用于機(jī)床的高電壓防止碰撞設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于機(jī)床的防止碰撞設(shè)備，其防止機(jī)床的移動(dòng)部件與其它機(jī)床部件的撞擊。
【背景技術(shù)】
[0002]用于機(jī)床的防止碰撞設(shè)備在采用機(jī)床的工件機(jī)加工領(lǐng)域(例如銑削、車削或電火花機(jī)加工(EDM))中是已知的。在機(jī)床中使用的刀具一通常是銑、鉆或旋轉(zhuǎn)頭一通常是可互換的，并且取決于待執(zhí)行的機(jī)加工過(guò)程。一個(gè)工件的機(jī)加工請(qǐng)求經(jīng)常使用幾種不同的刀具。刀具更換可以由操作者手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)(例如，在計(jì)算機(jī)機(jī)加工中心)執(zhí)行。這樣的刀具更換要求在最外面的情況下機(jī)加工頭的相應(yīng)地所使用的刀具的非機(jī)加工移動(dòng)遠(yuǎn)離工件或者朝向工件以繼續(xù)機(jī)加工過(guò)程，待更換的刀具附接在該機(jī)加工頭上。在正常的機(jī)加工移動(dòng)期間時(shí)，在所使用的刀具的這些和其它非機(jī)加工移動(dòng)(例如，新部件設(shè)置過(guò)程)期間，撞擊(相應(yīng)地機(jī)加工頭或者在其上夾緊的刀具與工件或者其它機(jī)床部件碰撞)的固有風(fēng)險(xiǎn)總是存在。這樣的撞擊是非常不期望的，因?yàn)樗蓳p壞工件、刀具、更糟糕地機(jī)床。因?yàn)樵谶@樣的情況下，刀具總是夾緊在機(jī)加工頭的卡盤(pán)中，撞擊可意味著在機(jī)加工頭的支撐件或安裝件或者其它機(jī)床元件(例如，電機(jī)主軸、刀具或者工件卡盤(pán)、機(jī)臺(tái)等)上的嚴(yán)重?fù)p壞，隨之導(dǎo)致更長(zhǎng)時(shí)間和更昂貴的維修成本的整個(gè)機(jī)床的非常昂貴的故障。特別不合意的是發(fā)生未被檢測(cè)到的更小的碰撞導(dǎo)致工件的不精確的(大量)生產(chǎn)(相應(yīng)地后續(xù)的大量丟棄)。
[0003]避免這些類型的撞擊和碰撞也因此一直是機(jī)床的操作的重要部分。在手動(dòng)操作的機(jī)床中、在數(shù)字控制的機(jī)床中或者在計(jì)算機(jī)化的機(jī)加工單元中，被夾緊的工件和其精確位置首先被測(cè)量。這樣做是為了確保:對(duì)于使后續(xù)的機(jī)加工過(guò)程開(kāi)始，刀具不碰撞在工件上，而是由緊挨工件的刀具(相應(yīng)地機(jī)加工頭)的非機(jī)加工移動(dòng)首先精確定位。很明顯的是，操作者對(duì)刀具的非機(jī)加工移動(dòng)的目視觀察幫助防止不期望的碰撞(雖然人為故障不能被完全排除)。在半自動(dòng)特別是全自動(dòng)機(jī)床中，考慮到現(xiàn)代機(jī)加工頭的行進(jìn)速度，持續(xù)的目視觀察當(dāng)然是不期望的，也是不可能的。因此現(xiàn)今在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域給出了可靠的防止碰撞系統(tǒng)的需要。
[0004]在過(guò)去幾年內(nèi)在這個(gè)方向上做出努力。文件US 6481939 B1公開(kāi)例如一種刀具尖端電導(dǎo)率傳感器。當(dāng)機(jī)床的刀具尖端接觸工件時(shí)，設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。該裝置旨在精確地確定刀具與工件的第一接觸以確保工件的正確后續(xù)機(jī)加工(相應(yīng)地另外的機(jī)加工操作(在給定的示例中，用于采用刀具對(duì)工件的后續(xù)鉆削))。
[0005]另一公開(kāi)，W0 2006/128892 A1，示出了一種通過(guò)使用電導(dǎo)率在機(jī)加工操作期間檢測(cè)刀具破損一此處是鉆削頭一的設(shè)備和方法。所公開(kāi)的系統(tǒng)測(cè)量電變量，電變量不時(shí)與閾值比較，以便檢測(cè)源于可能的刀具故障和破損的偏離。一旦檢測(cè)到這樣的偏離信號(hào)，則機(jī)床可自動(dòng)停止。
