本發(fā)明涉及用于確定工件和工具在機床中的位置的方法。

背景技術：

關于具有旋轉工具的機床、例如銑床的精度的要求持續(xù)提高。除了如由機器、機床、工具保持件等的精度確定的實際機加工的精度以外，在安裝工件或設定用于機加工的基準點方面的精度日漸成為可獲得精度的限制因素。

在已經為了機加工而將工件插入機器并夾持之后，無論是借助于托盤還是通過諸如臺鉗等的傳統構件，通常利用適當的輔助裝置確定工件的夾持位置，并且基于所確定的夾持位置確定用于機加工的基準點。

從現有技術已知的是利用自動探測裝置對基準點的探測。一方面，自動探測裝置具有探頭，探頭具有用于探測工件的探測球。另一方面，自動探測裝置安裝于工具保持件，通過工具保持件，自動探測裝置能夠裝載到機加工主軸。為了對工件進行探測，機器使經由工具保持件保持在主軸處的自動探測裝置向工件移動，直到位于自動探測裝置的底部的跟蹤銷觸碰到工件并使跟蹤銷偏轉地遠到探測裝置切換。而且，現代的自動探測裝置被以如下方式構造：跟蹤銷的偏轉路徑始終完全相同且能夠校準。當自動探測裝置切換時，通過自動探測裝置向控制器發(fā)送信號，控制器確定對于該探測位置機器的實際位置。以這種方式，能夠探測到所有邊緣、孔等，并且能夠以相對精確的方式確定出它們在機器中的相對位置?，F代的探測裝置極其精準。因此，能夠以非常高的精度確定出對于切換點探測裝置的位置。

盡管如此，該方法的精度受其自身的預定過程的限制。在已經借助于自動探測裝置在機器中探測完預定幾何元件之后，必須再次從主軸更換供自動探測裝置安裝的工具保持件，并且必須將機加工處理所期望的機加工工具裝載到主軸。由于工具保持件的夾持位置從不完全相同，所以在該更換處理的過程中會發(fā)生偏差。另外，在大多數情況下，自動探測裝置的從工具保持件的載置面到跟蹤銷的末端的長度不與機加工工具的從工具保持件的載置面到工具末端的長度對應。如果主軸不相對于使主軸沿主軸軸的方向移位的軸的移位方向完全平行地定位，則會發(fā)生額外的偏差。即使主軸的最小傾斜也會在探測和機加工過程期間導致偏移。機加工工具與自動探測裝置之間的長度差越大，該傾斜對探測精度的影響越大。

技術實現要素：

本發(fā)明基于發(fā)展用于確定工件和工具在機床中的位置的方法的目的，在具有簡單的結構以及容易且成本有效的可制造性的特征的同時，避免了現有技術的缺點，并且利于工件和工具的幾何形狀之間的精確校正。

根據本發(fā)明，該目的通過方案1的特征的組合而實現，從屬方案示出了本發(fā)明的其它有利實施方式。

因而，在該目的的背景下，期望的是，在即將進行機加工之前利用旋轉的機加工工具探測工件。以這種方式，相對于待使用的工具，能夠在即將進行機加工之前確定出決定基準點的例如孔或邊緣的幾何元件的位置。根據本發(fā)明，能夠消除上述影響，該影響可能會導致作為根據現有技術執(zhí)行的機加工工具和自動探測裝置的更換的結果的不精確。

因而，根據本發(fā)明建立的是一種用于確定在機床中工件相對于工具的位置的方法，其中將工件夾在機床處，隨后將所述工具插入能夠旋轉的主軸軸身中，所述主軸軸身被設定成旋轉的，在所述工件與所述工具之間施加電壓，使所述工具和所述工件相對于彼此移位，并且如果所述工具與所述工件之間發(fā)生接觸，則檢測出所施加的電壓發(fā)生變化或產生了電流流動，并且確定出所述工件和/或所述工具的各自的位置并將該位置記錄在用于控制和/或調節(jié)所述工件的機加工的計算程序中。

在實踐中，決定基準位置的在機加工過程之前在機器中在工件處被探測的幾何元件通常已經被加工過。因此，必須確保在探測處理的過程中幾何元件不破損，這確實是利用自動探測裝置的從現有技術已知的方法的情況。跟蹤銷的采樣壓力非常低，使得探測處理不留下任何痕跡。

然而，如果應當利用旋轉的機加工工具進行采樣，則在工件被觸碰時會立即發(fā)生侵入和材料去除。為了避免該侵入和材料去除或至少使侵入和材料去除最小化，根據本發(fā)明提供的是甚至機加工工具與工件之間的第一次最小接觸也能可靠地檢測到，并且機床會立即停止或甚至撤回。

因而，根據本發(fā)明提供的是在機加工工具與工件之間施加并監(jiān)測電壓。由于高速主軸的主軸軸身通常安裝有陶瓷球，所以無任何問題地利用具有高速主軸的現代機床是可能的。以這種方式，主軸軸身與機器電絕緣。能夠通過如從現有技術已知的接觸件、例如能夠通過刷子對主軸軸身施加電壓。電壓經由工具保持件引入機加工工具。電壓的第二極能夠連接到工件或連接到位于工件下方的機床工作臺。

