CN108430696A - 用于切削刀具的传感器模块和刀架 - Google Patents

Abstract

一种用于切削刀具(10)的刀架(1)的传感器模块(6)，其中，当所述传感器模块被布置到所述刀架(1)时，其中所述刀架具有与其连接的切削刀具(10)，所述切削刀具的轴向部分(13)能够定位在相对于所述传感器模块的预定的静止位置中，其特征在于，所述传感器模块包括至少一个位置传感器(7、14、15、16、17、21)，其中，当所述传感器模块被布置到所述刀架时，其中所述刀架具有与其连接的切削刀具，所述位置传感器被定位成与所述切削刀具的所述轴向部分在径向上间隔开，用以测量所述切削刀具相对于所述静止位置的偏转。

Description

用于切削刀具的传感器模块和刀架

技术领域

本发明涉及一种传感器模块、一种刀架、一种切削刀具、一种切削总成，以及一种测量切削刀具的偏转(deflection)的方法。

背景技术

已知监测加工工艺，例如以便优化机床利用率和加工生产率，提高工艺可靠性并且防止刀具破损。

工艺监测有时通过安装在刀架或机床主轴上，捕获切削力或扭矩或其它工艺参数的传感器来实现。但是，由于主轴、刀架和切削刀具接口处的系统刚性和惯性的变化，这些测量需要大量的校准和误差校正。US 8113066公开了一种力测量系统，其中包括应变传感器的测量中心毂总成作为适配件插入机床的卡盘中，并且切削刀具被插入到测量中心毂的内部卡盘中。被测的应变与切削力为复杂的函数关系，因此需要大量分析来确定切削力。

此外，被布置在刀架上的应变传感器不能用于精确地测量刀具尖端的偏转。相反，必须在被测的力的基础上，通过使用数学模型计算偏转。

因此，从安装在刀架上的应变传感器确定的工艺参数，特别是刀具尖端偏转的精确度通常不足，或者至少受到很大不确定性的影响。

发明内容

本发明的目标在于减轻现有技术的缺点，并且提供促进用于加工工艺的工艺参数(诸如刀具尖端偏转和切削力)的精确确定的装置。

因而，本发明涉及一种用于切削刀具的刀架的传感器模块。当传感器模块被布置到具有与之连接的切削刀具的刀架时，切削刀具的轴向部分能够定位在相对于传感器模块的预定的静止位置中。传感器模块包括至少一个位置传感器，其中，当传感器模块被布置到具有与之连接的切削刀具的刀架时，位置传感器被定位成与切削刀具的轴向部分在径向上间隔开，以测量切削刀具相对于静止位置的偏转。

因此，能够在加工期间获得直接相应于切削刀具相对于刀架的偏转的传感器信号。这些传感器信号可用于精确地确定刀具尖端的偏转(例如，轴向、径向或扭转偏转)以及相应的切削力。这些工艺参数能够指示各种状况，例如切削刀具或工件的状况，并且参数可被提供给机床操作者和/或被用作控制系统的输入，以自动地控制加工工艺。

传感器模块可应用于许多不同类型的刀架，从而与具有轴向部分的任何切削刀具一起使用。这些切削刀具通常具有基本柱形形状，并且例如可为整体切削刀具，或者具有可更换或者可转位的切削刀片或者切削尖端的切削刀具，包括旋转切削刀具，诸如铣刀、钻削刀、攻丝刀和镗刀。当传感器模块被应用于这种旋转切削刀具的旋转刀架时，传感器模块将在工件的加工期间与刀架和切削刀具一起旋转。

应将切削刀具的轴向部分理解为测量偏转的一部分，该部分沿切削刀具的中心轴线位于切削刀具的切削部分和刀柄部分之间。因此，轴向部分为切削刀具的下列部分，其位于意图在加工期间接合工件的那一部分以及被直接地连接至刀架的那一部分(例如，被夹在刀架内，或者由其它装置连接至刀架)之间的某处。

