用于确定机床中高负荷位置的装置的制作方法

本发明涉及一种用于确定机床中高负荷位置的装置，其中，机床具有芯轴单元，其具有芯轴头和芯轴马达。

背景技术：

利用机床能够高精度加工工件。但公知的是，机床的加工精度随着时间的推移下降。因此，能够确定机床可移动构件的更换周期。可替换地或附加地，存在如下可能性：借助于抽样来检测完成的工件，是否这些工件还在预设的公差内完成制造。如果不再是这种情况，机床可移动的元件被更换。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提出一种装置，借助于这种装置能够更有效识别机床可移动构件的更换必要性。

该目的通过一种用于确定机床中高负荷位置的装置实现，该机床具有芯轴单元，该芯轴单元具有芯轴头和芯轴马达，该装置包括：测量单元，其被设计用于，在芯轴单元运行期间获取芯轴单元的芯轴头的测量值，其中，该测量值包括芯轴头相对于机床的固定点的即时位置；存储单元，其被设计用于，保存由测量单元所获取的测量值；负荷确定单元，其被设计用于，在考虑到在存储单元中的所获取的测量值的情况下针对所获取的位置分别确定相对应的负荷值；以及输出单元，其被设计用于，输出具有分别相对应的负荷值的所获取的位置，或者，从总数量的所确定的负荷值中确定至少一个高负荷值且将所确定的该至少一个高负荷值连同与其相对应的位置一起输出，其中，该至少一个高负荷值大于总数量的负荷值中的其他负荷值。

在本发明的范畴内，发明人认识到，传统的用于判定机床的可移动的构件是否必须更换的方法存在缺陷。例如周期性的更换可能会导致可移动的构件在机床还以在预设的公差范围内的精度完成制造的情况下被更换，或者可移动的构件在制造精度已经超出允许的公差范围的情况下还没有被更换。实施抽样检测虽然实现了非常精确地对制造精度进行检测，但这种检测是非常耗费的，特别是当检测本身应该以非常高的精度实施的情况下。

按照本发明的一个方面，在芯轴单元运行期间检测芯轴头相对于机床固定点的即时位置。固定点可以基本上自由选择，只要当芯轴头再次位于已经在早前到达的位置时，不断变化的芯轴头位置在其移位中能够被获取且识别。这样，可以特别是将机床的壳体或机床的支脚选为固定点。有利的是，还可以将芯轴头的止挡选为固定点，其限制芯轴头沿其移位方向的移位。

测量值的获取可以以恒定或可变的间隔实现。该间隔在这里可以既关于随时间的进展也关于随地点的进展。这里，还可以采用组合的获取或者说检测。这样，当超出一定的时间间隔或行程间隔时，实现了特别是测量值的获取。当所获取的测量值明显减少时，获取可以如下实现：仅当超出一定的时间间隔或行程间隔时才获取一个测量值。

此外，还可以将所获取的测量值纳入预设的范畴。这例如通过取整实现。这以简单的方式实现了减少小的测量错误。这样，特别是可以防止芯轴头基于小的测量错误与另一位置相对应，即使其又重新位于相同的实际位置。优选的是，在两个所获取的测量值之间额外产生虚拟的测量值。这基于如下假设：芯轴头移位的大部分都以保持不变的速度实现。基于这种假设能够实现的是：基于芯轴头在第一时间点曾经位于第一位置以及在第二时间点曾经位于第二位置的信息，通过插值法来计算位于其间的位置虚拟测量值。

所获取的测量值被保存在存储器中。当产生额外的虚拟测量值时，也将其保存在测量单元中。如果应该将所需的存储空间保持得较小，还可以仅保存所获取的测量值的一部分，例如仅保存每一个第二、第三、第四等测量值。但优选的是，使测量单元获取更少的测量值，例如通过加大上述间隔的方式。

负荷确定单元能够存取存储单元中所获取的测量值。根据设计方案的不同，负荷确定单元可以使用所有所保存的测量值或仅使用所保存的测量值的一部分来确定所对应的负荷值。此外，当测量值如随后描述的那样包含多种信息部分时，能够使得负荷确定单元仅使用测量值中包含的信息的一部分。此类附加值在下面阐述。

