CN107787262B - 用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片和刀具 - Google Patents

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Abstract

一种用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片，包括传感器(2)，用于检测所述切削刀片由其在金属工件上的操作而导致的预定磨损，其中所述传感器(2)包括至少两个接触区(3‑8)，所述传感器(2)通过该接触区(3‑8)能够连接到外部测量电路。所述传感器(2)包括至少两条引线(9‑14)，所述至少两条引线(9‑14)被连接到所述至少两个接触区(3‑8)中的相应的接触区，其中每条引线(9‑14)具有相应的自由端，所述自由端定位成使得在由所述切削刀片在金属工件上的操作导致所述预定磨损时，所述自由端将通过金属工件或通过由所述切削刀片在金属工件上的操作产生的切屑而彼此连接。

Description

用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片和刀具
技术领域
本发明涉及一种用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片，该切削刀片包括传感器，该传感器用于检测切削刀片由其在金属工件上的操作而导致的预定磨损，其中传感器包括至少两个接触区，传感器通过该接触区能够连接到外部测量电路。
本发明还涉及一种用于保持根据本发明的切削刀片的刀具以及包括根据本发明的刀具保持器和根据本发明的切削刀片的刀具。
背景技术
在用可更换和/或可转位的切削刀片进行加工中，存在对于在线测量切削刀片在操作期间经受太接近于其切削区的状况的变化的增加的需求。基于切削刀片的状况的这种在线测量，能够采取关于改变操作参数、更换切削刀片或将切削刀片重新定位在其保持器中的决定。能够避免需要手动检查切削刀片的状况的时间，并且作为其结果，能够获得改进的效率和更自动化的操作。此外，精确的在线测量切削刀片的状况以及作为其结果在正确的时间采取正确的措施将有助于防止由于使用过度磨损的切削刀片或者太高的温度而损坏工件。
如在EP1186365B1和EP1095732B1中公开的现有技术描述了切削刀片，其中用于在线测量切削刀片的磨损的传感器包括由设置在切削刀片上的导电层形成的电路，并且其中该电路包括至少两个接触区，电路通过该接触区能够连接到外部测量电路。切削刀片保持器具有对应的电触点，当切削刀片被刀具保持器保持在操作位置中时，电触点电连接到切削刀片的接触区中的相应的接触区。设置了连接到刀具保持器的触点的测量电路，该测量电路用于测量由切削刀片的预定磨损导致的电路的电阻的变化。测量电路包括用于在切削刀片的操作期间在切削刀片上设置的电路中产生电流的装置。电路的引线或传感器线紧邻切削刀片的切削刃定位在切削刀片的间隙面上并且沿着切削刃延伸。电路的引线被定位成使得在切削刃的预定磨损时，引线将与工件接合，并且如借助于所述外部测量电路测量的电路的电阻将改变。在切削刀片的预定临界磨损程度下，引线将被切割，从而指示切削刀片必须被更换或在保持器中给予另一位置。基于引线的磨损及其最终切断，由此检测到切削刀片的磨损已经进行了多远，并且取决于此，可以采取诸如更换切削刀片的措施。
然而，利用如由EP1186365B1和EP1095732B1公开的建议的解决方案，由于工件和切削刀片的电路的引线之间的波动的接合，在外部电路中获得的指示切削刀片的磨损已经进行到某个点的信号可能并不总是如此稳定。
US4744241公开了一种用于检测机床的切削刃中的磨损极限或破裂的方法和布置结构。至少两个导体路径被嵌入在形成切削刃的切削材料中，导体路径中的一个导体路径是闭合电路的一部分，并且导体路径中的另一个导体路径是开路电路的一部分。如果中断闭合电路的导体路径，或者通过在两个导体路径之间创建导电连接而闭合开路电路的导体路径，则产生用于打断加工过程的信号。闭合电路的导体路径沿着切削刀片的切削刃进行布置，从而由于切削刀片的预定磨损，在切削刀片的辅助切削刃的区域中蔓延的裂纹中断了该导体路径。然而，在切削过程中，可以通过工件的材料的颗粒或冷却剂或通过导电切削物质的颗粒横跨裂纹形成导电桥，使得尽管已经达到了容许磨损的极限或已经发生了切削刃中的破裂的事实，但是用于打断机床的信号未被来自中断的闭合电路的任何信号启动。为了应对这个缺陷，US4744241提出了设置开路电路的上述导体路径，该开路电路的导体路径与闭合电路的导体路径平行定位并且布置成在切削刀片的预定磨损程度时与闭合电路的导体路径电连接。在这样的互相连接时，假定启动了用于打断加工过程的信号。然而，由于闭合电路的导体路径被布置成被裂纹中断，并且实际上可能在该导体路径被连接到开路电路的导体路径的时刻被一个或多个这样的裂纹中断，这个用于中断加工过程的信号也可能不会被启动。从电路中的任一个电路接收到的信号有不明显的风险，因为闭合电路的导体路径可能被裂纹中断，但是可以上述的通过横跨裂纹或多个裂纹形成导电桥而暂时闭合。因此，不清楚切削刀片的预定磨损是否已经发生，并且预定磨损的指示变得不可靠。
而且，不能基于从上述电路接收到的信号来确定切削刀片的裂纹或磨损的位置。
本发明的目的是提供切削刀片，该切削刀片使得能够更精确且可靠地检测由切削刀片在金属工件上的操作导致的切削刀片的预定磨损。
发明内容
本发明的目的借助于用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片来实现，包括：
-传感器，传感器用于检测切削刀片由其在金属工件上的操作而导致的预定磨损，其中，
-传感器包括至少两个接触区，传感器通过接触区能够连接到外部测量电路，切削刀片的特征在于：
-传感器包括至少两条引线，所述至少两条引线被连接到所述至少两个接触区中的相应的接触区，其中，
-每条引线具有相应的自由端，使得在由切削刀片在金属工件上的操作导致预定磨损时，自由端将通过金属工件或通过由切削刀片在金属工件上的操作产生的切屑而彼此连接。
设置限定开路电路的传感器，该开路电路具有带有相应的自由端的至少两条引线，其中自由端定位成：当满足预定条件时，通过金属工件或切屑电互相连接，该设置实现引线的定位，使得这些引线中的任一个引线被从切削刀片的切削刃的区域蔓延的裂纹中断的风险非常小。另一方面，没有自由端的闭合电路将总是具有一部分，其大体与切削刃平行地延伸，且将因此更易于被蔓延的裂纹中断，从而使得这种测量不可靠。
根据一个实施例，传感器用于感测切削刀片的刀刃中的一个刀刃的磨损。在其中呈裂纹形式的磨损可能从切削刃蔓延的切削刀片的区(zone)中，引线的自由端以与切削刃呈一定角度(甚至可能大致垂直于切削刃)延伸，切削刃的磨损借助于传感器测量。换句话说，在所述区或区域中，引线与传感器布置用以测量磨损所针对的切削刃不平行。在所述区或区域中，引线可以直线地或以弯曲的方式延伸。如果它们以曲率延伸，则曲线的每个点的切线将以一定角度与切削刃相交。引线的自由端可延伸，使得它们与切削刃相交，或者它们可终止于离切削刃预定的距离处。
自由端定位成：彼此之间以及到切削刃具有这样的距离，使得它们被金属工件或切屑直接接触并由此电互相连接。基于对自由端的位置的准确了解，能够以高精度确定在切削刀片上何处已经发生预定磨损。引线的自由端可以被设置在其顶部上的保护层覆盖或者被暴露出来。它们可以设置在这样的保护层的下方的这样的深度处，即：使得它们仅在覆盖引线的层的预定磨损时才被金属工件或切屑接触。如果它们没有被保护层覆盖，即暴露在切削刀片的表面上，则它们应当终止于距切削刃这样的距离处，即：使得它们仅在切削刀片的预定磨损时才被金属工件或切屑接触。
引线可以被设置成切削刀片的基底上的或下面的层上的薄层，或者以任何其它合适的形式(例如线等)设置。在这种背景下，层不限于覆盖表面的相当大的部分的层，而是还包括呈设置在表面上的窄条、柱(string)或较小区域的形式的层，该层可以仅覆盖表面的小部分。
根据一个实施例，引线的自由端被定位成使得：当发生预定磨损时，其末端将被金属工件或金属工件的切屑接触并且被互相连接。引线可以在切削刀片上的磨损的预期发展(progression)的方向上从切削刃延伸，针对该切削刃，借助于传感器测量磨损。因此，引线被定位成使得：随着金属工件或切屑继续磨损切削刀片时，它还不断缩短引线在从其自由端的末端的方向上的长度，并且从而随着磨损发展而逐渐减小电路的电阻。包括引线的电路的电阻的变化能够由上述外部测量电路来记录，并且用作切削刀片的磨损的发展的测量指示。换句话说，利用引线、它们的自由端和末端的建议的设置，实现了不仅识别预定磨损的即刻发生，而且识别这种磨损的进一步发展。
外部测量电路能够被布置用以记录两个限定的情况，例如其中所述至少两条引线的自由端断开的第一情况和其中自由端连接(通过工件或切屑)的第二情况。这能够通过经引线中的一条引线发送电流并且测量电流是否流经相关联的另一条引线来完成。如上所述，还能够测量引线中的电阻。
根据自由端被布置成通过切屑互相连接的一个实施例，两个相邻的相关联的引线以彼此相距的一定距离布置，该距离小于最小的预期切屑宽度。由此，实现了：当切削刀片以小切削深度操作时，切削刀片的传感器也将起作用。
根据一个这样的实施例，切削刀片具有两个相邻的切削刃，所述两个相邻的切削刃通过刀尖刃(nose edge)连接，其限定具有半径r的圆的一段，并且至少在引线的自由端将在预定磨损发生的情况下通过金属工件或通过由切削刀片在金属工件上的操作产生的切屑彼此互相连接所处的区域中，所述至少两条引线的相邻自由端之间的距离小于半径r，该半径也被定义为刀尖半径。切削刃中的一个切削刃是与传感器相关联的切削刃，并且为了在切削刀片的切削操作期间使用该切削刃并且作为其结果导致切削刀片上的磨损时通过切屑或金属工件互相连接的目的，引线的自由端指向该一个切削刃。引线彼此相距一定距离地布置，该距离约是刀尖半径。这两条引线应该朝向切削刃延伸，非常接近于刀尖，并且优选地使与刀尖的最大距离对应于刀尖半径。这是有利的，因为切削刀片通常以等于或大于刀尖半径的切削深度操作。因此，确保在所有正常操作期间，所切削的切屑的宽度将大于两条引线之间的距离。
根据一个实施例，所述区域中的所述至少两条引线的相邻的自由端之间的距离小于1mm。因此，当切削刀片以非常小的切削深度被操作时，也确保切屑将足够得宽，以将引线互相连接。
根据一个实施例，至少在传感器的自由端的区域中，传感器由在其上形成电绝缘的保护层覆盖。因此，可以避免使引线意外互相连接或具有指示闭合电路的电阻的变化的波动信号的风险，该变化是由例如切屑的意外波动运动或由于冷却剂或导电切削物质的颗粒产生的在所述引线之间的桥接而导致的。
根据一个实施例，在从引线中的至少一条引线的自由端的末端延伸并且沿着引线朝向与该一条引线连接的接触区延伸预定距离的区域中，引线具有比在引线的剩余部分中更高的每长度单位的电阻。由于由金属工件或切屑前进导致的磨损，引线的自由端也被磨损。由于在切削刀片的操作期间，引线的自由端被金属工件或切屑磨损，所以电路的电阻减小。借助于外部测量电路来测量电阻的差异。因此，电阻的特定变化将对应于引线的特定减小的长度(磨损)，这又对应于切削刀片的特定磨损。由于引线在从自由端的末端朝向接触区延伸的区域中的电阻具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻，所以对于预定的磨损发展，电阻的变化变得相对大。因此，获得磨损发展的更清楚的指示。能够将自由端中的每一个或一些自由端布置成具有这样一段较高电阻。
有利地是，引线或多条引线具有这样的距离，该距离中每长度单位具有较高的电阻，该距离对应于被怀疑的磨损的区域的长度。该距离能够对应于可接受的磨损的长度。
根据一个实施例，在具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的区域中，引线具有减小的横截面。
根据一个实施例，切削刀片是这样的，在引线的具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的区域中，引线具有减小的宽度。在引线被设置为导电层的实施例中，引线可以在形成引线的导电层的平面中具有减小的宽度。引线的横截面的这种减小能够借助于在引线的顶部上涂敷保护和电绝缘层之前或者在这种涂敷之后而激光切削所述层来实现。
根据一个实施例，传感器包括多于两个接触区和多于两条引线，每条引线被连接到相应的相关联的接触区，其中引线中的一条引线的自由端被定位成：取决于由于切削刀片在金属工件上的操作而获得的预定磨损，该一条引线的自由端通过金属工件或其切屑被连接到至少两条其它引线中的任一条引线。基于对相应的自由端的位置的了解，并且基于被金属工件或其切屑接触并且互相连接的是哪些自由端，可以获得切削刀片的正在发展的磨损的更精确的图像。应该布置外部的测量电路，以便记录哪些自由端互相连接，并且应该关于此来控制加工操作。
根据一个实施例，在引线之间设置固体电绝缘体。因此，与在引线之间存在开放空间的替代设计相比，使引线之间无意的电短路(short cut)的风险降低。固体电绝缘体也可以是比空气更好的绝缘体，其将可替代地是占据引线之间的开放空间的介质。
根据一个实施例，其中至少在传感器的自由端的区域中，传感器被形成电绝缘体的保护层覆盖，该固体绝缘体是保护层的一部分。在这种情况下，引线能够借助于激光切削操作形成，所述激光切削操作被施加到设置在切削刀片的基底上的导电层上，并且随后将保护层施加到导电层上，即施加到引线上，由此也填充由于激光切削操作而在引线之间产生的间隙或开放空间。典型地是，借助于诸如物理气相沉积PVD或化学气相沉积CVD的沉积工艺来涂敷保护层。
根据一个实施例，保护层基本上由氧化铝组成。由于其物理性质，氧化铝具有作为切削刀片的外层来经常被选择的材料的优点。它的高电阻率也有助于其作为引线之间的固体绝缘体的选择。
根据一个实施例，引线的自由端位于切削刀片的前刀面上，处于如下区域，该区域在切削刀片在金属工件上的操作期间易于受到由从金属工件去除的切屑而导致的月牙洼磨损(crater wear)。根据一个这样的实施例，所述至少两条引线9-14的自由端位于相关联的切削刃和断屑器之间的区域中。
根据一个实施例，引线的自由端位于距由在切削刀片的前刀面与间隙面之间的相交部所限定的切削刃不超过0.3mm的位置。这是有利的，因为在正常操作中，这对应于形成切屑的区域，并且因此与切削刀片恒定接触。在间隙表面处的对应的区域中，随着刀刃磨损，工件可能会与切削刀片形成接触。
根据一个实施例，在易于受到月牙洼磨损的区域中，引线在朝向相关联的切削刃的方向上以一定角度延伸，该相关联的切削刃的对应的月牙洼磨损将要被测量。在所述区域中，引线相对于所述切削刃以45°-135°，或者65°-105°或者85°-95°的范围内的角度延伸。如果引线是弯曲的，则沿着所述曲线的每个点的切线将以上述定义的范围内的角度与切削刃相交。因此，引线在预期的磨损蔓延的方向上延伸，并且从切削刃蔓延的裂纹切割引线的风险较小。
根据一个实施例，在容易受到月牙洼磨损的区域中，引线的自由端通常以彼此相距相同的距离延伸，例如彼此平行地延伸。
根据一个实施例，接触区位于切削刀片的间隙面上，其中所述间隙面是与前刀面相交的面。特别是对于包括根据本发明的用于切削刀片的每个作用的切削刃的传感器的可转位切削刀片来说，这样的设计是有利的。每个传感器可以使它的一组接触区布置在单独的间隙面上，使得对于保持器中的切削刀片的每个操作位置，与待使用的切削刃相关联的传感器的接触区被连接到保持器中的对应的触点。
根据一个实施例，切削刀片包括前刀面和与前刀面相交的至少一个间隙面，其中引线的自由端位于间隙面上，处于与切削刀片的切削刃接近的区域中，在该区域中，切削刀片在切削刀片在金属工件上的操作期间易于受到由金属工件导致的磨损。根据一个实施例，在切削刀片易于受到由金属工件导致的磨损的区域中，引线在朝向所述切削刃的方向上以一定角度延伸到切削刀片的最邻近的切削刃。在所述区域中，引线相对于所述切削刃以45°-135°，或者65°-105°或者85°-95°的范围内的角度延伸。引线的自由端也可以在所述区域中彼此平行地延伸。根据又一实施例，引线的自由端位于离由切削刀片的前刀面与间隙面之间的相交部所限定的最邻近的切削刃不超过0.3mm的位置。
根据一个方面，本发明涉及一种用于保持如上文或下文中所限定的切削刀片的刀具保持器，刀具保持器的特征在于：该刀具保持器具有电触点，当切削刀片由刀具保持器保持在操作位置中时，所述电触点电连接到切削刀片的接触区中的相应的接触区。
根据另一方面，本发明涉及一种用于金属的切削、铣削或钻孔的刀具，该刀具包括如上文或下文所限定的刀具保持器以及如上文或下文所限定的切削刀片，所述刀具的特征在于：其包括测量电路，测量电路用于测量由切削刀片的预定磨损导致的电路的电阻的变化，所述测量电路通过刀具保持器的电触点被连接至切削刀片的传感器。
本发明的进一步特征和优点将在下面参照附图对本发明的实施例的详细描述中呈现。
附图说明
现在将参照附图来呈现本发明的实施例，在附图上：
图1是根据本发明的切削刀片的第一实施例的透视图，
图2是根据本发明的切削刀片的第二实施例的透视图，
图3是根据本发明的切削刀片的第三实施例的透视图，
图4是图1中所示的切削刀片的前刀面的放大视图，
图5是图4中所示的前刀面的一部分的放大视图，
图6a和图6b是从不同角度的透视图，示出了装备有根据本发明的刀具保持器和根据本发明的切削刀片的根据本发明的刀具的第一实施例，
图7a和图7b是从不同角度的透视图，示出了装备有根据本发明的刀具保持器和根据本发明的切削刀片的根据本发明的刀具的第二实施例，
图8a、8b和8c是根据一个实施例的根据本发明的切削刀片的一部分的横截面，并且
图9a和图9b是根据另一实施例的根据本发明的切削刀片的一部分的横截面。
具体实施方式
图1示出了用于金属的切削的切削刀片1。切削刀片1包括传感器2，传感器2用于检测由于切削刀片1的在金属工件上的操作而导致的切削刀片1的预定磨损，其中传感器2包括开路电路，该开路电路由形成切削刀片1的一部分的导电层的部分形成。尽管未在图1中示出，但是切削刀片在导电层的顶部上设置有保护和电绝缘层。然而，为了便于传感器设计的公开，保护层未在图中示出。
传感器2包括许多接触区3-8，电路的引线9-14通过接触区3-8能够连接到外部测量电路(在图6b和图7b中用附图标记15表示)。接触区3-8是暴露的并且不被任何保护层覆盖，并且因此可以容易地连接到外部测量电路的对应触点。接触区3-8和引线9-14已经通过去除导电层的周围部分(通常借助于激光切割的方式)而产生，使得获得与图1中所示的图案一样的图案。
电路是开路电路，其中相应的引线9-14与相应的接触区3-8互相连接。各引线9-14具有相应的自由端16-21，该自由端16-21被定位成使得：在由切削刀片1在金属工件上的操作导致预定磨损时，引线9-14中的至少一些引线的自由端16-21将通过金属工件或通过由切削刀片1在金属工件上的操作产生的切屑而彼此电互相连接。
在图1中所示的实施例中，引线9-14的自由端16-21位于切削刀片1的前刀面22上并且指向切削刀片1的切削刃23。切削刃23由切削刀片1的前刀面22和间隙面24之间的相交部限定。自由端16-21位于如下区域中，该区域在切削刀片1在金属工件上的操作期间易于受到由从金属工件去除的切屑导致的月牙洼磨损。引线9-14的自由端16-21位于离切削刃23不超过0.3mm的位置，通常位于前刀面上的断屑器(未示出)与切削刃23之间的区域内。在该区域中的相邻自由端16-21之间的最大距离小于所要形成的切屑的宽度。因此，所述区域中的相邻自由端16-21之间的最大距离小于将切削刃与相邻切削刃连接的刀尖刃的刀尖半径。通常，所述区域中的相邻自由端16-21之间的距离小于1mm。因此，在切削刀片1借助于所述自由端16-21所指向的最邻近的切削刃23进行操作时，这些自由端16-21中的至少一些将在切削刀片1由从工件去除的切屑导致预定磨损时通过来自由切削刀片1加工的工件的切屑而互相连接。只要引线9-14连接到如在图7b中所示的外部测量电路，并且在引线之间存在电位差，就可以使用电互相连接作为切削刀片1上的预定磨损的指示，并且可以在其基础上采取诸如更换切削刀片的进一步措施。
从图4中能够看出，引线9-14的自由端16-21在其端部区域中大致平行。在所述端部区域中，它们以一定角度指向它们所指向的最邻近的切削刃23。
图5在进一步放大中示出了自由端16-21的端部区域。在从自由端16-21中的每个自由端的末端延伸并且沿引线9-14中的每条引线朝向接触区3-8中的每个接触区延伸预定距离的区域中，引线具有比在引线的剩余部分中更高的每长度单位的电阻。在具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的区域中，相应的引线9-14具有减小的横截面。在具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的引线9-14的区域中，引线9-14在形成引线9-14的导电层的平面内具有减小的宽度，从而导致上述更高的电阻。由于在操作期间，切削刀片的磨损继续，并且在上述区域中的电互相连接的自由端16-21被磨损，所以传感器2的电阻的变化将比如果没有提供引线9-14的相应的自由端9-14的更高的每长度单位的电阻的设置相对更大。在具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的区域中，相应的引线9-14具有5μm-60μm的宽度。在所述剩余部分中，引线的宽度是100μm-1mm，优选地100μm-300μm。如果不存在具有比引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的区域，则引线宽度在10μm-1mm、优选30μm-300μm的范围内。
每条引线9-14的自由端16-21可以电互相连接到引线9-14的多于一个的其它自由端16-21。这意味着传感器2包括多于两个接触区3-8和多于两条引线9-14，每条引线连接到相应的相关联的接触区3-8，其中取决于由于切削刀片1在金属工件上的操作而获得的预定磨损，引线9-14中的一条引线的自由端16-21定位成通过金属工件或其切屑被连接到至少两条其它引线9-14中的任一条引线。因此，借助于外部测量电路，确定哪些引线被电互相连接，并且从而确定磨损的特征。在图1-3中所示的实施例中，引线9-14的自由端16-21的末端与最邻近的切削刃23处于相同的距离。也设想了其中存在多于两条引线9-14并且引线9-14的自由端16-21的末端定位于离切削刃23不同的距离处的实施例，从而实现检测切削刀片1的磨损的程度的其它可能性。
图2示出了与图1中所示的实施例不同的替代的实施例，与图1中所示的实施例相比不同在于，切削刀片101的接触区103-108位于间隙面124上，并且引线109-114因此不同地从其自由端延伸到接触区103-108。在图1中所示的实施例中，接触区3-8位于前刀面22上。在
图2中所示的实施例也与在图1中所示的实施例不同在于它在切削刀片101的同一侧(在这种情况下前刀面122)上具有两个传感器102a和102b。
图3示出了与图2中所示的实施例不同的又一实施例，不同在于它在切削刀片的相对的前刀面上具有对应的传感器，该切削刀片通过颠倒而可转位。图3中示出了在相对的前刀面上的两个传感器中的一个传感器的接触区203-208。
应该理解的是，本发明还设想了如下实施例，其中传感器被设置在间隙面中的一个或多个上，并且其中传感器的接触区定位在间隙面上或前刀面上。这里在附图上没有示出这些实施例，但是关于引线的设计和功能，尤其是其自由端，它们遵循上文针对其中在前刀面上设置传感器的实施例所公开的原理。不同是，引线的自由端定位于假定受到由工件而不是由从其去除切屑导致的磨损的区域中。在所述区域中，引线的自由端指向最邻近的切削刃，其磨损将由传感器指示。在所述区域中，自由端可以大致彼此平行并且以与所述切削刃呈一定角度延伸。也设想其中传感器既被设置在前刀面上又设置在间隙面上，并且因此使得能够同时检测由工件和切屑导致的磨损的实施例。
图6a和图6b示出了用于金属的切削的刀具，刀具包括刀具保持器25，刀具保持器25旨在保持根据图1中所示的实施例的切削刀片1。该刀具包括测量电路15(为了清楚的原因仅在图6b中表示)，测量电路15被连接到刀具保持器25，以用于测量由切削刀片1的预定磨损而导致的如上文所限定的电路的电阻的变化。刀具保持器25具有电触点26-31，当切削刀片1由刀具保持器25保持时，电触点26-31将电连接到切削刀片1的接触区3-8中的相应的接触区。这里，电触点26-31暴露于设置在保持器上的突出部的下侧上，使得一旦切削刀片已经附接在保持器上，则电触点26-31将与切削刀片的接触区接触。测量电路15通过刀具保持器25的触点26-31连接到切削刀片1的电路(即传感器2)。切削刀片1在前刀面22中具有通孔32，并且在保持器25中设置螺纹孔33，使得能够借助于螺钉34将切削刀片1紧固到保持器25上。
图7a和图7b示出了用于金属的切削的刀具，刀具包括刀具保持器125，刀具保持器125旨在保持根据图2和3中所示的实施例的切削刀片101、201。在该例证的实施例中，该刀具包括根据参照图2公开的实施例的切削刀片101。刀具保持器125具有电触点126-131，当切削刀片101由刀具保持器125保持时，电触点126-131将电连接到切削刀片1的接触区103-108中的相应的接触区。触点126-131被设置在刀具保持器125上的支撑表面上，当切削刀片101被附接到保持器125时，切削刀片101的间隙面支承抵靠于刀具保持器125上的支撑表面。
替代地是，通过接触区在切削刀片101的间隙面124上的不同定位，刀具保持器125上的触点能够被设置在刀具保持器125上的另一支撑表面上，切削刀片101的另一间隙表面支承抵靠于刀具保持器125上的另一支撑表面。
图8a-8c和图9a-9b示出了根据本发明的切削刀片的涂层设计的第一实施例和第二实施例。在描述图8a-8c和图9a-9b中所示的具体实施例之前，将讨论涂层设计的一般原理。
根据本发明的切削刀片具有基底，例如硬质合金，典型地是具有钴粘合剂的碳化钨，其上涂敷有至少一个导电层，其将形成本发明的传感器或多个传感器。导电层可以仅被涂敷在将限定传感器的接触区和引线的区域上，或者可以将导电层涂敷于更广泛的区域，因此接触区和引线被从该导电层切削出来或蚀刻出来。导电层不一定直接涂敷到基底上。在导电层和基底之间可以设置一个或多个其它层。然而，最靠近导电层下方的层应该是电绝缘的。如果基底是电绝缘的，则导电层因此能够直接涂敷到基底上。在导电层的顶部上，或者至少在其限定或者将限定传感器的引线的自由端的部分的顶部上，可以设置电绝缘保护层，例如氧化铝层。在涂层中可以设置另外的导电层，只要它们与将限定所述传感器的电绝缘层是电绝缘的就行。
传感器能够由如下形成，在包括多于一个导电层的涂层中，由一个导电层限定的接触区及其相关联的引线，以及由另一导电层限定的接触区及其相关联引线。同样地是，不同的传感器能够由在基底上形成涂层的一组层中的设置在不同高度(level)下的不同导电层限定。
传感器的接触区和引线可以在其上涂敷保护层之前，或者在其上涂敷保护层之后，借助于激光从导电层切削出来。如果在涂敷保护层之前执行接触区和引线的切出，则保护层可以并且应当被涂敷，使得它也占据在所述接触区和引线周围形成的空间，从而使得保护层进一步与导电层的周围部分和/或与相邻的接触区或引线电绝缘。必须通过随后去除覆盖它们的保护层来暴露由保护层覆盖的接触区。
现在，参考图8a-8c。所呈现的涂层设计能够用于上文公开的切削刀片1、101、201的实施例中的任一个。切削刀片1、101、201的基底被标记为35。基底35可以包括适用于该目的的任何材料，例如硬质合金，典型地是具有钴粘合剂的碳化钨。
建议切削刀片1、101、201的传感器或多个传感器基于通过沉积功能性耐磨CVD涂层获得的一般涂层设计，该功能性耐磨损CVD涂层被涂敷到基底上并且形成切削刀片的部分。因此，在基底35上设置内层36，内层36通常包含Ti(C、N、O)。还设想了其它成分，例如基于Zr(C、N)或Hf(C、N)的那些成分。内层的厚度在1μm-15μm的范围内。
在内层36的顶部上设置了热障层37，典型地是α-Al2O3，可能地是κ-Al2O3。建议借助于化学气相沉积来涂敷热障层37。热障层37的厚度在1μm-15μm的范围内。
在热障层37的顶部上，设置了导电层38，典型地是包含合适的氮化物和/或碳化物，例如TiN和/或TiC。建议借助于化学气相沉积来涂敷导电层38。导电层38的厚度在0.1μm-5μm的范围内。
在导电层38的顶部上涂敷电绝缘保护层41之前，使用激光，用于从导电层38(图8b)切削出引线39、40和接触区(在图8a-图8c中不可见)。
在传感器或多个传感器的引线39、40和相关联的接触区的切出之后，涂敷电绝缘保护层41，使得其至少覆盖传感器的关键部分，特别是其旨在在切削刀片的操作期间通过金属工件或切屑互相连接的自由端。建议借助于化学气相沉积CVD来涂敷保护层41，由此保护层41完全覆盖下面的导电层38，包括传感器或多个传感器的引线和接触区在内。保护层41也填充导电层的引线、接触区和周围部分之间的空间，该空间由于从导电层切削出引线和接触区而产生。保护层41典型地包含κ-Al2O3，可能地是α-Al2O3，并且具有在0.5μm-10μm的范围中的厚度。当然也设想了其它电绝缘和保护层。例如，保护层41可以包含ZrO2。
图9a和图9b示出了涂层设计的替代实施例和产生这种设计的方法。切削刀片能够是上文参考图1-3公开的切削刀片1、101、201中的任一个，切削刀片包括基底42，将内层43涂敷到基底42上，内层43对应于参照图8a-8b公开的内层36。
在内层43上设置热障层44，热障层44对应于参照图8a-8b公开的热障层37。
在热障层44上设置导电层45，导电层45对应于参照图8a-8b公开的导电层。
在导电层45上，但是在切削出传感器或多个传感器的引线和接触区之前，设置保护层48，保护层48对应于参照图8a-8c公开的保护层38。在涂敷保护层48之后，借助于激光切削将引线46、47和接触区(在图9a和9b中不可见)从导电层45切削出来。由此，在引线、接触区和周围导电层48之间将保留开放空间。

Claims (15)

1.一种用于金属的切削、铣削或钻孔的切削刀片，包括：
-传感器(2、102a、102b、202a、202b)，所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)用于检测所述切削刀片由所述切削刀片在金属工件上的操作而导致的预定磨损，
-其中所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)包括至少两个接触区(3-8、103-108、203-208)，所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)通过所述接触区能够连接到外部测量电路，其特征在于：
-限定开路电路的所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)包括至少两条引线(9-14、109-114、209-214)，所述至少两条引线(9-14、109-114、209-214)被连接到所述至少两个接触区(3-8、103-108、203-208)中的相应的接触区，
-其中每条引线(9-14、109-114、209-214)具有相应的自由端，所述自由端定位成使得在由所述切削刀片在金属工件上的操作导致所述预定磨损时，所述自由端将通过金属工件或通过由所述切削刀片在金属工件上的操作产生的切屑而彼此连接。
2.根据权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述切削刀片具有两个相邻的切削刃，所述两个相邻的切削刃通过刀尖刃连接，该刀尖刃限定出具有半径的圆的一段，并且至少在所述引线(9-14、109-114、209-214)的所述自由端将通过金属工件或通过由所述切削刀片在金属工件上的操作产生的切屑而彼此连接所处的区域中，相邻的自由端之间的距离小于所述半径。
3.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，至少在所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)的所述自由端的区域中，所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)由在所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)上形成电绝缘的保护层覆盖。
4.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，在从所述引线(9-14、109-114、209-214)中的至少一条引线的所述自由端的末端延伸并且沿着所述引线(9-14、109-114、209-214)朝向与该引线(9-14、109-114、209-214)连接的所述接触区延伸预定距离的区域中，所述引线(9-14、109-114、209-214)具有比在所述引线的剩余部分中更高的每长度单位的电阻。
5.根据权利要求4所述的切削刀片，其特征在于，在具有比所述引线的剩余部分更高的每长度单位的电阻的所述区域中，所述引线具有减小的横截面。
6.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)包括多于两个的所述接触区(3-8、103-108、203-208)和多于两条的所述引线(9-14、109-114、209-214)，每条引线被连接到相应的相关联的接触区，其中所述引线(9-14、109-114、209-214)中的一条引线的所述自由端定位成：取决于由于所述切削刀片在金属工件上的操作而获得的预定磨损，该一条引线的所述自由端通过金属工件或金属工件的切屑被连接到至少两条其它的引线(9-14、109-114、209-214)中的任一条引线。
7.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，在所述引线(9-14、109-114、209-214)之间设置固体电绝缘体。
8.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，所述引线(9-14、109-114、209-214)的所述自由端位于所述切削刀片的前刀面上，处于如下区域，该区域在所述切削刀片在金属工件上的操作期间易于受到由从金属工件去除的切屑导致的月牙洼磨损。
9.根据权利要求8所述的切削刀片，其特征在于，所述引线(9-14、109-114、209-214)的所述自由端位于离由所述切削刀片的所述前刀面和间隙面之间的相交部所限定的切削刃至多0.3mm的位置。
10.根据权利要求8所述的切削刀片，其特征在于，在易于受到月牙洼磨损的所述区域中，所述引线(9-14、109-114、209-214)的所述自由端以与所述切削刀片的相邻的切削刃呈一定角度延伸，为此由所述传感器测量切削刃磨损。
11.根据权利要求8所述的切削刀片，其特征在于，在易于受到月牙洼磨损的所述区域中，所述引线(9-14、109-114、209-214)的所述自由端大体平行地延伸。
12.根据权利要求8所述的切削刀片，其特征在于，所述接触区位于与所述前刀面相交的所述切削刀片的间隙面上。
13.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，所述切削刀片包括前刀面和与所述前刀面相交的至少一个间隙面，并且所述引线的所述自由端位于所述间隙面上，处于与所述切削刀片的切削刃接近的区域中，在该区域中，所述切削刀片在所述切削刀片在金属工件上的操作期间易于受到由金属工件导致的磨损。
14.根据权利要求13所述的切削刀片，其特征在于，所述引线的所述自由端位于离由所述切削刀片的所述前刀面与间隙面之间的相交部所限定的切削刃不超过0.3mm的位置。
15.一种用于金属的切削、铣削或钻孔的刀具，包括刀具保持器和根据权利要求1-14中的任一项所述的切削刀片，其中所述刀具保持器具有电触点，在所述切削刀片由所述刀具保持器保持在操作位置中时，所述电触点电连接到所述切削刀片的所述接触区(3-8、103-108、203-208)中的相应的接触区，其特征在于，所述刀具包括测量电路，所述测量电路用于测量由所述切削刀片的所述预定磨损导致的所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)的电阻的变化，所述测量电路通过所述刀具保持器的所述电触点与所述切削刀片的所述传感器(2、102a、102b、202a、202b)连接。
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