这里关于切削刀具使用的术语“偏转”涉及任何类型的偏转，包括轴向偏转、径向偏转和旋转(例如，扭转)偏转。

传感器模块可作为能够附接至刀架的单独的传感器单元形成，或者作为刀架的不可拆卸的一体部分形成。传感器模块可包括超过一个位置传感器，例如两个、三个或者四个位置传感器。传感器模块可包括多个可单独布置的传感器单元，其中每个传感器单元都具有布置到传感器单元的一个或者更多个位置传感器。因此，传感器模块可采取许多不同的形式。所有实施例的共同点在于，至少一个位置传感器被以下列方式布置在传感器模块中，即：当传感器模块被布置至具有与之连接的切削刀具的刀架时，位置传感器被定位成与切削刀具的轴向部分在径向上间隔开。

位置传感器可为能够检测切削刀具的轴向部分在至少一个方向上的位置变化的任何类型的传感器。

切削刀具的静止位置可相应于不发生加工时切削刀具采取的位置。这种静止位置可由所述至少一个位置传感器在不发生加工时的那个时间感测到的切削刀具的轴向部分的径向、旋转和轴向位置中的一个或者更多个位置限定。因此，静止位置相应于切削刀具的轴向部分相对于传感器模块(以及因而也相对于传感器模块所布置到的刀架)限定的第一位置。切削刀具的偏转产生切削刀具的轴向部分相对于传感器模块(以及因而相对于刀架)的第二位置，其中这种第二位置在一个或者更多个方向(例如，在轴向、径向和/或切向方向)上与第一位置不同。

该至少一个位置传感器可被布置用以测量下列中的一个或多个：

-径向偏转，通过感测与切削刀具的轴向部分的径向距离进行测量，

-旋转偏转，通过感测切削刀具的轴向部分的切向运动进行测量，以及

-轴向偏转，通过感测切削刀具的轴向部分的轴向运动进行测量。

传感器模块可包括被布置用以测量至少一个径向偏转的两个或者更多个位置传感器，其中传感器被布置成沿圆周方向相对于切削刀具的轴向部分的圆周间隔开，并且其中在圆周方向上相邻的传感器间隔开小于180度的角度。优选地是，传感器在圆周方向上间隔开约90度。

因而，可在至少两个非平行径向方向上测量与切削刀具的轴向部分的距离。当以这种方式布置传感器时，能够仅使用两个传感器，通过使用简单三角关系测量任何方向上的径向偏转。如果在位置传感器之间应用约90度的圆周间隔，则能够在任何径向方向上都以相同的精确度确定偏转。

传感器模块可包括被布置用以测量至少旋转偏转或至少轴向偏转的第一对位置传感器，其中第一对位置传感器相对于切削刀具的轴向部分的圆周沿圆周方向间隔开的角度约为180度。

通过这种布置，能够通过分析来自该对位置传感器两者的信号而将旋转或轴向偏转与径向偏转分离。在一些情况下，意图用于测量旋转或轴向偏转的单个位置传感器能够检测径向偏转，并且不能将这种信号与旋转或者轴向偏转引起的信号分离。然而，当分析来自这一对传感器两者的信号，例如通过考虑传感器信号的加和或者平均值(即，加和除以2)而分析信号时，旋转或者轴向偏转能够与径向偏转分离。这是因为旋转或者轴向位置改变将在该对传感器两者处产生类似的传感器信号，而径向位置改变将产生相应信号，但是符号相反，由此彼此抵消。

传感器模块也可包括被布置用以测量至少旋转偏转或至少轴向偏转的第二对位置传感器。第二对位置传感器也在圆周方向上相对于切削刀具的轴向部分的圆周间隔开约180度的角度，但是被布置成使得第二对位置传感器中的每一个位置传感器在圆周方向上与第一对位置传感器中的每一个位置传感器都间隔开约90度的角度。

因而，如果第一对位置传感器被布置用以测量旋转偏转，并且第二对位置传感器被布置用以测量轴向偏转，或者反之亦然，则传感器模块能够用于测量轴向和旋转偏转两者。可替选地是，第一对和第二对位置传感器两者中的所有传感器都可被布置用于仅测量旋转偏转，或者仅测量轴向偏转。第一和第二对位置传感器中的位置传感器可被布置用以也测量径向偏转。如果第一对和第二对位置传感器的位置传感器也能够测量离切削刀具的径向距离，而非仅旋转和/或轴向偏转，则这将是有可能的。作为替选，传感器模块可包括单独的传感器，以测量径向偏转。