当负荷确定单元应该仅基于描述芯轴头的即时位置的测量值确定负荷值时，负荷确定单元通过数出芯轴头位于一个位置的频率来确定针对该位置的负荷值。因此，芯轴头在第一位置上具有比在第二位置上更大的频率，为第一位置对应有另一负荷值、特别是更高的负荷值，其表明在第一位置具有相比于第二位置更高的负荷。

输出单元在运行期间或在运行结束后输出信息。这里，能够将所有所获取的位置或仅将所有获取的位置的一部分连同所对应的负荷值进行输出。这里，还可以采用阈值，特别是，仅当所对应的负荷值超出预设或可调的负荷值时才输出所获取的位置。所获取的位置可以根据负荷值的大小分类输出。输出的类型特别是适用于成图像地展示，例如通过图表或彩色的展示。

输出单元应该被设计用于，将所获取的位置连同相对应的负荷值一起输出。这还包括简单的实施方式，其中，输出单元还仅将一个或多个所获取的位置输出，而不输出相应的负荷值。输出单元还可以具有逻辑电路或与逻辑电路连接，其当负荷值低于预设的阈值时，减少位置和负荷值的输出。输出单元还可以被设计用于，在不输出相对应的负荷值的情况下输出所获取的位置。

另一种可能性在于，输出单元从总数量的确定的负荷值中确定至少一个高负荷值，其大于总数量中的其他负荷值。这样，至少一个所确定的高负荷值连同与其对应的位置一起输出。这里，既存在仅输出最大高负荷值(需要时连同与其对应的位置)的可能性，也存在输出n个最高的高负荷值的可能性，其中n大于1。

用户这样以简单的方式获得如下信息：机床哪里存在高负荷的位置。对是否可能需要更换机床的可移动的构件的分析可以在机床的目标位置或制成的工件的对应的位置处实施。机床的制造精度可以由此利用较小的时间耗费和/或细致地得到检测。

因此，上述目的得以完美实现。

在优选的设计方案中，上述装置还包括时钟电路，其被设计用于，在芯轴单元运行期间产生连续的时间信息且将该时间信息与所获取的测量值同时输出。

这种时间信息可以直接或间接计入负荷值的确定中。直接的使用可以特别是如下实现：为一位置针对前述频率附加或可替换地对应有时间，即芯轴头曾经处在某一位置上的时长。如果从机床的使用中例如得到假设，在芯轴头逗留时间更长的一位置上要调节出更高的负荷，则负荷值可以在相应的时长方面在某一位置上得到对应。时间信息的一种优选的间接使用如下：其针对芯轴头在某一位置的瞬时速度的计算被考虑在内。由此，可以假设，被高速经过的位置相比于被低速经过的位置承受更高负荷。相应地，对于仅对测量值单独的观察来说，被以更高的速度经过的第一位置相比于第二位置对应有另一负荷值、特别是更高的负荷值。

在另一种有利的设计方案中，该测量值还包括附加值，该附加值包括芯轴头相对于固定点的速度。

在该设计方案中，芯轴头的速度已经被包含到测量值中。速度的可能的有利的使用已经得到阐述。在该设计方案中优选的是，速度直接得到测量，优选通过芯轴头上的速度传感器测量。需要指出的是，在考虑到这些和/或后续的附加值的情况下，可以顾及与负荷值相对应的多个附加值。此外还能够对同一附加值进行不同的评价，例如在平均值方面进行一次评价且在最大值方面进行一次评价，这两个评价被计入与负荷值的对应关系中。

在另一种有利的设计方案中，测量值还包括附加值，该附加值包括芯轴头相对应固定点的加速度。

在该设计方案中，类似于关于速度的考量，其出发点在于，在其上给出较高的加速度的位置承受相比于在其上给出较小的加速度的位置更高的负荷。以类似的方式优选的是，对于仅对测量值单独的观察来说，其上给出更高的加速度的第一位置相比于其上存在较小的加速度的第二位置对应有另一负荷值、特别是更高的负荷值。在该设计方案中，加速度的获取优选通过芯轴头上的测量、优选通过加速度传感器实现。

