CN105436980A - 用于机床的高电压防止碰撞设备 - Google Patents

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J.雷辰贝彻尔
D.施兰兹
G.博瓦伊
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Abstract

一种用于机床（2）的防止碰撞设备（1），防止在移动部件（3、4、10、19）的移动期间所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）、优选刀具（3）或者机加工头（19）与其它的机床部件（6、7）或者与分配在所述机床（2）的工作区域（8）中的工件（5）撞击。本发明的防止碰撞设备（1）包括放电检测机构（15），所述放电检测机构（15）能检测在所监测的移动部件（3、4、10、19）和所述工件（5）或其它导电机床元件（6、7）之间发生的放电（16），并发出信号至所述机床（2）的机床控制器（17），以停止或者适应于所述移动部件（3、4、10、19）的另外的运动。

Description

用于机床的高电压防止碰撞设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的用于机床的防止碰撞设备，其防止机床的移动部件与其它机床部件的撞击。
背景技术
用于机床的防止碰撞设备在采用机床的工件机加工领域（例如铣削、车削或电火花机加工（EDM））中是已知的。在机床中使用的刀具—通常是铣、钻或旋转头—通常是可互换的，并且取决于待执行的机加工过程。一个工件的机加工请求经常使用几种不同的刀具。刀具更换可以由操作者手动、半自动或全自动（例如，在计算机机加工中心）执行。这样的刀具更换要求在最外面的情况下机加工头的相应地所使用的刀具的非机加工移动远离工件或者朝向工件以继续机加工过程，待更换的刀具附接在该机加工头上。在正常的机加工移动期间时，在所使用的刀具的这些和其它非机加工移动（例如，新部件设置过程）期间，撞击（相应地机加工头或者在其上夹紧的刀具与工件或者其它机床部件碰撞）的固有风险总是存在。这样的撞击是非常不期望的，因为它可损坏工件、刀具、更糟糕地机床。因为在这样的情况下，刀具总是夹紧在机加工头的卡盘中，撞击可意味着在机加工头的支撑件或安装件或者其它机床元件（例如，电机主轴、刀具或者工件卡盘、机台等）上的严重损坏，随之导致更长时间和更昂贵的维修成本的整个机床的非常昂贵的故障。特别不合意的是发生未被检测到的更小的碰撞导致工件的不精确的（大量）生产（相应地后续的大量丢弃）。
避免这些类型的撞击和碰撞也因此一直是机床的操作的重要部分。在手动操作的机床中、在数字控制的机床中或者在计算机化的机加工单元中，被夹紧的工件和其精确位置首先被测量。这样做是为了确保：对于使后续的机加工过程开始，刀具不碰撞在工件上，而是由紧挨工件的刀具（相应地机加工头）的非机加工移动首先精确定位。很明显的是，操作者对刀具的非机加工移动的目视观察帮助防止不期望的碰撞（虽然人为故障不能被完全排除）。在半自动特别是全自动机床中，考虑到现代机加工头的行进速度，持续的目视观察当然是不期望的，也是不可能的。因此现今在这个技术领域给出了可靠的防止碰撞***的需要。
在过去几年内在这个方向上做出努力。文件US6481939B1公开例如一种刀具尖端电导率传感器。当机床的刀具尖端接触工件时，设备进行检测。该装置旨在精确地确定刀具与工件的第一接触以确保工件的正确后续机加工（相应地另外的机加工操作（在给定的示例中，用于采用刀具对工件的后续钻削））。
另一公开，WO2006/128892A1，示出了一种通过使用电导率在机加工操作期间检测刀具破损—此处是钻削头—的设备和方法。所公开的***测量电变量，电变量不时与阈值比较，以便检测源于可能的刀具故障和破损的偏离。一旦检测到这样的偏离信号，则机床可自动停止。
文件EP2165803B1公开了一种类似的但更复杂的控制***，用于在机加工操作期间控制刀具的状态。该设备可以监测高速微机加工操作，提供控制在这样的应用中使用的微刀具的可能性。该***为其测量目的使用交流电作为信号。该信号由发生器产生，且由电压测量设备测量。根据所监测的电路（主要由机加工头、刀具和机台构成），选择交流电的（高）频率—在1至60MHz的范围内。所使用的微刀具与工件的接触或非接触导致那个电路的阻抗不同，该阻抗由电压测量设备测量。那个电路的替代方案，例如刀具破损，导致阻抗中的电压变化。随之可以的是控制微工具并监测其操作状况，例如正常机加工操作、所使用的工作刀具的破损或者甚至所发生的机械撞击。事实上，***提供了一旦检测到撞击就预见停止机床的移动的可能性。
