CN112888926A - 工具和用于测量工具力的方法 - Google Patents

工具和用于测量工具力的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112888926A
CN112888926A CN201980067173.6A CN201980067173A CN112888926A CN 112888926 A CN112888926 A CN 112888926A CN 201980067173 A CN201980067173 A CN 201980067173A CN 112888926 A CN112888926 A CN 112888926A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tool
force
force sensor
shank
contact surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980067173.6A
Other languages
English (en)
Inventor
T·芬佩尔
G·凯策尔
丹尼斯·科勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kistler Holding AG
Original Assignee
Kistler Holding AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kistler Holding AG filed Critical Kistler Holding AG
Publication of CN112888926A publication Critical patent/CN112888926A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076—Force sensors associated with manufacturing machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B25/00—Accessories or auxiliary equipment for turning-machines
    • B23B25/06—Measuring, gauging, or adjusting equipment on turning-machines for setting-on, feeding, controlling, or monitoring the cutting tools or work
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2717/00—Arrangements for indicating or measuring
    • B23Q2717/003—Arrangements for indicating or measuring in lathes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

根据本发明，一种工具(10)包括工具柄(11)，工具柄被接收在工具架(20)的工具接收部(21)中；工具(10)还包括力传感器(30)，该力传感器布置在工具柄(11)的凹口(12)中；并且在工具(10)操作时，力传感器(30)测量由工具柄(11)作用在工具架(20)上的工具力。本发明还涉及一种利用工具(10)测量工具力的方法，该工具包括工具柄(11)，工具柄被接收在工具架(20)的工具接收部(21)中；工具(10)还包括力传感器(30)；该方法包括以下步骤：在工具(10)的工具柄(11)与工具架(20)的工具接收部(21)之间布置力传感器(30)；并且借助于工具接收部(21)的夹紧装置夹紧力传感器(30)；在工具(10)操作时，力传感器(30)测量由工具柄(11)作用在工具架(20)上的工具力。

Description

工具和用于测量工具力的方法
技术领域
本发明涉及一种具有工具柄的工具，工具柄被接收在工具架的工具接收部中。本发明还涉及一种测量工具力的力传感器。此外，本发明还涉及一种利用这种工具和这种力传感器测量工具力的方法。
背景技术
在使用机床制造工件时，经常需要测量作用在布置于机床的工具架中的工具上的力。这种所谓的工具力通常是多维的。例如，在车床中，作用在切削工具上的不仅有由工件施加在切削工具上的切削力，还有进给力。
测量这种工具力可以使用测力计。然而不利之处在于其较大的尺寸，使得测力计在机器室中常常会受到干扰，并且也不能安装在机床的任意位置。此外，测力计的制造和采购成本相对较高。
还可以使用应变仪来测量这种工具力。基于其原理，应变仪要求待测量的机器部件、特别是工具需具有一定的柔顺性(Nachgiebigkeit)，然而这种柔顺性在工件的精密加工中是不期望的。因此，使用应变仪会导致测量的动态分辨率降低。
为了确定由工具架的工具接收部施加在工具柄上的夹紧力，也可以使用扭矩扳手。但是，由于实际的夹紧力取决于彼此重叠移动的表面的摩擦系数，因此可能会偏离由扭矩扳手显示的值，从而不能精确地确定夹紧力。
专利文献DE102013005555B3公开了一种安装有推力和压力传感器的测量板，以便例如能够测量压机的支承面上的推力和压力。为此，各个推力和压力传感器被相叠地设置，并借助压力件相对于测量板的底部被夹紧在测量板的中空圆柱形的凹部中。
在此不利的是，测量板会将额外的质量、即惯性添加到测量***中，因此不适于高动态性的应用。
专利文献EP0433535A1公开了一种不带测量盘的多分量力测量单元，用于自动测量机床中的力，例如进给力、被动力和主切割力，以便能够识别工具磨损或工具损坏。在此将多分量力传感器布置在自动车床的机器滑轨的袋状凹口中或者布置在两个机器部件之间的凹槽中。力传感器可以是楔形的并且可以通过按压楔(Anpresskeil)进行预紧。此处的缺点在于，由于机器滑轨的几何形状，在力测量时可能会出现误差，并且机器滑轨的质量也会对测量单元的动态特性产生不利影响。
发明内容
本发明的任务在于提供一种属于开头所述技术领域的工具，并且提供一种方法，该方法允许对工具力进行更精确和更动态的测量。特别是提供了对车床中的单位时间切削力
Figure BDA0003015521340000021
的适合于工业的测量。
本发明的任务的解决方案通过独立权利要求的特征来限定。
