确定切削刀具的离开的方法和用于切削刀具的可旋转刀具夹具与流程

本发明涉及一种确定可旋转刀具夹具中的切削刀具的离开(pullout)的方法、一种用于切削刀具的可旋转刀具夹具、一种机床系统，以及可旋转刀具夹具的使用。

背景技术：

切削刀具，诸如铣削刀具、钻孔刀具等可用于对金属工件的去屑加工。这些刀具由可旋转刀具夹具保持，并且被旋转用以切入工件。在刀具的操作期间，重要的是刀具由刀具夹具正确地保持，以便保持高加工质量并且不损伤工件。

在加工期间，例如在铣削应用中，力将在旋转刀具的轴向方向上作用在刀具上。刀具可由摩擦力保持在刀具夹具中，但是如果这些摩擦力被作用在刀具上的轴向力克服，则刀具可能被拉离刀具夹具。这被称为“离开”或“刀具滑移”。由于离开，可能难以在所加工的工件上保持指定公差，在最差情况下，工件将需要被报废。此外，存在刀具破裂以及损伤机床主轴的风险。

已经通过涉及刀具夹具的夹持功能的改进而解决了离开的问题，例如用以进一步降低刀具滑移出刀具夹具的风险。然而，如果在刀具夹具中，例如在离开期间存在切削刀具的实际位移，则尚没有办法检测这种位移。

技术实现要素：

本发明的目的在于减轻现有技术的缺点，以及降低在加工期间切削刀具的离开的有害影响。

因此，本发明涉及一种确定被安装在可旋转刀具夹具中的切削刀具的离开的方法。该方法包括旋转刀具夹具并且因此旋转切削刀具，以及利用旋转的切削刀具加工工件。在加工期间，通过刀具夹具中的位置传感器测量切削刀具在刀具夹具中的轴向位置。由所测量的轴向位置计算从切削刀具的初始位置的轴向位移。当轴向位移超过阈值时，确定切削刀具的离开。

通过该方法，可在加工期间从切削刀具在刀具夹具中的轴向位置的测量而确定切削刀具在刀具夹具中的轴向位移。因此，如果切削刀具在加工期间开始在刀具夹具中滑移(也被称为离开)，则机床或机床的操作人员可在滑移的结果是有害的之前采取行动。可关于切削刀具或刀具夹具的尺寸设置用于检测到离开的轴向位移阈值，并且该阈值例如可为5毫米、2毫米、1毫米、0.5毫米或更少。

该方法可包括在利用切削刀具进行加工期间，基于切削刀具在轴向空间中的轴向位置而从刀具夹具传输输出信号。例如，该方法可包括在加工期间传输包括轴向位置数据的输出信号，以及接收该输出信号，用于计算轴向位移。输出信号可从可旋转刀具夹具传输，并且由其中计算轴向位移的外部单元接收。

因此，包括轴向位置数据的输出信号可由在可旋转刀具夹具的外部的单元接收并处理，以计算切削刀具的轴向位移并且确定该切削刀具的离开。

可由可旋转刀具夹具中的单元执行计算轴向位移的步骤。该方法还可包括在加工期间传输包括轴向位移数据的输出信号，以及接收该输出信号，以确定切削刀具的离开。输出信号可从可旋转刀具夹具传输，并且被其中执行确定离开的步骤的外部单元接收。

因此，包括轴向位移数据的输出信号可由在可旋转刀具夹具的外部的单元接收并且处理，以确定切削刀具的离开。

确定切削刀具的离开的步骤可由可旋转刀具夹具中的单元执行。该方法还可包括在确定离开时，传输包括离开信号的输出信号。

因此，可在可旋转刀具夹具中执行确定离开所需的处理，并且输出信号可以是被传输至机床的操作人员或外部的控制单元的数字离开信号(例如，没有离开/离开)。

可以至少1赫兹、至少100赫兹或至少1千赫兹的频率间歇性地传输输出信号。可替选地，可连续地，例如以模拟位置或位移数据信号的形式，或以数字离开信号(例如，没有离开/离开)的形式传输输出信号。

