[发明专利]切削刃的偏转的估算

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

为了更好地解决上述问题中的至少一个问题，提供了根据本发明的切削刀具和方法。

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。

发明人已经认识到，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。