用于测量并且监视刀具的装置和方法与流程

本发明涉及一种如权利要求1、9、13和15的前序部分所定义的用于测量并且监视刀具的装置和方法。

背景技术：

从WO2006/128892A1知道用于检测机床的刀具的断裂的方法和装置，包括用于断裂检测的测量与监视系统，其中机床包括心轴轴身，该心轴轴身用于加工具有良好导电性的工件的刀具。测量与监视系统测量取决于刀具与工件之间的接触状态的至少一个电气被测量，其中混合轴承支撑心轴轴身并且使心轴轴身对机床电绝缘，其中接触元件接触旋转着的心轴轴身，以测量在刀具与工件之间可检测的被测量。

然而，设置接触元件以测量在刀具与工件之间可检测的被测量是非常复杂的。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是简化用于测量并且监视刀具的装置和方法。

该目的通过权利要求1、9、13和15的特征来实现。

根据本发明，提供用于测量并且监视机床的刀具的装置，其中旋转发送器接触旋转着的心轴轴身，以测量在刀具与工件之间可检测的被测量，其中旋转发送器以电绝缘方式与心轴外壳连接。

优选地，陶瓷层被设置用于旋转发送器与心轴外壳之间的绝缘。与心轴轴身电连接并且机械连接的旋转发送器中的轴身优选由至少一个导电钢轴承支撑，而其它轴承很可能是混合轴承。

这是有利的，因为心轴轴身可经由旋转发送器的外壳以简单方式被接触，并且心轴轴身仍相对于心轴外壳电绝缘。

测量与监视系统可包括至少一个第一泄放器电阻，该至少一个第一泄放器电阻可在测量与监视系统不执行测量的状态下被激活，以使得静电电荷能够从心轴轴身耗散。

由于心轴轴身和心轴外壳相互电绝缘的事实，存在缺点，即：心轴轴身的静电电荷不能够耗散到心轴外壳或此处所设置的电气接地。然而，这可在机床中或在刀具与工件之间或还在心轴中(例如在轴承中或轴承处)导致可能的火花放电(spark over)。这些火花可在机床中导致爆炸、失火或爆燃和/或对轴承导致显著损坏。

由于测量与监视系统包括可在测量与监视系统不执行测量的状态下激活的第一泄放器电阻的事实，能够从心轴轴身耗散静电电荷。以此方式，能够防止火花放电以及火星(sparking)。

测量与监视系统不执行测量的状态是不检测或不使用或评估电气被测量的状态。

第一泄放器电阻的大小应被选择成使得考虑到与第一泄放器电阻串联连接的导电轴承的电阻，该电阻的大小足够得小，从而以快速且充分的方式将心轴轴身上的最大可能量的电荷耗散到接地。由于与钢轴承的电阻串联连接，应该不会显著增大钢轴承的电阻(在永久油脂润滑的情况下，约10到80欧姆)，因此，第一泄放器电阻显著小于该电阻，并且能够被配置成具有小于10欧姆的大小。

无论何时不能够预期到在刀具与工件之间的接触，都激活第一泄放器电阻，以便以快速、可靠和充分的方式耗散心轴的静电电荷。因此，排除在机床操作员在机床的工作范围中工作时并且在触碰心轴轴身或刀具时可能发生的电击的危险。

在测量与监视系统执行测量的状态下，即，在刀具与工件之间的接触存在或能够预期到在刀具与工件之间的接触时，不激活第一泄放器电阻，以便允许测量过程。

测量与监视系统可包括至少第二泄放器电阻，该第二泄放器电阻可在测量与监视系统执行测量的操作状态下被激活。这是在预期到刀具与工件之间的接触的时期，即当刀具朝向工件行进直到工件/刀具接触形成为止时完成。必须提供的是，能够在此行进过程期间最大地产生于轴身中的心轴轴身的电荷能够经由第二泄放器电阻而立即且安全地耗散，以使得心轴轴身的静电电荷不能够在此时间期间出现。

因为在测量过程的此短时段期间可最大地产生于轴身中的电荷显著小于可最大地产生于心轴轴身中并且借助于非常小的第一泄放器电阻而安全耗散的静电电荷，所以第二泄放器电阻能够被设定大小为显著大于第一泄放器电阻。第二泄放器电阻也必须显著大于在刀具/工件接触的情况下的测量电路的串联连接的电阻的总和，该总和通过以下零件或部件的电阻而形成：旋转发送器外壳、钢轴承和旋转发送器中的轴身、心轴轴身、刀具、工件以及带有床台的拖板(carriage)，因为第二泄放器电阻与测量电路的串联连接的电阻并联。