可从可旋转刀具夹具无线地传输输出信号。无线传输包括例如基于光学或无线电(例如，wi-fi或蓝牙)的传输技术。因此，不需要通过电线在可旋转部件和固定部件之间传输输出信号。可替选地，可通过电线，例如经由旋转电接口(诸如滑环接口)传输输出信号。

该方法可包括使刀具夹具轴向地远离工件移位一定距离，该距离对应于切削刀具的轴向位移，以补偿切削刀具的离开。

因此，可补偿切削刀具的较小位移，以保持工件的指定公差。位移可小于用于确定离开的阈值。

该方法可包括当确定切削刀具的离开时，停止刀具夹具的旋转并且因此停止切削刀具的旋转。

因此，如果确定切削刀具的离开，则切削可中断，以降低损伤工件、切削刀具或机床的风险。

该方法可包括当确定切削刀具的离开时，释放刀具夹具中的切削刀具并且停止刀具夹具的旋转。

因此，可通过降低需要被停止的旋转惯性质量来快速地停止切削刀具的旋转。此外，释放的切削刀具可更快地停止旋转。

该方法可在利用切削刀具进行铣削操作期间执行。由于作用在切削刀具上的轴向力不被来自工件的反作用力平衡，所以在铣削期间存在对检测离开的很大需要。可替选地，该方法可在例如钻孔操作期间执行。

本发明还涉及一种用于切削刀具的可旋转刀具夹具，所述可旋转刀具夹具包括用于接收切削刀具的端部的轴向空间。保持装置被布置用以将切削刀具的所述端部保持在轴向空间中。位置传感器被包括在可旋转刀具夹具中，并且被构造用以测量切削刀具在轴向空间中的轴向位置。刀具夹具还包括发射器，所述发射器在利用切削刀具进行加工期间基于切削刀具在轴向空间中的轴向位置而从刀具夹具传输输出信号。

由位置传感器测量的切削刀具在轴向空间中的轴向位置将被用于在利用切削刀具进行加工期间计算从切削刀具的初始位置的轴向位移，并且当轴向位移超过阈值时，确定切削刀具的离开。

因此，设置用于切削刀具的可旋转刀具夹具，这使得能够在加工期间检测接收在轴向空间中并且由保持装置保持的切削刀具的离开。可在加工期间通过来自刀具夹具中的位置传感器的切削刀具的轴向位置的测量来确定切削刀具在刀具夹具中的轴向位移。因此，如果切削刀具在加工期间开始在刀具夹具中滑移，则机床或机床的操作人员可在滑移的结果是有害的之前采取行动。

输出信号可包括轴向位置数据。因此，包括轴向位置数据的输出信号可被在可旋转刀具夹具的外部的单元接收和处理，以计算切削刀具的轴向位移并且确定切削刀具的离开。

可旋转刀具夹具可包括处理单元，所述处理单元被构造用以通过所测量的轴向位置来计算从切削刀具的初始位置的轴向位移。因此，输出信号可包括轴向位移数据。包括轴向位移数据的输出信号可由在可旋转刀具夹具的外部的单元接收和处理，以确定切削刀具的离开。

处理单元可被构造用以在轴向位移超过阈值时确定切削刀具的离开，并且其中，输出信号包括离开信号。因此，可在可旋转刀具夹具中执行确定离开所需的处理，并且输出信号可为被传输至机床的操作人员或外部的控制单元的数字离开信号(例如，没有离开/离开)。

传感器可以为感应式位置传感器。因此，可以利用可被集成在刀具夹具中的传感器来精确地测量位置。可替选地，传感器可为电容式、机械或光学位置传感器。

可旋转刀具夹具例如可用于包括导电材料的切削刀具，并且传感器可包括电磁线圈，电磁线圈被布置成使得：当切削刀具在轴向空间中位移时，在线圈中感应出电流。因此，可利用相对不昂贵的器件来以高精度测量位置。

电磁线圈可包括铁芯，并且铁芯可被形成为被保持在刀具夹具中的螺纹定位螺钉(threadedsetscrew)，使得定位螺钉限定用于切削刀具在轴向空间内的轴向可调节止档。因此，切削刀具在轴向空间中的默认位置可由定位螺钉限定，并且因而该默认位置可以是可调节的。

可旋转刀具夹具可包括测量电路，所述测量电路被构造用以测量电磁线圈的等效并联谐振阻抗，以测量切削刀具在轴向空间中的轴向位置。因此，可通过相对不昂贵的器件来以高精度测量位置。

可旋转刀具夹具可包括当被保持装置保持时具有被接收在轴向空间内的端部的切削刀具。切削刀具可包括导电材料。

本发明还涉及一种机床系统，所述机床系统包括具有如本文所公开的可旋转刀具夹具的机床、用于从可旋转刀具夹具接收输出信号的接收器，以及用于基于输出信号控制具有可旋转刀具夹具的机床的控制器。

因此，机床、可旋转刀具夹具并且由此在机床系统中使用的切削刀具的运动可由切削刀具在刀具夹具中的轴向位置的测量来控制。因此，如果切削刀具在加工期间开始在刀具夹具中滑移，则控制器可在滑移的结果是有害的之前采取行动。

控制器可被构造用以使刀具夹具轴向地远离工件移位一定距离，该距离对应于切削刀具的轴向位移，以补偿切削刀具的离开。

因此，可保持切削刀具的较小位移，以保持工件的指定公差。该位移可小于用于确定离开的阈值。

控制器可被构造用以在确定切削刀具的离开时停止刀具夹具的旋转并且因此停止切削刀具的旋转。

因此，如果确定切削刀具的离开，则切削可中断，以降低损伤工件、切削刀具或机床的风险。

控制器可被构造用以在确定切削刀具的离开时释放刀具夹具中的切削刀具，并且停止刀具夹具的旋转。

因此，可通过降低需要停止的旋转惯性质量来快速地停止切削刀具的旋转。此外，被释放的切削刀具可较快地停止旋转。

控制器可被构造用以在确定切削刀具的离开时向机床操作人员传输离开警告信号。因此，操作人员可留意切削刀具的离开，以采取必要行动。

本发明还涉及如本文公开的可旋转刀具夹具或系统的使用，以在利用切削刀具进行铣削操作期间检测切削刀具的离开。

本文所述的方法和系统可由计算机程序或多个计算机程序来实现。因此，本发明的计算机程序能够具有当被计算装置或系统执行时导致计算装置或系统执行所述方法的指令。该系统可以为本发明中所述的类型。

计算机程序可在单个计算机系统中或跨多个计算机系统以活动或不活动的多种形式存在。例如，计算机程序可以以软件程序的形式存在，其由处于用于执行其中一些步骤的源代码、目标代码可执行代码或其它格式的计算机指令组成。这些程序中的任何程序都可被体现在包括存储装置以及处于压缩或非压缩形式的信号的计算机可读介质上。

附图说明

图1示出用于切削刀具的可旋转刀具夹具的示例。

图2示出示出刀具夹具的电路的示例。

图3示出包括具有可旋转刀具夹具的机床和用于控制机床的控制器的机床系统。

图4示出确定安装在可旋转刀具夹具中的切削刀具的离开的方法的步骤。

具体实施方式

在图1中示出用于切削刀具3的可旋转刀具夹具1的一个示例。该示例示出用于切削刀具，诸如铣削刀具的刀具夹具，在本例下为卡盘。刀具夹具能够旋转，具有旋转轴线x。刀具夹具包括刀具夹具主体11，所述刀具夹具主体11具有前部15和后部16，并且沿轴线x延伸。刀具夹具的前部包括形成用于接收切削刀具3的端部的轴向空间2的夹具部17。轴向空间具有大致圆柱形状，以接收切削刀具的圆柱形端部。切削刀具被覆盖可由液压液体加压的腔体的环状膜形式的液压保持装置10保持在刀具夹具中。由此，环状膜被加压的液压液体变形，从而将切削刀具保持在夹具内。保持装置能够为其它适当的类型，诸如，例如保持装置和切削刀具的互锁形式。

刀具夹具主体11的后部16包括联接接口18，所述联接接口18用于将刀具夹具连接至机床主轴。联接接口可包括渐缩多边形锥形部分和凸缘部分19，并且例如可为sandvikcoromant联接器、hsk联接器或iso联接器。

切削刀具3是导电的，即，由导电材料制成，或至少在切削刀具的端部包括导电材料。导电材料可以例如为高速钢或硬质合金(钨)。可替选地，导电材料块被附接至切削刀具的端部。

刀具夹具包括螺纹定位螺钉8，所述螺纹定位螺钉8能够调节，以限定切削刀具在刀具夹具的轴向空间中的轴向端部位置。通常，端部抵靠定位螺钉8插入轴向空间内。因此，期望的是，在加工期间从切削刀具在刀具夹具中的这种完全插入的和初始的位置检测任何轴向运动，即，切削刀具从刀具夹具的离开。

刀具夹具包括位置传感器22，所述位置传感器22包括具有电磁线圈4和测量电路5的电磁线圈电路。线圈电路可包括其它器件，诸如感应器、电容器等。线圈电路可包括例如并联连接的感应元件和电容元件，因此形成谐振电路。电磁线圈4为在刀具夹具的轴向方向x上具有延伸的螺旋线圈的形式。可替选地，线圈可为扁平螺旋线圈，或其它形状的线圈。在所示示例中，线圈与切削刀具轴向对齐，并且被布置成轴向地处于切削刀具的端部之外。定位螺钉8被拧入线圈4内，并且是导电的，以形成电磁线圈的部分铁芯。可替选地，切削刀具的端部在螺旋形圆柱形线圈的内部延伸。

测量电路5例如可包括texasinstrument公司的ldc1000电感转换器。因此，测量电路可被构造用以测量线圈电路的等效并联谐振阻抗，以便测量切削刀具在刀具夹具的轴向空间中的轴向位置。

刀具夹具还包括处理单元21，所述处理单元21用于从测量电路5接收轴向位置数据，并且通过切削刀具的所测量轴向位置的数据来计算从切削刀具的初始位置的轴向位移。

刀具夹具还包括发射器6，所述发射器6用于从刀具夹具无线地传输输出信号。发射器被连接至位于刀具夹具的外部上的天线20，以从刀具夹具传输数据。集成在刀具夹具中的电子电路由例如刀具夹具中的电池形式的集成电源7供电。

在图2中进一步示出刀具夹具的电路。在该图中，示出位置传感器22具有线圈电路12和测量电路5。示意性地示出线圈电路12具有电磁线圈4、与线圈并联连接的电容器13，以及固有或添加的电阻元件14。线圈电路被连接至被构造成位置传感器的测量电路5，以测量切削刀具的位置。

在位置传感器22的操作期间，线圈电路被测量电路5激励，以提供线圈的交变磁场。通过向谐振线圈电路提供与线圈4并联的电容器13，可将能量消耗保持为较低。电磁线圈4的激励磁场在电感应切削刀具3中感应出涡电流。这些涡电流产生它们自身的与电磁线圈的原始磁场相反的磁场。由此，切削刀具被感应地耦合至线圈电路的电磁线圈。这种耦合取决于例如刀具夹具的电磁线圈和切削刀具本身之间的距离。因此，感应地耦合的切削刀具能够被视为线圈电路12的取决于距离的寄生串联电阻14和电感4。通过测量线圈电路的等效并联谐振阻抗，可测量切削刀具3相对于电磁线圈4的轴向位置，以便计算切削刀具进入或离开刀具夹具空间的轴向位移。