如果將具有不與主軸殼體電絕緣的軸身的主軸插入機器，則可以在另一適當部位、例如在主軸殼體與機器之間提供電絕緣性，而且還可以在工件所在側、例如在工件與機床工作臺之間提供電絕緣性。能夠借助于許多已知的方法容易地建立用于在主軸軸身與工件之間施加電壓的先決條件。

機加工工具經由金屬工具保持件以導電的方式直接連接到主軸軸身，其中機加工工具保持在金屬工具保護件內部。如果現在在機加工工具與工件之間建立接觸，則電流開始流動，并且能夠基于變化著的電壓借助于簡單的電路容易地檢測到該電流。另外，在工件與機加工工具之間極短的接觸發(fā)生時就能夠檢測到該電壓變化。如果在由機加工工具與工件之間的接觸導致的電壓變化剛發(fā)生時就向控制器發(fā)送使機床立即停止或撤回的信號，則能夠安全地防止對工件的造成明顯侵入、即破損。如果以適當的方式選擇探測速度，則得到的“探測標記”會比1μm小得多。在實踐中，即使在反復執(zhí)行的情況下，對待被探測的表面造成如此小的改變也是能夠忽略的，并且當如此小的改變出現在工件的已經加工過的幾何元件時也是能夠接受的。因而，所述方法適于利用待用于機加工的機加工工具直接對工件進行幾乎無破損的探測。避免了通過使用諸如自動探測裝置等的輔助裝置而產生的可能的不精確。

該方法能夠用于具有幾何定義的切割邊緣的機加工工具，例如銑削工具，以及具有非幾何定義的切割邊緣的機加工工具，例如磨削工具。該方法的僅有的先決條件是機加工工具也是導電的。

根據本發(fā)明的直接利用機加工工具進行探測的另一顯著優(yōu)點是，能夠在機加工期間的任意時間執(zhí)行該探測。在實踐中，機床的基準點通常是不穩(wěn)定的，特別是當涉及到較長的機加工處理時，即基準點的位置會略微改變。最常見的，基準點的改變是由如下熱效應導致的：機床中的熱效應，例如通過特定部件的升溫；或通過環(huán)境的熱效應，例如機床周圍的空氣的溫度變化。在機加工期間基準點的改變會導致不期望的偏差。為了使該影響最小化，根據本發(fā)明的方法能夠在機加工期間的任意時間在預定的幾何元件處反復進行探測處理。這里，顯著的優(yōu)點是不必更換機加工工具，而是能夠直接利用機加工工具施行探測。以這種方式，非常有時效地實施探測。應當理解，在探測之前必須清潔待被探測的幾何元件，例如利用存在于機床內部的冷卻劑進行清潔，以便避免因粘附于工件的削片而導致錯誤的測量。能夠以任意期望的時間間隔執(zhí)行該基準點校正探測，取決于機床的基準點穩(wěn)定性如何，以及取決于要求什么樣的精確程度。

如果電壓是交流電壓，并且借助于電容耦合將交流電壓從電壓源傳輸到工具，則是特別有利的。這里，電壓源的第一極連結到工件，電壓源的第二極經由電容耦合連結到工具。以這種方式，避免了被設定成旋轉的元件與電壓源之間的機械接觸，例如通過滑動接觸。以這種方式，防止了如在該機械接觸中已知的缺點，諸如磨損現象等。實現代替機械接觸的是電容耦合，其中被設定成旋轉的主軸軸身、工具保持件或者工具中的至少一者用作電容器的一側，位于電壓源所在側的連結元件、例如以隔著限定的間隙的方式布置于靠近旋轉元件中的一者的金屬性板用作電容器的第二側。所施加的交流電壓的頻率越高，因此實現的電容器的阻抗越低。另外，通過相應的配置、例如通過足夠大的金屬性板和距主軸軸身小的距離的選擇，能夠確保電容相應地高，使得對于所選擇的交流電壓，電阻相應地低。

如果在工件處利用工具執(zhí)行探測，則即使使用交流電壓，較強的電流流動也僅在產生機械接觸時或僅在工具與工件之間的距離極其小時發(fā)生。這歸因于如下事實：所使用的工具的表面不夠平坦以形成與工件的充分的電容耦合。在機加工工具中，通常突出的僅是各個切割邊緣，在各個切割邊緣處，距待被探測的工件的近的距離只能以點狀或線狀形式產生，而從不以較大的表面積建立，諸如像電流源與主軸中和主軸處的旋轉元件的電容耦合那樣。同電流源與旋轉元件、例如電流源借助于平坦的金屬性板與旋轉元件的電容耦合相比，即使在距機械接觸短的距離處，工具與工件的電容耦合也非常小。

