CN112262016A - 用于确定夹紧力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定机床(1)的夹紧装置(2)的夹紧力的方法，该夹紧装置(2)由力操作、并能旋转地驱动，该方法包括以下步骤：以操作力F夹紧物体(5)，在机床(1)的控制单元(6)中，基于模型，计算可根据操作力F和机床(1)的运行参数预期的夹紧力Fcalc，以测量间隔I的时间间隔，周期式测量在夹紧装置(2)中作用到物体(5)上的夹紧力Freal，以无线的方式将测量值Freal传输给机床(1)的控制单元(6)，并且比较测量值Freal与计算得出的夹紧力Fcalc，以及在该比较结果表示偏差达到阈值时，调整测量间隔。

Description

用于确定夹紧力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定夹紧装置的夹紧力的方法，该夹紧装置通过机床的力操作、并能旋转地驱动，该方法包括以下步骤：
·以操作力F夹紧物体，
·在机床的控制单元中，基于模型计算夹紧力Fcalc，该夹紧力Fcalc可根据操作力F和机床的运行参数来预期，
·以测量间隔I的时间间隔，周期式测量在夹紧装置中作用到物体上的夹紧力Freal，
·以无线的方式将测量值Freal传输给机床的控制单元，并且比较测量值Freal与计算得出的夹紧力Fcalc，以及
·在该比较结果表示偏差达到阈值时，调整测量间隔。
背景技术
为了可靠地运行配备有夹紧装置的机床，需要确定在夹紧装置中夹紧工件或工具的夹紧力。该认知导致机械规定2006/42/EG的制定，该规定用于对运行要求功能安全性的特定安全水平，其中必须部分地冗余地提供一些关于安全性的信号。
在此期望的是直接地测量夹紧装置的夹紧力，其中，夹紧装置在机床中的使用意味着，夹紧装置通常由具有夹爪的卡盘构成，其中在夹爪上测量的夹紧力需要从旋转的系统传递到机床上。对此提供无线的数据传输是理想的，但这意味着，必须在旋转的系统中提供能量以用于检测测量值和无线地传输测量值。
在DE 10 2011 081 122 B4中描述了一种夹紧装置，该夹紧装置具有，包括至少一个夹紧元件的卡盘体、和测量机构，该测量机构用于检测通过夹紧元件施加到在工件夹紧机构中夹紧的工件上的夹紧力，其中，测量机构设置在虎口钳上，虎口钳也具有评估单元。还有用于将期望的夹紧力施加到夹紧在工件夹紧机构中的工件上的操作机构。在评估单元中，将指定的期望的理论夹紧力与通过测量机构检测到的夹紧力进行比较。
发明内容
本发明的目的是，在确保所需安全水平的情况下降低可驱动成旋转的夹紧装置中所需的能量需求量。
该目的通过开头所述的方法实现，该方法的特征在于，以两种方式确定给定的夹紧力，即，通过基于模型，计算能根据操作力和机床的运行参数预期的夹紧力，和直接测量夹紧力，来确定给定的夹紧力。在本文中，夹紧力的直接测量不是连续地进行的，而是以测量间隔的时间间隔，周期性地进行的。而在本文中，测量间隔的持续时间不是预设为恒定的，而是可增大的，以便在检测测量值时节省能量，由此获得算出的可预期的夹紧力与实际测量的夹紧力的良好一致性。另一方面，为了确保所需的安全水平，也可在基于模型计算得出的夹紧力的值过大、并且各个运行参数不能充分确定且需要校正时，缩短测量间隔。这种运行参数从力传输链以及产生的操作力中得出，该操作力经由机械传动转变成夹紧力。机械传动性能首先与夹紧机构的角度或杠杆比例相关。其他的运行参数是夹紧装置的转速以及从中得出的离心力，和传动机构的功能面的摩擦系数，该摩擦系数受到摩擦效果(如磨损或润滑状态)的影响。
以通过该方法提供的方式，不仅能够通过基于模型对可预期的夹紧力的计算，确保不仅仅满足机械规定的功能安全性要求的无线数据传输，并且还能够根据可预期的夹紧力的有效性调整测量间隔，以优化能量消耗。
为了提高安全性，提供了一种方法，该方法限定，在比较值低于阈值时延长测量间隔，和/或在该比较值超过阈值时缩短测量间隔。由此通过对能量消耗的优化，确保基于模型的对可预期的夹紧力的计算足够精确地描述实际给定的夹紧力，以确保所需的安全水平。
而在确保充分的安全水平方面，测量间隔的变化程度与测量值Freal与阈值的差距成比例，即，在与阈值的差距很大时相应快速地改变测量间隔。Freal低于Fcalc的偏差的阈值也可能小于/等于Freal高于Fcalc的偏差的阈值，即关于所需的安全程度使用不同的阈值，并且尤其在实际的夹紧力小于计算的夹紧力的情况下更精确地对其进行监控，因为这表明更大的危险系数。
但是也可考虑，在设置比Fcalc更大的Freal的偏差的阈值时，考虑待夹紧的物体的变形敏感性，即保护变形敏感的工件，例如薄壁的套筒以防由于实际上过大的夹紧力而被损坏。
证实在阈值的偏差小于/等于2％时，尤其偏差为1.5％时，优选在偏差为0.5％时是适宜的。
还有利的是，如果设有用于检测操作力的传感器，则这些传感器的测量值可通过有线连接方式，传输到控制单元。在该方法中提供两个独立的传感器，这些传感器在力传输链的不同部位上检测作用的力，并且通过冗余的传输路径融合两个传感器的数据，从而显著提高的安全性。
对于夹紧装置由卡盘形成的情况，将用于测量夹紧力Freal的传感器优选配备给其中一个夹爪。
附图说明
下面根据附图中示出的实施例详细描述本发明；其中示出：
图1示出了借助期望的安全水平确定夹紧力的过程的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了机床1，机床配备有作为夹紧装置的卡盘，即，在示出的实施例中的三爪卡盘，该三爪卡盘具有均匀布置在圆周上的、可相对于卡盘轴线径向地调节的三个夹爪3，在示出的实施例中夹爪的调节经由电驱动机构4实现，通过电驱动机构提供操作力F。操作力经由在力传输链中的机械传动转变成夹紧力，夹紧力通过夹爪3施加到工件5上，在示出的实施例中施加到以外部夹紧保持的套筒上。由操作力F引起的夹紧力还受到在夹紧装置旋转式操作期间的离心力、夹爪3的功能面的造型和品质及其磨损状态和润滑状态的影响。然后在机床1的控制单元6中，基于操作力F，根据模型计算夹紧力Fcalc，该夹紧力Fcalc可根据机床1的操作力F和运行参数预期。此外，以测量间隔的时间间隔，周期性地测量在夹紧装置中作用到物体上的夹紧力Freal，并且将测量值Freal以无线的方式传输到机床1的控制单元6上，在控制单元中比较测量值Freal与计算得出的夹紧力Fcalc。
在通过比较得到偏差达到阈值的结果时，调整测量间隔，其中在比较值低于阈值时延长测量间隔，并且在比较值超过阈值时缩短测量间隔，由此在一致性良好的情况下仅需更少地传输用于无线地传输测量值Freal的无线电信号，由此显著延长集成在夹爪3中的用于提供所需电能的蓄电池的使用寿命。在测量值Freal的传输之间的传输间歇中，根据模型7，基于操作力F和额外的测量变量，例如机械主轴的转速8、夹爪的质量10、累加的周期数11和其他的重要参数9(例如磨损状态和润滑状态)，来计算夹紧力。
需要指出的是，用于比Fcalc更小的Freal的偏差的阈值不必等于用于比Fcalc更大的Freal的偏差的阈值，并且尤其可选择得更小。在确定阈值时也可考虑待夹紧或已夹紧的工件5的变形敏感性。最后需要指出的是，不仅可从产生的操作力中推导出操作力F，而且也可借助传感器控制操作力，传感器的测量值以有线的方式传输到控制单元6。由此提供两种不同的传感器，该两种不同的传感器基于不同的路径将其测量数据传输给控制单元6以冗余地控制夹紧状态。
附图标记列表
1机床
2卡盘
3夹爪
4驱动机构
5工件
6控制单元
7模型
8转速
9其他的参数
10夹爪的质量
11周期数
F操作力
Fcalc可预期的夹紧力
Freal测量的夹紧力

Claims (8)

1.一种用于确定机床(1)的力操作的、能驱动成旋转的夹紧装置(2)的夹紧力的方法，所述方法包括以下步骤：
以操作力F夹紧物体(5)，
在所述机床(1)的控制单元(6)中，基于模型计算夹紧力Fcalc，所述夹紧力Fcalc能根据所述操作力F和所述机床(1)的运行参数预期，
以测量间隔I的时间间隔，周期式测量在所述夹紧装置(2)中作用到所述物体(5)上的夹紧力Freal，
以无线的方式将测量值Freal传输至所述机床(1)的控制单元(6)，并且比较所述测量值Freal与计算得出的夹紧力Fcalc，以及
在所述比较表示偏差达到阈值时，调整所述测量间隔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在低于所述阈值时延长所述测量间隔，和/或在超过所述阈值时缩短所述测量间隔。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述测量间隔的变化的大小与所述测量值Freal与所述阈值的差距成比例。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用于比Fcalc更小的Freal的偏差的阈值，小于/等于用于比Fcalc更大的Freal的偏差的阈值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在确定用于比Fcalc更大的Freal的偏差的阈值时，考虑待夹紧的物体(5)的变形敏感性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述阈值的偏差≤2％，尤其偏差为1.5％，优选地，偏差为0.5％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，存在用于检测所述操作力F的传感器，所述传感器的测量值通过有线连接的方式传输至所述控制单元(6)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述夹紧装置(2)由卡盘形成，并且将用于测量所述夹紧力Freal的传感器配备给夹爪(3)的其中一个。
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