在另一种有利的设计方案中，该附加值从机床的控制程序中获取。

该设计方案以有利的方式利用如下认知：能够从针对芯轴头的控制指令中计算出，在芯轴头的哪些位置具有何种速度和/或加速度。在这种情况下，速度值和/或加速度值在与负荷值的对应关系中被考虑到，而不必在芯轴头上提供加速度传感器和/或速度传感器。在获取附加值时(速度或加速度)，可以考虑关于芯轴头的运动特性的普适性知识。如果例如在移位1mm、1cm和/或10cm时速度和/或加速度的时间曲线是已知的，则能够从一定的移位指令中精确地确定实际的速度和/或加速度。

在另一种有利的设计方案中，该测量值还包括附加值，该附加值包括作用于芯轴头的机械负荷。

在该设计方案中涉及到机械负荷，芯轴头在加工夹紧在机床中的工件时被加载机械负荷。这里，假设在其上芯轴头处于较高机械负荷的位置受到比在其上芯轴头承受较小机械负荷的第二位置更高的负荷。作用于芯轴头的机械负荷可以通过确定力、转矩、扭矩或弯曲以及通过这些测量值中的两个或更多个的组合而得到确定。虽然在这里存在从控制程序中获得附加值的可能性，但其与实际情况的吻合度不太具说服力。

在另一种有利的设计方案中，该测量值还包括附加值，该附加值包括流入芯轴马达的电流。

该设计方案的出发点在于如下假设：流入芯轴马达的电流具有对一位置上的负荷的影响。这里，特别是假设，较高的电流相比于较小的电流导致在一位置上更高的负荷。因此，在单独观察测量值时，其上测得较高电流值的第一位置相比于其上测得较小的电流值的第二位置对应有另一负荷值、特别是更高的负荷值。虽然还存在从控制程序中获得附加值的可能性，但其与实际情况的吻合度不太具说服力。

在另一种有利的设计方案中，该测量值还包括附加值，该附加值包括芯轴头的工具组的转速。

该设计方案的出发点在于如下假设：芯轴头的工具组的转速具有对一位置上的负荷的影响。这里，特别是假设，较高的转速相比于较低的转速导致在一位置上更高的负荷。因此，在单独观察测量值时，其上测得较高转速的第一位置相比于其上测得较小的转速的第二位置对应有另一负荷值、特别是更高的负荷值。虽然还存在从控制程序中获得附加值的可能性，但其与实际情况的吻合度不太具说服力。

在另一种有利的设计方案中，该负荷值以如下方式确定或计入负荷值的确定中：第一位置在测量值中被获取到的频率大于第二位置在测量值中被获取到的频率，为第一位置相比于第二位置对应有更高的值。

这种设计方案提供了能够简单实现的可能性：仅基于所获取的位置、但也与一个或多个附加值相组合将不同位置与相应的负荷值相对应。特别是可以将得到的信息作为频率分布输出。

在另一种有利的设计方案中，该负荷值以如下方式确定或计入负荷值的确定中：在第一位置上获取到的附加值的第一总和大于相应地在第二位置上获取到的附加值的第二总和，为第一位置相比于第二位置对应有更高的值。

该设计方案采用如下假设：一位置的负荷累积地通过多个负荷产生。此外假设：高负荷既能够通过一次性的高负荷也能够通过大量小负荷产生。优选在求和时对测量值加权重。这相应于如下假设：高负荷的作用与例如十次该负荷的十分之一的作用不同。实际情况是，由高负荷引起的磨损相比于多次低负荷超线性地、即强于线性地上升。因此，可以特别是以大于1的因数加载高负荷，从而考虑到这种效应。

在另一种有利的设计方案中，该负荷值以如下方式确定或计入负荷值的确定中：在第一位置上获取到的附加值的第一最大值大于相应地在第二位置上获取到的附加值的第二最大值，为第一位置相比于第二位置对应有更高的值。

该设计方案考虑到的假设是，特别是较高的附加值造成了某一位置上的负荷。这里的出发点在于，具有较大的最大值的第一位置相对于第二位置承受更大的磨损。优选对最大值的考虑以另一种评价计入负荷值的对应关系中。