工具與工件之間的接觸能夠是物理接觸以及電接觸。這里，電接觸還存在于如下情況：當工具與工件之間僅維持非常小的間隙時，仍然因電容效應而存在電流流動。

由于對于建立充分電容耦合而言工具與工件之間的間隙必須極小，所以對測量結果而言產生次級重要性的影響，使來自機械接觸的偏差最小化。

在下文中，作為已經說明的方案(刷接觸或電容器原理)的可選方案，示出了接觸主軸軸身的另一可能性。這里，主軸軸身安裝有另一輔助球軸承，該另一輔助球軸承采用鋼球代替采用電絕緣陶瓷球并因此是導電的。由于是鋼球，如果鋼球軸承的直徑小得多的話，則輔助球軸承僅達到與主軸軸身的主軸承相同的轉速。因此，輔助球軸承必須安裝在傾斜位置、即安裝在主軸軸身的端。輔助球軸承的僅有功能是建立與主軸軸身的電接觸，而不必以機械的方式支撐主軸軸身。因此，輔助球軸承能夠為例如具有簡單設計的深槽球軸承。軸承的外環(huán)接收在例如塑料材料的電絕緣材料中，并且以這種方式與主軸殼體電絕緣。同時，線纜與軸承的外環(huán)電連接并引出主軸。該線纜能夠連接到電壓源的極。以這種方式，如根據本發(fā)明的方法所要求的，借助于導電的輔助球軸承使主軸軸身連接到電壓源的極。該接觸的優(yōu)點是仍然能夠對在電學上更簡單的直流電壓有效，并且輔助球軸承具有比刷接觸長的使用壽命，作為經常摩擦的結果刷接觸會受到磨損。

以上，對于如下事實已經首先說明了根據本發(fā)明的方法：借助于探測來實現工具與工件之間的相互關系，并且該相互關系和接觸的確切部位存儲在用于工件的進一步機加工的機加工程序中并被該機加工程序考慮在內。

在下文中，說明根據本發(fā)明的如從根據本發(fā)明的方法得到的其它方面。

作為處理的結果，作業(yè)空間中會分布有在機加工期間例如通過銑削或打磨去除的削片。削片的一部分還粘附于工件。在某些應用中，嘗試通過利用潤滑劑或冷卻潤滑劑、例如利用乳液或油的沖洗，使削片遠離工件或將削片從工件去除。然而，這從未徹底成功過。根據工件的幾何形狀、機加工以及削片的產生軌跡，削片會反復地堆積在工件上。如果使用潤滑劑或冷卻潤滑劑，則甚至會支持削片在工件處的粘附。削片粘附于工件。如果工件由鐵材料制成并被磁性板夾持，則也會支持削片在工件處的粘附。磁性板的場線穿過工件并對被去除的削片產生磁性聚結。

在根據本發(fā)明的方法中，借助于待檢測的電流接通利用旋轉工具探測工件，粘附于工件的削片能夠造成某些干擾。通過粘附于工件的削片，工件與工具之間的接觸能夠在旋轉的工具觸碰到實際的工件之前就已經建立，因而建立了電流接通。在這種情形下，粘附著的削片變成提供工件與工具之間的電連接的導體。

由于工件與工具之間的接觸的實際位置還未到達，所以結果是錯誤的測量。根據上述方式，有可能確定出接觸點的錯誤位置，而隨后的機加工步驟是基于不正確的所確定的信息，這可能導致相當大的破損，甚者可能導致工件的毀壞。

令人遺憾地，如上所述，在實踐中不能完全地避免削片在工件處的粘附。為了施行可靠的接觸式測量，將必須手動清潔工件，并且將必須在每次測量之前檢測工件的清潔度。特別是當涉及到自動機加工過程時，這代表不期望的手動介入。

因而，根據本發(fā)明提供的是執(zhí)行重復測量、至少兩次測量，用于確定工件與工具之間的待被探測的接觸點。如果如上所述削片在接觸式測量期間作為工具與工件之間的導電元件而存在，則在剛接觸時、即當粘附于工件的削片與工具彼此觸碰時，削片通過工具的旋轉而接收脈沖，該脈沖會相當大地改變削片的位置并通常會將削片從工件抖落。

根據本發(fā)明提供的是為了避免對工件造成任何破損，在剛電接觸時就立即使工具相對于工件的移位方向反向，該移位方向為工具和工件朝向彼此移動的方向。使工具再次從工件移開。能夠以任意期望的方式預設工具如此從工件移開到安全距離的軌跡。

根據本發(fā)明，通過使工具以與其先前從工件移開的軌跡完全相同的軌跡再一次朝向工件移動直到又一次建立接觸為止，能夠從安全距離位置起立即施行另一(第二次)接觸式測量。如果工具已經在第一次接觸式測量時對工件進行了正確探測，則在測量方法其自身的測量公差的精度下，將在第二次接觸式測量時確定出工具相對于工件的同一接觸位置。