第二泄放器电阻的大小还必须被选择成使得该电阻的大小足够得小，从而在测量期间安全地耗散上述静电电荷。另一方面，第二泄放器电阻必须显著大于在刀具/工件接触的情况下的上述测量电路的总电阻，以使得将在刀具与工件之间测量的被测量仍是可检测的。

在刀具与工件之间的接触的情况下，测量电路电阻小于150欧姆。因此，第二泄放器电阻应该大于1千欧，优选大于1.5千欧。

心轴轴身和心轴外壳相互电绝缘，并且在正常状态下，在心轴轴身与心轴外壳之间的气隙的绝缘电阻大于1兆欧。如果由于泄漏或其它情形，冷却润滑剂进入到心轴轴身与心轴外壳之间的空间中，那么心轴轴身与心轴外壳之间的电阻因此明显减小。如果冷却润滑剂存在于心轴轴身与心轴外壳之间的空间中，那么心轴轴身与心轴外壳之间的电阻小于50千欧。

此第三状态也可在刀具不与工件接触的时段期间通过使两个泄放器电阻失效持续一个非常短的时间而借助于测量与监视系统进行检测，以便在没有来自泄放器电阻的影响的情况下检测电气被测量。通过处理的短中断，可以一天一次或一周一次执行此测量，并且每次花费少于一秒。能够因此及时检测到由于泄漏所致的初期心轴损坏，并且因此能够减少或防止实际的心轴损坏。

取决于刀具与工件之间的接触状态并且能够被检测到的电气被测量可以是电阻、电导率、电感、电容或电阻抗。

使用取决于刀具与工件的可检测的电气被测量，能够检测例如刀具断裂、掉刀或工件/刀具接触。

可以提供机床，该机床包括具有如权利要求1至8中的任一项所定义的装置的测量与监视系统。

根据本发明，可提供用于测量并且监视机床的刀具的方法，该机床包括：用于刀具的心轴轴身，该轴身布置在心轴外壳中；以及测量与监视系统。使用测量与监视系统，测量取决于刀具与工件之间的接触状态的至少一个电气被测量，其中加工具有良好导电性的工件(例如，金属)，其中心轴外壳与心轴轴身绝缘。旋转发送器接触旋转着的心轴轴身，以测量在刀具与工件之间可检测的被测量，其中旋转发送器以电绝缘方式与心轴外壳连接，并且在其轴身与其外壳之间具有至少一个导电轴承。

在测量与监视系统中，如上所述，当测量与监视系统不执行测量时，至少第一泄放器电阻能够被激活，以耗散静电电荷。

如上所述，当测量与监视系统执行测量时，第二泄放器电阻可被激活，而不是第一泄放器电阻被激活，该第二泄放器电阻大于第一泄放器电阻，以使得新形成的静电电荷也能够在测量期间被耗散。

当刀具不与工件接触时，第一泄放器电阻，并且如果存在的话，则同时还有第二泄放器电阻可以失效持续一个短时间，以使得使用电气被测量，测量与监视系统能够测量心轴轴身与心轴外壳之间的被测量，以便确定冷却剂润滑剂是否存在于心轴轴身与心轴外壳之间。

此外，根据本发明，可提供用于测量并且监视机床的刀具的装置，该装置的特征在于，为了检测工件相对于机床的定向，通过刀具来对工件进行接触或钻孔(刀具触碰)，并且测量与监视系统使用电气被测量而在接触的时刻检测刀具与工件之间的接触，并且存储工件的相关联的位置，或使工件的相关联的位置存储在机床控制器中。在任一情况下所需的与机床控制器的通信优选经由现场总线来实现。

以此方式，能够以简单且快速的方式检测工件相对于机床的定向。不需要额外的机械或光学探头(feeler)装置来确定工件的定向。在机床的工作空间中的探头装置和必要的无线数据发送装置以及伴随这些装置出现的重新装备(retooling)可由于本发明而被淘汰。

