切削刃的偏转的估算制造技术

提供了一种切削刀具(100)、包括该切削刀具(100)的车削机器(200)以及相关的方法(400)。所述切削刀具包括刀具杆(110)、切削头(120)、应变仪(130)、和加速度计(140)。所述切削头位于所述刀具杆处，并且具有切削刃(121)。所述应变仪测量所述刀具杆处的应变。所述加速度计测量所述刀具杆或所述切削头处的加速度。基于来自所述应变仪和加速度计的输出来估算所述切削刃的偏转。在一些实施例中，所述加速度计被布置成靠近所述切削刃，而所述应变仪被布置在所述刀具杆易于出现最大应变的位置。在一些实施例中，基于测量得到的应变来估算所述切削刃的低频振动，基于测量得到的加速度来估算高频振动，并且基于来自两种传感器类型的输出来估算中频振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】切削刃的偏转的估算
本公开总体涉及用于车削的切削刀具，并且特别地是涉及这种切削刀具的切削刃的偏转的估算。
技术介绍
在用于金属切削的机器中，诸如机床，尤其是诸如车床的车削机器中，通常通过旋转工件并通过在切向和/或径向方向上朝向工件移动切削刀具来从工件的外表面或内表面移除(或切削)材料。在工件的内表面上(即从工件的孔内)执行由切削刀具的切削刃提供的切削动作的情况有时被称为镗削。已知切削刀具的切削刃的位置和定向对于提供高精度加工非常重要。在一些情况下，即使切削刃的位置或定向上的微小偏差，也可能将加工精度降低到可接受的水平以下。在加工过程中，切削刃可能偏转。因此，即使切削刃的位置在加工开始之前是已知的，但是切削刃在加工期间的实际位置也可能是未知的。这可能会降低车削机器的精度。切削刃的偏转可以包括静态(或缓慢变化)分量和振动分量两者。切削刃和工件的相互作用可能导致切削刃振动。根据这些振动的振幅和/或频率，切削刃的耐久性或性能可能受到影响。例如，振动可能降低在工件上提供的表面质量。至少由于上述原因，期望在车削机器操作期间估算切削刃的偏转。
技术实现思路
为了更好地解决上述问题中的至少一个问题，提供了具有在独立权利要求中所限定的特征的切削刀具和方法。在从属权利要求中限定了优选实施例。因此，根据第一方面，提供了一种用于车削的切削刀具。切削刀具包括刀具杆、切削头、应变仪、和加速度计。切削头位于(或被定位于)刀具杆处，并且具有切削刃。应变仪被布置用以测量刀具杆处的应变。加速度计被布置用以测量刀具杆处或切削头处的加速度。加速度计被布置成比应变仪更靠近切削刃。应变仪可以用于测量切削刀具处的应变，并且所测量得到的应变可以用于估算切削刃的偏转。可以例如基于在沿着刀具杆的应变相对较大的位置处(诸如，靠近机床接口或靠近沿着刀具杆的、刀具杆的刚度变化所在的位置，如下所述的那样)所测量得到的应变来估算切削刃的偏转。随着时间的推移周期性返回的应变可以例如指示刀具杆正在来回摆动，并且因此切削刃正在振动。然而，切削刃的快速运动或高频振动可能难以通过应变仪精确地进行检测。由于切削刀具的动力学和许多振动模式的存在，偏转和应变之间可能不存在简单的关系。此外，应变测量的灵敏度可能太低，以至于不能够检测(或区分)可能存在于较高频率下的小振动。对于高频率来说，信噪比可能就是太低了。因此，仅基于应变仪可能难以估算切削刃的总偏转。加速度计可以用于估算切削刃的高频振动。加速度计越靠近切削刃(诸如，比应变仪更靠近切削刃)，则估算就可以越精确。然而，静态偏转或由相对较慢的加速度(诸如低频振动)引起的偏转可能难以通过加速度计来监测。因此，仅基于加速度计可能难以估算切削刃的总偏转。专利技术人已经认识到，由应变仪测量的应变和由加速度计测量的加速度相互补充，并且可以一起使用，以提供对切削刃的偏转更准确或完整的估算。来自应变仪和加速度计的输出可以例如用于在切削刃在车削机器操作期间移动时估算切削刃的位置，或者用于估算切削刃的振动的频谱。这种振动频谱可以指示切削刃是否能够在工件处提供期望的表面结构(或精度)。贯穿本公开，词语“车削”是指一种加工工艺，其中工件被旋转，并且其中材料通过并不旋转的切削刃从工件上切削下来。在这种加工工艺中，切削刃可以例如朝向旋转着的工件平移，以执行切削动作，或者旋转着的工件可以朝向切削刃平移。应当理解的是，车削可以例如通过切削刃和工件的外表面的相互作用来执行，或经由切削刃和工件的内表面的相互作用(有时也被称为镗削)来执行。切削刀具(或车削刀具)可以例如适合用于在车削机器中使用。切削头可以例如安装在刀具杆处，或者可以是刀具杆的一体部分。切削刃可以例如是安装在切削头处的切削刀片的切削刃。应变仪可以例如沿着刀具杆布置。应变仪可以例如被布置在刀具杆的内部中(或者被集成在刀具杆中)，以便在加工期间被保护免受从工件上切削下来的材料切屑的影响。应变仪可以例如被布置在刀具杆的外表面处。加速度计可以例如被布置在刀具杆处或切削头处。加速度计可以例如被集成在刀具杆或切削头中。加速度计可以例如被布置在刀具杆或切削头的内部中，以便在加工期间被保护免受从工件上切削下来的材料切屑的影响。从应变仪到切削刃的距离可以例如是从加速度计到切削刃的距离的至少2、3、4、5、10、20或100倍长。根据一些实施例，沿着刀具杆的轴向方向的、刀具杆的特定部分可能易于出现最大应变。应变仪可以被布置在该特定部分处。当在车削期间使用切削刀具时，刀具杆承受应变。该特定部分比刀具杆的其它部分承受更大的应变。因此，应变在该特定区域处更容易被检测出来和/或更清楚地指示了切削刃偏转了多少。例如，如果应变仪被布置在该特定位置处，则信噪比对于应变仪可能是较高的。对于给定的应变，切削刃偏转了多少可以例如在制造切削刀具的工厂中进行测量(或确定)，或者当切削刀具已经被安装在车削机器中时测量。切削刃的偏转的估算可以例如基于来自在车削之前进行的这种测量的数据。根据一些实施例，切削刀具可以包括用于将切削刀具安装在车削机器上的机床接口。从应变仪到切削刃的距离可以大于从应变仪到机床接口的距离。换句话说，相比于靠近切削刃，应变仪可以更靠近机床接口。靠近机床接口的应变通常比沿切削刀具的其它位置处的应变大。因此，基于在靠近机床接口处测量得到的应变，可以更容易准确地估算切削刃的偏转。从应变仪到切削刃的距离可以例如是从应变仪到机床接口的距离的至少2、3、4或5倍大。根据一些实施例，刀具杆可以具有在沿着刀具杆的特定部位处的、在较低值和较高值之间过渡的刚度。从应变仪到切削刃的距离可以大于从应变仪到该特定部位的距离。靠近刀具杆的刚度变化所在的部位(诸如，刀具杆的直径变化所在的位置或刀具杆的材料变化所在的位置)的应变通常大于沿着切削刀具的其它位置处的应变。因此，基于在这种部位测量得到的应变，可以更容易准确地估算切削刃的偏转。从应变仪到切削刃的距离可以例如是从应变仪到该特定部位的距离的至少2、3、4或5倍长。根据一些实施例，切削刀具可以包括用于将切削刀具安装在车削机器上的机床接口。从加速度计到机床接口的距离可以大于从加速度计到切削刃的距离。换句话说，相比于靠近机床接口，加速度计可以更靠近切削刃。与测量远离切削刃的加速度相比，测量接近切削刃的加速度允许更精确地估算切削刃的运动(和因此偏转的至少一些分量)。从加速度计到机床接口的距离可以例如是从加速度计到切削刃的距离的至少2、3、4、5、10、20或100倍长。根据一些实施例，从加速度计到机床接口的距离可以是从加速度计到切削刃的距离的至少四倍长。从应变仪到切削刃的距离可以是从应变仪到机床接口的距离的至少四倍大。应变仪可以例如被布置在(或靠近)刀具杆的后端。切削头可以例如位于刀具杆的前端处。加速度计可以例如被布置在切削头处或被布置在刀具杆的前端处(或靠近前端)。