传输电路可被构造用以连续地或间歇地传输与切削刀具在刀具夹具中的轴向位置相关的数据。可替选地，传输电路可被如此构造，即：如果在加工操作期间确定切削刀具的离开，则传输离开警告消息。数据或警告消息可由被连接至驱动刀具夹具的加工系统的控制单元接收。由此，一旦在操作期间检测到切削刀具从刀具夹具离开，则可中断加工操作，以挽回工件、刀具和/或机床本身。

在图3中示出包括具有如本文所公开的可旋转刀具夹具1的机床301的机床系统。该系统包括外部单元302，所述外部单元302具有用于从可旋转刀具夹具接收输出信号的接收器303，该接收器303被连接至基于所接收到的输出信号控制具有可旋转刀具夹具的机床的控制器304。该系统被构造用以执行本文公开的方法。为此，该系统能够包括计算机程序，当被执行时，该计算机程序导致该系统执行本文公开的方法。

关于图4，描述了一种确定安装在可旋转刀具夹具中的切削刀具的离开的方法。该方法在旋转刀具夹具并且因此旋转切削刀具并利用旋转的切削刀具加工工件的同时执行。

在加工期间，通过刀具夹具中的位置传感器来测量401切削刀具在刀具夹具中的轴向位置。

通过所测量的轴向位置，计算402从切削刀具的初始位置的轴向位移。初始位置例如可为被完全插入到刀具夹具中并且通常与刀具夹具中的定位螺钉接触的切削刀具的默认位置。

然后，当轴向位移超过阈值时，确定403切削刀具的离开。可相对于切削刀具或刀具夹具的尺寸设置阈值。用于确定离开的轴向位移阈值可相对于切削刀具或刀具夹具的尺寸设置，并且例如可为5毫米、2毫米、1毫米、0.5毫米或更小。

可在刀具夹具中执行测量轴向位置、计算轴向位移和确定切削刀具的离开的步骤，其中，刀具夹具包括用于执行这些计算步骤的处理单元。然后，当确定离开时，可从刀具夹具传输离开警告信号形式的输出信号。

可替选地，可在刀具夹具中执行计算轴向位移的步骤，并且作为输出信号的形式从刀具夹具传输轴向位移数据。然后，这些数据由包括接收器的外部单元接收，例如用于包括刀具夹具的机床的控制器。然后，可在外部单元中执行确定离开的步骤。

作为进一步替选，可从刀具夹具作为输出信号的形式传输关于切削刀具在刀具夹具中的轴向位置的数据，并且在外部单元中接收该数据。然后，可在外部单元中执行计算切削刀具的轴向位移并且确定离开的步骤。

因此，可从刀具夹具作为输出信号的形式传输轴向位置数据，所计算的轴向位移数据，或已经确定切削刀具的离开的警告。可从刀具夹具以至少1赫兹的频率，优选地通过无线传输间隙性地传输输出信号。

之后，基于计算轴向位移和确定离开的步骤，可采取各种动作404。作为第一替选，刀具夹具可轴向地远离工件移位与切削刀具的轴向位移对应的距离，以补偿切削刀具的离开。作为替选，可以在达到轴向位移阈值之前就已经执行了该步骤，以补偿切削刀具的较小轴向位移。由此，即使存在少量的刀具滑移，仍可保持工件的公差。

如果确定了离开，则可停止刀具夹具的旋转并且因此停止切削刀具的旋转。由此，可终止加工过程，并且例如可由操作人员或由机床处理关于切削刀具的离开的问题。可在对工件、切削刀具和/或机床做出任何严重损害之前做出该动作。

可替选地，当确定切削刀具的离开时，可释放刀具夹具中的切削刀具并且停止刀具夹具的旋转。通过释放切削刀具，可能引起工件损伤的旋转能量的量大大降低，并且非常快速地停止切削刀具的旋转。

通常在利用切削刀具进行铣削操作期间执行本文所述的方法。可替选地，例如可在利用切削刀具钻孔期间执行该方法。