然而，如果在第一次接觸式測量時削片作為電導體存在于工具與工件之間，則由于削片的位置在第一次接觸式測量時已經被旋轉工具改變，所以第二次接觸式測量將得到不同的工具相對于工件的接觸位置。結果，這將導致第一次接觸式測量的接觸位置與第二次接觸式測量的接觸位置之間的較大的差?；谠撦^大的差，處理接觸式測量的結果的機器控制器能夠確定出第一次測量肯定是錯誤測量。

因而，如果兩次接觸式測量之間的差超過預定公差值(如由使用者設定的或永久地記錄在控制器中的預定公差值)，則存在如下可能性：在控制器中評估僅第二次接觸式測量是否正確，并且不考慮第一次接觸式測量，因為第一次接觸式測量由于粘附的削片的結果是錯誤的。

如果預定公差值被超過的話，為了進一步提高接觸式測量的可靠性，還能夠以上述方式執(zhí)行另一(第三次)接觸式測量。再次地，隨后能夠將第二次接觸式測量與第三次接觸式測量之間的差同預定公差值進行比較，并且基于此可以推斷這兩次測量是否均為工件與工具之間的期望直接接觸的結果，或者推斷測量是否已經被粘附的削片破壞。在后者的情況下，能夠施行其它接觸式測量，直到兩次連續(xù)接觸式測量落在預定公差內為止。

根據本發(fā)明，在存在較大的削片堆積物的情況下也能夠以這種方式執(zhí)行工件與工具之間的可靠的接觸式測量。

當涉及到非常小的削片時，將應當落在預定公差內的連續(xù)接觸式測量的預定次數提高到一個位置中多于2次接觸式測量是有利的。這致使方法更加可靠-盡管這是以測量次數為代價的。

應當理解，根據本發(fā)明的該方式對任意期望的采樣方向均有效。削片可能粘附于工件的平整、傾斜或還垂直的區(qū)域。

另外，借助于存在于機器中的介質(例如，強的空氣噴嘴，以及潤滑劑或冷卻潤滑劑)提前去除削片的較大堆積物是可取的。以這種方式，減少了直到兩次連續(xù)接觸式測量落在預定公差內所需要的接觸式測量的次數。對于去除所有削片而言，不會花費非常長的時間。這里，能夠在用于接觸式測量的部位有針對性地利用介質執(zhí)行清潔處理。

應當理解，本發(fā)明適用于磨削工具以及銑削工具，即適用于具有限定和非限定切割邊緣的工具。

當涉及到以非常低的轉速進行作業(yè)處理時，如下是有利的：略微提高接觸式測量的轉速，使得在隔著削片的電接觸(錯誤測量)的情況下，確保削片接收到足夠強的脈沖以使削片被抖落。

另外，根據本發(fā)明，通過如所述的在多個不同位置處一次或多次地探測工件，并且通過互相比較這些測量的結果，能夠產生接觸式測量的冗余(redundancy)。如果在工件的一個位置處的接觸式測量的測量結果不與另一接觸式測量一致，例如如果它們超過預定公差/偏差，則該接觸式測量的結果能夠被作為在該一個位置處無效而不考慮，并且能夠被排除在進一步機加工的考慮之外。

如果如所述為了在第一部位施行測量，例如為了確定工件相對于機床的位置和定向而最初需要在工件的不同位置處進行多次接觸式測量，則也能夠使用該方式。通過相應地增加接觸式測量的次數，通常能夠建立如下冗余：通過該冗余，檢測到了由削片導致的錯誤測量，并且將該錯誤測量排除在考慮之外。

在由削片導致的錯誤測量的情況下，接觸通常會被過早地、即在已經到達工件與工具之間的想要的接觸位置之前確定。粘附的削片在這之前就建立了接觸。該事實能夠用于確定出因削片導致的錯誤測量。在這種情況下，旋轉的工具總是與實際工件存在距離。

在工件處利用旋轉的工具進行探測還能夠用于對工具進行間接幾何形狀測量，即通過探測工件處的已經加工過的尺寸已知的幾何元件、例如已經在測量機器測量過的高精度工件表面或高精度導孔(pilothole)。如果借助于與利用自動探測裝置測量孔時類似的方法利用工具多次探測導孔，例如基于對向測量點，如果孔徑已知的話，則能夠通過使用確定了的采樣點計算出工具的有效直徑。通過探測已知的工件表面能夠確定工具長度。

以設置用于隨后的機加工的被設定的轉速執(zhí)行探測。在對工件進行探測之前，能夠進行預熱階段，隨后對于機加工轉速而言，機床處于熱穩(wěn)定狀態(tài)。以這種方式，避免了通過利用根據現有技術的固定自動探測裝置進行探測并通過利用轉動的工具進行隨后的機加工而由熱導致的不精確。

為了檢測工件與工具之間的由機床的環(huán)境溫度變化或其它影響導致的任何移位，并且為了基于探測結果對該移位進行補償，能夠借助于重新開始的探測在機加工期間的任意時間進行控制式測量。因此，不需要更換自動探測裝置。工具以轉速保持在主軸中。機床保持熱穩(wěn)定。

