CN111699073B - 包括用于收集电能的发电机组件的加工刀具以及用于这种收集的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于去屑加工的加工刀具，包括刀具本体(2)和用于收集将在所述刀具中使用的电能的发电机组件，并且该发电机组件具有被固定到所述刀具本体的至少一个第一部件(5)以及第二部件(10)，该第二部件(10)被以可移动的方式连接到所述刀具本体，以便通过与所述第一部件的相互作用相对于所述第一部件移动而在所述第一部件中生成电能。所述发电机组件包括这样的布置结构，所述布置结构用于传导介质流，以撞击所述第二部件并作用在所述第二部件上，以用于使所述第二部件相对于所述第一部件移动。

Description

包括用于收集电能的发电机组件的加工刀具以及用于这种收 集的方法

技术领域

本发明涉及用于去屑加工的加工刀具，以及用于收集电能的方法。

本发明不限于用于任何特定类型加工的加工刀具，并且刀具本体可以例如具有呈切削刀片的形式的构件、该构件具有固定到该构件上的切削刃，用于通过车削、铣削、钻孔或镗孔而对工件进行去屑加工。因此，包括旋转和非旋转加工刀具两者。带有一体切削刃的刀具也是可能的。本发明也不限于任何尺寸的这种加工刀具。所谓的载有阳型和阴型模块接口的扩展部也被认为是被本发明所覆盖的。

在加工刀具中存在用于收集电能的发电机组件的原因是，这允许了为加工刀具提供内置的监测电子设备，诸如以无线方式连接到周围环境的不同类型的传感器。由发电机组件的第二部件相对于第一部件的移动生成的电能可以被储存在电容器、电池或其它合适的能量储存构件中，或者被直接馈送到其处在刀具内的消费器件(consumer)，诸如传感器。

第二部件与第一部件的、用于生成电能的相互作用可以例如通过磁体和电导体的绕组的相对移动来发生，由此在导体中生成电流，或者通过磁体相对于连接到设有由压电材料制成的构件的悬臂的另一磁体的移动来发生，以用于通过使这个构件弯曲和振荡来生成电能。

背景技术

通过WO 2014/195054 A1已知在引言中限定的类型的加工刀具。这种已知的加工刀具的发电机组件中的第二部件被可旋转地轴颈支撑(journaled)在刀具本体上，并且被使得相对于刀具本体移动以及因此通过惯性能量而相对于被固定到刀具本体的第一部件移动，例如主要在加速和减速刀具本体的旋转时，这意味着刀具本体必须旋转，以通过该加工刀具的发电机组件来获得电能的生成。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中限定的类型的加工刀具，该加工刀具相对于已经已知的这种加工刀具在至少某一方面得到改进。

根据本发明，这个目的通过提供根据本发明的加工刀具来实现。因此，通过为加工刀具的发电机组件提供这样一种布置结构，所述布置结构被构造用以引导介质流撞击第二部件并作用在第二部件上，以使第二部件相对于第一部件移动，电能可以在不需要加工刀具的刀具本体的任何移动的情况下由加工刀具的发电机组件收集。这意味着电能可以被有效地收集，从而使得能够在非旋转加工刀具(诸如用于车削的刀具)中以无线方式提供传感器。另外，将能够通过加工刀具的发电机组件获得受控的电能生成，而不存在由于刀具本体运动的加速和停止而导致的突然变化，从而减小了加工刀具的传感器所属的电子系统的构件上的应力。

根据本发明的实施例，该布置结构包括至少一个第一介质流动通道，该至少一个第一介质流动通道延伸穿过刀具本体并朝向第二部件敞开。合适的是使用于获得第二部件相对于第一部件的移动的介质流在处在刀具本体内部的这种通道中朝向第二部件传导。

根据本发明的实施例，所述至少一个第一通道被连接到刀具本体中的第二通道，该第二通道被设计用以将诸如用作冷却剂的介质传导到用于去屑加工的刀具部分，以便转移来自第二通道的这种介质的介质流，以撞击第二部件。通过使用用作冷却剂和/或用于移除由去屑加工产生的切屑的介质来获得第二部件相对于第一部件的、用于在第一部件中生成电能的相对移动，不需要提供额外装置来生成用于第二部件的移动的介质流。

根据本发明的实施例，第二部件包括圆形环，所述圆形环围绕刀具本体的多个部分，并且该布置结构被构造用以传导介质，以撞击该环，从而通过绕这些刀具本体的部分旋转而使环移动，并且根据本实施例的进一步发展，该环具有带有不平坦轮廓的内壁，该内壁被设计用以被介质流撞击并形成对于介质流的阻力，从而使该环旋转。环的内壁上的这种轮廓将导致环绕刀具本体的有效“推动”。然后，环的内壁的轮廓有利地是包括多个袋状凹部，所述多个袋状凹部围绕环的内壁布置，并且根据本发明的另一实施例，环然后设有偶数个袋状凹部。偶数个这样的凹部使得凹部能够围绕环的内周界对称布置，这施加了由撞击所述环的介质引发的对称的力偶。这保证了环的旋转移动的期望的跳动。轴承也可以用于环与刀具本体的连接中，以便产生良好质量的跳动。

根据本发明的实施例，所述至少一个第一通道终止，以引导介质流以相对于环的内壁形成的不同于90°的角度(诸如在与相对于环的形状而言的径向相比更切向的方向上)撞击所述环的内壁，其中这个角度为1°至80°、1°至60°或1°至30°。介质流到环的内壁上的这种方向有利于使环相对于刀具本体移动。

根据本发明的实施例，第二部件包括至少一个磁体，并且第一部件包括第一构件，在由该第一构件经过磁体时，该第一构件与磁体相互作用，同时在第一部件中生成电能。

根据本发明的实施例，第一部件然后可以包括悬臂，该悬臂具有被固定到刀具本体的一个端部，第一构件是磁性的并且被布置在悬臂上，以通过与第二部件的所述至少一个磁体的相互作用而使悬臂弯曲和振荡，并且第一部件包括由压电材料制成的第二构件，该第二构件被固定到悬臂并且用于与悬臂一起弯曲和振荡，以用于生成电能。根据第二部件的所述至少一个磁体的磁极的取向，当经过所述至少一个磁体时，这将吸引或排斥第一构件，以使悬臂弯曲和振荡，以用于在由压电材料制成的第二构件中生成电能。

根据本发明的实施例，在第一部件中生成电能的另一种选择是具有呈电导体的绕组形式的第一构件，以便当由第二部件的所述至少一个磁体经过该第一构件时，通过电磁感应在该第一构件中生成电能。

根据本发明的实施例，第二部件设有多个磁体，所述多个磁体沿第二部件的延伸部分布，以接连地经过第一部件的第一构件，从而在第一部件中生成电能。提供具有多个磁体的第二部件使得能够在第一部件中有效地生成电能。然后，为第二部件提供偶数个磁体是合适的。并且根据本发明的另一实施例，第二部件的磁体具有不同的磁极，这些磁极被布置成在经过第一部件时最靠近第一部件，诸如沿着第二部件的延伸部，每隔一个是北极且每隔一个是南极。这种磁极转换使得电能产生有效得多。

根据本发明的实施例，加工刀具包括多个第一部件，该多个第一部件沿着第二部件的移动路径以相互距离被固定到刀具本体，以与第二部件相互作用，从而在这些第一部件中生成电能。通过具有多个第一部件，可以增加由加工刀具的发电机组件进行的电能生成。

根据最后提及的实施例的进一步发展，至少一个第一部件的悬臂具有与另一个第一部件的悬臂不同的谐振频率，以便在第二部件的相对于该悬臂的不同速度下以最大幅度进行振荡。这意味着相比于只有一个第一部件或所有的第一部件相同，发电机组件中的电能的生成将更少地依赖于第二部件相对于刀具本体以及因此相对于第一部件的速度。

根据本发明的实施例，圆形环对于每个至少一个磁体均包括凹部，该凹部轴向敞开并且当第二部件相对于第一部件移动时达到指向第一部件的第一构件。根据本发明的另一实施例，该环由非磁性材料制成，诸如黄铜、铝或不锈钢。

本发明的目的是关于用于收集电能的方法，该方法通过向方法提供传导介质流以撞击第二部件以用于使第二部件相对于第一部件移动的步骤而获得。这种方法及其实施例的优点(即传导用作冷却剂和/或用于移除由去屑加工产生的切屑的介质以撞击第二部件并作用在第二部件上，以用于使第二部件相对于第一部件移动)从根据本发明的加工刀具的以上讨论中是显而易见的。

从下面的描述中，本发明的其它有利特征和优点将会显现出来。

附图说明

参考附图，下文是作为示例引用的本发明的实施例的具体描述。

在附图中：

图1和1a分别是根据本发明的第一实施例的加工刀具的透视图和分解视图，

图2是处于组装状态下的根据图1中的加工刀具的II-II的横截面视图；

图3是根据图1的刀具的根据图1中的III-III的横截面视图，

图4是根据图1的加工刀具的根据IV-IV的横截面视图，

图5是根据图1的加工刀具的横截面的一部分的放大视图，

图6和图6a分别是根据本发明的第二实施例的加工刀具的对应于图1和图1a的视图，以及

图7和图7a分别是根据本发明的第三实施例的加工刀具的对应于图1和图1a的视图。

具体实施方式

图1和图1a示意性地示出了根据本发明的第一实施例的加工刀具1的构造，并且现在将在参照图1至图5的同时描述这种刀具的特征。加工刀具具有带有夹头3的刀具本体2，并且刀具固持构件4被固定到刀具本体，具有切削刃的构件将被固定到该刀具固持构件上，以用于任何类型的加工，诸如车削、铣削或镗削。

该加工刀具具有发电机组件，所述发电机组件用于收集将用于在图中未示出的刀具的内置监测电子设备的电能。这个发电机组件具有一个第一部件5，所述第一部件5被固定到刀具本体2。这个第一部件包括悬臂6，该悬臂6具有被固定到刀具本体的周边的一个端部7并且垂直于刀具本体的中心轴线C延伸。呈磁体8形式的第一构件靠近悬臂的自由端布置在悬臂上。呈由压电材料制成的板9形式的第二构件被固定到悬臂，以便在悬臂弯曲的情况下弯曲。第一部件由覆盖件22保护。

发电机组件具有第二部件10，所述第二部件10被以可移动的方式连接到刀具本体2，从而允许该第二部件绕刀具本体旋转。这个第二部件包括由非磁性材料制成的圆形环11，所述圆形环11围绕刀具本体的多个部分12。该环设有多个凹部13，该多个凹部13轴向敞开并且各自设有磁体14(特别参见图5)。

刀具本体2具有第二通道15，该第二通道15沿着刀具本体的中心轴线C朝向刀具固持构件4的端部延伸，用于传导用作冷却剂和/或用于移除由去屑加工产生的切屑的介质。两个第一通道16连接到处于刀具固持器内部的第二通道15，以垂直于刀具的中心轴线C转移介质流，并且朝向环11的内壁21敞开。在图3中示出了这两个第一通道16如何具有设有塞子23的端部，并且在此之前，分支17在通向环的同时相对于环的内壁21形成小于90°的角度，诸如相对于环的内壁21在几乎切向的方向上。环的内壁具有被设计用以形成对通过通道的分支17撞击内壁的介质流的阻力的轮廓。为此，内壁的轮廓具有多个袋状凹部18，所述多个袋状凹部18围绕空间的内壁布置。因此，当介质流撞击环的内壁时，这将导致环在逆时针方向上旋转，如图3中所见。介质流将通过两个通道19、20继续通过刀具本体，以用作冷却剂和/或用于移除由去屑加工产生的切屑。

将在根据本发明的本实施例的加工刀具中使用的电能将由加工刀具的发电机组件以以下方式收集。用于刀具的去屑加工的气态或液体介质流通过第一通道16及其分支17传导，以撞击环11的内壁21，并在袋状凹部18中出现阻力，并且由此使环11绕刀具本体2旋转。环11的磁体14将在经过悬臂6上的磁体8时与其相互作用，以吸引或排斥该磁体，使得悬臂将弯曲并振荡。然后，被固定到悬臂6的由压电材料制成的构件9也将弯曲和振荡，并通过其压电特性生成电流，该电流将被馈送至电能储存装置或被直接馈送至消耗该能量的装备，诸如传感器。

图6示意性地示出了根据本发明的第二实施例的加工刀具，该加工刀具根据与第一实施例相同的原理在收集电能方面起作用。本实施例与第一实施例的不同之处在于，只有被接纳在环11中的一个磁体14并且具有图5中示出的类型的四个第一部件5，并且至少一个第一部件的悬臂优选地是具有与另一个第一部件的悬臂不同的谐振频率，以便在第二部件(具有磁体14的环11)的相对于悬臂的不同的速度下以最大幅度进行振荡。还示出了，在本实施例中，环11的内壁具有没有凹部的光滑轮廓。通过在被引导用来撞击环的内壁的强度和方向方面的适当的介质流，将仍然可以获得环11绕刀具本体的旋转。

在本发明的第三实施例中，刀具本体2和刀具固持构件4被集成为一体件，以用于提高刀具的对于施加在刀具的刀片的切削刃上的高作用力的抵抗能力，并且第二部件然后可以包括通过合适的连接件(诸如螺钉连接件26、27)共同地形成一个环的两个或更多个弧状件，诸如如图6a中所示的两个半环24、25。本实施例在图7和图7a中示出。

本发明当然不限于其上述的实施例，但是在不脱离如所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，对本领域技术人员来说，对其进行修改的许多可能性将是显而易见的。

该布置结构可以具有朝向环的内壁敞开的仅一个或多于两个第一通道。

第二部件可以受到介质流的影响而在两个极端位置之间沿着刀具本体的周围来回移动，而不是绕其旋转。

第二部件的环也可以由具有磁极区域的磁性材料制成。

Claims (17)

1.一种用于去屑加工的加工刀具，包括

刀具本体(2)，以及

发电机组件，所述发电机组件用于收集将要在所述刀具中使用的电能并具有被固定到所述刀具本体的至少一个第一部件(5)以及第二部件(10)，所述第二部件(10)被以可移动的方式连接到所述刀具本体，以便通过与所述第一部件的相互作用而相对于所述第一部件移动，从而在所述第一部件中生成电能，其中，所述发电机组件包括如下布置结构，所述布置结构被构造用以传导介质流，以撞击所述第二部件(10)并作用在所述第二部件(10)上，以用于使所述第二部件相对于所述第一部件移动，并且其中，所述第二部件(10)包括至少一个磁体(14)，并且所述第一部件(5)包括第一构件(8)，在由所述第一构件(8)经过所述磁体(14)时，所述第一构件(8)与所述磁体(14)相互作用，同时在所述第一部件(5)中生成电能，其特征在于，所述第一部件(5)包括悬臂(6)，所述悬臂(6)具有被固定到所述刀具本体(2)的一个端部(7)，所述第一构件(8)是磁性的并且被布置在所述悬臂上，以通过与所述第二部件(10)的所述至少一个磁体(14)的相互作用而使所述悬臂弯曲和振荡，并且所述第一部件包括由压电材料制成的第二构件(9)，所述第二构件(9)被固定到所述悬臂(6)并且用于与所述悬臂(6)一起弯曲和振荡，以用于生成电能。

2.根据权利要求1所述的加工刀具，其特征在于，所述布置结构包括至少一个第一介质流动通道(16)，所述至少一个第一介质流动通道(16)延伸穿过所述刀具本体(2)并且朝向所述第二部件(10)敞开。

3.根据权利要求2所述的加工刀具，其特征在于，所述至少一个第一介质流动通道(16)被连接到所述刀具本体中的第二通道(15)，所述第二通道(15)被设计用以将用作冷却剂的介质传导到用于去屑加工的刀具部分，以便转移来自所述第二通道(15)的这种介质的介质流，以撞击所述第二部件(10)。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的加工刀具，其特征在于，所述第二部件(10)包括圆形环(11)，所述圆形环(11)围绕所述刀具本体的多个部分(12)，并且所述布置结构被构造用以传导所述介质，以撞击所述圆形环，从而通过绕这些刀具本体的部分旋转而使所述圆形环移动。

5.根据权利要求4所述的加工刀具，其特征在于，所述至少一个第一介质流动通道(16)终止，以引导介质流，从而以相对于所述圆形环(11)的内壁(21)形成的不同于90°的角度撞击所述圆形环(11)的所述内壁(21)，其中该角度为1°至80°、1°至60°或1°至30°。

6.根据权利要求4所述的加工刀具，其特征在于，所述圆形环(11)具有带有不平坦轮廓的内壁(21)，所述内壁被设计用以被所述介质流撞击并形成对于所述介质流的阻力，以便使所述圆形环旋转。

7.根据权利要求6所述的加工刀具，其特征在于，所述圆形环(11)的所述内壁(21)的轮廓包括多个袋状凹部(18)，所述多个袋状凹部(18)围绕所述圆形环的所述内壁布置。

8.根据权利要求7所述的加工刀具，其特征在于，所述圆形环(11)设有偶数个袋状凹部(18)。

9.根据权利要求1所述的加工刀具，其特征在于，所述第二部件(10)设有多个磁体(14)，所述多个磁体(14)沿所述第二部件(10)的延伸部分布，以接连地经过所述第一部件(5)的所述第一构件(8)，从而在所述第一部件中生成电能。

10.根据权利要求9所述的加工刀具，其特征在于，所述第二部件(10)设有偶数个磁体(14)。

11.根据权利要求9或10所述的加工刀具，其特征在于，所述第二部件(10)的所述磁体(14)具有不同的磁极，所述磁极被布置成在经过所述第一构件(8)时最靠近所述第一构件，沿着所述第二部件的延伸部，每隔一个是北极且每隔一个是南极。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的加工刀具，其特征在于，所述加工刀具包括多个第一部件(5)，所述多个第一部件沿着所述第二部件(10)的移动路径以相互距离固定到所述刀具本体(2)，以与所述第二部件相互作用，从而在这些第一部件(5)中生成电能。

13.根据权利要求12所述的加工刀具，其特征在于，至少一个第一部件(5)的所述悬臂(6)具有与另一个第一部件(5)的所述悬臂(6)不同的谐振频率，以便在所述第二部件(10)的相对于所述悬臂的不同速度下以最大幅度进行振荡。

14.根据权利要求4所述的加工刀具，其特征在于，所述圆形环(11)对于每个磁体(14)包括凹部(13)，所述凹部(13)轴向敞开并且当所述第二部件(10)相对于所述第一部件移动时达到指向所述第一部件(5)的所述第一构件(8)。

15.根据权利要求14所述的加工刀具，其特征在于，所述圆形环(11)由非磁性材料制成。

16.根据权利要求4所述的加工刀具，其特征在于，所述至少一个第一介质流动通道(16)终止，以引导介质流，从而在与相对于所述圆形环的形状而言的径向相比更切向的方向上撞击所述圆形环(11)的内壁(21)。

17.根据权利要求15所述的加工刀具，其特征在于，所述非磁性材料是黄铜、铝或不锈钢。

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