[0006]文件EP 2 165 803 B1公開(kāi)了一種類似的但更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，用于在機(jī)加工操作期間控制刀具的狀態(tài)。該設(shè)備可以監(jiān)測(cè)高速微機(jī)加工操作，提供控制在這樣的應(yīng)用中使用的微刀具的可能性。該系統(tǒng)為其測(cè)量目的使用交流電作為信號(hào)。該信號(hào)由發(fā)生器產(chǎn)生，且由電壓測(cè)量設(shè)備測(cè)量。根據(jù)所監(jiān)測(cè)的電路(主要由機(jī)加工頭、刀具和機(jī)臺(tái)構(gòu)成)，選擇交流電的(高)頻率一在1至60 MHz的范圍內(nèi)。所使用的微刀具與工件的接觸或非接觸導(dǎo)致那個(gè)電路的阻抗不同，該阻抗由電壓測(cè)量設(shè)備測(cè)量。那個(gè)電路的替代方案，例如刀具破損，導(dǎo)致阻抗中的電壓變化。隨之可以的是控制微工具并監(jiān)測(cè)其操作狀況，例如正常機(jī)加工操作、所使用的工作刀具的破損或者甚至所發(fā)生的機(jī)械撞擊。事實(shí)上，系統(tǒng)提供了一旦檢測(cè)到撞擊就預(yù)見(jiàn)停止機(jī)床的移動(dòng)的可能性。
[0007]根據(jù)EP 2 165 803 B1的控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)一如所有其它上文引用的技術(shù)方案一樣一在于一旦撞擊已經(jīng)發(fā)生，就檢測(cè)到撞擊。雖然在微機(jī)加工操作一具有最小進(jìn)給率(相應(yīng)地刀具移動(dòng))一中，根據(jù)EP 2 165 803 B1的系統(tǒng)仍然足夠防止嚴(yán)重的損壞，但對(duì)于具有進(jìn)給率和工具移動(dòng)處于完全另外的其它量的普通或者高速銑床，這樣的系統(tǒng)是不夠的。
[0008]此外，已知在市場(chǎng)上使用避免碰撞系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在模型的基礎(chǔ)上起作用，根據(jù)饋送至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、設(shè)想工件的位置或者其它潛在的撞擊元件。刀具/機(jī)加工頭例如到達(dá)所設(shè)想的工件位置，系統(tǒng)就減慢移動(dòng)，以避免與工件的最終撞擊。這樣的方法的限制在于，只有撞擊元件的子組可被模型考慮，或者該模型是不精確的(即，缺少或近似的元件)。公司Heidenhain售賣(mài)例如這樣的系統(tǒng)，在市場(chǎng)上已知為“DCM”。
[0009]此外，機(jī)械碰撞減緩系統(tǒng)也是已知的，且如在文件EP 1 398 110 A1和DE 102007 032 498 A1中公開(kāi)。這種系統(tǒng)防止更大和嚴(yán)重的損壞，但不能有助于避免所有的損壞，例如在所有可能的速度下或者具有所有可能的刀具幾何形狀，并且因此要求機(jī)床在降低的速度下使用。
[0010]在普通的特別是在高速銑床中，碰撞不應(yīng)該僅被減緩，優(yōu)選地即將發(fā)生的碰撞應(yīng)該在它們實(shí)際發(fā)生之前被檢測(cè)到，以允許刀具/機(jī)加工頭的移動(dòng)隨之立即停止，完全避免刀具碰撞工件或者碰撞其它機(jī)床元件。只有用那種方式，才可以避免任何損壞。
[0011]在此方向上的方法由Ott-Jakob Spanntechnik GmbH公司的文件EP 2 402 11 B1中公開(kāi)的系統(tǒng)給出。該文件公開(kāi)了多個(gè)距離傳感器，此多個(gè)距離傳感器分配在電機(jī)主軸的端部、周向地圍繞主軸的軸線(相應(yīng)地圍繞安裝的刀具)。這些傳感器具有重疊的檢測(cè)領(lǐng)域，且與雷達(dá)或者超聲波傳感機(jī)構(gòu)一起工作。這樣的系統(tǒng)能夠防止碰撞，然而所請(qǐng)求的用于檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備更加復(fù)雜和繁復(fù)。此外它要求非常昂貴的傳感器機(jī)構(gòu)，且現(xiàn)今這些系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)應(yīng)用仍然不夠精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此本發(fā)明的目的是提出一種設(shè)備，所述設(shè)備防止刀具與工件或者其它機(jī)床部件撞擊并且不太復(fù)雜、相對(duì)更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)且更穩(wěn)健。
