[发明专利]具有力传感器的切削加工机床、切削加工机床的应用以及用于校准切削加工机床的力传感器的方法

说明书

本发明涉及一种用于工件(9)切削成型的切削加工机床(1)，切削成型是按照制造步骤的时间顺序用多个所需工具(14.01‑14.06)进行；其中在每个制造步骤中，所需工具(14.01‑14.06)可以在工件(9)上施加工具力(Kw)；切削加工机床具有用于同时保持所需工具(14.01‑14.06)的工具架(13)和用于工具架(13)的运动的工具滑轨(11)，通过工具架(13)的运动，在每个制造步骤中能够使所需工具(14.01‑14.06)在工件(9)上定向，并且所需工具(14.01‑14.06)和工件(9)为了切削成型而能够相对于彼此运动；工具架(13)具有至少两个单分量力传感器(12.1，12.2，12.3)；单分量力传感器(12.1，12.2，12.3)在力主路中测量在工件(9)切削成型过程中由所需工具(14.01‑14.06)之一施加的工具力(Kw)。

技术领域

本发明涉及一种具有力传感器的切削加工机床。本发明也涉及到这种切削加工机床的应用。本发明还涉及一种用于校准这种切削加工机床的力传感器的方法。

背景技术

切削加工机床是众所周知的。已知的切削加工机床是车床、铣床、锯床等。利用切削加工机床实现对工件的切削成型，其中使用带有切削楔的工具去除工件的材料。在此，切削楔施加工具力。工件可以由金属、木材、塑料等任意材料制成。切削楔由例如金属、陶瓷等坚硬、坚固和坚韧的切削材料制成。已知的用于切削成型的工具有凿子、车刀、铣刀、平面钻、锯片等。

在切削成型过程中，工件和工具相对移动。在此，无论是工件还是工具都是直线或圆形地运动。为此，切削加工机床具有多个驱动单元，例如电驱动单元、气动驱动单元等。

为了低成本且质量稳定地生产工件，需要测量工具力，因为工具力以及在切削成型过程中出现的高温会导致切削楔磨损。该磨损改变了切削楔的切削刃几何形状。磨损的切削楔需要更大的工具力用于工件的切削成型，这使得切削加工机床的能耗更高，并且还降低了工件的表面质量和尺寸精度。

专利文献EP0433535A1公开了一种已知的布置，包括用于在切削加工机床中对工件进行切削成型时测量工具力的力传感器。该力传感器以力配合的方式夹紧在机器零件的留空中。

该已知布置的缺点在于，工具力不是在其作用部位上、即切削楔上测量，而是在远离切削楔的地方、即机器零件中测量。并且在那里是将工具力间接地测量为在机器零件中出现的机械应力。机械应力本身又受到机器零件的尺寸和质量的影响。

该已知布置的力传感器还布置在力分路(Krafthnebenschluss)中的机器零件中。然而，在力分路中只能测量到一小部分发生在那里的机械应力。所有这些都会导致工具力的测量不准确。测量工具力时的精度代表了所测得的工具力与实际工具力的偏差，对工具力的测量越准确，所测得的工具力与实际工具力的偏差就越小。

此外，该已知布置的力传感器测量工具力的多个分力。其沿x方向测量进给力，沿y方向测量背向力，沿z方向测量主切削力。该多分量力传感器针对每个力分量具有至少一个压电元件。该压电元件被定向为，能够以高灵敏度检测力分量。至少三个压电元件沿z方向彼此堆叠地布置在壳体中。由此，该多分量力传感器具有在z方向上高度相对较大的结构尺寸。这种多分量力传感器可从申请人处以型号名称9027C和数据表9027C_000-726d-03.10商购获得。该多分量力传感器是中空柱形的，外径为24.0mm，内径为9.6mm，高度为12.0mm。该多分量力传感器的购买成本也相对较高。