通過在具有已知尺寸的限定幾何元件處、在工件處重復轉動的工具探測，能夠檢測到工具在機加工期間的磨損。例如，如果在導孔內重復地選擇對向測量點(facingmeasuringpoints)，則在工具直徑因磨損而減小的情況下，根據磨損，采樣點將位于在較大的距離處。如果將測量點與第一次探測的值進行比較，則能夠確定出工具的磨損。對于工具的長度以及半徑也是如此。

在完成工作過程之后，能夠利用機加工工具直接檢查所銑削的幾何形狀。為此，能夠在已知尺寸的工件處、幾何元件處事先再次標定工具，即能夠確定出磨損。因而，能夠例如確定出在機加工期間工具、特別是具有較長工具長度的工具是否已經因切割力而被壓下，或者是否已經由于不利的切割邊緣幾何形狀而被驅動進入工件中，使得已經發(fā)生機加工偏移。

在具有復雜表面的工件中，通常必須利用不同尺寸的工具施行機加工。出于時間原因，利用大的工具機加工盡可能多的工件表面的區(qū)域。在具有小內徑的凹區(qū)域中，利用大的工具不能完成機加工，使得一些材料會殘余。因此，利用小得多的工具執(zhí)行殘余材料機加工。如果利用小工具進行殘余材料機加工的定位不完全匹配，則在已經利用較大工具處理過的區(qū)域與為了殘余材料機加工而利用較小工具處理的區(qū)域之間的制造的工件表面中產生不期望的凹陷。根據本發(fā)明，可能的是，在利用小的工具進行殘余材料機加工之前，在殘余材料機加工的直接環(huán)境中利用旋轉的小工具對已經利用大的工具加工過的工件表面進行探測，并且可能的是，在殘余材料機加工的直接環(huán)境中利用小的工具進行的殘余材料機加工與已經利用大的工具加工過的工件表面完全對準。這里，不僅能夠通過平移來執(zhí)行對準，而且在必要的情況下還能夠進行空間中的額外扭轉，使得殘余材料機加工盡可能完美地與已經制造過的表面匹配。該對準處理作為所謂的“最適方法”從現有技術已知。

如從de102009037593a1已知的，還能夠在固定地安裝于機床工作臺的附加探測元件(基準元件)處執(zhí)行探測。代替使用自動探測裝置，還能夠利用根據本發(fā)明的旋轉的工具執(zhí)行de102009037593a1中記載的基準元件處的探測過程。機床中該尺寸已知的基準元件還能夠用于借助于探測來測量轉動的工具的幾何形狀。如果例如因為機床無法足夠快地作出反應而不能以完全無磨損的方式施行根據本發(fā)明的探測，則被固定安裝的基準元件也能夠被設置為可更換的。

為了校準自動探測裝置，例如，能夠使用具有已知尺寸的高精度球體。利用探測裝置對高精度球體進行多次探測，并且以這種方式確定探測裝置的切換特性。這種已知的球體也能夠在機器中被用作用于根據本發(fā)明的方法的固定安裝的探測元件。

在本發(fā)明的進一步設計變型中，提供的是在通常非常長的機加工時間期間，例如在各個列能夠彼此非?？拷囟ㄎ坏木庸?finishingmachining)中，在機加工過程期間能夠連續(xù)地監(jiān)測工件與工具的接觸。在每次切割過程期間，即工具每轉一圈多次，工具與工件之間必須電接觸。每轉一圈的接觸次數取決于設置在工具處的切割邊緣的數量。如果該連續(xù)的接觸不再存在，則這可能是工具已經損壞的指示。如果工具每轉一圈的接觸比切割邊緣少，則可以推斷出單個切割邊緣已經損壞。由于工具的用于機加工過程的轉速和所使用的工具的切割邊緣的數量在控制器中是已知的，所以是否工具的所有切割邊緣均被接合這樣的檢查是容易的。根據本發(fā)明的工具破損控制是非常有利的，特別是對于利用非常易受損的非常薄的工具進行機加工而言。根據現有技術，僅在機加工結束時在輔助裝置中、例如測量激光對工具進行測量。如果工具過早地損壞，則在注意到該事實之前可能以這種方式損失了數小時的機加工時間。在根據本發(fā)明的借助于電流接通來連續(xù)監(jiān)測的情況下，能夠立即監(jiān)測到工具破損。這里，必須謹記：在待執(zhí)行的nc程序中還通常存在傳輸運動(transmissionmovement)，例如從一個機加工位置向下一機加工位置。當然，在傳輸運動期間工具與工件之間還不存在接觸。然而，能夠在機床的nc程序中辨別出這些傳輸移動，例如通過不同的較高的進給量。因此，機器控制器將期望僅在實際機加工期間與工件接觸，例如利用預定的機加工進給量，并且將僅在這些程序部分的執(zhí)行期間檢查工具與工件的接觸。以這種方式，避免了在代表程序的一部分的傳輸運動期間錯誤地檢測出工具破損。另外，在nc程序中通常存在向工件的啟動運動(run-upmovement)，其已經為了慢慢地使工具被接合而利用機加工進給量施行。對于這種情況，可以在程序的開始之時和各傳輸運動之后設置延遲時期，其中根據本發(fā)明的接觸檢查僅在該延遲時期之后開始。這里，延遲時期被選擇成足夠地長以允許在延遲時期內安全地完成啟動運動。在該方式中重要的是，還能夠監(jiān)測各個切割邊緣的接合。