[0013]這個(gè)發(fā)明的目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征設(shè)計(jì)的防止碰撞設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0014]由于本發(fā)明的防止碰撞設(shè)備，一旦機(jī)床的移動(dòng)部件(例如刀具或者移動(dòng)的機(jī)加工頭的一部分)在導(dǎo)電的工件或者另一個(gè)機(jī)床部件的附近，就可以檢測(cè)放電，導(dǎo)電的工件或者另一個(gè)機(jī)床部件經(jīng)由連接器電連接到本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)。放電經(jīng)由電弧發(fā)生，且隨其發(fā)出機(jī)床的移動(dòng)部件距離另一個(gè)機(jī)床部件某一距離的信號(hào)，所述另一個(gè)機(jī)床部件連接至所述防止碰撞設(shè)備和它的檢測(cè)系統(tǒng)。用這種方式，即將發(fā)生的碰撞可以在它實(shí)際發(fā)生之前被檢測(cè)，留下足夠的時(shí)間將信號(hào)發(fā)送至機(jī)床控制器，所述機(jī)床控制器在撞擊實(shí)際發(fā)生之前停止刀具(相應(yīng)地機(jī)床頭)的前進(jìn)。使昂貴的傳感器被分配在機(jī)床主軸或者機(jī)加工頭的幾個(gè)位置以確保較寬的檢測(cè)領(lǐng)域被避免，具有復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)也同樣被避免。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在將會(huì)參照示意圖解釋本發(fā)明及其技術(shù)效果。
[0016]圖1示出了一種機(jī)床2，機(jī)床2與根據(jù)本發(fā)明的防止碰撞設(shè)備1連接。在此示例中，唯一被監(jiān)測(cè)的移動(dòng)部件是刀具3。旨在機(jī)加工工件5的刀具3被附接至機(jī)加工頭19的機(jī)床主軸10的卡盤(pán)4夾緊。刀具3被隔離機(jī)構(gòu)9關(guān)于卡盤(pán)(相應(yīng)地刀具保持件4)以及關(guān)于機(jī)床2的剩余部分(例如，機(jī)加工頭19)電隔離。電壓經(jīng)由剛性連接器13 (例如電纜)機(jī)床到被夾緊和電隔離的刀具3。
[0017]正連接器13因此配備有非接觸式連接部件21。非接觸式連接部件21被設(shè)計(jì)為:在刀具3的移動(dòng)期間，一旦在所監(jiān)測(cè)的刀具3和工件5之間、或者在所監(jiān)測(cè)的刀具3與分配在機(jī)床2的工作區(qū)域8中的另一個(gè)機(jī)床部件(例如，夾緊系統(tǒng)6或者機(jī)臺(tái)7)之間發(fā)生放電16，就允許形成電弧。代替使用非接觸式連接部件，還可能使用傳統(tǒng)的電接觸刷或者類似物。但是這樣的接觸刷的使用是不利的，因?yàn)榇瞬考赡苁艿侥p的快速影響。
[0018]正連接器13將刀具3與本發(fā)明的防止碰撞設(shè)備1連接。防止碰撞設(shè)備1也經(jīng)由負(fù)連接器14與工件5、工件5的夾緊系統(tǒng)6、機(jī)臺(tái)7連接，且最終還包圍位于機(jī)床2的工作區(qū)域8中的機(jī)床部件，該機(jī)床部件可潛在地與可動(dòng)刀具3或者另一個(gè)移動(dòng)部件(例如，卡盤(pán)
4、機(jī)床主軸10或者機(jī)加工頭19的其它部件)撞擊。由金屬制成的工件5、夾緊系統(tǒng)6和機(jī)臺(tái)7通常無(wú)論如何是彼此電連接的。通常，這些元件還是電接地的。正連接器13和負(fù)連接器14分開(kāi)連接到本發(fā)明的防止碰撞設(shè)備1。
[0019]圖1中顯示的本發(fā)明的設(shè)備1還包含檢測(cè)系統(tǒng)11，檢測(cè)系統(tǒng)11包括產(chǎn)生可定義值的高電壓(DC、AC或者脈動(dòng)電壓)的高電壓發(fā)生器12，且所述高電壓被應(yīng)用到正連接器13。高電壓發(fā)生器12還經(jīng)由負(fù)連接器14連接至工件，且還包圍機(jī)床部件(參見(jiàn)上文給出的解釋)。檢測(cè)系統(tǒng)11還包括放電檢測(cè)機(jī)構(gòu)15 (例如，電流被檢測(cè))，放電檢測(cè)機(jī)構(gòu)15能夠檢測(cè)刀具3和機(jī)床2的工作區(qū)域8中的另一個(gè)元件(例如工件5、夾緊系統(tǒng)6或機(jī)臺(tái)7)之間發(fā)生的放電16。放電檢測(cè)機(jī)構(gòu)15 (相應(yīng)地檢測(cè)系統(tǒng)11)能夠處理并最終甚至評(píng)估所檢測(cè)和所測(cè)量的放電16。為此目的，處理單元可以在放電檢測(cè)機(jī)構(gòu)15中(相應(yīng)地在檢測(cè)系統(tǒng)11中)被預(yù)見(jiàn)。所檢測(cè)的放電16作為信號(hào)從檢測(cè)系統(tǒng)11