在另一种有利的设计方案中，该负荷值被如下确定或计入负荷值的确定中：超出预设的阈值的该测量值、特别是附加值被加有附加元素或因数。

该设计方案基于如下假设：较低的测量值(包括可能的附加值)几乎不对磨损产生作用且相应的位置进而能够被看作是低负荷的。相反，如果存在高负荷(包括附加值)，则必须以高负荷为出发点。这种高负荷还应该能够被识别到，即使是发生这种情况的绝对数量较低。相应地，可以针对较低的测量值选择负的附加元素或选择小于1的因数，相反，对于高负荷值可替换或附加的是，选择正的附加元素或大于1的因数。

在另一种有利的设计方案中，该测量单元还被设计用于，在芯轴单元的运行期间获取芯轴头的其他测量值，该其他测量值包括芯轴头沿另一轴的另一即时位置，该另一轴与用来确定所获取的位置的轴成一角度；存储单元还被设计用于保存由测量单元获取的另一测量值；负荷确定单元还被设计用于，在考虑到在存储单元中的所获取的测量值和另一测量值的情况下针对所获取的位置和另一位置组成的一对位置值分别确定一个相对应的负荷值；以及输出单元还被设计用于，输出分别包括相对应的负荷值的一对位置值，或者从总数量的所确定的负荷值中确定至少一个高负荷值且将所确定的该至少一个高负荷值连同相对应的一对位置值一起输出，其中，该高负荷值大于总数量的负荷值中的其他负荷值。

不言而喻的是，前述和后面还将阐述的特征不仅能够在分别给出的组合中，而且还能够在其他组合中或单独地使用，而不会脱离本发明的范畴。

附图说明

本发明的实施例在附图中详细示出且在随后的说明书中详细阐述。其中：

图1示出具有根据一种实施方式的用于确定高负荷位置的装置的机床的一种实施方式；

图2示出图1中的装置的细节；

图3示出从输出单元进行输出的不同实施方式；以及

图4示出输出单元的输出的另一种实施方式。

具体实施方式

图1示出具有用于确定机床12中高负荷位置50(参见图3)的装置10，机床具有包括芯轴头16和芯轴马达18的芯轴单元14。

此处示出的机床12只是机床的示例，具体为控制台床构造方式的机床。可以看到，芯轴头16能够借助于第一行驶单元20在y方向上以及借助于第二行驶单元22在x方向上行驶。此外，工件24能够在第三行驶单元26上在z方向上行驶。此外还示出了机床12的固定点fp，其在机床12的所有加工进程中固定于示意性示出的地表面28。但固定点fp还能够例如被选择位于机床12的支脚中。

图2示出图1中的装置10的元件。测量单元30被设计用于，在芯轴单元14运行期间获取芯轴头16的测量值，其中，测量值32具有芯轴头16相对于机床12的固定点fp的即时位置50或者说当前位置50。

存储单元34被设计用于，保存由测量单元30获取的测量值32。负荷确定单元36被设计用于，在考虑到存储单元34中的所获取的测量值32的情况下分别针对所获取的位置50确定相对应的负荷值52。

输出单元38被设计用于，输出具有分别相对应的负荷值52的所获取的位置50，或者，从确定到的负荷值52的总数量中确定至少一个高负荷值(其大于总数量的负荷值中的其他负荷值)并且输出具有与其相对应的位置50的至少一个所确定的高负荷值。在所示实施方式中，输出单元38可以具有显示屏。

时钟电路40被设计用于，在芯轴单元14运行期间产生连续的时间信息42且将该时间信息42与所获取的测量数据32同时输出。最后还示出了控制程序44，从该控制程序中能够获得附加值46。

图3示出了输出单元38的输出hlp的几个实施方式。实施方式a)仅示出了位置50，在该位置上确定了最高的负荷值。实施方式b)示出了具有与其对应的位置50的最高的负荷值52。实施方式c)以负荷值方面下降的顺序示出了三个最高的负荷值的位置50。实施方式d)以下降的顺序示出了具有分别相对应的位置50的最高的负荷值52。

实施方式e)示出了具有最高的负荷值52的三个位置50，其中，每个位置都通过所获取的沿第一方向(例如x方向)的位置50′和沿第二方向(例如y方向)的另一位置50″来描述。实施方式f)类似于实施方式e)，但还输出相应的负荷值52。

图4示出了输出单元38的输出的另一实施方式。这里。位置50沿x轴截取且负荷值52沿y轴截取。以叉标示的点示出了哪一位置与哪一负荷值相对应以及哪一负荷值与哪一位置相对应。