在本發(fā)明的上下文中，如以上已經說明的，如在以上說明中使用的術語“探測”是指工件與工具之間的接觸。本發(fā)明能夠用于磨削工具以及銑削工具，即能夠用于具有限定的切割邊緣的工具和具有非限定的切割邊緣的工具兩者。

附圖說明

以下結合附圖基于示例性實施方式說明本發(fā)明。在本文中：

圖1示出了根據現有技術的具有探測裝置的機床的簡化圖示，

圖2示出了根據本發(fā)明的第一示例性實施方式的與圖1類似的圖示，

圖3示出了銑削主軸(millingspindle)的角度誤差以及由該角度誤差導致的誤差的圖示，

圖4示出了根據本發(fā)明的具有電容耦合的另一示例性實施方式的圖示，

圖5示出了另一示例性實施方式的與圖2和圖4類似的圖，

圖6示出了在利用大的工具機加工凹狀表面區(qū)域時發(fā)生的剩下的殘余材料的圖示，

圖7示出了在利用小的工具進行殘余材料機加工之后工件表面中的不期望凹陷的圖示，

圖8示出了在執(zhí)行殘余材料機加工之前利用旋轉的工具進行探測的圖示，

圖9至圖11示出了在存在削片的情況下工件與工具的接觸的示意性圖示，

圖12示出了在不存在削片的情況下進行接觸式測量(contactmeasurement)的流程圖，

圖13示出了在存在削片的情況下進行接觸式測量的流程圖，以及

圖14示出了借助于工具對工件進行機加工的示意性圖示。

具體實施方式

圖1示出了被例示為根據現有技術的銑削機器的機床1的簡化側視圖。工件1位于能夠沿x軸、沿箭頭方向移位的機床工作臺5上。銑削主軸6安裝在z軸9的內側，z軸9能夠沿兩個軸(y和z)移位。如從現有技術已知的自動探測裝置7借助于工具保持件10保持在銑削主軸6處。跟蹤銷位于探測裝置7的底部，跟蹤銷在其端部處安裝有球體。當機器使機床工作臺5沿箭頭方向x移位時，跟蹤銷的球體首先觸碰到工件1，其結果是跟蹤銷會偏轉。當到達限定的偏轉路徑時，自動探測裝置7切換并向控制器發(fā)送信號。此時，在控制器中檢測軸的位置，從而以這種方式確定出機床工作臺5上的工件1的位置。

圖2示出了根據本發(fā)明的基于第一示例性實施方式的方法。代替自動探測裝置7，機加工工具3(銑削工具)位于工具保持件10中、進而安裝在銑削主軸6的主軸軸身4處。出于在工件1處利用機加工工具3進行探測的目的，機床工作臺5也沿箭頭方向x移位。工具3在探測處理期間旋轉，以便形成由工具3的切割邊緣限定的包圍體(boundingvolume)。通過適當的構件，例如通過刷子，借助于電壓源8對主軸軸身4(未示出)或工具保持件10施加電壓，在這里電壓源8被以直流電壓源為例示出。電壓源的第二極連接到工件1。由于在快速旋轉的銑削主軸6中，主軸軸身4利用陶瓷球軸承安裝在銑削主軸6中，所以主軸軸身4與銑削主軸6的殼體電絕緣。只要機加工工具3不觸碰到工件1，因為電流電路未閉合，所以就不存在電流流動。當載有工件1的機床工作臺5沿機加工工具3的方向、沿箭頭方向移位時，在位于機加工工具3與工件1之間的某個點處會發(fā)生機械接觸。結果，電流電路閉合。在以示例性方式說明的電路中，電壓源8額外地與電阻器串聯連接。只要機加工工具3與工件1之間不存在接觸，由于電流電路未閉合，所以在電阻處就不存在電壓降落。當工件1與機加工工具3彼此觸碰時，電流電路閉合，電流流經電阻，因而電壓在該電阻處降落。借助于如從現有技術已知的電路在觸碰剛發(fā)生時就能夠檢測到該電壓降落。控制器使與工件1相關的軸立即停止，以便除了機加工工具3與工件1之間的觸碰之外，在工件1處不發(fā)生材料去除。代替使該軸停止，還能夠引起使與機床工作臺5相關的軸的立即反向處理，這會使工件1從機加工工具3移開。在電壓因機加工工具3與工件1之間的接觸而發(fā)生變化之時，檢測機器軸的位置，因而確定出機床工作臺5上的工件1的位置。

應當理解，電路僅以示例性的方式示出。能夠等同地使用交變電流源。

機加工工具3還能夠直接夾在主軸軸身4中。

圖3示出了銑削主軸6相對于縱軸z的移位方向呈傾斜姿勢具有什么影響。圖示被強烈夸大了，以使影響明顯。

能夠在圖3的左圖中看到的是根據本發(fā)明的方法的具有工具保持件10的銑削主軸6以及相對短的機加工工具3。歸因于傾斜姿勢，在工具末端處產生了相對于銑削主軸6的下邊緣的偏轉。

在銑削主軸6的右圖中，示出了對于呈相同傾斜姿勢的銑削主軸6、即對于銑削主軸6的相同角度誤差，傾斜姿勢對根據現有技術的借助于工具保持件10安裝在銑削主軸6處的自動探測裝置7具有什么影響。

如圖3的兩個圖示的比較所示，與左圖中的工具末端距銑削主軸6的下邊緣的距離相比，右圖中的探測球距銑削主軸6的下邊緣的大得多的距離產生了明顯大的偏轉。如果現在在銑削主軸6的該傾斜姿勢下利用自動探測裝置以圖1所示的方式探測工件1，并且隨后利用如圖3的左圖所示的較短的機加工工具處理工件1，則會產生由所指示的尺寸箭頭之間的差導致的偏移。這會導致在機加工過程中不期望的不精確。但是，如果能夠利用機加工工具3直接探測根據本發(fā)明的工件1，則能夠避免該偏移。

因而，根據本發(fā)明的方法能夠以完全自動的方式執(zhí)行，其中工件與工具之間的接觸還能夠在機加工開始時實現，或者還能夠在機加工期間以循環(huán)且自動的方式實現。這里，相應地補充或校準基礎機加工程序的數據。

圖4示出了根據另一示例性實施方式的電壓源8與工具3的電容耦合的示例性實施方式。為此，電壓源8被例示為交流電壓源。工具3經由工具保持件10以導電的方式連接到主軸軸身4。金屬性板11沿著主軸軸身4的表面配置，金屬性板11的表面以在主軸軸身4與金屬性板11之間產生恒定寬度的間隔的方式沿著主軸軸身4的表面配置。金屬性板11以導電的方式連接到電壓源8的第一極。如前所述，電壓源8的第二極以導電的方式連接到工件1。

金屬性板11與主軸軸身4一起形成電容器，因此如果通過電壓源8提供交流電壓且工件1與工具3之間發(fā)生接觸，則利于電流流動。該電流流動進而致使電阻器處的電壓降落，進而能夠在觸碰發(fā)生時利用如從現有技術已知的電路檢測到該電壓降落。

在本發(fā)明的電壓源8提供交流電壓的那些實施方式中，如果機器對電接觸非?？焖俚刈鞒龇磻瑒t已經能夠檢測到工具3朝向工件1的最小靠近，這是因為還會由工具3向工件1的該靠近形成電容元件，因而電接觸在剛要機械接觸之前立刻發(fā)生，并且還能夠基于電壓變化來進行確定。

圖5示出了用于接觸主軸軸身4的另一示例性實施方式。在主軸軸身4的一個區(qū)域處，優(yōu)選在主軸軸身4的上端區(qū)域處安裝有輔助球軸承13，輔助球軸承13包括配置在內環(huán)14與外環(huán)15之間的導電的鋼球17。外環(huán)15借助于優(yōu)選也為環(huán)狀的絕緣元件16安裝在機床2處。如所示的，外環(huán)15連接到結構與圖2和/或圖4的結構類似的電壓源8。電壓源8的負極引到未再詳細示出的工件1。電壓源8被例示為直流電壓源。如與圖2和圖4所示同樣的，該結構包括電壓檢測器18。

圖6示出了在機加工凹狀工件表面的過程中剩下的殘余材料12，如果工具半徑比工件1的內徑大得多的話。

圖7示出了在工件表面上產生的凹陷，如果在工件1的局部區(qū)域中利用小的工具3對殘余材料進行的機加工已經略微過深的話。其結果是在表面上產生了不期望的凹陷“a”。

圖8示出了根據本發(fā)明的如何在所要求的殘余材料機加工的環(huán)境中利用小的旋轉的工具3探測已經由較大的工具3加工過的工件表面。以這種方式，將待施行的殘余材料機加工的位置最優(yōu)地調整到工件1和已經形成的表面。

圖9至圖11示出了根據本發(fā)明的方法的方式，其中工件1與正在繞著旋轉軸20旋轉的工具3之間存在削片(shaving)19，削片19附著于工件1。在圖9和圖10中，需要解釋的是，工具3與工件1之間的接觸可能會經由削片19發(fā)生。該接觸是錯誤的，這是因為實際上工具3未與工件1接觸，而是相對于工件1具有距離，該距離與削片19的厚度對應。因而，機器控制器會接收到錯誤的信號。這會導致錯誤的測量。為了避免這樣的錯誤的測量和誤差，如上所述，根據本發(fā)明提供的是工件1被工具3接觸至少兩次。圖11中示出了這樣的第二次接觸。在該第二次接觸中，工具3以正確的方式觸碰工件1，其中如以上已經說明的，電流能夠流動，或者會發(fā)生電壓降落。就像通過削片19的錯誤接觸那樣，通過機器控制器記錄該影響。如所述的，機器控制器將工具3與工件1之間產生的距離差考慮在內，隨后施行另一接觸式測量。如果顯示出與圖11所示的情形相同的結果，則將這些值視作基礎，并且不考慮來自圖10的測量情形的值。

