一个整流和在适当情况下一个随后的反转电路以及输出电压振幅控制。所述电压整形电路43a向等离子体发生器45提其所需要的电能，还可能提供所述流体驱动器和其他组件所需电能。当提供上电能，等离子体发生器45由从上方流入下方流出的加工气体生成等离子体。在发生器45内部或作为发生器的一部分，可提供有开环和闭环组件、致动器和机械的或电气/电子设备。
[0035]线圈14与一个图中未显示的静止线圈合作，该静止线圈可配置成使得其仅提供在环形线圈14某一区段的上方并且在z方向上在一小段距离处与之相对。该图中未显示的激励线圈可以以电和/或机械的方式固定地连接到该机床。尤其它以这样的方式来安装:使得换刀装置对所述刀具的访问不受阻挡。
[0036]该系统设计可以是:使得刀具不仅给提供了电能，而且它还接收控制信号。例如，这些信号可以通过在机器侧将信号调制成用于供能的供应交流电、然后在刀具侧将其解调/解码再相应地进行使用，以这样的方式被输送给刀具。43b象征用于此目的一个组件，其很可能具有一个较为复杂的结构。以这样的方式，外部命令就可被接收。于是，用