该至少一个传感器例如可为感应传感器、光学传感器、磁性传感器、电容传感器或者超声波传感器。

通过使用这些传感器中的任何传感器，能够以非接触方式并且以高精确度测量切削刀具的轴向部分的位置变化。此外，不需要在刀具本身上安装任何易碎或者昂贵的零件。磁性位置传感器例如可为霍尔效应传感器、涡电流传感器或者磁阻传感器。

传感器模块可包括套管状部分，并且传感器模块可以是能够附接至刀架的，使得连接至刀架的切削刀具的轴向部分延伸穿过套管状部分。该至少一个位置传感器可被布置在套管状部分的内表面处。

通过使用部分成套管形的传感器模块，获得易于配合至刀架的坚固耐用传感器模块。当传感器模块被布置至具有与之连接的切削刀具的刀架时，套管状部分的内表面面对切削刀具。套管状部分可具有管状套管形状，其中内表面相应于管状套管的内圆周。

根据另一方面，本发明涉及一种用于切削刀具的刀架，包括本文所述的传感器模块。刀架还包括刀架主体，刀架主体具有后联接端部和前刀具端部以及在两者之间延伸的刀架中心轴线，其中传感器模块被布置至刀具端部。联接端部能够附接至机床。刀具端部包括切削刀具连接部分。

刀架可为用于传感器模块能够布置到的切削刀具的任何类型的刀架。取决于机床类型，刀架的联接端部能够通过例如主轴、转塔或者刀具架来附接至机床。刀架的联接端部可为任何传统类型的，或者适合于模块化快速换刀系统，诸如例如Coromant或HSK。

刀具端部与联接端部相对，并且是当连接至刀架时切削刀具从其延伸的那一部分。切削刀具可在向前方向上从刀具端部延伸。

刀架可包括作为刀架的刀具端部的一体部分的传感器模块。因此，传感器模块能够在刀架制造期间已经作为刀架的一体部分形成。可替选地是，刀架的刀具端部可包括用于可拆卸地或者不可拆卸地保持传感器模块的装置。传感器模块可以以通过各种不同方式，例如通过螺钉、螺栓、胶粘、铜焊、钎焊等等来布置到刀架的刀具端部。

切削刀具连接部分为切削刀具在其处连接的那一部分，或者能够在其处连接的那一部分。因此，切削刀具连接部分可相应于切削刀具不可拆装地连接在其处的刀架的那一部分，或者切削刀具可被牢固地夹紧在其处的刀架的那一部分，或者这一部分的最前面(most anterior)的部分。

传感器模块被布置到刀具端部，使得所述至少一个位置传感器在刀架主体的轴向方向上位于切削刀具连接部分之前。

刀架可包括位移传感器，位移传感器被布置用以检测被连接至刀架的切削刀具连接部分的切削刀具是否相对于切削刀具连接部分滑移。可替选地是，位移传感器可被布置成传感器模块的一部分。

通过使用位移传感器，刀具在刀架内的滑移能够与位置传感器测量到的偏转分离。例如，如果切削刀具的轴向部分的旋转位置变化由位置传感器检测到，并且同时从位移传感器获得相应的信号，则能够推断刀具实际上正在刀架内转动，例如由于夹紧不足而转动，并且不是扭转偏转。位移传感器能够为能够检测出被连接到刀架的切削刀具的滑移的任何类型的传感器，并且例如可为感应传感器、光学传感器、电容传感器、磁性传感器、超声波传感器或者机械传感器。位移传感器可与用于检测偏转的位置传感器为类似类型，但是被布置得更靠近切削刀具连接部分。

刀架可具有基本柱形形状。

刀架可为卡盘，在这种情况下，切削刀具连接部分可为卡盘的轴向空间，其中能够接纳和夹紧切削刀具的刀柄端。切削刀具连接部分可被视为刀柄部被夹紧在其中的轴向空间的最前面的部分。

刀架可为用于旋转切削刀具，诸如钻削刀、铣刀、镗刀或攻丝刀的刀架。

可布置传感器接口，以从位置传感器接收信号，并且将它们传输至机载处理装置，例如微处理器。处理装置可处理和评估被测的偏转，并且视需要触发下列事件，诸如例如将传感器数据或者任何相关信息传输至外部计算机和/或控制系统。对传感器数据的任何分析都可在机载处理装置上进行，或者在传输数据的外部计算机上发生。因此，为了传输传感器数据，传感器模块或者刀架可包括针对此的适当的装置。作为示例，可采用用于无线传输的无线电模块。无线传输能够基于光学或者基于无线电(例如，Wi-Fi或蓝牙)的传输技术。因而，能够在不需要在可旋转和固定部分之间有线传输信号的情况下传输传感器数据。