圖12示出了圖示出根據本發(fā)明的在不存在削片污染的情況下進行接觸式測量時的方法步驟的流程圖。首先，使工具相對于工件預定位，然后使工具沿朝向工件的方向移位，即以小的限定進給量移位。在該處理的過程中，監(jiān)測所施加的電壓。在電流接通(currentcontact)的情況下，立即采取如下動作：即，在控制器中檢測機床的所有軸的軸位置，以及使工具沿軸相對于工件的移位方向反向。這里，工具能夠僅沿一個軸、例如沿縱向z軸相對于工件移位，但是還能夠使工具相對于工件沿機床的所有三個軸移位，也就是，還能夠沿水平x軸和y軸移位。如果工具相對于工件返回到工具的最初開始位置，則完成接觸式測量。然后，如上所述，能夠在機器控制器中確定出在作業(yè)空間中工具和工件相對于彼此的定位、工具和/或工件是否處于正確位置或者工具是否具有正確尺寸等。以這種方式，機加工程序的校正或校準是可能的。

應當理解，如圖所示，正在繞著旋轉軸20旋轉的工具設置有多個切割邊緣。因而，圓柱狀圖示、特別是圖9至圖11的圓柱狀圖示示出了由工具的旋轉產生的包絡曲線。應當理解，包圍體將產生三維圖示。該三維圖示由工具的位于在徑向上最靠外位置的點形成，特別地，由工具切割邊緣形成。

圖13示出了接觸式測量的流程圖，其中參見圖9至圖11，工件1被削片19污染。還在這里，將工具相對于工件預定位在開始位置。隨后，使工具以小的限定進給量沿朝向工件的方向移位。對電壓進行監(jiān)測。在電流接通或電壓降落的情況下，立即采取如下動作：即，借助于機器控制器檢測所有軸位置，并使工具沿相應的軸相對于工件的移位方向反向，以便遠離工具地放置工件。當工具已經到達初始位置或開始位置時，完成接觸式測量。直到該方法步驟，圖13的流程圖與圖12的流程圖對應。根據圖13，隨后使工具再次沿朝向工件的方向以小的限定進給量移位。在電流接通的情況下，再次立即采取如下動作：即，以上述方式檢測軸位置和使工具相對于工件的移位方向反向。使工具再次相對于工件移位到工具的開始位置。然后，比較兩次測量的結果，即比較已經在接觸期間檢測到的機床的軸的軸位置。這里，確定是否存在差，并且確定該差是否小于預定公差。如果該差小于預定公差，則已經成功地完成了接觸式測量，其中例如，能夠將如在兩次接觸過程期間檢測到的各軸的兩個軸位置的平均值視作最終的測量值。如果兩次接觸式測量的軸的軸位置的差大于預定公差，則檢查到目前為止已經施行的接觸式測量的次數是否高于最大容許次數。如果高于，則以錯誤信息終止該接觸式測量。如果低于，則程序返回到重新開始的第二次測量。根據本發(fā)明的接觸式測量從一開始就如此地執(zhí)行兩次，并且在第二次測量結束時確定兩次測量的結果是否落在預定公差內。如果落在預定公差內，則完成測量，并且測量是有效的(yes)。如果不落在預定公差內(no)，則檢查在該部位處已經執(zhí)行了多少次接觸式測量。如果次數少于/等于預定最大容許次數，則在該部位處施行新的接觸式測量。如果在該部位處先前執(zhí)行的接觸式測量的次數已經大于預定最大容許次數，則以錯誤終止該部位處的接觸式測量。以這種方式，避免了可能因存在某些其它錯誤而在一個部位執(zhí)行無窮序列(infiniteseries)的測量。

圖14示出了在上述接觸式測量的背景下工具3如何相對于工件1的表面沿著列21移動，借助于上述接觸式測量，施行工具破損和/或切割邊緣控制。因而，隨著經過列21產生工件1與工具3之間的連續(xù)序列的接觸(continuousseriesofcontact)，即工具的切割邊緣每侵入一次就有一次接觸，即工具每轉一圈就存在與工具所具有的切割邊緣數一樣多的接觸次數，如上所述，這能夠根據本發(fā)明進行連續(xù)地檢查和監(jiān)測。

附圖標記說明

1工件

2機床

3工具

4主軸軸身

5機床工作臺

6銑削主軸

7探測裝置

8電壓源

9z軸

10工具保持件

11金屬性板

12殘余材料

13輔助球軸承

14內環(huán)

15外環(huán)

16絕緣元件

17鋼球

18電壓檢測器

19削片

20旋轉軸

21列