[发明专利]用于测量机加工工具的状态的工具装置以及方法

说明书

一种工具装置(1)，用于通过切削、铣削、钻孔或研磨来机加工工件(4)，该工具装置包括用于检测在机加工期间工具装置(1)的状态的传感器(20)，其中传感器(20)可连接到接收单元(40)，接收单元将数据传输到分析单元(50)，用于分析接收到的数据。传感器(20)被构造为光纤传感器(20)，其包括至少一条光纤(26)，光纤为可连接光源(30)发射的光束提供了入射光路(22)和反射光路(24)，并且光纤的远端位于工具装置(1)的表面(14，74)中，使得可以测量光路长度。

技术领域

本发明涉及一种能够在机加工过程期间测量诸如研磨工具和/或切削工具的机加工工具的状态的工具装置和方法。本发明专注于测量工具磨损。

背景技术

在机加工过程中，由于工件和一个或多个工具边缘之间的切削动作，使用机加工工具时总是会以某种磨损而结束。特别地，机加工工具影响生产率、机加工操作的经济性以及机加工的产品的质量。已经进行了许多尝试以实现一种自动系统来测量工具磨损，这移除了对手动检查的需要，并减少了用于测量磨损的时间。已经开发出几种不同的方法来监测工具的状况，诸如监测用于切削、铣削或钻孔或研磨工具的切削刀片(cutting insert)、即可替换和/或可转位刀片的状况，并且预测工具磨损以优化刀具的更替间隔或修整间隔，因为在实际废弃工具之前已经知道工具寿命时。特别地，工具磨损可以描述为在切削或研磨期间由于工具材料的逐渐损失或变形而导致的工具形状从其原始形状的改变。例如，对于切削工具而言，磨损已知为刀片的主刀腹(flank)、副刀腹和/或端面的刀腹面磨损。可以根据直接和间接传感器中使用的传感器来划分工具状态监测的方法。

为了直接测量具有几何限定的切削边缘的工具的工具磨损，传感器包括视觉和/或近距离传感器，以及直接设置在工具磨损表面上的传感器。视觉传感器系统依赖于相机捕获的来自光纤光的磨损区域的镜面反射的测量值。由此，通常通过机加工的研磨效应对磨损的区域进行抛光，并允许镜面反射仅在磨损的区域发生。近距离传感器通过测量工件与切削工具的工具边缘之间的距离来估算磨损。通常，仅能在机加工运行之间进行测量，因为在实际机加工过程中工具的磨损区域不可见。

此外，用于在线测量切削刀片的磨损或温度的已知的传感器包括嵌入到形成切削边缘的切削材料中的导体路径，使得通过连接到外部测量电路形成闭路和/或开路。因此，已知的是，可以借助于连接到切削边缘的多个导体来连续地测量工具的磨损，因为导体中的电阻将逐渐改变以及突然地改变，这取决于导体的磨损程度。

EP 3 106 260 A1公开了切削刀片，其中用于在线测量切削刀片的磨损的传感器包括接触区域和引线，传感器通过该接触区域可连接到外部测量电路，并且引线连接到各自的接触区域且具有自由端，自由端定位成使得在由于切削刀片的操作引起的预定磨损时，自由端通过金属工件或由于操作产生的切屑彼此连接。因此，切削刀片具有开路形式的传感器。

间接传感器仅能估算磨损，因为其没有直接的方式来测量实际磨损，而是依赖于磨损的次生效应。由于这一事实，在现有技术中，监测多个过程参数，这些参数是切削边缘或磨料层的间接参数，以允许从过程角度进行决策。在不中断的机加工过程中实时确定过程变量，以控制机加工工程。已知的技术包括力监测、温度监测、功率监测、声发射、光学观察、扫描电子显微镜、流体流动特性的监测，以及特别是在研磨过程中表面的触觉探测和表面的磁性质。所有这些监测策略都可以在机加工期间至少部分使用，以检测砂轮和/或工具的性能下降。但是有一个缺点，即这种测量的精度会由于热效应以及由于接触区域中的气氛(atmosphere，大气)，特别是由于循环的冷却剂的效应而受到损害。