根据EP2165803B1的控制***的缺点—如所有其它上文引用的技术方案一样—在于一旦撞击已经发生，就检测到撞击。虽然在微机加工操作—具有最小进给率（相应地刀具移动）—中，根据EP2165803B1的***仍然足够防止严重的损坏，但对于具有进给率和工具移动处于完全另外的其它量的普通或者高速铣床，这样的***是不够的。
此外，已知在市场上使用避免碰撞***。这些***在模型的基础上起作用，根据馈送至***的数据、设想工件的位置或者其它潜在的撞击元件。刀具/机加工头例如到达所设想的工件位置，***就减慢移动，以避免与工件的最终撞击。这样的方法的限制在于，只有撞击元件的子组可被模型考虑，或者该模型是不精确的（即，缺少或近似的元件）。公司Heidenhain售卖例如这样的***，在市场上已知为“DCM”。
此外，机械碰撞减缓***也是已知的，且如在文件EP1398110A1和DE102007032498A1中公开。这种***防止更大和严重的损坏，但不能有助于避免所有的损坏，例如在所有可能的速度下或者具有所有可能的刀具几何形状，并且因此要求机床在降低的速度下使用。
在普通的特别是在高速铣床中，碰撞不应该仅被减缓，优选地即将发生的碰撞应该在它们实际发生之前被检测到，以允许刀具/机加工头的移动随之立即停止，完全避免刀具碰撞工件或者碰撞其它机床元件。只有用那种方式，才可以避免任何损坏。
在此方向上的方法由Ott-JakobSpanntechnikGmbH公司的文件EP240211B1中公开的***给出。该文件公开了多个距离传感器，此多个距离传感器分配在电机主轴的端部、周向地围绕主轴的轴线（相应地围绕安装的刀具）。这些传感器具有重叠的检测领域，且与雷达或者超声波传感机构一起工作。这样的***能够防止碰撞，然而所请求的用于检测***的设备更加复杂和繁复。此外它要求非常昂贵的传感器机构，且现今这些***对于工业应用仍然不够精确。
发明内容
因此本发明的目的是提出一种设备，所述设备防止刀具与工件或者其它机床部件撞击并且不太复杂、相对更简单地实现且更稳健。
这个发明的目的是通过根据权利要求1的特征设计的防止碰撞设备来实现的。
由于本发明的防止碰撞设备，一旦机床的移动部件（例如刀具或者移动的机加工头的一部分）在导电的工件或者另一个机床部件的附近，就可以检测放电，导电的工件或者另一个机床部件经由连接器电连接到本发明的检测***。放电经由电弧发生，且随其发出机床的移动部件距离另一个机床部件某一距离的信号，所述另一个机床部件连接至所述防止碰撞设备和它的检测***。用这种方式，即将发生的碰撞可以在它实际发生之前被检测，留下足够的时间将信号发送至机床控制器，所述机床控制器在撞击实际发生之前停止刀具（相应地机床头）的前进。使昂贵的传感器被分配在机床主轴或者机加工头的几个位置以确保较宽的检测领域被避免，具有复杂的传感器***也同样被避免。
具体实施方式
现在将会参照示意图解释本发明及其技术效果。
图1示出了一种机床2，机床2与根据本发明的防止碰撞设备1连接。在此示例中，唯一被监测的移动部件是刀具3。旨在机加工工件5的刀具3被附接至机加工头19的机床主轴10的卡盘4夹紧。刀具3被隔离机构9关于卡盘（相应地刀具保持件4）以及关于机床2的剩余部分（例如，机加工头19）电隔离。电压经由刚性连接器13（例如电缆）机床到被夹紧和电隔离的刀具3。
正连接器13因此配备有非接触式连接部件21。非接触式连接部件21被设计为：在刀具3的移动期间，一旦在所监测的刀具3和工件5之间、或者在所监测的刀具3与分配在机床2的工作区域8中的另一个机床部件（例如，夹紧***6或者机台7）之间发生放电16，就允许形成电弧。代替使用非接触式连接部件，还可能使用传统的电接触刷或者类似物。但是这样的接触刷的使用是不利的，因为此部件可能受到磨损的快速影响。
正连接器13将刀具3与本发明的防止碰撞设备1连接。防止碰撞设备1也经由负连接器14与工件5、工件5的夹紧***6、机台7连接，且最终还包围位于机床2的工作区域8中的机床部件，该机床部件可潜在地与可动刀具3或者另一个移动部件（例如，卡盘4、机床主轴10或者机加工头19的其它部件）撞击。由金属制成的工件5、夹紧***6和机台7通常无论如何是彼此电连接的。通常，这些元件还是电接地的。正连接器13和负连接器14分开连接到本发明的防止碰撞设备1。