根据本发明，工具包括工具柄，该工具柄被接收在工具架的工具接收部中；该工具还包括布置在工具柄上的凹口中的力传感器；在工具操作时，力传感器测量由工具柄作用在工具架上的工具力。
根据本发明布置的力传感器允许在工具操作时直接测量工具力。通过将力传感器布置在工具柄上，可以直接进行力测量。由此改善了力测量的精度和动态特性。例如，可以更精确地测量振动，因为力传感器仅是承受较小的工具柄质量，而不承受较大的工具架质量。因此还可以测量较小的力。
优选地，将力传感器布置在工具柄的凹口中，或者布置在工具架的凹口中，或者布置在中间件的凹口中。中间件布置在工具柄与工具架之间。当然，力传感器既可以布置在工具柄上，也可以布置在工具架上，并且也可以布置在中间件上。
在本发明的意义下，“布置在工具柄上”是指力传感器在空间上紧邻工具柄并且是在工具柄与工具架之间的交接点处。力传感器可以布置在工具柄的侧面上或工具架的侧面上。力传感器也可以布置在工具柄与工具架之间的中间件中。
利用力传感器可以测量任何工具力，例如工具柄的压力、弯曲力、扭转力、切割力或进给力。力传感器具有接触面并测量作用在该接触面上的工具力。力传感器通过接触面与工具柄发生机械接触。
优选使用具有小尺寸的力传感器。力传感器的直径可以小于15mm，优选小于10mm，并且特别优选为7mm或更小。力传感器的厚度可以小于7mm，优选小于5mm，并且特别优选为3mm或更小。力传感器的体积可以优选小于500mm3，特别优选小于300mm3，并且特别优选为100mm3或更小。
小尺寸的力传感器的优点在于，它可以轻松地安装在工具柄上或工具架上或中间件上。此外，这种力传感器也可使用在具有小工具柄或小工具架或小中间件的工具中。
工具柄或工具架或中间件优选地具有角形的横截面，特别是矩形的或正方形的横截面。
凹口的尺寸可以被设计为，使得力传感器能够以无应力和/或配合精确的方式被凹口接收。力传感器可以局部地突出到凹口之外，从而仅通过力传感器的接触面来实现工具柄与工具架之间或者工具柄与中间件之间的机械接触，并且从而所测量的工具力的力分量为100％。其优点是使力测量具有最大程度的高灵敏度，因为没有力分量作用在力传感器30外部的力分流(Kraftnebenschluss)中。
力传感器也可以完全地布置在凹口中，从而通过力传感器与工具柄的共同的接触面，或通过力传感器与工具架的共同的接触面，或通过力传感器与中间件的共同的接触面来实现工具柄与工具架之间或工具柄与中间件之间的机械接触，并且从而所测量的工具力的力分量低于100％。其优点是使得力测量具有高的机械稳定性和高的固有频率，因为工具柄不可能有机械挠曲。
在操作工具时，特别是当工具被夹紧在工具架的工具接收部中时，力传感器当然不再是无应力的，并且因此也不再是无应力地布置在工具柄或中间件的凹口中。
在一种特别的实施方式中，工具是切削工具。
由于切削工具通常是被固定地且无旋转地布置，例如在无旋转的工具架中，所以在此能够特别简单地进行力测量。
切削工具应理解为例如在车削机器(Drehmaschine)和/或车床中使用的切削加工工具。在此，切削工具本身不旋转，而是使利用切削工具所加工的工件旋转。
当然，也可以使用其它的工具，例如钻头或铣头。这样的工具通常具有旋转对称的工具柄，因为这样的工具通常是旋转的并且布置在本身也旋转的工具架中。因此，力传感器不仅测量工具力，而且还测量由力传感器的旋转引起的向心力。
还可以设想的是使用切削刃不确定的工具，例如磨削工具。
工具架可以例如是车削机器和/或车床的机器滑轨、钻头卡盘或用于铣头的容座。
在一种特别的实施方式中，工具架的工具接收部具有用于夹紧工具柄的夹紧装置。特别地，夹紧装置具有楔形件。由此能够特别简单地将工具的工具柄紧固在工具架的工具接收部中。楔形件的优点在于，其例如在竖直方向上是可夹紧的，并且还可以在工具柄上施加水平的力。
在一种特别的实施方式中，力传感器不是压电式力传感器。压电式力传感器是已知的并且是可在市场上购得的。它们具有高动态特性和高精度的特点。
优选地，可以使用Kistler公司的9131B型力传感器。
替代地，如果安装空间允许，也可以使用应变仪或测力计。
在一种特别的实施方式中，力传感器是多轴力传感器。
由此可以同时测量在不同方向上作用的工具力。例如，除了在切割或切削工件时产生的切割力或切削力之外，还可以测量工具的进给力。当工具柄被夹紧在工具接收部中时，还可以例如测量夹紧力。
当然，也可以在不同的方向上布置多个力传感器，这些力传感器分别仅沿一个方向测量工具力，从而能够在不同的方向上同时测量工具力。
在一种特别的实施方式中，力传感器被构造为能够将所测量的信号导出到分析单元。例如，力传感器可以具有电缆或无线电链路，利用该电缆或无线电链路可以将所测量的信号导出到分析单元。
这允许分析单元例如能够识别：是否超过了容许力值，并是否因此存在损坏工具和或工具架的风险。在例如切割力突然下降的情况下，分析单元可以得出工具断裂的结论。在所有的情况下，分析单元都可以使用这些信息来适当地影响机床控制。
在旋转工具的情况下，分析单元还可以根据所测量的信号来计算向心力，以便能够因此而更精确地确定剩余的工具力。当然，还可以基于所测得的向心力推断出工具的旋转速度。
在一种特别的实施方式中，力传感器被构造为，能够实时地监视由力传感器测量的信号。例如，力传感器可以具有电缆或无线电链路，所测量的信号可以通过该电缆或无线电链路被导出到分析单元，其中，电缆或无线电链路的带宽大于所测量的信号的动态特性(Dynamik)，因此可以无延迟地监视所测量的信号。
这特别是在自动化生产的情况下提供了以下优点：可以迅速对工具力的变化做出反应。例如，可以快速识别损坏的工具，然后对其进行更换。由于根据本发明的力测量具有高的精度和动态特性，因此可以减少错误警报。
在本文中，监视意味着将所测量的信号与一个或多个预定的阈值进行比较，或者与预定义的模式进行比较，以便实时生成一个或多个输出和/或决策信号。这可以例如由分析单元来完成。
替代地和/或附加地，还可以在稍后的时间点分析和评估所测量的信号。
优选地，工具还包括分析单元。据此，信号从力传感器例如通过电缆或无线电链路导出到分析单元。在力传感器与分析单元之间还可以存在电荷放大器和/或数字化装置。
分析单元可以允许监视工具夹紧过程。此外，还可以对切削过程进行分析和优化。可以分析并比较不同的工具。切削过程的监视还可用于质量保证。
在工具的一种特别的实施方式中，力传感器通过预紧力被预紧。
该预紧力使得还能够利用力传感器来测量“负”力，即，反作用于预紧力并且在没有预紧力的情况下不能被测量的力。此外，可以将该预紧调整为，使力传感器在整个所期望的测量范围内是位于具有高线性的范围内，即位于线性测量范围内。