为了借助于刀具来对工件钻孔，刀具尖端能够移动到已定义的端部位置中。

工件的定向能够通过使用刀具在一个或多个位置处接触工件或对工件钻孔来确定，诸如在现有技术中，这通过使用如今在心轴前端部(spindle nose)中使用的机械探头来完成，该探头在现有技术中代替刀具而使用。

此外，根据本发明，可提供用于测量并且监视机床的刀具的方法，该机床包括用于刀具的心轴轴身，该轴身布置在心轴外壳中，并且包括测量与监视系统，通过该测量与监视系统来测量取决于刀具与工件之间的接触状态的至少一个电气被测量，其中加工具有良好导电性的工件，其中心轴外壳与心轴轴身绝缘，该方法的特征在于：为了确定工件相对于机床的定向，通过刀具来对工件进行接触或钻孔(刀具触碰)，并且使用电气被测量来检测刀具第一次接触工件的时刻，并存储刀具的相关联的位置。

附图说明

将参照附图详细解释本发明的实施例。

图1图示用于测量并且监视机床的刀具的装置以及机床，

图2图示处于第一状态下的测量与监视系统，

图3图示处于第二状态下的测量与监视系统，

图4图示处于第三状态下的测量与监视系统，

图5图示被刀具钻孔的工件以及所测量的电气被测量的相关联的过程。

具体实施方式

图1图示机床2以及用于测量和监视的装置1。机床2具有心轴8。心轴8包括心轴外壳18和用于刀具6的心轴轴身32，其中轴身布置在心轴外壳18中。使用刀具6，能够加工具有良好导电性的工件4。心轴轴身32与心轴外壳18电绝缘。在所图示的实施例中，心轴轴身32使用陶瓷轴承10而与心轴外壳18电绝缘。

使用测量与监视系统14，能够测量取决于刀具6与工件4之间的接触状态的至少一个电气被测量。此电气被测量可以是电阻、电导率、电感、电容或电阻抗。以此方式，能够确定刀具6与工件4之间的接触状态。测量与监视系统14使得能够在处理周期或处理阶段的开始、在此期间或在此结束或在测试周期中测量刀具与工件之间的电气被测量，并且将参数与阈值比较，以使得在从正常信号过程的偏差超出已定义的阈值极限或由信号过程违背(infringement)阈值极限的情况下，能够断定刀具断裂或掉刀或简单地断定刀具与工件之间的接触的位置或时间。经由电气机床接口40(优选地现场总线)，机床2的机床控制器39能够被导致中断，或停止处理操作或测试周期。

如图1中可见，旋转发送器16的轴身33与旋转着的心轴轴身22机械连接并且电连接，以测量在刀具6与工件4之间可检测的被测量，其中旋转发送器16的外壳35以电绝缘方式与心轴外壳18连接。在所图示的实施例中，电绝缘体20设置在旋转发送器外壳35与心轴外壳18之间，该绝缘体优选由陶瓷材料制成。心轴轴身32与旋转发送器16的轴身33两者优选是中空的，以允许引入冷却润滑剂。

旋转发送器16的轴身33至少通过导电轴承22而与旋转发送器16的外壳35电接触或连接，该导电轴承22优选是钢轴承。

来自测量与监视系统14的电信号流因此成为可能，该电信号流经由以下部件而流到也和测量与监视外壳14连接的心轴外壳18：旋转发送器外壳35、导电轴承22、旋转发送器的轴身33、心轴轴身32、刀具6、工件4和接地拖板或接地床台12。当然，信号流在刀具6与工件4电接触或不电接触的两种状态之间显著不同。

图2至图4中更详细地示出了对应于本发明的测量与监视系统14的实施例。图2中可见，测量与监视系统优选具有至少第一泄放器电阻24，该第一泄放器电阻24可借助于可控制开关28激活。第一泄放器电阻24是在测量与监视系统14在正常操作中不执行测量操作的状态下激活的，以使得在此情况下，经由导电轴承22和泄放器电阻24，静电电荷能够从心轴轴身32经由测量与监视系统14朝向接地或机壳(mass)耗散。

第一泄放器电阻24的大小必须被选择成使得考虑到与第一泄放器电阻24串联连接的导电轴承的电阻22，该大小足够得小，从而以快速且充分的方式将心轴轴身32上的最大可能量的电荷耗散到接地。由于与钢轴承的电阻22串联连接，不应该显著增大钢轴承的电阻22(在永久油脂润滑的情况下，约10到80欧姆)，因此，第一泄放器电阻24显著小于电阻22，并且因此能够被配置成例如小于10欧姆。