图1中显示的本发明的设备1还包含检测***11，检测***11包括产生可定义值的高电压（DC、AC或者脉动电压）的高电压发生器12，且所述高电压被应用到正连接器13。高电压发生器12还经由负连接器14连接至工件，且还包围机床部件（参见上文给出的解释）。检测***11还包括放电检测机构15（例如，电流被检测），放电检测机构15能够检测刀具3和机床2的工作区域8中的另一个元件（例如工件5、夹紧***6或机台7）之间发生的放电16。放电检测机构15（相应地检测***11）能够处理并最终甚至评估所检测和所测量的放电16。为此目的，处理单元可以在放电检测机构15中（相应地在检测***11中）被预见。所检测的放电16作为信号从检测***11发送至机床控制器17的输入18。一旦接收到信号，机床控制器17将会停止或者改变刀具3（相应地机加工头19）移动（通常降低速度、改变移动路径等）以避免刀具3与另一个机床部件的即将发生的碰撞。对于放电检测机构15有几种可能性来检测放电16的发生。以下检测方法中的一种或者组合是可想到和可应用的：
-对连接器13和14之间的电流和/或电压变化的电测量，该电流和/或电压变化是由于发生放电16而导致；
-对工作区域8中的发生的放电16的目视检测，优选地通过使用照相机；
-测量现有的各自所形成的电场的变化。
图2示出了本发明的另一个例子，其中防止碰撞设备1不仅将刀具3作为移动的部件监测，还监测整个机加工头19的运动。在这种构造中，连接器13施加高电压至机床主轴10，且—在它的非接触式连接部件21上—还施加至旋转的转子主轴22，并且随之—由于这些元件是电连接的—施加至卡盘4和刀具3。随之整个可动机加工头19以及附接至其的另外的部件（例如刀具3）将会被监测，以防止与分配在机床2的工作区域8中的其它机加工刀具部件撞击。
从本发明的刚刚解释的技术原理中，本发明的几种不同的实施是可以想象的。发送至输入18的信号可以最简单地实施为到机床控制器17的指示器，以立即停止刀具3的移动。在本发明的更加复杂的实施中，检测***11或者它的放电检测机构15能够评估所发生的放电（例如，持续时间、随着时间的放电电压等），最终将它与预设的参数或者存储在数据库内的数据比较，或者以采用安装的专家***来评估它，并且以给出更具体的指示至机床控制器17（例如，刀具到撞击元件的实际距离）。
在本发明的优选实施例中，发明的防止碰撞设备不用于仅使移动部件（如刀具和机加工头）的任何进一步移动停止，而代替地是用于将机加工头和刀具的移动从普通的操作速度切换到更低的“安全模式”速度（例如，灵敏进给）。在这种安全模式中，机加工头的向前运动例如降低至这样的程度，即通过内置的机械碰撞减缓***，最终的碰撞将会被减缓，而在“普通的操作速度”，内置的机械减缓***将不足以避免严重的损坏。很明显，对于这样的实施例，从“普通的操作速度”至更低的“安全模式”速度的切换需要在所监测的移动部件（刀具、整个机加工头）和固定的部件（工件、机台等）之间的合理距离处发生。事实上，本发明***的特定实施例可以在普通机加工操作的起始阶段使用，以确保在第一步骤中较快的移动（相应地机加工头/刀具朝向工件的进给运动），以及在第二步骤中—一旦达到定义的距离且放电发生—机床控制器切换到更低的“安全模式”速度运动，以用于使刀具以更慢的速度朝向工件移动，以便随后开始工件的机加工。
在这个优选实施例的另一改进的变型中，刚刚提到的两个步骤模式将会通过增加第三步骤而被扩展：在刀具处于“安全模式”的更慢运动中，—因此工件和刀具仍然没有彼此接触—防止碰撞设备在刀具和工件之间施加的电压适应于更低的值，这允许本发明的设备检测在刀具和工件之间的另外的第二、更窄的距离。这样更窄的距离—还被后续发生第二放电来检测-可以是使工件的实际机加工开始的距离。
在本发明的另一个有利的实施例中，在图3中示出，防止碰撞设备1可以被延伸，使得它不仅能够监测刀具3或者附接到机加工头19的其它移动部件的非机加工运动，还能够监测和防止在刀具3的普通机加工操作期间的碰撞。为此目的，机加工头19与机床框架（未示出）的剩余部分电隔离（如由隔离机构9将电隔离刀具3）且配备有另外的隔离的正连接器24。在这种构造中，防止碰撞设备1基本上包括两个独立的监测部分：一个部分是隔离的刀具3，另一个是隔离的机加工头19。一旦刀具3已经开始机加工工件5，则刀具3和工件5将会持续地物理接触（例如，去毛刺（chipremoving）机加工过程），随之也处于恒定的电接触。因此，在工件被移动的刀具3机加工期间，本发明的防止碰撞设备1关于刀具截面将不会起作用。然而，由于刀具3通过隔离机构9与卡盘保持件4、以及机加工头19的另外部件电隔离，防止碰撞设备1将能够监测机加工头19的运动，并通过正连接器24将移动机加工头19的最终方法发送至机床2的工作区域8中的另一个元件。
为此目的，高电压发生器12经由正连接器24产生到机床主轴10和机加工头19的其它部件的高电压。连接器24还包括非接触式连接部件23，用于将高电压发送至旋转的转子主轴22，并还随之发送至电隔离的刀具3的卡盘4。通过此构造，移动的机加工头19或它的部件（例如卡盘4或者机床主轴10）与工件5或夹紧***6等之间的碰撞被防止，即使在夹紧的工件5的机加工过程期间。很明显，放电检测机构15也需要连接至正连接器24，以用于正确实施此有利的实施例。
在此有利的实施例的另一变型中，还可能预见：对于每个电隔离的部分，检测***11包括自己的放电检测机构15（在给定的示例中，两个独立的放电监测装置15，在图3中未示出）。
优选地，检测***（11）根据以下因素中的一个或者组合来适应于待由高电压发生器（12）所施加的电压：
-移动部件（例如，刀具3、卡盘4、电机主轴10、以及整个机加工头19）的速度；
-使用冷却剂或在工件（5）的机加工期间所使用的冷却剂类型；
-材料（相应地机加工的工件（5）的金属类型）；
-使用的刀具（3）和/或刀具涂层类型的几何形状；
-刀具（3）在机加工操作期间的旋转速度；
-用于停止移动部件的运动的必须紧急制动距离（考虑惯性）；
-移动部件在刀具（3）的铣削或非铣削状态期间的速度；
-粗铣削或者精铣削状态；
-由防止碰撞设备1产生的错误撞击警告的数量。
本发明的防止碰撞设备通常使用从大约1000V开始的电压。所使用的电压可以在例如1'000-20'000V的范围内，且被施加在刀具、机加工头或者另外的移动机床部件与固定的工件或者工件台之间。电压下的元件需要与机床的剩余部分电隔离或者至少与工件（相应地机台）电隔离。绝缘件可以例如集成在刀具保持件中和/或集成在电压所施加的机加工头的支承件上。例如，合适的隔离陶瓷材料可用作隔离器。使用陶瓷作为绝缘器带来了优点，以防止（例如刀具保持件中）结构刚度的任何损失。由于高电压发生器仅产生非常低的电流，对于操作者或者电机床部件（其可被发生的放电损坏）没有健康危险（healthrisk）。当然，在防止碰撞设备的操作期间具有整个工作区域的电屏蔽是有利的。
优选地，工件侧元件（工件、夹紧***、机台或者可能潜在地与刀具撞击的其它包围的机床部件）连接至机床的电接地。优选地，一个或多个负连接器（例如，电缆）将这些元件与碰撞检测设备电连接。通常，正连接器（例如，也是电缆）将刀具与高电压发生器连接。虽然很少指示，但可以预见，将连接倒转，且分别地将正连接器与工件侧和接地连接，将负连接器与刀具连接（在不相关的AC模式）。
放电的发生由放电检测机构检测，放电检测机构是防止碰撞设备的检测***的一部分。放电检测机构检测放电的发生，通过放电，检测***经由处理单元传送指示即将发生撞击的信号至机床的机床控制器。那个信号优选地传送至机床控制器的快速采样触发输入。一接收到那个信号，机床控制器就立即停止移动部件（例如，刀具或者机加工头）的运动,或者—如上文进一步描述的—从普通操作速度切换到更低的“安全模式”速度（例如，灵敏进给），防止在任何情况下的随之的最终严重碰撞。
根据所使用的电压和工作区域状态，检测距离—放电发生的最大距离—可以大约在5至10mm的范围内。有许多影响工作区域状态的参数。属于参数的那些为刀具的材料、其它导电机床元件（例如，工件）的材料、润滑介质（乳剂或油）和量（膜厚）、砂砾的存在、湿度等。
在本发明的优选实施例中，可以预见这些参数（或者它们的一部分）例如由操作者或者最终甚至由防止碰撞设备的传感器预设或者预定。根据这些参数，检测***可以定义即将施加到工具的电压，且一旦放电发生，估计刀具和附近的机床部件之间的近似距离。所估计的距离可用于机床控制器来确定刀具运动的停止过程。最优选地，机床的机床控制器根据机加工状态（例如，润滑、机加工头的行进速度等）经由信号线20影响防止碰撞设备的施加电压。
在本发明的另外的替代实施方案中，防止碰撞设备（相应地它的检测***）包括具有存储的工作区域状态的数据库（相应地专家***）。通过这个数据库以及通过预设和预定实际的状态参数，防止碰撞设备能够更好地估计刀具与附近的机床部件之间的实际距离。
优选地，正和负连接器尽可能紧密地连接到刀具和工件侧元件。
如以上所提及的，本发明的防止碰撞设备不仅旨在且适于监测刀具的非机加工运动。
本发明由机床的防止碰撞设备构成，以防止在移动部件的运动期间机床的移动部件（优选地刀具或者机加工头）与其它的机床部件—例如夹紧***或者机台）—或者与分配在机床的工作区域中的工件撞击。本发明的防止碰撞设备特别地包括：
-隔离机构，其用于将移动部件与机床的其它部件电隔离，
-检测***，其包括高电压发生器，该高电压发生器具有至少两个连接器—优选地在高电压发生器产生DC电压的情况下，那些连接器的至少一个是正连接器并且那些连接器的至少一个是负连接器—因此这些至少两个连接器的一个电连接到移动部件，且另一个—或者其它的至少一个—连接器电连接到工件和/或连接到分配在机加工刀具的工作区域中的其它导电机床部件-优选地工件夹紧***或者机台—
-因此高电压发生器可优选地在它的连接器处产生DC、AC或者脉动电压，
-检测***还包括放电检测机构，放电检测机构可以检测在移动部件和工件之间发生的放电，或者在移动部件和分配在机加工刀具的工作区域中的其它导电机床部件—例如，夹紧***或者机台—之间发生的放电，
-因此一发生放电-由放电检测机构检测到-检测***被设计为发出即将发生撞击的信号至机床的机床控制器，以停止或者适应于移动部件朝向其它机床部件或者工件的另外的相对运动。
工件和分配于机加工刀具的工作区域中的另外的机床元件优选地彼此电连接，且优选地电接地。工件和另外的机床元件经由至少两个连接器中的一个（优选地负连接器）与高电压发生器连接。
在优选的实施例中，将工件和/或分配于机加工刀具的工作区域中的其它导电机床部件电连接的连接器是接地的。这还包括变型，连接器中的一个（相应地高电压发生器的一个电连接器）直接接地（例如，经由电缆），并且工件和/或分配于机加工刀具的工作区域中的其它导电机床部件分开接地（例如，经由另一电缆）。
在本发明的用于机床的防止碰撞设备的另外的实施例中，机床的移动部件被再分为至少两个部分。优选地，至少两个部分的一个由刀具表示，并且另一个相应地第二部分由刀具保持件（刀具卡盘）、机床主轴和/或机加工头表示。这些部分通过适当的隔离机构（如隔离陶瓷的材料等）彼此电隔离且与机床的其它部件（例如，壳体、机床框架等）电隔离。这些电隔离部分的每一个都通过自己的连接器连接或者连接至高电压发生器（相应地连接至高电压发生器的正极和负极）。在优选的实施例中，工件通过隔离机构与夹紧***或者机台电隔离，且通过另一个连接器（14）电连接到高电压发生器。最优选地，检测***包括用于每个电隔离部分的自己的放电检测机构。
在本发明的用于机床的防止碰撞设备的一个实施例中，正连接器由将移动部件与高电压发生器的正极电连接的连接器表示，并且负连接器由将高电压发生器的负极与工件和/或分配于机加工刀具的工作区域中的其它导电机床部件（优选工件夹紧***或者机台）电连接的连接器表示。可以的是高电压发生器具有多于一个的正连接器和/或多于一个的负连接器。
在本发明的优选实施例中，连接器包含非接触式连接部件，该非接触式连接部件被设计为一旦发生放电旨在发出即将发生撞击的信号，就允许形成电弧。优选地这样的非接触连接部分被分配位于两个—相对于彼此—移动（相应地旋转）的部件之间（例如，旋转电机轴和周围的电机主轴壳体）。非接触连接部分可以例如由切断电缆构成，因此切断电缆部分之间的距离具有比移动部件和另一个机床部件之间应当发生放电的距离更短的距离。更优选地，在切断电缆部件之间的距离处于0.1至1mm的范围中。
根据本发明，本发明的放电检测机构通过以下检测方法中的一个或组合来检测放电的发生：
-对连接器之间的电流和/或电压变化的电测量；
-对工作区域中发生的放电的目视检测，优选地通过使用适当的照相机；
-测量电场的变化。
优选地，检测放电的放电检测机构是检测***的处理单元，该处理单元被设计为将信号传送至机床的机床控制器的输入，优选地机床控制器的输入是快速采样触发输入。
由高电压发生器施加在本发明的设备中的电压可以是可调节的；优选地，电压可在1'000至20'000V的范围内调节，最优选地可在1'000至5'000的范围内或者在5'000至20'000V的范围内调节。在另一个可能的实施例中，本发明的放电检测机构还可以被设计为测量发生的放电的不同参数，例如随着时间的放电持续时间、电流和/或放电电压等。最优选地，那些参数被发送至刀具的机床控制器，以用于所发生的放电的进一步评估。
放电检测机构还可设计成测量所发生的放电的不同参数—例如所提到的随着时间的放电持续时间、电流和/或放电电压等—以优选地通过将测量的参数与预设的参数或者与存储在数据库中的数据比较以评估所发生的放电，或者采用安装的专家***来评估。在这样的构造中，放电检测机构可以将评估的输出数据，最优选地在刀具与撞击元件之间的经计算的距离，发送至机床的机床控制器。在另外的优选实施例中，检测***由机床控制器控制。
检测***可根据几种因素的一种或者组合来适应于由高电压发生器施加的电压。这些因素可以是：
-移动部件的速度；
-使用冷却剂或者所使用的冷却剂的类型；
-工件的材料；
-刀具和/或刀具涂层类型的几何形状；
-刀具在机加工操作期间的旋转速度；
-必须的紧急制动距离；
-刀具的铣削或非铣削状态；
-粗铣削或者精铣削状态；
-错误撞击警告的数量。
在本发明的可能实施例中，用于将移动部件（例如，夹紧的刀具）与机床的其它部件电隔离的隔离机构集成在刀具卡盘中，优选地所述隔离机构由隔离陶瓷材料制成。
本发明还包括一种用于机床的操作方法，该机床装备有根据上文的防止碰撞设备，用于使工件的机加工开始。在本发明的操作方法中，机床的移动部件，优选刀具或者机加工头，由机床控制器采用第一速度模式（sm1）从起始点朝向待机加工的工件移动，直至防止碰撞设备通过它的检测***向机床控制器发出第一放电（V1）发生的信号，到工件（5）的预定的第一距离（d1）被达到。一旦这样，机床控制器就使机床的移动部件的速度适应于第二速度模式（sm2），该第二速度模式比第一速度模式（sm1）小。
在用于使工件的机加工开始的这种操作方法中，可想到的是，在机床的移动部件处于第二速度模式（sm2）运动期间，防止碰撞设备的检测***被设置为检测移动部件和工件之间的预定第二距离（d2）,该第二距离小于第一距离（d1）。一旦通过移动部件朝向工件的移动带来的第二设置距离（d2）被达到且通过发生第二放电（V2）由检测***向机床控制器发出信号，机床控制器能够在另外的时间内适应移动部件的运动。优选地，移动部件的运动的适应在于使电机主轴的旋转开始或者使电机主轴的旋转进入由所安装的刀具开始的工件的机加工的操作速度。
本发明不限于所解释的实施例和替代方案。
附图标记
1防止碰撞设备
2机床
3刀具
4卡盘或刀具保持件
5工件
6夹紧***
7机台
8机床的工作区域
9隔离机构
10机床主轴
11检测***
12高电压发生器
13正连接器
14负连接器
15放电检测机构
16放电
17机床控制器
18触发输入
19机加工头
20信号线
21连接器13的非接触式连接部件
22转子主轴
23连接器24的非接触式连接部件
24正连接器

Claims (17)

1.一种用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其防止在移动部件（3、4、10、19）的移动期间所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）、优选刀具（3）或者机加工头（19）与其它的机床部件（6、7）或者与分配在所述机床（2）的工作区域（8）中的工件（5）撞击，
其特征在于，所述防止碰撞设备（1）包括：
隔离机构（9），其用于将所述移动部件（3、4、10、19）与所述机床（2）的其它部件（5、6、7）电隔离，
检测***（11），其包括高电压发生器（12），所述高电压发生器（12）具有至少两个连接器（13、14）、优选地一个正连接器和一个负连接器，因此一个连接器（13）电连接到所述移动部件（3、4、10、19），并且另一个连接器（14）电连接到所述工件（5）和/或连接到分配在所述机加工刀具（2）的所述工作区域（8）中的其它导电机床部件（6、7）、优选工件夹紧***（6）或者机台（7），因此所述高电压发生器（12）优选地在它的连接器（13、14）处产生DC、AC或者脉动电压，
另外地，所述检测***（11）包括放电检测机构（15），所述放电检测机构（15）能够检测在所述移动部件（3、4、10、19）和所述工件（5）之间发生的放电（16），或者在所述移动部件（3、4、10、19）和分配在所述机加工刀具（2）的工作区域（8）中的所述其它导电机床部件（6、7）之间发生的放电，并且一旦这样，所述放电（16）就被所述放电检测机构（15）检测到，所述检测***（11）被设计为发出即将发生撞击的信号至所述机床（2）的机床控制器（17），以用于停止或者适应于所述移动部件（3、4、10、19）朝向所述其它机床部件（6、7）或者所述工件（5）的另外的相对运动。
2.根据权利要求1所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述工件（5）和分配于所述机加工刀具的所述工作区域（8）中的机床元件（6、7）彼此电连接、优选地电接地，且与所述高电压发生器（12）的一个连接器（14）连接、优选与所述负连接器连接。
3.根据权利要求1所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述高电压发生器（12）的另一个连接器（14）电接地，且所述工件（5）和/或分配于所述机加工刀具（2）的所述工作区域（8）中的其它导电机床部件（6、7）也电接地。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，
所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）被再分为至少两个部分，
优选地，一个部分由所述刀具（3）表示，并且第二部分由所述刀具保持件（4）、机床主轴（10）和/或机加工头（19）表示，
因此部分通过隔离机构（9）彼此电隔离且与所述机床（2）的其它部件（5、6、7）电隔离，并且电隔离部分的每一个都通过自己的连接器（13、24）连接至所述高电压发生器（12），
优选地所述工件（5）还通过隔离机构与所述夹紧***（6）或者所述机台（7）电隔离，并且因此所述工件（5）通过另一个连接器（14）电连接到所述高电压发生器（12），
最优选地所述检测***（11）包括用于每个所述电隔离部分的自己的放电检测机构（15）。
5.根据权利要求1、2或3所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，
所述工件由隔离机构与所述夹紧***（6）和所述机台（7）电隔离，因此所述夹紧***（6）和所述机台（7）通过另一个连接器（14）电连接到所述高电压发生器（12）。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，
所述正连接器由将所述移动部件（4、9、10）与所述高电压发生器（12）的正极电连接的连接器（24）表示，并且所述负连接器由将所述高电压发生器（12）的负极与所述工件（5）以及/或者分配于所述机加工刀具（2）的所述工作区域（8）中的其它导电机床部件（6、7）、优选所述工件夹紧***（6）或所述机台（7）电连接的连接器（14）表示，
优选地所述高电压发生器（12）具有多于一个的所述正连接器（13、24）和/或多于一个的所述负连接器（14）。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述连接器（13、24）包含非接触式连接部件（21、23），其被设计为一旦发生放电（16），就允许形成电弧，优选地所述非接触连接部分（21、23）被分配位于两个相对于彼此移动、最优选地旋转的部件（10、22）之间。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述放电检测机构（15）通过下文检测方法中的一个或组合来检测放电（16）的发生：
-对所述连接器（13、14）之间的电流和/或电压变化的电测量；
-对所述工作区域（8）中发生的放电（16）的目视检测，优选地通过使用照相机；
-测量电场的变化。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，检测所述放电（16）的所述放电检测机构（15）是所述检测***（11）的处理单元，其被设计为传送信号至所述机床控制器（17）的输入（18），优选地所述机床控制器（17）的所述输入（18）是快速采样触发输入。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，由所述高电压发生器（12）施加的电压是可调节的，优选地所述电压可在1'000至20'000V的范围内调节，优选地可在1'000至5'000的范围内或者可在5'000至20'000V的范围内调节。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述放电检测机构（15）还被设计为测量发生的放电（16）的不同参数、优选地随着时间的放电持续时间、电流和/或放电电压，最优选地这些参数被发送至所述机床（2）的所述机床控制器（17）。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述放电检测机构（15）还被设计为
测量发生的放电（16）的不同参数、优选地随着时间的放电持续时间、电流和/或放电电压，
优选地，通过将所述测量的参数与预设的参数或者与存储在数据库内的数据比较以评估发生的放电（16）或者采用安装的专家***来评估其，并且发送所评估的输出数据、更优选地所述刀具（3）与所述撞击元件之间的计算距离至所述机床控制器（17）。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述检测***（11）由所述机床控制器（17）控制。
14.根据权利要求13所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，所述检测***（11）根据以下因素的一个或者组合来调节所述高电压发生器（12）所施加的电压：
-所述移动部件（3、4、10、19）的速度；
-使用冷却剂或者所使用的冷却剂的类型；
-所述工件（5）的材料；
-所述刀具（3）和/或刀具涂层类型的几何形状；
-所述刀具（3）在机加工操作期间的旋转速度；
-必须的紧急制动距离；
-所述刀具（3）的铣削或非铣削状态；
-粗铣削或者精铣削状态；
-错误撞击警告的数量。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的用于机床（2）的防止碰撞设备（1），其特征在于，用于将所述夹紧的刀具（3）与所述机床（2）的其它部件（4、5、6、7、10）电隔离的隔离机构（9）集成在所述刀具卡盘（4）内，优选地所述隔离机构（9）由隔离陶瓷材料制成。
16.一种用于机床（2）的操作方法，所述机床（2）装备有根据前述权利要求中的任一项所述的防止碰撞设备（1），用于使所述工件（5）的机加工开始，其特征在于，
所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）、优选所述刀具（3）或者所述机加工头（19），由所述机床控制器（17）采用第一速度模式（sm1）从起始点朝向待机加工的所述工件（5）移动，直至所述防止碰撞设备（1）通过它的检测***（11）向所述机床控制器（17）发出第一放电（V1）发生的信号，使得到所述工件（5）的预定的第一距离（d1）被达到，一旦这样所述机床控制器（17）就使所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）的速度适应于第二速度模式（sm2），所述第二速度模式（sm2）比所述第一速度模式（sm1）小。
17.根据前一方法权利要求所述的用于机床（2）的操作方法，所述机床（2）装备有防止碰撞设备（1），用于使工件（5）的机加工开始，其特征在于，
在所述机床（2）的所述移动部件（3、4、10、19）处于所述第二速度模式（sm2）运动期间，所述防止碰撞设备（1）的所述检测***（11）被设置为检测所述移动部件（3、4、10、19）和所述工件（5）之间的预定第二距离（d2）,所述第二距离（d2）小于所述第一距离（d1），一旦由所述移动部件（3、4、10、19）朝向所述工件（5）的移动达到第二设置距离（d2），就通过所述检测***（11）和第二放电（V2）的发生，向所述机床控制器（17）发出信号，所述机床控制器（17）适应所述移动部件（3、4、10、19）的运动，优选地所述移动部件（3、4、10、19）的运动的适应在于使所述电机主轴（22）的旋转开始或使所述电机主轴（22）的旋转进入由所述安装的刀具（3）开始所述工件（5）的机加工的操作速度。
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