此外，如果工具处于静止中，即不是处于操作中，则力传感器可以测量预紧力。如果预紧力是已知的，则可以在操作中测量前述的工具力，例如压力、弯曲力、扭转力、由工具旋转所引起的向心力、切割力、进给力、或前述的组合。
在工具的一种特别的实施方式中，预紧力是可调节的。
因此，例如可以调节力测量范围。
在工具的一种特别的实施方式中，预紧力对应于由工具接收部的夹紧装置作用在力传感器上夹紧力。
借助工具接收部的夹紧装置，可以非常容易地将夹紧力从工具接收部施加到工具柄上。由于力传感器总是而不仅是在该实施方式中布置在工具接收部与工具柄之间，因此夹紧力也作用在力传感器上。如果力传感器是在夹紧之前被无应力地布置在工具接收部与工具柄之间，则夹紧力现在对应于力传感器的预紧力。由此，力传感器可以测量夹紧装置的夹紧力。
特别是在预紧力或夹紧力已知的情况下，利用根据本发明的工具可以确定其它的前述工具力。
在工具的一种特别的实施方式中，力传感器与工具柄和/或工具接收部具有形状配合和/或力配合。
这样的形状配合和/或力配合例如可以利用夹紧装置而特别容易地构成。此外，形状配合和/或力配合还允许在不同的方向上测量工具力。
在工具的一种特别的实施方式中，形状配合和/或力配合是可逆的。
可逆的形状配合和/或力配合应该特别理解为不可逆地可松脱的形状配合和/或力配合。
这种可逆的形状配合和/或力配合例如可以通过夹紧装置而特别容易地构成。其允许例如通过以下方式快速地更换工具：即，打开，也就是松开夹紧装置以更换工具，然后再次使夹紧装置闭合、即夹紧。
在工具的一种特别的实施方式中，形状配合和/或力配合是可再现的。
这种可再现的形状配合和/或力配合可以例如通过夹紧装置特别容易地构成。
可再现的形状配合和/或力配合应该特别是理解为具有可再现的夹紧力的形状配合和/或力配合。
本发明还涉及一种利用工具测量工具力的方法，该工具包括工具柄，该工具柄被接收在工具架的工具接收部中；该工具还包括力传感器；该方法包括以下步骤：在工具的工具柄与工具架的工具接收部之间布置力传感器；通过工具接收部的夹紧装置来夹紧力传感器；在工具操作时，力传感器测量由工具柄作用在工具架上的工具力。
在一种优选的实施方式中，该方法附加地包括校准步骤。
本发明的其它优选的实施方式和特征组合由下面的详细描述和全部权利要求给出。
附图说明
在用于说明实施例的附图中：
图1以横截面示出了根据本发明的工具的第一种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具柄中，其中，压力传感器的仅一个接触面贴靠在工具架上，
图2示出了根据本发明的工具的如图1所示第一种实施方式的俯视图，
图3以横截面示出了根据本发明的工具的第二种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在中间件中，其中，压力传感器的仅一个接触面贴靠在工具柄上，
图4示出了根据本发明的工具的如图3所示第二种实施方式的俯视图，
图5以横截面示出了根据本发明的工具的第三种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具架中，其中，压力传感器的仅一个接触面贴靠在工具柄上，
图6以横截面示出了根据本发明的工具的第四种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具架中，其中，压力传感器的仅一个接触面贴靠在中间件上，
图7以横截面示出了根据本发明的工具的第五种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具柄中，其中，压力传感器和工具柄的一共同的接触面贴靠在工具架上，
图8以横截面示出了根据本发明的工具的第六种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在中间件中，其中，压力传感器和中间件的一共同的接触面贴靠在工具柄上，
图9以横截面示出了根据本发明的工具的第七种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具架中，其中，压力传感器和工具架的一共同的接触面贴靠在工具柄上，和
图10以横截面示出了根据本发明的工具的第八种实施方式，其具有用于压力传感器的凹口，该凹口布置在工具架中，其中，压力传感器和工具架的一共同的接触面贴靠在中间件上。
原则上，图中相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1至10示出了具有力传感器30的工具10的多种实施方式。
力传感器30优选是压电式力传感器。压电式力传感器具有压电元件、电极、电导体和接触面。力传感器30测量作用在接触面上的工具力。接触面由机械稳定的材料制成并且是圆柱形的或空心圆柱形的。压电元件是圆柱形的或中空圆柱形的，并且由压电材料制成，例如石英(SiO2单晶)、钙-亚镓-锗酸盐(Ca3Ga2Ge4O14或CGG)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14或LGS)、电气石、正磷酸镓、压电陶瓷等。压电元件被定向为，使其对于所要接收的工具力具有高灵敏度。优选地将压电元件定向为，在受到工具力作用的同一表面上还产生电极化电荷。电极同样是圆柱形的或空心圆柱形的，并且优选地直接布置在压电元件的表面上，工具力也作用在该表面上。电极拾取电极化电荷作为信号。这些信号与工具力的大小成比例。优选地，电极相对于工具或工具架或接触面是电绝缘的。优选地，电极是电绝缘膜，该电绝缘膜在一侧或两侧涂覆有导电材料。电导体与电极连接，并将信号从电极传导到用于信号电缆的插接件，信号电缆又将信号传导到分析单元。替代地，与电极连接的电导体将信号传导到无线电装置，该无线电装置又将信号通过无线电链路传导到分析单元。
工具10包括工具架20和工具柄11。工具架20包括工具接收部21。工具接收部21被设置为接收工具柄11。为此，工具接收部21具有凹部22以及楔形件23，楔形件可以通过夹紧螺栓24来调节，使得当工具柄11布置在凹部22中时，该楔形件可以在工具柄11上施加夹紧力。工具架20可以通过紧固螺钉25紧固在工具滑轨(未示出)上。
力传感器30布置在工具柄11上的凹口12中。凹口12布置在机械稳定的材料中。该材料是工具柄11(图1、2、7)，或者是工具架20(图5、6、9、10)，或者是中间件26(图3、4、8)。
凹口12是圆柱形的或空心圆柱形的。力传感器30可以具有由机械稳定材料制成的圆柱形或空心圆柱形的壳体，该壳体容纳压电元件、电极和电导体。该壳体优选地通过接触面被材料配合地封闭。力传感器30与壳体一起布置在凹口12中。插接件布置在壳体上，使得凹口12中的信号电缆通过插接件与电导体连接。替代地，无线电装置布置在壳体中，使得壳体中的电导体与无线电装置连接。然而，力传感器30也可以是无壳体的，在这种情况下，凹口12容纳压电元件、电极和电导体。然后将插接件布置在围绕凹口12的材料中，使得信号电缆经由围绕凹口12的材料中的插接件与电导体连接。替代地，将无线电装置布置在围绕凹口12的材料中，使得电导体与无线电装置连接。然后，凹口12优选地通过接触面被材料配合地封闭。
在根据图1和图2的工具10的第一种实施方式中，力传感器30没有完全地布置在工具柄11中的凹口12中。在本发明的意义下，没有完全地布置在工具柄11中的凹口12中意味着力传感器30以其接触面局部地突出超过工具柄11。工具架20的接触面和力传感器30的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具柄11与工具架20的接触面之间的机械接触仅通过力传感器30的接触面来进行。在工具10的第一种实施方式中，力传感器30测量从工具架11的接触面作用在力传感器30的接触面上的工具力的100％。所测量的工具力的力分量为100％。其优点是使力测量具有最大程度的高灵敏度，因为没有力分量作用在力传感器30外部的力分流中。工具柄11优选具有正方形的横截面。在根据图2的俯视图中可以看出，工具10也可以具有两个力传感器30。
在根据图3和图4的工具10的第二种实施方式中，力传感器30没有完全地布置在中间件26中的凹口12中。
与工具10的第一种实施方式不同，工具10的第二种实施方式具有带有较宽的凹部22的工具接收部21。在该较宽的凹部22中，不仅存在用于工具柄11的空间，而且还存在用于中间件26的空间。在此，力传感器30没有完全地布置在中间件26中的凹口12中。在本发明的意义下，没有完全地布置在中间件26中的凹口12中意味着力传感器30局部地突出超过中间件26。中间件26的接触面和力传感器30的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，中间件26与工具柄11的接触面之间的机械接触仅通过力传感器30的接触面来进行。在工具10的第二种实施方式中，力传感器30测量从工具柄11的接触面作用在力传感器30的接触面上的工具力的100％。所测量的工具力的力分量为100％。其优点是使力测量具有最大程度的高灵敏度，因为没有力分量作用在力传感器30外部的力分流中。在根据图3的俯视图中，该较宽的凹部22被中间件26部分地遮盖。然而，可以清楚地看到，布置在中间件26中的两个力传感器30与工具柄11处于有效连接中。
在根据图5的工具10的第三种实施方式中，力传感器30没有完全地布置在工具架20中的凹口12中。在本发明的意义下，没有完全地布置在工具架20中的凹口12中意味着力传感器30局部地突出超过工具架20。工具柄11的接触面和力传感器30的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具架20与工具柄11的接触面之间的机械接触仅通过力传感器30的接触面来进行。在工具10的第三种实施方式中，力传感器30测量从工具柄11的接触面作用在力传感器30的接触面上的工具力的100％。所测量的工具力的力分量为100％。其优点是使力测量具有最大程度的高灵敏度，因为没有力分量作用在力传感器30外部的力分流中。
在根据图6的工具10的第四种实施方式中，力传感器30没有完全地布置在工具架20中的凹口12中。在本发明的意义下，没有完全地布置在工具架20中的凹口12中意味着力传感器30局部地突出超过工具架20。中间件26的接触面和力传感器30的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具架20与中间件26的接触面之间的机械接触仅通过力传感器30的接触面来进行。在工具20的第四种实施方式中，力传感器30测量从中间件26的接触面作用在力传感器30的接触面上的工具力的100％。所测量的工具力的力分量为100％。其优点是使力测量具有最大程度的高灵敏度，因为没有力分量作用在力传感器30外部的力分流中。
在根据图7的工具10的第五种实施方式中，力传感器30完全地布置在工具柄11中的凹口12中。在本发明的意义下，完全地布置在工具柄11中的凹口12中意味着力传感器不突出超过工具柄11。工具柄11和完全地布置在其中的力传感器30形成一共同的接触面。该共同的接触面的第一部分是工具柄11的接触面，并且该共同的接触面的第二部分是力传感器30的接触面。该共同的接触面例如被磨平。工具柄11和力传感器30的该共同的接触面与工具架20的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具柄11与工具架20的接触面之间的机械接触是通过工具柄11和力传感器30的该共同的接触面来进行。在工具架20的第五种实施方式中，力传感器30低于100％地测量作用在该共同的接触面上的工具力，因为有力分流在力传感器30的外部从工具柄11的接触面作用在工具架20的接触面上。所测量的工具力的力分量低于100％。这样做的优点在于力测量能够以高机械稳定性和高固有频率进行，因为工具架20不可能有机械挠曲，这是由于工具柄11和力传感器30的共同的接触面有利地基本上与工具架20的接触面一样大。
在根据图8的工具10的第六种实施方式中，力传感器30完全地布置在中间件26中的凹口12中。在本发明的意义下，完全地布置在中间件26中的凹口12中意味着力传感器30不突出超过中间件26。中间件26和布置在其中的力传感器30形成一共同的接触面。该共同的接触面的第一部分是中间件26的接触面，并且该共同的接触面的第二部分是力传感器30的接触面。该接触面例如被磨平。中间件26和力传感器30的该共同的接触面与工具柄11的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，中间件26与工具柄11的接触面之间的机械接触是通过中间件26和力传感器30的共同的接触面来进行。在工具架20的第六种实施方式中，力传感器30低于100％地测量从工具柄11的接触面作用在共同的接触面上的工具力，因为有力分流在力传感器30的外部从工具柄11的接触面作用在中间件26的接触面上。所测量的工具力的力分量低于100％。这样做的优点在于力测量能够以高机械稳定性和高固有频率进行，因为工具柄11不可能有机械挠曲，这是由于中间件26和力传感器30的共同的接触面有利地基本上与工具柄11的接触面一样大。