根据一些实施例，应变仪可以适合于测量指示刀具杆在相对于工件的径向方向上的弯曲的应变，或者适合于测量指示刀具杆在相对于工件的切向方向上的弯曲的应变。相对于工件的径向方向可以是朝向工件的中心的方向或远离工件的中心的方向，这取决于切削刀具是用于内部车削还是外部车削。相对于工件的切向方向可以是在车削期间当与切削刃相接触时的工件的与切削刃相互作用的表面移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在车削中使用的切削刀具(100)，所述切削刀具(100)包括：刀具杆(110)；切削头(120)；应变仪(130、131、132、133)；和加速度计(140)，其中，所述切削头(120)位于所述刀具杆(110)处并且具有切削刃(121)，其中，所述应变仪被布置用以测量所述刀具杆处的应变，其中，所述加速度计被布置用以测量所述刀具杆处或所述切削头处的加速度，并且其中，所述加速度计被布置成比所述应变仪更靠近所述切削刃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 EP 16188133.91.一种用于在车削中使用的切削刀具(100)，所述切削刀具(100)包括：刀具杆(110)；切削头(120)；应变仪(130、131、132、133)；和加速度计(140)，其中，所述切削头(120)位于所述刀具杆(110)处并且具有切削刃(121)，其中，所述应变仪被布置用以测量所述刀具杆处的应变，其中，所述加速度计被布置用以测量所述刀具杆处或所述切削头处的加速度，并且其中，所述加速度计被布置成比所述应变仪更靠近所述切削刃。2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中，沿着所述刀具杆的轴向方向的所述刀具杆的特定部分(112、113)易于出现最大应变，并且其中，所述应变仪被布置在所述特定部分处。3.根据前述权利要求中的任一项所述的切削刀具，还包括机床接口(150)，所述机床接口(150)用于将所述切削刀具安装在车床(200)上，其中，从所述应变仪(130)到所述切削刃的距离(D1)大于从所述应变仪到所述机床接口的距离(D2)。4.根据权利要求1-2中的任一项所述的切削刀具，其中，所述刀具杆具有在沿着所述刀具杆的特定部位(114)处、在较低值和较高值之间过渡的刚度，并且其中，从所述应变仪(131)到所述切削刃的距离(D3)大于从所述应变仪到所述特定部位的距离(D4)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的切削刀具，包括机床接口(150)，所述机床接口(150)用于将所述切削刀具安装在车床(200)上，其中，从所述加速度计到所述机床接口的距离(D5)大于从所述加速度计到所述切削刃的距离(D6)。6.根据权利要求5所述的切削刀具，其中，从所述加速度计到所述机床接口的所述距离是从所述加速度计到所述切削刃的所述距离的至少四倍长，并且其中，从所述应变仪(130)到所述切削刃的距离(D1)是从所述应变仪到所述机床接口的距离(D2)的至少四倍大。7.根据前述权利要求中的任一项所述的切削刀具，其中，所述应变仪适合于测量指示所述刀具杆相对于工件在径向方向上的弯曲的应变，或者适合于测量指示所述刀具杆相对于所述工件在切向方向上的弯曲的应变。8.根据前述权利要求中的任一项所述的切削刀具，包括：应变仪(130...

【专利技术属性】
技术研发人员：达恩·奥斯特林，托尔莫德·延森，马蒂亚斯·特乔姆斯兰德，奥德瓦尔·斯坦达尔，奥勒·亨里克·约翰森，安特·埃里克·赖因斯巴克，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE