CN107695793B - 用于在数控机床上处理工件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的、用于借助于刀具在数控机床上处理工件的方法包括以下步骤：控制刀具相对于工件的相对移动，以处理工件；借助于超声发生器产生刀具的超声振动；检测从超声发生器输出的至少一个传感器信号；以及基于从超声发生器输出的至少一个传感器信号，在控制刀具相对于工件的相对移动时识别工件处的材料的变化。

Description

用于在数控机床上处理工件的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在数控机床上借助于刀具处理工件的方法。本发明还涉及上面可以进行上述方法的装置和机床。此外，本发明涉及一种进行上述方法可以借助的计算机程序产品。

背景技术

现有技术熟悉例如在由刀具加工工件时刀具的旋转动作可能被刀具的超声振动叠加的机床。

EP1763416B1关于这一点描述了一种具有刀架的刀具，该刀架在第一端处具有适于旋转主轴头的刀架支架，并且在与第一端相对的第二端处具有刀具支架，并且该刀具具有刀头，该刀头可以被插入在刀具支架中，其中，刀架包括振动马达。

在这种机床的情况下，产生刀具的超声振动的、刀架中的超声发生器、振动主体以及插入刀架中的刀具提供一种借助于电信号激励来机械振荡的振动系统，其中，在振动系统以其共振频率被激励时获得最大可能的机械振动振幅。

当刀具前进到工件中时，振动系统被工件的材料以及工件与刀具之间的摩擦所抑制，并且共振频率朝向稍微更低的共振频率变化。这里已知，共振频率随着阻尼增大而进一步变化。

这经常伴随有在处理期间存在共振频率的显著波动的问题。然而，这同时意味着被处理的材料的阻尼性能已经变化。

这可能是由于工件内部材料的变化而产生，因为尽管工件的材料看起来均匀，也可能存在不均匀性(诸如晶界或内含的杂质等)。由于材料的这种变化，可能需要将刀具处理工件所借助的预定的处理参数调节到相应材料及其特性。

然而，工件的几何图形变化(诸如孔或凹口)也是工件材料的一种不均匀性，这可选地影响预定的处理参数。

为了在处理工件的时候确定材料的变化何时发生，已利用主体载声的原理的测量系统。这里，对应的主体声音传感器附接到机架，通常与工件间隔相当大的距离，所述传感器测量出现的振动并从其生成测量信号。控制单元评价这些测量信号，并且若测量信号偏差被相应地检测到，该控制单元可以在处理期间改变预定的处理参数。

然而，缺点在于，由于测量传感器被放置的更远，出现的振动不仅仅是由于工件内部材料的变化而产生。这些振动可能被来自环境的振动影响或叠加。这可能导致测量信号的错误评价，因此，导致处理参数的错误调节。

由于这个原因，重要的是在处理工件时检测尽可能靠近工件本身的材料的变化，以便尽可能避免外部振动的叠加。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在数控机床上处理工件的方法，借助于该方法，可以避免上述问题。

本发明的另外目的是提供装置、机床以及计算机程序产品，由此可以进行根据本发明的方法。

根据本发明的、用于借助于刀具在数控机床上处理工件的方法包括以下步骤：控制刀具相对于工件的相对移动，以处理工件；借助于超声发生器产生刀具的超声振动；检测从超声发生器输出的至少一个传感器信号；以及基于从超声发生器输出的至少一个传感器信号，在控制刀具相对于工件的相对移动时识别工件处的材料的变化。

超声发生器用于诱导刀具振动，而且用作用于检测振动系统的共振频率的传感器。该方法的优点在于，超声发生器被设置为直接邻近刀具，并且与刀具和工件在一条直线上。因此，可以非常靠近工件地检测共振频率且由此检测相应可用材料的阻尼性能阻尼性能，这转而在很大程度上降低外部振动源的影响。

另外，可以在从一种材料到下一种材料的过渡时精确识别工件中材料的变化，并且该信息可以被适当地传输到刀具的控制器。

该方法的有利发展在于，刀具相对于工件的相对移动的控制是基于预定的处理参数来进行，其中，该方法优选地还包括以下步骤：当基于从超声发生器输出的至少一个传感器信号识别工件处的材料的变化时，调节预定的处理参数；和/或基于所调节的处理参数控制刀具相对于工件的相对移动。

为了用适当处理相应材料目的所需的参数适当处理相应材料，预定的处理参数可以取决于超声发生器的传感器信号来控制。

另外的优点在于以下事实：可以由于外振动源对各材料的影响的最大可能降低而生成并存储一种“指纹”(例如振动系统的特定被阻尼共振频率和/或材料的特定阻尼性能阻尼性能)。

这例如在复合材料的情况下可以具有很大的优点，因为这里广泛不同的材料(具有钛/铝的碳纤维增强塑料材料)在工件中经常与彼此组合。这导致期望或需要调节对于每一种材料对应的处理参数。在处理的初步阶段，材料的相应层厚度经常基于准确夹住而编程，由于此，然后在处理期间调节处理参数。

然而，因为自动地存在层厚度的波动和在夹住工件中的不规则性，所以材料中的一些总是用不合适的处理参数来处理。借助于本发明的方法，现在可以精确识别工件中材料的变化，然后将处理参数调节到相应材料。

该方法的另外有利发展是工件包括至少两个不同的材料区域；并且其中，在步骤“识别工件处的材料的变化”中，识别刀具从工件的一个材料区域到另一个材料区域的过渡。

上述方法在这里不限于材料的有限数量的变化，但可以识别无限数量的材料变化，由于此，可以调节刀具的处理参数。

另外，该方法可以被有利地发展为使得工件包括复合材料，特别是碳纤维增强复合材料和/或玻璃和/或陶瓷材料。

不存在该方法对特定材料的限制。复合材料、玻璃以及陶瓷还有利地留下“指纹”(特性共振频率和/或阻尼性能阻尼性能)，该指纹可以被存储并用于调节预定的处理参数。

方法可以以以下这种方式来有利地发展：材料区域是不同材料或材料特性的层，或者材料区域是工件中的材料内含物，或者材料区域是工件中的孔和/或凹口。

材料和/或材料区域中的变化可以由不同的材料特性来区分，并且还可以以工件的几何图形变化为特征。

例如，可以的是，在处理期间，刀具以从工件材料到工件的孔中的方式工作(还可能仅是部分地)。这也导致该位置处工件的共振频率和/或阻尼性能阻尼性能的变化，由此导致材料的一种变化。同样在这种情况下，可能需要调节预定的处理参数。

该方法可以以以下这种方式来有利地发展：在步骤“识别工件处的材料的变化”中，识别刀具与工件表面的接触(即，例如，材料从空气到工件表面的变化，与工件中材料的变化相反)。

特别大的优点在于可以保证到工件的非常快速的接近，从而可以减少处理时间。这在高度易碎的材料，诸如玻璃或陶瓷，的情况下是特别有利的。

已经用刀具以高速接近由这种材料制成的工件，以记下仅到预定安全距离的时间，其后，用较缓慢的预定的处理参数继续处理。如果所选的安全距离过大，则处理时间被不必要地浪费。

由于材料变化(例如，从空气到工件的表面)的识别，刀具可以在进行预定的处理参数到对应材料的调节之前被高速移动至从空气到工件的实际边界。

另外，该方法可以以以下这种方式来有利地发展：在步骤“识别工件处的材料的变化”中，也检测超声发生器的传感器信号的一个或多个参数的时间变化且同时检测值的变化。

该发展的优点在于，振动系统的共振频率的变化还可以具有除了材料变化之外的原因。处理操作有时产生大量的热量，该热量在一定程度上强烈地加热刀具以及工件。

这还相当大地影响振动系统的共振频率。然而，可以将这些影响与材料变化的影响区分开。

振动系统的共振频率由于加热刀具和/或工件而连续且在较长的时间段期间变化。这与材料变化的发生不一致，材料的变化本身表现为共振频率的突变。

这里优选的是检测传感器信号的一个或多个参数的时间变化和传感器信号的对应参数的值的变化这两者。各传感器信号可能具有噪声，噪声本身尤其表现时间上突然的、但在参数上非常缓慢的变化。

因此，不仅是时间变化被检测，而且优选地对应参数的值的变化也被检测。该组合形成关于材料变化的存在的有利且可靠的陈述的基础。

该方法还可以由以下步骤来有利地发展：确定超声发生器的至少一个传感器信号的时间变化和值的变化是否对应地降到预定的修改时间以下且同时超过预定修改值。

除了传感器信号的参数的时间变化和值的变化的检测之外，需要确定用于传感器信号的相应变化的限值。

在此基础上，通过能够确定超过或降到限值以下，可以将材料变化的发生来与其他因素(诸如工件/刀具上的温度变化)很大程度上区分开。

此外，该方法可以以以下这种方式来有利地发展：在超声发生器的至少一个传感器信号的时间变化和值的变化对应地降到预定的修改时间以下且同时超过预定的修改值时，调节预定的处理参数。

由于传感器信号的至少一个参数的时间变化和值的变化的另外检查，可以进行关于材料变化的存在的更可靠陈述。检测由于刀具和工件的温度变化而引起的材料的所谓现有变化的风险可以借助于该另外检查而被显著地最小化。

该方法的另外有利发展是处理参数的调节至少包括刀具的相对移动的速度或切削速度和/或进给的调节。预定的处理参数优选地为以下参数中的一个或多个：工件处理期间刀具的进给速率、刀具的加工切削刃或部分的切削速度以及刀具的速度(例如，驱动刀具的机床的工作主轴的主轴速度)。

因此，可以由于所检测的材料变化而调节例如用于刀具旋转的主驱动器(例如，主轴驱动器)和/或用于刀具进给的驱动器的特定的预定的处理参数。

在处理参数的调节还至少包括超声发生器的频率和/或功率的调节时也是该方法的有利发展。

不仅是用于刀具旋转和刀具进给的驱动器可以被调节以适应材料的对应变化，超声发生器本身也可以被调节以适应材料的要求。这可以为例如超声发生器的频率、振幅以及功率。

该方法可用以下这种方式来有利地发展：超声发生器是压电致动器系统。

压电致动器系统的优点是极高的频率(超声)可以由压电晶体的非常高的动态行为产生，其中，压电元件同时非常稳健且示出良好的线性控制行为。

该方法可用以下这种方式来有利地发展：刀具具有至少一个几何图形限定的切削刃或至少一个几何图形未限定的切削刃。

该方法既不局限于特定材料/基板也不局限于特定刀具，因此可以用于非常广泛范围的应用中。

一种根据本发明的、用在用于借助于刀具处理工件的机床上的装置包括如下内容：控制单元，该控制单元用于控制刀具相对于工件的相对移动，以处理工件；超声发生器，该超声发生器用于生成刀具的超声振动；以及检测单元，该检测单元用于检测从超声发生器输出的至少一个传感器信号，其中，装置具有评价单元，该评价单元用于基于从超声发生器输出的至少一个传感器信号，在控制刀具相对于工件的相对移动期间识别工件处的材料的变化。

一种根据本发明的、用于借助于刀具处理工件的机床包括如下内容：控制单元，该控制单元用于控制刀具相对于工件的相对移动，以处理工件；超声发生器，该超声发生器用于产生刀具的超声振动；以及检测单元，该检测单元用于检测从超声发生器输出的至少一个传感器信号。

由此，可以在控制装置和/或机床中实施上述方法，从而允许该方法用于已经存在的机床中。这一点可以与之前描述的方法的优选方面组合。

根据本发明的计算机程序产品具有如下内容：存储在计算机可读数据存储介质中的计算机程序，该计算机程序可以在数控机床的数控单元上或连接到数控机床的控制单元的计算机中运行，并且被配置为执行上述方法。

因此，该方法可以在机床的现有控制软件中实施并进行。这一点可以与之前描述的方法的优选方面组合。

下面描述有利地可用于应用根据本发明的方法或其示例性设计的另外方面。

一种用于产生用于工件的超声加工的刀具的超声振动且用于测量刀具的超声振动的超声振动参数、具体优选地用于识别处理期间工件中和/或处的材料的变化的装置，所述装置可以包括：刀架，该刀架用于容纳刀具；刀架中的超声换能器(超声发生器)，该超声换能器用于生成刀具的超声振动；刀架中的传感器设备，该传感器设备用于基于刀具的超声振动生成传感器信号；以及传感器信号评价装置，该传感器信号评价装置用于评价传感器信号。该评价装置可以被构造为基于传感器信号的评价根据上述方面中的任意一项在处理期间进行工件中材料的变化。

例如，超声换能器(超声发生器)可以被制成还充当传感器设备的一个或多个压电元件。

因此，提供一种装置，借助于该装置，可以产生刀具的超声振动，并且与此并行，可以进行振动刀具的超声振动参数的直接测量，具体优选地用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料的变化。可以生成允许得出关于机械振动的直接结论的电传感器信号。传感器信号可以在处理期间的一个或多个时间点或时间段内生成，由此可以被一直更新。由于这一点，可以监测振动和/或检测振动参数的变化，诸如振动振幅的减小或共振频率的变化，具体优选地用于识别处理期间工件中和/或处的材料的变化。

传感器设备优选地包括一个或多个压电传感器元件，并且传感器信号优选地为由刀具的超声振动产生的电压。

优选的是，刀架可以旋转，并且装置具有发送元件和接收元件，该发送元件连接到刀架中的传感器设备，该接收元件与发送元件隔开用于传感器信号从发送元件到接收元件的非接触传输。

接收元件在这里可以被设置在例如具有根据本发明的装置的机床的固定部分中的刀架的外部。传感器信号可以为了评价的目的而借助于与发送元件隔开的、机器侧上的接收元件引出旋转的刀架。

优选的是，传感器设备具有用于与超声换能器电绝缘的绝缘元件，并且装置具有能量传递装置，该能量传递装置用于为了给超声换能器提供能量而将能量传递到刀架中，其中，能量传递装置与发送元件和接收元件电绝缘。

由于刀架中传感器设备和传感器信号路径与超声振动驱动器及其能源的电退耦，刀具振动以这种方式来检测使得该检测完全独立于刀具振动的生成，以防止传感器信号的失真。

发送元件和接收元件优选地被构造为从发送元件向接收元件感应地传输传感器信号。

这种形式的非接触传输具有以下优点：因为感应传输不需要任何另外的能量，所以刀架中的另外电路或能源以及电源适配器对将传感器信号引出刀架来说都不是必要的。

发送元件和接收元件优选地形成第一变压器，其中，发送元件具有第一变压器的第一铁氧体磁芯和一次绕组，并且接收元件具有第一变压器的第二铁氧体磁芯和二次绕组，并且能量传递装置被制成第二变压器，该第二变压器具有第二变压器的一次绕组和第二变压器的二次绕组，其中，第一变压器和第二变压器以以下这种方式来设置：传感器信号从第一变压器的一次绕组传输到第一变压器的二次绕组，该传输沿与相对于用于超声换能器的能量供给的能量从第二变压器的一次绕组到第二变压器的二次绕组的传输方向的方向大体垂直的方向来进行。

优点是两个变压器的相应磁场垂彼此直于对齐，使得能量供给和信号传输几乎不影响彼此。

另选地，发送元件和接收元件被构造为从发送元件向接收元件光学地传输传感器信号。

一种根据本发明的、用于工件的加工的机床包括根据本发明的装置和壳体，该壳体容纳能量传递设备的固定部和接收元件，该固定部包括第二变压器的一次绕组和第二变压器的第一罐形磁芯。

因此，传感器信号可以被引导到它可以被评价的、机床的固定部中。

一种用于测量用于工件的超声加工的刀具的超声振动参数，具体优选地为用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料变化的方法优选地包括以下步骤：将被容纳在刀架中的刀具设置为超声振动；借助于刀架中的传感器设备基于刀具的超声振动生成传感器信号；从传感器设备向连接到刀架中的传感器设备的发送元件传递传感器信号；从发送元件向与发送元件隔开的接收元件传输传感器信号；从接收元件向传感器信号评价装置传递传感器信号；在传感器信号评价装置中评价传感器信号，用于确定刀具的超声振动参数，具体优选地用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料的变化。

因此，生成允许得出关于机械振动的直接结论的、具体优选地用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料的变化的电传感器信号。传感器信号可以在处理期间的一个或多个时间点或时间段中生成。因此，可以不断地更新超声振动参数，并且可以连续地检测振动的变化，具体优选地用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料的变化。

当评价传感器信号时，刀具的超声振动的频率优选地从传感器信号的频率和/或来自传感器信号的振幅的、刀具的超声振动的振幅来确定。

这样，振动系统的共振频率变化和/或振幅的减小可以以简单方式从传感器信号来确定，具体优选地用于识别处理期间工件中和/或工件处的材料的变化。基于所辐射频率与电流共振频率之间的比较，由此，如果在共振上调节振动系统对于处理操作是有利的，则可以在共振上调节振动系统。

另外方面及其优点以及上述方面和特征的优点和更具体设计可能性从关于附图的以下描述和说明来描述，然而，以下描述和说明并不被认为是限制。

附图说明

图1示出了可以用于根据本发明的方法的实施方式中的刀架的剖面图；

图2A示意性示出了用超声发生器的对应传感器信号根据本发明进行的多层工件的处理，其中，刀具在材料A的区域中处理工件；

图2B示意性示出了用超声发生器的关联传感器信号根据本发明进行的多层工件的处理，其中，刀具在材料B的区域中处理工件；

图3示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图；以及

图4示意性示出了根据本发明的机床的实施方式。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的示例或实施方式。相同或类似的元件可以由附图中的相同附图标记来指定，但有时还由不同的附图标记来指定。

然而，应注意，本发明并不限于下面描述的实施方式及其设计特征，而是另外包括实施方式的修改，具体为由所述示例的特征的修改或独立权利要求的保护范围内的所述示例的独立或多个特征的组合包括的修改。

图1示出了可以用于根据本发明的方法中的刀架10的示例性结构。

用于容纳刀具90(图1中未示出；参见图4)的刀具容纳部11被布置在刀架10的一端处。多个，例如六个，穿孔圆盘状第一压电元件21被设置在刀架10中，例如，作为叠层，例如经由传递部12连接到刀具容纳部11，并且形成例如用于(例如，借助于超声范围内的频率)将电压转换成机械振动的超声换能器20(超声发生器)。

作为示例，第一压电元件21的机械振动经由传递部12传递到刀具90。第一压电元件21可以被制成例如电极被安装在其间的压电陶瓷盘。

超声换能器20的能量例如经由变压器(第一变压器)来供给，该变压器在机器侧上由例如第一罐形磁芯31和一次绕组32(图1中未示出；参见图4)构成，并且在刀具侧上由例如第二罐形磁芯33和二次线圈34构成，第二罐形磁芯和二次线圈用示例的方式被设置为刀架10外侧上的环状元件。

例如，穿孔圆盘状压电传感器元件40被设置在包括第一压电元件21的叠层的一侧上，其中，所述侧背离刀具容纳部11。传感器元件例如由压电元件41和两个触点42构成，并且例如机械耦合到第一压电元件21，但借助于绝缘元件43与第一压电元件21电绝缘，该绝缘元件43可以由陶瓷穿孔孔盘构成。借助于另一个绝缘元件43，压电传感器元件40用示例的方式与紧固元件13，例如紧固螺母，电绝缘。

紧固元件13用于将压电传感器元件40紧固到超声换能器20，并且用于由于动态载荷而使第一压电元件21偏压。

第一压电元件21和压电传感器元件40具有相同的方位，一方面，以便允许同一方向上振动的生成和检测，另一方面，以便实现刀架10中元件的空间节省布置。

压电传感器元件40将振动系统的机械振动转换成传感器信号，振动系统由刀具90、传递部12、超声换能器20以及压电传感器元件40构成，传感器信号用示例的方式经由从压电传感器元件40穿过刀架10到刀架10外侧上的发送元件61和62的线连接50传递为电压。

传感器信号例如以非接触样式从发送元件61和62传输到机器侧上的接收元件81和82(图1中未示出；参见图4)。

发送元件61和62是另外变压器(第二变压器)的部分，并且由例如第一铁氧体磁芯61和一次绕组62构成；接收元件81和82也是第二变压器的部分，并且由第二铁氧体磁芯81和二次绕组82构成。

因此，传感器信号可以从刀架10感应地传递到机器侧上的传感器信号评价装置。

另选地，光学传递也是可以的，其中，发送元件61和62是LED，并且接收元件81和82是光电二极管。发送元件61和62可以以以下这种方式来标出尺寸并定位：它嵌合到用于根据DIN69893标准的刀具数据的数据芯片的孔70中。刀架10可以关于机床1000(图1中未示出；参见图4)的固定部分来旋转。

图2A示意性示出了用于工件WS的超声处理的机床90的处理操作，该工件由多层不同材料(材料A和材料B)构成。

它旁边的图示出了压电元件21的对应传感器信号(振幅、频率、功率)，其中，该图已经示出了可以自由振动(即，没有阻尼)的系统与由于进入材料A中而阻尼的振动系统之间的差异。

当进入到材料A中时，振动系统必须被提供有更多的功率，以产生恒定的振幅。然而，同时因为振动系统被材料A阻尼，所以振动系统的共振频率朝向更低的频率变化。

图2B示意性示出了在使机床90前进到第二材料B中以便超声处理之后的处理操作。在该过程中，压电元件21的传感器信号如在它旁边的图中所示的变化。

基于已变化的传感器信号，首先可以识别工件中材料的变化，并且优选地还可以基于所检测的传感器信号和/或基于材料变化的识别来调节相应处理参数，诸如速度、切削速度和/或刀具速度，以及振动参数，诸如到压电元件21的驱动信号的参数。

图3示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图。这里，在步骤S2开始时，基于预定处理参数操作刀具90。在下一步骤(S3)中，由压电元件21生成刀具90的超声振动，其中，同时检测压电传感器元件40的信号，诸如振幅、频率以及功率(步骤S4)。

在下一步骤，S5，中，现在第一次评价所检测的传感器信号。在这里检查例如所检测的信号是否大体恒定(在信噪区域中)。如果不是这种情况，则在步骤S6中检测相应传感器信号的时间变化t，即该信号变化得多快，并且同时检测相应传感器信号的值变化y，即对应信号变化多少或变化到什么程度。

现在在下面的两个步骤S7和S8中比较这些所检测的值与预定的限值t_grenz和y_grenz，以能够借助于该比较确定是否存在材料的变化。

在步骤S7中，为此目的起初将时间变化t与预定的限值t_grenz进行比较。

如果所检测的时间变化t在预定限值t_grenz以下，则在下一步骤，S8，中关于值y已经变化多少进行比较。为此，将所检测的值的变化y与预定的限值y_grenz进行比较。如果所检测的值的变化y超过预定的限值y_grenz，则所检测的传感器信号指向工件WS的材料变化。

上述描述可以涉及例如以下事实：所检测的值包括在刀架上生成的振动频率和/或超声换能器20的所检测功率。

在此基础上，在步骤S9中调节预定处理参数。这可以包括在处理工件时刀具的进给速率的调节或变化和/或刀具的切削速度或旋转速度的调节或变化。

参数在这里可以如下来调节：在已经检测到压电传感器元件40的传感器信号时，将它们与例如包括对应已知材料的已经检测的传感器信号的数据集进行比较。

这些数据集可以包括例如刀具-材料组合的共振频率或材料的阻尼性能，并且是每一种已知材料的特性(作为一种“指纹”)。如果这里确定匹配，则识别本材料，并且可以在此基础上调节处理参数以适应对应的材料。

然而，如果存在未知材料，则可以基于所检测的传感器信号评价所涉及的该种材料和/或该材料的硬度和阻尼性能，并且可以在此基础上调节处理参数。因此，例如还可以对材料分类。

在具有已知材料成分的工件的情况下，还可以的是，已经对于工件的各种材料或材料层预先确定各种处理参数或处理参数集，并且当在刀具的刀具尖端位置处识别工件材料的变化时，根据预定的不同处理参数或处理参数集调节处理参数以适于处理操作。

然而，如果在步骤S8中发现对应传感器信号的值变化y尚未超过预定的限值ygrenz，则以未变的处理参数继续本方法。

图4示意性示出了根据本发明的装置，借助于该装置，可以进行根据本发明的方法。

该装置可以为机床1000的部分。该附图示出了具有压电传感器元件40的刀架10，该刀架的结构对应于例如图1所示的刀架10。刀具90容纳在刀架10中，用于工件的超声加工。

发生器120输出工作信号A1，作为用于刀架10中的压电驱动器的驱动信号。工作信号A1具有工作频率f1，并且经由能量生成装置30用功率P1以非接触方式来传递到旋转刀架10，该能量生成装置30被制成变压器，该变压器由一次绕组32加第一罐形磁芯31和二次绕组34加第二罐形磁芯33构成。此外，发生器120输出功率Pt<P1的测试信号At，该测试信号At被叠加到工作信号A1，并且该测试信号的频率在f1的范围内变化。

由于信号A1和At，诱导刀架10中的振动系统振动，所述振动的频谱大体具有两个频率。

由于振动系统的振动，压电传感器元件40也以相同的方式振动，由此产生含有关于振动的频谱的信息的电传感器信号A2。

传感器信号A2从来自旋转刀架10的读出装置130例如经由另一个变压器以非接触样式被读出并被传递到分析设备140a，该另一个变压器由一次绕组62加第一铁氧体磁芯61和二次绕组82加第二铁氧体磁芯81构成。

分析设备140a识别包含在频谱A2的频率，因此频谱中的最大峰值的频率(主频率)可以与用于确定共振频率的设备140b中的工作频率f1关联，该设备140b可以被实现为分析设备140a的一部分，并且频谱中更小峰值的频率(辅助频率)可以与共振频率f2关联。读出装置130、分析设备140a以及用于确定共振频率的设备140b还可以被组合成两个设备或被实现为单个装置。

预定的共振频率f2的值被传输到第一控制装置150，该第一控制装置150以以下这种方式来控制发生器120：工作信号A1的频率f1被调节为共振频率f2的值。

另选地或另外地，所确定的共振频率f2的值可以被传输到第二控制设备160，该第二控制设备以以下这种方式来控制发生器120：工作信号A1被辐射到刀架10中所借助的功率P1被增大至功率P1’，使得即使在f1≠f2的激励的情况下，也实现机械振动振幅，其中，所述振幅将被实现为在具有共振频率f2的激励中的最大振幅。

由此，可以将刀具尖端的机械振动振幅稳定至特定值，这对用刀具90进行的加工期间的精度具有积极效果。当振动振幅被稳定至在特定功率情况下的可能最大值的值时，还提高工件处理的效率。

该装置的用户可以经由用户界面170控制第一控制设备150和/或第二控制设备160，使得工作信号A1仅在用户命令时或仅在预定条件应用时被调节。用户还可以确定，工作信号A1基于最近确定的共振频率f2定期或不定期自动调节。

发生器120、读出设备(或检测设备)130、分析设备140a以及第一控制设备150可以被组合成用于输出输出信号和接收输入信号的装置200，其中，该装置200的第一输出信号对应于工作信号A1，第二输出信号对应于测试信号At，并且输入信号对应于传感器信号A2。

在上面提及的示例中，刀具的振动可以被振动系统的相应振动频率所控制。如果受控的共振频率或产生的功率在刀具或刀具尖端位于两种材料的边界处时变化，则这根据本发明的实施方式可以用于检测材料的变化。

一方面，这可以为工件中两个材料层之间的边界的识别。然而，这例如在例如用于检测与工件的第一接触的、工件中或还在工件表面(空气到工件表面)上的留截空气、腔、孔等的情况下还可以为工件材料之间的边界。

上面参照附图详细描述了本发明的示例和实施方式及其优点。

然而，应再次注意，本发明并不限于上述实施方式及其设计特征，而是还包括设计特征的修改，具体为由所述示例的特征的修改或由在独立权利要求的保护范围内的所述示例的独立或多个特征的组合包括的修改。

Claims (14)

1.一种用于借助于保持在刀架的刀具容纳部的刀具在数控机床上加工工件的方法，该方法包括以下步骤：

控制所述刀具相对于所述工件的相对移动，以加工所述工件，其中基于预定的处理参数执行所述刀具相对于所述工件的所述相对移动的所述控制；

借助于超声发生器产生所述刀具的超声振动；

检测从所述超声发生器输出的至少一个传感器信号；以及

基于从所述超声发生器输出的所述至少一个传感器信号，在控制所述刀具相对于所述工件的所述相对移动时识别所述工件处的材料的变化，且检测所述超声发生器的所述传感器信号的一个或多个参数的时间变化且同时值的变化；

确定所述超声发生器的所述至少一个传感器信号的所述时间变化和所述值的所述变化是否对应地降到预定的修改时间以下且同时超过预定的修改值；

当所述至少一个传感器信号的所述一个或多个参数的所述时间变化和所述值的所述变化对应地降到所述预定的修改时间以下且同时超过所述预定的修改值时，调节所述预定的处理参数；以及

基于所述所调节的处理参数控制所述刀具相对于所述工件的所述相对移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述工件包括至少两个不同的材料区域；并且

其中，所述工件从一个材料区域到所述工件的另一个材料区域的过渡在所述步骤“识别所述工件处的所述材料的变化”中来识别。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述工件包括复合材料，具体为碳纤维增强复合材料和/或玻璃和/或陶瓷材料。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：

所述材料区域是不同材料或材料特性的层。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：

所述材料区域是所述工件中的材料内含物。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：

所述材料区域是所述工件中的孔和/或凹口。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于：

所述刀具与所述工件的表面的接触在所述步骤“识别所述工件处的所述材料的变化”中来识别。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在所述超声发生器的所述至少一个传感器信号的所述时间变化和所述值的所述变化对应地降到所述预定的修改时间以下且同时超过所述预定的修改值时，调节所述预定的处理参数。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于：

处理参数的所述调节至少包括所述刀具的所述相对移动的速度和/或进给的调节。

10.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于：

所述超声发生器是压电致动器系统。

11.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于：

所述刀具具有至少一个几何图形确定的切削刃或至少一个几何图形未确定的切削刃。

12.一种用在机床上的装置，该机床用于借助于具体地根据前述权利要求中任意一项所述的保持在刀架的刀具容纳部的刀具加工工件，其中，所述机床包括

控制单元，该控制单元用于控制所述刀具相对于所述工件的相对移动，以加工所述工件，其中基于预定的处理参数执行所述刀具相对于所述工件的所述相对移动的所述控制；

超声发生器，所述超声发生器用于产生所述刀具的超声振动；以及

检测单元，所述检测单元用于检测从所述超声发生器输出的至少一个传感器信号；

其中，所述装置包括评价单元，所述评价单元用于基于从所述超声发生器输出的所述至少一个传感器信号，在控制所述刀具相对于所述工件的所述相对移动时识别所述工件处的材料的变化，且检测所述超声发生器的所述传感器信号的一个或多个参数的时间变化且同时值的变化，

其中，所述控制单元被配置为：

确定所述超声发生器的所述至少一个传感器信号的所述时间变化和所述值的所述变化是否对应地降到预定的修改时间以下且同时超过预定的修改值；

当所述至少一个传感器信号的所述一个或多个参数的所述时间变化和所述值的所述变化对应地降到所述预定的修改时间以下且同时超过所述预定的修改值时，调节所述预定的处理参数；以及

基于所述所调节的处理参数控制所述刀具相对于所述工件的所述相对移动。

13.一种用于借助于刀具加工工件的机床，该机床包括：

控制单元，所述控制单元用于控制所述刀具相对于所述工件的相对移动，以便处理所述工件；

超声发生器，所述超声发生器用于生成所述刀具的超声振动；以及

检测单元，所述检测单元用于检测从所述超声发生器输出的至少一个传感器信号；

所述机床以根据权利要求12的装置为特征。

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读数据存储介质中的计算机程序，所述计算机程序可以在数控机床的数控单元上或连接到数控机床的控制单元的计算机中运行，并且被配置为在所述机床上进行根据权利要求1至11中任意一项的方法。

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