在根据图9的工具10的第七种实施方式中，力传感器30完全地布置在工具架20中的凹口12中。在本发明的意义下，完全地布置在工具架20中的凹口12中意味着力传感器不突出超过工具架20。工具架20和完全地布置在其中的力传感器30形成一共同的接触面。该共同的接触面的第一部分是工具架20的接触面，并且该共同的接触面的第二部分是力传感器30的接触面。该共同的接触面例如被磨平。工具架20和力传感器30的该共同的接触面与工具柄11的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具架20与工具柄11的接触面之间的机械接触是通过工具架20和力传感器30的共同的接触面来进行。在工具架20的第七种实施方式中，力传感器30低于100％地测量作用在共同的接触面上的工具力，因为有力分流在力传感器30的外部从工具柄11的接触面作用在工具架20的接触面上。所测量的工具力的力分量低于100％。这样做的优点在于力测量能够以高机械稳定性和高固有频率进行，因为工具柄11不可能有机械挠曲，这是由于工具架20和力传感器30的共同的接触面有利地基本上与工具柄11的接触面一样大。
在根据图10的工具10的第八种实施方式中，力传感器30完全地布置在工具架20中的凹口12中。在本发明的意义下，完全地布置在工具架20中的凹口12中意味着力传感器不突出超过工具架20。工具架20和完全地布置在其中的力传感器30形成一共同的接触面。该共同的接触面的第一部分是工具架20的接触面，并且该共同的接触面的第二部分是力传感器30的接触面。该共同的接触面例如被磨平。工具架20和力传感器30的共同的接触面与中间件26的接触面在接触平面31中彼此贴靠。在该接触平面31中，工具架20与中间件26的接触面之间的机械接触是通过工具架20和力传感器30的共同的接触面来进行。在工具架20的第八种实施方式中，力传感器30低于100％测量作用在到共同的接触面上的工具力，因为有力分流在力传感器30的外部从中间件26的接触面作用在工具架20的接触面上。所测量的工具力的力分量低于100％。这样做的优点在于力测量能够以高机械稳定性和高固有频率进行，因为中间件26不可能有机械挠曲，这是由于工具架20和力传感器30的共同的接触面有利地基本上与中间件26的接触面一样大。
附图标记列表
10 工具
11 工具柄
12 凹口
20 工具架
21 工具接收部
22 凹部
23 楔形件
24 夹紧螺栓
25 紧固螺栓
26 中间件
30 力传感器
31 接触平面。

Claims (15)

1.一种工具(10)，所述工具包括工具柄(11)，所述工具柄被接收在工具架(20)的工具接收部(21)中；所述工具(10)还包括力传感器(30)，其特征在于，所述力传感器(30)布置在所述工具柄(11)的凹口(12)中；并且所述力传感器(30)测量在所述工具(10)操作时由所述工具柄(11)作用在所述工具架(20)上的工具力。
2.根据权利要求1所述的工具(10)，其特征在于，所述凹口(12)设置在所述工具柄(11)中。
3.根据权利要求1所述的工具(10)，其特征在于，所述凹口(12)设置在所述工具架(20)中。
4.根据权利要求1所述的工具(10)，其特征在于，所述工具(10)包括中间件(26)，所述中间件被接收在所述工具接收部(21)中；所述凹口(12)设置在所述中间件(26)中；并且所述力传感器(30)测量在所述工具(10)操作时由所述工具柄(11)作用在所述中间件(26)上的工具力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)没有完全地布置在所述凹口(12)中，或者所述力传感器(30)完全地布置在所述凹口(12)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述工具(10)是切削工具。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述工具接收部(21)具有用于夹紧工具柄(11)的夹紧装置；并且所述夹紧装置具有楔形件(23)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)是压电式力传感器；或者所述力传感器(30)是多轴力传感器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)通过预紧力被预紧；或者所述力传感器(30)通过可调整的预紧力被预紧。
10.根据权利要求9所述的工具(10)，其特征在于，所述预紧力对应于由所述工具接收部(21)的夹紧装置作用在所述力传感器(30)上的夹紧力。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)与所述工具柄(11)和/或所述工具接收部(21)具有形状配合和/或力配合。
12.根据权利要求11所述的工具(10)，其特征在于，所述形状配合和/或力配合是可逆的，或者所述形状配合和/或力配合是可再现的。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)被构造为，能够将由所述力传感器(30)测量的信号传导到分析单元上。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的工具(10)，其特征在于，所述力传感器(30)被构造为，能够实时地监视由所述力传感器(30)测量的信号。
15.一种利用根据权利要求1至14中任一项所述的工具(10)测量工具力的方法，所述方法包括以下步骤：在所述工具(10)的工具柄(11)与工具架(20)的工具接收部(21)之间布置力传感器(30)；并且借助于所述工具接收部(21)的夹紧装置来夹紧所述力传感器(30)。
CN201980067173.6A 2018-10-10 2019-10-07 工具和用于测量工具力的方法 Pending CN112888926A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18199541.6 2018-10-10
EP18199541 2018-10-10
PCT/EP2019/077063 WO2020074434A1 (de) 2018-10-10 2019-10-07 Werkzeug und verfahren zum messen einer werkzeugkraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112888926A true CN112888926A (zh) 2021-06-01

Family

ID=63832295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980067173.6A Pending CN112888926A (zh) 2018-10-10 2019-10-07 工具和用于测量工具力的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220032416A1 (zh)
EP (1) EP3864389B1 (zh)
JP (1) JP7097510B2 (zh)
CN (1) CN112888926A (zh)
WO (1) WO2020074434A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020106038B3 (de) 2020-03-05 2021-03-11 Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn Gmbh Spanabhebendes Werkzeug und Werkzeugmaschine mit einem solchen Werkzeug
EP3967449A1 (de) 2020-09-09 2022-03-16 Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH Werkzeughalter und werkzeugsystem mit einem solchen werkzeughalter
KR102597638B1 (ko) * 2022-12-26 2023-11-02 한전케이피에스 주식회사 클램핑 포스 측정장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3908175A1 (de) * 1988-03-14 1989-09-28 Elco Co Wandler fuer die ermittlung einer schneidkraft oder eines schneidwiderstands und diesen verwendende belastungs-detektorvorrichtung
US5168758A (en) * 1990-05-31 1992-12-08 Kistler Instruments Ag Force/strain and structure-borne noise transducer
CN101296779A (zh) * 2005-08-26 2008-10-29 丰田自动车株式会社 工具夹持力测量***和工具夹持力测量方法
CN102179705A (zh) * 2011-04-21 2011-09-14 株洲钻石切削刀具股份有限公司 用于高速切削的切削刀具
CN106133492A (zh) * 2014-04-02 2016-11-16 基斯特勒控股公司 测力装置的预紧装置
CN106881753A (zh) * 2015-12-04 2017-06-23 米夏埃尔·魏尼希有限公司 用于加工由木材、塑料或类似材料制成的工件的机床用压紧装置以及具有至少一个压紧装置的机床
US20180264614A1 (en) * 2015-01-19 2018-09-20 Cord Winkelmann Linear guiding device for a feed axis of a machine tool
CN207888246U (zh) * 2018-01-24 2018-09-21 安徽省恒泰动力科技有限公司 一种可在线采集刀具切削力信号的夹具

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2054787A (en) * 1930-12-10 1936-09-22 Western Electric Co Measuring device
US3497935A (en) * 1967-02-15 1970-03-03 C & L Machine Shop Inc Cut-off tool assembly
JPS4712583U (zh) * 1971-03-11 1972-10-14
FR2155400A5 (zh) * 1971-09-30 1973-05-18 Licentia Gmbh
JPS5638894B2 (zh) * 1972-12-11 1981-09-09
US3872285A (en) * 1974-05-31 1975-03-18 Westinghouse Electric Corp Control system for sensing the vibration and lateral force on a cutting tool
US4080854A (en) * 1976-08-27 1978-03-28 Hardinge Brothers, Inc. Adjustable tool holder
US4555955A (en) * 1984-01-27 1985-12-03 Eaton Corporation Combination loading transducer
US4671147A (en) * 1985-05-30 1987-06-09 General Electric Company Instrumented tool holder
EP0321599B1 (de) * 1987-12-22 1992-10-28 Kistler Instrumente AG Anordnung zur Messung der Zerspanungskräfte bei Werkzeugmaschinen
DE3831331C2 (de) * 1988-09-15 1997-07-03 Betr Forsch Inst Angew Forsch Umlenkmeßrolle aus gegeneinander unverdrehbaren Ringen mit Kraftmeßgebern für die Ermittlung der Spannungsverteilung von ungelenkten, biegsamen Bändern
CH680421A5 (zh) 1989-12-22 1992-08-31 Kistler Instrumente Ag
US5251522A (en) * 1992-11-02 1993-10-12 Chin Long Wu Protective apparatus preventing lathe tool from breaking
EP0719405B1 (de) * 1993-09-14 1998-12-02 Werner Kluft Doppelkeilkraftmessvorrichtung
GB9417556D0 (en) * 1994-09-01 1994-10-19 Rigibore Ltd Cutting tool holder
JP4113986B2 (ja) * 1998-08-12 2008-07-09 エヌティーエンジニアリング株式会社 作業機械の作動状態検出装置
SE519487C2 (sv) * 1998-10-22 2003-03-04 Rolf Zimmergren Metod och anordning för vibrationsstyrning vid borrande svarvning samt verktygshållare för borrande svarvning
SE514525E (sv) * 1998-10-22 2010-02-16 Staffansboda Cie Ab Anordning och metod för styrning av vibrationer samt verktygshållare
SE517790C2 (sv) * 1999-02-10 2002-07-16 Sandvik Ab Verktyg för spånavskiljande bearbetning
US7500398B2 (en) * 2003-01-17 2009-03-10 Kistler Holding, Ag Prestressing element for sensors
US7234379B2 (en) * 2005-06-28 2007-06-26 Ingvar Claesson Device and a method for preventing or reducing vibrations in a cutting tool
DE102007005222A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-09 Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering Einsatz von piezokeramischen Wandlern zur Regelung der spanabhebenden Werkstückbearbeitung
JP4712583B2 (ja) 2006-03-20 2011-06-29 富士通株式会社 ソフトウェア検証プログラム、ソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法
DE102007001620B4 (de) * 2007-01-04 2009-08-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Betrieb einer Bearbeitungsmaschine sowie Werkzeughalterung
US20090234490A1 (en) * 2008-03-17 2009-09-17 Suprock Christopher A Smart Machining System and Smart Tool Holder Therefor
TWI457196B (zh) * 2008-12-05 2014-10-21 Ind Tech Res Inst 可即時監測工作狀態之工具機主軸結構
JP5638894B2 (ja) 2010-09-17 2014-12-10 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 電力変換装置及び直流給電システム
CN102873353B (zh) * 2012-10-15 2015-02-18 哈尔滨工业大学 具有微小三向切削力测量***的智能刀具
US8726740B1 (en) * 2012-12-13 2014-05-20 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Multi-axis dynamometer
CN103111643A (zh) * 2013-03-12 2013-05-22 哈尔滨工业大学 一种无线感知切削状态的智能金刚石刀具
FR3003486B1 (fr) * 2013-03-25 2015-05-22 Ct Tech De L Ind Du Decolletage Porte-plaquette pour machine-outil
DE102013005555A1 (de) 2013-03-28 2014-10-30 Klaus Reins Motorkolben - Hochleistungskolben
CN106363461B (zh) * 2016-11-11 2018-08-14 沈阳建筑大学 一种车削力测量装置及方法
CN106584210B (zh) * 2017-02-06 2018-08-24 广东工业大学 一种用于精密切削的智能刀具***
CN107322368B (zh) * 2017-06-15 2019-04-16 西安交通大学 一种基于锰铜合金微纳敏感单元的切削力测量装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3908175A1 (de) * 1988-03-14 1989-09-28 Elco Co Wandler fuer die ermittlung einer schneidkraft oder eines schneidwiderstands und diesen verwendende belastungs-detektorvorrichtung
US5168758A (en) * 1990-05-31 1992-12-08 Kistler Instruments Ag Force/strain and structure-borne noise transducer
CN101296779A (zh) * 2005-08-26 2008-10-29 丰田自动车株式会社 工具夹持力测量***和工具夹持力测量方法
CN102179705A (zh) * 2011-04-21 2011-09-14 株洲钻石切削刀具股份有限公司 用于高速切削的切削刀具