无论何时不能够预期到在刀具与工件之间的接触，都激活第一泄放器电阻24，以便以快速、可靠和充分的方式耗散心轴的静电电荷。因此，排除在机床操作员在机床的工作范围中工作时并且在触碰心轴轴身32或刀具6时可能发生的电击的危险。

在测量与监视系统14执行测量的状态下，即，在刀具与工件之间的接触存在或能够预期到在刀具与工件之间的接触时，不激活第一泄放器电阻24，以便允许测量过程。

如图2中可见，测量与监视系统14可包括至少第二泄放器电阻26。图3图示不激活第一泄放器电阻24，而是使用可控制开关30来激活第二泄放器电阻26的状态。在能够预期到在刀具与工件之间的接触的时期，即，当刀具6行进到工件4直到工件/刀具接触形成为止时，此泄放器电阻26用于立即地并且安全地耗散在此行进过程期间可能最大地产生于轴身中的心轴轴身32的电荷。

因为在此短时段期间可能最大地产生的电荷显著小于可能最大地产生于心轴轴身32中并且借助于非常小的第一泄放器电阻24而安全耗散的静电电荷，所以泄放器电阻26能够被设定大小为显著大于泄放器电阻24。泄放器电阻26也必须显著大于测量电路的串联连接的电阻的总和，该总和由零件或部件35、22、32、33、6、4和12的电阻形成，在图3中被替代为测量电路电阻25。因为泄放器电阻26与测量电路电阻25并联连接，所以泄放器电阻26应被选择成显著大于在刀具与工件接触的情况下的测量电路电阻25。还应该在以下状态下选择第二泄放器电阻26，即：如果应该在测量期间中断工件4与刀具6之间的接触，那么确定所测量电气参数的清楚变化。

在刀具与工件之间的接触的情况下，测量电路电阻26小于150欧姆。因此，第二泄放器电阻26应该大于1千欧，优选大于1.5千欧。

第二泄放器电阻26在测量与监视系统14执行测量的操作状态下被激活。这意味着，在刀具与工件之间的接触存在或能够预期到在刀具与工件之间的接触的状态下。

图4图示经由两个可控制开关28和30而使与测量电阻25并联布置的两个泄放器电阻24和26一起失效持续一个短时间的第三状态。在此状态下，测量与监视系统14针对心轴轴身32与心轴外壳18之间的呈冷却润滑剂的形式的泄漏的不期望存在而检查心轴8，其中刀具6与工件4必须在此短时段期间不接触。通过处理的短中断，可一天一次或一周一次执行此测量，并且每次花费少于一秒。能够因此及时检测到由于泄漏所致的初期心轴损坏，并且因此能够减少或防止实际心轴损坏。

如图1所图示，用于测量和监视刀具的装置可另外或作为替代用于确定工件4相对于机床2的定向。为此目的，通过刀具6来对工件4进行缓慢地接触或钻孔(刀具触碰)，并且测量与监视系统14能够使用电气被测量而检测刀具6接触工件4的时刻，并且能够经由与机床2的机床控制器或NC控制器39的快速数据传送而检索刀具6的相关联的位置，并且自身存储相关联的位置。或者，在接触的时刻，测量与控制系统14将快速接触命令发送到机床控制器或NC控制器39，这使在此时由机床控制器或NC控制器39测量的位置储存在机床控制器或NC控制器中。优选地，现场总线40用于测量与监视系统14与机床控制器39之间的数据传送。

图5图示工件4，其中刀具6已钻孔到工件4中。被测量的过程图示在工件下方。在坐标系中，被测量被绘制在Y轴上，并且刀具6的尖端的相关联的位置被绘制在X轴上。在刀具6的尖端与工件4之间的接触的时刻，被测量Y突然改变到另一水平。能够存储刀具6的相关联的位置。

为了确定工件4的定向，能够使用刀具6在一个或多个位置处接触工件4或对工件4钻孔，诸如在现有技术中通过使用如今在心轴端部中使用的机械探头来完成，该探头在现有技术中代替刀具6而使用。刀具6移动到预定义的端部位置。工件被钻孔所在的点被选择成使得与小孔或冲压标记在这些点处保持在工件中的工件的另外的功能不相关。