可使用机载电源，诸如一个或者更多电池，以向传感器和所有其它电子元件供电。

电源、无线电模块、处理装置、传感器接口以及任何其它的电子元件能够集成在传感器模块内。可替选地是，所有的或者其中一些元件能够被布置在刀架的某个其它部分处。优选地是，从位置传感器向传感器接口布置用于传输传感器信号的电引线。

可被布置在传感器模块处，或者被布置在刀架处的另外的电子元件例如可为充电单元，以及用于允许对机载电池进行充电的相应接口。

所有的或者其中一些电子装置可被布置在安装至传感器模块或者安装至刀架的印刷电路板处。

保护盖板可被布置在刀架和传感器模块上并且围绕两者布置，使得位置传感器和所有的电子元件都受保护。以这种方式，刀架将具有所需坚固耐用性，并且将看起来更像传统刀架。

根据另一方面，本发明涉及一种在本文所述的刀架中使用的切削刀具。切削刀具可包括切削端、刀柄端以及两者之间的轴向部分。刀柄端可以是能够连接至刀架的切削刀具连接部分的。切削刀具可包括被布置到轴向部分的至少一个识别部(pickup)。

通过使用识别部，可在非常高的精确度下测量切削刀具的轴向部分的旋转和/或轴向偏转。通常，识别部包括可由位置传感器读取的图案。优选地是，识别部被对称地布置到切削刀具的轴向部分，以便不干扰刀具的平衡。切削刀具可为任何类型的切削刀具，例如整体切削刀具，或者具有可更换或者可转位切削刀片或者切削尖端的切削刀具，包括铣刀、钻削刀、攻丝刀和镗刀。

识别部例如可包括多极磁体或者光学可读图案。因而，能够使用特定类型的磁性和/或光学传感器测量轴向部分的旋转和/或轴向偏转。当传感器模块包括磁性传感器，诸如霍尔效应传感器时，可使用多极磁体。相应地是，当传感器模块使用光学传感器时，可使用包括光学可读图案的识别部。光学传感器可读的图案可包括交替的暗(例如，黑)和明(例如，白)斑点，例如为交替的明暗条带形式。也可使用更复杂的图案。更复杂图案可提高分辨率，因此提高被测的偏转的精确度。存在能够读取这些图案，以感测位置变化的各种类型的光学传感器。这些光学传感器可包括光电阵列，或者用于检测从识别部反射的光的其它装置。

识别部可由沿圆周方向布置到切削刀具的轴向部分，例如沿圆周方向附接至轴向部分的表面的柔性材料制成。因而，识别部易于被对称地布置到切削刀具。优选地是，识别部尽量薄且轻，以便不必要地影响刀具的性能。例如，识别部可为多极磁性带或条，或者包括光学可读图案的带或者条。

识别部也可为切削刀具的轴向部分的一体部分。例如，多极磁体可被沿圆周布置在槽口内，该槽口在切削刀具的轴向部分的表面内形成，以便成为切削刀具的表面的一体部分。通过这种布置，识别部甚至可能与无识别部的普通切削刀具在视觉上无差别。

识别部可包括通过激光标记、蚀刻或者喷涂而设置到轴向部分的光学可读图案。通过这种方式，可直接在切削刀具的轴向部分的表面上提供可光学读取的图案。因此，识别部被作为切削刀具的一体部分布置至切削刀具，并且不需要将单独的带、条或者其它的图案承载件附接至切削刀具。这种识别部对切削刀具的性能的影响将最小。可采用的激光标记技术的示例为激光雕刻。

根据另一方面，本发明涉及一种切削总成，包括本文所述的刀架以及一种包括切削端、刀柄端以及两者之间的轴向部分的切削刀具，其中切削刀具的刀柄端被连接至刀架的切削刀具连接部分。

这种切削总成可为具有被布置到其的传感器模块的卡盘，并且切削刀具被可拆装地保持在卡盘内。可替选地是，切削总成可包括被不可拆装地固定至具有传感器模块的刀架的切削刀具。这种切削总成例如能够为一体的切削刀具和刀架，其中切削刀具可以不可拆装地连接至刀架，例如与刀架一体形成。

切削总成的刀架的联接端部可为任何传统类型的，或者可适合于模块化快速换刀系统，诸如Coromant或HSK。在这些系统中，联接端部例如可以是能够通过基础刀架附接至机床主轴的，这意味着在更换切削总成时，其保持在机床内。

切削总成的切削刀具可具有当切削刀具处于静止位置时与刀架中心轴线重合的中心轴线。

切削总成的切削刀具可为本文所述的切削刀具，包括被布置在轴向部分的外表面处的识别部。

根据另一方面，本发明涉及一种用于测量切削刀具在刀架内的偏转的方法。该方法包括下列步骤：

-确定未发生加工时切削刀具在刀架内的静止位置，

-使用切削刀具加工工件，

-测量工件的加工期间相对于切削刀具的静止位置的偏转。

可通过被布置到刀架的至少一个位置传感器执行测量相对于静止位置的偏转的步骤。

附图说明

图1示出被布置到用于切削刀具的刀架的传感器模块的示例。

图2是包括图1中的传感器模块和刀架，以及连接至刀架的切削刀具的切削总成的侧视图。

图3是图2中的切削总成的横截面图。

图4示出根据本发明的实施例的切削刀具。

图5是图4中所示的切削刀具的侧视图。

图6示出切削总成的可替选实施例。

图7是示出根据本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出用于切削刀具的刀架的一个示例。该示例示出用于切削刀具的可旋转刀架，在这个例子下是卡盘。刀架具有在前刀具端部3和后联接端部4之间延伸的中心轴线2。刀架的联接端部在这个例子下是通过Coromant联接件而能够附接至机床主轴(未示出)。内部轴向空间从刀具端部处的开口延伸到卡盘1中。轴向空间适合于接纳和夹紧切削刀具(未示出)，诸如端铣刀或钻刀的刀柄部。刀具端部包括切削刀具连接部分5，在这个例子下是切削刀具的刀柄部可被夹紧在其处的那一部分。为了测量，如本文其它地方所述的那样，当测量切削刀具的偏转时，切削刀具连接部分5的最前面的点的轴向位置可被视为基准。刀架包括被布置到处于切削刀具连接部分之前的刀具端部的传感器模块6。传感器模块6具有形状基本为管状套管的顶部部分23，以及具有相应于卡盘的固定部分25的形状的不规则形状的底部部分24。传感器模块被牢固地附接至刀架1的固定部分25，在这个例子下是使用螺钉通过通孔26附接。四个位置传感器7(在图中可见其中两个)被布置在传感器模块内的空腔内，使得传感器面对传感器模块内的内部空间。因此，位置传感器7绕传感器模块的内部圆周表面定位，任何两个圆周方向上相邻的传感器之间都为90度的相等间隔。

根据这一示例实施例，位置传感器7为用于测量与切削刀具的距离，以及因而测量径向偏转的感应传感器。图1-3中所示的感应位置传感器7仅是示意性地示出的，并且感应传感器的实际尺寸、延伸和形状可能不同。

电引线(未示出)从位置传感器延伸至被布置在安装在刀架上的印刷电路板8处的传感器接口。

刀架的固定部分25的形状适合于容纳从位置传感器延伸至电路板的电引线，以及促进将保护盖板(未示出)安装在卡盘1和传感器模块6上。

电路板8包括用于应对和处理来自位置传感器的数据的微处理器。可在微处理器中执行任何相关切削工艺参数的计算。可替选地是或者另外，可在外部计算机中执行这些计算，从位置传感器发出的任何数据可被发送到外部计算机。为此，电路板也包括具有发射器的无线电单元，以无线地传输经处理和/或未经处理的传感器数据。位置传感器，以及印刷电路板8上的电子元件由被布置在刀架上的两个电池9供电。电路板也可包括另外的装置。例如，可在电路板上布置用于存储随时间的传感器信号的存储器，或者充电装置以及用于便于对电池充电的相应接口。

图2是图1中所示的刀架和传感器模块的侧视图，但是具有被连接至刀架的图中示意性地示出的切削刀具10。切削刀具10具有处于传感器模块之前的切削部分11，以及被夹紧在切削刀具连接部分5处的刀柄部12。切削刀具的轴向部分13穿过传感器模块6延伸。每个位置传感器7都被定位成与切削刀具10的轴向部分13以距离d在径向上间隔开。在图2中，示出切削刀具处于静止位置。这种位置相应于当未发生加工时，切削刀具的轴向部分在径向、轴向两者和切向方向上相对于位置传感器所呈现的位置。在该例证性实施例中，当切削刀具处于静止位置(即，不存在切削刀具的径向偏转)时，切削刀具10的中心轴线与刀架中心轴线2重合。

图3示出在相应于切削刀具10的轴向部分13的位置处，垂直于刀架中心轴线的平面内的切削刀具10和位置传感器7、7'、7"、7"'的横截面图。为了例示，在图3中未示出刀架以及传感器模块的结构部分。切削刀具10处于静止位置。因此，对于所有传感器，位置传感器和切削刀具的表面之间的距离d都相等(即，没有径向偏转)。每个位置传感器都能够检测到与切削刀具的表面的距离。结果，能够通过分析来自测量x方向上的距离的其中至少一个传感器7'、7"'和来自测量y方向上的距离的其中至少一个传感器7、7"的信号而测量在切削刀具的轴向部分的任何方向上的径向偏转。

图4(等轴测试图)和图5(侧视图)是其中相对于安装在刀架中的切削刀具10示出位置传感器14、15、16、17的位置的本发明的另一实施例的示意图。为了例示，在图4和5中未示出刀架以及传感器模块的结构性部分。然而，示出刀架中心轴线2(相应于切削刀具的中心轴线)。位置传感器14-17是被布置用以通过感测被布置在切削刀具10的轴向部分13的表面上的两个识别部18、19的移动而测量旋转和轴向偏转的磁性传感器。位置传感器14、15被布置在切削刀具的相对侧上(即，在圆周方向上绕切削刀具间隔开180度)，并且相应于用于测量轴向偏转的第一传感器对。位置传感器16、17以相应方式绕切削刀具布置，并且相应于用于测量旋转偏转的第二传感器对。第一和第二传感器对被布置成使得传感器14-17绕切削刀具10的轴向部分13在圆周方向上间隔开90度。轴向位置传感器14、15检测轴向识别部18的运动，并且旋转位置传感器16、17检测切向识别部19的切向运动。轴向识别部包括磁极在切削刀具的轴向方向上交替的多极磁体。切向识别部包括磁极沿切削刀具的切向方向交替的多极磁体。识别部18、19是薄的并且由促进将识别部绕切削刀具在圆周方向上布置的柔性材料制成。由于识别部18、19薄且轻，并且关于切削刀具的旋转轴线对称地布置，所以它们将不明显地影响切削刀具的平衡或者其它性能。

位置传感器14-17是基于霍尔效应的磁性位置传感器。这些传感器具有响应于磁场而变化的输出电压。随着轴向多极磁体识别部18在轴向方向上移动，轴向位置传感器14、15感测到的磁场将变化。相应地是，当旋转多极磁体识别部旋转时，旋转位置传感器16、17感测到的磁场将变化。因此，位置传感器14-17的输出电压将反应识别部18-19的运动(即，切削刀具的轴向部分的旋转或者轴向偏转)。

通过作为来自轴向传感器14、15和旋转传感器16、17的信号的平均值分别计算轴向和旋转偏转，能够将这些偏转与也可能导致任何传感器14-17处的被测的位置变化的径向偏转分离。例如，朝着任何轴向位置传感器14-17的方向上的径向偏转将导致在旋转传感器16、17两者处的被检测到的运动。然而，虽然这些信号将具有相同的幅度，但是它们将具有相反符号，因此彼此抵消。然而，当测量真实的旋转偏转时，旋转传感器16、17两者处的被检测的旋转将具有相同方向。因此，当确定作为传感器信号的平均值的旋转偏转时(即，(S₁₆+S₁₇)/2，其中S₁₆是来自第一旋转传感器16的信号，并且S₁₇是来自第二旋转传感器17的信号)，径向偏转将不被错误地识别为旋转偏转。

以相应的方式，来自轴向传感器14、15的信号的平均值被用作轴向偏转的量度。

如图4-5中所示，因为存在用于轴向和旋转偏转的不同识别部18、19，所以位置传感器沿刀架中心轴线2位于稍微不同的位置处。在确定偏转时，必须考虑轴向位置的这种差异。这是因为取决于传感器的轴向位置，刀具尖端处的特定偏转(轴向、旋转或者径向)将导致不同的被测的偏转。即，传感器的位置越靠近切削刀具的前端，被测的偏转将越大。因此，必须已知从每个位置传感器到用于测量的基准点(例如，最靠近传感器模块的切削刀具连接部分的轴向位置)的轴向距离。

霍尔效应传感器14-17的输出电压也取决于与切削刀具的距离，因为传感器14-17所暴露到的磁场将随着与识别部18、19的相应多极磁体的距离而变化。因此，切向位置传感器16、17和轴向位置传感器14、15能够用于测量与切削刀具的距离。因为在多个方向上测量这种距离，所以能够以上文参考图3所述的相应方式测量切削刀具的轴向部分的径向偏转。然而，当计算径向偏转时，可能必须考虑旋转位置传感器和轴向位置传感器的不同轴向位置。如果已知距离，则这是易于补偿的。

参考图6，描述了其中示出切削总成20的可替选实施例。刀架1的联接端部4可通过HSK联接件而附接至机床主轴。在该实施例中，刀架1与切削刀具10成一体，在这个例子下是与具有可转位切削刀片的铣削刀成一体。因此，切削刀具被不可拆装地连接至刀架，并且作为其一体部分形成。在该实施例中，切削刀具连接部分5是切削刀具和刀架之间的接口，其中切削刀具不可拆装地连接到刀架(即，与其一体形成)。传感器模块6包括单独安装的传感器柱，其具有被布置成面对切削刀具10的轴向部分13的光学位置传感器21。传感器柱通过螺钉附接至刀架的刀具端部3。在可替选实施例中，传感器柱能够通过胶粘、铜焊或者其它适当的方式附接。虽然图中未示出，但是切削总成20还包括传感器接口、微处理器、无线电单元，以及用于向传感器和所有其它电子装置供电的电源，其中电引线从位置传感器21延伸到该传感器接口。

切削刀具1的轴向部分13包括呈由交替的明暗条带组成的激光雕刻图案形式的识别部22。每个光学位置传感器21都包括光电二极管阵列或者类似装置，以检测光。检测从激光雕刻图案反射并且到达光电二极管阵列的光。使用具有沿切削刀具的轴向方向布置的条带的识别部，如图6中所示的那样，能够测量识别部的切向运动，因而测量旋转偏转。

图7示出根据本发明的实施例的方法的步骤。

在步骤701，确定在未发生加工时的状态下切削刀具在刀架内的静止位置。这种静止位置可由在未发生加工时的时间上通过一个或者更多个位置传感器感测的切削刀具的径向、旋转和径向位置中的一个或者更多个位置限定。

在步骤702，使用切削刀具加工工件。加工可以是任何类型的加工，其中使用被连接至刀架的切削刀具加工工件。

在步骤703，在加工工件期间测量相对于切削刀具的静止位置的偏转。偏转可为径向偏转、旋转偏转和轴向偏转中的一个或者更多个。被测的偏转可能为切削刀具的轴向部分的偏转。

Claims (21)

1.一种用于切削刀具(10)的刀架(1)的传感器模块(6)，其中，当所述传感器模块被布置到所述刀架(1)时，其中所述刀架具有与其连接的切削刀具(10)，所述切削刀具的轴向部分(13)能够定位在相对于所述传感器模块的预定的静止位置中，其特征在于，所述传感器模块包括至少一个位置传感器(7、14、15、16、17、21)，其中，当所述传感器模块被布置到所述刀架时，其中所述刀架具有与其连接的切削刀具，所述位置传感器被定位成与所述切削刀具的所述轴向部分在径向上间隔开，用以测量所述切削刀具相对于所述静止位置的偏转。

2.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，所述至少一个位置传感器被布置成用以测量下列中的一个或多个：

-径向偏转，通过感测与所述切削刀具的所述轴向部分的径向距离进行测量，

-旋转偏转，通过感测所述切削刀具的所述轴向部分的切向运动进行测量，以及

-轴向偏转，通过感测所述切削刀具的所述轴向部分的轴向运动进行测量。

3.根据权利要求2所述的传感器模块，其特征在于，布置两个或者更多位置传感器，以测量至少一个径向偏转，其中所述传感器被布置成沿圆周方向相对于所述切削刀具的所述轴向部分的圆周间隔开，并且其中在圆周方向上相邻的传感器间隔开小于180度的角度，优选地是间隔开约90度的角度。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的传感器模块，其特征在于，布置第一对位置传感器(14、15)，以测量至少旋转偏转或至少轴向偏转，其中所述第一对位置传感器相对于所述切削刀具的所述轴向部分的圆周沿圆周方向间隔开的角度约为180度。

5.根据权利要求4所述的传感器模块，其特征在于，布置第二对位置传感器(16，17)，以测量至少旋转偏转或至少轴向偏转，其中所述第二对位置传感器在圆周方向上相对于所述切削刀具的所述轴向部分的圆周间隔开约180度的角度，并且被布置成使得所述第二对位置传感器中的每一个位置传感器都在圆周方向上与所述第一对位置传感器中的每一个位置传感器都间隔开约90度的角度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器模块，其特征在于，所述至少一个位置传感器从下列中选择

-感应传感器，

-光学传感器，

-磁性传感器，

-电容传感器，和

-超声波传感器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块包括套管状部分(23)，其中所述传感器模块能够附接至所述刀架，使得连接至所述刀架的切削刀具的所述轴向部分延伸穿过所述套管状部分，并且其中所述至少一个位置传感器被布置在所述套管状部分的内表面处。

8.一种用于切削刀具(10)的刀架(1)，所述刀架包括：

-刀架主体，所述刀架主体具有后联接端部(4)和前刀具端部(3)以及在两者之间延伸的刀架中心轴线(2)，

-被布置至所述刀具端部的根据权利要求1至7中任一项所述的传感器模块(6)，并且其中

-所述联接端部能够附接至机床，并且

-所述刀具端部包括切削刀具连接部分(5)。

9.根据权利要求8所述的刀架，其特征在于，所述刀架包括位移传感器，所述位移传感器被布置用以检测被连接至所述刀架的所述切削刀具连接部分的切削刀具是否相对于所述切削刀具连接部分滑移。

10.根据权利要求8至9中任一项所述的刀架，其特征在于，所述刀架具有基本柱形形状。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的刀架，其特征在于，所述刀架为卡盘，并且其中所述切削刀具连接部分为所述卡盘的轴向空间，在该轴向空间中能够接纳和夹紧切削刀具的刀柄端(12)。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的刀架，其特征在于，所述刀架用于旋转切削刀具。

13.一种在根据权利要求8至12中任一项所述的刀架(1)中使用的切削刀具(10)，所述切削刀具包括切削端(11)、刀柄端(12)以及两者之间的轴向部分(13)，其中所述刀柄端能够连接至所述刀架的所述切削刀具连接部分，其特征在于，所述切削刀具包括被布置到所述轴向部分的至少一个识别部(18、19、22)。

14.根据权利要求13所述的切削刀具，其特征在于，所述识别部包括下列中的任一个

-多极磁体，和

-光学可读图案。

15.根据权利要求13至14所述的切削刀具，其特征在于，所述至少一个识别部由沿圆周方向布置到所述轴向部分的柔性材料制成。

16.根据权利要求13所述的切削刀具，其特征在于，所述至少一个识别部包括通过下列中的任一个提供给所述轴向部分的光学可读图案

-激光标记，

-蚀刻，和

-喷涂。

17.一种切削总成(20)，包括根据权利要求8至12中任一项所述的刀架(1)的以及包括切削端(11)、刀柄端(12)以及两者之间的轴向部分(13)的切削刀具(10)，其中所述切削刀具的所述刀柄端被连接至所述刀架的所述切削刀具连接部分(5)。

18.根据权利要求17所述的切削总成，其特征在于，所述切削刀具具有当所述切削刀具处于静止位置时与所述刀架中心轴线(2)重合的中心轴线。

19.根据权利要求17至18中任一项所述的切削总成，其特征在于，所述切削刀具是根据权利要求13至16中任一项所述的切削刀具。

20.一种用于测量切削刀具在刀架内的偏转的方法，所述方法包括下列步骤：

-确定(701)未发生加工时的状态下所述切削刀具在所述刀架内的静止位置，

-使用所述切削刀具加工(702)工件，

-测量(703)所述工件的加工期间相对于所述切削刀具的所述静止位置的偏转。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，通过被布置到所述刀架的至少一个位置传感器，执行测量相对于所述静止位置的偏转的步骤。