CN106133492A (zh) * 2014-04-02 2016-11-16 基斯特勒控股公司 测力装置的预紧装置
US20180264614A1 (en) * 2015-01-19 2018-09-20 Cord Winkelmann Linear guiding device for a feed axis of a machine tool
CN106881753A (zh) * 2015-12-04 2017-06-23 米夏埃尔·魏尼希有限公司 用于加工由木材、塑料或类似材料制成的工件的机床用压紧装置以及具有至少一个压紧装置的机床
CN207888246U (zh) * 2018-01-24 2018-09-21 安徽省恒泰动力科技有限公司 一种可在线采集刀具切削力信号的夹具

Also Published As

Publication number Publication date
EP3864389A1 (de) 2021-08-18
US20220032416A1 (en) 2022-02-03
JP2022502666A (ja) 2022-01-11
EP3864389C0 (de) 2024-06-19
JP7097510B2 (ja) 2022-07-07
EP3864389B1 (de) 2024-06-19
WO2020074434A1 (de) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112888926A (zh) 工具和用于测量工具力的方法
Xie et al. Development and testing of an integrated smart tool holder for four-component cutting force measurement
CN108351266B (zh) 用于力检测和力矩检测的装置
CN101524818B (zh) 一种压电式四维切削测力平台
Qin et al. A novel dynamometer for monitoring milling process
Rizal et al. Design and construction of a strain gauge-based dynamometer for a 3-axis cutting force measurement in turning process
US5358364A (en) Setup device and method for milling machines
JPH0246349B2 (zh)
Liu et al. Milling force monitoring with thin-film sensors integrated into fixtures
Lapsomthop et al. Design and experimental investigation on 3-component force sensor in mini CNC milling machine
Suprock et al. A low cost wireless high bandwidth transmitter for sensor-integrated metal cutting tools and process monitoring
WO2016010411A1 (en) Integrated rotating dynamometer for milling or drilling process
EP0870574A1 (en) Sensor, apparatus for determining machining state of machine tool, and method for determining state
Gautschi Cutting forces in machining and their routine measurement with multi-component piezo-electric force transducers
US20220404802A1 (en) Cutting Machine Comprising a Force Transducer, Process of Operating Such Cutting Machine and Process of Calibrating the Force Transducer of Such a Cutting Machine
US20230090638A1 (en) Cutting Machine Comprising a Force Transducer, Use of Such a Cutting Machine and Process of Calibrating the Force Transducer of Such a Cutting Machine
JPH0519904U (ja) 歪センサ
US20230286092A1 (en) Intelligent tool holder
Turgut et al. High capacity three-component dynamometer design, construction and its calibration
Syed et al. Construction of a Low Cost Cutting Tool Dynamometer and Static Calibration of Measuring Cutting Force in a CNC Milling Machine
Dandage et al. Design, development and testing of a four component milling tool dynamometer
Rakowski et al. Design and analysis of a piezoelectric film embedded smart cutting tool
SU800733A1 (ru) Устройство дл измерени силы резани
Chen et al. Force-Sensing Intelligent Vise for Cutting Dynamics Monitoring in Machining
Gautschi et al. Force and Torque Sensors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination